KR102238396B1 - 디커플링 소자를 가지는 다중 입출력 안테나 - Google Patents

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KR102238396B1
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최학근
김병현
신우성
이환주
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 가지는 다중 입출력 안테나는, 유전체로 된 안테나 기판; 상기 기판상의 일측면에 이격된 거리를 유지하며 상호 대칭적으로 배치되는 복수의 안테나 소자; 및 상기 기판상의 복수의 안테나 소자 사이에 각각의 안테나 소자로부터 이격되어 배치되는 디커플링 소자를 포함하고, 상기 디커플링 소자는 주기적인 불연속적 구조로 형성되고, 상기 안테나 소자의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

디커플링 소자를 가지는 다중 입출력 안테나{MIMO ANTENNA HAVING A DECOUPLING STRUCTURE}
본 발명은 디커플링 소자를 가지는 다중 입출력 안테나에 관한 것이다.
현대 통신기술의 발달로 인터넷 접속과 멀티미디어 서비스에 대한 욕구가 폭발적으로 증가함에 따라 고속 데이터 전송은 이동통신 시스템에서 매우 중요한 부분이다. 이에 따라, 고속 무선 데이터 패킷 전송방식으로 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 안테나가 필수 조건으로 제시되고 있다
MIMO 안테나 시스템은 송신기와 수신기에 다수의 안테나를 사용하며, 각 안테나에 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 시스템의 대역폭이 증가되지 않는 공간다중방식 기술과 각 안테나에서 동일한 데이터를 전송하여 송신 다이버시티(diversity)를 얻는 공간 다이버시티 등의 2가지 기술을 사용한다. 두 기술은 대용량의 데이터를 고속 전송이 가능하면서도 이동성 보장이 요구되는 차세대 이동통신시스템에서 정보의 전송 양과 신뢰도를 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 다수의 안테나를 장착하는 MIMO 안테나 시스템은 각 안테나 사이에서 전자기적인 상호 간섭에 의한 결합이 발생하게 되어, 안테나 간의 격리 특성이 낮아지는 문제점이 발생한다.
따라서 각 안테나의 본래 성능을 유지하면서도 상호 간에 높은 격리도를 갖도록 하는 연구가 요구되고 있다.
최근 연구에 따른 기법으로는 디커플링 네트워크를 사용하는 기법, 다이버시티 방법을 적용하는 기법, 다수의 안테나가 공동으로 접지된 그라운드 사이에 슬릿(slit) 또는 슬롯(slot)을 삽입하거나 그라운드(ground)를 확장하는 방법 등 다양한 기법들이 MIMO 안테나 설계를 위해 사용되고 있다. 하지만 기존 연구된 기법들은 주로 넓은 공간이 필요하기 때문에 제한된 공간내의 적용에 어려움이 따른다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 인위적으로 주기적인 불연속을 형성함으로써 특정 주파수의 전자파를 감쇄시킬 수 있는 구조인 디커플링 소자를 삽입한 MIMO 안테나를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)을 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 가지는 다중 입출력 안테나는, 유전체로 된 안테나 기판; 상기 기판상의 일측면에 이격된 거리를 유지하며 상호 대칭적으로 배치되는 복수의 안테나 소자; 및 상기 기판상의 복수의 안테나 소자 사이에 각각의 안테나 소자로부터 이격되어 배치되는 디커플링 소자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디커플링 소자는 주기적인 불연속적 구조로 형성되고, 상기 안테나 소자의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디커플링 소자는 세로 줄기부 및 이와 교차하는 복수개의 가로 줄기부를 포함하는 메인 가지부; 및 상기 세로 줄기부의 좌측 및 우측에 각각 제1 서브 가지부와 제2 서브 가지부가 배치되고, 상기 제1 서브 가지부와 제2 서브 가지부는 각각의 가로 줄기부를 둘러싸도록 배치되는 서브 가지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디커플링 소자는 상기 디커플링 소자는 복수개 마련되고, 각각의 디커플링 소자들은 안테나 기판의 중심을 기준으로 상호 대칭적 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 각각의 디커플링 소자들은 디커플링 소자와 안테나 소자 사이의 이격 거리보다 더 짧은 디커플링 소자간 이격 거리를 갖는 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디커플링 소자는 PBG(Photonic Band gap) 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 복수의 안테나 소자는 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자를 포함하고, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 E형 안테나 소자인 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 소자는 상기 기판에 누운 E자형으로 배치되는 메인 패치와, 누운 E자형 메인 패치의 좌측과 우측에 배치되는 기생 패치를 더 포함한다.
