KR20120061555A - Ｃｓｒｒ 구조를 이용한 ｍｉｍｏ 안테나 - Google Patents

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Abstract

CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 유전체 구조물; 상기 유전체 구조물의 상부에 형성되며 소정 거리 이격되어 배치되는 제1 방사체와 제2 방사체; 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체 사이에 형성되며 상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 대칭적으로 형성되는 아이솔레이션 구조체; 및 상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 형성되는 접지면을 포함하되, 상기 아이솔레이션 구조체는 외부 갭 및 내부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가진다. 개시된 안테나는 소형화된 구조로 안테나간 격리도를 확보할 수 있으며, 공진 주파수 및 격리되는 주파수의 조절이 가능한 장점이 있다.

Description

ＣＲＳＳ구조를 이용한 ＭＩＭＯ 안테나{MIMO Antenna Using CRSS Structure}
본 발명의 실시예들은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중 입력 및 다중 출력을 수행하는 MIMO 안테나에 관한 것이다.
멀티미디어 서비스에 대한 요구가 급증함에 따라 이동통신 시스템은 신뢰성이 있는 고속의 데이터를 전송하도록 요구되고 있다. 제한된 대역폭과 전력을 이용하는 무선 채널을 통해서 고속의 데이터 전송이 가능하려면 용량의 증가가 필수적이다. 최근에 들어 용량을 개선시키는 기술들에 대한 관심이 증가하고 있다.
무선 통신 환경은 페이딩, 음영 효과, 전파 감쇠, 잡음 및 간섭 등에 의해 수신 신호의 신뢰성이 크게 저하된다. 따라서, 고속의 데이터 통신이 가능하기 위해서는 이러한 무선 채널 특성을 극복하거나 그 성질을 이용하기 위한 대안이 필요하며, 이러한 필요성에 따라 제안된 기술이 MIMO 안테나 기술이다.
MIMO 안테나 기술은 송신기 또는 수신기에 다중 안테나를 사용하여 데이터를 전송하는 기술로서 공간적 멀티플렉싱 기법을 사용한다.
MIMO 기술은 여러 개의 안테나를 사용하여 동일한 무선 채널에서 두 개 이상의 데이터 신호를 전송함으로써 무선 통신의 범위를 넓히고 속도도 크게 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
그러나, MIMO는 둘 이상의 안테나 소자가 배치되므로 방사체 상호간에 간섭이 발생할 수 있다. 이와 같은 간섭은 방사 패턴을 왜곡시키거나 방사체간의 상호 결합 현상을 발생시킬 수 있어 안테나간 격리도를 확보하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명에서는 소형화된 구조로 안테나간 격리도를 확보할 수 있는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나를 제안한다.
또한, 본 발명은 공진 주파수 및 격리되는 주파수의 조절이 가능한 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나를 제안한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 유전체 구조물; 상기 유전체 구조물의 상부에 형성되며 소정 거리 이격되어 배치되는 제1 방사체와 제2 방사체; 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체 사이에 형성되며 상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 대칭적으로 형성되는 아이솔레이션 구조체; 및 상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 형성되는 접지면을 포함하되, 상기 아이솔레이션 구조체는 외부 갭 및 내부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가지는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나가 제공된다.
상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 내부 갭 및 외부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가진다.
상기 아이솔레이션 구조체는 두 개의 CRSS 구조체가 소정 간격을 두고 배열된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 제1 방사체 및 제2 방사체가 형성된 영역에 대응되는 상기 유전체 구조물 하부 영역에는 상기 접지면이 제거된다.
상기 CRSS 구조를 가지는 아이솔레이션 구조체의 외부 갭 및 내부 갭 조절에 의해 격리되는 주파수 대역이 조절된다.
상기 제1 방사체 및 제2 방사체의 외부 갭 조절에 의해 공진 주파수가 조절된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유전체 구조물; 상기 유전체 구조물의 상부에 형성되며 소정 거리 이격되어 배치되는 제1 방사체와 제2 방사체; 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체 사이에 형성되는 아이솔레이션 구조체; 및 상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 형성되는 접지면을 포함하되, 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 외부 갭 및 내부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가지며 상기 외부 갭의 조절에 의해 공진 주파수가 가변되는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나가 제공된다.
