KR20160062404A - 다중대역 안테나 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상이한 형태나 대역의 복수 안테나를 포함하는 안테나 구조물에서 안테나 사이의 간격을 줄이더라도 개별 안테나 사이의 간섭을 방지하며 높은 격리도 특성을 유지하도록 한 다중대역 안테나 구조물에 관한 것으로, 일측 급전점에 연결된 안테나와 타측 급전점에 연결된 안테나에 인접 배치되는 그라운드 커플링 안테나(고주파 대역)를 연결하는 것으로 격리도 특성을 개선하도록 한 다중대역 안테나 구조물을 제공하는 효과가 있다.

Description

다중대역 안테나 구조물{Multiband Antenna Structure}

본 발명은 다중대역 안테나 구조물에 관한 것으로, 특히 상이한 형태나 대역의 복수 안테나를 포함하는 안테나 구조물에서 안테나 사이의 간격을 줄이더라도 개별 안테나 사이의 간섭을 방지하며 높은 격리도 특성을 유지하도록 한 다중대역 안테나 구조물에 관한 것이다.

이동통신 시스템과 무선 데이터 통신 시스템 등의 급속한 보급과 기존의 다양한 무선 방송과 무선 기술들의 혼재로 인하여 최근 다양한 주파수 대역에서 동작할 수 있는 무선 수단들에 대한 요구가 급증하고 있으며, 휴대를 위한 무선 수단들의 소형화 요구 또한 급증하고 있다.

특히, 디지털 컨버전스(Digital Convergence)에 대한 관심이 급증하면서 하나의 제품을 구매하여 여러 가지 욕구를 충족시키고자 하는 사용자의 취향이 일반화 되고 있을 뿐만 아니라 어떠한 휴대 장치에서도 기본적인 통신을 이용하여 방대한 자원을 이용하거나 통신 연결성을 보장받으려 하는 요구 또한 일반화되고 있다. 이는 언제 어디서나 어떠한 기기를 통해서도 네트워크 접속이 가능한 유비쿼터스 환경을 지향하는 추세와도 일맥상통하고 있다.

또한, 차세대 통신방식으로 등장한 Wimax, 802.11x 또는 LTE와 같은 광대역을 무선통신 방식은 유선통신과 무선통신 간의 차이를 줄이기 위하여 복수의 안테나를 사용하여 대역 범위와 신뢰성을 동시에 향상시키는 MIMO(Multiple-Input, Multiple-Output), 복수의 안테나를 이용하여 원하는 통신 환경을 조절하는 스마트 안테나(Smart Antenna) 등의 다차원적 신호를 이용하고 있다.

이러한 차세대 광대역 무선통신 방식에서는 복수의 안테나를 이용하고 있어 안테나가 차지하는 공간이 증가하게 되고, 복수 통신 방식의 통합에 의해 다중 대역 지원을 위해 추가적인 안테나가 필요하게 되는 등 안테나 설계와 배치가 점차 어려워지고 있다.

이러한 복수 안테나의 통합 배치는 안테나 사이의 간섭을 발생시켜 안테나들이 인접할수록 커플링에 의한 문제로 인해 원하는 안테나 성능을 만족시킬 수 없게 된다.

도 1은 한쌍의 다이폴 안테나로 이루어진 안테나 구조물(10)의 예를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 한쌍의 다이폴 안테나(11/12, 13/14)가 병렬 배치된 안테나 구조물(10)은 제 1다이폴 안테나(11, 12)와 제 2다이폴 안테나(13, 14)의 길이가 L이고, 이격 거리가 d인 평행 배치 상태로 그 사이에는 어떠한 연결 소자도 없다. 상기 제 1다이폴 및 제 2다이폴 안테나 각각의 길이 L은 1/2파장에 근접 대응되는 기준 공진 주파수를 보이며, 독립적인 송수신 시스템에 연결되어 각각 동일한 주파수에서 동작할 수 있다.

이러한 한쌍의 다이폴 안테나는 이격 거리에 따라 이웃한 다이폴의 동작에 따른 유기 전류가 상이하게 발생하게 되는데, 이러한 커플링은 이격 거리 d가 작아질수록 급격히 증가하게 된다.

도 2는 제 1다이폴 안테나(11, 12)의 동작에 따라 제 2다이폴 안테나(13, 14)에 유기되는 전류가 존재하게 됨을 보인 커플링 개념도로서, 다이폴의 기생 여기(parasitic excitation)에 따른 전류는 소스 임피던스(source impedence)를 통과하는 이웃 다이폴로부터 여기(exite)되며, 이로 인해 포트들 사이에서 상호 커플링이 발생한다. 이러한 커플링의 크기를 감소시키거나 완전히 전기적으로 격리하지 못할 경우 인접 안테나에 연결된 수신기의 포화(saturation)나 감도손실(desensitization) 혹은 인접 안테나에 연결된 송신기의 성능저하 등 시스템에 유해한 작용을 끼칠 수 있다. 아울러 인접 안테나 사이에서 나타나는 전류들은 개개의 다이폴로부터 산출된 이익패턴(gain pattern)에 왜곡을 가하여 시스템에 유해한 영향을 준다.

