KR101975040B1 - Artificial Magnetic Conductor and Antenna Device with the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시 예가 속하는 기술 분야는 안테나 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치에 관한 것이다.The technical field to which the embodiments of the present invention belong is an antenna device. And more particularly to an antenna device using an artificial magnetic conductor.
모노폴 안테나는 다이폴 안테나처럼 직선 형태이나, 한쪽이 도체 대신에 접지로 설치된 안테나이다. 모노폴 안테나는 지상에 수직으로 도체를 세우고 하단에는 고주파 전력을 급전하는 형태로 중파나 단파대에 많이 사용된다. 모바일과 같이 소형 휴대기기에 안테나를 구현하기 위해서는 성능이 뛰어난 소형 안테나가 필요한데, 안테나 소형화를 위한 안테나로서, 역 에프 안테나(Inverted F Antenna)가 개발되었고, 역 에프 안테나는 외부 매칭 부품을 따로 구비하지 않아도 설계자가 임피던스 매칭을 제어할 수 있다는 점에서 장점을 가진다. A monopole antenna is a linear antenna like a dipole antenna, but one antenna is grounded instead of a conductor. The monopole antenna is used to place a conductor perpendicular to the ground and to supply a high frequency power to the bottom, which is often used for a medium wave or a short wave band. In order to implement an antenna in a small portable device such as a mobile, a small-sized antenna having high performance is required. Inverted F Antenna has been developed as an antenna for miniaturization of an antenna, and an inverted F antenna has an external matching part separately It has the advantage that the designer can control the impedance matching without need.
다만, 역 에프 안테나는 방사 특성(gain)상, 그라운드의 영상 효과에 따라 영상 전류(Image Current)가 반대 방향으로 형성되어 높이가 0에 가까워 지면 열손실(Heat Loss)가 증가하여 안테나의 이득(gain)이 급격히 감소하는 문제점이 있었다. 종래에 역 에프 안테나의 높이가 그라운드에 가까워질수록 열 손실이 증가하여 안테나의 이득이 감소하는 문제점을 해결하기 위하여 인공 자기 도체(AMC, Artificial Magnetic Conductor)를 사용하여 안테나 효율을 개선하기 위한 기술들이 개발되고 있다.However, if the image current is formed in the opposite direction according to the image effect on the gain and ground, the reverse F-antenna increases the heat loss when the height approaches 0, gain is rapidly decreased. Techniques for improving the antenna efficiency by using an artificial magnetic conductor (AMC) to solve the problem that the gain of the antenna is decreased as the height of the inverted F antenna approaches the ground increases as the heat loss increases. Is being developed.
인공자기도체는 자연계에 존재하지 않는 물질 특성을 특정한 구조를 이용하여 인공적으로 구현한 메타 물질의 한 종류로서, 구조체의 공진 주파수에서 인공자기도체는 표면에서의 반사계수의 위상이 0도가 되는 도체이고, 이는 반사 계수의 위상이 180도인 일반적인 전도체와는 상반된다. An artificial magnetic conductor is a kind of meta-material that artificially implements material properties that are not present in the natural world by using a specific structure. At the resonance frequency of the structure, the artificial magnetic conductor is a conductor whose reflection coefficient at the surface is 0 degree , Which is contrary to a general conductor whose reflection coefficient is 180 degrees in phase.
프린팅 타입의 역 에프 안테나(Inverted F Antenna)의 경우 요구되는 인공자기도체의 구조는 소형화를 위해 좁은 공간 면적에서 구현되어야 하는데, 종래의 인공자기도체 구조는 2차원의 넓은 평면에 설계되기 때문에 프린팅 타입의 역 에프 안테나에는 적용이 어려운 한계가 있다.In the case of a printing type inverted F antenna, the required structure of the artificial magnetic conductor must be realized in a small space area for miniaturization. Since the conventional artificial magnetic conductor structure is designed in a wide two-dimensional plane, It is difficult to apply it to the inverted-F antenna of FIG.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인공자기도체를 이용하여 안테나의 이득 및 성능이 개선된 안테나 장치를 개시한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an antenna device having improved gain and performance of an antenna using an artificial magnetic conductor.
특히, 좁은 영역에서 3차원 구조로 형성되는 인공자기도체구조를 이용하여 효율이 개선된 안테나 장치를 개시한다.In particular, an antenna device improved in efficiency using an artificial magnetic conductor structure formed in a three-dimensional structure in a narrow region is disclosed.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는 기판의 적어도 일면에 형성되어 방사할 신호를 급전 받고, 상기 급전 받은 신호를 방사하는 방사부; 상기 기판의 일면에 형성되어 상기 방사부를 접지하는 접지부; 및 상기 기판의 타면에 형성되고, 미리 설정된 주파수에서 상기 급전된 신호의 위상을 조절하도록 기 설정된 간격으로 반복 배치되는 인공자기도체; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an antenna device comprising: a radiation part formed on at least one surface of a substrate to receive a signal to be radiated and radiate the received signal; A grounding part formed on one surface of the substrate and grounding the radiating part; And an artificial magnetic conductor formed on the other surface of the substrate and repeatedly arranged at predetermined intervals to adjust the phase of the fed signal at a preset frequency; .
본 발명에서 상기 안테나 장치는 상기 방사부와 상기 접지부를 전기적으로 상호 연결시키는 급전부; 를 더 포함하고, 상기 방사부는 상기 급전부를 통하여 상기 방사할 신호를 급전 받을 수 있다.In the present invention, the antenna device may further include a feeding part electrically connecting the radiating part and the grounding part to each other; And the radiating part can receive the signal to be radiated through the power feeding part.
본 발명에서 상기 방사부 및 상기 접지부는 상기 기판의 적어도 일면에 미리 코팅된 전도체를 에칭하여 형성되고, 상기 미리 설정된 주파수는 상기 인공자기도체의 전기적 성질에 따른 공진 주파수로 마련될 수 있다.In the present invention, the radiation part and the ground part are formed by etching a conductor coated in advance on at least one surface of the substrate, and the predetermined frequency may be provided at a resonance frequency according to the electrical property of the artificial magnetic conductor.
본 발명에서 상기 접지부는 상기 기판에서 상기 방사부와 동일면에 전도체로 형성되고, 상기 급전부 및 상기 방사부에 포함된 적어도 하나의 방사 부재와 전기적으로 연결되어 접지될 수 있다.In the present invention, the ground portion may be formed of a conductor on the same surface as the radiation portion of the substrate, and may be electrically connected to at least one radiation element included in the feed portion and the radiation portion, and may be grounded.
본 발명에서 상기 인공자기도체는 상기 기판의 타면에서 미리 결정된 거리만큼 이격되어 배치되는 전기 용량성 소자; 및 상기 전기 용량성 소자와 상기 접지부를 전기적으로 연결하는 비아; 를 포함하고, 상기 전기 용량성 소자 및 상기 비아를 이용하여 상기 신호의 위상을 조절할 수 있다.In the present invention, the artificial magnetic conductor is disposed at a predetermined distance from the other surface of the substrate. And vias electrically connecting the capacitive element and the ground; And the phase of the signal can be adjusted using the capacitive element and the via.
