KR20170101687A - 안테나 및 이를 포함하는 안테나 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따르면 안테나는, 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 면상 방사체; 및 상기 면상 방사체에 연결되는 복수 개의 도체 다리를 포함하고, 상기 복수 개의 도체 다리는, 상기 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 대칭 형태로 배치될 수 있다.

Description

안테나 및 이를 포함하는 안테나 모듈{ANTENNA AND ANTENNA MODULE COMPRISING THEREOF}
아래의 설명은 안테나 및 이를 포함하는 안테나 모듈에 관한 것이다.
안테나는 무선통신에서 통신의 목적을 달성하기 위해 다른 곳에 전파를 내보내거나 다른 곳의 전파를 받아들이는 전도체로 이루어진 부품으로써, 무선 전신, 무선 전화, 라디오 및 텔레비전 등의 다양한 제품에서 사용될 수 있다. 안테나 모듈은 기판과, 기판 상에 설치되는 적어도 하나 이상의 안테나로 구성되며, 안테나는 제품의 용도 및 형상에 맞추어 특정한 형태로 제작되는 것이 일반적이다.
한국등록특허 제10-0794788호는 안테나 모듈의 일 예로 MIMO 안테나를 개시하고 있다. 상기 안테나 모듈은 MIMO 안테나에 관한 것으로, 다중 주파수 대역에서 동작 가능하면서, 그 크기를 소형화할 수 있도록 설계되어 있다.
최근 무선 이동통신 기술을 이용한 고품질의 멀티미디어 서비스의 요구에 따라, 더 많은 데이터를 더 빨리, 더 낮은 오류 확률로 전송하기 위한 차세대 무선 전송 기술이 요구되고 있다. 이에 따라, 제안된 것이 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 안테나이다. MIMO 안테나는, 복수개의 안테나 소자를 특수한 구조로 배열하여 다중 입출력 동작을 수행한다. MIMO 안테나는, 복수의 안테나소자의 방사패턴 및 복사전력이 합쳐지도록 함으로써, 전체 방사패턴의 형태를 샤프하게 형성하고, 전자기파가 더욱 멀리 전송되도록 한다.
이에 따라, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다. 이러한 MIMO 안테나는, 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술로서, 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 다다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 관심을 모으고 있다.
한편, 최근 무선 단말기에서 사용할 수 있는 다양한 무선 통신 서비스, 예를 들면, GPS, WIFI, WLAN, WiBro 및 Bluetooth 등이 개발되고 있으며, 각 무선 통신 서비스를 하나의 무선 단말기를 이용하여 서비스 받을 수 있도록 재구성 가능한(Reconfigurable) 안테나 모듈의 필요성이 대두되고 있다.
또한, 일반적인 MIMO 안테나의 경우, 방사 패턴의 최적화 및 상호간의 간섭방지(Isolation)등을 고려하여 복잡한 형상을 가지며 서로 대칭되는 적어도 한 쌍 이상의 안테나를 대칭되도록 배치시켜야 하였다. 따라서, 적어도 한 쌍 이상의 안테나를 제작하기 위하여 서로 다른 2개 이상의 금형(mold)이 필요하였다.
실시 예의 목적은 주변환경과 상관없이 대칭적인 방사패턴을 구현하며, 하나의 금형(mold)를 이용하여 제작하는 것이 가능한 안테나 및 이를 포함하는 안테나 모듈을 제공하는 것이다.
실시 예에 따르면 안테나는, 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 면상 방사체; 및 상기 면상 방사체에 연결되는 복수 개의 도체 다리를 포함하고, 상기 복수 개의 도체 다리는, 상기 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 대칭 형태로 배치될 수 있다.
상기 안테나는 점대칭 형상일 수 있다.
상기 안테나는 상기 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 3회 이상 같은 형상을 나타낼 수 있다.
상기 면상 방사체는, 외측으로부터 상기 1개의 가상선을 향하여 함몰되는 복수 개의 홈을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 홈 중 적어도 2개 이상은 폭보다 길이가 긴 슬릿 형상일 수 있다.
상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 2개 이상은, 상기 면상 방사체의 외측 테두리로부터 절곡되는 수직부; 및 상기 수직부로부터 내측으로 절곡되는 수평부를 포함할 수 있다.
