KR102238517B1 - 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 mimo 안테나 - Google Patents

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KR102238517B1 KR1020190151944A KR20190151944A KR102238517B1 KR 102238517 B1 KR102238517 B1 KR 102238517B1 KR 1020190151944 A KR1020190151944 A KR 1020190151944A KR 20190151944 A KR20190151944 A KR 20190151944A KR 102238517 B1 KR102238517 B1 KR 102238517B1
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윤상기
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Abstract

본 발명은 원뿔형 구조를 갖는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 일단에 결합되는 제2 방사체를 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신할 수 있으며, 제2 방사체와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴을 더 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있는 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나를 제공할 수 있다.

Description

다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나{WIDEBAND ANTENNA AND MIMO ANTENNA USING IT}
본 발명은 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나에 관한 것으로, 원뿔형의 방사체와 평판형의 방사체가 결합된 구조를 갖는 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나에 관한 것이다.
무선 통신 규격이 GSM, CDMA, WCDMA 등 기존의 2세대 및 3세대 통신 방식에서 4세대 LTE를 거쳐 5세대 통신 방식으로 빠르게 진화하고 있으며, 동시에 Bluetooth, GPS(Global Positioning System), WIFI등 다양한 기술이 함께 이용되고 있다.
이로 인해, 무선 기기는 다양한 무선 규격에 따른 여러 주파수 대역의 신호를 지원하도록 구성되어야 하며, 이에 서로 다른 다수의 주파수 대역의 신호를 송수신 할 수 있도록 다수의 안테나가 실장되며, 특히 무선 기기에서 5세대 통신 방식을 지원하기 위해서 다양한 형태의 안테나를 설계하고 단말기 내부에 배치 공간을 확보하기 위해 많은 노력을 하고 있다.
그러나 무선 기기는 이미 다양한 통신방식 및 다양한 기능을 지원하기 위해 매우 많은 수의 안테나 및 부품이 제한된 공간에 탑재되어 있으므로, 내부의 부품 실장 공간은 이미 포화 상태라고 할 수 있다. 따라서 무선 기기 내부에 추가적인 안테나를 배치하기 위한 공간을 확보하기가 매우 어려워 설계가 매우 복잡해지고 테스트 시간이 증가하며, 이로 인해 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
뿐만 아니라 최근에는 MIMO(multiple-input and multiple-output) 기술의 적용으로 인해 요구되는 안테나의 개수가 더욱 증가되고 있어 기기의 설계 및 제조에 더욱 큰 어려움을 야기하고 있다.
한국 등록 특허 제10-1484034호 (2015.01.13 등록)
본 발명의 목적은 광대역 신호를 송수신 할 수 있는 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 소형으로 제조 가능한 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나는 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체; 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 포함한다.
상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성되는 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 단일 도전체에 의해 일체로 구현되거나, 각각 적어도 하나의 도전체를 포함하여 형성되어 서로 결합될 수 있다.
상기 제2 플레이트는 상기 제1 방사체 및 상기 제1 플레이트와 함께 상기 안테나에 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하도록 지정된 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부가 더 형성될 수 있다.
상기 제2 방사체는 지지 기판 상에 구현되어 상기 제1 방사체의 상단에 배치되고, 상기 제1 방사체와 상기 지지 기판 상에 구현된 상기 제2 방사체를 결합하기 위한 결합 수단에 의해 전기적으로 제1 방사체와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 안테나는 일단이 상기 제2 방사체에서 제2 플레이트의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되는 도전성 폴을 더 포함할 수 있다.
상기 도전성 폴은 상기 제1 방사체가 배치되는 기판의 일면 또는 타면에 형성된 접지면과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 MIMO 안테나는 기판; 및 각각 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 구비하여 상기 기판 상의 기지정된 위치에 배치되는 다수의 안테나를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광대역 안테나는 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체; 및 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상부의 일부 영역에 중첩되며, 상기 제1 방사와 이격되어 배치되는 제2 방사체를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나는 원뿔형 구조를 갖는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 일단에 결합되는 제2 방사체를 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신할 수 있다. 또한 제2 방사체와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴을 더 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있다. 그러므로 무선 기기에 실장되어야 하는 안테나의 개수를 크게 줄여 무선 기기의 설계 및 테스트의 복잡도를 저감시킬 수 있으며, 소형으로 제작 가능하여 무선 기기를 소형화 할 수 있다. 또한 적은 수의 다중 광대역 안테나를 이용하여 초광대역의 MIMO 안테나를 구성할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나를 나타낸다.
