KR20220128238A

KR20220128238A - Uwb 안테나 장치

Info

Publication number: KR20220128238A
Application number: KR1020210077920A
Authority: KR
Inventors: 유상희; 이승환
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-09-20

Abstract

무지향 특성을 가지면서도 주변 그라운드에 의한 성능 저하를 감소시킬 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 UWB 안테나 장치는 회로기판에 형성된 제1 필컷(Fill Cut) 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제1 방향인 제1 무지향성 안테나; 상기 회로기판에 형성된 제2 필컷 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제2 방향인 제2 무지향성 안테나; 및 상기 회로기판에 형성된 제3 필컷 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제3 방향인 제3 무지향성 안테나를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 무지향성 안테나는, 상기 회로기판 상에 형성된 급전패턴; 상기 회로기판 상에 형성된 제1 및 제2 접지패턴; 상기 제1 접지패턴, 상기 제2 접지패턴, 및 상기 급전패턴 상에 배치되고, 상기 급전패턴에 연결되는 제1 비아(Via) 및 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에 연결되는 제2 비아가 형성된 유전체 블록; 및 상기 제1 비아를 통해 상기 급전패턴에 전기적으로 연결되는 제1 방사체, 상기 제2 비아를 통해 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에만 연결되는 제2 방사체, 및 상기 제1 및 제2 방사체를 연결시키는 제3 방사체가 "ㄷ"자 형상으로 연결되어 구성된 방사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

UWB 안테나 장치{Antenna Device Having Ultra Wide Band}

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 UWB 안테나 장치에 관한 것이다.

초광대역(Ultra Wide Band: UWB, 이하 'UWB'라 함) 안테나 장치는 사무실이나 가정과 같은 한정된 공간에서 PC, 주변기기, 가전제품 등과 무선으로 접속하여 데이터를 송수신할 수 있는 블루투스(Bluetooth)와 같은 근거리 무선통신에 적용되는 안테나를 의미한다.

UWB 안테나 장치는 3.1~10.6GHz 대역에서 100Mbps이상 속도로, 일반적인 안테나 장치가 가지는 주파수 대역에 비해 매우 넓은 주파수 대역을 가지면서도 낮은 에너지로 초고속 통신을 실현하는 근거리 무선통신 장치로 규정된다. 이와 같이 UWB 안테나 장치는 비교적 넓은 주파수 대역을 가지면서 낮은 에너지를 갖는 신호를 실어 보내는데도, UWB 안테나 장치는 10m 반경 내에서 수백 Mbps에서 수 Gbps까지의 데이터 전송률로 출력할 수 있다.

UWB 안테나 장치는 다른 통신시스템에 대한 간섭발생 방지를 위해 신호의 에너지를 수 GHz 주파수 대역에 걸쳐 분산시켜 신호를 송신함으로써 다른 협대역 신호에 간섭을 주지 않으면서 주파수에 크게 구애받지 않고도 통신을 수행할 수 있다. 또한, UWB 안테나 장치는 노이즈에 매우 강하며 데이터 전송률이 높고, 전력 소모량이 작고 발송 출력이 작은 특징도 있다.

즉, UWB 안테나 장치는 한정된 주파수 자원에서 기존의 이동통신, 위성통신 등과 같은 협대역 및 광대역 안테나 시스템과 상호 간섭없이 주파수를 공유하여, 넓은 주파수 대역폭에 걸쳐 상대적으로 낮은 스펙트럼 전력 밀도로 신호를 보낼 수 있다.

이러한 장점으로 인해, UWB 안테나 장치는 다양한 전자기기에 사용되고 있고, 최근 자동차 키(Key)나 스마트 태그 등에도 적용되는 등 적용분야가 확장되고 있다.

UWB 안테나 장치의 일 예가 도 2에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 UWB 안테나 장치(1)는 모노폴 안테나(2)를 이용하여 UWB 안테나 장치를 구현한 것인데, 모노폴 안테나(2)의 경우 넓은 범위에서 방사패턴이 형성되도록 하기 위해서는 모노폴 안테나(2)와 그라운드(3) 간의 충분한 이격거리가 요구된다.

