KR20240047675A - 다중 입출력 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비그라운드 영역에 디커플링 구조를 갖는 다중 입출력 안테나에 관한 것으로서, 그라운드 영역과 비그라운드 영역을 포함하는 기판; 상기 비그라운드 영역에 상호 이격되어 형성되는 제1 안테나 및 제2 안테나; 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나의 사이의 상기 비그라운드 영역에 배치되어 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나의 커플링을 상쇄시키는 다수의 유도 패턴을 갖는 패턴부를 포함하고, 상기 패턴부는 상기 제1 안테나로부터 소정 거리 이격되어 배치된 사각 나선형의 제1 패턴; 상기 제1 패턴의 종단과 상기 그라운드 영역을 연결하는 접지 패턴; 상기 접지 패턴을 기준으로 상기 제1 패턴과 대칭되는 위치에 배치된 사각 나선형의 제2 패턴; 및 상기 접지 패턴과 상기 그라운드 영역의 사이에 배치되는 사각 나선형의 제3 패턴을 포함하여 이루어져, 동일한 주파수 대역을 사용하는 안테나가 2개 이상 존재할 경우 두 안테나 사이의 전자기적 상호 간섭을 차단할 수 있으며, 커플링에 의해 타 안테나로 전류가 유입되는 것을 방지하여 격리도를 향상시킬 수 있다.

Description

다중 입출력 안테나 {Multi input multi output antenna}

본 발명은 다중 입출력 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비그라운드 영역에 디커플링 구조를 갖는 다중 입출력 안테나에 관한 것이다.

멀티미디어 서비스에 대한 요구가 급증함에 따라 이동통신 시스템은 신뢰성이 있는 고속의 데이터를 전송하도록 요구되고 있다. 제한된 대역폭과 전력을 이용하는 무선 채널을 통해서 고속으로 데이터를 전송하려면 용량의 증가가 필수적이다. 최근에 들어 용량을 개선시키는 기술들에 대한 관심이 증가하고 있다.

무선 통신 환경은 페이딩, 음영 효과, 전파 감쇠, 잡음 및 간섭 등에 의해 수신 신호의 신뢰성이 크게 저하된다. 따라서, 고속의 데이터 통신이 가능하기 위해서는 이러한 무선 채널 특성을 극복하거나 그 성질을 이용하 기 위한 대안이 필요하며, 이러한 필요성에 따라 제안된 기술이 다중 입출력 (Multi Input Multi Output: MIMO) 안테나 기술이다.

MIMO 안테나 기술은 송신기 또는 수신기에 다중 안테나를 사용하여 데이터를 전송하는 기술로서 공간적 멀티 플렉싱 기법을 사용한다.

MIMO 기술은 여러 개의 안테나를 사용하여 동일한 무선 채널에서 두 개 이상의 데이터 신호를 전송함으로써 무선 통신의 범위를 넓히고 속도도 크게 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

그러나, MIMO는 둘 이상의 안테나 소자가 배치되므로 방사체 상호간에 간섭이 발생할 수 있다. 이와 같은 간섭은 방사 패턴을 왜곡시키거나 방사체간의 상호 결합 현상을 발생시킬 수 있어 안테나간 격리도를 확보하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 기존 안테나의 형상 변화없이 안테나 사이의 커플링을 최소화할 수 있는 다중 입출력 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 입출력 안테나는 그라운드 영역과 비그라운드 영역을 포함하는 기판; 비그라운드 영역에 상호 이격되어 형성되는 제1 안테나 및 제2 안테나; 제1 안테나와 제2 안테나의 사이의 비그라운드 영역에 배치되어 제1 안테나와 제2 안테나의 커플링을 상쇄시키는 다수의 유도 패턴을 갖는 패턴부를 포함하고, 패턴부는 제1 안테나로부터 소정 거리 이격되어 배치된 사각 나선형의 제1 패턴; 제1 패턴의 종단과 그라운드 영역을 연결하는 접지 패턴; 접지 패턴을 기준으로 제1 패턴과 대칭되는 위치에 배치된 사각 나선형의 제2 패턴; 및 접지 패턴과 그라운드 영역의 사이에 배치되는 사각 나선형의 제3 패턴을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 다중 입출력 안테나의 실시 예에서 제3 패턴의 턴수는 제1 패턴과 제2 패턴의 턴수보다 크다.

