KR20050119567A - 무선 통신용 내장형 패치 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형화, 고성능화, 저가화하여 무선 홈 네트워크 및 디지털 정보가전기기에 적용할 수 있는 무선 통신용 내장형 패치 안테나에 관한 것으로, 소정의 크기와 위치에 방사 및 임피던스 매칭을 위해 형성된 U 형태의 슬롯을 갖는 패치면과; 전방방사를 위한 반사판 기능을 수행하고, 접지를 위한 그라운드면과; 상기 패치면과 그라운드면의 간격을 유지시켜주는 지지대로 구성함으로써, 안테나가 차지하는 공간을 최소화하여 소형화와 저가화 그리고 고성능화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Description

무선 통신용 내장형 패치 안테나{EMBEDDED PATCH ANTENNA FOR WIRELESS COMMUNICATION}

본 발명은 무선 통신용 내장형 패치 안테나에 관한 것으로, 특히 소형화, 고성능화, 저가화하여 무선 홈 네트워크 및 디지털 정보가전기기에 적용할 수 있는 무선 통신용 내장형 패치 안테나에 관한 것이다.

무선 네트워크 기술이 발전하면서 홈 네트워크를 이용하여 연결이 가능한 디지털 제품들로 디지털 TV, DVD, 인터넷 냉장고, 컴퓨터, 통신기기 등의 연결을 통하여 가정에서 홈 오토메이션 구성을 통한 가전원격제어, 인터넷을 통한 전자상거래, 게임, 교육, 업무 등이 쉽고 편리하게 처리되는 인터넷 디지털 정보 가전기기들이 속속 등장하고 있다.

따라서, 가정내의 PC와 정보 가전기기들간의 통신이 원활히 이뤄지기 위해서 안테나 및 송수신 모듈의 소형화와 내장화가 요구된다. 그러나 안테나는 주변회로에 매우 민감하여 내장화와 소형화가 어렵고, 통신기기에 적합한 구조를 선택하는 것이 매우 중요하다.

기존의 무선랜은 외장형 다이폴 안테나를 주로 사용하고 있으나, 이는 사용자에 의해 그 특성이 변형될 수 있고, 정보가전기기들의 다양한 디자인에 제약이 되며, 또한 외관상 보기 좋은 않는 등 다양한 단점들이 있다.

그리고, 내장형 안테나의 경우, 넓은 대역폭을 확보하여 주변환경에 의한 주파수 편이 문제로 인한 수신감도 저하를 최소화하는 것이 필요하다.

상기와 같이 종래 무선 통신용 안테나인 외장형 다이폴 안테나는 사용자에 의해 그 특성이 변형될 수 있고, 정보가전기기들의 다양한 디자인에 제약이 되며, 외관상 보기 좋은 않는 문제점이 있었다.

또한, 종래 내장형 안테나는 주변환경에 의한 주파수 편이 문제로 인한 수신감도 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 패치면에 방사 및 임피던스 매칭을 위한 U 형태의 슬롯과 전방방사를 위한 반사판인 그라운드면과 상기 패치면과 그라운드면의 간격을 일정하게 유지시켜주는 지지대를 포함하여 구성함으로써, 안테나가 차지하는 공간을 최소화하여 소형화와 저가화 그리고 고성능화를 이룰 수 있는 무선 통신용 내장형 패치 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정의 크기와 위치에 방사 및 임피던스 매칭을 위해 형성된 U 형태의 슬롯을 갖는 패치면과; 전방방사를 위한 반사판 기능을 수행하고, 접지를 위한 그라운드면과; 상기 패치면과 그라운드면의 간격을 유지시켜주는 지지대로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 U 형태의 슬롯 폭은 0.5~1[mm]이고, 하부 길이는 8[mm] 그리고 좌우측 길이는 24.5[mm]인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패치면 및 그라운드면을 외부 랜카드와 연결하기 위한 RG-케이블을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명 무선 통신용 내장형 패치 안테나에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

도1은 본 발명 무선 통신용 내장형 패치 안테나에 대한 일 실시예를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, U 형태의 슬롯(11)을 갖는 패치면(10)과, 전방방사 및 접지를 위한 그라운드면(20)과, 상기 패치면(10)과 그라운드면(20)의 간격을 유지시켜주는 지지대(30)로 구성한다.

상기 그라운드면(20)은 360도 방사되는 안테나의 신호를 한쪽방향으로만 송수신되게 하는 반사판의 기능을 수행하고, U 형태의 슬롯(11)은 안테나의 방사 및 임피던스 매칭을 위한 것이다.

상기 패치면(10)에 구비된 U 형태의 슬롯(11) 폭은 0.5~1[mm]이고, 하부 길이는 8[mm] 그리고 좌우측 길이는 24.5[mm]로서, 패치면(10)의 중심을 기준으로 좌우 5[mm]내에 위치한다. 그리고, 상기 지지대(30)의 높이는 5[mm]이내 이다.

또한, 상기 U 형태의 슬롯(11) 좌우측 길이에 따라 공진 주파수가 변화되는데, 상기 도1에 도시한 A 길이를 21[mm]에서 25[mm]까지 변화시켜 측정한 공진주파수 변화량을 도2a에 도시하였다. 도시된 바와 같이, A 길이가 21[mm]에서 25[mm]로 길어짐에 따라 공진주파수가 낮아짐을 알 수 있다. 도2b는 방사 패턴을 도시한 것으로, 도1에 도시한 그라운드면(20)인 반사판에 의해 전방사가 이루어지는 것을 알 수 있다.

