KR101722341B1 - 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나 - Google Patents

Abstract

모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상부에 배열되는 다수의 원호 형태의 방사체들; 상기 유전체 기판 하부에 형성되는 접지면; 상기 배열된 다수의 원호 형태의 방사체들의 중앙에 배치되며 상기 다수의 원호 형태의 방사체들과 소정 거리 이격되는 급전 패치; 및 상기 접지면과 상기 다수의 원호 형태의 방사체들 각각을 전기적으로 연결하는 다수의 단락핀을 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, 모노폴과 같은 방사 특성을 가지면서 양호한 임피던스 매칭을 제공하며, 로우 프로파일로 제작 가능하면서 이중 대역 특성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나{Dual Band Planar Antenna Having Radiation Pattern Such as Monopole}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다이폴 안테나에 관한 것이다.

무선 통신 기술이 발달함에 따라 초소형, 저전력 통신이 가능하게 되었고, 이러한 기술은 인체 내의 송신기와 외부의 수신기를 통해 체내 정보를 무선으로 송수신하는 의료용 기기에 활용 가능하게 하였다.

이로 인해, 무선 인체 근접 네트워크와 함께 모니터링, 진단, 치료를 위한 의료용 이식 장비 및 의료용 착용형 통신 기기의 연구가 활발히 진행되고 있다.

한편, 모노폴 안테나는 수직편파와 수평면 방향으로 전방향의 방사패턴을 제공하기 때문에 무선 통신(Wireless communications)을 위해 광범위하게 사용되고 있다.

그러나 수직 모노폴 안테나는 λ/4의 큰 높이를 갖기 때문에 저자세의 소형 기기나 구조 등에 적용하기에 적합하지 않다

인체 착용형 장치는 사용자의 신체 또는 사용자의 옷에 결합되어 동작하는 장치로서 스마트 워치와 같은 착용형 스마트 장치 및 신체의 이상 신호를 감지하는 각종 의료 장비를 포함한다.

이러한 인체 착용형 장치들은 인체에 착용되어야 하므로 로우 프로파일 구조를 가져야 하며 이에 따라 이러한 장치에 사용되는 안테나도 평면형 구조가 요구되었으며 다양한 평면 구조의 모노폴 특성을 가지는 안테나들이 제안되었다.

종래의 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 평면형 안테나들은 TM₀₁, TM₀₂또는 TM₂₁, TM₄₁의 고차모드를 사용하였다. TM₂₁, TM₄₁모드 안테나의 경우 방사체와 그라운드를 연결하는 단락핀을 사용하므로 안테나의 방사이득이 작으며, TM₀₁, TM₀₂모드 안테나의 경우 원형패치의 중심에 직접급전을 이용하여 구현하며 임피던스 매칭에 어려움이 있었다. 그리고 원형패치를 이용할 경우 상기 모드의 안테나들은 단일대역에서만 동작하는 문제점이 있었다.

본 발명은 모노폴과 같은 방사 특성을 가지면서 양호한 임피던스 매칭을 제공하는 평면형 안테나를 제공한다.

또한, 본 발명은 로우 프로파일로 제작 가능하면서 이중 대역 특성을 가지고 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 안테나를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상부에 배열되는 다수의 원호 형태의 방사체들; 상기 유전체 기판 하부에 형성되는 접지면; 상기 배열된 다수의 원호 형태의 방사체들의 중앙에 배치되며 상기 다수의 원호 형태의 방사체들과 소정 거리 이격되는 급전 패치; 및 상기 접지면과 상기 다수의 원호 형태의 방사체들 각각을 전기적으로 연결하는 다수의 단락핀을 포함하는 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나가 제공된다.

상기 이중 대역 평면형 안테나는, 상기 기판의 하부에 결합되는 커넥터를 더 포함하며, 상기 커넥터의 외심과 상기 접지면은 전기적으로 결합되고 상기 커넥터의 내심은 급전 핀을 통해 상기 급전 패치와 전기적으로 결합된다.

상기 다수의 원호 형태의 방사체들은 원형을 다수개로 분할한 형태이다.

상기 다수의 원호 형태의 방사체들의 개수는 4의 배수인 것이 바람직하다.

상기 급전 패치는 십자 형태를 가질 수 잇다.

