KR20180027170A - 안테나 장치 및 안테나의 운용 방법 - Google Patents

안테나 장치 및 안테나의 운용 방법 Download PDF

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ground pattern
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고승태
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Abstract

다양한 실시예에 따른 안테나 장치 및 안테나 장치의 운용 방법은 제 1 접지 패턴, 제 2 접지 패턴, 제 3 접지 패턴, 제 4 접지 패턴에 의해 형성되는 슬롯; 상기 슬롯이 형성된 면과 다른 면에 형성되는 급전부; 및 상기 급전부로부터 일정 거리 연장되어 배치되고, 수직 편파를 형성하는 금속 패턴을 포함하고, 상기 금속 패턴은 상기 슬롯이 형성된 면으로부터 일정한 각도를 이루면서 배치될 수 있다.
따라서, 안테나 장치는 안테나의 좁은 실장 영역에서도, 전파를 방사할 수 있다.

Description

안테나 장치 및 안테나의 운용 방법{ANTENNA DEVICE AND METHOD FOR OPERATING THE ANTENNA DEVICE}
본 발명의 다양한 실시예는, 안테나 및 안테나 운용 방법과 관련된 것이다. 특히, 공간적 제약이 많은 곳에서도 충분한 접지 영역을 확보할 수 있는 안테나에 관련된 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non-orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
또한, 근거리 무선통신이나 블루투스 등의 통신 방식이 보편화되면서, 전자 장치, 예컨대, 이동통신 단말기는 서로 다른 다양한 주파수 대역에서의 무선 통신을 위해, 각 주파수 대역 및 통신 방식에 상응하는 안테나를 구비할 수 있으며, 반대로 전자 장치와 통신을 수행하는 외부 장치 역시 안테나를 구비할 수 있는데, 안테나가 설치되는 외부 장치의 크기에 따라 안테나가 배치되는 공간에 제약이 많은 경우도 발생하고 있다.
전자 장치 내부의 안테나가 배치되는 공간 또는 별도의 외부 장치 내에 안테나가 배치되는 공간이 점차 작아지고 있고, 따라서, 안테나가 송신 또는 수신하는데 이용되는 접지 영역의 확보가 어려워지는 문제점이 있다. 충분한 접지 영역이 확보되지 않으면, 안테나가 전파를 방사하면서, 전류가 누설되는 등의 현상이 발생하게 되고, 안테나의 효율을 감소시키는 문제점을 불러일으킨다.
또한, 기존의 저주파 영역의 전파를 방사하는 안테나가 배치된 공간을 그대로 이용하면서, 고주파 영역의 전파를 방사하는 안테나를 배치하기 위해서는 저주파 영역의 전파를 방사하는 안테나가 이용하는 접지 영역에 비해 더 넓은 접지 영역을 확보해야 하지만, 공간적인 제약으로 인해 넓은 접지 영역의 확보가 어려운 문제점이 있다.
또한, 슬롯 안테나를 이용하기 위해서는 전파의 진행 거리가 충분히 확보되어야 하지만, 공간적인 제약으로 인해 슬롯 안테나를 사용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 접지 영역을 확보할 수 있는 안테나 장치 및 안테나 장치의 운용 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 접지 패턴, 제 2 접지 패턴, 제 3 접지 패턴, 제 4 접지 패턴에 의해 형성되는 슬롯; 상기 슬롯이 형성된 면과 다른 면에 형성되는 급전부; 및 상기 급전부로부터 일정 거리 연장되어 배치되고, 수직 편파를 형성하는 금속 패턴을 포함하고, 상기 금속 패턴은 상기 슬롯이 형성된 면으로부터 일정한 각도를 이루면서 배치될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 접지 패턴과 전기적으로 연결되며 수평 편파를 방사하는 제 1 금속 패턴; 상기 제 1 금속 패턴과 소정 거리 이격된 위치에 배치되며, 상기 제1 접지 패턴과 평행하게 형성되는 제2 접지 패턴과 전기적으로 연결되어 수직 편파를 생성하는 제 2 금속 패턴; 상기 제1 접지 패턴과 상기 제2 접지 패턴을 연결하는 연결 패턴; 및 상기 제1 접지 패턴 및 제2 접지 패턴에 대해 수직으로 배치되는 슬롯;을 포함하고, 상기 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴은, 상기 제2 접지패턴에 평행한 평면 방향에서 서로 수직을 이루도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 구비한 전자 장치는 안테나 장치; 및 안테나 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 안테나 장치는 제 1 접지 패턴과 전기적으로 연결되며 수평 편파를 방사하는 제 1 금속 패턴; 상기 제 1 금속 패턴과 소정 거리 이격된 위치에 배치되며, 상기 제1 접지 패턴과 평행하게 형성되는 제2 접지 패턴과 전기적으로 연결되어 수직 편파를 생성하는 제 2 금속 패턴; 상기 제1 접지 패턴과 상기 제2 접지 패턴을 연결하는 연결 패턴; 및 상기 제1 접지 패턴 및 제2 접지 패턴에 대해 수직으로 배치되는 슬롯;을 포함하고, 상기 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴은, 상기 제2 접지패턴에 평행한 평면 방향에서 서로 수직을 이루도록 형성될 수 있고, 상기 제어부는 상기 제 1 금속 패턴에 공급되는 전원 및 상기 제 2 접지 영역에 공급되는 전원을 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치 및 안테나 장치의 운용 방법은, 다양한 전파를 출력하는 방사부들(금속 패턴 또는 슬롯)에 대응하는 각각의 접지 영역을 공유하므로, 안테나의 좁은 실장 영역에 비하여 넓은 접지 영역을 확보할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치 및 안테나 장치의 운용 방법은 안테나의 좁은 실장 영역에 비하여 넓은 접지 영역을 확보할 수 있어, 누설 전류를 줄일 수 있고, 더 나아가 안테나의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 및 안테나의 운용 방법은 넓은 접지 영역을 확보할 수 있으므로, 기존의 저주파 영역의 전파를 방사하는 안테나가 배치된 공간에, 고주파 영역의 전파를 방사하는 안테나를 배치할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 및 안테나의 운용 방법은 슬롯 안테나에서 전파를 방사하는 금속 패턴의 위치를 슬롯이 형성된 면과 다른 면에 배치하므로, 좁은 실장 공간에서도 슬롯 안테나를 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 및 안테나의 운용 방법은 수직 편파(Vertical Polarized Wave) 및 수평 편파(Horizontal Polarized Wave)를 모두 방사할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 및 안테나의 운용 방법은 수직 편파 및 수평 편파를 이용하여 회전 편파를 생성할 수 있어, 안테나 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 특정 방향(171)에서 바라본 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 특정 방향(172)에서 바라본 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나가 방사하는 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나가 적용된 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10b는 도 6 내지 도 9에 도시된 안테나가 적용되어, 전파를 방사하는 것을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나가 적용된 일 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전자 장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스, 게임 콘솔, 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 전자 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 안테나 장치(100)는 제 1 금속 패턴(110), 제 2 금속 패턴(120), 슬롯(130), 제 1 접지 패턴(160), 제 1 연결 패턴(150), 제 2 연결 패턴(151), 제 2접지 패턴(140)을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해서, 도 1에 도시된 안테나는 지면과 평행한 평면에 배치되어 있다고 가정한다.
