WO2018088634A1 - 하이브리드 안테나 - Google Patents

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WO2018088634A1
WO2018088634A1 PCT/KR2017/001490 KR2017001490W WO2018088634A1 WO 2018088634 A1 WO2018088634 A1 WO 2018088634A1 KR 2017001490 W KR2017001490 W KR 2017001490W WO 2018088634 A1 WO2018088634 A1 WO 2018088634A1
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antenna
conductive member
electronic device
substrate
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박재현
이정해
유영호
이창현
박민서
박성범
엄귀섭
이종민
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삼성전자 주식회사
홍익대학교 산학협력단
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    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J50/23—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of transmitting antennas, e.g. directional array antennas or Yagi antennas

Definitions

  • the present disclosure relates to a hybrid antenna for wideband signal reception and wireless power reception, and more particularly, to a combination of a wideband antenna and an array antenna having a metastructure.
  • the Internet of things which means that intelligent things are connected to the Internet and communicate between people and things, and between things and things through networks, is rapidly spreading in recent years. .
  • a technology for developing low power communication devices that can be easily mounted on objects and supplying power to a plurality of communication devices mounted on various objects is required.
  • RF wireless power transmission and RF energy harvesting technologies are attracting attention as a way to efficiently supply power to IoT devices.
  • Wireless power transmission has a magnetic induction, magnetic resonance, and electromagnetic wave method, of which the electromagnetic wave method has the advantage that it is advantageous for the long-distance power transmission of several meters compared to other methods.
  • Electromagnetic wave power transmission system is designed to transmit power wirelessly, so it should be designed to focus on transmission distance, space loss, and power consumption of receiver rather than linearity, noise and other factors. Factors include frequency, transmission distance, and antenna gain.
  • RF energy harvesting technology is a technology that receives RF energy in the air and uses it as the power of an electronic device, and has the advantage of ensuring energy without supplying additional energy.
  • the main performance factors of energy harvesting antennas are broadband characteristics for securing energy of RF signals in various frequency bands and antenna efficiency for high energy yield.
  • the antenna is operated in a different frequency band from the wideband antenna.
  • An antenna of an electronic device includes a substrate formed of an insulator; A first conductive member disposed on the first surface of the substrate and having a hole formed therein; And a second conductive member disposed in the first region of the second surface of the substrate; Wherein the first portion of the first conductive member operates as a first antenna for receiving a wideband signal and supplying power to the electronic device, and the second portion receives wireless power.
  • a first feeder may be formed between the first antenna and the second antenna.
  • a band stop filter may be formed between the first feed part and the first antenna.
  • a band pass filter may be formed between the first feed part and the second antenna.
  • the second portion may include a plurality of metastructure antennas composed of a Mu-zero resonance (MZR) device.
  • MZR Mu-zero resonance
  • the metastructure antenna may have a gap of an interdigital structure.
  • the antenna further includes a third conductive member disposed in a second region of the second surface of the substrate, and one side of the MZR element is connected to the third through a via hole. It may be connected to the conductive member.
  • the metastructure antenna may be fed through a micro stripline.
  • the lengths of the transmission lines to the respective metastructure antennas and the first feed part may be the same.
  • a transmission line may be disposed between each MZR element constituting the metastructure antenna.
  • the second conductive member may be disposed at a position corresponding to the hole.
  • One side of the first portion of the first conductive member may have a tapered line, that is, an inclined line structure.
  • the first portion, the hole, the substrate, and the second conductive member of the first conductive member may form a resonance circuit.
  • the hole may be circular or polygonal.
  • the band cut filter may have an open stub structure.
  • the capacitance of the band pass filter may be determined by an interdigital gap.
  • the capacitance of the band pass filter may be determined by a concentrator capacitor disposed in the band cut filter.
  • a broadband antenna and a meta-structure antenna for wireless power reception operating at a single frequency may be combined to operate together, thereby generating energy from electromagnetic waves in a wide frequency band (wide band) using one port.
  • Broadband signal reception and wireless power reception are available to secure the product, and the product can be miniaturized.
  • FIG. 1A and 1B illustrate a hybrid antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate input impedance matching characteristics of a hybrid antenna according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 3 shows a radiation pattern at 5.8 Ghz of the hybrid antenna of the present disclosure.
  • 4A and 4B illustrate a first antenna portion of a hybrid antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG 5 illustrates frequency characteristics of a first antenna portion of a hybrid antenna according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 illustrates a second antenna portion of a hybrid antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a metastructure antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG 8 illustrates a band cut filter part and a frequency characteristic of a hybrid antenna according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG 9 illustrates a band pass filter portion and a frequency characteristic of a hybrid antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • an expression such as “having”, “may have”, “comprises”, or “may include” may include the presence of a corresponding feature (e.g., numerical, functional, operational, or component such as a component). Does not exclude the presence of additional features.
  • the expression “A or B”, “at least one of A or / and B”, or “one or more of A or / and B” may include all possible combinations of items listed together.
  • “A or B”, “at least one of A and B”, or “at least one of A or B” includes (1) at least one A, (2) at least one B, Or (3) both of cases including at least one A and at least one B.
  • first,” “second,” “first,” or “second,” as used in this disclosure may modify various components in any order and / or in importance, and may modify one component to another. It is used to distinguish a component and does not limit the components.
  • the first user device and the second user device may represent different user devices regardless of the order or importance.
  • the first component may be called a second component, and similarly, the second component may be renamed to the first component.
  • One component (such as a first component) is "(functionally or communicatively) coupled with / to" to another component (such as a second component) or " When referred to as "connected to,” it is to be understood that any of the components described above may be directly connected to the other components described above, or may be connected through other components (e.g., a third component).
  • a component e.g., a first component
  • another component e.g., a second component
  • the expression “configured to” used in the present disclosure may, for example, be “suitable for”, “having the capacity to” depending on the context. It may be used interchangeably with “designed to”, “adapted to”, “made to”, or “capable of”.
  • the term “configured to” may not necessarily mean only “specifically designed to” in hardware. Instead, in some situations, the expression “device configured to” may mean that the device “can” along with other devices or components.
  • the phrase “processor configured (or configured to) perform A, B, and C” may be implemented by executing a dedicated processor (eg, an embedded processor) to perform its operation, or one or more software programs stored in a memory device. It may mean a general-purpose processor (eg, a CPU or an application processor) that can perform corresponding operations.
  • An electronic device may include, for example, a smartphone, a tablet personal computer, a mobile phone, a video phone, and an e-book reader.
  • FIG. 1A and 1B illustrate a hybrid antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • the substrate is composed of an insulator and includes a first side 101 and a second side 141.
  • the first side 101 of the substrate may be a front side
  • the second side 141 of the substrate may be a rear side.
  • the first conductive member 103 is disposed on the first surface 101 of the substrate.
  • the first conductive member 103 may be, for example, a metal such as copper, but is not limited thereto.
  • the first conductive member 103 may include a first portion 107 and a second portion 111.
  • the hole 105 is formed in the first portion 107.
  • the hole 105 is illustrated as a rectangle, but is not limited thereto, and may be a circular or polygonal hole.
  • the first portion 107 can act as a first antenna with the second conductive member 143 located on the second surface 141.
  • the first antenna may be an energy harvesting antenna, such as a broadband antenna, for securing energy of electromagnetic waves of a wide frequency band (0.62 GHz to 3.0 GHz).
  • the second portion 111 may operate as the second antenna along with the third conductive member 163.
  • the second antenna may be a wireless power receiving antenna for supplying power to the electronic device. That is, the second antenna may serve to receive and supply wireless power having a frequency (eg, 5.8 GHz) of a specific band transmitted by an external power transmitter (not shown) to the electronic device.
  • the second antenna may be composed of a plurality of mu-zero resonance (MZR) elements and may have a meta structure.
  • MZR mu-zero resonance
  • the second antenna will be referred to as a meta structure antenna.
  • the second antenna may include four meta structure antennas 113, 115, 117, and 119.
  • the second antenna may include a 2x2 array of meta structure antennas.
  • the first feed part 110 may be formed between the first antenna and the second antenna.
  • the first feed part 110 may be, for example, a through hole that may be electrically connected to the second surface of the substrate.
  • the first feeder 110 may be connected to a power circuit of an electronic device.
  • the signal received from the first antenna and the power received from the second antenna may be supplied to the electronic device through the first feeder 110.
  • a band stop filter 109 may be formed between the first antenna and the first feeder 110 to block a signal and energy transmission in a specific frequency band received by the second antenna. That is, the band cut filter 109 is positioned between the first antenna and the first feeder 110 so that a signal of a specific frequency band received from the second antenna is transferred to the first antenna to reduce input impedance matching characteristics and performance degradation. You can prevent it.
  • a band pass filter 121 may be formed between the second antenna and the first feeder 110 to transmit a signal and energy of a specific frequency band received from the second antenna to the feeder 110. have.
  • the second surface 141 of the substrate may include a first region 161 and a second region 147.
  • the second conductive member 143 may be disposed in the first region 161.
  • the second conductive member 143 may be disposed at a position corresponding to the hole 105 formed in the first portion 107 of the first conductive member in order to increase the reception efficiency of electromagnetic waves in a wide frequency band (wide band).
  • the third conductive member 163 may be disposed in the second region 147.
  • the third conductive member can be connected to the ground of the electronic device.
  • the third conductive member may include a plurality of through holes 149, 151, 153, and 155.
  • the plurality of through holes 149, 151, 153, and 155 correspond to the meta structure antennas 113, 115, 117, and 119, and may ground the meta structure antennas.
  • the third conductive member may include a through hole 145, and the through hole 145 may be electrically connected to the first feed part 110 of FIG. 1A.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate input impedance matching characteristics of a hybrid antenna according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the hybrid antenna resonates at 5.8Ghz 211, which is a wireless power reception frequency. That is, it can be seen that there is a resonance point at 5.8 GHz, which is a frequency of wireless power received by the second antenna constituting the hybrid antenna.
  • the hybrid antenna shows an input impedance matching characteristic of -6 dB or less except for the 1.31 GHz to 1.61 GHz section 201 in the broadband antenna operation section of 0.62 GHz to 3 GHz.
  • the hybrid antenna shows more than 90% of radiation efficiency in most frequency bands 211 and has both high efficiency and broadband characteristics, which are main performance factors for energy harvesting.
  • Radiation efficiency can be expressed as the ratio of radiant energy to total energy, the higher the radiant energy, the better the energy transfer, and can not exceed 100%.
  • 3 shows a radiation pattern at 5.8 Ghz of the hybrid antenna of the present disclosure.
  • a radiation pattern is shown at 5.8 GHz, which is a wireless power reception frequency of a hybrid antenna.
  • Hybrid antennas exhibit the highest efficiency in the 0 degree direction.
  • the radiation pattern is a measure of how the energy efficiency is changed according to the placement angle of the antenna.
  • the wireless power transmitter includes a direction in which wireless power is transmitted and a wireless power receiver, that is, a wireless power receiver antenna. In order for the electronic device to properly receive the wireless power, the energy can be efficiently transmitted.
  • the first antenna may be, for example, a broadband antenna, and may receive energy from a wide frequency band.
  • the substrate consists of an insulator and includes a front side 403 and a back side 421.
  • the first conductive member 401 is disposed on the first surface 403 of the substrate.
  • the first conductive member 401 has a rectangular hole 405 formed therein.
  • the hole is shown as a square, but may have a circular or other polygonal shape.
  • Lower ends 411 and 413 of the first conductive member 401 may have a tapered line, that is, an inclined line structure.
  • a feed line 407 and a first feed part 409 may be formed at the central portions of the lower ends 411 and 413 of the first conductive member 401.
  • the second conductive member 423 and the third conductive member 427 are disposed on the second surface 421 of the substrate.
  • the second conductive member 423 may be disposed at a position corresponding to the square hole 405.
  • the first conductive member 401, the square hole 405, the tapered structures 411 and 413, and the second conductive member 423 may operate as a wideband antenna for receiving a wideband frequency signal.
  • the wideband antenna may include tapered structures 411 and 413 in the monopole antenna and rectangular holes 405 therein to increase the bandwidth.
  • the second conductive member 423 may be, for example, a copper plate, and the broadband antenna may further generate two resonance frequencies using the copper plate, and may include four resonance frequencies in total, thereby allowing broadband impedance matching. Do.
  • the first feed part 409 may be connected to the third conductive member 427 through a through hole 425.
  • the third conductive member 427 may be connected to the ground of the electronic device.
  • the first feeder 409 may be connected to a power supply circuit of the electronic device. Therefore, the signal received by the broadband antenna may be transmitted to the power supply circuit of the electronic device through the first feeder.
  • the hybrid antenna may resonate at the first resonance point 501, the second resonance point 503, the third resonance point 505, and the fourth resonance point 507.
  • the frequencies corresponding to the first resonance point 501 and the third resonance point 503 correspond to 1/4 wavelengths and 3/4 wavelengths of the tapered monopole antennas (hereinafter referred to as monopole antennas), respectively.
  • the frequencies corresponding to the second resonance point 503 and the fourth resonance point 507 correspond to one wavelength and two wavelengths generated by the square hole 405 and the second conductive member 423 inside the monopole antenna, respectively. Since the resonance frequency generated by the monopole antenna and the resonance frequency generated by the second conductive member 423 are alternately arranged, impedance matching is possible in a wide band.
  • the second antenna can be, for example, a wireless power receiving antenna for powering the electronic device.
  • the second antenna may include a plurality of meta structure antennas 603, 605, 607, and 609. Each meta structure antenna 603, 605, 607, 609 can be implemented using MZR elements.
  • Each meta structure antenna 603, 605, 607, 609 may include transmission lines 611, 613, 615, 617 for transferring the received power to the first feeder 601.
  • the first meta structure antenna 603 includes a first transmission line 611, and the power received by the first meta structure antenna 603 is transmitted to the first feeder through the first transmission line 611. May be passed to 601.
  • the second meta structure antenna 605 includes a second transmission line 613, and the power received from the second meta structure antenna 605 is transferred to the first feeder 601 through the second transmission line 613. Can be delivered.
  • the third meta structure antenna 607 includes a third transmission line 615, and the power received from the third meta structure antenna 607 is transferred to the first feeder 601 through the third transmission line 615. Can be delivered.
  • the fourth meta structure antenna 609 includes a fourth transmission line 617, and the power received from the fourth meta structure antenna 609 is transmitted to the first feeder 601 through the fourth transmission line 617. Can be delivered.
  • the lengths of the first transmission line 611, the second transmission line 613, the third transmission line 615, and the fourth transmission line 617 may all be the same, and as the lengths are the same, zero degrees of the radiation pattern may be used. That is, when the electronic device including the second antenna looks at the wireless power transmitter from the front, the gains of the antennas are summed to obtain a high effect. That is, the length of the transmission line from the first feeder 601 to the first meta antenna 603, the length of the transmission line from the first feeder 601 to the second meta antenna 605, and the first feeder
  • the length of the transmission line from 601 to the third meta antenna 607 and the length of the transmission line from the first feed part 601 to the fourth meta antenna 609 may be the same.
  • the metastructure antenna of FIG. 7 is an enlarged view of a metastructure antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • the metastructure antenna of FIG. 7 is an enlargement of the first metastructure antenna 603 of the plurality of metastructure antennas of FIG. 6.
  • the metastructure antenna includes radiators 701, 703, and 705 for power feeding.
  • the transmission line 711 may be included.
  • the transmission line 711 may be implemented as a micro strip line. In the following description, the power supply by the transmission line 711 implemented as a micro strip line will be described as an example, but the power supply may be performed using a coaxial line instead of the micro strip line.
  • the radiators 701, 703, 705 may be implemented with MZR elements.
  • the central portion of each radiator 701, 703, 705 may include a gap 723 of the interdigital structure, and the gap 723 of the interdigital structure may operate as a capacitor.
  • Through holes 721 and 725 are formed at both ends of the radiator 701.
  • the through holes 721 and 725 may be connected to the third conductive member 163 of FIG. 1B to have a ground potential. When the positions of the through holes 721 and 725 are changed, the input impedance may be changed.
  • a transmission line 711 for power feeding is disposed between the radiators 701, 703, and 705, and indirectly feeds the power received from the radiators 701, 703, and 705 to the first feeder 110 (FIG. 1A). have.
  • the input impedance may be changed.
  • gaps 713 and 715 are formed at one side of the transmission line 711 and connected to the third conductive member 163 of FIG. 1B through the through holes 707 and 709 to be grounded.
  • FIG 8 illustrates a band cut filter part and a frequency characteristic of a hybrid antenna according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the band cut filter 813 blocks a signal around 5.8 GHz, which is a wireless power reception frequency, to block power received from the metastructure antenna from being transmitted to the broadband antenna.
  • the reflection coefficient 803 of the band cut filter 813 may be -0.1 dB at 5.8 Ghz and the transfer coefficient 801 may be -40 dB or less.
  • the band cut filter 813 may be disposed between the first antenna and the first feed part as illustrated in FIG. 1A. That is, the first side 815 of the band cut filter 813 may be connected to the first antenna, and the second side 819 may be connected to the first feed part.
  • the band cut filter 813 includes two open stubs 817 and 818, and the two open stubs 817 and 818 may be arranged in a symmetrical form.
  • FIG 9 illustrates a band pass filter portion and a frequency characteristic of a hybrid antenna according to an embodiment of the present disclosure.
  • the band pass filter 911 passes a signal in a 5.8 GHz band, which is a wireless power reception frequency, so that power received from the metastructure antenna can be delivered to the first feeder.
  • the reflection coefficient 901 of the band pass filter 911 may be ⁇ 0.99 dB at 5.8 Ghz and the transfer coefficient 903 may be ⁇ 19 dB.
  • the band pass filter 911 may be disposed between the second antenna and the first feed part as shown in FIG. 1A. That is, the first side 912 of the band pass filter 911 may be connected to the first feed part, and the second side 913 may be connected to the second antenna.
  • the band pass filter 911 may include a lumped element capacitor 914 and four through holes 915, 916, 917, and 918.
  • the diameters of the through holes 915, 916, 917, and 918 may be approximately 0.2 mm, and the value of the capacitor may be 0.9 pF.
  • the passband frequency setting may be determined by the diameter of the through holes 915, 916, 917, 918, the number of through holes 915, 916, 917, 918, and the value of the capacitor 914.
  • the band pass characteristics may be optimized through the arrangement of the through holes 915, 916, 917, and 918.

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

전자 장치에서 사용되는 하이브리드 안테나가 개시된다. 하이브리드 안테나는, 제 1 면 및 제 2 면을 포함하며 절연체로 구성된 기판; 상기 기판의 제 1 면에 배치되며 내부에 홀이 형성된 제 1 도전성 부재; 상기 기판의 제 2 면의 제 1 영역에 배치되는 제 2 도전성 부재; 및 상기 기판의 제 2 면의 제 2 영역에 배치되며 상기 전자 장치의 그라운드와 연결되는 제 3 도전성 부재;를 포함하고, 상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분(first portion)은 광대역 신호를 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 1 안테나로 동작하고, 제 2 부분(second portion)은 무선 전력을 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 2 안테나로 동작하며, 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부가 형성된다.

Description

하이브리드 안테나
본 개시는 광대역 신호 수신 및 무선 전력 수신을 하는 하이브리드 안테나에 관한 것으로 보다 구체적으로, 광대역 안테나와 메타구조를 갖는 배열 안테나의 결합에 관한 것이다.
지능화된 사물들이 인터넷에 연결되어 네트워크를 통해 사람과 사물, 사물과 사물간에 소통하여 사물이 인간에 의존하지 않고 통신을 주고받는 의미의 사물인터넷(IoT: internet of things)은 최근 수년간 급속도로 퍼지고 있다.
IoT 기술을 실현하기 위해, 사물에 쉽게 탑재가 가능한 저전력 통신소자의 개발과 다양한 사물에 탑재된 다수의 통신소자로의 원활한 전력 공급을 위한 기술이 요구되고 있다. 이러한 상황에 맞추어 IoT 기기에 효율적으로 전력을 공급하기 위한 방안으로 RF 무선전력전송과 RF 에너지 하베스팅 기술이 주목 받고 있다.
무선전력전송은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있으며, 그 중 전자기파 방식은 다른 방식에 비해 수 m에 이르는 원거리 전력 전송에 유리하다는 장점이 있다. 전자기파 무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 것이 목적이므로 선형성, 잡음 등의 요소보다는 전송거리, 공간손실, 및 수신부의 전력소모에 초점을 맞춰 설계해야 하며, 이 때 고려되어야 할 시스템 구성의 주요 요소로서 주파수, 전송거리, 및 안테나의 이득이 있다.
RF 에너지 하베스팅 기술은 대기중의 RF 에너지를 수신하여 전자 장치의 전력으로 사용하는 기술로 별도의 에너지 공급 없이 에너지 확보가 가능하다는 장점이 있다. 에너지 하베스팅 안테나의 주요 성능 요소로는 다양한 주파수 대역의 RF 신호가 갖는 에너지 확보를 위한 광대역 특성과 높은 에너지 수확률을 위한 안테나 효율이 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 제품의 소형화를 위해 광대역 안테나와 메타구조 기반 배열 안테나를 결합하고, 두 안테나 결합 시 광대역 안테나와 메타구조 안테나의 성능저하를 막기 위해, 광대역 안테나와 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나와의 결합에 최적화된 필터 시스템을 제공하는데 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전자 장치의 안테나는, 절연체로 구성된 기판; 상기 기판의 제 1 면에 배치되며 내부에 홀이 형성된 제 1 도전성 부재; 및 상기 기판의 제 2 면의 제 1 영역에 배치되는 제 2 도전성 부재; 를 포함하고, 상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분(first portion)은 광대역 신호를 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 1 안테나로 동작하고, 제 2 부분(second portion)은 무선 전력을 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 2 안테나로 동작하며, 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부가 형성될 수 있다.
상기 제 1 급전부와 상기 제 1 안테나 사이에는 대역 차단 필터(band stop filter)가 형성될 수 있다.
상기 제 1 급전부와 상기 제 2 안테나 사이에는 대역 통과 필터(band pass filter)가 형성될 수 있다.
상기 제 2 부분은 MZR(Mu-zero resonance) 소자로 구성된 복수 개의 메타구조 안테나를 포함할 수 있다.
상기 메타구조 안테나는 인터디지털 구조의 갭(gap)을 가질 수 있다.
본 개시의 일 측에 따르면, 안테나는 상기 기판의 상기 제 2 면의 제 2 영역에 배치되는 제 3 도전성 부재를 더 포함하고, 상기 MZR 소자의 일 측은 관통홀(via hole)을 통해 상기 제 3 도전성 부재와 연결될 수 있다.
상기 메타구조 안테나는 마이크로 스트립라인을 통해 급전될 수 있다.
상기 각각의 메타구조 안테나와 상기 제 1 급전부까지의 전송 선로의 길이는 모두 동일 할 수 있다.
상기 메타구조 안테나를 구성하는 각각의 MZR 소자 사이에는 전송 선로가 배치될 수 있다.
상기 제 2 도전성 부재는 상기 홀에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분의 일 측은 테이퍼드 라인(tapered line) , 즉 경사 라인 구조를 가질 수 있다.
상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분, 상기 홀, 상기 기판 및 상기 제 2 도전성 부재는 공진 회로를 형성할 수 있다.
상기 홀은 원형 또는 다각형일 수 있다.
상기 대역 차단 필터는 오픈 스터브(open stub) 구조를 가질 수 있다.
상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스(capacitance)는 인터디지털 갭에 의해 결정될 수 있다.
상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스는 상기 대역 차단 필터에 배치되는 집중소자 캐패시터에 의해 결정될 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면 광대역 안테나와 단일 주파수에서 동작하는 무선 전력 수신을 위한 메타 구조 안테나를 결합하여 함께 동작 할 수 있게 됨으로써, 하나의 포트를 사용하여 넓은 주파수 대역(광대역)의 전자파로부터 에너지를 확보하기 위한 광대역 신호 수신 및 무선 전력 수신이 가능하며, 제품을 소형화할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 입력 임피던스 정합 특성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 하이브리드 안테나의 5.8Ghz에서의 방사 패턴을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분을 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분의 주파수 특성을 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 2 안테나 부분을 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 메타구조 안테나를 확대하여 도시한다.
도 8 은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 차단 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 9 는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 통과 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상술한 어떤 구성요소가 상술한 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 AP(application processor))를 의미할 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나를 도시한다.
도 1a 및 도 1b를 참조 하면 기판의 제 1 면(101), 제 2 면(141), 제 1 도전성 부재(103), 홀(105), 제 2 도전성 부재(143) 및 제 3 도전성 부재(163)가 도시되어 있다. 기판은 절연체로 구성되며, 제 1 면(101) 및 제 2 면(141)을 포함한다. 예를 들면 기판의 제 1 면(101)은 앞면, 기판의 제 2 면(141)은 뒷면일 수 있다.
기판의 제 1 면(101)에는 제 1 도전성 부재(103)가 배치된다. 제 1 도전성 부재(103)는 예를 들면 구리와 같은 금속일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 도전성 부재(103)는 제 1 부분(portion)(107) 및 제 2 부분(111)을 포함할 수 있다.
제 1 부분(107) 내부에는 홀(105)이 형성되어 있다. 본 개시에서 홀(105)이 사각형 으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 원형 또는 다각형 홀 일 수도 있다. 제 1 부분(107)은 제 2 면(141)에 위치하는 제 2 도전성 부재(143)와 함께 제 1 안테나로 동작할 수 있다. 제 1 안테나는 넓은 주파수 대역(0.62GHz 내지 3.0GHz)의 전자파가 갖는 에너지 확보를 위한 에너지 하베스팅용 안테나, 예컨대 광대역 안테나일 수 있다.
제 2 부분(111)은 제 3 도전성 부재(163)와 함께 제 2 안테나로 동작할 수 있다. 제 2 안테나는 전자 장치에 전력을 공급하는 무선 전력 수신 안테나일 수 있다. 즉, 제2 안테나는 외부의 전력 전송장치(미도시)에서 전송하는 특정 대역의 주파수(예:5.8GHz)를 갖는 무선 전력을 수신하여 전자 장치에 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 제 2 안테나는 복수의 MZR(mu-zero resonance) 소자로 구성될 수 있으며 메타 구조를 가질 수 있다. 이하의 설명에서는 제 2 안테나를 줄여서 메타 구조 안테나로 칭한다. 예를 들면 제 2 안테나는 4개의 메타 구조 안테나(113, 115, 117, 119)를 포함할 수 있다. 예컨대 제 2 안테나는 2x2 배열의 메타 구조 안테나를 포함할 수 있다.
제 1 안테나와 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부(110)가 형성될 수 있다. 제 1 급전부(110)는 예컨대 기판의 제 2 면과 전기적으로 연결될 수 있는 관통홀일 수 있다. 제 1 급전부(110)는 전자 장치의 전원회로와 연결될 수 있다.
제 1 급전부(110)를 통해 제 1 안테나에서 수신된 신호 및 제 2 안테나에서 수신된 전력이 전자 장치로 공급될 수 있다.
제 1 안테나와 제 1 급전부(110) 사이에는 제2 안테나에서 수신된 특정 주파수 대역의 신호 및 에너지 전달을 차단하기 위해 대역 차단 필터(band stop filter)(109)가 형성될 수 있다. 즉, 대역 차단 필터(109)는 제1 안테나와 제1 급전부(110) 사이에 위치하여 제2 안테나에서 수신된 특정 주파수 대역의 신호가 제1 안테나로 전달되어 입력 임피던스 정합 특성 및 성능 저하를 방지할 수 있다.
제 2 안테나와 제 1 급전부(110 사이에는 제2 안테나에서 수신된 특정 주파수 대역의 신호 및 에너지를 급전부(110)에 전달하기 위해 대역 통과 필터(band pass filter)(121)가 형성될 수 있다.
기판의 제 2 면(141)은 제 1 영역(161) 및 제 2 영역(147)을 포함할 수 있다. 제 1 영역(161)에는 제 2 도전성 부재(143)가 배치될 수 있다. 제 2 도전성 부재(143)는 넓은 주파수 대역(광대역)에서 전자파의 수신 효율을 높이기 위해 제1 도전성 부재의 제1 부분(107) 내에 형성된 홀(105)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
제 2 영역(147)에는 제 3 도전성 부재(163)가 배치될 수 있다. 제 3 도전성 부재는 전자 장치의 접지(ground)와 연결될 수 있다. 제 3 도전성 부재는 복수의 관통홀(via hole)(149, 151, 153, 155)을 포함할 수 있다. 복수의 관통홀(149, 151, 153, 155)은 메타 구조 안테나(113, 115, 117, 119)에 대응되며 메타 구조 안테나를 접지 시킬 수 있다. 또한 제 3 도전성 부재는 관통홀(145)을 포함하며, 관통홀(145)은 도 1a 의 제 1 급전부(110)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 입력 임피던스 정합 특성을 도시한다.
도 2a 및 2b를 참조하면 다수의 공진점(resonance point)(203, 205, 207, 209, 211)이 도시되어 있다. 도 2a에 도시된 것과 같이 하이브리드 안테나는 무선 전력 수신 주파수인 5.8Ghz(211)에서 공진함을 보여 준다. 즉, 하이브리드 안테나를 구성하는 제2 안테나가 수신하는 무선 전력의 주파수인 5.8GHz에서 공진점이 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 2a에 도시된 것과 같이 하이브리드 안테나는 0.62 GHz에서 3GHz의 광대역 안테나 동작 구간에서 1.31 GHz ~ 1.61 GHz 구간(201)만 제외하고 모두 -6 dB 이하의 입력 임피던스 정합 특성을 보여준다.
또한, 도 2b에 도시된 것가 같이 하이브리드 안테나는 대부분의 주파수 대역(211)에서 90% 이상의 방사효율을 보여주어 에너지 하베스팅을 위한 주요 성능 요소인 고효율 및 광대역 특성을 모두 갖는다. 방사 효율은 전체 에너지에 대한 방사 에너지의 비율로 표현될 수 있으며, 방사 에너지가 높을수록 에너지를 전송하는데 유리하며, 100%를 넘을 수 없다.
도 3은 본 개시의 하이브리드 안테나의 5.8Ghz에서의 방사 패턴을 도시한다.
도 3을 참조하면 하이브리드 안테나의 무선 전력 수신 주파수인 5.8 GHz에서의 방사패턴이 도시되어 있다. 하이브리드 안테나는 0도 방향에서 가장 높은 효율을 나타낸다.
방사 패턴은 해당 안테나의 배치 각도에 따라 에너지 효율이 어떻게 변경되는지 나타내는 척도이며, 액티브 무선 전력 전송에서는 무선 전력 전송장치에서 무선 전력을 송신하는 방향과 무선 전력 수신장치, 즉 무선 전력 수신 안테나를 포함하는 전자 장치에서 무선 전력을 수신하는 방향이 잘 맞아야 에너지를 효율적으로 전송할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분을 도시한다. 제 1 안테나는 예컨대 광대역 안테나일 수 있으며, 넓은 주파수 대역의 전자파를 수신하여 에너지를 확보할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조 하면 기판의 제 1 면(403), 제 1 도전성 부재(401), 사각 홀(405), 기판의 제 2 면(421), 제 2 도전성 부재(423) 및 제 3 도전성 부재(427)가 도시되어 있다. 기판은 절연체로 구성되며 앞면(403) 및 뒷면(421)을 포함한다.
기판의 제 1 면(403)에는 제 1 도전성 부재(401)가 배치된다. 제 1 도전성 부재(401)는 내부에 사각형의 홀(405)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 홀이 사각형으로 도시되어 있으나, 원형 또는 다른 다각형의 형태를 가질 수 있다. 제 1 도전성 부재(401)의 하단부(411, 413)는 테이퍼드 라인(tapered line), 즉 경사 라인 구조를 가질 수 있다. 또한 제 1 도전성 부재(401)의 하단부(411, 413)의 중앙 부분에는 급전 라인(407) 및 제 1 급전부(409)가 형성될 수 있다.
기판의 제 2 면(421)에는 제 2 도전성 부재(423) 및 제 3 도전성 부재(427)이 배치된다. 제 2 도전성 부재(423)은 사각 홀(405)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
제 1 도전성 부재(401), 사각 홀(405), 테이퍼드 구조(411,413) 및 제 2 도전성 부재(423)은 광대역 주파수 신호 수신을 위한 광대역 안테나로서 동작할 수 있다.
광대역 안테나는 대역폭을 넓히기 위해 모노폴 안테나에 테이퍼드 구조(411, 413) 및 내부에 사각 홀(405)을 포함할 수 있다. 제 2 도전성 부재(423)은 예컨대, 구리판일 수 있으며, 광대역 안테나는 상기 구리판을 이용하여 2개의 공진 주파수를 추가로 생성할 수 있으며, 총 4개의 공진 주파수를 포함할 수 있어 광대역 임피던스 정합이 가능하다.
제 1 급전부(409)는 관통홀(via hole)(425)를 통해 제 3 도전성 부재(427)와 연결될 수 있다. 제 3 도전성 부재(427)는 전자 장치의 접지와 연결될 수 있다. 제 1 급전부(409)는 전자 장치의 전원 회로와 연결될 수 있다. 따라서, 광대역 안테나에서 수신된 신호는 제 1 급전부를 통해 전자 장치의 전원회로로 전송될 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분의 주파수 특성을 도시한다. 도 5를 참조하면 하이브리드 안테나는 제 1 공진점(501), 제 2 공진점(503), 제 3 공진점(505) 및 제 4 공진점(507)에서 공진될 수 있다. 제 1 공진점(501) 및 제 3 공진점(503)에 대응되는 주파수는 테이퍼드 모노폴 안테나(이하 모노폴 안테나로 칭함)의 1/4파장 및 3/4 파장에 각각 대응된다. 제 2 공진점(503) 및 제 4 공진점(507)에 대응되는 주파수는 모노폴 안테나 내부의 사각 홀(405)과 제2 도전성 부재(423)에 의해 생성된 1 파장 및 2 파장에 각각 대응된다. 모노폴 안테나에서 생성되는 공진 주파수 및 제2 도전성 부재(423)에서 생성되는 공진 주파수가 번갈아 배치됨으로 인해 광대역에서 임피던스 정합이 가능하다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 2 안테나 부분을 도시한다. 제 2 안테나는 예컨대 전자 장치에 전력을 공급하기 위한 무선 전력 수신 안테나일 수 있다. 제 2 안테나는 복수의 메타 구조 안테나(603, 605, 607, 609)를 포함할 수 있다. 각 메타 구조 안테나(603, 605, 607, 609)는 MZR 소자를 사용하여 구현될 수 있다. 각각의 메타 구조 안테나(603, 605, 607, 609)는 수신된 전력을 제1 급전부(601)로 전달하기 위한 전송선로(611, 613, 615, 617)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 메타 구조 안테나(603)은 제 1 전송선로(611)를 포함하며, 제1 메타 구조 안테나(603)에서 수신된 전력은 제 1 전송선로(611)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제2 메타 구조 안테나(605)는 제 2 전송선로(613)를 포함하며, 제2 메타 구조 안테나(605)에서 수신된 전력은 제 2 전송선로(613)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제3 메타 구조 안테나(607)은 제 3 전송선로(615)를 포함하며, 제3 메타 구조 안테나(607)에서 수신된 전력은 제 3 전송선로(615)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제4 메타 구조 안테나(609)은 제 4 전송선로(617)를 포함하며, 제4 메타 구조 안테나(609)에서 수신된 전력은 제 4 전송선로(617)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제 1 전송선로(611), 제 2 전송선로(613), 제 3 전송선로(615) 및 제 4 전송선로(617)의 길이는 모두 동일할 수있으며, 길이가 동일함에 따라 방사 패턴의 0도, 즉 제2 안테나를 포함하는 전자 장치가 무선 전력 전송장치를 정면에서 바라볼 때 각 안테나의 이득이 합해져 높은 효을을 얻을 수 있다. 즉, 제 1 급전부(601)에서 제 1 메타 안테나(603)까지의 전송 선로의 길이, 제 1 급전부(601)에서 제 2 메타 안테나(605)까지의 전송 선로의 길이, 제 1 급전부(601)에서 제 3 메타 안테나(607)까지의 전송 선로의 길이 및 제 1 급전부(601)에서 제 4 메타 안테나(609)까지의 전송 선로의 길이는 모두 같을 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 메타구조 안테나를 확대하여 도시한 도면이다. 도 7의 메타구조 안테나는 도 6의 복수의 메타구조 안테나 중 제1 메타 구조 안테나(603)를 확대한 것이다.도 7을 참조하면 메타구조 안테나는 방사체(701, 703, 705) 및 급전을 위한 전송 선로(711)를 포함할 수 있다. 전송 선로(711)는 마이크로 스트립 라인으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서는 마이크로 스트립 라인으로 구현된 전송 선로(711)에 의한 급전을 예로 설명할 것이나, 마이크로 스트립 라인이 아닌 동축선을 이용하여 급전을 할 수도 있다.
방사체(701, 703, 705)는 MZR 소자로 구현될 수 있다. 각 방사체(701,703,705)의 중앙 부분은 인터디지털 구조의 갭(gap)(723)을 포함할 수 있으며, 인터디지털 구조의 갭(723)은 캐패시터(capacitor)로 동작할 수 있다. 방사체(701)의 양 끝단에는 관통홀(721, 725)이 형성되어 있다. 관통홀(721, 725)는 도 1b 의 제 3 도전성 부재(163)와 연결되어 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 관통홀(721, 725)의 위치가 변경되는 경우 입력 임피던스가 변경될 수 있다.
방사체(701, 703, 705) 사이에는 급전을 위한 전송 선로(711)가 배치되며 방사체(701, 703, 705)에서 수신된 전력을 간접 급전하여 제 1 급전부(도 1a의 110)로 전달할 수 있다. 방사체(701, 703, 705)와 전송 선로(711) 사이의 갭(gap)이 변경되는 경우 입력 임피던스가 변경될 수 있다.
한편 전송 선로(711)의 일 측에는 갭(713, 715)이 형성되며, 관통홀(707, 709)을 통해 도 1b의 제 3 도전성 부재(163)와 연결되어 접지 될 수 있다.
도 8 은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 차단 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 8을 참조하면 대역 차단 필터(813)는 무선 전력 수신 주파수인 5.8GHz 부근의 신호를 차단하여 메타구조 안테나에서 수신된 전력이 광대역 안테나로 전달되는 것을 차단한다. 대역 차단 필터(813)의 반사 계수(803)는 5.8Ghz에서 -0.1 dB 이며 전달 계수(801)는 -40 dB 이하일 수 있다.
대역 차단 필터(813)은 도 1a에서 도시한 바와 같이 제 1 안테나와 제 1 급전부 사이에 배치될 수 있다. 즉, 대역 차단 필터(813)의 제 1 측(815)은 제 1 안테나와 연결되고, 제 2 측(819)은 제 1 급전부와 연결될 수 있다.
대역 차단 필터(813)는 두 개의 오픈 스터브(open stub)(817, 818)을 포함하며, 두 개의 오픈 스터브(817, 818)는 대칭 형태로 배치될 수 있다.
도 9 는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 통과 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 9 를 참조하면 대역 통과 필터(911)는 무선 전력 수신 주파수인 5.8GHz 대역의 신호를 통과 시켜 메타구조 안테나에서 수신된 전력이 제 1 급전부로 전달될 수 있도록 한다.
대역 통과 필터(911)의 반사 계수(901)은 5.8Ghz에서 -0.99 dB 이며 전달 계수(903)은 -19 dB 일 수 있다.
대역 통과 필터(911)은 도 1a에서 도시한 바와 같이 제 2 안테나와 제 1 급전부 사이에 배치될 수 있다. 즉, 대역 통과 필터(911)의 제 1 측(912)은 제 1 급전부와 연결되고, 제 2 측(913)은 제 2 안테나와 연결될 수 있다.
대역 통과 필터(911)는 집중 소자 캐패시터(914) 및 4개의 관통홀(915, 916, 917, 918)을 포함할 수 있다. 관통홀(915, 916, 917, 918)의 지름은 대략 0.2mm이며, 캐패시터의 값은 0.9pF 일 수 있다. 통과 대역 주파수 설정은 관통홀(915, 916, 917, 918)의 지름과 관통홀(915, 916, 917, 918)의 개수 및 캐패시터(914)의 값으로 결정 할 수 있다. 또한, 관통홀(915, 916, 917, 918)의 배치 형태를 통해 대역 통과 특성을 최적화 할 수 있다.

Claims (15)

  1. 전자 장치의 안테나에 있어서,
    절연체로 구성된 기판;
    상기 기판의 제 1 면에 배치되며 내부에 홀이 형성된 제 1 도전성 부재; 및
    상기 기판의 제 2 면의 제 1 영역에 배치되는 제 2 도전성 부재;를 포함하고
    상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분(first portion)은 광대역 신호를 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 1 안테나로 동작하고, 상기 제1 도전성 부재의 제 2 부분(second portion)은 무선 전력을 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 2 안테나로 동작하며 , 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 급전부와 상기 제 1 안테나 사이에는 대역 차단 필터(band stop filter)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 급전부와 상기 제 2 안테나 사이에는 대역 통과 필터(band pass filter)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은 MZR 소자로 구성된 복수 개의 메타구조 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메타구조 안테나는 인터디지털 구조의 갭을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 안테나는,
    상기 기판의 상기 제 2면의 제2 영역에 배치되는 제 3 도전성 부재를 더 포함하고,
    상기 MZR 소자의 일 측은 관통홀(via hole)을 통해 상기 제 3 도전성 부재와 연결되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 메타구조 안테나는 마이크로 스트립라인을 통해 급전되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 각각의 메타구조 안테나와 상기 제 1 급전부까지의 전송 선로의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 메타구조 안테나를 구성하는 상기 복수의 MZR 소자들 사이에는 전송 선로가 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 부재는 상기 홀에 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 부분의 일 측은 경사 라인(tapered line) 구조인 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 부분, 상기 홀, 상기 기판 및 상기 제 2 도전성 부재는 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 대역 차단 필터는 오픈 스터브(open stub) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스(capacitance)는 인터디지털 갭에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스는 상기 대역 차단 필터에 배치되는 캐패시터에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
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