WO2010095820A2 - 메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 ｍｉｍｏ 안테나 시스템 - Google Patents

메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 ｍｉｍｏ 안테나 시스템 Download PDF

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Abstract

메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 MIMO 안테나 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output) 안테나 시스템에 있어서, 일 이상의 안테나 소자, 및 상기 일 이상의 안테나 소자 사이의 전기적 이동 경로 상에 형성되며, 180도의 위상 천이를 일으키는 메타머티리얼 전송 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템이 제공된다.

Description

메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 ＭＩＭＯ 안테나 시스템
본 발명은 메타머티리얼을 이용하여 구성되는 격리부를 포함하는 MIMO 안테나 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, MIMO 안테나 시스템에 포함되는 각 안테나 소자 간 전류 흐름에 따른 상호 간섭을 억제하기 위한 격리부로서, 메타머티리얼 이론을 이용하여 구성되는 격리부를 채용하여 소형화된 격리부를 구현할 수 있으며, 이러한 격리부에 의해 전류 흐름으로 인한 안테나 소자 간 상호 간섭이 억제되는 MIMO 안테나 시스템에 관한 것이다.
MIMO(Multi-input Multi-output) 시스템 등의 무선 통신에는 2 이상의 안테나가 어레이를 이루어 함께 동작하는 것이 일반적이다. 그러나 서로 인접한 안테나들이 독립적으로 급전되기 때문에 안테나 간의 커플링이 발생할 수 있으며, 한 안테나의 방사를 다른 안테나가 수신함으로써 안테나 간의 간섭이 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 사용되는 각각의 안테나가 무지향성 안테나이므로, 안테나 어레이도 무지향성을 가지게 된다. 이 경우, 불필요한 방향으로 방사가 이루어지게 되어 안테나 효율성이 저하되고, 다른 안테나와의 간섭이 증대되는 문제가 발생하게 된다.
이러한 간섭의 형태로서 크게 두 가지가 있는데, 그 중의 하나가 안테나 방사 에너지에 의한 상호 간섭이다. 하나의 안테나 소자에서의 방사는 소정의 위상 지연을 가진 채로 인접 안테나 소자에 도달할 수 있는데, 이에 따라 상호 간섭이 발생할 수 있는 것이다.
그러나, MIMO 시스템에서 상호 간섭의 문제는 이러한 방사 에너지에 의한 것보다, 안테나 소자 간의 전류의 흐름에 의해 더 큰 영향을 받게 된다. 즉, 안테나 소자 간에는 전류 등의 이동 경로가 형성될 수 있는데, 특정 안테나 소자로부터의 전류가 인접 안테나 소자로 흘러들어감에 따른 간섭이 일어날 수 있게 되는 것이다.
종래에는 이러한 상호 간섭을 억제하기 위해, 즉, 안테나 소자 간의 격리도를 확보하기 위해 다양한 기술을 이용하였었고, 특히, 전류 흐름에 따른 상호 간섭을 억제하기 위해 도 1 및 도 2와 같은 방법을 이용하였다.
먼저, 도 1은 슬릿을 이용하여 안테나 소자 간의 격리도를 확보하기 위한 기술을 도시하는 도면이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, MIMO 안테나 시스템은 2개의 안테나 소자(110, 120)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 2개의 안테나 소자(110, 120)는 접지면(130)에 접속되어 있을 수 있다. 또한, 상기 2개의 안테나 소자(110, 120)는 (1/4)λ의 거리를 갖은 채로 배치될 수 있다.
여기서, 접지면(130)의 가장 자리는 2개의 안테나 소자(110, 120) 간 전류 이동 경로가 될 수 있는데, 접지면(130)에 (1/4)λ의 길이를 갖는 슬릿(140)을 추가함으로써 안테나 소자(110, 120) 간의 격리도를 확보할 수 있었다.
그러나, 이러한 방법은 접지면(130)이 (1/4)λ의 길이 이상을 가져야 되는 등 그 설계 상의 제약을 불러일으키는 문제가 있었다. 또한, 한번 형성한 슬릿(140)은 그 구조를 변경할 수 없기 때문에, 시스템의 특성 변화에 유연한 대처가 불가능해지는 문제가 있었다.
