KR20220158380A - 초소형 uwb 안테나 장치 - Google Patents

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KR20220158380A
KR20220158380A KR1020210066084A KR20210066084A KR20220158380A KR 20220158380 A KR20220158380 A KR 20220158380A KR 1020210066084 A KR1020210066084 A KR 1020210066084A KR 20210066084 A KR20210066084 A KR 20210066084A KR 20220158380 A KR20220158380 A KR 20220158380A
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엘에스엠트론 주식회사
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Abstract

안테나 크기의 증가 없이도 주파수 대역을 확장 시킬 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 초소형 UWB 안테나 장치는, 비전도성 플레이트 상에 도전층이 적층되어 형성되고, 상기 도전층 중 일부를 제거하여 형성된 안테나 영역을 포함하는 회로기판; 상기 안테나 영역 상에 형성되고 제1 주파수 대역에서 신호를 송수신하는 안테나; 및 상기 안테나 영역 상에 형성되고, 상기 안테나에 전기적으로 연결되어 상기 안테나의 제1 주파수 대역 범위를 제2 주파수 대역 범위로 확장시키는 복수개의 스트립 라인(Strip Line)을 포함하고, 상기 안테나는 상기 회로기판의 표면에 대해 수직 방향으로 형성되어 전류를 급전하는 커넥터 핀; 중공 원기둥 형상으로 형성되고, 상단 내주면에 상기 커넥터 핀이 전기적으로 접촉되어 상기 커넥터 핀으로부터 급전되는 전류에 의해 전파를 방사하는 방사체; 상기 방사체의 하단에 배치되고, 상기 커넥터 핀 및 상기 방사체를 지지하는 커넥터 핀 가이드; 및 상기 커넥터 핀을 상기 복수개의 스트립 라인 중 적어도 하나에 전기적으로 연결시키는 급전라인을 포함할 수 있다.

Description

초소형 UWB 안테나 장치{Compact Antenna Device Having Ultra Wide Band}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 UWB 안테나 장치에 관한 것이다.
UWB(Ultra Wide Band, 초광대역) 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 간섭을 방지하기 위해 신호의 에너지를 수 GHz 주파수 대역에 걸쳐 분산시켜 신호를 송신함으로써 다른 협대역 신호에 간섭을 주지 않고 주파수에 크게 구애받지 않으며 통신을 할 수 있으며, 노이즈에 매우 강하며 데이터 전송률이 높고, 전력 소모량이 작고 발송 출력이 작은 장점이 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.
대한민국 등록특허 제10-1803024호(이하, 선행문헌 1이라 함)에 일반적인 초광대역 안테나가 개시되어 있다. 선행문헌1에서 제시된 초광대역 안테나의 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1에서 알 수 있듯이, 선행문헌1의 초광대역 안테나(100)는 초광대역 안테나(100)에서 요구되는 유효 안테나 길이를 확보하기 위하여 기판(110)이 24mm(W)*36mm(L)로 크기로 형성되는 것으로 도시하고 있어, 초광대역 안테나(100)의 소형화가 어렵다는 한계가 있다.
특히, 최근 전자제품들의 소형화 추세에 따라 해당 전자제품에 적용되는UWB 안테나 또한 소형화가 요구된다는 점을 감안할 때, 선행문헌1에 제시된 UWB 안테나 장치와 같이 소형화가 어려운 기존의 UWB 안테나 장치의 적용에는 한계가 있을 수 밖에 없다.
