KR20050050426A

KR20050050426A - 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선안테나

Info

Publication number: KR20050050426A
Application number: KR1020030084161A
Authority: KR
Inventors: 고영준; 박재영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-05-31
Also published as: CN1622392A; US7145516B2; US20050110690A1; KR100585657B1

Abstract

본 발명은 무선 랜 안테나를 무선 홈 네트워크, 무선 인터넷 냉장고, 무선 PDA 및 스마트 디스플레이 등의 제품에 적용하는데 적당하도록 소형화 고성능화 저가화를 구현한 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 일실시예인 클라이언트 내장형 패치 안테나는 기판(11)의 상부에 직육면체의 안테나 패턴(12)을 형성하여 IEEE 802.11b 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 함과 아울러, 하부에는 패치 전극(13)을 형성하여 IEEE 802.11a 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 하고, 상기 패치전극(13)의 부근에 입출력부(14)를 형성하고, 상기 안테나 패턴(12)에 튜닝 슬롯(15)을 형성하여 구성된다.

Description

무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나{STRAIN WIRELESS ANTENNA FOR WIRELESS HOME NETWORK AND DIGITAL ELECTRIC HOME APPLIANCE}

본 발명은 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기에 적용하는데 적당하도록 한 무선 랜 안테나의 설계기술에 관한 것으로, 특히 무선 홈 네트워크, 무선 인터넷 냉장고, 무선 PDA 및 스마트 디스플레이 등의 제품에 적용하는데 적당하도록 소형화 고성능화 저가화를 구현한 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나에 관한 것이다.

근래 들어, 무선 네트워크 기술이 발전하면서 홈 네트워크를 이용하여 디지털 티브이, 디브이디(DVD), 인터넷 냉장고, 컴퓨터, 통신기기 등의 디지털 제품에 접속하여 가전 원격제어, 인터넷을 통한 전자상거래, 게임, 교육, 업무 등이 가능한 인터넷 디지털정보 가전기기들이 속속 등장하고 있다.

그런데, 종래의 무선랜에 있어서는 주로 외장형 다이폴 안테나를 사용하므로 사용자에 의해 그 특성이 변화될 수 있고, 정보 가전기기 들의 다양한 디자인 설계에 제약을 주게 되며, 외관상 보기 좋지 않은 등의 단점으로 작용하였다.

따라서, 본 발명의 제1목적은 실내에서 서버 또는 피씨(PC)와 정보가전기기 간의 원할한 통신을 할 수 있도록 고성능의 내장형 안테나를 제공함에 있다.

본 발명의 제2목적은 초소형 내장형 안테나를 제공함에 있다.

본 발명의 제3목적은 정보가전기기 내의 주변환경에 의한 영향을 최소화하는 구조의 안테나를 설계하여 무선통신의 수신감도가 저하되는 것을 방지함에 있다.

본 발명의 제4목적은 하나의 안테나로 두 개의 무선 랜 주파수 대역(IEEE 802.11a, IEEE 802.11/g)에서 우수한 특성을 갖도록 하여 듀얼 밴드(dual-band) 무선통신 시스템에 적용할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 제1특징은 서버 또는 피씨와 디지털 정보가전기기에 내장할 수 있는 고성능의 안테나를 소형화 및 저가화 할 수 있는 구조로 설계하는 것이다.

본 발명의 제2특징은 PCB 혹은 세라믹 기판 위에 패치(patch) 전극 및 에어 슬롯(air slot)을 갖는 구조의 안테나로 디지털 정보가전기기에 쉽게 내장할 수 있도록 슬림한 형태로 구현하는 것이다.

본 발명의 제3특징은 디지털 정보가전기기용 내장형 안테나가 무지향성을 갖도록 설계한 것이다.

본 발명의 제4특징은 디지털 정보가전기기용 내장형 안테나가 넓은 대역폭을 갖도록 하여 주변 환경에 의해 발생하는 주파수 편이에 의한 수신감도 저하 현상이 최소화되도록 한 것이다.

