KR102498570B1 - 안테나 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들의 안테나 구조체는 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 유전층, 유전층의 제1 면 상에 배치되며 제1 방사 전극을 포함하는 제1 안테나 패턴, 유전층의 제2 면 상에 배치되며 제2 방사 전극을 포함하는 제2 안테나 패턴을 포함한다. 유전층의 양면을 이용하여 상호 방사 간섭 없이 방사 게인, 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

안테나 구조체{ANTENNA STRUCTURE}
본 발명은 안테나 구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 안테나 패턴 및 유전층을 포함하는 안테나 구조체에 관한 것이다.
최근 이동통신 기술이 발전하면서, 초고주파 대역의 통신을 수행하기 위한 안테나가 디스플레이 장치, 차량, 건축물 등 다양한 대상 구조물에 적용되고 있다.
예를 들면, 칩형 안테나, LDS 안테나의 경우 두께 증가, 패터닝 한계 등의 이유로 5G 고주파 통신용 안테나로 개발되기는 용이하지 않다. 이에 따라, 필름, 패치 또는 마이크로 스트립 형태의 안테나가 개발되고 있으나, 이 경우 수신 대역폭이 좁아지며, 안테나 패턴의 아래에 그라운드 층이 포함되어 일 방향으로 방사가 제한될 수 있다.
또한, 주파수 대역이 증가할수록 방사 지향성이 증가하나, 파장의 굴절, 회절이 감소하여 주변 장애물에 의해 신호 송수신이 쉽게 방해 또는 차단될 수 있다.
따라서, 고주파 통신이 가능하면서 충분한 신호 감도 및 신호 효율성을 확보하기 위한 안테나 개발이 필요하다.
예를 들면, 한국공개특허 제2018-0126877호는 열차와 같은 차량에 적용되는 글래스 안테나 구조를 개시하고 있으나, 고주파 통신에 따른 방사 효율 저하 개선을 충분히 확보하기는 어렵다.
한국공개특허공보 제2018-0126877호
본 발명의 일 과제는 향상된 신호 효율성 및 신뢰성을 갖는 안테나 구조체를 제공하는 것이다.
1. 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 유전층; 상기 유전층의 상기 제1 면 상에 배치되며 제1 방사 전극을 포함하는 제1 안테나 패턴; 및 상기 유전층의 상기 제2 면 상에 배치되며 제2 방사 전극을 포함하는 제2 안테나 패턴을 포함하는, 안테나 구조체.
2. 위 1에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 평면 방향에서 서로 중첩되지 않도록 배치되는, 안테나 구조체.
3. 위 2에 있어서, 복수의 상기 제1 안테나 패턴들 및 복수의 상기 제2 안테나 패턴들이 상기 평면 방향에서 교대로 배열되는, 안테나 구조체.
4. 위 2에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 평면 방향에서 서로 반대로 배향된, 안테나 구조체.
5. 위 2에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴을 동시 구동시키는 안테나 구동 집적회로(IC) 칩을 더 포함하는, 안테나 구조체.
6. 위 1에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 평면 방향에서 서로 중첩되도록 배치되는, 안테나 구조체.
7. 위 6에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴을 스위칭(switching) 구동시키는 안테나 구동 집적회로(IC) 칩을 더 포함하는, 안테나 구조체.
8. 위 6에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴은 상기 제1 방사 전극과 연결되는 제1 전송 선로를 더 포함하며, 상기 제2 안테나 패턴은 상기 제2 방사 전극과 연결되는 제2 전송 선로를 더 포함하는, 안테나 구조체.
9. 위 8에 있어서, 상기 제1 방사 전극은 두께 방향으로 상기 제2 전송 선로와 중첩되며, 상기 제2 방사 전극은 두께 방향으로 상기 제1 전송 선로와 중첩되는, 안테나 구조체.
10. 위 1에 있어서, 상기 유전층의 상기 제1 면 상에 형성되어 상기 제1 안테나 패턴과 분리된 제1 더미 전극, 및 상기 유전층의 상기 제2 면 상에 형성되어 상기 제2 안테나 패턴과 분리된 제2 더미 전극을 더 포함하는, 안테나 구조체.
