KR20210000519A - Ｕｗｂ 안테나 모듈 - Google Patents

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Abstract

금속 접지면 상에 실장되더라도 방위에 대해서 전방향성(Omni-directional) 특성을 구현하도록 한 UWB 안테나 모듈 및 콤보 안테나 모듈을 제시한다. 제시된 UWB 안테나 모듈은 베이스 시트, 베이스 시트의 전면에 형성된 방사 패턴 및 베이스 시트의 전면에 형성되고, 방사 패턴을 둘러싸도록 배치된 접지 패턴을 포함한다.

Description

ＵＷＢ 안테나 모듈 및 콤보 안테나 모듈{ULTRA WIDE BAND ANTENNA MODULE AND COMBO ANTENNA MODULE}
본 발명은 UWB 안테나 모듈 및 콤보 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대 단말에 실장되어 UWB 대역에서 통신하는 UWB 안테나 모듈 및 콤보 안테나 모듈에 관한 것이다.
최근에는 차량의 스마트키를 휴대 단말로 대체하기 위한 기술이 연구되고 있다. 휴대 단말이 스마트키를 대체하기 위해서는 실내 측위를 위해 사용되는 UWB 안테나 모듈을 필요로 한다.
휴대 단말은 이미 다수의 안테나가 실장되고 있어 UWB 안테나 모듈을 실장하기 위한 공간이 부족한 실정이다. 휴대 단말은 7mm~9mm 정도의 두께로 1mm를 초과하는 두께의 안테나를 실장하기 어려운 실정이다.
UWB 안테나 모듈은 1mm 이하의 두께로 형성된 상태에서 배터리(즉, 금속 접지면) 상에 실장되는 경우 안테나 성능이 저하된다. 특히, UWB 안테나 모듈은 배터리 상에 실장되면 지향성(Directrional) 특성을 갖기 때문에 스마크기를 대체하기 위해 전방향성 특성을 구현할 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1798779호(명칭: UWB용 PIFA 안테나)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 금속 접지면 상에 실장되더라도 방위에 대해서 전방향성(Omni-directional) 특성을 구현하도록 한 UWB 안테나 모듈 및 콤보 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 UWB 안테나 모듈은 베이스 시트, 베이스 시트의 전면에 형성된 방사 패턴 및 베이스 시트의 전면에 형성되고, 방사 패턴을 둘러싸도록 배치된 접지 패턴을 포함한다.
방사 패턴은 사각형 프레임 형상의 제1 방사 패턴, 제1 방사 패턴과 이격되도록 배치된 제2 방사 패턴 및 제1 방사 패턴 및 제2 방사 패턴을 연결하는 제3 방사 패턴을 포함할 수 있다. 이때, 접지 패턴은 제1 방사 패턴의 인접한 세 변을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 UWB 안테나 모듈은 베이스 시트의 후면에 배치된 방사 시트를 더 포함할 수 있다. 이때, 방사 시트는 베이스 시트의 후면 전체를 덮도록 배치될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 콤보 안테나 모듈은 방사 패턴이 형성된 베이스 시트, 베이스 시트의 전면에 형성된 UWB용 방사 패턴 및 베이스 시트의 전면에 형성된 접지 패턴을 포함하고, 접지 패턴은 UWB용 방사 패턴을 둘러싸도록 배치된다.
이때, 접지 패턴은 UWB용 방사 패턴이 형성된 가상의 사각형 영역의 네 변 중 세 변을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 콤보 안테나 모듈은 베이스 시트의 후면에 배치된 방사 시트를 더 포함하고, 방사 시트는 베이스 시트의 후면 중에서 UWB용 방사 패턴이 형성된 가상의 사각형 영역에 대응되는 영역을 덮도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 콤보 안테나 모듈은 베이스 시트의 후면에 배치된 자성 시트를 더 포함하고, 자성 시트는 베이스 시트의 후면 중에서 방사 시트가 배치된 영역을 제외한 영역을 덮도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, UWB 안테나 모듈 및 콤보 안테나 모듈은 실장 공간이 부족해 금속 접지를 형성하는 배터리 등이 후면에 배치되더라도 항상 일정한 안테나 특성을 유지하면서 전방향성 특성을 갖기 때문에 휴대 단말에 실장되더라도 UWB 주파수 대역의 신호 송수신할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 UWB 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 4은 도 2의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 2의 접지 패턴을 설명하기 위한 도면.