제 1 접지 영역은 전압이 0V인 그라운드를 포함하는 영역으로, 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는데 이용되는 제 1접지 영역을 의미할 수 있다 제1 접지 영역은 제 1 접지 패턴(160), 제 1 연결 패턴(150), 제 2 접지 패턴(140)을 포함할 수 있다.
제 1 금속 패턴(110)은 특정 전파를 방사하는 패턴을 의미할 수 있다. 제 1 금속 패턴(110)은 제 1 금속 패턴(110)과 연결된 제 1 급전부(115)에서 공급하는 전원을 이용하여 특정 전파를 특정 방향으로 방사할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 금속 패턴(110)은 제 1 접지 패턴(160)이 형성된 면에 형성되는 제 1 급전부(115)와 전기적으로 연결되어, 수평 편파를 형성할 수 있다.
수평 편파는 전기장의 방향이 지면과 수평한 방향인 전파를 의미할 수 있다. 도 1에서의 수평 편파는 지면과 수평으로 배치된 제 1 접지 패턴(160)과 평행한 방향의 전기장을 갖는 전파를 의미할 수 있다. 제 1 금속 패턴(110)은 제 1 접지 패턴(160)과 전기적으로 연결되므로, 제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파가 갖는 전기장의 방향은 제 1 접지 패턴(160)과 평행한 면(예를 들면, 지면)과 평행할 수 있다.
도 1에서는 제 1금속 패턴(110)이 막대형 패턴으로 도시되어 있으나, 제 1 금속 패턴(110)의 모양은 제한이 없다. 예를 들어, 제 1 금속 패턴(110)은 곡선형 패턴으로 구현될 수도 있다.
제 1 금속 패턴(110)은 제 1 금속 패턴에서 방사하는 전파의 방사 패턴의 모양을 조절하기 위해서, 제 1 접지 패턴 (160)의 기판(180)의 중심에서 일정 간격 이격된 위치에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 금속 패턴(110)은 기판(180)의 중심으로부터 전파의 방사 방향으로 일정 간격 떨어진 위치에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 금속 패턴(110)은 제 1 금속 패턴에서 방사하는 전파의 방향과 슬롯(130)에서 방사하는 전파의 방향과 일치시키기 위해서, 제 1 접지 패턴의 가장 자리 부분들 중, 제 1 연결 패턴(150)과 제 1 접지 패턴(160)이 접촉하면서 생성되는 모서리에서 일정 거리 이내에 존재하는 가장 자리 부분에 배치될 수 있다.
제 1 접지 패턴(160)은 제 1 연결 패턴(150) 및 제 2 연결 패턴(151)에 의해 제 2 접지 패턴(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 접지 패턴(140)은 제 3 접지 패턴(152)와 전기적으로 연결되고, 제 3 접지 패턴(152)은 제 2 연결 패턴(151)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제 1 금속 패턴(110)이 이용할 수 있는 제 1 접지 영역은 제 1 접지 패턴(160), 제 1 연결 패턴(150), 제 2 연결 패턴(151), 제 2 접지 패턴(140), 제 3 접지 패턴(152) 및 제 4 접지 패턴(153)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 접지 패턴(160) 및 제 2 접지 패턴(140)과 각각 평행한 방향의 편파를 갖는 전계(제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파에 대응함)을 출력하기 위해서는 충분한 길이의 그라운드가 확보되어야 한다. 하지만, 자동차 손잡이 내부에 안테나가 배치되는 경우, 제 1 금속 패턴(110)을 이용하는 안테나 구조에서의 그라운드인 제 1 접지 패턴(160)의 길이가 충분하지 못하다는 단점을 가질 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 제 1 접지 패턴과 제 2 접지 패턴을 연결하는 제 1연결 패턴 (150) 또는 제 2 연결 패턴(151)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 1 금속 패턴(110)과 제 1 접지 패턴(160), 제 2 접지 패턴(140), 제 1 연결 패턴(150), 제 2 연결 패턴(151)을 포함하는 제 1 접지 영역은 수평 편파를 출력하는 하나의 폴 안테나로써 동작할 수 있다.
제 2 금속 패턴(120)은 제 1 금속 패턴(110)과 수직 방향으로 소정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있으며, 제 1 접지 패턴(160)과 평행하게 형성되는 제 2 접지 패턴(140)이 형성된 면과 평행한 면에 형성되는 제 2 급전점(125)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2금속 패턴(120)은 제 1 금속 패턴이 형성된 기판(180)의 제 1면과 대향하는 제 2면에 형성될 수 있다.
제 2 금속 패턴(120)은 제 2 급전부(125)로 전달되는 전원을 이용하여 수직 편파를 형성할 수 있다. 수직 편파는 지면과 수직인 방향으로 편파(Polarized)된 전기장을 갖는 전파를 의미할 수 있다. 도 1에서, 수직 편파는 지면과 평행한 제 1 접지 패턴(160) 및 제 2 접지 패턴(140)에 수직한 방향으로 편파된 전기장을 갖는 전파를 의미할 수 있다. 제 2 금속 패턴(120)에서 방사되는 전파의 전기장은 제 2 접지 패턴(140)을 향하는 방향으로 생성될 수 있고. 따라서, 제 2 접지 패턴(140)이 형성하는 전파는 제 2 접지 패턴(140)과 평행한 면(예를 들면, 지면)과 수직한 방향의 전기장을 가지는 수직 편파를 의미할 수 있다.
