KR101640709B1 - 고감도 그라운드 방사 안테나 - Google Patents

Abstract

고감도 그라운드 방사 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 그라운드; 상기 그라운드의 일부가 제거된 영역인 클리어런스부; 상기 클리어런스부에 형성되어 상기 그라운드를 급전하기 위한 급전 소자; 및 상기 클리어런스부와 소정 거리 이격되어 형성되며 한면이 오픈되는 슬롯을 포함하되, 상기 슬롯에는 제1 리액티브 소자가 결합된다. 개시된 안테나에 따르면, 그라운드와 결합되어 노이즈 소스로 동작하는 다수의 디바이스들 및 소자로부터의 노이즈를 억제하여 그라운드 방사 안테나의 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

고감도 그라운드 방사 안테나{Ground Radiation Antenna with High Sensitivity}

본 발명은 무선 충전 송신기, 수신기 및 그를 이용한 무선 충전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 송신기로 복수의 수신기를 무선 충전하는 기술에 관한 것이다.

고품질의 무선 통신 서비스를 제공하기 위해 요구되는 SNR 및 BER은 높아지고 있는 실정이다. SNR 및 BER의 향상을 위해 노이즈의 제거 및 흡수는 RF 시스템에서 필수적으로 요구되는 기능이다.

한편, 단말기의 사이즈 소형화가 요구되면서 안테나의 소형화 역시 요구되고 있으며, 안테나의 소형화를 도모하기 위해 단말기의 기판에 형성되는 그라운드를 방사체로 이용하는 그라운드 방사 안테나가 사용되고 있다.

이러한 그라운드 방사 안테나에서 방사체로 사용하는 기판에는 다양한 디바이스 및 소자가 결합된다. 예를 들어, 스마트폰의 경우 LCD 구동 디바이스, 카메라 모듈, DC/DC 컨버터 등이 방사체로 사용되는 그라운드에 결합될 수 있다.

그라운드에 결합된 디바이스 및 소자들은 그라운드에 노이즈 전류를 발생시키며 이러한 노이즈 전류는 그라운드의 방사에도 영향을 미치게 된다. 특히 노이즈는 매우 넓은 주파수 스펙트럼을 가지며, 노이즈의 주파수가 그라운드 방사 안테나의 방사 주파수와 겹치게 될 경우 안테나의 동작에 심각한 장애가 발생하게 된다.

따라서, 그라운드 방사 안테나는 결합되는 디바이스들 및 소자들에 의해 방사 특성에 영향을 받을 수 밖에 없으며, 노이즈로부터 독립적으로 동작할 수 있는 고감도 특성이 더욱 필수적으로 요구된다.

본 발명의 일 측면은 그라운드와 결합되어 노이즈 소스로 동작하는 다수의 디바이스들 및 소자로부터의 노이즈를 억제하여 감도를 향상시킬 수 있는 그라운드 방사 안테나를 제안하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 그라운드; 상기 그라운드의 일부가 제거된 영역인 클리어런스부; 상기 클리어런스부에 형성되어 상기 그라운드를 급전하기 위한 급전 소자; 및 상기 클리어런스부와 소정 거리 이격되어 형성되며 한면이 오픈되는 슬롯을 포함하되, 상기 슬롯에는 제1 리액티브 소자가 결합되는 그라운드 방사 안테나가 제공된다.

상기 급전 소자는 일단이 급전점과 결합되고 타단이 그라운드와 결합되는 제1 도전성 엘리먼트를 포함한다.

상기 급전 소자를 일단이 상기 그라운드로부터 연장되며 타단이 상기 그라운드와 결합되는 제2 도전성 엘리먼트를 포함한다.

상기 제1 도전성 엘리먼트의 타단과 상기 그라운드 사이에는 제2 리액티브 소자가 결합된다.

상기 제2 도전성 엘리먼트의 타단과 상기 그라운드 사이에는 제3 리액티브 소자가 결합된다.

상기 리액티브 소자는 용량성 소자를 포함하며, 상기 용량성 소자의 캐패시턴스 조절에 의해 흡수하는 노이즈의 주파수가 조절될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 그라운드와 결합되어 노이즈 소스로 동작하는 다수의 디바이스들 및 소자로부터의 노이즈를 억제하여 그라운드 방사 안테나의 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 형성되는 통신 장치의 기판 그라운드의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 안테나의 S 파라미터를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 슬롯이 없는 그라운드 방사 안테나의 TIS를 비교한 표.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 형성되는 통신 장치의 기판 그라운드의 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 적용되는 통신 장치의 기판 그라운드는 다수의 디바이스 결합부(100, 102, 104) 및 안테나 급전부(110)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 기판 그라운드를 방사체로 사용하는 그라운드 방사 안테나이다. 그라운드 방사 안테나는 기판 그라운드에 직접 급전 신호를 제공하여 그라운드가 방사를 수행하는 안테나이다.