한편, 종래에는 도 2와 같이 스터브를 이용하여 안테나 소자 간의 격리도를 확보하는 기술 또한 이용되었었다.
그러나, 스터브(240)는 안테나 소자(210, 220)로부터의 방사를 반사시킬 수 있기 때문에, 안테나 소자(210, 220)의 방사 특성이 의도치 않게 변하게 되는 문제를 야기시켰었다.
따라서, 완벽한 격리도를 달성할 수 있으면서도, 설계상의 제약 등을 피할 수 있는 기술에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명에 의하면, MIMO 안테나 시스템의 격리부의 용적이 최소화될 수 있고, 격리부를 포함함에 따른 설계상의 제약도 최소화됨과 동시에, 안테나의 방사 특성 열화를 발생시키지 않는 완벽한 격리도가 달성될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output) 안테나 시스템에 있어서, 일 이상의 안테나 소자, 및 상기 일 이상의 안테나 소자 사이의 전기적 이동 경로 상에 형성되며, 180도의 위상 천이를 일으키는 메타머티리얼 전송 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템이 제공된다.
상기 메타머티리얼 전송 선로는, 일단이 상기 전기적 이동 경로 상에 접속되는 일 이상의 병렬 인덕터, 및 상기 일 이상의 병렬 인덕터의 타단들 사이에 접속되는 일 이상의 직렬 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 메타머티리얼 전송 선로는, 일 이상의 유닛 셀을 포함하고, 상기 각 유닛 셀은, 직렬 커패시터, 및 2개의 병렬 인덕터로서, 각각의 일단이 상기 전기적 이동 경로 상에 접속되며, 타단이 상기 직렬 커패시터의 양단에 각각 접속되는 2개의 병렬 인덕터를 포함할 수 있다.
상기 직렬 커패시터와 상기 2개의 병렬 인덕터는 특성 임피턴스 Z0T(특성 인덕턴스 LOT, 특성 커패시턴스 COT)를 갖는 선로를 통해 접속되며, 상기 커패시터의 커패시턴스 값이 Co이고, 2개의 병렬 인덕터의 인덕턴스 값이 2LO일 때,
Figure PCTKR2010000582-appb-I000001
를 만족하는 것이 바람직하다.
ω 가 상기 안테나 소자의 동작 주파수이고, d0 가 상기 직렬 커패시터 양단 사이의 길이일 때, 상기 유닛 셀의 위상 천이는
Figure PCTKR2010000582-appb-I000002
만큼 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 유닛 셀의 개수가 n개 일 때, 상기 위상 천의 값 φ0 는 180°/n 일 수 있다.
상기 MIMO 안테나 시스템은 접지면을 더 포함할 수 있고, 이 때, 상기 일 이상의 안테나 소자는 상기 접지면의 가장 자리 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 전기적 이동 경로는 상기 접지면의 가장 자리 중 상기 일 이상의 안테나 사이의 경로일 수 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, MIMO 안테나 시스템에서 안테나 소자 간의 격리도 확보를 위한 격리부를 메타머티리얼을 이용하여 구현함으로써, 격리부의 용적을 최소화하며 MIMO 안테나 시스템 자체의 설계상 제약을 억제하지 않음과 동시에, 안테나의 방사 특성에 영향을 주지 않으면서도 안테나 소자 간의 격리도 또한 최대로 확보할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1 및 도 2는 종래 MIMO 안테나 시스템에서 격리도 확보를 위해 사용하였던 방법을 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 선로(350)의 등가 회로도를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나 시스템에서 전송 선로(350)의 유무에 따라 달라지는 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나 시스템에서 전송 선로(350)의 유무에 따라 달라지는 격리도를 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 격리도가 향상된 MIMO 안테나 시스템의 전체적인 구조를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 4는 도 3에 도시된 MIMO 안테나 시스템에서 본 발명의 주요 구성인 전송 선로(350) 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 MIMO 안테나 시스템은 제1 안테나 소자(310) 및 제2 안테나 소자(320)를 포함하여 구성되며, 제1 및 제2 안테나 소자(310, 320)는 소정의 급전 회로(미도시됨)에 의해 급전될 수 있다. MIMO 안테나 시스템은 일 이상의 안테나 소자를 포함하여 구성될 수 있으나, 여기서는 설명의 편의를 위해 2개의 안테나 소자(310, 320)가 구비되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 제1 및 제2 안테나 소자(310, 320)로의 급전을 위한 회로로서는, 통상의 분배기(예를 들면, 윌킨슨 분배기) 또는 통상의 하이브리드 회로가 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 또한, 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나 소자(320)로의 급전은 동일한 정도의 전력 공급으로서 수행될 수 있고, 이로 인해 지향성의 치우침이 방지될 수 있다.