도 3은 도 1과 같은 인접 배치된 한쌍의 다이폴 안테나들 사이의 특성을 보인 것으로, 산란변수(scattering parameter) S11, S12이 도시된 바와 같이 나타나게 된다. 즉, 인접한 안테나에 의한 격리 특성을 나타내는 S12 곡선을 보면, 안테나의 사용 대역 부분에서 그 이득이 최소가 되어 상호 간섭이 심하게 발생하게 됨을 알 수 있다. 일반적으로 상용 안테나의 경우 격리 특성이 적어도 -5dB 이하가 되어야 하며, 바람직하게는 -10dB 정도가 되어야 유효한 성능으로 인정될 수 있기 때문에, 도시된 특성을 나타내는 한쌍의 안테나는 실제 적용이 불가능하다.

즉, 이러한 경우 안테나 사이의 거리를 더 넓게 격리 시켜 배치하지 않을 경우 각 안테나들이 정상적으로 동작하지 않음을 의미한다.

결국, 안테나의 소형화를 위하여 복수의 안테나를 근접 배치할 경우 발생되는 커플링에 의한 왜곡을 방지하기 위하여 안테나들을 이격시켜 배치할 수 밖에 없어 안테나의 크기가 커질 수 밖에 없으며 이는 내장 안테나를 필요로 하는 소형 통신 장치에 대한 안테나 설계 제한으로 이어지게 된다.

한편, 이러한 복수의 안테나를 이용하는 통신 방식을 지원하기 위한 안테나들 외에도 추가적인 대역에 대한 통신이 필요할 경우들이 급속하게 증가하고 있으나, 커플링 방지를 위하여 격리된 추가 안테나 구성이 필요하여 안테나 구성에 필요한 공간이 커지게 되며, 이를 내장 안테나로 구현하기 어렵게 된다.

또한, 도 4와 같이 상이한 급전을 가지는 복수의 안테나를 직접 연결하여 격리도를 높이고자 하는 구성이 있었으나 이 경우 격리도 특성이 비교적 낮아 실제 사용 대역이 좁아지는 문제가 있다.

한국 공개특허 10-2010-0030522 전자기적 커플링을 이용한 다중대역 안테나

상기와 같은 복수 안테나의 인접 배치를 위하여 새롭게 제안하는 본 발명 실시예들의 목적은 한쌍의 급전점에 연결된 안테나들을 전기적으로 직접 연결하는 대신 일측 급전점에 연결된 안테나와 타측 급전점에 연결된 안테나에 인접 배치된 그라운드 커플링 안테나(고주파 대역)를 직접 연결하는 것으로 격리도 특성을 개선하도록 한 다중대역 안테나 구조물을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 안테나 구조물은 한쌍의 급전점과; 상기 한쌍의 급전점 각각에 연결되는 동일하거나 동일하지 않은 한쌍의 안테나와; 일측 안테나에 그라운드 커플링 형태로 배치되며 안테나들 중 가장 고주파 대역에 대응되는 커플링 안테나와; 타측 안테나와 상기 커플링 안테나 사이를 연결하여 유기 전류가 우회하여 상쇄되도록 구성된 연결선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 안테나 구조물을 포함하여 이루어진다.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 일측 급전점에 연결된 안테나와 타측 급전점에 연결된 안테나에 인접 배치되는 그라운드 커플링 안테나(고주파 대역)를 연결하는 것으로 격리도 특성을 개선하도록 한 다중대역 안테나 구조물을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 한쌍의 인접 배치된 다이폴 안테나.
도 2는 한쌍의 인접 배치된 다이폴 안테나의 동작 상태를 설명하는 개념도.
도 3은 도 1의 안테나 동작 특성을 보인 특성도.
도 4은 급전점을 직접 연결하는 방식의 다중대역 안테나 구조물.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 안테나 구조물.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중대역 안테나 구조물을 보인 것이다.

도시된 바와 같이 한쌍의 급전점과, 상기 한쌍의 급전점 각각에 연결되는 동일하거나 동일하지 않은 한쌍의 안테나(111, 112)와, 일측 안테나(111)에 그라운드 커플링 형태로 인접 배치되며 안테나들 중 가장 고주파 대역에 대응되는 커플링 안테나(113)와, 타측 안테나(112)와 상기 커플링 안테나(113) 사이를 연결하여 유기 전류가 우회하여 상쇄되도록 구성된 연결선로(114)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도시된 연결선로(114)를 통해 우회되는 타측 안테나(112)와 커플링 안테나(113)에 의해 커플링 되는 일측 안테나(111) 사이의 전류 크기는 안테나 단위에서 유사하게 되어 우회 전류가 상쇄되므로 격리도가 유지되며, 앞서 도 4를 통해 예시한 급전점 별 안테나의 직접 연결 방식에 비해 격리도가 더욱 높아지게 되므로 사용 대역폭이 넓어지는 효과가 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

111: 일측 안테나 112: 타측 안테나
113: 커플링 안테나 114: 연결 선로

Claims (1)

1. 한쌍의 급전점과;
   상기 한쌍의 급전점 각각에 연결되는 동일하거나 동일하지 않은 한쌍의 안테나와;
   일측 안테나에 그라운드 커플링 형태로 인접 배치되며 안테나들 중 가장 고주파 대역에 대응되는 커플링 안테나와;
   타측 안테나와 상기 커플링 안테나 사이를 연결하여 유기 전류가 우회하여 상쇄되도록 구성된 연결선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 안테나 구조물.

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