KR102138238B1 - 지능형 주차검지 센서용 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지능형 주차검지 센서용 안테나에 관한 것으로, 제한적인 크기에 설치가 용이하고 소형화된 지능형 주차검지센서용 안테나에 관한 것이다. 본 발명은 PCB 기판 상에 배치되는 나선형 형태의 안테나 방사소자와, PCB 기판 상에 삽입하기 위한 기판 급전부와 안테나 방사소자의 N번째 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스 매칭을 수행하는 단락 스터브를 포함한다.

Description

지능형 주차검지 센서용 안테나{Antenna for intelligent parking sensor}

본 발명은 지능형 주차검지 센서용 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제한적인 크기에 설치가 용이하고 소형화된 지능형 주차검지센서용 안테나에 관한 것이다.

최근 들어 주차장의 크기와 사용빈도가 높은 대형 주차장이 많이 생겨나고 있다. 대형 유통 매장 혹은 호텔, 공항 등의 대형 주차장은 주차대기시간 단축을 통해 주차장 혼잡도 개선이 필요하며, 효율적인 관리 체계 구축을 필요로 한다.

종래, 공개특허 제2003-0064948호, "주차관리 시스템"에는 각각의 로컬 주차지역마다 주차 여부를 감지하는 주차감지센서를 설치하고 이 센서의 감지정보를 주차관제실로 전송함으로써, 비어있는 주차공간을 정확하게 파악할 수 있게 하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 이 종래에는 단순히 로컬 주차지역에 현재 차량이 존재하는지 여부만이 감지될 수 있다는 한계가 있다.

따라서 효율적인 주차 관리를 위해 RF 시스템을 이용한 지능형 주차검지센서가 적극적으로 활용되고 있는 추세이다. 또한 주차장 관리에 사용되는 무선 센서 네트워크(wireless sensor network)의 경우 대부분 AMR(Anisotropic magneto-resistive) sensor로부터 차량이 들어오게 되면 지구자기장의 변화를 감지하고 이를 신호 처리한 후 안테나를 통하여 무선으로 차량 유무에 대한 정보를 중계기 및 base station으로 전달하는 방법을 사용한다. 위 시스템은 환경의 변화에 덜 민감하다는 장점이 있으나, 시스템 개발 시 움직임을 감지하는 AMR 뿐만 아니라 신호를 중계기로 전달하기 위한 안테나도 필요하기 때문에 두 개의 안테나를 설치해야하는 문제점이 있으므로, 제한적인 크기에 설치가 용이한 소형화된 안테나에 대한 연구가 절실한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제한된 크기를 갖는 안테나 시스템 모듈에 실장할 수 있는 저자세의 소형화된 지능형 주차검지센서용 안테나를 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 PCB 기판(110), 상기 PCB 기판 상에 배치되는 나선형 형태의 안테나 방사소자인 도체부(200), 상기 안테나 방사소자를 상기 PCB 기판 상에 삽입하기 위한 기판 급전부(120) 및 상기 도체부의 N번째 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스 매칭을 수행하는 단락 스터브(130)를 포함한다.

또한 바람직하게 안테나 방사소자는 L자형으로 꺾이는 기판 삽입부(210)와, 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조를 갖는 도체부(200)를 포함한다.

또한 바람직하게 안테나 방사소자는 그 일면에 급전점이 형성되는 접지면과, 상기 접지면 상측에 형성된 방사소자의 급전점에 상기 단락 스터브가 단락되고, 안테나 방사소자와 단락 스터브는 상기 급전점을 중심으로 PCB 급전부에 삽입된다.

또한 바람직하게 단락 스터브는 상기 PCB 상에 lumped 소자를 이용하여 소형화시킨 구조이다.

본 발명에 따르면, 제한된 크기를 갖는 안테나 시스템 모듈에 실장할 수 있도록 PCB의 접지면에 안테나 방사소자와 매칭 스터브가 삽입되는 형태로 하여 주파수 튜닝이 용이하고, 소형화 및 저자세 특성을 갖는 효과가 있으며, 헬리컬 안테나의 방사소자를 L자형으로 꺾어 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조로 N번째의 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스를 매칭할 수 없는 한계점을 극복하여 기존의 안테나보다 소형화되고 저자세를 만족하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나의 개략적인 구성을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나의 방사소자를 나타낸 예시도이다.
도 3은 프린트형 역 F 안테나를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나의 특성 측정 결과를 나타낸 예시도이다.
도 5에는 제작된 지능형 주차검지센서용 안테나의 424 MHz 주파수에서의 방사소자에 대한 E-면, H-면 방사패턴을 도시한 예시도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 헬리컬 구조의 모노폴 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나의 방사소자를 L자형으로 꺾어 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조를 적용함으로써 정상모드로 동작시키는 원리를 적용한다. 나선의 축에 수직인 면에서 방사 전계가 최댓값을 가지도록 하는 헬리컬 안테나의 원리를 적용하여, 기존의 안테나보다 소형화되고 저자세를 만족하는 안테나에 관한 것이다. 아래에서 지능형 주차검지 센서용 안테나에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나는 PCB 기판(110), 기판 급전부(120), 단락 스터브(130), 도체부(200)를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나의 개략적인 구성을 나타낸 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지능형 주차검지 센서용 안테나는 PCB 기판(110), 나선형 형태의 안테나 방사소자를 PCB 기판 상에 삽입하기 위한 기판 급전부(120), 안테나 방사소자의 N번째 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스 매칭을 수행하는 단락 스터브(130), 광센서(140)를 포함한다.

