KR20100097774A - 기생소자를 갖는 ｍｉｍｏ 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기생소자를 갖는 MIMO 안테나에 관한 것으로서, 기판상의 일측면에 이격된 거리를 유지하며 상호 대칭적으로 형성되는 복수의 안테나 소자와 상기 기판상의 타측면에 상기 복수의 안테나 소자의 각 안테나 소자와 일대일 대응되어 형성되는 복수의 기생소자 및 상기 복수의 기생소자를 상호 연결하는 금속패턴라인의 브리지로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 기판상의 일측면에 형성되는 복수의 안테나 소자의 각 안테나 소자에 일대일 대응되어 상기 기판상의 타측면에 부착되는 복수의 기생소자와 상기 각각의 기생소자를 상호 연결하는 브릿지를 포함하여 상기 복수의 안테나 소자의 급전점에 영향을 주는 전류성분을 상기 브리지로 유도하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 격리도를 향상시키는 MIMO 안테나를 제공하는 효과가 있다.
또한, 상기 각각의 안테나 소자가 다중 대역을 갖는 안테나인 경우 상기 각각의 안테나 소자가 주파수 대역별로 효과적인 격리도 향상을 제공하여 동일한 신호를 가지고 이웃하는 복수의 안테나 소자가 동작 하더라도 서로 간섭을 받지 않고 독립적으로 동작 하게 하여 상기 복수의 안테나 소자 사이의 이격 거리를 줄이고 회로구성 및 디자인 구현을 다양하게 하는 MIMO 안테나를 제공하는 효과가 있다.
MIMO 안테나, 격리도, 브리지, 기생소자

Description

기생소자를 갖는 ＭＩＭＯ 안테나 { MIMO ANTENNA HAVING PARASTIC ELEMENT }
본 발명은 기생소자를 갖는 MIMO 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 안테나 소자에 일대일 대응되는 복수의 기생소자와 상기 각 기생소자를 상호연결하는 브리지를 포함하여 상기 각 안테나 소자의 격리도를 향상시키고 회로 구성 및 디자인구현을 다양하게 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 MIMO(Multiple-Input Multipl-Output) 안테나의 구성도이다. 종래의 MIMO 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자(10)는 방사체(11)와 급전점(12)을 포함하고 접지면(13)에 연결된다. 복수의 안테나 소자(10)를 배열하여 다중 입출력 동작을 수행하는 종래의 MIMO안테나는 소형 이동통신 단말기내에 설치되기 때문에 각 안테나 소자(10) 사이의 간격이 좁아질 수 밖에 없으며, 이러한 경우 각 안테나소자로부터 방사된 전자파가 상호간섭을 일으키게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 MIMO안테나는 좁은 공간의 격리도를 향상하기위하 여 도 1a에 도시된 바와 같이 각 안테나 소자(10)의 급전점(12) 사이의 이격거리를 확보하거나, 격리도가 향상되길 원하는 주파수 대역의 0.25λ에 해당하는 슬릿(14)을 상기 각 안테나소자(10)가 연결된 접지면(20)에 도 1b와 같이 형성하여 전류성분의 흐름을 상기 각 안테나소자(10) 사이의 상기 접지면(13)에 형성되는 슬릿(14)으로 유도하여 전자파의 상호간섭을 감소시키도록 하였다.
그러나, 위와 같이 종래의 MIMO 안테나를 구성하는 기술은 도 1a와 같이 충분한 이격거리를 확보하지 못하면 격리도가 떨어지기 때문에 항상 일정 이상의 이격거리를 확보하여야 된다. 현재 일반적인 MIMO 안테나의 각 안테나 소자(10)간 적정 이격거리는 0.5λ이상을 요구한다.