상기 면상 방사체, 수직부 및 수평부는 일체로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면 안테나 모듈은, 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내고, 면상 방사체 및 상기 면상 방사체에 연결되는 복수 개의 도체 다리를 포함하는 안테나; 및 상기 복수 개의 도체 다리에 각각 대응하는 복수 개의 패드를 포함하는 기판을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 패드는, 상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 하나 이상의 도체 다리를 통하여 전류를 공급하는 적어도 하나 이상의 시그널 패드를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 패드는, 상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 하나 이상의 도체 다리에 연결되는 적어도 하나 이상의 그라운드 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 시그널 패드는 상기 복수 개의 패드의 중앙에 위치하는 제 1 시그널 패드를 포함하고, 상기 적어도 하나 이상의 그라운드 패드는 상기 제 1 시그널 패드를 중심으로 양측에 서로 대칭되게 배치되는 제 1 그라운드 패드 및 제 2 그라운드 패드를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 패드는, 2개의 행과 3개의 열을 포함하는 배열로 배치되고, 상기 적어도 하나 이상의 그라운드 패드는 상기 배열의 제 1 행에 위치하고, 상기 적어도 하나 이상의 시그널 패드는 상기 배열의 제 2 행에 위치하고, 상기 배열의 제 1 행의 중앙에 위치하는 패드는 상기 복수 개의 도체 다리 중 어느 하나의 도체 다리에 납땜 고정되는 고정 패드일 수 있다.
상기 복수 개의 패드는, 상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 하나 이상의 도체 다리에 납땜 고정되는 고정 패드를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면 개별 안테나 자체가 대칭적 형상에 의하여 대칭적인 방사패턴을 형성할 수 있으므로, 안테나 모듈에 복수 개의 안테나를 배치할 때에도 그 배치가 대칭적이라면 동일한 상호 영향 및 간섭 효과를 갖게 되어 전체 방사패턴을 쉽게 예측할 수 있다.
또한, 개별 안테나 자체가 대칭적 형상을 가지므로, 안테나 모듈에 사용되는 복수 개의 안테나를 하나의 금형을 이용하여 제작하는 것이 가능하다.
또한, 안테나 모듈의 기판에 구비되는 시그널 패드, 그라운드 패드 및 고정 패드는 설계 사양에 따라서 서로 바꾸어 사용될 수 있으므로, 동일한 기판을 이용하여 여러 가지 성질을 갖는 안테나 모듈의 생산이 가능하므로, 안테나 모듈의 양산성을 높일 수 있고, 복수 개의 패드 중 어떠한 패드를 급전 다리로 이용하는지 여부에 따라서 방사형태 및 특성이 변화되므로, 하나의 안테나 모듈을 여러 가지 목적으로 사용할 수 있다.
또한, 일반적인 안테나 구조는 지정된 급전 다리 및 그라운드 다리를 이용한 정형화된 조건 하에서, 하나의 공진(Resonance Frequency) 특성을 나타내는 반면, 실시 예에서는 안테나 모듈에 연결되는 회로를 다양하게 변화시킴으로써, 다기능(Multi-function) 공진 주파수를 제공할 수 있다. 따라서, 불특정 다수 밴드(Band)를 지원을 하는 조건에서 다수의 다른 형태의 안테나를 사용할 시에 발생되는 불편함을 해소할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 안테나의 사시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 안테나의 평면도이다.
도 4는 실시 예에 따른 기판을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 전류가 전파되는 방향을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 방사패턴이 전파되는 방향을 나타내는 개념적으로 도식화한 도면이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 방사패턴이 전파되는 방향을 나타내는 개념적으로 도식화한 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 안테나의 자계면(H-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 안테나의 전계면(E-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 안테나가 1×2 배열로 배치된 안테나 모듈의 자계면(H-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 11은 실시 예에 따른 안테나가 1×4 배열로 배치된 안테나 모듈의 자계면(H-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12a는 실시 예에 따른 제 1 매칭 회로(matching circuit)를 나타내는 구성도이다.
도 12b는 실시 예에 따른 안테나 모듈의 급전부에 도 12a에 도시된 제 1 매칭 회로(matching circuit)를 사용하였을 경우 나타나는 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13a는 실시 예에 따른 제 2 매칭 회로(matching circuit)를 나타내는 구성도이다.
도 13b는 실시 예에 따른 안테나 모듈의 급전부에 도 13a에 도시된 제 2 매칭 회로(matching circuit)를 사용하였을 경우 나타나는 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 15는 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 16은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 17은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 18은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 19는 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 20은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
이하에서, 실시 예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 실시 예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 도면이고, 도 2는 실시 예에 따른 안테나의 사시도이고, 도 3은 실시 예에 따른 안테나의 평면도이고, 도 4는 실시 예에 따른 기판을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1)은, 모바일 기기, 자동차, 웨어러블 디바이스 및 사물인터넷(IOT) 등 모든 종류의 전자기기에 적용될 수 있다. 안테나 모듈(1)은, 적어도 하나 이상의 안테나(11, 12)와, 적어도 하나 이상의 안테나(11, 12)가 부착되는 기판(15)을 포함할 수 있다.
