KR101750199B1 - 모듈용 그라운드 방사 안테나 - Google Patents

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Abstract

모듈용 그라운드 방사 안테나가 제시된다. 모듈용 그라운드 방사 안테나에 있어서, 급전원을 포함하는 급전 회로가 형성되는 모듈; 및 상기 모듈과 소정 간격 이격되어 배치되며, 공진 회로가 형성되는 그라운드를 포함하고, 상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 상기 그라운드를 방사체로 활용할 수 있다.

Description

모듈용 그라운드 방사 안테나{Ground Radiation Antenna for Module Device}
아래의 실시예들은 그라운드 방사 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모듈 및 모듈이 장착되는 그라운드를 포함하는 모듈용 그라운드 방사 안테나에 관한 것이다.
무선 통신을 활용하는 모듈은 보급률이 급격히 성장하고 있으며, 차후 다양한 단말기에 장착되어 활용할 수 있는 기술로 분류되고 있다. 현재 시판된 모듈의 종류도 매우 다양하며 사물인터넷의 급격한 발전에 따라 고성능의 모듈형 안테나의 수요가 증대되고 있다. 하지만 모듈의 크기가 매우 작아 모듈만으로는 고성능의 안테나를 구현하기가 매우 어렵다.
특히, 무선 단말기용 안테나는 PCB 상에 위치하게 되어 공기 중으로 전자기 에너지를 방사하게 되는데, 모듈의 사이즈가 매우 작아 안테나의 성능이 매우 저하되는 문제점을 가지고 있다. 안테나의 성능은 방사 효율, 대역폭 등으로 평가되는데 기존 모듈만을 이용하는 안테나는 좁은 대역폭과 낮은 방사 효율로 다양한 제품에 적용하기 어렵다.
한국공개특허 10-2012-0114141호는 이러한 그라운드 방사 안테나에 관한 것으로, 무선통신 단말기의 그라운드 방사를 이용한 그라운드 방사 안테나에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 모듈용 그라운드 방사 안테나에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 소형 모듈과 그라운드 사이의 전자기적 결합을 이용하여 고성능의 안테나를 구현하는 기술을 제공한다.
실시예들은 모듈의 급전 회로와 그라운드의 공진기가 결합하여 그라운드를 방사체로 활용하는 기술로, 그라운드와 모듈 사이의 자기적 결합을 통해 그라운드의 특성 모드를 활용할 수 있는 모듈용 그라운드 방사 안테나를 제공하는데 있다.
또한 실시예들은 모듈에 구성된 집중 소자를 통해 그라운드의 입력 임피던스를 조절할 수 있으며, 그라운드의 집중 소자를 통해 공진 주파수 제어가 가능한 모듈용 그라운드 방사 안테나를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나에 있어서, 급전원을 포함하는 급전 회로가 형성되는 모듈; 및 상기 모듈과 소정 간격 이격되어 배치되며, 공진 회로가 형성되는 그라운드를 포함하고, 상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 상기 그라운드를 방사체로 활용한다.
상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어 배치될 수 있다.
상기 모듈의 급전 회로에 구성되어 상기 그라운드의 입력 임피던스를 조절하는 제1 집중 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 집중 소자는 상기 급전원으로부터 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어질 수 있다.
상기 모듈은, 소정 영역에 상기 급전원을 포함하는 급전 연결 라인과, 상기 급전 연결 라인과 직렬 연결되며 상기 제1 집중 소자를 포함하는 직렬 연결 라인이 형성되어 루프 형태의 상기 급전 회로를 형성할 수 있다.
상기 그라운드의 공진 회로에 구성되어 공진 주파수를 제어하는 제2 집중 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 집중 소자는 상기 그라운드의 공진 회로에 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어질 수 있다.
상기 그라운드는, 소정 영역에 클리어런스부가 형성되며 상기 클리어런스부의 외부에 상기 제2 집중 소자 및 단락핀을 통해 전류 루프 형태의 상기 공진 회로가 형성될 수 있다.
상기 모듈과 상기 그라운드의 커넥터를 통하여 서로 접지될 수 있다.
상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어, 상기 모듈의 급전 회로에서 발생되는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)가 상기 그라운드의 공진 회로와 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 일으켜 상기 그라운드를 방사체로 활용 가능하며, 별개로 구성된 상기 모듈과 상기 그라운드가 하나의 안테나로 동작될 수 있다.