또한, 도 1a의 문제점을 극복하고자 도 1b와 같이 접지면(13)에 슬롯(14)을 형성할 경우 슬롯(14)이 형성되는 접지면(13)의 소정 영역에 타 기기부품의 장착이 어려워지거나 타 기기부품을 장착할수 있는 위치가 자유롭지 못하여 회로 구성 및 디자인구현에 있어서 제한요소가 크며 유연하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 기판상의 일측면에 형성되는 복수의 안테나 소자의 각 안테나 소자에 일대일 대응되어 상기 기판상의 타측면에 부착되는 복수의 기생소자와 상기 각각의 기생소자를 상호 연결하는 브릿지를 포함하여 상기 복수의 안테나 소자의 급전점에 영향 을 주는 전류성분을 상기 브리지로 유도하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 격리도를 향상시키는 MIMO 안테나를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기 각 안테나 소자가 다중 대역을 갖는 안테나인 경우 상기 각 안테나 소자의 각 주파수 대역별로 효과적인 격리도 향상을 제공하여 동일한 신호를 가지고 이웃하는 복수의 안테나 소자가 동작 하더라도 서로 간섭을 받지 않고 독립적으로 동작 하게 하여 상기 각 안테나 소자 사이의 이격 거리를 줄이고 회로구성 및 디자인 구현을 다양하게 하는 MIMO 안테나를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 기생소자를 갖는 MIMO 안테나는, 기판상의 일측면에 이격된 거리를 유지하며 상호 대칭적으로 형성되는 복수의 안테나 소자와 상기 기판상의 타측면에 상기 복수의 안테나 소자의 각 안테나 소자와 일대일 대응되어 형성되는 복수의 기생소자 및 상기 복수의 기생소자를 상호 연결하는 금속패턴라인의 브리지로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 기판상의 일측면에 형성되는 복수의 안테나 소자의 각 안테나 소자에 일대일 대응되어 상기 기판상의 타측면에 부착되는 복수의 기생소자와 상기 각각의 기생소자를 상호 연결하는 브릿지를 포함하여 상기 복수의 안테나 소 자의 급전점에 영향을 주는 전류성분을 상기 브리지로 유도하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 격리도를 향상시키는 MIMO 안테나를 제공하는 효과가 있다.
또한, 상기 각각의 안테나 소자가 다중 대역을 갖는 안테나인 경우 상기 각각의 안테나 소자가 주파수 대역별로 효과적인 격리도 향상을 제공하여 동일한 신호를 가지고 이웃하는 복수의 안테나 소자가 동작 하더라도 서로 간섭을 받지 않고 독립적으로 동작 하게 하여 상기 복수의 안테나 소자 사이의 이격 거리를 줄이고 회로구성 및 디자인 구현을 다양하게 하는 MIMO 안테나를 제공하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 안테나의 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 기생소자를 갖는 MIMO 안테나는 기판(100)상의 일측면에 형성되는 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)와 상기 기판(100)상의 타측면에 형성되는 복수의 기생소자(120,220)와 상기 각 기생소자(120,220)를 상호 연결하는 브리지(130)가 형성되어 이루어진다.
보다 상세하게는, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)는 소정간격을 두고 상호 대칭적으로 형성되며, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)는 소정의 패턴으로 형성되는 방사체(111,211) 및 상기 방사체(111,211)에 신호를 급전하여 상기 제1 및 제2 안테나 소자를 급전 시키는 급전점(112,212)을 더 포함하여 이루어지고 상기 기판(100) 상에 금속평판의 접지면(113)이 더 포함되어 형성된다.
또한, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)는 IEEE 802.11 과 802.16 표준에서 요구하는 모든 대역에서 정상적으로 작동할 수 있는 안테나이다.
보다 상세하게는, 상기 제1 및 제2 안테나소자(110,210)는 브랜치 라인 기법을 적용하여 3중 공진이 발생하는 주파수대역과 각 주파수대역의 서비스에서 요구하는 방사 성능 및 대역폭을 확보한다.
상기 제1 및 제2 안테나소자(110,210)의 3중 공진이 발생하는 정재파비가 도 3a와 도 3b 에 그래프로 도시되어 있다.
