KR101708569B1 - 삼중 대역 그라운드 방사 안테나 - Google Patents

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한양대학교 산학협력단
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Abstract

삼중 대역 그라운드 방사 안테나가 제시된다. 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에 있어서, 기판에 형성된 접지면; 상기 접지면과 연결된 접지부로부터 연장된 방사체; 상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 적어도 하나 이상의 접지 연결부; 및 상기 방사체 및 상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부와 전기적으로 연결되며, 급전점에서 급전 신호가 공급되는 복수의 루프 형태의 급전 구조를 포함할 수 있다.

Description

삼중 대역 그라운드 방사 안테나{Triple Band Ground Radiation Antenna}
아래의 실시예들은 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 삼중 대역을 지원하는 루프 구조를 이용한 그라운드 방사 안테나에 관한 것이다.
안테나(Antenna) 기술은 무선 통신 사업의 폭발적인 증가와 함께 많은 관심을 받아 왔다. 실제로 노트북, 태블릿 PC, 모바일 폰(Mobile Phone), 모바일 AP(Mobile Access Point), 카메라, M2M 등 그 활용 분야는 점차 확대되고 있는 추세이다. 하지만, 안테나 적용 기기의 소형화 요구로 인해 안테나 공간의 제약이 심해지고 있다.
한편, 그라운드 방사 안테나의 경우 그라운드를 안테나로 활용하기 위해 인쇄회로기판(Print Circuit Board, PCB) 상에 구현되어 가격은 저렴하나 단말기 등의 안테나 적용 기기의 그라운드가 작을 경우 안테나의 성능을 확보하기 어렵다.
한국공개특허 10-2013-0028657호는 이러한 루프 구조를 이용한 다중대역 내장형 안테나에 관한 것으로, 다중 대역 특성을 가지는 루프 구조를 이용한 내장형 안테나에 관한 기술을 기재하고 있다.
그러나, 종래에는 다중 대역을 제공하는 모바일 기기를 만들기 위해서 각 대역마다 안테나를 각각 구현하여 안테나 구조가 차지하는 물리적 구조가 커져서 모바일 기기를 소형화시키기 어려웠다.
실시예들은 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 삼중 대역을 지원하는 루프 구조를 이용한 그라운드 방사 안테나에 관한 기술을 제공한다.
실시예들은 기판의 그라운드를 방사체로 활용하여 소형화된 기기에 적용이 가능하고, 하나의 그라운드를 이용하여 삼중 대역에서 독립적으로 동작 가능한 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 삼중 대역의 공진 주파수의 조절이 용이하며 독립적인 제어가 가능한 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에 있어서, 기판에 형성된 접지면; 상기 접지면과 연결된 접지부로부터 연장된 방사체; 상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 적어도 하나 이상의 접지 연결부; 및 상기 방사체 및 상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부와 전기적으로 연결되며, 급전점에서 급전 신호가 공급되는 복수의 루프 형태의 급전 구조를 포함한다.
여기서, 상기 방사체는 상기 접지면과 연결된 양측의 상기 접지부를 연결할 수 있다.
상기 방사체, 상기 접지부, 및 상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는 루프 형태의 복수의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하고, 상기 복수의 유도성 커플러는 각 주파수 대역에서 독립적으로 동작할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는 상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 제1 접지 연결부; 및 상기 제1 접지 연결부와 소정 간격 이격되어 상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 제2 접지 연결부를 포함할 수 있다.
상기 급전 구조는, 상기 급전점과 직렬로 연결되는 급전부; 상기 급전부의 중단에서 일측의 상기 접지부와 연결되는 제1 급전 연장부; 및 상기 급전부가 절곡되어 타측의 상기 접지부와 연결되는 제2 급전 연장부를 포함할 수 있다.
상기 급전 구조와 연결되는 상기 접지부 및 상기 접지면은 각각 비아(via)가 형성될 수 있다.
상기 제1 급전 연장부와 상기 제2 급전 연장부에 각각 직렬로 연결되는 수동 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 수동 소자는 용량성 소자로 이루어져 입력 임피던스를 각각 조절할 수 있다.
