KR102026679B1 - 차량용 패치 안테나 - Google Patents

Abstract

차량용 패치 안테나에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 차량용 패치 안테나는 제1 접지부가 구비된 PCB기판과 상기 PCB기판의 제1 접지부에 적층되는 유전체 및 상기 유전체에 적층되는 전도체를 포함하고, 상기 전도체에는 상기 유전체의 측면으로 연장되는 전도체연장부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 패치 안테나{PATCH ANTENNA FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 패치 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 통합안테나에 적용되는 패치 안테나의 전도체 면적을 연장시키고 접지 구조물을 추가하여 추가적인 캐패시턴스가 형성되도록 함으로써 추가공진을 발생시켜 대역폭이 증가되도록 하는 차량용 패치 안테나에 관한 것이다.

최근 인공위성네트워크를 이용해 지상에 있는 목표물의 위치를 정확히 추적해내는 러시아의 Glonass 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System)과, 중국의 Compass 위성항법시스템(Compass Navigation Satellite System) 등의 서비스 증가로 인해 패치 안테나의 광대역 구현에 힘쓰고 있다.

특히, 패치의 크기를 증가시키거나 유전체의 재질 변경은 안테나 대역폭(bandwidth)을 향상시키고 효율을 높일 수 있어 Glonass 위성항법시스템, 위성 디지털 음성 라디오 서비스(SDARS, satellite digital audio service)용 패치안테나 개발을 위한 검토안으로 제안되고 있다.

현재 사용되고 있는 차량용 통합안테나는 25 mm * 25 mm의 사이즈인 세라믹 재질의 패치 안테나가 일반적이며 주파수의 대역폭을 향상시키기 위해 36 mm * 36 mm으로 사이즈를 증대시키고, 유전체의 재질을 세라믹에서 테프론으로 변경하는 등의 방안이 검토 중에 있다.

그러나, 이러한 사이즈의 증가나 유전체 재질의 변경은 차량용 안테나내 공간에 따른 제약이 생길 수 있으며 비용 증가로 인해 실제 차량의 적용에는 어려움이 따르는 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0018749호(2010. 02. 18. 공개, 발명의 명칭 : 초광대역 마이크로스트립 패치안테나)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량용 통합안테나에 적용되는 패치 안테나의 유전체에 적층되는 전도체를 유전체의 측면까지 연장시키고 연장된 전도체와 마주보도록 접지 구조물을 추가하여 추가적인 캐패시턴스가 형성되도록 하는 차량용 패치 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전도체 연장과 접지 구조물 추가로 인해 패치안테나의 사이즈와 유전체 재질의 변경없이도 대역폭이 증가됨에 따라 GPS+Glonass, GPS+Compass, GPS+Glonass+Compass 등과 같은 통합밴드 위성서비스를 제공할 수 있도록 하기 위한 차량용 패치 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 차량용 패치 안테나는, 제1 접지부가 구비된 PCB기판; 상기 PCB기판의 제1 접지부에 적층되는 유전체; 및 상기 유전체에 적층되는 전도체; 를 포함하고, 상기 전도체에는 상기 유전체의 측면으로 연장되는 전도체연장부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 PCB기판에는 상기 전도체연장부와 이격되어 마주보도록 제2 접지부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 전도체연장부와 상기 제2 접지부는 상기 전도체연장부와 상기 제2 접지부간에 형성되는 캐패시턴스 값이 상기 전도체와 상기 PCB기판의 제1 접지부간에 형성되는 캐패시턴스 값보다 작도록 이격되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 전도체와 상기 유전체를 상기 PCB기판에 고정시키는 피딩핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 피딩핀은, 상기 전도체와 일측이 접촉되는 인덕터인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 피딩핀은, 상기 전도체와 상기 유전체를 관통하여 상기 PCB기판에 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 전도체연장부는, 상기 PCB기판에서 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 전도체연장부는, 상기 유전체의 측면 전체 또는 일부에 연장되는 것을 특징으로 한다..