한편, 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나 소자(320)는 기판(340) 상에 형성되어, 기판(340)의 적어도 일면 또는 그 일부에 형성되는 접지면(330)에 접할 수 있다. 기판(340)은 통상의 단말 장치에 사용되는 인쇄회로기판(PCB; Print Circuit Board) 일 수 있다.
제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나 소자(320)는 (1/4)λ 또는 그 배수의 간격을 갖도록 배치될 수 있다. 이에 의해, 제1 안테나 소자(310)에서의 방사 신호가 소정의 위상 지연(예를 들면, 90도의 위상 지연)을 갖은 상태로 제2 안테나 소자(320)에 도착할 수 있고, 반대로 제2 안테나 소자(320)에서의 방사 신호가 위상 지연을 갖은 상태로 제1 안테나 소자(310)에 도착할 수 있다. 이러한 과정에 의해, 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나 소자(320)는 상호 간섭을 일으킬 수 있다. 이를 MIMO 시스템에서 안테나 방사 에너지에 의한 상호 간섭이라 칭할 수 있다.
그러나, MIMO 시스템에서 상호 간섭의 문제는 상기와 같은 방사 에너지에 의한 것보다, 접지면(330)을 통한 전류의 흐름에 의해 영향을 더 크게 받는다. 이에 대해 구체적으로 설명하면, 전류는 일반적으로 도체의 가장자리를 통해 흐르게 되는데, 도 3 및 도 4에 도시된 환경에서는 기판(340)에 포함되는 접지면(330)의 가장자리(331)를 통해 전류가 가장 많이 흐를 수 있게 된다. 이에 의해, 제1 안테나 소자(310)로부터 발생되는 전류 또는 제1 안테나 소자(310)로의 급전에 따라 발생되는 전류는 접지면(330)의 가장자리(331)를 타고 제2 안테나 소자(320)로 흘러들어갈 수 있게 되며, 그 반대일 수도 있게 되는데, 이러한 전류의 흐름에 따라 상호 간섭이 일어날 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서는 전류의 흐름으로 인한 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나 소자(320) 간의 상호 간섭을 없애기 위해, 즉, 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나 소자(320) 간의 격리도 확보를 위해 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나(320) 사이에 180도 위상 변환을 일으키는 전송 선로(350)를 포함시켰다. 즉, 본 발명의 MIMO 안테나 시스템은 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나(320) 사이의 접지면(330) 가장 자리에 180도 위상 변환을 일으켜 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나(320) 소자 간의 전류 흐름으로 인한 상호 간섭을 방지하는 전송 선로(350)를 포함한다.
상기 전송 선로(350)는 소정의 위상 변화를 일으키는 메타머티리얼 전송선로일 수 있으며, 위상 천이기로서의 역할을 수행할 수 있다.
메타머티리얼이란 자연에서 일반적으로 찾을 수 없는 특수한 전자기적 특성을 갖도록 인공적으로 설계된 물질 또는 전자기적 구조를 의미하는 것으로서, 본 기술 분야에서 일반적으로, 그리고 본 명세서에 있어서 메타머티리얼이라 함은 유전율(permittivity)과 투자율(permeability)이 모두 음수인 물질 또는 그러한 전자기적 구조를 의미한다.