상기 다수의 원호 형태의 방사체들은 동일한 형태 및 크기를 가지며 전체적으로 원형의 형태를 가지도록 배열된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상부에 배열되는 다수의 방사체들; 상기 유전체 기판 하부에 형성되는 접지면; 상기 배열된 다수의 방사체들의 중앙에 배치되며 상기 다수의 원호 형태의 방사체들과 소정 거리 이격되는 급전 패치; 및 상기 접지면과 상기 다수의 방사체들 각각을 전기적으로 연결하는 다수의 단락핀을 포함하되, 상기 다수의 방사체들은 동일한 형태 및 크기를 가지며 전체적으로 원형의 형태를 가지도록 배열되는 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나가 제공된다.

본 발명의 안테나는 모노폴과 같은 방사 특성을 가지면서 양호한 임피던스 매칭을 제공하며, 로우 프로파일로 제작 가능하면서 이중 대역 특성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나의 사시도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나의 상부 평면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나의 단면도를 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 단일의 원형 방사체에 직접 급전을 수행하는 종래의 평면형 안테나의 반사 손실을 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 단락핀의 위치가 조절될 경우의 반사 손실 특성을 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 커플링 급전 간격에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 커플링 급전 패치의 길이 변화에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 저주파 대역(TM41 모드)의 방사 패턴을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 고주파 대역(TM01 모드)의 방사 패턴을 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발 명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것 으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소 에 대해 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설 명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나의 사시도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나를 하부에서 바라본 사시도를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나의 단면도를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 평면형 안테나는 기판(100), 접지면(110), 다수의 원호 형태의 방사체(120, 122, 124, 126), 급전 패치(130) 및 다수의 단락핀(140, 142, 144, 146)을 포함할 수 있다.

기판(100)은 유전체 재질로 이루어지며 안테나의 몸체부로 동작하며, 기 판(100)에는 접지면(110) 및 다수의 원호 형태의 방사체(120, 122, 124, 126)가 결합된다. 기판의 유전율은 요구되는 방사 특성에 기초하여 적절하게 선택될 수 있다.

접지면(110)은 기판 하부에 결합되어 형성되며, 접지면(110)은 기판(100) 하부의 전 영역에 형성될 수도 있으며 일부 영역에 형성될 수도 있을 것이다.

접지면(110)은 접지와 전기적으로 연결되며 방사를 위한 접지 전압을 제공한다. 일례로, 접지면(110)은 급전을 위한 커넥터(150)의 그라운드 부분(외심)과 전기적으로 연결될 수 있다. 접지면은 다양한 금속 패터닝 방식을 통해 유전체 기판(100)에 결합될 수 있을 것이다.

기판(100)의 상부에는 다수의 원호 형태의 방사체(120, 122,124, 126)가 결합된다. 원호 형태의 방사체(120, 122, 124, 126)는 원을 다수 개로 분할한 원호 형태를 가진다. 일례로, 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 원호 형태의 방사체가 구비될 수 있다. 4개의 원호 형태의 방사체를 가지는 것이 바람직하나 원호 형태의 방사체의 수가 이에 한정되는 것은 아니며 8개의 원호 형태의 방사체가 사용될 수도 있을 것이다. 바람직하게는 원호 형태의 방사체의 개수는 4의 배수일 수 있다.

도 1의 실시예에서, 원호 형태의 방사체는 원을 1/4로 분할한 원호 형태를 가질 수 있다. 물론 필요에 따라 원호 형태 방사체의 중심 각도는 변경될 수 있을 것이다.

다수의 원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)은 동일한 형태를 가져야 하며 서로 대칭이 되도록 배열되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 원호 형태의 방사체들은 상하 좌우로 대칭 형태로 배열되어 전체적으로 원형의 형상이 형성되도록 배열된다.

다수의 원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)은 서로 이격되며 물리적으로 연결되지 않는다. 본 발명은 다수의 원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)에 각각 독립적으로 급전이 이루어지며 각 방사체에서 독립적으로 이루어지는 방사를 통해 전체적으로 모노폴과 같은 방사 특성을 가지게 된다.

다수의 원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)에 동일한 조건으로 급전을 제공하고 용이한 임피던스 매칭을 위해 급전 패치(130)에 의한 커플링 급전이 다수의 원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)에 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 급전 패치(130)는 배열된 다수의 원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)의 중앙에 위치하며 다수의 원호 형태의 방사체들과는 소정 거리 이격된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 급전 패치(130)는 십자 형태를 가질 수 있으며, 이는 서로 이격되어 배열되는 다수의 원호 형태의 방사체들의 이격 공간에 대응되는 형태를 가지는 것이다.

