WO2020184803A1 - 밀리미터 웨이브용 안테나 장치 - Google Patents

밀리미터 웨이브용 안테나 장치 Download PDF

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WO2020184803A1
WO2020184803A1 PCT/KR2019/013852 KR2019013852W WO2020184803A1 WO 2020184803 A1 WO2020184803 A1 WO 2020184803A1 KR 2019013852 W KR2019013852 W KR 2019013852W WO 2020184803 A1 WO2020184803 A1 WO 2020184803A1
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antenna
ground
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diplexer
slots
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PCT/KR2019/013852
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김병남
박철근
유홍일
김성훈
조성철
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주식회사 센서뷰
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device, and more particularly, to an antenna device for millimeter wave transmission and reception.
  • 5G communication has been initiated, and 5G communicates using a millimeter wave band of 20 GHz or higher compared to conventional 4G communication.
  • the millimeter wave band has a very large attenuation characteristic compared to the low frequency band, and signal loss due to an obstacle is very large.
  • the millimeter wave antenna Due to the above characteristics in the millimeter wave band, the millimeter wave antenna also needs to provide sufficient gain and bandwidth. Since the size of the antenna is determined in inverse proportion to the radiation band, the antenna in the millimeter wave band has an extremely small structure, and it is a very difficult problem to secure sufficient gain and bandwidth using such a small antenna.
  • the present invention proposes a millimeter wave antenna device capable of simultaneously providing sufficient gain and bandwidth to solve the problems of the prior art described above.
  • the present invention proposes a multi-band antenna device for millimeter waves capable of providing adequate axial ratio characteristics while providing sufficient gain and bandwidth.
  • an antenna substrate on which a first antenna including at least one first radiation patch and a first feed line is formed on an upper portion, and a first ground is formed on a lower portion thereof. ; It is coupled to the lower portion of the antenna substrate and includes a second ground having a predetermined thickness, wherein at least one slot is formed in the first ground so as to vertically overlap the at least one first radiation patch, and the second ground has the There is provided an antenna device for a millimeter wave in which at least one groove is formed so as to vertically overlap at least one slot.
  • the size of the at least one slot and the at least one groove is set based on the size of the at least one first radiation patch.
  • the size of the at least one slot is set so that the entire area of the at least one first radiation patch overlapping vertically is vertically overlapped.
  • the size of the at least one slot is set not to overlap with the transmission line.
  • the size of the at least one groove is set corresponding to the size of the at least one overlapping slot.
  • a second antenna including at least one second radiation patch and a second feed line, and a diplexer for distributing a feed signal to the first antenna and the second antenna are further formed on the antenna substrate.
  • a plurality of dielectric lenses having various curvatures are formed to be spaced apart from the upper portion of the antenna substrate.
  • an antenna substrate on which a first antenna including at least one first radiation patch and a first feed line is formed on an upper portion and a first ground is formed on a lower portion thereof; And a dielectric lens formed to be spaced apart from the antenna substrate, wherein at least one slot is formed in the first ground so as to vertically overlap the at least one first radiation patch, and a lower portion of the at least one slot
  • An antenna device for a millimeter wave in which an air gap is formed is provided.
  • At least two antennas and a diplexer for providing a feed signal to the at least two antennas are formed on the top and an antenna substrate on which a first ground is formed on the bottom; It is coupled to the lower portion of the antenna substrate and includes a second ground having a predetermined thickness, wherein at least two slots are formed in the first ground, and at least two slots overlapping each of the at least two slots vertically in the second ground.
  • a multi-band antenna device for a millimeter wave in which a groove is formed is provided.
  • At least two antennas and a diplexer for providing a feed signal to the at least two antennas are formed on the top and an antenna substrate on which a first ground is formed on the bottom;
  • a multi-band antenna device for millimeter wave comprising a dielectric lens formed to be spaced apart from the antenna substrate, wherein at least two slots are formed in the first ground, and an air gap is formed under the at least two slots is provided.
  • the antenna device for millimeter wave of the present invention has the advantage of providing sufficient gain and bandwidth at the same time and providing appropriate axial ratio characteristics.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a millimeter wave antenna device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a top plan view of an antenna substrate in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a bottom plan view of an antenna substrate in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the structure of a second ground in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a groove of a second ground and a radiation patch in the antenna according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a cross section of a region in which grooves do not exist in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a region in which grooves exist in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a view showing another example of a dielectric lens in the antenna according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a millimeter wave antenna device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a bottom plan view of an antenna substrate in the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the structure of a second ground in the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a groove of a second ground and an antenna in an antenna according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a millimeter wave antenna device according to a first embodiment of the present invention.
  • an antenna according to a first embodiment of the present invention includes a housing 100, an antenna substrate 200, a second ground 300, and a base plate 400.
  • the housing 100 accommodates a millimeter wave antenna according to an embodiment of the present invention and is made of a dielectric material.
  • the housing may have a rectangular parallelepiped shape, but any shape capable of accommodating an antenna may be employed.
  • a dielectric lens 120 is coupled to the upper portion of the housing 100.
  • the dielectric lens 120 may be integrally formed with the housing 100, and a separate dielectric lens 120 may be coupled to the upper portion of the housing.
  • the medium and physical structure through which the RF signal propagates is significantly affected, and the attenuation characteristic of the signal also increases rapidly. Therefore, it is very important to secure a sufficient gain in the millimeter wave antenna, and the dielectric lens 120 functions to increase the gain of the millimeter wave antenna.
  • a plurality of radiators for millimeter wave radiation are formed on the antenna substrate 200.
  • a first ground plane 280 is formed under the antenna substrate 200 to provide a ground potential for transmitting and radiating RF signals.
  • the second ground 300 is coupled to the lower portion of the antenna substrate 200.
  • the second ground 300 is a core component of the present invention, and a plurality of grooves 350 are formed in the second ground 300.
  • the radiators formed on the antenna substrate 200 and the feed line and the first The gap between the grounds is set narrow.
  • the narrow gap between the radiator and the feed line and the first ground under the substrate serves as a major factor in reducing the bandwidth of the antenna.
  • the second ground 300 is coupled to the lower portion of the antenna substrate 200 and a plurality of grooves 350 are formed in the second ground 300.
  • the specific structure and function of the second ground 300 will be described with reference to separate drawings.