이러한 물질(또는 구조)는 두 개의 음수 파라미터를 가진다는 의미에서 더블 네거티브(Double Negative; DGN) 물질이라 불리기도 한다. 또한, 메타머티리얼은 음의 유전율 및 투자율에 의하여 음의 반사계수를 가지며, 그에 따라 NRI(Negative Refractive Index) 물질이라고도 불린다. 메타머티리얼은 1967년 소련의 물리학자 베젤라고(V.Veselago)에 의해 처음 연구되었으나, 그 후 30 여 년이 지난 최근에 구체적 구현 방법이 연구되어 응용이 시도되고 있다.
위와 같은 특성에 의하여, 메타머티리얼 내에서 전자기파는 플레밍의 오른손 법칙을 따르지 않고 왼손 법칙에 의해 전달된다. 즉, 전자기파의 위상 전파 방향(위상 속도(phase velocity) 방향)과 에너지 전파 방향(군 속도(group velocity) 방향)이 반대가 되어, 메타머티리얼을 통과하는 신호는 음의 위상 지연을 갖게 된다. 이에 따라, 메타머티리얼을 LHM(Left-handed Material)이라고도 한다. 또한, 메타머티리얼에서는 β(위상 상수)와 ω(주파수)의 관계가 비선형일 뿐만 아니라, 그 특성 곡선이 좌표 평면의 좌반면에도 존재하는 특성을 보인다. 이러한 비선형 특성에 의하여 메타머티리얼에서는 주파수에 따른 위상차가 작아 광대역 회로의 구현이 가능하며, 위상 변화가 전송 선로의 길이에 비례하지 않으므로 소형의 회로를 구현할 수 있다.
이러한 메타머티리얼 구조를 이용하여 소정의 위상 변화를 일으키는 위상 천이기로서의 전송 선로(350)를 구현함으로써, 소형화된 구조만으로도 제1 안테나 소자(310)와 제2 안테나 소자(320) 간의 격리도를 확보할 수 있게 된다.
구체적으로, 메타머티리얼 구조는 직렬 커패시턴스와 병렬 인덕턴스를 갖는 회로 구조를 포함하며, 대표적으로 LH(Left-handed) 회로 또는 CRLH(Cmoposite Right/Left-handed) 회로를 포함할 수 있다. 구체적으로, LH 회로는 직렬 커패시턴스와 병렬 인덕턴스를 포함하여 일반적인 전송 선로(즉, RH 회로)와는 반대의 구조를 갖는다. 반면, CRLH 회로는 LH 회로 구조에 직렬 인덕턴스와 병렬 커패시턴스를 더 포함하여 LH 특성과 RH 특성을 모두 갖는다. 이러한 구조를 통해 0차 공진이 발생하는데, 그 공진 주파수는 커패시턴스와 인덕턴스 값에만 의존하며 전송 선로의 길이에 비례하지 않는다. 따라서, 전송 선로(350)를 소형으로 만들 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 전송 선로(350)에 대한 구조는 도 4에 도시하였으며, 이에 대한 등가 회로도는 도 5에 도시하였다. 도 4에서 도시되는 바와 같이, 전송 선로(350)는 일 이상의 병렬 인덕터(L1, L2)와 일 이상의 커패시터(C)로 구성될 수 있으며, 일 이상의 커패시터(C)는 전송 선로(350)를 구성하는 도체에 형성되는 이격 공간에 의해 구현될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시되는 전송 선로(350)의 구조에서 양 끝에 형성되는 제1 병렬 인덕터(L1)를 제외한 제2 병렬 인덕터(L2)는 도 6에 도시되는 바와 같이, 서로 병렬 관계에 있는 두 개의 인덕터(L2')로 등가화될 수 있다. 하나의 제2 병렬 인덕터(L2)의 인덕턴스 값이 LO 이라면, 이로부터 파생되는 두 개의 인덕터(L2')의 인덕턴스 값은 2LO 일 수 있다.
