KR20210072410A - 케이스에 디렉터를 부가한 안테나 구조 - Google Patents

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KR20210072410A
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최세환
이재영
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한국전자기술연구원
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Abstract

밀리미터파 대역의 통신에서 이동통신단말의 케이스와 레이돔의 영향으로 저하된 안테나 방사효율과 이득을 개선할 수 있는 구조의 안테나가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른, 안테나는 전자기기 본체가 실장되는 케이스; 케이스에 배치된 급전 안테나; 케이스에 배치된 디렉터;를 포함한다.
이에 의해, 밀리미터파 대역의 통신에 사용되는 케이스의 내부에 디렉터를 실장하거나 케이스의 바깥족에 디렉터를 부착함으로써, 안테나의 이득을 향상시켜, 빔포밍시 안테나 이득을 향상시키고 효율적인 빔 틸팅을 가능하게 한다.

Description

케이스에 디렉터를 부가한 안테나 구조{Antenna Structure with Director Added to Case}
본 발명은 안테나 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기기의 케이스 등에 배치되는 안테나에서 전자파를 효율적으로 방사할 수 있도록 하기 위한 구조에 관한 것이다.
5G 이동통신과 군용 레이더 통신과 같이 밀리미터파 대역을 사용하는 통신에서, 이동통신단말의 케이스와 레이더의 덮개인 레이돔에 의해 안테나의 방사가 크게 영향을 받는다.
구체적으로, 이동통신단말의 케이스와 레이돔의 유전율과 손실로 인해, 안테나의 이득이 낮아지고 빔포밍에 영향을 주어, 궁극적으로 안테나의 방사효율을 저하킨다.
이에, 밀리미터파 대역 통신에서 케이스와 레이돔에 배치되는 안테나의 방사효율을 향상시키기 위한 구조의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 밀리미터파 대역의 통신에서 이동통신단말의 케이스와 레이돔의 영향으로 저하된 안테나 방사효율과 이득을 개선할 수 있는 구조의 안테나를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 안테나는 전자기기 본체가 실장되는 케이스; 케이스에 배치된 급전 안테나; 케이스에 배치된 디렉터;를 포함한다.
급전 안테나는, 케이스의 안쪽 면에 배치될 수 있다.
디렉터는, 케이스의 측벽 내부에 실장될 수 있다.
케이스의 측벽은, 케이스의 측벽들 중 급전 안테나에 가장 가까운 측벽일 수있다.
디렉터는, 케이스의 바깥쪽 면에 배치될 수 있다.
디렉터의 길이는, 주파수 대역의 중심 주파수의 반파장 보다 짧을 수 있다.
디렉터의 폭은, 급전 안테나의 폭과 동일할 수 있다.
디렉터는, 적어도 하나의 디렉터 요소들을 포함할 수 있다.
급전 안테나는, 케이스에 다수가 배열되어 있고, 디렉터는, 급전 안테나에 대응하여 케이스에 다수가 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자기기가 실장되는 케이스에 배치된 급전 안테나; 케이스에 배치된 디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나가 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 전자기기 본체; 전자기기가 실장되는 케이스; 케이스에 배치된 급전 안테나; 케이스에 배치된 디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기가 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 전자기기가 실장되는 케이스; 케이스에 배치된 급전 안테나를 위해, 케이스에 배치된 디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이스가 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 밀리미터파 대역의 통신에 사용되는 케이스의 내부에 디렉터를 실장하거나 케이스의 바깥족에 디렉터를 부착함으로써, 안테나의 이득을 향상시켜, 빔포밍시 안테나 이득을 향상시키고 효율적인 빔 틸팅을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명이 적용가능한 안테나 제품의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 제품의 구성도.
도 3은 급전 안테나만 있는 경우의 안테나 이득 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 케이스와 안테나만 있는 경우의 안테나 이득 변화를 나타낸 그래프,
도 5는 케이스와 안테나에 디렉터가 추가된 경우의 안테나 이득 변화를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 제품의 구성도,
도 7은 배열 안테나만 있는 경우의 안테나 이득 변화를 나타낸 그래프, 그리고,
도 8은 배열 안테나에 디렉터 배열이 추가된 경우의 안테나 이득 변화를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용가능한 안테나 제품의 구성도이다. 본 발명이 적용가능한 안테나 제품은, 도 1에 도시된 바와 같이, 케이스(110)와 급전 안테나(120)를 포함하여 구성된다.
케이스(110)에는 밀리미터파 대역의 통신을 위한 전자기기 본체, 이를 테면, 5G 이동통신단말이 실장된다. 도 1에서 케이스(110)는 실제를 간략화하여 나타내었는데, 이하의 실시예에서도 마찬가지로 적용된다.
급전 안테나(120)는 전자파 방사를 위한 구성으로, 케이스(110)의 안쪽 면에 배치되어 있다.
이동통신단말의 경우 PIFA(Planar Inverted-F Antenna)와 같은 형태가 많이 사용되지만, 본 발명의 실시예에서는 안테나를 야기우다 안테나로 구성하기 위해, 급전 안테나(120)를 다이폴 안테나로 구현된다.
도 1에 도시된 급전 안테나(120)는 해당 동작 주파수에 맞춰 설계되지만, 케이스(110)에 의해 덮혀진 상태로 동작하게 되는데, 케이스(110)에 의한 주파수 이동과 감쇄로 안테나의 성능이 저하된다.