상기 방사체는 상기 제1 접지 연결부 및 상기 제2 접지 연결부와 연결되는 제1 방사체; 상기 제1 접지 연결부 및 일측의 상기 접지부와 연결되는 제2 방사체; 및 상기 제2 접지 연결부 및 타측의 상기 접지부와 연결되는 제3 방사체를 포함하고, 상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체, 및 상기 제3 방사체에 각각 직렬로 연결되는 수동 소자가 형성될 수 있다.
상기 제1 방사체 상기 제1 접지 연결부, 및 상기 제2 접지 연결부는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 1.5GHz 내지 1.6GHz에서 동작할 수 있다.
또한 상기 제2 방사체, 상기 제1 접지 연결부, 및 일측의 상기 접지부는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 2.4GHz 내지 2.5GHz에서 동작할 수 있다.
그리고 상기 제3 방사체, 상기 제2 접지 연결부, 및 타측의 상기 접지부는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 5GHz 내지 6GHz에서 동작할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는 상기 접지면과 연결되는 상기 제1 접지 연결부에 직렬로 연결되는 수동 소자; 및 상기 접지면과 연결되는 상기 제2 접지 연결부에 직렬로 연결되는 수동 소자를 더 포함하고, 상기 수동 소자는 유도성 소자로 이루어져 공진 주파수를 각각 조절할 수 있다.
상기 급전 구조는 상기 급전부에 직렬로 연결되는 수동 소자; 및 상기 급전부와 연결되는 상기 제1 급전 연장부에 직렬로 연결되는 수동 소자를 더 포함하고, 상기 수동 소자는 유도성 소자로 이루어져 입력 임피던스를 각각 조절할 수 있다.
실시예들에 따르면 루프 구조를 이용하여 삼중 대역을 지원하는 그라운드 방사 안테나를 제공하고, 기판의 그라운드를 방사체로 활용함으로써 소형화된 기기의 안테나 공간에 제약 없이 삼중 대역을 구현하는 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 하나의 그라운드를 이용하여 삼중 대역의 공진 주파수의 조절이 용이하며 독립적인 제어가 가능한 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 반사 손실을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 반사 손실의 시뮬레이션 결과와 측정값을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 1.575GHz에서의 방사 패턴 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 2.45GHz에서의 방사 패턴 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 5.5GHz에서의 방사 패턴 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 나타내는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 삼중 대역을 지원하는 단순한 형태의 루프 구조를 이용한 그라운드 방사 안테나에 관한 기술을 제공한다. 또한, 기판의 그라운드를 방사체로 활용하여 소형화된 기기에 적용이 가능하고, 하나의 그라운드를 이용하여 삼중 대역에서 독립적으로 동작 가능한 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
기존 단일 대역 안테나나 이중 대역 안테나를 사용할 경우 이동 단말기에 2 개 이상의 안테나가 실장되어야 한다. 이는, 이동 단말기 등에서 안테나를 위한 물리적 공간이 할당되어야 한다는 의미이며 소형화에 대한 소비자의 요구를 만족시키기 어렵다.
아래의 실시예들은 소형화를 하기 위해 그라운드 방사 안테나를 적용해서 인쇄회로기판(Print Circuit Board, PCB)에 안테나를 위한 별도의 물리적 공간을 할당하지 않음으로써 소형화가 가능하고, 소형화된 단말기 등의 기기에 적용이 용이하다.
도 1은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 기판, 접지면(110), 방사 구조(120), 및 급전 구조(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
기판은 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 구성 요소들이 결합되는 몸체부로, 인쇄회로기판(Print Circuit Board, PCB) 등으로 이루어질 수 있다. 그리고 기판은 유전체 재질로 이루어질 수 있으며, 기판의 유전율은 요구되는 방사 특성에 의해 정해질 수 있다. 일례로, FR4 기판(
Figure 112015109845287-pat00001
)이 사용될 수 있으며, 기판의 사이즈는 120mm X 60mm X 1mm로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 아래에서는 120mm X 60mm의 그라운드에 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 도시화한 하나의 예를 이용하여 설명한다. 이때 안테나의 클리어런스 사이즈는 6mm X 12mm가 될 수 있다.
기판 상부의 소정 영역에는 접지면(그라운드, 110)이 형성될 수 있다. 접지면(110)은 도전성 금속 물질로 이루어지며, 급전 구조(feeding circuit)와 전기적으로 결합될 수 있다.