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 방사 패턴을 나타낸다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 상부 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1의 다중 광대역 안테나의 측면도를 나타내며, 도 3은 도 1의 다중 광대역 안테나의 하부 사시도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 다중 광대역 안테나는 제1 방사체(110)와 제1 방사체(110)의 상단에 배치되고 전기적으로 연결되는 제2 방사체(120)를 포함한다.
여기서 제1 방사체(110)는 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 구조의 원뿔 형상을 갖도록 구현된다. 코니컬 안테나(Conical Antenna)로도 알려진 원뿔 형상의 제1 방사체(110)는 다른 구조의 안테나에 비해 상대적으로 작은 크기와 우수한 방사 효율을 가짐에 따라 소형화에 유리하다. 특히 원뿔 형상을 갖는 제1 방사체(110)는 송수신하고자 하는 주파수 대역에서 다른 안테나들에 비해 상대적으로 낮은 높이를 가지므로, 높이 제약이 있는 무선 기기에 적합하다. 또한 원뿔 형상의 제1 방사체(110)는 광대역에서 임피던스 정합될 수 있어 광대역의 신호를 송수신 할 수 있다는 장점이 있다.
제1 방사체(110)는 본 실시예에 따른 안테나가 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역에 따라 크기가 조절될 수 있다.
그리고 제1 방사체(110)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 기판(150) 상에 배치 결합될 수 있다. 여기서 제1 기판(150)은 일면 또는 타면에 무선 기기의 다양한 소자가 배치되는 메인 기판일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 실시에서는 별도로 특정하지 않는 경우 기판은 제1 기판을 의미한다. 제1 기판(150)을 제1 방사체(110)가 제1 기판(150) 상에 배치 결합되는 경우, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 방사체(110)는 하단 첨부(111)가 제1 기판(150)을 관통하여 배치될 수 있으며, 제1 기판(150)을 관통한 첨부의 외주면에 나사산 등이 형성되어 너트 등의 결합 수단(144)을 이용하여 제1 기판(150)과 결합될 수 있다. 그러나 제1 방사체(110)는 이외에도 다양한 결합 방식을 이용하여 제1 기판(150)과 결합될 수 있다. 이때, 제1 기판(150)의 일면 또는 타면에 접지면(170)이 형성된 경우, 접지면(170)은 제1 방사체(110)와 전기적으로 연결되지 않도록 이격되어야 한다. 즉 도 3에 도시된 바와 같이, 접지면(170)에 제1 방사체(110)로부터 이격된 개방 패턴(171)이 형성될 수 있다.
제1 방사체(110)가 제1 기판(150) 상에 배치되는 경우, 제1 방사체(110)는 제1 기판(150)에 형성되는 급전 선로(112)를 통해 급전 신호를 인가받을 수 있다. 이때, 급전 선로(112)가 형성된 면의 타면에는 제1 방사체(110)로부터 이격된 접지면(170)의 개방 패턴(171) 내에 급전 선로(112)와 적어도 일부 영역이 중첩되도록 연장되는 분기 선로(172)가 형성될 수 있다.
여기서 분기 선로(172)는 급전 선로(112)와 함께 안테나의 임피던스 매칭을 위해 형성될 수 있다. 분기 선로(172)는 급전 선로(112)와 동일하게 직선 형태로 형성될 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 일단의 양측으로 스터브(stub)가 형성되어 T 자 패턴으로 분기되는 형태로 형성될 수 있다. 또는 연장되는 분기 선로(172)의 일측 또는 양측 방향으로 스터브가 형성될 수도 있다. 즉 분기 선로의 패턴은 다양하게 형성될 수 있다.
