KR20060129910A - 아이솔레이션 소자를 포함하는 평판형 미모 어레이 안테나 - Google Patents

아이솔레이션 소자를 포함하는 평판형 미모 어레이 안테나 Download PDF

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KR20060129910A
KR20060129910A KR1020050050636A KR20050050636A KR20060129910A KR 20060129910 A KR20060129910 A KR 20060129910A KR 1020050050636 A KR1020050050636 A KR 1020050050636A KR 20050050636 A KR20050050636 A KR 20050050636A KR 20060129910 A KR20060129910 A KR 20060129910A
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Abstract

평판형 미모 어레이 안테나가 개시된다. 본 안테나는, 기판, 기판 상에 제작된 복수개의 안테나소자, 복수개의 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 타 안테나소자에 미치는 영향을 상쇄시키는 아이솔레이션부를 포함한다. 안테나소자가 두개인 경우, 아이솔레이션부는, 기판 상에서 두 안테나소자 사이의 공간에 위치하며 두 안테나소자간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가지는 적어도 하나 이상의 아이솔레이션소자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 안테나소자 간의 간섭을 방지하여, 신호 왜곡을 방지할 수 있다.
평판형 미모 어레이 안테나, 아이솔레이션 소자, 안테나소자

Description

아이솔레이션 소자를 포함하는 평판형 미모 어레이 안테나 { Plate board type MIMO array antenna comprising isolation element }
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평판형 미모 어레이 안테나의 구성을 나타내는 모식도,
도 2는 도 1의 평판형 미모 어레이 안테나에서 아이솔레이션 소자의 길이 변화에 따른 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 모식도,
도 3은 도 1의 평판형 미모 어레이 안테나에서 아이솔레이션 소자 간의 간격 변화에 따른 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 모식도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 평판형 미모 어레이 안테나의 구성을 나타내는 모식도,
도 5는 도 4의 평판형 미모 어레이 안테나에서 아이솔레이션 소자의 길이 변화에 따른 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 모식도,
도 6은 도 4의 평판형 미모 어레이 안테나에서 아이솔레이션 소자 및 안테나소자 간의 간격 변화에 따른 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 모식도,
도 7은 종래 미모 어레이 안테나에 대비되는 본 평판형 미모 어레이 안테나의 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 모식도,
도 8은 종래 미모 어레이 안테나에 대비되는 본 평판형 미모 어레이 안테나 의 출력 이득(gain) 특성을 나타내는 모식도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 평판형 미모 어레이 안테나의 구성을 나타내는 모식도,
도 10은 도 9의 평판형 미모 어레이 안테나에서 각 안테나소자를 급전시킬 때 발생하는 간섭 정도를 나타내는 모식도,
도 11은 아이솔레이션부를 구비하지 않은 종래 미모 어레이 안테나의 방사 패턴을 나타내는 모식도,
도 12는 도 9의 평판형 미모 어레이 안테나의 방사 패턴을 나타내는 모식도, 그리고,
도 13은 도 1의 평판형 미모 어레이 안테나에서 아이솔레이션 소자의 개수 변화에 따른 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 모식도이다.
* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100, 200, 300 : 기판 110, 210, 310 : 제1 안테나소자
120, 220, 320 : 제2 안테나소자 330 : 제3 안테나소자
340 : 제4 안테나소자 130, 230 : 아이솔레이션부
350 : 제1 아이솔레이션부 360 : 제2 아이솔레이션부
370 : 제3 아이솔레이션부 380 : 제4 아이솔레이션부
141, 142, 241, 242, 391, 392, 393, 394 : 급전부
본 발명은 미모 어레이 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 평판형으로 제작되며, 안테나소자 간의 간섭을 방지하는 아이솔레이션소자를 포함하는 평판형 미모 어레이 안테나에 관한 것이다.
