KR101997272B1 - 방사패턴 재구성 안테나 - Google Patents

Abstract

방사패턴 재구성 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 방사체; 접지면; 상기 방사체에 급전 신호를 제공하는 급전선; 상기 방사체의 제1 단부와 상기 접지면 사이에 결합되는 제1 캐패시터; 상기 방사체의 제1 단부와 근접한 제1 포인트와 상기 접지면 사이에 결합되는 제1 핀 다이오드,; 상기 방사체의 제2 단부와 상기 접지면 사이에 결합되는 제2 캐패시터; 상기 방사체의 제2 단부와 근접한 제2 포인트와 상기 접지면 사이에 결합되는 제2 핀 다이오드를 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, 단말기 거치 상태의 변화에 대응하여 안정적으로 위성 신호를 수신할 수 있고, 사용자의 단말기 사용 상태 및 습관에 대응하여 방사 패턴을 재구성할 수 있는 장점이 있다.

Description

방사패턴 재구성 안테나{Antenna for Reconfiguration of Radiation Pattern}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GPS 및 XM과 같은 위성 신호를 수신하는 안테나에 관한 것이다.

근래의 휴대용 단말기는 음성 통화 뿐만 아니라 데이터 통신, 위성 통신 등 다양한 종류의 통신을 지원하고 있다. 휴대용 단말기가 다양한 대역의 신호를 제공하면서 통신을 위한 안테나의 개수도 증가하고 있으며, 단말기의 소형화 요구에 따라 안테나에 대해서도 다중 대역화 및 소형화가 요구되고 있다.

다양한 대역을 지원하면서 소형화된 안테나가 요구되면서 일부 안테나는 소형화된 구조이기는 하나 방사 특성에 있어 문제가 발생하는 경우가 많아졌다. 휴대용 단말기에 사용되는 다양한 안테나 중 방사 특성이 가장 문제되는 경우는 GPS, XM 신호와 같이 위성 신호의 수신을 위한 안테나이다.

위성은 지면을 향해 수직으로 신호를 전송하기 때문에, 위성 안테나는 항상 빔이 위를 향하도록 방사 특성이 형성될 필요가 있다. 그런데, 휴대용 단말기는 사용자의 사용 상황 및 습관에 따라 단말기의 거치 상태가 변경되기 때문에 위성 안테나의 방사 패턴이 항상 위를 향하도록 유지하는 것은 매우 어려운 일이다.

도 1은 종래의 휴대용 단말기의 거치 상태 변화에 따른 방사 패턴을 도시한 도면이다.

도 1의 (a)와 같이 단말기가 세로 방향으로 거치되어 있을 때 방사 패턴이 보다 양호하게 위로 향하도록 설정된 안테나가 사용될 경우 도 1의 (b)와 같이 단말기가 가로 방향으로 거치되게 되면 위성 신호의 양호한 수신이 어려워지게 된다.

위성 신호 수신을 위해 단말기의 거치 상태를 사용자에게 강요할 수는 없으므로 거치 상태가 바뀔 때 마다 위성 신호 수신 특성은 달라질 수 밖에 없으며, 따라서 종래의 위성 수신용 안테나로는 수시로 바뀌는 단말기 거치 상태에 대응하여 안정적인 수신 특성을 기대하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 단말기 거치 상태의 변화에 대응하여 안정적으로 위성 신호를 수신할 수 있는 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 방사 패턴을 단말기의 거치 상태에 따라 재구성할 수 있는 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 사용자의 단말기 사용 상태 및 습관에 대응하여 방사 패턴을 재구성할 수 있는 안테나를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사체; 접지면; 상기 방사체에 급전 신호를 제공하는 급전선; 상기 방사체의 제1 단부와 상기 접지면 사이에 결합되는 제1 캐패시터; 상기 방사체의 제1 단부와 근접한 제1 포인트와 상기 접지면 사이에 결합되는 제1 핀 다이오드,; 상기 방사체의 제2 단부와 상기 접지면 사이에 결합되는 제2 캐패시터; 상기 방사체의 제2 단부와 근접한 제2 포인트와 상기 접지면 사이에 결합되는 제2 핀 다이오드를 포함하는 방사 패턴 재구성 안테나가 제공된다.