본 발명에서 상기 인공자기도체는 상기 전기 용량성 소자 양측에 형성되어 상기 전기 용량성 소자와 상기 비아를 전기적으로 연결하는 연결부; 를 더 포함하고, 상기 전기 용량성 소자, 상기 비아 및 상기 연결부를 이용하여 상기 신호의 위상을 조절할 수 있다.In the present invention, the artificial magnetic conductor is formed on both sides of the electrostatic capacitive element and has a connection part electrically connecting the capacitive element and the via. And the phase of the signal can be adjusted using the capacitive element, the via, and the connection.
본 발명에서 상기 인공자기도체는 상기 기판에 마련되어 상기 기판을 관통하여 상기 접지부까지 연결되는 비아 홀을 통하여 상기 기판에 고정되고, 상기 방사부에 인접한 상기 접지부의 가장자리에서 배치되어 상기 급전된 신호의 위상을 조절할 수 있다.In the present invention, the artificial magnetic conductor is fixed to the substrate through a via hole connected to the ground through the substrate and disposed at the edge of the ground adjacent to the radiation, The phase can be adjusted.
본 발명에서 상기 방사부는 일단이 상기 급전부에 연결되는 제1암, 상기 제1암의 타단에서 상기 제1암의 양측으로 연장되는 제2암 및 상기 제2암의 상기 제1암과 연결된 단부와 반대 단부에서 절곡 연장되어 상기 제1암과 소정의 간격을 두고 형성되는 제3암을 포함하고, 상기 제1암, 상기 제2암 및 상기 제3암을 통하여 상기 급전된 신호를 방사할 수 있다.In the present invention, the radiating portion may include a first arm having one end connected to the feeding portion, a second arm extending from the other end of the first arm to both sides of the first arm, and an end connected to the first arm of the second arm And a third arm extending from the opposite end of the first arm and extending from the first arm and spaced apart from the first arm by a predetermined distance, wherein the first arm, the second arm, have.
본 발명에서 상기 제2암은 상기 접지부와 수평으로 대향되고, 상기 제1암 및 상기 제3암과 연결되는 단부의 폭이 서로 다르게 형성되며, 상기 제1암의 양측으로 연장되되 상기 형성된 제3암의 반대측으로 더 길게 연장될 수 있다.In the present invention, the second arm is horizontally opposed to the ground portion, the end portions connected to the first arm and the third arm have different widths, and the second arm extends to both sides of the first arm, 3 arm. ≪ / RTI >
본 발명에서 상기 비아는 상기 비아 홀 내부에 구조적으로 체결되어 상기 전기 용량성 소자와 상기 접지부를 전기적으로 연결할 수 있다.In the present invention, the via may be structurally coupled to the inside of the via hole to electrically connect the capacitive element and the ground.
본 발명에서 상기 비아는 상기 연결부 각각으로부터 상기 기판을 관통하여 상기 접지부에 전기적으로 연결될 수 있다.In the present invention, the vias may be electrically connected to the ground portion through the substrate from each of the connection portions.
본 발명에서 상기 전기 용량성 소자, 상기 연결부 및 상기 비아는 하나의 폐회로로 연결되고, 상기 인공자기도체는 상기 연결된 폐회로를 이용하여 상기 급전된 신호의 위상을 조절할 수 있다.In the present invention, the capacitive element, the connection portion and the via are connected to one closed loop, and the artificial magnetic conductor can adjust the phase of the fed signal using the closed loop.
본 발명에서 상기 방사부에서 방사된 신호는 전류 신호를 포함하고, 상기 방사된 신호의 주파수는 상기 공진 주파수와 동일하게 마련될 수 있다.In the present invention, the signal radiated from the radiation unit includes a current signal, and the frequency of the radiated signal may be the same as the resonance frequency.
본 발명에서 상기 인공자기도체는 상기 공진 주파수에서 상기 방사부의 적어도 일부 및 상기 방사부에 인접한 상기 접지부의 가장자리의 적어도 일부에 흐르는 전류 신호의 위상을 동일하게 조절할 수 있다.In the present invention, the artificial magnetic conductor can adjust the phase of the current signal flowing at least at least a part of the radiating part and at least a part of the edge of the grounding part adjacent to the radiating part at the resonance frequency.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공자기도체는 기 설정된 간격으로 배치되어 3차원 구조로 형성되고, 기판의 적어도 일면에 형성되어 미리 설정된 거리로 배치되는 커패시터; 상기 커패시터 양측으로 형성되어 상기 커패시터와 전기적으로 연결되는 연결부; 상기 기판의 타면에 도전체로 형성된 접지부; 및 상기 커패시터 양측으로 형성된 연결부 각각에서 상기 접지부로 연결되는 비아; 를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an artificial magnetic conductor comprising: a capacitor having a three-dimensional structure disposed at a predetermined interval and formed on at least one surface of a substrate and disposed at a preset distance; A connection part formed on both sides of the capacitor and electrically connected to the capacitor; A grounding portion formed on the other surface of the substrate with a conductor; And vias connected from the connection portions formed on both sides of the capacitor to the ground portion; . ≪ / RTI >
본 발명에서 상기 접지부와 상기 커패시터는 상기 기판의 서로 다른 면에 형성되고, 상기 비아는 상기 연결부와 상기 접지부에 수직으로 연결될 수 있다.In the present invention, the ground unit and the capacitor are formed on different surfaces of the substrate, and the via may be connected to the connection unit and the ground unit vertically.
본 발명에서 상기 연결부 각각에서 상기 접지부로 연결된 적어도 하나의 비아들은 상기 접지부에서 전도성 스트립 라인으로 연결될 수 있다.In the present invention, at least one via connected from each of the connection portions to the ground portion may be connected to the conductive strip line at the ground portion.
본 발명에서 상기 커패시터, 상기 연결부, 상기 연결부 양측으로 형성되어 상기 접지부로 연결된 비아 및 상기 접지부로 연결된 비아가 형성하는 상기 스트립 라인은 하나의 폐회로로서 전기적으로 연결되어 상기 3차원 구조를 형성할 수 있다.In the present invention, the capacitor, the connection portion, the via formed on both sides of the connection portion and connected to the ground portion, and the strip line formed by the via connected to the ground portion may be electrically connected as one closed circuit to form the three-dimensional structure .
본 발명에서 상기 폐회로의 공진 주파수는 상기 커패시터의 커패시턴스, 상기 비아의 길이에 따른 인덕턴스, 상기 하나의 폐회로에 포함된 상기 연결부 양측에서 상기 접지부로 연결되는 비아 사이의 거리 및 서로 다른 폐회로에 포함된 인접한 비아 사이의 거리를 고려하여 설정될 수 있다.In the present invention, the resonance frequency of the closed circuit is determined by a capacitance of the capacitor, an inductance according to a length of the via, a distance between vias connected to the ground from both sides of the connection part included in the one closed circuit, Can be set considering the distance between vias.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는 기판; 상기 기판의 적어도 일면에 형성되어 방사할 신호를 급전 받고, 상기 급전된 신호를 방사하는 방사부; 상기 기판의 일면에 도전체로 형성된 접지부 및 상기 기판의 타면에 형성되어 기 설정된 간격으로 배치되는 커패시터, 상기 커패시터 양측으로 형성되어 상기 커패시터와 전기적으로 연결되는 연결부, 상기 커패시터 양측으로 형성된 연결부 각각에서 상기 접지부로 연결되는 비아를 포함하는 하나의 폐회로가 반복 배치되는 인공자기도체; 를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an antenna device including: a substrate; A radiation unit formed on at least one surface of the substrate to emit a signal to be radiated and to radiate the supplied signal; A capacitor formed on both sides of the capacitor and electrically connected to the capacitor, and a connection part formed on both sides of the capacitor, the capacitor being formed on the other surface of the substrate, An artificial magnetic conductor in which one closed circuit including vias connected to the ground is repeatedly arranged; . ≪ / RTI >
본 발명에 따르면, 인공자기도체를 이용하여 안테나의 이득 및 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the gain and performance of an antenna can be improved by using an artificial magnetic conductor.
