KR102001575B1 - 다중 대역 패치 안테나 모듈 - Google Patents

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Abstract

가로와 세로의 길이가 다른 내부 방사 패치와 내부 방사 패치와 이격되는 외부 방사 패치를 유전체층의 일면에 형성하여 2.4㎓ 대역 및 5㎓ 대역의 신호를 송수신하도록 한 다중 대역 패치 안테나 모듈을 제시한다. 제시된 다중 대역 패치 안테나 모듈은 유전체층, 삽입 홀이 형성되고, 유전체층의 일면에 형성된 외부 방사 패치 및 삽입 홀에 삽입되어 유전체층의 일면에 형성된 내부 방사 패치를 포함하고, 내부 방사 패치는 가로 길이와 세로 길이가 다르게 형성된다.

Description

다중 대역 패치 안테나 모듈{MULTI BAND PATCH ANTENNA MODULE}
본 발명은 다중 대역 패치 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와이 파이 대역으로 사용되는 2.4㎓ 대역 및 5㎓ 대역에서 주파수를 수신하는 다중 대역 패치 안테나 모듈에 관한 것이다.
무선 통신 기술이 발달함에 따라, 휴대폰, PDA, GPS수신기, 내비게이션 등과 같은 정보통신 단말기 대중화가 가능하게 되었다. 이들 정보통신 단말기에는 소형 경량이며 평면형으로 얇게 제조한 패치 안테나가 주로 사용된다.
일반적으로, 패치 안테나는 GPS, SDARS 등의 주파수 대역에 공진하는 특성을 갖도록 형성된다. 패치 안테나는 실장 공간의 확보를 위해 다중 대역 안테나로 형성된다. 즉, 패치 안테나는 유전체의 일면에 각 대역 안테나로 동작하는 방사 패치들이 형성되어, 각 특성에 맞는 주파수에 공진하도록 형성된다.
종래의 패치 안테나는 GPS, SDARS 등의 주파수용으로 사용되기 때문에, 내부에 배치되는 방사 패치가 가로 길이와 세로 길이의 비율이 1:1로 형성되는 정사각형 형상으로 형성된다.
한편, 최근 휴대 단말과 전자기기(예를 들면, 냉장고, 카메라, TV, 오디오 등) 간의 통신을 통한 홈 네트워크를 구성하기 위해 휴대 단말과 전자기기에 무선 통신 모듈이 실장되고 있다.
홈 네트워크 구성시 휴대 단말과 전자기기 간의 무선 통신은 주로 와이 파이가 사용되고 있다. 와이 파이는 상대적으로 넓은 통신 반경을 특징으로 하는 2.4㎓ 대역과 상대적으로 짧은 반경에서 빠른 전송속도를 특징으로 하는 5㎓으로 구분된다.
초기 홈 네트워크 구성시에는 넓은 통신 반경을 갖는 2.4㎓ 대역이 주로 사용되고 있으나, 공유기, 블루투스 기기 등의 신호 간섭으로 인해 신호에 오류가 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점으로 인해, 최근에는 홈 네트워크 구성시 상대적으로 신호 간섭이 적은 5㎓ 대역이 사용되고 있다.
이에, 두 대역(즉, 2.4㎓, 5 ㎓)을 모두 지원하는 전자기기, 휴대 단말의 필요성이 대두되고 있다.
종래에는 두 대역의 와이 파이를 지원하기 위해서는 각각의 주파수 대역에 맞는 안테나들을 휴대 단말, 전자기기에 실장해야 한다.
하지만, 두 개의 안테나들 모두 실장하기 위해서는 상대적으로 넓은 실장 공간을 필요로 하게 되어, 소형화 추세에 있는 휴대 단말이나 전자기기에는 두 대역의 안테나를 모두 실장하기는 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2009-0081256호(명칭: 적층형 패치 안테나)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 가로와 세로의 길이가 다른 내부 방사 패치와 내부 방사 패치와 이격되는 외부 방사 패치를 유전체층의 일면에 형성하여 2.4㎓ 대역 및 5㎓ 대역의 신호를 송수신하도록 한 다중 대역 패치 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈은 유전체층, 삽입 홀이 형성되고, 유전체층의 일면에 형성된 외부 방사 패치 및 삽입 홀에 삽입되어 유전체층의 일면에 형성된 내부 방사 패치를 포함하고, 내부 방사 패치는 가로 길이와 세로 길이가 다르게 형성된다.
내부 방사 패치는 직사각형 형상으로, 가로 길이에 대한 세로 길이가 0.95 이하일 수 있다.