슬롯(130)은 제 1 접지 패턴 (160)과, 제 2 접지 패턴 (140)과 수직으로 배치될 수 있다.
슬롯(130)은 제 2 접지 패턴(140), 제 2 연결 패턴(151), 제 3 접지 패턴(152) 및 제 4 접지 패턴(153)에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 연결 패턴(151)은 제 4 접지 패턴(153)과 물리적으로 연결될 수 있고, 제 4 접지 패턴(153)은 제 2 연결 패턴(151) 및 제 3 접지 패턴(152)와 각각 연결될 수 있고, 제 3 접지 패턴(152)은 제 4 접지 패턴(153) 및 제 2 접지 패턴(140)과 각각 연결될 수 있다. 슬롯(130)은 제 2 접지 패턴(140), 제 2 연결 패턴(151), 제 3 접지 패턴(152) 및 제 4 접지 패턴(153)이 각각 연결되면서 생성되는 공간을 의미할 수 있다.
제2 금속 패턴(120)에서 형성된 수직 편파는 슬롯(130)을 통하여 방사될 수 있다. 특히, 제2 금속 패턴(120)에서 방사되는 전파는 슬롯(130)을 경유하여 제 2 방향(172)의 반대 방향으로 방사될 수 있다. 슬롯(130)을 통하여 방사되는 전파에 대응하는 전계는 제 1 접지 패턴(160)과 제 2 접지 패턴(140)과 각각 수직한 방향의 편파(Polarization)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 접지 패턴(152)은 제 1 접지 패턴(160) 또는 제 2 연결 패턴(151)과 물리적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제 3 접지 패턴(152)은 제 2 연결 패턴(151) 및 제 1 접지 패턴(160)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 슬롯(130) 및 제 2 연결 패턴(151), 제 2 접지 패턴(153), 제 3 접지 패턴(152), 제 4 접지 패턴(140)을 포함하는 제 2 접지 영역은 수직 편파를 출력하는 하나의 폴 안테나로써 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파의 방향은 슬롯(130)에서 방사되는 전파의 방향과 일치하거나, 유사할 수 있다. 예를 들면, 제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파는 제 1 방향(172)으로 출력될 수 있고, 슬롯(130)에서 방사되는 전파도 제 1 방향(172)으로 출력될 수 있다.
제 2금속 패턴(120)에서 방사되는 전파에 대응하는 전계와 제1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파에 대응하는 전계는 서로 수직한 방향일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 슬롯(130)을 통하여 방사되는 전파에 대응하는 전계는 제 1 접지 패턴(160)과 제 2 접지 패턴(140)과 각각 수직한 방향의 편파이고, 제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파에 대응하는 전계는 제 1 접지 패턴(160)과 제 2접지 패턴(140)과 각각 평행한 방향의 편파일 수 있다.
제 2 접지 영역(140)은 슬롯(130)을 이용한 안테나 구조에서의 접지 영역을 의미할 수 있다. 제 2 접지 영역은 전압이 0V인 그라운드를 포함하는 영역을 의미할 수 있다. 제 2 접지 영역은 제 2 연결 패턴(151), 제 3 접지 패턴(152), 제 4 접지 패턴(153) 및 제 2 접지 패턴(140)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2.4GHz 대역의 전파 중 제 1 접지 패턴(160) 및 제 2 접지 패턴(140)과 각각 평행한 방향의 편파를 갖는 전기장(제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파에 대응함)을 출력하기 위해서는 충분한 길이의 그라운드가 확보되어야 한다. 하지만, 제 1 금속 패턴(110)을 이용하는 안테나 구조에서의 그라운드인 제 1 접지 패턴(160)의 길이가 충분하지 못하다는 단점을 가질 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 제 1 접지 패턴과 제 2 접지 패턴을 연결하는 제 1연결 패턴 (150) 또는 제 2 연결 패턴(151)을 포함할 수 있다.
제 2 연결 패턴(151)은 슬롯(130)에서 전파를 방사하는데 그라운드로 이용될 수 있으며, 제 2 연결 패턴(151)은 제 1 접지 패턴(160) 및 제 4 접지 패턴(153)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제 2 연결 패턴(151)으로 인하여, 제 1 접지 패턴(160)과 제 4 접지 패턴(153)은 전기적으로 연결될 수 있다.
제 3 접지 패턴(152)는 제 4 접지 패턴(153) 및 제 2 접지 패턴(140)과 각각 물리적으로 연결될 수 있다.
제 4 접지 패턴(153)은 제 1 접지 패턴(160)과 물리적으로 연결될 수도 있으며, 제 1 접지 패턴(160)과 물리적으로 연결되어 있지 않으나, 제 2 연결 패턴(151)에 의해 제 1 접지 패턴(160)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1연결 패턴 (150) 또는 제 2 연결 패턴(151)은 제 1 접지 패턴과 제 2 접지 패턴을 물리적으로 연결할 수 있으며, 전기적으로도 연결될 수 있다. 따라서, 제 1연결 패턴 (150) 또는 제 2 연결 패턴(151)의 존재로 인해 그라운드의 길이를 확보할 수 있고, 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는 전파의 출력에 대한 효율을 증가 시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 연결 패턴 (150)은 제 1 접지 패턴(160)과 제 2 접지 패턴(140)에 수직으로 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는 전파의 전기장은 제 1 접지 패턴(160)과 제 2 접지 패턴(140)에 각각 평행한 편파(Polarized Wave)가 될 수 있으며, 슬롯(130)을 통해서 방사되는 전파의 전기장은 연결 패턴 (150)과 수직한 방향의 편파(Polarized wave)가 될 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 각각 수직한 두 개의 편파들인 수직 패턴과 수평 패턴을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 연결 패턴(150) 또는 제 2 연결 패턴(151)은 제 1 접지 패턴(160)과 제 2 접지 패턴(140)을 연결하는 곡선의 형태로 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1연결 패턴(150) 또는 제 2 연결 패턴(151)의 존재로 인해서 두 개의 각각 수직한 편파들을 생성할 수 있다.
