KR20240019874A - 접합 글라스 안테나 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 접합 글라스 안테나 구조에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 있어서 접합 글라스 안테나 구조는 실내와 마주하도록 구성되는 제 1면과 상단의 제 2면을 포함하는 하단 글라스, 하단 글라스와 인접한 제 3면을 포함하는 상단 글라스, 상기 상단 글라스와 상기 하단 글라스 사이에 위치하는 접합필름 및 제 1면에 형성되는 접지면을 기준으로 제 2면 및 제 3면에 형성되는 다수의 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛을 포함한다.
Description
본 발명은 접합 글라스 안테나 구조에 관한 것으로, 더 바람직하게, 다수의 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함한 상태에서 반사계수, 효율, 이득을 고려한 인쇄형 안테나 유닛을 포함하는 접합 글라스에 관한 것이다.
최근 우리나라는 2인 1 자동차 시대라고 할 만큼 자동차 수요가 폭발적으로 늘어나는 추세이다. 이렇게 자동차 수요가 늘어나고 실제 자동차 보유 대수가 증가함에 따라 교통사고도 비례하여 증가하고 있다.
그런데 이러한 교통 사고의 주요 원인으로 운전자의 부주의가 꼽히고 있으며, 운전자의 부주의로 인한 교통 사고를 줄일 수 있는 방안으로 WAVE(Wireless Access In Vehicular Environments) 통신이 대두되고 있다. WAVE는 차세대 차량용 통신 환경으로써 차량 간 고속통신(V2V)와 차량-인프라간의 통신(V2I)의 매우 중요한 요소이다.
더욱이, 최근 차량에서 다른 차량의 주행정보, 주변의 교통정보, 보행자 정보 등의 많은 양의 데이터를 수집하여 주행환경을 향상시키는 용도로 5G 통신 기술이 각광받고 있다. 이때, 통신을 위한 안테나를 차량에 장착하는 경우 탑재를 위한 추가적인 공간을 최소화하고 심미성을 유지하기 위해 차량 유리에 안테나 패턴을 인쇄하는 글라스 안테나 기술이 사용되고 있다. 하지만 현재 글라스 안테나는 AM 및 FM 수신용으로 설계되어 5G 대역을 위한 새로운 안테나 설계 기술이 필요하다.
이러한 WAVE 통신 기술을 차량에 적용하기 위한 실험이나, 고속도로 환경에서 버스 등의 대형차에 구현하기 위한 실험 등이 활발하게 이루어지고 있다. 또한 이러한 WAVE는 일반적인 승용차에 설치되어 있는 샤크 안테나에 의해서도 구현이 가능하나, 차량 외부에 설치되므로 설치 작업이 어렵고 설치 구조 가 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 상단 글라스와 하단 글라스 사이 일부에 위치하는 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛의 최적화된 사이즈를 포함하는 접합 글라스 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 접합 글라스 안테나 구조에 관한 것으로, 실내와 마주하도록 구성되는 제 1면과 상단의 제 2면을 포함하는 하단 글라스; 하단 글라스와 인접한 제 3면을 포함하는 상단 글라스; 상기 상단 글라스와 상기 하단 글라스 사이에 위치하는 접합필름; 및 제 1면에 형성되는 접지면을 기준으로 제 2면 및 제 3면에 형성되는 다수의 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛;을 포함하는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 안테나 유닛은, 상기 상단 글라스 및 하단 글라스 외주연을 따라 형성되는 다수의 단위셀로 구성되는 패치 유닛; 상기 패치 유닛의 내측에 형성되는 소자유닛;로 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 소자유닛은, 상기 상단 글라스의 폭 방향으로 형성되는 제 1급전선로; 상기 제 1급전선로와 급전부 사이에 형성되는 제 2급전선로; 및 상기 제 1급전선로와 소정의 간격을 갖도록 이격되어 위치하는 복사소자;를 포함하는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 복사소자는 상기 제 1급전선로를 기준으로 상 하단에 일정한 간격을 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 1급전선로를 기준으로 일단에 위치하는 상기 복사소자는 서로 인접한 상기 복사소자로부터 해당 주파수의 파장과 동일한 간격을 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 1급전선로와 상기 복사소자는 해당 주파수의 0.05 파장 이하의 간격을 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 복사소자의 길이는 해당 주파수의 0.4 내지 0.6 파장의 길이를 갖고, 상기 복사소자의 폭은 해당 주파수의 0.1 파장 이하로 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 3면에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀은, 상기 안테나 유닛 중심부에 위치하는 사각 형상의 제 1패치몸체; 및 상기 제 1패치몸체의 4변을 따라 상기 제 1패치몸체 외측으로 연장되는 서로 이격된 두 개의 제 1연장부;를 포함하는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 2면에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀은, 상기 제 1패치몸체와 대응되는 형태로 구성되는 제 2패치몸체; 상기 제 2패치몸체를 형성하는 4변을 따라 연장되고, 상기 제 1패치몸체의 일변에 위치하는 두 개의 제 1연장부 사이의 간격에 대응되도록 구성되는 제 2연장부; 및 상기 제 1패치몸체의 서로 다른 두 개의 변에 구성되는 서로 인접한 상기 제 1연장부 사이에 대응되는 위치에 구성되는 제 3연장부;를 포함하여 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 