적어도 하나 이상의 안테나(11, 12)는, 서로 대칭인 형상 및 배치를 갖는 제 1 안테나(11) 및 제 2 안테나(12)를 포함할 수 있다. 제 1 안테나(11) 및 제 2 안테나(12) 각각은 그 자체의 대칭 형상에 의하여 대칭의 방사패턴을 형성하므로, 하나의 안테나 모듈(1)에 복수 개의 안테나(11, 12)를 배치할 때에도 그 배치가 대칭적이라면 동일한 상호 영향 및 간섭 효과를 나타낼 수 있다. 제 1 안테나(11) 및 제 2 안테나(12)는, 이하 설명할 대칭적 구조에 의하여, 하나의 동일한 금형(mold)을 이용하여 제작될 수 있다. 설명의 편의상 제 1 안테나(11)를 "안테나(11)"라고 한다. 반대되는 기재가 없는 이상 제 1 안테나(11)에 대한 설명은 제 2 안테나(12)에도 적용될 수 있다.
안테나(11)는, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 대칭 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(11)는, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 같은 형상을 나타내는 대칭 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 안테나(11)는 점대칭 형상을 가질 수 있다.
안테나(11)는, 면상 방사체(111)와, 면상 방사체(111)에 연결되는 복수 개의 도체 다리(112)를 포함할 수 있다.
면상 방사체(111)는, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 대칭 형상을 가질 수 있다.
복수 개의 도체 다리(112)는, 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 대칭 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 도체 다리(112)는, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 같은 형상을 나타내는 대칭 형태로 배치될 수 있다. 복수 개의 도체 다리(112) 중 적어도 2개 이상은, 면상 방사체(111)의 외측 테두리로부터 절곡되는 수직부(112a)와, 수직부(112a)로부터 내측으로 절곡되는 수평부(112b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수직부(112a) 및 수평부(112b)는 면상의 소재로 형성될 수 있다.
한편, 면상 방사체(111), 수직부(112a) 및 수평부(112b)는 1개의 금형을 통하여 제조되거나, 하나의 면상의 전도체를 절개하고 절곡시키는 방법으로 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 프레스(press) 방식으로 안테나 형상 및 슬롯 등을 포함하는 안테나 전개도 형상을 절삭하고, 벤딩(banding) 과정을 통하여 안테나를 형성할 수 있다. 또한, LDS(Laser Direct Structuring), MID(Molded Interconnect Device), FPCB(Flexible Printed Circuit) 등의 방식으로 안테나를 형성할 수도 있다.
안테나(11)는, MIMO 안테나(MIMO antenna), 모노폴 안테나(monopole antenna) 또는 평판 역F 안테나(PIFA) 등으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 안테나(11)의 복수 개의 도체 다리(112) 중 어느 하나를 급전 다리로 사용할 경우, 안테나(11)는, 모노폴 안테나로 기능할 수 있다. 다른 예로, 안테나(11)의 복수 개의 도체 다리(112) 중 어느 하나를 급전 다리로 사용하고, 다른 하나를 그라운드 다리로 사용할 경우, 안테나(11)는 평판 역F 안테나로 기능할 수 있다. 또한, 위와 같은 2가지 모두 안테나(11)는 대칭형 구조를 가지므로, 그 자체의 대칭 형상에 의하여 대칭의 방사패턴을 형성할 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 안테나(11)는, 패치 안테나(patch antenna)와 비교할 때 아래와 같이 구별된다. 패치 안테나는 일반적으로 마이크로 스트립 안테나(micro-strip antenna)라고도 불리며, 인쇄 회로 기판(PCB)을 이용한 그라운드 접지판, 유전체판 및 스트립 라인(strip line)을 기반으로 설계되는 타입(type)이지만, 실시 예에 따른 안테나(11)는, 면상 방사체(11)의 배치 위치가 최대 방사 효과를 도울 수 있도록 그라운드 필 컷(Ground fill-cut) 조건에서 구현되므로, 마이크로 스트립(micro-strip)과는 달리 대칭형 방사체 형태를 기반으로 모노폴 안테나 또는 평판 역F 안테나와 같은 타입(type)들을 모두 충족시킬 수 있는 안테나인 것으로 이해될 수 있다. 보다 구체적으로, 패치 안테나 의 경우 접지판, 유전체판, 스트립 라인을 기반으로 설계하지만, 일반적인 모노폴 안테나 또는 PIFA안테나 등과 같은 일반적인 안테나의 경우는 그라운드 필 컷 조건에서 안테나 디자인 및 매칭 요소(matching component)를 활용하여, 50옴 임피던스 조건을 충족시키며 원하는 대역의 공진 주파수 형성을 돕도록 설계한다.
