KR20180047392A - 안테나장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 안테나장치는, 무선신호를 송수신하도록 제1방향의 방사 지향면을 가지는 안테나모듈과; 안테나모듈의 방사 성능을 증폭시키도록 기 설정된 거리 이내에 안테나모듈로부터 제1방향의 반대방향인 제2방향에 배치되고 안테나모듈에 대해 오목한 곡면을 가지는 도전체를 포함한 전파보강부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

안테나장치 {ANTENNA APPARATUS}
본 발명은 소정의 무선신호를 송수신하는 안테나장치에 관한 것으로서, 상세하게는 안테나모듈에 의해 mmWave(millimeter wave)와 같은 초고주파의 신호를 송수신함에 있어서 해당 안테나모듈의 방사성능을 향상시키도록 구조가 개선된 안테나장치에 관한 것이다.
소정의 정보를 특정 프로세스에 따라서 연산 및 처리하기 위해, 연산을 위한 CPU, 칩셋, 메모리 등의 전자부품들을 기본적으로 포함하는 전자장치는, 처리 대상이 되는 정보가 무엇인지에 따라서 다양한 종류로 구분될 수 있다. 예를 들면, 전자장치에는 범용의 정보를 처리하는 PC나 서버 등의 정보처리장치가 있고, 영상 정보를 처리하는 영상처리장치가 있다. 영상처리장치는 외부로부터 수신되는 영상신호 또는 영상데이터를 다양한 영상처리 프로세스에 따라서 처리한다. 영상처리장치는 처리된 영상데이터를 자체 구비한 디스플레이부에 영상으로 표시하거나, 또는 디스플레이부를 구비한 별도의 외부장치에서 영상으로 표시되도록 이 처리된 영상데이터를 해당 외부장치에 출력한다. 디스플레이부를 가지지 않은 영상처리장치의 예시로는 셋탑박스가 있다. 디스플레이부를 가진 영상처리장치를 특히 디스플레이장치라고 지칭하며 그 예시로는 TV, 휴대용 멀티미디어 재생기, 태블릿(tablet), 모바일 폰(mobile phone) 등이 있다.
상기한 장치들은 해당 장치 단독으로 고립되어 동작하기보다는, 네트워크를 통해 외부의 장치들과 소정의 신호를 송수신함으로써 해당 신호의 처리에 따른 동작을 수행한다. 신호의 전송은 유선통신을 통해서도 가능하지만, 현재 기술은 무선통신 방식으로 신호가 전송되도록 하는 방향으로 발전하고 있다. 무선으로 신호를 전송하는 방식의 대표적인 기술이 안테나이다.
무선통신에서 신호는 자유공간(free space)을 통해 이동하는 바, 안테나는 자유공간에 신호를 방출하는 한편, 자유공간에 방출된 신호를 캡쳐하는 최종 단말로서의 역할을 수행한다. 안테나는 독립적인 장치로서 구현될 수 있고, 영상처리장치와 같은 메인 장치의 구성요소로서 존재할 수도 있다.
그런데, 현재 무선통신의 사용 증가에 따른 주파수 고갈 현상과 같은 여러 요인으로 인해, mmWave와 같은 초고주파 대역의 신호를 사용할 필요성이 제기되고 있다. 그런데, 신호의 특성 상 주파수에 따라서 파장은 반비례하므로, 전파의 성질 또한 주파수 상승에 따라서 변화하게 된다. 이는, 과거 상대적으로 낮은 주파수의 신호에 대응하는 구조의 안테나로 mmWave을 송수신한다면 문제가 될 수 있다.
이에, mmWave 등의 신호를 송수신하기 위한 안테나에 있어서, 전반적으로 방사 성능을 개선하기 위한 구조가 필요할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나장치는, 무선신호를 송수신하도록 제1방향의 방사 지향면을 가지는 안테나모듈과; 상기 안테나모듈의 방사 성능을 증폭시키도록 기 설정된 거리 이내에 상기 안테나모듈로부터 상기 제1방향의 반대방향인 제2방향에 배치되고 상기 안테나모듈에 대해 오목한 곡면을 가지는 도전체를 포함한 전파보강부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 안테나장치는 mmWave를 송수신하고 빔포밍을 지원하는 안테나모듈에 대해 좌우측의 방사 성능을 보강시킴으로써, 무선신호의 송수신 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 도전체 및 상기 안테나모듈 사이의 상기 기 설정된 거리는, 상기 곡면의 초점거리를 초과하지 않게 마련될 수 있다.
또한, 상기 도전체 및 상기 안테나모듈 사이의 상기 기 설정된 거리는, 상기 안테나모듈의 방사 길이 및 상기 안테나모듈의 동작 주파수에 따른 파장에 대응하게 마련될 수 있다. 이로써, 안테나장치는 도전체 및 안테나모듈의 커플링 효과를 구현할 수 있다.