상기 방사 패턴 재구성 안테나는 상기 제1 핀 다이오드의 온/오프를 제어하는 제어부를 더 포함한다.

단말기의 거치 상태가 단말기가 세로로 놓인 제1 상태라고 감지되는 경우, 상기 제어부는 상기 제1 핀 다이오드를 온시키고 상기 제2 핀 다이오드를 오프시킨다.

단말기의 거치 상태가 단말기가 가로로 놓은 제2 상태라고 감지되는 경우, 상기 제어부는 상기 제2 핀 다이오드를 온시키고, 상기 제1 핀 다이오드를 오프시킨다.

상기 급전선은 커플링 방식으로 상기 방사체에 급전 신호를 제공한다.

상기 방사체와 접지면은 동일 평면에 형성된다.

상기 방사체 및 급전선은 상기 접지면의 일부가 제거된 클리어런스 영역에 형성된다.

본 발명의 안테나에 따르면, 본 단말기 거치 상태의 변화에 대응하여 안정적으로 위성 신호를 수신할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 안테나에 따르면, 사용자의 단말기 사용 상태 및 습관에 대응하여 방사 패턴을 재구성할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 휴대용 단말기의 거치 상태 변화에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 패턴 재구성 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 상태에서의 안테나 등가 모델을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 상태에서의 안테나 등가 모델을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 설치된 단말기가 제1 상태일 경우 S11 파라미터를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른 안테나가 제1 상태일 경우 방사 패턴을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 설치된 단말기가 제2 상태일 경우 S11 파라미터를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 제2 상태일 경우 방사 패턴을 도시한 도면.

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

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 패턴 재구성 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 패턴 재구성 안테나는, 방사체(200), 급전선(210), 접지면(220), 제1 캐패시터(230), 제1 핀 다이오드(232), 제2 캐패시터(240) 및 제2 핀 다이오드(242)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나느 접지면(220)의 일부가 제거된 영역인 클리어런스 영역에 방사체(200) 및 급전선(210)이 형성되는 경우가 도시되어 있다. 그러나, 도 2에 도시된 실시예는 본 발명을 구현되는 다양한 실시예 중 하나에 불과하며, 클리어런스 영역이 아닌 다른 영역에 방사체 및 급전선이 형성되지 않더라도 동일한 효과를 달성하면서 동작하는 것이 가능하다.

다만, 도 2의 실시예와 같이 클리어런스 영역에 방사체(200) 및 급전선(210)이 형성될 경우 휴대용 단말기의 공간을 효율적으로 활용하는 것이 가능하다.

필요에 따라, 방사체(200) 및 급전선(210)은 접지면(220)과의 결합 상태를 유지하는 한 동일 평면에 아닌 다른 평면에 형성되어도 무방하다.

방사체(200)는 RF 신호를 송수신하는 기능을 한다. 방사체(200)의 방사 주파수는 방사체(200)의 전기적 길이에 의해 결정된다. 방사체의 길이가 길어질수록 상대적으로 저주파의 RF 신호가 방사된다.

방사체(200)의 제1 단부는 제1 캐패시터(230)를 통해 접지면(220)에 결합되고, 방사체의 제2 단부는 제2 캐패시터(240)를 통해 접지면(220)에 결합된다. 본 발명의 방사체(200)는 양단에 캐패시터(230, 240)가 결합되고 각 캐패시터(230, 240)가 접지면에 연결되는 구조를 가진 것이다.

방사체(200)의 제1 단부 및 제2 단부에 결합되는 캐패시터들(230, 240)의 용량은 사용 주파수에 의해 결정될 수 있다. 제1 캐패시터(230)와 제2 캐패시터(240)의 정전 용량은 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 방사체는 L자 형태를 가지고 있다. 방사체가 L자 형태를 가지는 것은 방사체의 양 단부가 캐패시터를 통해 접지면(220)과 결합되기 위해서이며, 방사체의 형태는 다양하게 변형될 수 있다.

방사체(200)의 제1 단부와 근접한 방사체의 제1 포인트(A)에는 접지면(220)과 방사체(200)를 연결하는 제1 핀 다이오드(232)가 결합된다. 방사체(200)의 제2 단부와 근접한 방사체의 제2 포인트(B)에는 제2 핀 다이오드(242)가 결합된다.