또한, UWB 안테나의 소형화가 이루어지더라도 커버 가능한 주파수 대역이 제한될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-1803024호(발명의 명칭: 이중 대역저지 특성을 가지는 초광대역 안테나, 2017년 11월 23일 등록)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 안테나 크기의 증가 없이도 주파수 대역을 확장 시킬 수 있는 초소형 UWB 안테나 장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 무지향성을 갖는 초소형 UWB 안테나 장치를 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명에 따르면 주파수 대역 확장을 위해 서로 상이한 폭을 갖도록 형성된 스트립 라인들을 갖는 초소형 UWB 안테나 장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 방사체와 커넥터 핀간의 간격을 조절함으로써 커플링(Coupling)양을 조절할 수 있는 초소형 UWB안테나 장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 초소형 UWB 안테나 장치는, 비전도성 플레이트 상에 도전층이 적층되어 형성되고, 상기 도전층 중 일부를 제거하여 형성된 안테나 영역을 포함하는 회로기판; 상기 안테나 영역 상에 형성되고 미리 정해진 제1 주파수 대역에서 신호를 송수신하는 안테나; 및 상기 안테나 영역 상에 형성되고, 상기 안테나에 전기적으로 연결되어 상기 안테나의 주파수 대역을 제2 주파수 대역 범위로 확장시키는 복수개의 스트립 라인(Strip Line)을 포함하고, 상기 안테나는 상기 회로기판의 표면에 대해 수직 방향으로 형성되어 전류를 급전하는 커넥터 핀; 중공 원기둥 형상으로 형성되고, 상단 내주면에 상기 커넥터 핀이 전기적으로 접촉되어 상기 커넥터 핀으로부터 급전되는 전류에 의해 전파를 방사하는 방사체; 상기 방사체의 하단에 배치되고, 상기 커넥터 핀 및 상기 방사체를 지지하는 커넥터 핀 가이드; 및 상기 커넥터 핀을 상기 복수개의 스트립 라인 중 적어도 하나에 전기적으로 연결시키는 급전라인을 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수개의 스트립 라인은 상기 복수개의 스트립 라인에 대응되는 도전층을 제외한 부분을 제거하여 형성된 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 스트립 라인은 서로 다른 저항값을 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다. 예컨대, 각 복수개의 스트립 라인의 저항값은 상기 안테나로 급전신호를 인가하는 급전모듈에 인접한 스트립 라인으로부터 상기 안테나에 인접한 스트립 라인으로 갈수록 그 값이 증가할 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 상기 복수개의 스트립 라인은 서로 다른 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 복수개의 스트립 라인은 제1 내지 제4 스트립 라인을 포함하고, 제1 스트립 라인은 45Ω의 저항값을 갖도록 형성되고, 제2 스트립 라인은 60Ω의 저항값을 갖도록 형성되며, 제3 스트립 라인은 75Ω의 저항값을 갖도록 형성되고, 제4 스트립 라인은 100Ω의 저항값을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 스트립 라인은 제1 내지 제4 스트립 라인을 포함하고, 제1 스트립 라인의 일단은 급전신호를 인가하는 급전모듈에 전기적으로 연결되고 타단은 상기 회로기판의 장변 방향인 제1 방향으로 연장되도록 형성되고, 제2 스트립 라인의 일단은 상기 제1 스트립 라인의 타단에 전기적으로 연결되고 상기 제2 스트립 라인의 타단은 상기 회로기판의 단변 방향인 제2 방향으로 연장되도록 형성되며, 제3 스트립 라인의 일단은 상기 제2 스트립 라인의 타단에 전기적으로 연결되고 상기 제3 스트립 라인의 타단은 상기 제1 방향으로 연장되도록 형성되며 상기 제4 스트립 라인의 일단은 상기 제3 스트립 라인의 타단에 전기적으로 연결되고 상기 제4 스트립 라인의 타단은 상기 제1 방향으로 연장되어 상기 안테나에 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 스트립 라인은 상기 제2 방향으로 제1 폭을 갖도록 형성되고, 상기 제2 스트립 라인은 상기 제1 방향으로 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 갖도록 형성되며, 상기 제3 스트립 라인은 상기 제2 방향으로 상기 제2 폭보다 좁은 제3 폭을 갖도록 형성되고, 상기 제4 스트립 라인은 상기 제2 방향으로 상기 제3 폭보다 좁은 제4 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 커넥터 핀은, 원형으로 형성되고, 외주면이 상기 방사체의 내주면에 접촉되도록 형성된 접촉 플레이트; 및 상기 접촉 플레이트의 하면에서 상기 커넥터 핀 가이드 방향으로 연장되어 형성된 접촉핀을 포함하고, 상기 접촉핀은 상기 커넥터 핀 가이드를 관통하여 상기 급전라인에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 접촉핀과 상기 방사체 내주면 사이의 거리에 따라 커플링(Coupling)양이 조절될 수 있다.
