KR20220121741A - 고효율을 가지는 광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

고효율을 가지는 광대역 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 접지면; 급전 신호를 제공받는 급전 선로; 상기 급전 선로와 전자기적으로 결합되어 상기 급전 신호를 외부에 방사하는 방사체; 상기 급전 선로로부터 분기되는 분기 선로; 상기 분기 선로의 종단에 제1 종단이 결합되고 상기 접지면에 제2 종단이 결합되는 단락 선로; 상기 분기 선로와 상기 접지면 사이에 상기 단락 선로와 평행하게 배치되는 션트 선로를 포함하되, 상기 션트 선로의 일단에는 캐패시터가 결합되고 상기 션트 선로의 타단에는 인덕터가 결합된다. 개시된 안테나에 의하면, 대역폭을 향상시키면서 양호한 방사 효율을 가질 수 있는 장점이 있다.

Description

고효율을 가지는 광대역 안테나{Wideband Antenna Having High Efficiency}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고효율을 가지는 광대역 안테나에 관한 것이다.

이동통신 기술이 급속히 발전하면서 소형 단말기를 이용한 이동통신은 다양한 서비스를 제공하고 있으며, 서비스의 다양화가 이루어지면서 다양한 주파수 대역을 통해 소형 단말기와 기지국간 통신이 이루어지고 있다.

근래의 소형 단말기에 장착되는 안테나에는 소형화된 구조를 가지면서 다양한 서비스 대역을 수용할 수 있는 광대역 특성이 요구되고 있다.

소형 단말기에서 이용하는 안테나 중 대표적인 안테나로 PIFA(Planer Inverted-F Antenna) 안테나가 있다. 작은 크기, 가벼운 무게, 낮은 프로파일(low profile), 간단한 구조 그리고 통합의 용이성과 같은 장점으로 인해 소형 단말기의 안테나에 널리 활용되고 있다.

PIFA 안테나는 접지 구조를 이용한 대표적인 이동통신 단말기용 안테나로서 급전선로와 단락선로를 동시에 사용하는 안테나이다. 그러나, PIFA 안테나는 높은 Q값으로 인해 대역폭이 좁은 문제점이 있으며, 이에 서비스 대역이 계속적으로 증가하는 현재의 소형 단말기의 안테나로 지속적으로 사용하기에는 한계가 있다.

PIFA 안테나의 대역폭을 확장시키기 위한 다양한 시도가 이루어졌으나, 대역폭이 확장되면서 방사 효율이 저하되는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 대역폭을 향상시키면서 양호한 방사 효율을 가질 수 있는 고효율 광대역 안테나를 제안한다.

본 발명은 기존의 PIFA 안테나가 가지는 협소한 대역폭에 대한 문제를 극복하면서 시리즈 공진에 의한 방사 효율 저하를 극복할 수 있는 광대역 안테나를 제안한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 접지면; 급전 신호를 제공받는 급전 선로; 상기 급전 선로와 전자기적으로 결합되어 상기 급전 신호를 외부에 방사하는 방사체; 상기 급전 선로로부터 분기되는 분기 선로; 상기 분기 선로의 종단에 제1 종단이 결합되고 상기 접지면에 제2 종단이 결합되는 단락 선로; 상기 분기 선로와 상기 접지면 사이에 상기 단락 선로와 평행하게 배치되는 션트 선로를 포함하되, 상기 션트 선로의 일단에는 캐패시터가 결합되고 상기 션트 선로의 타단에는 인덕터가 결합되는 고효율을 가지는 광대역 안테나가 제공된다.

상기 션트 선로의 일단에 결합되는 캐패시터는 접지면과 전기적으로 연결되고, 상기 션트 선로의 타단에 결합되는 인덕터는 상기 분기 선로와 전기적으로 연결된다.

상기 션트 선로에는 시리즈 공진이 발생하며 상기 인덕터의 인덕턴스는 상기 시리즈 공진의 공진 대역이 상기 방사체의 방사 주파수와 상이해지도록 설정된다.

상기 분기 선로는 상기 급전 선로의 연장 방향과 직교하는 방향으로 분기된다.