안테나란 전기적 신호를 소정의 전자기파로 변환하여 자유공간(free space)으로 방사하거나 그 반대의 동작을 수행하는 부품을 의미한다. 안테나가 전자기파를 복사 또는 감지할 수 있는 유효 영역의 형태를 일반적으로 방사패턴(radiation pattern)이라 한다. 한편, 복수개의 안테나를 특수한 구조로 배열하여, 각 안테나의 방사패턴 및 복사전력이 합쳐지도록 할 수 있다. 이에 따라, 전체 방사패턴의 형태를 샤프하게 만들 수 있고, 또한, 안테나의 전자기파가 더욱 멀리 퍼져나갈 수 있도록 할 수 있다. 이러한 구조의 안테나를 배열 안테나(array antenna)라 한다. 배열 안테나는 다중 입출력 동작을 수행하는 미모(Multiple-Input Multiple-Output : MIMO) 시스템에 사용된다.
한편, 이러한 배열 안테나에서는 복수개의 안테나가 사용되기 때문에, 안테나 상호간에 간섭이 발생할 수 있다. 이에 따라, 방사 패턴이 왜곡되거나, 각 안테나 소자간의 상호 결합 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
이를 방지하기 위해, 종래 미모 배열 안테나에서는 기판 상에 배열된 각 안테나 소자 사이에 3차원 구조의 벽을 쌓아서, 각 안테나로부터 방사되는 전자기파가 타 안테나로 전파되는 것을 차단하도록 하였다. 이 경우, 안테나 간의 간섭은 방지할 수 있으나, 전체 안테나 칩의 체적이 증가되어 초소형 전자장치에서 사용하 기 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 제작 자체가 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 기판 상에 평판 형태로 제작된 복수개의 안테나소자로부터 방사되어 타 안테나로 전파되는 전자기파를 서로 상쇄시킴으로써 안테나소자간의 간섭을 방지하여, 방사 패턴의 왜곡을 방지하고, 출력 이득을 증대시키는 동시에 제작이 용이하고 소형으로 제작될 수 있는 평판형 미모 어레이 안테나를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 평판형 미모 어레이 안테나는, 기판, 상기 기판 상에 제작된 복수개의 안테나소자, 상기 복수개의 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 타 안테나소자에 미치는 영향을 상쇄시키는 아이솔레이션부를 포함한다.
이 경우, 상기 복수개의 안테나소자 각각을 급전시키는 복수개의 급전부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수개의 안테나소자는, 상기 기판 상에 제작된 제1 안테나소자, 및, 상기 기판 상에서 상기 제1 안테나소자와 소정 거리 이격된 위치에 제작된 제2 안테나소자를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 아이솔레이션부는, 상기 제1 및 제2 안테나소자 간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조의 아이솔레이션 소자를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 아이솔레이션 소자는 상기 제1 및 제2 안테나소자와 각각 소정 거 리 이격될 수 있다.
한편, 상기 아이솔레이션부는, 상기 기판 상에서 상기 제1 및 제2 안테나소자 사이의 공간에 위치하며, 상기 제1 및 제2 안테나소자간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가지며, 소정 간격만큼 상호 이격된 복수개의 아이솔레이션 소자를 포함할 수도 있다.
이 경우, 상기 복수개의 아이솔레이션 소자는 각각 상기 제1 및 제2 안테나소자 각각의 중심부 간 거리의 1/2 배에 해당하는 길이를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 복수개의 안테나소자는, 상기 기판 상에 제작된 제1 안테나소자, 상기 기판 상에서 상기 제1 안테나소자와 소정의 α거리만큼 이격된 위치에 제작된 제2 안테나소자, 상기 기판 상에서, 상기 제1 및 제2 안테나소자가 배열된 방향과 수직한 방향으로 상기 제2 안테나소자와 소정의 β 거리만큼 이격된 위치에 제작된 제3 안테나소자, 및, 상기 기판 상에서 상기 제1 안테나소자와 상기 β 거리만큼 이격되고, 상기 제3 안테나소자와 상기 α 거리만큼 이격된 위치에 제작된 제4 안테나소자를 포함한다.
