KR102471328B1 - Antenna for wireless communication in metallic environment and wireless communication system using the same - Google Patents

Antenna for wireless communication in metallic environment and wireless communication system using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102471328B1
KR102471328B1 KR1020210071270A KR20210071270A KR102471328B1 KR 102471328 B1 KR102471328 B1 KR 102471328B1 KR 1020210071270 A KR1020210071270 A KR 1020210071270A KR 20210071270 A KR20210071270 A KR 20210071270A KR 102471328 B1 KR102471328 B1 KR 102471328B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
length
ground plane
radiating section
radiating
Prior art date
Application number
KR1020210071270A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정진호
강봉모
박철균
강창수
김동탁
김범수
Original Assignee
서강대학교산학협력단
주식회사 지엔테크놀로지스
주식회사 지엔오션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서강대학교산학협력단, 주식회사 지엔테크놀로지스, 주식회사 지엔오션 filed Critical 서강대학교산학협력단
Priority to KR1020210071270A priority Critical patent/KR102471328B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102471328B1 publication Critical patent/KR102471328B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching

Abstract

An antenna and a wireless communication system using the same are provided. The antenna for wireless communication in a metal environment comprises: a coaxial line including an outer line and an inner line and supplying power to the antenna; a ground plane attached to a support body and having a hole through which the inner line of the coaxial line passes at a first point; and a radiating plate including a first radiating section, a second radiating section, and a third radiating section, wherein (i) the first radiating section is arranged over a length from the top of the ground plane to a first vertical position, which is a length shorter than the length from the top of the ground plane to the inner line of the coaxial line, and is arranged spaced apart from the ground plane by a first horizontal distance, (ii) the third radiating section is arranged over a length from the top of the ground plane to a second vertical position, which is a length shorter than the length from the top of the ground plane to the support body, and is arranged spaced apart from the ground plane by a second horizontal distance, the second horizontal distance being greater than the first horizontal distance, and (iii) the second radiating section connects the first radiating section and the third radiating section so that the first radiating section, the second radiating section, and the third radiating section are arranged in series. The inner line of the coaxial line is brought in through the hole of the ground plane and is in contact with a second point of the radiating plane corresponding to the first point of the ground plane. Accordingly, the present invention can provide an antenna capable of smooth wireless communication in a metal environment.

Description

금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나 및 이를 이용한 무선 통신 시스템{ANTENNA FOR WIRELESS COMMUNICATION IN METALLIC ENVIRONMENT AND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING THE SAME}Antenna for wireless communication in a metallic environment and wireless communication system using the same

본 발명은 무선 통신을 하기 위한 안테나 및 이를 이용한 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나 및 이를 이용한 무선 통신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna for wireless communication and a wireless communication system using the same, and more particularly, to an antenna for wireless communication in a metal environment and a wireless communication system using the same.

금속은 전자기파를 투과하지 못하기 때문에 금속으로 둘러싸인 곳은 무선 통신이 어려운 문제가 있다. 예를 들어 선박은 건조 중 또는 건조 이후에 수많은 금속 격벽으로 이루어져 있게 되는데 이는 전자기파를 차폐하여 무선통신을 방해하게 된다. 이러한 경우 무선 통신을 활용하지 못하게 됨에 따라, 케이블을 이용한 유선 통신이 사용되고 있다. Since metal does not transmit electromagnetic waves, wireless communication is difficult in a place surrounded by metal. For example, a ship is made up of numerous metal bulkheads during or after construction, which blocks electromagnetic waves and hinders wireless communication. In this case, as wireless communication is not utilized, wired communication using a cable is being used.

하지만, 선박 내 케이블을 이용한 유선 통신 시스템은 과중한 무게의 긴 케이블을 필요로 하며, 이에 따라 재료비, 설치비, 인건비 등의 비용이 막대하게 발생하는 문제가 있다. 그리고, 케이블은 열, 직사광선 등의 주변 환경 및 사용자에 의해 손상을 입기 쉬워 잦은 통신 장애가 발생할 수 있으며, 그에 따라 유지 보수 비용이 증가할 수 있다. However, a wired communication system using an in-ship cable requires a heavy and long cable, and accordingly, there is a problem in that costs such as material cost, installation cost, and labor cost are enormous. In addition, since the cable is easily damaged by surrounding environments such as heat and direct sunlight and by users, frequent communication failures may occur, and maintenance costs may increase accordingly.

또한, 선박 건조시에는 작업자 간의 통신이 필요한 경우가 많은데 이 경우에는 케이블을 설치하여 유선 통신을 할 수 없는 문제가 발생하여 작업 효율 및 안전에 심각한 문제가 될 수 있다.In addition, there are many cases in which communication between workers is required during shipbuilding, but in this case, a problem in which wired communication cannot be performed by installing cables may occur, which may be a serious problem in work efficiency and safety.

위와 같은 문제를 극복하기 위해, 금속 환경(금속 벽)에서 무선통신을 하기 위한 안테나로서 다이폴(dipole) 안테나를 사용하는 경우가 있으나, 금속 벽으로 둘러 싸인 경우 송신 전력 또는 전자기파가 크게 감쇄되어 수신부에 전달이 되기 때문에 통신이 어려운 문제가 있다.In order to overcome the above problem, a dipole antenna is sometimes used as an antenna for wireless communication in a metal environment (metal wall), but when surrounded by a metal wall, transmission power or electromagnetic waves are greatly attenuated to the receiver. There is a problem with communication because it is delivered.

따라서, 상기 문제점들을 해결하기 위한 개선 방안이 요구되는 실정이다.Therefore, an improvement plan for solving the above problems is required.

본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.The object of the present invention is to solve all of the above problems.

또한, 본 발명은 금속 환경에서 원활한 무선 통신을 할 수 있는 안테나를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an antenna capable of smooth wireless communication in a metallic environment.

또한, 본 발명은 전자기파가 금속의 표면을 따라 전송되도록 하는 안테나를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an antenna that allows electromagnetic waves to be transmitted along the surface of a metal.

또한, 본 발명은 금속 환경에서 원활한 무선 통신을 할 수 있는 안테나를 소형화, 경량화하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to reduce the size and weight of an antenna capable of smooth wireless communication in a metal environment.

또한, 본 발명은 금속 환경에서 원활한 무선 통신을 할 수 있는 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로서 각각 포함하는 무선 통신 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a wireless communication system including antennas capable of smooth wireless communication in a metal environment as a transmitting antenna and a receiving antenna, respectively.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.In order to achieve the object of the present invention as described above and realize the characteristic effects of the present invention described later, the characteristic configuration of the present invention is as follows.

