KR101914526B1 - Ebg 구조를 이용한 역지향성 배열의 원형 편파 안테나 장치 및 이를 구비하는 무선 전력 전송 시스템 - Google Patents

Ebg 구조를 이용한 역지향성 배열의 원형 편파 안테나 장치 및 이를 구비하는 무선 전력 전송 시스템 Download PDF

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황금철
박원빈
양영구
이강윤
이성우
이종민
송찬미
윤주호
임홍준
권오헌
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성균관대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 EBG 구조를 이용한 역지향성 배열의 원형 편파 안테나 장치 및 이를 구비하는 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 안테나 장치는 적어도 하나의 패치 안테나 소자와, 서로 다른 형상의 전자기 밴드 갭(EBG) 구조의 패치들을 포함한다. 패치 안테난 소자는 직사각형 형상의 좌우측 각각에 코흐 프랙탈 형태로 구비되고, 상하부측과 좌우측 각각에 복수 개의 패치들이 구비된다. 이러한 안테나 장치는 무선 전력을 전송하는 무선 전력 송신기에 적용된다. 본 발명에 의하면, 안테나 장치의 소형화가 가능하고, 인접하는 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합을 줄일 수 있으며, 원형 편파 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

EBG 구조를 이용한 역지향성 배열의 원형 편파 안테나 장치 및 이를 구비하는 무선 전력 전송 시스템{ANTENNA APPARATUS WITH RETRODIRECTIVE ARRAY USING ELECTROMAGNETIC BAND GAP STRUCTURE AND WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM INCLUDING IT}
본 발명은 원형 편파 안테나 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 배열된 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합(coupling) 효과를 억제하기 위하여 전자기 밴드 갭(Electromagnetic Band Gap : EBG) 구조를 적용하여 역지향성 배열의 원형 편파 성능을 향상시키는 EBG 구조를 이용한 역지향성 배열의 원형 편파 안테나 장치에 관한 것이다.
또 본 발명은 EBG 구조를 이용한 역지향성 배열의 원형 편파 안테나 장치를 무선 전력 송신기에 적용하여 수신 전력 효율을 향상시키도록 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
역지향성 배열 안테나를 실현하기 위해 기존에 잘 알려진 방법은 Corner reflector, Van Atta array, 위상 공액을 위한 RF 회로와 통합된 heterodyne 역지향성 배열 안테나 등이 있다. 현대 무선 통신에서는 크기가 작고 평면 형태의 구조가 요구되기 때문에, 기존의 역지향성 배열 안테나의 대부분은 Van Atta array와 heterodyne 역지향성 배열을 기반으로 설계되었다.
또한 기존 배열에 사용된 안테나들은 선형 편파 특성을 갖는다. 따라서, 반사파 또는 산란파는 선형 편파 특성을 나타낸다. 이 경우, 산란 신호와 역지향성 신호가 혼합되었을 때, 바이스태틱 레이다 단면 응답에서 역지향성 신호를 추출하기가 어렵다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 편광 회전 특성을 갖는 역지향성 배열의 안테나를 필요로 한다. 그러나, 이 경우 송수신 안테나가 다른 편파 특성을 갖도록 설계되어야 하기 때문에, 전체 시스템의 비용 및 크기가 증가하게 된다. 따라서 원형 편파 특성을 갖는 역지향성 배열 안테나가 주목을 받고 있다.
원형 편파 특성을 갖는 역지향성 배열의 안테나를 이용하는 무선 전력 전송 시스템에서, 반사파 또는 산란파는 입사파와 직각을 이루며, 역방향의 파는 입사파와 동일한 편파를 갖는다. 따라서, 동일한 안테나가 송신 및 수신 안테나로서 사용될 수 있어, 전체 시스템의 소형화 및 비용 절감을 효과를 얻을 수 있다. 그러나 현재까지 발표된 역지향성 배열의 원형 편파 안테나에 대한 연구 결과는 미비한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1623054호(공고일 2016.05.24.) 대한민국 등록특허공보 제10-1161266호(공고일 2012.07.02.)
EBG 표면 위의 단일 방향 복사 등각 안테나의 성능 해석, 윤성현 외, 한국통신학회지 15-08, Vol.40, No.08, 2015
본 발명에 따른 EBG 구조를 이용한 역지향성 배열의 원형 편파 안테나 장치는 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 안테나 장치의 원형 편파 성능을 향상시키고자 한다.
둘째, 복수 개의 패치 안테나를 구비하는 안테나 장치에서 인접하는 패치 안테나들 간의 상호 결합을 감소시키고자 한다.
셋째, 복수 개의 패치 안테나를 구비하는 안테나 장치의 소형화 및 비용 절감을 이루고자 한다.
넷째, 안테나 장치가 적용되는 무선 전력 전송 시스템에서 수신 전력 효율을 향상시키고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 안테나 장치는 코흐 프랙탈 형태의 패치 안테나 소자와 서로 다른 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 적용하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 안테나 장치는 장치는 배열된 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합 효과를 줄일 수 있으며, 역지향성 배열의 원형 편파 성능을 향상시킬 수 있다.