특히, 좁은 영역에서 구현되는 3차원 구조의 인공자기도체를 이용하여 안테나의 효율을 개선할 수 있다.Particularly, the efficiency of the antenna can be improved by using the artificial magnetic conductor having a three-dimensional structure realized in a narrow region.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치의 일면을 나타내는 예시도이다.
도 2의 도 1의 실시 예에서 역 에프 안테나의 세부 규격을 나타내는 예시도이다.
도 3은 열 손실에 따른 안테나 이득 감소를 설명하기 위한 병렬 다이폴(Parallel Dipole)을 나타내는 예시도이다.
도 4는 Horizontal Dipole의 높이가 바뀔 때 그라운드에 의한 손실을 나타내는 차트이다.
도 5는 2.4Ghz에서 동작하는 다이폴 안테나에서 다이폴 높이에 따른 게인의 변화량을 나타내는 차트이다.
도 6은 평면에 설계된 종래의 인공자기도체 구조를 나타내는 예시도이다.
도 7은 도 1의 실시 예에서 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치의 타면을 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공자기도체의 세부 구성과 등가회로를 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 인공자기도체의 세부 구성의 규격을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치에서 전류 밀도의 흐름을 나타내는 예시도이다.
도 11은 2.4Ghz 근처의 주파수에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공자기도체가 반사하는 위상을 나타내는 예시도이다.
도 12는 2.4Ghz 근처의 주파수에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공자기도체를 이용한 안테나 장치의 이득을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing an antenna device using an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view showing a detailed specification of an inverted-F antenna in the embodiment of FIG. 1 of FIG. 2. FIG.
3 is an exemplary diagram showing a parallel dipole for explaining antenna gain reduction according to heat loss.
4 is a chart showing the loss due to the ground when the height of the horizontal dipole is changed.
5 is a chart showing the amount of change in gain with respect to the height of a dipole in a dipole antenna operating at 2.4 GHz.
6 is an exemplary view showing a conventional artificial magnetic conductor structure designed in a plane.
7 is an exemplary view showing another surface of an antenna device using an artificial magnetic conductor in the embodiment of FIG.
8 is an exemplary view showing a detailed configuration and an equivalent circuit of the artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention.
9 is an exemplary view showing a specification of a detailed configuration of an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary view showing a current density flow in an antenna device using an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention.
11 is an exemplary diagram illustrating the phase at which the artificial magnetic conductor reflects at a frequency near 2.4 GHz according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an exemplary diagram illustrating gain of an antenna device using an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention at a frequency near 2.4 GHz.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description thereof will be omitted.
또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 용어를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서 설명하는 각 단계는 하나 또는 여러 개의 소프트웨어 모듈로도 구비가 되거나 또는 각 기능을 담당하는 하드웨어로도 구현이 가능하며, 소프트웨어와 하드웨어가 복합된 형태로도 가능하다. 각 용어의 구체적인 의미와 예시는 각 도면의 순서에 따라 이하 설명 한다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치(10)의 구성을 관련된 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Each of the steps described below may be implemented by one or a plurality of software modules, or hardware that is responsible for each function, or a combination of software and hardware. Specific meanings and examples of the terms will be described below in accordance with the order of each drawing. Hereinafter, the configuration of an
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치(10)의 일면을 나타내는 예시도이다. 1 is an exemplary view showing one surface of an
본 발명의 안테나 장치(10)는 방사부(100), 급전부(200), 기판(300), 접지부(400) 및 인공자기도체(500)를 포함한다. 예를 들어, 안테나 장치(10)는 기판(300)의 적어도 일부분에 인공자기도체(500)를 포함하여 안테나 장치(10)에 흐르는 전류 밀도의 위상을 조절함으로서 안테나 장치(10)의 이득 및 성능을 개선할 수 있다. 안테나 장치(10)는 급전부(200)에서 방사할 신호를 급전 받아 급전된 신호를 방사할 수 있고, 본 발명의 안테나 장치(10)는 방사된 신호를 통하여 전송하고자 하는 정보들을 송수신할 수 있다. 본 발명의 안테나 장치(10)가 이용하는 신호는 기 설정된 주파수를 갖는 전자기파 신호, 전류 신호를 포함하고, 상기 신호의 주파수는 공진주파수와 동일하게 마련될 수 있다.The
본 발명의 안테나 장치(10)는 프린팅 타입의 역 에프 안테나(Inverted F Antenna)에서는 인공자기도체의 소형화가 어려운 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 소형화된 인공자기도체를 이용하는 역 에프 안테나를 포함한다. 도 2를 참조하여 설명한다.The
