KR20090054002A - 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나 및 안테나가탑재된 단말기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 접지면 상에 형성되는 세라믹 유전체와, 상기 세라믹 유전체 상에 형성되는 GPS 안테나 패치로 구성되는 GPS 안테나; 및 상기 접지면에 형성된 비아홀을 통하여 급전이 이루어지는 급전부와, 상기 급전부로부터 급전된 신호의 빔이 약 45도 기울어져 송,수신이 이루어지는 2중 루프 안테나로 구성되는 하이패스용 안테나를 포함하는 하이패스용 이중대역 안테나를 제공한다.
이와 같은 본 발명은 서로 다른 주파수와 빔 방향을 가지도록 설계된 하이패스 대역과 GPS 대역에서 동작할 수 있는 이중대역, 이중 빔방향 안테나 및 안테나가 탑재된 단말기를 제공함으로써, 단말기에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하고, 안테나가 단말기 외부로 돌출되지 않도록 하여 단말기 외관 설계의 유연성을 증대시킬 수 있도록 한다.
하이패스, GPS, 안테나, 이중 대역, 이중 빔방향
Description
본 발명은 서로 다른 주파수와 빔 방향을 가지도록 설계되어 단말기에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하고, 안테나가 단말기 외부로 돌출되지 않도록 하여 단말기 외관 설계의 유연성을 증대시킬 수 있는 하이패스 대역과 GPS 대역에서 동작할 수 있는 이중대역 안테나 및 이중 빔방향 안테나가 탑재된 단말기에 관한 것이다.
이동 통신 단말기에서 사용되는 안테나로는 중심 주파수의 λ/4 길이를 갖는 모노폴 안테나, 헬리컬 안테나, 상기 모노폴 안테나와 헬리컬 안테나를 조합한 신축 가능형 안테나 등이 있다.
예시한 안테나들이 갖는 단점을 극복하기 위해 내장형 안테나가 제안되기에 이르렀으며, 또한 국가별 사업자별로 서로 다른 주파수 대역을 사용하고 있는 관계로 다중 대역특성을 갖는 안테나가 요구되기에 이르렀다. 이와 같은 요구에 의해 제안되는 내장형 안테나로 인쇄회로 기술을 이용하는 마이크로 스트립 패치 안테 나, 고유전체의 세라믹 물질을 이용하는 세라믹 칩 안테나, 역 F형 안테나 등이 있다.
최근에는 이동 통신 단말기에 위치 추적을 위한 GPS 기능을 포함시키고 있다. 위성 위치 확인 시스템(Global Positioning System, 이하 GPS 시스템)은 고도 약 2만 km, 주기 약 12시간, 궤도 경사각 55도인 6개의 원궤도에 각각 4개씩 발사된 도합 24개의 항행 위성과 위성을 관리하는 지상 제어국, 이용자의 이동국으로 구성된다.
GPS 시스템은 지구 어디에서나 항상 4개 이상의 위성이 시계 내에 있도록 배치되기 때문에 이용자는 이들 위성 중에서 적당한 4개를 선택하여 그것들로부터의 시각 신호를 수신하여 각각의 거리를 측정한다. 4개 위성의 위치는 알려져 있으므로 이용자는 자신의 위도, 경도, 고도의 3차원의 위치와 시계의 시각 편차를 알 수 있다.
민간에서도 이용할 수 있는 GPS 시스템은 지리 정보와 조합되어 네비게이션 시스템으로 그 응용 범위가 확장되었다. GPS 시스템과 지리 정보가 융합된 네비게이션 시스템은 사용자의 현재 위치나 목적지까지의 경로, 목적지까지의 최단 거리 등과 같은 정보를 제공한다. 이와 같은 네비게이션 시스템은 주로 차량 내 설치되는 네비게이션 단말기를 통하여 제공된다.
한편, 자동차 이용자의 급증과 맞물려 유료도로를 이용하는 차량의 수도 증가하고 있다. 특히 통행료를 지불하는 톨게이트에서는 통행료의 징수가 징수요원에 의한 수작업으로 진행되어 징수작업의 시간 소요가 많다는 문제점이 있다. 이러한 징수작업의 시간 소요는 교통 정체 및 유료도로 이용의 불편함을 초래한다.