내부 방사 패치는 적어도 일변에서 외부 방향으로 연장된 하나 이상의 돌출부가 형성되고, 네 변 중 인접한 세 변에 돌출부가 각각 형성될 수 있다.
내부 방사 패치는 급전 홀이 형성되고, 급전 홀은 내부 방사 패치의 중심점과 이격되어 형성되고, 유전체층은 내부 방사 패치에 형성된 급전 홀에 대응되는 위치에 다른 급전 홀이 형성될 수 있다.
외부 방사 패치는 가로 길이와 세로 길이가 동일한 프레임 형상일 수 있다. 이때, 외부 방사 패치는 적어도 일변에 외부 방향으로 연장된 돌출부가 형성되고, 돌출부는 내부 방사 패치의 네 변 중 돌출부가 형성된 변에 대응되는 외부 방사 패치의 변에 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다중 대역 패치 안테나 모듈은 유전체의 일면에 가로 길이와 세로 길이를 다르게 형성한 내부 방사 패치와 내부 패치 안테나에 이격된 외부 방사 패치를 형성함으로써, 하나의 패치 안테나를 통해 와이 파이 대역으로 사용되는 2.4㎓ 대역 신호 및 5㎓ 대역 신호를 모두 송수신할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다중 대역 패치 안테나 모듈은 하나의 패치 안테나로 2.4㎓ 대역 및 5㎓ 대역을 지원함으로써, 대역별(즉, 2.4㎓ 대역, 5㎓ 대역)로 안테나 모듈을 실장하는 종래에 비해 실장 공간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다중 대역 패치 안테나 모듈은 5㎓ 대역의 대역폭이 종래의 패치 안테나 모듈에 비해 2개 이상 증가하기 때문에, 와이파이 끊김 현상을 최소화하여 안적적인 와이파이 연결을 유지할 수 있다.
또한, 다중 대역 패치 안테나 모듈은 5㎓ 대역의 대역폭이 종래의 패치 안테나 모듈에 비해 증가하기 때문에, 대역폭으로 설정할 수 있는 주파수 대역이 증가하여 5㎓ 대역 다른 기기와의 주파수 간섭을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 유전체층을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 내부 방사 패치를 설명하기 위한 도면.
도 4 및 도 5는 도 1의 외부 방사 패치를 설명하기 위한 도면.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈 및 종래의 패치 안테나 모듈의 안테나 특성을 비교 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈은 유전체층(100), 내부 방사 패치(200), 외부 방사 패치(300)를 포함한다.
유전체층(100)은 다중 대역 패치 안테나 모듈의 최하부에 설치된다. 유전체층(100)은 일반적으로 고유전율 및 낮은 열팽창계수 등의 특성을 갖는 세라믹이 사용되며, 내부 방사 패치(200) 및 외부 방사 패치(300)와의 결합을 위한 구멍(미도시)이 형성될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 유전체층(100)은 내부 방사 패치(200)와 급전라인(미도시)을 전기적으로 연결하는 급전 핀(400)이 삽입되는 관통 홀(120)이 형성될 수 있다. 관통 홀(120)은 유전체층(100)의 전체 영역 중 내부 방사 패치(200)가 형성되는 영역 내에 형성된다.
이때, 관통 홀(120)은 유전체층(100)의 중심점(C1)에서 외주 방향으로 소정 간격 이격되어 형성된다. 관통 홀(120)은 유전체층(100)의 중심점(C1)에서 교차하는 두 개의 가상선들(A, B)에 의해 구분되는 4개의 영역 중 어느 하나에 형성된다.
여기서, 유전체층(100)은 동축 케이블, 급전 홀, 급전 패치 등을 통해 급전라인과 내부 방사 패치(200)가 연결되는 경우 관통 홀(120)의 형성이 생략될 수도 있다.
내부 방사 패치(200)는 유전체층(100)의 상면에 형성된다. 내부 방사 패치(200)는 와이 파이 주파수 대역 중에서 5㎓ 대역에 공진하는 방사부로, 유전체층(100)의 중심점과 적어도 일부가 중첩되도록 형성된다. 내부 방사 패치(200)는 구리, 알루미늄, 금, 은 등과 같이 전기전도도가 높은 도전성 재질의 박판으로 구성된다.
이때, 도 3을 참조하면, 내부 방사 패치(200)는 가로 길이(X)와 세로 길이(Y)의 비율이 서로 다른 직사각형 형상으로 형성된다. 즉, 종래의 패치 안테나의 경우 주로 GPS, SDARS 등의 주파수 대역의 신호 송수신을 위해 사용되기 때문에, 내부 패치 안테나는 가로 길이와 세로 길이의 비율이 대략 1:1 정도인 정사각형으로 구성된다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈은 와이 파이 대역 중 5㎓ 대역의 신호 송수신을 위해 사용되기 때문에, 정사각형 형상의 내부 패치 안테나를 사용하는 경우 원하는 성능을 얻지 못하게 된다.