이러한 과정에 따라 등가화된 도 6에 도시되는 회로를 참조하면, 본 발명의 전송 선로(350)는 일 이상의 유닛 셀을 포함할 수 있다. 도 3 내지 도 6에서는 본 발명의 전송 선로(350)가 3개의 유닛 셀을 포함하는 것으로 도시되었으나, 유닛 셀의 개수는 일 이상의 수라면 어떠한 수라도 상관 없다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 유닛 셀이 3 개인 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
각 유닛 셀은 2개의 병렬 인덕터(L1와 L2', 또는 2개의 L2')와 1개의 직렬 커패시터(C)를 포함하여 구성될 수 있다. 2개의 병렬 인덕터(L1와 L2', 또는 2개의 L2')의 일단은 접지면(340)에 접속되고 타단은 1개의 직렬 커패시터(C)의 일단에 접속된다. 따라서, 1개의 직렬 커패시터(C)의 양단에는 병렬 인덕터(L1와 L2', 또는 2개의 L2')의 상기 타단이 접속되게 된다. 2개의 병렬 인덕터(L1와 L2', 또는 2개의 L2')의 인덕턴스 값은 2LO 로서 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 전송 선로(350)에 포함되는 제1 병렬 인덕터(L1)의 인덕턴스 값이 2L0 라면, 제2 병렬 인덕터(L2)의 인덕턴스 값은 LO일 수 있다.
이와 같이 형성되는 메타머티리얼 전송 선로(350)의 유닛 셀은 입력 신호에 대해 (+) 위상 변화를 일으키게 되는데, 그 임피던스 매칭 조건은 수학식 1에 의해 표현될 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2010000582-appb-M000001
여기서, ZOT, LOT, COT 는 각각 전송 선로(350)의 특성 임피던스, 인덕턴스, 커패시턴스 값이며, CO 는 커패시터(C)의 커패시턴스 값이다.
수학식 1로부터, 유닛 셀에 의한 위상 천이 φ0 는 다음의 식으로 표현될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2010000582-appb-M000002
여기서, ω 는 주파수이고, d0 는 셀의 크기, 즉, 커패시터(C)의 일단에서 타단까지의 전송 선로(350) 길이일 수 있다. 수학식 2에서 보여지는 바와 같이 위상 천이 φ0 의 두 번째 항이 음수이므로, 각 소자의 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 조정함으로써 음의 위상 지연 (즉, 양의 위상 천이) 를 구현할 수 있게 된다. 또한, n개의 셀을 캐스케이드 접속하는 경우에는 전체 셀의 위상 천이는
Figure PCTKR2010000582-appb-I000003
가 되므로 하나의 셀로 달성할 수 없거나 달성하기 어려운 위상 천이도 구현할 수 있게 된다. 도 3 내지 도 6에서는 3개의 유닛 셀을 이용하였으므로, 하나의 유닛 셀이 60도의 위상 천이를 일으킬 수 있도록 하면, 전체의 전송 선로(350)가 180도의 위상 천이를 일으키게 되어 MIMO 안테나 시스템에서의 격리도가 확보될 수 있게 된다.
한편, 전송 선로(350)의 특성 임피던스 Z0T 는 적절한 값으로 조절될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전송 선로(350)에 포함되는 유닛 셀의 개수는 3개에 제한되는 것이 아니다. 일례로서, 유닛 셀의 개수가 2개이면, 전송 선로(350)에 포함되는 인덕터의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값을 조절하여 각 유닛 셀이 90도의 위상 천이를 일으키도록 하여 전체적으로 전송 선로(350)가 180도의 위상 천이를 일으키도록 구현할 수 있다. 또한, 다른 예로서, 유닛 셀의 개수가 6개이면, 각 유닛 셀이 30도의 위상 천이를 일으키도록 하여 180도의 위상 천이를 일으키는 전송 선로(350)를 구현할 수 있다.
이렇게 함으로써, 본 발명에서는 작은 용적만으로도 180도의 위상 천이를 일으켜 MIMO 시스템에서 격리부로서 기능할 수 있는 전송 선로(350)를 구현할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8는 각각 본 발명에 따른 전송 선로(350)가 없을 때와 있을 때 제1 안테나 소자(310)로부터 제2 안테나 소자(320)로의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 전송 선로(350)가 없을 때는 제1 안테나 소자(310)로부터의 전류가 모두 제2 안테나 소자(320) 쪽으로 흘러들어가는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 8에 도시되는 바와 같이, 전송 선로(350)가 구비되게 되면, 제1 안테나 소자(310)로부터의 전류가 제2 안테나 소자(320) 쪽으로 흘러가는 중에 전송 선로(350)에 의해 차단되는 것을 알 수 있다.