제1 핀 다이오드(232) 및 제2 핀 다이오드(242)는 바이어스 방향에 따라 전기적 연결을 온/오프 시키는 스위치로 동작한다. 핀 다이오드에 순방향 바이어스가 인가될 경우 핀 다이오드는 전기적으로 핀 다이오드의 양 단을 연결시키고, 핀 다이오드에 역방향 바이어스가 인가될 경우 핀 다이오드는 핀 다이오드 양단이 전기적으로 연결되지 않도록 한다.

본 발명의 방사체(200)의 제1 단부는 접지면(220)과 두 개의 경로로 연결되며, 각 경로에는 제1 캐패시터(230) 및 제1 핀 다이오드(232)가 연결되는 구조를 가진다. 또한, 본 발명의 방사체(200)의 제2 단부 역시 접지면(220)과 두 개의 경로로 연결되며, 각 경로에는 제2 캐패시터(240) 및 제2 핀 다이오드(242)가 연결되는 구조를 가진다.

방사체(200)의 제1 단부 및 제2 단부는 핀 다이오드(232, 242)의 온/오프에 따라 접지면과의 연결 상태가 달라진다.

핀 다이오드의 온/오프는 별도의 제어부(미도시)에 의해 제어된다. 제어부는 휴대용 단말기가 거치 상태에 대한 감지 정보를 이용하여 핀 다이오드의 온/오프를 제어한다. 휴대용 단말기의 거치 상태는 단말기에 구비된 센서를 이용하여 감지될 수 있으며, 감지된 정보에 기초하여 핀 다이오드의 온/오프가 제어되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휴대용 단말기의 거치 상태가 제1 상태(예를 들어, 세로로 위치하는 상태)일 경우 제어부는 제1 핀 다이오드(232)를 온시키고 제2 핀 다이오드(242)를 오프시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 상태에서의 안테나 등가 모델을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1 핀 다이오드(232)가 온 상태일 경우 제1 핀 다이오드는 방사체의 제1 포인트(A)와 접지면(220)을 전기적으로 연결시키고, 제1 핀 다이오드(232)가 결합된 경로는 전기적으로 쇼트 상태가 된다. 제1 포인트(A)와 접지면(220)이 전기적으로 쇼트 상태가 될 경우 제1 캐패시터(230)는 전기적으로 오픈 상태가 된다.

따라서, 제1 캐패시터(230)가 결합된 경로로는 전류의 흐름이 발생하지 않고, 모든 전류는 제1 핀 다이오드(232)가 결합된 경로로 흐르게 된다.

제2 핀 다이오드(242)가 오프 상태일 경우 제2 핀 다이오드(242)는 방사체의 제2 포인트(B)와 접지면(220)을 전기적으로 오픈시킨다. 제2 핀 다이오드(242)가 오프 상태일 경우 전류는 제2 캐패시터(240)가 결합된 경로로만 흐르게 된다.

휴대용 단말기의 거치 상태가 제2 상태(예를 들어, 가로로 위치하는 상태)일 경우, 제어부는 제1 핀 다이오드(232)를 오프시키고 제2 핀 다이오드(242)를 온시킨다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 상태에서의 안테나 등가 모델을 도시한 도면이다.

제1 핀 다이오드(232)가 오프 상태일 경우 제1 핀 다이오드(232)는 방사체(200)의 제1 포인트(A)와 접지면(220)을 전기적으로 오픈시킨다. 따라서, 전류는 제1 캐패시터(230)가 결합된 경로로만 흐르게 된다.

제2 핀 다이오드(242)가 온 상태일 경우 제2 핀 다이오드(242)는 제2 포인트(B)와 접지면(220)을 전기적으로 쇼트시킨다. 제2 핀 다이오드(242)가 온 상태일 때 제2 캐패시터(240)가 결합된 경로는 전기적으로 오프 상태가 된다. 따라서, 제2 핀 다이오드(242)가 결합된 경로로는 전류가 흐르지 않게 된다.

위에서 설명한 바와 같이, 제1 핀 다이오드(232) 및 제2 핀 다이오드(242)의 상태를 제어함으로써 방사 패턴을 재구성 하여 단말기 거치 상태에 따라 원활한 위성 신호의 수신이 이루어지도록 하는 것이 가능하다.