상기 모듈과 상기 그라운드는 2mm 정도의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 그라운드의 크기는 75 x 80 mm2 로 이루어지며 상기 그라운드 상에 결합되는 상기 모듈의 크기는 12 x 12mm2 로 이루어지고, 상기 급전 회로의 크기는 4 x 4mm2 로 설계될 수 있다.
상기 모듈용 그라운드 방사 안테나는 각각 구성된 상기 모듈과 상기 그라운드가 전자기적으로 결합하여 하나의 안테나로 동작되며, Zigbee, WLAN, Bluetooth 대역인 2.4 내지 2.5GHz 에서 동작될 수 있다.
다른 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나에 있어서, 급전원 및 제1 집중 소자를 포함하는 급전 회로가 형성되는 모듈; 상기 모듈과 소정 간격 이격되어 배치되며, 소정 영역에 클리어런스부가 형성되고 상기 클리어런스부의 외부에 상기 제2 집중 소자 및 단락핀을 통해 전류 루프 형태의 상기 공진 회로가 형성되는 그라운드; 및 상기 모듈과 상기 그라운드를 연결시키는 커넥터를 포함하고, 상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 상기 그라운드를 방사체로 활용하며 하나의 안테나로 동작되고, 상기 제1 집중 소자를 이용하여 상기 그라운드의 입력 임피던스를 조절하며 상기 제2 집중 소자를 이용하여 공진 주파수를 제어할 수 있다.
상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어, 상기 모듈의 급전 회로에서 발생되는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)가 상기 그라운드의 공진 회로와 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 일으켜 상기 그라운드를 방사체로 활용 가능하며, 별개로 구성된 상기 모듈과 상기 그라운드가 하나의 안테나로 동작될 수 있다.
실시예들에 따르면 모듈의 급전 회로와 그라운드의 공진기가 결합하여 그라운드를 방사체로 활용하는 기술로, 그라운드와 모듈 사이의 자기적 결합을 통해 그라운드의 특성 모드를 활용할 수 있는 모듈용 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 모듈 크기가 매우 작아 모듈만 방사체로 이용하는 경우 방사 효율이 낮기 때문에 모듈과 그라운드를 전자기적으로 연결시켜 그라운드를 방사체로 이용함으로써 방사 효율 개선할 수 있다.
또한, 모듈에 구성된 집중 소자를 통해 그라운드의 입력 임피던스를 조절할 수 있으며, 그라운드의 집중 소자를 통해 공진 주파수 제어가 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모듈의 급전 회로를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 그라운드의 평면상 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나의 반사 손실 측정 결과를 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.
안테나의 방사 효율, 동작 주파수, 대역폭 등을 모두 충족시키는 고성능의 안테나를 설계하기 위해서는 안테나 주변 회로와의 커플링 관계 및 그라운드(200)의 크기, 구조 등이 분석되어야 한다. 그 중 단말기 등에 모듈(100)로 구성된 제품은 그 크기가 매우 작아 전자기적인 방사 특성이 저해하기 때문에 일반적인 안테나 설계로는 고성능의 안테나를 구현하기 매우 어렵다.
이에 따라 아래에서는 단말기 등의 모듈(100)과 결합되는 그라운드(200)에 각각 안테나 급전원(120) 및 공진 회로를 구성하여 그라운드(200)를 방사체로 직접 활용할 수 있다. 모듈(100)에 구성되는 급전 회로에 집중 소자를 배치하고 모듈(100)과 결합되는 공진 회로에 집중 소자를 각각 배치하여 모듈(100)과 그라운드(200) 사이에 입력 임피던스 조절 및 공진 주파수 제어가 가능하다.
여기서 단말기는 무선 통신이 가능한 장치로서, 대표적으로 휴대폰, 스마트 폰 등이 이에 해당될 수 있으며, 이외에도 무선 통신 기능을 갖는 태블릿 PC, PDA, 노트북이나 팜탑 컴퓨터 등 다양한 장치가 포함될 수 있다.
아래의 실시예들은 소형 모듈(100)과 그라운드(200) 사이의 전자기적 결합을 이용하여 고성능의 안테나를 구현하는 기술에 관한 것이다. 더 구체적으로, 실시예들은 모듈용 그라운드 방사 안테나로 모듈(100) 및 모듈(100)이 장착되는 그라운드(200)를 포함하며, 모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진기가 결합하여 그라운드(200)를 방사체로 활용하는 기술이다. 즉, 그라운드(200)와 모듈(100) 사이의 전자기적 결합을 통해 그라운드(200)의 특성 모드를 활용할 수 있다.