본 발명에 따른 차량용 패치 안테나는 유전체에 적층되는 전도체를 유전체의 측면까지 연장시키고 연장된 전도체와 마주보도록 접지 구조물을 추가하여 추가적인 캐패시턴스가 형성되도록 할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 전도체 연장과 접지 구조물 추가로 인해 패치안테나의 사이즈와 유전체 재질의 변경없이도 추가공진을 발생시켜 대역폭을 향상시킴에 따라 GPS+Glonass, GPS+Compass, GPS+Glonass+Compass 등과 같은 통합밴드 위성서비스를 제공하도록 할 수 있어 차량용 안테나내 공간에 따른 제약이 없고 제작 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 전류세기 변화를 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나를 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 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 등가회로를 나타낸 회로도이다.

도 1 내지 도 2에서와 같이 본 발명에 따른 차량용 패치 안테나는, PCB기판(10), 유전체(20), 전도체(30) 및 피딩핀(40)을 포함한다.

PCB기판(10)은 유전체(20)가 적층되는 면에 제1 접지부(11)가 구비된다.

유전체(20)는 PCB기판(10)의 제1 접지부(11)에 적층된다.

여기서 유전체(dielectric substance, 20)란 정전기장을 가할 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질로써, 세라믹 재질이 적용될 수도 있다.

본 발명에 의한 차량용 패치 안테나는 유전체(20) 재질의 변경없이도 대역폭을 증가시킬 수 있어 제작 비용을 절감할 수 있다.

전도체(30)는 유전체(20)에 적층되며, 도 1 내지 도 2에서와 같이 PCB기판(10)과 이격되도록 유전체(20)의 측면으로 연장되는 전도체연장부(31)가 포함된다.

자세히는 전도체연장부(31)는, 유전체(20) 상단에 적층된 전도체(30)에서 연장되되 유전체(20)의 측면 전체 또는 일부를 따라 구부러지게 형성되며, 전도체연장부(31)의 단부는 PCB기판(10)과 이격되어 제1 접지부(11)에 닿지 않도록 형성된다.

또한, PCB기판(10)에는 도 1 내지 도 2에서와 같이 전도체연장부(31)와 이격되어 마주보도록 제2 접지부(13)가 돌출 형성된다.

자세히는, 제2 접지부(13)는 금속판과 같이 도전성이 있는 전도체 재질로 구비될 수 있으며, PCB기판(10)에 수직으로 형성되어 제1 접지부(11)와 솔더링(soldering)될 수도 있다.

이때, 제2 접지부(13)는 전도체(30) 및 전도체연장부(31)와 접촉되지 않도록 형성된다.

또한, 전도체연장부(31)와 제2 접지부(13)는 전도체연장부(31)와 제2 접지부(13)간에 형성되는 캐패시턴스(Capacitance, C') 값이 전도체(30)와 PCB기판(10)의 제1 접지부(11)간에 형성되는 캐패시턴스(C) 값보다 작도록 이격되는 것이 바람직하다.

부언하자면, 도 3의 등가회로에서와 같이, 전도체연장부(31)가 제2 접지부(13)와 추가적인 캐패시턴스(C')를 형성하게 되는 것을 확인할 수 있다.

이때, 추가적인 캐패시턴스(C') 값은 전도체연장부(31)와 제2 접지부(13)의 간격으로 조절 가능하며, 추가적인 캐패시턴스(C')의 값은 기존의 캐패시턴스(C) 값보다 작은 값을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

피딩핀(40)은 전도체(30)와 유전체(20)를 PCB기판(10)에 고정시킨다.

이때 피딩핀(feeding pin, 40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전도체(30)와 유전체(20)를 관통하여 PCB기판(10)에 고정되며, 전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도하는 코일인 인덕터(inductor)이다.

따라서, 안테나(미도시)에서 받은 신호는 피딩핀(40)을 통해 전달되는 것이다.

자세히는, 차량용 패치 안테나의 상단에서 하단으로 연결되어 있는 피딩핀(40)은 고유의 인덕턴스(inductance, L)를 갖고, 전도체(30)와 PCB기판(10)사이에는 캐패시턴스(C)가 존재한다.