제 1 연결 패턴(150) 또는 제 2 연결 패턴(151)의 배치는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나가 배치되는 구조에 따라서 다르게 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1연결 패턴(150) 또는 제 2 연결 패턴(151)은 제 1 접지 패턴과 제 2 접지 패턴을 연결하게 되고, 제 1 접지 영역과 제 2 접지 영역을 합친 접지 영역을 확보할 수 있고, 제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는데 이용되는 접지 영역의 크기가 커지는 효과를 갖게 된다.
제 1 연결 패턴(150) 또는 제 2 연결 패턴(151)이 없는 경우의 안테나 구조(도 5a, 5b)에서, 제 1 금속 패턴(110)이 2.4Ghz에 해당하는 전파를 방사하는 경우, 제 1접지 패턴(160)이 약 10센치미터의 접지 영역을 확보해야 한다. 하지만, 제 1접지 패턴(160)이 10센치미터 이하인 경우, 충분한 접지 영역이 갖지 못하는 단점이 있다. 이로 인해서, 전류가 누설되어 출력이 낮아지는 효과를 갖게 될 수 있다. 하지만, 제 1 연결 패턴(150) 또는 제 2 연결 패턴(151)이 배치되는 경우, 제 2접지 패턴(140), 제 3 접지 패턴(152) 및 제 4 접지 패턴(153)과 제 1접지 패턴(160)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 연결 패턴(150)과 제 2 연결 패턴(151)은 제 1 금속 패턴(110) 및 슬롯(130)이 방사하는데 이용하는 접지 영역을 공유하는 역할을 수행할 수 있고, 이로 인해서, 접지 영역의 크기가 커지는 효과를 가질 수 있다. 따라서, 누설되는 전류의 크기가 작아지게 되며, 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는 전파의 세기가 상승하는 효과를 가져올 수 있다. 도 5a를 참조하면, 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는 전파(410)는 지면과 수직한 방향으로 방사되고 있음(510)을 확인할 수 있다.
도 5b는 제 1 금속 패턴(110)의 위치가 제 1 접지 패턴(160)의 가장 자리에 위치하면, 전파(410)는 도 4a에서 방사되는 전파(410)의 방사 방향과 비교해서, 좀 더 지면 방향으로 치우친 방향(520)으로 방사될 수도 있다.
상기에는 2.4Ghz에 해당하는 전파를 방사하는 경우를 가정하여 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 방사하는 전파의 주파수 대역은 제한이 없다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제 2 금속 패턴(120)과 연결된 슬롯(130)이 2.4Ghz에 해당하는 전파를 방사하는 경우, 제 2접지 패턴(140), 제 3 접지 패턴(152), 제 4 접지 패턴(153) 및 제 2 연결 패턴(151)을 포함하는 제 2 접지 영역이 10센치미터의 접지 영역을 확보해야 한다. 하지만, 제 2 접지 영역이 10센치미터 이하인 경우, 충분한 접지 영역이 갖지 못하는 단점이 있다. 이로 인해서, 전류가 누설되어 출력이 낮아지는 효과를 갖게 될 수 있다. 하지만, 제 1 연결 패턴(150)이 배치되는 경우, 제 2접지 패턴(140)과 제 1접지 패턴(160)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 패턴(150)은 접지 영역을 공유하는 역할을 수행할 수 있고, 이로 인해서 접지 영역의 크기가 커지는 효과를 가질 수 있다. 따라서, 누설되는 전류의 크기가 작아지게 되며, 슬롯(130)이 방사하는 전파의 세기가 상승하는 효과를 가져올 수 있다. 도 5c를 참조하면, 슬롯(130)이 방사하는 전파(531, 532)는 지면과 평행한 방향으로 방사되고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나는 기판(180)을 더 포함할 수 있다. 기판(180)은 유전체로 구성될 수 있으며, 유전체의 종류는 안테나가 송, 수신하는 전파의 주파수에 따라서 다르게 구성될 수 있다. 기판(180)의 배치 구조는 도 2에서 후술한다.
도 2는 도 1에 도시된 특정 방향(171)에서 바라본 안테나를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1 금속 패턴(110)은 제 1 접지 패턴(160)과 연결될 수 있다.
제 2 금속 패턴(120)은 제 1 금속 패턴(110)과 이격되고, 제 1금속 패턴(110)과 수직하게 배치될 수 있다. 또한, 제 2 금속 패턴(120)과 제 1 금속 패턴(110)과 이격된 공간에 기판(180)이 배치될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 제 1 금속 패턴(110)이 기판(180)의 위에 배치되고, 제 2 금속 패턴(120)이 기판(180)의 아래에 배치된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면 안테나의 기판(180)의 상부에는 제 1 금속 패턴(110)이 배치될 수 있으며, 기판(180)의 하부에 제 2 금속 패턴(120)이 배치될 수 있다.
제 2 금속 패턴(120)와 연결된 제 2 급전부(125)는 제 4 접지 패턴(153)과 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 4 접지 패턴(153)은 제 1 접지 패턴(160)과 물리적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 4 접지 패턴(153)은 제 1 접지 패턴(160)이 아닌 제 2 연결 패턴(151)과 물리적으로 연결되면서, 제 2 연결 패턴(151)에 의해 제 1 접지 패턴(160)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
제 1 금속 패턴(110)에서 방사되는 전파의 진행 방향은 슬롯(130)에서 방사되는 전파의 진행 방향과 유사할 수 있다. 이에 대해서는 도 5에서 서술한다.
도 3은 도 1에 도시된 특정 방향(172)에서 바라본 안테나를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 슬롯(130)은 제 2 연결 패턴(151), 제 3 접지 패턴(152), 제 4 접지 패턴(153) 및 제 2 접지 패턴(140)이 각각 만나면서 형성되는 면을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 연결 패턴(151)은 슬롯(130)의 오른쪽에 배치되며, 제 3 접지 패턴(152)은 슬롯(130)의 왼쪽에 배치될 수 있다. 제 4 접지 패턴(153)은 슬롯(130)의 상부에 배치되고, 제 2 접지 패턴(140)은 슬롯(130)의 하부에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 슬롯(130)을 통해서 방사되는 전파의 전기장은 제 4 접지 패턴(153) 및 제 2 접지 패턴(140) 를 연결한 방향의 편파일 수 있다.