방사부(100)는 기판(300)의 적어도 일면에 형성되어 방사할 신호를 급전부(200)에서 급전 받고, 상기 급전된 신호를 방사한다. 본 발명에서 급전부(200)는 따로 구현되지 않고, 방사부(100)에 포함되어 구현될 수 있고, 이 경우 방사부(100)는 내부에 포함된 급전부(200)에서 방사할 신호를 급전 받을 수 있다. 본 발명의 방사부(100)는 적어도 하나의 방사체 또는 방사 소자를 포함하여 역 에프 안테나 구조로 구현될 수 있다. The
예를 들어, 방사부(100)는 역 에프 안테나 형태의 방사체 구조를 포함하고, 기판(300)의 양면에 미리 코팅된 상기 전도체를 에칭하여 형성될 수 있다. 또한, 방사부(100)는 일단이 급전부(200)에 연결되는 제1암(120), 상기 제1암(120)의 타단에서 상기 제1암(120)의 양측으로 연장되는 제2암(140) 및 상기 제2암(140)의 상기 제1암(120)과 연결된 단부와 반대 단부에서 절곡 연장되어 상기 제1암(120)과 소정의 간격을 두고 형성되는 제3암(160)을 포함하고, 상기 제1암(120), 상기 제2암(140) 및 상기 제3암(160)을 통하여 상기 급전된 신호를 방사할 수 있다. For example, the
예를 들어, 본 발명의 방사부(100)가 포함하는 제2암(140)은 접지부(400)와 수평으로 대향되고, 상기 제1암(120) 및 상기 제3암(160)과 연결되는 단부의 폭이 서로 다르게 형성되며, 상기 제1암(120)의 양측으로 연장되되 상기 형성된 제3암(160)의 반대측으로 더 길게 연장되도록 마련될 수 있다. 바람직하게는 제1암(120)의 폭(122)은 0.5mm, 제2암(140)의 폭(142)은 1mm, 제3암(160)의 폭(164)은 0.2mm, 제1암(120)과 제3암(160)의 간격(162)은 0.4mm, 제2암(140)에서 제1암(120) 및 제3암(160)이 연결된 단부를 제외한 길이(144)는 15mm, 방사부(100)의 총 높이(102)는 2mm 및 방사부(100)와 접지부(400)의 간격(104)는 1mm로 마련될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 방사부(100)의 에칭 두께는 0.035mm로 마련될 수 있다.For example, the
급전부(200)는 접지부(400)와 상기 방사부(100)를 전기적으로 상호 연결시키고, 방사부(100)가 방사할 신호를 방사부(100)로 급전할 수 있다. 예를 들어, 급전부(200)는 기판(300)의 적어도 일부에 형성되어 방사부(100)와 접지부(400)사이에 위치하여 방사부(100)에 급전 기능을 수행할 수 있다. 급전부(200)는 방사할 신호의 에너지를 방사부(100)로 전달하기 위한 전송 선로로서 방사부(100)가 방사할 신호의 에너지를 방사부(100)로 공급하거나, 방사부(100)에서 수신된 신호를 수집하여 전류로 변환하여 수신기로 전송할 수 있다. The
기판(300)은 적어도 일면에 전도체를 포함하여 방사부(100), 급전부(200), 접지부(400) 및 인공자기도체(500)가 고정되는 영역을 형성하고, 적어도 일부에 비아 홀(Via Hole)을 형성하여 인공자기도체(500)를 기판(300) 내에 고정할 수 있다. 예를 들어, 기판(300)은 양면에 미리 코팅된 전도체를 포함하고, 방사부(100) 및 접지부(400)는 상기 미리 코팅된 전도체를 에칭하여 형성될 수 있다. 기판(300)은 FR-4로 마련되고, 두께 1.5mm, 가로 50mm 및 세로 50mm의 규격으로 마련될 수 있고, 기 설정된 유전율을 가지는 유전체로 마련될 수 있다.The
접지부(400) 기판의 적어도 일면에 형성되어 방사부(100)를 접지한다.The
접지부(400)는 기판의 적어도 일면에 형성되나, 바람직하게는 방사부(100)와 동일한 면에 형성되어 방사부(100)에 포함된 적어도 하나의 방사 부재 및 급전부(200)와 전기적으로 연결되어 방사부(100) 및 급전부(200)를 접지할 수 있다. 접지부(400)는 방사부(100)와 동일한 면에 형성되고, 기판(300)의 타면에 형성된 전기 용량성 소자(520)에 일단이 연결된 비아의 타단을 접지하여 스트립 라인을 형성할 수 있다. The
예를 들어, 접지부(400)는 기판(300)의 일면에 형성되어 기판(300)의 타면에 형성된 인공자기도체(500)를, 인공자기도체가 형성된 기판(300)의 타면에서 접지할 수 있다. 본 발명의 접지부(400)는 구리로 형성될 수 있고, 접지부(400)의 에칭 두께는 방사부(100)와 동일하게 마련될 수 있다. 방사부(100)와 동일한 면에 마련된 접지부(400)에서 안테나 장치(10)를 관측시에, 접지부(400)의 적어도 일부 영역에 형성된 인공자기도체(500)는 시각적으로 확인이 되지 않거나, 인공자기도체(500)를 연결하는 비아의 단면만이 관측될 수 있다. For example, the
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 안테나 장치(10)는 기판(300), 기판(300)의 적어도 일면에 형성되어 방사할 신호를 급전 받고, 상기 급전된 신호를 방사하는 방사부(100), 기판의 일면에 도전체로 형성된 접지부(400) 및 기판(300)의 타면에 형성되어 기 설정된 간격으로 배치되는 커패시터(520), 상기 커패시터 양측으로 형성되어 상기 커패시터와 전기적으로 연결되는 연결부(522, 524), 상기 커패시터 양측으로 형성된 연결부(522, 524) 각각에서 상기 접지부(400) 로 연결되는 비아(526, 528)를 포함하는 하나의 폐회로가 반복 배치되는 인공자기도체(500) 를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한다.The
본 발명의 안테나 장치(10)는 그라운드의 영상 효과에 따라 야기된 열 손실에 의한 안테나의 이득 감소를 해결하기 위하여 인공자기도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 원점에서 다이폴(602)이 높이(h)로 위치하는 경우 이미지 다이폴(604)이 원점에서 아래 높이(h)로 존재하고, 안테나의 높이(Height)가 낮아지는 경우 그라운드의 영상 효과에 따른 이미지 전류(영상 전류, Image Current)가 반대로 형성되어 열 손실에 따른 안테나 이득(게인, Gain)이 감소할 수 있다. 도 4를 참조하여 설명한다.The
Horizontal Dipole의 높이가 감소하는 경우 안테나 이득은 감소하고 그라운드 손실(Ground Loss)는 증가한다. 안테나를 소형 전자 장치에 구현하기 위해서는 안테나 역시 소형화가 필요하고, 안테나의 높이가 짧을수록 유리하다. 안테나의 소형화를 위하여 안테나의 높이(h)의 감소가 요구되는 경우가 많으나, 이 경우 안테나의 이득이 감소하는 문제가 발생한다. 최근, 안테나 소형화에 따른 안테나 이득 감소의 문제를 해결하기 위하여, 평면형으로 설계된 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치가 개발되었으나, 평면형 역 에프 안테나에 적용하기 어려운 한계가 있었음은 전술한 바와 같다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.When the height of the horizontal dipole decreases, the antenna gain decreases and the ground loss increases. In order to implement an antenna in a small electronic device, the antenna also needs to be miniaturized, and the shorter the height of the antenna, the more advantageous it is. In order to miniaturize the antenna, it is often required to reduce the height h of the antenna. However, in this case, the gain of the antenna is reduced. In order to solve the problem of reduction in antenna gain due to antenna miniaturization, an antenna device using an artificial magnetic conductor designed in a planar shape has been developed. However, it has been described above that it is difficult to apply to a planar inverted F antenna. Will be described with reference to Figs. 5 and 6. Fig.