이에, 내부 방사 패치(200)는 가로 길이(X)와 세로 길이(Y)가 다르게 형성된다. 내부 방사 패치(200)는 가로 길이(X)에 대한 세로 길이(Y)가 대략 0.95 이하로 형성된 직사각형 형상으로 형성된다. 이때, 내부 방사 패치(200)는 가로 길이(X)에 대한 세로 길이(Y)가 대략 0.7 정도(즉, 가로 8.7㎜, 세로 6.1㎜)로 형성하는 경우 가장 높은 안테나 성능을 구현할 수 있다.
내부 방사 패치(200)는 주파수 튜닝을 위해 외부 방향으로 하나 이상의 돌출부(240)가 형성될 수도 있다. 이때, 돌출부(240)는 내부 방사 패치(200)의 네 변들 중 인접한 3개의 변에 형성될 수 있다.
내부 방사 패치(200)는 유전체층(100)의 하면에 위치하는 급전라인(미도시)과 연결된다. 이를 위해, 내부 방사 패치(200)에는 유전체층(100)에 형성되는 관통 홀(120)과 동일한 위치에 관통 홀(220)이 형성된다.
이때, 관통 홀(220)은 내부 방사 패치(200)의 중심점(C2)에서 외주 방향으로 소정 간격 이격되어 형성된다. 관통 홀(220)은 내부 방사 패치(200)의 중심점(C2)에서 교차하는 두 개의 가상선들(C, D)에 의해 구분되는 4개의 영역 중 어느 하나에 형성된다.
관통 홀(220)은 유전체층(100)의 중심점(C1)과 소정 간격 이격된 위치에 형성될 수도 있다. 즉, 관통 홀(220)은 유전체층(100)의 중심점(C1)을 중심으로 직교하는 두 가상선(A, B)을 통해 분할되는 4개의 영역 중에 어느 하나의 영역에 중심점과 이격되어 형성된다.
여기서, 관통 홀(220)은 내부 방사 패치(200)와 급전라인(미도시)을 전기적으로 연결하는 급전 핀(400)이 삽입되는 것으로, 동축 케이블, 급전 홀을 통해 급전라인과 연결되는 경우 관통 홀(220)의 형성이 생략될 수도 있다.
외부 방사 패치(300)는 와이 파이 대역 중 2.4㎓ 대역에 공진하는 방사부로, 유전체층(100)의 상면에 내부 방사 패치(200)과 이격되어 형성된다. 외부 방사 패치(300)는 구리, 알루미늄, 금, 은 등과 같이 전기전도도가 높은 도전성 재질의 박판으로 구성되며, 내부 방사 패치(200)와 동일한 재질의 박판으로 형성될 수 있다.
외부 방사 패치(300)는 유전체층(100)의 상면에 형성된다. 이때, 도 4를 참조하면, 외부 방사 패치(300)는 내부 방사 패치(200)가 삽입되는 삽입 홀(320)이 형성된 도넛 형상으로 형성된다.
외부 방사 패치(300)는 가로 길이와 세로 길이가 동일한 프레임 형상(즉, 정사각형 형상)으로 형성되며, 내부에 정사각형 형상의 삽입 홀(320)이 형성된다. 외부 방사 패치(300)는 삽입 홀(320) 내에 내부 방사 패치(200)가 삽입됨에 따라, 내주가 내부 방사 패치(200)의 외주와 소정 간격 이격된다. 외부 방사 패치(300)는 내주가 이격되어 내부 방사 패치(200)의 외주부를 감싸는 형상으로 형성된다.
외부 방사 패치(300)는 주파수 튜닝을 위해 외부 방향으로 하나 이상의 돌출부(340)가 형성될 수도 있다. 이때, 돌출부(340)는 외부 방사 패치(300)의 네 변들 중 인접한 3개의 변에 형성될 수 있다. 여기서, 외부 방사 패치(300)는 네 변들 중 돌출부(240)가 형성된 내부 방사 패치(200)의 세 변에 대응되는 변들에 돌출부(340)가 형성될 수 있다. 여기서, 대응되는 변은 내부 방사 패치(200)의 변과 평행한 변들 중 거리가 가장 가까운 변을 의미한다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 내부 방사 패치(200)의 네 변(260a~260d) 중에서 서로 인접한 세 변(260b, 260c, 260d)에 돌출부(240)가 형성된 경우, 외부 방사 패치(300)는 네 변(360a~360d) 중 돌출부(240)가 형성된 내부 방사 패치(200)의 세 변(260b, 260c, 260d)에 대응되는 변들(360b, 360c, 360d)에 돌출부(340)가 형성된다.