따라서, 모노폴 안테나(2)를 이용하여 넓은 범위에서 방사패턴을 갖는 UWB 안테나 장치(1)를 구현하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이, 모노폴 안테나(2)와 그라운드(3)간의 충분한 이격거리 확보를 위해 필컷(Fill Cut) 영역(4)이 기판 상에서 넓게 형성되도록 하여야 하기 때문에, UWB 안테나 장치(1)의 소형화 및 안테나의 설계 자유도가 제한된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무지향 특성을 가지면서도 주변 그라운드에 의한 성능 저하를 감소시킬 수 있는 UWB 안테나 장치를 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 자동차 키나 스마트 태그의 위치 추적을 위해 자동차 키, 스마트 태그, 또는 트래커(Tracker)에 적용될 수 있는 UWB 안테나 장치를 제공하는 것을 다른 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 안테나 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 UWB 안테나 장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 UWB 안테나 장치는 회로기판에 형성된 제1 필컷(Fill Cut) 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제1 방향인 제1 무지향성 안테나; 상기 회로기판에 형성된 제2 필컷 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제2 방향인 제2 무지향성 안테나; 및 상기 회로기판에 형성된 제3 필컷 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제3 방향인 제3 무지향성 안테나를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 무지향성 안테나는, 상기 회로기판 상에 형성된 급전패턴; 상기 회로기판 상에 형성된 제1 및 제2 접지패턴; 상기 제1 접지패턴, 상기 제2 접지패턴, 및 상기 급전패턴 상에 배치되고, 상기 급전패턴에 연결되는 제1 비아(Via) 및 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에 연결되는 제2 비아가 형성된 유전체 블록; 및 상기 제1 비아를 통해 상기 급전패턴에 전기적으로 연결되는 제1 방사체, 상기 제2 비아를 통해 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에만 연결되는 제2 방사체, 및 상기 제1 및 제2 방사체를 연결시키는 제3 방사체가 "ㄷ"자 형상으로 연결되어 구성된 방사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 방사체는 상기 유전체 블록 상에 서로 평행하게 배치되고, 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체의 일측과 상기 제2방사체의 일측을 연결시키며, 상기 제1 내지 제3 방사체의 연결을 통해 상기 제3 방사체와 마주보는 측에 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 접지패턴과 상기 제2 접지패턴은 상기 급전패턴을 기준으로 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 무지향성 안테나는 상기 제1 무지향성 안테나의 빔피크를 틸팅시켜 상기 주방사 방향이 상기 제1 방향이 되도록 하고, 상기 제2 무지향성 안테나는 상기 제2 무지향성 안테나의 빔피크를 틸팅시켜 상기 주방사 방향이 상기 제2 방향이 되도록 하며, 상기 제3 무지향성 안테나는 상기 제3 무지향성 안테나의 빔피크를 틸팅시켜 상기 주방사 방향이 상기 제3 방향이 되도록 하며, 상기 제1내지 제3방향은 서로 다른 것을 특징으로 한다.