마이크로스트립 패치 단위셀은 한변이 1.4 내지 1.6mm의 길이를 갖는 정사각형 형태로 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 1패치몸체 한변에 형성되는 상기 두 개의 제 1연장부 사이의 간격은 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.1배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 1패치몸체의 한변의 길이는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.46배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 1연장부의 두께는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.13배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 1연장부의 끝단과 단위셀의 끝단 사이의 간격은 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.03배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 2연장부의 두께는 상기 제 1패치몸체 한변에 형성되는 상기 제 1연장부 사이의 간격과 동일하도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 2연장부와 인접한 상기 제 3연장부 사이의 간격은 상기 제 1연장부의 두께와 동일하도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 제 3연장부의 일변의 길이는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.26배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
또한, 상기 마이크로스트립 패치는 EBG구조가 적용되는 접합 글라스 안테나 구조를 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상단 글라스와 하단 글라스의 적어도 일면에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛을 제공하여, 글라스의 일부 위치에만 구성되는 안전성이 높은 안테나 구성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 최적화된 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛을 제공하여 mmWave 대역의 안테나 방사 이득을 만족하는 안테나를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 접합 글라스의 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 접합 글라스의 사시도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 안테나 유닛을 포함하는 접합 글라스의 정면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 제 3면에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 제 2면에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛의 배열에 따른 투과계수 데이터를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 제 3면에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀에 따른 안테나 유닛의 배열에 따른 투과계수 데이터를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, EBG 소자로 구성되는 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛의 반사계수를 데이터로 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예로서, EBG 소자로 구성되는 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛의 전방향 이득을 데이터로 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 접합 글라스의 사시도를 도시하고 있다.
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도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 제 2면에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛의 배열에 따른 투과계수 데이터를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 제 3면에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀에 따른 안테나 유닛의 배열에 따른 투과계수 데이터를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예로서, EBG 소자로 구성되는 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛의 반사계수를 데이터로 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예로서, EBG 소자로 구성되는 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛의 전방향 이득을 데이터로 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...라인", "...유닛", "...글라스" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제 1, 제 2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 방향을 설명하기 위한 기재로서, 길이 방향은 도면을 기준으로 높이 방향을 기준으로 작성되었다.