상기 커넥터 핀 가이드는, 상기 방사체의 하단 내주면에 접촉하도록 배치되어 상기 방사체의 좌우 방향으로 이동을 제한하는 제한부재; 상기 제한부재의 하부에 배치되어 상기 방사체가 안착되는 안착면을 갖는 지지부재를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 따를 때, 상기 제한부재와 상기 지지부재에는 상기 커넥터 핀 가이드가 관통하는 관통홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 커넥터 핀 가이드는 유전체로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나 크기의 증가 없이도 스트립 라인으로UWB 주파수 대역을 확장시킬 수 있기 때문에, 넓은 주파수 대역의 확보를 통한 통신성능의 향상은 물론 안테나 장치의 소형화를 통한 전자제품의 소형화를 통해 제조비용을 절감시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 넓은 주파수 대역을 갖는 무지향성 안테나 장치를 구현할 수 있기 때문에 음영지역을 최소화할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 스트립 라인들이 서로 상이한 폭을 갖도록 스트립 라인을 형성함으로써 넓은 주파수 대역의 확보가 가능하도록 임피던스 매칭이 가능해질 뿐만 아니라 안테나의 반사손실이 우수해 진다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 방사체와 커넥터 핀간의 간격을 조절함으로써 커플링(Coupling)양을 조절할 수 있기 때문에 공진 주파수를 용이하게 변경할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 초광대역 안테나의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 UWB 안테나 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 안테나의 분해 사시도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 안테나를 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4b 도 1에 도시된 안테나 영역의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 방사하는 전파의 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 각 주파수 대역 별 효율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 각 주파수 대역 별 게인을 보여주는 표이다.
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 일 실시예에 따른 초소형 UWB 안테나 장치(100)를 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 초소형 UWB 안테나 장치(100)는 초광대역(Ultra Wide Band: UWB)을 구현하여 넓은 대역폭을 확보할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 초소형 UWB 안테나 장치(100)는 주파수 대역의 확장을 통해 보다 넓은 주파수 대역에서 무지향 특성의 방사패턴을 가지는 전파를 방사할 수 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 초소형 UWB 안테나 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 회로기판(110), 안테나(120), 및 복수개의 스트립 라인(130a~130d)을 포함한다.
회로기판(110)은 비전도성 플레이트(110a) 상에 도전층(110b)이 적층되어 형성된 것으로서, 안테나(120) 및 복수개의 스트립 라인(130)이 배치된다. 일 실시예에 있어서, 안테나(120) 및 복수개의 스트립 라인(130)은 회로기판(110) 상에 형성된 안테나 영역(112) 내에 배치될 수 있다.
이때, 안테나 영역(112)은 회로기판(110)을 구성하는 도전층(110b) 중 일부를 제거함에 의해 형성될 수 있다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 안테나 영역(112)이 사각형 형상인 것으로 설명하였지만, 이는 하나의 예일 뿐 안테나(120) 및 복수개의 스트립 라인(130)의 배치가 가능하다면 안테나 영역(112)의 크기나 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 회로기판(110)은 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있다.