슬롯(130)에서 방사되는 전파에 대응하는 전기장은 기판(180)과 수직한 방향의 편파일 수 있다. 기판이 지면과 수평하도록 안테나를 배치하는 경우, 제 2 급전부(125)에서 전원을 공급받아, 제 2 금속 패턴(120)에서 생성되어, 슬롯(130)에서 방사되는 전파는 수직 편파의 특성을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 전기장은 지면과 수직한 방향으로 진행하고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 슬롯(130)에서 방사되는 전파는 수직 편파일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나에서, 슬롯(130)을 통해서 방사되는 전파와 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는 전파의 편파 방향은 서로 수직하다. 예를 들어, 도 1 에 도시된 안테나가 지상에 배치되는 경우, 제 1금속 패턴(110)이 방사하는 전파는 수평 편파이고, 슬롯(130)을 통해서 방사되는 전파는 수직 편파일 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나는 수평 편파 및 수직 편파를 모두 생성할 수 있다.
이를 위해서, 도 1 에 도시된 안테나를 구비하는 전자 장치는 별도의 프로세서(미도시)를 구비할 수 있다.
프로세서는, 예를 들면, 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 프로세서는, 예를 들면, SoC(system on chip) 로 구현될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 프로세서는 GPU(graphic processing unit) 및/또는 이미지 신호 프로세서를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 다른 구성요소들(예: 비휘발성 메모리) 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드)하여 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서는 제 1 금속 패턴(110)에 공급되는 전원 또는 제 2 금속 패턴(120)에 공급되는 전원을 제어하면서, 안테나에서 방사되는 전파를 제어할 수 있다.
따라서, 프로세서는 제 1 금속 패턴(110)에 공급되는 전원과 제 2 금속 패턴(120)에 공급되는 전원을 제어하여, 수평 편파 및 수직 편파를 조합한 회전 편파(Circular Polarization)를 생성할 수도 있다.
프로세서는 제 1 금속 패턴(110)에 공급되는 전원 및 제 2 금속 패턴(120)에 공급되는 전원의 위상을 제어하면서 편파를 생성할 수 있다.
프로세서는 회전 편파의 회전 방향에 기반하여 제 1금속 패턴(110)에 공급되는 전원 및 제 2 금속 패턴(120)에 공급되는 전원의 위상을 제어할 수 있다. 예를 들어, 회전 편파의 회전 방향이 반시계 방향(Counter-clock wise direction, RHCP)일 때와 시계 방향(Clockwise direction, LHCP)일 때와, 제 1 금속 패턴(110)에 공급되는 전원 및 제 2 금속 패턴(120)에 공급되는 전원의 위상을 다르게 제어할 수도 있다.
회전 편파는 원형 편파를 의미할 수도 있지만, 타원형 편파를 의미할 수도 있음은 물론이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치는 슬롯(130), 급전부(125) 및 금속 패턴(120)을 포함할 수 있다.
슬롯(130)은 제 2 접지 패턴(140), 제 2 연결 패턴(151), 제 3 접지 패턴(152) 및 제 4 접지 패턴(153)에 의해 형성될 수 있다. 슬롯(130)은 전파(수직 편파)를 방사할 수 있다.
급전부(125)는 금속 패턴(120)에 전원을 공급하며, 슬롯(130)이 형성된 면과 다른 면에 형성될 수 있다. 예를 들면, 슬롯(130)이 x-y 평면에 배치된 경우, 급전부(125)는 슬롯(130)과 평행하지 않는 다른 평면(예를 들어, y-z 평면)에 배치될 수 있다.
금속 패턴(120)은 급전부(125)로부터 일정 거리 연장되어 배치될 수 있으며, 수직 편파를 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 패턴(120)은 슬롯이 형성된 면으로부터 일정한 각도를 이루면서 배치될 수 있다. 예를 들면, 금속 패턴(120)은 슬롯(130)이 형성된 면과 90도를 이루어 배치될 수 있다. 즉, 금속 패턴(120)은 슬롯(130)이 형성된 면과 수직으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 금속 패턴(120) 및 급전부(125)는 슬롯(130)이 형성된 면과 90도가 아닌 일정한 각도를 이루면서 배치될 수 있다. 예를 들면, 금속 패턴(120) 및 급전부(125)는 슬롯(130)이 형성된 면과 80도를 이루면서, 기판(180)의 하부 면으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서의 급전부(125) 및 금속 패턴(120)은 기존의 안테나 장치와 다르게 슬롯(130)이 형성된 면과 평행하지 않는 다른 면에 형성될 수 있다. 이를 통해서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치가 배치되는 좁은 공간에서도 수직 편파를 방사할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
도 4b는 도 4a에 도시된 안테나 장치를 특정 방향(171)에서 바라본 것을 도시한 도면이다.
도 4b를 참조하면, 슬롯의 상단을 형성하는 제 1 접지 패턴(160)과 연결된 제 4 접지 패턴(153)은 급전부(120)와 연결될 수 있다. 특히, 급전부(120)는 슬롯(미도시)이 형성된 면과 다른 면에 배치되어 있음을 도 4b에서 확인할 수 있다. 도 4b에서는 급전부(120) 및 금속 패턴(125)은 슬롯이 형성되는 면과 수직인 면에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 급전부(120) 및 금속 패턴(125)은 슬롯이 형성되는 면과 반드시 수직으로 만날 필요는 없다. 예를 들어, 급전부(120) 및 금속 패턴(125)은 슬롯이 형성되는 면(예를 들면, x-y 평면)과 특정 각도를 이루는 가상의 면 위에 배치될 수 있다.
도 5d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나가 수직 편파 및 수평 편파를 방사하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 5d를 참조하면, 안테나(100)가 방사하는 전파의 방사 패턴(550) 및 안테나 뒷편의 평판(540)이 도시되어 있다.