또한, 본 명세서에서 '해당 주파수'는 27 ~ 29 GHz의 동작 주파수를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 패치 유닛 및 마이크로스트립 패치 단위셀은 동일한 의미를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
이하, 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 접합 글라스 안테나 구조를 포함하는 윈드실드 글라스의 측단면도를 도시하고 있으며, 도 2는 안테나 구조의 단위셀(410)을 포함하는 사시도를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 상단 글라스(200), 하단 글라스(100)를 포함하고, 상단 글라스(200)와 하단 글라스(100) 사이에는 다수의 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나 유닛(400)을 포함한다. 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나 유닛(400) 사이에 위치하는 접합필름(300)을 포함한다. 접합필름(300)은 PVP(폴리비닐 부티랄 필름)으로 구성될 수 있다. 또한, 상단 글라스(200) 및 하단 글라스(100)는 소다 석회 유리로 제조될 수 있으며, 상단 글라스(200) 및 하단 글라스(100)는 동일한 두께 또는 상이한 두께를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상단 글라스(200)는 2.0 내지 2.2mm 의 두께를 갖도록 구성될 수 있고, 하단 글라스(100)는 0.67 내지 0.74mm의 두께로 구성될 수 있다. 더욱이, 접합필름(300)은 0.72 내지 0.80mm의 두께로 구성될 수 있다.
마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나 유닛(400)은 상단 글라스(200)와 하단 글라스(100)의 일면에 인쇄되어 위치될 수 있으며, 하단 글라스(100) 배면에 위치하는 접지면으로 하여 하단 글라스(100) 및 상단 글라스(200)에 다수의 마이크로스트립 패치 단위셀(410)이 인쇄되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 마이크로스트립 패치는 EBG(Electromagnetic band gap)구조가 적용된 패치일 수 있다.
EBG 구조의 가장 기본적인 형태는 도체 접지 면을 가지는 유전체 위에 사각형 도체 패치를 에칭한 형태인데, Sievenpiper 구조 혹은 버섯(mushroom) 형태 구조를 포함한다. 각 패치는 중심에 via를 사용하여 접지 면과 연결하는데, 이것은 병렬 인덕터로 적용될 수 있다. 또한 각 패치는 기판의 평면위에 2차원적으로 주기적으로 배열하는데, 직렬 커패시터를 만들기 위하여 유전체 간격을 유지하면서 배열 시킨다. 따라서 이러한 EBG 구조는 LC 병렬 공진회로로 나타낼 수 있다.
상단 글라스(200)는 접합필름(300)과 마주하는 제 3면(210)을 포함하도록 구성되고, 타면은 실외와 마주하도록 구성된다. 제 3면(210)에는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀(410)이 인쇄되어 위치하는바, 단위셀(410)의 중심부에 위치하는 사각 형상의 제 1패치몸체(411) 및 제 1패치몸체(411)의 4면을 따라 상기 제 1패치몸체(411) 외측으로 연장되는 서로 이격된 두 개의 제 1연장부(412)를 포함하여 구성될 수 있다.
하단 글라스(100)는 실내와 마주하도록 구성되는 제 1면(110)을 포함하고, 접합필름(300)과 마주하는 일면에 위치하는 제 2면(120)을 포함한다. 더욱이, 하단 글라스(100)의 제 1면(110)은 접지면으로 구성된다. 하단 글라스(100)의 제 2면(120)에는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀(410)이 인쇄되도록 구성된다. 하단 글라스(100)에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)은 제 3면(210)에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)에 대응되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제 2면(120)에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀(410)은 상기 제 1패치몸체(411)와 대응되는 형태로 구성되는 제 2패치몸체(413), 상기 두 개의 제 1연장부(412) 사이의 간격에 대응되도록 제 2패치몸체(413)으로부터 연장되도록 구성되는 제 2연장부(414) 및 상기 제 1패치몸체(411)의 서로 다른 두 개의 면에 구성되는 서로 인접한 상기 제 1연장부(412) 사이에 대응되는 위치에 구성되는 제 3연장부(415)를 포함하여 구성된다.
안테나 유닛(400)은 그물코 구조의 도전성 박막으로 이루어지고, 구리, 니켈, 알루미늄, 금, 은 등의 금속막, 또는 이들의 금속 미립자를 함유하는 도전 페이스트 막, 카본 페이스트 막으로 이루어지고, 상단 글라스(200) 또는 하단 글라스(100)의 일면에 형성한 금속 박막의 포토 에칭에 의해, 또는 인쇄 레지스트에 의한 에칭에 의해, 또한, 도전 수지 페이스트를 인쇄하는 등의 방법에 의해 미세한 그물코 형상 패턴으로 형성될 수 있다.