  • the base plate 400 functions as a base structure of the antenna device according to an embodiment of the present invention, and the second ground 300 is fixed to the base plate.
  • a hole 450 is formed in the base plate 400 through which the connector 500 for providing a power supply signal is coupled to the second ground.
  • FIG. 2 is a view showing a top plan view of an antenna substrate in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • a first antenna 210, a second antenna 230, and a diplexer 250 are formed on the antenna substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • the first antenna 210, the second antenna 230, and the diplexer 250 may be implemented as a micro strip line.
  • the first antenna 210 is an antenna for radiating RF signals of a first band
  • the second antenna 230 is an antenna for radiating RF signals of a second band.
  • the first band may be a millimeter wave band having a center frequency of 39 GHz
  • the second band may be a millimeter wave band having a center frequency of 28 GHz.
  • this is exemplary, and the first band and the second band may be variously changed as necessary.
  • the diplexer 250 provides a first band signal to the first antenna 210 and a second band signal to the second antenna 230.
  • the diplexer 250 functions as a filter, and through filtering, a signal of a first band is provided to the first antenna 210 and a signal of a second band is provided to the second antenna 230.
  • the diplexer 250 is electrically connected to the feed point 260 to filter and distribute signals.
  • a signal including a first band and a second band is fed to the feeding point 260, and the RF signal is distributed by the diplexer 250.
  • the left part of the diplexer 250 functions as a filter that blocks signals in the second band
  • the right part of the diplexer 250 functions as a filter that blocks signals in the first band. do.
  • a signal of the second band is blocked in the direction of the first antenna 210 and a signal of the first band is blocked in the direction of the second antenna 230.
  • filtering may be done in a different direction.
  • the left side of the diplexer may function as a bandpass filter for filtering only the signals of the first band
  • the right side of the diplexer may function as a bandpass filter for filtering only the signals of the second band.
  • a first stub 252 and a second stub 254 are formed on the left side of the diplexer 250, and a third stub 254 is formed on the right side of the diplexer 250. ) And a fourth stub 256 are formed.
  • the filtering band may be determined by the position of the stubs, the extension direction of the stubs, the length of the stubs and the length of the diplexer.
  • the first stub 252 protrudes in the direction of the antenna, and the second stub 254 protrudes in the direction opposite the antenna.
  • the first stub 252 and the second stub 254 may have a bent structure.
  • the stub has a bent structure so that the influence on the antenna is minimized.
  • the protruding directions of the first stub 252 and the second stub 254 may be variously changed as necessary.
  • the third stub 256 and the fourth stub 258 have a structure protruding in a direction opposite to the antenna, but are not limited thereto.
  • the length, direction, and position of the first stub 252 and the second stub 254 are set based on a frequency for blocking the second band, and the length of the third stub 256 and the fourth stub 258, The direction and position are set based on the frequency for stopping the first band.
  • the first antenna 210 and the second antenna 230 may be antennas using circular polarization.
  • the millimeter wave band antenna has a very small structure and needs to provide sufficient gain.
  • the antenna device of the present invention uses an antenna having a circular polarization structure in order to secure an appropriate gain.
  • the first antenna 210 includes a first radiation patch 212 and a first feed line 220.
  • the first radiation patch 212 receives a feed signal of a first band from the feed line 220.
  • the feed line 220 receives a feed signal of the first band through the diplexer 250.
  • the second antenna 230 includes a second radiation patch 232 and a second feed line 240.
  • the second radiation patch 232 receives a second-band feed signal from the second feed line 240.
  • the second feed line 240 receives a feed signal of the second band through the diplexer 250.
  • each antenna may include two or more radiators.
  • FIG 3 is a view showing a bottom plan view of an antenna substrate in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • a first ground 280 is formed under the antenna substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • a plurality of slots 285-1 and 285-2 are formed in the first ground 280, and the positions and sizes of the plurality of slots 285-1 and 285-2 are different from those of the radiation patches of the first and second antennas. It is set based on the location and size.
  • a plurality of slots 285 are formed in a region overlapping the radiation patch of each antenna vertically.
  • a first slot 285-1 is formed under the first radiation patch 212, and a second slot 285-2 is formed under the second radiation patch 232.
  • each slot 285-1, 285-2 is determined based on the size of the overlapping radiating patches.
  • the size of each slot 285 is set relatively large compared to the overlapping radiation patches. However, the sizes of the slots 285-1 and 285-2 are set so as not to overlap vertically with the feed lines 220 and 240.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the structure of a second ground in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • a plurality of grooves 350-1 and 350-2 are formed in the second ground 300 according to the first embodiment of the present invention. As described above, the second ground 300 is coupled to the lower portion of the antenna substrate 200 on which the first ground 280 is formed.
  • the positions and sizes of the plurality of grooves 350-1 and 350-2 formed in the second ground 300 are based on the positions and sizes of the slots 285-1 and 285-2 of the first ground.
  • Each of the plurality of grooves 350-1 and 350-2 is positioned to overlap each of the plurality of ground slots 285-1 and 285-2 vertically.
  • each of the grooves 350-1 and 350-2 is preferably identical to the upper and lower overlapping slots 285-1 and 285-2, but is not limited thereto.
  • each of the plurality of grooves 350-1 and 350-2 is It is set based on the location and size of each radiation patch of the antenna substrate 200.
  • a connector hole 370 is formed in the second ground 300.
  • the connector hole 370 is a hole into which a connector providing a power supply signal is inserted.
  • the connector is coupled to the antenna board 200 through the connector hole 370 to provide a feed signal.
  • a via hole is formed in the antenna substrate 200 for coupling the center conductor of the connector to the feed point.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a groove of a second ground and a radiation patch in the antenna according to the first embodiment of the present invention.
  • a groove of the second ground 300 is formed under the radiation patch. Since the slot of the first ground is formed corresponding to the groove of the second ground 300, the distance between the radiation patch and the ground is substantially increased.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a cross section of a region in which grooves do not exist in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • the cross-section shown in FIG. 6 is a cross-sectional view of the area of the feed lines 220 and 240 in the antenna device since the groove is not present. In the feed line region, a slot is not formed in the first ground 280 and a groove is not formed in the second ground 300.
  • the feed lines 220 and 240 are separated from the first ground according to the thickness of the antenna substrate 200.
  • FIG. 7 is a view showing a cross section of a region in which grooves exist in the antenna device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a cross-sectional view in a region in which the radiation patch is present.