또한, 도시하지는 않았지만, 본 발명은 패치면(10)과 그라운드면(20)을 외부 랜카드와 연결을 위해 315[mm]의 RG-케이블을 사용하고, 패키지된 안테나의 두께가 5[mm] 이내로 얇기 때문에 협소한 공간에서 적용이 가능한 장점이 있다. 그리고, 본 발명은 외장형 패치 안테나를 내장형에 맞게 변경한 것으로 기존의 외장형 패치 안테나와 비슷한 전기적인 성능을 갖는다.

도3은 본 발명에 따른 크래들(cradle)용 패치 안테나의 반사계수(a) 및 방사 패턴(b)을 도시한 것이다. 도3a에 도시한 바와 같이, 반사 계수는 -10[dB]에서 150[MHz] 이상의 대역폭을 얻을 수 있으며, 이와 같이 넓은 대역폭을 갖기 때문에 주변 환경에 의해 발생하는 주파수 편이에 의한 수신감도를 최소화 할 수 있다. 또한, 도3b에 도시한 방사패턴에서 알 수 있듯이, 4.5[dBi] 이상의 이득을 갖고, XY-평면을 기준으로 전방방향 방사하는 지향성 특성을 갖는다.

이와 같은 본 발명에 따른 전기적인 특성을 표1에 도시하였다.

표1과 같은 전기적인 특성을 갖는 본 발명에 따른 패치 안테나와 다른 패치 안테나의 성능에 대한 비교를 도4에 도시하였다.

도4에서 비교한 안테나는 4[dBi] 외장형 다이폴 안테나와 2.7[dBi] 내장형 패치 안테나로서, 측정 결과, 본 발명에 따른 내장형 패치 안테나가 4[dBi] 외장형 다이폴 안테나와 2.7[dBi] 내장형 패치 안테나에 비해 10[m] 이상의 거리를 더 확보하는 것을 알 수 있다. 도4에 대해 조금 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전파 환경이 좋지 않은 곳에서 크래들(cradle)에 본 발명에 따른 내장형 패치 안테나를 장착하고, 이동형 TV에 크래들에서 나오는 신호를 수신할 안테나를 설치하여 측정한 결과, 도4에 도시된 바와 같이, 반경 70[m]까지 신호가 잡혔으며, 크래들에 상용 안테나인 4[dBi] 외장형 다이폴 안테나 또는 2.7[dBi] 내장형 패치 안테나를 장착하여 측정한 결과 반경 60[m]까지만 신호가 잡혔다. 즉, 본 발명에 따른 내장형 패치 안테나의 특성이 더 좋은 것을 알 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 U 형태의 슬롯을 패치면에 구성하여 안테나의 방사 및 임피던스 매칭시키고, 반사판인 그라운드면을 패치면 하부에 위치시켜 방사 이득을 크게 할 수 있다. 또한, PCB 기판 및 세라믹 기판으로 슬림(slim)하게 구현할 수 있기 때문에 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있고, 지향성 안테나이므로 높은 송신 이득을 갖을 수 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 패치면에 방사 및 임피던스 매칭을 위한 U 형태의 슬롯과 전방방사를 위한 반사판인 그라운드면과 상기 패치면과 그라운드면의 간격을 일정하게 유지시켜주는 지지대를 포함하여 구성함으로써, 안테나가 차지하는 공간을 최소화하여 소형화와 저가화 그리고 고성능화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명 무선 통신용 내장형 패치 안테나에 대한 일 실시예 구성도.

도2는 도1에 도시한 A 길이에 따른 공진주파수 변화량(a) 및 방사패턴(b)을 도시한 일 예시도.

도3은 본 발명에 따른 패치 안테나의 반사 계수 특성(a) 및 방사패턴(b)을 도시한 그래프.

도4는 본 발명에 따른 패치 안테나와 상용 안테나에 대한 성능을 거리에 따라 비교한 일 예시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10:패치면 11:U 슬롯

20:그라운드면 30:지지대

Claims (5)

1. 소정의 크기와 위치에 방사 및 임피던스 매칭을 위해 형성된 U 형태의 슬롯을 갖는 패치면과;

   전방방사를 위한 반사판 기능을 수행하고, 접지를 위한 그라운드면과;

   상기 패치면과 그라운드면의 간격을 유지시켜주는 지지대로 구성한 것을 특징으로 하는 무선 통신용 내장형 패치 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 U 형태의 슬롯 폭은 0.5~1[mm]이고, 하부 길이는 8[mm] 그리고 좌우측 길이는 24.5[mm]인 것을 특징으로 하는 무선 통신용 내장형 패치 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 U 형태의 슬롯은 패치면의 중심을 기준으로 좌우 5[mm]내에 위치한 것을 특징으로 하는 무선 통신용 내장형 패치 안테나.
4. 제1항에 있어서, 상기 지지대의 높이는 5[mm]이내인 것을 특징으로 하는 무선 통신용 내장형 패치 안테나.
5. 제1항에 있어서, 상기 패치면 및 그라운드면을 외부 랜카드와 연결하기 위한 RG-케이블을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 무선 통신용 내장형 패치 안테나.