도 6 내지 도 11은 UWB 안테나 모듈의 안테나 특성을 설명하기 위한 도면.
도 12 내지 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 콤보 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 UWB 안테나 모듈(100)은 베이스 시트(120), 방사 패턴(140), 접지 패턴(160) 및 방사 시트(180)를 포함하여 구성된다. UWB 안테나 모듈(100)의 두께(D)는 베이스 시트(120), 방사 패턴(140), 접지 패턴(160) 및 방사 시트(180)가 모두 형성된 상태에서 대략 1mm 이하로 형성되는 것을 일례로 한다.
베이스 시트(120)는 절연성 재질 또는 유전성 재질로 형성되며, 소정 형상을 갖는 판상으로 형성된다. 베이스 시트(120)는 대략 0.4mm 이하의 두께를 갖는 폴리이미드 시트인 것을 일례로 한다.
방사 패턴(140)은 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(120)의 전면에 배치된다. 방사 패턴(140)은 베이스 시트(120) 상의 가상의 사각형 공간 내에서 다양한 형상으로 형성된다.
일례로, 도 4를 참조하면, 방사 패턴(140)은 제1 방사 패턴(142), 제2 방사 패턴(144) 및 제3 방사 패턴(146)으로 구성된다. 이때, 제1 방사 패턴(142) 내지 제3 방사 패턴(146)은 방사 패턴(140)의 설명을 용이하게 하기 위해서 분리된 것처럼 기재하였으나 실제 제품에서는 일체로 형성될 수 있다.
제1 방사 패턴(142)은 중앙부에 홀이 형성된 사각형 프레임 형상으로 형성된다.
제2 방사 패턴(144)은 사각형 형상으로 형성되어 제1 방사 패턴(142)의 하부에 배치된다. 이때, 제2 방사 패턴(144)은 제1 방사 패턴(142)의 하부와 소정 간격 이격되도록 배치된다.
제3 방사 패턴(146)은 제1 방사 패턴(142)과 제2 방사 패턴(144)을 연결한다. 제3 방사 패턴(146)은 제1 방사 패턴(142)과 제2 방사 패턴(144) 사이에 배치되어 제1 방사 패턴(142)과 제2 방사 패턴(144)을 연결한다.
한편, 방사 패턴(140)은 급전을 위한 급전 단자 패턴(148)을 더 포함할 수도 있다. 급전 단자 패턴(148)은 제1 방사 패턴(142) 상에 형성된다. 이때, 급전 단자 패턴(148)은 안테나의 설계에 따라 제2 방사 패턴(144) 또는 제3 방사 패턴(146) 상에 형성될 수 있으며, 배치되는 위치 또한 변경될 수 있다.
접지 패턴(160)은 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(120)의 전면에 배치된다. 접지 패턴(160)은 방사 패턴(140)과 이격되도록 배치된다. 접지 패턴(160)은 방사 패턴(140)의 세변을 둘러싸도록 배치된다. 이때, 접지 패턴(160)은 방사 패턴(140)이 형성되는 가상의 사각형 공간이 형성하는 네 변 중에서 세변을 둘러싸도록 배치된다. 여기서, 접지 패턴(160)은 가상의 사각형 공간이 형성하는 하나의 변을 중심으로 좌측변 및 우측변에서 변의 일부만을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
일례로, 도 5 및 도 6를 참조하면, 접지 패턴(160)은 제1 접지 패턴(162), 제2 접지 패턴(164) 및 제3 접지 패턴(166)으로 구성된다. 여기서, 제1 접지 패턴(162) 내지 제3 접지 패턴(166)은 접지 패턴(160)의 설명을 용이하게 하기 위해서 분리된 것처럼 기재하였으나 실제 제품에서는 일체로 형성될 수 있다.