기판(15)은, 접지를 위한 그라운드부(151)와, 안테나(11)와 전기적으로 연결되는 복수 개의 패드(P)와, 복수 개의 패드(P)가 배치되는 안테나 안착부(153)와, 복수 개의 패드(P) 중 적어도 하나 이상의 패드(P)로 급전하는 급전부(157)를 포함할 수 있다.
그라운드부(151)에는, 그라운드 효과를 강화시키기 위한 비아홀(152)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 그라운드부(151)가 3개 층으로 이루어질 경우, 바닥층(bottom layer)과 최상부층(top layer) 사이에 커패시턴스(capacitance) 성분이 형성될 수 있으나, 비아홀(152)을 이용하여 바닥층 및 최상부층을 연결하면, 커패시턴스 성분이 형성되는 것을 차단시킬 수 있다. 다시 말하면, 비아홀(152)은 원하지 않는 기생 성분들을 최소화시킬 수 있다.
안테나 안착부(153)에는, 복수 개의 도체 다리(112)에 각각 대응하는 복수 개의 패드(P)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4와 같이 안테나(11)의 도체 다리(112)가 6개인 경우, 안테나 안착부(153)에는, 6개의 패드(P)가 배치될 수 있다.
복수 개의 패드(P)는, 복수 개의 도체 다리(112) 중 적어도 하나 이상의 도체 다리(112)를 통하여 전류를 공급하는 적어도 하나 이상의 시그널 패드(SP1, SP2, SP3)를 포함할 수 있다. 시그널 패드(SP1, SP2, SP3)는, 급전부(157)에 연결되어 면상 방사체(111)로 전류를 전달할 수 있다. 한편, 시그널 패드(SP1, SP2, SP3)에 연결되는 도체 다리(112)는, 급전 다리라고 할 수도 있다.
복수 개의 패드(P)는, 복수 개의 도체 다리(112) 중 적어도 하나 이상의 도체 다리(112)에 연결되는 적어도 하나 이상의 그라운드 패드(GP1, GP2)를 더 포함할 수 있다. 그라운드 패드(GP1, GP2)는, 그라운드부(151)에 연결되어 접지 역할을 할 수 있다. 한편, 그라운드 패드(GP1, GP2)에 연결되는 도체 다리(112)는, 그라운드 연결부라고 할 수도 있다.
복수 개의 패드(P)는, 복수 개의 도체 다리(112) 중 적어도 하나 이상의 도체 다리(112)에 납땜 고정되는 고정 패드(FP)를 더 포함할 수 있다. 고정 패드(FP)에 의하면, 안테나(11)의 결합을 보다 견고하게 할 수 있다.
한편, 도 4는 하나의 예시에 불과하며 시그널 패드(SP1, SP2, SP3), 그라운드 패드(GP1, GP2) 및 고정 패드(FP)는 설계 사양에 따라서 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 시그널 패드, 그라운드 패드 및 고정 패드 중 일부는 생략될 수 있으며, 그 개수가 변경될 수도 있다. 실시 예에 의하면 동일한 기판을 이용하여 여러 가지 성질을 갖는 안테나 모듈의 생산이 가능하므로, 안테나 모듈의 양산성을 높일 수 있다. 다시 말하면, 급전부(157)에 연결되는 시그널 패드를 어떤 것으로 선택하느냐에 따라 방사형태 및 특성이 변동될 수 있으므로 하나의 안테나 모듈을 여러 목적으로 사용하는 것이 가능하다.
예를 들어, 적어도 하나 이상의 시그널 패드(SP1, SP2, SP3)는 복수 개의 패드(P)의 중앙에 위치하는 제 1 시그널 패드(SP2)를 포함할 수 있다. 적어도 하나 이상의 그라운드 패드(GP1, GP2)는 제 1 시그널 패드(SP2)를 중심으로 양측에 서로 대칭되게 배치되는 제 1 그라운드 패드(GP1) 및 제 2 그라운드 패드(GP2)를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 예로, 복수 개의 패드(P)는, 2개의 행과 3개의 열을 포함하는 배열(2×3 배열)로 배치되고, 적어도 하나 이상의 그라운드 패드(GP1, GP2)는 상기 배열의 제 1 행에 위치하고, 적어도 하나 이상의 시그널 패드(SP1, SP2, SP3)는 상기 배열의 제 2 행에 위치하고, 배열의 제 1 행의 중앙에 위치하는 패드(FP)는 복수 개의 도체 다리(112) 중 어느 하나의 도체 다리에 납땜 고정될 수 있다. 한편 반대로 상기 배열의 제 1 행에 시그널 패드가 배치되고, 제 2 행에 그라운드 패드 및 고정 패드가 배치되는 것도 가능함은 물론이며, 이는 사용자의 설계 방향에 따라 변동이 가능하다.