일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 루프 형태의 급전 구조(130) 2 개와 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 3 개를 사용한 방사 구조(120)를 통해 각 대역의 공진 주파수와 임피던스 매칭을 독립적으로 조절하도록 설계할 수 있다. 이때 방사 구조(120) 및 급전 구조(130)는 소정 폭을 가지는 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 일례로 방사체 및 급전부는 0.5mm 정도의 폭을 가질 수 있다. 그리고 방사 구조(120)는 기판의 앞면에 구현되고, 급전 구조(130)는 기판의 뒷면에 구현되는 3D 형태가 될 수 있다.
따라서 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 적용되는 기기에서 3 개의 주파수 대역을 지원할 수 있다. 일례로, 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 1.575GHz 대역의 GPS, 2.4~2.485GHz 대역의 Wi-Fi(802.11b/g/n), 그리고 5.15~5.725GHz 대역의 Wi-Fi(802.11a/h/j/n/ac)를 지원할 수 있다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 접지면(110), 방사 구조(120), 및 급전 구조(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 방사 구조(120)는 방사체(121, 122, 123) 및 접지 연결부(124, 125)를 포함할 수 있으며, 접지면(접지부 포함)과 연결되어 복수의 루프 형태의 방사 구조를 형성할 수 있다.
기판 상부의 소정 영역에 접지면(그라운드, 110)이 형성될 수 있다. 접지면(110)은 도전성 금속 물질로 이루어져 안테나가 내장되는 통신 기기의 전기/전자 소자들에 접지 전압을 제공할 수 있다.
그리고 접지면(110)은 연장되어 적어도 하나 이상의 접지부(111, 112)를 형성할 수 있다. 이때 접지부(111, 112)는 접지면(110)에 포함될 수 있다. 일례로, 동축 선로에 의해 급전이 이루어질 때 접지부(111, 112)는 동축 선로의 외부 도체와 결합되어 루프를 형성할 수 있다.
방사 구조(120)는 방사체(121, 122, 123) 및 접지 연결부(124, 125)를 포함할 수 있으며, 접지면(접지부 포함)과 연결되어 복수의 루프 형태의 방사 구조를 형성할 수 있다.
방사 구조(120)에서 방사체(121, 122, 123)는 접지면(110)과 동일한 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다. 이때 방사체(121, 122, 123)는 소정의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
이러한 방사체(121, 122, 123)는 접지면(110)과 연결된 접지부(111 및/또는 112)로부터 연장되게 형성될 수 있다. 또한, 방사체(121, 122, 123)는 접지면(110)과 연결된 양측의 접지부(111, 112)를 연결할 수 있다.
방사체(121, 122, 123)는 제1 접지 연결부(124) 및 제2 접지 연결부(125)에 의해 구간을 나누어 제1 방사체(121), 제2 방사체(122), 및 제3 방사체(123)로 표현할 수 있다.
제1 방사체(121)는 방사체의 중간 부분으로, 일단이 제1 접지 연결부(124)와 연결되고 타단이 제2 접지 연결부(125)와 연결될 수 있다.
그리고 제1 방사체(121)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C1를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 방사체(121), 제1 접지 연결부(124), 및 제2 접지 연결부(125)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성할 수 있다. 이때, 제1 방사체(121)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C1를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
일례로, 제1 방사체(121), 제1 접지 연결부(124), 및 제2 접지 연결부(125)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 1.5GHz 내지 1.6GHz에서 동작할 수 있다.
제2 방사체(122)는 일단이 일측에 형성된 접지부(111)와 연결되고 타단이 제1 접지 연결부(124)와 연결될 수 있다.
그리고 제2 방사체(122)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C2를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 수동 소자 C2는 제2 방사체(122)의 종단에 형성되어 접지부(111)와 연결될 수 있다.
한편, 제2 방사체(122), 제1 접지 연결부(124), 및 일측의 접지부(111)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성할 수 있다. 이때, 제2 방사체(122)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C2를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
일례로, 제2 방사체(122), 제1 접지 연결부(124), 및 일측의 접지부는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 2.4GHz 내지 2.5GHz에서 동작할 수 있다.
제3 방사체(123)는 일단이 제2 접지 연결부(125)와 연결되고 타단이 타측에 형성된 접지부(112)와 연결될 수 있다.