본 발명의 제5특징은 서버 혹은 피씨용 내장형 안테나가 보우 타이 슬롯(bow-tie slot)을 갖는 패치 안테나 또는 프린트된 다이폴 안테나 형태를 갖는 것이다.

본 발명의 제6특징은 서버에 적용되는 상기 보우 타이 슬롯을 갖는 패치 안테나에 보우 타이 형태의 에어 슬롯을 삽입하여 넓은 주파수 대역폭을 갖도록 함으로써, 주파수 편이에 의한 수신감도 저하 현상이 최소화되는 것이다.

본 발명의 제7특징은 서버에 적용되는 상기 보우 타이 슬롯을 갖는 패치 안테나 및 프린트된 다이폴 안테나가 지향성을 갖도록 반사판을 설치하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나의 제1실시 예를 나타낸 클라이언트용 내장형 패치 안테나의 개략도로서 이에 도시한 바와 같이, 기판(11)의 상부에 직육면체의 안테나 패턴(top pattern)(12)을 형성하여 IEEE 802.11b 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 함과 아울러, 하부에는 패치 전극(bottom pattern)(13)을 형성하여 IEEE 802.11a 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 하고, 상기 패치전극(13)의 부근에 입출력부(14)를 형성하고, 상기 안테나 패턴(12)에 튜닝 슬롯(15)을 형성하여 구성하였다.

도 4는 본 발명에 의한 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나의 제2실시 예를 나타낸 서버(또는 PC)용 내장형 패치 안테나의 개략도로서 이에 도시한 바와 같이, 기판(41)의 상부에 에어 슬롯 패턴(43)을 구비한 톱 패턴(42)을 설치하고, 상기 기판(41)의 하부에 안테나를 여기하기 위한 피딩 라인(44)을 형성하며, 안테나가 지향성을 갖도록 지지대(46)를 이용하여 기판(41)의 뒷면에 반사판(45)을 설치하여 구성하였다.

도 7은 본 발명에 의한 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나의 제3실시 예를 나타낸 서버용 다이폴 안테나의 개략도로서 이에 도시한 바와 같이, 기판(71)의 상부에 T자 모양의 안테나 패턴(72)을 형성하고, 그 기판(71)의 뒷면에는 안테나를 여기하기 위한 피딩 라인(73)을 형성하고, 지향성을 갖도록 반사판(74)을 설치하고, 입력신호를 위한 컨넥터(75)를 설치하여 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 2 및 도 3, 도 6 및 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 클라이언트용 내장형 패치 안테나의 일실시 구현예를 나타낸 것으로, 두 개의 주파수 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 하였다. 세라믹(또는 PCB) 기판(11)의 상부에 직육면체(rectangular) 모양의 안테나 패턴(12)을 형성하여 IEEE 802.11b 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 하였다. 또한, 상기 기판(11)의 하부에는 패치 전극(13)을 형성하여 IEEE 802.11a 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 하였는데, 이 패치 전극(13)의 모양은 직사각형, 삼각형, 원 형태 중 하나가 되도록 하였다. 입력 및 출력 신호는 상기 패치전극(13) 부근의 입출력부(14)를 통해 입출력된다. 또한, 상기 안테나 패턴(12)에 튜닝 슬롯(15)을 형성하여 이를 통해 최종 임피던스 정합이 이루어지도록 하였는데, 이 튜닝 슬롯(15)의 모양은 직사각형 슬롯, 삼각형 슬롯, T자형 슬롯 중 하나가 되도록 하였다.

상기 반사계수 특성이란 반사 손실과 이득(Gain)을 의미한다.