마이크로스트립 패치 단위셀(410) 패턴이 포토 에칭에 의해 형성하는 경우, 금속막 위에 포토레지스트 막을 형성하여 포토마스크를 이용하여 노광하고, 현상액으로 현상하는 것에 의해 레지스트 막의 안테나 패턴을 형성한다. 이것을 에칭액에 의해 에칭하고, 레지스트 막을 박리 제거하는 것에 의해 극세 금속선으로 이루어지는 안테나 패턴을 형성한다.
또한, 인쇄 레지스트에 의해 형성하는 경우에는, 금속막 위에 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 잉크젯 등의 방법으로 레지스트 막의 안테나 패턴을 인쇄하고, 에칭액에 의해 금속막에 있어서의 레지스트 피복부 이외를 에칭하고, 레지스트 막을 박리하는 것에 의해 금속막의 안테나 패턴을 형성한다.
또한, 도전 페이스트 인쇄에 의해 형성하는 경우에는, 금속 미립자를 포함하는 도전성 페이스트, 카본 페이스트 등으로 투명 글라스 위에 안테나 패턴을 인쇄하고, 도전성의 안테나 패턴을 형성한다.
또한, 그물코 형상 패턴으로 형성된 금속 극세선 표면을 저반사 처리하면, 금속의 반사색이 억제되어 투명 안테나의 존재가 눈에 띄지 않게 된다. 그것에 의해, 그물코 형상 패턴을 통해 차 밖을 본 경우의 육안 확인성이 높아지도록 된다.
상기 저반사 처리의 구체예로서는, 화성(化成) 처리나 도금 처리 등의 표면 처리를 들 수 있다. 화성 처리는, 산화 처리, 황화 처리하는 것에 의해 금속 표면에 저반사층을 형성하는 것, 그 일실시예로서 극세 금속선의 소재에 구리를 사용하고, 그 표면에 산화 처리에 의해 산화 피막을 형성하면, 극세 금속선의 단면 치수를 줄이는 일없이 그 극세 금속선의 표면을 광반사 방지성을 구비한 흑색으로 처리할 수 있다.
또한, 도금 처리로서 극세 금속선에 대해, 일실시예로서, 흑색 크롬 도금을 실시하면, 극세 금속선의 표면을 광반사 방지성을 구비한 흑색으로 처리할 수 있다. 또한, 높은 전류 밀도의 구리 도금을 실시하면, 다갈색으로 처리할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 접합 글라스에 위치하는 안테나 유닛(400)의 구성으로서, 패치 유닛(410) 및 소자유닛(420)의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 패치 유닛(410)은 마이크로스트립 패치 단위셀(410)로 구성되는바, 글라스의 외연을 따라 적어도 하나 이상의 열로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예로서, 패치 유닛(410)은 마이크로스트립 패치 단위셀(410)과 동일한 구성을 지칭할 수 있다.
마이크로스트립 패치 단위셀(410)은 상단 글라스(200) 제 3면(210) 및 하단 글라스(100) 제 2면(120)에 인쇄되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제 3면(210)에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)은 단위셀(410) 중심부에 위치하는 사각 형상의 제 1패치몸체(411)를 포함한다. 제 1패치몸체(411)는 정사각형 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 더욱이, 제 1패치몸체(411)의 가장자리 4면을 따라 상기 제 1패치몸체(411) 외측으로 연장되는 서로 이격된 두 개의 제 1연장부(412)를 포함하여 구성된다.
이와 비교하여, 제 2면(120)에 위치하는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)은 상기 제 3면(210)에 형성되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)과 대응되는 형태로 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 제 2면(120)에는 제 1패치몸체(411)와 대응되는 제 2패치몸체(413)를 포함하고, 제 2패치몸체(413)로부터 연장되어 제 1연장부(412)가 위치하지 않는 영역에 형성되는 제 2연장부(414) 및 제 3연장부(415)를 포함한다.