또한 현재의 고속도로 등의 유료도로에서 사용되는 대부분의 징수 방법은 진입 톨게이트에서 통행권을 발급받고 목적지 톨게이트에서 통행권을 확인한 후, 요금을 계산하여 징수하는 방식이다. 이러한 방식의 징수 방법은 요금납부를 위하여 톨게이트에 정차하는 차량들로 인한 차량정체 및 톨게이트 혼잡을 가중시키며, 요금징수원의 배치에 따른 인건비 증가와 선불카드 또는 통행권 발급에 따른 비용지출 등의 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 통행료 징수에 따른 불편과 교통지체현상의 최소화를 지향하고, 요금징수 전산화로 경영정보체계를 구축하기 위한 목적으로 지능형 교통 시스템을 도입하여, 현재 유료도로의 일부구간에서 차량에 탑재된 OBU(On Board Unit)를 이용하여 차량의 고속주행중에도 자동으로 통행료를 과금할 수 있도록 하는 하이패스(HIGHPASS) 시스템이 시행되고 있다.
상기 하이패스 시스템은, 하이패스 시스템의 차량에 비접촉식 또는 접촉식 카드로 요금의 재충전이 가능하고, 선불, 후불, 사용자 지정카드로 구분되며, 하드웨어 기반의 전자지갑 암호 알고리즘을 채택한 것으로서 특히, RF 방식으로 카드정보를 읽을 수 있고 카드에 데이터를 저장시킬 수 있는 지능형 IC칩이 장착된 하이패스 카드와, 상기 하이패스카드를 판독하고 입력할 수 있는 OBU를 사용하여, 상기 OBU가 유료도로 상에 설치된 탐지안테나와 무선 통신을 통해 신용정보 등을 송수신하고, 유료도로 출구에서 상기 선불카드에 저장된 금액을 차감하는 방식으로 유료도로 통행료의 지불이 이루어진다.
이러한 이유로 인해 안테나에 있어서도 위 GPS대역(1500MHz)의 신호의 수신과 함께 하이패스 시스템과도 송,수신할 수 있는 이중대역 안테나가 요구되고 있다.
그러나, 하이패스 대역과 GPS 대역을 이용하는 이중대역 안테나를 제조할 경우 하이패스와 GPS 의 주파수와 빔방향이 동일하지 않기 때문에 개별적으로 안테나를 배치하고 한 안테나를 기울여서 실장해야 하기 때문에 그 부피가 증가하고, 외관 설계에 제약을 받는 단점이 있다.
또한, 이중대역 구현을 위하여 GPS 패치안테나 패치면에 5.8GHz 슬롯을 구성할 경우 제조시 공차로 수율 확보에 어려움이 있으며, GPS 안테나에서 사용하는 RHCP 성능 저하의 문제점이 있다.
또한, GPS 패치 상부에 5.8 GHz 패치 안테나를 따로 올리거나 적층시킬 경우에도 GPS 안테나에서 사용하는 RHCP 성능 저하의 문제점이 발생한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 서로 다른 주파수와 빔방향을 가지도록 설계된 하이패스 대역과 GPS 대역에서 동작할 수 있는 이중대역, 이중 빔방향 안테나 및 안테나가 탑재된 단말기를 제공함으로써, 단말기에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하고, 안테나가 단말기 외부로 돌출되지 않도록 하여 단말기 외관 설계의 유연성을 증대시킬 수 있는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 접지면 상에 형성되는 세라믹 유전체와, 상기 세라믹 유전체 상에 형성되는 GPS 안테나 패치로 구성되는 GPS 안테나; 및 상기 접지면에 형성된 비아홀을 통하여 급전이 이루어지는 급전부와, 상기 급전부로에서 신호의 송,수신이 이루어지는 제 1 루프 안테나와 제 2 루프 안테나로 구성된 이중 루프 안테나로 구성되는 하이패스용 안테나를 포함하는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 제공한다. 이때 제 1 루프 안테나와 제 2 루프 안테나에는 각각의 길이와 배치 각도를 갖는 스터브가 설치되며, 이 스터브들은 원하는 우수원형편파의 생성과 빔방향을 결정하기 위해 적절하게 설계된다.
바람직하게는, 상기 GPS 안테나는 1.575GHz±10MHz GPS 대역의 우수원형편파(RHCP;Right Handed Circularly Polarization)를 발생시키며, 이득 3dBi 이상 빔방향 앙각 0도±80도의 수신 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 하이패스용 안테나는 5.8 GHz ± 75MHz ISM 대역의 우수원형편파를 발생시키며, 이득 3 dBi 이상 빔방향 앙각 45도±20도의 송,수신 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 하이패스용 안테나는 사각형태의 제 1 루프 안테나와, 상기 제 1 루프 안테나의 외측에 형성되는 사각형태의 제 2 루프 안테나를 포함하며, 상기 제 1 루프 안테나와 제 2 루프 안테나는 상기 급전부를 통하여 급전된 신호를 양분하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급한다.