도 1 에서 전술한 바와 같이, 안테나(100)의 제 1 금속 패턴(110)은 수평 편파를 형성할 수 있고, 제 2 금속 패턴(120)은 수평 편파를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 금속 패턴(110)이 형성한 수평 편파의 진행 방향 및 제 2 금속 패턴(120)이 형성한 수직 편파의 진행 방향을 일치시키기 위해서, 제 1 금속 패턴(110)을 제 1 접지 패턴(160)의 가장 자리 중 슬롯과 먼 곳에 위치한 가장 자리에 배치할 수 있다. 또한, 제 1 금속 패턴(110)과 제 2 금속 패턴(120)이 방사하는 전파의 방향을 지면과 평행한 방향으로 만들기 위해서, 평판(540)의 앞에 안테나를 배치할 수 있다. 평판(540)의 형태 및 소재의 종류에는 제한이 없다. 일 실시예에 따르면, 평판(540)은 금속 도체로 형성된 사각 평판을 의미할 수 있고, 평판(540)은 안테나(100)와 일정 거리 이격 되어 배치될 수 있다. 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는 수평 편파 및 슬롯(130)이 방사하는 수직 편파는 평판(510)에 의해 반사될 수 있다. 이를 통해, 제 1 금속 패턴(110)이 형성한 수평 편파의 진행 방향은 슬롯(130)에서 방사하는 수직 편파의 진행 방향과 일치하거나 유사하게 생성 할 수 있으며, 평판(540)과 수직한 방향으로 방사될 수 있다. 도 5를 참조하면, 제 1 금속 패턴(110)이 형성한 수평 편파 및 제 2 금속 패턴(120)이 형성한 수직 편파 각각의 진행 방향이 유사하고, 수직 편파 및 수평 편파가 방사되는 방사 패턴(500)은 지면과 평행한 방향으로 방사되고 있음을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나가 적용된 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 자동차(600)를 도시한 도면으로, 자동차(600)의 옆 문에는 손잡이(610, 620)가 배치되어 있다.
도 7에는 도 6에 도시된 손잡이(610)을 확대한 도면으로, 보통 자동차(600)에 배치된 손잡이(610)의 높이는 3센치 미터 이하이며, 너비는 20센치 미터 이하일 수 있다. 손잡이(610, 620)의 내부에는 자동차 외부의 전자 장치와 자동차간 통신을 수행하기 위한 안테나가 배치될 수 있다.
자동차 외부의 전자 장치는 자동차(600)와 통신을 수행하기 위해서 자동차(600)가 통신을 수행할 수 있는 주파수를 수신 또는 송신할 수 있는 통신 모듈을 구비할 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 손잡이(610)의 내부에 도 1에 도시된 안테나와 동일한 구조의 안테나(810)이 배치되는 것을 도시한 도면이다.
자동차(600)와 자동차 외부의 전자 장치간 통신을 하는데 이용되는 주파수의 대역에 따라서, 안테나에 확보되어야 하는 접지 영역의 길이가 달라질 수 있다. 예를 들어, Wi-Fi 또는 블루투스(Bluetooth)를 이용하여 자동차(600)와 전자 장치간 통신을 수행하는 경우, 주파수 대역이 2.4Ghz인 신호를 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 주파수 대역이 2.4Ghz인 경우, 안테나는 수평 편파를 방사하는데에 있어, 10 센티미터의 접지 영역이 필요할 수 있다.
지면과 평행한 수평 편파를 갖는 전파를 방사하는 제 1 금속 패턴(110)에 대응하는 제 1 접지 패턴 (160)의 경우, 손잡이의 높이(대략 2센티미터)를 고려했을 때, 10센티미터의 접지 영역을 확보할 수 없다.
지면과 수직한 수직 편파를 갖는 전파를 방사하는 슬롯(130)에 대응하는 제 2 접지 패턴 (140)의 경우, 손잡이의 너비(대략 10센티 미터에서 20센티미터)를 고려했을 때, 10센티미터의 접지 영역을 확보할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나에서, 연결 패턴(150)은 제 1 접지 패턴과 제2 접지 패턴을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제 1연결 패턴(150) 또는 제 2 연결 패턴(151)으로 인해서, 지면과 평행한 수평 편파를 갖는 전파를 방사하는 제 1 금속 패턴(110)에 대응하는 접지 영역은 제 1 접지 패턴 및 제 2 접지 패턴을 모두 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 금속 패턴(110)은 충분한 길이의 접지 영역을 확보할 수 있다.
도 9는 손잡이(610) 내부에 배치된 안테나(810)와 자동차(600)를 도시한 도면이다.
안테나와 도체 사이의 거리가 안테나가 송신 또는 수신하는 전파의 파장의 1/4에 해당하는 경우, 안테나에서 방사되는 전파와 도체에서 반사되는 전파가 서로 같은 위상이 되어, 출력되는 전파의 세기가 증가할 수 있다(이미지 이론에 따른 분석). 자동차(600)의 외형은 금속으로 제작되므로, 도체에 해당할 수 있다. 안테나(810)와 자동차(600)의 사이의 거리는 대략 3센티미터에서 4.5센티미터임을 확인할 수 있다. 자동차(600)와 자동차(600) 외부의 전자 장치가 통신하는 대역이 2.4Ghz인 경우, 전파의 파장이 10센티미터에 해당되고, 안테나(810)와 자동차(600) 사이의 거리가 전파의 파장(10센티미터)의 1/4인 2.5센티미터에 해당되어 이득 역시 증가할 수 있다.
도 6 내지 도 9에서는 자동차(600)와 전자 장치간 통신을 수행하는 주파수가 2.4Ghz임을 가정하였으나, 다른 대역의 주파수를 이용하여 통신을 수행하는 경우에도 본 발명의 안테나가 이용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나를 이용해서, 자동차(600)와 전자 장치는 통신을 수행할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치는 자동차(600)의 문을 열거나, 닫도록 제어하는 신호를 송신할 수 있다. 자동차(600)는 신호를 안테나(810)를 이용하여 수신하고, 수신한 신호에 대응하는 동작인 문을 열거나, 닫도록 하는 동작을 제어할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 전자 장치는 자동차(600)의 시동을 키거나, 대기하도록 할 수 있다. 자동차(600)는 신호를 안테나(710)를 이용하여 수신하고, 수신한 신호에 대응하는 동작인 자동차(600)의 시동을 키거나, 대기하는 등의 동작들을 수행할 수 있다.