본 발명의 일 태양에 따르면, 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나에 있어서, 외선과 내선을 포함하며, 상기 안테나에 급전을 하기 위한 동축선; 지지체에 부착되며, 상기 동축선의 상기 내선이 관통할 수 있는 홀이 제1 지점에 형성되는 접지면; 및 제1 방사 섹션, 제2 방사 섹션 및 제3 방사 섹션을 포함하며, (i) 상기 제1 방사 섹션은 상기 접지면의 상부부터 상기 동축선의 상기 내선까지의 길이보다 짧은 길이인 상기 접지면의 상부부터 제1 수직 위치까지의 길이에 걸쳐 배열되되, 상기 접지면과 제1 수평 거리만큼 이격된 상태로 배열되고, (ii) 상기 제3 방사 섹션은 상기 접지면의 상부부터 상기 지지체까지의 길이보다 짧은 길이인 상기 접지면의 상기 상부부터 제2 수직 위치까지의 길이에 걸쳐 배열되되, 상기 접지면과 제2 수평 거리 - 상기 제2 수평 거리는 상기 제1 수평 거리보다 큼 - 만큼 이격된 상태로 배열되며, (iii) 상기 제2 방사 섹션은, 상기 제1 방사 섹션 및 상기 제3 방사 섹션을 연결함으로써 상기 제1 방사 섹션, 상기 제2 방사 섹션 및 상기 제3 방사 섹션이 연속으로 배열되도록 한, 방사면;을 포함하되, 상기 동축선의 상기 내선은 상기 접지면의 상기 홀을 통하여 인입된 상태로, 상기 접지면의 상기 제1 지점에 대응되는 상기 방사면의 제2 지점에 접촉되는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.According to one aspect of the present invention, an antenna for wireless communication in a metal environment includes an external wire and an internal wire, and includes a coaxial wire for supplying power to the antenna; a ground plane attached to the support body and having a hole through which the extension line of the coaxial line passes is formed at a first point; and a first radiating section, a second radiating section, and a third radiating section, (i) the first radiating section of the ground plane having a length shorter than a length from an upper portion of the ground plane to the extension line of the coaxial line. (ii) the third radiating section is arranged over a length from the top to a first vertical position, spaced apart from the ground plane by a first horizontal distance, and (ii) the third radiating section extends from the top of the ground plane to the support. Arranged over the length of the shorter length from the top of the ground plane to the second vertical position, spaced apart from the ground plane by a second horizontal distance, wherein the second horizontal distance is greater than the first horizontal distance. (iii) the second radiation section connects the first radiation section and the third radiation section so that the first radiation section, the second radiation section, and the third radiation section are arranged in series. , a radiation surface; wherein the extension line of the coaxial line contacts a second point of the radiation surface corresponding to the first point of the ground plane in a state of being drawn through the hole of the ground plane An antenna is disclosed.

일례로서, 상기 안테나의 공진주파수의 파장 길이에 대응되도록 (i) 상기 제1 방사 섹션의 제1 수직 길이 - 상기 제1 수직 길이는 상기 접지면의 상기 상부부터 상기 제1 수직 위치까지의 길이임 -, (ii) 상기 제3 방사 섹션의 제2 수직 길이 - 상기 제2 수직 길이는 상기 접지면의 상기 상부부터 상기 제2 수직 위치까지의 길이임 - 및 (iii) 상기 제2 방사 섹션의 제3 수평 길이 - 상기 제3 수평 길이는 상기 제1 방사 섹션의 상단과 상기 제3 방사 섹션의 상단 사이의 길이임 - 가 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.As an example, to correspond to the wavelength of the resonant frequency of the antenna (i) a first vertical length of the first radiation section, wherein the first vertical length is a length from the top of the ground plane to the first vertical position. -, (ii) a second vertical length of the third radiating section, the second vertical length being the length from the top of the ground plane to the second vertical position, and (iii) a second vertical length of the second radiating section. An antenna characterized in that three horizontal lengths, wherein the third horizontal length is a length between an upper end of the first radiation section and an upper end of the third radiation section, is determined.

일례로서, 상기 방사면의 상기 제3 방사 섹션의 적어도 하나의 측부에 미엔더(meander) 수평 길이 및 미엔더 수직 길이를 가지는 미엔더 슬롯이 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.As an example, an antenna characterized in that at least one meander slot having a meander horizontal length and a meander vertical length is formed on at least one side of the third radiation section of the radiation surface.

일례로서, 상기 안테나의 공진주파수의 파장 길이에 대응되도록 (i) 상기 제1 방사 섹션의 제1 수직 길이 - 상기 제1 수직 길이는 상기 접지면의 상기 상부부터 상기 제1 수직 위치까지의 길이임 -, (ii) 상기 제3 방사 섹션의 제2 수직 길이 - 상기 제2 수직 길이는 상기 접지면의 상기 상부부터 상기 제2 수직 위치까지의 길이임 - 및 (iii) 상기 제2 방사 섹션의 제3 수평 길이 - 상기 제3 수평 길이는 상기 제1 방사 섹션의 상단과 상기 제3 방사 섹션의 상단 사이의 길이임 - (iv) 상기 미엔더 슬롯의 개수, 상기 미엔더 수평 길이, 상기 미엔더 수직 길이 및 상기 미엔더 슬롯 간의 간격이 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.As an example, to correspond to the wavelength of the resonant frequency of the antenna (i) a first vertical length of the first radiation section, wherein the first vertical length is a length from the top of the ground plane to the first vertical position. -, (ii) a second vertical length of the third radiating section, the second vertical length being the length from the top of the ground plane to the second vertical position, and (iii) a second vertical length of the second radiating section. 3 horizontal length - the third horizontal length is the length between the top of the first radiating section and the top of the third radiating section - (iv) the number of meander slots, the meander horizontal length, the meander vertical An antenna characterized in that a length and an interval between the meander slots are determined.

일례로서, 상기 안테나의 임피던스 매칭이 이루어지도록 상기 제1 지점이 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.As an example, an antenna characterized in that the first point is determined so that impedance matching of the antenna is performed is disclosed.

일례로서, 상기 동축선의 상기 외선은 상기 접지면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.As an example, an antenna characterized in that the outer line of the coaxial line is in contact with the ground plane is disclosed.

일례로서, 상기 지지체는 상부 지지체 및 하부 지지체를 포함하며, 상기 접지면이 부착되는 상기 상부 지지체는 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하고, 상기 하부 지지체는 철(iron)을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.As an example, the support includes an upper support and a lower support, the upper support to which the ground plane is attached includes polyethylene, and the lower support includes iron. is initiated

일례로서, 상기 동축선을 통해 TEM(Transverse ElectroMagnetic) 모드의 전자기파가 입사됨으로써 상기 방사면에 TM(Transverse Magnetic)010 모드가 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나가 개시된다.As an example, an antenna characterized in that a TM (Transverse ElectroMagnetic) 010 mode is formed on the radiating surface by incident electromagnetic waves of a TEM (Transverse ElectroMagnetic) mode through the coaxial line is disclosed.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 제1항에 따른 상기 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로서 각각 포함하는 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 송신 안테나의 상기 방사면의 상기 제3 방사 섹션과 상기 수신 안테나의 상기 방사면의 상기 제3 방사 섹션이 소정의 거리를 가진 채로 서로 대면하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템이 개시된다.According to another aspect of the present invention, in a wireless communication system including the antenna according to claim 1 as a transmission antenna and a reception antenna, respectively, the third radiation section of the radiation surface of the transmission antenna and the transmission antenna of the reception antenna. A wireless communication system is disclosed wherein the third radiating sections of the radiating surface are arranged to face each other with a predetermined distance.