이 경우 바람직하게는, 상기 아이솔레이션부는, 상기 제1 및 제2 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제1 아이솔레이션부, 상기 제3 및 제4 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제2 아이솔레이션부, 상기 제1 및 제4 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제3 아이솔레이션부, 및, 상기 제2 및 제3 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제4 아이솔레이션부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 아이솔레이션부는, 상기 기판상에서 상기 제1 및 제2 안테나소자 사이에 위치하며, 상기 제1 및 제2 안테나소자간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가지며, 소정 간격만큼 상호 이격된 복수개의 아이솔레이션 소자를 포함하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 상기 제2 아이솔레이션부는, 상기 기판상에서 상기 제3 및 제4 안테나소자 사이에 위치하며, 상기 제3 및 제4 안테나소자간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가지며, 소정 간격만큼 상호 이격된 복수개의 아이솔레이션 소자를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제3 아이솔레이션부는 상기 제1 및 제4 안테나소자 간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조의 아이솔레이션 소자를 포함할 수 있으며, 상기 제4 아이솔레이션부는 상기 제2 및 제3 안테나소자 간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조의 아이솔레이션 소자를 포함할 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미모 어레이(MIMO array) 안테나의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1의 미모 어레이 안테나는 기판(100) 상에 평판형으로 제작되는 제1 및 제2 안테나소자(110, 120), 아이솔레이션부(130), 및, 2개의 급전부(141, 142)를 포함한다.
기판(100)은 PCB(Printed Circuit Board) 기판이 될 수 있다. 이에 따라, PCB 기판 표면상의 메탈막을 소정 형태로 제거함으로써, 안테나소자(110, 120), 및 아이솔레이션부(130)를 한꺼번에 제작할 수 있다. 기판(100) 상에 별도의 물질을 적층할 필요가 없고, 매우 얇은 메탈막이 안테나소자(110, 120) 및 아이솔레이션부(130)를 구성하기 때문에, 거의 2차원에 가까운 평판형으로 구현될 수 있다. 이에 따라, 안테나의 체적을 최소화시킬 수 있다. 이 경우, 안테나소자(110, 120) 각각의 중심점 간의 거리는 본 안테나에서 출력하고자 하는 신호 파장 λ의 1/2로 설정하는 것이 바람직하다.
아이솔레이션부(130)는 안테나소자(110, 120) 사이의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭구조를 이루는 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)를 포함한다. 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)는 각각 안테나소자(110, 120) 사이 공간에서 서로 소정 거리 이격된 상태로 배치된다. 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)는 안테나소자(110, 120) 사이의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가진다. 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)는 각각 출력 신호 파장 λ의 1/4로 설정하는 것이 바람직하다
도 1에서는 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)가 각각 바 형태로 제작되어, 바의 장축 방향이 양 안테나소자(110, 120)를 향하는 구조로 배치되어 있다. 하지만, 1개의 아이솔레이션소자로 구현될 수도 있다. 또한, 양측으로 대칭되는 구조이기만 하면, 바 형태가 아닌 기타 특수한 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 도 1에서는 아이솔레이션부(130)가 2개의 아이솔레이션소자(131, 132)로 구현된 경우를 도시하고 있지만, 아이솔레이션부(130)는 1개 또는 3개 이상의 아이솔레이션소자로 구현될 수도 있다. 이 경우, 각 아이솔레이션소자도 양 안테나소자(110, 120)간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조로 제작되어야 한다. 아이솔레이션소자의 개수에 따른 리턴-로스 특성 차이는 명세서 후단에서 설명한다.