복수 개의 패드(P)는, 수동 소자, 예를 들면, 인덕터, 캐패시터, 저항 등을 이용하여 안테나(11)와 연결될 수도 있으며, 연결 여부 및 적용되는 수동 소자에 따라서 다양한 성능 변화가 가능하다.
급전부(157)는 안테나(11)의 시그널 패드로 전류를 공급할 수 있다. 급전부(157)는 수동 소자의 접점으로 활용될 수 있는 서로 이격된 복수 개의 작은 단자들을 포함할 수 있으며, 이를 시리즈 컴포넌트 패드(series component pad)라고 할 수 있다. 시리즈 컴포넌트 패드는, 다양한 시뮬레이션을 위해 4단 매칭 구조(Antenna - Series - Shunt - Series - Shunt)를 포함할 수 있고, 각 단자에 수동 소자를 적절히 사용하여 임피던스 정합을 위해 설계될 수 있다. 한편, 상기 Series 2개 소단은 무조건 연결되어야 하며, 임피던스 매칭 조건에 따라 Shunt는 NC(non-connect) 처리될 수도 있다.
예를 들어, 급전부(157)는, 안테나로 전류를 공급하는 소스부(154)와, 소스부(154)로부터 안테나로 전류를 전달하는 통로로 기능하는 시리즈부(156)와, 시리즈부(156)에 연결되는 션트부(155)를 포함할 수 있다.
시리즈부(156)는, 시그널 패드(SP1, SP2, SP3)에 가까이 배치되는 제 1 시리즈 패드(1561)와, 소스부(154)에 가까이 배치되는 제 2 시리즈 패드(1562)를 포함하고, 제 1 시리즈 패드(1561)의 일단 및 제 2 시리즈 패드(1562)의 일단은 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 시리즈 패드(1561) 및 제 2 시리즈 패드(1562)에는 다양한 수동 소자가 납땜 등의 방식으로 연결되어 전체 시리즈부(156)가 통전되게 할 수 있다.
션트부(155)의 일단은 시리즈부(156)에 전기적으로 연결되고, 션트부(155)의 타단은 그라운드부(151)에 연결될 수 있다. 설계된 조건의 매칭 조건이 어긋날 경우, 션트부(155)에 수동 소자를 연결하는 방식으로 임피던스 정합을 맞출 수 있다. 션트부(155)는, 제 1 시리즈 패드(1561)의 일단 및 제 2 시리즈 패드(1562)의 일단에 전기적으로 연결되는 제 1 션트 패드(1551)와, 제 2 시리즈 패드(1562)의 타단 및 소스부(154)의 일단에 전기적으로 연결되는 제 2 션트 패드(1552)를 포함할 수 있다. 제 1 션트 패드(1551) 및/또는 제 2 션트 패드(1552)에는 다양한 수동 소자가 납땜 등의 방식으로 연결될 수 있다. 한편, 임피던스 매칭 조건에 따라 제 1 션트 패드(1551) 또는 제 2 션트 패드(1552)는 NC(non-connect) 처리될 수도 있다.
션트부(155)는, 임피던스 정합을 위한 단자로도 활용하며, 그라운드 패드를 활용하지 않고, 급전부(157)만 사용할 경우 션트부(155)에 인덕터 소자를 연결하여 PIFA 안테나와 같이 그라운드 연결을 한 것과 유사한 조건을 만들어 줄 수 있다. 이와 같은 구조는 SEMI-PIFA인 것으로 이해될 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 전류가 전파되는 방향을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 한 쌍을 이루는 제 1 안테나(11) 및 제 2 안테나(12) 모두 급전부로부터 전파되는 전류의 크기 및 방향이 동일하여 기존의 안테나와 구별됨을 알 수 있다. 참고로 기존의 안테나의 경우 안테나의 형상에 따라 전류의 크기가 달라지게 되며(예를 들어, 안테나 중 폭이 넓은 부분을 흐르는 전류의 크기는 크고, 폭이 좁은 부분을 흐르는 전류의 크기는 작았다), 한 쌍을 이루는 안테나에서 흐르는 전류의 방향은 서로 마주보는 방향인 반대 방향으로 형성되었다.
도 6은 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 방사패턴이 전파되는 방향을 나타내는 개념적으로 도식화한 도면이고, 도 7은 다른 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 방사패턴이 전파되는 방향을 나타내는 개념적으로 도식화한 도면이다. 참고로 도 6 및 도 7은 도 5에 도시한 전류의 방향과 구별되며, 방사 패턴은 그라운드(GND)부터 전파되는 것으로 알려져 있으므로, 도 6 및 도 7은 이러한 방사 패턴의 전파 방향을 개념적으로 도식화한 것임을 밝힌다.