  • the slot 285 is formed in the first ground and the groove 350 is formed in the lower portion of the slot, thereby forming an air gap due to the groove.
  • the distance between the radiation patch and the ground is determined by the sum of the thickness of the antenna substrate and the depth of the groove, which is a relatively long distance compared to the region where the transmission line exists. to be.
  • the distance between the ground and the transmission line is still kept narrow in the transmission line area, and there is no air gap between the ground and the transmission line.
  • the radiator since the radiator is very small, the radiation energy minutely generated from the transmission line affects the signal radiated from the radiator of the antenna, which may cause the radiation gain to decrease.
  • the width of the transmission line must be increased, which increases the signal radiated from the transmission line.
  • the signal radiated from the transmission line is coupled with the radiator, which intensifies the performance degradation of the signal radiated from the radiator. In order to prevent such performance degradation, slots of the first ground and grooves of the second ground are not formed in the transmission line area, so that the distance between the transmission line and the ground is kept narrow.
  • FIG 8 is a view showing another example of a dielectric lens in the antenna according to the first embodiment of the present invention.
  • the dielectric lens formed on the housing 100 may have various curvature structures for each region. As shown in FIG. 8, it is possible to realize a higher gain when forming a dielectric lens with various curvatures for each region.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a millimeter wave antenna device according to a second embodiment of the present invention.
  • the antenna according to the second embodiment of the present invention includes a housing 100, an antenna substrate 200, a second ground 300, and a base plate 400, and the shape of the second ground 300 is the first implementation. It is different from yes. Since the structures of the housing 100 and the base plate 400 are the same as in the first embodiment, detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the second ground 300 is coupled to the lower portion of the antenna substrate 200 and a plurality of grooves 360-1 and 360-2 are formed in the second ground 300.
  • the antenna substrate 200 of the second embodiment has the same upper structure as the first embodiment, but the lower structure is different from the first embodiment.
  • the diplexer 250 formed on the antenna substrate 200 of the second embodiment includes a first filtering unit 250-1 and a second filtering unit 250-2.
  • the left part of the diplexer 250 based on the feed point 260 functions as a first filtering unit 250-1, and the first filtering unit 250-1 functions as a filter that blocks signals in the second band. do.
  • the right side of the diplexer 250 functions as a second filtering unit 250-2, and the second filtering unit 250-2 functions as a filter that blocks signals in the first band.
  • a signal of the second band is blocked in the direction of the first antenna 210 and a signal of the first band is blocked in the direction of the second antenna 230.
  • filtering may be done in a different direction.
  • the first filtering unit 250-1 of the diplexer 250 functions as a band pass filter that filters only the signal of the first band
  • the second filtering unit 250-2 of the diplexer is a signal of the second band. It could also function as a bandpass filter to filter the bay.
  • the axial ratio characteristic is a very important characteristic, and for this purpose, the phase of the signal fed to each radiation patch of the first antenna and the second antenna must be accurately set according to the design intention. In particular, it is very important that the intended phase of the signal is transmitted to each radiating patch since the first antenna and the second antenna may include multiple radiating patches.
  • a multi-band antenna such as the present invention requires a diplexer, and at the point where the diplexer 250 and the feed lines 220 and 240 of each antenna 210 and 230 are combined A phase change occurs, and this phase change deteriorates an important axial ratio characteristic in circular polarization.
  • the antenna according to the second embodiment of the present invention proposes a structure capable of improving axial ratio characteristics in circular polarization by preventing a sudden phase change of an RF signal at a point where a diplexer and a feed line of the antenna are coupled.
  • FIG. 10 is a view showing a bottom plan view of an antenna substrate in the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
  • a first ground 280 is formed under the antenna substrate according to the second embodiment of the present invention.
  • Two slots 290-1 and 290-2 are formed in the first ground 280.
  • the positions and sizes of the two slots 290-1 and 290-2 are set based on the positions and sizes of the diplexer 250 and the feed lines 220 and 240 of each antenna.
  • the two slots 290-1 and 290-2 are formed at the contact points between the diplexer 250 and the feed lines 220 and 240 of each antenna.
  • the two slots 290-1 and 290-2 may have a polygonal or circular shape centered on a contact point between the diplexer 250 and the power supply lines 220 and 240. 3 shows a slot having a rectangular shape.
  • the two slots 290-1 and 290-2 are formed around the contact point in a region overlapping the contact point of the diplexer 250 and the power supply lines 220 and 240 vertically.
  • the sizes of the two slots 290-1 and 290-2 are set based on the width of the diplexer 250 and the power supply lines 220 and 240. Preferably, the widths of the two slots 290-1 and 290-2 are set relatively large compared to the overlapping diplexer 250 and the power supply lines 220 and 240.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the structure of a second ground in the antenna device according to the second embodiment of the present invention.
  • two grooves 360-1 and 360-2 are formed in the second ground 300 according to the second embodiment of the present invention.
  • the second ground 300 is coupled to the lower portion of the antenna substrate 200 on which the first ground 280 is formed.
  • the positions and sizes of the two grooves 360-1 and 360-2 formed in the second ground 300 are based on the positions and sizes of the slots 290-1 and 290-2 of the first ground.
  • Each of the plurality of grooves 360 is positioned to overlap each of the plurality of ground slots 290-1 and 290-2 vertically, and since the two slots 290-1 and 290-2 are formed in FIG. 3, the groove 360 -1, 360-2) is also shown a case where two are formed.
  • each of the grooves 360-1 and 360-2 is preferably identical to the upper and lower overlapping slots 290-1 and 290-2, but is not limited thereto.
  • the grooves 360-1 and 360-2 Since the positions and sizes of the slots 290-1 and 290-2 of the first ground are set based on the positions and sizes of the diplexer and the power supply line of the antenna substrate 200, the grooves 360-1 and 360-2 The position and size of are also set based on the position and size of the diplexer and the feed line.
  • a connector hole 370 is formed in the second ground 300.
  • the connector hole 370 is a hole into which a connector providing a power supply signal is inserted.
  • the connector is coupled to the antenna board 200 through the connector hole 370 to provide a feed signal.
  • a via hole is formed in the antenna substrate 200 for coupling the center conductor of the connector to the feed point.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a groove of a second ground and an antenna in an antenna according to a second embodiment of the present invention.