한편, 2개의 급전부(141, 142)는 각각 안테나소자(110, 120)를 급전하는 역할을 한다. 도 1에서는 급전부(141, 142)는 각 안테나소자(110, 120) 하부에 소정 거리 이격된 상태로 제작된다. 급전부(141, 142) 각각은 기판(100) 하부와 연결되어 외부 전자기 에너지를 공급받게 된다. 이에 따라, 공급된 전자기 에너지는 커플링되어 각 안테나소자(110, 120)로 전달된다. 이에 따라, 각 안테나소자(110, 120)는 전자기파를 방사하게 된다.
한편, 제1 및 제2 안테나소자(110, 120)가 상호간의 방사 영역 내에 위치한다면, 제1 및 제2 안테나소자(110)로부터 방사되는 전자기파는 상대측 안테나소자에까지 전파된다. 이 경우, 제1 안테나소자(110) 로부터 방사되는 전자기파는 제2 안테나소자(120)로 전파되기 전에 먼저 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)로 전파된다. 또한, 제2 안테나소자(120)로부터 방사되는 전자기파도 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)로 전파된다. 이에 따라, 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)는 양 안테나소자(110, 120)로부터 전파되는 전자기파를 전파 방향의 반대 방향으로 반사시킨다. 따라서, 양 안테나소자(110, 120)로부터 전파되는 전자기파가 상대측 안테나소자에 미치는 영향을 상쇄시킨다. 결과적으로, 양 안테나소자(110, 120)는 서로 전기적으로 격리된다.
도 2는 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)의 길이에 따른 주파수 대비 리턴-로스(Return-Loss) 특성을 나타내는 모식도이다. 도 2는 도 1의 평판형 미모 어레이 안테나에서 제1 및 제2 안테나소자(110, 120)의 가로측 길이를 대략 7mm, 세로측 길이를 대략 14.5mm 정도로 하고, 제1 및 제2 안테나소자(110, 120) 각각의 중심점 간의 간격을 35mm 정도로 하며, 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)각각의 세로측 길이를 대략 2.2mm, 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132) 간의 간격을 대략 11.8mm 정도로 제작한 상태에서, 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)의 길이 a를 변화시키면서 측정한 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2에 따르면, 입력 반사계수를 의미하는 S파라미터인 S11 그래프는 대략 4.3 GHz에서 5.5GHz 사이의 범위내에서 최대한의 전자기파가 외부로 방사된다는 것을 나타낸다. 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)의 길이 a를 16.05mm, 16.55mm, 17.05mm로 변화시키면서 리턴 로스 특성을 조사하면, 길이 a가 16.55mm일 때 중심 주파수(5.15 ~ 5.35GHz)를 만족하는 것을 볼 수 있다. 또한, 길이 a가 16.55mm일 때 -45dB 정도의 리턴-로스를 가지므로, 각 안테나소자(110, 120) 간의 간섭이 최소화되어 본 평판형 미모 어레이 안테나의 출력 이득(gain)이 최대가 되고 있음을 볼 수 있다. 이와 같이, 도 1의 평판형 미모 어레이 안테나는 아이솔레이션소자(131, 132)의 길이를 조정함으로써, 원하는 주파수에서 공진이 일어날 수 있도록 조정할 수 있으므로, 안테나 특성 조정이 용이하다.
도 3은 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132) 간의 간격 변화에 따른 주파 수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 모식도이다. 도 3은 제1 및 제2 아이솔레이션소자(131, 132)의 길이가 16.55mm이고, 기타 조건은 도 2와 동일하게 맞춘 상태에서, 간격 b를 조정하면서 측정한 그래프이다. 도 3에서는 간격 b가 대략 11.8mm 정도 일때, 중심 주파수(5.15 ~ 5.35GHz)를 만족하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 평판형 미모 어레이 안테나의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 4에 따르면, 본 평판형 미모 어레이 안테나는, 기판(200) 상에 적층된 제1 및 제2 안테나소자(210, 220), 아이솔레이션부(230), 제1 및 제2 급전부(241, 242)를 포함한다.