이때 인덕턴스(L) 값은 피딩핀(40)의 길이에 따라 달라지고, 캐패시턴스(C) 값은 유전체(20)의 재질과 전도체(30)의 크기에 따라 달라진다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나는 CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting)에 적용되는 통합안테나의 GPS+COMPASS 위성 서비스용 패치안테나에 적용 가능하다.

여기서, CMMB란 중국 정부가 자체 개발한 휴대 이동 방송 기술로써, 중국 내 영화, 방송 산업을 관장하고 있는 광전총국의 주도하에 개발된 방송 기술로, 광전총국 산하 기관인 방송과학원이 개발해 표준 기술로 인정받았다. 2.5GHz 주파수 대역에서 초당 25Mbps의 전송 속도를 지원하며, TV 채널 20개와 라디오 채널 30개를 방송할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 공진(resonance) 발생에 따른 반사계수(S11) 및 전류세기 변화는 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 패치 안테나의 전류세기 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4 및 도 5에서와 같이 본 발명에 따른 차량용 패치 안테나는, 원하는 주파수에 1차 공진(도 4에서의 'A'지점)을 발생시켜, 차량용 패치 안테나에 강한 전류가 유기되어 높은 효율을 갖도록 한다(도 5에서의 'A'지점).

이 때 추가적인 캐패시턴스(C')는 높은 임피던스를 가져서 OPEN으로 보이게된다.

또한, 1차 공진(도 4에서의 'A'지점) 이후 2차 공진(도 4에서의 'C'지점)이 발생하여 1차 공진 이후 약해진 전류(도 5에서의 'B'지점)가 다시 강하게 유기되어 추가적인 대역폭을 얻을 수 있게 된다(도 5에서의 'C'지점).

정리하자면, 공진이 일어날 때 차량용 패치 안테나에 강한 전류가 발생하게 되고(도 5에서의 'A', 'C'지점), 공진주파수(resonance frequency)로부터 멀어질수록 전류의 세기가 약해진다(도 5에서의 'B'지점).

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 패치 안테나는 유전체에 적층되는 전도체를 유전체의 측면까지 연장시키고 연장된 전도체와 마주보도록 접지 구조물을 추가하여 추가적인 캐패시턴스가 형성되도록 할 수 있다.

또한, 전도체 연장과 접지 구조물 추가로 인해 패치안테나의 사이즈와 유전체 재질의 변경없이도 추가공진을 발생시켜 대역폭을 향상시킴에 따라 GPS+Glonass, GPS+Compass, GPS+Glonass+Compass 등과 같은 통합밴드 위성서비스를 제공하도록 할 수 있어 차량용 안테나내 공간에 따른 제약이 없고 제작 비용을 절감할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : PCB기판 11 : 제1 접지부
13 : 제2 접지부 20 : 유전체
30 : 전도체 31 : 전도체연장부
40 : 피딩핀

Claims (8)

1. 제1 접지부가 구비된 PCB기판;
   상기 PCB기판의 제1 접지부에 적층되는 유전체; 및
   상기 유전체에 적층되는 전도체; 를 포함하고,
   상기 전도체에는
   상기 유전체의 측면으로 연장되는 전도체연장부가 포함되며,
   상기 PCB기판에는
   상기 전도체연장부와 이격되어 마주보도록 제2 접지부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 패치 안테나.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 전도체연장부와 상기 제2 접지부는
   상기 전도체연장부와 상기 제2 접지부간에 형성되는 캐패시턴스 값이 상기 전도체와 상기 PCB기판의 제1 접지부간에 형성되는 캐패시턴스 값보다 작도록 이격되는 것을 특징으로 하는 차량용 패치 안테나.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전도체와 상기 유전체를 상기 PCB기판에 고정시키는 피딩핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 패치 안테나.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 피딩핀은
   상기 전도체와 일측이 접촉되는 인덕터인 것을 특징으로 하는 차량용 패치 안테나.
   
6. 제 4항에 있어서, 상기 피딩핀은
   상기 전도체와 상기 유전체를 관통하여 상기 PCB기판에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 패치 안테나.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 전도체연장부는
   상기 PCB기판에서 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 패치 안테나.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 전도체연장부는
   상기 유전체의 측면 전체 또는 일부에 연장되는 것을 특징으로 하는 차량용 패치 안테나.

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