상기 제1 비아는 상기 제1 방사체의 중심부에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 비아는 상기 제2 방사체의 타측 끝에서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 회로기판은 사각형 형상의 플레이트이고, 상기 제1 내지 3무지향성 안테나는 상기 제1 및 제2 방사체가 상기 회로기판의 변들 중 각 무지향성 안테나에 대응되는 변에 평행하도록 배치되며, 상기 제1 방사체와 각 대응변 사이의 길이는 상기 제2 방사체와 각 대응변 사이의 길이보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 제2 무지향성 안테나 및 상기 제3 무지향성 안테나는 상기 회로기판 상에서 상기 제1 무지향성 안테나를 사이에 두고 서로 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 UWB 안테나 장치는 자동차 또는 휴대용 단말기에 탑재되어 자동차 키(Key) 또는 스마트 태그(Tag)의 위치추적을 위해 상기 자동차 키 또는 상기 스마트 태그로부터 전송되는 신호를 수신할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 UWB 안테나 장치는 필컷(Fill Cut) 영역이 형성된 회로기판: 및 상기 필컷 영역 내에 형성된 무지향성 안테나를 포함하고, 상기 무지향성 안테나는 상기 무지향성 안테나에 급전신호를 공급하는 급전패턴; 상기 회로기판 상에 형성된 제1 접지패턴; 상기 회로기판 상에 형성되고, 상기 급전패턴을 기준으로 상기 제1 접지패턴과 마주보도록 배치된 제2 접지패턴; 상기 제1 접지패턴, 상기 제2 접지패턴, 및 상기 급전패턴 상에 배치되고, 상기 급전패턴에 연결되는 제1 비아(Via) 및 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에 연결되는 제2 비아가 형성된 유전체 블록; 및 상기 제1 비아를 통해 상기 급전패턴에 전기적으로 연결되는 제1 방사체, 상기 제2 비아를 통해 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에 선택적으로 연결되는 제2 방사체, 및 상기 제1 및 제2 방사체를 연결시키는 제3 방사체가 "ㄷ"자 형상으로 연결되어 구성된 방사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 비아는 상기 제1 방사체의 중심부에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 비아는 상기 제2 방사체의 타측 끝에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 필컷영역의 면적은 상기 회로기판의 면적 대비 0.1% 이상 5% 이하 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 방사체를 "ㄷ" 형상으로 형성함으로써 UWB 안테나 장치가 무지향 특성을 갖도록 함과 동시에, 방사체를 접지패턴에 전기적으로 연결시킬 수 있기 때문에 주변 그라운드에 의한 성능 저하도 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 주방사 방향이 서로 다른 3개의 안테나가 회로기판 상에 형성된 UWB 안테나를 자동차 또는 휴대용 단말기 등과 같은 트래커에 적용하고, 1개의 안테나가 회로기판 상에 형성된 UWB 안테나를 자동차 키 또는 스마트 태그 등에 적용함으로써 자동차 키나 스마트 태그의 위치를 보다 정확하게 추적할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 안테나 형성을 위해 요구되는 필컷 영역을 최소화시킬 수 있어 안테나의 소형화는 물론, 안테나 설계 자유도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 UWB 안테나 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 UWB 안테나 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 제1 내지 제3 필컷 영역을 보여주는 도면이다.
도 4는 제1 필컷 영역 내에 형성된 제1 무지향성 안테나를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 제1 무지향성 안테나를 A-A'라인에서 바라본 측면도이다.
도 6은 유전체 블록의 저면도이다.
도 7 a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 UWB 안테나 장치를 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 UWB 안테나 장치가 방사하는 전파의 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 UWB 안테나 장치가 방사하는 방사패턴의 시뮬레이션결과를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 UWB 안테나 장치를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 UWB 안테나 장치(100)는 초광대역(Ultra Wide Band: UWB)을 구현하여 넓은 대역폭을 확보할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치(100)는 무지향 특성의 방사패턴을 가지면서도 주변 그라운드에 의한 영향을 최소화시킴으로써 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 회로기판(110) 및 제1 내지 무지향성 제3 안테나(120~140)를 포함한다.

회로기판(110)에는 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)가 형성된다. 회로기판(110)은 비전도성 플레이트 상에 도전층이 적층되어 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 회로기판(110)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 무지향성 제3 안테나(120~150)가 형성될 수 있는 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)이 형성되어 있다. 이때, 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~12c)은 회로기판(110)의 도전층 중 일부를 제거함에 의해 형성될 수 있다.

제1 필컷 영역(112)에는 제1 무지향성 안테나(120)가 형성되고, 제2 필컷 영역(112b)에는 제2 무지향성 안테나(130)가 형성되며, 제3 필컷 영역(112c)에는 제3 무지향성 안테나(140)가 형성된다.

도 2에서는 UWB 안테나 장치(100)개 3개의 필컷 영역(112a~112c) 및 3개의 무지향성 안테나(120~140)를 포함하는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일 뿐, 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치(100)는 4개 이상의 필컷 영역과 4개 이상의 무지향성 안테나를 포함할 수도 있을 것이다.

일 실시예에 있어서, 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)은 각 필컷 영역(112a~112c)의 면적이 회로기판(110)의 면적 대비 0.1% 이상 5% 이하가 되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 회로기판(100)이 장변의 길이가 60mm이고 단변의 길이가 32.3mm인 사각형 형상의 플레이트로 형성되는 경우 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)은 대략 장변의 길이가 4.5mm이고 단변의 길이가 4.0mm인 사각형 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 기존 UWB 안테나 장치에 비해 회로기판(110) 상에서 무지향성 안테나(120~140)가 형성되는 필컷 영역(112a~112c)의 크기를 감소시킬 수 있어 UWB 안테나 장치(100)를 소형화 시킴과 동시에 안테나의 설계 자유도를 극대화시킬 수 있다.