또한, 상기 안테나모듈은 상호 이격되게 배치된 복수의 안테나소자를 가지는 위상 배열 안테나를 포함할 수 있다. 이로써, 안테나모듈은 빔 포밍을 구현할 수 있다.
여기서, 상기 안테나모듈은 밀리미터파에 따른 상기 무선신호를 송수신하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수의 안테나소자에 대해 인가되는 전압의 위상을 개별적으로 조정하는 제어회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전파보강부재는 복수의 상기 도전체를 포함하며, 상기 복수의 도전체 각각의 곡률은 서로 상이하게 마련될 수 있다. 이로써, 안테나장치는 각 도전체에 의한 커플링 효과를 극대화시킴으로써, 안테나모듈의 방사 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 안테나모듈에 대한 상기 복수의 도전체의 곡면의 중심 축선은 서로 상이하게 마련될 수 있다. 이로써, 안테나장치는 각 도전체에 의한 커플링 효과가 간섭받는 것을 가능한 한 방지할 수 있다.
또한, 상기 전파보강부재는, 유전체를 포함하는 베이스와; 상기 안테나모듈을 향하는 상기 베이스의 전면 상에 형성되며 제1곡률을 가진 제1도전체와; 상기 베이스의 상기 전면의 반대쪽에 위치한 상기 베이스의 후면 상에 형성되며 제2곡률을 가진 제2도전체를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나장치의 구성 블록도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 안테나모듈의 구조를 일부 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나모듈의 방사 이득을 보강하는 보강부재의 배치 형태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나모듈 및 방사보강부재의 구조의 효과를 나타내는 전계강도 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방사보강부재의 곡률에 따른 차이를 나타내는 전계강도 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방사보강부재의 구조와 배치를 나타내는 사이도이다.
도 7은 도 6의 방사보강부재를 위에서 본 모습을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성 블록도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 관해 상세히 설명한다. 이하 실시예들의 설명에서는 첨부된 도면들에 기재된 사항들을 참조한다. 또한, 실시예에서는 본 발명의 사상과 직접적인 관련이 있는 구성들에 관해서만 설명하며, 그 외의 구성에 관해서는 설명을 생략한다. 그러나, 본 발명의 사상이 적용된 장치 또는 시스템을 구현함에 있어서, 이와 같이 설명이 생략된 구성이 불필요함을 의미하는 것이 아님을 밝힌다. 실시예에서 "포함하다" 또는 "가지다"와 같은 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재함을 지정하기 위한 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가되는 가능성을 배제하는 것은 아니다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 상호 배타적인 구성이 아니며, 하나의 장치 내에서 복수 개의 실시예가 선택적으로 조합되어 구현될 수 있다. 이러한 복수의 실시예의 조합은 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술자가 본 발명의 사상을 구현함에 있어서 임의로 선택되어 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나장치의 구성 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 안테나장치(100)는 자유공간을 통해 전파되는 신호를 무선으로 수신하는 안테나모듈(110)과, 안테나모듈(110)에 의해 수신되는 신호를 처리하는 신호처리부(120)와, 신호처리부(120)에 의해 처리되는 신호를 외부로 출력하는 통신부(130)를 포함한다. 안테나장치(100)는 신호의 수신 뿐만 아니라 신호의 송신도 가능한 바, 예를 들면 통신부(130)에 수신되는 신호를 신호처리부(120)가 처리하고, 처리된 신호를 안테나모듈(110)이 자유공간으로 방출함으로써 송신할 수 있다.
안테나모듈(110)은 신호를 송수신하기 위한 하나 이상의 안테나소자를 포함한다. 본 실시예에 따른 안테나모듈(110)은 30GHz 이상의 초고주파 대역의 신호인 밀리미터파, 즉 mmWave를 송수신하게 마련된다. mmWave는 30 내지 300GHz의 주파수 대역의 신호로서 파장은 1 내지 10mm에 불과하다.
mmWave는 기본적으로 진동회수가 많을수록 파장이 짧아지는 신호의 특성에 따라서, 전파의 직진성이 매우 높다. 따라서, mmWave는 신호의 품질이 상대적으로 좋은 반면, 많은 진동회수로 인해 상대적으로 멀리 전파되기 곤란할 수 있다. mmWave가 사용되는 여러 요인 중 하나로는 주파수 고갈 사태가 있는데, 현재의 10GHz 이하의 주파수로는 더 이상 엄청난 양의 정보를 전달하기에 곤란해지고 있다. mmWave는 이러한 사태의 대안으로 제안되고 있으며, 전파 도달 거리가 수 미터에 불과하기 때문에 얻을 수 있는 보안성 증가, 간섭 영향 배제 효과 또한 큰 장점으로 부각되고 있다.