본 발명은 금속 환경에서 원활한 무선 통신을 할 수 있는 안테나를 제공하는 효과가 있다.The present invention has an effect of providing an antenna capable of smooth wireless communication in a metal environment.

또한, 본 발명은 전자기파가 금속의 표면을 따라 전송되도록 하는 안테나를 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing an antenna that allows electromagnetic waves to be transmitted along the surface of a metal.

또한, 본 발명은 금속 환경에서 원활한 무선 통신을 할 수 있는 안테나를 소형화, 경량화하는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of miniaturizing and lightening an antenna capable of smooth wireless communication in a metal environment.

또한, 본 발명은 금속 환경에서 원활한 무선 통신을 할 수 있는 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로서 각각 포함하는 무선 통신 시스템을 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of providing a wireless communication system including antennas capable of smooth wireless communication in a metal environment as a transmitting antenna and a receiving antenna, respectively.

본 발명의 실시예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 "통상의 기술자")에게 있어서는 발명적 작업이 이루어짐 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나의 반사 손실 그래프를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나의 방사패턴을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로서 각각 포함하는 무선 통신 시스템에 의해 무선 통신이 이루어지는 원리를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나의 거리에 따른 삽입 손실 그래프를 개략적으로 도시한 것이다.The accompanying drawings for use in describing the embodiments of the present invention are only some of the embodiments of the present invention, and to those of ordinary skill in the art (hereinafter referred to as "ordinary technicians"), the invention Other drawings can be obtained based on these drawings without redundancy.
1 schematically illustrates an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention;
2a and 2b schematically illustrate an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention;
3A schematically illustrates a return loss graph of an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention;
3b and 3c schematically show a radiation pattern of an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention;
4 schematically illustrates a principle in which wireless communication is performed by a wireless communication system including antennas for wireless communication in a metal environment as a transmitting antenna and a receiving antenna, respectively, according to an embodiment of the present invention;
5 schematically illustrates a graph of insertion loss according to a distance of an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following detailed description of the present invention refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced in order to make the objects, technical solutions and advantages of the present invention clear. These embodiments are described in sufficient detail to enable a person skilled in the art to practice the present invention.

또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, "포함하다"라는 단어 및 그것의 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다.Also, throughout the description and claims of the present invention, the word "comprise" and variations thereof are not intended to exclude other technical features, additions, components or steps. Other objects, advantages and characteristics of the present invention will appear to those skilled in the art, in part from this description and in part from practice of the invention. The examples and drawings below are provided as examples and are not intended to limit the invention.

더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.Moreover, the present invention covers all possible combinations of the embodiments shown herein. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily practice the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나의 측면부를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a side portion of an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나(100)의 전체적인 구조를 먼저 설명하면, 안테나(100)는 동축선, 접지면 및 방사면을 포함하는 것을 확인할 수 있다.Referring first to the overall structure of an antenna 100 for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. 1, the antenna 100 includes a coaxial line, a ground plane, and a radiating plane. You can check.

구체적으로, 안테나(100)에 급전을 하기 위한 동축선(130)은 외선(미도시)과 내선(131)을 포함할 수 있다. Specifically, the coaxial line 130 for supplying power to the antenna 100 may include an outer line (not shown) and an inner line 131 .

또한, 접지면(110)은, 지지체(미도시)에 부착될 수 있으며, 동축선(130)의 내선(131)이 관통할 수 있는 홀이 접지면(110)의 제1 지점에 형성될 수 있다. 또한, 동축선(130)의 내선(131)은 접지면의 홀을 통하여 인입된 상태로, 접지면(110)의 제1 지점에 대응되는 방사면(120)의 제2 지점에 접촉될 수 있으며, 동축선(130)의 외선은 접지면(110)에 접촉될 수 있다. 이때, 동축선의 외선이 접지면(110)에 접촉되는데 있어서, 가령, FR4-Epoxy에 의해 동축선의 외선이 접지면에 고정되도록 접촉될 수 있다. 참고로, 접지면(110)의 제1 지점이 결정되는 구체적인 방법에 대해서는 후술하기로 한다.In addition, the ground plane 110 may be attached to a support (not shown), and a hole through which the extension line 131 of the coaxial line 130 may pass may be formed at a first point of the ground plane 110. have. In addition, the extension line 131 of the coaxial line 130 may come into contact with a second point of the radiation plane 120 corresponding to the first point of the ground plane 110 while being led through the hole of the ground plane, , The outer line of the coaxial line 130 may contact the ground plane 110. At this time, the outer line of the coaxial line is in contact with the ground plane 110, for example, the outer line of the coaxial line can be fixed to the ground plane by FR4-Epoxy. For reference, a specific method for determining the first point of the ground plane 110 will be described later.

또한, 도 1이 도시하듯, 방사면(120)은, 제1 방사 섹션(121), 제2 방사 섹션(122) 및 제3 방사 섹션(123)을 포함하는 꺾인 구조일 수 있다. 참고로, 방사면(120)의 구체적인 구조에 대해서도 후술하기로 한다.Also, as shown in FIG. 1 , the radiation surface 120 may have a bent structure including a first radiation section 121 , a second radiation section 122 and a third radiation section 123 . For reference, a detailed structure of the radiation surface 120 will be described later.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나의 전체적인 구조를 설명하였으며, 아래에서는 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.The overall structure of an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention has been described so far, and will be described in more detail below.

먼저, 동축선의 내선이 관통할 수 있는 홀이 형성되는 제1 지점이 결정되는 방법에 대해 설명하면, 설정되는 공진 주파수에서 안테나(100)의 임피던스 매칭이 이루어지도록 제1 지점이 결정될 수 있다.First, a description will be given of a method for determining a first point where a hole through which an extension of a coaxial line can pass through is formed.

가령, 제1 지점이 접지면의 가장자리로 이동할수록, 접지면에서 바라본 동축선의 임피던스는 증가하는 반면에, 제1 지점이 접지면의 중앙으로 이동할수록, 동축선의 임피던스는 감소하게 된다.For example, as the first point moves to the edge of the ground plane, the impedance of the coaxial line viewed from the ground plane increases, whereas as the first point moves to the center of the ground plane, the impedance of the coaxial line decreases.

이와 같은 원리를 이용하여, (i) 동축선에서 바라본 접지면 및 방사면의 임피던스와 (ii) 동축선의 임피던스가 서로 동일한 지점을 제1 지점으로 결정할 수 있다.Using this principle, (i) the impedance of the ground plane and the radiation plane viewed from the coaxial line and (ii) the impedance of the coaxial line may be determined as the first point.