이 특징에 따른 본 발명의 안테나 장치는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부면에 직사각형 형상으로 형성되고, 상하 및 좌우가 각각 대칭되며, 상기 좌우 각각이 코흐 프랙탈 형태로 구비되는 패치 안테나 소자; 상기 패치 안테나 소자의 상부측 및 하부측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 제1 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제1 패치; 및 상기 패치 안테나 소자의 좌측 및 우측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 상기 제1 패치와는 서로 다른 제2 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제2 패치;를 포함한다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 제1 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖으며, 상기 제2 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 복수 개의 슬롯이 형성된 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상기 슬롯의 개수가 결정된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상부측 및 하부측 각각에 적어도 2 개가 구비되고, 상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 좌측 및 우측 각각에 적어도 2 개가 구비된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, EBG 구조를 이용한 역지향성 배열의 안테나 장치가 제공된다.
이 특징에 따른 안테나 장치는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부면에 직사각형 형상으로 형성되고, 상하 및 좌우가 각각 대칭되고, 상기 좌우 각각이 코흐 프랙탈 형태로 구비되며, 복수 개가 N × N (N은 2 이상의 양의 정수) 배열로 배치되는 패치 안테나 소자; 상기 패치 안테나 소자들 각각의 상부측 및 하부측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 제1 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제1 패치; 및 상기 패치 안테나 소자들 각각의 좌측 및 우측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 상기 제1 패치와는 서로 다른 제2 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제2 패치;를 포함하되; 상기 제1 및 상기 제2 패치들 각각은; 일부가 상기 유전체 기판의 가장자리에 위치하는 패치 안테나 소자에 대해 상부측, 하부측, 좌측 또는 우측 각각에서 인접하는 패치 안테나 소자와 독립적으로 구비되고, 나머지가 상기 패치 안테나 소자들이 상하 및 좌우 방향으로 인접하게 위치하는 패치 안테나 소자들의 사이 각각에서 상호 인접한 패치 안테나 소자들이 상호 공유하도록 구비된다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 패치 안테나 소자들 각각은 상하 좌우 방향으로 상호 인접하는 패치 안테나 소자와 일정 간격 이격되어 배치된다.
이 실시예에 있어서, 상기 상호 인접하는 패치 안테나 소자들은; 상기 안테나 장치의 주파수 대역이 5.2 GHz인 경우, 0.4λ(λ는 주파수 대역에서 빛의 파장) 크기의 간격으로 이격된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 가지며, 상기 제2 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 복수 개의 슬롯이 형성된 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상기 슬롯의 개수가 결정된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상부측 및 하부측 각각에 적어도 2 개가 구비되고, 상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 좌측 및 우측 각각에 적어도 2 개가 구비된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, EBG 구조를 이용한 역지향성 배열의 안테나 장치를 이용하는 무선 전력 전송 시스템이 제공된다.
이 특징에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 적어도 하나의 수신기로부터 파일러 신호를 전송받아서 상기 수신기로 무선 전력 신호를 전송하는 안테나 장치를 포함하되; 상기 안테나 장치는; 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부면에 직사각형 형상으로 형성되고, 상하 및 좌우가 각각 대칭되고, 상기 좌우 각각이 코흐 프랙탈 형태로 구비되는 적어도 하나의 패치 안테나 소자; 상기 패치 안테나 소자의 상부측 및 하부측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제1 패치; 및 상기 패치 안테나 소자의 좌측 및 우측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 복수 개의 슬롯이 형성된 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제2 패치;를 포함한다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 안테나 장치는; 상기 패치 안테나 소자가 복수 개인 경우, 상기 패치 안테나 소자들이 N × N(N은 2 이상의 양의 정수) 배열로 배치된다.
이 실시예에 있어서, 상기 안테나 장치는; 상기 제1 및 상기 제2 패치들 각각의 일부가 상기 유전체 기판의 가장자리에 위치하는 패치 안테나 소자에 대해 상부측, 하부측, 좌측 또는 우측 각각에서 인접하는 패치 안테나 소자와 독립적으로 구비되고, 나머지가 상기 패치 안테나 소자들이 상하 및 좌우 방향으로 인접하게 위치하는 패치 안테나 소자들의 사이 각각에서 상호 인접한 패치 안테나 소자들이 상호 공유하도록 구비된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 안테나 장치는; 동작 주파수 대역이 5.2 GHz인 경우, 상기 상호 인접하는 패치 안테나 소자들이 0.4λ(λ는 주파수 대역에서 빛의 파장) 크기의 간격으로 이격된다.
본 발명에 따른 EBG 구조를 이용한 역지향성 원형 편파 배열을 갖는 안테나 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 적어도 하나의 패치 안테나 소자를 코흐 프랙탈 형태로 구비함으로써, 안테나 장치의 소형화가 가능하고, 이로 인한 제조 비용이 절감될 수 있다.
둘째, 패치 안테나 소자의 가장자리에 서로 다른 형상의 EBG 구조의 패치들을 배치함으로써, 인접하는 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합을 줄일 수 있다.
셋째, 코흐 프랙탈 형태의 패치 안테나 소자와 서로 다른 형상의 EBG 구조의 패치들을 구비함으로써, 인접하는 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합을 줄일 수 있으며, 이로 인해 원형 편파 특성을 향상시킬 수 있다.