본 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나는 보도블럭에 장착되는 시스템으로 AMR(anisotropic magneto-resistive) sensor 대신에 크기가 상대적으로 작은 광센서(140)를 이용하여 차량 유무를 감지하고 이 신호를 전기적 신호로 변환시켜 그 신호를 안테나로 전송시키는 RF 시스템을 적용하는 것이 바람직하다.

이러한 지능형 주차검지 신호 전송에 안테나가 활용되는 고주파수 대역일 경우에는 파장이 짧아 소형으로 중계기 및 주차장 보도블럭 내 장착이 용이하나, 회절 특성이 좋지 못하다는 단점이 있다. 반대로 저 주파수 대역(400MHz 대역)일 경우에는 파장이 길어 회절 특성은 좋으나 안테나의 크기가 커지기 때문에 보도블럭 내 장착에 다소 어려움이 있다. 따라서 도 1에 나타낸 바와 같이 보도블럭 내 장착하기 위해 제한된 크기를 갖는 지능형 주차검지센서 PCB에 장착하기 위한 안테나를 설계하는데 있어서 회절특성이 좋도록 사용 주파수대를 낮추면서 보도블럭 내 장착이 가능하게 하기 위한 안테나의 소형화가 요구된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나의 방사소자를 나타낸 예시도이다. 본 실시예에 따른 안테나 방사소자는 나선형 형태의 안테나 방사소자로 도 2에 도시된 바와 같이 기판 삽입부(210)와 도체부(200)로 구성된다. 이러한 안테나 방사소자는 L자형으로 꺾어 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조를 적용함으로써 정상모드로 동작시키는 원리를 적용한다.

본 실시예에 따른 안테나 방사소자는 L자형으로 꺾이는 기판 삽입부(210)와, 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조를 갖는 도체부(200)를 포함한다. 그리고 PCB(110)상에 위치한 기판 급전부(120)에 삽입하기 위한 형태의 헬리컬 정상모드로 동작하는 방사소자인 도체부(200)의 기판 삽입부(210)로 형성시켜 주파수 튜닝이 용이한 lumped 소자로 이용한 단락 스터브(130)와 함께 소형화 및 저자세 특성을 가지도록 한다.

본 실시예에 따른 안테나 방사소자는 헬리컬 안테나의 방사소자를 L자형으로 꺾어 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조를 적용함으로써 정상모드로 동작시키는 원리를 적용한다. 나선의 축에 수직인 면에서 방사 전계가 최댓값을 가지도록 하는 헬리컬 안테나의 원리를 적용하여, N번째의 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스를 매칭할 수 없는 한계점을 극복하기 위해 lumped 소자를 이용한 단락 스터브를 적용한 구조로 제한된 크기를 갖는 RF 시스템 모듈에 실장할 수 있는 저자세의 소형화된 특성을 얻을 수 있다. 즉, 나선의 축에 수직인 면에서 방사 전계가 최대값을 가지도록 하는 헬리컬 안테나의 원리를 적용하여 기존의 안테나보다 소형화되고 저자세를 만족하는 효과를 갖는다.

또한 안테나 방사소자는 그 일면에 급전점이 형성되는 접지면과 접지면 상측에 형성된 방사소자의 급전점에 단락 스터브가 단락된다. 이러한 안테나 방사소자와 단락 스터브는 급전점을 중심으로 PCB 급전부에 삽입된다.

또한 본 실시예에 따른 단락 스터브는 PCB 상에 lumped 소자를 이용하여 소형화시킨 구조이다.