상기 복수의 안테나 소자는 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자를 포함하고, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 기판의 중앙을 중심으로 점대칭되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예의 디커플링 소자를 가지는 안테나에 따르면, 상기 안테나의 격리도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 디커플링 소자를 포함하는 MIMO 안테나를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 디커플링 소자의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 반사손실과 격리도를 계산한 값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 전계 분포를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 반사 손실과 격리도의 측정 결과를 계산 값과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 방사패턴을 나타낸다.
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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 안테나는 기판(100)상의 일측면에 형성되는 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(210)를 포함한다.
제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(210)는 유전체 기판(100)의 중심을 기준으로 점 대칭된 구조로 배치된다. 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(210)는 제1 간격을 두고 이격되어 배치된다. 제1 간격은 약 0.5 λ 이다. 상기 제1 간격이 0.5 λ 보다 가까워지면 안테나 신호가 간섭을 줄 수 있고, 0.5 λ 보다 멀어지면 안테나의 크기가 커지게 된다.
제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(210)는 소정 패턴을 가진다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(210)는 변형된 E형 패턴을 갖는다. 그러나, 다른 패턴의 안테나 소자를 갖는 안테나에 적용할 수 있다. 각각의 안테나 소자(110)는 누운 E 자형 메인 패치(111)와 E 자형 메인 패치(111)의 좌우에 각각 이격되어 배치되는 한쌍의 기생 패치(112, 113)를 포함할 수 있다. 메인 패치(111)의 넓은 폭은 약 30 mm일 수 있고 좁은 폭은 26 mm일 수 있다, 메인 패치(111)와 기생 패치(112, 113)의 길이는 약 26.5 mm일 수 있다. 즉, 메인 패치(111)의 길이와 기생 패치(112, 113)의 길이는 동일할 수 있다.
제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(210)는 IEEE 802.11 b/g/n 표준에서 요구하는 모든 대역에서 정상적으로 작동할 수 있는 안테나이다.
안테나 소자는 메인 패치(111)에는 급전부(급전점, feeding point)를 포함한다. 급전부는 유전체 기판의 배면에서 급전을 위한 커넥터에 연결된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하여, 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나의 기하학적 구조를 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나는 도 1에 도시된 MIMO 안테나에 디커플링 소자(300)를 부가한 구조이다.
즉, 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나는 유전체로 된 안테나 기판(100), 제1 안테나 소자(110), 제2 안테나 소자(210) 및 디커플링 소자(300)를 포함한다. 도 1에서 설명한 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(210)에 대한 중복된 설명은 생략한다.
디커플링 소자(300)는 안테나 사이의 격리도(isolation)을 개선시키는 역할을 수행한다. 일반적으로 안테나는 통신시스템에서 신호를 전송하기 위해 사용되며, 성능 향상을 위해서 특정 주파수나 주파수 대역에 대한 직교 분극화에 의해 획득되는 2개의 분리 채널들을 제공한다. 따라서, 이러한 채널들 사이의 격리가 필수적으로 요구된다. 이러한 요구에 의해 본 발명의 일 실시예의 안테나는 디커플링 소자(300)를 이용하여 이러한 채널들 사이의 격리도를 향상시킨다. 결과적으로, 안테나의 성능이 개선될 수 있다.
이하, 디커플링 소자(300)의 구조를 자세히 살펴본다.
도 3을 참조하면, 디커플링 소자(300)는 PBG(Photonic Bandgap)을 갖고 주기적인 불연속적 구조로 형성되어 특정 주파수의 전자파를 감쇄시킬 수 있는 구조이다.
디커플링 소자(300)는 전체적인 모양은 세로가 길이가 긴 직사각형이며, 하나의 세로 줄기부(301a) 및 이와 교차하는 복수개의 가로 줄기부(301b)로 이루어진 메인 가지부(301)를 포함한다. 가로 줄기부(301b)는 세로 줄기부(301a)를 기준으로 대칭으로 형성된다.
디커플링 소자(300)는 안테나 소자(110)의 길이보다 긴 길이를 가지도록 형성되어 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(210) 사이에서 차폐벽의 역할을 한다.