안테나(120)는 회로기판(110)상에 마련된 안테나 영역(112) 상에 형성되고, 미리 정해진 제1주파수 대역에서 신호를 송수신한다. 일 실시예에 있어서, 초광대역 구현을 위해 안테나(120)의 제1 주파수 대역 범위는 6GHz 내지 7GHz일 수 있고, 제1 주파수 대역 범위가 복수개의 스트립 라인(130)에 의해 제2 주파수 대역 범위로 확장됨으로써, 안테나(120)는 제2 주파수 대역 범위에서 신호를 송수신할 수 있게 된다. 일 실시예에 있어서, 안테나 영역은 10mm*10mm일수 있고, 방사체의 지름은 5mm이고, 방사체의 두께는 3mm로 종래의 UWB 안테나(24mm(W)*36mm(L))에 비하여 초소형으로 구성할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 안테나(120)의 구성을 도 2 내지 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 사시도이고, 도 4a는 도 2에 도시된 안테나를 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(120)는 커넥터핀(210), 방사체(220), 및 커넥터 핀 가이드(230)를 포함한다.
커넥터 핀(210)은 회로기판(110)의 표면에 대해 수직 방향으로 형성되어 방사체(220)로 전류를 급전한다. 커넥터 핀(210)은 회로기판(110) 상에서 커넥터 핀 가이드(230)의 하부에 배치되는 급전라인(도 4b의 400)를 통해 복수개의 스트립 라인(130)들 중 적어도 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터 핀(210)은 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 접촉 플레이트(212) 및 접촉핀(214)로 구성될 수 있다.
접촉 플레이트(212)는 원형으로 형성되어 외주면(212a)이 방사체(220)의 내주면(220a)에 접촉되도록 형성된다. 구체적으로, 도 3 에 도시된 바와 같이, 접촉 플레이트는(212)는 접촉 플레이트(212)의 지름(r1)이 방사체(220)의 내주면 지름(r2)과 동일한 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 접촉 플레이트(212)의 외주면(212a)이 방사체(220)의 내주면(220a)에 접촉하게 됨으로써 커넥터 핀(210)으로부터 방사체(220)로 전류가 공급된다.
접촉핀(214)은 접촉 플레이트(212)의 하면 중심에서 커넥터 핀 가이드(230) 방향으로 연장되어 형성된다. 접촉핀(214)은 회로기판(110) 상에서 커넥터 핀 가이드(230)의 하부에 배치되는 급전라인(도 4b의 400)에 전기적으로 연결된다.
방사체(220)는 그 내부에 접촉핀(214)이 수용될 수 있도록 중공 원기둥 형상으로 형성된다. 방사체(220)는 커넥터 핀(120)의 접촉 플레이트(212)가 상단 내주면(220a)에 전기적으로 접촉됨으로써 커넥터 핀(120)으로부터 전류가 급전되어 전파를 방사한다.
이러한 실시예에 따르는 경우 방사체(220)의 내주면(220a)과 방사체(220) 내부에 수용되는 접촉핀(214) 사이의 거리(L1)에 따라 커플링(Coupling)양이 조절될 수 있다. 일 예로, 커플링양의 증가가 요구되는 경우 안테나(120) 제조시 방사체(220)의 내주면(220a)과 접촉핀(214) 사이의 거리(L1)가 감소되도록 안테나(120)가 형성될 수 있고, 커플링양의 감소가 요구되는 경우 방사체(220의) 내주면(220a)과 접촉핀(214) 사이의 거리(L1)가 증가되도록 안테나(120)가 형성될 수 있다.
한편, 방사체(220)의 내부에는 커넥터 핀 가이드(230) 중 일부가 수용될 수도 있다. 구체적으로, 중공 원기둥 형상으로 형성된 방사체(220)의 하단 내부에 커넥터 핀 가이드(230)의 일부가 수용될 수 있다.
커넥터 핀 가이드(230)는 방사체(220)의 하단에 배치되고, 커넥터 핀(210) 및 방사체(220)를 지지한다. 이를 위해, 커넥터 핀 가이드(230)는 제한부재(232) 및 지지부재(234)를 포함할 수 있다.