  • a groove of the second ground 300 is formed under the contact point between the diplexer and the power supply line. Since the slot of the first ground is formed corresponding to the groove of the second ground 300, the distance between the contact point of the diplexer and the power supply line and the ground is substantially increased compared to the distance between the grounds at other portions.
  • the distance between the antenna and the ground is determined by the sum of the thickness of the antenna substrate and the depth of the groove, compared to other areas. It is a relatively long interval.
  • the first antenna and the second antenna have been described as an example in which radiation is performed for two bands, but it is understood that the technical idea of the present invention can be applied to three or more multi-band antennas It will be obvious to you.
  • a multiplexer other than a diplexer may be used, and a plurality of ground slots and grooves may be formed at a contact point between the multiplexer and the power supply line to improve the axial ratio performance.
  • each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

Landscapes

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  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치가 제공된다. 개시된 장치는, 상부에 적어도 두 개의 안테나 및 상기 적어도 두 개의 안테나로 급전 신호를 제공하는 다이플렉서가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판; 상기 안테나 기판 하부에 결합되며 소정의 두께를 제2 그라운드를 포함하되, 상기 제1 그라운드에는 적어도 두 개의 슬롯이 형성되고, 상기 제2 그라운드에는 상기 적어도 두 개의 슬롯과 각각 상하로 중첩되는 적어도 두 개의 그루브가 형성된다. 개시된 장치는 충분한 이득 및 대역폭을 제공하면서 적절한 축비 특성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

밀리미터 웨이브용 안테나 장치
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀리미터 웨이브 송수신을 위한 안테나 장치에 관한 것이다.
근래에 들어 5G 통신이 개시되었으며, 5G는 기존의 4G 통신과 비교하여 20GHz 이상의 밀리미터 웨이브 대역을 이용하여 통신을 수행한다. 밀리미터 웨이브 대역은 저주파 대역에 비해 매우 큰 감쇠 특성을 보이고 장애물에 의한 신호의 소실이 매우 큰 특성이 있다.
5G 대역에서는 매우 큰 용량의 IoT 데이터, 360도 영상 데이터, VR 데이터 및 다양한 종류의 빅 데이터를 이동통신 망을 통해 지원하며, 이러한 이유로 밀리미터 웨이브 대역을 이용한 통신은 필수적이다.
위와 같은 밀리미터 웨이브 대역에서의 특성으로 인해 밀리미터 웨이브용 안테나 역시 충분한 이득 및 대역폭을 제공할 필요가 있다. 안테나의 사이즈는 방사 대역에 반비례하여 결정되므로 밀리미터 웨이브 대역에서의 안테나는 극 소형의 구조를 가지고, 이러한 소형 안테나를 이용하여 충분한 이득 및 대역폭을 확보하는 것은 매우 어려운 문제이다.
이러한 이유로, 밀리미터 웨이브용 안테나의 이득 및 대역폭을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
아울러, 다중 대역에서 밀리미터 웨이브 대역의 신호를 방사하게 될 경우 이득 및 대역폭에 대한 문제는 더욱 심화되며, 원형 편파 안테나가 사용될 경우 적절한 축비 특성을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 충분한 이득 및 대역폭을 동시에 제공할 수 있는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치를 제안한다.
또한, 본 발명은 충분한 이득 및 대역폭을 제공하면서 적절한 축비 특성을 제공할 수 있는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치를 제안한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부에 적어도 하나의 제1 방사 패치 및 제1 급전 선로를 포함하는 제1 안테나가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판; 상기 안테나 기판 하부에 결합되며 소정의 두께를 제2 그라운드를 포함하되, 상기 제1 그라운드에는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치와 상하로 중첩되도록 적어도 하나의 슬롯이 형성되며, 상기 제2 그라운드에는 상기 적어도 하나의 슬롯과 상하로 중첩되도록 적어도 하나의 그루브가 형성되는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치가 제공된다.
상기 적어도 하나의 슬롯 및 상기 적어도 하나의 그루브의 사이즈는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치의 사이즈에 기초하여 설정된다.
상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈는 상하로 중첩하는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치의 전 영역이 상하로 중첩되도록 설정된다.
상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈는 상기 전송 선로와 중첩되지 않도록 설정된다.
상기 적어도 하나의 그루브의 사이즈는 중첩하는 상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈에 상응하여 설정된다.
상기 안테나 기판의 상부에는 적어도 하나의 제2 방사 패치 및 제2 급전 선로를 포함하는 제2 안테나 및 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 급전 신호를 분배하기 위한 다이플렉서가 더 형성된다.
상기 안테나 기판의 상부와 이격되어 다양한 곡률을 가지는 다수의 유전체 렌즈가 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상부에 적어도 하나의 제1 방사 패치 및 제1 급전 선로를 포함하는 제1 안테나가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판; 및 상기 안테나 기판 상부에 이격되어 형성되는 유전체 렌즈를 포함하되, 상기 제1 그라운드에는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치와 상하로 중첩되도록 적어도 하나의 슬롯이 형성되며, 상기 적어도 하나의 슬롯의 하부에는 에어 갭이 형성되는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상부에 적어도 두 개의 안테나 및 상기 적어도 두 개의 안테나로 급전 신호를 제공하는 다이플렉서가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판; 상기 안테나 기판 하부에 결합되며 소정의 두께를 제2 그라운드를 포함하되, 상기 제1 그라운드에는 적어도 두 개의 슬롯이 형성되고, 상기 제2 그라운드에는 상기 적어도 두 개의 슬롯과 각각 상하로 중첩되는 적어도 두 개의 그루브가 형성되는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상부에 적어도 두 개의 안테나 및 상기 적어도 두 개의 안테나로 급전 신호를 제공하는 다이플렉서가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판; 상기 안테나 기판 상부에 이격되어 형성되는 유전체 렌즈를 포함하되, 상기 제1 그라운드에는 적어도 두 개의 슬롯이 형성되고, 상기 적어도 두 개의 슬롯 하부에는 에어갭이 형성되는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치가 제공된다.