도 6 및 도 7를 참조하면, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1)의 경우, 급전부가 안테나(11)의 중앙에 위치한 도체 다리에 연결되는 조건으로, 그라운드는 상기 중앙에 위치한 도체 다리의 좌측 또는 우측 어디에 연결되더라도 동일한 임피던스 특성을 가지므로, 안테나(11)의 성능이 동일하게 유지될 수 있다.
따라서, 원하는 방사패턴에 따라서 그라운드를 어느 쪽으로 연결할지 결정하여, 전류의 흐름을 안테나(11)의 좌측 또는 우측으로 변화시킬 수 있다. 다시 말하면, 그라운드를 어느 쪽에 연결할지를 결정하며, 결정된 전류의 흐름 방향에 따라 방사 패턴의 형태를 변경시킬 수 있다.
실시 예에 따른 안테나(11)는 그 대칭적 형상에 의해 기존의 안테나와는 달리 그라운드를 좌측 또는 우측 어디에 연결하여도 임피던스의 변화가 없으므로, 안테나 모듈(1)에서 동일한 형상을 갖는 한 쌍의 안테나(111, 12)를 서로 대칭되도록 배치시켜 사용할 수 있고, 의도하는 방사 패턴 방향에 따라서 그라운드의 위치를 변경하여도 무방하다. 다시 말하면, 사용자의 설계 방향에 따라서 그라운드 패드의 위치를 변경하여 방사 방향을 변경할 수 있다는 것을 나타내는 도면이다.
한편, 기존 안테나의 경우 급전부에 연결되는 부분과, 그라운드에 연결되는 부분이 명확히 구분되어지며 정해져 있다. 따라서, 둘 중 어느 하나의 연결 위치가 변경되는 경우, 해당 안테나는 원래의 의도하였던 설계와는 전혀 다른 임피던스 특성을 띄게 되어 안테나의 성능을 변화시키므로 이를 변경하는 것이 거의 불가능하다. 이와 같이 실시 예에 따른 안테나(11)는 기존 안테나에서 실현하는 것이 현실적으로 불가능한 문제를 해결한 것이다.
한편, 도 6 및 도 7에서 안테나 모듈(1)은, 기판(15)과 면상 방사체(111) 사이에 공기를 유전체로 사용하는 방식인 것으로 도시하였으나, 이와 달리 기판(15) 및 면상 방사체(111) 사이에 공기 외의 다른 유전체, 예를 들면, 플라스틱, 세라믹 및 액체 등이 배치될 수 도 있음을 밝혀둔다.
도 8은 실시 예에 따른 안테나의 자계면(H-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 9는 실시 예에 따른 안테나의 전계면(E-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다. 도 10은 실시 예에 따른 안테나가 1×2 배열로 배치된 안테나 모듈의 자계면(H-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 11은 실시 예에 따른 안테나가 1×4 배열로 배치된 안테나 모듈의 자계면(H-plane) 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 실시 예에 따른 안테나(11)는, 대칭적 형상에 의하여 대칭적인 방사 패턴을 형성하는 것을 알 수 있다. 이는 자계면(H-plane) 및 전계면(E-plane)에서 모두 확인할 수 있다.
이와 같은 특성을 이용하면 동일한 안테나(11)를 복수 개의 배열로 배치시킴으로써, 도 10 및 도 11에 나타낸 방사 패턴과 같이 무지향성(omnidirectional) 방사 패턴을 형성할 수 있다. 이는 지향성(directivity)의 방사패턴을 갖는 기존의 안테나들과 구별됨을 알 수 있다.
도 12a는 실시 예에 따른 제 1 매칭 회로(matching circuit)를 예시적으로 나타내는 구성도이고, 도 12b는 실시 예에 따른 안테나 모듈의 급전부에 도 12a에 도시된 제 1 매칭 회로(matching circuit)를 사용할 때 나타나는 공진 특성을 나타내는 그래프이고, 도 13a는 실시 예에 따른 제 2 매칭 회로(matching circuit)를 예시적으로 나타내는 구성도이고, 도 13b는 실시 예에 따른 안테나 모듈의 급전부에 도 13a에 도시된 제 2 매칭 회로(matching circuit)를 사용할 때 나타나는 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12a 내지 도 13b를 참조하면, 매칭 회로를 변경함에 따라 안테나 모듈(1)은 도 12와 같이 GPS 공진 특성을 나타내거나, 도 13과 같이 Dual WI-FI 특성을 나타낼 수도 있음을 확인할 수 있다. 도 12 및 도 13으로부터 안테나 모듈(1)에서 1.5GHz ~ 6GHz 대역까지 공진이 형성됨을 확인 할 수 있으며, 이는 최소 1.5GHz ~ 6GHz 또는 그 이상의 주파수 대역까지 안테나 특성을 변경 가능하다는 것을 알 수 있다.