여기에서 모듈(100)에 구성된 집중 소자를 통해 그라운드(200)의 입력 임피던스를 조절할 수 있으며 그라운드(200)에 구성된 집중 소자를 통해 공진 주파수 제어가 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나를 나타내는 것으로, 그라운드(200) 상에 모듈(100)이 결합된 구조의 예를 나타낼 수 있다.
예를 들어 75 x 80 mm2 의 그라운드(200) 상에 12 x 12mm2 의 모듈(100)이 결합될 수 있다. 그라운드(200)는 모듈(100)로부터 약 2mm 정도 이격되어 배치될 수 있으며, 모듈(100)과 그라운드(200)의 커넥터를 통하여 서로 접지될 수 있다.
여기서 모듈(100) 상에는 급전(feeding) 회로 및 집중 소자가 배치될 수 있으며, 그라운드(200) 상에는 공진 루프 및 집중 소자가 배치될 수 있다. 반대로, 모듈(100)의 급전원(120)을 포함하는 급전 회로를 그라운드(200)에 구현하는 것도 가능하다.
이러한 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 Zigbee, WLAN, Bluetooth 대역인 2.4 ~ 2.5GHz에서 동작하도록 설계될 수 있다. 이 외의 대역에서도 동작하도록 설계 가능하다.
일반적으로는 모듈(100)에 안테나를 구현하고 그라운드(200)에 결합하나, 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 모듈(100)에 급전 회로를 구현하고 그라운드(200)에 공진 루프를 구현함으로써 그라운드(200)를 방사체로 이용하여 방사 효율을 높일 수 있다.
즉, 모듈(100)과 그라운드(200)가 별개로 형성되지만 마그네틱 커플링(magnetic coupling)되어 하나의 안테나로 동작할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나를 더 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 모듈(100) 및 모듈(100)과 소정 간격 이격되어 배치되는 그라운드(200)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때 모듈(100)과 그라운드(200)는 별개의 플레이트 등으로 이루어질 수 있다.
모듈(100)에는 전기적 신호를 공급하는 급전원(120)(또는 급전점)을 포함하는 급전 회로가 형성될 수 있다.
모듈(100)의 급전 회로에는 제1 집중 소자(140)가 구성되어 그라운드(200)의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 여기에서 모듈(100)의 급전 회로에 구성되는 집중 소자(140)는 그라운드(200)에 형성되는 집중 소자(230)와 구분하기 위해 편의상 제1 집중 소자(140)라 하기로 한다.
예컨대 제1 집중 소자(140)는 급전원(120)으로부터 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어질 수 있다. 캐패시턴스의 값에 따라 그라운드(200)의 입력 임피던스도 변화되며, 적절한 캐패시턴스 값을 선택하여 입력 임피던스를 제어할 수 있다.
여기서 제1 집중 소자(140)는 급전원(120)으로부터 직렬 또는 병렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터, 인덕터 등의 리액턴스 소자가 될 수 있다. 즉, 캐패시턴스의 변화뿐만 아니라 유동성 소자의 인턱턴스의 변화에 의해서도 입력 임피던스를 제어할 수 있다.
예를 들어 모듈(100)은 소정 영역에 급전원(120)을 포함하는 급전 연결 라인(110)과 급전 연결 라인(110)과 직렬 연결되며 제1 집중 소자(140)를 포함하는 직렬 연결 라인(130)이 형성되어 루프 형태의 급전 회로를 형성할 수 있다. 여기서 급전 연결 라인(110)은 급전원(120)과 전자기적으로 결합되어 급전원(120)으로부터 전기적 신호를 제공 받을 수 있다. 그리고 제1 집중 소자(140)가 형성되는 직렬 연결 라인(130)은 급전 연결 라인(110)과 연결되어 전기적 신호를 제공 받을 수 있다. 이때 제1 집중 소자(140)는 급전원(120)과 병렬로 연결될 수도 있다.
그라운드(200)는 안테나가 내장되는 통신 기기의 전기/전자 소자들에 접지 전압을 제공할 수 있다.