또한, 접지면 및 방사면은 금속으로 이루어질 수 있다. 이때, 접지면 및 방사면은 동일한 금속으로 이루어지거나 서로 다른 금속으로 이루어질 수 있다. 가령, 상기 금속에는 구리, 금, 은, 알루미늄 등의 금속 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.Also, the ground plane and the radiation plane may be made of metal. In this case, the ground plane and the radiation plane may be made of the same metal or different metals. For example, the metal may include at least one of metals such as copper, gold, silver, and aluminum.

또한, 접지면 및 방사면의 두께는, 서로 동일한 두께를 가지거나 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 가령, 450MHz 공진 주파수를 가지는 안테나에 있어서, 접지면 및 방사면은 0.6mm의 두께를 가지는 구리로 이루어질 수 있다.In addition, the ground plane and the radiation plane may have the same thickness or different thicknesses. For example, in an antenna having a resonance frequency of 450 MHz, the ground plane and the radiation plane may be made of copper having a thickness of 0.6 mm.

다음으로, 방사면의 꺾인 구조에 대해 설명하면 아래와 같다.Next, the bent structure of the radiation surface will be described as follows.

일반적으로, 안테나의 공진 주파수는 안테나의 높이(또는 길이)와 반비례하는 경향을 보인다. 가령, 안테나의 높이가 높아질수록 안테나의 공진 주파수는 감소하며, 안테나의 높이가 낮아질수록 안테나의 공진 주파수는 증가하게 된다.In general, the resonant frequency of an antenna tends to be in inverse proportion to the height (or length) of the antenna. For example, as the height of the antenna increases, the resonant frequency of the antenna decreases, and as the height of the antenna decreases, the resonant frequency of the antenna increases.

그런데, 안테나를 소형화/경량화하고자 안테나의 높이를 낮추기만 할 경우, 해당 안테나의 공진 주파수가, 목적하는 공진 주파수보다 커지는 문제가 발생할 수 있다.However, when the height of the antenna is merely lowered in order to make the antenna smaller/lighter, a problem may occur in that the resonant frequency of the corresponding antenna becomes higher than the target resonant frequency.

이렇듯, 안테나의 높이를 낮춤에 따라 안테나의 공진 주파수가 목적하는 공진 주파수보다 커지는 문제를 해결하고자, 본 발명에 일 실시예에 따라, 안테나의 높이를 낮추되, 꺾인 구조를 방사면에 적용하여 방사면의 전체 길이를 증가시킴으로써, 목적하는 공진 주파수로부터 소정 주파수 범위 내에 공진 주파수가 존재하도록 설계할 수 있다.In this way, in order to solve the problem that the resonant frequency of the antenna becomes larger than the desired resonant frequency as the height of the antenna is lowered, according to an embodiment of the present invention, the height of the antenna is lowered, but a bent structure is applied to the radiating surface to obtain a By increasing the total length of the slope, it is possible to design the resonance frequency to exist within a predetermined frequency range from the target resonance frequency.

가령, 패치 안테나에 꺾인 구조를 적용하여 방사면의 전체 길이를 증가시킴으로써, 목적하는 공진 주파수로부터 소정 주파수 범위 내에 공진 주파수가 존재하도록 설계할 수 있다.For example, by applying a bent structure to the patch antenna to increase the total length of the radiating surface, the resonance frequency can be designed to exist within a predetermined frequency range from the target resonance frequency.

구체적으로, 도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(100)의 방사면(120)의 구조는 제1 방사 섹션(121), 제2 방사 섹션(122) 및 제3 방사 섹션(123)을 포함하는 꺾인 구조일 수 있다.Specifically, referring to FIG. 1 again, the structure of the radiation surface 120 of the antenna 100 according to an embodiment of the present invention includes a first radiation section 121, a second radiation section 122 and a third radiation section 121. It may be a bent structure including section 123 .

이때, (i) 제1 방사 섹션(121)은 접지면(110)의 상부부터 동축선의 내선(131)까지의 길이보다 짧은 길이인 접지면의 상부부터 제1 수직 위치까지의 길이(L1)에 걸쳐 배열되되, 접지면(110)과 제1 수평 거리(K1)만큼 이격된 상태로 배열되고, (ii) 제3 방사 섹션(123)은 접지면(110)의 상부부터 지지체(미도시)까지의 길이보다 짧은 길이인 접지면(110)의 상부부터 제2 수직 위치까지의 길이(L3)에 걸쳐 배열되되, 접지면(110)과 제2 수평 거리(K2)만큼 이격된 상태로 배열되며, (iii) 제2 방사 섹션(122)은, 제1 방사 섹션(121) 및 제3 방사 섹션(123)을 연결함으로써 제1 방사 섹션(121), 제2 방사 섹션(122) 및 제3 방사 섹션(123)이 연속으로 배열되도록 할 수 있다. 여기서, 제2 수평 거리(K2)는 제1 수평 거리(K1)보다 큰 것을 특징으로 한다. 이때, 유전체를 이용하여 방사면(120)이 접지면(110) 및 지지체(미도시)에 접촉하지 않도록 할 수도 있다.At this time, (i) the first radiation section 121 has a length (L 1 ) from the top of the ground plane to the first vertical position, which is shorter than the length from the top of the ground plane 110 to the extension line 131 of the coaxial line. It is arranged over the ground plane 110 and the first horizontal distance (K 1 ) Arranged in a spaced state, (ii) the third radiating section 123 is a support (not shown) from the top of the ground plane 110 ) Arranged over the length (L 3 ) from the top of the ground plane 110 to the second vertical position, which is shorter than the length to the ground plane 110, and spaced apart from the ground plane 110 by the second horizontal distance (K 2 ) (iii) the second radiation section 122, by connecting the first radiation section 121 and the third radiation section 123, the first radiation section 121, the second radiation section 122 and The third radiation section 123 may be arranged in series. Here, the second horizontal distance K 2 is greater than the first horizontal distance K 1 . At this time, the radiation surface 120 may be prevented from contacting the ground surface 110 and the support (not shown) by using a dielectric material.

가령, (i) 제1 방사 섹션과 동축선의 내선 사이의 거리 및 (ii) 제3 방사 섹션과 지지체 사이의 거리는 3mm 내지 5mm일 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시일 뿐, 상기 거리로 한정되는 것은 아니다.For example, (i) the distance between the first radiating section and the inner line of the coaxial line and (ii) the distance between the third radiating section and the support may be 3 mm to 5 mm. However, this is only an example and is not limited to the above distance.

또한, 목적하는 공진 주파수에 따라 방사면의 폭의 범위가 결정될 수 있다. 가령, 목적하는 공진 주파수가 450MHz인 경우, 방사면의 폭은 70mm 이상일 수 있다.In addition, the range of the width of the radiation surface may be determined according to the desired resonance frequency. For example, when the target resonant frequency is 450 MHz, the width of the radiation surface may be 70 mm or more.