제한부재(232)는 방사체(220)의 하단 내주면(220a)에 접촉하도록 배치되어 방사체(220)의 좌우 방향으로 이동을 제한한다. 일 실시예에 있어서, 제한부재(232)는 원형 형상으로 형성되어 그 외주면(232a)이 방사체(220)의 내주면(220a)에 접촉되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제한부재(232)는 제한부재(232)의 지름(r3)이 방사체(220)의 내주면 지름(r2)과 동일한 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 방사체(220)의 내주면(220a)이 제한부재(232a)의 외주면에 접촉되어 지지됨에 의해 방사체(220)의 좌우이동이 제한된다.
지지부재(234)는 제한부재(232)의 하면에 접촉하도록 배치되고, 방사체(220)가 안착되는 안착면(234a)을 포함한다. 안착면(234a) 상에 방사체(220)의 하단이 안착됨으로써 방사체(220)가 지지될 수 있다.
한편, 제한부재(232)와 지지부재(234)에는 접촉핀(214)이 관통하는 관통홀(236)이 형성되어 있다. 이러한 관통홀(236)을 통해 접촉핀(214)이 커넥터 핀 가이드(230)를 관통하여 회로기판(110) 상에서 지지부재(234) 하면에 배치되는 급전라인(도 4b의 400)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제한부재(232) 및 지지부재(234)는 유전체로 형성될 수 있다. 제한부재(232) 및 지지부재(234)가 유전체로 형성됨에 따라 방사체(220)의 내주면(220a)과 접촉핀(214) 사이에 배치되는 제한부재(232)로 인해 접촉핀(214)과 방사체(220)사이에 커패시턴스 성분이 증가됨으로써 공진주파수 대역이 높아질 수 있게 된다.
다시 도 2를 참조하면, 복수개의 스트립 라인(130)은 회로기판(110)상에 마련된 안테나 영역(110a) 상에 형성되고, 안테나(120)에 전기적으로 연결되어 안테나(120)의 주파수 대역인 제1 주파수 대역 범위를 제2 주파수 대역 범위로 확장시킨다.
본 발명에 따른 초소형 UWB 안테나 장치(100)가 복수개의 스트립 라인들(130)을 통해 안테나(120)의 주파수 대역 범위를 제2 주파수 대역 범위로 확장시키는 이유는, 안테나(120)가 실장되는 전자제품들이 소형화됨에 따라 해당 전자제품에 적용되는 안테나(120) 또한 소형화 되어야 하는데, 안테나(120)가 소형화됨에 따라 커버 가능한 주파수 대역이 제한될 수 있어, 안테나(120)의 크기 증가 없이도 주파수 대역을 확장시키기 위한 것이다.
일 실시예에 있어서, 제2 주파수 대역 범위는 6GHz 내지 8GHz일 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 복수개의 스트립 라인(130)을 통해 안테나(120)의 주파수 대역이 8GHz까지 확장됨으로써 보다 넓은 주파수 범위에서 통신 서비스를 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 복수개의 스트립 라인(130)은, 안테나 영역(110a) 형성을 위해 회로기판(110)의 도전층(110b)의 일부를 제거할 때, 안테나 영역(110a) 내에서 도전층(110b) 중 복수개의 스트립 라인(130)에 대응되는 영역을 제외한 부분을 제거함에 의해 형성될 수 있다.
하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 도전성 물질을 이용하여 안테나 영역(110a) 내에서 회로기판(110) 상에 복수개의 스트립 라인(130)을 직접 형성할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에 따른 각 스트립 라인(130)은 서로 다른 저항값을 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 각 스트립 라인(130)들의 저항값은 확장이 요구되는 주파수 대역에 따라 결정될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 각 스트립 라인(130)이 서로 다른 폭을 갖도록 형성함으로써 각 스트립 라인(130)들이 서로 다른 저항값을 갖도록 할 수 있다.