이때, 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)은 회로기판(110)을 구성하는 도전층 중 일부를 제거함에 의해 형성될 수 있다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)이 대략 사각형 형상인 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일 뿐 본 발명에 따른 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)의 배치가 가능하다면 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

한편, 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)은 각 필컷 영역(112a~112c) 내에서 각 무지향성 안테나(120~140)에 의해 일부 영역만 커버될 수 있도록 형성될 수 있다. 일 예로 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 필컷 영역(112a)은 제1 무지향성 안테나(120)에 의해 일부 영역만이 커버될 수 있도록 형성될 수 있다.

이때, 제1 내지 제3 각 필컷 영역(112a~112c) 내에서 각 무지향성 안테나(120~140)에 의해 커버되는 영역의 크기는 UWB 안테나 장치(100)의 사용 주파수 대역에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, UWB 안테나 장치(100)의 사용 주파수 대역이 증가할수록 제1 내지 제 필컷 영역(112a~112c) 내에서 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)에 의해 커버되는 영역의 크기가 감소될 수 있도록 제1 내지 제3 필컷 영역(112a~112c)을 형성할 수 있다.

상술한 실시예에 있어서, 회로기판(110)은 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)는 초광대역에서 UWB 신호를 송수신한다. 일 실시예에 있어서, 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)는 초광대역 구현을 위해 6.0GHz 내지 8.5GHz 대역에서 UWB 신호를 송수신할 수 있다.

제1 무지향성 안테나(120)는 제1 필컷 영역(112a) 내에 형성되고, 빔피크(Peak)를 틸팅(Tilting)하여 주방사 방향이 제1 방향(D1)이 되도록 한다. 제2 무지향성 안테나(130)는 제2 필컷 영역(112b) 내에 형성되고, 빔피크를 틸팅하여 주방사 방향이 제2 방향(D2)이 되도록 한다. 제3 무지향성 안테나(140)는 제3 필컷 영역(112c) 내에 형성되고, 빔피크를 틸팅하여 주방사 방향이 제3방향(D3)이 되도록 한다. 이때, 제1 방향(D1), 제2 방향(D2), 및 제3 방향(D3)은 서로 다른 방향을 의미한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치(100)가 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)를 포함하는 이유는, 본 발명에 다른 UWB 안테나 장치(100)가 위치 추적을 위한 트래커(Tracker)에 적용되는 경우 3개의 무지향성 안테나(120~140)를 통해 UWB 신호를 송수신 함으로써, 3각 측량법에 따라 위치 추적 대상이 되는 타겟 디바이스의 위치를 추적할 수 있어 위치 추적의 정확도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치(100)는 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)를 통해 수신되는 UWB 신호들의 AOA(Angle Of Arrival)을 이용하여 타겟 디바이스의 삼차원 방향을 결정할 수 있고, 이를 기초로 타겟 디바이스의 위치가 정확하게 추적될 수 있다.

이때, AOA 기법은 타겟 디바이스로부터 도착하는 UWB 신호의 각도를 산출하는 것으로서, 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)에서 검출된 UWB신호의 시간 구간 및 도착 각도를 이용하여 타겟 디바이스의 삼차원 방향이 결정된다. AOA 기법을 이용하여 해당 디바이스의 삼차원 방향을 결정하는 기술은 이미 알려져 있는 기술이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

일 실시예에 있어서, 회로기판(110)은 사각형 형상의 플레이트로 형성되고, 제1 무지향성 안테나(120)는 회로기판(110)의 4개의 변들(110a~110d) 중 제1 변(110a)에 인접하도록 배치될 수 있다. 또한, 제2 무지향성 안테나(130)는 제1변(110a)의 일측에 연결되는 제2 변(110b)에 인접하도록 배치되고, 제3 무지향성 안테나(140)는 제1 변(110a)의 타측에 연결되는 제3 변(110c)에 인접하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 및 제3 무지향성 안테나(130, 140)는 회로기판(110) 상에서 제1 무지향성 안테나(120)를 기준으로 서로 대칭이 되도록 배치된다.