가로 줄기부(301b)는 소정 개수(예를 들어 7개)의 작은 소줄기 위 아래에는 대줄기가 하나씩 배치된다. 대줄기는 소줄기 보다 세로 줄기부(301a)의 양측으로 길게 형성된다. 대줄기 위 또는 아래에는 다시 복수개(예를 들어 3개)의 소줄기가 배치된다. 대줄기는 약 3,3 mm이고, 소줄기는 약 1.8mm 일 수 있다. 디커플링 소자(300)의 각각의 파라미터는 안테나 소자의 파라미터에 따라 상이할 수 있다.
디커플링 소자(300)는 메인 가지부(301)와 이격되어 각각의 가로 줄기부(301b)를 둘러싸도록 배치되는 제1 서브 가지부(302a)를 포함한다. 제1 서브 가지부(302a)는 가로 줄기부의 소줄기를 둘러싸는 영역을 복수개 형성한다. 각각의 영역은 서로 이격되어 배치된다. 대줄기로 구획할 때 동일 영역내의 소줄기들을 둘러싸는 제1 서브 가지부(302a)의 영역은 서로 연결되어 있고, 대줄기로 구획되는 다른 영역내의 소줄기들을 둘러싸는 제1 서브 가지부(302a)의 영역은 서로 연결되어 있지 않다. 소줄기와 대줄기는 규칙적으로 배열된다.
또한, 디커플링 소자(300)는 메인 가지부(301)를 기준으로 제1 서브 가지부(302)와 대칭되도록 배치되는 제2 서브 가지부(302b)를 포함한다. 제 1 서브 가지부(302)와 제2 서브 가지부(302b)는 서로 분리되어 배치된다. 즉 제1 1 서브 가지부(302)와 제2 서브 가지부(302b)는 연결되어 있지 않다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 디커플링 소자를 포함하는 MIMO 안테나를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 디커플링 소자의 확대도이다.
도 4를 참조하여, 이중 구조의 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나의 기하학적 구조를 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나는 도 1에 도시된 MIMO 안테나에 이중 구조의 디커플링 소자(300)를 부가한 구조이다.
즉, 디커플링 소자를 가지는 MIMO 안테나는 유전체로 된 안테나 기판(100), 제1 안테나 소자(110), 제2 안테나 소자(210), 제1 디커플링 소자(310) 및 제2 디커플링 소자(320)를 포함한다.
제1 디커플링 소자(310) 및 제2 디커플링 소자(320)는 기판의 중심을 기준으로 제2 거리만큼 이격되어 상호 대칭적으로 배치된다. 상기 제2 거리는 예컨대 1mm일 수 있다.
제1 디커플링 소자(310) 및 제2 디커플링 소자(320)는 안테나 사이의 격리도(isolation)을 개선시키는 역할을 수행한다.
제1 디커플링 소자(310)와 제2 디커플링 소자(320) 각각은 도 2를 참조하여 설명한 디커플링 소자(300)과 동일한 구조를 갖는다.
도 5를 참조하면, 제1 디커플링 소자(310)와 제2 디커플링 소자(320)의 전체적인 모양은 세로가 길이가 긴 직사각형이며, 메인 가지부(311, 321)와 서브 가지부(312a, 312b, 322a, 322b)를 포함한다. 메인 가지부(311, 321)와 서브 가지부(312a, 312b, 322a, 322b)는 서로 분리되어 형성된다.
메인 가지부(311)는 하나의 세로 줄기부(311a, 321a) 및 이와 교차하는 복수개의 가로 줄기부(311b, 321b)를 포함한다. 가로 줄기부(311b, 321b)는 소정 개수(예를 들어 7개)의 소줄기와 소줄기보다 세로 줄기부의 양측방향으로 긴 대줄기가 하나씩 배치된다. 가로 줄기부(311b, 321b)는 세로 줄기부(311a, 321a)를 기준으로 대칭으로 형성된다.
가로 줄기부(311b, 321b)는 소정 개수(예를 들어 7개)의 작은 소줄기 위 아래에는 대줄기가 하나씩 배치된다. 대줄기는 소줄기 보다 세로 줄기부(311a, 321a)의 양측으로 길게 형성된다. 대줄기 위 또는 아래에는 다시 복수개(예를 들어 3개)의 소줄기가 배치된다.