이처럼, 제 2면(120) 및 제 3면(130)에 형성되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)은 다수의 열을 이루고, 글라스의 외측면의 적어도 일부를 감싸도록 구성된다. 또한, 단위셀(410)이 위치하는 글라스의 외측면으로부터 글라스 내측과 가까운 위치에 형성되는 소자유닛(420)을 포함한다.
소자유닛(420)의 경우, 글라스를 따라 길이 방향으로 위치하는 제 1급전선로(421)를 포함하고, 급전부와 폭방향 선로사이에 형성되는 제 2급전선로(422)를 형성하도록 구성된다. 더 바람직하게, 소자유닛(420)은 글라스의 폭 방향 및/또는 높이 방향으로 형성되는 제 1급전선로(421), 제 1급전선로(421)와 급전부 사이에 형성되는 제 2급전선로(422) 및 제 1급전선로(421)와 소정의 간격을 갖도록 이격되어 위치하는 복사소자(423)를 포함하여 구성된다. 제 2급전선로(422)의 두께는 급전부와의 매칭을 고려하여 50옴의 선로 임피던스를 갖도록 구성된다. 또한, 제 1급전선로(421)의 두께는 선로 방사를 최소화 하기 위해서 해당 주파수의 0.05파장의 두께를 갖도록 구성된다.
복사소자(423)는 제 1급전선로(421)의 길이 방향을 기준으로 수직인 방향을 따라 상하단에 위치되도록 구성된다. 더욱이, 복사소자(423)는 제 1급전선로(421)를 따라 상하 방향으로 교차되어 위치되도록 구성된다.
또한, 제 1급전선로(421)를 따라 상하 방향으로 위치하는 복사소자(423)는 동일한 방향에 위치하는 인접한 복사소자(423)와 해당 주파수와 대응되는 길이를 갖도록 이격될 수 있다. 복사소자(423)의 경우, 제 1급전선로(421)를 기준으로 상하 방향에 교차로 배열되도록 구성되는바, 일방향에 위치하는 복사소자(423)는 서로 인접한 복사소자(423)와 동일한 간격을 갖도록 제 1급전선로(421)를 따라 복수개가 위치되도록 구성된다.
더욱이, 제 1급전선로(421)의 일 방향에 위치하는 다수의 복사소자(423)의 간격은 해당 주파수의 파장과 동일한 간격을 갖도록 구성되는바, 복사소자(423)는 해당 주파수와 동일한 위상을 가지도록 구성되어 보강 간섭을 통해 가장 큰 전력을 방사하도록 위치될 수 있다.
또한, 복사소자(423)의 경우, 제 1급전선로(421)를 기준으로 단면의 높이 방향을 따라 해당 주파수의 0.4 내지 0.6파장의 길이를 갖도록 구성되고, 복사소자(423)의 폭은 해당 주파수의 0.1 파장 이하로 구성된다. 복사소자(423)는 상기와 같은 길이 및 폭을 갖도록 구성되는바, 해당 주파수에 따른 최대 이득을 갖도록 구성된다.
뿐만 아니라, 제 1급전선로(421)와 복사소자(423)의 경우, 소정의 간격만큼 이격되어 배치되는바, 제 1급전선로(421)와 복사소자(423)의 간격은 해당 주파수의 0.05 파장 이하의 간격을 갖도록 구성된다. 위와 같이, 복사소자(423)와 제 1급전선로(421) 사이의 간격을 최소화하여 커플링 전력이 커지도록 위치된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 제 3면(210)에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 도시하고 있으며, 도 5에서는 제 2면(120)에 인쇄되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 도시하고 있다.
도 4에 개시된 바와 같이, 하단 글라스(100)의 제 3면(210)에 위치하는 단위셀(410)의 마이크로스트립 패치를 도시하고 있다.