안테나모듈(110)이 상대적으로 파장이 짧고 주파수가 높은 mmWave의 신호를 수신하기 위해서는, 신호가 수신되는 것으로 예상되는 방향, 예를 들면 안테나모듈(110)의 전방 방향에 대한 방사 이득이 상대적으로 크게 마련되어야 한다. 이 경우에, 안테나모듈(110)에서 360도 전방향으로 복사되는(radiated) 전자기파의 전계강도(electric field strength) 곡선에서, 안테나모듈(110)의 방사 지향 방향에 대한 전계강도의 곡선이 상대적으로 길게 나타난다.
안테나모듈(110)의 방사 지향 방향, 예를 들면 전방 방향에 대한 전계강도의 곡선은 메인 로브(main lobe)라고 지칭한다. 안테나모듈(110)의 방사 지향 방향의 좌우측 방향에 대한 전계강도의 곡선은 사이드 로브(side lobe), 안테나모듈(110)의 방사 지향 방향의 반대방향인 후방 방향에 대한 전계강도의 곡선은 백 로브(back lobe)라고 지칭한다.
그런데, 신호를 정상적인 품질로 수신할 수 있는 범위를 넓히기 위해서는, 해당 방향에 대한 방위각 또한 넓어짐으로써 메인 로브의 폭이 넓게 나타나야 한다. 이를 실현하기 위해 빔 포밍(beam-forming) 기능이 요구되는 바, 안테나모듈(110)은 빔 포밍 기능을 지원하는 위상 배열 안테나(Phased Array Antenna)를 포함한다. 위상배열 안테나의 구조에 관해서는 후술한다.
신호처리부(120)는 칩셋, 마이크로 프로세서, CPU 등의 조합이거나, 회로 구조이거나, 또는 SOC로 구현된다. 신호처리부(120)는 안테나장치(100)에 대한 요구 사항에 따라서 다양한 기능을 지원하도록 마련된다. 예를 들면, 신호처리부(120)는 변조 및 복조 기능을 지원할 수 있는 바, 안테나모듈(110)에 수신되는 신호를 복조하여 통신부(130)를 통해 외부로 전송하고, 통신부(130)를 통해 수신되는 신호를 변조하여 안테나모듈(110)로 전달할 수 있다.
통신부(130)는 외부와 신호의 송수신을 수행하기 위한 통신 인터페이스 회로를 포함하는 바, 예를 들면 케이블이 접속되는 유선 포트, 또는 무선통신을 위한 무선통신칩셋 등을 포함한다. 통신부(130)가 무선통신칩셋을 포함하는 경우에, 통신부(130)는 와이파이 또는 블루투스 등과 같은 통신방식에 따라서 허브(10)와 접속하며, 허브(10)를 통해 TV, 가전, 기타 전자기기 등과 같은 외부장치(20)와 통신할 수 있다.
허브(10)는 안테나장치(100)를 포함하는 시스템 내의 다양한 외부장치(20)들 사이의 통신을 중계하는 장치로서, 그 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면, 허브(10)는 AP(access point), 라우터(router), IoT(Internet of Things) 허브 등의 장치로 구현될 수 있다.
본 실시예에서는 안테나모듈(110)을 포함하는 독립적인 안테나장치(100)에 관해 설명하였지만, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 차후 실시예에서도 설명하겠지만, 본 발명의 사상은 안테나모듈(110)의 방사 성능의 향상에 관련된 사항인 바, 반드시 안테나모듈(110)이 독립적인 장치로 구현되는 경우에만 한정되지 않는다. 예를 들어, TV나 셋탑박스와 같은 영상처리장치에 설치되는 안테나모듈의 경우에도 본 발명의 사상을 적용할 수 있다.
이하, 안테나모듈(110)의 구조에 관해 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 안테나모듈의 구조를 일부 나타내는 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안테나모듈(200)은 빔 포밍 기능을 지원하는 위상 배열 안테나로 구현되는 바, 기판(210)과, 기판(210)의 일면 상에 상호 이격되게 배치된 복수의 안테나소자(220)를 포함한다. 복수의 안테나소자(220)는 신호 송수신이 가능하도록 도체로 마련되며, 안테나모듈(200)이 신호를 송수신하기 위한 방향을 항하는 기판(210)의 일면 상에 배치된다. 즉, 안테나소자(220)는 안테나모듈(200)이 방사 지향 방향을 향해 기판(210) 상에 배치되며, 전계강도를 계측할 경우에 해당 방사 지향 방향을 향해 메인 로브가 길게 나타난다.
기판(210) 상에 장착되는 복수의 안테나소자(220)의 수, 복수의 안테나소자(220)의 배치 형태, 인접하는 두 안테나소자(220) 사이의 이격거리 등은, 안테나모듈(200)이 송수신하는 신호 특성에 따라서 다양한 설계 변경이 적용될 수 있는 사항인 바, 본 발명의 사상을 한정하는 것이 아니다.