접지면(170)과 전기적으로 연결되는 분기 선로(172)는 회로적으로 인덕턴스 성분으로 해석될 수 있으며, 제1 기판(150)의 일면과 타면에 형성되는 급전 선로(112)와 분기 선로(172) 사이의 공간은 캐패시턴스 성분으로 해석될 수 있다. 따라서 제1 기판(150)를 사이에 두고 급전 선로(112)와 분기 선로(172)가 서로 중첩된 영역은 병렬 인덕터 및 캐패시터 매칭 회로로 해석될 수 있으며, 분기 선로(172)에서 중첩되지 않은 영역에 형성되는 스터브는 직렬 인덕터 매칭 회로로 해석될 수 있다. 즉 접지면(170)과 전기적으로 연결되는 분기 선로(172)는 직렬 및 병렬 인덕터와 캐피시터 성분을 발생시켜 광대역 임피던스 매칭을 달성할 수 있도록 한다.
그러나 제1 방사체(110)는 동축 케이블(Coaxial Cable)과 같은 별도의 급전 수단을 통해 급전 신호를 인가받을 수도 있다.
한편, 제2 방사체(120)는 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 제1 방사체(110)의 상단에 배치 결합되어 제1 방사체(110)와 전기적으로 연결된다. 제2 방사체(120)가 제1 방사체(110)와 전기적으로 연결됨에 따라 본 실시예의 안테나는 제1 방사체(110)만을 포함하는 경우에 비해 더욱 광대역에서 신호를 송수신할 수 있다.
여기서 제2 방사체(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)로 구분될 수 있다. 제1 플레이트(121)는 제1 방사체(110)와의 결합을 위한 영역으로, 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성될 수 있다. 그리고 제2 플레이트(122)는 제1 플레이트(121)와 함께 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위한 패턴이 형성되는 영역으로 볼 수 있다. 제2 플레이트(122)는 제1 플레이트(121)로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성될 수 있으며, 도 1에서는 일예로 제2 플레이트(122)가 직사각형 패턴을 갖는 것으로 도시하였으나, 제2 플레이트(122)의 패턴은 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로 제2 플레이트(122)는 제1 플레이트(121)로부터 멀어질수록 점차 넓어지는 평행사변형 구조나 부채꼴 등의 구조를 가질 수도 있다. 그리고 제1 플레이트(121)의 형상 또한 다양하게 변형될 수 있다.
도 1에서는 일예로 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 일체로 형성된 것으로 도시하였으나, 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)는 별도로 형성되어 결합되도록 구성될 수도 있다. 그리고 제1 및 제2 방사체(110, 120) 각각이 다수의 평판형 도전체가 결합되어 구성될 수도 있다.
또한 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)는 도전체로 구현되며, 일체로 결합된 구조로 구현될 수도 있으나, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 구현되어 결합되도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)가 개별적으로 구현되어 결합되는 경우, 제1 방사체(110)의 상부에는 제2 방사체(120)와의 결합이 용이하도록 체결부(113)가 형성될 수 있다. 여기서는 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)가 볼트(141)와 너트(142)를 결합 수단으로 이용하여 결합되므로, 제1 방사체(110)의 상부에 형성되는 체결부(113)가 제1 방사체(110)의 상단 원형 형상에서 양측 방향으로 연장된 구조로 형상되었으나, 체결부(113)의 형태는 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)를 결합하는 결합 수단에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
그리고 제2 방사체(120)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 기판(160) 상에 형성될 수 있다. 상기한 바와 같이, 제2 방사체(120)는 평판 형상의 도전체로 형성되고, 제1 방사체(110)의 상단에 배치된다. 따라서 제2 방사체(120)의 두께가 얇은 경우, 제1 방사체(110)와의 결합 시 또는 안테나를 무선 기기에 실장 및 운용 시 등의 여러 과정에서 휨 등의 변형이 발생될 수 있다. 이에 본 실시예에서는 제2 방사체(120)를 제2 기판(160) 상에 형성함으로써 변형을 방지할 수 있다. 즉 제2 기판(160)은 제2 방사체(120)를 지지하기 위한 지지 기판으로 볼 수 있다. 또한 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성되면, 결합 수단(141, 142)에 의해 안정적이고 용이하게 제1 방사체(110)와 결합할 수 있다. 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성되는 경우, 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)를 결합하는 결합 수단(141)에 의해 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)는 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제1 방사체(110)의 상단에 배치되는 제2 방사체(120)에서 제1 방사체(110)의 상단 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부(123)가 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제2 방사체(120)에는 제1 방사체(110)의 상단의 원형에 대응하는 영역 중에서 제2 플레이트(122) 방향으로 원호 형상의 개구부(123)가 형성되어 있다. 제2 방사체(120)의 개구부(123)는 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)를 포함하는 본 실시예의 안테나가 더욱 광대역에서의 임피던스 정합이 이루어지도록 하기 위해 형성된다. 여기서는 일 예로 제2 방사체(120)에 형성되는 개구부(123)가 제1 방사체(110)의 상단에 대응하는 일부 영역에 형성되는 것으로 도시하였으나, 개구부(123)는 제1 방사체(110)의 상단에 대응하는 전체 영역에 형성될 수도 있다. 즉 개구부(123)는 제1 방사체(110)의 상단과 동일한 원형으로 형성될 수 있다. 또한 개구부(123)가 제1 방사체(110)의 상단에 대응하는 일부 영역에 형성되는 경우, 개구부(123)가 형성되는 위치와 크기 및 형상 또한 다양하게 조절될 수 있다.