본 발명에 따른 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 급전패턴(122), 제1 접지패턴(124a), 제2 접지패턴(124b), 유전체 블록(126), 및 방사체(128)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)는 모두 동일한 구성을 갖도록 형성되기 때문에, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 무지향성 안테나(120)의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

급전패턴(122a)은 회로기판(110)의 제1 필컷 영역(112a) 내에 형성되어, 방사체(128)에 급전신호를 공급한다. 일 실시예에 있어서, 급전패턴(122a)은 도 5에 도시된 바와 같이, 유전체 블록(126)에 형성된 제1 비아(Via, 126a)를 통해 방사체(128)에 전기적으로 연결된다.

제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b) 중 어느 하나는 방사체(128)에 선택적으로 연결됨으로써 제1 무지향성 안테나(120)를 접지시킨다. 일 실시예에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b) 중 어느 하나는 유전체 블록(126)에 형성된 제2 비아(Via, 126b)를 통해 방사체(128)에 전기적으로 연결된다. 도 5에서는 설명의 편의를 위해, 제1 접지패턴(124b)이 제2 비아(126b)를 통해 방사체(128)에 전기적으로 연결되는 것으로 도시하였다. 하지만, 다른 실시예에 있어서, 제2 접지패턴(124a)이 제2 접지패턴(124a)에 연결 가능한 제2 비아(미도시)를 통해 방사체(128)에 연결될 수도 있을 것이다.

즉, 본 발명에 따르면 제1 접지패턴(124a)이 방사체(128)에 전기적으로 연결되는 경우 제2 접지패턴(124b)은 방사체(128)에 전기적으로 연결되지 않고, 제2 접지패턴(124b)이 방사체(128)에 전기적으로 연결되는 경우 제1 접지패턴(124a)은 방사체(128)에 전기적으로 연결되지 않는다.

상술한 실시예에서, 본 발명에 따른 제1 무지향성 안테나 장치(120)가 제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b)을 모두 포함하는 이유는, UWB 안테나 장치(100)가 적용되는 제품의 주변 환경에 따라 제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b) 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 UWB 안테나 장치(100)를 접지 시킴으로써, 주변 그라운드에 의해 UWB 안테나 장치(100)의 성능이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.

상술한 실시예에 있어서, 급전패턴(122a), 제1 접지패턴 (124a), 및 제2 접지패턴(124b)은 제1 필컷 영역(112a) 내에서 도전층이 제거되지 않은 영역에 해당하고, 제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b)은 제1 필컷 영역(112a) 내에서 급전패턴(122)을 기준으로 서로 마주보도록 형성될 수 있다.

유전체 블록(126)은 급전패턴(122a), 제1 접지패턴(124a), 및 제2 접지패턴(126a) 상에 형성된다. 일 실시예에 있어서, 유전체 블록(126)은 급전패턴(122a)을 방사체(128)와 연결시키기 위한 제1 비아(126a)를 포함한다. 또한, 유전체 블록(126)은 제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b) 중 어느 하나를 방사체(128)와 선택적으로 연결시키기 위한 제2 비아(126b)을 포함한다.

제1 비아(126a)는 유전체 블록(126)을 관통하도록 형성된 제1 비아홀(미도시) 내에 도전성 물질을 충진시킴에 의해 형성될 수 있다. 제2 비아(126b)는 유전체 블록(126)을 관통하도록 형성된 제2 비아홀(미도시) 내에 도전성 물질을 충진시킴에 의해 형성될 수 있다.

이때, 유전체 블록(126)의 하면에는 도 6에 도시된 바와 같이, 급전패턴(122a)와의 전기적 연결을 위한 급전패드(500a), 제1 접지패턴(124a)과의 연결을 위한 제1 접지패드(502a), 및 제2 접지패턴(124b)과의 연결을 위한 제2접지패드(502b)가 형성될 수 있다. 이러한 급전패드(500a), 제1 및 제2 접지패드(502a, 502b)를 통해 유전체 블록(126)을 회로기판(110)에 용이하게 실장시킬 수 있게 된다.