이를 해소하기 위한 안테나 구조를 도 2에 제시한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 제품의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 제품은, 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(110), 급전 안테나(120) 및 디렉터(130)를 포함하여 구성된다. 케이스(110)와 급전 안테나(120)는 도 1에 도시된 것들과 동등한 구성들이므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
디렉터(130)는 급전 안테나(120)를 야기우다 안테나로 구현하기 위한 구성으로, 케이스(110)의 측벽 내부에 실장되어 있는 메탈 스트립이다.
디렉터(130)가 실장되는 케이스(110)의 측벽은 케이스(110)의 측벽들 중 급전 안테나(120)에 가장 가까운 측벽이다. 디렉터(130)는 인몰드 공정을 통해 케이스(110)의 측벽 내부에 금속 재질로 만들 수 있다.
하지만, 디렉터(130)의 실장 위치는 변형이 가능하다. 따라서, 위에서 제시한 측벽 이외의 다른 측벽에 디렉터(130)를 실장시키는 것이 가능하다. 더 나아가, 케이스(110)의 측벽 부분이 아닌 케이스(110)의 평판 부분에 디렉터(130)를 실장하는 것도 가능하다.
디렉터(130)의 길이는 해당 주파수 대역의 중심 주파수의 반파장 보다 짧게 설계한다. 그리고, 디렉터(130)의 폭은 급전 안테나(120)의 폭과 동일하거나 유사하게 설계한다.
도 3 내지 도 5는 디렉터(130)의 유무에 따른 안테나 이득 변화를 보여주고 있다. 구체적으로, 도 3에는 급전 안테나(120)만 있는 경우, 도 4에는 케이스(110)와 안테나(120)만 있는 경우(즉, 도 1에 도시된 안테나 제품), 도 5에는 디렉터(130)가 추가된 경우(즉, 도 2에 도시된 안테나 제품)에 대한 이득 변화를 나타내었다.
도면들을 참조하면, 안테나(120)만 있는 경우 이득은 4.23 dBi 이지만, 케이스(110)의 영향으로 3.83 dBi로 감소하고, 디렉터(130)의 추가로 이득이 4.63 dBi로 증가되는 것을 확인 할 수 있다.
지금까지, 케이스에 디렉터를 실장한 안테나 제품에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서는, 디렉터(130)가 케이스(110)의 내부에 실장되는 것을 상정하였는데, 이는 구현의 일 예에 불과한 것으로 변형이 가능하다. 이를 테면, 디렉터(130)를 LDS 공정들을 통해 케이스(110)의 배치하는 경우에도, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
또한, 위 실시예에서 디렉터(130)는 1개로 구현되는 것을 상정하였다. 하지만, 이 역시 예시적인 것이다. 디렉터(130)의 개수를 2개 이상으로 구현하는 것도 가능하다. 즉, 디렉터(130)가 다수의 디렉터 요소들(Director Elements)로 구성될 수 있다.
한편, 위에서 제시한 실시예에서 제시한 안테나는 단일 안테나 구조였다. 이를 배열 안테나로 확장가능한데, 이에 대해 이하에서 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 제품의 구성도이다. 도 6에 제시된 안테나 제품은 케이스(210)에 8개의 안테나를 배열 안테나(210)로 구성하였다는 점에서, 전술한 실시예에 따른 안테나 제품과 차이가 있다.
또한, 디렉터들도 배열 안테나(210)에 대응하도록 8개의 디렉터들을 디렉터 배열(230)로 구성하였다는 점에서, 전술한 실시예에 따른 안테나 제품과 차이가 있다.
도 7과 도 8은 디렉터 배열(230)의 유무에 따른 안테나 이득 변화를 보여주고 있다. 구체적으로, 도 7에는 배열 안테나(220)만 있는 경우, 도 8에는 디렉터 배열(230)이 추가된 경우(즉, 도 6에 도시된 안테나 제품)에 대한 이득 변화를 나타내었다.
도면들을 참조하면, 디렉터 배열(230) 없이 배열 안테나(220)만 있는 경우 이득은 12.7 dBi이지만, 디렉터 배열(230)의 추가로 이득이 16.1 dBi로 증가되는 것을 확인 할 수 있다.
지금까지, 케이스에 안테나와 디렉터를 배열로 구현한 안테나 제품에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서는, 디렉터 배열(230)가 케이스(210)의 내부에 실장되는 것을 상정하였는데, 이 역시 구현의 일 예에 불과한 것으로 변형이 가능하다. 이를 테면, 디렉터 배열(230)을 케이스(210)의 바깥쪽 면에 배치하는 경우에도, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
또한, 위 실시예에서 디렉터 배열(230)은 1열로 구현되는 것을 상정하였다. 하지만, 이 역시 예시적인 것이다. 디렉터 배열(230)의 개수를 2열 이상으로 구현하는 것도 가능하다.
지금까지, 케이스에 디렉터를 부가한 안테나 구조에 대해, 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다. 레이돔에도 위 실시예에서 제시한 안테나 구조가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 케이스나 레이돔 안에 메탈로 된 구조체를 삽입하고, 이를 고려하여 안테나를 설계함으로써, 안테나의 이득을 높임으로써, 방사효율 저하로 인한 이득 저하를 보상하기 위한 방안을 제시하였다.
특히, 밀리미터파 대역에서 케이스와 레이돔의 영향으로 저하된 안테나 방사효율과 이득을 개선하였고, 빔포밍시 안테나 이득 향상과 효율적인 빔틸팅이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에서 제시한 안테 제품의 구성은 다양한 변형과 응용이 가능하다. 이를 테면, 급전 안테나와 디렉터 만을 제작하여 제공하는 경우에도 본 발명의 적용범위에 포함된다.
나아가, 위 실시예에서 제시한 안테나 제품 내에 전자기기 본체가 실장된 경우나, 안테나를 제외하고 케이스와 디렉터만을 포함하여 케이스를 구성하는 경우에도, 본 발명의 적용범위에 포함될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 케이스
120 : 급전 안테나
130 : 디렉터
210 : 케이스
220 : 배열 안테나
230 : 디렉터 배열