이와 같이 복수의 안테나소자(220)가 배열 형태로 구성한 상태에서 각 안테나소자(220)의 위상을 일 방향으로 조정할 경우, 해당 방향에 대한 방사 이득이 강해진다. 즉, 각 안테나소자(220)의 위상이 조정될 수 있게 마련되면, 안테나모듈(200)의 방사 이득이 상대적으로 강한 방향은 해당 조정에 따라서 조절될 수 있게 된다.
위상변위기(230)는 각 안테나소자(220)에 인가되는 전류, 전압의 위상을 전자적으로 고속 변환시킴으로써 빔 포밍을 구현시킬 수 있다. 즉, 위상변위기(230)는 각 안테나소자(220)가 위상을 가변함으로써, 안테나모듈(200)의 송수신 감도가 상대적으로 높은 방향을 조정한다. 이와 같이 위상변위기(230)가 각 안테나소자(220)의 위상을 순차적으로 가변하는 동안에 전계강도를 계측하면, 방사 지향 방향을 중심으로 하여 메인 로브가 소정 각도의 범위로 길게 나타난다. 여기서, 방사 지향 방향은 복수의 안테나소자(220)가 장착되는 기판(210)의 판면의 법선이 향하는 방향이다.
이로써, 안테나모듈(200)은 위상 배열 안테나 구조를 가짐으로써, 방사 지향 방향을 통한 mmWave 주파수대의 신호의 수신 성능을 확보할 수 있다.
그런데, 이러한 구조의 안테나모듈(200)은 방사 지향 방향의 방사 이득은 보장되지만, 방사 지향 방향의 좌우측에 대한 방사 이득은 상대적으로 떨어질 수 있다. 전계강도 그래프 상에서 보면, 방위각 0도의 축선을 중심으로 하는 방사 지향 방향에 따른 메인 로브는 상대적으로 긴 곡선으로 나타나는 반면, 0도 축선 좌우의 60도 정도의 축선을 중심으로 하는 사이드 로브는 상대적으로 짧은 곡선으로 나타난다. 이는, 좌우 60도 정도의 방향을 통한 신호의 수신 성능이 상대적으로 떨어진다는 것을 의미한다.
이러한 점을 극복하기 위해, 안테나모듈(200)에 사이드 로브의 방사 이득을 보강하기 위한 구조 또는 방법이 필요할 수 있다.
한편, 관련 기술에서는 안테나모듈의 방사 지향 방향과 마주하는 방향으로 소정의 곡률을 가진 반사판이 설치되는 구조가 있다. 관련 기술에서의 안테나모듈은 반드시 위상 배열 안테나 구조를 포함하는 것은 아니다. 이와 같은 관련 기술의 구조는 반사판의 곡률에 따라서 신호의 수신 각도를 상대적으로 좁히고, 안테나모듈의 수신 이득을 극대화시키는 설계방식이다. 일반적으로, 본 관련 기술의 구조는 30도 미만의 좁은 동작 각도를 가지는 대신, 최대 30dBi 이상의 높은 방사 이득을 가진다.
그러나, 본 관련 기술의 구조는 방사 이득이 높은 대신에 방위각 커버리지(Azimuth coverage)가 낮아지므로, 높은 방사 이득과 넓은 방위각 커버리지 성능을 동시에 확보해야 하는 in-room 환경에서의 mmWave 분야에는 적합하지 않을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 안테나모듈(200)에 사이드 로브의 방사 이득을 보강하기 위한 구조에 관해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나모듈의 방사 이득을 보강하는 보강부재의 배치 형태를 나타내는 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 안테나모듈(310)은 위상 배열 안테나 구조를 가지는 바, 이에 관한 구조는 앞서 설명한 바와 같다. 안테나모듈(310)은 판면이 어느 방향을 향하게 배치되는가에 따라서 신호의 송수신을 위한 전자기파의 방사 지향 방향이 결정된다.
본 실시예에 따르면, 안테나모듈(310)의 후방에 반구형의 전파보강부재 또는 방사보강부재(320)가 설치된다. 방사보강부재(320)는 안테나모듈(310)의 방사 지향 방향의 반대방향에 배치된다. 다르게 표현하면, 방사보강부재(320)는 안테나모듈(310)의 방사 지향면의 반대측에 배치된다. 방사보강부재(320)는 방사보강부재(320)의 오목한 곡면이 안테나모듈(310)의 후방을 둘러싸는 형태로 배치된다.