그리고 제3 방사체(123)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C3를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 수동 소자 C3는 제3 방사체(123)의 종단에 형성되어 접지부(112)와 연결될 수 있다.
한편, 제3 방사체(123), 제2 접지 연결부(125), 및 타측의 접지부(112)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성할 수 있다. 이때, 제3 방사체(123)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C3를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
일례로, 제3 방사체(123), 제2 접지 연결부(125), 및 타측의 접지부(112)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 5GHz 내지 6GHz에서 동작할 수 있다.
다시 말하면, 제1 방사체(121), 제2 방사체(122), 및 제3 방사체(123)에 각각 직렬로 연결되는 수동 소자 C1, C2, C3가 형성될 수 있다. 이때 사용되는 수동 소자 C1, C2, C3는 용량성 소자로 이루어질 수 있으며, 각각의 용량성 소자는 공진 주파수를 조절할 수 있다. 또한, 사용되는 수동 소자 C1, C2, C3는 복수의 용량성 소자의 조합으로 이루어질 수도 있다. 예컨대 수동 소자 C1, C2, C3는 각각 0.55pF, 0.46pF, 0.03pF 로 설정할 수 있다.
방사 구조(120)에서 접지 연결부(124, 125)는 적어도 하나 이상 구성되어 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결될 수 있다. 접지 연결부(124, 125)는 방사체(121, 122, 123)와 동일한 도전성 금속 물질로 형성될 수 있으며, 이때 접지 연결부(124, 125)는 소정의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
일례로, 접지 연결부(124, 125)는 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결되는 제1 접지 연결부(124)와 제2 접지 연결부(125)를 포함할 수 있다.
제1 접지 연결부(124)는 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결될 수 있다.
제2 접지 연결부(125)는 제1 접지 연결부(124)와 소정 간격 이격되어 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결될 수 있다.
급전 구조(130)는 급전점(131)과 결합되어 급전 신호를 제공 받는다. 일례로, 급전 구조(130)는 동축 선로의 내부 도체와 결합되어 급전 신호를 제공받을 수 있다. 급전 구조(130)는 방사체(121, 122, 123) 및 적어도 하나 이상의 접지 연결부(124, 125)와 전기적으로 연결되는 복수의 루프 형태의 급전 구조(130)로 이루어져, 급전점(131)으로부터 급전 신호를 공급 받을 수 있다. 한편, 방사 구조(120)는 기판의 앞면에 구현되며 급전 구조(130)는 기판의 뒷면에 구현되고 방사 구조(120)와 급전 구조(130)는 전기적으로 연결됨으로써 안테나 구현을 용이하게 할 수 있다.
일례로, 급전 구조(130)는 급전점(131)과 직렬로 연결되는 급전부(132), 급전부(132)의 중단에서 일측의 접지부(111)와 연결되는 제1 급전 연장부(134), 및 급전부(132)가 절곡되어 타측의 접지부(112)와 연결되는 제2 급전 연장부(133)를 포함하여 이루어질 수 있다.
급전 구조(130)와 연결되는 접지부(111, 112) 및 접지면(110)은 각각 비아(via)가 형성되어 3 개의 유도성 커플러(inductive coupler)를 각각 동작시킬 수 있다.
제1 급전 연장부(134)에 직렬로 연결되는 수동 소자 CL를 더 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 급전 연장부(133)에 직렬로 연결되는 수동 소자 CH를 더 포함할 수 있다.
여기서 수동 소자 CL, CH는 용량성 소자로 이루어져 입력 임피던스를 각각 조절할 수 있다. 사용되는 수동 소자는 복수의 용량성 소자의 조합으로 이루어질 수도 있다. 예컨대 수동 소자 CL 및 CH는 각각 0.38pF 및 0.1pF로 설정할 수 있다.
이에 따라 다중 대역 그라운드 방사 안테나는 루프 형태의 급전 구조(130) 복수 개와 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 복수 개를 사용한 방사 구조(120)를 통해 각 대역의 공진 주파수와 임피던스 매칭을 독립적으로 조절하도록 설계할 수 있다.
즉, 방사체(121, 122, 123), 접지부(111, 112), 및 적어도 하나 이상의 접지 연결부(124, 125)는 루프 형태의 복수의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하고, 복수의 유도성 커플러는 각 주파수 대역에서 독립적으로 동작할 수 있다.