도 3은 프린트형 역 F 안테나를 나타낸 예시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 현재 개발된 저자세의 소형화된 안테나의 한 예를 나타낸 것으로 프린트형 역 F 안테나는 915 MHz 대역 50 MHz의 대역폭을 가지며, 20 mm x 43 mm의 크기를 가진다. 그러나 이와 같이 프린트형 역 F 안테나는 400 MHz 대역에서는 크기가 2배 이상 커지기 때문에 낮은 주파수에서 기판 급전용 안테나로써 크기가 크고 튜닝의 어려움이 있을 뿐만 아니라 설치 바닥면으로부터 이격 거리에 따른 방사특성이 달라지며, 제한적인 크기의 PCB에 장착하기 위한 저자세를 갖고 튜닝과 설치가 용이한 소형화된 안테나에 대한 연구가 절실한 실정이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 주차검지 센서용 안테나의 특성 측정 결과를 나타낸 예시도이다. 상기와 같은 안테나의 특성을 확인하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 PCB(110)상에 도 2의 도체부(200)와 기판 삽입부(210)를 기판 급전부(120)에 삽입시켜 방사체를 도체로 형성시키고 기판 급전부(120)는 PCB(110)상에 위치 시켰다. 도 2의 구조 예로, 지능형 주차검지센서용 안테나의 S11 특성 측정 결과를 도 4에 도시하였다. S₁₁ 특성은 공진주파수 424 MHz에서 - 10 dB 이하 대역폭 20 MHz(4.7 %)을 얻었다.

본 실시예에서는 이러한 점을 감안하여 안테나의 방사소자를 L자형으로 꺾어 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조를 적용함으로써 정상모드로 동작시키는 원리를 적용한다. 나선의 축에 수직인 면에서 방사 전계가 최댓값을 가지도록 하는 헬리컬 안테나의 원리를 적용하여, N번째의 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스를 매칭할 수 없는 한계점을 극복하기 위해 단락 스터브를 적용한 구조로 제한된 크기를 갖는 RF 시스템 모듈에 실장할 수 있는 저자세의 소형화된 안테나를 제공한다. 이러한 본 발명의 일 실시예에서, 기본 헬리컬의 구조적 변형을 통해 정상모드 동작하도록 설계하였고, 임피던스 매칭 특성 향상을 위해 단락 매칭 스터브의 구조를 추가하였다. 이는 PCB의 접지면에 안테나 방사소자와 매칭 스터브가 삽입되는 형태로 하여 주파수 튜닝이 용이하고, 소형화 및 저자세 특성을 가지도록 하였다.

도 5에는 제작된 지능형 주차검지센서용 안테나의 424 MHz 주파수에서의 방사소자에 대한 E-면, H-면 방사패턴을 도시하였다. 그 결과 E-면 방사패턴은 일정 방향에 대해 지향성을 나타내고, H-면 방사패턴은 30도와 315도 방향에 대해 지향성을 나타낸다. 이는 수평 방향에 대해 지향성을 가져 주차장 보도블록에 매립할 시에 중계기와의 데이터 송ㅇ수신에 유리하다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

110 : PCB 기판
120 : 기판 급전부
130 : 단락 스터브
140 : 광센서
200 : 도체부
210 : 기판 삽입부

Claims (5)

1. 지능형 주차검지 센서용 안테나에 있어서,
   PCB 기판(110),
   상기 PCB 기판 상에 배치되는 나선형 형태의 안테나 방사소자인 도체부(200),
   상기 안테나 방사소자를 상기 PCB 기판 상에 삽입하기 위한 기판 급전부(120) 및
   상기 도체부의 N번째 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스 매칭을 수행하는 단락 스터브(130)를 포함하며,
   상기 PCB 기판(110) 상에 상기 도체부(200)와 기판 삽입부(210)를 기판 급전부(120)에 삽입시켜 방사체를 도체로 형성시키고 기판 급전부(120)는 PCB 기판(110) 상에 위치시키며, 상기 안테나의 방사소자가 L자형으로 꺽여 권선의 직경과 권선간에 감겨진 간격을 줄여서 감겨진 권선수를 늘리는 구조를 갖고, N번째 권선과 N+1번째의 권선이 이루는 피치각을 조정하여 임피던스를 매칭하도록 상기 PCB의 접지면에 안테나 방사소자와 단락 스터브가 삽입되는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 지능형 주차검지 센서용 안테나.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 안테나 방사소자는 그 일면에 급전점이 형성되는 접지면과, 상기 접지면 상측에 형성된 방사소자의 급전점에 상기 단락 스터브가 단락된 것을 특징으로 하는 지능형 주차검지 센서용 안테나.
4. 제3항에 있어서,
   상기 안테나 방사소자와 단락 스터브는 상기 급전점을 중심으로 PCB 급전부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 지능형 주차검지 센서용 안테나.
5. 제1항에 있어서,
   상기 단락 스터브는 상기 PCB 상에 lumped 소자를 이용하여 소형화시킨 구조인 것을 특징으로 하는 지능형 주차검지 센서용 안테나.

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