본 발명에 따른 다중 입출력 안테나의 실시 예에서 기판은 적층된 상부 기판 및 하부 기판을 포함하고, 제1 패턴 내지 제3 패턴의 각 말단은 비아홀을 통해 상부 기판 및 하부 기판에 각각 연결된다.

본 발명에 따른 다중 입출력 안테나의 실시 예에서 제1 패턴과 제2 패턴은 그라운드 영역과의 이격 거리가 서로 다르게 배치된다.

본 발명에 따른 다중 입출력 안테나의 실시 예에서 1 패턴과 제2 패턴은 서로 대칭 형상을 갖는다.

본 발명에 따른 다중 입출력 안테나의 실시 예에서 제1 안테나 및 제2 안테나는 동일한 주파수 대역의 신호를 전송한다.

본 발명에 따른 다중 입출력 안테나의 실시 예에서 제1 안테나 및 제2 안테나는 동일한 형상을 갖는다.

본 발명에 따른 다중 입출력 안테나는 동일한 주파수 대역을 사용하는 안테나가 2개 이상 존재할 경우 두 안테나 사이의 전자기적 상호 간섭을 차단할 수 있으며, 커플링에 의해 타 안테나로 전류가 유입되는 것을 방지하여 격리도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적 다중 입출력 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 입출력 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 적용 전의 전압 정재비(VSWR)와 삽입 손실(Insertion loss)를 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명을 적용한 경우의 전압 정재비(VSWR)와 삽입 손실(Insertion loss)를 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 적용 전후의 절연 개선을 나타낸 예시도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 없는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 나타내는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 흐름도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다중 입출력 안테나에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 일반적 다중 입출력 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 다중 입출력(MIMO: Multi Input Multi Output) 안테나에서는 복수의 안테나가 사용되기 때문에, 안테나 상호 간에 간섭이 발생할 수 있다. 이에 따라, 방사 패턴이 왜곡되거나 각 안테나 소자 간의 상호 결합 현상이 발생할 수 있다. 한편, 제한된 공간에서 다중 입출력 안테나를 구현하기 위해서는 작은 공간 내에 두 개 또는 그 이상의 안테나 소자가 배치되어야 하기 때문에 격리도 특성을 향상시키기에 어려움이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 입출력 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 입출력 안테나(100)는 기판(10), 복수의 안테나(20) 및 패턴부(30)를 포함하여 이루어진다.

기판(10)은 상면과 하면에 금속면을 갖는 단일 유전체 또는 다수의 유전체로 구현될 수 있다. 기판(10)의 일면에는 비그라운드 영역(12)과 그라운드 영역(14)을 포함할 수 있다. 그라운드 영역(14)은 기판(10) 상에 일정 면적을 가지고 형성된다.

복수의 안테나(20)는 2개 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 복수의 안테나(20)는 제1 안테나(22)와 제2 안테나(24)를 포함한다. 제1 안테나(22)와 제2 안테나(24)는 가장 인접한 두 안테나를 의미할 수 있다.

실시 예에서, 제1 안테나(22)는 비그라운드 영역(12)의 일측에 형성되고, 제2 안테나(24)는 비그라운드 영역(12)의 타측에 형성될 수 있다. 그리고 제1 안테나(22)와 제2 안테나(24)는 동일한 주파수 대역의 신호를 전송하기 위해 동일한 구조를 가지고 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제1안테나(22)와 제2안테나(24)의 거리는 필요에 따라 조정될 수 있다. 상기 제1 안테나(22)와 제2 안테나(24)는 필요한 주파수 대역에 따라 변형될 수 있다.

패턴부(30)는 상기 제1 안테나(22)와 상기 제2 안테나(24)의 사이의 상기 비그라운드(12) 영역에 배치되어 상기 제1 안테나(22)와 상기 제2 안테나(24)의 커플링을 상쇄시키는 다수의 유도 패턴을 포함한다.