11. 위 10에 있어서, 상기 제1 방사 전극 및 상기 제2 방사 전극은 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 구조체.
12. 위 11에 있어서, 상기 제1 더미 전극 및 상기 제2 더미 전극은 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 구조체.
13. 위 10에 있어서, 상기 제1 더미 전극은 상기 제2 방사 전극과 두께 방향으로 서로 중첩되며, 상기 제2 더미 전극은 상기 제1 방사 전극과 두께 방향으로 서로 중첩되는, 안테나 구조체.
14. 위 10에 있어서, 상기 제1 더미 전극은 상기 제2 안테나 패턴의 그라운드 전극으로 제공되며, 상기 제2 더미 전극은 상기 제1 안테나 패턴의 그라운드 전극으로 제공되는, 안테나 구조체.
본 발명의 실시예들에 따른 안테나 구조체에 있어서, 유전층의 상면 및 저면 상에 안테나 패턴을 각각 배치하여 유전층의 양면을 통한 방사가 구현될 수 있다. 따라서, 안테나 구조체를 통한 게인(gain) 량을 증대시켜 고주파 통신 시 발생하는 저효율, 저전력 문제를 해소할 수 있다.
또한, 유전층의 상면 및 저면에 모두 고주파, 고지향성 안테나 패턴들을 배열함으로써, 상기 유전층의 양면 방향의 방사 커버리지가 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안테나 패턴들은 평면 상에서 서로 중첩되게 배치될 수 있다. 이 경우, 상부 안테나 패턴 및 하부 안테나 패턴은 각각 교대로 스위칭 구동되도록 설계되어 상호 방사 간섭을 방지하며, 상호 그라운드 작용이 함께 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안테나 패턴들은 평면 상에서 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 이 경우, 상부 안테나 패턴 및 하부 안테나 패턴 사이의 상호 간섭이 방지되어 동시 방사가 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안테나 구조체는 상부 더미 패턴 및 하부 더미 패턴을 포함할 수 있다. 상기 상부 및 하부 더미 패턴들은 대향하는 안테나 패턴에 대한 그라운드로 제공되어, 별도의 그라운드 전극을 생략할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체에 포함된 안테나 패턴의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 6 및 도 7은 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 8 및 도 9는 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
본 발명의 실시예들은 유전층, 및 유전층의 상면 및 저면 상에 각각 배치된 안테나 패턴들을 포함하는 안테나 구조체를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 구조체 예를 들면, 투명 필름 형태로 제작되는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 구조체는 예를 들면 자동차 유리, 미러 등에 일체화되어 매립 또는 실장되는 안테나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 구조체는 예를 들면, 3G 내지 5G 대역의 고주파 이동통신용 기기에 적용될 수 있다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체에 포함된 안테나 패턴의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 안테나 패턴(50)은 방사 전극(60), 전송 선로(65) 및 패드(70)를 포함할 수 있다.
방사 전극(60)은 예를 들면, 다각형 플레이트 형상을 가지며, 전송 선로(65)는 방사 전극(60)의 중앙부로부터 연장되어 신호 패드(72) 전기적으로 연결될 수 있다. 전송 선로(65)는 방사 전극(60)과 실질적으로 일체의 단일 부재로서 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 패드(70)는 신호 패드(72)를 포함하며, 그라운드 패드(74)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 신호 패드(72)를 사이에 두고 한 쌍의 그라운드 패드들(74)이 배치될 수 있다. 그라운드 패드들(74)은 신호 패드(72) 및 전송 선로(65)와 전기적으로 분리될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 그라운드 패드(74)는 생략될 수 있다. 또한, 신호 패드(72)는 전송 선로(65)의 말단에 일체의 부재로서 제공될 수도 있다.
안테나 패턴(50)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 안테나 패턴(50)은 저저항 구현을 위해 은(Ag) 또는 은 합금을 포함할 수 있으며, 예를 들면 은-팔라듐-구리(APC) 합금을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나 패턴(50)의 투과도 향상을 위해 안테나 패턴(50)은 상술한 금속 또는 합금을 포함하는 메쉬(mesh) 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 방사 전극(60)은 내부에 상기 금속 또는 합금을 포함하는 전극 라인들이 메쉬 형태로 교차된 구조를 가질 수 있다.