만일 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성된 경우, 제2 기판(160)에도 제2 방사체(120)의 개구부(123)에 대응하는 크기 및 형상으로 개구부가 형성될 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 안테나는 제2 방사체(120)와 접지 전원을 전기적으로 연결하는 도전성 폴(130)을 더 포함할 수 있다. 도전성 폴(130)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 원뿔 형상의 제1 방사체(110)의 중심과 평행하게 제2 방사체(120)의 제2 플레이트(122)에서 제1 방사체(110)와 이격되어 배치될 수 있다. 여기서 도전성 폴(130)과 제1 방사체(110)와의 이격 거리는 안테나가 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 즉 제2 방사체(120)의 제2 플레이트(122)에서 도전성 폴(130)이 결합되는 위치는 가변될 수 있다.
한편 도전성 폴(130)은 일단이 제2 방사체(120)와 직접 결합될 수 있으나, 볼트 등의 결합 수단(143)을 이용하여 제2 방사체(120)와 결합될 수도 있다. 만일 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성된 경우, 결합 수단(143)은 제2 방사체(120)와 도전성 폴(130)을 전기적으로 연결하는 수단으로도 이용된다.
한편 도전성 폴(130)의 타단은 접지 전원에 연결된다. 제1 기판(150)의 타면에 접지면(170)이 형성된 경우, 도전성 폴(130)은 제1 기판(150)을 관통하여 접지면(170)과 직접 연결될 수도 있으나, 제2 방사체(120)와 마찬가지로 결합 수단(143)을 이용하여 접지 전원에 연결될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 4에서 (a)는 본 실시예에 따른 안테나에서 제1 방사체(110)만 배치된 경우를 나타내고, (b)는 제1 및 제2 방사체(110, 120)가 배치된 경우를 나타내며, (c)는 제1 및 제2 방사체(110, 120)와 함께 도전성 폴(130)이 배치된 경우를 나타낸다. 그리고 (d)는 (a) 내지 (c) 각각에 따른 반사손실 특성을 나타낸다.
(d)를 참조하면, (a)와 같이 제1 방사체(110)만을 포함하는 경우, 즉 코니컬 안테나만으로 구성되는 경우, 2.2 ~ 4.7 GHz 대역에서 반사손실이 -6dB이하로 나타난다. 그러나 (b)와 같이 제2 방사체(110)가 추가되면, 반사손실이 -6dB 이하인 대역이 1.5 ~ 4.7GHz로 크게 확장됨을 알 수 있다. 즉 제2 방사체(110)가 추가됨에 따라 안테나가 더욱 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있게 된다. 또한 (c)와 같이 도전성 폴(130)이 더 포함되면, 1.5 ~ 4.6GHz 대역에서 반사손실이 -6dB 이하로, 제1 및 제2 방사체(110, 120)를 포함하는 경우와 거의 동일하지만, 0.66 ~ 0.8 GHz의 저주파수 대역에서 추가적으로 반사손실이 -6dB 이하로 나타남을 알 수 있다. 즉 제1 및 제2 방사체(110, 120) 및 도전성 폴(130)을 포함하는 본 실시예에 따른 안테나는 다중 광대역 특성을 갖는다.
본 실시예에 따른 안테나의 다중 광대역 특성에 따른 동작 주파수 대역은 제1 방사체(110)의 크기와 제2 방사체(120)의 크기 및 패턴에 따라 가변될 수 있다.