제1 및 제2 안테나소자(210, 220)가 도 4와 같이 세로 형태로 배열된 경우, 제1 및 제2 급전부(241, 242)의 위치 때문에 아이솔레이션부(230)를 제1 및 제2 안테나소자(210, 220) 사이에 배치할 수 없게 된다. 즉, 도 1에서와 같이 아이솔레이션소자를 배치하게 되면 양방향으로 대칭이 되지 않게 되고, 결과적으로 전자기파의 상쇄가 일어나지 않게 된다.
도 4에서와 같이, 제1 및 제2 안테나소자(210, 220)가 세로로 배열된 경우, 아이솔레이션부(230)는 제1 및 제2 안테나소자(210, 220) 각각과 소정거리 만큼 이격된 곳에 배치된다. 이 경우, 제1 및 제2 안테나소자(210, 220) 각각과는 동일한 거리 d 만큼 이격된다. 거리 d는 안테나에서 출력하고자 하는 신호 파장 λ의 1/4정도로 설정하는 것이 바람직하다.
아이솔레이션부(230)는 하나의 아이솔레이션소자로 구현되며, 제1 및 제2 안테나소자(210, 220) 간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가진 다. 상술한 바와 같이, 바 형태 이외의 특수한 형태로 제작될 수도 있다. 아이솔레이션부(230)의 동작은 도 1에 도시된 아이솔레이션부(130)와 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.
도 5는 도 4의 평판형 미모 어레이 안테나에서, 각 안테나소자(210, 220)와 아이솔레이션부(230) 사이의 간격이 15mm이고, 기타 실험 조건이 도 2와 동일한 상태하에서, 아이솔레이션부(230)의 길이 c를 37mm, 37.5mm, 38mm로 변경하면서 측정한 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 5에서 S11그래프를 참조하면, 대략 4.3 GHz에서 5.5GHz 사이의 범위내에서 전자기파가 가장 많이 방사됨을 알 수 있다. 또한, 길이 c가 37.5mm일 때, 안테나의 중심주파수(5.15 ~ 5.35GHz)를 만족하는 것을 알 수 있다.
도 6은 도 4의 평판형 미모 어레이 안테나에서, 제1 및 제2 안테나소자(210, 220)와 아이솔레이션부(230) 간의 거리 d를 14mm, 15mm, 16mm로 변화시키면서 측정한 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 6에 따르면, 거리 d가 대략 15mm 정도일 때, 중심주파수를 만족하는 것을 알 수 있다.
도 7은 종래의 어레이 안테나와 본 발명에 따른 평판형 미모 어레이 안테나의 리턴-로스 특성을 비교하기 위한 모식도이다. 도 7에서는 종래의 어레이 안테나의 주파수 대비 리턴-로스 특성 그래프(710) 및 본 발명에 따른 평판형 미모 어레이 안테나의 리턴-로스 특성 그래프(720)이 도시된다.
각 그래프의 S21 그래프를 살피면, 중심주파수에서의 리턴-로스 특성이 -23.281 dB 에서 -39.67 dB로 개선되었음을 알 수 있다. 또한, S31 그래프를 살피 면, 중심주파수에서의 리턴-로스 특성이 -22.983 dB 에서 -30.369 dB로 개선되었음을 알 수 있다. 또한 S41 그래프를 살피면, 중심주파수에서의 리턴-로스 특성이 -15.145 dB 에서 -37.549 dB로 개선되었음을 알 수 있다.
도 8은 주파수 대비 출력 이득(gain) 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8에 따르면, 아이솔레이션부(130, 230)가 추가되지 않은 종래의 어레이 안테나의 출력 이득 그래프(■로 표시) 및 본 어레이 안테나의 출력 이득 그래프(◆로 표시)가 도시된다. 도 8을 참조하면 아이솔레이션부(130, 230)에 의해 리턴-로스가 개선됨으로 인해 중심 주파수(5.15 ~ 5.35 GHz)에서의 출력 이득이 증대되었음을 알 수 있다.