전송 선로(65) 역시 상기 메쉬 구조를 포함할 수 있으며, 일 실시예에 있어서, 신호 전달 속도 향상 및 저항 감소를 위해 패드(70)는 속이 찬(solid) 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나 패턴(50)은 박막 투명 금속 층 형태의 속이 찬 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 저항이 보다 감소하여 급전 및 전력 효율이 보다 향상될 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다. 구체적으로, 도 3은 유전층(100)의 제1 면(100a) 위에서 바라본 평면도이다. 설명의 편의를 위해, 도 3에서 제2 안테나 패턴(120)은 점선으로 도시되었으며, 더미 전극(117, 127)의 도시는 생략되었다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 안테나 구조체는 유전층(100) 및 안테나 패턴들(110, 120)을 포함할 수 있다.
유전층(100)은 글래스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 자동차 유리, 미러 등과 같은 투명 글래스가 안테나 구조체의 유전층(100)으로 직접 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유전층(100)은 투명 수지 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 유전층(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등의 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 투명 필름이 유전층(100)으로 활용될 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 또한, 광학 투명 점착제(Optically clear Adhesive: OCA), 광학 투명 수지(Optically Clear Resin: OCR) 등과 같은 점접착 필름이 유전층(100)에 포함될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 유전층(100)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
유전층(100)에 의해 정전용량(capacitance) 또는 인덕턴스(inductance)가 형성되어, 상기 안테나 구조체가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역이 조절될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 유전층(100)의 유전율은 약 1.5 내지 12 범위, 바람직하게는 약 2 내지 12 범위로 조절될 수 있다. 상기 유전율이 약 12를 초과하는 경우, 구동 주파수가 지나치게 감소하여, 원하는 고주파 대역에서의 구동이 구현되지 않을 수 있다.
유전층(100)은 서로 대향하는 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)을 포함할 수 있다. 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)은 각각 유전층(100)의 상면 및 저면에 해당될 수 있다. 유전층(100)이 글래스 제품을 포함하는 경우, 제1 면(100a)은 외부 노출면, 제2 면(100b)은 기기 또는 구조물의 내부를 향하는 내면에 해당될 수 있다.
상기 안테나 구조체의 안테나 패턴들은 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)을 포함할 수 있다. 제1 안테나 패턴(110)은 유전층(100)의 제1 면(100a) 상에 배치되며, 제2 안테나 패턴(120)은 유전층(100)의 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다.
예를 들면, 복수의 제1 안테나 패턴들(110)이 유전층(100)의 제1 면(100a) 상에 배열되어 어레이(array)를 형성할 수 있다. 또한, 복수의 제2 안테나 패턴들(120)이 유전층(100)의 제2 면(100b) 상에 배열되어 어레이를 형성할 수 있다.
안테나 패턴들(110, 120)은 도 1을 참조로 설명한 구조를 가질 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 3에서는 도 1에 도시된 패드(70)는 생략되었다.
제1 안테나 패턴들(110) 및 제2 안테나 패턴들(120)은 도 3에 도시된 바와 같이, 평면 방향에서 서로 어긋나게 배열될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 도 3에서 횡 방향을 따라 제1 안테나 패턴들(110) 및 제2 안테나 패턴들(120)은 교대로 배열될 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나 패턴들(110) 및 제2 안테나 패턴들(120)은 평면 방향에서 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 패턴들(110) 및 제2 안테나 패턴들(120)은 각각 안테나 구동 집적 회로(IC) 칩(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 안테나 패턴들(110, 120)에 포함된 신호 패드들(72)(도 1 참조)과 본딩 또는 연결되는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)을 통해 안테나 구동 IC 칩(200)과 안테나 패턴들(110, 120)이 전기적으로 연결될 수 있다.