넷째, EBG 구조를 이용한 역지향성 원형 편파 배열을 갖는 안테나 장치를 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 송신기에 적용함으로써, 수신 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 안테나 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 패치 안테나 소자의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 도 1에 도시된 하나의 패치 안테나 소자가 적용된 안테나 장치의 구성을 나타내는 도면,
도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도들,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 패치 안테나 소자가 2 × 2 배열 구성을 갖는 안테나 장치의 구성을 도시한 도면들,
도 10은 도 8에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도,
도 11 내지 도 13은 도 8에 도시된 안테나 장치의 서로 다른 절단면에서의 상호 결합 효과에 대한 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도들,
도 14는 본 발명에 따른 패치 안테나 소자가 5 × 5 배열 구성을 갖는 안테나 장치의 구성을 도시한 도면,
도 15 내지 도 17은 도 14에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도들, 그리고
도 18은 본 발명에 따른 안테나 장치가 적용된 무선 전력 전송 시스템의 시뮬레이션을 위한 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 안테나 장치는 전자기 밴드 갭(EBG) 구조를 이용한 역지향성 배열의 안테나 장치로 구비된다. 안테나 장치는 코흐 프랙탈 형태로 구비되는 적어도 하나의 패치 안테나 소자와, 각각의 패치 안테나 소자의 가장자리에 배치되는 복수 개의 서로 다른 구조의 패치들을 포함한다. 이러한 안테나 장치는 인접하는 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합 효과를 억제하고, 역지향성 배열의 원형 편파 성능을 향상시킨다.
본 발명의 안테나 장치는 무선 전력 전송 시스템에서의 무선 전력 송신기에 적용 가능하다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 안테나 장치의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(2)은 전형적인 실내 환경에서 안테나 장치(100)와 전자 장치(10, 20)들 간에 무선 전력을 전송한다. 이를 위해 무선 전력 전송 시스템(2)은 원형 편파 특성을 갖는 적어도 하나의 패치 안테나 소자를 역지향성 배열로 구성되는 안테나 장치(100)가 구비된다.
구체적으로, 실내 공간은 예를 들어, 사무실, 거실 등과 같은 실내 환경으로, 일측 예를 들어, 천장이나 측벽에 안테나 장치(100)가 고정 설치되고, 내부 공간에 무선 통신 가능한 적어도 하나의 전자 장치(10, 20)가 구비된다.
전자 장치(10, 20)는 예를 들어, 노트북, 휴대폰 등과 같은 휴대용 전자 단말기로, 무선 전력을 수신하기 위한 무선 전력 수신기(wireless power receiver) 기능을 처리한다. 전자 장치(10, 20)는 사용자에 의해 실내 공간에서 무작위로 위치되며 자유롭게 이동할 수 있다.
전자 장치(10, 20)는 파일럿 신호(PS : Pilot Signal)를 안테나 장치(100)로 전송한다. 전자 장치(10, 20)는 파일럿 신호를 받은 안테나 장치(100)로부터 무선 전력 신호(W_PB : Wireless_Power Beam)를 받아들인다.
안테나 장치(100)는 예컨대, 무선 전력 송신기(wireless power transmitter)로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(102), 적어도 하나의 패치 안테나 소자(110) 및 패치 안테나 소자(110)의 주변에 전자기 밴드 갭(Electromagnetic Band Gap : EBG) 구조의 복수 개의 패치(120, 130)가 구비된다. 안테나 장치(100)는 원형 편파 특성을 갖는 복수 개의 패치 안테나 소자(100)를 유전체 기판(102)의 표면에 역지향성 배열(retrodirective array)로 구성된다.
즉, 본 발명의 안테나 장치(100)는 역지향성 배열 구조와 EBG 구조가 통합되고, 패치 안테나 소자(110)가 원형 편파 특성을 갖는 마이크로 스트립 패치 안테나 배열의 구조를 갖는다. 패치 안테나 소자(110)는 원형 편파 특성 향상과 안테나의 크기를 축소하기 위해 코흐 프랙탈(Koch fractal) 형태로 설계된다. 또 안테나 장치(100)의 패치(120, 130)는 버섯 모양의 EBG 구조로, 각 패치 안테나 소자(110)들 사이에 상호 결합(coupling) 효과를 억제하기 위해 사용되어, 패치 안테나 소자(110)의 역지향성 배열의 원형 편파 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 안테나 장치(100)의 구체적인 구성 및 기능에 대해서는 본 발명의 실시예에서 상세히 설명한다.
따라서 안테나 장치(100)는 실내 공간에서 전자 장치(10, 20)들 각각으로부터 전송된 파일럿 신호(PS)에 응답하여 전자 장치(10, 20)들 각각으로 무선 전력 신호(W_PB)를 전송한다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 패치 안테나 소자의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 하나의 패치 안테나 소자가 적용된 안테나 장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도들이다. 즉, 도 5는 도 4에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션에 따라 측정된 반사 계수를 나타내는 파형도이고, 도 6은 도 4에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션에 따라 측정된 축비를 나타내는 파형도이며, 도 7은 도 4에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션에 따른 5.2 GHz 대역에서의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 이 실시예의 안테나 장치(100a)는 EBG 구조를 포함한 원형 편파 특성을 갖는 코흐 프랙탈 형태의 단일 패치 안테나의 구성을 갖는다.
즉, 안테나 장치(100a)는 하나의 패치 안테나 소자(110)가 구비된 단일 패치 안테나 장치로서, 유전체 기판(102)과, 하나의 패치 안테나 소자(110) 및 복수 개의 패치(120, 130)들을 포함한다.