상기 패턴부(30)는 상기 제1 안테나(22)로부터 소정 거리 이격되어 배치된 사각 나선형의 제1 패턴(31), 상기 제1 패턴(31)의 종단과 상기 그라운드 영역을 연결하는 접지 패턴(34) 및 상기 접지 패턴(34)을 기준으로 상기 제1 패턴(31)와 대칭되는 위치에 배치된 사각 나선형의 제2 패턴(32), 및 상기 접지 패턴(34)와 상기 그라운드 영역(14)의 사이에 배치된 사각 나선형의 제3 패턴(33)을 포함한다.

상기 제1 패턴(31), 제2 패턴(32) 및 제3 패턴(33)이 나선형으로 이루어지면 인접하는 안테나가 그라운드를 공유하는 구조에서 커플링을 줄이기 위해 공진기 형태로 사용된다. 제1 패턴 내지 제3 패턴(31 ~ 33) 모두 주파수와 관련되어 있으므로 각 길이는 주파수에 의존한다.

상기 제1 안테나(22) 및 상기 제2 안테나(24)는 동일한 형상을 가지고, 동일한 주파수 대역의 신호를 전송한다. 이는 하나의 실시 예이며 본 발명이 이에 국한되지 않는다.

상기 제1 패턴(31)과 상기 제2 패턴(32)은 서로 대칭 형상을 가지고, 상기 그라운드 영역(14)과의 이격 거리가 서로 다르게 배치된다. 이 또한 실시 예이며 본 발명이 이에 국한되지 않는다.

기본적으로 제1 패턴(31)과 제2 패턴(32)이 주요 디커플링을 수행하는 요소이고, 그라운드를 공유하는 구조에서 소량의 커플링을 제거하기 위해 제3 패턴(33)을 사용할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 패턴(31, 32)에 의해 커플링이 1차 상쇄되고, 나머지 커플링 성분은 2차로 제3 패턴(33)에 의해 상쇄될 수 있다.

상기 제3 패턴(33)의 턴수는 상기 제1 패턴(31)과 상기 제2 패턴(32)의 턴수보다 클 수 있다. 턴수는 공진 주파수에 의존하므로 턴수가 같으면 좋지만, 블루투스-wifi 주파수가 2.414 ~ 2.484GHz의 대역폭으로 경우에 따라 디커플링 밴드영역이 서로 다를 수 있기 때문에, 제1 패턴(31)의 턴수는 제2 패턴(32)의 턴수와 같고, 제3 패턴(33)의 턴수보다 같거나 작을 수 있다. 이와 마찬가지로 제2패턴(32)의 턴수는 제1 패턴(31)의 턴수와 같고, 제3 패턴(33)의 턴수보다 같거나 작을 수 있다.

또한, 기판 및 도전층이 다층으로 이루어진 경우, 패턴부(30)는 각 층(layer)마다 배치될 수 있다. 이때, 패턴부(30)의 각 끝단은 관통 비아(through via)를 통해 연결될 수 있다. 제1 안테나(22)와 제2 안테나(24)의 거리가 협소한 경우 주파수에 따른 턴수를 형성하기 위한 충분한 영역에 부적합할 수 있다. 따라서, 적층된 기판에 비아를 형성하여 적어도 어느 하나의 기판에 패턴부(30)가 형성되어 연결될 수 있다.

상기 기판은 적층된 상부 기판 및 하부 기판을 포함하고, 상기 제1 패턴 내지 제3 패턴의 각 말단은 비아홀을 통해 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 각각 연결된다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 적용 전의 전압 정재비(VSWR)와 삽입 손실(Insertion loss)을 나타낸 그래프이고, 도 4a 및 4b는 본 발명을 적용한 경우의 전압 정재비(VSWR)와 그에 따른 삽입 손실(Insertion loss)을 나타낸 그래프이다.

전압 정재비(Voltage Standing Wave Ratio: VSWR)는 최대 진폭과 최소 진폭의 전압의 비를 나타내는 것이다. 삽입 손실(Insertion loss)는 통신에서 전송 라인이나 광섬유에 장치를 삽입하여 발생하는 신호 전력 손실을 의미하며 일반적으로 데시벨(dB)로 표시된다. 즉, 신호의 시작점에 입력된 신호가 신호의 도착점에 도착한 신호의 세기를 측정하여 계산된 손실이므로 "삽입 손실"이라고 한다. 이때, 삽입 손실은 IL = -10 Log (Pout / Pin) 수식을 통해 산출된다.