방사보강부재(320)는 안테나모듈(310)을 둘러싼 곡면의 적어도 일부에 금속 등의 도전체를 포함한다. 물론, 방사보강부재(320)는 전체 곡면이 도전체로 형성될 수도 있다. 방사보강부재(320)는 일부가 도전체를 포함하는 경우에 나머지는 유전체를 포함할 수 있다. 방사보강부재(320)는 안테나모듈(310)을 둘러싼 곡면의 일부 영역이 도전체로 형성되고 해당 곡면의 나머지 영역이 유전체로 형성될 수 있고, 또는 유전체의 외측을 도전체로 코팅시킨 구조로 마련될 수도 있다.
본 실시예에 따른 방사보강부재(320)는 하나의 곡률을 가진 반구 형상으로 마련된다. 이 경우에, 방사보강부재의 중심(321)을 지나는 안테나모듈(310)의 방사 지향 방향의 축선 상에서, 방사보강부재(320) 및 안테나모듈(310) 사이의 거리 d는 기 설정된 거리를 초과하지 않게 마련된다. 예를 들면, 거리 d는 방사보강부재(320)의 곡면의 초점거리를 초과하지 않게 마련됨으로써, 방사보강부재(320)가 안테나모듈(310)의 좌우측 방사 이득 효과를 향상시키도록 할 수 있다.
여기서, 본 방사 이득 효과를 향상시키기 위해 거리 d를 보다 구체적으로 정의하면, 거리 d는 안테나모듈(310)에 의한 근접장(near-field)의 범위 이내로 마련된다. 안테나모듈(310)의 방사 길이를 D, 동작 주파수에 따른 파장을 Λ라고 할 때, 근접장은 (2D^2)/Λ 로 정의된다. 예를 들면, 안테나모듈(310)이 60GHz의 주파수 대역의 신호를 수신하는 경우라면, 근접장은 안테나모듈(310)을 중심으로 직경 11cm 정도의 영역 이내로 정의될 수 있다. 이 경우에, 거리 d는 반경 6.5cm 이내로 마련된다.
안테나모듈(310)에 위상 배열 안테나 구조가 적용되는 경우에, 안테나의 방사 길이 D는 안테나모듈(310)의 면적을 나타낼 수도 있다.
통상적으로 안테나의 방사 성능 중 근접장 방사 손실은 안테나의 송수신 성능에 기여하지 못하는 성분으로 분류된다. 본 실시예에서는 안테나모듈(310)의 근접장 영역에 도전체인 방사보강부재(320)를 배치시킴으로써, 기존의 방사 성능을 훼손시키지 않으면서도 안테나모듈(310)의 측방의 방사 성능을 변화시킨다. 이는, 근접장 내에서 안테나모듈(310) 및 방사보강부재(320) 사이에 전자기파의 커플링 효과가 발생함으로써, 결과적으로 안테나모듈(310)의 방사 성능을 향상시키기 때문이다.
이로써, 본 실시예에 따르면, 안테나모듈(310)의 구조 변경 또는 제어 변경 없이도, 방사보강부재(320)의 설치만으로도 안테나모듈(310)의 측방 방사 성능을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나모듈 및 방사보강부재의 구조의 효과를 나타내는 전계강도 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 안테나의 전계강도 그래프(400)가 나타날 수 있다. 전계강도 그래프(400)는 방위각의 좌표 상에 안테나의 전계강도를 곡선으로 나타냄으로써, 해당 안테나의 방사 이득을 판단할 수 있도록 제공한다. 전계강도 그래프(400)의 방위각 좌표에서 각도 0도를 지나는 중앙 축선이 안테나모듈의 주요 방사 지향 방향을 나타내며, 중앙 축선을 중심으로 좌우의 소정 범위 내의 곡선이 메인 로브를 형성한다. 또한, 방위각 좌표에서 마이너스 각도는 좌측 방향을, 플러스 각도는 우측 방향을 각각 나타낸다.
본 그래프(400) 상에는 세 개의 커브(410, 420, 430)가 나타나 있다. 제1커브(410)는 안테나모듈이 단독으로 사용되는 경우의 전계강도를 나타내며, 제2커브(420)는 본 발명의 실시예에 따라서 안테나모듈 및 방사보강부재가 사용되는 경우의 전계강도를 나타내며, 제3커브(430)는 관련 기술에 따라서 안테나모듈의 방사 지향 방향과 마주하는 방향으로 소정의 곡률을 가진 반사판이 설치되는 구조가 사용되는 경우의 전계강도를 나타낸다. 본 그래프(400)는 세 커브(410, 420, 430) 사이의 전계강도 곡선의 비교를 위한 것이므로, 실험환경에 관한 내용은 생략한다.
먼저 제1커브(410)에 따르면, 방위각 좌표의 중심점을 기준으로 볼 때, 메인 로브의 길이에 비해 좌우측 사이드 로브의 길이가 상대적으로 짧게 나타난다. 이는, 안테나모듈이 단독으로 사용될 때에, 안테나모듈의 정면에서의 방사 이득에 비해 안테나모듈의 좌우 측면에서의 방사 이득이 상대적으로 떨어진다는 것을 의미한다.