유전체 기판(102)는 예를 들어, RF-35 기판 또는 글래스 에폭시(FR-4)와 같은 인쇄회로기판(PCB) 등으로 구비된다. 유전체 기판(102)는 상부에 접지면(104)이 형성되고, 하부에 외부 전자 장치(미도시됨)와 연결하기 위한 커넥터(106)와 전기적으로 연결되는 마이크로스트립 라인(미도시됨)이 형성된다. 커넥터(106)는 접지면(104)과 마이크로스트립 라인에 전기적으로 연결된다.
패치 안테나 소자(110)는 EBG 구조의 원형 편파 특성을 갖는 코흐 프랙탈 형태로 구비된다. 즉, 패치 안테나 소자(110)는 직사각형 형상으로 구비되고, 상하, 좌우 각각이 상호 대칭되는 형상을 가지며, 좌우 각각이 코흐 프랙탈 형태로 구비된다. 여기서 고흐 프랙탈(Koch fractal) 형태는 일정한 단위 모양의 굴곡이 거듭하며 무한히 반복되는 것으로서, 자기 유사성(self-similarity)과 순환성(recursiveness)이라는 속성을 가진다.
패치 안테나 소자(110)는 2 개의 코흐 프랙탈 형태 즉, 직사각형 패치의 x 축 방향을 따라 좌우 가장자리 각각에 코흐 프랙탈 형태로 구성된다.
이 실시예에서 패치 안테나 소자(110)는 최적화된 매개 변수를 사용하여 제작되며, 각 변수들은 Wp = 15.45 ㎜, Lp = 12.69 ㎜, dx = 1.695 ㎜, dy = 1.966 ㎜, L1 = 0.793 ㎜, L2 = 3.173 ㎜, L3 = 9.516㎜, θ = 45 °, w1 = 8.0 ㎜, g1 = 0.4 ㎜, w2 = 6.25 mm, g2 = 0.5 mm, w3 = 4.2 mm, w4 = 2.7 mm, s1 = 0.4 mm, s2 = 0.4 mm 및 rvia = 0.25 mm 크기를 갖는다.
이러한 패치 안테나 소자(110)는 패치 중심점(112)에서 +x 및 -y 축 방향으로 각각 dx 및 dy의 거리에 있는 급전점(feeding point)(114)을 통해 여기되어 원형 편파 특성을 나타낸다.
그리고 패치(120, 130)는 x 축과 y 축에 따라 패치 안테나 소자(110)의 구조가 다르기 때문에 서로 다른 형태의 EBG 구조를 갖는다. 즉, 패치(120, 130)는 적어도 4 개의 제1 패치(120)와, 적어도 4 개의 제2 패치(130)를 포함한다.
즉, 제1 패치(120)는 직사각형 형태로 복수 개가 x 축 방향으로 나란하게 배치되고, 버섯 모양의 EBG 구조를 가지며, y 축을 따라 패치 안테나 소자(110)의 상부측과 하부측에 인접하게 각각 2 개씩 배치된다. 제2 패치(130)는 직사각형 형태로 복수 개가 y 축 방향으로 나란하게 배치되고, 적어도 2 개의 슬롯이 구비된 버섯 모양의 EBG 구조를 가지며, x 축을 따라 패치 안테나 소자(110)의 좌측과 우측에 인접하게 각각 2 개씩 배치된다. 이러한 제1 및 제2 패치(120, 130)는 패치 안테나 소자(110)의 크기에 대응하여 상하측, 좌우측 각각에 복수 개가 구비될 수 있으며, 제2 패치(130)의 슬롯 또한 패치 안테나 소자(110)의 크기에 대응하여 그 갯수가 결정될 수 있다. 이 실시예에서 제2 패치(130)는 EBG 구조의 금속 패치 상에 2 개의 직사각형 슬롯을 삽입하여 직렬 등가 커패시턴스가 확대될 수 있고, 그 결과 기존에 비해 더 소형의 EBG 구조를 설계할 수 있다.
이 실시예의 안테나 장치(100a)는 5.2 GHz 주파수 대역에서 작동되는 경우, 패치 안테나 소자(110)와 EBG 구조의 패치(120, 130)들은 모두 3.5의 유전 상수와, 1.52 mm의 두께 및 0.0019의 손실 탄젠트(loss tangent)를 갖는 타코닉(Taconic) 사의 유전체 기판(102)의 상부층에 인쇄된다. 따라서 제1 및 제2 패치(120, 130)의 EBG 구조는 모두 5.2 GHz 주파수 대역에서 상호 결합을 억제할 수 있다.
이 실시예에서, 안테나 장치(100a)의 -10 dB 반사 계수 대역폭은 도 5에 도시된 바와 같이, 약 3.45 % (5.12 ~ 5.30 GHz)이다. 또 안테나 장치(100a)의 측정된 축비(Axial Ratio : AR) 값은 도 6에 도시된 바와 같이, 설계 주파수 5.2 GHz에서 2.42이고, 5.175 GHz에서 최소 축비 값 1.32가 얻어졌다. 이 실시예의 안테나 장치(100a)의 3 dB 축비 대역폭은 더 낮은 주파수 범위로 약간 이동하였고, 또 최소 축비 값은 1.90에서 0.96으로 감소되어 원형 편파 특성이 향상되었음을 알 수 있다.