방사체(128)는 제1 비아(126a)를 통해 급전패턴(122)에 전기적으로 연결되고, 제2 비아(126b)를 통해 제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b) 중 어느 하나에 선택적으로 연결된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 방사체(128)는 제1 방사체(128a), 제2 방사체(128b), 및 제3 방사체(128c)를 포함할 수 있다.

제1 방사체(128a)는 제1비아(126a)를 통해 급전패턴(122a)에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에 있어서, 제1 방사체(128a)는 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 제1 비아(126a)는 제1 방사체(128a)의 중심부에서 제1 방사체(128a)에 전기적으로 연결될 수 있다.

제2 방사체(128b)는 제2 비아(126b)를 통해 제1 및 제2 접지패턴(124a, 124b) 중 어느 하나에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에 있어서, 제2 방사체(128b)는 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 제2 비아(126b)는 제2 방사체(128b)의 일측 끝부위에서 제2 방사체(128b)에 전기적으로 연결될 수 있다.

제3 방사체(128c)는 제1 방사체(128a)의 타측과 제2 방사체(128b)의 타측을 연결시킨다. 이때, 제3 방사체(128c)가 연결되는 제2 방사체(128b)의 타측은 제2 방사체(128a)에서 제2 비아(126b)가 연결되는 측의 반대측을 의미한다. 일 실시예에 있어서, 제3 방사체(128c)는 직사각형 형태로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 실시예에 따르는 경우, 방사체(128)는 제1 내지 제3 방사체(128a~128c)의 연결을 통해 제3 방사체(128c)와 마주보는 측에 개구(128d)가 형성됨으로써, 전체적으로 "ㄷ"자 형상으로 형성될 수 있다.

특히, 회로기판(110)이 사각형 형상의 플레이트로 형성될 때, 제1 무지향성 안테나(120)는 제1 및 제2 방사체(128a, 128b)가 회로기판(110)의 변들(110a~110d) 중 제1 무지향성 안테나(120)에 대응되는 변(110a)과 평행하도록 배치되고, 이때,제1 무지향성 안테나(120)는 제1 방사체(128a)와 대응변(110a) 사이의 거리(S1)가 제2 방사체(128b)와 각 대응변(110a) 사이의 거리(S2)보다 길도록 회로기판(110) 상에 배치될 수 있다. 즉, 회로기판(110) 상에서 제2 방사체(128b)가 제1 방사체(128a)보다 외곽에 배치될 수 있도록 한다.

이에 따라, 제1 무지향성 안테나(120)의 주방사 방향은 유전체 블록(126)의 중심을 기준으로 제2 방사체(128b)와 제3 방사체(128c)가 연결된 지점(C1)을 향하는 제1 방향(D1)이 될 수 있다. 이와 유사하게 제2 무지향성 안테나(130)의 주방사 방향은 제1 방향(D1)과는 다른 제2 방향(D2)이 되고, 제3 무지향성 안테나(140)의 주방사 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과는 다른 제3 방향(D3)이 되도록 함으로써, 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)를 통해 수신되는 UWB 신호들의 AOA를 이용하여 타겟 디바이스의 삼차원 방향 및 타겟 디바이스의 위치를 정확하게 추적할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 UWB 안테나 장치(100)는 "ㄷ"자 형상의 방사체(128)를 포함함으로써 무지향적 특성을 확보함과 동시에, UWB 안테나 장치(100)가 적용되는 주변 환경에 따라 2개의 접지패턴(124a, 124b) 중 어느 하나의 접지패턴에 선택적으로 연결될 수 있기 때문에 주변 그라운드로부터의 영향도 감소하게 되어 안테나 성능이 향상된다.

