KR101966709B1 - 비콘 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비콘 안테나 장치에 관한 것으로서, 인쇄 회로 기판, 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결되어 인쇄 회로 기판을 통해 접지되고 인쇄 회로 기판으로부터 전기적 신호를 입력받아 빔을 방사시키는 안테나, 및 안테나와 전기적으로 연결되어 안테나를 접지시킴으로써 인쇄 회로 기판만에 의한 안테나의 접지, 및 외부 환경 변화로 인해 발생하는 빔의 불균일한 방사 패턴을 보상하는 접지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비콘 안테나 장치{BEACON ANTENNA APPARATUS}
본 발명은 비콘 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비콘 RF 모듈에 구비되는 안테나로부터 방사되는 빔의 방사 패턴 상의 균일성을 향상시키기 위한 비콘 안테나 장치에 관한 것이다.
현재 실외에서는 GPS(Global Positioning System)를 이용한 위치정보 인식기술이 범용화되어 다양한 단말에 적용되고 있으며, 이를 이용하여 내비게이션(navigation), 길찾기 및 위치 인식 등 다양한 서비스가 제공되고 있다.
하지만 실내에서는 GPS 신호를 사용할 수 없기 때문에 실내 측위를 위해 WPAN(Wireless Personal Area Network) 및 WLAN(Wireless Local Area Network) 등의 근거리 무선통신 기술을 이용한 다양한 기술들이 제안되고 있다. 이와 관련하여 와이파이(WiFi), UWB(Ultra Wide Band) 및 지그비(ZigBee) 등 WPAN과 WLAN 기술을 이용한 실내 측위 기술이 제안되고 있지만, 와이파이의 경우 측위 성능이 3m 이상이고, UWB의 경우 수십cm 단위의 정밀 측위가 가능하지만 사용되는 무선통신 시스템이 고가이기 때문에 상용화에 어려운 점이 존재한다. 또한, 지그비 방식의 경우 수신 신호 세기(RSSI) 값을 이용한 영역 기반(Zone Base) 특성을 이용하고 있으나, 그 영역의 크기가 10m ~ 50m 수준이므로 정밀 측위가 곤란한 한계가 있다.
최근에는 건물 내에서 비콘(Beacon)의 신호 세기를 이용하여 특정 물체의 위치를 추적하는 기술이 제시되었다. 비콘을 이용한 무선통신 서비스는 상품을 판매하는 매장에 접목되어 상품 또는 광고정보 등을 제공하거나, 지하철과 같은 도로 교통 시스템에 접목되어 역사 내 설치된 비콘 모듈을 통해 이용자의 위치를 파악하고 열차 정보를 비롯한 각종 정보를 제공하는 등의 방식으로 구현되면서 그 활용 범위가 점차 넓어지고 있는 추세이다.
그러나, 종래에는 비콘들이 벽면, 콘크리트 구조물 또는 석면 등과 같이 개발 과정에서 검토되지 않는 조건에 설치되는 경우가 대부분이었다. 역사 내 설치되는 비콘을 예로 들면, 비콘은 역사 내 시멘트 구조물, 철 구조물 및 나무 구조물 등 다양한 재질을 갖는 환경에 설치될 수 있고, 그 설치 환경의 재질은 비콘로부터 방사되는 빔의 방사 특성에 영향을 미치기 때문에, 설치 환경 변화에 따른 비콘의 방사 성능 변화를 최소화할 필요성이 존재하며, 나아가 설치 환경의 구조에 따라 비콘으로부터 방사되는 빔의 방사각을 차별적으로 설정할 필요성이 발생한다. 그러나 종래에는 비콘 개발 시, 그 설치 환경을 고려하지 않았기 때문에 실제로 설치된 비콘의 성능이 그 설치 환경에 의존하게 되어 기존 비콘의 RF 성능마저도 충분히 발휘되지 못하는 문제점이 존재하였다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0806184호(2008.02.22 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 외부 환경 변화에 따른 비콘의 방사 성능 변화를 최소화하여 안테나로부터 방사되는 빔이 그 설치 환경의 변화에 둔감한 방사 패턴을 갖도록 하는 동시에 방사 패턴 상의 균일성을 향상시키기 위한 비콘 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 비콘 안테나 장치는, 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결되어 상기 인쇄 회로 기판을 통해 접지되고 상기 인쇄 회로 기판으로부터 전기적 신호를 입력받아 빔을 방사시키는 안테나, 및 상기 안테나와 전기적으로 연결되어 상기 안테나를 