상기 그래프에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)는 2.5GHz, 3.5GHz , 5.5GHz 의 공진주파수를 갖는 3중 공진 주파수 대역에서 공진한다.
상기와 같이, 본 발명은 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)가 다중 주파수 대역에서 공진하는 MIMO 안테나를 일실시예로 들어 설명하나, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)가 단일 주파수 대역에서 공진하는 MIMO 안테나를 포함하여 복수의 안테나 소자를 갖는 안테나에 적용할 수 있다.
상기 각 기생소자(120,220)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)상의 타측면에 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)의 후면과 일대일 대응되어 부착되는 소정크기의 금속평판으로 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 각 기생소자(120,220)는 상기 기판(100)상의 타측면에 일대일 대응되는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)의 후면 보다 소정영역 만큼 크게 형성된다.
또한, 상기 각 기생소자(120,220)는 상기 접지면(113)으로부터 이격되어 형성된다.
따라서, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)에 일대일 대응 되는 상기 각 기생소자(120,220)는 우선적으로 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,220)에 발생되는 공진의 안정화를 위해 사용된다.
또한, 상기 각 기생소자(120,220)는 일대일 대응되는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)와 상호 커플링 된다.
한편, 상기 브리지(130)는 상기 각 기생소자(120,220)를 소정 폭을 가지는 금속패턴의 라인으로 상호 연결하여 형성된다.
또한, 상기 브리지(130)는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)와 상기 각 기생소자(120,220)가 상호 커플링 된 전류성분을 유도한다.
따라서, 상기 커플링 현상에 의해 상기 각 기생소자(120,220)로 전류 성분이 흐르게 되고 상기 접지면(113)의 가장자리를 타고 흐르며 상대 안테나 소자의 각 급전점(112,212)에 영향을 미치는 전류 성분과 상기 각 기생소자(120,220)에 흐르는 전류성분이 함께 상기 브리지(130)가 형성되어 있는 방향으로 유도 되어 상대 안테나 소자의 상기 각 급전점(112,212)에 영향을 미치는 전류성분이 상기 브리지(130)에 의해 서로 상쇄되어 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210)의 격리도를 향상시킨다.
상기 브리지(130)는 상기 각 기생소자(120,220)와 전기적으로 연결 되어 있 으므로, 상기 브리지(130)와 상기 각 기생소자(120,220)가 하나의 기생소자로 동작되는 것과 같다.
여기서, 상기 브리지(130)는 상기 각 기생소자(120,220)를 상호 전기적으로 연결하는 역할 및 격리도를 향상시키고자 하는 주파수대역의 0.5λ의 길이를 조절하는 역할을 수행한다.
본 발명의 일실시예에서, 격리도를 향상시키고자 하는 주파수 대역의 0.5λ에 해당하는 길이는 상기 제1 및 제2 안테나소자(110,210)가 동작할 때 상기 각 급전점(112,212) 사이에 흐르는 전류성분의 경로 길이와 같다.
따라서, 상기 각 기생소자(120,220)를 상호 연결하는 상기 브리지(130)의 길이는 도 4에 도시된 상기 제 2 안테나 소자가 동작할 때 상기 각 급전점(112,212) 사이에 흐르는 전류성분의 경로를 나타내는 참조 기호 A,B,C,D 및 E 중 C에 해당하는 길이를 가지며 상기 격리도를 향상 시키고자 하는 주파수 대역의 0.5λ에서 A,B,D 및 E 의 경로를 합한 길이를 차감한 길이와 같게 된다.
예를 들면, 브리지의 길이 C = 0.5λ-(A+B+D+E) 이다.
상기 브리지의 길이는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210) 사이의 이격거리에 영향을 준다. 본 발명의 일실시예에 따른 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210) 사이의 적정 이격거리는 2.5GHz, 3.5GHz, 5.5GHz 의 공진 주파수를 갖는 주파수 대역을 기준할 때 각각 0.2λ , 0.29λ, 0.45λ로 줄어든다.