일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치(100)는 자동차 또는 휴대용 단말기에 탑재되어 자동차 키(Key) 또는 스마트 태그(Tag)의 위치추적을 위해 자동차 키 또는 상기 스마트 태그로부터 전송되는 신호를 수신할 수 있다. 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치(100)가 자동차에 적용되는 경우 제1 무지향성 안테나(120)의 주방사 방향(D1)은 차량의 전방을 기준으로 북서쪽 방향이 되고, 제2 무지향성 안테나(130)의 주방사 방향(D2)은 차량의 전방을 기준으로 남서쪽 방향이 되며, 제3 무지향성 안테나(140)의 주방사(D3) 방향은 차량의 전방을 기준으로 남동쪽 방향이 되도록 회로기판(110) 상에 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~140)를 배치할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 UWB 안테나 장치를 보여주는 도면이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 UWB 안테나 장치(600)는 도 2와 달리 회로기판(610)에 하나의 무지향성 안테나(620)가 배치된다는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 UWB 안테나 장치(100)와 동일하다. 즉, 도 2에 도시된 UWB 안테나 장치(100)의 제1 내지 제3 무지향성 안테나(120~150) 중 어느 하나의 무지향성 안테나가 회로기판(610)에 형성된다.

도 7a에서는 설명의 편의를 위해 UWB 안테나 장치(600)가 도 2에 도시된 UWB 안테나 장치(100)의 제1 무지향성 안테나(120)와 동일한 안테나를 포함하는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일 뿐 UWB 안테나 장치(600)는 제2 무지향성 안테나(130) 또는 제3 무지향성 안테나(140)를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에 있어서, UWB 안테나 장치(600)는 도 7b에 도시된 바와 같이, 도 2의 제1 무지향성 안테나(120)에 포함된 방사체(128)와 배치방향이 반대인 방사체(628)가 배치되는 무지향성 안테나(630)를 포함할 수도 있다.

일 실시예에 있어서, 도 7a 및 도 7b에 도시된 UWB 안테나 장치(600)는 자동차 키(Key) 또는 스마트 태그(Tag)에 장착되어 도 2에 도시된 UWB 안테나 장치(100)가 탑재된 자동차나 스마트 폰에게 자신의 식별정보를 송신할 수 있다. 이러한 식별정보의 송신을 통해 자동차 키나 스마트 태그의 위치가 도 2에 도시된 UWB 안테나 장치(100)에 의해 정확하게 추적될 수 있다.

도8a에는 도 7a에 도시된 UWB 안테나 장치(600)의 VSWR이 도시되어 있고, 도 8b에는 도 7b에 도시된 UWB 안테나 장치(600)의 VSWR이 도시되어 있다. 도 8a 및 도 8b에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 UWB 안테나 장치는 6GHz 내지 8.6 GHz의 주파수 대역에서 안테나 성능이 확보됨을 알 수 있다.

도 9a는 도 7a에 도시된 UWB 안테나 장치(600)의 방사패턴 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이고, 도 9b는 도 7b에 도시된 UWB 안테나 장치(600)의 방사패턴 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다. 도 9a에서 알 수 있듯이 도 7a에 도시된 UWB 안테나 장치(600)는 전반적으로 전방향성 방사패턴을 형성하지만 빔피크가 제1 방향(D1)으로 틸팅되어 제1 방향에 대한 지향성이 증가됨을 알 수 있고, 도 9b에서 알 수 있듯이 도 7b에 도시된 UWB 안테나 장치(600)는 전반적으로 전방향성 방사패턴을 형성하지만 빔피크가 제4 방향(D4)으로 틸팅되어 제4 방향에 대한 지향성이 증가됨을 알 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: UWB 안테나 장치 110: 회로기판
120: 제1 무지향성 안테나 122a: 급전패턴
124a: 제1 접지패턴 124b: 제2 접지패턴
126: 유전체 블록 126a: 제1 비아
126b: 제2 비아 128: 방사체
130: 제2 무지향성 안테나 140: 제3 무지향성 안테나