접지시킴으로써 상기 인쇄 회로 기판만에 의한 상기 안테나의 접지, 및 외부 환경 변화로 인해 발생하는 빔의 불균일한 방사 패턴을 보상하는 접지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 접지 플레이트는, 상기 안테나의 배면에서 상기 안테나를 중심으로 상기 인쇄 회로 기판과 대향되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 안테나의 배면에 형성되며 상기 안테나로부터 방사되는 빔을 반사시키는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 접지 플레이트는, 상기 안테나가 미리 설정되는 방사각 범위 내의 특정 방사각으로 빔을 전면 방사하기 위한 방사각 틸트(tilt) 조건에 따른 설정 크기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 비콘 안테나 장치의 설치 환경의 재질과 무관하게 안테나로부터 방사되는 빔이 그 전방으로 고르게 방사될 수 있도록 하고, 또한 설치 환경의 구조에 적합한 방사각으로 빔이 방사되도록 그 방사각을 선택적으로 결정함으로써 안테나로부터 방사되는 빔의 방향성을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 안테나 장치를 설명하기 위한 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 안테나 장치에서 방사각 틸트 조건에 따른 방사 패턴 변화를 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 비콘 안테나 장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 안테나 장치를 설명하기 위한 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 안테나 장치는 케이스(CASE), 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board), 안테나(ANT), 접지 플레이트(GND_PLT) 및 반사판(REFLECTOR)를 포함할 수 있다.
케이스(CASE)는 본 실시예에 따른 비콘 안테나 장치의 외관을 형성하며, 그 내부에는 인쇄 회로 기판(PCB), 안테나(ANT) 및 접지 플레이트(GND_PLT)가 구비됨으로써 상기 구성(PCB, ANT 및 GND_PLT)을 외부의 충격으로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 케이스(CASE)는 합성수지 등의 재질로 형성될 수 있다.
인쇄 회로 기판(PCB)은 무선 통신을 위한 전자 회로(미도시) 및 접지 접속(미도시)을 포함하여 안테나(ANT)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 인쇄 회로 기판(PCB)은 안테나(ANT)와 전기적으로 연결되어, 접지 접속을 통해 안테나(ANT)를 접지시키고 전자 회로를 통해 안테나(ANT)로 전기적 신호를 입력하여 안테나(ANT)로 하여금 빔을 방사시킬 수 있도록 할 수 있다.
안테나(ANT)는 전술한 것과 같이 인쇄 회로 기판(PCB)과 전기적으로 연결되어 접지 접속을 통해 접지되고 전자 회로로부터 전기적 신호를 입력받아 빔을 방사시킬 수 있다. 안테나(ANT)는 Press Type 안테나가 채용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
안테나(ANT)로부터 방사되는 빔의 방사 방향은 안테나(ANT)가 접지되는 방향과 같은 접지 특성에 의존하며, 구체적으로 안테나(ANT)가 접지되는 방향의 반대 방향으로 빔이 방사되는 특성을 갖게 된다. 안테나(ANT) 및 인쇄 회로 기판(PCB) 간의 임피던스 부정합은 빔의 방사 패턴 상의 불균일성을 가중시킬 수 있으며, 외부 환경에 따라서는 기존 비콘의 성능마저도 충분히 발휘되지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 인쇄 회로 기판(PCB)만에 의한 안테나(ANT)의 접지, 및 설치되는 외부 환경 변화로 인해 발생하는 빔의 불균일한 방사 패턴을 보상하기 위해서는(즉, 빔의 전면 방사를 실현하기 위해서는) 안테나(ANT)가 접지되는 접지 특성을 개선시킬 필요성이 있으며, 이에 따라 본 실시예에 따른 비콘 안테나 장치는 인쇄 회로 기판(PCB)과 함께 안테나(ANT)를 추가적으로 접지시키는 접지 플레이트(GND_PLT)를 포함할 수 있다.