한편, 도 1 및 도 4에 도시된 각 실시 예에서는 안테나소자가 2개인 경우를 나타낸다. 하지만, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 안테나소자는 2개 이상이 될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예로써, 4개의 안테나소자를 사용하는 평판형 미모 어레이 안테나의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에 따르면, 본 평판형 미모 어레이 안테나는, 제1 안테나소자(310), 제2 안테나소자(320), 제3 안테나소자(330), 제4 안테나소자(340), 제1 아이솔레이션부(350), 제2 아이솔레이션부(360), 제3 아이솔레이션부(370), 제4 아이솔레이션부(380), 제1 급전부(391), 제2 급전부(392), 제3 급전부(393), 제4 급전부(394)를 포함한다.
제1 내지 제4 안테나소자(310 내지 340)는 각각 기판(300) 상에 제작된다. 제1 및 제2 안테나소자(310, 320) 사이의 간격을 α라고 두면, 제3 안테나소자 (330)는 제1 및 제2 안테나소자(310, 320)가 배열된 방향에 수직한 방향으로 제2 안테나소자(320)와 소정 간격 β만큼 이격된 곳에 제작된다. 또한, 제4 안테나소자(340)는 제1 안테나소자(310)와 β만큼 이격되고 제3 안테나소자(330)와 α만큼 이격된 곳에 제작된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 안테나소자(310 내지 340)는 소정 크기의 사각형의 각 꼭지점 위치에 제작된다.
한편, 제1 내지 제4 안테나소자(310 내지 340) 각각을 급전시키는 제1 내지 제4 급전부(391 내지 394)도 기판(300) 상에 제작된다. 이 경우, 제1 내지 제4 아이솔레이션부(350 내지 380)의 위치는 제1 내지 제4 급전부(391 내지 394)의 위치에 따라 결정된다.
즉, 도 9에서와 같이, 제1 내지 제4 급전부(391 내지 394)가 각각 대응되는 안테나소자(310 내지 340)의 하부에 제작되었다면, 제1 아이솔레이션부(350)는 제1 및 제2 안테나소자(310, 320) 사이에 위치한다. 결과적으로, 제1 아이솔레이션부(350)는 제1 및 제2 안테나소자(310, 320) 사이의 간섭을 방지한다.
제2 아이솔레이션부(360)는 제3 및 제4 안테나소자(330, 340) 사이에 위치하여 제3 및 제4 안테나소자(330, 340) 사이의 간섭을 방지한다. 제1 및 제2 아이솔레이션부(350, 360)는 각각 2개의 아이솔레이션소자(351, 352)(361, 362)로 구현될 수 있으며, 1개 또는 3개 이상으로 구현될 수도 있다. 제1 및 제2 아이솔레이션부(350, 360)의 구성 및 동작은 도 1에 도시된 실시 예와 동일하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
제3 아이솔레이션부(370)는 제1 및 제4 안테나소자(310, 340) 각각과 소정 거리 이격된 곳에 위치하여, 양 안테나소자(310, 340)간의 간섭을 방지한다. 제4 아이솔레이션부(380)는 제2 및 제3 안테나소자(320, 330) 각각과 소정 거리 이격된 곳에 위치하여, 양 안테나소자(320, 330)간의 간섭을 방지한다. 제3 및 제4 아이솔레이션부(370, 380)의 구성 및 동작 역시 도 4에 도시된 실시 예와 동일하므로, 더 이상의 설명은 생략한다. 도 9에 도시된 형태와 같이 각 아이솔레이션부(350 내지 380)를 배치하면, 안테나소자(310 내지 340)간의 간섭이 방지되어, 방사 패턴 왜곡이나 출력 효율 저하 등의 문제가 해결된다.
