KR102156857B1 - 전방향성 안테나를 포함하는 마을 방송 수신기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 마을 방송 수신기는 전방향성 안테나의 수신 감도를 모니터링하여 마이크로 제어 유닛에 제공하기 위한 레벨 미터; 및 상기 레벨 미터에 의해서 모니터링된 수신 감도를 표시하기 위한 디스플레이를 포함한다. 상기 전방향성 안테나는, 인쇄회로기판(PCB)의 제 1 방향으로 연장되는 도전막으로 형성되는 제 1 안테나 엘리먼트; 상기 제 1 안테나 엘리먼트와 분리되어 상기 제 1 방향으로 연장되는 제 2 안테나 엘리먼트; 상기 제 1 및 제 2 안테나 엘리먼트와 분리되고, 상기 제 1 방향과 수직 방향의 제 2 방향으로 연장되는 제 3 안테나 엘리먼트; 상기 제 1 내지 제 3 안테나 엘리먼트와 분리되고, 상기 제 2 방향으로 연장되는 제 4 안테나 엘리먼트; 상기 인쇄회로기판(PCB)에 수직 방향으로 돌출하며, 상기 제 1 안테나 엘리먼트의 일측 종단과 상기 제 2 안테나 엘리먼트의 일측 종단을 전기적으로 연결하는 제 1 도전성 돌출부; 및 상기 인쇄회로기판(PCB)에 수직 방향으로 돌출하며, 상기 제 3 안테나 엘리먼트의 일측 종단과 상기 제 4 안테나 엘리먼트의 일측 종단을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 돌출부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 저비용으로 PCB 안테나의 방향성을 개선하여 높은 수신 감도를 제공하는 수신 마을 방송 수신기를 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 통신 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 전방향성 안테나를 포함하는 마을 방송 수신기에 관한 것이다.
농촌 마을의 노령화가 진행됨에 따라 마을의 대소사 및 긴급 상황에 대한 경보를 주민들에게 제공하는 마을 방송의 중요성이 강조되고 있다. 마을 방송을 통해 주민들에게 효율적으로 정보를 제공하기 위해서는 마을 방송 수신기와 같은 통신 장치의 서비스 품질이 중요하다.
일반적으로 통신 시스템에서 서비스 품질은 송수신기의 안테나에 의해서 많은 영향을 받는다. 특히, 사용되는 주파수 대역에 따라서 다양한 형태의 수신 안테나가 수신기 단말에서 사용될 수 있다. 예를 들면, PCB 기판에 직접 인쇄된 안테나 패턴에 의해서 무선 신호를 수신하는 PCB 안테나가 422 MHz 대역에서 사용될 수 있다.
기존의 마을 방송 수신기의 PCB 안테나는 주기판 평면에 도전 패턴으로 인쇄되기 때문에 무선 신호의 방향성에 크게 영향을 받게 된다. 예를 들면, 안테나 패턴이 인쇄된 PCB 기판에 평행한 방향으로 진행하는 무선 신호의 수신 감도는 상대적으로 낮다. PCB 안테나의 이러한 방향성은 결과적으로 수신 신뢰성을 감소시키고, 통신 서비스의 품질 저하의 요인으로 작용하고 있다. 따라서, PCB 안테나의 방향성을 개선에 대한 요구가 절실한 실정이다.
일반적으로 통신 시스템에서 서비스 품질은 송수신기의 안테나에 의해서 많은 영향을 받는다. 특히, 사용되는 주파수 대역에 따라서 다양한 형태의 수신 안테나가 수신기 단말에서 사용될 수 있다. 예를 들면, PCB 기판에 직접 인쇄된 안테나 패턴에 의해서 무선 신호를 수신하는 PCB 안테나가 422 MHz 대역에서 사용될 수 있다.
기존의 마을 방송 수신기의 PCB 안테나는 주기판 평면에 도전 패턴으로 인쇄되기 때문에 무선 신호의 방향성에 크게 영향을 받게 된다. 예를 들면, 안테나 패턴이 인쇄된 PCB 기판에 평행한 방향으로 진행하는 무선 신호의 수신 감도는 상대적으로 낮다. PCB 안테나의 이러한 방향성은 결과적으로 수신 신뢰성을 감소시키고, 통신 서비스의 품질 저하의 요인으로 작용하고 있다. 따라서, PCB 안테나의 방향성을 개선에 대한 요구가 절실한 실정이다.
발명의 목적은 수신되는 무선 신호의 방향성에 영향을 크게 받지 않는 전방향성 수신 안테나를 통해서 높은 수신 감도와 서비스 품질을 제공하는 무선 마을 방송 수신기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 마을 방송 수신기는 전방향성 안테나의 수신 감도를 모니터링하여 마이크로 제어 유닛에 제공하기 위한 레벨 미터; 및 상기 레벨 미터에 의해서 모니터링된 수신 감도를 표시하기 위한 디스플레이를 포함한다. 상기 전방향성 안테나는, 인쇄회로기판(PCB)의 제 1 방향으로 연장되는 도전막으로 형성되는 제 1 안테나 엘리먼트; 상기 제 1 안테나 엘리먼트와 분리되어 상기 제 1 방향으로 연장되는 제 2 안테나 엘리먼트; 상기 제 1 및 제 2 안테나 엘리먼트와 분리되고, 상기 제 1 방향과 수직 방향의 제 2 방향으로 연장되는 제 3 안테나 엘리먼트; 상기 제 1 내지 제 3 안테나 엘리먼트와 분리되고, 상기 제 2 방향으로 연장되는 제 4 안테나 엘리먼트; 상기 인쇄회로기판(PCB)에 수직 방향으로 돌출하며, 상기 제 1 안테나 엘리먼트의 일측 종단과 상기 제 2 안테나 엘리먼트의 일측 종단을 전기적으로 연결하는 제 1 도전성 돌출부; 및 상기 인쇄회로기판(PCB)에 수직 방향으로 돌출하며, 상기 제 3 안테나 엘리먼트의 일측 종단과 상기 제 4 안테나 엘리먼트의 일측 종단을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 돌출부를 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 안테나 엘리먼트의 일측 종단에는 상기 제 1 도전성 돌출부의 양 끝단을 삽입하기 위한 제 1 홀들이 형성되고, 상기 제 3 및 제 4 안테나 엘리먼트의 일측 종단에는 상기 제 2 도전성 돌출부의 양 끝단을 삽입하기 위한 제 2 홀들이 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 홀들은 상기 인쇄회로기판을 관통하여 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 안테나 엘리먼트의 일측 종단에는 상기 제 1 도전성 돌출부의 양 끝단을 삽입하기 위한 제 1 홀들이 형성되고, 상기 제 3 및 제 4 안테나 엘리먼트의 일측 종단에는 상기 제 2 도전성 돌출부의 양 끝단을 삽입하기 위한 제 2 홀들이 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 홀들은 상기 인쇄회로기판을 관통하여 형성된다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, PCB 안테나의 방향성을 크게 개선할 수 있다. 따라서, 저비용의 고품질의 통신 서비스가 가능한 무선 마을 방송 수신기를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전방향성 안테나를 포함하는 마을 방송 수신기를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 전방향성 안테나를 보여주기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 전방향성 안테나를 형성하기 위한 복수의 안테나 엘리먼트들을 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 전방향성 안테나의 성능을 측정한 결과를 보여주는 테이블이다.