또한, 안테나(100)의 공진주파수의 파장 길이에 대응되도록 제1 방사 섹션(121)의 제1 수직 길이(L1), 제3 방사 섹션(123)의 제2 수직 길이(L3) 및 제2 방사 섹션(122)의 제3 수평 길이(L2)가 결정될 수 있다. 여기서, 제1 수직 길이(L1)는 접지면(110)의 상부부터 제1 수직 위치까지의 길이이고, 제2 수직 길이(L3)는 접지면(110)의 상부부터 제2 수직 위치까지의 길이이며, 제3 수평 길이(L2)는 제1 방사 섹션(121)의 상단과 제3 방사 섹션(123)의 상단 사이의 길이일 수 있다.In addition, the first vertical length L 1 of the first radiation section 121, the second vertical length L 3 of the third radiation section 123 and the second vertical length L 3 of the first radiation section 121 correspond to the wavelength length of the resonant frequency of the antenna 100. A third horizontal length L 2 of the two radiating sections 122 may be determined. Here, the first vertical length (L 1 ) is the length from the top of the ground plane 110 to the first vertical position, and the second vertical length (L 3 ) is the length from the top of the ground plane 110 to the second vertical position. It is the length of, and the third horizontal length (L 2 ) may be the length between the upper end of the first radiating section 121 and the upper end of the third radiating section 123 .

일례로, 제1 수직 길이(L1), 제2 수직 길이(L3) 및 제3 수평 길이(L2)를 합산한 합산 길이가, 목적하는 공진주파수의 파장 길이의 절반이 되도록 안테나를 설계할 수 있다.For example, the antenna is designed such that the sum of the first vertical length (L 1 ), the second vertical length (L 3 ) and the third horizontal length (L 2 ) is half the wavelength of the target resonant frequency. can do.

이처럼, 꺾인 구조를 방사면에 적용하여 안테나의 전체 높이를 낮춤으로써, 소형 안테나를 설계할 수 있게 된다.As such, by applying the bent structure to the radiation plane to lower the overall height of the antenna, it is possible to design a small antenna.

한편, 도 1에서 도시하는 꺾인 구조가 적용된 방사면에, 미엔더 슬롯(meander slot)을 추가할 수 있다.Meanwhile, a meander slot may be added to the radiation surface to which the bent structure shown in FIG. 1 is applied.

위에서 방사면의 꺾인 구조에 대해 설명한 것과 유사하게, 안테나의 높이를 낮추되, 미엔더 슬롯을 방사면에 적용하여 방사면의 전체 길이가 증가되는 효과를 거둠으로써, 목적하는 공진 주파수로부터 소정 주파수 범위 내에 공진 주파수가 존재하도록 설계할 수 있다.Similar to the above description of the bent structure of the radiation surface, the height of the antenna is lowered, but the meander slot is applied to the radiation surface to achieve the effect of increasing the total length of the radiation surface, thereby achieving a predetermined frequency range from the desired resonance frequency It can be designed so that there is a resonant frequency within.

이에 대해서는 도 2a 내지 도 2b를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.This will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2B.

도 2a 및 도 2b는, 도 1이 도시하는 안테나(100)의 방사면(120)의 제3 방사 섹션(123)의 적어도 하나의 측부에 미엔더 수평 길이 및 미엔더 수직 길이를 가지는 적어도 하나의 미엔더 슬롯이 형성된 안테나(100)를 개략적으로 도시한 것이다.2A and 2B are at least one side of the third radiating section 123 of the radiation surface 120 of the antenna 100 shown in FIG. 1 having a meander horizontal length and a meander vertical length. It schematically shows the antenna 100 in which the meander slot is formed.

참고로, 설명의 편의상, 도 2a 내지 도 2b는 제3 방사 섹션(123)에만 미엔더 슬롯이 형성된 안테나(100)를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 방사 섹션(121) 내지 제3 방사 섹션(123) 중 적어도 하나의 섹션에 미엔더 슬롯이 형성될 수도 있다.For reference, for convenience of explanation, FIGS. 2A to 2B show the antenna 100 having a meander slot formed only in the third radiation section 123, but is not limited thereto, and the first radiation section 121 to the second radiation section 121 to FIG. A meander slot may be formed in at least one of the three radiating sections 123 .

먼저, 도 2a를 참조하면, 접지면(110)에는 미엔더 슬롯이 형성되지 않음을 확인할 수 있다.First, referring to FIG. 2A , it can be seen that no meander slot is formed in the ground plane 110 .

또한, 도 2b를 참조하면, 제3 방사 섹션(123)의 좌측부 및 우측부에 미엔더 슬롯이 교차로 형성된 점을 확인할 수 있다.Also, referring to FIG. 2B , it can be seen that meander slots are formed at the intersection of the left and right sides of the third radiation section 123 .

참고로, 모든 미엔더 슬롯이 동일한 미엔더 수평 길이(m1) 및 동일한 미엔더 수직 길이(m2)를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 각각의 미엔더 슬롯마다 각각 다른 미엔더 수평 길이 및 각각 다른 미엔더 수직 길이를 가질 수 있다.For reference, all meander slots may have the same meander horizontal length (m 1 ) and the same meander vertical length (m 2 ), but are not limited thereto, and each meander slot has a different meander horizontal length. and different meander vertical lengths.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나의 공진주파수의 파장 길이에 대응되도록 제1 방사 섹션(121)의 제1 수직 길이(L1), 제3 방사 섹션(123)의 제2 수직 길이(L3), 제2 방사 섹션(122)의 제3 수평 길이(L2), 미엔더 슬롯의 개수, 미엔더 수평 길이(m1), 미엔더 수직 길이(m2) 및 미엔더 슬롯 간의 간격(g)이 결정될 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, the first vertical length L 1 of the first radiation section 121 and the second vertical length of the third radiation section 123 correspond to the wavelength length of the resonant frequency of the antenna. (L 3 ), the third horizontal length (L 2 ) of the second radiating section 122, the number of meander slots, the meander horizontal length (m 1 ), the meander vertical length (m 2 ), and between the meander slots Interval g can be determined.

이처럼, 안테나(100)의 방사면(120)의 제3 방사 섹션(123)에 미엔더 슬롯을 추가함으로써, 제3 방사 섹션(123)의 면적을 줄일 수 있게 되므로, 용이하게 소형 안테나를 설계할 수 있게 된다.As such, by adding the meander slot to the third radiation section 123 of the radiation surface 120 of the antenna 100, the area of the third radiation section 123 can be reduced, so that a small antenna can be easily designed. be able to

참고로, 미엔더 슬롯의 개수, 미엔더 수평 길이 및 미엔더 수직 길이가 증가할수록 안테나의 대역폭이 감소하는 경향을 보이므로, 당업자는, 목적하는 대역폭에 따라 미엔더 슬롯의 개수, 미엔더 수평 길이 및 미엔더 수직 길이를 적절히 선택할 수 있다.For reference, as the number of meander slots, the meander horizontal length, and the meander vertical length increase, the bandwidth of the antenna tends to decrease. and meander vertical length can be appropriately selected.