도 9에서 참조부호 e, f, g, h, i로 표시되는 값들은 제1 내지 제4 안테나소자(310 내지 340)의 가로, 세로 길이, 상호간의 간격 α, β 등에 따라 상대적으로 결정된다. 특히, f, g, h, i로 표시되는 값들은 도 2, 3, 5, 6에서와 같이 주파수 대비 리턴-로스 특성을 살펴서 결정할 수 있다.
도 10은 도 9의 평판형 미모 어레이 안테나에서 각 안테나소자(310 내지 340)사이에서 간섭이 방지되는 현상을 촬영한 모식도이다. 도 10는 5.25 GHz의 중심주파수 대역에서의 동작을 나타낸다. 도 10에서 빨강>주황>노랑>연두>녹색>하늘색>파랑으로 표시될수록 더 많은 전자기파 영향을 받는다는 것을 의미한다.
먼저, 제1 안테나소자(310)만을 급전한 경우, 제1 안테나소자(310) 주변에는 전기장이 형성된다. 도 10에 따르면, 제1 아이솔레이션부(350) 내의 각 아이솔레이션소자(351, 352), 제3 아이솔레이션부(370), 제2 안테나소자(320)까지 전자기파가 전파되어, 영향을 받고 있음을 알 수 있다. 이러한 상태에서, 제2 안테나소자(320)에까지 급전하게 되면, 제1 아이솔레이션부(350) 내의 각 아이솔레이션소자(351, 352)는 전자기파의 영향을 거의 받지 않음을 알 수 있다. 이는, 제1 아이솔레이션부(350)에 의해 제1 및 제2 안테나소자(310, 320) 사이에서 격리가 이루어지고 있음을 나타낸다.
한편, 제1 및 제2 안테나소자(310, 320)에 급전이 이루어진 상태에서, 제3 안테나소자(330)까지 급전하게 되면, 각 안테나소자(310 내지 340) 및 각 아이솔레이션부(350 내지 380)까지 영향을 받게 된다. 이러한 상태에서, 제4 안테나소자(340)에까지 급전이 이루어지면, 도 10에서 각 아이솔레이션부(350 내지 380)가 영향을 거의 받지 않음을 볼 수 있다. 이에 따라, 각 안테나소자(310 내지 340)가 서로 격리되어 간섭이 방지됨을 알 수 있다.
도 11은 종래의 미모 어레이 안테나에서와 같이 아이솔레이션부를 구비하지 않은 안테나인 경우의 방사 패턴을 나타내는 모식도이다. 도 11에 따르면, 제1 안테나소자(310)의 방사 패턴을 나타내는 No.1 그래프는 제1 안테나소자(310)의 방사 패턴이 대략 30°정도 우측으로 왜곡되었음을 알 수 있다. 또한, 제2 내지 제4 안테나소자(320 내지 340)의 방사 패턴을 나타내는 N0.2 내지 N0.4 그래프를 살피더라도, 각 안테나소자(320 내지 340)의 방사 패턴이 0°를 기준으로 일측으로 왜곡되었음을 알 수 있다.
도 12는 도 9의 평판형 미모 어레이 안테나의 방사 패턴을 나타내는 모식도이다. 도 12에서는, 제1 내지 제4 안테나소자(310 내지 320) 각각의 방사 패턴을 나타내는 N0.1 내지 No.4 그래프가 도시된다. N0.1 내지 No.4 그래프를 살피면, 전부 방사 패턴이 거의 0°를 향하고 있음을 알 수 있다. 즉, 아이솔레이션부(350 내 지 380)에 의해 각 안테나소자(310 내지 340) 간의 간섭이 방지되어, 방사 패턴의 왜곡이 방지되었음을 알 수 있다.