도 2는 상기 튜닝 슬롯(15)의 길이에 의한 클라이언트용 패치 안테나의 반사계수 특성을 나타낸 것으로, 이 튜닝 슬롯(15)의 길이가 변화됨에 따라 공진 주파수와 임피던스 정합이 발생함을 알 수 있다. 즉, 도 2의 (a)는 상기 튜닝 슬롯(15)의 길이에 따른 반사계수 변화량을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 측정 결과를 나타낸 것이다. 측정 결과, 200MHz 이상의 15dB 대역폭을 얻을 수 있었다. 이와 같이 비교적 넓은 대역폭을 갖기 때문에 주변 환경에 의해 발생하는 주파수 편이에 의한 수신감도 저하 현상을 최소화 할 수 있다.

도 3은 상기 클라이언트용 패치 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것으로, x-y 평면을 기준으로 무지향성의 방사 패턴을 나타내는 것을 알 수 있다. 이와 같이 무지향성의 방사 패턴을 갖도록 하는 이유는 모든 방향에서 전송되어 오는 신호를 검출하기 위함이다. 설계 결과 3.0dBi의 이득을 얻을 수 있었다.

한편, 도 4는 본 발명에 의한 서버(또는 PC)용 내장형 패치 안테나의 일실시 구현예를 나타낸 것이다. 기판(41) 위에 톱 패턴(42)이 설치되는데, 여기에 보우 타이(Bow-tie) 모양 또는 직사각형 또는 H자 모양의 에어 슬롯 패턴(43)을 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 안테나를 여기하기 위하여 상기 기판(41)의 하부에 피딩 라인(feeding line)(44)을 형성하였다. 상기 보우 타이 모양의 에어 슬롯 패턴(43)의 경우 그 보우 타이의 중심 부분에서 임피던스 정합이 이루어진다. 또한, 안테나가 지향성을 갖도록 하기 위하여 반사판(45)을 사용하였으며, 이 반사판(45)은 지지대(46)에 의해 상기 기판(41)의 뒷면에 고정되도록 하였다.

도 5는 상기 에어 슬롯 패턴(43)의 거리에 따른 서버용 패치 안테나의 반사계수 특성을 나타낸 것으로, 이 에어 슬롯 패턴(43)의 길이가 변화되면서 공진 주파수와 임피던스 정합이 이루어지는 것을 알 수 있다. 즉, 도 5의 (a)는 상기 에어 슬롯 패턴(43)의 거리에 의한 반사계수 변화량을 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 측정 결과를 나타낸 것이다. 측정 결과 300MHz 이상의 15dB-대역폭을 얻을 수 있었다. 이와 같인 비교적 넓은 대역폭을 갖기 때문에 주변 환경에 의해 발생하는 주파수 편이에 의한 수신감도 저하 현상이 최소화 된다.

도 6은 상기 서버용 패치 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것으로, x-y 평면을 기준으로 지향성의 방사 패턴을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 반사판에 의한 지향성으로 인하여 높은 이득을 얻었기 때문이다. 실험 결과 7.0dBi의 이득이 검출되었다.

한편, 도 7은 본 발명에 의한 서버용 다이폴 안테나의 일실시 구현예를 나타낸 것이다. 기판(71)의 상부에 T자 모양의 여러 가지 안테나 패턴(72)을 형성한 것을 특징으로 한다. 안테나를 여기하기 위하여 상기 기판(71)의 뒷면에 피딩 라인(73)을 형성하였으며, 이 피딩 라인(73)의 모양은 "ㄱ"자 또는 그와 유사한 모양인 것을 특징으로 한다. 입력신호는 컨넥터(75)를 통해 입력된다. 안테나는 반사판(74)을 이용하여 지향성을 갖도록 한 것을 특징으로 한다.

도 8은 상기 서버용 다이폴 안테나에서 T자 모양의 안테나 패턴(72)에 따른 반사계수 특성을 나타낸 것으로, 이 안테나 패턴(72)의 길이가 변화하면서 공진 주파수와 임피던스 정합이 이루어지는 것을 알 수 있다. 즉, 도 8의 (a)는 상기 안테나 패턴(72)의 길이에 따른 반사계수 변화량을 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 측정 결과를 나타낸 것으로 100MHz 이상의 15dB-대역폭을 얻을 수 있었다.