한편, 위와 같은 안테나 구조에 따라, 동축선을 통해 TEM(Transverse ElectroMagnetic) 모드의 전자기파가 입사됨으로써 방사면에 TM(Transverse Magnetic)010 모드가 형성될 수 있다.Meanwhile, according to the above antenna structure, a TM (Transverse ElectroMagnetic) 010 mode may be formed on a radiation surface by incident electromagnetic waves of a TEM (Transverse ElectroMagnetic) mode through a coaxial line.

구체적으로는, 동축선을 통해 TEM 모드의 전자기파가 입사됨에 따라, 방사면에 TM010 모드가 형성되며, 방사면의 법선벡터 방향으로 전자기파가 방사된다.Specifically, as the electromagnetic wave of the TEM mode is incident through the coaxial line, the TM010 mode is formed on the radiation surface, and the electromagnetic wave is radiated in the direction of the normal vector of the radiation surface.

도 3a 내지 도 3c 및 후술할 도 5는, 제1 방사 섹션의 제1 수직 길이가 65mm, 제2 방사 섹션의 제3 수평 길이가 8mm, 제3 방사 섹션의 제2 수직 길이가 165mm, 방사면의 폭이 90mm, 제1 방사 섹션과 접지면 사이의 제1 수평 거리가 2mm, 제3 방사 섹션과 접지면 사이의 제2 수평 거리가 7mm, 동축선의 반경이 3mm, 동축선의 내선의 반경이 0.6mm, 동축선의 가로 길이가 5mm, 접지면의 하부부터 제1 지점까지의 길이가 116mm, 미엔더 슬롯의 개수가 3개, 미엔더 수평 길이가 40mm, 미엔더 수직 길이가 20mm, 미엔더 슬롯의 간격이 10mm, 접지면과 방사면이 6mm 두께의 구리, 공진 주파수가 450Mhz인 안테나에 대한 시뮬레이션 결과를 각각 나타낸다.3A to 3C and FIG. 5 to be described later, the first vertical length of the first radiation section is 65 mm, the third horizontal length of the second radiation section is 8 mm, the second vertical length of the third radiation section is 165 mm, and the radiation surface is 90 mm wide, the first horizontal distance between the first radiation section and the ground plane is 2 mm, the second horizontal distance between the third radiation section and the ground plane is 7 mm, the radius of the coaxial line is 3 mm, and the radius of the extension line of the coaxial line is 0.6 mm. mm, the horizontal length of the coaxial line is 5 mm, the length from the bottom of the ground plane to the first point is 116 mm, the number of meander slots is 3, the meander horizontal length is 40 mm, the meander vertical length is 20 mm, the meander slot Simulation results for an antenna with a spacing of 10 mm, a ground plane and a radiating plane of 6 mm thickness, and a resonant frequency of 450 Mhz are respectively shown.

먼저, 도 3a를 참조하면, 반사손실 S11이 -10dB 이하인 대역폭이, 8.9MHz인 점에서, 협대역 특성을 가지는 점을 알 수 있다.First, referring to FIG. 3A , it can be seen that the bandwidth having a return loss S 11 of -10 dB or less is 8.9 MHz, which has a narrowband characteristic.

또한, 도 3b를 참조하면, 2차원 평면 상에 나타나는 안테나의 방사 패턴으로서, 도 2b에 도시된 xyz축을 기준으로, yz평면 상에서의 방사 패턴을 확인할 수 있다.Also, referring to FIG. 3B, as a radiation pattern of an antenna appearing on a two-dimensional plane, a radiation pattern on a yz plane can be confirmed based on the xyz axis shown in FIG. 2B.

구체적으로, z축 방향을 0도로 하고, y축 방향을 90도로 할 때, 대략 50도에서 최대 약 6.5dBi 정도의 지향성을 가지는 점을 확인할 수 있다.Specifically, when the z-axis direction is 0 degrees and the y-axis direction is 90 degrees, it can be confirmed that the directivity is about 6.5 dBi at most at about 50 degrees.

또한, 도 3c를 참조하면, 도 3b가 도시하는 2차원 평면 상의 방사 패턴이 3차원 극좌표계에서 어떻게 형성되는지 확인할 수 있다.Also, referring to FIG. 3C , it can be seen how the radiation pattern on the 2D plane shown in FIG. 3B is formed in a 3D polar coordinate system.

도 3b 및 도 3c를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 지향성을 가지는 점을 확인할 수 있다.3b and 3c, it can be confirmed that the antenna according to an embodiment of the present invention has directivity.

이처럼, 지향성을 가지며 소형화/경량화된 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로서 각각 포함하는 무선 통신 시스템을 이용하여, 금속 환경에서 무선 통신이 원활히 수행될 수 있다.In this way, wireless communication can be smoothly performed in a metal environment by using a wireless communication system including directional and miniaturized/lightweight antennas as a transmission antenna and a reception antenna, respectively.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나를 송신 안테나(400) 및 수신 안테나(500)로서 각각 포함하는 무선 통신 시스템에 의해 무선 통신이 이루어지는 원리를 개략적으로 도시하고 있다.4 schematically illustrates a principle in which wireless communication is performed by a wireless communication system including antennas for wireless communication in a metal environment as a transmission antenna 400 and a reception antenna 500, respectively, according to an embodiment of the present invention. are doing

도 4를 참조하면, 송신 안테나(400)의 방사면의 제3 방사 섹션과 수신 안테나(500)의 방사면의 제3 방사 섹션이 소정의 거리를 가진 채로 서로 대면하도록 배열된 무선 통신 시스템을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , a wireless communication system arranged such that the third radiation section of the radiation surface of the transmitting antenna 400 and the third radiation section of the radiation surface of the receiving antenna 500 face each other with a predetermined distance can be confirmed. can

이때, 송신 안테나(400) 및 수신 안테나(500)는 각각 지지체(600)에 수직으로 부착된 채, 서로 대면하도록 배열될 수 있다.At this time, the transmit antenna 400 and the receive antenna 500 may be arranged to face each other while being vertically attached to the support 600, respectively.

이때, 접지면이 부착되는 지지체(600)는 단일 금속으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the support 600 to which the ground plane is attached may be made of a single metal, but is not limited thereto.

가령, 접지면이 부착되는 지지체(600)는 상부 지지체 및 하부 지지체를 포함할 수 있다. 이때, 접지면이 부착되는 상부 지지체는 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하고, 하부 지지체는 철(iron)을 포함할 수 있다.For example, the support 600 to which the ground plane is attached may include an upper support and a lower support. In this case, the upper support to which the ground plane is attached may include polyethylene, and the lower support may include iron.

다른 예로, 상부 지지체는 A 금속을 포함하고, 하부 지지체는 B 금속을 포함할 수도 있다.As another example, the upper support may include metal A and the lower support may include metal B.