도 13은 도 1의 평판형 미모 어레이 안테나에 있어서, 아이솔레이션소자의 개수 변화에 따른 주파수 대비 리턴-로스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 13에 따르면, 아이솔레이션소자가 1개 있는 경우(1 unit)는 주파수 5.08 GHz에서 리턴-로스가 -35 dB정도가 된다. 반면에, 아이솔레이션소자가 2개, 3개인 경우(2 unit, 3 unit)는 리턴-로스가 -45dB정도의 높은 값으로 거의 동일하게 나타난다. 따라서, 2개의 안테나소자 사이에서는 2개 이상의 아이솔레이션 소자를 배치하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 아이솔레이션부를 이용하여 안테나소자 간의 간섭을 방지함으로써, 방사 패턴의 왜곡을 방지하고, 출력 이득을 높일 수 있게 된다. 또한, 기판 상에 적층된 메탈막을 소정 형태로 식각하는 것 만으로 아이솔레이션부 및 안테나소자를 제작할 수 있게 되므로, 제작 방법이 매우 용이해진다. 무엇보다, 기판 상의 메탈막이 아이솔레이션부를 구성하게 되므로, 거의 2차원에 가까운 평판 구조로 제작가능하다. 이에 따라, 초소형 MIMO 시스템에서 사용될 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 제작된 복수개의 안테나소자; 및
    상기 복수개의 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 타 안테나소자에 미치는 영향을 상쇄시키는 아이솔레이션부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 안테나소자 각각을 급전시키는 복수개의 급전부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 안테나소자는,
    상기 기판 상에 제작된 제1 안테나소자; 및,
    상기 기판 상에서 상기 제1 안테나소자와 소정 거리 이격된 위치에 제작된 제2 안테나소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아이솔레이션부는,
    상기 제1 및 제2 안테나소자 간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조의 아이솔레이션 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 소자는 상기 제1 및 제2 안테나소자와 각각 소정 거리 이격되는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 아이솔레이션부는,
    상기 기판 상에서 상기 제1 및 제2 안테나소자 사이의 공간에 위치하며, 상기 제1 및 제2 안테나소자간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조 를 가지며, 소정 간격만큼 상호 이격된 복수개의 아이솔레이션 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 아이솔레이션 소자는 각각 상기 제1 및 제2 안테나소자 각각의 중심부 간 거리의 1/2 배에 해당하는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 안테나소자는,
    상기 기판 상에 제작된 제1 안테나소자;
    상기 기판 상에서 상기 제1 안테나소자와 소정의 α거리만큼 이격된 위치에 제작된 제2 안테나소자;
    상기 기판 상에서, 상기 제1 및 제2 안테나소자가 배열된 방향과 수직한 방향으로 상기 제2 안테나소자와 소정의 β 거리만큼 이격된 위치에 제작된 제3 안테나소자; 및,
    상기 기판 상에서 상기 제1 안테나소자와 상기 β 거리만큼 이격되고, 상기 제3 안테나소자와 상기 α 거리만큼 이격된 위치에 제작된 제4 안테나소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아이솔레이션부는,
    상기 제1 및 제2 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제1 아이솔레이션부;
    상기 제3 및 제4 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제2 아이솔레이션부;
    상기 제1 및 제4 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제3 아이솔레이션부; 및,
    상기 제2 및 제3 안테나소자 각각으로부터 방사된 전자기파가 상대측 안테나소자로 미치는 영향을 상쇄시키는 제4 아이솔레이션부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 아이솔레이션부는,
    상기 기판상에서 상기 제1 및 제2 안테나소자 사이에 위치하며, 상기 제1 및 제2 안테나소자간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가지며, 소정 간격만큼 상호 이격된 복수개의 아이솔레이션 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 아이솔레이션부는,
    상기 기판상에서 상기 제3 및 제4 안테나소자 사이에 위치하며, 상기 제3 및 제4 안테나소자간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조를 가지며, 소정 간격만큼 상호 이격된 복수개의 아이솔레이션 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 아이솔레이션부는,
    상기 제1 및 제4 안테나소자 간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조의 아이솔레이션 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 아이솔레이션부는,
    상기 제2 및 제3 안테나소자 간의 거리 중 중심을 기준으로 양측으로 대칭되는 구조의 아이솔레이션 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 미모 어레이 안테나.
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