또한, 상기 하이패스용 안테나는 원형의 제 1 루프 안테나와 상기 제 1 루프 안테나의 동심원을 이루며 외측에 형성되는 원형의 제 2 루프 안테나를 포함하며, 상기 제 1 루프 안테나와 제 2 루프 안테나는 상기 급전부를 통하여 급전된 신호를 양분하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급한다.
보다 바람직하게는, 상기 제 1 루프 안테나의 루프 상에 제 1 스터브가 형성되고, 제 2 루프 안테나의 루프 상에 제 2 스터브가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 루프 안테나는 필름에 인쇄되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 루프 안테나는 안테나가 실장되는 단말기 상부 케이스 내면에 인쇄되어 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나가 실장되는 무선 단말기를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 서로 다른 주파수와 빔방향을 가지도록 설계된 하이패스 대역과 GPS 대역에서 동작할 수 있는 이중대역, 이중 빔방향 안테나 및 안테나가 탑재된 단말기를 제공함으로써, 단말기에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하고, 안테나가 단말기 외부로 돌출되지 않도록 하여 단말기 외관 설계를 보다 효율적으로 할 수 있도록 한다.
본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 사시도, 도 2는 상기 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 평면도, 도 3은 상기 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나는 접지면(100) 상에 형성되는 세라믹 유전체(200)와, 상기 세라믹 유전체 상에 형성되는 GPS 안테나 패치(210)로 구성되는 GPS 안테나, 및 상기 접지면에 형성된 비아홀을 통하여 급전이 이루어지는 급전부(300)와, 상기 급전부(300)로부터 급전된 신호의 송,수신이 이루어지는 2중 루프 안테나(310, 320)로 구성되는 하이패스용 안테나를 포함한다.
보다 상세히, 상기 GPS 안테나는 유전체(200) 상에 형성되는 패치 안테나 형태로 1.575GHz±10MHz GPS 대역의 우수원형편파(RHCP;Right Handed Circularly Polarization)를 발생시키며, 이득 3dBi 이상 빔방향 앙각 0도±80도(min gain -3dBi) 정도의 수신 빔 패턴을 가지며, 이는 도 5를 통하여 확인할 수 있다.
한편, 상기 하이패스용 안테나는 5.8 GHz ± 75MHz ISM 대역의 우수원형편파(RHCP;Right Handed Circularly Polarization)를 발생시키며, 이득 3 dBi 이상 빔방향 앙각 45도±20도 정도의 송,수신 빔 패턴을 가지며, 이는 도 6을 통하여 확인할 수 있다.
이와 같이 상기 GPS 안테나 및 상기 하이패스용 안테나의 요구되는 송,수신 빔 방향이 서로 상이함으로 이러한 특성을 충족시키기 위해서는 상기 GPS 안테나 상부에 이중루프 형태의 하이패스용 안테나가 위치하도록 설계된다.
보다 상세히, 상기 하이패스용 안테나는 사각형태의 제 1 루프 안테나(310)와 상기 제 1 루프 안테나의 외측에 형성되는 사각형태의 제 2 루프 안테나(320)를 포함하며, 상기 제 1 루프 안테나(310)와 제 2 루프 안테나(320)는 상기 급전부(300)를 통하여 급전된 신호를 양분하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급한다. 이때 빔 특성이나 대역폭 조절을 위하여 상기 제 1 루프 안테나(310)의 루프 상에 제 1 스터브(311)가 형성되고, 제 2 루프 안테나(320)의 루프 상에 제 2 스터브(321)가 형성될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 루프 안테나를 형성하는 방법으로는, 필름에 상기 제 1 및 제 2 루프 안테나를 인쇄하여 형성하는 필름형 안테나 구조, 또는 안테나가 실장되는 단말기 상부 케이스 내면에 제 1 및 제 2 루프 안테나를 인쇄하여 형성하는 구조가 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 하이패스용 안테나를 제외한 구성은 도 1 내지 도 3을 통하여 개시된 내용과 동일하며, 다만 상기 하이패스용 안테나를 구성하는 제 1 루프 안테나(310) 및 제 2 루프 안테나(320)는 사각형태가 아닌 원형으로 형성되어 상호 동심원을 이룬다.