안테나 구동 IC 칩(200)을 통해 안테나 패턴들(110, 120)에 급전이 수행되며, 구동 주파수가 조절될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 안테나 구동 IC 칩(200)을 통해 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)에서 동시 방사가 수행될 수 있다. 이에 따라, 유전층(100)의 상면 및 저면을 통한 양면 방사가 구현되어 게인량이 증대될 수 있다. 또한, 필름 타입 고주파 안테나에서 저하되는 전력 효율 저하, 협대역 등의 문제를 상기 양면 방사를 통해 보완할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 안테나 패턴들(110) 및 제2 안테나 패턴들(120)은 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 따라서, 유전층(100)의 양면에서 동시 방사가 수행되더라도 서로 인접한 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120) 사이의 방사 간섭, 교란이 방지될 수 있다. 또한, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120) 사이의 기생 커패시턴스 발생에 의한 신호 교란이 억제될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 패턴들(110) 사이에는 제1 더미 전극(117)이 배치되며, 제2 안테나 패턴들(120) 사이에는 제2 더미 전극(127)이 배치될 수 있다.
제1 더미 전극(117)은 유전층(100)의 제1 면(100a) 상에 형성되며 제1 안테나 패턴(110)과 전기적, 물리적으로 분리될 수 있다. 제2 더미 전극(127)은 유전층(100)의 제2 면(100b) 상에 형성되며 제2 안테나 패턴(120)과 전기적, 물리적으로 분리될 수 있다.
예를 들면, 유전층의 제1 면(100a) 및 제2 면(100b) 상에 각각 상술한 금속 또는 합금을 포함하는 박막 전극층을 형성할 수 있다. 이후 안테나 패턴(110, 120)의 프로파일을 따라 상기 박막 전극층을 부분적으로 식각하여 안테나 패턴들(110, 120)을 형성할 수 있다. 안테나 패턴들(110, 120)로 변환된 부분을 제외한 박막 전극층의 나머지 부분이 더미 전극(117, 127)으로 사용될 수 있다.
제1 안테나 패턴(110)은 제2 더미 전극(127)과 두께 방향으로 중첩될 수 있다. 제2 더미 전극(127)은 제1 안테나 패턴(110)의 그라운드 전극으로 제공될 수 있다. 제2 안테나 패턴(120)은 제1 더미 전극(117)과 두께 방향으로 중첩될 수 있다. 제1 더미 전극(117)은 제2 안테나 패턴(120)의 그라운드 전극으로 제공될 수 있다.
따라서, 각 안테나 패턴(110, 120)을 위한 별도의 그라운드 전극, 그라운드 배선을 형성하기 않으면서 유전층(100)의 양면을 통한 양방향 수직 방사를 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)은 평면 방향에서 서로 반대 배향으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 안테나 패턴(110)은 제1 방사 전극(112)이 도 3의 위 방향을 향하도록 배치되며, 제2 안테나 패턴(120)은 제2 방사 전극(122)이 도 3의 아래 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
따라서, 평면 방향에서 이웃하는 제1 방사 전극들(112) 사이에는 제2 안테나 패턴(120)의 제2 전송 선로(125)가 배치되며, 이웃하는 제2 방사 전극들(122) 사이에는 제1 안테나 패턴(110)의 제1 전송 선로(115)가 배치될 수 있다.
제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)의 패턴 배향 역시 상술한 바와 같이 어긋나게 배열됨에 따라, 제1 및 제2 안테나 패턴들(110, 120) 사이의 방사 간섭을 더욱 효과적으로 차단하며 양방향 수직 방사 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 평면 방향에서 이웃하는 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120) 사이의 이격 거리(D)(예를 들면, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)의 중심 라인 사이의 거리)는 상호 방사 간섭 억제를 위해 공진 주파수의 반파장 이상일 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다. 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)은 각각 유전층(100)의 제1 면(100a) 및 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)은 평면 방향에서 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 유전층(100)의 제1 면(100a) 및 제2 면(100b) 각각에서의 안테나 패턴 밀도를 증가시켜 안테나 게인을 보다 증가시킬 수 있다.
예를 들면, 이웃하는 제1 안테나 패턴들(110) 사이의 이격 거리 및 이웃하는 제2 안테나 패턴들(120) 사이의 이격 거리는 각각 공진 주파수의 반 파장 이상일 수 있다.
안테나 구동 IC 칩(200)은 제1 안테나 패턴들(110) 및 제2 안테나 패턴들(120) 각각과 전기적으로 연결되어 급전 및 신호 전달이 수행될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 안테나 구동 IC 칩(200)에 의해 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)이 스위칭(switching) 구동될 수 있다.