도 9는 상기 서버용 다이폴 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것으로, x-y 평면을 기준으로 지향성 방사 패턴을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 반사판(74)에 의한 지향성으로 인하여 높은 이득을 얻었기 때문이다. 실험 결과 8.0dBi의 이득이 검출되었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 내장형 무선 안테나를 피씨비 또는 세라믹 기판상에 슬림한 형태로 구현함으로써, 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

무지향성의 안테나를 설계하여 실내의 어느 위치에서도 수신이 가능한 효과가 있다.

또한, 서버용 안테나로서 보우 타이 슬롯을 갖는 패치 안테나를 설계하여 주변 환경에 의해 발생하는 안테나 주파수 편이로 인한 수신 감도저하 현상을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 보우 타이 슬롯을 갖는 패치 안테나와 프린트된 다이폴 안테나는 반사판을 이용하여 높은 이득을 갖게 되므로 넓은 실내 공간에서 송수신이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 클라이언트 내장형 패치 안테나의 예시도.

도 2의 (a),(b)는 도 1에서 튜닝 슬롯의 길이에 따른 안테나의 반사계수 특성 그래프.

도 3은 클라이언트용 패치 안테나의 방사 패턴도.

도 4는 본 발명에 의한 서버 또는 피씨용 패치 안테나의 예시도.

도 5의 (a),(b)는 도 4에서 에어 슬롯 패턴의 길이에 따른 안테나의 반사계수 특성 그래프.

도 6은 서버용 패치 안테나의 방사 패턴도.

도 7은 본 발명에 의한 서버용 다이폴 안테나의 예시도.

도 8의 (a),(b)는 도 7에서 안테나의 길이에 따른 안테나의 반사계수 특성 그래프.

도 9는 서버용 다이폴 안테나의 방사 패턴도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

11 : 기판 12 : 안테나 패턴

13 : 패치 전극 14 : 입출력부

15 : 튜닝 슬롯

Claims

기판(11)의 상부에 직육면체의 안테나 패턴(12)을 형성하여 IEEE 802.11b 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 함과 아울러 하부에는 패치 전극(13)을 형성하여 IEEE 802.11a 대역에서 반사계수 특성을 갖도록 하고, 임피던스 정합을 위해 상기 안테나 패턴(12)에 튜닝 슬롯(15)을 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제1항에 있어서, 내장형 무선 안테나는 클라이언트 내장형 패치 안테나인 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제2항에 있어서, 클라이언트 내장형 패치 안테나는 무지향성의 방사 패턴 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제1항에 있어서, 튜닝 슬롯(15)의 모양은 직사각형 슬롯, 삼각형 슬롯, T자형 슬롯 중 하나인 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
기판(41)의 상부에 에어 슬롯 패턴(43)을 구비한 톱 패턴(42)을 설치함과 아울러 하부에는 안테나를 여기하기 위한 피딩 라인(44)을 형성하고, 그 기판(41)의 뒷면에는 반사판(45)을 설치하여 지향성을 갖도록 구성한 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제5항에 있어서, 내장형 무선 안테나는 서버 또는 피씨용 내장형 패치 안테나인 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제5항에 있어서, 톱 패턴(42)은 보우 타이 또는 직사각형 또는 H자 모양의 에어 슬롯 패턴(43)을 구비한 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제5항에 있어서, 반사판(45)은 지지대(46)에 의해 상기 기판(41)의 뒷면에 고정되는 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
기판(71)의 상부에 T자 모양의 안테나 패턴(72)을 형성함과 아울러 뒷면에는 안테나를 여기하기 위한 피딩 라인(73)을 형성하고, 지향성을 갖도록 반사판(74)을 설치하고, 입력신호를 위한 컨넥터(75)를 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제9항에 있어서, 내장형 무선 안테나는 서버용 다이폴 안테나인 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.
제9항에 있어서, 피딩 라인(73)의 모양은 "ㄱ"자와 유사한 형태인 것을 특징으로 하는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기를 위한 내장형 무선 안테나.