이러한 그라운드(200)는 모듈(100)과 소정 간격 이격되어 배치되며 공진 회로가 형성될 수 있다. 예컨대 모듈(100)과 그라운드(200)는 2mm 정도의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
그라운드(200)는 전기적으로 접지 상태를 유지하며, 단말기 내의 다른 소자들에 접지 전위를 제공한다. 일례로, 그라운드(200)는 단말기의 소자들이 결합된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)의 하부면에 형성된 접지판일 수 있다.
그라운드(200)는 평판 형태를 가질 수 있으며, 종래의 안테나에서 그라운드(200)는 접지 전위를 제공하는 용도로만 활용되었으나, 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나에서의 그라운드(200)는 접지 전위를 제공하는 역할뿐만 아니라 RF 신호를 방사하는 방사체로 작용할 수 있다.
단말기의 그라운드(200)는 단말기마다 그 사이즈가 다르고 그라운드(200)의 사이즈는 공진 주파수와는 무관하게 정해지기 때문에 단말기의 그라운드(200)가 방사체로 동작하기 위해 방사되는 공진 주파수를 조절하는 수단이 필요하며, 공진 회로(공진기)를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
그라운드(200)의 공진 회로에는 제2 집중 소자(230)가 구성되어 공진 주파수를 제어할 수 있다. 여기서 모듈(100) 상에 구성되는 제1 집중 소자(140)와 구분하기 위해 그라운드(200)에 구성되는 집중 소자를 편의상 제2 집중 소자(230)라 하기로 한다.
예컨대 제2 집중 소자(230)는 그라운드(200)의 공진 회로에 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어질 수 있다. 캐패시턴스의 값에 따라 공진 주파수도 변화되며, 적절한 캐패시턴스 값을 선택하여 원하는 주파수 대역에서 방사하는 안테나를 구현할 수 있다.
여기서 제2 집중 소자(230)는 그라운드(200)의 공진 회로에 직렬 또는 병렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터, 인덕터 등의 리액턴스 소자가 될 수 있다. 즉, 캐패시턴스의 변화뿐만 아니라 유동성 소자의 인턱턴스의 변화에 의해서도 공진 주파수의 변화가 가능하다.
이와 같이 유도성 소자의 인덕턴스 및 용량성 소자의 캐패시턴스를 적절하게 선택함으로써 단말기마다 사이즈가 다른 그라운드(200)를 통해 원하는 주파수의 신호를 방사하도록 모듈용 그라운드 방사 안테나를 구현하는 것이 가능하다.
예를 들어 이러한 그라운드(200)는 소정 영역에 클리어런스부(210)가 형성되며 클리어런스부(210)의 외부에 제2 집중 소자(230) 및 단락핀(220)을 통해 전류 루프 형태의 공진 회로가 형성될 수 있다. 여기서 클리어런스부(210)의 크기 및 형태, 제2 집중 소자(230)의 종류 및 위치 등은 변경 가능하다.
이러한 모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 그라운드(200)를 방사체로 활용할 수 있다. 그리고 별개로 구성되는 모듈(100)과 그라운드(200)가 마그네틱 커플링되어 하나의 안테나로 동작할 수 있다.
모듈(100)과 그라운드(200)의 커넥터를 통하여 서로 접지될 수 있다.
또한 모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어 배치될 수 있다.
모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어, 모듈(100)의 급전 회로에서 발생되는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)가 그라운드(200)의 공진 회로와 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 일으켜 그라운드(200)를 방사체로 활용 가능하며, 별개로 구성된 모듈(100)과 그라운드(200)가 하나의 안테나로 동작될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 다른 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 모듈(100), 그라운드(200), 및 커넥터를 포함하여 이루어질 수 있다. 다른 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나의 구성요소와 유사하며 각 구성요소의 특징이 중복되어 간단히 설명한다.
모듈(100)은 급전원(120) 및 제1 집중 소자(140)를 포함하는 급전 회로가 형성될 수 있다.
그라운드(200)는 모듈(100)과 소정 간격 이격되어 배치되며, 소정 영역에 클리어런스부(210)가 형성되고 클리어런스부(210)의 외부에 제2 집중 소자(230) 및 단락핀(220)을 통해 전류 루프 형태의 공진 회로가 형성될 수 있다. 여기서 클리어런스부(210)의 크기 및 형태, 제2 집중 소자(230)의 종류 및 위치 등은 변경 가능하다.
모듈(100)과 그라운드(200)를 연결시키는 커넥터를 포함하고, 모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 그라운드(200)를 방사체로 활용하며 하나의 안테나로 동작될 수 있다.
