KR20150072714A - 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나 - Google Patents

Abstract

온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 기판; 상기 기판상의 일부 영역에 형성되는 접지면; 상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되며 상기 기판의 제1 측부에 형성되는 제1 방사체; 상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되며 상기 기판의 제1 측부에 대향하는 제2 측부에 형성되는 제2 방사체; 및 수직부와 수평부를 가지는 T자 형상의 아이솔레이터를 포함하되, 상기 T자 형상의 아이솔레이터는 상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체 및 상기 접지면과 세 개의 단부가 각각 연결된다. 개시된 안테나는 온 바디 기기에 적합하게 소형으로 제작 가능하며, 다이버시티 안테나의 방사체들간 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Description

온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나{MIMO Antenna for Human Body Communication}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온바디 기기를 위한 USB 다이버시티 안테나에 관한 것이다.

무선 통신 기술이 발달함에 따라 개인이 소지하는 휴대용 기기는 날이 갈수록 발전해가고 있으며, 이제는 전화기의 형태에서 안경 및 시계와 같은 착용형 기기로 발전하고 있다.

또한, 초소형, 저전력 통신이 가능하게 되었고, 이러한 기술은 인체에 생체 신호 측정을 위한 의료 장치가 삽입 또는 착용되어 외부의 분석 장비로 생체 신호를 전송하는 인체 모니터링을 가능하게 하였다.

안경, 시계와 같은 착용형 기기 및 인체 부착형 장비를 포함하는 온바디 기기는 사용자의 신체에 직접 접촉하고 일반적인 스마트폰 보다도 소형화된 사이즈를 가지는 것이 일반적이다.

온바디 기기가 인체에 착용될 때 인체의 유전율은 안테나의 방사 패턴을 변화시키고 상당한 다중 경로 신호를 발생시키기 때문에 방사 신호의 왜곡이 발생하며, 이러한 장애 요소는 온바디 기기에 사용되는 안테나의 요구 조건을 더욱 까다롭게 하고 있다.

특히, 인체로 인해 발생하는 다중 경로 신호는 온바디 기기에서 해결하여야 할 주요한 문제로 지적되고 있는데, 이러한 문제를 해결하기 위해 온바디 기기에 적합한 다이버시티 안테나가 요구되고 있다.

본 발명은 온 바디 기기에 적합하게 소형으로 제작 가능한 다이버시티 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 다이버시티 안테나의 방사체들간 영향을 최소화할 수 있는 다이버시티 안테나를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판상의 일부 영역에 형성되는 접지면; 상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되며 상기 기판의 제1 측부에 형성되는 제1 방사체; 상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되며 상기 기판의 제1 측부에 대향하는 제2 측부에 형성되는 제2 방사체; 및 수직부와 수평부를 가지는 T자 형상의 아이솔레이터를 포함하되, 상기 T자 형상의 아이솔레이터는 상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체 및 상기 접지면과 세 개의 단부가 각각 연결되는 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나가 제공된다.

상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 다수의 걸쳐 절곡되는 폴디드 구조를 가진다.

상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 단부가 서로 연결되는 폐루프 구조를 가진다.

본 발명의 안테나는 온 바디 기기에 적합하게 소형으로 제작 가능하며, 다이버시티 안테나의 방사체들간 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 사시도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 펼친 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 전류 분포를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 격리도 특성을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 S 파라미터를 도시한 그래프.

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 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 사시도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나는 기판(100), 제1 방사체(110), 제2 방사체(120), 접지면(130) 및 아이솔레이터(140)를 포함한다.

기판(100)은 방사체(100, 110), 아이솔레이터(140) 및 접지면(130)이 결합되는 안테나의 몸체부로서 기능하며 유전체 재질로 이루어진다. 기판(100)은 직사각형 형태를 가질 수 있으며, 기판(100)의 유전율은 방사 주파수 및 방사 특성에 기초하여 정해질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, FR4 재질의 유전체 기판이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 안테나가 UWB 대역에서 사용될 경우 기판은 약 26mm X 26mm X 1mm의 크기를 가질 수 있다.

접지면(130)은 기판(100)의 상부에 형성되며, 기판(100) 상부 중 미리 설정된 영역을 점유하도록 형성된다. 접지면(130)은 접지 전압을 제공하는 기능을 하며, 접지와 전기적으로 결합된다. 본 발명의 안테나가 UWB 대역에서 사용될 경우 26mm X 17mm의 크기를 가질 수 있다.

제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)는 기판(100)의 양 측에 이격되어 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)는 동일한 구조를 가지고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)는 동일한 형태를 가지는 것이 바람직하나 필요에 따라 다른 구조를 가진 방사체가 각각 제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)로 사용될 수도 있을 것이다.