도 9는 본 발명의 전방향성 안테나를 채용하는 다른 실시 예에 따른 마을 방송 수신기를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 전방향성 안테나를 보여주기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 전방향성 안테나를 형성하기 위한 복수의 안테나 엘리먼트들을 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 전방향성 안테나의 성능을 측정한 결과를 보여주는 테이블이다.
도 9는 본 발명의 전방향성 안테나를 채용하는 다른 실시 예에 따른 마을 방송 수신기를 보여주는 블록도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
이하에서는, PCB 안테나가 본 발명의 이점을 설명하기 위한 예로서 개시될 것이다. 하지만, 본 발명의 이점 및 특징은 PCB 안테나에만 국한되지 않는다. 마이크로-스트립 형태의 안테나 또는 방향성 개선이 요구되는 다양한 안테나 기술에 본 발명이 적용될 수 있음을 잘 이해될 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전방향성 안테나를 포함하는 마을 방송 수신기를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 마을 방송 수신기(100)는 전방향성 안테나(110), 통신부(120), 디스플레이(130), 키패드(150), 오디오 프로세서(160), 그리고 MCU(Micro Controller Unit, 170)를 포함할 수 있다.
전방향성 안테나(110)는 마을 방송 수신기(100)에서 수신되는 무선 신호에 대해 높은 수신 감도를 제공할 수 있다. 예컨대, 422MHz 대역의 무선 수신기에 사용되는 안테나의 경우, PCB 기판에 인쇄되는 패턴으로 안테나가 형성된다. PCB 기판에 형성되는 안테나는 2차원적인 평면 기판상에 형성된다. 따라서, PCB 기판에 형성되는 안테나는 기판에 수직 방향으로 전파되는 전자기파에 대해서는 적절한 수신 감도를 제공할 수 있다. 하지만, 기판 평면에 평행한 방향으로 전파되고, 편파 방향이 기판에 수직인 경우, 신호의 수신 감도는 급격히 감소한다.
본 발명의 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판에 패턴으로 형성된 안테나 엘리먼트(Antenna Element)와 PCB 기판에 수직 방향으로 돌출된 도전성 돌출부가 포함된다. 즉, PCB 기판에 수직 방향으로 편파되는 전자기파를 수신할 수 있는 도전성 돌출부가 포함된다. 도전성 돌출부는 전기적으로 분리된 두 안테나 엘리먼트를 PCB 기반에 수직 방향으로 돌출하여 전기적으로 연결하는 우회 도전 라인들로 형성될 수 있을 것이다. 도전성 돌출부에 대한 구성 및 특징은 후술하는 도면들에서 상세히 설명될 것이다.
통신부(120)는 전방향성 안테나(110)를 통해서 송신 또는 수신되는 무선 신호를 처리한다. 수신 모드에서 통신부(120)는 본 발명의 전방향성 안테나(110)로부터 수신된 신호를 증폭 및 필터링할 수 있다. 그리고 통신부(120)는 필터링된 수신 신호를 복조하는 복조기나 또는 모뎀(Modem) 기능을 제공할 수 있다.
디스플레이(130)는 MCU(170)의 제어에 따라 영상이나 문자를 표시할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(130)는 LCD(Liquid Crystal Display)나 OLDE(Organic Light Emitting Diodes)와 같은 표시 장치들일 수 있다.
배터리(140)는 마을 방송 수신기(100)의 구동을 위한 전력을 공급한다. 배터리(140)는 유선 또는 무선 충전 방식으로 전력을 충전할 수 있다. 배터리(140)는 충전을 위한 충전 회로나 출력되는 전력의 안정화를 위한 PMIC(Power Management IC)를 더 포함할 수 있다. 배터리(140)는 마을 방송 수신기(100)에 전력을 공급하기 위한 전원 소스의 예로 개시되었지만, 다양한 전원 회로들로 대체될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
키패드(150)는 사용자가 마을 방송 수신기(100)에 정보를 입력하기 위한 입력 장치이다. 키패드(150)를 통해서 사용자는 마을 방송 수신기(100)에 대한 제어 정보나 데이터를 입력할 수 있다. 키패드(150)는 단순한 키보드 형태에서부터 터치 패드와 같은 다양한 입력 수단일 수 있음은 잘 이해될 것이다.
오디오 프로세서(160)는 출력 장치의 하나로서, 오디오 정보를 처리하여 증폭기(162)에 제공한다. 예를 들면, 오디오 프로세서(160)는 MCU(170)로부터 제공되는 오디오 데이터에 대한 디코딩(Decoding)을 수행하여 증폭기(162)에 제공할 수 있다. 그러면, 증폭기(162)는 디코딩된 오디오 정보를 증폭하여 스피커(164)에 전달한다. 스피커(164)를 통해서 오디오 형태의 음성 또는 음향이 출력될 수 있다.