또 이 실시예의 EBG 구조의 안테나 장치(100a)와, EBG 구조가 없는 안테나 장치의 특성을 비교할 수 있도록 시뮬레이션한 결과, 도 7에 도시된 바와 같은 방사 패턴이 나타난다.
즉, 이 실시예의 안테나 장치(100a)는 5.2 GHz에서 xz 및 yz 평면 방사 패턴은 좌원 편파(LHCP)를 나타내며, 좌원 편파의 이득은 +z 방향에서 우원 편파(RHCP)의 이득 보다 약 17.1 dB 높게 나타난다.
따라서 이 실시예의 안테나 장치(100a)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 측정된 결과와 시뮬레이션 결과가 일치함을 알 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 구성 및 기능에 대해 도 8 내지 도 13을 이용하여 상세히 설명한다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 패치 안테나 소자가 2 × 2 배열 구성을 갖는 안테나 장치의 구성을 도시한 도면들이고, 도 10은 도 8에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도이며, 그리고 도 11 내지 도 13은 도 8에 도시된 안테나 장치의 서로 다른 절단면에서의 상호 결합 효과에 대한 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도들이다. 이러한 파형도들 각각은 EBG 구조의 유무에 따른 2 × 2 배열의 안테나 장치를 시뮬레이션 및 측정한 결과를 나타낸다.
도 8 내지 도 13을 참조하면, 이 실시예의 안테나 장치(100b)는 유전체 기판(102)과, 복수 개의 패치 안테나 소자(110) 및, 패치 안테나 소자(110)들 각각에 대응하여 배치되는 복수 개의 제1 및 제2 패치(120, 130)들을 포함한다.
구체적으로, 이 실시예의 안테나 장치(100b)는 인접하는 패치 안테나 소자(110)들과의 상호 결합을 고려하기 위하여, 패치 안테나 소자(110)를 2 × 2 배열로 구성된다. 패치 안테나 소자(110)들 각각은 도 3의 것과 동일한 구성을 가지므로, 여기서 패치 안테나 소자에 대한 설명은 생략한다.
패치 안테나 소자(110)는 x 축 및 y 축 방향으로 인접하는 다른 패치 안테나 소자와 일정 거리(d) 만큼 이격 배치된다. 즉, 하나의 패치 안테나 소자의 중심점(112)과, x 축 및 y 축 방향으로 인접하는 다른 패치 안테나 소자의 중심점 간의 간격은 일정 거리(d) 만큼 이격된다. 본 발명에서 패치 안테나 소자(110)들 간의 간격(d)은 0.4λ(λ는 특정 주파수 대역에서 빛의 파장)의 크기를 갖는다. 이 실시예에서 주파수 대역은 예를 들어, 5.2 GHz 대역이다.
또 제1 및 제2 패치(120, 130)들 각각은 일부(120a, 130a)가 안테나 장치(100b)의 가장자리 측에서 해당 패치 안테나 소자의 상부측, 하부측, 좌측 또는 우측에 독립적으로 배치되고, 나머지(120b, 130b)는 하나의 패치 안테나 소자와 x 축 및 y 축 방향으로 인접하는 다른 패치 안테나 소자가 상호 공유하도록 배치된다.
즉, 하나의 패치 안테나 소자(element #1)는 상부측에 2 개의 제1 패치(120a)가 구비되고, 좌측에 2 개의 제2 패치(130a)가 구비된다. 다른 패치 안테나 소자(element #2)는 상부측에 2 개의 제1 패치(120a)가 구비되고, 우측에 2 개의 제2 패치(130a)가 구비된다. 또 다른 패치 안테나 소자(element #3)는 하부측에 2 개의 제1 패치(120a)가 구비되고, 우측에 2 개의 제2 패치(130a)가 구비된다. 또 다른 패치 안테나 소자(element #4)는 하부측에 2 개의 제1 패치(120a)가 구비되고, 좌측에 2 개의 제2 패치(130a)가 구비된다.
또, 하나의 패치 안테나 소자(element #1)와, x 축 방향으로 인접하는 다른 패치 안테나 소자(element #2) 사이에는 2 개의 제2 패치(130b)가 구비되고, 하나의 패치 안테나 소자(element #1)와, y 축 방향으로 인접하는 다른 패치 안테나 소자(element #4) 사이에는 2 개의 제1 패치(120b)가 구비된다.
또, 다른 하나의 패치 안테나 소자(element #3)와, y 축 방향으로 인접하는 다른 패치 안테나 소자(element #2) 사이에는 2 개의 제1 패치(120b)가 구비되고, 다른 하나의 패치 안테나 소자(element #3)와, x 축 방향으로 인접하는 다른 패치 안테나 소자(element #4) 사이에는 2 개의 제2 패치(130b)가 구비된다.
따라서 패치 안테나 소자(110)들 각각은 상부측, 하부측, 좌측 및 우측 각각에 복수 개의 제1 및 제2 패치(120, 130)들이 일부(120a, 130a)는 해당 패치 안테나 소자에 대해 독립적으로 배치되고, 나머지(120a, 130a)는 인접하는 패치 안테나 소자들 간에 상호 공유되게 배치되어, x 축 및 y 축 방향으로 인접하는 패치 안테나 소자(110)들 간의 상호 결합을 감소시킨다.