예컨대, 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 루프 형태의 급전 구조(130) 2 개와 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 3 개를 사용한 방사 구조(120)를 통해 각 대역의 공진 주파수와 임피던스 매칭을 독립적으로 조절하도록 설계할 수 있다.
사용된 용량성 소자는 캐패시터일 수 있으며 급전 구조에 위치하여 입력 임피던스를 제어하는 수동 소자 CL 및 CH와, 공진 주파수를 제어하는 수동 소자 C1, C2, 및 C3로 이루어질 수 있다. 수동 소자 CL 및 CH는 각각 0.38pF 및 0.1pF이고 수동 소자 C1, C2, 및 C3는 각각 0.55pF, 0.46pF, 및 0.03pF로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 방사체(121), 제1 접지 연결부(124), 및 제2 접지 연결부(125)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 1.575GHz 대역의 GPS를 지원할 수 있다.
또한 제2 방사체(122), 제1 접지 연결부(124), 및 일측의 접지부(111)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 2.4~2.485GHz 대역의 Wi-Fi(802.11b/g/n)를 지원할 수 있다.
그리고 제3 방사체(123), 제2 접지 연결부(125), 및 타측의 접지부(112)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 5.15~5.725GHz 대역의 Wi-Fi(802.11a/h/j/n/ac)를 지원할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 반사 손실을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 주파수 1.575GHz, 2.4 ~ 2.485GHz, 및 5.15 ~ 5.85GHz에서 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나가 방사하는 것을 확인할 수 있다.
더 구체적으로, 수동 소자 CL만 형성된 직렬 공진 급전 회로는 GPS 대역과 Wi-Fi 2.4GHz 대역에서 동작하는 유도성 커플러(inductive coupler)들과 매칭된다. 즉, 수동 소자 CL만 형성된 직렬 공진 급전 회로는 두 개의 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
수동 소자 CH만 형성된 직렬 공진 급전 회로는 Wi-Fi 5.5GHz 대역에서 동작하는 유도성 커플러(inductive coupler)와 매칭될 수 있다.
따라서, 수동 소자 CL 및 CH을 이용한 직렬 공진 급전 회로가 구현된 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 3 개의 대역에서 동작할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 반사 손실의 시뮬레이션 결과와 측정값을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 급전 구조의 수동 소자 CL과 CH를 독립적으로 조절해서 각 주파수에서의 공진을 발생시킬 수 있음을 나타낸다.
표 1은 각 주파수 대역에서의 방사 효율을 나타낸다.
Figure 112015109845287-pat00002
표 1을 참조하면, 1.575GHz 대역의 GPS, 2.4~2.485GHz 대역의 Wi-Fi(802.11b/g/n) 그리고 5.15~5.725GHz 대역의 Wi-Fi(802.11a/h/j/n/ac)를 지원할 수 있는 삼중 대역 안테나를 설계하여 방사 효율을 확인할 수 있다.
삼중 대역 그라운드 안테나는 루프 형태의 급전 구조 2 개와 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 3 개를 사용하여 각 대역의 공진 주파수와 임피던스 매칭을 독립적으로 조절하도록 구현될 수 있다. 이러한 설계에 따른 그라운드의 방사 효율은 GPS(1.575GHz), WiFi(2.45GHz), 및 WiFi(5.5GHz)에서 각각 51.3%, 85.2%, 및 81.5%로, 우수한 방사 효율을 보여준다.
도 5는 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 1.575GHz에서의 방사 패턴 측정 결과를 나타내는 도면이다. 그리고 도 6은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 2.45GHz에서의 방사 패턴 측정 결과를 나타내는 도면이다. 또한 도 7은 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나의 5.5GHz에서의 방사 패턴 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에서 각각 1.575GHz, 2.45GHz, 및 5.5GHz에서의 방사 패턴을 나타낸다.
이와 같이 실시예들에 따르면 루프 구조를 이용하여 삼중 대역을 지원하는 그라운드 방사 안테나를 제공하고, 기판의 그라운드를 방사체로 활용함으로써 소형화된 기기의 안테나 공간에 제약 없이 삼중 대역을 구현하는 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 하나의 그라운드를 이용하여 삼중 대역의 공진 주파수의 조절이 용이하며 독립적인 제어가 가능한 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
아래에서는 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 설명한다. 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에 각각 방사 구조에 수동 소자 L1 및 L2을 추가하고, 급전 구조에 수동 소자 LL 및 LH를 추가하여 용량성 소자뿐만 아니라 유도성 소자를 사용하여 공진 주파수 및 입력 임피던스를 조절할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에서 방사 구조에 수동 소자 L1 및 L2을 추가함으로써, 유도성 소자를 사용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대, 유도성 소자는 인덕터를 사용할 수 있다.