본 발명의 밀리미터 웨이브용 안테나 장치는 충분한 이득 및 대역폭을 동시에 제공할 수 있으며 적절한 축비 특성을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 안테나 장치의 분해 사시도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 안테나 기판의 상부 평면도를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 안테나 기판의 하부 평면도를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 제2 그라운드의 구조를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시에에 따른 안테나에서 제2 그라운드의 그루브와 방사 패치를 함께 표시한 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 그루브가 존재하지 않는 영역의 단면을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 그루브가 존재하는 영역의 단면을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나에서 유전체 렌즈의 또 다른 예를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 안테나 장치의 분해 사시도를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 장치에서 안테나 기판의 하부 평면도를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 장치에서 제2 그라운드의 구조를 나타낸 사시도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나에서 제2 그라운드의 그루브와 안테나를 함께 표시한 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 안테나 장치의 분해 사시도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나는 하우징(100), 안테나 기판(200), 제2 그라운드(300) 및 베이스 플레이트(400)를 포함한다.
하우징(100)은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 안테나를 수용하며 유전체 재질로 이루어진다. 일례로, 하우징은 직육면체 형상을 가질 수 있으나 안테나를 수용할 수 있는 어떠한 형태도 채용될 수 있을 것이다.
하우징(100)의 상부에는 유전체 렌즈(120)가 결합된다. 유전체 렌즈(120)는 하우징(100)과 일체형으로 형성될 수도 있으며 별도의 유전체 렌즈(120)가 하우징의 상부에 결합될 수도 있을 것이다.
20GHz 이상의 중심 주파수를 가지는 밀리미터 웨이브 대역에서는 RF 신호가 전파되는 매질 및 물리적 구조에 상당한 영향을 받게 되고 신호의 감쇠 특성 역시 급격히 증가하게 된다. 따라서, 밀리미터 웨이브 안테나에서는 충분한 이득을 확보하는 것이 매우 중요하며 유전체 렌즈(120)는 밀리미터 웨이브 안테나의 이득을 증가시키는 기능을 한다.
안테나 기판(200)의 상부에는 밀리미터 웨이브 방사를 위한 다수의 방사체가 형성된다. 안테나 기판(200)의 하부에는 제1 그라운드면(280)이 형성되어 RF 신호의 전달 및 방사를 위한 접지 전위를 제공한다.
제2 그라운드(300)는 안테나 기판(200)의 하부에 결합된다. 제2 그라운드(300)는 본 발명의 핵심적 구성 요소로서 제2 그라운드(300)에는 다수의 그루브(350)가 형성된다. 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 밀리미터 웨이브 안테나는 극소형의 구조를 가지므로 큰 유전체 손실을 가지며, 이를 위해 안테나 기판(200) 상부에 형성되는 방사체들과 급전 선로와 안테나 기판(200) 하부의 제1 그라운드간의 간격이 좁게 설정된다. 그러나, 방사체 및 급전 선로와 기판 하부의 제1 그라운드와의 좁은 간격은 안테나의 대역폭을 감소시키는 주요한 요인으로 작용한다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제2 그라운드(300)를 안테나 기판(200) 하부에 결합하며 제2 그라운드(300)에는 다수의 그루브(350)를 형성하도록 한다. 제2 그라운드(300)의 구체적인 구조와 기능은 별도의 도면을 참조하여 설명한다.
베이스 플레이트(400)는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 베이스 구조물로 기능하며, 제2 그라운드(300)는 베이스 플레이트에 고정된다. 베이스 플레이트(400)에는 급전 신호를 제공하기 위한 커넥터(500)가 제2 그라운드와 결합되기 위한 홀(450)이 형성된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 안테나 기판의 상부 평면도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 기판의 상부에는 제1 안테나(210) 및 제2 안테나(230) 및 다이플렉서(250)가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 안테나(210), 제2 안테나(230) 및 다이플렉서(250)는 마이크로 스트립 라인으로 구현될 수 있다.
제1 안테나(210)는 제1 대역의 RF 신호를 방사하기 위한 안테나이고 제2 안테나(230)는 제2 대역의 RF 신호를 방사하기 위한 안테나이다. 일례로, 제1 대역은 39GHz를 중심 주파수로 가지는 밀리미터 웨이브 대역일 수 있고, 제2 대역은 28GHz를 중심 주파수로 가지는 밀리미터 웨이브 대역일 수 있다. 물론, 이는 예시적인 것이며 제1 대역 및 제2 대역은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
다이플렉서(250)는 제1 안테나(210)로 제1 대역의 신호를 제공하고, 제2 안테나(230)로 제2 대역의 신호를 제공한다. 다이플렉서(250)는 필터로서 기능하며 필터링을 통해 제1 안테나(210)로는 제1 대역의 신호가 제공되도록 하고 제2 안테나(230)로는 제2 대역의 신호가 제공되도록 한다. 다이플렉서(250)는 급전점(260)과 전기적으로 연결되어 신호의 필터링 및 분배를 수행하게 된다.
급전점(260)으로는 제1 대역 및 제2 대역을 포함하는 신호가 급전되며, RF 신호의 분배는 다이플렉서(250)에 의해 이루어지는 것이다.
급전점(260)을 기준으로 다이플렉서(250)의 좌측부는 제2 대역의 신호를 차단하는 필터로 기능하며, 다이플렉서(250)의 우측부는 제1 대역의 신호를 차단하는 필터로 기능한다. 이러한, 필터 기능을 통해 제1 안테나(210) 방향으로는 제2 대역의 신호가 차단되고, 제2 안테나(230) 방향으로는 제1 대역의 신호가 차단된다. 물론, 필터링은 이와 다른 방향으로 이루어질 수도 있다. 다이플렉서의 좌측부가 제1 대역의 신호만을 필터링하는 대역통과 필터로 기능하고 다이플렉서의 우측부가 제2 대역의 신호만을 필터링하는 대역통과 필터로 기능할 수도 있을 것이다.
앞서 설명한 필터링 기능을 구현하기 위해, 다이플렉서(250)의 좌측부에는 제1 스터브(252) 및 제2 스터브(254)가 형성되고, 다이플렉서(250)의 우측부에는 제3 스터브(254) 및 제4 스터브(256)가 형성된다.
필터링 대역은 스터브들의 위치, 스터브들의 연장 방향, 스터브들의 길이 및 다이플렉서의 길이에 의해 결정될 수 있을 것이다.