결과적으로 본 실시예에 따른 안테나는 원뿔형 구조를 갖고 일단의 첨부로 급전 신호를 인가받는 제1 방사체(110)와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 타단에 결합되는 제2 방사체(120)를 포함하여 광대역에서 신호를 송수신할 수 있으며, 제2 방사체(120)와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴(130)을 더 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나를 나타낸다. 도 5은 본 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 사시도를 나타내고, 도 6은 상면도를 나타내며, 도 7을 측면도를 나타낸다.
본 실시예에 따른 MIMO 안테나는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120) 및 도전성 폴(130)을 포함하는 다중 관대역 안테나를 다수로 구비하여 구성된다. 여기서 다수의 다중 광대역 안테나는 동일한 안테나가 이용될 수도 있으나, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 다른 형태의 안테나가 이용될 수도 있다. 이에 도 5 내지 도 7에서는 일예로 MIMO 안테나가 서로 다른 형태의 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)를 포함하는 것으로 도시하였다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 MIMO 안테나는 기판(230) 상에 배치되는 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)를 포함하고, 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220) 각각은 상기한 바와 같이, 원뿔형 구조를 갖고 일단의 첨부로 급전 신호를 인가받는 제1 방사체(110)와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 타단에 결합되는 제2 방사체(120)를 포함하여 광대역에서 신호를 송수신할 수 있으며, 제2 방사체(120)와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴(130)을 포함한다.
그러나 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(210)는 제2 안테나(220)에 비해, 제1 방사체(110)의 크기가 더 크다. 따라서 제2 안테나(220)보다 높이가 더 높게 구현된다. 이에 따라 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)에서 제1 방사체(110)의 상단에 배치되는 제2 방사체(120)와 접지면(170)을 연결하는 도전성 폴(130)의 길이가 서로 상이하다. 또한 제1 안테나(210)에서 평판 형상의 제2 방사체(120)의 면적이 제2 안테나(220)의 제2 방사체(120)에 비해 매우 크게 형성되며, 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)의 제2 방사체(120)의 패턴 또한 서로 상이하게 구현되었다.
또한 제2 안테나(220)에서는 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 개별적으로 구현되어 결합되는 것으로 도시하였으나, 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122) 또한 제1 안테나(210)에서는 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)와 마찬가지로 일체로 형성될 수 있다.
또한 제1 안테나(210)의 제2 방사체(120)에는 제1 방사체(110)의 상단면에 대응하는 영역 전체가 개방되도록 개구부(123)가 형성된 데 반해, 제2 안테나(220)의 제2 방사체(120)에는 제1 방사체(110)의 상단면에 대응하는 영역 중 일부가 개방되도록 개구부(123)가 형성되었다. 즉 제1 및 제2 안테나(210, 220)의 제2 방사체(120)에 형성되는 개구부(123)의 형상 또한 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역에 따라 서로 상이하게 형성될 수 있다.
이렇게 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 서로 다른 형태로 구현되는 경우, MIMO 안테나는 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 서로 다른 주파수 대역의 신호를 상호 보완적으로 송수신할 수 있도록 하여 초 광대역의 신호를 송수신 할 수 있도록 한다.
특히 본 실시예에 따른 MIMO 안테나에서 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)는 도전성 폴(130)이 서로 대향하는 방향으로 배치된다. 즉 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)에서 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)로부터 제2 플레이트(122)가 확장되는 방향이 서로 대향하도록 배치된다.
일 예로 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 기판(230) 상에서 기판의 서로 대각선 방향에 배치되는 경우, 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)는 도전성 폴(130)이 기판(230)의 중심을 향하도록 배치되거나, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 가로 또는 세로 축 방향에서 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 그러나 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)는 기판(230)의 양측에서 도전성 폴(130)이 서로 대향하도록 배치될 수도 있다.
만일 MIMO 안테나에서 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 각각 2개씩 구비되는 경우, 2개의 제1 안테나(210)와 2개의 제2 안테나(220) 각각이 기판(230)의 대각선 방향에서 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 일예로 기판(230)을 4분할하여 2개의 제1 안테나(210)는 기판(230)의 2사분면과 4사분면에 배치되고, 2개의 제2 안테나(220)는 기판(230)의 1사분면과 3사분면에 배치될 수 있다. 그리고 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 각각 2개씩 구비되는 경우에도 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)의 도전성 폴(130)이 가로 또는 세로 축 방향에서 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 8에서 (a)는 제1 안테나(210)에서 제2 방사체(120)와 도전성 폴(130)의 구비 여부에 따른 반사손실 특성을 나타내고, (b)는 제2 안테나(220)에서 제2 방사체(120)와 도전성 폴(130)의 구비 여부에 따른 반사손실 특성을 나타낸다.