더 구체적으로, 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 접지면(110), 방사 구조(120), 및 급전 구조(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
기판 상부의 소정 영역에 접지면(110)이 형성될 수 있다. 접지면(110)은 연장되어 적어도 하나 이상의 접지부(111, 112)를 형성할 수 있다.
방사 구조(120)는 방사체(121, 122, 123) 및 접지 연결부(124, 125)를 포함할 수 있으며, 접지면(접지부 포함)과 연결되어 복수의 루프 형태의 방사 구조를 형성할 수 있다.
방사체(121, 122, 123)는 접지면(110)과 연결된 접지부(111 및/또는 112)로부터 연장되게 형성될 수 있다. 또한, 방사체(121, 122, 123)는 접지면(110)과 연결된 양측의 접지부(111, 112)를 연결할 수 있다.
방사체(121, 122, 123)는 제1 접지 연결부(124) 및 제2 접지 연결부(125)에 의해 구간을 나누어 제1 방사체(121), 제2 방사체(122), 및 제3 방사체(123)로 표현할 수 있다.
제1 방사체(121)는 방사체의 중간 부분으로, 일단이 제1 접지 연결부(124)와 연결되고 타단이 제2 접지 연결부(125)와 연결될 수 있다.
그리고 제1 방사체(121)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C1를 더 포함할 수 있다.
제1 방사체(121), 제1 접지 연결부(124), 및 제2 접지 연결부(125)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성할 수 있다. 이때, 제1 방사체(121)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C1를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
제2 방사체(122)는 일단이 일측에 형성된 접지부(111)와 연결되고 타단이 제1 접지 연결부(124)와 연결될 수 있다.
그리고 제2 방사체(122)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C2를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 수동 소자 C2는 제2 방사체(122)의 종단에 형성되어 접지부(111)와 연결될 수 있다.
제2 방사체(122), 제1 접지 연결부(124), 및 일측의 접지부(111)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성할 수 있다. 이때, 제2 방사체(122)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C2를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
제3 방사체(123)는 일단이 제2 접지 연결부(125)와 연결되고 타단이 타측에 형성된 접지부(112)와 연결될 수 있다.
그리고 제3 방사체(123)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C3를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 수동 소자 C3는 제3 방사체(123)의 종단에 형성되어 접지부(112)와 연결될 수 있다.
제3 방사체(123), 제2 접지 연결부(125), 및 타측의 접지부(112)는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성할 수 있다. 이때, 제3 방사체(123)에 직렬로 연결되는 수동 소자 C3를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
방사 구조(120)에서 접지 연결부(124, 125)는 적어도 하나 이상 구성되어 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결될 수 있다.
접지 연결부(124, 125)는 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결되는 제1 접지 연결부(124)와 제2 접지 연결부(125)를 포함할 수 있다.
제1 접지 연결부(124)는 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결될 수 있다. 이때, 접지면(110)과 연결되는 제1 접지 연결부(124)에 직렬로 연결되는 수동 소자 L1을 더 포함함으로써 공진 주파수를 조절할 수 있다. 여기서 수동 소자는 유도성 소자로 이루어질 수 있으며, 예컨대 적어도 하나 이상의 인덕터를 사용할 수 있다.
제2 접지 연결부(125)는 제1 접지 연결부(124)와 소정 간격 이격되어 방사체(121, 122, 123)의 중단에서 접지면(110)으로 연결될 수 있다. 이때, 접지면(110)과 연결되는 제2 접지 연결부(125)에 직렬로 연결되는 수동 소자 L2를 더 포함함으로써 공진 주파수를 조절할 수 있다. 여기서 수동 소자는 유도성 소자로 이루어질 수 있으며, 예컨대 적어도 하나 이상의 인덕터를 사용할 수 있다.