도 10a 내지 도 10b는 도 9에 도시된 안테나가 전파를 방사하는 것을 도시한 도면이다. 도 10a는 슬롯(130)이 방사하는 전파가 유전체 내에서(예를 들면, 공기) 방사되는 것을 도시한 도면이고, 도 10b는 제 1 금속 패턴(110)이 방사하는 전파가 유전체 내에서(예를 들면, 공기) 방사되는 것을 도시한 도면이다.
슬롯(130)은 전술한 바와 같이, 지면과 수직한 방향의 편파를 갖는 전파를 방사할 수 있으며, 제 1 금속 패턴은 지면과 수평한 방향의 편파를 갖는 전파를 방사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지면과 수직한 방향의 편파를 갖는 전파의 진행 방향과 지면과 수평한 방향의 편파를 갖는 전파의 진행 방향을 일치시키기 위해서, 제 1 금속 패턴(110)은 제 1 면의 가장 자리에 배치할 수 있다. 따라서, 도 10a에 도시된, 지면과 수직한 방향의 편파를 갖는 전파의 진행 방향과, 도 10b에 도시된 지면과 수평한 방향의 편파를 갖는 전파의 진행 방향이 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나가 적용된 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 여닫이 문의 손잡이의 내부에도 안테나가 배치될 수 있으며, 전자 장치와 여닫이 문에 배치된 컨트롤러와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 여닫이 문을 열거나, 닫도록 요청하는 신호를 송신할 수 있다. 여닫이 문의 컨트롤러는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나를 이용하여 신호를 수신하고, 여닫이 문이 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 접지 패턴, 제 2 접지 패턴, 제 3 접지 패턴, 제 4 접지 패턴에 의해 형성되는 슬롯; 상기 슬롯이 형성된 면과 다른 면에 형성되는 급전부; 및 상기 급전부로부터 일정 거리 연장되어 배치되고, 수직 편파를 형성하는 금속 패턴을 포함하고, 상기 금속 패턴은 상기 슬롯이 형성된 면으로부터 일정한 각도를 이루면서 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 상기 금속 패턴은상기 슬롯이 형성된 면과 수직으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 제 3 접지 패턴과 연결되는 기판을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 금속 패턴은 기판의 하부 면에 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 접지 패턴이 형성된 면에 형성되는 제 1 급전부와 전기적으로 연결되며 수평 편파를 방사하는 제 1 금속 패턴; 상기 제 1 금속 패턴과 소정 거리 이격된 위치에 배치되며, 상기 제1 접지 패턴과 평행하게 형성되는 제2 접지 패턴이 형성된 면과 평행한 면에 형성되는 제 2 급전부와 전기적으로 연결되어 수직 편파를 생성하는 제 2 금속 패턴; 상기 제1 접지 패턴과 상기 제2 접지 패턴을 연결하는 연결 패턴; 및 상기 제1 접지 패턴이 형성된 면과 제2 접지 패턴이 형성된 면에 대해 수직으로 배치되는 슬롯;을 포함하고, 상기 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴은, 상기 제2 접지패턴이 형성된 면에 평행한 평면 방향에서 서로 수직을 이루도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 상기 안테나 장치는 기판을 더 포함하고, 상기 제1 금속 패턴은 기판의 제1 면에 형성되며, 상기 제2 금속 패턴은 상기 기판의 제1면과 대향하는 제2면에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 상기 연결패턴은 상기 제1 접지 패턴 및 상기 제2 접지 패턴을 연결하고, 상기 슬롯을 마주보는 방향으로 배치되는 제 1 연결 패턴; 및 상기 제 1 접지 패턴 및 상기 제 2 접지 패턴을 연결하고, 상기 슬롯의 일면을 형성하는 제 2 연결 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 상기 슬롯은 상기 제 2 연결 패턴, 상기 제 2 접지 패턴, 제 3 접지 패턴 및 제 4 접지 패턴에 의해 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 접지 패턴은 상기 기판의 제1면에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서,상기 제 1금속 패턴은 상기 제 1 접지 패턴의 가장 자리 중, 제 1 연결 패턴 및 제 1 접지 패턴이 접촉하면서 생성되는 모서리에서 일정 거리 이내에 존재하는 가장 자리에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 상기 제 1 금속 패턴은 상기 제 1 연결 패턴 및 상기 제 1 접지 패턴이 접촉하면서 생성되는 모서리에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치에서, 상기 안테나 장치는 상기 제 1 금속 패턴에서 방사하는 방사 패턴의 진행 방향과 상기 슬롯에서 출력하는 방사 패턴의 진행 방향이 일치할 수 있다.
또한, 상기 제 2 금속 패턴은 상기 슬롯의 상단부에 연결될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 구비한 전자 장치는 안테나 장치; 및 상기 안테나 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 안테나 장치는 제 1 접지 패턴이 형성된 면에 형성되는 제 1 급전부와 전기적으로 연결되며, 수평 편파를 방사하는 제 1 금속 패턴; 상기 제 1 금속 패턴과 소정 거리 이격된 위치에 배치되고, 상기 제 1 접지 패턴과 평행하게 형성되는 제 2 접지 패턴이 형성된 면과 평행한 면에 형성되는 제 2 급전부와 전기적으로 연결되어 수직 편파를 방사하는 제 2 금속 패턴; 상기 제 1 접지 패턴과 상기 제 2 접지 패턴을 연결하는 연결 패턴; 및 상기 제 1 접지 패턴이 형성된 면과 상기 제 2 접지 패턴이 형성된 면에 대해서 수직으로 배치되는 슬롯을 포함하고, 상기 제 1 금속 패턴과 상기 제 2 금속 패턴은, 상기 제 2 접지 패턴이 형성된 면에 평행한 평면 방향에서 서로 수직을 이루도록 형성되고, 상기 제어부는 상기 제 1 금속 패턴에 공급되는 전원 및 상기 제 2 접지 영역에 공급되는 전원을 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 구비한 전자 장치에서, 상기 제어부는 상기 제 1 금속 패턴에 공급되는 전원 및 상기 제 2 금속 패턴에 공급되는 전원의 위상을 제어하면서, 편파를 생성하고, 상기 편파는 수직 편파, 수평 편파, 회전 편파 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 구비한 전자 장치에서, 상기 제어부는 상기 회전 편파의 회전 방향에 기반하여 상기 제 1 금속 패턴에 공급되는 전원 및 상기 제2 금속 패턴에 공급되는 전원을 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 구비한 전자 장치에서, 상기 제어부는 상기 제 1 급전부에 공급되는 전원 또는 상기 제 2 급전부에 공급되는 전원의 위상을 제어하면서, 상기 회전 편파를 생성할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있으며, 예를 들면, 어떤 동작들을 수행하는, 알려졌거나 앞으로 개발될, ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays), 또는 프로그램 가능 논리 장치를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체(예:메모리(130))에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서(예: 프로세서(120))에 의해 실행될 경우, 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(예: 자기테이프), 광기록 매체(예: CD-ROM, DVD, 자기-광 매체 (예: 플롭티컬 디스크), 내장 메모리 등을 포함할 수 있다. 명령어는 컴파일러에 의해 만들어지는 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른, 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱 하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.