본 발명의 마이크로스트립 패치를 포함하는 단위셀(410)은 단위셀(410)은 한변(W)이 1.4 내지 1.6mm의 길이를 갖는 정사각형 형태로 구성된다. 더욱이, 마이크로스트립 패치는 단위셀(410)의 중심 영역에 위치하는 제 1패치몸체(411)를 포함하고, 제 1패치몸체(411)의 외측으로 단위셀(410)의 끝단과 인접한 위치까지 연장되는 제 1연장부(412)를 포함한다.
제 1패치몸체(411)의 경우, 사각형 단면을 포함하도록 구성된다. 더 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에서 제 1패치몸체(411)는 정사각형 단면 형상으로 구성된다. 제 1연장부(412)는 사각형 단면으로 구성되는 제 1패치몸체(411)로부터 단위셀(410) 끝단과 인접한 영역까지 연장되도록 구성된다. 더 바람직하게, 정사각형 단면 형상을 갖는 제 1패치몸체(411)는 각변의 길이(W2)는 단위셀(410)의 한변의 0.46배를 갖도록 구성될 수 있다.
더욱이, 제 1연장부(412)는 제 1패치몸체(411)의 하나의 변으로부터 2개의 연장부를 포함하도록 구성된다. 제 1패치몸체(411)의 한변에 형성되는 두 개의 제 1연장부(412) 사이의 간격(W1)은 상기 마이크로스트립 패치 단위셀(410)의 한변의 길이에 0.1배를 갖도록 구성될 수 있다. 뿐만 아니라, 제 1연장부(412)의 두께(W4)는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)의 한변의 길이에 0.13배를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 제 1연장부(412)의 끝단과 단위셀(410)의 끝단 사이의 간격(W5)은 마이크로스트립 패치 단위셀(410)의 한변의 길이에 0.03배를 갖도록 구성될 수 있다.
도 5에서는 도 4에 개시된 제 3면(130)과 대응되는 구성으로서, 하단 글라스(100)의 제 2면(120)에 형성되는 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 제 2면(120)에 형성되는 마이크로스트립 패치는 제 1패치몸체(411)와 대응되는 형태로 구성되는 제 2패치몸체(413), 제 3면(210)에 형성되는 두 개의 제 1연장부(412) 사이의 간격에 대응되도록 구성되는 제 2연장부(414) 및 제 1패치몸체(411)의 서로 다른 두 개의 변에 구성되는 서로 인접한 상기 제 1연장부(412) 사이에 대응되는 위치에 구성되는 제 3연장부(415)를 포함한다.
제 2연장부(414)는 단위셀(410)의 끝단까지 연장되도록 구성되어 서로 인접한 단위셀(410)간 상호 접하도록 구성된다. 더욱이, 제 2연장부(414)의 두께는 상기 제 1패치몸체(411) 한면에 형성되는 상기 제 1연장부(412) 사이의 간격(W1)과 동일하도록 구성된다. 더욱이, 제 2연장부(414)와 인접한 상기 제 3연장부(415) 사이의 간격(W4)은 상기 제 1연장부(412)의 두께와 동일하도록 구성된다. 또한, 제 3연장부(415)의 일변의 길이(W3)는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀(410)의 한변의 길이에 0.26배를 갖도록 구성될 수 있다.
정리하면, 제 1연장부(412)가 양각 형태로 제 3면(210)에 위치하고, 제 2면(120)에서는 제 2연장부(414) 및 제 3연장부(415)가 제 1연장부(412)의 음각 형태로 위치되도록 구성될 수 있다. 이처럼, 제 3면(210)과 제 2면(120)은 서로 대응되는 구조를 갖도록 형성된다.
도 6에서는 서로 다른 마이크로스트립 패치 단위셀(410)이 연장된 형태를 갖는 글라스의 투과계수 데이터를 도시하고 있다.