이하, 도 4b를 참조하여 본 발명에 따른 복수개의 스트립 라인에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4b는 안테나 영역 내에 형성되는 복수개의 스트립 라인의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복수개의 스트립 라인(130)은 제1 내지 제4 스트립 라인(130a~130d)을 포함할 수 있다. 도 4b에서는 설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 안테나 장치(100)가 4개의 스트립 라인(130a~130d)을 포함하는 것으로 도시하였지만, 스트립 라인(130)의 개수는 확장이 요구되는 주파수 대역에 따라 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스트립 라인(130a~130d)은 서로 다른 저항값을 갖도록 형성될 수 있고, 이를 위해 각 스트립 라인(130)이 서로 다른 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 스트립 라인(130a~130d)들 중 안테나(110)로 급전신호를 인가하는 급전모듈에 인접한 스트립 라인(130a)으로부터 안테나(120)에 인접한 스트립 라인(130d)측으로 갈수록 저항값이 순차적으로 증가하도록 각 스트립 라인(130a~130d)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 급전모듈에 인접한 제1 스트립 라인(130a)으로부터 안테나(120)에 인접한 제4 스트립 라인(130d)측으로 갈수록 그 폭이 감소하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 제1 스트립 라인(130a)으로부터 제4 스트립 라인(130d)측으로 갈수록 스트립 라인의 폭이 감소하도록 스트립 라인(130a~103d)을 형성함으로써, 넓은 주파수 대역의 확보가 가능하도록 확장 대상이 되는 각 주파수 대역 별로 임피던스 매칭이 가능해지고, 반사손실이 우수해 지게 된다. 즉, 제1 스트립 라인(130a)은 6GHz~6.5 GHz 대역대의, 제2 스트립 라인(130b)은 6.5 GHz~7 GHz대역대의, 제3 스트립 라인(130c)은 7 GHz~7.50 GHz대역대의, 제4 스트립 라인(130d)은 7.50 GHz~8 GHz대역대의 임피던스 매칭을 하게 된다.
즉, 제1 스트립 라인(130a)은 제1 저항값을 갖도록 형성되고, 제2 스트립 라인(130b)은 제1 저항값 보다 큰 제2 저항값을 갖도록 형성되며, 제3 스트립 라인(130c)은 제2 저항값보다 큰 제3 저항값을 갖도록 형성되고, 제4 스트립 라인(130d)은 제3 저항값 보다 큰 제4 저항값을 갖도록 형성될 수 있다.
예컨대, 제1 스트립 라인(130a)은 45Ω의 저항값을 갖도록 형성되고, 제2 스트립 라인(130b)은 60Ω의 저항값을 갖도록 형성되며, 제3 스트립 라인(130c)은 75Ω의 저항값을 갖도록 형성되고, 제4 스트립 라인(130d)은 100Ω의 저항값을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 4개의 스트립 라인(130a~130d)은 서로 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 스트립 라인(130a)의 일단은 급전신호를 인가하는 급전모듈(미도시)에 전기적으로 연결되고 타단은 회로기판(110)의 장변 방향인 제1 방향(D1)으로 연장되도록 형성되고, 제2 스트립 라인(130b)의 일단은 제1 스트립 라인(130a)의 타단에 전기적으로 연결되고 제2 스트립 라인(130b)의 타단은 회로기판(110)의 단변 방향인 제2 방향(D2)으로 연장되도록 형성된다.
또한, 제3 스트립 라인(130c)의 일단은 제2 스트립 라인(130b)의 타단에 전기적으로 연결되고 제3 스트립 라인(130b)의 타단은 제1 방향(D1)으로 연장되도록 형성되며, 제4 스트립 라인(130d)의 일단은 제3 스트립 라인(130c)의 타단에 전기적으로 연결되고 제4 스트립 라인(130d)의 타단은 제1 방향(D1)으로 연장되어 안테나(120)에 전기적으로 연결되도록 형성된다.