도 4에서 xyz축을 나타내는 화살표를 제외한, 각각의 화살표는 전기장의 방향을 개략적으로 나타낸다. 참고로, 자기장의 방향은 도시하고 있지 않으나, 전기장의 방향이 z축 방향을 향하는 경우 자기장의 방향은 z축을 중심으로 반시계 방향이 되며, 전기장의 방향의 -z축 방향을 향하는 경우 자기장의 방향은 z축을 중심으로 시계 방향이 된다.In FIG. 4 , except for the arrows indicating the xyz axis, each arrow schematically indicates the direction of the electric field. For reference, the direction of the magnetic field is not shown, but when the direction of the electric field is directed in the z-axis direction, the direction of the magnetic field is counterclockwise around the z-axis, and when the direction of the electric field is directed in the -z-axis direction, the direction of the magnetic field is is clockwise around the z-axis.

도 4를 참조하면, 송신 안테나(400)로부터 방사된 전자기파가 지향성을 가지며 지지체(600)의 표면을 따라 수신 안테나(500)를 향해 전파되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that electromagnetic waves emitted from the transmitting antenna 400 have directivity and propagate toward the receiving antenna 500 along the surface of the support 600 .

한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나의 거리에 따른 삽입 손실 그래프 등을 개략적으로 도시하고 있다.Meanwhile, FIG. 5 schematically shows an insertion loss graph according to a distance of an antenna for wireless communication in a metal environment according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 5는, (i) 도 4에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 안테나를 마주보게 한 상태에서, 파장 길이의 2배에 해당하는 단위 길이만큼 두 개의 안테나 사이의 거리를 늘려가며 삽입 손실을 시뮬레이션한 결과(710), (ii) 모노폴 안테나의 삽입 손실을 시뮬레이션한 결과(720) 및 (iii) 자유 공간 경로 손실을 시뮬레이션한 결과(730)를 각각 나타낸다. 참고로, 450MHz의 공진 주파수에서의 파장 길이는 660mm일 수 있다.Specifically, FIG. 5 shows (i) a unit length corresponding to twice the wavelength length between the two antennas in a state where the two antennas face each other according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. Results 710 of simulating insertion loss while increasing the distance of (ii) 720 simulating insertion loss of a monopole antenna and (iii) 730 simulating free space path loss are respectively shown. For reference, a wavelength at a resonance frequency of 450 MHz may be 660 mm.

도 5를 참조하면, 두 개의 안테나 사이의 거리가 멀어짐에 따라 삽입 손실이 증가하는 경향을 보이지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 삽입 손실과 종래의 모노폴 안테나의 삽입 손실을 비교하여 보면, 그 차이가 매우 크다는 점을 확인할 수 있다. 특히, 두 개의 안테나 사이의 거리가 파장의 18배의 거리일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 삽입 손실과 종래의 모노폴 안테나의 삽입 손실의 차이는 22.5dB에 이르는 점을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, although the insertion loss tends to increase as the distance between the two antennas increases, comparing the insertion loss of the antenna according to an embodiment of the present invention with the insertion loss of a conventional monopole antenna, It can be seen that the difference is very large. In particular, when the distance between the two antennas is 18 times the wavelength, the difference between the insertion loss of the antenna according to an embodiment of the present invention and the insertion loss of the conventional monopole antenna reaches 22.5 dB. .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 삽입 손실과 자유 공간 경로 손실의 차이도 매우 크다는 점을 확인할 수 있다. 특히, 두 개의 안테나 사이의 거리가 파장의 14배 거리일 때, 그 차이는 24.8dB에 이르는 점을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the difference between the insertion loss of the antenna according to an embodiment of the present invention and the free space path loss is very large. In particular, it can be seen that when the distance between the two antennas is 14 times the wavelength, the difference reaches 24.8 dB.

이처럼, 본 발명에 따르면, 꺾인 구조가 적용된 안테나 또는 미엔더 슬롯이 추가로 형성된 안테나를 이용함으로써, 안테나의 소형화/경량화가 가능해지고, 지향성을 가지게 되며, 배열 안테나를 용이하게 구현할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, by using an antenna to which a bent structure is applied or an antenna in which a meander slot is additionally formed, the antenna can be miniaturized/lightened, has directivity, and can easily implement an array antenna.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described by specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , Those skilled in the art to which the present invention pertains may seek various modifications and variations from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and not only the claims described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims belong to the scope of the spirit of the present invention. will do it

Claims (9)