본 발명의 안테나 장치(10)의 높이(Height)가 작은 경우 안테나 장치(10)의 이득은 감소하고, 높이(Height)가 증가할수록 안테나의 이득은 증가한다. 따라서, 높은 이득을 얻으면서 도 낮은 높이로 구현이 가능한 안테나 장치의 기술 개발이 요구된다. 종래의 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치는 기판(620)의 적어도 일면에 평면형으로 설계된 인공자기도체(624) 셀위에 단일 평면 도파로(Coplanar Wave Guide, CPW), 기생 방사패치(Parasitical Patch, 628) 및 급전부(630)를 포함하고, 기판(620)의 타면에 접지부(622)를 포함하여 안테나 장치를 설계하였다. 하지만 기존 인공자기도체의 구조를 이용하는 경우 넓은 평면에 설계되므로, 평면 프린팅 타입의 역 에프 안테나에는 적용이 어려운 문제가 있었다. 프린팅 타입의 역 에프 안테나(Inverted F Antenna)의 경우 요구되는 인공자기도체의 구조는 소형화를 위해 좁은 공간 면적에서 구현되어야 하는데, 종래의 인공자기도체 구조는 2차원의 넓은 평면에 설계되기 때문에 프린팅 타입의 역 에프 안테나에는 적용이 어려운 한계가 있다. 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. When the height of the
인공자기도체(500)는 기판(300)의 적어도 일면에 형성되고, 미리 설정된 주파수에서 급전부(200)에서 급전된 방사부(100)의 신호의 위상을 조절한다. 예를 들어, 인공자기도체(500)는 인공자기도체의 전기적 성질에 따른 공진 주파수에서 급전된 신호의 위상을 조절할 수 있다. 인공자기도체(500, Artificial Magnetic Conductor)는 구조체의 공진주파수 근처에서 표면의 반사계수의 위상이 0가 되는 도체로서, 반사 계수의 위상이 180도인 일반적인 전도체와는 상반되는 특징이 있음은 전술한 바와 같다. 본 발명의 안테나 장치(10)는 인공자기도체(500)를 기판의 적어도 일면에 포함하고, 바람직하게는 인공자기도체(500)를 방사부(100) 및 접지부(400)와 서로 다른 기판의 면에 배치하여, 상기 인공자기도체(500)를 비아를 통하여 접지부(100)로 접지시킴으로서, 접지부(400)에 흐르는 영상 전류(Image Current) 신호의 방향을 방사부(100)에 흐르는 전류 신호의 방향과 같게 하고, 그라운드 영상 효과에 따른 그라운드 손실을 감소시킬 수 있다.The artificial
예를 들어, 인공자기도체(500)는 방사부(100)가 형성된 기판(300)의 타면에 형성되어, 미리 결정된 거리만큼 이격되어 배치되는 전기 용량성 소자(520) 및 상기 전기 용량성 소자(520)와 상기 접지부(400)를 전기적으로 연결하는 비아(526, 528)를 포함하고, 상기 전기 용량성 소자(520) 및 상기 비아(526, 528)를 이용하여 방사부(100)의 신호의 위상을 조절할 수 있다. 또 다른 실시 예로, 인공자기도체(500)는 전기 용량성 소자(520) 양측에 형성되어 상기 전기 용량성 소자(520)와 상기 비아(526, 528)를 전기적으로 연결하는 연결부(522, 524)를 더 포함하고, 상기 전기 용량성 소자(520), 상기 비아(526, 528) 및 상기 연결부(522, 524)를 이용하여 상기 신호의 위상을 조절할 수 있다. 본 발명의 전기 용량성 소자(520)는 커패시터로 마련될 수 있고, 바람직하게는 2pF의 커패시턴스를 가지는 소자로 마련될 수 있다. For example, the artificial
본 발명의 인공자기도체(500)는 방사부(100)가 에칭되어 형성된 기판(300)의 타면에 형성되고, 방사부(100) 및 접지부(400)가 형성된 기판의 일면에서는 인공자기도체(500)가 관측되지 않거나, 전기 용량성 소자(520)를 접지부(400) 로 연결하기 위한 비아(526, 528)의 접지부(400)로 연결되 단면만이 관측될 수 있다. 즉, 본 발명의 안테나 장치(10)는 방사부(100)의 제1암(120), 제2암(140) 및 제3암(160)이 관측되는 기판(300)의 일면에서는 접지부(400)만이 관측되고, 전기 용량성 소자(520) 및 연결부(522, 524)를 포함하는 인공자기도체(500)는 방사부(100) 및 접지부(400)가 형성된 기판의 타면에서 시각적으로 확인이 가능할 수 있다.The artificial
예를 들어, 인공자기도체(500)는 기판(300)에 마련되어 기판(300)을 관통하여 접지부(400)까지 연결되는 비아 홀 내부에 비아(526, 528)을 구조적으로 체결하여 기판(300)에 고정될 수 있다. 인공자기도체(500)는 상기 비아 홀 내부에 구조적으로 체결된 비아(526, 528)를 통하여 전기 용량성 소자(520)를 기판(300)의 일면에 형성된 접지부(400)와 전기적으로 연결할 수 있다. 보다 상세하게는 인공자기도체(500)에 포함된 비아(526, 528)는 연결부(522, 524) 각각에 연결되고, 기판(300)을 관통하여 접지부(400)에 전기적으로 연결될 수 있다.For example, the artificial
본 발명에서 인공자기도체(500)는 단수의 인공자기도체를 의미할 수도 있고, 복수의 인공자기도체가 반복 배치되는 경우 인공자기도체의 집합을 의미할 수 있다. 예를 들어, 하나의 인공자기도체(500)에 포함된 전기 용량성 소자(520), 연결부(522, 524) 및 비아(526, 528)는 하나의 폐회로로 연결되고, 상기 인공자기도체(500)는 상기 연결된 폐회로를 이용하여 방사부(100)의 급전된 신호의 위상을 조절할 수 있다. 하나의 폐회로에 연결된 전기 용량성 소자(520), 연결부(522, 524) 및 비아(526, 528)는 기판(300)에 연결되어 3차원의 입체 구조체가 반복 배치되어 형성된 인공자기도체(500)는 공진 주파수에서 방사부(100)의 적어도 일부 및 방사부(100)에 인접한 상기 접지부(400)의 가장자리의 적어도 일부에 흐르는 전류 신호의 위상을 동일하게 조절할 수 있다. 본 발명의 안테나 장치(10)가 인공자기도체(500)를 이용하는 경우 개선할 수 있는 안테나 이득과 효율은 다음과 같다.In the present invention, the artificial
안테나 장치(10)가 인공자기도체(Artificial Magnetic Conductor, AMC)를 이용하지 않는 경우(WithOut,W/O) 이득은 0.88dB, 효율은 59.9%이고, 인공자기도체(Artificial Magnetic Conductor, AMC)를 이용하는 경우 이득은 1.6Db, 효율은 70.4%로 각각 0.78Db 개선되고, 효율은 10.5%로 개선된 것을 관측할 수 있다.When the
도 2의 도 1의 실시 예에서 역 에프 안테나의 세부 규격을 나타내는 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary view showing a detailed specification of an inverted-F antenna in the embodiment of FIG. 1 of FIG. 2. FIG.
방사부(100)는 기판(300)의 적어도 일면에 형성되어 방사할 신호를 급전부(200)에서 급전 받고, 상기 급전된 신호를 방사한다. 방사부(100)는 적어도 하나의 방사 부재로서 제1암(120), 제2암(140) 및 제3암(160)을 포함하고, 제1암(120), 제2암(140) 및 제3암(160)을 이용하여 급전된 신호를 방사한다. 본 발명에서 방사부(100)는 일면이 접지된 역 에프 안테나로 구현될 수 있고, 방사부(100)에 포함된 복수의 방사 부재에 대한 세부 규격은 전술한 바와 같으므로 생략한다.The
도 3은 열 손실에 따른 안테나 이득 감소를 설명하기 위한 병렬 다이폴(Parallel Dipole)을 나타내는 예시도이다. 3 is an exemplary diagram showing a parallel dipole for explaining antenna gain reduction according to heat loss.
본 발명은 안테나 높이 감소에 따른 그라운드 영상 효과로 야기되는 안테나 이득 감소문제를 해결하기 위한 것으로서, 원점에서 높이(h)로 형성된 다이폴(602)는 방사부(100)에서 흐르는 임의의 전류 밀도와 대응되고, 원점에서 아래로 높이(h)로 형성된 다이폴(604)는 방사부(100)에 인접하여 접지부(400)의 가장자리에서 흐르는 임의의 전류 밀도에 대응될 수 있다. 안테나 장치(10)는 접지부(400) 의 적어도 일부 영역에 흐르는 영상 전류의 위상을 조절하여 방사부(100)의 전류 신호와 동일하게 함으로서 안테나의 이득을 개선할 수 있다.A
도 4는 Horizontal Dipole의 높이가 바뀔 때 그라운드에 의한 손실을 나타내는 차트이다. 4 is a chart showing the loss due to the ground when the height of the horizontal dipole is changed.