접지 플레이트(GND_PLT)는 안테나(ANT)와 전기적으로 연결되어 안테나(ANT)를 접지시킴으로써 인쇄 회로 기판(PCB)만에 의한 안테나(ANT)의 접지, 및 외부 환경 변화로 인해 발생하는 빔의 불균일한 방사 패턴을 보상할 수 있다.
이때, 접지 플레이트(GND_PLT)는 도 1에 도시된 것과 같이 안테나(ANT)의 배면에서 안테나(ANT)를 중심으로 인쇄 회로 기판(PCB)과 대향되도록 형성될 수 있다. 안테나(ANT)의 배면은 안테나(ANT)가 목적하는 빔의 방사 방향의 반대 방향, 즉 안테나(ANT)의 후방으로 정의한다.
접지 플레이트(GND_PLT)의 형성 구조에 대하여 구체적으로 설명하면, 전술한 것과 같이 안테나(ANT)로부터 방사되는 빔은 안테나(ANT)가 접지되는 방향의 반대 방향으로 방사되는 특성을 갖고 있으며, 또한 설치되는 외부 환경의 변화는 이러한 안테나(ANT)의 접지 비대칭성으로 인한 빔의 방사 패턴 상의 불균일성을 가중시킬 수 있다. 따라서 인쇄 회로 기판(PCB)만에 의한 접지, 및 외부 환경 변화로 인해 발생하는 빔의 불균일한 방사 패턴을 보상하기 위해서는 접지 플레이트(GND_PLT)가 안테나(ANT)를 중심으로 인쇄 회로 기판(PCB)과 대향되도록 형성됨이 바람직하며, 이에 따라 안테나(ANT)의 접지 대칭성이 실현되어 안테나(ANT)로부터 방사되는 빔이 전면으로 방사될 수 있다.
안테나(ANT)와, 인쇄 회로 기판(PCB) 및 접지 플레이트(GND_PLT)가 각각 전기적으로 연결되는 접속 방식 및 구조는 특정 방식 및 구조로 한정되지 않으며 케이스(CASE)의 구조 또는 안테나(ANT)의 설치 위치 등에 따라 다양한 방식으로 접속될 수 있다. 다만, 안테나(ANT)의 효율 향상을 위해서는 안테나(ANT), 인쇄 회로 기판(PCB) 및 접지 플레이트(GND_PLT)의 사이에 소정의 공간이 형성됨이 바람직하며, 이를 위해 안테나(ANT)와, 인쇄 회로 기판(PCB) 및 접지 플레이트(GND_PLT)는 각각 서로 물리적으로 이격되어 전기적으로 접속됨이 바람직하다.
한편, 도 1에는 접지 플레이트(GND_PLT)가 인쇄 회로 기판(PCB)과 동일한 크기로 도시되어 있으며, 또한 안테나(ANT)를 중심으로 인쇄 회로 기판(PCB)과 완전한 대칭적 구초로 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 실시예의 이해를 돕기 위한 일 예시일 뿐, 접지 플레이트(GND_PLT)의 크기는 후술할 것과 같이 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 결정될 수 있고(따라서 접지 플레이트(GND_PLT)의 형성 구조는 반드시 케이스(CASE) 내부에 형성되는 물리적 구조로 한정되지 않는다.), 그 대칭적 구조 역시 도 1에 도시된 완전한 대칭적 구조로 형성되는 방식에 한정되는 것은 아닌, 안테나(ANT)의 배면에서 안테나(ANT)를 중심으로 인쇄 회로 기판(PCB)과 대향되도록 형성되어 접지 대칭성을 실현할 수 있는 범위 내에서 그 형성 구조는 달라질 수 있다.
반사판(REFLECTOR)은 안테나(ANT)의 배면에 형성되며 안테나(ANT)로부터 빔을 반사시킬 수 있다. 이에 따라 본 실시예에 따른 비콘 안테나 장치는 그 외부 환경의 재질과 무관하게 안테나(ANT)로부터 방사되는 빔이 전면으로 방사될 수 있다. 도 1에는 반사판(REFLECTOR)이 케이스(CASE) 내부에 형성되는 방식으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 후술할 것과 같이 케이스(CASE) 외부에서 케이스(CASE)와 소정의 이격거리만큼 이격되어 형성될 수도 있다.
