KR102265620B1

KR102265620B1 - 효율가변 안테나

Info

Publication number: KR102265620B1
Application number: KR1020150057864A
Authority: KR
Inventors: 박영훈
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2021-06-17
Also published as: US20160315596A1; US9954509B2; KR20160126600A

Abstract

효율가변 안테나가 개시된다. 본 발명의 일실시예의 안테나는, 급전부; 제1접지부; 제2접지부; 상기 급전부와 상기 제1접지부를 온 또는 오프하는 제1스위칭 소자; 및 상기 급전부와 상기 제2접지부를 온 또는 오프하는 제2스위칭 소자를 포함할 수 있다.

Description

효율가변 안테나{EFFICIENCY VARIABLE ANTENNA}

본 발명은 효율가변 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 안테나와 회로간 격리도(isolation)는, 활용 어플리케이션 (application)에 따라 -6 내지 -15dB까지 확보될 것이 요구된다. 특히 와이파이(Wi-Fi)와 블루투스(Bluetooth)를 동시에 처리하는 모듈의 등장으로 인해, 현재에는 와이파이 안테나와 블루투스 안테나간 -25dB까지의 격리도가 요구되며, 머지않아 -30dB 이하의 격리도가 요구될 것으로 예상되고 있다.

그러나, 수동적으로 격리도가 확보된다고 하여도, 기기(예를 들어, DTV, 블루레이(blue-ray) 디바이스) 등에 안테나를 장착하는 경우, 주변의 다양하고 복잡한 반사체에 의해 격리도 확보는 더욱 어려워지고 있으며, 이러한 문제를 해결하고자 다양한 기법이 연구되고 있다.

안테나의 효율을 측정하기 위해서는, 주로 공존특성(co-ex)을 측정하게 되는데, 종래의 안테나와 이를 트리밍하는 방법은, 이러한 공존특성 성능을 측정하고 이를 개선하는데 많은 시간이 소요되므로, 이를 줄일 필요가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 능동적으로 안테나 효율과 방사패턴을 최적화하여 전송속도를 향상할 수 있는, 효율가변 안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나는, 급전부; 상기 급전부로부터 인가되는 전류의 임피던스 매칭을 위한, 적어도 셋의 인덕터를 포함하는 매칭소자; 상기 매칭소자 중 제1 및 제2 인덕터에 연결되는 제1 및 제2접지부; 상기 제1인덕터를 회로와 연결 또는 분리하는 제1스위칭 소자; 및 상기 제2인덕터를 회로와 연결 또는 분리하는 제2스위칭 소자를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나는, 상기 제1 및 제2스위칭 소자에 각각 전원을 공급하는 제1 및 제2초크 인덕터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나는, 급전부; 제1접지부; 제2접지부; 상기 급전부와 상기 제1접지부를 온 또는 오프하는 제1스위칭 소자; 및 상기 급전부와 상기 제2접지부를 온 또는 오프하는 제2스위칭 소자를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나는, 상기 제1접지부와 상기 제1스위칭 소자 사이에 배치되고, 임피던스 매칭을 수행하는 제1인덕터; 상기 제2접지부와 상기 제2스위칭 소자 사이에 배치되고, 임피던스 매칭을 수행하는 제2인덕터; 및 상기 급전부로부터 직접 전원을 인가받는 제3인덕터를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 디바이스에 장착하는 경우 능동적으로 안테나 효율과 방사패턴을 최적화함으로써 전송속도를 향상시킬 수 있으며, 디바이스에 장착되어 별도의 트리밍 없이 최적화할 수 있다.

도 1은 종래 공존특성의 측정과 개선과 관련한 프로세스를 설명하는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 의해 트리밍되는 안테나를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나가 인쇄회로기판(PCB)에 인쇄된 예를 나타낸 것이다
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나의 동작원리를 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 공존특성의 측정과 개선에 대해 설명하고, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 종래 공존특성의 측정과 개선과 관련한 프로세스를 설명하는 흐름도이고, 도 2는 도 1에 의해 트리밍되는 안테나를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 공존특성 측정과 개선을 위하여, 레퍼런스 샘플 안테나의 공존특성을 측정하고 개선 샘플의 공존특성을 측정하는 방식으로서, 레퍼런스 샘플 대비 개선 샘플의 결과가 낮을 경우, 안테나 트리밍을 통해 개선하는 예를 나타낸 것이다.

도 2는, 도 1의 트리밍 과정에 사용되는 안테나로서, 안테나 급전부(100)와, 안테나 매칭소자(210~240) 및 2단의 접지(GND)로 구성되어 있다.