상기 단락 선로 및 상기 션트 선로는 상기 분기 선로와 직교하는 방향으로 배치된다.

상기 분기 선로, 상기 션트 선로, 상기 단락 선로 및 상기 접지면에 의해 정의되는 루프에 의해 추가적인 공진 대역이 발생하며, 상기 추가적인 공진 대역이 상기 방사체의 방사 주파수 대역에 인접하도록 상기 션트 선로의 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스가 설정된다.

본 발명에 의하면, 대역폭을 향상시키면서 양호한 방사 효율을 가질 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율을 가지는 광대역 안테나의 전체적인 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나에서 급전부의 상세 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사 손실과 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 인덕터를 제거할 경우의 반사 손실을 비교한 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사 효율과 본 발명의 일 실시에에 따른 안테나에서 인덕터를 제거할 경우의 방사 효율을 비교한 그래프.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율을 가지는 광대역 안테나의 전체적인 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나는 접지면(100), 급전부(200) 및 방사체(300)를 포함한다.

접지면(100)은 금속 재질로 이루어지며, 일례로 기판(150)상에 형성될 수 있다. 기판은 유전체 재질로 이루어지며 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 몸체부로 기능할 수 있으며 기판을 구성하는 유전체는 요구되는 방사 특성에 기초하여 적절히 선택될 수 있다.

접지면(100)은 접지 전위를 유지하도록 설정된다. 일례로, 동축 케이블을 통해 급전 신호가 제공될 때 접지면(100)은 동축 케이블에서 접지 전위를 가지는 외부 도체와 전기적으로 연결되어 접지 전위를 유지할 수 있다. 또 다른 예로, 마이크로 스트립 라인을 통해 급전 신호가 제공될 때 접지면(100)은 마이크로 스트립 라인의 접지와 전기적으로 연결되어 접지 전위를 유지할 수도 있을 것이다.

급전부(200)는 급전 신호를 방사체(300)에 제공하는 기능을 한다. 급전부(200)의 상세한 구조는 도 2를 참조하여 설명하며, 본 발명의 광대역 및 고효율 특성을 달성하기 위한 구조는 급전부(200)에 구현된다.

접지 전위를 가지는 접지면(100)은 급전부(200)의 일부 엘리먼트와 전기적으로 연결되어 접지 전위를 제공하며, 급전부(200)를 통해 출력되는 신호는 방사체(300)로 제공된다.

방사체(300)는 급전부(200)로부터의 급전 신호를 외부에 방사하며, 방사체는 금속 재질로 이루어 진다. 방사체(300)의 길이는 방사되는 주파수에 기초하여 결정된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방사체(300)는 다수의 걸쳐 절곡된 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 절곡 구조는 한정된 기판 공간상에서 방사체에 필요한 전기적 길이를 확보하기 위해 적용될 수 있다.

한편, 도 1에는 하나의 직선이 절곡된 구조의 방사체가 도시되어 있으나, 메인 직선으로부터 분기되는 구조를 통해 다중 대역에서 방사하는 방사체가 사용될 수도 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나에서 급전부의 상세 구조를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 급전부(200)는 급전 선로(210), 분기 선로(220), 션트(Shunt) 선로(230) 및 단락 선로(240)를 포함할 수 있다.

급전 선로(210)는 급전점(250)과 전기적으로 결합되어 급전 신호를 제공받는다. 일례로, 동축 케이블을 통해 급전 신호가 제공될 때, 급전점(250)은 동축 케이블의 외부 도체와 급전 선로(210)와의 결합 지점일 수 있다. 또 다른 예로, 마이크로 스트립 선로를 통해 급전 신호가 제공될 때, 급전점(250)은 마이크로 스트립 선로의 신호 라인과 급전 선로(210)와의 결합 지점일 수 있다.

방사체(300)는 급전 선로(210)로부터 연장되며, 급전 선로(210)와 방사체(300)의 길이에 의해 본 발명의 안테나의 방사 주파수가 결정될 수 있을 것이다.