또한, 디커플링 소자(310)는 메인 가지부(311, 321)를 기준으로 제1 서브 가지부(312a, 322a)와 대칭되도록 배치되는 제2 서브 가지부(312b, 322b)를 포함한다. 제1 서브 가지부(312a, 322a)와 제2 서브 가지부(312b, 322b)는 서로 분리되어 배치된다. 즉 제1 서브 가지부(312a, 322a)와 제2 서브 가지부(312b, 322b)는 서로 연결되어 있지 않다.
디커플링 소자(300)는 메인 가지부(301)와 이격되어 각각의 가로 줄기부(301b)를 둘러싸도록 배치되는 제1 서브 가지부(302a)를 포함한다. 제1 서브 가지부(302a)는 가로 줄기부의 소줄기를 둘러싸는 영역을 복수개 형성한다. 각각의 영역은 서로 이격되어 배치된다. 대줄기로 구획할 때 동일 영역내의 소줄기들을 둘러싸는 제1 서브 가지부(302a)의 영역은 서로 연결되어 있고, 대줄기로 구획되는 다른 영역내의 소줄기들을 둘러싸는 제1 서브 가지부(302a)의 영역은 서로 연결되어 있지 않다. 소줄기와 대줄기는 규칙적으로 배열된다.
본 발명의 일 실시예에서는 2개의 디커플링 소자(300)개 배치된 구성을 개시하였으나, 도 1의 안테나에 복수의 디커플링 소자(300)자가 배치될 수 있다. 복수의 디커플링 소자 각각은 도 3에 도시한 디커플링 구조를 갖고, 각각의 디커플링 구조는 안테나 기판의 중심을 기준으로 상호 대칭되게 배치된다. 또한, 복수의 디커플링 소자는 서로 이격되어 배치되며, 디커플링 소자 사이의 이격 거리는 디커플링 소자와 안테나 소자 사이의 이격거리보다 더 짧도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 반사손실과 격리도를 계산한 값을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 전계 분포를 나타낸 그래프이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 구조를 갖지 않는 MIMO 안테나, 하나의 디커플링 구조를 갖는 않는 MIMO 안테나, 이중 디커플링 구조는 갖는 MIMO 안테나의 반사손실을 계산한 값을 나타낸다.
본 실시예의 계산에서 사용된 유전체 기판은 두께 3.2mm의 FR-4(εr = 4.3, tanδ = 0.02) 기판이다. MIMO 안테나의 전체 크기는 40 mm x 100 mm 이고, 두 안테나 소자는 각각 20 mm x 26.5 mm 의 크기로 안테나는 IEEE 802.11n 대역(2.4 ~ 2.4835 GHz)에서 동작하도록 설계했다.
안테나에 사용된 각각의 파라미터는 표 1에 나타냈다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터는 표 1과 같다.
Design parameter Value (mm) Design parameter Value (mm)
W1 100 L1 40
W2 30 L2 26.5
W3 26 L3 26.5
W4 7.7 D1 1
도 6의 (a)는 안테나 소자에 대한 반사손실을 나타낸다. 반사손실은 MIMO를 구성하는 2개의 안테나 소자에 대하여 동일한 값을 갖는다. 도 6의 (a)를 참조하면, 사용 주파수 (2.4 ~ 2.4835 GHz)에서 디커플링 소자에 따른 S11(반사손실)은 변화가 크지 않고, -14dB 이하를 만족하고 있다. 도 6의 (b)를 참조하면, 디커플링 소자가 없을 때 S21(격리도)은 사용주파수 범위에서 -21dB 이하를 나타내고, 하나의 디커플링 소자를 삽입한 경우는 -24dB이하로, 이중 구조의 디커플링 소자를 삽입한 경우는 -28dB 이하로 나타났다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 디커플링 이중 구조가 삽입된 MIMO 안테나는 디커플링 소자가 없는 MIMO 안테나 보다 격리도가 약 7dB 개선된 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 도 7의 전계 분포를 통해서 더욱 직관적으로 확인할 수 있다.