본 발명에 의하면, 소형화된 구조로 안테나간 격리도를 확보할 수 있으며, 공진 주파수 및 격리되는 주파수의 조절이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나의 상부 평면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CRSS 구조를 이용한 MMO 안테나의 하부 평면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 적용되는 CRSS 구조를 가진 방사체의 상세 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 구조체의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 외부 갭(G1)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 내부 갭(G2)의 변화에 따른 반사손실을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 내부 갭(G2)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 내부 갭(G2)의 변화에 따른 반사 손실을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 아이솔레이션 구조체의 외부 갭(G3)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 아이솔레이션 구조체의 내부 갭(G4)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 CRSS 구조체 사이의 간격(G5)에 따른 격리도 특성을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나의 상부 평면도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CRSS 구조를 이용한 MMO 안테나의 하부 평면도를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나는 제1 방사체(100), 제2 방사체(102), 아이솔레이션 구조체(104, 104-1), 접지면(106, 106-1) 및 유전체 구조물(110)을 포함한다.
제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)는 유전체 구조물(110)에 형성되며 소정 거리를 두고 이격되어 형성된다. 제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)는 일례로 사용 주파수에 상응하는 반 파장 거리를 두고 이격될 수 있다.
제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)는 동일한 주파수의 신호를 전송하기 위해 동일한 형태를 가질 수 있으나, 동일한 형태를 가지는 구조에 한정되는 것은 아니다.
제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)는 CSRR(Complementary Split Ring Resonator) 구조를 가진다. SRR은 음의 자기적 투자율 혹은 Left-handed meta material의 특성을 갖는 효과적인 매체의 설계를 위한 핵심 구성 물질로서 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. Pendry에 의해 제안된 SRR 구조는 자계가 원형의 축을 따라서 극성을 갖는 경우 그것들의 공진 주파수 근처에서 협대역으로 신호 전달을 저지할 수 있는 하부 파장 공진기 구조로서 마이크로스트립 사각 개방 루프 구조를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명에 적용되는 CRSS 구조를 가진 방사체의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체는 마이크로 스트립 라인의 형태로 구현될 수 있으며 외부 갭(G1) 및 내부 갭(G2)을 포함한다.
본 발명에 적용되는 CRSS 구조를 가지는 방사체는 외부 갭(G1) 및 내부 갭(G2)을 조절함으로써 공진 주파수를 조절할 수 있으며, 급전은 외부 루프에 인가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 와이맥스 대역에 본 발명의 안테나가 적용될 때, 방사체(100, 102)는 12 x 12mm 의 크기를 가질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)는 유전체 구조물(110)의 상부의 양 사이드에 배치될 수 있으며 유전체 구조물 상부의 다른 영역에는 접지면(106)이 형성된다.
또한, 도 2를 참조하면, 유전체 구조물의 하부에는 하부 접지면(106-1)이 형성되며, 상부의 방사체(100, 102)에 대응되는 영역에는 하부 접지면(106-1)이 형성되지 않고 유전체 재질로 이루어진다.
이와 같이 유전체 구조물의 상하부에 형성되는 접지면(106, 106-1)은 안테나에 전기적인 접지 신호를 제공하는 기능을 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 접지면(106)은 유전체 구조물(110)의 상부에서 방사체(100, 102)가 형성되지 않은 영역에 형성되고, 하부 접지면(106-1)은 유전체 구조물(110)의 하부에서 상부의 방사체 형성 영역에 대응하는 영역은 접지면이 형성되지 않고 유전체 재질로 이루어진다.
제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102) 사이에는 아이솔레이션 구조체(104, 104-1)가 형성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 아이솔레이션 구조체(104, 104-1)는 유전체 구조물(110)의 상부 및 하부에 형성된다 유전체 구조물의 상부에 형성되는 아이솔레이션 구조체(104) 및 하부에 형성되는 아이솔레이션 구조체(104-1)는 대칭적인 형태를 가지고 있으며, 제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102) 사이에 발생하는 간섭을 억제하고 두 방사체(100, 102)간 격리도를 유지하는 기능을 한다.
전술한 바와 같이, MIMO 안테나에서 인접하는 방사체 사이에는 상호 간섭 현상이 발생하거나 상호 결합 현상이 발생할 수 있는데, 아이솔레이션 구조체(104, 104-1)는 이와 같은 간섭 또는 결합 현상을 방지하는 기능을 하는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 구조체의 구조를 도시한 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 구조체(104, 104-1)는 접지면의 일부를 제거하여 형성된다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 따르면, 아이솔레이션 구조체(104, 104-1)는 두 개의 CRSS 구조체(400, 402)가 소정 갭(G5)을 두고 배열된 형태를 가지는 것이 바람직하다.
직렬로 배열되는 두 개의 CRSS 구조체(400, 402) 역시 외부 갭(G3) 및 내부 갭(G4)을 가진다.