급전부(200)에는 급전 선로(210)로부터 분기되는 분기 선로(220)가 형성된다. 분기 선로(220)는 급전 선로(210)의 소정 지점으로부터 분기되며, 분기 선로는 션트 라인(230) 및 단락 라인(240)과 전기적으로 연결된다. 분기 선로(220)는 급전 선로(210)의 연장 방향과 직교하는 방향으로 급전 선로(210)로부터 연장될 수 있다.

단락 선로(240)는 분기 선로(220)와 접지면(100) 사이에 형성된다. 단락 선로(240)의 제1 종단은 분기 선로(220)의 종단과 전기적으로 결합되며, 단락 선로(240)의 제2 종단은 접지면(100)과 전기적으로 결합된다. 단락 선로(240)는 급전 선로(210)와 평행하게 배치되고 분기 선로(220)와 수직으로 배치될 수 있으나, 배치 구조가 필요에 따라 변경될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

한편, 션트 선로(230)는 분기 선로(220)의 소정 지점과 접지면(100) 사이에 형성된다. 션트 선로(230)에는 캐패시터(260)와 인덕터(270)가 결합된다. 바람직하게는, 인덕터(270)는 션트 선로(230)의 제1 종단과 분기 선로(220) 사이에 결합되고, 캐패시터(260)는 션트 선로(230)의 제2 종단과 접지면(100) 사이에 결합된다.

효율적인 광대역 임피던스 확보를 위해 션트 선로(230)를 급전 선로(210)와 단락 선로(240) 사이에 배치하게 될 경우 분기 선로(220), 션트 선로(230) 및 접지면에 의해 정의되는 루프(A)가 형성된다. 루프(A)에 의해 발생하는 자기 플럭스에 의해 추가적인 공진 대역이 발생하며, 이러한 추가적인 공진 대역에 의해 광대역 특성이 확보될 수 있다. 추가적인 공진 대역이 방사체(300)에서 방사하는 대역과 인접하게 설정될 경우 안테나의 전체적인 임피던스 대역폭이 확장될 수 있는 것이다.

추가적인 공진 대역이 방사체(300)에서 방사하는 대역과 인접하여 광대역 특성이 확보되도록 하기 위해 캐패시터(260)가 결합되며, 캐패시터(260)의 캐패시턴스 는 추가적인 공진 대역이 방사체의 방사 대역에 인접하도록 설정된다.

그런데, 추가적인 공진 대역을 형성하기 위해 션트 선로(230)에 캐패시터만(260)이 결합될 경우 션트 선로(230)에서 시리즈(series) 공진이 발생하며, 이러한 시리즈 공진은 방사체(300)에서 방사하는 대역(안테나의 동작 대역) 내이거나 인접한 대역에서 발생하는 문제가 발생하였다.

급전 신호에 의한 안테나의 동작 주파수를 가지는 전류는 급전 선로(210)-분기 선로(220)를 경유하여 단락 선로(240)로 흐르는 경로를 가져야 한다. 단락 선로(240)를 따라 흐르는 안테나의 동작 주파수 대역의 전류는 방사체(300)로 커플링되면서 방사체(300)에서 방사가 이루어지게 된다.

그러나, 추가적인 공진 대역의 확보를 위해 형성된 션트 선로(230)에서 시리즈 공진이 발생하게 될 경우 안테나의 동작 주파수 대역의 전류는 단락 선로(240)로 집중되지 않고 션트 선로(230)로 집중되는 문제가 발생한다. 단락 선로(240)로 흘러야 할 전류가 션트 선로(230)에 흐르게 될 경우 안테나의 동작 주파수 대역에 대한 방사 효율은 급격히 감소하게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 션트 선로(230)의 제1 종단에 인덕터(270)를 결합하도록 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인덕터(270)의 인덕턴스는 션트 선로에서 발생하는 시리즈 공진이 안테나의 동작 주파수 대역과 상이해지도록 설정된다. 션트 선로(230)에서 시리즈 공진이 발생하더라도 해당 시리즈 공진 대역이 안테나의 동작 주파수 대역에서 멀어지도록 하여 안테나의 동작 특성에 영향을 주지 않도록 하는 것이다.