Claims

회로기판에 형성된 제1 필컷(Fill Cut) 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제1 방향인 제1 무지향성 안테나;
상기 회로기판에 형성된 제2 필컷 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제2 방향인 제2 무지향성 안테나; 및
상기 회로기판에 형성된 제3 필컷 영역 내에 형성되고, 주방사 방향이 제3 방향인 제3 무지향성 안테나를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 무지향성 안테나는,
상기 회로기판 상에 형성된 급전패턴;
상기 회로기판 상에 형성된 제1 및 제2 접지패턴;
상기 제1 접지패턴, 상기 제2 접지패턴, 및 상기 급전패턴 상에 배치되고, 상기 급전패턴에 연결되는 제1 비아(Via) 및 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에 연결되는 제2 비아가 형성된 유전체 블록; 및
상기 제1 비아를 통해 상기 급전패턴에 전기적으로 연결되는 제1 방사체, 상기 제2 비아를 통해 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에만 연결되는 제2 방사체, 및 상기 제1 및 제2 방사체를 연결시키는 제3 방사체가 "ㄷ"자 형상으로 연결되어 구성된 방사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 방사체는 상기 유전체 블록 상에 서로 평행하게 배치되고, 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체의 일측과 상기 제2 방사체의 일측을 연결시키며, 상기 제1 내지 제3 방사체의 연결을 통해 상기 제3 방사체와 마주보는 측에 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 접지패턴과 상기 제2 접지패턴은 상기 급전패턴을 기준으로 서로 마주보도록 배치된 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 무지향성 안테나는 상기 제1 무지향성 안테나의 빔피크를 틸팅시켜 상기 주방사 방향이 상기 제1 방향이 되도록 하고, 상기 제2 무지향성 안테나는 상기 제2 무지향성 안테나의 빔피크를 틸팅시켜 상기 주방사 방향이 상기 제2 방향이 되도록 하며, 상기 제3 무지향성 안테나는 상기 제3 무지향성 안테나의 빔피크를 틸팅시켜 상기 주방사 방향이 상기 제3 방향이 되도록 하며, 상기 제1 내지 제3방향은 서로 다른 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 비아는 상기 제1 방사체의 중심부에 전기적으로 연결되고,
상기 제2 비아는 상기 제2 방사체의 타측 끝에서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 주방사 방향은 상기 유전체 블록의 중심에서 상기 제2 방사체와 상기 제3 방사체가 연결된 지점을 향하는 방향인 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 회로기판은 사각형 형상의 플레이트이고,
상기 제1 내지 제3 무지향성 안테나는 상기 제1 및 제2 방사체가 상기 회로기판의 변들 중 각 무지향성 안테나에 대응되는 변에 평행하도록 배치되며,
상기 제1 방사체와 각 대응변 사이의 길이는 상기 제2 방사체와 각 대응변 사이의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 무지향성 안테나 및 상기 제3 무지향성 안테나는 상기 회로기판 상에서 상기 제1 무지향성 안테나를 사이에 두고 서로 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 UWB 안테나 장치는 자동차 또는 휴대용 단말기에 탑재되어 자동차 키(Key) 또는 스마트 태그(Tag)의 위치추적을 위해 상기 자동차 키 또는 상기 스마트 태그로부터 전송되는 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
필컷(Fill Cut) 영역이 형성된 회로기판: 및
상기 필컷 영역 내에 형성된 무지향성 안테나를 포함하고,
상기 무지향성 안테나는
상기 무지향성 안테나에 급전신호를 공급하는 급전패턴;
상기 회로기판 상에 형성된 제1 접지패턴;
상기 회로기판 상에 형성되고, 상기 급전패턴을 기준으로 상기 제1 접지패턴과 마주보도록 배치된 제2 접지패턴;
상기 제1 접지패턴, 상기 제2 접지패턴, 및 상기 급전패턴 상에 배치되고, 상기 급전패턴에 연결되는 제1 비아(Via) 및 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에 연결되는 제2 비아가 형성된 유전체 블록; 및
상기 제1 비아를 통해 상기 급전패턴에 전기적으로 연결되는 제1 방사체, 상기 제2 비아를 통해 상기 제1 및 제2 접지패턴 중 어느 하나에 선택적으로 연결되는 제2 방사체, 및 상기 제1 및 제2 방사체를 연결시키는 제3 방사체가 "ㄷ"자 형상으로 연결되어 구성된 방사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 방사체는 상기 유전체 블록 상에 서로 평행하게 배치되고, 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체의 일측과 상기 제2 방사체의 일측을 연결시키며, 상기 제1 내지 제3 방사체의 연결을 통해 상기 제3 방사체와 마주보는 측에 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 비아는 상기 제1 방사체의 중심부에 전기적으로 연결되고,
상기 제2 비아는 상기 제2 방사체의 타측 끝에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.
제10항에 있어서,
상기 필컷영역의 면적은 상기 회로기판의 면적 대비 0.1% 이상 5% 이하인 것을 특징으로 하는 UWB 안테나 장치.