제1 스터브(252)는 안테나 방향으로 돌출되고, 제2 스터브(254)는 안테나 반대 방향으로 돌출된다. 제1 스터브(252) 및 제2 스터브(254)는 절곡 구조를 가질 수 있다. 적절한 필터링을 위해 스터브 중 하나가 안테나 방향으로 돌출될 필요가 있을 경우 해당 스터브는 안테나로의 영향이 최소화되도록 절곡 구조를 가지는 것이 바람직하다. 물론, 제1 스터브(252) 및 제2 스터브(254)의 돌출 방향은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
제3 스터브(256) 및 제4 스터브(258)는 안테나 반대 방향으로 돌출되는 구조를 가지나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 스터브(252) 및 제2 스터브(254)의 길이, 방향 및 위치는 제2 대역을 저지하기 위한 주파수에 기초하여 설정되고, 제3 스터브(256) 및 제4 스터브(258)의 길이, 방향 및 위치는 제1 대역을 저지하기 위한 주파수에 기초하여 설정된다.
제1 안테나(210) 및 제2 안테나(230)는 원형 편파를 이용하는 안테나일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 밀리미터 웨이브 대역의 안테나는 극소형의 구조를 가지며 충분한 이득을 제공할 필요가 있다. 본 발명의 안테나 장치는 적절한 이득을 확보하기 위해 원형 편파 구조의 안테나를 사용하도록 한다.
제1 안테나(210)는 제1 방사 패치(212) 및 제1 급전 선로(220)를 포함한다.
제1 방사 패치(212)는 급전 선로(220)로부터 제1 대역의 급전 신호를 제공받는다. 급전 선로(220)는 다이플렉서(250)를 통해 제1 대역의 급전 신호를 제공받는다.
제2 안테나는(230)는 제2 방사 패치(232) 및 제2 급전 선로(240)를 포함한다.
제2 방사 패치(232)는 제2 급전 선로(240)로부터 제2 대역의 급전 신호를 제공받는다. 제2 급전 선로(240)는 다이플렉서(250)를 통해 제2 대역의 급전 신호를 제공받는다.
한편, 도 2에는 각 안테나에 하나의 방사체가 형성되는 경우가 도시되어 있으나 각 안테나는 둘 이상의 방사체를 포함할 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 안테나 기판의 하부 평면도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 기판의 하부에는 제1 그라운드(280)가 형성된다. 제1 그라운드(280)에는 다수의 슬롯(285-1, 285-2)이 형성되고 다수의 슬롯(285-1, 285-2)의 위치 및 사이즈는 제1 안테나 및 제2 안테나의 방사 패치의 위치 및 사이즈에 기초하여 설정된다.
다수의 슬롯(285)은 각 안테나의 방사 패치와 상하로 중첩되는 영역에 형성된다. 제1 방사 패치(212)의 하부에는 제1 슬롯(285-1)이 형성되고, 제2 방사 패치(232)의 하부에는 제2 슬롯(285-2)이 형성된다.
각각의 슬롯(285-1, 285-2)의 사이즈는 중첩하는 방사 패치들의 사이즈에 기초하여 결정된다. 각각의 슬롯(285)의 사이즈는 중첩하는 방사 패치들에 비해 상대적으로 크게 설정된다. 다만, 슬롯(285-1, 285-2)의 사이즈는 급전 선로(220, 240)와는 상하로 중첩되지 않도록 설정된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 제2 그라운드의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 그라운드(300)에는 다수의 그루브(350-1, 350-2)가 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 제2 그라운드(300)는 제1 그라운드(280)가 형성된 안테나 기판(200)의 하부에 결합된다.
제2 그라운드(300)에 형성되는 다수의 그루브(350-1, 350-2)의 위치 및 사이즈는 제1 그라운드의 슬롯(285-1,285-2)위 위치 및 사이즈에 기초한다.
다수의 그루브(350-1, 350-2) 각각은 다수의 그라운드 슬롯(285-1, 285-2) 각각과 상하로 중첩하여 위치한다.
각 그루브(350-1, 350-2)의 사이즈는 상하로 중첩하는 슬롯(285-1, 285-2)과 일치하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 그라운드의 슬롯(285-1, 285-2)의 위치 및 사이즈가 안테나 기판(200)의 방사 패치들의 위치 및 사이즈에 기초하여 설정되므로 다수의 그루브(350-1, 350-2) 각각은 안테나 기판(200)의 각 방사 패치들의 위치 및 사이즈에 기초하여 설정되는 것이다.
한편, 제2 그라운드(300)에는 커넥터 홀(370)이 형성된다. 커넥터 홀(370)은 급전 신호를 제공하는 커넥터가 삽입되기 위한 홀이다. 커넥터는 커넥터 홀(370)을 통해 안테나 기판(200)에 결합되어 급전 신호를 제공한다. 안테나 기판(200)에는 커넥터의 중심 도체가 급전점과 결합되기 위한 비아홀이 형성된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나에서 제2 그라운드의 그루브와 방사 패치를 함께 표시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 방사 패치의 하부에 제2 그라운드(300)의 그루브가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 제2 그라운드(300)의 그루브에 상응하여 제1 그라운드의 슬롯이 형성되므로 방사 패치와 그라운드간의 간격은 실질적으로 증가하게 된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 그루브가 존재하지 않는 영역의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 단면은 그루브가 존재하지 않은 영역이기에 안테나 장치에서 급전 선로(220, 240) 영역의 단면을 나타낸 도면이다. 급전 선로 영역에서는 제1 그라운드(280)에 슬롯이 형성되지 아니하고 제2 그라운드(300)에 그루브가 형성되지 않는다.
따라서, 급전 선로(220, 240)는 안테나 기판(200)의 두께에 상응하여 제1 그라운드와 이격된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치에서 그루브가 존재하는 영역의 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 방사 패치가 존재하는 영역에서의 단면도를 나타낸 도면이다. 그루브가 존재하는 영역에서는 제1 그라운드에 슬롯(285)이 형성되고 슬롯 하부에는 그루브(350)가 형성되므로 그루브로 인한 에어 갭이 형성된다.
결국, 그루브(350)로 인해 방사 패치가 존재하는 영역에서는 방사 패치와 그라운드간 간격은 안테나 기판의 두께와 그루브의 깊이의 합에 의해 결정되며, 이는 전송 선로가 존재하는 영역에 비해 상대적으로 긴 간격이다.