도 3a에 나타낸 바와 같이 2.45GHz 주파수 대역에서 제1 안테나의 VSWR은 1.85이고 제2 안테나의 VSWR은 1.74이므로 전압 정재비 3.0 이하의 기준을 만족할 때, 본 발명의 적용 전의 안테나에서 발생하는 삽입 손실은 도 4a에 나타낸 바와 같이 2.45GHz 주파수 대역에서 -18.41dB인 것을 나타낸다.

한편 도 3b에 도시한 바와 같이 2.45GHz 주파수 대역에서 제1 안테나의 VSWR은 2.13이고 제2 안테나의 VSWR은 2.00이므로 전압 정재비 3.0 이하의 기준을 만족할 때, 본 발명에 따른 다중 입출력 안테나에서 발생하는 삽입 손실은 도 4b에 나타낸 바와 같이 2.45GHz 주파수 대역에서 -26.39dB인 것을 나타낸다.

즉, 제1 안테나로부터 제2 안테나로 유입되는 전류가 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 적용 전후의 절연 개선을 나타낸 예시도이다.

도 5a는 본 발명을 적용하기 전의 안테나에서 전류 흐름을 나타낸 예시도이다. 디커플링을 위한 패턴부를 적용하지 않은 경우, 제1 안테나(22)에서 발생한 전류(굵은 점선)가 그라운드 영역을 거쳐 제2 안테나(24) 방향으로 이동하여 "A"영역에 표시한 바와 같이 이동하는 것을 알 수 있다.

도 5b는 본 발명에 따른 다중 입출력 안테나의 절연 개선을 나타낸 예시도로서, 도 5a의 예시와 달리 제1 안테나(22)에서 발생한 전류(굵은 점선)가 패턴부의 제1 패턴(31)으로 유도되어 "B"영역에 표시한 바와 같이 제2 안테나(24)에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서와 같이 인접한 복수의 안테나의 사이의 비그라운드 영역에 인접한 두 안테나 사이의 커플링을 상쇄시키기 위한 유도 패턴을 배치함으로써 커플링에 의해 유입되는 전류를 감소시킬 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 기판 12: 비그라운드 영역
14: 그라운드 영역 20: 안테나
22: 제1 안테나 24: 제2 안테나
30: 패턴부 31: 제1 패턴
32: 제2 패턴 33: 제3 패턴
34: 접지 패턴

Claims (7)

1. 그라운드 영역과 비그라운드 영역을 포함하는 기판;
   상기 비그라운드 영역에 상호 이격되어 형성되는 제1 안테나 및 제2 안테나;
   상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나의 사이의 상기 비그라운드 영역에 배치되어 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나의 커플링을 상쇄시키는 다수의 유도 패턴을 갖는 패턴부를 포함하고,
   상기 패턴부는,
   상기 제1 안테나로부터 소정 거리 이격되어 배치된 사각 나선형의 제1 패턴;
   상기 제1 패턴의 종단과 상기 그라운드 영역을 연결하는 접지 패턴;
   상기 접지 패턴을 기준으로 상기 제1 패턴과 대칭되는 위치에 배치된 사각 나선형의 제2 패턴; 및
   상기 접지 패턴과 상기 그라운드 영역의 사이에 배치되는 사각 나선형의 제3 패턴을 포함하는 다중 입출력 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제3 패턴의 턴수는 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴의 턴수보다 큰 다중 입출력 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 적층된 상부 기판 및 하부 기판을 포함하고,
   상기 제1 패턴 내지 제3 패턴의 각 말단은 비아홀을 통해 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판에 각각 연결되는 다중 입출력 안테나.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 상기 그라운드 영역과의 이격 거리가 서로 다르게 배치된 다중 입출력 안테나.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 서로 대칭 형상을 갖는 다중 입출력 안테나.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 동일한 주파수 대역의 신호를 전송하는 다중 입출력 안테나.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 동일한 형상을 갖는 다중 입출력 안테나.