안테나 높이가 감소하는 경우 그라운드 손실(Ground Loss, 606)은 증가하고 안테나의 게인(608)은 감소함은 전술한 바와 같다. 여기에서 안테나 높이(h)는 안테나에서 방사되는 신호의 파장으로서 본 발명의 경우는 1mm=0.008 로 마련될 수 있다.As the antenna height decreases, the ground loss (606) increases and the gain (608) of the antenna decreases. Here, the antenna height h is a wavelength of a signal radiated from the antenna, and in the case of the present invention, 1 mm = 0.008 .
도 5는 2.4Ghz에서 동작하는 다이폴 안테나에서 다이폴 높이에 따른 게인의 변화량을 나타내는 차트이다.5 is a chart showing the amount of change in gain with respect to the height of a dipole in a dipole antenna operating at 2.4 GHz.
본 발명의 안테나 장치(10)는 공진 주파수인 2.4Ghz에서 최대 안테나 이득을 가지고, 안테나의 높이가 감소할수록 안테나 이득(Gain, dB)이 감소됨은 전술한 바와 같다. 예를 들어, 안테나 장치(10)는 Horizontal Dipole 높이가 0.15인 경우 안테나 최대 이득을 가지고, 0.15에서 0.35까지는 Horizontal Dipole 높이 증가에 따른 안테나 이득이 감소되는 경향을 나타낸다. 안테나 장치(10)는 0.15전까지는 Horizontal Dipole 높이가 감소할수록 그라운드 손실이 증가하고, 그에 따른 안테나 이득이 감소함은 전술한 바와 같다.As described above, the antenna gain of the
도 6은 평면에 설계된 종래의 인공자기도체 구조를 나타내는 예시도이다.6 is an exemplary view showing a conventional artificial magnetic conductor structure designed in a plane.
종래의 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치는 기판(620)의 적어도 일면에 평면형으로 설계된 인공자기도체 셀(624), 인공자기도체 셀(624)위에 단일 평면 도파로(Coplanar Wave Guide, CPW, 626), 기생 방사패치(Parasitical Patch, 628) 및 급전부(630)를 포함한다. 종래의 인공자기도체가 이용하는 평면 형태의 인공자기도체 구조로 인한 한계점은 전술한 바와 같으므로 생략한다.An antenna device using a conventional artificial magnetic conductor includes an artificial
도 7은 도 1의 실시 예에서 인공자기도체를 이용하는 안테나 장치의 타면을 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary view showing another surface of an antenna device using an artificial magnetic conductor in the embodiment of FIG.
인공자기도체를 이용하는 안테나 장치(10)는 방사부(100)가 에칭되어 형성된 기판(300)의 일면에서 도전체로 형성된 접지부(400)만이 관측되거나, 전기 용량성 소자(520)를 접지부(400)로 전기적으로 연결하기 위한 비아(526, 528)의 단면만이 관측됨은 전술한 바와 같다. 방사부(100)가 형성된 기판(300)의 타면에서 안테나 장치(10)를 관측 시에는 기판(300)의 적어도 일부 영역에서 형성된 전기 용량성 소자(520) 및 연결부(522, 524)를 관측할 수 있다. 본 발명에서는 인공자기도체(500)가 형성된 접지부(400) 및 기판(300)의 일부 영역을 빗금으로 도시하였고, 해당 일부 영역에 형성된 인공자기도체(500)의 수에 따로 제한이 있는 것은 아니며, 안테나 장치(10)의 안테나 특성에 따라 변경될 수 있다. 본 발명에서 연결부(522, 524)는 전기 용량성 소자(520)를 전기적으로 연결하기 위하여 구리와 같은 전도체로 형성될 수 있다.The
본 발명의 인공자기도체(500)는 전기 용량성 소자(520), 연결부(522, 524) 및 비아(526, 528)를 포함하는 3차원 구조의 입체 구조체가 기판을 관통하여 방사부(100)에 인접한 접지부(400)의 가장 자리에서 기 설정된 간격으로 배치되는 형태를 가질 수 있다. 상기 전기 용량성 소자(520)는 바람직하게는 2pF의 커패시턴스를 가지는 커패시터로 마련될 수 있음은 전술한 바와 같다.The artificial
예를 들어, 인공자기도체(500)는 방사부(100) 및 접지부(400)가 형성된 기판의 타면에 형성되어 기 설정된 간격으로 배치되는 커패시터(520), 커패시터(520) 양측으로 형성되어 상기 커패시터(520)와 전기적으로 연결되는 연결부(522, 524), 연결부(522, 524) 각각에서 기판(300)을 관통하여 형성되어 접지부(400) 로 연결되는 비아(526, 528)를 포함한다. 본 발명의 인공자기도체(500)가 접지부(400) 에서 반복 배치되는 기 설정된 간격은 0.1mm로 마련될 수 있다.For example, the artificial
일 실시 예에 따른 인공자기도체(500)에 포함된 커패시터(520)는 방사부(100) 및 접지부(400)가 형성된 기판(300)의 다른 면에 형성되고, 비아(526, 528)은 연결부(522, 524)에 수직으로 연결되어 접지부(400)에 전기적으로 접촉할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 간격으로 배치된 인공자기도체(500)에 포함된 비아(526, 528)들은 접지부(400)에서 전도성 스트립 라인으로 연결될 수 있다. The
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공자기도체의 세부 구성과 등가회로를 나타내는 예시도이다.8 is an exemplary view showing a detailed configuration and an equivalent circuit of the artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 인공자기도체(500)는 등가 전기회로로 구현되어 동일한 전기적 성질을 나타낼 수 있는데, 전기 용량성 소자(520)는 커패시터(540), 비아(526, 528)은 L/2의 인덕턴스를 가지는 인덕터(546, 548), 접지부(400)에 연결된 비아(526, 528)사이에 형성된 스트립 라인은 Lg1의 인덕턴스를 가지는 인덕터(554) 및 하나의 폐회로에 포함되지 않은 인덕터 사이의 접지부(400)는 Lg2의 인덕턴스를 가지는 인덕터(550, 552)로 마련될 수 있다. 본 발명의 등가 회로를 더욱 간략하게 하면 C커패시턴스를 가지는 커패시터(540), L인덕턴스를 가지는 인덕터(556) 및 (Lg1* Lg2)/(Lg1+ Lg2)인덕턴스를 가지는 인덕터(558)로 마련될 수 있다.The artificial
인공자기도체(500)에 포함된 전기 용량성 소자(520), 연결부(522, 524) 및 비아(526, 528)를 포함한다. 예를 들어, 인공자기도체(500)는 전기 용량성 소자(520), 연결부(522, 524), 비아(526, 528) 및 접지부(400)에 연결된 비아 사이의 스트립 라인은 하나의 폐회로로서 전기적으로 연결되어, 기판(300)상에서 3차원 구조로 형성될 수 있음은 전술한 바와 같다. Includes the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 인공자기도체의 세부 구성의 규격을 나타내는 예시도이다.9 is an exemplary view showing a specification of a detailed configuration of an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention.