제1 접지 패턴(162)은 사각형 형상으로 형성되어 방사 패턴(140)의 상부에 배치된다. 제1 접지 패턴(162)은 방사 패턴(140)의 제1 방사 패턴(142) 상부에 배치되며, 제1 방사 패턴(142)과 소정 간격 이격되도록 배치된다.
제2 접지 패턴(164)은 사각형 형상으로 형성되어 방사 패턴(140)의 좌측에 배치된다. 제2 접지 패턴(164)은 방사 패턴(140)의 제1 방사 패턴(142) 좌측에 배치되며, 제1 방사 패턴(142)과 소정 간격 이격되도록 배치된다.
제3 접지 패턴(166)은 사각형 형상으로 형성되어 방사 패턴(140)의 우측에 배치된다. 제3 접지 패턴(166)은 방사 패턴(140)의 제1 방사 패턴(142) 우측에 배치되며, 제1 방사 패턴(142)과 소정 간격 이격되도록 배치된다.
이를 통해, 접지 패턴(160)은 방사 패턴(140)의 세변을 둘러싸도록 배치된다. 접지 패턴(160)은 방사 패턴(140)의 제1 방사 패턴(142)의 네 변 중에서 세변을 둘러싸도록 배치된다. 여기서, 도 4에서는 접지 패턴(160)이 방사 패턴(140)의 제1 방사 패턴(142)만을 둘러싸도록 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고
한편, 접지 패턴(160)은 접지를 위한 접지 단자 패턴(168)을 더 포함할 수도 있다. 접지 단자 패턴(168)은 제1 접지 패턴(162) 상에 형성된다. 이때, 접지 단자 패턴(168)은 안테나의 설계에 따라 제2 접지 패턴(164) 또는 제3 접지 패턴(166) 상에 형성될 수 있으며, 배치되는 위치도 변경될 수 있다.
방사 시트(180)는 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(120)의 후면에 배치된다. 방사 시트(180)는 베이스 시트(120)의 전면에 배치된 방사 패턴(140)과의 전자기적 커플링(electromagnetic coupling)을 통해 연결되어 방사체로 동작한다.
방사 시트(180)는 베이스 시트(120)의 후면 전체를 덮는 형상으로 형성된다. 일례로, 베이스 시트(120)가 사각형 형상인 경우, 방사 시트(180)는 베이스 시트(120)와 동일한 사이즈를 갖는 사각형 형상의 도전체 시트로 형성된다. 여기서, 방사 시트(180)는 요구되는 안테나 특성에 따라 베이스 시트(120)의 일부만을 덮는 형상으로 형성될 수도 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, UWB 안테나 모듈(100)은 후면에 배터리 등의 금속 접지가 배치되지 않은 상태 및 금속 접지가 배치된 상태에서 각각 측정한 VSWR 특성에 큰 차이가 발생하지 않는다.
도 8 및 도 9를 참조하면, UWB 안테나 모듈(100)은 후면에 배터리 등의 금속 접지가 배치되지 않은 상태 및 금속 접지가 배치된 상태에서 각각 측정한 효율(Efficiency) 및 이득(Gain) 등의 안테나 특성에 큰 차이가 발생하지 않는다.
도 10 및 도 11을 참조하면, UWB 안테나 모듈(100)은 후면에 배터리 등의 금속 접지가 배치되지 않은 상태와 금속 접지가 배치된 상태에서 2차원 방사 패턴(2D radiation pattern) 특성에 큰 차이가 발생하지 않으며, 항상 전방향성(Omni-directional) 특성을 유지한다.
이처럼, UWB 안테나 모듈(100)은 실장 공간이 부족해 금속 접지를 형성하는 배터리 등이 후면에 배치되더라도 항상 일정한 안테나 특성을 유지하면서 전방향성 특성을 갖기 때문에 휴대 단말에 실장되더라도 UWB 주파수 대역의 신호 송수신이 가능하다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 콤보 안테나 모듈(200)은 베이스 시트(210), 제1 방사 패턴(220), 제2 방사 패턴(230), 제3 방사 패턴(240), 접지 패턴(250) 및 방사 시트(260)를 포함하여 구성된다.