이 실시예의 안테나 장치(100b)는 하나의 패치 안테나 소자(element #1)가 여기되었을 때, EBG 구조의 유무에 따른 2 × 2 배열의 시뮬레이션 및 측정한 결과의 반사 계수가 도 10에 도시된 바와 같이 나타난다.
또 이 실시예의 안테나 장치(100b)의 수평면, 수직면 및 대각선면을 포함한 세 개의 절단면에서의 상호 결합 효과를 시뮬레이션 및 측정한 결과, 각각의 절단면에 대한 S21, S31 및 S41는 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 나타난다. 동작 주파수 대역 내에서 수평 대각선 측정을 통해 9.47 dB, 12.78 dB 및 1.38 dB의 최대 상호 결합 감소 효과 있음을 확인할 수 있다. 또 시뮬레이션 결과, S21, S31 및 S41들 각각의 값은 각각 10.78 dB, 17.1 dB 및 6.62 dB로 확인된다.
또 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 구성 및 기능에 대해 도 14 내지 도 17을 이용하여 설명한다.
도 14는 본 발명에 따른 패치 안테나 소자가 5 × 5 배열 구성을 갖는 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 15 내지 도 17은 도 14에 도시된 안테나 장치의 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 파형도들이다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 이 실시예의 안테나 장치(100c)는 복수 개의 패치 안테나 소자(110)가 5 × 5 배열로 구성된다.
구체적으로, 이 실시예의 안테나 장치(100c)는 유전체 기판(102)과, 복수 개의 패치 안테나 소자(110) 및, 패치 안테나 소자(110)들 각각에 대응하여 배치되는 복수 개의 제1 및 제2 패치(120, 130)들을 포함한다. 여기서 패치 안테나 소자(110), 제1 및 제2 패치(120, 130)들 각각은 도 3의 것과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
이 실시예의 안테나 장치(100c) 또한 x 축 및 y 축 방향으로 인접하는 패치 안테나 소자들 간의 간격은 0.4λ의 크기를 갖는다. 안테나 장치(100c)는 인접하는 패치 안테나 소자(110)들 간의 상호 결합을 고려하기 위하여, 서로 다른 EBG 구조의 제1 및 제2 패치(120, 130)들이 패치 안테나 소자들 각각의 가장자리에 복수 개 배치된다. 제1 및 제2 패치(120, 130)들의 일부는 해당 패치 안테나 소자에 대해 독립적으로 구비되고, 나머지는 x 축 및 y 축 방향으로 인접하는 패치 안테나 소자들과 상호 공유하도록 구비된다.
따라서 이 실시예의 안테나 장치(100c)는 EBG 구조의 유무에 따른 반사 계수와 축비 특성을 시뮬레이션 및 측정한 결과, 도 15에 도시된 바와 같이 나타난다. 여기서 축비(AR) 값은 +z 방향에서 관측된다.
또 EBG 구조가 없는 안테나 장치의 경우, 원형 편파 특성은 상호 결합 효과가 강하기 때문에 크게 저하된다. 최소 축비 값은 3.83 dB까지 증가된다.
반면, EBG 구조를 포함하는 안테나 장치의 경우, 원형 편파 특성이 크게 향상된다. 또 상호 결합 감소로 인해 최소 축비 값은 0.31 dB로 감소된다. 5.2 GHz 주파수 대역에서는 1.20 dB의 축비 값을 얻을 수 있으며, -10 dB의 반사 대역폭 또한 EBG 구조의 존재로 향상된다.
또 5.2 GHz에서의 xz- 및 yz- 평면 방사 패턴은 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 상호 결합 감소를 위해 EBG 구조를 사용함으로써, EBG 구조가 없는 배열에 비해 이득이 0.5 dB 정도 향상된다.
시뮬레이션 결과에 의하면, 패치 안테나 소자(110)들 간의 간격(d)이 0.4λ로 작아졌음에도 불구하고, EBG 구조의 존재가 역지향성 배열의 원형 편파 특성을 크게 향상시켰음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 안테나 장치(100, 100a ~ 100c)는 코흐 프랙탈 형태로 구비되는 적어도 하나의 패치 안테나 소자(110)와, 각각의 패치 안테나 소자(110)의 가장자리에 배치되는 복수 개의 서로 다른 EBG 구조의 패치(120, 130)들을 포함함으로써, 서로 다른 구조의 패치들을 적용하여 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합을 줄일 수 있고 역지향성 배열의 원형 편파 특성을 향상시킬 수 있다.
또 본 발명의 실시예에서는 단일 패치 안테나 소자, 2 × 2 배열의 패치 안테나 소자들, 5 × 5 배열의 패치 안테나 소자들의 구성을 이용하여 설명하였으나, 안테나 장치의 크기, 주파수 대역 등에 따라 10 × 10 배열 등 다양한 배열 구조를 가질 수 있음은 자명하다 하겠다.
계속해서 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 모델을 설명한다.
즉, 도 18은 본 발명에 따른 안테나 장치가 적용된 무선 전력 전송 시스템의 시뮬레이션을 위한 구성을 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면, 이 실시예의 무선 전력 전송 시스템(2)은 본 발명에 따른 안테나 장치(100, 100a ~ 100c)를 적용하여 무선 전력 전송 특성을 시뮬레이션하기 위한 구성으로, 실내 공간(4)에 무선 전력을 수신하는 수신기(200)와, 무선 전력을 송신하는 송신기(100c 또는 100d)를 포함한다.