일 실시 예에 따른 인공자기도체(500)에 포함된 전기 용량성 소자(520)의 가로 길이는 0.5mm, 연결부(522, 524)는 가로 0.75mm 세로 0.5mm로 마련될 수 있고, 비아(526, 528)는 원기둥 모양의 전도체로서 원기둥 단면의 반지름의 길이는 0.2mm, 비아(526, 528)의 총 높이는 1.5 mm로 마련될 수 있다. 본 발명의 반복하여 기 설정된 간격으로 배치된 인공자기도체(500) 중에서 하나의 폐회로에 포함된 인공자기도체의 공진 주파수는 하기의 수학식으로 설계될 수 있다.The transverse length of the
여기에서 fr은 인공자기도체(500)의 공진주파수이고, C는 전기 용량 소자로서 커패시터(520)의 커패시턴스, L은 비아 및 연결부의 인덕턴스 성분, Lg1 은 비아(526, 528)사이에 형성된 스트립 라인의 인덕턴스, Lg2는 서로 다른 폐회로에 포함된 비아 사이에 형성된 접지부(400)의 인덕턴스를 의미한다. 본 발명에서 전기 용량 소자(520)의 커패시턴스가 커지면 공진 주파수가 내려오고, 비아의 길이가 길어지면 L이 커지므로 역시 공진 주파수가 내려오며, 비아(526, 528) 사이의 간격이 멀어지면 Lg1이 커지므로 공진 주파수가 내려오고, 하나의 폐회로간 간격이 멀어져도 Lg2가 커지므로 공진 주파수는 낮아 진다. 따라서, 본 발명의 인공자기도체(500)는 커패시터의 커패시턴스, 비아의 길이 및 상기 비아에 연결된 연결부의 두께에 따른 인덕턴스, 상기 하나의 폐회로에 포함된 연결부(522, 524) 양측에서 상기 접지부(400)로 연결되는 비아(526, 529)사이의 거리 및 서로 다른 폐회로에 포함된 인접한 비아 사이의 거리를 고려하여 공진 주파수를 설정할 수 있다.C is the capacitance of the
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(10)에서 전류 밀도의 흐름을 나타내는 예시도이다.10 is an exemplary diagram showing the flow of current density in the
안테나 장치(10)는 방사부(100) 및 접지부(400)가 형성된 기판(300)의 타면에 포함된 인공자기도체(500)를 이용하여 방사부(100)의 적어도 일부에 흐르는 급전된 신호의 위상과 방사부(100)에 인접한 접지부(400)의 가장자리에 흐르는 급전된 신호의 위상을 동일하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치(10)는 급전된 신호의 위상을 동일하게 조절함으로서 그라운드의 영상 효과에 따른 영상 전류(Image Cuurent)의 방향을 0도로 조절하여 안테나의 이득 및 성능을 개선할 수 있다. 본 발명에서 안테나 장치(10)에서 제2암(160)에 흐르는 전류 밀도 신호(702)는 우측으로 향하고, 제2암(160)에 인접한 접지부(400)의 가장자리에서 인공자기도체(500) 영역에서 흐르는 전류 밀도 신호(704)의 방향 역시 우측으로 향하고, 신호의 위상이 동일함을 관측할 수 있다. 안테나 장치(10)는 방사부(100) 및 방사부(100)에 인접한 접지부(400)의 가장자리의 적어도 일부분에 흐르는 전류 밀도의 위상을 전기 용량성 소자(520), 전기 용량성 소자 양측에 연결된 연결부(522, 524) 및 비아(526, 528)을 포함하는 인공자기도체를 이용하여 동일하게 조절함으로서 열 손실(Heat Loss)을 줄일 수 있다.The
도 11은 2.4Ghz 근처의 주파수에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공자기도체가 반사하는 위상을 나타내는 예시도이다.11 is an exemplary diagram illustrating the phase at which the artificial magnetic conductor reflects at a frequency near 2.4 GHz according to an embodiment of the present invention.
안테나 장치(10)는 인공자기도체(500)를 이용하여 기 설정된 주파수인 공진주파수(2.4Ghz, 802) 근처에서 표면에서 반사되는 반사 계수의 위상이 0도(802)가 되도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치(10)는 2.2Ghz에서 반사 계수의 위상이 170도 정도이나, 동작 주파수가 점점 증가하여 2.4Ghz근처에서는 반사 계수의 위상이 0도이며, 2.6Ghz 근처에서는 반사 계수의 위상이 -180도 정도로 마련될 수 있다.The
안테나 장치(10)가 이용하는 인공자기도체(500)는 일반적인 도체가 표면에서 반사 계수의 위상이 180도가 되는 것과는 달리, 표면에서 반사 계수의 위상이 0도 이기 때문에, 안테나 장치(10)는 인공자기도체를 이용하여 방사부(100) 및 접지부(400)의 적어도 일부분에 흐르는 신호의 위상을 동일하게 조절할 수 있음은 전술한 바와 같다.Since the phase of the reflection coefficient on the surface of the artificial
도 12는 2.4Ghz 근처의 주파수에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공자기도체를 이용한 안테나 장치의 이득을 나타내는 예시도이다.FIG. 12 is an exemplary diagram illustrating gain of an antenna device using an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention at a frequency near 2.4 GHz.
본 발명의 안테나 장치(10)는 상기 수학식 1을 이용하여 공진 주파수를 설계하고, 설계된 공진 주파수에서 최대 이득으로 동작 할 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치(10)의 S 파라미터차트를 관측하면, 입력 반사 계수인 S11의 값은 공진 주파수(804)에서 가장 낮은 -24dB를 나타내는 것을 관측할 수 있다. 따라서, 안테나 장치(10)는 2.4Ghz에서 입력된 신호의 전력의 반사 비율이 가장 낮고, 최대의 신호 전력이 외부로 방사되도록 마련될 수 있다.The
상기 설명된 본 발명의 일 실시예의 방법의 전체 또는 일부는, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 여기에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. All or part of the method of an embodiment of the invention described above can be implemented in the form of a computer-executable recording medium such as a program module executed by a computer. Here, the computer-readable medium can be any available medium which can be accessed by a computer, and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. The computer-readable medium may also include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법의 전체 또는 일부는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하며, 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램(또는 컴퓨터 프로그램 제품)으로 구현될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 처리되는 프로그래밍 가능한 기계 명령어를 포함하고, 고레벨 프로그래밍 언어(High-level Programming Language), 객체 지향 프로그래밍 언어(Object-oriented Programming Language), 어셈블리 언어 또는 기계 언어 등으로 구현될 수 있다. 또한 컴퓨터 프로그램은 유형의 컴퓨터 판독가능 기록매체(예를 들어, 메모리, 하드디스크, 자기/광학 매체 또는 SSD(Solid-State Drive) 등)에 기록될 수 있다. All or part of the method according to an embodiment of the present invention may also be embodied in a computer program (or computer program product) recorded on a medium, including instructions executable by the computer. A computer program includes programmable machine instructions that are processed by a processor and can be implemented in a high-level programming language, an object-oriented programming language, an assembly language, or a machine language . The computer program may also be recorded on a computer readable recording medium of a type (e.g., memory, hard disk, magnetic / optical medium or solid-state drive).