Claims (12)

  1. 전자기기 본체가 실장되는 케이스;
    케이스에 배치된 급전 안테나;
    케이스에 배치된 디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    급전 안테나는,
    케이스의 안쪽 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 청구항 1에 있어서,
    디렉터는,
    케이스의 측벽 내부에 실장되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 청구항 3에 있어서,
    케이스의 측벽은,
    케이스의 측벽들 중 급전 안테나에 가장 가까운 측벽인 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서,
    디렉터는,
    케이스의 바깥쪽 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  6. 청구항 1에 있어서,
    디렉터의 길이는,
    주파수 대역의 중심 주파수의 반파장 보다 짧은 것을 특징으로 하는 안테나.
  7. 청구항 1에 있어서,
    디렉터의 폭은,
    급전 안테나의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 안테나.
  8. 청구항 1에 있어서,
    디렉터는,
    적어도 하나의 디렉터 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  9. 청구항 1에 있어서,
    급전 안테나는,
    케이스에 다수가 배열되어 있고,
    디렉터는,
    급전 안테나에 대응하여 케이스에 다수가 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 전자기기가 실장되는 케이스에 배치된 급전 안테나;
    케이스에 배치된 디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  11. 전자기기 본체;
    전자기기가 실장되는 케이스;
    케이스에 배치된 급전 안테나;
    케이스에 배치된 디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  12. 전자기기가 실장되는 케이스;
    케이스에 배치된 급전 안테나를 위해, 케이스에 배치된 디렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이스.
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