MCU(170)는 마을 방송 수신기(100)의 제반 구성들을 제어할 수 있다. 즉, MCU(170)는 마을 방송 수신기(100)의 특정 기능을 제공하기 위한 운영 체제(OS)에 의해서 구동될 수 있다. 예를 들면, MCU(170)는 OS가 구동되는 MPU(Micro Processing Unit), OS가 저장되는 스토리지 장치, RAM, 주변 장치들을 제어하기 위한 인터페이스들이 포함될 수 있다. MCU(170)를 통해서 마을 방송 수신기(100)의 특화된 기능이 제공될 수 있다.
이상에서 설명된 마을 방송 수신기(100)는 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 통해서 주변 환경이나 조건에 따른 음영 지역에서도 높은 수신 감도를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판상에 패턴으로 형성되는 안테나 엘리먼트와 PCB 기반에 수직 방향으로 형성되는 도전성 돌출부를 포함한다. 안테나 엘리먼트에 의해서 PCB 기판에 수직 방향으로 진행하는 임의의 무선 신호에 대해 안테나 성분이 제공된다. 그리고 도전성 돌출부에 의해서 PCB 기판에 수평 방향으로 진행하고 수직 방향으로 편파되는 무선 신호에 대해서도 안테나 성분이 제공될 수 있다. 즉, 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 통해서 마을 방송 수신기(100)의 수신에 영향을 미치는 방향성의 개선이 가능하다.
도 2는 본 발명의 전방향성 안테나를 보여주기 위한 평면도이다. 도 2를 참조하면, 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판(100a)의 표면에 인쇄되는 복수의 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115, 117, 119)과 안테나 엘리먼트들을 수직 방향으로 연결하는 도전성 돌출부들(112, 114, 116, 118)을 포함할 수 있다. 여기서, 직교 좌표 표현을 위해 PCB 기판(100a)의 평면이 XY 평면, 그리고 PCB 기판의 수직 방향이 Z 방향이라 가정하기로 한다.
일반적으로 PCB 안테나는 다이폴 안테나 형태의 패턴으로 구성될 수 있다. 즉, PCB 안테나는 수신되는 무선 신호의 반파장(λ/2) 길이의 패턴으로 형성되기만 하면 된다. 이 경우, PCB 안테나는 PCB 평면을 수직 방향 또는 일정 각도로 기울여진 방향으로 통과하는 수직 편파나 수평 편파의 무선 신호에 대해서는 수신 감도를 제공한다. 하지만, PCB 평면에 평행한 방향(예를 들면, X 방향이나 Y 방향)으로 진행하는 무선 신호는 PCB 안테나로 감지가 어렵다. 따라서, PCB 평면에 평행한 무선 신호에 대한 수신 감도가 상대적으로 낮다.
본 발명의 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판(110a)에 평행한 방향으로 진행하는 무선 신호를 감지하기 위한 도전성 돌출부들(112, 114, 116, 118)을 포함한다. 도전성 돌출부(112)는 PCB 기판(100a) 상에 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(111, 113)을 연결한다. 즉, 도전성 돌출부(112)는 PCB 기판(100a)의 상부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인으로 구성될 수 있다. 도전성 돌출부(114)는 PCB 기판(100a) 상에서 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(113, 115)을 연결한다. 도전성 돌출부(112)와는 상반되게 도전성 돌출부(114)는 PCB 기판(100a)의 하부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인일 수 있다. 따라서, 도전성 돌출부들(112, 114)에 의해서 PCB 기판(100a)에 평행한 방향으로 진행하지만, Y-축으로 진행하는 성분을 갖는 무선 신호를 감지할 수 있다.
도전성 돌출부(116)는 PCB 기판(100a) 상에 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(115, 117)을 연결한다. 즉, 도전성 돌출부(116)는 PCB 기판(100a)의 상부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인으로 구성될 수 있다. 도전성 돌출부(118)는 PCB 기판(100a) 상에서 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(117, 119)을 연결한다. 도전성 돌출부(116)와는 상반되게 도전성 돌출부(118)는 PCB 기판(100a)의 하부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인일 수 있다. 이들 도전성 돌출부들(112, 114)에 의해서 PCB 기판(100a)에 평행한 방향으로 진행하지만, X-축으로 진행하는 성분이 존재하는 전자기파를 감지할 수 있다.
도전성 돌출부들(112, 114, 116, 118)의 예시적인 형태는 절단선(A-A') 또는 절단선(B-B')에 의한 단면을 보여주는 후술하는 도면들을 통해서 상세히 설명될 것이다.
도 3은 본 발명의 전방향성 안테나를 형성하기 위한 복수의 안테나 엘리먼트들을 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115, 117, 119)은 PCB 기판상(100a)에 서로 분리된 패턴들로 인쇄될 수 있다.
안테나 엘리먼트들(111, 113) 각각은 PCB 기판(100a)에 X-축 방향으로 연장되는 도전성 패턴으로 인쇄될 수 있다. 안테나 엘리먼트(111)와 안테나 엘리먼트(113)의 종단부는 전기적으로 분리된다. 이 부분은 상부에 좀더 확대된 형상으로 도시하였다. 안테나 엘리먼트(111)와 안테나 엘리먼트(113)는 각각 도전성 돌출부(112)를 삽입하기 위한 홀들(111a, 113a)을 포함한다. 홀들(111a, 113a)은 안테나 엘리먼트들(111, 113)과 PCB 기판(100a)까지 관통한다. 홀들(111a, 113a)에 연결되는 도전성 돌출부(112)가 Z-방향에서 삽입되면, 안테나 엘리먼트들(111, 113)은 전기적으로 연결된다.