앞서 설명한 바와 같이, 방사 패치와 그라운드간 간격을 상대적으로 길게 설정하는 것은 공진 대역폭의 축소를 방지하기 위해서이다. 방사 패치와 그라운드간 간격이 길어질 경우 추가적인 손실이 발생할 수 있으나, 방사 패치와 그라운드간 매질로 그루브(350)에 의한 에어(air)가 존재하도록 하고 에어의 낮은 유전율로 인해 손실의 최소화를 도모할 수 있다.
다만, 본 발명에 의하면, 전송 선로 영역에서는 그라운드와 전송 선로간의 간격을 여전히 좁게 유지하며, 그라운드와 전송 선로 간에는 에어 갭이 존재하지 않는다. 밀리미터 웨이브 안테나는 방사체가 매우 소형으로 제작되기에 전송 선로에서 미세하게 발생하는 방사 에너지가 안테나의 방사체에서 방사되는 신호에 영향을 주어 방사 이득이 저하되는 원인이 될 수 있다. 전송 선로와 그라운드 사이의 간격이 넓어질 경우 전송 선로의 폭이 증가되어야 하고 이로 인해 전송 선로에서 방사되는 신호가 증가한다. 전송 선로에서 방사된 신호와 방사체와의 커플링이 발생하게 되고, 이로 인해 방사체에서 방사되는 신호의 성능 저하는 심화된다. 이러한 성능 저하를 방지하기 위해 전송 선로 영역에서는 제1 그라운드의 슬롯 및 제2 그라운드의 그루브를 형성하지 않아 전송 선로와 그라운드간 간격을 좁게 유지한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나에서 유전체 렌즈의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 하우징(100)의 상부에 형성되는 유전체 렌즈는 영역별로 다양한 곡률 구조를 가질 수 있다. 도 8과 같이 영역별로 다양한 곡률로 유전체 렌즈를 형성할 때 보다 높은 이득을 실현하는 것이 가능하다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 안테나 장치의 분해 사시도를 도시한 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나는 하우징(100), 안테나 기판(200), 제2 그라운드(300) 및 베이스 플레이트(400)를 포함하고, 제2 그라운드(300)의 형태가 제1 실시예와 상이하다. 하우징(100) 및 베이스 플레이트(400)의 구조는 제1 실시에와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제2 그라운드(300)는 안테나 기판(200) 하부에 결합하며 제2 그라운드(300)에는 다수의 그루브(360-1, 360-2)가 형성된다.
제2 실시예의 안테나 기판(200)은 상부 구조는 제1 실시예와 동일하나 하부 구조는 제1 실시예와 상이하다.
제2 실시예의 안테나 기판(200)의 상부에 형성되는 다이플렉서(250)는 제1 필터링부(250-1) 및 제2 필터링부(250-2)를 포함한다. 급전점(260)을 기준으로 다이플렉서(250)의 좌측부는 제1 필터링부(250-1)로 기능하며 제1 필터링부(250-1)는 제2 대역의 신호를 차단하는 필터로 기능한다. 다이플렉서(250)의 우측부는 제2 필터링부(250-2)로 기능하며 제2 필터링부(250-2)는 제1 대역의 신호를 차단하는 필터로 기능한다. 이러한, 필터링 기능을 통해 제1 안테나(210) 방향으로는 제2 대역의 신호가 차단되고, 제2 안테나(230) 방향으로는 제1 대역의 신호가 차단된다. 물론, 필터링은 이와 다른 방향으로 이루어질 수도 있다. 다이플렉서(250)의 제1 필터링부(250-1)는 제1 대역의 신호만을 필터링하는 대역통과 필터로 기능하고 다이플렉서의 제2 필터링부(250-2)는 제2 대역의 신호만을 필터링하는 대역통과 필터로 기능할 수도 있을 것이다.
원형 편파 안테나에서 축비 특성은 매우 중요한 특성이며 이를 위해 제1 안테나 및 제2 안테나의 각 방사 패치로 급전되는 신호의 위상은 설계 의도에 따라 정확히 설정되어야 한다. 특히, 제1 안테나 및 제2 안테나는 다수의 방사 패치를 포함할 수도 있기에 신호의 의도된 위상이 각 방사 패치로전달되는 것은 매우 중요하다. 원그런데, 본 발명과 같은 다중 대역 안테나는 다이플렉서를 필요로 하며, 다이플렉서(250)와 각 안테나(210, 230)의 급전 선로(220, 240)가 결합되는 지점에서 RF 신호의 급격한 위상 변화가 발생하며, 이러한 위상 변화는 원형 편파에서 중요한 축비 특성을 악화시키게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나는 다이 플렉서와 안테나의 급전 선로가 결합되는 지점에서 RF 신호의 급격한 위상 변화를 방지하여 원형 편파에서 축비 특성을 개선할 수 있는 구조를 제안한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 장치에서 안테나 기판의 하부 평면도를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 기판의 하부에는 제1 그라운드(280)가 형성된다. 제1 그라운드(280)에는 두 개의 슬롯(290-1, 290-2)이 형성된다. 두 개의 슬롯(290-1, 290-2)의 위치 및 사이즈는 다이플렉서(250) 및 각 안테나의 급전 선로(220, 240)의 위치 및 사이즈에 기초하여 설정된다.
두 개의 슬롯(290-1, 290-2)은 다이플렉서(250)와 각 안테나의 급전 선로(220, 240)의 접점에 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 두 개의 슬롯(290-1, 290-2)은 다이플렉서(250)와 급전 선로(220, 240)의 접점을 중심으로 다각형 또는 원형을 가질 수 있으며, 도 3에는 사각형의 형태를 가지는 슬롯이 도시되어 있다.
두 개의 슬롯(290-1, 290-2)은 다이플렉서(250) 및 급전 선로(220, 240)의 접점과 상하로 중첩되는 영역에 접점을 중심으로 형성되는 것이다.
두 개의 슬롯(290-1, 290-2)의 사이즈는 다이플렉서(250)와 급전 선로(220, 240)의 폭에 기초하여 설정된다. 바람직하게는 두 개의 슬롯(290-1, 290-2)의 폭은 중첩하는 다이플렉서(250) 및 급전 선로(220, 240)에 비해 상대적으로 크게 설정된다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 장치에서 제2 그라운드의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 그라운드(300)에는 두 개의 그루브(360-1, 360-2)가 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 제2 그라운드(300)는 제1 그라운드(280)가 형성된 안테나 기판(200)의 하부에 결합된다.