이와 같이, 종래의 프로세스에서는, 종료까지 반복적인 안테나 트리밍을 통해 공존특성을 개선하며, 이때 셋트 장착 및 제거의 과정을 통해 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 도 1의 과정을 통해 우수한 샘플이 확보되어도 펌웨어가 변경되면 모든 프로세스가 반복하게 되며, 안테나 트리밍은 그 개수에 따라 상당한 시간이 소요되므로, 개발기간 또한 증가되는 원인이 되었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디바이스에 장착하는 경우 능동적으로 안테나 효율과 방사패턴을 최적화함으로써 전송속도를 향상시킬 수 있으며, 디바이스에 장착되어 별도의 트리밍 없이 최적화할 수 있다.

또한, 단독으로의 우수한 성능을 가질 뿐 아니라, 디바이스에 실장되었을 때 안테나 효율을 가변함으로써 공존특성을 최적화하여, 스루풋(throughput) 성능을 개선할 수 있다.

또한, 별도의 트리밍 작업을 거치지 않고 디바이스에 장착하는 경우 효율 및 방사패턴의 가변으로 가장 우수한 성능의 효율 및 방사패턴을 탐색할 수 있어, 개발기간을 단축할 수 있을 뿐 아니라, 다양한 디바이스에서 우수한 성능을 구현하도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나(1)는, 도 2와 같은 종래의 안테나에 능동 회로를 추가한 것임을 알 수 있다. 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나(1)는, 급전부(10), 안테나 매칭소자(21~25), 제1 및 제2 접지부(GND1, GND2), 제1 및 제2DC 차단 커패시터(31, 32), 제1 및 제2RF 초크(choke) 인덕터(41, 42) 및 제1 및 제2 스위칭 소자(51, 52)를 포함할 수 있다.

급전부(10)로 유기되는 전기적 신호는 본 발명의 안테나(1)에 의해 무선에너지로 방사될 수 있다.

매칭소자(21~25)는, 안테나(1)의 공진주파수를 결정하는 것으로서, 제1 및 제2접지부(GND1, GND2)에 연결된 제 및 제2스위칭 소자(51, 52)가 각각 온 또는 오프되어 안테나(1)의 접지가 변화하게 되어, 방사패턴과 효율을 가변할 수 있는 것이다.

즉, 안테나의 급전부(10)가 안테나(1)의 '+pole'을 구성하고, 접지가 '-pole'을 구성하게 되는데, 접지의 변화에 따라 안테나(1)의 전체적인 효율이 변경될 수 있다.

이때, 제1 및 제2스위칭 소자(51, 52)는 예를 들어 다이오드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 스위칭을 수행하는 다양한 RF 소자가 사용될 수 있음은 자명한 사항이다.

제1 및 제2스위칭 소자(51, 52)의 전원은 제1 및 제2RF 초크 인덕터(41, 42)로부터 공급될 수 있고, 제1 및 제2RF 초크 인덕터(41, 42)의 인덕턴스는 전기적으로 매칭소자(21~25)에 의해 결정되는 공진주파수를 차단하는 값을 사용할 수 있다. 즉, 인덕터는 그 크기에 따라 고유의 Q값을 가지게 되는 것으로서, 본 발명의 일실시예에서는, 그 특성을 활용하여 공진주파수를 차단하도록 구성될 수 있다.

또한, 제1 및 제2DC 차단 커패시터(31, 32)는, 방사체로 유기되는 전원을 각각 차단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나가 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)에 인쇄된 예를 나타낸 것이다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 다른 형태로 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나가 구현되는 것을 배제하는 것은 아니다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나의 동작원리를 설명하기 위한 일예시도로서, 도 4에서 제1 및 제2스위칭 소자(51, 52)의 온 또는 오프에 따라 각각 가변되는 안테나(1)를 나타낸 것이다.

즉, 도 5a는 제1스위칭 소자(51)는 온이고, 제2스위칭 소자(52)는 오프인 경우이고, 도 5b는 제1스위칭 소자(51)는 오프이고, 제2스위칭 소자(52)는 온인 경우이다. 또한, 도 5c는 제1 및 제2스위칭 소자(51, 52)가 모두 온인 경우를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 도 5a와 같이 제1스위칭 소자(51)는 온이고, 제2스위칭 소자(52)는 오프인 경우, 제1접지부(GND1)만을 사용하게 되어 안테나(1)의 방사패턴과 효율의 가변이 가능하다.

또한, 도 5b와 같이 제1스위칭 소자(51)는 오프이고, 제2스위칭 소자(52)는 온인 경우, 제2접지부(GND2)만을 사용하게 되어 안테나(1)의 방사패턴과 효율의 가변이 가능하다.

또, 도 5c와 같이 제1 및 제2스위칭 소자(51, 52)가 모두 온인 경우 제1 및 제2접지부(GND1, GND2)를 모두 사용하게 됨으로써, 안테나(1)의 방사패턴과 효율의 가변이 가능하다.