Claims (16)

  1. 안테나 장치에 있어서,
    제 1 접지 패턴, 제 2 접지 패턴, 제 3 접지 패턴, 제 4 접지 패턴에 의해 형성되는 슬롯;
    상기 슬롯이 형성된 면과 다른 면에 형성되는 급전부; 및
    상기 급전부로부터 일정 거리 연장되어 배치되고, 수직 편파를 형성하는 금속 패턴을 포함하고,
    상기 금속 패턴은
    상기 슬롯이 형성된 면으로부터 일정한 각도를 이루면서 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 패턴은
    상기 슬롯이 형성된 면과 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 안테나 장치는
    상기 제 3 접지 패턴과 연결되는 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 금속 패턴은
    상기 기판의 하부 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 안테나 장치에 있어서,
    제 1 접지 패턴이 형성된 면에 형성되는 제 1 급전부와 전기적으로 연결되며 수평 편파를 방사하는 제 1 금속 패턴;
    상기 제 1 금속 패턴과 소정 거리 이격된 위치에 배치되며, 상기 제1 접지 패턴과 평행하게 형성되는 제2 접지 패턴이 형성된 면과 평행한 면에 형성되는 제 2 급전부와 전기적으로 연결되어 수직 편파를 생성하는 제 2 금속 패턴;
    상기 제1 접지 패턴과 상기 제2 접지 패턴을 연결하는 연결 패턴; 및
    상기 제1 접지 패턴이 형성된 면과 제2 접지 패턴이 형성된 면에 대해 수직으로 배치되는 슬롯;을 포함하고,
    상기 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴은, 상기 제2 접지패턴이 형성된 면에 평행한 평면 방향에서 서로 수직을 이루도록 형성되는 안테나 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 안테나 장치는 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 금속 패턴은 기판의 제1 면에 형성되며, 상기 제2 금속 패턴은 상기 기판의 제1면과 대향하는 제2면에 형성되는, 안테나 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 연결패턴은
    상기 제1 접지 패턴 및 상기 제2 접지 패턴을 연결하고, 상기 슬롯을 마주보는 방향으로 배치되는 제 1 연결 패턴; 및
    상기 제 1 접지 패턴 및 상기 제 2 접지 패턴을 연결하고, 상기 슬롯의 일면을 형성하는 제 2 연결 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 슬롯은
    상기 제 2 연결 패턴, 상기 제 2 접지 패턴, 제 3 접지 패턴 및 제 4 접지 패턴에 의해 형성되고,
    상기 제 2 연결 패턴은 상기 슬롯의 측면부를 구성하고, 상기 제 2 접지 패턴은 상기 슬롯의 하단부를 구성하고, 상기 제 3 접지 패턴은 상기 슬롯의 상단부를 구성하며, 상기 제 4 접지 패턴은 상기 슬롯의 측면부를 구성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    제1 접지 패턴은 상기 기판의 제1면에 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 금속 패턴은
    상기 제 1 접지 패턴의 가장 자리 부분 중, 제 1 연결 패턴 및 제 1 접지 패턴이 접촉하면서 생성되는 모서리에서 일정 거리 이내에 존재하는 가장 자리에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 금속 패턴은
    상기 제 1 연결 패턴 및 상기 제 1 접지 패턴이 접촉하면서 생성되는 모서리에 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제 5항에 있어서,
    상기 안테나 장치는
    상기 제 1 금속 패턴에서 방사하는 방사 패턴의 진행 방향과 상기 슬롯에서 출력하는 방사 패턴의 진행 방향이 일치하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 금속 패턴은
    상기 슬롯의 상단부 또는 하단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  14. 전자 장치에 있어서,
    안테나 장치; 및
    상기 안테나 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 안테나 장치는
    제 1 접지 패턴이 형성된 면에 형성되는 제 1 급전부와 전기적으로 연결되며, 수평 편파를 방사하는 제 1 금속 패턴;
    상기 제 1 금속 패턴과 소정 거리 이격된 위치에 배치되고, 상기 제 1 접지 패턴과 평행하게 형성되는 제 2 접지 패턴이 형성된 면과 평행한 면에 형성되는 제 2 급전부와 전기적으로 연결되어 수직 편파를 방사하는 제 2 금속 패턴;
    상기 제 1 접지 패턴과 상기 제 2 접지 패턴을 연결하는 연결 패턴; 및
    상기 제 1 접지 패턴이 형성된 면과 상기 제 2 접지 패턴이 형성된 면에 대해서 수직으로 배치되는 슬롯을 포함하고,
    상기 제 1 금속 패턴과 상기 제 2 금속 패턴은, 상기 제 2 접지 패턴이 형성된 면에 평행한 평면 방향에서 서로 수직을 이루도록 형성되고,
    상기 제어부는
    상기 제 1 금속 패턴에 공급되는 전원 및 상기 제 2 접지 영역에 공급되는 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제 1 금속 패턴에 공급되는 전원 및 상기 제 2 금속 패턴에 공급되는 전원의 위상을 제어하면서, 편파를 생성하고,
    상기 편파는
    수직 편파, 수평 편파, 회전 편파 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 회전 편파의 회전 방향에 기반하여 상기 제 1 금속 패턴에 공급되는 전원 및 상기 제2 금속 패턴에 공급되는 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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