이에 따라, 제1 스트립 라인(130a)은 제2 방향(D2)으로 제1 폭(W1)을 갖도록 형성되고, 제2 스트립 라인(130b)은 제1 방향(D1)으로 제1 폭(W1)보다 좁은 제2 폭(W2)을 갖도록 형성되며, 제3 스트립 라인(130c)은 제2 방향(D2)으로 제2 폭(W2)보다 좁은 제3 폭(W3)을 갖도록 형성되고, 제4 스트립 라인(130d)은 제2 방향(D2)으로 제3 폭(W3)보다 좁은 제4 폭(W4)을 갖도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 스트립 라인(130a)의 타단과 제2 스트립 라인(130b)의 일단은 서로 직각이 되도록 연결되고, 제2 스트립 라인(130b)의 타단과 제3 스트립 라인(130c)의 일단은 서로 직각이 되도록 연결되며, 제3 스트립 라인(130c)의 타단과 제4 스트립 라인(130d)의 일단은 서로 직각이 되도록 연결될 수 있다. 이는 각 스트립 라인(130a~130d)들이 서로 직각 형태로 연결되는 경우, 직각부분에서 전기장(Electric Field)가 많이 형성되어 안테나 성능이 향상될 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(120)에 의해 방사되는 전파의 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 일 실시예에 따른 안테나(120)는 복수개의 스트립 라인들(130a~130d)에 의해 주파수 대역이 확장됨으로써 6GHz 내지 8GHz의 넓은 주파수 대역폭을 가지게 됨을 알 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 안테나(120)가 방사하는 전파의 전압 정재파비는 도 6에 도시된 바와 같이 측정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(120)의 방사패턴은 6GHz 내지 8GHz 주파수 대역에서 전파의 방사패턴이 무지향 특성으로 나타날 수 있고, 각 주파수 대역 별 이득은 도 7에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이 주파수 대역이 6.0GHz(6000MHz)일 때 게인은 -2.03dBi이고, 주파수 대역이 6.5GHz(6500MHz)일 때 게인은 -1.89dBi이며, 주파수 대역이 7.0GHz(7000MHz)일 때 게인은 -1.66dBi이고, 주파수 대역이 7.5GHz(7500MHz)일 때 게인은 -1.84dBi이며, 주파수 대역이 8.0GHz(8000MHz)일 때 게인은 -1.42dBi 임을 알 수 있다.
한편, 도 2에 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 초소형 UWB 안테나 장치(100)의 경우, 안테나(120)로 전류를 공급하기 위한 급전라인(도 4b의 400) 및 급전모듈이 회로기판(110) 상에 추가로 설치될 수 있다.
이때, 급전라인(도 4b의 400)은 회로기판(110) 상에서 커넥터 핀 가이드(230)의 하면, 보다 구체적으로 지지부재(234)의 하면에 배치된다. 급전라인(도 4b의 400)의 일단은 관통홀(236)을 통해 커넥터 핀 가이드(230)를 관통하는 접촉핀(214)에 전기적으로 연결되고, 타단은 복수개의 스트립 라인(130a~130d)들 중 하나, 예컨대 제4 스트립 라인(130d)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 급전모듈은 회로기판(110) 상에서 안테나 영역(110a)을 제외한 영역에 설치되고, 복수개의 스트립 라인(130a~130d)과 급전라인(도 4b의 400)을 통해 커넥터 핀(210)으로 전류를 공급한다. 이를 위해 급전모듈은 전원공급장치(미도시)에 연결된다. 일 실시예에 있어서, 급전모듈은 별도의 연결라인(미도시)을 통해 복수개의 스트립 라인(130a~130d)들 중 어느 하나, 예컨대 제1 스트립 라인(130a)의 일단에 연결될 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: 초소형 UWB 안테나 장치 110: 회로기판
120: 안테나 130: 스트립 라인
210: 커넥터 핀 220: 방사체
230: 커넥터 핀 가이드

Claims (11)

  1. 비전도성 플레이트 상에 도전층이 적층되어 형성되고, 상기 도전층 중 일부를 제거하여 형성된 안테나 영역을 포함하는 회로기판;
    상기 안테나 영역 상에 형성되고 제1 주파수 대역 범위에서 신호를 송수신하는 안테나; 및
