KR20100105820A - 하이패스용 케이스 내삽형 안테나 및 안테나가 탑재된 무선단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전기적 신호를 전달하는 급전부; 상기 급전부의 말단 원판을 지지면의 하면에 형성되는 수용홈을 통하여 수용하여 DSRC 방사소자 원판과 신호가 전자기적으로 결합되도록 하며, 상기 지지면의 네모서리에 형성되는 지지대를 포함하는 지지구조물; 상기 지지면의 상면에 적층되는 스터브 부착형 루프 구조의 DSRC 방사소자; 및 상기 DSRC 방사소자의 외면을 개복(蓋覆)하는 IML 필름을 포함하는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 하이패스용 케이스 내삽형 안테나; 상기 내삽형 안테나가 안착되는 PCB 또는 접지면; 및 상기 PCB 또는 접지면의 외관을 보호하는 케이스를 포함하되, 상기 케이스의 일부는 내장형 안테나의 실장을 위하여 개방되는 하이패스용 내삽형 안테나가 실장되는 무선 단말기를 제공한다.

하이패스, 안테나, 단일루프, IML 필름

Description

하이패스용 케이스 내삽형 안테나 및 안테나가 탑재된 무선 단말기{ANTENNA INSERTED IN CASE FOR HIGHPASS AND WIRELESS DEVICE EQUIPPED THEM}

본 발명은 지면과 약 45도 각도를 이루는 빔 방향을 가지도록 설계되어 단말기에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하고, 안테나가 단말기 외부로 돌출되지 않도록 하여 단말기 외관 설계의 유연성을 증대시킬 수 있는 하이패스 대역에서 동작할 수 있는 케이스 내삽형 안테나 및 상기 내삽형 안테나가 탑재된 단말기에 관한 것으로, 특히, 상기 내삽형 안테나는 IML 필름 하부에 인쇄되어 형성되고, 상기 IML 필름과 비도전성 케이스 기구물을 압착시켜 일체화시켜 형성됨으로써, 케이스 내부에 안테나를 안착시킬 경우보다 부피를 최소화할 수 있고, 케이스의 영향을 배제하여 안테나 안착 후 임피던스 매칭에 변화를 최소화할 수 있다.

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 관계 로 다중 대역특성을 갖는 안테나가 요구되기에 이르렀다. 이와 같은 요구에 의해 제안되는 내장형 안테나로 인쇄회로 기술을 이용하는 마이크로 스트립 패치 안테나, 고유전체의 세라믹 물질을 이용하는 세라믹 칩 안테나, 역 F형 안테나 등이 있다.

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.

그러나, 하이패스 시스템 구현을 위한 종래 마이크로스트립 내장 안테나를 단말기 내부에 실장할 경우 종래 안테나의 빔방향이 지면과 수직한 방향을 가짐으로써, 차량과 약 45도 각도를 형성하는 톨게이트 사이의 통신에 오동작이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 상기 마이크로스트립 내장 안테나를 약 45도 기울여 단말기 내부에 실장해야 하기 때문에 그 부피가 증가하고, 외관 설계에 제약을 받는 문제점이 있다.

또한, 송수신의 이득을 높이기 위하여 단말기를 차량 앞유리에 가까이 배치할 경우 차량내 단말기의 탑재 위치 설계에 유연성이 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 제외하더라도, 종래 상기 마이크로스트립 내장 안테나는 임피던스 매칭 과정을 거쳐 무선 신호를 최적화된 환경에서 수신할 수 있도록 조절된 상태에서 단말기 내부에 안착되는데, 상기 단말기 외부를 보호하는 금속재질의 커버로 인하여 상기 임피던스 매칭이 어긋나 안테나의 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 마이크로스트립 안테나의 외부에 형성되는 케이스의 두께만큼 단말기의 부피가 증가하여 디자인의 자유도가 떨어지며, 재료비 기타 공정의 복잡성으로 인한 제조가격의 상승을 피할 수 없다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 지면과 약 45도 각도를 이루는 빔 방향을 가지도록 설계되어 단말기에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하고, 안테나가 단말기 외부로 돌출되지 않도록 하여 단말기 외관 설계의 유연성을 증대시킬 수 있는 하이패스 대역에서 동작할 수 있는 케이스 내삽형 안테나 및 상기 내삽형 안테나가 탑재된 단말기를 제공하는 것을 목적으로 하며, 특히, 상기 내삽형 안테나는 IML 필름 하부에 인쇄되어 형성되고, 상기 IML 필름과 비도전성 케이스 기구물을 압착시켜 일체화시켜 형성됨으로써, 케이스 내부에 안테나를 안착시킬 경우보다 부피를 최소화할 수 있고, 케이스의 영향을 배제하여 안테나 안착 후 임피던스 매칭에 변화를 최소화하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기적 신호를 전달하는 급전부; 상기 급전부의 말단 원판을 지지면의 하면에 형성되는 수용홈을 통하여 수용하여 DSRC방사소자 원판과 신호가 전자기적으로 결합되도록 하며, 상기 지지면의 네모서리에 형성되는 지지대를 포함하는 지지구조물; 상기 지지면의 상면에 적층되는 스터브 부착형 루프 구조의 DSRC 방사소자; 및 상기 DSRC 방사소자의 외면을 개복(蓋覆)하는 IML 필름을 포함하는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나를 제공한다.