일반적인 안테나 구조는 지정된 급전 다리 또는 지정된 급전 다리 및 그라운드 다리를 이용하여 정형화된 조건으로서 그 자체로서 하나의 공진(Resonance Frequency)특성을 나타내는 반면, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1)은, 시그널 패드 및/또는 그라운드 패드를 변경하거나, 매칭 회로를 변경하는 방법 등으로 다기능(multi-function) 공진 주파수 기능을 제공할 수 있다. 다기능 공진 주파수 기능이란, 동일한 안테나 모듈을 이용하면서 주변 조건을 변경시킴으로써 2개 이상의 가용 주파수 대역을 만족시키는 기능을 의미한다. 도 12 및 도 13은 동일한 안테나 모듈을 이용하면서, 매칭 소자(matching component)를 변경시킴으로써, GPS 와 Dual WIFI 대역을 만족시키는 경우를 예시한 것이다. 도 12 및 도 13을 통해, 매칭 소자를 변경시켜 1.5GHz ~ 6GHz 대역까지 공진 임피던스를 조절 가능함을 알 수 있다. 다시 말하면, 실시 예에 따른 안테나 모듈에 의하면, 주파수 대역 선택(Frequency Band selecting)이 가능하므로, 불특정 다수 밴드(band)를 지원하는 조건에서 다수의 다른 형태의 안테나를 사용할 시에 발생되는 불편함, 예를 들면, 양산 적용에 소요되는 시간, 비용 및 노력 등을 절감시킬 수 있다.
도 14는 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 안테나(21)는, 면상 방사체(211) 및 복수 개의 도체 다리(212)를 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이 복수 개의 도체 다리(212)는, 면상 방사체(211)의 각 테두리 마다 하나 이상 배치될 수도 있다.
도 15는 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 안테나(31)는, 면상 방사체(311) 및 복수 개의 도체 다리(312)를 포함할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이 복수 개의 도체 다리(312)의 개수는 변경될 수 있다.
도 16은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 안테나(41)는, 면상 방사체(411) 및 복수 개의 도체 다리(412)를 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이 안테나(41)는, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 4회 같은 형상을 나타낼 수 있다.
도 17은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 안테나(51)는, 면상 방사체(511) 및 복수 개의 도체 다리(512)를 포함할 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이 면상 방사체(511)의 코너부는 모따기(chamfering) 처리될 수도 있다.
도 18은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 안테나(61)는, 면상 방사체(611) 및 복수 개의 도체 다리(612)를 포함할 수 있다. 면상 방사체(611)는, 외측으로부터 면상 방사체(611)의 중심, 즉, 도 18에 도시된 1개의 가상선(V)을 향하여 함몰되는 복수 개의 홈(611a)을 포함할 수 있다. 복수 개의 홈(611a)은, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 대칭 형태로 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 18과 같이, 복수 개의 홈(611a)은, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 4회 같은 형상을 나타내는 대칭 형태로 배치될 수 있다. 복수 개의 홈(611a) 중 적어도 2개 이상은 폭보다 길이가 긴 슬릿 형상일 수 있다. 슬릿 형상의 홈(611a)은, 안테나(61) 상에 흐르는 전류의 흐름을 길게 만들어줌으로써, 안테나(61)에 의해 송신되는 전파의 공진 주파수를 낮은 주파수 대역으로 이동시킬 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 홈(611a)의 길이를 조절함으로써, 안테나(61)에 의해 송신되는 전파의 주파수를 쉽게 조절할 수 있다.
도 19는 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 안테나(71)는, 면상 방사체(711) 및 복수 개의 도체 다리(712)를 포함할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이 안테나(71)는, 1개의 가상선(V)을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 3회 같은 형상을 나타낼 수 있다.
도 20은 또 다른 실시 예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 안테나(81)는, 복수 개의 홈(811a)을 포함하는 면상 방사체(811) 및 복수 개의 도체 다리(812)를 포함할 수 있다.
이상의 다양한 실시 예들에서 안테나의 형상은 다르지만, 방사 패턴의 경향은 유사한 결과를 나타낸다. 이는 정확한 방사 패턴의 모양이 유사하다는 의미라기 보다는, 도 5와 같이 한 쌍의 안테나에 흐르는 각각의 전류의 크기 및 방향이 같다는 점과, 도 6 및 도 7에 나타나 있는 것처럼, 안테나의 급전 다리가 중앙에 있음을 전제로, 그라운드 다리의 위치를 변경하여 방사 패턴의 전파 방향을 변경할 수 있다는 점 등의 동일 또는 상응하는 특징을 갖는다.