이와 같이, 상기 브리지(130)는 인접되는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110,210) 사이의 이격거리를 조절한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 기생소자를 갖는 MIMO 안테나의 회로 구성 및 디자인 구현을 하기 위한 공간 배치가 자유로워진다.
이하, 본 발명의 동작 특성을 나타내기 위하여 전류성분의 흐름 변화를 본 발명의 일실시예가 적용되기 전과 후로 나누어 설명하기로 한다.
도 5a와 도 5b 는 본 발명의 일실시예가 적용되기 전 각 안테나 소자 동작시 MIMO안테나에 흐르는 전류성분을 나타내는 흐름도이다.
도 5a 에 보이는 바와 같이 상기 제 1안테나 소자(210)가 동작하게 되면 접지면(113)의 가장자리에 전류성분이 흐르게 되어 상기 제 2 안테나소자(210)의 급전점(112)에 영향을 주게되고,도 5b 에 보이는 바와 같이 상기 제 2안테나 소자(210)가 동작하게 되면 접지면(113)의 가장자리에 전류성분이 흐르게 되어 상기 제 1 안테나소자(110)의 급전점(112)에 영향을 주게된다.
따라서 상기 각 안테나 소자(110,210)가 동작하게 되면 상기 각 안테나 소자(110,210)간에 상호 간섭이 일어나게 된다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 일실시예가 적용된 후에 각 안테나 소자 동작시 MIMO안테나에 흐르는 전류성분을 나타내는 흐름도이다.
도 6a에 보이는 바와 같이 제 1 안테나 소자(110)가 동작하게 되면 상기 접지면(113)의 가장자리를 따라 제 2안테나 소자(210)의 급전점(212)에 영향을 주던 전류성분은 상기 제 1안테나 소자(110)와 상기 제 1안테나 소자(110)에 대응되는 기생소자(120)가 상호 커플링 되어 상기 브리지(130)가 형성되어 있는 방향으로 유도되고 도 6b에 보이는 바와 같이 상기 제 2 안테나 소자(210)가 동작하게 되면 상 기 접지면(113)의 가장자리를 따라 상기 제1 안테나 소자(110)의 급전점(112)에 영향을 주던 전류성분은 상기 제 2안테나 소자(210)와 상기 제 2안테나 소자(210)에 대응되는 기생소자(220)가 상호 커플링 되어 상기 브리지(130)가 형성되어 있는 방향으로 유도되어 흐르게 된다.
따라서, 상기 브리지(113)는 상기 각 안테나 소자(110,210)가 동작할 때 상대 안테나 소자의 각 급전점에 영향을 미치는 전류 성분을 서로 상쇄시킨다.
이와 같이, 상기 브리지(130)로 인해 각 안테나 소자(110,210)가 서로 영향을 받지 않게 되어 상기 각 안테나소자(110,210)의 격리도가 향상된다.
상기와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 각 기생소자(120,220)와 브리지(130)가 적용된 상태의 기생소자를 갖는 MIMO 안테나는 접지면(113)의 가장자리를 따라 흐르며 각 급전점(112,212)에 영향을 주던 전류성분이 상기 각 기생소자(120,220)를 상호 연결하는 상기 브리지(130)로 유도되어 복수의 급전점(112,212)에 동위상의 동일 신호가 인가되더라도 상기 브리지(130)로 유도된 각 급전점(112,212)의 전류성분끼리 상쇄효과가 일어나 복수의 안테나가 동시에 동작해도 격리도가 확보되어 정상적인 방사가 가능하게 된다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 각 기생소자(120,220)와 브리지(130) 적용전 격리도 실측값을 나타내는 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 각 기생소자(120,220)와 브리지(130) 적용후 격리도 실측값을 나타내는 그래프이다.
상기 각 안테나 소자(110,210)에 발생되는 주파수 대역의 최적 요구 격리도 는 -15dB 이하이다.
도 7a의 격리도 실측값에 비하여 도 7b에서 상기 각 기생소자(120,220)와 브리지(130)를 적용한 격리도는 상대적으로 전 주파수 대역에서 최적 요구 격리도 이하의 실측값이 고르게 형성된다.