제2커브(420)는 이러한 제1커브(410)의 경우의 문제점을 극복하기 위한 본 실시예에 따른 구조에 의한 것이다. 제2커브(420)의 메인 로브는 상대적으로 ripple이 나타나기는 하지만, 대체적으로 제1커브(410)의 메인 로브와 유사한 길이를 가진다. 한편, 제2커브(420)의 좌우측 사이드 로브(421)의 길이는 제1커브(410)의 사이드 로브에 비해 훨씬 길어진 것을 알 수 있다. 특히, 제2커브(420)의 좌우측 60 내지 70도 방위각의 범위에서 사이드 로브(421)의 길이가 상대적으로 증가하였다.
이는, 본 발명의 실시예에 따라서 방사보강부재에 의해 안테나모듈의 방사 성능을 보강하는 구조는, 안테나모듈 단독으로 사용하는 경우에 비해, 방사 지향 방향에 대한 방사 성능을 그대로 유지하면서도, 상대적으로 취약했던 좌우측 방향에 대한 방사 성능을 대폭 향상시켰음을 나타낸다.
한편, 제3커브(430)는 관련 기술에 따라서 안테나모듈의 방사 지향 방향에 반사판의 곡면을 배치시킨 구조에 따른 것으로서, 메인 로브의 폭이 상대적으로 좁은 대신에 메인 로브의 길이가 더 길고, 사이드 로브의 길이가 상대적으로 짧게 나타난다. 이는, 특정 방위각의 범위에 대해서는 방사 성능이 우수한 반면, 그 외의 방위각의 범위에 대해서는 방사 성능이 상당히 떨어진다는 것을 의미한다. 따라서, 관련 기술은 상대적으로 넓은 방위각 범위에 대해 우수한 방사 성능이 요구되는 경우에는 적용이 곤란하다는 것을 알 수 있다.
한편, 방사보강부재의 곡률은 안테나모듈에 요구되는 특성과 설계 방식에 따라서 여러 가지 수치가 적용될 수 있다. 구체적인 곡률의 수치가 본 발명의 사상을 한정하는 것은 아니지만, 곡률에 따라서 전계강도의 형태가 상이하게 나타날 수 있는 바, 이를 고려하여 곡률이 결정된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방사보강부재의 곡률에 따른 차이를 나타내는 전계강도 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 안테나의 전계강도 그래프(500)가 나타날 수 있다. 전계강도 그래프(500)의 관한 기본적인 내용은 앞선 실시예에서 이미 설명한 바 있다.
본 전계강도 그래프(500)에는 세 개의 커브(510, 520, 530)가 나타나 있다. 제1커브(510)는 안테나모듈 단독으로 사용되는 경우의 전계강도를 나타내며, 제2커브(520)는 곡률반경 60mm의 방사보강부재가 안테나모듈에 적용되는 경우의 전계강도를 나타내며, 제3커브(530)는 곡률반경 75mm의 방사보강부재가 안테나모듈에 적용되는 경우의 전계강도를 나타낸다.
제1커브(510)에서는, 메인 로브의 길이에 비해 좌우측 사이드 로브의 길이가 상대적으로 짧게 나타난다. 이에 비해, 방사보강부재가 적용되는 제2커브(520)에서는, 메인 로브의 길이가 제1커브(510)의 경우와 거의 유사한 반면, 사이드 로브가 제1커브(510)의 경우보다 현저히 보강되었음을 알 수 있다. 특히 좌우 60 내지 70도 방위각의 범위에서 제2커브(520)의 방사 이득이 현저히 향상되었다.
그런데, 방사보강부재가 적용되었지만 제2커브(520)의 경우와 상이한 곡률이 적용된 제3커브(530)는 제2커브(520)와 상이한 형태를 나타낸다. 제3커브(530)의 메인 로브는 제1커브(510) 및 제2커브(520)의 경우와 큰 차이를 나타내지 않은 반면에, 사이드 로브는 제2커브(520)의 경우와 달리 거의 보강되지 않았음을 나타낸다. 구체적으로는, 제3커브(530)는 제1커브(510)에 비해 좌우 30도 내지 50도 방위각의 범위가 약간 보강될 뿐, 좌우 60 내지 70도 방위각의 범위에 대해서는 오히려 제1커브(510)에 비해 방사 이득이 떨어지는 것으로 나타난다.
따라서, 방사보강부재의 설계 또는 제조 단계에서는, 이러한 사항을 염두에 두고 곡률이 결정된다. 즉, 앞서 설명한 커플링 효과가 현저히 나타나기 위해서는, 단순히 방사보강부재가 안테나모듈의 근접장 내에 위치하는 것만으로는 미비하다. 예를 들면, 방사보강부재가 평면에 가까우면 사이드 로브의 방사 이득의 보강 효과가 나타나지 않으며, 방사보강부재가 소정 값 이하의 곡률반경을 가짐으로써 상대적으로 큰 곡률을 가지면 사이드 로브의 방사 이득의 보강 효과가 나타난다.