안테나 엘리먼트들(111, 113)과 마찬가지로, 안테나 엘리먼트들(113, 115)도 종단부에 홀들이 형성된다. 안테나 엘리먼트들(113, 115)에 Z-방향에서 삽입되는 도전성 돌출부(114)가 홀들에 끼워질 수 있다. 안테나 엘리먼트들(113, 115)과 마찬가지로, 안테나 엘리먼트들(115, 117)도 종단부에 홀이 형성된다. 안테나 엘리먼트들(115, 117)에 Z-방향에서 삽입되는 도전성 돌출부(116)가 홀들에 끼워질 수 있다. 안테나 엘리먼트들(117, 119)의 종단부에도 홀들이 형성된다. 안테나 엘리먼트들(117, 119)에 Z-방향에서 삽입되는 도전성 돌출부(118)가 이들 홀들에 삽입될 수 있다.
절단선(A-A')에 대응하는 단면을 보면, 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)이 형성된 직후에는 Z-방향에 대한 안테나 성분은 거의 존재하지 않는다. 하지만, 이후 삽입되는 도전성 돌출부(112, 114)를 통해서 Z-방향에 대한 안테나 성분이 제공될 수 있다.
절단선(B-B')에 대응하는 단면을 보면, 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)이 형성된 직후에는 Z-방향에 대한 안테나 성분은 거의 존재하지 않는다. 하지만, 이후 삽입되는 도전성 돌출부(116, 118)를 통해서 Z-방향에 대한 안테나 성분이 제공될 수 있다.
복수의 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115, 117, 119)이 도전성 돌출부(112, 114, 116, 118)에 의해서 연결되면, XY-평면에 대해서는 전방향성 안테나(110)는 무선 신호의 반파장(λ/2) 길이의 안테나 성분이 제공될 수 있다. 더불어, 도전성 돌출부(112, 114, 116, 118)에 의해서 무선 신호의 반파장(λ/2)보다는 짧지만, 유효한 길이의 Z-방향의 안테나 성분이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 전방향성 안테나(110)에 의해 3차원 각 방향에 대해 안테나 성분이 제공될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 4a를 참조하면, 절단선(A-A')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(112a, 114a)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)은 'ㄷ'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 동선으로 형성되는 경우, 동선 형태의 도전성 돌출부(112a)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(114a)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(112a, 114a)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)의 재료는 동선에 국한되지는 않는다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)은 다양한 도전체 라인이나 부품 형태로 제작되어 PCB 기판에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)에 의해서 XZ-평면에 수직한 Y-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2D 길이)을 확보할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 절단선(B-B')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(116a, 118a)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(116a, 118a)도 도전성 돌출부들(112a, 114a)과 마찬가지로 'ㄷ'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 도전성 돌출부(116a)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(118a)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(116a, 118a)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(116a, 118a)도 동선에 국한되지는 않으며, 다양한 도전체들로 제작되어 PCB 기판에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(116a, 118a)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)에 의해서 YZ-평면에 수직한 X-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2D 길이)을 확보할 수 있다.
도 5a, 도 5b, 그리고 도 5c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Z-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Z-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수직 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XY-평면에 대해 최적의 감도를 제공하는 반파장(λ/2) 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Y-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XZ-평면에서 Y-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(112a, 114a)에 의해서 2D 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 X-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 YZ-평면에서 Z-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(116a, 118a)에 의해서 2D 길이의 Z-방향 안테나 성분을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 안테나 성분들에 따르면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)에 의해서 수신되는 무선 신호의 진행 방향이나 편파 특성에 상관없이 전방향으로 안테나 성분이 제공된다. 따라서, 다양한 수신 조건이나 환경에서도 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 구비한 수신기에서는 높은 수신 감도를 제공할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 절단선(A-A')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(112b, 114b)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)은 반지름 R인 반원형 또는 'U'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 동선으로 형성되는 경우, 동선 형태의 도전성 돌출부(112b)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(114b)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(112b, 114b)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)의 재료가 동선에 국한되지는 않는다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)은 다양한 도전체 라인이나 부품 형태로 제작되어 PCB 기판에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)에 의해서 Y-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2R 길이)을 확보할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 절단선(B-B')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(116b, 118b)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(116b, 118b)도 도전성 돌출부들(112b, 114b)과 마찬가지로 반원형이나 'U'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 도전성 돌출부(116b)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(118b)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(116b, 118b)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(116b, 118b)도 동선에 국한되지는 않으며, 다양한 도전체들로 제작되어 PCB 기판(100a)에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(116b, 118b)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)에 의해서 YZ-평면에 수직한 X-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2R 길이)을 확보할 수 있다.
도 7a, 도 7b, 그리고 도 7c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Z-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Z-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수직 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XY-평면에 대해 최적의 감도를 제공하는 반파장(λ/2) 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Y-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XZ-평면에서 Y-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(112b, 114b)에 의해서 2R 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 X-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 YZ-평면에서 Z-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(116b, 118b)에 의해서 2R 길이의 Z-방향 안테나 성분을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 안테나 성분들에 따르면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)에 의해서 수신되는 무선 신호의 진행 방향이나 편파 특성에 상관없이 전방향으로 안테나 성분이 제공된다. 따라서, 다양한 수신 조건이나 환경에서도 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 구비한 수신기에서는 높은 수신 감도를 제공할 수 있다.
여기서, 도전성 돌출부들의 형태가 'ㄷ'자 형태 또는 'U'자 형태로 예시적으로 개시되었으나, 본 발명은 여기에 국한되지 않음은 잘 이해될 것이다. 도전성 돌출부의 형태는 전방향성 안테나(110)의 임피던스 매칭에 최적화된 용량이나 인덕턴스에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 전방향성 안테나의 거리에 따른 성능을 측정한 결과를 보여주는 테이블이다. 도 8을 참조하면, 안테나1과 안테나4는 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 적용한 경우이고, 안테나2와 안테나3은 일반적인 PCB 안테나를 적용한 수신기에서의 수신 감도를 보여준다. 송신 전력 1W를 기준으로 거리에 따른 수신 감도가 거리별로 테스트되었다. 고정된 테스트 조건이나 통신 환경이 아니기에 본 발명의 전방향성 안테나(안테나1, 안테나4)가 모든 조건에서 우세한 것은 아니다. 하지만, 대부분의 테스트 거리에서 본 발명의 전방향성 안테나(안테나1, 안테나4)는 일반 PCB 안테나(안테나2, 안테나3)에 비해 훨씬 높은 수신 감도를 제공하고 있음을 보여준다.