바람직하게는, 상기 DSRC 방사소자 및 IML 필름 사이에 개재(介在)되는 인쇄 필름을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 급전부의 하부는 상기 지지구조물이 안착되는 PCB 또는 접지면 상에 형성된 급전 선로 또는 RF 회로부와 납땜으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 DSRC 방사소자 원판과 상기 급전부의 말단 원판이 0.5 mm 이하로 이격되도록 하여 신호가 전자기적으로 결합되도록 커플 급전될 수 있다.

또한, 상기 DSRC 방사소자는 스터브 부착형 루프 구조로 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 스터브 부착형 루프 구조의 상기 DSRC 방사소자는 5.8 GHz ± 75MHz ISM 대역의 우수원형편파(RHCP;Right Handed Circularly Polarization)를 발생시키며, 이득 3 dBi 이상이고, 빔방향 앙각 45도±30도의 송,수신 빔 패턴을 가질 수 있다.

또한, 상기 안테나는 루프 상의 한쪽 측에 원판 모양의 도전판이 형성되어 있고 이것과 케이스 하부 0.5 mm 이하로 이격된 급전부 말단 원판이 전자기적으로 결합되어 신호를 전달하는 구조로 되어 있으며, 상기 급전부를 통하여 급전된 신호를 정합하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급할 수 있다. 더더욱 바람직하게는, 상기 루프 안테나의 루프 상에 스터브가 형성될 수 있다. 또한, 상기 스터브의 형성 위치 및 길이를 조절하여 빔 방향의 각도와 빔 기울기 각도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 DSRC 방사소자는, 필름에 상기 DSRC 방사소자를 인쇄하여 형성하는 방법, 상기 지지구조물 상에 전도성 도료를 이용하여 방사소자 패턴을 그리는 방법, 또는 금속 재질의 방사소자를 상기 인쇄 필름과 지지구조물 사이에 개재되어 고정시키는 방법으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 하이패스용 케이스 내삽형 안테나; 상기 내삽형 안테나가 안착되는 PCB 또는 접지면; 및 상기 PCB 또는 접지면의 외관을 보호하는 케이스를 포함하되, 상기 케이스의 일부는 내삽형 안테나의 실장을 위하여 개방되는 하이패스용 내삽형 안테나가 실장되는 무선 단말기를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 지면과 약 45도 각도를 이루는 빔 방향을 가지도록 설계되어 단말기에서 안테나가 차지하는 부피를 최소화하고, 안테나가 단말기 외부로 돌출되지 않도록 하여 단말기 외관 설계의 유연성을 증대시킬 수 있는 하이패스 대역에서 동작할 수 있는 케이스 내삽형 안테나 및 상기 내삽형 안테나가 탑재된 단말기를 제공하며, 특히, 상기 내삽형 안테나는 IML 필름 하부에 인쇄되어 형성되고, 상기 IML 필름과 비도전성 케이스 기구물을 압착시켜 일체화시켜 형성됨으로써, 케이스 내부에 안테나를 안착시킬 경우보다 부피를 최소화할 수 있고, 케이스의 영향을 배제하여 안테나 안착 후 임피던스 매칭에 변화를 최소화할 수 있다.

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 바람직한 일 실시예에 따른 하이패스용 케이스 내삽형 안테나의 분해사시도, 도 2는 상기 하이패스용 내삽형 안테나의 측면에서 바라본 분해사시도, 도 3은 상기 하이패스용 내삽형 안테나의 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 하이패스용 케이스 내삽형 안테나는 전기적 신호를 전달하는 급전부(100), 상기 급전부(100)의 말단을 지지면(210)의 소정부에 형성되는 수용홈(211)을 통하여 수용하여 DSRC 방사소자 원판과 신호가 전자기적으로 결합되도록 하며, 상기 지지면(210)의 네모서리에 형성되는 지지대(220)를 포함하는 지지구조물(200), 상기 지지면(210) 상에 적층되는 스터브 부착형 루프 구조의 DSRC 방사소자(300), 상기 DSRC 방사소자(300)의 외면을 개복(蓋覆)하는 인쇄 필름(400), 상기 인쇄 필름(400) 외부에 적층되는 IML 필름(500)을 포함한다.