급전 구조(130)는 방사체(121, 122, 123) 및 적어도 하나 이상의 접지 연결부(124, 125)와 전기적으로 연결되는 복수의 루프 형태의 급전 구조(130)로 이루어져, 급전점(131)으로부터 급전 신호를 공급 받을 수 있다.
일례로, 급전 구조(130)는 급전점(131)과 직렬로 연결되는 급전부(132), 급전부(132)의 중단에서 일측의 접지부(111)와 연결되는 제1 급전 연장부(134), 및 급전부(132)가 절곡되어 타측의 접지부(112)와 연결되는 제2 급전 연장부(133)를 포함하여 이루어질 수 있다.
급전 구조(130)와 연결되는 접지부(111, 112) 및 접지면(110)은 각각 비아(via)가 형성되어 3 개의 유도성 커플러(inductive coupler)를 각각 동작시킬 수 있다.
제1 급전 연장부(134)에 직렬로 연결되는 수동 소자 CL를 더 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 급전 연장부(133)에 직렬로 연결되는 수동 소자 CH를 더 포함할 수 있다.
여기서 수동 소자 CL, CH는 용량성 소자로 이루어져 입력 임피던스를 각각 조절할 수 있다. 사용되는 수동 소자는 복수의 용량성 소자의 조합으로 이루어질 수도 있다.
이에 따라 다중 대역 그라운드 방사 안테나는 루프 형태의 급전 구조(130) 복수 개와 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 복수 개를 사용한 방사 구조(120)를 통해 각 대역의 공진 주파수와 임피던스 매칭을 독립적으로 조절하도록 설계할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에서 급전 구조에 수동 소자 LL 및 LH를 추가함으로써, 유도성 소자를 사용하여 입력 주파수를 조절할 수 있다. 예컨대, 유도성 소자는 인덕터를 사용할 수 있다.
더 구체적으로, 급전 구조(130)는 급전부(132)에 직렬로 연결되는 수동 소자 LL을 더 포함함으로써 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 여기서, 수동 소자는 유도성 소자가 사용될 수 있다.
또한, 급전 구조(130)는 급전부(132)와 연결되는 제1 급전 연장부에 직렬로 연결되는 수동 소자 LH를 더 포함함으로써 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 여기서, 수동 소자는 유도성 소자가 사용될 수 있다.
이상에서, 실시예들에 따르면 루프 구조를 이용하여 삼중 대역을 지원하는 그라운드 방사 안테나를 제공하고, 기판의 그라운드를 방사체로 활용함으로써 소형화된 기기의 안테나 공간에 제약 없이 삼중 대역을 구현하는 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 하나의 그라운드를 이용하여 삼중 대역의 공진 주파수의 조절이 용이하며 독립적인 제어가 가능한 삼중 대역 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
이와 같이 루프 구조를 이용한 삼중 대역 그라운드 방사 안테나는 소형화된 기기의 안테나 공간의 제약에 관계없이 삼중 대역을 구현 가능하고 각각의 공진 주파수의 제어가 용이하며, 향후 모든 무선 통신 기기에 적용시킬 수 있다.
그리고 핸드폰, 차량용 GPS, 노트북, 카메라, M2M 단말, 센서 네트워크 등 소형의 이동 무선 통신 기기 등에 적용이 가능하고, 나아가 사물 인터넷 단말기, 무선 센서 네트워크 등 초소형 무선 통신 기술에 적용할 수도 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 접지면
111, 112: 접지부
120: 방사 구조
121: 제1 방사체
122: 제2 방사체
123: 제3 방사체
124: 제1 접지 연결부
125: 제2 접지 연결부
130: 급전 구조
131: 급전점
132: 급전부

Claims (15)

  1. 삼중 대역 그라운드 방사 안테나에 있어서,
    기판에 형성된 접지면;
    상기 접지면과 연결된 접지부로부터 연장된 방사체;
    상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 적어도 하나 이상의 접지 연결부; 및
    상기 방사체 및 상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부와 전기적으로 연결되며, 급전점에서 급전 신호가 공급되는 복수의 루프 형태의 급전 구조
    를 포함하고,
    상기 방사체, 상기 접지부, 및 상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는 루프 형태의 복수의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하며, 상기 루프 형태의 복수의 유도성 커플러는 각 주파수 대역에서 독립적으로 동작되고,
    상기 급전 구조와 연결되는 상기 접지부 및 상기 접지면은 각각 비아(via)가 형성되어 상기 루프 형태의 복수의 유도성 커플러를 각각 동작시켜 복수의 주파수 대역을 지원하며,