수신기(200)는 전력 수신기로 예컨대, EBG 구조가 없는 코흐 프랙탈 형태의 패치 안테나 소자가 구비된 안테나 장치가 구비된 전자 장치이며, +z 축 방향을 따라 위치한다.
송신기(100c 또는 100d)는 무선 전력 송신기로 예컨대, EBG 구조가 있는 5 × 5 배열의 안테나 장치(100c) 또는 EBG 구조가 있는 10 × 10 배열의 안테나 장치(100d)로, 예를 들어, 약 50 W의 전력을 무선으로 수신기(200)로 전송한다.
이 시뮬레이션을 위해 실내 환경은 실제 실내 환경과 유사하게 구현하기 위하여, 실내 공간(4)의 내부에 공기를 채운 콘크리트 상자와 같이 구비한다.
이 실시예에서 무선 전력 전송 시스템(2)은 수신기(200)로부터 송신기(100c 또는 100d)로 파일럿 신호(PS)가 전송되면, 송신기(100c 또는 100d)는 수신기(200)로부터 전송된 파일럿 신호(PS)를 수신하고, 이 파일럿 신호(PS)를 분석한다. 이어서 송신기(100c 또는 100d)는 분석한 파일럿 신호(PS)에 대응하여 파생된 데이터로부터 수신기(200)로 무선 전력을 전송한다.
이 때, 무선 전력 전송 성능은 수신기(200)의 수신 전력을 통해 평가될 수 있다. 그러므로 이 실시예에서 원거리(far-field) 환경을 구현하기 위해, 송신기(100c 또는 100d)와 수신기(200) 사이의 거리는 약 1 m로 설정한다.
이 실시예에서 5 × 5 배열의 안테나 장치(100c)를 이용하여 시뮬레이션한 결과, EBG 구조를 갖는 역지향성 배열의 안테나 장치(100c)로부터 수신기(200)로 무선 전력이 전송되었을 때, 수신기(200)는 약 0.2685 W의 전력이 수신될 수 있다. 한편, EBG 구조를 포함하지 않는 역지향성 배열의 경우, 약 0.2412 W의 전력만이 수신된다. 따라서 EBG 구조를 포함하는 역지향성 배열의 안테나 장치(100c)를 사용하면 수신기의 수신 전력은 약 11.32 % 정도 향상됨을 알 수 있다.
또 EBG 구조 유무에 따른 원형 편파 특성을 갖는 10 × 10 역지향성 배열의 안테나 장치(100d)를 이용할 경우의 수신 전력을 비교한 결과가 다음의 표 1에 나타나 있다.
Figure 112017120268359-pat00001
이를 위해, 무선 전력 전송 시스템(2)은 무선 전력 송신기로서 서로 다른 종류의 10 × 10 배열의 안테나 장치(100d)를 이용한다. 즉, 10 × 10 배열의 안테나 장치에서, EBG 구조가 없고 패치 안테나 소자들 간의 간격이 0.5λ인 역지향성의 배열 안테나 장치와, EBG 구조가 없고 패치 안테나 소자들 간의 간격이 0.4λ인 역지향성의 배열 안테나 장치 및, 패치 안테나 소자들 간의 간격이 0.4λ이고 EBG 구조를 포함하는 역지향성 배열의 안테나 장치(100d)를 이용하여 시뮬레이션한다. 이 세 가지 경우, 안테나 장치들 각각은 송신 전력이 약 50 W이고, 송신기와 수신기 사이의 거리는 약 1 m로 한다.
수신 전력의 시뮬레이션 결과는 표 1에 나타낸 바와 같이, EBG 구조가 없고 간격이 0.5λ인 안테나 장치를 사용할 경우, 약 1.339 W의 전력이 수신된다. 반면, 간격을 0.4λ로 줄인 안테나 장치를 사용할 경우, 수신 전력은 약 0.827 W로 상호 결합 효과로 인해 현저하게 감소한다. 그러나 EBG 구조를 포함하고 간격이 0.4λ인 안테나 장치(100d)의 경우, 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합 효과가 감소되어 약 0.930 W의 전력이 수신된다.
따라서 EBG 구조를 포함하는 역지향성 배열의 안테나 장치(100d)를 사용하였을 경우, EBG 구조가 없는 안테나 장치에 비해 수신 전력이 약 12.45 %가 향상됨을 알 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에서는 원형 편파 특성을 갖는 역지향성 배열의 안테나 장치의 성능을 향상시키기 위한 안테나 장치의 구성 및 기능에 대하여 설명하였다.
본 발명에 따른 하나의 패치 안테나 소자를 갖는 안테나 장치(100a)는 패치 안테나 소자를 코흐 프랙탈 형태로 구비하고, 패치 안테나 소자의 가장자리에 복수 개의 서로 다른 구조의 패치들을 배치하여 역지향성 배열의 원형 편파 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 복수 개의 패치 안테나 소자를 갖는 안테나 장치(100b, 100c, 100d)는 패치 안테나 소자들 사이의 간격을 0.4λ로 구현하여 안테나 장치의 크기를 소형화할 수 있다.