보다 상세히, 상기 급전부(100)의 하부는 상기 지지구조물(200)이 안착되는 PCB 또는 접지면(도 5의 도면부호 600 참조) 상에 형성된 급전 선로 또는 RF 회로부와 납땜으로 연결될 수 있으며, 이러한 구조를 통해 상기 DSRC 방사소자(300)와 상기 급전부(100)의 말단이 0.5 mm 이하로 이격되어 커플 급전될 수 있다.

물론, 상기 급전부(100)와 상기 DSRC 방사소자(300)는 경우에 따라 직접 급전되어 RF 에너지의 효과적인 전달이 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 지지구조물(200) 위에 적층되는 스터브 부착형 루프 구조의 DSRC 방사소자(300)는 저항이 없는 도전성 재질로 형성될 수 있으며, 5.8 GHz ± 75MHz ISM 대역의 우수원형편파(RHCP;Right Handed Circularly Polarization)를 발생시키며, 이득 3 dBi 이상 빔방향 앙각 45도±30도 정도의 송,수신 빔 패턴을 가질 수 있다.

상기 DSRC 방사소자(300)를 형성하는 방법으로는, 필름에 상기 DSRC 방사소자(300)를 인쇄하여 형성하는 방법, 또는 상기 지지구조물(200) 상에 전도성 도료를 이용하여 방사소자 패턴을 그리는 방법, 또는 금속 재질의 방사소자를 상기 인쇄 필름(400)과 지지구조물(200) 사이에 개재(介在)되어 고정시키는 방법 등이 사용될 수 있다.

한편, 상기 인쇄 필름(400)은 IML 필름(500) 하부에 형성되어 미려한 효과를 얻기 위한 것으로, 단말기 제조사의 상표 등이 인쇄될 수 있다. 그러나, 상기 인쇄 필름(400)은 선택적 구성요소에 불과하여 생략될 수 있으며, 이 경우 DSRC 방사소자(300)를 IML 필름(500)로 직접 개복하게 된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DSRC 방사소자의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 DSRC 방사소자(300)는 단일루프 형태로 이루어지며, 상기 안테나는 루프 상의 한쪽 측에 원판 모양의 도전판이 형성되어 있고 이것과 케이스 하부 0.5 mm 이하로 이격된 급전부 말단 원판이 전자기적으로 결합되어 신호를 전달하는 구조로 되어 있으며, 상기 급전부를 통하여 급전된 신호를 정합하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급할 수 있다. 더더욱 바람직하게는, 상기 루프 안테나의 루프 상에 스터브가 형성될 수 있 다. 또한, 상기 스터브의 형성 위치 및 길이를 조절하여 빔 방향의 각도와 빔 기울기 각도를 조절할 수 있다. 본 발명의 경우 약 45도 정도의 기울기를 가진 빔 방향 패턴을 가지도록 스터브(311)의 위치 및 길이가 결정된다.

상기 루프 안테나(310)는 원형 뿐만 아니라 당업자에 자명한 범위 내에서 사각형태나 육각형, 팔각형 등의 다양한 형태로 구현될 수 있음은 자명하다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케이스 내삽형 안테나가 탑재된 무선 단말기를 나타낸 측단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 내삽형 안테나는 PCB 또는 접지면(600) 상에 안착되며, 상기 DSRC 방사소자(300)가 상기 PCB 또는 접지면(600)와 소정 간격을 유지할 수 있도록 상기 지지대(220)가 상기 DSRC 방사소자(300)를 상기 PCB 또는 접지면(600)과 평행하게 지지한다.

상기 PCB 또는 접지면(600) 상에는 접지(미도시)가 형성될 수 있으며, 그 밖에 단말기의 구동에 필요한 각종 전자 부품(610)이 실장될 수 있다.

한편, 상기 단말기의 외관을 구성하는 케이스(700)가 형성될 수 있으며, 상기 케이스(700)의 일부는 케이스 내삽형 안테나의 실장을 위하여 개방될 수 있다. 상기 개방된 부분을 통하여 단말기 제조의 최종 단계로 단말기와 상기 내삽형 안테나를 조립할 수 있으며, 때문에 금속성 재질의 케이스(700)로 인하여 상기 내삽형 안테나의 임피던스 매칭이 달라지는 경우를 방지할 수 있다.