이때 제1 집중 소자(140)를 이용하여 그라운드(200)의 입력 임피던스를 조절하며 제2 집중 소자(230)를 이용하여 공진 주파수를 제어할 수 있다.
그리고 모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어, 모듈(100)의 급전 회로에서 발생되는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)가 그라운드(200)의 공진 회로와 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 일으켜 그라운드(200)를 방사체로 활용 가능하며, 별개로 구성된 모듈(100)과 그라운드(200)가 하나의 안테나로 동작될 수 있다.
실시예들에 따르면 모듈(100) 크기가 매우 작아 모듈(100)만 방사체로 이용하는 경우 방사 효율이 낮기 때문에 모듈(100)과 그라운드(200)를 전자기적으로 연결시켜 그라운드(200)를 방사체로 이용함으로써 방사 효율 개선할 수 있다.
또한, 모듈(100)에 구성된 집중 소자를 통해 그라운드(200)의 입력 임피던스를 조절할 수 있으며, 그라운드(200)의 집중 소자를 통해 공진 주파수 제어가 가능하다.
도 2는 일 실시예에 따른 모듈의 급전 회로를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 모듈(100) 및 모듈(100)의 급전 회로의 구조를 나타내는 것으로 모듈(100)에는 급전원(120) 및 급전 회로가 구현될 수 있다.
예를 들어 모듈(100)의 크기는 12 x 12mm2 로 설계될 수 있으며, 급전 회로의 크기는 4 x 4mm2 로 설계될 수 있다.
또한 모듈(100)의 급전 회로에는 적어도 하나 이상의 집중 소자가 연결될 수 있다. 즉, 급전 회로는 급전원(120)으로부터 집중 소자로 연결된 구조이다. 여기에서 집중 소자는 그라운드(200)에 형성되는 집중 소자와 구분하기 위해 편의상 제1 집중 소자(140)라 하기로 한다.
다시 말하면 일 실시에에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 모듈(100)의 급전 회로에 구성되어 그라운드(200)의 입력 임피던스를 조절하는 제1 집중 소자(140)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 모듈(100)의 급전 회로에 급전원(120)으로부터 직렬로 연결된 제1 집중 소자(140)를 통해 안테나의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 여기서 제1 집중 소자(140)는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어질 수 있다. 다른 예로 제1 집중 소자(140)는 적어도 하나 이상의 인덕터로 이루어질 수 있으며, 또 다른 예로 제1 집중 소자(140)는 적어도 하나 이상의 캐패시터와 적어도 하나 이상의 인덕터의 조합으로 이루어질 수도 있다.
또한 급전원(120)으로부터 병렬로 연결된 제1 집중 소자(140)를 통해 안테나의 입력 임피던스를 조절하는 것도 가능하다. 마찬가지로 제1 집중 소자(140)는 적어도 하나 이상의 커패시터, 인덕터 등의 리액턴스를 이용하여 구현할 수 있다.
한편, 급전원(120)과 제1 집중 소자(140)의 위치 및 형태는 모듈(100) 상에서 자유롭게 변경할 수 있다. 여기서 제1 집중 소자(140)는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 커패시터, 인덕터 등의 리액턴스일 수 있다.
예를 들어 모듈(100)은 소정 영역에 급전원(120)을 포함하는 급전 연결 라인(110)과 급전 연결 라인(110)과 직렬 연결되며 제1 집중 소자(140)를 포함하는 직렬 연결 라인(130)이 형성되어 루프 형태의 급전 회로를 형성할 수 있다. 여기서 급전 연결 라인(110)은 급전원(120)과 전자기적으로 결합되어 급전원(120)으로부터 전기적 신호를 제공 받을 수 있다. 그리고 제1 집중 소자(140)가 형성되는 직렬 연결 라인(130)은 급전 연결 라인(110)과 연결되어 전기적 신호를 제공 받을 수 있다. 이때 제1 집중 소자(140)는 급전원(120)과 병렬로 연결될 수도 있다.
캐패시턴스의 값에 따라 그라운드의 입력 임피던스도 변화되며, 적절한 캐패시턴스 값을 선택하여 입력 임피던스를 제어할 수 있다. 또한 캐패시턴스의 변화뿐만 아니라 유동성 소자의 인턱턴스의 변화에 의해서도 입력 임피던스를 제어할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 그라운드의 평면상 구조를 나타내는 도면이다. 그리고 도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 그라운드(200)는 모듈(100)과 결합되는 것으로, 모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 그라운드(200)를 방사체로 활용할 수 있다.