또 본 발명에 따른 패치 안테나 소자는 원형 편파 특성을 갖는 코흐 프랙탈 형태로 설계되고 그 가장자리에 복수 개의 EBG 구조의 패치들을 배치시킴으로써, 패치 안테나 소자들 간의 상호 결합 효과를 줄일 수 있다.
또 본 발명의 EBG 구조를 적용한 역지향성 배열의 안테나 장치를 무선 전력 전송 시스템을 통해 시뮬레이션 및 검증한 결과, EBG 구조를 포함하는 5 × 5 배열 및 10 × 10 배열의 안테나 장치를 무선 전력 송신기로 사용할 경우, EBG 구조가 없는 경우 보다 수신 전력이 각각 약 11.32 %, 12.45 %가 개선됨을 알 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c, 100d : 안테나 장치(무선 전력 송신기)
200 : 수신기
102 : 유전체 기판
104 : 접지면
110 : 패치 안테나 소자
120, 120a, 120b, 130, 130a, 130b : 패치

Claims (14)

  1. 안테나 장치에 있어서:
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 상부면에 직사각형 형상으로 형성되고, 상하 및 좌우가 각각 대칭되며, 상기 좌우 각각이 코흐 프랙탈 형태로 구비되는 패치 안테나 소자;
    상기 패치 안테나 소자의 상부측 및 하부측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 제1 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제1 패치; 및
    상기 패치 안테나 소자의 좌측 및 우측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 상기 제1 패치와는 서로 다른 제2 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제2 패치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖으며,
    상기 제2 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 복수 개의 슬롯이 형성된 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상기 슬롯의 개수가 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상부측 및 하부측 각각에 적어도 2 개가 구비되고,
    상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 좌측 및 우측 각각에 적어도 2 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 안테나 장치에 있어서:
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 상부면에 직사각형 형상으로 형성되고, 상하 및 좌우가 각각 대칭되고, 상기 좌우 각각이 코흐 프랙탈 형태로 구비되며, 복수 개가 N × N (N은 2 이상의 양의 정수) 배열로 배치되는 패치 안테나 소자;
    상기 패치 안테나 소자들 각각의 상부측 및 하부측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 제1 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제1 패치; 및
    상기 패치 안테나 소자들 각각의 좌측 및 우측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 상기 제1 패치와는 서로 다른 제2 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제2 패치;를 포함하되;
    상기 제1 및 상기 제2 패치들 각각은;
    일부가 상기 유전체 기판의 가장자리에 위치하는 패치 안테나 소자에 대해 상부측, 하부측, 좌측 또는 우측 각각에서 인접하는 패치 안테나 소자와 독립적으로 구비되고,
    나머지가 상기 패치 안테나 소자들이 상하 및 좌우 방향으로 인접하게 위치하는 패치 안테나 소자들의 사이 각각에서 상호 인접한 패치 안테나 소자들이 상호 공유하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 패치 안테나 소자들 각각은 상하 좌우 방향으로 상호 인접하는 패치 안테나 소자와 일정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 상호 인접하는 패치 안테나 소자들은;
    상기 안테나 장치의 주파수 대역이 5.2 GHz인 경우, 0.4λ(λ는 주파수 대역에서 빛의 파장) 크기의 간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 가지며,
    상기 제2 패치는 직사각형 형태로 구비되고, 복수 개의 슬롯이 형성된 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상기 슬롯의 개수가 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 상부측 및 하부측 각각에 적어도 2 개가 구비되고,
    상기 제2 패치는 상기 패치 안테나 소자의 크기에 대응하여 좌측 및 우측 각각에 적어도 2 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 무선 전력 전송 시스템에 있어서:
    적어도 하나의 수신기로부터 파일러 신호를 전송받아서 상기 수신기로 무선 전력 신호를 전송하는 안테나 장치를 포함하되;
    상기 안테나 장치는;
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 상부면에 직사각형 형상으로 형성되고, 상하 및 좌우가 각각 대칭되고, 상기 좌우 각각이 코흐 프랙탈 형태로 구비되는 적어도 하나의 패치 안테나 소자;
    상기 패치 안테나 소자의 상부측 및 하부측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제1 패치; 및
    상기 패치 안테나 소자의 좌측 및 우측에 인접하게 배치되고, 상기 패치 안테나 소자에 대응하여 복수 개의 슬롯이 형성된 버섯 형상의 전자기 밴드 갭 구조를 갖는 복수 개의 제2 패치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 안테나 장치는;
    상기 패치 안테나 소자가 복수 개인 경우, 상기 패치 안테나 소자들이 N × N(N은 2 이상의 양의 정수) 배열로 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 안테나 장치는;
    상기 제1 및 상기 제2 패치들 각각의 일부가 상기 유전체 기판의 가장자리에 위치하는 패치 안테나 소자에 대해 상부측, 하부측, 좌측 또는 우측 각각에서 인접하는 패치 안테나 소자와 독립적으로 구비되고, 나머지가 상기 패치 안테나 소자들이 상하 및 좌우 방향으로 인접하게 위치하는 패치 안테나 소자들의 사이 각각에서 상호 인접한 패치 안테나 소자들이 상호 공유하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 안테나 장치는;
    동작 주파수 대역이 5.2 GHz인 경우, 상기 상호 인접하는 패치 안테나 소자들이 0.4λ(λ는 주파수 대역에서 빛의 파장) 크기의 간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
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