외부 방사 패치(300)의 내주와 내부 방사 패치(200) 외주 사이의 이격 공간은 간극을 형성한다. 여기서, 내부 방사 패치(200) 및 외부 방사 패치(300)는 간극을 통해 전자력 커플링이 형성되어 와이 파이 주파수 대역인 2.4㎓ 대역 및 5㎓ 대역에서 듀얼 밴드를 구현한다. 즉, 내부 방사 패치(200) 및 외부 방사 패치(300)의 간극에서 형성되는 전자력 커플링을 통해 내부 방사 패치(200)에서 대략 5㎓ 정도의 와이 파이 대역에 공진하고, 외부 방사 패치(300)에서 대략 2.4㎓ 정도의 와이 파이 대역에 공진하여 듀얼 밴드를 구현한다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈은 내부 방사 패치(200)의 가로 길이와 세로길이의 비율을 대략 1:0.7 정도(즉, 가로 8.7㎜, 세로 6.1㎜)로 형성함에 따라 2.4㎓ 대역에서 반사 손실(Return Loss)이 대략 -10dB 이하로 유지되며, 5㎓ 대역에서 반사 손실이 대략 -10dB 이하로 유지되는 대역폭이 대략 1293㎒ 정도를 형성한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 종래의 패치 안테나 모듈은 내부 방사 패치(200)의 가로 길이와 세로 길이의 비율을 대략 1:1 정도(즉, 가로 7㎜, 세로 7㎜)로 형성함에 따라 2.4㎓ 대역에서 반사 손실(Return Loss)이 대략 -10dB 이하로 유지되지만, 5㎓ 대역에서 반사 손실이 대략 -10dB 이하로 유지되는 대역폭이 대략 575㎒ 정도를 형성한다.
또한, 도 10 및 도 11을 참조하면, 종래의 패치 안테나 모듈은 내부 방사 패치(200)의 가로 길이와 세로 길이의 비율을 대략 1:1 정도(즉, 가로 8㎜, 세로 8㎜)로 형성함에 따라 2.4㎓ 대역에서 반사 손실(Return Loss)이 대략 -10dB 이하로 유지되지만, 5㎓ 대역에서 반사 손실이 대략 -10dB 이하로 유지되는 대역폭이 대략 415㎒ 정도를 형성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈은 5㎓ 대역의 대역폭이 종래의 패치 안테나 모듈에 비해 2개 이상 증가하기 때문에, 와이파이 끊김 현상을 최소화하여 안적적인 와이파이 연결을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 패치 안테나 모듈은 5㎓ 대역의 대역폭이 종래의 패치 안테나 모듈에 비해 증가하기 때문에, 대역폭으로 설정할 수 있는 주파수 대역이 증가하여 5㎓ 대역 다른 기기와의 주파수 간섭을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 유전체층 200: 내부 방사 패치
300: 외부 방사 패치 120, 220: 관통 홀
240, 340: 돌출부

Claims (10)

  1. 유전체층;
    삽입 홀이 형성되고, 상기 유전체층의 일면에 형성된 외부 방사 패치; 및
    상기 삽입 홀에 삽입되어 상기 유전체층의 일면에 형성된 내부 방사 패치를 포함하고,
    상기 내부 방사 패치는 가로 길이와 세로 길이가 다르게 형성되고,
    상기 내부 방사 패치는 네 변 중 인접한 세 변에 외부 방향으로 연장된 돌출부가 각각 형성되고,
    상기 외부 방사 패치는 내부 방사 패치의 네 변 중 돌출부가 형성된 세 변에 대응되는 변에 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 다중 대역 패치 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 방사 패치는 직사각형 형상인 다중 대역 패치 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 방사 패치는 가로 길이에 대한 세로 길이가 0.95 이하인 다중 대역 패치 안테나 모듈.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 방사 패치는 급전 홀이 형성되고,
    상기 급전 홀은 상기 내부 방사 패치의 중심점과 이격되어 형성된 다중 대역 패치 안테나 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유전체층은 상기 내부 방사 패치에 형성된 급전 홀에 대응되는 위치에 다른 급전 홀이 형성된 다중 대역 패치 안테나 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외부 방사 패치는 가로 길이와 세로 길이가 동일한 프레임 형상인 다중 대역 패치 안테나 모듈.
  9. 삭제
  10. 삭제
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