급전 패치(130)는 커넉테(150)의 내심과 전기적으로 연결되며 커넥터의 내심과는 급전 핀(160)을 통해 연결되어 급전 신호를 제공할 수 있을 것이다. 도 1에 내지 도 3에는 십자 형태의 급전 패치(130)가 도시되어 있으며 십자 형태의 급전 패치(130)가 동일한 조건의 급전 신호를 제공하는데 유리하나 본 발명의 급전 패치(130)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며 일례로 원형의 급전 패치가 사용될 수도 있을 것이다.

다수의 원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)은 접지면과 다수의 단락핀(140, 142, 144, 146)을 통해 전기적으로 연결된다. 단락핀(140, 142, 144, 146)은 접지면(110)과 각 원호 형태의 방사체들을 전기적으로 연결시킬 수 있는 위치에 형성된다.

원호 형태의 방사체들(120, 122, 124, 126)을 접지면(110)과 전기적으로 연결시키는 것은 모노폴과 같은 방사 모드를 형성하기 위한 TM41 방사 모드를 형성하기 위해서이다.

본 발명의 안테나는 이중 대역에서 동작하며 제1 방사 대역은 TM41 모드에 의해 형성되는 방사 대역이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, TM41 모드에 의해 ISM 대역인 2.4GHz ~ 2.485GHz에서 공진 대역을 형성한다. 또한, 본 발명의 안테나는 일반 공진 모드인 TM01 모드에서도 공진 대역을 형성한다. TM01 모드의 공진은 TM41 모드에 비해 고주파 대역에서 공진하며, 일례로 ISM 대역인 5.725GHz ~ 5.875GHz 대역에서 공진 대역을 형성한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 단일의 원형 방사체에 직접 급전을 수행하는 종래의 평면형 안테나의 반사 손실을 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 단일의 원형 방사체에 직접 급전을 수행하는 경우 임피던스 매칭이 적절히 이루어지지 않아 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에 비해 낮은 반사 손실을 가지는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 독립적인 원호 형태의 방사체게 커플링을 통해 급전을 수행함으로써 직접 급전에 비해 양호한 임피던스 매칭을 통해 보다 큰 이득으로 방사를 수행할 수 있다는 점을 도 4로부터 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 단락핀의 위치가 조절될 경우의 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다.

도 5에서, 단락핀의 위치는 원호의 중심을부터의 이격 거리를 의미한다. 도 5를 참조하면, 단락핀의 위치가 변화됨에 따라 저주파 대역 및 고주파 대역에서의 공진 주파수가 조절되는 것을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 커플링 급전 간격에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 커플링 급전 간격의 변화에 따라 반사 손실이 미세하게 조절되는 것을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 커플링 급전 패치의 길이 변화에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다.

도 7을 참조하면, 급전 패치의 길이 변화에 따라 반사 손실 특성이 미세하게 조절되는 것을 확인할 수 있다.

도 5 내지 도 7을 통해 단락핀의 위치, 급전 패치의 급전 간격 및 길이가 설계 파라미터로 작용할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 저주파 대역(TM41 모드)의 방사 패턴을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 고주파 대역(TM01 모드)의 방사 패턴을 도시한 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 저주파 대역 및 고주파 대역 모드에서 모노폴과 같은 방사 패턴을 가지는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한 정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양 한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되 어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

1. 유전체 기판;
   상기 유전체 기판 상부에 배열되는 다수의 원호 형태의 방사체들;
   상기 유전체 기판 하부에 형성되는 접지면;
   상기 배열된 다수의 원호 형태의 방사체들의 중앙에 배치되며 상기 다수의 원호 형태의 방사체들과 소정 거리 이격되는 급전 패치; 및
   상기 접지면과 상기 다수의 원호 형태의 방사체들 각각을 전기적으로 연결하는 다수의 단락핀을 포함하되,
   상기 다수의 원호 형태의 방사체들은 원형을 다수개로 분할한 형태이고, 동일한 형태 및 크기를 가지며, 전체적으로 원형의 형태를 가지도록 배열되고, 상기 급전 패치는 십자 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판의 하부에 결합되는 커넥터를 더 포함하며, 상기 커넥터의 외심과 상기 접지면은 전기적으로 결합되고 상기 커넥터의 내심은 급전 핀을 통해 상기 급전 패치와 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 원호 형태의 방사체들의 개수는 4의 배수인 것을 특징으로 하는 모노폴과 같은 방사 특성을 가지는 이중 대역 평면형 안테나.
   
   
   
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

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