따라서, 방사보강부재는 미시적으로 볼 때 부분적으로 평면을 포함할 수는 있지만, 거시적으로 볼 때 실질적인 곡률을 가지도록 마련된다.
한편, 앞선 실시예에서는 방사보강부재가 하나의 곡률을 가지는 경우에 관해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상이 이러한 예시에 의해 한정되지 않는 바, 방사보강부재는 상이한 곡률을 가지는 면이 상호 이격 또는 중첩되게 마련될 수도 있다. 이러한 구조에 의하여, 커플링 효과를 극대화시켜 방사 이득을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방사보강부재의 구조와 배치를 나타내는 사이도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 방사보강부재(630)는 지지대(620)에 의해 지지되는 안테나모듈(610)의 후방에 배치된다. 방사보강부재(630)는 하나의 곡률이 아닌, 서로 상이한 곡률을 가지는 복수의 보강영역(631, 632, 633)을 포함한다. 방사보강부재(630)는 예를 들면 방사보강부재(630)의 외형을 형성하며 유전체를 포함하는 베이스의 외측에, 도전체를 포함하는 각 보강영역(631, 632, 633)이 형성될 수 있다. 각 보강영역(631, 632, 633)은 상호 인접할 수 있고, 또는 상호 이격될 수도 있다.
각 보강영역(631, 632, 633)의 적어도 일부는 서로 상이한 곡률을 가지도록 마련되는 바, 앞선 실시예와 같이 방사보강부재가 단일 곡률을 가지는 경우에 비해 상대적으로 방사 이득을 향상시킬 수 있다.
각 보강영역(631, 632, 633)은 방사보강부재(630)에서 안테나모듈(610)을 마주하는 전면 상에 형성될 수 있지만, 방사보강부재(630)의 전면의 반대측에 위치하는 후면 상에 형성될 수도 있다. 여기서, 방사보강부재(630)의 전면과 후면은 각기 상이한 곡률을 가지므로, 보강영역(631, 632, 633)이 전면 및 후면에 각기 설치됨으로써 방사보강부재(630)가 보다 다양한 곡률의 보강영역(631, 632, 633)을 가지도록 마련될 수 있다. 다만, 이와 같은 구조에 있어서, 방사보강부재(630)의 보강영역(631, 632, 633) 이외의 부분은 전자기파가 통과할 수 있는 유전체로 마련된다.
도 7은 도 6의 방사보강부재를 위에서 본 모습을 나타내는 평면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 안테나모듈(710)의 후방에 방사보강부재(720)가 설치된다. 방사보강부재(720)에서 유전체를 포함하는 베이스(721)는 기 설정된 제1곡률을 가지는 중앙 전면과, 기 설정된 제2곡률을 가지는 좌우측 전면과, 기 설정된 제3곡률을 가지는 후면을 가진다. 여기서, 제1곡률, 제2곡률 및 제3곡률 중 적어도 두 가지는 서로 상이한 곡률값을 가진다.
또한, 방사보강부재(720)는 베이스(721)의 중앙 전면에 설치된 제1보강영역(722)과, 베이스(721)의 좌우측 전면에 설치된 제2보강영역(723)과, 베이스(721)의 후면에 설치된 제3보강영역(724)을 포함한다. 각 보강영역(722, 723, 724)이 베이스(721)의 외측면 상에 형성되는 바, 각 보강영역(722, 723, 724)은 베이스(721)의 외측면에 대응하는 곡률을 가진다. 각 보강영역(722, 723, 724)은 도전체를 포함하며, 각 보강영역(722, 723, 724)의 곡면은 안테나모듈(710)을 둘러싸도록 배치된다.
여기서, 안테나모듈(710)과 각 보강영역(722, 723, 724)의 중앙을 이은 직선들은, 상호 이격되는 것이 바람직하다. 즉, 각 보강영역(722, 723, 724) 및 안테나모듈(710) 사이에는 전자기파의 경로가 확보됨으로써, 각 보강영역(722, 723, 724)에 의한 커플링 효과가 향상될 수 있다. 만일 안테나모듈(710) 측에서 볼 때 베이스(721)의 후면에 있는 제3보강영역(724)이 제1보강영역(722) 또는 제2보강영역(723)에 겹쳐지면, 제3보강영역(724) 및 안테나모듈(710) 사이의 전자기파의 경로가 제1보강영역(722) 또는 제2보강영역(723)에 의해 간섭된다. 이 경우, 제3보강영역(724)에 의한 커플링 효과는 미비하게 된다.