션트 선로(230)의 시리즈 공진 대역이 인덕터(270)에 의해 안테나의 동작 주파수 대역에서 멀어지게 될 경우 단락 선로(240)로는 안테나의 동작 주파수 대역의 전류가 정상적으로 흐르게 되며, 방사 효율을 정상적으로 유지할 수 있게 된다.

한편, 인덕터(270)를 캐패시터(260)와 함께 션트 선로(230)에 배치하는 것에 의해 상대적으로 작은 캐패시턴스를 가지는 캐패시터(260)를 사용하는 것이 가능하다. 캐패시터(260)의 사이즈는 캐패시터(260)의 캐패시턴스에 비례하므로 작은 캐패시턴스를 가지는 캐패시터를 사용하게 되면 급전부(200)의 전체적인 사이즈 소형화를 도모하는 것이 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사 손실과 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 인덕터를 제거할 경우의 반사 손실을 비교한 그래프이다.

반사 손실은 급전 신호를 방사체에 제공하였을 때 반사로 인해 발생하는 손실을 나타내는 지표로서, 반사 손실이 -6dB 이하일 때 적절한 방사가 이루어지는 대역으로 판단할 수 있다.

도 3에서, 본 발명의 안테나는 약 780MHz ~ 1.09GHz의 방사 대역을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 본 발명의 안테나에서 인덕터를 제거한 안테나는 약 760MHz ~ 960MHz의 방사 대역을 가지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 션트 라인에 인덕터(270)와 캐패시터(260)가 함께 결합될 때 보다 양호한 광대역 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사 효율과 본 발명의 일 실시에에 따른 안테나에서 인덕터를 제거할 경우의 방사 효율을 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 안테나의 동작 주파수 대역에서 인덕터가 제거된 안테나에 비해 전반적으로 양호한 방사 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.

특히, 인덕터를 제거한 안테나의 경우 900MHz 이상의 대역에서 급격히 방사 효율이 감소하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 이에 비해 높은 방사 효율을 가지고 있다.

960MHz 주파수에서 인덕터가 제거된 안테나의 방사 효율은 약 74%임에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 약 93%의 방사 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 안테나의 동작 주파수 대역의 전류가 단락 라인을 통해 흐르도록 인덕터(270)를 통해 시리즈 공진 주파수 대역을 이동시키기에 높은 방사 효율을 확보할 수 있으나, 인덕터(270)가 제거될 경우 현저히 낮은 방사 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 롤링 셔터 이미지 센서와 타원형 조리개를 포함하는 스페클 이미징 시스템을 이용하여 롤링 셔터 스페클 이미지를 획득하는 단계;
   상기 롤링 셔터 스페클 이미지에서의 시간 상관을 계산하고 역상관 시간을 맵핑하는 단계;
   상기 맵핑된 역상관 시간에 기초하고 정량족 관계 모델을 이용하여 혈류 속도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 셔터 이미지 센서를 활용한 동적 레이저 스페클 상관 이미징 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 션트 선로의 일단에 결합되는 캐패시터는 접지면과 전기적으로 연결되고, 상기 션트 선로의 타단에 결합되는 인덕터는 상기 분기 선로와 전기적으로 연결되는 고효율을 가지는 광대역 안테나.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 션트 선로에는 시리즈 공진이 발생하며 상기 인덕터의 인덕턴스는 상기 시리즈 공진의 공진 대역이 상기 방사체의 방사 주파수와 상이해지도록 설정되는 고효율을 가지는 광대역 안테나.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 분기 선로는 상기 급전 선로의 연장 방향과 직교하는 방향으로 분기되는 고효율을 가지는 광대역 안테나.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 단락 선로 및 상기 션트 선로는 상기 분기 선로와 직교하는 방향으로 배치되는 고효율을 가지는 광대역 안테나.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 분기 선로, 상기 션트 선로, 상기 단락 선로 및 상기 접지면에 의해 정의되는 루프에 의해 추가적인 공진 대역이 발생하며, 상기 추가적인 공진 대역이 상기 방사체의 방사 주파수 대역에 인접하도록 상기 션트 선로의 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스가 설정되는 고효율을 가지는 광대역 안테나.
   
   

Images