한편, 수직방향을 기준으로 소정 각도 기울어진 방향에 위치한 하이패스 리더기와의 신호 송수신을 위해서는 안테나를 빔방향에 따라 기울여서 단말기 내부에 실장해야 하며 이 경우 기울인 높이가 높아져서 단말기 내부 안테나의 실장성에 문제가 발생한다. 이와 같이 각 안테나의 실장 면이 상호 평행하게 형성됨에도 빔 방향을 기울여 신호를 송수신할 수 있도록 함으로써, 안테나 모듈을 단말기 내부에 보다 용이하게 실장할 수 있다.

즉, 이와 같이 하이패스용 케이스 내삽형 안테나를 적층한 구조를 최대 30mm(가로) X 30mm(세로) X 5mm(높이) 이하의 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.

또한, 상기 내삽형 안테나는 IML 필름 하부에 인쇄되어 형성되고, 상기 IML 필름과 비도전성 케이스 기구물을 압착시켜 일체화시켜 형성됨으로써, 케이스 내부에 안테나를 안착시킬 경우보다 부피를 최소화할 수 있고, 케이스의 영향을 배제하여 안테나 안착 후 임피던스 매칭에 변화를 최소화할 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 바람직한 일 실시예에 따른 하이패스용 케이스 내삽형 안테나의 분해사시도.

도 2는 상기 하이패스용 케이스 내삽형 안테나의 측면에서 바라본 분해사시도.

도 3은 상기 하이패스용 케이스 내삽형 안테나의 측면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DSRC 방사소자의 구조를 나타낸 평면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나가 탑재된 무선 단말기를 나타낸 측단면도.

Claims (11)

1. 전기적 신호를 전달하는 급전부;

   상기 급전부의 말단 원판을 지지면의 하면에 형성되는 수용홈을 통하여 수용하여 DSRC 방사소자 원판과 신호가 전자기적으로 결합되도록 하며, 상기 지지면의 네모서리에 형성되는 지지대를 포함하는 지지구조물;

   상기 지지면의 상면에 적층되는 스터브 부착형 루프 구조의 DSRC 방사소자; 및

   상기 DSRC 방사소자의 외면을 개복(蓋覆)하는 IML 필름을 포함하는 하이패스용 내장형 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 DSRC 방사소자 및 IML 필름 사이에 개재(介在)되는 인쇄 필름을 더 포함하는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 급전부의 하부는 상기 지지구조물이 안착되는 PCB 또는 접지면 상에 형성된 급전 선로 또는 RF 회로부와 납땜으로 연결되는 하이패스용 케이스 내삽형 안 테나.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 DSRC 방사소자 원판과 상기 급전부의 말단 원판이 0.5 mm 이하로 이격되어 신호가 전자기적으로 커플 급전되는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 DSRC 방사소자는 스터브 부착형 루프 구조로 형성되는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
6. 제 5항에 있어서,

   스터브 부착형 루프 구조의 상기 DSRC 방사소자는 5.8 GHz ± 75MHz ISM 대역의 우수원형편파(RHCP;Right Handed Circularly Polarization)를 발생시키며, 이득 3 dBi 이상이고, 빔방향 앙각 45도±30도의 송,수신 빔 패턴을 가지는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 안테나는 루프 상의 한쪽 측에 원판 모양의 도전판이 형성되어 있고,

   이것과 케이스 하부 0.5 mm 이하로 이격된 급전부 말단 원판이 DSRC 방사소자 원판과 전자기적으로 결합되어 신호를 전달하는 구조로 되어 있으며,

   상기 급전부를 통하여 급전된 신호를 정합하여 외부로 송신하고, 외부로부터 신호를 수신하여 결합한 후에 급전부에 공급하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 루프 안테나의 루프 상에 스터브가 형성되는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 상기 스터브의 형성 위치 및 길이를 조절하여 빔 방향의 각도와 빔 기울기 각도를 조절하는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 DSRC 방사소자는, 필름에 상기 DSRC 방사소자를 인쇄하여 형성하는 방 법, 상기 지지구조물 상에 전도성 도료를 이용하여 방사소자 패턴을 그리는 방법, 또는 금속 재질의 방사소자를 상기 인쇄 필름과 지지구조물 사이에 개재되어 고정시키는 방법으로 형성되는 하이패스용 케이스 내삽형 안테나.
11. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 하이패스용 케이스 내삽형 안테나;

    상기 내삽형 안테나가 안착되는 PCB 또는 접지면; 및

    상기 PCB의 외관을 보호하는 케이스를 포함하되,

    상기 케이스의 일부는 내삽형 안테나의 실장을 위하여 개방되는 하이패스용 내장형 안테나가 실장되는 무선 단말기.

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