도 9은 전송 선로(350)의 유무에 따른 MIMO 안테나 시스템의 격리도 특성의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9의 그래프에서 적색 곡선(710)은 전송 선로(350)가 구비되지 않았을 시의 격리도 특성을 나타내는 것이며, 황색 곡선(720)은 전송 선로(350)가 구비되었을 시의 격리도 특성을 나타내는 것이다. 여기서의, 전송 선로(350)는 동작 주파수가 2.6 GHz 일 때, 전체적으로 180도의 위상 천이를 일으키는 전송 선로를 사용하였다.
도 9에 도시되는 바와 같이, 동작 주파수인 2.6 GHz 에서 전송 선로(350)가 구비되었을 시의 MIMO 안테나 시스템의 격리도가 월등히 향상되었음을 알 수 있다.
이처럼 본 발명에 따르면, MIMO 안테나 시스템에서 높은 격리도를 확보할 수 있고, 메타머티리얼을 이용함으로써 격리도 확보를 위한 구성요소를 초소형으로 구현할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명된 실시형태들을 변경 또는 변형할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 각 기능 블록들 또는 수단들은 전자 회로, 집적 회로, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수 있다. 본 명세서 및 청구범위에서 별개인 것으로 설명된 수단 등의 구성요소는 단순히 기능상 구별된 것으로 물리적으로는 하나의 수단으로 구현될 수 있으며, 단일한 것으로 설명된 수단 등의 구성요소도 수개의 구성요소의 결합으로 이루어질 수 있다. 또한 본 명세서에서 설명된 각 방법 단계들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 그 순서가 변경될 수 있고, 다른 단계가 부가될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명된 다양한 실시형태들은 각각 독립하여서뿐만 아니라 적절하게 결합되어 구현될 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output) 안테나 시스템에 있어서,
    일 이상의 안테나 소자, 및
    상기 일 이상의 안테나 소자 사이의 전기적 이동 경로 상에 형성되며, 180도의 위상 천이를 일으키는 메타머티리얼 전송 선로를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메타머티리얼 전송 선로는,
    일단이 상기 전기적 이동 경로 상에 접속되는 일 이상의 병렬 인덕터, 및
    상기 일 이상의 병렬 인덕터의 타단들 사이에 접속되는 일 이상의 직렬 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메타머티리얼 전송 선로는,
    일 이상의 유닛 셀을 포함하고,
    상기 각 유닛 셀은,
    직렬 커패시터, 및
    2개의 병렬 인덕터로서, 각각의 일단이 상기 전기적 이동 경로 상에 접속되며, 타단이 상기 직렬 커패시터의 양단에 각각 접속되는 2개의 병렬 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 안테나 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터와 상기 2개의 병렬 인덕터는 특성 임피턴스 Z0T(특성 인덕턴스 LOT, 특성 커패시턴스 COT)를 갖는 선로를 통해 접속되며,
    상기 커패시터의 커패시턴스 값이 Co이고, 2개의 병렬 인덕터의 인덕턴스 값이 2LO일 때,
    Figure PCTKR2010000582-appb-I000004
    를 만족하는 것을 특징으로 하는, MIMO 안테나 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    ω 가 상기 안테나 소자의 동작 주파수이고, d0 가 상기 직렬 커패시터 양단 사이의 길이일 때,
    상기 유닛 셀의 위상 천이는
    Figure PCTKR2010000582-appb-I000005
    만큼 이루어지는 것을 특징으로 하는, MIMO 안테나 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유닛 셀의 개수가 n개 일 때, 상기 위상 천의 값 φ0 는 180°/n 인 것을 특징으로 하는, MIMO 안테나 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    접지면을 더 포함하고,
    상기 일 이상의 안테나 소자는 상기 접지면의 가장 자리 중 적어도 일부에 형성되며, 상기 전기적 이동 경로는 상기 접지면의 가장 자리 중 상기 일 이상의 안테나 사이의 경로인 것을 특징으로 하는, MIMO 안테나 시스템.
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