도 8의 (a)를 살펴보면, 제1 안테나(210)는 699~800 MHz의 저주파수 대역(LB)과 1600 ~ 2700 MHz의 중간 주파수 대역(MB) 및 3200 ~ 5000 MHz의 고주파수 대역(HB)에서 동작할 수 있다. 한편 (b)를 살펴보면, 제2 안테나(220)는 1448 ~ 2700 MHz의 중간 주파수 대역(MB) 및 3200 ~ 5000 MHz의 고주파수 대역(HB)에서 동작할 수 있다. 즉 제1 안테나(210)에 의해 MIMO 안테나는 저주파수 대역(LB)에서도 동작할 수 있으며, 제2 안테나(220)에 의해 동작할 수 있는 중간 주파수 대역(MB)이 확장될 수 있다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 방사 패턴을 나타낸다.
도 9 참조하면, 본 실시예의 다중 광대역 안테나를 이용하는 MIMO 안테나는 제1 및 제2 안테나(210, 220)가 배치되는 기판(230)의 수직 방향 상반구에 방사 패턴이 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나는 도 1 내지 도 3에 도시된 다중 광대역 안테나와 유사하게 원뿔 형상의 제1 방사체(310)와 제1 방사체(310)의 상부에 배치되는 제2 방사체(320)를 포함한다.
다만 도 10 및 도 11에 도시된 다중 광대역 안테나에서 제2 방사체(320)는 도 1 내지 도 3에 도시된 다중 광대역 안테나의 제2 방사체(120)과 달리 제1 방사체(310)의 상부에 전기적으로 연결되지 않고 이격되어 배치된다. 제2 방사체(320)는 도전성 폴(330)의 일단에 결합되어 도전성 폴(330)에 의해 지지됨으로써, 제1 방사체(310)와 직접적으로 접촉되지 않고 제1 방사체(310)의 상부에 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 도전성 폴(330)의 타단은 접지 전원에 연결된다. 즉 도전성 폴(330)은 제2 방사체(320)와 접지 전원을 전기적으로 연결하는 동시에 제2 방사체(320)를 지지하는 지지대로서의 기능을 수행한다. 도전성 폴(330)과 제2 방사체(320)는 볼트와 같은 결합 수단(343)을 이용하여 결합될 수 있으나, 직접 결합될 수도 있다.
한편 도 1 내지 도 3의 제2 방사체(120)는 제1 방사체(110)와의 결합을 위한 제1 플레이트(121)와 제1 플레이트(121)와 함께 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위한 패턴이 형성되는 제2 플레이트(122)를 포함하는 반면, 도 10 및 도 11에 도시된 제2 방사체(320)는 제1 방사체(310)와 결합되지 않으므로, 하나의 플레이트로 구성될 수 있다. 도 10 및 도 11에서는 제2 방사체(320)가 반원형 패턴으로 형성되는 것으로 도시하였으나, 제2 방사체(320)는 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 다만 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되도록 형성된다. 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되도록 형성되는 제2 방사체(320)는 제1 방사체(310)와 커플링되어, 광대역에서 임피던스 정합이 이루어 지도록 한다.
이때, 제2 방사체(320)는 제1 방사체(310)의 상부 원형에서 절반 이하로 중첩되는 패턴으로 형성된다. 또한 제2 방사체(320)의 플레이트에는 안테나가 더욱 광대역에서의 임피던스 정합이 이루어지도록 하기 위한 개구부(323)이 형성될 수 있다. 이때 개구부(323)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 원형의 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되는 패턴으로 형성될 수 있다.