제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)는 각각 독립적으로 신호에 대한 송신 및 수신을 담당하며, 급전점 역시 독립적으로 형성된다. 제1 방사체(110)는 제1 급전점(F1)을 통해 신호를 급전받으며, 제2 방사체(120)는 제2 급전점(F2) 을 통해 신호를 급전받는다.

동축 케이블을 통해 급전이 이루어질 경우 동축 케이블의 내심이 급전점에 연결되고 외심이 접지면(130)에 연결될 수 있다.

제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)는 다수의 걸쳐 절곡되고 소정의 높이를 가지는 폴디드 형태의 구조를 가질 수 있다. 도 1을 참조하면, 7회에 걸쳐 절곡되고 소정의 높이를 가지는 폴디드 방사체가 도시되어 있음을 확인할 수 있으며, 절곡 횟수 및 높이는 요구되는 사이즈 및 방사 주파수에 의해 결정될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)는 폴디드 구조를 가지면서 양단이 서로 접촉하는 폐루프 구조를 가질 수 있다. 여기서, 페루프 구조는 물리적인 폐루프를 의미하며 통상적으로 안테나의 일단을 접지에 단락시키는 전기적인 폐루프를 의미하지 않는다.

이와 같은 폐루프 구조는 특히 본 발명의 방사체(110, 120)가 UWB 대역에서 사용될 때 대역폭을 증가시키고 매칭을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 펼친 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 폴디드 방사체는 다수에 걸쳐 절곡되어 있으며, 방사체의 양 단은 서로 물리적으로 접촉하여 폐루푸 구조를 형성하도록 한다.

방사체의 절곡 위치 및 각 절곡부의 길이는 요구되는 주파수 대역에 의해 결정될 수 있으며 다양한 절곡 구조가 본 발명의 방사체에 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

아이솔레이터(140)는 T자 형상을 가지며 세 개의 단부를 가지고 있다. T자 형상을 가지고 있으므로 아이솔레이터(140)는 수평부의 수직부로 구분되며, 수평부는 두 개의 단부를 가지고 수직부는 하나의 단부를 가진다.

도 1을 참조하면, 수평부의 두 개의 단부는 제1 방사체 및 제2 방사체와 각각 연결되며, 수직부의 단부는 접지와 연결된다. 이와 같은 T자 형상의 아이솔레이터(140)는 제1 방사체(110) 및 제2 방사체(120)간 방사 신호로 인한 영향을 최소화하고 방사 신호의 독립성이 보장되도록 격리도를 향상시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 전류 분포를 도시한 도면이다.

도 3에서 좌측의 전류 분포는 아이솔레이터가 없을 경우의 전류 분포를 도시한 것이고 우측의 전류 분포는 아이솔레이터가 있을 경우의 전류 분포를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 아이솔레이터가 없을 경우 제1 방사체(110)의 제1 급전점(F1) 의 전류가 제2 급전점(F2)으로 흐르는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 아이솔레이터가 구비될 경우 전류의 흐름이 아이솔레이터에 집중되어 각 급전점간 격리도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 격리도 특성을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나가 아이솔레이터를 구비할 경우의 S21 파라미터 및 아이솔레이터를 구비하지 않을 경우의 S21 파라미터를 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 아이솔레이터가 구비되지 않을 경우 격리도에 해당되는 S21 파라미터는 8dB 이상의 값을 가지지만 아이솔레이터가 있을 경우 격리도에 해당되는 S21 파라미터는 15dB 이상의 값을 가져 격리도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나의 S 파라미터를 도시한 그래프이다.

도 5에는 자유 공간 및 인체 팬텀에서 측정한 S11 파라미터 및 S21 파라미터가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이버시티 안테나는 자유공간에서 10dB 반사 손실 대역폭이 5.7GHz이고 인체 팬텀에서 10dB 반사 손실 대역폭은 5.8GHz인 것을 확인할 수 있다. 또한, 자유공간에서는 격리도 특성이 15dB 이상이고 인체 팬텀에서는 12dB 이상인 것을 확인할 수 있다.

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 (3)

1. 기판;
   상기 기판상의 일부 영역에 형성되는 접지면;
   상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되며 상기 기판의 제1 측부에 형성되는 제1 방사체;
   상기 접지면과 소정 거리 이격되어 배치되며 상기 기판의 제1 측부에 대향하는 제2 측부에 형성되는 제2 방사체; 및
   수직부와 수평부를 가지는 T자 형상의 아이솔레이터를 포함하되,
   상기 T자 형상의 아이솔레이터는 상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체 및 상기 접지면과 세 개의 단부가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 다수의 걸쳐 절곡되는 폴디드 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 단부가 서로 연결되는 폐루프 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 온바디 기기를 위한 다이버시티 안테나.

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