이상에서는 안테나(ANT)로부터 방사되는 빔의 방사 패턴이 본 실시예에 따른 비콘 안테나 장치가 설치되는 외부 환경의 재질에 둔감하도록, 안테나(ANT)의 접지 대칭성을 확보하기 위한 접지 플레이트(GND_PLT) 및 빔을 반사시키는 반사판(REFLECTOR)을 포함함으로써 빔의 전면 방사를 실현하는 실시예에 대하여 설명하였다. 다만, 외부 환경 요인에는 외부 환경의 재질뿐만 아니라 외부 환경의 구조, 즉 코너와 같은 모서리 구조 또는 기둥 구조와 같은 외부 환경의 물리적 구조도 포함되며, 이러한 외부 환경의 물리적 구조에 따라 전면 방사되는 빔의 방사각을 조절할 필요성이 발생한다. 즉, 도 2에 도시된 것과 같이 완전 전면 방사(0°)뿐만 아니라 +30°방향의 전면 방사('+'는 완전 전면 방사 방향 기준 상측 방향을 의미한다.), 및 -60°방향의 전면 방사('-'는 완전 전면 방사 방향 기준 하측 방향을 의미한다.) 등과 같이 외부 환경의 물리적 구조에 따라 그 방사각을 상하 방향으로 틸트(tilt)하여 빔을 방사시킬 필요성이 있으므로, 본 실시예에서는 안테나(ANT)로부터 전면 방사되는 빔의 방사각을 조절하기 위해 접지 플레이트(GND_PLT)의 크기 조건(단위: mm x mm)을 포함하는 방사각 틸트 조건에 따라 빔의 방사각을 변화시키는 실시예를 채용한다.
방사각 틸트 조건은 접지 플레이트(GND_PLT)의 크기에 따라 안테나(ANT)로부터 방사되는 빔의 방사각을 실험적으로 측정하여 결정될 수 있으며, 이에 따라 접지 플레이트(GND_PLT)는 안테나(ANT)가 미리 설정되는 방사각 범위 내(예: -90°~ +90°)의 특정 방사각(예: +30°방향의 전면 방사)으로 빔을 전면 방사하기 위한 방사각 틸트(tilt) 조건에 따른 설정 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이 반사판(REFLECTOR)은 케이스(CASE) 외부에 형성될 수도 있으며, 본 실시예에 따른 인쇄 회로 기판(PCB), 안테나(ANT) 및 접지 플레이트(GND_PLT)를 포함하는 구성을 비콘 모듈 세트로 정의할 때, 방사각 틸트 조건은 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 얼라인먼트(alignment) 조건, 및 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 이격거리 조건(단위: mm)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라 안테나(ANT)로부터 전면 방사되는 빔의 방사각을 조절하기 위해, 반사판(REFLECTOR)은 방사각 틸트 조건에 따른 얼라인먼트 조건 및 이격거리 조건을 충족하도록 비콘 모듈 세트 배면에 형성될 수도 있다.
여기서, 얼라인먼트 조건은 반사판(REFLECTOR)이 비콘 모듈 세트의 중앙에 위치하는지(본 실시예에서 비콘 모듈 세트의 중앙은 안테나(ANT)의 형성 위치를 기준으로 한다.), 또는 반사판(REFLECTOR)이 비콘 모듈 세트의 중앙 대비 좌측 또는 우측에 위치하는지(이는 반사판(REFLECTOR)의 좌우측 가장자리 및 안테나(ANT) 간의 수평거리(도 2에서 z축 방향 거리)로 나타낼 수 있다.)를 의미하는 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 정렬 조건을 의미하고, 이격거리 조건은 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 수직거리(도 2에서 y축 방향 거리)를 의미하는 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 거리 조건을 의미한다.
즉, 전면 방사되는 빔의 방사각은 접지 플레이트(GND_PLT)의 크기뿐만 아니라 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 얼라인먼트 상태, 및 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 이격거리에 따라서도 달라질 수 있으며, 상기 얼라인먼트 조건 및 이격거리 조건은 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 얼라인먼트, 및 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간의 이격거리에 따라 안테나(ANT)로부터 방사되는 빔의 방사각을 실험적으로 측정하여 결정될 수 있다. 비콘 모듈 세트 및 반사판(REFLECTOR) 간 이격거리만큼의 이격을 형성하기 위해 도 2에 도시된 것과 같이 소정의 지지체를 사용할 수 있다.