여기서 모듈(100)의 급전 회로와 그라운드(200)의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어 배치될 수 있다.
그라운드(200) 상의 안테나 패턴은 루프 타입 공진 회로 구조로 집중 소자를 포함할 수 있다. 그라운드(200)를 방사시키기 위한 전류 루프 모드는 단락핀(220)과 집중 소자를 포함한 루프로 형성되며, 집중 소자를 통해 공진 주파수를 제어할 수 있다. 여기서 모듈(100) 상에 구성되는 제1 집중 소자(140)와 구분하기 위해 그라운드(200)에 구성되는 집중 소자를 편의상 제2 집중 소자(230)라 하기로 한다.
즉, 그라운드(200)의 공진 회로는 제2 집중 소자(230)를 더 포함하여 이루어질 수 있으며 제2 집중 소자(230)를 통해 공진 주파수를 제어할 수 있다.
여기서 제2 집중 소자(230)는 그라운드(200)의 공진 회로에 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어질 수 있다. 다른 예로 제2 집중 소자(230)는 적어도 하나 이상의 인덕터로 이루어질 수 있으며, 또 다른 예로 제2 집중 소자(230)는 적어도 하나 이상의 캐패시터와 적어도 하나 이상의 인덕터의 조합으로 이루어질 수도 있다.
또한 그라운드(200)의 공진 회로에 병렬로 연결된 제2 집중 소자(230)를 통해 공진 주파수를 제어하는 것도 가능하다. 마찬가지로 제2 집중 소자(230)는 적어도 하나 이상의 커패시터, 인덕터 등의 리액턴스를 이용하여 구현할 수 있다.
한편 제2 집중 소자(230)의 위치 및 형태는 그라운드(200) 상에서 자유롭게 변경할 수 있다. 여기서 제2 집중 소자(230)는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 커패시터, 인덕터 등의 리액턴스일 수 있다.
예를 들어 이러한 그라운드(200)는 소정 영역에 클리어런스부(210)가 형성되며 클리어런스부(210)의 외부에 제2 집중 소자(230) 및 단락핀(220)을 통해 전류 루프 형태의 공진 회로가 형성될 수 있다. 여기서 클리어런스부(210)의 크기 및 형태, 제2 집중 소자(230)의 종류 및 위치 등은 변경 가능하다.
일반적으로는 모듈(100)에 안테나를 구현하고 그라운드(200)에 결합하나, 단말 등에 사용되는 모듈(100)의 크기가 매우 작아 모듈(100)만 방사체로 이용하는 경우 방사 효율이 떨어진다. 이에, 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 모듈(100)에 급전 회로를 구현하고 그라운드(200)에 공진 루프를 구현함으로써 그라운드(200)를 방사체로 이용함하여 방사 효율을 높일 수 있다.
즉, 모듈(100)과 그라운드(200)가 별개로 형성되지만 마그네틱 커플링(magnetic coupling)되어 하나의 안테나로 동작할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나의 반사 손실 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나의 반사 손실 측정 결과를 나타내는 것으로, 모듈용 그라운드 방사 안테나는 Zigbee, WLAN, Bluetooth 대역인 2.4 내지 2.5GHz 대역을 반사 손실 -6dB 이하로 만족하는 것을 확인할 수 있다.
표 1은 일 실시예에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나의 방사 효율 측정 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112016025158024-pat00001
표 1을 참조하면, 모듈용 그라운드 방사 안테나는 Zigbee, WLAN, Bluetooth 대역인 2.4 내지 2.5GHz 에서 평균 50% 이상을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
실시예들에 따르면 모듈의 급전 회로와 그라운드의 공진기가 결합하여 그라운드를 방사체로 활용하는 기술로, 그라운드와 모듈 사이의 자기적 결합을 통해 그라운드의 특성 모드를 활용할 수 있는 모듈용 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
또한 실시예들에 따르면 모듈에 구성된 집중 소자를 통해 그라운드의 입력 임피던스를 조절할 수 있으며, 그라운드의 집중 소자를 통해 공진 주파수 제어가 가능하다.