투과 계수는 시스템에 입력된 신호와 해당 시스템을 통해 전달되는 신호의 비율을 의미하며 통상적으로 dB 스케일로 나타낸다. -20 dB 이하의 투과 계수는 시스템으로 들어온 전력의 1% 이하가 투과 되고 나머지는 차단 되는 것을 의미하며 해당 주파수 대역에서 본 발명의 EBG 구조를 포함하는 마이크로스트립 패치가 효과적으로 신호를 차단하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 마이크로스트립 패치 단위셀(410)이 7열로 구성되는 경우, 해당 주파수 28 GHz 주파수에서 최대 -27 dB의 투과 계수를 갖는다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 패치 유닛(410)은 글라스의 외연을 따라 단위셀(410)이 7열로 구성되고, 글라스의 끝단과 인접한 위치를 감싸도록 구성될 경우, 투과 계수가 최대값(음의 최대값)을 갖도록 구성된다.
도 7을 참고하면 마이크로스트립 패치 단위셀(410) 안테나 유닛(400)은 28 GHz 주파수에서 글라스에 패치 유닛(410)이 7열 일 때 -27 dB의 투과 계수를 갖는다. 또한, 제 3면(210)에 형성되는 마이크로스트립 패치의 유무에 따라 투과 계수가 -27 dB에서 -17 dB로 10 dB 높아지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 제 3면(210)에 형성되는 마이크로스트립 패치가 있는 것이 단위셀(410)의 차단 성능 향상에 바람직하다. 이를 통해 EBG 구조로 형성되는 단위셀(410) 배열 구조가 효과적으로 표면파를 차단하는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 예시적 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나 유닛(400)의 EBG 구조의 유무에 따른 반사계수를 도시한 도면이다.
반사 계수는 안테나를 포함한 시스템으로 신호가 입력 될 때 입력된 신호가 반사되어 입력단으로 돌아오는 전력의 비율을 의미한다.
안테나의 반사 계수는 dB 스케일로 나타낸다. 통상적으로 해당 주파수에서 -10 dB 이하를 만족하면 입력된 전력의 90% 이상이 시스템에 전달 되는 것을 의미하며 성능이 우수한 것을 의미한다.
도 8을 참고하면 본 발명의 일 실시예로서, 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나 유닛(400)은 해당 주파수 28 GHz에서 -21 dB 이하의 반사 계수 값을 가지며 EBG 구조가 적용된 안테나 유닛(400)은 -17 dB 이하의 반사 계수 특성을 만족한다. 따라서 접합 유리에 설계된 안테나가 해당 주파수에서 정상 동작함을 알 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시예로서, 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나 유닛(400)의 EBG 구조 유무에 따라 해당 주파수 대역(28 GHz)에서 방사패턴과 주파수 대역 내에서의 전면 방향 이득을 도시한 도면이다.
마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나는 복사 소자의 위상과 방사 전력을 조정함으로써 특정 방향으로 방사 방향을 결정할 수 있다. 이는 안테나 유닛(400)의 구조, 패치 단위셀(410)이 위치하는 기판(글라스) 특성 및 주파수에 따라 미리 결정된다.
안테나의 이득은 통상적으로 dBi로 표현하며 이는 특정 방향에서 안테나가 방사하는 전력과 이상적인 등방성 안테나가 방사하는 전력의 비율이다.