이와 같은 그라운드 방사 안테나는 기판 그라운드의 특정 파트를 메인 방사체로 사용하고 기판 그라운드의 또 다른 파트를 급전부로 사용하게 된다. 그라운드 방사 안테나는 기왕에 존재하는 기판 그라운드를 방사체로 활용함으로써 안테나의 공간 점유를 감소시킬 수 있는 장점이 있는 안테나이다.

그런데, 통신 장치의 기판의 그라운드는 다양한 회로가 결합되는 엘리먼트이며, 도 1을 참조하면, 다수의 디바이스 결합부(100, 102, 104)가 기판 그라운드에 형성된다.

이와 같은 다수의 디바이스 결합부(100, 102, 104)로부터 노이즈 전류가 그라운드에 발생할 수 있으며, 이러한 다수의 디바이스 결합부(100, 102, 104)는 그라운드 방사 안테나에 대한 노이즈 소스로서 동작하게 된다.

근래의 무선 통신은 높은 SNR(Signal to Noise Ratio) 및 BER(Bit Error Ratio)을 요구하고 있으며 이로 인해 노이즈로부터 영향을 최소화하기 위한 연구가 지속되고 있다.

그라운드 방사 안테나에서 그라운드의 결합되는 다수의 디바이스들로 인한 노이즈는 그라운드 방사 안테나에 상당한 영향을 줄 수 있으며, 노이즈가 그라운드 방사 안테나의 방사 대역에서 발생하게 될 경우 안테나의 성능 열화는 더욱 심화되게 된다.

일례로, 통신 장치가 스마트폰일 경우 기판의 그라운드와 결합되는 디바이스는 LCD, 카메라 모듈, DC/DC 컨버터와 같은 디바이스를 포함할 수 있을 것이다. 이러한 디바이스들은 기판 그라운드에 매우 높은 크기의 노이즈 전류를 발생시키는 경향이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 안테나는 그라운드(200), 클리어런스부(210), 제1 도전성 엘리먼트(220), 제2 도전성 엘리먼트(230), 제1 리액티브 소자(240) 및 제2 리액티브 소자(250)를 포함한다.

그라운드(200)는 본 발명의 안테나가 적용되는 통신 기기의 기판에 형성될 수 있으며, 통신 기기의 동작에 필요한 회로 및 디바이스들에 그라운드 전위를 제공함과 동시에 방사체로서 기능한다.

일례로, 본 발명의 안테나가 적용되는 통신 기기는 스마트폰일 수 있으며, 그라운드(200)는 LCD 구동 소자, 카메라 모듈 등에 그라운드 전위를 제공할 수 있다.

그라운드(200)에는 클리어런스부(210)가 형성되며 클리어런스부(210)는 그라운드(200)에서 일부가 제거된 영역을 의미한다.

클리어런스부(210)에는 그라운드(200)를 방사체로 동작시키기 위한 급전 소자들이 형성되며, 이러한 급전 소자에 제1 도전성 엘리먼트(220), 제2 도전성 엘리먼트(230), 제1 리액티브 소자(240) 및 제2 리액티브 소자(250)가 포함된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 클리어런스부(210)는 일 면이 오픈되고 3면이 그라운드에 의해 둘러싸이는 구조를 4각형 구조를 가질 수 있으나 클리어런스부의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 클리어런스부(210)는 세 개의 그라운드 경계부(200a, 200b, 200c)에 의해 그 사이즈 및 형태가 결정된다.

제1 도전성 엘리먼트(220)의 일 단은 급전점과 전기적으로 연결되며, 타 단은 제1 리액티브 소자(240)를 통해 그라운드에 전기적으로 연결되는 구조를 가진다.

제1 도전성 엘리먼트(220)의 일 단이 급전점과 전기적으로 연결되고 타 단이 그라운드에 연결되기 때문에, 제1 도전성 엘리먼트(220)는 급전 루프를 형성하게 된다. 제1 도전성 엘리먼트(220)로부터 제공되는 급전 신호를 통해 그라운드(200)는 방사체로서 동작하게 된다.

도 2에는 제1 도전성 엘리먼트(220)가 다수의 그라운드 경계부 중 제2 그라운드 경계부(200b)에 제1 리액티브 소자(240)를 통해 연결되는 구조가 도시되어 있으나 다른 그라운드 경계부에 연결될 수도 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

제2 도전성 엘리먼트(230)의 일단은 그라운드로부터 연장되며 타단은 제2 리액티브 소자(250)를 통해 그라운드와 연결된다. 일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 도전성 엘리먼트(230)의 일 단은 제1 그라운드 경계부(200a)로부터 연장될 수 있으며, 제2 도전성 엘리먼트(230)의 타 단은 제2 리액티브 소자(250)를 통해 제3 그라운드 경계부(200c)에 연결될 수 있다.