제1 상태(단말기가 세로로 거치된 상태)에서 제1 핀 다이오드(232)는 온시키고 제2 핀 다이오드(242)는 오프시키는 동작에 의해 본 발명의 안테나의 방사 패턴은 위로 향하는 빔이 가장 이득이 높도록 설정된다.

제2 상태(단말기가 가로로 거치된 상태)에서 제2 핀 다이오드(242)는 온시키시고 제1 핀 다이오드(232)는 오프시키는 동작에 의해 단말기의 거치 상태가 바뀌더라도 안테나의 방사 패턴은 위로 향하는 빔이 가장 이득이 높도록 조절될 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, 급전선(210)은 방사체(200)에 급전 신호를 제공하는 기능을 한다. 급전선(210)은 급전점(260)과 전기적으로 결합되어 있다.

도 2에는 방사체(200)와 소정거리 이격되어 급전 신호를 제공하는 급전선(210)이 도시되어 있다. 즉, 도 2에 도시된 실시예의 급전선(210)은 커플링 방식으로 급전 신호를 제공하는 것이다.

한편, 급전선(210)의 제1 단부는 매칭 캐패시터(270)를 통해 접지면(220)과 전기적으로 연결된다. 매칭 캐패시터(270)은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 임피던스 매칭을 위해 결합되는 구성 요소이며, 필요에 따라 구비되지 않아도 무방하다.

도 2에는 급전선(210)이 방사체(200)와 소정 거리 이격되어 커플링 급전을 하는 구조가 도시되어 있으나, 이는 본 발명에 적용될 수 있는 다양한 급전 방식 중 일 실시예에 불과하며 다양한 급전 방식이 본 발명에 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. 예를 들어, 급전선이 방사체에 직접 결합되는 직접 급전 방식이 적용될 수도 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 설치된 단말기가 제1 상태일 경우 S11 파라미터를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른 안테나가 제1 상태일 경우 방사 패턴을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말기가 제1 상태인 것으로 감지되어 제1 핀 다이오드고 온 상태가 되고 제2 핀 다이오드가 오프 상태가 될 경우 1.58GHz를 중심 주파수로 하는 공진 대역이 형성된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 설치된 단말기가 제2 상태일 경우 S11 파라미터를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 제2 상태일 경우 방사 패턴을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 제1 핀 다이오드(232) 및 제2 핀 다이오드(242)의 상태가 변경되더라도 제1 상태와 동일하게 1.58GHz를 중심 주파수로 하는 공진 대역이 형성되어 공진 대역의 변화가 발생하지 않음을 확인할 수 있다.

또한, 도 6 및 도 8의 방사 패턴을 비교하면, 핀 다이오드들(232, 242)의 상태를 변경하는 것에 의해 방사 패턴이 변경되는 것을 확인할 수 있다.

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

Claims (7)

1. 방사체;
   접지면;
   상기 방사체에 커플링 방식으로 급전 신호를 제공하는 급전선;
   상기 방사체의 제1 단부와 상기 접지면 사이에 결합되는 제1 캐패시터;
   상기 방사체의 제1 단부와 근접한 제1 포인트와 상기 접지면 사이에 결합되는 제1 핀 다이오드;
   상기 방사체의 제2 단부와 상기 접지면 사이에 결합되는 제2 캐패시터;
   상기 방사체의 제2 단부와 근접한 제2 포인트와 상기 접지면 사이에 결합되는 제2 핀 다이오드; 및
   단말기가 세로로 놓인 제1 상태라고 감지되는 경우, 상기 제1 핀 다이오드를 온시키고 상기 제2 핀 다이오드를 오프시키며, 상기 단말기가 가로로 놓인 제2 상태라고 감지되는 경우, 상기 제2 핀 다이오드를 온시키고, 상기 제1 핀 다이오드를 오프시키는 제어부를 포함하며,
   상기 제1및 제2핀 다이오드의 온/오프에 의해, 중심 주파수가 동일한 상태에서 방사 패턴이 변경되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 재구성 안테나.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 방사체와 접지면은 동일 평면에 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 재구성 안테나.
7. 제6항에 있어서,
   상기 방사체 및 급전선은 상기 접지면의 일부가 제거된 클리어런스 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 재구성 안테나.

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