실시 예에 의하면 개별 안테나 자체가 대칭적 형상에 의하여 대칭적인 방사패턴을 형성할 수 있으므로, 안테나 모듈에 복수 개의 안테나를 배치할 때에도 그 배치가 대칭적이라면 동일한 상호 영향 및 간섭 효과를 갖게 되어 전체 방사패턴을 쉽게 예측할 수 있다. 또한, 개별 안테나 자체가 대칭적 형상을 가지므로, 안테나 모듈에 사용되는 복수 개의 안테나를 하나의 금형을 이용하여 제작하는 것이 가능하다. 또한, 안테나 모듈의 기판에 구비되는 시그널 패드, 그라운드 패드 및 고정 패드는 설계 사양에 따라서 서로 바꾸어 사용될 수 있으므로, 동일한 기판을 이용하여 여러 가지 성질을 갖는 안테나 모듈의 생산이 가능하므로, 안테나 모듈의 양산성을 높일 수 있고, 복수 개의 패드 중 어떠한 패드를 시그널 패드로 이용하는지 여부에 따라서 방사형태 및 특성이 변화되므로, 하나의 안테나 모듈을 여러 가지 목적으로 사용할 수 있다. 또한, 일반적인 안테나 구조는 지정된 급전 다리 및 그라운드 다리를 이용한 정형화된 조건 하에서, 하나의 공진(Resonance Frequency) 특성을 나타내는 반면, 실시 예에서는 안테나 모듈에 연결되는 회로를 다양하게 변화시킴으로써, 다기능(Multi-function) 공진 주파수를 제공할 수 있다. 따라서, 불특정 다수 밴드(Band)를 지원을 하는 조건에서 다수의 다른 형태의 안테나를 사용할 시에 발생되는 불편함을 해소할 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 설명된 구조 및/또는 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 면상 방사체; 및
상기 면상 방사체에 연결되는 복수 개의 도체 다리를 포함하고,
상기 복수 개의 도체 다리는, 상기 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내는 대칭 형태로 배치되는 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나는 점대칭 형상인 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나는 상기 1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 3회 이상 같은 형상을 나타내는 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 면상 방사체는, 외측으로부터 상기 1개의 가상선을 향하여 함몰되는 복수 개의 홈을 포함하는 안테나.
제 4 항에 있어서,
상기 복수 개의 홈 중 적어도 2개 이상은 폭보다 길이가 긴 슬릿 형상인 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 2개 이상은,
상기 면상 방사체의 외측 테두리로부터 절곡되는 수직부; 및
상기 수직부로부터 내측으로 절곡되는 수평부를 포함하는 안테나.
제 6 항에 있어서,
상기 면상 방사체, 수직부 및 수평부는 일체로 형성되는 안테나.
1개의 가상선을 축으로 하여 360도 회전시켰을 때 2회 이상 같은 형상을 나타내고, 면상 방사체 및 상기 면상 방사체에 연결되는 복수 개의 도체 다리를 포함하는 안테나; 및
상기 복수 개의 도체 다리에 각각 대응하는 복수 개의 패드를 포함하는 기판을 포함하는 안테나 모듈.
제 8 항에 있어서,
상기 복수 개의 패드는,
상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 하나 이상의 도체 다리를 통하여 전류를 공급하는 적어도 하나 이상의 시그널 패드를 포함하는 안테나 모듈.
제 9 항에 있어서,
상기 복수 개의 패드는,
상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 하나 이상의 도체 다리에 연결되는 적어도 하나 이상의 그라운드 패드를 더 포함하는 안테나 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 시그널 패드는 상기 복수 개의 패드의 중앙에 위치하는 제 1 시그널 패드를 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 그라운드 패드는 상기 제 1 시그널 패드를 중심으로 양측에 서로 대칭되게 배치되는 제 1 그라운드 패드 및 제 2 그라운드 패드를 포함하는 안테나 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 복수 개의 패드는, 2개의 행과 3개의 열을 포함하는 배열로 배치되고,
상기 적어도 하나 이상의 그라운드 패드는 상기 배열의 제 1 행에 위치하고,
상기 적어도 하나 이상의 시그널 패드는 상기 배열의 제 2 행에 위치하고,
상기 배열의 제 1 행의 중앙에 위치하는 패드는 상기 복수 개의 도체 다리 중 어느 하나의 도체 다리에 납땜 고정되는 고정 패드인 안테나 모듈.
제 9 항에 있어서,
상기 복수 개의 패드는,
상기 복수 개의 도체 다리 중 적어도 하나 이상의 도체 다리에 납땜 고정되는 고정 패드를 더 포함하는 안테나 모듈.
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