이상에서 실시예들에 따른 모듈용 그라운드 방사 안테나는 WCDMA, LTE, GPS, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-wave 등의 무선 통신을 위한 모든 모듈에 적용 가능하다. 이러한 기술은 단말 등의 PCB 상에 적용할 수 있다. 예컨대 무선 통신을 사용하는 단말기, 모듈, 모듈을 사용하는 단말기 등에 적용 가능하다.
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.
100: 모듈
110: 급전 연결 라인
120: 급전원
130: 직렬 연결 라인
140: 제1 집중 소자
200: 그라운드
210: 클리어런스부
220: 단락핀
230: 제2 집중 소자

Claims (15)

  1. 모듈용 그라운드 방사 안테나에 있어서,
    급전원을 포함하는 급전 회로가 형성되는 모듈; 및
    상기 모듈과 소정 간격 이격되어 배치되며, 공진 회로가 형성되는 그라운드
    를 포함하고,
    상기 모듈과 상기 그라운드가 커넥터를 통하여 서로 접지되며, 상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 상기 그라운드를 방사체로 활용하고, 상기 모듈의 급전 회로에서 발생되는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)가 상기 그라운드의 공진 회로와 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 일으켜 상기 그라운드를 방사체로 활용 가능하며, 별개로 구성된 상기 모듈과 상기 그라운드가 하나의 안테나로 동작되는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어 배치되는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모듈의 급전 회로에 구성되어 상기 그라운드의 입력 임피던스를 조절하는 제1 집중 소자
    를 더 포함하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 집중 소자는 상기 급전원으로부터 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 모듈은,
    소정 영역에 상기 급전원을 포함하는 급전 연결 라인과, 상기 급전 연결 라인과 직렬 연결되며 상기 제1 집중 소자를 포함하는 직렬 연결 라인이 형성되어 루프 형태의 상기 급전 회로를 형성하는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그라운드의 공진 회로에 구성되어 공진 주파수를 제어하는 제2 집중 소자
    를 더 포함하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 집중 소자는 상기 그라운드의 공진 회로에 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 그라운드는,
    소정 영역에 클리어런스부가 형성되며 상기 클리어런스부의 외부에 상기 제2 집중 소자 및 단락핀을 통해 전류 루프 형태의 상기 공진 회로가 형성되는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모듈과 상기 그라운드는 2mm의 간격으로 이격되어 배치되는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 그라운드의 크기는 75 x 80 mm2 로 이루어지며 상기 그라운드 상에 결합되는 상기 모듈의 크기는 12 x 12mm2 로 이루어지고, 상기 급전 회로의 크기는 4 x 4mm2 로 설계되는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 모듈용 그라운드 방사 안테나는 각각 구성된 상기 모듈과 상기 그라운드가 전자기적으로 결합하여 하나의 안테나로 동작되며, Zigbee, WLAN, Bluetooth 대역인 2.4 내지 2.5GHz 에서 동작되는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  14. 모듈용 그라운드 방사 안테나에 있어서,
    급전원 및 제1 집중 소자를 포함하는 급전 회로가 형성되는 모듈;
    상기 모듈과 소정 간격 이격되어 배치되며, 소정 영역에 클리어런스부가 형성되고 상기 클리어런스부의 외부에 제2 집중 소자 및 단락핀을 통해 전류 루프 형태의 공진 회로가 형성되는 그라운드; 및
    상기 모듈과 상기 그라운드를 연결하여 접지시키는 커넥터
    를 포함하고,
    상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 전자기적으로 결합하여 상기 그라운드를 방사체로 활용하며, 상기 모듈의 급전 회로에서 발생되는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)가 상기 그라운드의 공진 회로와 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 일으켜 상기 그라운드를 방사체로 활용 가능하고, 별개로 구성된 상기 모듈과 상기 그라운드가 하나의 안테나로 동작되며, 상기 제1 집중 소자를 이용하여 상기 그라운드의 입력 임피던스를 조절하고 상기 제2 집중 소자를 이용하여 공진 주파수를 제어하는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 모듈의 급전 회로와 상기 그라운드의 공진 회로가 적어도 일부 오버랩(overlap)되어, 상기 모듈의 급전 회로에서 발생되는 마그네틱 플럭스(magnetic flux)가 상기 그라운드의 공진 회로와 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 일으켜 상기 그라운드를 방사체로 활용 가능하며, 별개로 구성된 상기 모듈과 상기 그라운드가 하나의 안테나로 동작되는 것
    을 특징으로 하는 모듈용 그라운드 방사 안테나.
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