    상기 안테나 영역 상에 형성되고, 상기 안테나에 전기적으로 연결되어 상기 안테나의 상기 제1 주파수 대역 범위를 제2 주파수 대역 범위로 확장시키는 복수개의 스트립 라인(Strip Line)을 포함하고,
    상기 안테나는
    상기 회로기판의 표면에 대해 수직 방향으로 형성되어 전류를 급전하는 커넥터 핀;
    중공 원기둥 형상으로 형성되고, 상단 내주면에 상기 커넥터 핀이 전기적으로 접촉되어 상기 커넥터 핀으로부터 급전되는 전류에 의해 전파를 방사하는 방사체;
    상기 방사체의 하단에 배치되고, 상기 커넥터 핀 및 상기 방사체를 지지하는 커넥터 핀 가이드; 및
    상기 커넥터 핀을 상기 복수개의 스트립 라인 중 적어도 하나에 전기적으로 연결시키는 급전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 스트립 라인은 상기 안테나 영역 내에서 상기 복수개의 스트립 라인에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역의 도전층을 제거하여 형성된 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 스트립 라인은 서로 다른 저항값을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    각 복수개의 스트립 라인의 저항값은 상기 안테나로 급전신호를 인가하는 급전모듈에 인접한 스트립 라인으로부터 상기 안테나에 인접한 스트립 라인으로 갈수록 그 값이 증가하는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 스트립 라인은 서로 다른 폭을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 스트립 라인은 제1 내지 제4 스트립 라인을 포함하고,
    제1 스트립 라인의 일단은 급전신호를 인가하는 급전모듈에 전기적으로 연결되고 타단은 상기 회로기판의 제1 방향으로 연장되도록 형성되고,
    제2 스트립 라인의 일단은 상기 제1 스트립 라인의 타단에 전기적으로 연결되고 상기 제2 스트립 라인의 타단은 상기 제1스트립 라인에 대해 수직한 방향인 제2 방향으로 연장되도록 형성되며,
    제3 스트립 라인의 일단은 상기 제2 스트립 라인의 타단에 전기적으로 연결되고 상기 제3 스트립 라인의 타단은 상기 제2스트립 라인에 대해 수직한 상기 제1 방향으로 연장되도록 형성되며
    상기 제4 스트립 라인의 일단은 상기 제3 스트립 라인의 타단에 전기적으로 연결되고 상기 제4 스트립 라인의 타단은 상기 제1스트립 라인에 대해 수직한 상기 제2 방향으로 연장되어 상기 안테나에 전기적으로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스트립 라인은 상기 제2 방향으로 제1 폭을 갖도록 형성되고, 상기 제2 스트립 라인은 상기 제1 방향으로 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 갖도록 형성되며, 상기 제3 스트립 라인은 상기 제2 방향으로 상기 제2 폭보다 좁은 제3 폭을 갖도록 형성되고, 상기 제4 스트립 라인은 상기 제2 방향으로 상기 제3 폭보다 좁은 제4 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터 핀은,
    원형으로 형성되고, 외주면이 상기 방사체의 내주면에 접촉되도록 형성된 접촉 플레이트; 및
    상기 접촉 플레이트의 하면에서 상기 커넥터 핀 가이드 방향으로 연장되어 형성된 접촉핀을 포함하고,
    상기 접촉핀은 상기 커넥터 핀 가이드를 관통하여 상기 급전라인에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접촉핀과 상기 방사체 내주면 사이의 거리에 따라 커플링(Coupling)양이 조절되는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터 핀 가이드는,
    상기 방사체의 하단 내주면에 접촉하도록 배치되어 상기 방사체의 좌우 방향으로 이동을 제한하는 제한부재;
    상기 제한부재의 하부에 배치되어 상기 방사체가 안착되는 안착면을 갖는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제한부재와 상기 지지부재에는 상기 커넥터 핀이 관통하는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 UWB 안테나 장치.
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