이때, 각 경우 안테나(1)의 효율은 접지부(GND1, GND2)의 구조에 따라 임피던스 매칭될 수 있지만, 접지부(GND1, GND2)의 상황에 따라 안테나(1)의 효율의 차이가 발생할 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 안테나의 효율이 증가되고 격리도의 최적화로 공존특성(CO-EX) 성능을 극대화할 수 있으며, 펌웨어에 따른 안테나의 트리밍을 생략할 수 있으므로, 다양한 디바이스에 적용할 수 있을 것이다.

또한, 스위칭 소자를 활용하여 안테나의 전류방향을 가변함으로써 격리도를 확보할 수 있으며, 최적화할 수 있다.

다음 표 1 및 표 2는, 도 2의 안테나의 효율 및 공존특성(co-ex)(표 1)과 격리도(표 2)를 나타내는 것이다. 이때 격리도의 단위는 [dB]이다.

밴드	2.4㎓	5㎓
ANT0	33%	58%
ANT1	58%	56%
BT	18%
co-ex	34

밴드	2.4㎓	2.5㎓
ANT0-ANT1	-23	-23
ANT0-BT	-27	-28
ANT1-BT	-27	-28

또한, 아래의 표 3 및 표 4는 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나의 효율 및 공존특성(co-ex))(표 3)과 격리도(표 4)를 나타내는 것이다. 이때 격리도의 단위는 [dB]이다.

	D1 온	D2 온	D1 온	D2 오프	D1 오프	D2 온
밴드	2.4㎓	5㎓	2.4㎓	5㎓	2.4㎓	5㎓
ANT0	33%	58%	33%	58%	33%	58%
ANT1	58%	56%	58%	56%	58%	56%
BT	18%		40%		25%
co-ex	34		47		42

	D1 온	D2 온	D1 온	D2 오프	D1 오프	D2 온
밴드	2.4㎓	2.5㎓	2.4㎓	2.5㎓	2.4㎓	2.5㎓
ANT0-ANT1	-23		-23		-23
ANT0-BT	-27	-28	-26	-28	-27	-29
ANT1-BT	-27	-28	-29	-32	-32	-41

위에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나에 의하면, 효율, 공존특성 및 격리도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 효율가변 안테나는, 도 1과 같은 트리밍 과정을 거칠 필요 없이, 스위칭 소자의 온 또는 오프에 따라 접지를 변화시켜, 효율이 증가되고 격리도의 최적화로 공존특성(CO-EX) 성능을 극대화할 수 있다.

또한, 설치되는 디바이스의 변화에 따라 트리밍이 요구되지 않으므로, 다양한 디바이스에 자유로이 사용될 수 있다.

따라서, BT 동작 또는 비동작시 각각 와이파이 안테나의 성능을 최적화할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

21~25: 매칭소자 31, 32: DC 차단 커패시터
41, 42: RF 초크 인덕터 51, 52: 스위칭 소자

Claims

급전부;
상기 급전부로부터 인가되는 전류의 임피던스 매칭을 위한, 적어도 셋의 인덕터를 포함하는 매칭소자;
상기 매칭소자 중 제1 및 제2 인덕터에 연결되는 제1 및 제2접지부;
상기 제1인덕터를 회로와 연결 또는 분리하는 제1스위칭 소자; 및
상기 제2인덕터를 회로와 연결 또는 분리하는 제2스위칭 소자를 포함하고,
상기 제1 및 제2스위칭 소자에 각각 전원을 공급하는 제1 및 제2초크 인덕터를 포함하고,
상기 제1 및 제2 초크 인덕터의 인덕턴스는 전기적으로 상기 매칭소자에 의해 결정되는 공진주파수를 차단하는 값을 갖는 효율가변 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2스위칭 소자와 각각 연결되어 방사체로 유기되는 전원을 차단하는 제1 및 제2 DC 차단 커패시터를 포함하는 효율가변 안테나.
급전부;
제1접지부;
제2접지부;
상기 급전부와 상기 제1접지부를 온 또는 오프하는 제1스위칭 소자; 및
상기 급전부와 상기 제2접지부를 온 또는 오프하는 제2스위칭 소자를 포함하고,
상기 제1 및 제2스위칭 소자에 각각 전원을 공급하는 제1 및 제2초크 인덕터를 포함하고,
상기 제1 및 제2 초크 인덕터의 인덕턴스는 전기적으로 매칭소자에 의해 결정되는 공진주파수를 차단하는 값을 갖는 효율가변 안테나.
제3항에 있어서,
상기 제1 및 제2스위칭 소자와 각각 연결되어 방사체로 유기되는 전원을 차단하는 제1 및 제2 DC 차단 커패시터를 포함하는 효율가변 안테나.
제3항에 있어서,
상기 제1접지부와 상기 제1스위칭 소자 사이에 배치되고, 임피던스 매칭을 수행하는 제1인덕터;
상기 제2접지부와 상기 제2스위칭 소자 사이에 배치되고, 임피던스 매칭을 수행하는 제2인덕터; 및
상기 급전부로부터 직접 전원을 인가받는 제3인덕터를 포함하는 효율가변 안테나.