도 9을 참고하면 마이크로스트립 패치 단위셀(410)을 포함하는 안테나의 전면 방향 이득은 28 GHz에서 8 dBi 이상이며 EBG 구조가 적용된 안테나 유닛(400)의 경우 9 dBi 이상을 만족한다. 이는 EBG가 적용되었을 때 이상적인 등방성 안테나 대비 최대 8배 이상의 전력을 방사 하는 것을 의미한다. 방사 패턴 또한 정면 방향에 대해 높은 지향성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
위의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 하단 글라스
110: 제 1면
120: 제 2면
200: 상단 글라스
210: 제 3면
300: 접합필름
400: 안테나 유닛
410: 패치 유닛(단위셀)
411: 제 1패치몸체
412: 제 1연장부
413: 제 2패치몸체
414: 제 2연장부
415: 제 3연장부
420: 소자유닛
421: 제 1급전선로
422: 제 2급전선로
423: 복사소자
110: 제 1면
120: 제 2면
200: 상단 글라스
210: 제 3면
300: 접합필름
400: 안테나 유닛
410: 패치 유닛(단위셀)
411: 제 1패치몸체
412: 제 1연장부
413: 제 2패치몸체
414: 제 2연장부
415: 제 3연장부
420: 소자유닛
421: 제 1급전선로
422: 제 2급전선로
423: 복사소자
Claims (18)
- 실내와 마주하도록 구성되는 제 1면과 상단의 제 2면을 포함하는 하단 글라스;
하단 글라스와 인접한 제 3면을 포함하는 상단 글라스;
상기 상단 글라스와 상기 하단 글라스 사이에 위치하는 접합필름; 및
제 1면에 형성되는 접지면을 기준으로 제 2면 및 제 3면에 형성되는 다수의 마이크로스트립 패치 단위셀을 포함하는 안테나 유닛;을 포함하는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 안테나 유닛은,
상기 상단 글라스 및 하단 글라스 외주연을 따라 형성되는 다수의 단위셀로 구성되는 패치 유닛;
상기 패치 유닛의 내측에 형성되는 소자유닛;로 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 2항에 있어서,
상기 소자유닛은,
상기 상단 글라스의 폭 방향으로 형성되는 제 1급전선로;
상기 제 1급전선로와 급전부 사이에 형성되는 제 2급전선로; 및
상기 제 1급전선로와 소정의 간격을 갖도록 이격되어 위치하는 복사소자;를 포함하는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 3항에 있어서,
상기 복사소자는 상기 제 1급전선로를 기준으로 상 하단에 일정한 간격을 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 4항에 있어서,
상기 제 1급전선로를 기준으로 일단에 위치하는 상기 복사소자는 서로 인접한 상기 복사소자로부터 해당 주파수의 파장과 동일한 간격을 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 3항에 있어서,
상기 제 1급전선로와 상기 복사소자는 해당 주파수의 0.05 파장 이하의 간격을 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 3항에 있어서,
상기 복사소자의 길이는 해당 주파수의 0.4 내지 0.6 파장의 길이를 갖고,
상기 복사소자의 폭은 해당 주파수의 0.1 파장 이하로 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 3면에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀은,
상기 안테나 유닛 중심부에 위치하는 사각 형상의 제 1패치몸체; 및
상기 제 1패치몸체의 4변을 따라 상기 제 1패치몸체 외측으로 연장되는 서로 이격된 두 개의 제 1연장부;를 포함하는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 2면에 인쇄되는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀은,
상기 제 1패치몸체와 대응되는 형태로 구성되는 제 2패치몸체;
상기 제 2패치몸체를 형성하는 4변을 따라 연장되고, 상기 제 1패치몸체의 일변에 위치하는 두 개의 제 1연장부 사이의 간격에 대응되도록 구성되는 제 2연장부; 및
상기 제 1패치몸체의 서로 다른 두 개의 변에 구성되는 서로 인접한 상기 제 1연장부 사이에 대응되는 위치에 구성되는 제 3연장부;를 포함하여 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 마이크로스트립 패치 단위셀은 한변이 1.4 내지 1.6mm의 길이를 갖는 정사각형 형태로 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1패치몸체 한변에 형성되는 상기 두 개의 제 1연장부 사이의 간격은 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.1배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1패치몸체의 한변의 길이는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.46배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1연장부의 두께는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.13배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 8항에 있어서,
상기 제 1연장부의 끝단과 단위셀의 끝단 사이의 간격은 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.03배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 2연장부의 두께는 상기 제 1패치몸체 한변에 형성되는 상기 제 1연장부 사이의 간격과 동일하도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 2연장부와 인접한 상기 제 3연장부 사이의 간격은 상기 제 1연장부의 두께와 동일하도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 9항에 있어서,
상기 제 3연장부의 일변의 길이는 상기 마이크로스트립 패치 단위셀의 한변의 길이에 0.26배를 갖도록 구성되는 접합 글라스 안테나 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 마이크로스트립 패치는 EBG구조가 적용되는 접합 글라스 안테나 구조.
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