예를 들면, 안테나 구동 IC 칩(200)을 통해 제1 안테나 패턴(110)에 급전이 수행되는 경우, 제2 안테나 패턴(120)의 급전은 중단될 수 있다. 또한, 제2 안테나 패턴(120)에 급전이 수행되는 경우, 제1 안테나 패턴(110)에 대한 급전은 중단될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나 구동 IC 칩(200)을 통해 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)이 교대로 구동될 수 있다. 이 경우, 유전층(100)의 제1 면(100a) 방향으로의 수직 방사, 및 제2 면(100b) 방향으로의 수직 방사가 교대로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 안테나 패턴들(110, 120)을 서로 중첩되도록 배치하되, 안테나 구동을 서로 스위칭시켜 제1 및 제2 안테나 패턴들(110, 120) 사이의 상호 방사 간섭을 방지할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 같이, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)은 서로 반대 배향으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 안테나 패턴(110)의 제1 방사 전극(112)은 제2 안테나 패턴(120)의 제2 전송 선로(미도시)와 두께 방향으로 중첩되며, 제2 안테나 패턴(120)의 제2 방사 전극(122)은 제1 안테나 패턴(110)의 제1 전송 선로(115)의 두께 방향으로 중첩될 수 있다.
이에 따라, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)의 방사 전극들은 평면 방향에서 중첩되지 않으면서 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 이 경우, 방사 전극들이 서로 반대 방향으로 배향되므로 방사 전극들 사이의 상호 간섭을 감소 또는 억제 시키면서 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)을 안테나 구동 IC 칩(200)을 통해 동시에 구동(동시 방사 또는 동시 급전)시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)의 방사 전극들(112, 122)은 두께 방향으로 서로 중첩되도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 안테나 구동 IC 칩(200)을 통해 제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(120)이 스위칭 구동될 수 있으므로, 방사 전극들(112, 122)이 중첩되더라도 상호 방사 간섭을 회피할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 유전층(100)의 제1 면(100a) 상에는 제1 더미 전극이 형성되며, 유전층(100)의 제2 면(100b) 상에는 제2 더미 전극이 형성될 수 있다.
상기 제1 더미 전극은 제2 안테나 패턴(120)의 제2 방사 전극(122)과 두께 방향으로 중첩되며, 제2 안테나 패턴(120)의 그라운드 전극으로 제공될 수 있다. 상기 제2 더미 전극은 제1 안테나 패턴(110)의 제1 방사 전극(112)과 두께 방향으로 중첩되며, 제1 안테나 패턴(110)의 그라운드 전극으로 제공될 수 있다.
도 6 및 도 7은 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다. 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 안테나 패턴(130)은 유전층(100)의 제1 면(100a) 상에 배치되며, 제2 안테나 패턴(140)은 유전층(100)의 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 제1 안테나 패턴(130)은 제1 방사 전극(132) 및 제1 전송 선로(135)를 포함하며, 제2 안테나 패턴(140)은 제2 방사 전극(142) 및 제2 전송 선로(145)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 안테나 패턴들(130, 140)은 각각 메쉬 구조를 가질 수 있다. 유전층(100)의 제1 면(100a) 상에서 제1 안테나 패턴(130) 주변에는 메쉬 구조의 제1 더미 전극(137)이 형성되며, 제2 면(100b) 상에서 제2 안테나 패턴(140) 주변에는 메쉬 구조의 제2 더미 전극(147)이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 안테나 패턴(130, 140) 및 더미 전극(137, 147)은 실질적으로 동일한 형상 및 구조의 메쉬 구조를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 더미 전극(137, 147)에 포함된 메쉬 구조는 안테나 패턴(130, 140)의 메쉬 구조와 상이한 형상을 가질 수도 있다. 예를 들면, 더미 전극(137, 147)에 포함된 메쉬 구조는 분절부를 포함하거나, 안테나 패턴(130, 140)의 인접부에서 변경된 형상을 가질 수 있다.