    상기 루프 형태의 복수의 유도성 커플러를 형성하는 상기 방사체, 상기 접지부, 및 상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는 상기 기판의 일면에 구현되고, 상기 복수의 루프 형태의 급전 구조는 상기 기판의 타면에 구현되어 3D 형태의 안테나를 형성하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 접지면과 연결된 양측의 상기 접지부를 연결하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는, 상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 2개의 접지 연결부로 이루어지고,
    상기 방사체, 상기 접지부, 및 상기 2개의 접지 연결부는 루프 형태의 3개의 유도성 커플러를 형성하며, 상기 루프 형태의 3개의 유도성 커플러는 각 주파수 대역에서 독립적으로 동작되고,
    상기 급전 구조와 연결되는 상기 접지부 및 상기 접지면은 각각 비아(via)가 형성되어, 상기 루프 형태의 3개의 유도성 커플러를 각각 동작시켜 3개의 주파수 대역을 지원하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는,
    상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 제1 접지 연결부; 및
    상기 제1 접지 연결부와 소정 간격 이격되어 상기 방사체의 중단에서 상기 접지면으로 연결되는 제2 접지 연결부
    를 포함하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 급전 구조는,
    상기 급전점과 직렬로 연결되는 급전부;
    상기 급전부의 중단에서 일측의 상기 접지부와 연결되는 제1 급전 연장부; 및
    상기 급전부가 절곡되어 타측의 상기 접지부와 연결되는 제2 급전 연장부
    를 포함하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 급전 연장부와 상기 제2 급전 연장부에 각각 직렬로 연결되는 수동 소자
    를 더 포함하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수동 소자는,
    용량성 소자로 이루어져 입력 임피던스를 각각 조절하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 제1 접지 연결부 및 상기 제2 접지 연결부와 연결되는 제1 방사체;
    상기 제1 접지 연결부 및 일측의 상기 접지부와 연결되는 제2 방사체; 및
    상기 제2 접지 연결부 및 타측의 상기 접지부와 연결되는 제3 방사체
    를 포함하고,
    상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체, 및 상기 제3 방사체에 각각 직렬로 연결되는 수동 소자가 형성되며,
    상기 제1 방사체, 상기 제1 접지 연결부, 및 상기 제2 접지 연결부는 제1 루프 형태의 유도성 커플러를 형성하고, 상기 제2 방사체, 상기 제1 접지 연결부, 및 일측의 상기 접지부는 제2 루프 형태의 유도성 커플러를 형성하며, 상기 제3 방사체, 상기 제2 접지 연결부, 및 타측의 상기 접지부는 제3 루프 형태의 유도성 커플러를 형성하여 각각의 주파수 대역에서 독립적으로 동작하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수동 소자는,
    용량성 소자로 이루어져 공진 주파수를 각각 조절하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 방사체, 상기 제1 접지 연결부, 및 상기 제2 접지 연결부는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 1.5GHz 내지 1.6GHz에서 동작하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 방사체, 상기 제1 접지 연결부, 및 일측의 상기 접지부는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 2.4GHz 내지 2.5GHz에서 동작하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제3 방사체, 상기 제2 접지 연결부, 및 타측의 상기 접지부는 루프 형태의 유도성 커플러(inductive coupler)를 형성하여 주파수 대역 5GHz 내지 6GHz에서 동작하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 접지 연결부는,
    상기 접지면과 연결되는 상기 제1 접지 연결부에 직렬로 연결되는 수동 소자; 및
    상기 접지면과 연결되는 상기 제2 접지 연결부에 직렬로 연결되는 수동 소자
    를 더 포함하고,
    상기 수동 소자는 유도성 소자로 이루어져 공진 주파수를 각각 조절하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 급전 구조는,
    상기 급전부에 직렬로 연결되는 수동 소자; 및
    상기 급전부와 연결되는 상기 제1 급전 연장부에 직렬로 연결되는 수동 소자
    를 더 포함하고,
    상기 수동 소자는 유도성 소자로 이루어져 입력 임피던스를 각각 조절하는 것
    을 특징으로 하는 삼중 대역 그라운드 방사 안테나.
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