이외의 나머지 구성은 도 1 내지 도 3과 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 12에서 (a)는 제2 방사체(320)가 제1 방사체(310)와 중첩되지 않도록 배치된 경우를 나타내고, (b)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 방사체(320)가 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되도록 배치된 경우를 나타낸다. 도 12를 살펴보면, (a)에 비해 (b)가 1.116 ~ 1.77 GHz의 저주파 대역에서 임피던스 정합 범위가 크게 확대된 것을 알 수 있다. 즉 광대역 임피던스 정합 특성을 갖게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110, 310: 제1 방사체 112: 급전 선로
113: 체결부 120, 320: 제2 방사체
121: 제1 플레이트 122: 제2 플레이트
123, 323: 개구부 130, 330: 도전성 폴
141 ~ 144, 343: 결합 수단 150: 제1 기판
160: 제2 기판 170: 접지면
171: 개방 패턴 210: 제1 안테나
220: 제2 안테나 230: 기판

Claims (22)

  1. 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체;
    미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 포함하되,
    상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부가 더 형성되는 안테나.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성되는 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성되는 제2 플레이트를 포함하는 안테나.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는
    단일 도전체에 의해 일체로 구현되는 안테나.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는
    각각 적어도 하나의 도전체를 포함하여 형성되어 서로 결합되는 안테나.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 제2 플레이트는
    상기 제1 방사체 및 상기 제1 플레이트와 함께 상기 안테나에 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하도록 지정된 패턴으로 형성되는 안테나.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    지지 기판 상에 구현되어 상기 제1 방사체의 상단에 배치되고,
    상기 제1 방사체와 상기 지지 기판 상에 구현된 상기 제2 방사체를 결합하기 위한 결합 수단에 의해 전기적으로 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 안테나.
  8. 제2 항에 있어서, 상기 안테나는
    일단이 상기 제2 방사체에서 제2 플레이트의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되는 도전성 폴을 더 포함하는 안테나.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 도전성 폴은
    상기 제1 방사체가 배치되는 기판의 일면 또는 타면에 형성된 접지면과 전기적으로 연결되는 안테나.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 안테나는
    상기 기판에서 상기 접지면의 타면에 형성되고, 일단이 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되어 상기 제1 방사체로 급전 신호를 전달하는 급전 선로; 및
    상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되지 않도록 이격된 개방 패턴이 형성된 상기 접지면의 개방 패턴에서 상기 급전 선로와 적어도 일부 영역이 중첩되도록 연장되는 패턴을 갖는 분기 선로를 더 포함하는 안테나.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 분기 선로는
    연장되는 패턴에서 상기 급전 선로와 중첩되지 않는 적어도 일측 방향으로 적어도 하나의 스터브가 더 형성되는 안테나.
  12. 기판; 및
    각각 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 구비하여 상기 기판 상의 기지정된 위치에 배치되는 다수의 안테나를 포함하되,
    상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부가 더 형성되는 MIMO 안테나.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성되는 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성되는 제2 플레이트를 포함하는 MIMO 안테나.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 다수의 안테나는
    상기 기판 상에 양측 또는 대각선 위치에 배치되고, 상기 제2 플레이트가 연장되는 방향이 서로 대향하도록 배치되는 MIMO 안테나.
  15. 삭제
  16. 제13 항에 있어서, 상기 안테나는
    일단이 상기 제2 방사체에서 제2 플레이트의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되는 도전성 폴을 더 포함하는 MIMO 안테나.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 도전성 폴은
    상기 제1 방사체가 배치되는 기판의 일면 또는 타면에 형성된 접지면과 전기적으로 연결되는 MIMO 안테나.
  18. 제12 항에 있어서, 상기 다수의 안테나는
    상기 제1 방사체의 크기와 상기 제2 방사체의 크기 및 패턴이 서로 상이하게 형성되는 MIMO 안테나.
  19. 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체; 및
    미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상부의 일부 영역에 중첩되며, 상기 제1 방사체와 이격되어 배치되는 제2 방사체를 포함하되,
    상기 제2 방사체는
    적어도 일부가 상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역과 중첩되는 패턴으로 개방된 개구부가 더 형성되는 안테나.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체의 상부의 형상의 절반 이하의 영역에 중첩되는 패턴으로 형성되는 안테나.
  21. 삭제
  22. 제19 항에 있어서, 상기 안테나는
    일단이 상기 제2 방사체의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되어 상기 제2 방사체가 상기 제1 방사체로부터 이격되도록 지지하는 도전성 폴을 더 포함하는 안테나.
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