이와 같이 상기 제 1 및 제 2 루프 안테나(310, 320)는 당업자에 자명한 범위 내에서 실시예로 개시된 사각형태나 원형 외에도 육각형, 팔각형 등의 다양한 형태로 구현될 수 있음은 자명하다.
종래 빔 방향이 상이한 두 안테나를 이용하여 이중대역, 이중 빔방향을 구현하기 위해서는 각 안테나의 빔방향에 따라 안테나 자체를 기울여서 실장해야 하며 이 경우 기울인 높이가 높아져서 실장성에 문제가 발생하나, 이와 같이 각 안테나의 실장 면이 상호 평행하게 형성됨에도 주 빔 방향을 상호 독립적으로 조정할 수 있도록 하고 상호 간섭을 주지 않도록 함으로써, 안테나 모듈을 단말기 내부에 보 다 용이하게 실장할 수 있다.
즉, 이와 같이 이중대역 안테나를 적층항 구조를 최대 50mm(가로) X 50mm(세로) X 10mm(높이)의 크기로 안테나를 소형화함으로써 단말기 내에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하여 실장 효율을 향상시킬 수 있고, 성능 최적화 및 부가 서비스 확대를 구현할 수 있으며, 제조가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나에 있어서, GPS 대역의 수신 빔 특성을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나에 있어서, 하이패스 대역의 송,수신 빔 특성을 나타낸 도면.
Claims (9)
- 접지면 상에 형성되는 세라믹 유전체와, 상기 세라믹 유전체 상에 형성되는 GPS 안테나 패치로 구성되는 GPS 안테나; 및상기 접지면에 형성된 비아홀을 통하여 급전이 이루어지는 급전부와, 상기 급전부로부터 급전된 신호의 송, 수신이 이루어지는 이중 루프 안테나로 구성되는 하이패스용 안테나를 포함하는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 1항에 있어서,상기 GPS 안테나는 1.575GHz±10MHz GPS 대역의 우수원형편파를 수신하며, 이득 3dBi 이상 빔방향 앙각 0도±80도의 수신 빔 특성을 가지는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 1항에 있어서,상기 하이패스용 안테나는 5.8 GHz ± 75MHz ISM 대역의 우수원형편파를 발생시키며, 이득 3 dBi 이상 빔방향 앙각 45도±20도의 송, 수신 빔 특성을 가지는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 1항에 있어서,상기 하이패스용 안테나는 사각형태의 제 1 루프 안테나와상기 제 1 루프 안테나의 외측에 형성되는 사각형태의 제 2 루프 안테나를 포함하며,상기 제 1 루프 안테나와 제 2 루프 안테나는 상기 급전부를 통하여 급전된 신호를 양분하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급하는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 1항에 있어서,상기 하이패스용 안테나는 원형의 제 1 루프 안테나와상기 제 1 루프 안테나의 동심원을 이루며 외측에 형성되는 원형의 제 2 루프 안테나를 포함하며,상기 제 1 루프 안테나와 제 2 루프 안테나는 상기 급전부를 통하여 급전된 신호를 양분하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급하는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 4항 또는 제 5항에 있어서,상기 제 1 루프 안테나의 루프 상에 제 1 스터브가 형성되고, 제 2 루프 안테나의 루프 상에 제 2 스터브가 형성되는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 4항 또는 제 5항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 루프 안테나는 필름에 인쇄되어 형성되는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 4항 또는 제 5항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 루프 안테나는 안테나가 실장되는 단말기 상부 케이스 내면에 인쇄되어 형성되는 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나가 실장되는 무선 단말기.
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|---|---|---|---|
| KR1020070120641A KR20090054002A (ko) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나 및 안테나가탑재된 단말기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070120641A KR20090054002A (ko) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나 및 안테나가탑재된 단말기 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070120641A KR20090054002A (ko) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | 하이패스용 이중대역, 이중 빔방향 안테나 및 안테나가탑재된 단말기 |
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| KR (1) | KR20090054002A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110075209A (ko) * | 2009-12-28 | 2011-07-06 | 삼성전자주식회사 | 공진 태그와 태그 정보 인식 장치 및 그 방법 |
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2007
- 2007-11-26 KR KR1020070120641A patent/KR20090054002A/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110075209A (ko) * | 2009-12-28 | 2011-07-06 | 삼성전자주식회사 | 공진 태그와 태그 정보 인식 장치 및 그 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| NORF | Unpaid initial registration fee |