도 2는 본 실시예의 이해를 돕기 위해 빔의 완전 전면 방사 방향을 Y축으로 한 X축, Y축 ,Z축 기반의 방사각 틸트 조건의 예시를 도시하고 있으며, 방사각 틸트 조건에 따른 빔의 방사각 및 방사 패턴 또한 도시하고 있다. 도 2에 도시된 수치는 일 예시일 뿐, 본 실시예가 채용할 수 있는 구성은 도시된 수치에 한정되지 않으며, 설계자의 실험적 결과에 기초하여 다양하게 결정될 수 있다. 이에 따라 비콘 안테나 장치가 설치되는 외부 환경의 물리적 구조에 따라 방사각 틸트 조건을 차별적으로 결정하여 빔의 방사각을 제어함으로써, 안테나(ANT)가 그 외부 환경의 물리적 구조에 적합한 빔의 방사각으로 빔을 방사하도록 할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 비콘 안테나 장치의 설치 환경의 재질과 무관하게 안테나로부터 방사되는 빔이 그 전방으로 고르게 방사될 수 있도록 하고, 또한 설치 환경의 구조에 적합한 방사각으로 빔이 방사되도록 그 방사각을 선택적으로 결정함으로써 안테나로부터 방사되는 빔의 방향성을 최적화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
CASE: 케이스
PCB: 인쇄 회로 기판
ANT: 안테나
GND_PLT: 접지 플레이트
REFLECTOR: 반사판

Claims (4)

  1. 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 기판과 전기적으로 연결되어 상기 인쇄 회로 기판을 통해 접지되고 상기 인쇄 회로 기판으로부터 전기적 신호를 입력받아 빔을 방사시키는 안테나;
    상기 안테나와 전기적으로 연결되어 상기 안테나를 접지시킴으로써 상기 인쇄 회로 기판만에 의한 상기 안테나의 접지, 및 외부 환경 변화로 인해 발생하는 빔의 불균일한 방사 패턴을 보상하는 접지 플레이트;
    상기 안테나의 배면에 형성되며 상기 안테나로부터 방사되는 빔을 반사시키는 반사판; 및
    상기 인쇄 회로 기판, 상기 안테나 및 상기 접지 플레이트를 그 내부에 수용하는 케이스;
    를 포함하고,
    상기 접지 플레이트는, 상기 안테나의 배면에서 상기 안테나를 중심으로 상기 인쇄 회로 기판과 대향되도록 형성되어 상기 안테나로부터 빔이 전면으로 방사되도록 하고,
    상기 반사판은 상기 케이스의 외부에 형성되고, 상기 인쇄 회로 기판, 상기 안테나 및 상기 접지 플레이트는 비콘 모듈 세트을 구성하고,
    상기 접지 플레이트 및 상기 반사판은, 상기 안테나가 미리 설정되는 방사각 범위 내의 특정 방사각으로 빔을 전면 방사하기 위한 방사각 틸트 조건을 충족하도록 형성되고,
    상기 방사각 틸트 조건은 상기 접지 플레이트의 크기 조건, 상기 비콘 모듈 세트 및 상기 반사판 간의 얼라인먼트(alignment) 조건, 및 상기 비콘 모듈 세트 및 상기 반사판 간의 이격거리 조건을 포함하고,
    상기 얼라인먼트 조건은 상기 반사판의 좌우측 가장자리 및 상기 안테나 간의 수평거리를 나타내는 상기 비콘 모듈 세트 및 상기 반사판 간의 정렬 조건이고,
    상기 이격거리 조건은 상기 비콘 모듈 세트 및 상기 반사판 간의 수직거리를 나타내는 상기 비콘 모듈 세트 및 상기 반사판 간의 거리 조건이며,
    상기 접지 플레이트는 상기 크기 조건에 따른 설정 크기를 갖도록 형성되고,
    상기 반사판은 상기 얼라인먼트 조건에 따른 수평거리 및 상기 이격거리 조건에 따른 수직거리가 충족되도록 상기 비콘 모듈 세트의 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 비콘 안테나 장치.
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  3. 삭제
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