금속 환경에서 무선 통신을 하기 위한 안테나에 있어서,
외선과 내선을 포함하며, 상기 안테나에 급전을 하기 위한 동축선;
지지체에 부착되며, 상기 동축선의 상기 내선이 관통할 수 있는 홀이 제1 지점에 형성되는 접지면; 및
제1 방사 섹션, 제2 방사 섹션 및 제3 방사 섹션을 포함하며, (i) 상기 제1 방사 섹션은 상기 접지면의 상부부터 상기 동축선의 상기 내선까지의 길이보다 짧은 길이인 상기 접지면의 상부부터 제1 수직 위치까지의 길이에 걸쳐 배열되되, 상기 접지면과 제1 수평 거리만큼 이격된 상태로 배열되고, (ii) 상기 제3 방사 섹션은 상기 접지면의 상부부터 상기 지지체까지의 길이보다 짧은 길이인 상기 접지면의 상기 상부부터 제2 수직 위치까지의 길이에 걸쳐 배열되되, 상기 접지면과 제2 수평 거리 - 상기 제2 수평 거리는 상기 제1 수평 거리보다 큼 - 만큼 이격된 상태로 배열되며, (iii) 상기 제2 방사 섹션은, 상기 제1 방사 섹션 및 상기 제3 방사 섹션을 연결함으로써 상기 제1 방사 섹션, 상기 제2 방사 섹션 및 상기 제3 방사 섹션이 연속으로 배열되도록 한, 방사면;
을 포함하되,
상기 동축선의 상기 내선은 상기 접지면의 상기 홀을 통하여 인입된 상태로, 상기 접지면의 상기 제1 지점에 대응되는 상기 방사면의 제2 지점에 접촉되고,
상기 방사면의 상기 제3 방사 섹션의 적어도 하나의 측부에 미엔더(meander) 수평 길이 및 미엔더 수직 길이를 가지는 미엔더 슬롯이 적어도 하나 형성되고,
상기 안테나의 공진주파수의 파장 길이에 대응되도록 (i) 상기 제1 방사 섹션의 제1 수직 길이 - 상기 제1 수직 길이는 상기 접지면의 상기 상부부터 상기 제1 수직 위치까지의 길이임 -, (ii) 상기 제3 방사 섹션의 제2 수직 길이 - 상기 제2 수직 길이는 상기 접지면의 상기 상부부터 상기 제2 수직 위치까지의 길이임 - 및 (iii) 상기 제2 방사 섹션의 제3 수평 길이 - 상기 제3 수평 길이는 상기 제1 방사 섹션의 상단과 상기 제3 방사 섹션의 상단 사이의 길이임 - (iv) 상기 미엔더 슬롯의 개수, 상기 미엔더 수평 길이, 상기 미엔더 수직 길이 및 상기 미엔더 슬롯 간의 간격이 결정되고,
상기 접지면은 상기 지지체에 수직으로 부착되며,
상기 방사면을 통해 방사된 전자기파가 상기 지지체의 표면을 따라 전송되는 것을 특징으로 하는 안테나.In the antenna for wireless communication in a metal environment,
a coaxial line including an outer line and an inner line and supplying power to the antenna;
a ground plane attached to the support body and having a hole through which the extension line of the coaxial line passes is formed at a first point; and
a first radiating section, a second radiating section, and a third radiating section, wherein (i) the first radiating section has a length shorter than the length from the top of the ground plane to the extension line of the coaxial line; to a first vertical position, but spaced apart from the ground plane by a first horizontal distance, (ii) the third radiating section is less than a length from the top of the ground plane to the support. Arranged over the length from the top of the ground plane to the second vertical position, which is a short length, and spaced apart from the ground plane by a second horizontal distance, wherein the second horizontal distance is greater than the first horizontal distance. (iii) the second radiating section, the first radiating section and the third radiating section are connected so that the first radiating section, the second radiating section, and the third radiating section are continuously arranged, radiation surface;
Including,
The extension line of the coaxial line contacts a second point of the radiation plane corresponding to the first point of the ground plane in a state of being drawn through the hole of the ground plane,
At least one meander slot having a meander horizontal length and a meander vertical length is formed on at least one side of the third radiation section of the radiation surface,
Corresponding to the wavelength of the resonant frequency of the antenna (i) a first vertical length of the first radiation section, the first vertical length being a length from the top of the ground plane to the first vertical position, ( ii) a second vertical length of the third radiating section, the second vertical length being the length from the top of the ground plane to the second vertical position, and (iii) a third horizontal length of the second radiating section. - the third horizontal length is the length between the top of the first radiating section and the top of the third radiating section - (iv) the number of meander slots, the meander horizontal length, the meander vertical length and the The interval between the meander slots is determined,
The ground plane is attached vertically to the support,
An antenna, characterized in that the electromagnetic waves radiated through the radiation surface are transmitted along the surface of the support. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 안테나의 임피던스 매칭이 이루어지도록 상기 제1 지점이 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나.According to claim 1,
The antenna, characterized in that the first point is determined so that the impedance matching of the antenna is made. 제1항에 있어서,
상기 동축선의 상기 외선은 상기 접지면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 안테나.According to claim 1,
The outer line of the coaxial line is in contact with the ground plane. 제1항에 있어서,
상기 지지체는 상부 지지체 및 하부 지지체를 포함하며,
상기 접지면이 부착되는 상기 상부 지지체는 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하고, 상기 하부 지지체는 철(iron)을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.According to claim 1,
The support includes an upper support and a lower support,
The antenna of claim 1, wherein the upper support to which the ground plane is attached includes polyethylene, and the lower support includes iron. 제1항에 있어서,
상기 동축선을 통해 TEM(Transverse ElectroMagnetic) 모드의 전자기파가 입사됨으로써 상기 방사면에 TM(Transverse Magnetic)010 모드가 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.According to claim 1,
An antenna characterized in that a TM (Transverse Magnetic) 010 mode is formed on the radiation surface as electromagnetic waves of a TEM (Transverse ElectroMagnetic) mode are incident through the coaxial line. 제1항에 따른 상기 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로서 각각 포함하는 무선 통신 시스템에 있어서,
상기 송신 안테나의 상기 방사면의 상기 제3 방사 섹션과 상기 수신 안테나의 상기 방사면의 상기 제3 방사 섹션이 소정의 거리를 가진 채로 서로 대면하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.In a wireless communication system comprising the antenna according to claim 1 as a transmit antenna and a receive antenna, respectively,
and the third radiating section of the radiating surface of the transmitting antenna and the third radiating section of the radiating surface of the receiving antenna are arranged to face each other with a predetermined distance.
KR1020210071270A 2021-06-02 2021-06-02 Antenna for wireless communication in metallic environment and wireless communication system using the same KR102471328B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210071270A KR102471328B1 (en) 2021-06-02 2021-06-02 Antenna for wireless communication in metallic environment and wireless communication system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210071270A KR102471328B1 (en) 2021-06-02 2021-06-02 Antenna for wireless communication in metallic environment and wireless communication system using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102471328B1 true KR102471328B1 (en) 2022-11-29

Family

ID=84234946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210071270A KR102471328B1 (en) 2021-06-02 2021-06-02 Antenna for wireless communication in metallic environment and wireless communication system using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102471328B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050006769A (en) * 2003-07-10 2005-01-17 넥스원퓨처 주식회사 Structure for having l type probe supply electricity of micro strip patch antenna
KR20090014277A (en) * 2006-06-14 2009-02-09 카트라인-베르케 카게 Multilayer antenna having a planar design
KR20150072714A (en) * 2013-12-20 2015-06-30 한양대학교 산학협력단 MIMO Antenna for Human Body Communication

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050006769A (en) * 2003-07-10 2005-01-17 넥스원퓨처 주식회사 Structure for having l type probe supply electricity of micro strip patch antenna
KR20090014277A (en) * 2006-06-14 2009-02-09 카트라인-베르케 카게 Multilayer antenna having a planar design
KR20150072714A (en) * 2013-12-20 2015-06-30 한양대학교 산학협력단 MIMO Antenna for Human Body Communication

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9692127B2 (en) Antenna device and antenna system
EP1958290B1 (en) Patch antenna element and application thereof in a phased array antenna
US5629713A (en) Horizontally polarized antenna array having extended E-plane beam width and method for accomplishing beam width extension
US8525741B2 (en) Multi-loop antenna system and electronic apparatus having the same
CN101189757B (en) System and method for providing antenna radiation pattern control
US11936116B2 (en) Dual polarized omni-directional antenna and base station including same
US8237618B2 (en) Slot-fed Yagi aerial
US7180461B2 (en) Wideband omnidirectional antenna
US11239544B2 (en) Base station antenna and multiband base station antenna
CN102610926A (en) Dielectric lens antenna for high-altitude platform communication system
EP2467899B1 (en) Directional planar log-spiral slot antenna
US10892562B1 (en) Multi-beam Yagi-based MIMO antenna system
KR102471328B1 (en) Antenna for wireless communication in metallic environment and wireless communication system using the same
US9627778B2 (en) Antenna element with high gain toward the horizon
US20220255225A1 (en) Uwb antenna module
Chattha et al. Low profile dual‐feed Planar Inverted‐F Antenna for wireless LAN applications
KR101104371B1 (en) Omni antenna
KR20160080037A (en) High Gain Travelling Wave Antenna Not Requiring Impedance Matching Components
KR102324090B1 (en) Dipole Communication Antenna for Integrated Mast
CN210692768U (en) Base station antenna and multiband base station antenna
US20230282961A1 (en) Antenna and Communication Device
US20240106277A1 (en) Wireless power transmission system and power receiver
CN108475844B (en) Antenna, unmanned aerial vehicle's ground control system and unmanned aerial vehicle system
KR102266625B1 (en) Omni Directional Antenna Apparatus for Vehicle
CN215451756U (en) Antenna and MIMO antenna

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant