WO2011049351A2 - Lc 필터를 이용한 다중 대역 안테나 - Google Patents

Abstract

LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 제1 대역 및 상기 제1 대역에 비해 고주파인 제2 대역의 신호를 송수신하기 위한 안테나이며, 안테나 방사체; 및 상기 안테나 방사체에 결합되며 상기 제2 대역에 상응하는 전류 경로를 차단하는 필터부를 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, AM/FM 신호와 같은 비교적 저주파 대역의 신호와 DMB와 같은 비교적 고주파 대역의 신호를 수신 특성의 저하 없이 동시에 수신할 수 있는 장점이 있다.

Description

LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수 대역의 신호를 송수신하는 다중 대역 안테나에 관한 것이다.

통신 기술의 발전에 따라 차량 내에서도 다양한 통신 서비스가 요구되고 있다. 종래의 차량 내에서의 통신은 AM/FM과 같은 라디오 신호만을 송수신하는 것이 일반적이었으나, 근래에는 GPS, DMB 등과 같은 다양한 통신 서비스가 차량 내에서 제공되고 있으며, 나아가 이동통신 및 무선랜 대역의 서비스까지 차량을 통해 송수신될 것이 요구되고 있다.

이와 같이 차량을 통해 제공되는 통신 서비스가 증가함에 따라 차량에 장착되는 안테나에 대해서도 다중 대역화가 요구되고 있다.

종래의 차량용 안테나는 차량 후단의 유리면에 장착되는 글라스 안테나 또는 인쇄회로기판상에 구현되는 마이크로 스트립 라인 안테나 등이 사용되었으며, 마이크로 스트립라인 안테나는 차량 내부에 내장되거나, 샤크 안테나와 같이 차량 외부에 장착되기도 하였다.

AM/FM 신호 이외에도 DMB, GPS 등과 같은 다양한 대역의 신호가 요구됨에 따라 차량용 안테나는 이들 대역을 각각 송수신할 수 있는 독립형 안테나로 구현되기도 하였으며, 하나의 안테나로 다중 대역을 송수신할 수 있는 통합형 안테나로 구현되기도 하였다.

통합형 안테나로 차량용 다중 대역 안테나가 구현될 때, 각각의 대역에 대한 수신 특성이 상이하고 또한 서로 다른 대역 신호간 간섭이 문제되었다. AM/FM 신호는 비교적 저주파 대역의 신호이나 DMB와 GPS 신호는 AM/FM 신호에 비해 비교적 고주파 대역의 신호이다. 주지된 바와 같이, 수동 안테나에서 안테나의 방사 대역은 방사체의 길이에 반비례하며, 모노폴 형태의 안테나의 경우 파장의 1/4 길이가 방사 대역으로 설정되고 다이폴 형태의 안테나의 경우 파장의 1/2 길이가 방사 대역으로 설정된다.

이와 같은 안테나 방사체의 길이와 방사 대역에 대한 관계는 능동 안테나에서도 영향을 받으며, 방사체 길이와 방사 대역이 적절하게 설정되지 않을 경우 보다 높은 증폭 이득을 요구하게 된다.

종래의 차량에 사용되는 통합형 다중 대역 안테나는 저주파 대역인 AM/FM 대역의 신호를 수신할 수 있도록 방사체의 길이가 설정된다. 이와 같이, AM/FM 대역에 상응하여 안테나 방사체의 길이가 설정되기 때문에 DMB와 같은 고주파 대역의 신호의 수신에는 방사체의 길이가 적절하지 않다.

차량용 안테나는 주로 능동 안테나가 사용되기 때문에 수신 특성의 저하를 능동 안테나의 증폭 이득을 조절하는 방식이 사용되었으나, 증폭 이득의 조절만으로 방사체의 적절하지 않은 길이로 인한 수신 특성의 저하를 극복하기는 어려운 측면이 있었다.

통합형 안테나에서 각 대역별 수신 특성이 상이하다는 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 DMB와 같은 고주파 대역의 신호를 별도의 분배 모듈을 이용하여 분배하는 방식이 제안되기도 하였다. 이와 같은 분배 모듈은 능동 회로에서 증폭 모듈 후단에 위치하여 DMB 신호와 같은 고주파 신호를 분리하는 기능을 수행한다.

그러나, 이와 같은 신호 분리 방식은 별도의 분배 회로가 추가적으로 요구되고 다중 대역간 아이솔레이션 문제는 여전히 존재하는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 다양한 대역에 대해 적절한 수신 특성을 가지는 LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나를 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 AM/FM 신호와 같은 비교적 저주파 대역의 신호와 DMB와 같은 비교적 고주파 대역의 신호를 수신 특성의 저하 없이 동시에 수신할 수 있는 다중 대역 안테나를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 안테나 또는 능동 회로가 구현된 회로 기판의 사이즈를 증가시키지 않으면서 적절한 수신 특성을 유지할 수 있는 다중 대역 안테나를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 대역 및 상기 제1 대역에 비해 고주파인 제2 대역의 신호를 송수신하기 위한 안테나 장치로서, 안테나 방사체; 및 상기 안테나 방사체에 결합되며 상기 제2 대역에 상응하는 전류 경로를 차단하는 필터부를 포함하는 안테나 장치가 제공된다.

상기 필터부는 인덕터 및 캐패시터를 포함한다.

상기 인덕터는 상기 안테나 방사체 중간에 삽입되며, 상기 캐패시터는 상기 안테나 방사체 및 접지와 전기적으로 연결된다.

상기 필터부의 결합 위치는 상기 제2 대역의 수신에 필요한 방사체의 길이에 기초하여 설정된다.

상기 필터부의 차단 주파수는 상기 제2 대역의 중심 주파수에 기초하여 설정된다.

상기 안테나 방사체는 유전체 기판 또는 글라스에 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 다중 대역 신호를 송수신하기 위한 안테나 장치로서, 안테나 방사체; 및 상기 안테나 방사체에 결합되며 상기 특정 대역에 상응하는 전류 경로를 차단하는 적어도 하나의 필터부를 포함하는 안테나 장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, AM/FM 신호와 같은 비교적 저주파 대역의 신호와 DMB와 같은 비교적 고주파 대역의 신호를 수신 특성의 저하 없이 동시에 수신할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 차량용 안테나의 방사체를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나의 개념도를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 방사체에 적용되는 LC 필터 회로 구성의 일례를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나의 상세 구조를 도시한 도면.

도 5는 종래의 차량용 다중 대역 안테나와 본 발명에 의한 다중 대역 안테나의 S11 파라미터를 비교한 도면.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 차량용 안테나의 방사체를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 안테나 방사체가 공간적인 제약을 최소화하기 위해 다수에 걸쳐 절곡된 미앤더 형태이다. 차량용 안테나는 기본적으로 AM/FM 대역과 같은 저주파 대역의 신호를 송수신할 수 있어야 하므로 도 1과 같은 공간적인 제약을 최소화하는 구조로 구현되는 것이 일반적이다.

도 1에서, A로 표시된 부분은 신호가 급전되는 급전점이고, B로 표시된 부분은 차량용 안테나의 종단부이다.

도 1과 같은 차량용 안테나는 535KHz ~ 1,605KHz 대역의 AM 신호, 88MHz ~ 108MHz 대역의 FM 신호와 같은 저주파 대역의 신호와 174MHz ~ 240MHz 대역의 DMB 신호와 같은 비교적 고주파 대역의 신호를 함께 수신하는 용도로 사용되며, 이외에도 다양한 주파수 대역이 추가되어 사용될 수 있다.

도 1과 같은 종래의 차량용 안테나는 글라스 안테나로 구현되어 차량의 뒷 유리면에 부착될 수도 있으며, 마이크로 스트립 라인 안테나로 구현되어 기판상에 구현될 수도 있다.

도 1과 같이, 하나의 방사체로 다수의 주파수 대역을 수신하도록 구현된 차량용 안테나에서 방사체의 길이는 가장 낮은 주파수 대역에 기초하여 정해진다. 예를 들어, AM/FM 및 DMB 신호를 함께 수신하도록 구현된 차량용 안테나에서 안테나의 길이는 가장 낮은 주파수 대역인 AM 주파수 대역에 기초하여 정해진다.

따라서, 종래의 차량용 안테나 방사체의 총 길이는 AM/FM기준 약 500mm로 설정되는 것이 일반적이었다. 이때 이와 같은 방사체의 길이는 고주파 대역의 신호에는 적합하지 않은 것이어서 방사체의 길이에 적합하지 하지 않은 신호는 능동 회로에 별도의 분배 모듈을 이용하여 신호를 수신하였다.

그러나 이와 같은 종래의 안테나는 다수 밴드의 매칭 소자들이 능동 회로에 직접 연결되고 밴드간 아이솔레이션이 완벽하게 이루어지지 않아 안테나 특성이 저하되는 문제점이 있었다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나의 개념도를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나는 안테나 방사체(200) 및 LC 필터(202)를 포함할 수 있다.

안테나 방사체(200)는 급전점과 전기적으로 연결되어 미리 설정된 대역의 신호를 방사하는 기능을 한다. 안테나 방사체(200)는 급전부(210)를 포함하며, 급전부(210)는 급전 선로와 직접 연결되어 직접 급전을 받을 수도 있으며, 급전 선호와는 소정 거리 이격되어 전자기적인 커플링에 의해 급전을 받는 커플링 급전을 받을 수도 있다.

안테나 방사체(200)는 도전성 재질로 이루어지며, 기판 또는 글라스와 같은 유전체상에 구현될 수도 있으며, 유전체와 결합되지 않는 단일 구조로 구현될 수도 있다. 또한, 안테나 방사체(200)는 선형, L자형, 미앤더 형태와 같이 다양한 형태를 가질 수 있다.

도 2에는 안테나 방사체의 종단부(220)가 오픈된 구조인 경우가 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 접지와 전기적으로 연결되어 있을 수도 있다. 안테나 방사체의 종단부(220)가 접지와 전기적으로 연결될 경우 안테나 방사체는 루프 방사체로 동작하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 방사체(200)에는 LC 필터(202)가 삽입된다. LC 필터(202)의 구체적인 형태는 별도의 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 종래의 능동 안테나에서도 신호의 분배를 위해 LC 필터를 사용하는 경우가 있으나, 본 발명에서는 LC 필터가 안테나 방사체에에 직접 적용되었다는 점에서 차이가 있다. 이와 같은 LC 필터는 일반적인 인덕터 및 캐패시터 소자를 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 LC 필터를 기준으로 LC 필터 이전 영역인 제1 영역(250)과 LC 필터를 포함하는 LC 필터 이후 영역인 제2 영역(260)으로 구분된다.

제1 영역(250)의 길이는 안테나의 사용 주파수 대역 중 고주파 대역의 길이에 기초한다. 예를 들어, 사용 주파수 대역이 AM/FM, DMB 대역일 경우 제1 영역의 길이는 고주파 대역인 DMB 대역에 기초하여 정해진다. 안테나가 모노폴 형태로 동작하는 경우 제1 영역(250)의 길이는 고주파 대역 파장의 1/4로 설정될 수 있으며, 안테나가 다이폴 형태로 동작하는 경우 제1 영역(250)의 길이는 고주파 대역 파장의 1/2로 설정될 수 있다.

본 발명의 안테나에서, LC 필터(202)는 특정 주파수 대역의 전류 경로를 차단하는 밴드 패스 필터로서 동작하게 된다. LC 필터(202)는 안테나의 사용 주파수 대역 중 고주파 신호의 전로 경로는 차단하되 저주파 대역의 전류 경로는 차단하지 않도록 동작한다.

예를 들어, DMB 주파수 대역에 상응하는 전류는 LC 필터(202)를 통과하지 못하며, AM/FM 주파수 대역에 상응하는 전류는 LC 필터(202)를 통과하도록 LC 필터의 패스 밴드가 설정된다.

이와 같은 LC 필터(202)의 동작에 따라 고주파 대역의 신호가 송수신 될 때 본 발명의 안테나는 제1 영역(250)의 길이만을 가지고 동작하게 된다. 따라서, 고주파 대역의 신호에 대해서는 안테나의 길이가 제1 영역(250)의 길이만으로 한정되어 동작하게 되며, 이는 고주파 대역의 신호의 송수신이 적절한 안테나 방사체 길이에서 동작함을 의미한다.

한편, 저주파 대역의 신호에 대해서 본 발명의 안테나는 제1 영역(250) 및 제2 영역(260)의 길이를 합친 전체 길이로 동작하게 된다. 따라서, AM/FM과 같은 저주파 대역의 신호에 대해서도 적절한 길이에 의해 안테나가 동작한다.

이와 같이, 다중 대역 안테나에서 LC 필터(202)를 중간에 삽입하여 각 대역에서 적절한 길이로 안테나 방사체가 동작하도록 함으로써 종래의 차량용 안테나에서 발생하는 다수의 문제점을 해결할 수 있다.

종래에는 각 능동 회로부에 별도의 분배 모듈을 설치하여 신호를 분배하여야 했으나, 본 발명에서는 이와 같은 분배 모듈을 사용할 필요가 없다.

또한, 적절하지 않은 길이의 방사체로 신호를 송수신하게 되는 고주파 대역의 신호에 대해 종래에는 능동 회로부에서 고 이득의 증폭기가 요구되었고 밴드간 아이솔레이션 현상이 문제되었으나, 본 발명에서는 고주파 대역의 신호가 적절한 길이의 방사체를 통해 수신되므로 이와 같은 종래의 문제점이 해결될 수 있다.

한편, 도 2에서는 하나의 LC 필터가 방사체에 적용되어 LC 필터를 기준으로 제1 영역에서는 고주파 대역의 신호를 송수신하고 제2 영역에서는 저주파 대역의 신호를 송수신하는 실시예가 도시되었으나, 이와 같은 본 발명의 원리는 다수의 LC 필터가 적용되는 실시예에도 확장 가능하다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

즉, 본 발명의 확장된 실시예에 따르면, 2 이상의 LC 필터가 안테나 방사체에 적용될 수 있다.

예를 들어, 2 개의 LC 필터가 사용될 경우 2 개의 LC 필터를 기준으로 안테나 방사체의 영역은 3 개로 분리될 수 있으며, 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서의 다중 대역 신호의 송수신이 가능하다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 방사체에 적용되는 LC 필터 회로 구성의 일례를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 방사체에 적용되는 LC 필터는 방사체 및 접지와 병렬로 연결되는 캐패시터(C1, C2) 및 방사체 사이에 연결되는 인덕터(L1)를 포함할 수 있다.

도 3에는 하나의 인덕터(L1) 및 두 개의 캐패시터(C1, C2)가 사용되는 실시예가 도시되어 있으나, 인덕터 및 캐패시터의 수가 필터링하는 주파수 대역에 따라 가변될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

인덕터(L1)의 인덕턴스 및 캐패시터(C1, C2)의 캐패시턴스는 LC 필터를 통해 차단하고자 하는 주파수 대역에 상응하여 설정된다. 필터의 공진 주파수를 L, C 값을 조절하여 설정하는 것은 당업자에게 공지된 일반적인 기술이므로 L, C 값을 설정하는 방식에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 통해 살펴본 바와 같이, 일반적인 LC 소자를 이용하고 일반적인 필터 설계 방식을 이용하여 LC 필터를 설계할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LC 필터를 이용한 다중 대역 안테나의 상세 구조를 도시한 도면이다.

도 4는 도 1에 도시된 종래의 다중 대역 차량용 안테나에 도 3에 도시된 LC 필터를 적용한 실시예이다.

도 4에 도시된 안테나는 저주파의 AM/FM 대역 및 고주파의 DMB 대역에서 동작하도록 설정된 안테나이며, 총 안테나 길이는 약 500mm일 수 있다.

도 4에서, 급전부(400)는 안테나의 시작단이고 RF 신호가 급전되는 부분이며, 전술한 바와 같이, 직접 급전을 받을 수도 있고 커플링 급전을 받을 수도 있다.

캐패시터(C1, C2) 및 인덕터(L1)로 이루어진 LC 필터부(420)의 위치는 DMB 대역에서 요구되는 방사체의 길이에 상응하여 설정된다. 예를 들어, DMB 대역에서 요구되는 길이가 70mm일 경우, LC 필터부(420)는 안테나의 시작단인 급전부(400)로부터 70mm가 지난 지점에 설치된다. 물론 DMB 대역에서 요구되는 방사체의 길이는 안테나의 설치 환경과 동작 방식에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, LC 필터부(420)를 안테나 방사체에 적용하기 위해 칩 인덕터 및 칩 캐패시터가 사용될 수 있다. 인덕터(L1)로 칩 인덕터가 사용될 경우, 칩 인덕터는 방사체 중간에 삽입된다.

캐패시터(C1, C2)로 칩 캐패시터가 사용될 경우, 칩 캐패시터의 일단은 방사체에 결합되고, 칩 캐패시터의 타단은 접지와 결합된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인덕터(L1) 및 캐패시터(C1, C2)는 구조적으로 구현될 수도 있다. 인덕터(L1) 및 캐패시터(C1, C2)가 구조적으로 구현될 경우, 캐패시터는 접지와 방사체 사이에 소정 면적을 가지는 도체판이 소정 거리 이격되도록 구현될 수 있다. 또한, 인덕터(L1)는 방사체에 비해 얇은 도선이 다수에 걸쳐 절곡된 구조로 구현될 수 있을 것이다. 이와 같은 구조적인 캐패시터 및 구조적인 인덕터는 당업자에게 공지된 일반적인 기술이므로 이에 대한 상세한 설명 및 구조는 생략하기로 한다.

도 4의 안테나에서, 고주파인 DMB 대역의 신호에 대해서는 LC 필터부(420) 이전 영역에서만 방사체로 동작하고, 저주파인 AM/FM 대역의 신호에 대해서는 안테나의 전 영역이 방사체로 동작한다.

전술한 바와 같이, LC 필터부(420)는 다수개 설치되어 이중 대역이 아닌 다중 대역에 대해 적절한 길이로 방사가 이루어지도록 동작할 수도 있다.

도 5는 종래의 차량용 다중 대역 안테나와 본 발명에 의한 다중 대역 안테나의 S11 파라미터를 비교한 도면이다.

도 5를 참조하면, 적절한 길이에 의해 DMB 대역의 신호를 수신함으로서 DMB 대역의 리턴 로스가 좋아지고, 또한 이로 인해 FM 대역과 DMB 대역의 아이솔레이션이 확보되면서 FM 대역의 리턴 로스가 향상됨을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 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.

Claims (10)

1. 제1 대역 및 상기 제1 대역에 비해 고주파인 제2 대역의 신호를 송수신하기 위한 안테나 장치로서,
   안테나 방사체; 및
   상기 안테나 방사체에 결합되며 상기 제2 대역에 상응하는 전류 경로를 차단하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치,
2. 
   제1항에 있어서,
   상기 필터부는 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
3. 
   제2항에 있어서,
   상기 인덕터는 상기 안테나 방사체 중간에 삽입되며, 상기 캐패시터는 상기 안테나 방사체 및 접지와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
4. 
   제1항에 있어서,
   상기 필터부의 결합 위치는 상기 제2 대역의 수신에 필요한 방사체의 길이에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
5. 
   제4항에 있어서,
   상기 필터부의 차단 주파수는 상기 제2 대역의 중심 주파수에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
6. 
   제1항에 있어서,
   상기 안테나 방사체는 유전체 기판 또는 글라스에 결합되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
7. 
   다중 대역 신호를 송수신하기 위한 안테나 장치로서,
   안테나 방사체; 및
   상기 안테나 방사체에 결합되며 상기 특정 대역에 상응하는 전류 경로를 차단하는 적어도 하나의 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
8. 
   제7항에 있어서,
   상기 필터부는 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
9. 
   제7항에 있어서,
   상기 필터부의 결합 위치는 상기 전류 경로 차단을 위한 특정 대역의 수신에 필요한 방사체 길이에 기초하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
10. 
    제9항에 있어서,
    상기 필터부의 상기 필터부의 차단 주파수는 상기 특정 대역의 중심 주파수에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.

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