따라서 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법은 상술한 바와 같은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨팅 장치에 의해 실행됨으로써 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로세서와, 메모리와, 저장 장치와, 메모리 및 고속 확장포트에 접속하고 있는 고속 인터페이스와, 저속 버스와 저장 장치에 접속하고 있는 저속 인터페이스 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이러한 성분들 각각은 다양한 버스를 이용하여 서로 접속되어 있으며, 공통 머더보드에 탑재되거나 다른 적절한 방식으로 장착될 수 있다.Thus, a method according to an embodiment of the present invention may be implemented by a computer program as described above being executed by a computing device. The computing device may include a processor, a memory, a storage device, a high-speed interface connected to the memory and a high-speed expansion port, and a low-speed interface connected to the low-speed bus and the storage device. Each of these components is connected to each other using a variety of buses and can be mounted on a common motherboard or mounted in any other suitable manner.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (20)
기판의 적어도 일면에 형성되어 방사할 신호를 급전 받고, 상기 급전 받은 신호를 방사하는 방사부;
상기 기판의 일면에 형성되어 상기 방사부를 접지하는 접지부; 및
상기 기판의 타면에 형성되고, 미리 설정된 주파수에서 상기 급전된 신호의 위상을 조절하도록 기 설정된 간격으로 반복 배치되는 인공자기도체; 를 포함하며,
상기 인공자기도체는 상기 기판의 타면에서 미리 결정된 거리만큼 이격되어 배치되는 전기 용량성 소자, 상기 전기 용량성 소자와 상기 접지부를 전기적으로 연결하는 비아, 및 상기 전기 용량성 소자 양측에 형성되어 상기 전기 용량성 소자와 상기 비아를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 전기 용량성 소자, 상기 연결부 및 상기 비아는 하나의 폐회로로 연결되고, 상기 인공자기도체는 상기 연결된 폐회로를 이용하여 상기 급전된 신호의 위상을 조절하며,
상기 폐회로의 공진 주파수는 서로 다른 폐회로에 포함된 인접한 비아 사이의 거리를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.In an inverted F-type antenna apparatus,
A radiation unit formed on at least one surface of the substrate to emit a signal to be radiated and to radiate the received signal;
A grounding part formed on one surface of the substrate and grounding the radiating part; And
An artificial magnetic conductor formed on the other surface of the substrate and repeatedly arranged at predetermined intervals to adjust the phase of the fed signal at a predetermined frequency; / RTI >
Wherein the artificial magnetic conductor comprises: a capacitive element disposed at a predetermined distance from the other surface of the substrate; a via electrically connecting the capacitive element and the ground unit; And a connection portion for electrically connecting the capacitive element and the via,
Wherein the capacitive element, the connection and the via are connected by a closed loop, the artificial magnetic conductor regulates the phase of the fed signal using the closed loop,
Wherein the resonance frequency of the closed circuit is set in consideration of a distance between adjacent vias included in different closed circuits.
상기 방사부와 상기 접지부를 전기적으로 상호 연결시키는 급전부; 를 더 포함하고,
상기 방사부는 상기 급전부를 통하여 상기 방사할 신호를 급전 받는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.The method according to claim 1,
A power feeder for electrically connecting the radiating part and the grounding part; Further comprising:
And the radiating part receives the signal to be radiated through the feeding part.
상기 방사부 및 상기 접지부는 상기 기판의 적어도 일면에 미리 코팅된 전도체를 에칭하여 형성되고,
상기 미리 설정된 주파수는 상기 인공자기도체의 전기적 성질에 따른 공진 주파수로 마련되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.The method according to claim 1,
Wherein the radiation part and the ground part are formed by etching a conductor coated in advance on at least one surface of the substrate,
Wherein the predetermined frequency is provided at a resonance frequency according to an electrical property of the artificial magnetic conductor.
상기 기판에서 상기 방사부와 동일면에 전도체로 형성되고,
상기 급전부 및 상기 방사부에 포함된 적어도 하나의 방사 부재와 전기적으로 연결되어 접지되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.3. The apparatus of claim 2, wherein the ground
The radiation plate being formed on the same surface of the radiation plate as the radiator,
Wherein the antenna unit is electrically connected to at least one radiating member included in the feeding part and the radiating part, and is grounded.
상기 기판에 마련되어 상기 기판을 관통하여 상기 접지부까지 연결되는 비아 홀을 통하여 상기 기판에 고정되고,
상기 방사부에 인접한 상기 접지부의 가장자리에서 배치되어 상기 급전된 신호의 위상을 조절하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.The method of claim 2, wherein the artificial magnetic conductor
Wherein the substrate is fixed to the substrate through a via hole formed in the substrate and connected to the ground through the substrate,
Wherein the antenna unit is disposed at an edge of the ground unit adjacent to the radiation unit to adjust the phase of the fed signal.
일단이 상기 급전부에 연결되는 제1암, 상기 제1암의 타단에서 상기 제1암의 양측으로 연장되는 제2암 및 상기 제2암의 상기 제1암과 연결된 단부와 반대 단부에서 절곡 연장되어 상기 제1암과 소정의 간격을 두고 형성되는 제3암을 포함하고,
상기 제1암, 상기 제2암 및 상기 제3암을 통하여 상기 급전된 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. 3. An apparatus according to claim 2,
A second arm extending from the other end of the first arm to both sides of the first arm and a second arm extending from the other end of the first arm to an end of the second arm opposite to the end connected to the first arm, And a third arm formed at a predetermined distance from the first arm,
And radiates the supplied signal through the first arm, the second arm, and the third arm.
상기 접지부와 수평으로 대향되고, 상기 제1암 및 상기 제3암과 연결되는 단부의 폭이 서로 다르게 형성되며, 상기 제1암의 양측으로 연장되되 상기 형성된 제3암의 반대측으로 더 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.9. The apparatus of claim 8, wherein the second arm
The first arm and the third arm being formed to have a width different from that of the first arm and being connected to the first arm and the third arm and being extended to both sides of the first arm, Wherein the antenna device comprises:
상기 비아 홀 내부에 구조적으로 체결되어 상기 전기 용량성 소자와 상기 접지부를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.8. The method of claim 7,
And electrically connecting the capacitive element and the ground unit by being structurally connected to the inside of the via hole.
상기 연결부 각각으로부터 상기 기판을 관통하여 상기 접지부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.3. The method of claim 2,
And the antenna unit is electrically connected to the ground unit through the substrate from each of the connection units.
상기 방사부에서 방사된 신호는 전류 신호를 포함하고, 상기 방사된 신호의 주파수는 상기 공진 주파수와 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 장치. The method of claim 3,
Wherein the signal radiated from the radiation section includes a current signal, and the frequency of the radiated signal is equal to the resonance frequency.
상기 공진 주파수에서 상기 방사부의 적어도 일부 및 상기 방사부에 인접한 상기 접지부의 가장자리의 적어도 일부에 흐르는 전류 신호의 위상을 동일하게 조절하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. 14. The method of claim 13, wherein the artificial magnetic conductor
And adjusts the phase of the current signal flowing in at least a part of the radiating part and at least a part of the edge of the grounding part adjacent to the radiating part at the resonance frequency equally.
상기 방사부의 일면에 형성된 기판을 더 포함하는 안테나 장치.The method according to claim 1,
And a substrate formed on one surface of the radiating portion.
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