도 7의 (a)는 도 1과 같이 디커플링 소자가 없는 MIMO 안테나의 전계(E-field)를 도시한 도면이다. 오른쪽 안테나에 급전하여 복사된 전계가 왼쪽 안테나 소자에 영향을 주어서 왼쪽 안테나에서도 전계가 복사되고 있다. 이러한 현상은 두 안테나 사이의 거리가 멀어질수록 줄어들겠지만 안테나가 인접 배치된 경우에는 크게 나타난다. 도 7의 (b)는 도 4와 같이 이중의 디커플링 구조를 삽입한 MIMO 안테나의 전계로 디커플링 소자가 없는 경우보다 왼쪽에 배치된 안테나에 전계가 적게 형성됨을 보여준다. 이로서 본 발명의 일 실시예에 따른 두 안테나 사이의 격리도가 개선됨을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 반사 손실과 격리도의 측정 결과를 계산 값과 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 8의 (a)는 제작된 MIMO 안테나의 S11(반사손실)로 계산된 결과와 실제로 측정된 결과가 유사함을 알 수 있다. 또한 사용주파수 2.4 ~ 2.4835 GHz 대역에서 -10dB 이하를 만족하고 있다. 도 7의 (b)는 제작된 안테나의 S21(격리도)을 나타낸 것으로 디커플링 이중 구조를 삽입한 MIMO 안테나가 디커플링 소자가 없는 MIMO 안테나에 비하여 약 6dB 의 격리도가 개선되는 것을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 방사패턴을 나타낸다. 측정된 azimuth pattern(Az.)과 elevation pattern(El.)을 나타낸 도면이다. 도 9의 (a)는 2.4GHz에서 측정된 방사 패턴이고, 도 9의 (b)는 2.4417GHz에서 측정된 방사 패턴이고 도 8의 (c)는 2.4835GHz 에서 측정된 방사 패턴이다.
도 9를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 구조를 갖는 안테나는 사용주파수 2.4 ~ 2.4835 GHz 대역에서 방위각 평면 패턴(azimuth pattern)과 고도각 평면 패턴(elevation pattern) 모두 디커플링 소자의 유무와 관계없이 거의 유사하게 나타남을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 소자를 갖는 안테나는 안테나 각 소자 간의 표면파 제어를 통해 격리도 특성을 개선시킨다. 설계된 안테나는 2.35 ~ 2.55 GHz 대역 (중심주파수 기준 8.1%)에서 10dB 이상의 return loss를 갖는다. PBG 구조의 디커플링 소자가 없는 경우 격리도는 24dB 이상, PBG 구조의 디커플링 소자가 있는 경우의 격리도는 30 dB 이상으로 약 6dB가 개선되었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 디커플링 소자가 없는 MIMO 안테나와 비교했을 때 S11과 복사패턴은 유사한 특성을 보였으며, S21은 사용주파수대역에서 -30 dB(측정치) 이하로 격리도가 약 6 dB 개선되었다. 이상으로 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 2.4 ~ 2.4835 GHz 대역에서 동작하는 MIMO 안테나로 충분히 활용 가능할 것으로 기대된다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 유전체로 된 안테나 기판;
    상기 기판 상의 일측면에 이격된 거리를 유지하며 상호 대칭적으로 배치되는 복수의 안테나 소자; 및
    상기 기판상의 복수의 안테나 소자 사이에 각각의 안테나 소자로부터 이격되어 배치되는 디커플링 소자
    를 포함하고,
    상기 디커플링 소자는 주기적인 불연속적 구조로 형성되고, 상기 안테나 소자의 길이보다 더 긴 길이를 갖고,
    상기 디커플링 소자는
    세로 줄기부 및 이와 교차하는 복수개의 가로 줄기부를 포함하는 메인 가지부; 및
    상기 세로 줄기부의 좌측 및 우측에 각각 제1 서브 가지부와 제2 서브 가지부가 배치되고, 상기 제1 서브 가지부와 제2 서브 가지부는 각각의 가로 줄기부를 둘러싸도록 배치되는 서브 가지부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디커플링 소자는 복수개 마련되고, 각각의 디커플링 소자들은 안테나 기판의 중심을 기준으로 상호 대칭적 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각각의 디커플링 소자들은 디커플링 소자와 안테나 소자 사이의 이격 거리보다 더 짧은 디커플링 소자간 이격 거리를 갖는 특징으로 하는 다중 입출력 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디커플링 소자는 PBG(Photonic Band gap) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 소자는 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자를 포함하고,
    상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 E형 안테나 소자인 것을 특징으로 하는 다중 입출력 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나 소자는 상기 기판에 누운 E자형으로 배치되는 메인 패치와, 누운 E자형 메인 패치의 좌측과 우측에 배치되는 기생 패치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 소자는 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자를 포함하고,
    상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 기판의 중앙을 중심으로 점대칭되어 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 안테나.
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