베이스 시트(210)는 절연성 재질 또는 유전성 재질로 형성되며, 소정 형상을 갖는 판상으로 형성된다. 베이스 시트(210)는 대략 0.4mm 이하의 두께를 갖는 폴리이미드 시트인 것을 일례로 한다.
제1 방사 패턴(220)은 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(210)의 전면에 배치된다. 제1 방사 패턴(220)은 베이스 시트(210)의 제1 변(S1)에 인접하여 배치된다. 이때, 제1 방사 패턴(220)은 근거리 통신(NFC)을 위한 방사 패턴인 것을 일례로 한다.
제2 방사 패턴(230)은 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(210)의 전면에 배치된다. 제2 방사 패턴(230)은 제1 방사 패턴(220) 및 제2 방사 패턴(230) 사이에 배치된다. 이때, 제2 방사 패턴(230)은 무선 전력 송수신(WPC)을 위한 방사 패턴인 것을 일례로 한다.
제2 방사 패턴(230)은 베이스 시트(210)의 후면에도 배치될 수 있다. 베이스 시트(210)의 전면 및 후면에 배치된 제2 방사 패턴(230)들은 비아 홀을 통해 서로 연결된다.
제3 방사 패턴(240)은 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(210)의 전면에 배치된다. 제3 방사 패턴(240)은 베이스 시트(210)의 제2 변(S2)에 인접하여 배치된다. 이때, 제2 변(S2)은 제1 변(S1)과 대향되는 베이스 시트(210)의 일변을 의미한다. 여기서, 제3 방사 패턴(240)은 초광대역 통신(UWB)을 위한 방사 패턴인 것을 일례로 한다. 제3 방사 패턴(240)은 베이스 시트(210) 상의 가상의 사각형 공간 내에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
제3 방사 패턴(240)은 급전을 위한 급전 단자 패턴을 포함할 수도 있다. 급전 단자 패턴은 제3 방사 패턴(240) 상에 형성된다. 이때, 급전 단자 패턴은 안테나의 설계에 따라 배치되는 위치가 변경될 수 있다.
접지 패턴(250)은 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(210)의 전면에 배치된다. 접지 패턴(250)은 방사 패턴과 이격되도록 배치된다. 접지 패턴(250)은 방사 패턴의 세변을 둘러싸도록 배치된다. 이때, 접지 패턴(250)은 방사 패턴이 형성되는 가상의 사각형 공간이 형성하는 네 변 중에서 세변을 둘러싸도록 배치된다. 여기서, 접지 패턴(250)은 가상의 사각형 공간이 형성하는 하나의 변을 중심으로 좌측변 및 우측변에서 변의 일부만을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
접지 패턴(250)은 접지를 위한 접지 단자 패턴을 포함할 수도 있다. 접지 단자 패턴은 제1 접지 패턴(250) 상에 형성된다. 이때, 접지 단자 패턴은 안테나의 설계에 따라 제2 접지 패턴(250) 또는 제3 접지 패턴(250) 상에 형성될 수 있으며, 배치되는 위치도 변경될 수 있다.
방사 시트(260)는 구리 등의 금속 재질로 형성되어 베이스 시트(210)의 후면에 배치된다. 방사 시트(260)는 베이스 시트(210)의 전면에 배치된 제3 방사 패턴(240)과의 전자기적 커플링(electromagnetic coupling)을 통해 연결되어 방사체로 동작한다.
방사 시트(260)는 베이스 시트(210)의 후면 일부를 덮는 형상으로 형성된다. 이때, 방사 시트(260)는 베이스 시트(210)의 후면 중에서 제3 방사 패턴(240) 및 접지 패턴(250)이 형성된 영역을 포함하는 일부를 덮도록 형성된다.