더미 전극(137, 147)은 안테나 패턴(130, 140)과 전기적, 물리적으로 분리될 수 있다. 예를 들면, 유전층(100)의 제1 면(100a) 및 제2 면(100b) 상에 각각 메쉬 형태의 도전막을 형성한 후, 안테나 패턴(130, 140)의 프로파일을 따라 부분적으로 상기 도전막을 식각하여 안테나 패턴(130, 140)과 분리된 더미 전극(137, 147)을 형성할 수 있다.
안테나 패턴(130, 140) 또는 방사 전극(132, 142)이 메쉬 구조를 포함함에 따라, 안테나 구조체의 전체적인 투과율이 향상될 수 있다. 또한, 메쉬 구조를 갖는 더미 전극(137, 147)이 배치되어 패턴 균일성이 증진될 수 있다. 따라서, 패턴 편차에 의해 안테나 패턴(130, 140)이 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다.
제1 더미 전극(137)은 제2 안테나 패턴(140)과 두께 방향으로 중첩되며, 제2 방사 전극(142)의 그라운드 전극으로 제공될 수 있다. 제2 더미 전극(147)은 제1 안테나 패턴(130)과 두께 방향으로 중첩되며, 제2 방사 전극(142)의 그라운드 전극으로 제공될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 같이, 제1 안테나 패턴(130) 및 제2 안테나 패턴(140)은 평면 방향에서 서로 중첩되지 않도록 어긋나게 배치될 수 있다. 또한, 제1 안테나 패턴(130) 및 제2 안테나 패턴(140)은 평면 방향에서 서로 반대 배향으로 배치될 수 있다.
도 8 및 도 9는 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상술한 바와 같이, 안테나 패턴들(130, 140) 또는 방사 전극들(132, 142)은 메쉬 구조를 포함할 수 있다. 안테나 패턴들(130, 140) 주변에는 실질적으로 동일한 형태 및 구조를 갖는 메쉬 구조를 포함하는 더미 전극(137, 147)이 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조로 설명한 바와 같이, 제1 안테나 패턴(130) 및 제2 안테나 패턴(140)은 두께 방향으로 서로 중첩되도록 정렬될 수 있다. 이 경우, 안테나 구동 IC 칩(200)을 통해 제1 안테나 패턴(130) 및 제2 안테나 패턴(140)은 스위칭 구동되어 상호 방사 간섭을 방지할 수 있다.
상기 스위칭 구동 시, 제1 더미 전극(137)은 제2 방사 전극(142)의 그라운드 전극으로 제공되며, 제2 더미 전극(147)은 제1 방사 전극(132)의 그라운드 전극으로 제공될 수 있다.
상술한 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체는 예를 들면, 자동차 유리, 자동차 미러 등에 적용되어 고투명성을 유지하면서 고주파 양방향 수직 방사를 통한 고효율, 고전력 통신을 효과적으로 구현할 수 있다. 상기 안테나 구조체는 디스플레이 장치, 이동식 통신 기기 등 다양한 디바이스, 구조물에 효과적으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실험예를 제시하나, 하기의 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실험예
실시예
글래스 재질의 유전층의 상면 및 저면 상에 각각 은(Ag), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)의 합금(APC)을 사용하여 메쉬 구조(선폭: 2㎛)를 포함하는 도전층을 형성하였다. 상기 도전층을 식각하여 상기 상면 및 저면 상에 각각 횡방향으로 8개의 방사 전극들(각각 너비: 100㎛, 길이: 200㎛, 두께: 2 ㎛)을 평면 방향에서 서로 중첩되도록 나란히 형성하였다. 방사 전극 외의 나머지 도전층 부분은 더미 전극으로 형성되었다.
비교예
유전층의 상면 상에는 실시예와 동일한 사이즈의 방사 전극을 형성하였다. 유전층의 저면 상에는 실시예와 동일한 도전층을 전체적으로 형성(미식각)하여 상기 방사 전극들에 대한 그라운드 전극으로 제공하였다.
실험예
실시예에서의 유전층 상면 및 저면 상의 방사 전극들 중 최외곽 위치의 방사 전극들(최외곽 상면 방사 전극 및 최외곽 저면 방사 전극) 각각에 대해 Network analyzer를 이용하여 약 28.5GHz 주파수에서 S-parameter(S11)(식 1 참조) 및 안테나 효율(식 2 참조)을 추출하였다
또한, 실시예에서의 유전층 상면 및 저면 상의 방사 전극들 중 중앙 위치(4번째 위치)의 방사 전극들(중앙 상면 방사 전극 및 중앙 저면 방사 전극) 각각에 대해 동일한 방법으로 S11 및 안테나 효율값을 획득하였다.