CRSS 구조를 가지는 본 발명의 아이솔레이션 구조체(104, 104-1)는 일반적인 격리도 향상을 위한 구조체에 비해 소형으로 제작되는 것이 가능하다. MIMO 안테나에서 안테나간 간섭 및 결합 방지를 위한 구조물은 일반적으로 사용 파장의 1/4 또는 1/2 길이를 가지는 것이 일반적이나 본 발명의 CRSS 구조를 가지는 아이솔레이션 구조체는 사용 파장의 1/10 이하로 제작될 수 있으며, 와이맥스 대역에서 사용될 때 약 9mm X 18.4mm의 길이를 가질 수 있다.
한편, 도 1, 도 2 및 도 4에는 아이솔레이션 구조체가 두 개의 CRSS 구조체(400, 402)로 이루어진 경우가 도시되어 있으나, 단일 CRSS 구조체에 의해 구현될 수도 있을 것이다.
유전체 구조물(110)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 직사각형의 기판일 수도 있으며 다른 구조를 가진 안테나 캐리어일 수도 있다. 유전체 구조물은 소정의 유전율을 가지며 RF 신호의 매질로서 동작한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전체 구조물(110)은 유전율(εr)이 4.4인 범용적으로 사용되는 글라스 에폭시 기판(FR-4)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 외부 갭(G1)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 내부 갭(G2)의 변화에 따른 반사손실을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 방사체의 외부 갭의 변화에 따라 공진 주파수가 변화하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 외부 갭을 조절함으로써 공진 주파수를 변화시킬 수 있으며, 이는 방사체의 전체적인 크기를 변화시키지 않으면서 공진 주파수를 변화시킬 수 있음을 의미한다. 갭이 줄어들면서 공진 주파수가 저주파 대역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 방사체의 외부 갭이 줄어들면 격리되는 주파수 영역 역시 변화하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 외부 갭의 사이즈를 조절하여 격리도 특성을 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 내부 갭(G2)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 방사체의 내부 갭(G2)의 변화에 따른 반사 손실을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 내부 갭의 변화에 따라 고주파의 공진 주파수는 이동하지 않으나 저주파의 공진 주파수가 보다 낮은 주파수 대역으로 이동하면서 임피던스 대역폭이 증가하고 임피던스 매칭이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 7을 참조하면, 내부 갭의 변화에 따라 격리도 특성이 변화되는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 아이솔레이션 구조체의 외부 갭(G3)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면이고 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 아이솔레이션 구조체의 내부 갭(G4)의 변화에 따른 격리도 특성을 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 CRSS 구조체 사이의 간격(G5)에 따른 격리도 특성을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 아이솔레이션 구조체의 외부 갭의 변화에 따라 격리도 특성에 대한 주파수 영역 변화가 가능하다는 것을 확인할 수 있으며, 외부 갭을 조절하여 원하는 대역에서 격리도 특성이 유지되도록 조절하는 것이 가능하다. 또한, 도 10 및 도 11을 참조하면, 내부 갭 및 CRSS 구조체 사이의 간격 변화에 따라 중심 주파수 대역에서 격리도 특성의 향상이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 유전체 구조물;
    상기 유전체 구조물의 상부에 형성되며 소정 거리 이격되어 배치되는 제1 방사체와 제2 방사체;
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체 사이에 형성되며 상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 대칭적으로 형성되는 아이솔레이션 구조체; 및
    상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 형성되는 접지면을 포함하되,
    상기 아이솔레이션 구조체는 외부 갭 및 내부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 내부 갭 및 외부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 구조체는 두 개의 CRSS 구조체가 소정 간격을 두고 배열된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사체 및 제2 방사체가 형성된 영역에 대응되는 상기 유전체 구조물 하부 영역에는 상기 접지면이 제거되는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 CRSS 구조를 가지는 아이솔레이션 구조체의 외부 갭 및 내부 갭 조절에 의해 격리되는 주파수 대역이 조절되는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 방사체 및 제2 방사체의 외부 갭 조절에 의해 공진 주파수가 조절되는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  7. 유전체 구조물;
    상기 유전체 구조물의 상부에 형성되며 소정 거리 이격되어 배치되는 제1 방사체와 제2 방사체;
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체 사이에 형성되는 아이솔레이션 구조체; 및
    상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 형성되는 접지면을 포함하되,
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 외부 갭 및 내부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가지며 상기 외부 갭의 조절에 의해 공진 주파수가 가변되는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 구조체는 상기 유전체 구조물의 상부 및 하부에 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 구조체는 외부 갭 및 내부 갭을 가지는 CRSS 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 구조체는 두 개의 CRSS 구조체가 소정 간격을 두고 배열된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 방사체 및 제2 방사체가 형성된 영역에 대응되는 상기 유전체 구조물 하부 영역에는 상기 접지면이 제거되는 것을 특징으로 하는 CRSS 구조를 이용한 MIMO 안테나.
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