일례로, 도 14를 참조하면, 방사 시트(260)는 베이스 시트(210)의 제2 변(S2)에서 제1 변(S1) 방향으로 연장되어, 제3 방사 패턴(240) 및 접지 패턴(250)이 형성된 영역을 모두 덮도록 형성된다. 이때, 베이스 시트(210)의 제2 변(S2)과 동일 선상에 배치된 방사 시트(260)의 일변과 인접한 두 변들은 베이스 시트(210)의 제2 변(S2)과 인접한 두 변과 동일 선상에 배치된다.
다른 일례로, 도 15를 참조하면, 방사 시트(260)는 제3 방사 패턴(240) 및 접지 패턴(250)이 형성된 영역만을 덮도록 형성될 수도 있다. 이때, 베이스 시트(210)의 제2 변(S2)과 동일 선상에 배치된 방사 시트(260)의 일변과 인접한 두 변들은 베이스 시트(210)의 제2 변(S2)과 인접한 두 변과 베이스 시트(210)의 내부 방향으로 이격되어 배치된다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 콤보 안테나 모듈(200)은 베이스 시트(210)의 후면에 배치되는 자성 시트(270)를 더 포함할 수 있다. 이때, 자성 시트(270)는 베이스 시트(210)의 후면 중에서 방사 시트(260)가 배치되는 영역을 제외한 영역에 배치된다. 방사 시트(260)는 자성 시트(270)와 중첩되지 않고 외부로 노출된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: UWB 안테나 모듈 120: 베이스 시트
140: 방사 패턴 142: 제1 방사 패턴
144: 제2 방사 패턴 146: 제3 방사 패턴
148: 급전 단자 패턴 160: 접지 패턴
162: 제1 접지 패턴 164: 제2 접지 패턴
166: 제3 접지 패턴 168: 접지 단자 패턴
180: 방사 시트 200: 콤보 안테나 모듈
210: 베이스 시트 220: 제1 방사 패턴
230: 제2 방사 패턴 240: 제3 방사 패턴
250: 접지 패턴 260: 방사 시트
270: 자성 시트

Claims (9)

  1. 베이스 시트;
    상기 베이스 시트의 전면에 형성된 방사 패턴; 및
    상기 베이스 시트의 전면에 형성되고, 상기 방사 패턴을 둘러싸도록 배치된 접지 패턴을 포함하는 UWB 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사 패턴은,
    사각형 프레임 형상의 제1 방사 패턴;
    상기 제1 방사 패턴과 이격되도록 배치된 제2 방사 패턴; 및
    상기 제1 방사 패턴 및 상기 제2 방사 패턴을 연결하는 제3 방사 패턴을 포함하는 UWB 안테나 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접지 패턴은 상기 제1 방사 패턴의 인접한 세 변을 둘러싸도록 배치된 UWB 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 시트의 후면에 배치된 방사 시트를 더 포함하는 UWB 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방사 시트는 상기 베이스 시트의 후면 전체를 덮도록 배치된 UWB 안테나 모듈.
  6. 방사 패턴이 형성된 베이스 시트;
    상기 베이스 시트의 전면에 형성된 UWB용 방사 패턴; 및
    상기 베이스 시트의 전면에 형성된 접지 패턴을 포함하고,
    상기 접지 패턴은 상기 UWB용 방사 패턴을 둘러싸도록 배치된 콤보 안테나 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접지 패턴은 상기 UWB용 방사 패턴이 형성된 가상의 사각형 영역의 네 변 중 세 변을 둘러싸도록 배치된 콤보 안테나 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 시트의 후면에 배치된 방사 시트를 더 포함하고,
    상기 방사 시트는 상기 베이스 시트의 후면 중에서 상기 UWB용 방사 패턴이 형성된 가상의 사각형 영역에 대응되는 영역을 덮도록 배치된 콤보 안테나 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 베이스 시트의 후면에 배치된 자성 시트를 더 포함하고,
    상기 자성 시트는 상기 베이스 시트의 후면 중에서 상기 방사 시트가 배치된 영역을 제외한 영역을 덮도록 배치된 콤보 안테나 모듈.
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