비교예의 방사 전극에 대해서도 동일한 방법으로 S11 및 안테나 효율값을 획득하였다. 구체적으로 S11 값 및 효율은 각각 하기 식 1 및 식 2로 계산되었다.
[식 1]
S11(dB) = -20log(반사전압/입력전압)
[식 2]
효율(efficiency)(%) = (반사전압/입력전압)×100
또한, 실시예 및 비교예의 방사 전극들을 각각 활용하여 주파수를 변경하면서 공진이 발생하는 주파수를 측정하였다.
평가 결과는 하기 표 1에 제공된다.
구분 비교예 실시예
최외곽 상면 최외곽 저면 중앙 상면 중앙 저면
S11 -18.10 -22.49 -20.14 -24.61 -26.34
효율 98.45% 99.44% 99.03% 99.655 99.77%
공진주파수 25-26GHZ 28-30GHz
표 1을 참조하면, 유전층의 상면 및 저면을 함께 활용한 실시예의 안테나에서 비교예에 비해 신호 손실이 감소하면서 효율이 증가하였다. 또한, 공진 주파수 역시 실시예에서 보다 고주파 쪽으로 이동되었다.
100: 유전층 110, 130: 제1 안테나 패턴
112, 132: 제1 방사 전극 115, 135: 제1 전송 선로
117, 137: 제1 더미 전극 120, 140: 제2 안테나 패턴
122, 142: 제2 방사 전극 125, 145: 제2 전송 선로
127, 147: 제2 더미 전극 200: 안테나 구동 IC 칩

Claims (14)

  1. 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 유전층;
    상기 유전층의 상기 제1 면 상에 배치되며 제1 방사 전극을 포함하는 제1 안테나 패턴; 및
    상기 유전층의 상기 제2 면 상에 배치되며 제2 방사 전극을 포함하는 제2 안테나 패턴을 포함하며,
    상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 평면 방향에서 서로 반대로 배향된, 안테나 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 평면 방향에서 서로 중첩되지 않도록 배치되는, 안테나 구조체.
  3. 청구항 2에 있어서, 복수의 상기 제1 안테나 패턴들 및 복수의 상기 제2 안테나 패턴들이 상기 평면 방향에서 교대로 배열되는, 안테나 구조체.
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴을 동시 구동시키는 안테나 구동 집적회로(IC) 칩을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 평면 방향에서 서로 중첩되도록 배치되는, 안테나 구조체.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴을 스위칭(switching) 구동시키는 안테나 구동 집적회로(IC) 칩을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 안테나 패턴은 상기 제1 방사 전극과 연결되는 제1 전송 선로를 더 포함하며, 상기 제2 안테나 패턴은 상기 제2 방사 전극과 연결되는 제2 전송 선로를 더 포함하는, 안테나 구조체.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 방사 전극은 두께 방향으로 상기 제2 전송 선로와 중첩되며, 상기 제2 방사 전극은 두께 방향으로 상기 제1 전송 선로와 중첩되는, 안테나 구조체.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 유전층의 상기 제1 면 상에 형성되어 상기 제1 안테나 패턴과 분리된 제1 더미 전극, 및 상기 유전층의 상기 제2 면 상에 형성되어 상기 제2 안테나 패턴과 분리된 제2 더미 전극을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 방사 전극 및 상기 제2 방사 전극은 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 구조체.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 더미 전극 및 상기 제2 더미 전극은 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 구조체.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 더미 전극은 상기 제2 방사 전극과 두께 방향으로 서로 중첩되며, 상기 제2 더미 전극은 상기 제1 방사 전극과 두께 방향으로 서로 중첩되는, 안테나 구조체.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 더미 전극은 상기 제2 안테나 패턴의 그라운드 전극으로 제공되며, 상기 제2 더미 전극은 상기 제1 안테나 패턴의 그라운드 전극으로 제공되는, 안테나 구조체.
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