도 9는 본 발명의 전방향성 안테나를 채용하는 다른 실시 예에 따른 마을 방송 수신기를 보여주는 블록도이다. 도 9를 참조하면, 마을 방송 수신기(200)는 도 1의 마을 방송 수신기(100)에 비하여 레벨 미터(280) 및 센서(290)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 전방향성 안테나(210), 통신부(220), 디스플레이(230), 키패드(250), 오디오 프로세서(260), 그리고 MCU(270)는 도 1의 그것들과 실질적으로 동일하게 제공될 수 있다.
레벨 미터(280)는 전방향성 안테나(210)의 수신 감도를 모니터링하여 MCU(270)에 제공할 수 있다. 레벨 미터(280)에 의해서 모니터링된 수신 감도는 디스플레이(230)에 표시될 수도 있을 것이다.
센서(290)는 마을 방송 수신기(200)의 내부 또는 외부의 다양한 환경에 대한 정보를 센싱하여 MCU(270)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 센서(290)는 온도 센서, 습도 센서, 근접 센서, 가속 센서, 기압 센서, 자기 센서들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이하에서는, PCB 안테나가 본 발명의 이점을 설명하기 위한 예로서 개시될 것이다. 하지만, 본 발명의 이점 및 특징은 PCB 안테나에만 국한되지 않는다. 마이크로-스트립 형태의 안테나 또는 방향성 개선이 요구되는 다양한 안테나 기술에 본 발명이 적용될 수 있음을 잘 이해될 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전방향성 안테나를 포함하는 마을 방송 수신기를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 마을 방송 수신기(100)는 전방향성 안테나(110), 통신부(120), 디스플레이(130), 키패드(150), 오디오 프로세서(160), 그리고 MCU(Micro Controller Unit, 170)를 포함할 수 있다.
전방향성 안테나(110)는 마을 방송 수신기(100)에서 수신되는 무선 신호에 대해 높은 수신 감도를 제공할 수 있다. 예컨대, 422MHz 대역의 무선 수신기에 사용되는 안테나의 경우, PCB 기판에 인쇄되는 패턴으로 안테나가 형성된다. PCB 기판에 형성되는 안테나는 2차원적인 평면 기판상에 형성된다. 따라서, PCB 기판에 형성되는 안테나는 기판에 수직 방향으로 전파되는 전자기파에 대해서는 적절한 수신 감도를 제공할 수 있다. 하지만, 기판 평면에 평행한 방향으로 전파되고, 편파 방향이 기판에 수직인 경우, 신호의 수신 감도는 급격히 감소한다.
본 발명의 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판에 패턴으로 형성된 안테나 엘리먼트(Antenna Element)와 PCB 기판에 수직 방향으로 돌출된 도전성 돌출부가 포함된다. 즉, PCB 기판에 수직 방향으로 편파되는 전자기파를 수신할 수 있는 도전성 돌출부가 포함된다. 도전성 돌출부는 전기적으로 분리된 두 안테나 엘리먼트를 PCB 기반에 수직 방향으로 돌출하여 전기적으로 연결하는 우회 도전 라인들로 형성될 수 있을 것이다. 도전성 돌출부에 대한 구성 및 특징은 후술하는 도면들에서 상세히 설명될 것이다.
통신부(120)는 전방향성 안테나(110)를 통해서 송신 또는 수신되는 무선 신호를 처리한다. 수신 모드에서 통신부(120)는 본 발명의 전방향성 안테나(110)로부터 수신된 신호를 증폭 및 필터링할 수 있다. 그리고 통신부(120)는 필터링된 수신 신호를 복조하는 복조기나 또는 모뎀(Modem) 기능을 제공할 수 있다.
디스플레이(130)는 MCU(170)의 제어에 따라 영상이나 문자를 표시할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(130)는 LCD(Liquid Crystal Display)나 OLDE(Organic Light Emitting Diodes)와 같은 표시 장치들일 수 있다.
배터리(140)는 마을 방송 수신기(100)의 구동을 위한 전력을 공급한다. 배터리(140)는 유선 또는 무선 충전 방식으로 전력을 충전할 수 있다. 배터리(140)는 충전을 위한 충전 회로나 출력되는 전력의 안정화를 위한 PMIC(Power Management IC)를 더 포함할 수 있다. 배터리(140)는 마을 방송 수신기(100)에 전력을 공급하기 위한 전원 소스의 예로 개시되었지만, 다양한 전원 회로들로 대체될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
키패드(150)는 사용자가 마을 방송 수신기(100)에 정보를 입력하기 위한 입력 장치이다. 키패드(150)를 통해서 사용자는 마을 방송 수신기(100)에 대한 제어 정보나 데이터를 입력할 수 있다. 키패드(150)는 단순한 키보드 형태에서부터 터치 패드와 같은 다양한 입력 수단일 수 있음은 잘 이해될 것이다.
오디오 프로세서(160)는 출력 장치의 하나로서, 오디오 정보를 처리하여 증폭기(162)에 제공한다. 예를 들면, 오디오 프로세서(160)는 MCU(170)로부터 제공되는 오디오 데이터에 대한 디코딩(Decoding)을 수행하여 증폭기(162)에 제공할 수 있다. 그러면, 증폭기(162)는 디코딩된 오디오 정보를 증폭하여 스피커(164)에 전달한다. 스피커(164)를 통해서 오디오 형태의 음성 또는 음향이 출력될 수 있다.
MCU(170)는 마을 방송 수신기(100)의 제반 구성들을 제어할 수 있다. 즉, MCU(170)는 마을 방송 수신기(100)의 특정 기능을 제공하기 위한 운영 체제(OS)에 의해서 구동될 수 있다. 예를 들면, MCU(170)는 OS가 구동되는 MPU(Micro Processing Unit), OS가 저장되는 스토리지 장치, RAM, 주변 장치들을 제어하기 위한 인터페이스들이 포함될 수 있다. MCU(170)를 통해서 마을 방송 수신기(100)의 특화된 기능이 제공될 수 있다.
이상에서 설명된 마을 방송 수신기(100)는 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 통해서 주변 환경이나 조건에 따른 음영 지역에서도 높은 수신 감도를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판상에 패턴으로 형성되는 안테나 엘리먼트와 PCB 기반에 수직 방향으로 형성되는 도전성 돌출부를 포함한다. 안테나 엘리먼트에 의해서 PCB 기판에 수직 방향으로 진행하는 임의의 무선 신호에 대해 안테나 성분이 제공된다. 그리고 도전성 돌출부에 의해서 PCB 기판에 수평 방향으로 진행하고 수직 방향으로 편파되는 무선 신호에 대해서도 안테나 성분이 제공될 수 있다. 즉, 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 통해서 마을 방송 수신기(100)의 수신에 영향을 미치는 방향성의 개선이 가능하다.
도 2는 본 발명의 전방향성 안테나를 보여주기 위한 평면도이다. 도 2를 참조하면, 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판(100a)의 표면에 인쇄되는 복수의 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115, 117, 119)과 안테나 엘리먼트들을 수직 방향으로 연결하는 도전성 돌출부들(112, 114, 116, 118)을 포함할 수 있다. 여기서, 직교 좌표 표현을 위해 PCB 기판(100a)의 평면이 XY 평면, 그리고 PCB 기판의 수직 방향이 Z 방향이라 가정하기로 한다.
일반적으로 PCB 안테나는 다이폴 안테나 형태의 패턴으로 구성될 수 있다. 즉, PCB 안테나는 수신되는 무선 신호의 반파장(λ/2) 길이의 패턴으로 형성되기만 하면 된다. 이 경우, PCB 안테나는 PCB 평면을 수직 방향 또는 일정 각도로 기울여진 방향으로 통과하는 수직 편파나 수평 편파의 무선 신호에 대해서는 수신 감도를 제공한다. 하지만, PCB 평면에 평행한 방향(예를 들면, X 방향이나 Y 방향)으로 진행하는 무선 신호는 PCB 안테나로 감지가 어렵다. 따라서, PCB 평면에 평행한 무선 신호에 대한 수신 감도가 상대적으로 낮다.
본 발명의 전방향성 안테나(110)는 PCB 기판(110a)에 평행한 방향으로 진행하는 무선 신호를 감지하기 위한 도전성 돌출부들(112, 114, 116, 118)을 포함한다. 도전성 돌출부(112)는 PCB 기판(100a) 상에 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(111, 113)을 연결한다. 즉, 도전성 돌출부(112)는 PCB 기판(100a)의 상부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인으로 구성될 수 있다. 도전성 돌출부(114)는 PCB 기판(100a) 상에서 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(113, 115)을 연결한다. 도전성 돌출부(112)와는 상반되게 도전성 돌출부(114)는 PCB 기판(100a)의 하부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인일 수 있다. 따라서, 도전성 돌출부들(112, 114)에 의해서 PCB 기판(100a)에 평행한 방향으로 진행하지만, Y-축으로 진행하는 성분을 갖는 무선 신호를 감지할 수 있다.
도전성 돌출부(116)는 PCB 기판(100a) 상에 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(115, 117)을 연결한다. 즉, 도전성 돌출부(116)는 PCB 기판(100a)의 상부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인으로 구성될 수 있다. 도전성 돌출부(118)는 PCB 기판(100a) 상에서 전기적으로 분리된 형태로 인쇄된 안테나 엘리먼트들(117, 119)을 연결한다. 도전성 돌출부(116)와는 상반되게 도전성 돌출부(118)는 PCB 기판(100a)의 하부로 돌출된 반원형 또는 'ㄷ'자 형태의 동선이나 도전성 라인일 수 있다. 이들 도전성 돌출부들(112, 114)에 의해서 PCB 기판(100a)에 평행한 방향으로 진행하지만, X-축으로 진행하는 성분이 존재하는 전자기파를 감지할 수 있다.
도전성 돌출부들(112, 114, 116, 118)의 예시적인 형태는 절단선(A-A') 또는 절단선(B-B')에 의한 단면을 보여주는 후술하는 도면들을 통해서 상세히 설명될 것이다.
도 3은 본 발명의 전방향성 안테나를 형성하기 위한 복수의 안테나 엘리먼트들을 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115, 117, 119)은 PCB 기판상(100a)에 서로 분리된 패턴들로 인쇄될 수 있다.
안테나 엘리먼트들(111, 113) 각각은 PCB 기판(100a)에 X-축 방향으로 연장되는 도전성 패턴으로 인쇄될 수 있다. 안테나 엘리먼트(111)와 안테나 엘리먼트(113)의 종단부는 전기적으로 분리된다. 이 부분은 상부에 좀더 확대된 형상으로 도시하였다. 안테나 엘리먼트(111)와 안테나 엘리먼트(113)는 각각 도전성 돌출부(112)를 삽입하기 위한 홀들(111a, 113a)을 포함한다. 홀들(111a, 113a)은 안테나 엘리먼트들(111, 113)과 PCB 기판(100a)까지 관통한다. 홀들(111a, 113a)에 연결되는 도전성 돌출부(112)가 Z-방향에서 삽입되면, 안테나 엘리먼트들(111, 113)은 전기적으로 연결된다.
안테나 엘리먼트들(111, 113)과 마찬가지로, 안테나 엘리먼트들(113, 115)도 종단부에 홀들이 형성된다. 안테나 엘리먼트들(113, 115)에 Z-방향에서 삽입되는 도전성 돌출부(114)가 홀들에 끼워질 수 있다. 안테나 엘리먼트들(113, 115)과 마찬가지로, 안테나 엘리먼트들(115, 117)도 종단부에 홀이 형성된다. 안테나 엘리먼트들(115, 117)에 Z-방향에서 삽입되는 도전성 돌출부(116)가 홀들에 끼워질 수 있다. 안테나 엘리먼트들(117, 119)의 종단부에도 홀들이 형성된다. 안테나 엘리먼트들(117, 119)에 Z-방향에서 삽입되는 도전성 돌출부(118)가 이들 홀들에 삽입될 수 있다.
절단선(A-A')에 대응하는 단면을 보면, 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)이 형성된 직후에는 Z-방향에 대한 안테나 성분은 거의 존재하지 않는다. 하지만, 이후 삽입되는 도전성 돌출부(112, 114)를 통해서 Z-방향에 대한 안테나 성분이 제공될 수 있다.
절단선(B-B')에 대응하는 단면을 보면, 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)이 형성된 직후에는 Z-방향에 대한 안테나 성분은 거의 존재하지 않는다. 하지만, 이후 삽입되는 도전성 돌출부(116, 118)를 통해서 Z-방향에 대한 안테나 성분이 제공될 수 있다.
복수의 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115, 117, 119)이 도전성 돌출부(112, 114, 116, 118)에 의해서 연결되면, XY-평면에 대해서는 전방향성 안테나(110)는 무선 신호의 반파장(λ/2) 길이의 안테나 성분이 제공될 수 있다. 더불어, 도전성 돌출부(112, 114, 116, 118)에 의해서 무선 신호의 반파장(λ/2)보다는 짧지만, 유효한 길이의 Z-방향의 안테나 성분이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 전방향성 안테나(110)에 의해 3차원 각 방향에 대해 안테나 성분이 제공될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 4a를 참조하면, 절단선(A-A')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(112a, 114a)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)은 'ㄷ'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 동선으로 형성되는 경우, 동선 형태의 도전성 돌출부(112a)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(114a)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(112a, 114a)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)의 재료는 동선에 국한되지는 않는다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)은 다양한 도전체 라인이나 부품 형태로 제작되어 PCB 기판에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(112a, 114a)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)에 의해서 XZ-평면에 수직한 Y-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2D 길이)을 확보할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 절단선(B-B')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(116a, 118a)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(116a, 118a)도 도전성 돌출부들(112a, 114a)과 마찬가지로 'ㄷ'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 도전성 돌출부(116a)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(118a)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(116a, 118a)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(116a, 118a)도 동선에 국한되지는 않으며, 다양한 도전체들로 제작되어 PCB 기판에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(116a, 118a)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)에 의해서 YZ-평면에 수직한 X-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2D 길이)을 확보할 수 있다.
도 5a, 도 5b, 그리고 도 5c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Z-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Z-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수직 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XY-평면에 대해 최적의 감도를 제공하는 반파장(λ/2) 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Y-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XZ-평면에서 Y-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(112a, 114a)에 의해서 2D 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 X-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 YZ-평면에서 Z-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(116a, 118a)에 의해서 2D 길이의 Z-방향 안테나 성분을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 안테나 성분들에 따르면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)에 의해서 수신되는 무선 신호의 진행 방향이나 편파 특성에 상관없이 전방향으로 안테나 성분이 제공된다. 따라서, 다양한 수신 조건이나 환경에서도 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 구비한 수신기에서는 높은 수신 감도를 제공할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도전성 돌출부를 보여주는 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 절단선(A-A')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(112b, 114b)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)은 반지름 R인 반원형 또는 'U'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 동선으로 형성되는 경우, 동선 형태의 도전성 돌출부(112b)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(114b)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(112b, 114b)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)의 재료가 동선에 국한되지는 않는다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)은 다양한 도전체 라인이나 부품 형태로 제작되어 PCB 기판에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(112b, 114b)과 안테나 엘리먼트들(111, 113, 115)에 의해서 Y-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2R 길이)을 확보할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 절단선(B-B')에 대응하는 단면에서의 본 발명의 일 실시 예에 따른 도전성 돌출부들(116b, 118b)의 형태 및 삽입 방향이 간략히 도시되어 있다. 도전성 돌출부들(116b, 118b)도 도전성 돌출부들(112b, 114b)과 마찬가지로 반원형이나 'U'자 형태의 동선이나 다양한 도전체를 통해서 구현될 수 있다. 도전성 돌출부(116b)가 Z-방향의 상부에서 하부 측으로 삽입된다. 그리고 도전성 돌출부(118b)가 Z-방향의 하부에서 상부 측으로 삽입될 수 있다. 그리고 도전성 돌출부들(116b, 118b)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)은 납땜을 통해서 고정될 수 있다. 도전성 돌출부들(116b, 118b)도 동선에 국한되지는 않으며, 다양한 도전체들로 제작되어 PCB 기판(100a)에 장착될 수 있다. 도전성 돌출부들(116b, 118b)과 안테나 엘리먼트들(115, 117, 119)에 의해서 YZ-평면에 수직한 X-방향으로 진행하는 무선 신호에 대한 안테나 성분(2R 길이)을 확보할 수 있다.
도 7a, 도 7b, 그리고 도 7c는 3차원 각 방향에 대한 본 발명의 전방향성 안테나의 안테나 성분을 예시적으로 보여주는 도면들이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Z-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Z-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수직 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XY-평면에 대해 최적의 감도를 제공하는 반파장(λ/2) 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 Y-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 XZ-평면에서 Y-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(112b, 114b)에 의해서 2R 길이의 안테나 성분을 제공할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)의 X-방향 성분이 간략히 도시되어 있다. 수신되는 무선 신호의 전계(E)가 X-방향의 편파 특성을 갖고, Y-방향으로 진행하는 경우(즉, PCB 기판에 수평 방향)를 가정하기로 하자. 그러면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)는 YZ-평면에서 Z-방향으로 진행하는 전파에 대해 도전성 돌출부들(116b, 118b)에 의해서 2R 길이의 Z-방향 안테나 성분을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 안테나 성분들에 따르면, 본 발명의 전방향성 안테나(110)에 의해서 수신되는 무선 신호의 진행 방향이나 편파 특성에 상관없이 전방향으로 안테나 성분이 제공된다. 따라서, 다양한 수신 조건이나 환경에서도 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 구비한 수신기에서는 높은 수신 감도를 제공할 수 있다.
여기서, 도전성 돌출부들의 형태가 'ㄷ'자 형태 또는 'U'자 형태로 예시적으로 개시되었으나, 본 발명은 여기에 국한되지 않음은 잘 이해될 것이다. 도전성 돌출부의 형태는 전방향성 안테나(110)의 임피던스 매칭에 최적화된 용량이나 인덕턴스에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 전방향성 안테나의 거리에 따른 성능을 측정한 결과를 보여주는 테이블이다. 도 8을 참조하면, 안테나1과 안테나4는 본 발명의 전방향성 안테나(110)를 적용한 경우이고, 안테나2와 안테나3은 일반적인 PCB 안테나를 적용한 수신기에서의 수신 감도를 보여준다. 송신 전력 1W를 기준으로 거리에 따른 수신 감도가 거리별로 테스트되었다. 고정된 테스트 조건이나 통신 환경이 아니기에 본 발명의 전방향성 안테나(안테나1, 안테나4)가 모든 조건에서 우세한 것은 아니다. 하지만, 대부분의 테스트 거리에서 본 발명의 전방향성 안테나(안테나1, 안테나4)는 일반 PCB 안테나(안테나2, 안테나3)에 비해 훨씬 높은 수신 감도를 제공하고 있음을 보여준다.
도 9는 본 발명의 전방향성 안테나를 채용하는 다른 실시 예에 따른 마을 방송 수신기를 보여주는 블록도이다. 도 9를 참조하면, 마을 방송 수신기(200)는 도 1의 마을 방송 수신기(100)에 비하여 레벨 미터(280) 및 센서(290)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 전방향성 안테나(210), 통신부(220), 디스플레이(230), 키패드(250), 오디오 프로세서(260), 그리고 MCU(270)는 도 1의 그것들과 실질적으로 동일하게 제공될 수 있다.
레벨 미터(280)는 전방향성 안테나(210)의 수신 감도를 모니터링하여 MCU(270)에 제공할 수 있다. 레벨 미터(280)에 의해서 모니터링된 수신 감도는 디스플레이(230)에 표시될 수도 있을 것이다.
센서(290)는 마을 방송 수신기(200)의 내부 또는 외부의 다양한 환경에 대한 정보를 센싱하여 MCU(270)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 센서(290)는 온도 센서, 습도 센서, 근접 센서, 가속 센서, 기압 센서, 자기 센서들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (2)
- 마을 방송 수신기에 있어서,
전방향성 안테나의 수신 감도를 모니터링하여 마이크로 제어 유닛에 제공하기 위한 레벨 미터; 및
상기 레벨 미터에 의해서 모니터링된 수신 감도를 표시하기 위한 디스플레이를 포함하되,
상기 전방향성 안테나는,
인쇄회로기판(PCB)의 제 1 방향으로 연장되는 도전막으로 형성되는 제 1 안테나 엘리먼트;
상기 제 1 안테나 엘리먼트와 분리되어 상기 제 1 방향으로 연장되는 제 2 안테나 엘리먼트;
상기 제 1 및 제 2 안테나 엘리먼트와 분리되고, 상기 제 1 방향과 수직 방향의 제 2 방향으로 연장되는 제 3 안테나 엘리먼트;
상기 제 1 내지 제 3 안테나 엘리먼트와 분리되고, 상기 제 2 방향으로 연장되는 제 4 안테나 엘리먼트;
상기 인쇄회로기판(PCB)의 상부 또는 하부 측 중 적어도 하나의 수직 방향으로 돌출하며, 상기 제 1 안테나 엘리먼트의 일측 종단과 상기 제 2 안테나 엘리먼트의 일측 종단을 전기적으로 연결하는 제 1 도전성 돌출부; 및
상기 인쇄회로기판(PCB)에 상부 또는 하부 측 중 적어도 하나의 수직 방향으로 돌출하며, 상기 제 3 안테나 엘리먼트의 일측 종단과 상기 제 4 안테나 엘리먼트의 일측 종단을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 돌출부를 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 안테나 엘리먼트의 일측 종단에는 상기 제 1 도전성 돌출부의 양 끝단을 삽입하기 위한 제 1 홀들이 형성되고,
상기 제 3 및 제 4 안테나 엘리먼트의 일측 종단에는 상기 제 2 도전성 돌출부의 양 끝단을 삽입하기 위한 제 2 홀들이 형성되고,
상기 제 1 홀들은 상기 인쇄회로기판을 관통하여 형성됨으로 상기 제 1 도전성 돌출부의 양 끝단이 상기 인쇄회로기판의 상부 또는 하부 측 중 어느 하나로 삽입되어 상기 제 1 및 제 2 안테나 엘리먼트를 전기적으로 연결되도록 하고,
상기 제 2 홀들은 상기 인쇄회로기판을 관통하여 형성됨으로 상기 제 2 도전성 돌출부의 양 끝단이 상기 인쇄회로기판의 상부 또는 하부 측 중 어느 하나로 삽입되어 상기 제 3 및 제 4 안테나 엘리먼트를 전기적으로 연결되도록 하는 마을방송 수신기. - 삭제
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|---|---|---|---|---|
| JP2002151930A (ja) * | 2000-11-14 | 2002-05-24 | Murata Mfg Co Ltd | アンテナ構造およびそれを備えた無線装置 |
| JP2006033630A (ja) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Funai Electric Co Ltd | ディジタルテレビジョン放送信号受信装置 |
| KR20180137993A (ko) * | 2017-06-20 | 2018-12-28 | 삼성전자주식회사 | 안테나를 포함하는 전자 장치 |
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