제1 도전성 엘리먼트(220)의 타 단이 연결되는 그라운드 경계부와 제2 도전성 엘리먼트(230)의 일 단 및 타 단이 연결되는 그라운드 경계부는 서로 다른 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 그라운드 방사 안테나가 적용되는 통신 기기에 구비되는 그라운드는 통신 기기마다 그 사이즈 및 형태가 상이할 수 있으며 방사 주파수를 고려한 형태를 가질 수 없다. 그라운드는 방사체로 기능하기도 하지만 다수의 소자 및 디바이스들에 접지 전위를 제공하는 기능을 해야 하기 때문이다.

따라서, 그라운드의 방사 주파수는 다른 방법에 의해 조절되어야 하며, 본 발명에서는 제1 리액티브 소자(240) 및 제2 리액티브 소자(250)에 의해 그라운드의 방사 주파수가 조절된다.

일례로, 제1 리액티브 소자(240) 및 제2 리액티브 소자(250)는 용량성 소자일 수 있으며, 용량성 소자에 의해 캐패시턴스를 조절하여 그라운드의 방사 주파수를 조절할 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그라운드 방사 안테나는 클리어런스부(210)와 소정 거리 이격되어 배치되는 슬롯(260)을 포함한다.

슬롯(260)은 일면이 개방되는 구조를 가져야 한다. 슬롯(260)의 일 면이 개방되는 구조를 가지기 위해 클리어런스부(210)와 슬롯(260)은 그라운드(200)의 경계 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

슬롯의 개방부에는 제3 리액티브 소자(270)가 결합된다. 일례로, 제3 리액티브 소자(270)는 용량성 소자일 수 있다.

클리어런스부(220)와 인접하여 형성되는 슬롯(260)은 그라운드(200)에 형성되는 노이즈 전류를 흡수하여 그라운드 방사 안테나의 감도를 향상시키는 기능을 한다.

슬롯(260)에 결합되는 제3 리액티브 소자(270)의 캐패시턴스 또는 인덕턴스는 그라운드(200)와 결합되는 다수의 소자 또는 디바이스에 의해 발생하는 노이즈 전류의 주파수에 기초하여 설정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 안테나의 S 파라미터를 도시한 그래프이다.

도 3에서, 레퍼런스 디자인(Reference Design)은 도 2에 도시된 안테나에서 슬롯이 제거된 그라운드 방사 안테나를 의미한다. 도 3을 참조하면, 슬롯이 없는 그라운드 방사 안테나와 비교할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 블루투스 대역 외부에서 추가적인 공진이 발생하는 것을 확인할 수 있다.

이러한 추가적인 공진은 노이즈로부터 안테나의 감도를 향상시키는데 주요한 역할을 하는 공진이며, 추가적인 공진은 클리어런스부와 인접하여 형성되는 슬롯과 제3 리액티브 소자에 의해 형성되는 것이다.

S12 파라미터 곡선에서 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 블루투스 대역에서 커플링 널을 형성하게 된다. 그리고, S12 파라미터는 추가적인 공진점에 해당되는 주파수에서 최대치를 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 S12 파라미터 곡선은 하락 밴드(Depressed Band) 및 상승 밴드(Boosted Band)를 형성하게 되며, 상승 밴드는 클리어런스부와 인접하여 형성되는 슬롯 및 제3 리액티브 소자로 인해 발생한다. S12 곡선을 통해 클리어런스부와 인접하여 형성되는 슬롯이 노이즈를 흡수하는 역할을 한다는 점을 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 슬롯이 없는 그라운드 방사 안테나의 TIS를 비교한 표이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 슬롯이 없는 그라운드방사 안테나에 비해 약 4dB 정도 향상된 TIS(Total Isotropic Sensitivity)를 가져 감도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 그라운드;
   상기 그라운드의 일부가 제거된 영역인 클리어런스부;
   상기 클리어런스부에 형성되어 상기 그라운드를 급전하기 위한 급전 소자; 및
   상기 클리어런스부와 소정 거리 이격되어 형성되며 한면이 오픈되는 슬롯을 포함하되,
   상기 슬롯에는 제1 리액티브 소자가 결합되는 것을 특징으로 하는 그라운드 방사 안테나.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 급전 소자는 일단이 급전점과 결합되고 타단이 그라운드와 결합되는 제1 도전성 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라운드 방사 안테나.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 급전 소자를 일단이 상기 그라운드로부터 연장되며 타단이 상기 그라운드와 결합되는 제2 도전성 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라운드 방사 안테나.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 도전성 엘리먼트의 타단과 상기 그라운드 사이에는 제2 리액티브 소자가 결합되는 것을 특징으로 하는 그라운드 방사 안테나.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2 도전성 엘리먼트의 타단과 상기 그라운드 사이에는 제3 리액티브 소자가 결합되는 것을 특징으로 하는 그라운드 방사 안테나.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 리액티브 소자는 용량성 소자를 포함하며, 상기 용량성 소자의 캐패시턴스 조절에 의해 흡수하는 노이즈의 주파수가 조절되는 것을 특징으로 하는 그라운드 방사 안테나.
   
   
   
   

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