따라서, 안테나모듈(710) 측에서 볼 때, 각 보강영역(722, 723, 724)은 가능한 한 겹치지 않도록 배치되는 것이 커플링 효과를 극대시킬 수 있다.
한편, 앞선 실시예에서는 방사보강부재가 적용되는 구조의 안테나모듈이 독립적인 안테나장치로서 구현되는 경우에 관해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상이 적용되는 장치는 이에 한정되지 않는다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디스플레이장치(800)는 TV로 구현되는 바, 방송신호를 수신하는 안테나모듈(810)과, 안테나모듈(810)에 수신되는 방송신호를 특정 채널의 주파수로 튜닝하는 튜너(820)와, 튜너(820)에 의해 튜닝된 방송신호를 처리하는 신호처리부(830)와, 신호처리부(830)에 의해 처리되는 방송신호에 의한 방송영상을 표시하는 디스플레이부(840)와, 신호처리부(830)에 의해 처리되는 방송신호에 의한 방송오디오를 출력하는 스피커(850)를 포함한다.
안테나모듈(810)은 앞선 실시예에서 설명한 바와 같은 구조 및 기능을 가지는 바, 방사 이득의 향상을 위해 방사보강부재를 추가적으로 가진다. 방사보강부재에 관해서는 앞선 실시예를 응용할 수 있으므로, 자세한 설명을 생략한다.
튜너(820)는 안테나모듈(810)에 수신되는 RF 신호를 특정 주파수로 튜닝 및 복조한다. 튜너(820)는 RF 신호를 튜닝하는 튜닝회로와, 튜닝된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC와, 튜닝된 디지털 신호를 복조하는 디모듈레이터를 포함하는 하드웨어 칩셋으로 구현된다. 다만, ADC 또는 디모듈레이터는 튜너(820)와 별개의 구성으로 구현될 수도 있다.
신호처리부(830)는 복조된 디지털 신호를 다양한 프로세스에 따라서 처리하는 바, 각 프로세스를 수행하는 모듈이 내장된 SOC, 또는 신호처리보드로 구현될 수 있다. 예를 들면, 신호처리부(830)는 디먹스, 디코더, 스케일러 등의 모듈을 포함한다. 설계 방식에 따라서는, 신호처리부(830)는 SOC 내에 CPU를 포함하는 구성도 가능하다.
이상 실시예에서는 TV로서의 디스플레이장치(800)가 안테나모듈(810)을 포함하는 경우에 관해 설명하였다. 그러나, 안테나모듈(810)을 포함하는 장치는 디스플레이장치(800)에 한정되지 않으며, 냉장고 등의 가전기기나, 허브, AP, 리피터 등의 통신중계기기가 될 수도 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 매체는 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 이동 단말 내에 포함될 수 있는 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 본 저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어의 기술 분야에서 숙련된 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 안테나장치
110, 200, 310, 610, 710 : 안테나모듈
210 : 기판
220 : 안테나소자
320, 630, 720 : 방사보강부재

Claims (9)

  1. 안테나장치에 있어서,
    무선신호를 송수신하도록 제1방향의 방사 지향면을 가지는 안테나모듈과;
    상기 안테나모듈의 방사 성능을 증폭시키도록 기 설정된 거리 이내에 상기 안테나모듈로부터 상기 제1방향의 반대방향인 제2방향에 배치되고 상기 안테나모듈에 대해 오목한 곡면을 가지는 도전체를 포함한 전파보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전체 및 상기 안테나모듈 사이의 상기 기 설정된 거리는, 상기 곡면의 초점거리를 초과하지 않게 마련된 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전체 및 상기 안테나모듈 사이의 상기 기 설정된 거리는, 상기 안테나모듈의 방사 길이 및 상기 안테나모듈의 동작 주파수에 따른 파장에 대응하게 마련된 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나모듈은 상호 이격되게 배치된 복수의 안테나소자를 가지는 위상 배열 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안테나모듈은 밀리미터파에 따른 상기 무선신호를 송수신하게 마련된 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 안테나소자에 대해 인가되는 전압의 위상을 개별적으로 조정하는 제어회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전파보강부재는 복수의 상기 도전체를 포함하며,
    상기 복수의 도전체 각각의 곡률은 서로 상이하게 마련된 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안테나모듈에 대한 상기 복수의 도전체의 곡면의 중심 축선은 서로 상이하게 마련된 것을 특징으로 하는 안테나장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전파보강부재는,
    유전체를 포함하는 베이스와;
    상기 안테나모듈을 향하는 상기 베이스의 전면 상에 형성되며 제1곡률을 가진 제1도전체와;
    상기 베이스의 상기 전면의 반대쪽에 위치한 상기 베이스의 후면 상에 형성되며 제2곡률을 가진 제2도전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나장치.
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