따라서, 본 발명은 기판상의 일측면에 형성되는 복수의 안테나 소자의 각 안테나 소자에 일대일 대응되어 상기 기판상의 타측면에 부착되는 복수의 기생소자와 상기 각각의 기생소자를 상호 연결하는 브릿지를 포함하여 상기 복수의 안테나 소자의 급전점에 영향을 주는 전류성분을 상기 브리지로 유도하여 상기 복수의 안테나 소자 각각의 격리도를 향상시키는 MIMO 안테나를 제공하는 효과가 있다.
특히, 상기 각각의 안테나 소자가 다중 대역을 갖는 안테나인 경우 상기 각각의 안테나 소자가 주파수 대역별로 효과적인 격리도 향상을 제공하여 동일한 신호를 가지고 이웃하는 복수의 안테나 소자가 동작 하더라도 서로 간섭을 받지 않고 독립적으로 동작 하게 하여 상기 복수의 안테나 소자 사이의 이격 거리를 줄이고 회로구성 및 디자인 구현을 다양하게 하는 MIMO 안테나를 제공하는 효과가 있다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
도 1a와 도 1b는 종래의 MIMO 안테나 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 안테나 구성도
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 각 안테나소자의 정재파비를 도시한 그래프
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 안테나 배면도
도 5a는 본 발명의 일실시예가 적용되기 제1 안테나 소자 동작시 MIMO 안테나에 형성되는 전류성분을 표시한 흐름도
도 5b는 본 발명의 일실시예가 적용되기 제2 안테나 소자 동작시 MIMO 안테나에 형성되는 전류성분을 표시한 흐름도
도 6a는 본 발명의 일실시예가 적용된 후 제 1안테나 소자 동작시 MIMO 안테나에 형성되는 전류성분을 표시한 흐름도
도 6b는 본 발명의 일실시예가 적용된 후 제 1안테나 소자 동작시 MIMO 안테나에 형성되는 전류성분을 표시한 흐름도
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 기생소자와 브리지가 적용되기 전 MIMO 안테나의 격리도 실측값을 나타내는 그래프
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 기생소자와 브리지가 적용된 후 MIMO 안테나의 격리도 실측값을 나타내는 그래프
* 주요 도면부호에 대한 설명 *
10 : 안테나 소자 11 : 방사체
12 : 급전점 13 : 접지면
14 : 슬릿 100 : 기판
110 : 제1 안테나 소자 111,211 : 방사체
112,212 : 급전부 113 : 접지면
120,220 : 기생소자 130 : 브리지
210 : 제2 안테나 소자
A,B,C,D,E : 각 안테나 소자의 각 급전점 사이에 흐르는 전류성분의 경로

Claims (6)

  1. 기판상의 일측면에 이격된 거리를 유지하며 상호 대칭적으로 형성되는 복수의 안테나 소자와;
    상기 기판상의 타측면에 상기 복수의 안테나 소자의 각 안테나 소자와 일대일 대응되어 형성되는 복수의 기생소자; 및
    상기 복수의 기생소자를 상호 연결하는 금속패턴라인의 브리지로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판상에 상기 복수의 안테나 소자 및 상기 복수의 기생소자와 이격되어 형성되는 금속평판의 접지면이 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 안테나 소자는,
    단일 주파수 대역 또는 다중 주파수 대역에서 공진되어 동작하는 것을 특징으로 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 각 안테나 소자와 상기 각 기생소자는 상호 커플링되고,
    상기 브리지는 상기 커플링되어 유도된 전류성분을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 브리지는,
    상기 각각의 안테나 소자 중 인접되는 안테나 소자 사이의 이격거리를 조절 하는 것을 특징으로 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 안테나 소자 각각에는 상기 복수의 안테나 소자 각각을 급전하는 급전점이 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 기생소자를 갖는 MIMO 안테나.
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