제2 그라운드(300)에 형성되는 두 개의 그루브(360-1, 360-2)의 위치 및 사이즈는 제1 그라운드의 슬롯(290-1, 290-2)위 위치 및 사이즈에 기초한다.
다수의 그루브(360) 각각은 다수의 그라운드 슬롯(290-1, 290-2) 각각과 상하로 중첩하여 위치하며 도 3에서 2개의 슬롯(290-1, 290-2)이 형성되므로 그루브(360-1, 360-2) 역시2개가 형성되는 경우가 도시되어 있다.
각 그루브(360-1, 360-2)의 사이즈는 상하로 중첩하는 슬롯(290-1, 290-2)과 일치하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 그라운드의 슬롯(290-1, 290-2)이 위치 및 사이즈가 안테나 기판(200)의 다이플렉서 및 급전 선로의 위치 및 사이즈에 기초하여 설정되므로 그루브(360-1, 360-2)의 위치 및 사이즈 역시 다이플렉서 및 급전 선로의 위치 및 사이즈에 기초하여 설정된다.
한편, 제2 그라운드(300)에는 커넥터 홀(370)이 형성된다. 커넥터 홀(370)은 급전 신호를 제공하는 커넥터가 삽입되기 위한 홀이다. 커넥터는 커넥터 홀(370)을 통해 안테나 기판(200)에 결합되어 급전 신호를 제공한다. 안테나 기판(200)에는 커넥터의 중심 도체가 급전점과 결합되기 위한 비아홀이 형성된다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나에서 제2 그라운드의 그루브와 안테나를 함께 표시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 다이플렉서와 급전 선로의 접점 하부에 제2 그라운드(300)의 그루브가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 제2 그라운드(300)의 그루브에 상응하여 제1 그라운드의 슬롯이 형성되므로 다이플렉서와 급전 선로 접점과 그라운드간의 간격 다른 부분에서의 그라운드간 간격에 비해 실질적으로 증가하게 된다.
결국, 그루브(360-1, 360-2)로 인해 다이플렉서와 급전 선로의 접점 영역에서는 안테나와 그라운드간 간격은 안테나 기판의 두께와 그루브의 깊이의 합에 의해 결정되며, 이는 다른 영역에 비해 상대적으로 긴 간격이다.
이와 같이 다이플렉서와 급전 선로의 접점 영역에서 안테나와 그라운드간 간격을 길게 설정하는 것은 해당 영역에서의 위상의 급격한 변화를 방지하기 위해서이다. 그라운드와 안테나간 간격을 길게 하여 RF 신호의 속도를 지연시킴으로써 위상의 급격한 변화를 방지하는 것이다. 다이플렉서와 급전 선로의 접점 영역에서의 위상의 급격한 변화는 본 발명과 같은 원형 편파 안테나에서 각 방사 패치로 적절한 위상의 신호를 제공하는데 장애 요소로 작용하게 되어 결국 축비 성능을 저하시키므로 제1 그라운드의 슬롯과 제2 그라운드의 그루브를 통해 축비 성능의 저하를 방지하는 것이다.
한편, 앞서 설명한 실시예에서는 제1 안테나 및 제2 안테나가 구비되어 2개 대역에 대한 방사가 이루어지는 경우를 예로 하여 설명하였으나, 셋 이상의 다중 대역 안테나에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. 이 경우, 다이플렉서가 아닌 멀티플렉서가 사용될 수 있으며, 멀티플렉서와 급전 선로의 접점에 복수의 그라운드 슬롯 및 그루브를 형성하여 축비 성능을 개선할 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 실시예에서는 안테나 기판에 두 개 대역의 안테나가 형성되는 경우를 예로 하여 설명하였으나 단일 안테나가 안테나 기판에 형성되는 경우도 본 발명의 범주에 포함된다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 상부에 적어도 하나의 제1 방사 패치 및 제1 급전 선로를 포함하는 제1 안테나가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판;
    상기 안테나 기판 하부에 결합되며 소정의 두께를 제2 그라운드를 포함하되,
    상기 제1 그라운드에는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치와 상하로 중첩되도록 적어도 하나의 슬롯이 형성되며, 상기 제2 그라운드에는 상기 적어도 하나의 슬롯과 상하로 중첩되도록 적어도 하나의 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬롯 및 상기 적어도 하나의 그루브의 사이즈는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치의 사이즈에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈는 상하로 중첩하는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치의 전 영역이 상하로 중첩되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈는 상기 전송 선로와 중첩되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브의 사이즈는 중첩하는 상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈에 상응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 기판의 상부에는 적어도 하나의 제2 방사 패치 및 제2 급전 선로를 포함하는 제2 안테나 및 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 급전 신호를 분배하기 위한 다이플렉서가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 기판의 상부와 이격되어 다양한 곡률을 가지는 다수의 유전체 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  8. 상부에 적어도 하나의 제1 방사 패치 및 제1 급전 선로를 포함하는 제1 안테나가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판; 및
    상기 안테나 기판 상부에 이격되어 형성되는 유전체 렌즈를 포함하되,
    상기 제1 그라운드에는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치와 상하로 중첩되도록 적어도 하나의 슬롯이 형성되며, 상기 적어도 하나의 슬롯의 하부에는 에어 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈는 중첩하는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치의 사이즈에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈는 상하로 중첩하는 상기 적어도 하나의 제1 방사 패치의 전 영역이 상하로 중첩되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬롯의 사이즈는 상기 전송 선로와 중첩되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 안테나 장치.
  12. 상부에 적어도 두 개의 안테나 및 상기 적어도 두 개의 안테나로 급전 신호를 제공하는 다이플렉서가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판;
    상기 안테나 기판 하부에 결합되며 소정의 두께를 제2 그라운드를 포함하되,
    상기 제1 그라운드에는 적어도 두 개의 슬롯이 형성되고, 상기 제2 그라운드에는 상기 적어도 두 개의 슬롯과 각각 상하로 중첩되는 적어도 두 개의 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 슬롯은 상기 다이플렉서와 상기 제1 안테나의 급전 선로와의 제1 접점 하부 및 상기 다이플렉서와 상기 제2 안테나의 급전 선로와의 제2 접점 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 슬롯의 사이즈는 상기 제1 접점에서의 상기 다이플렉서와 상기 제1 안테나의 급전 선로의 사이즈 및 상기 제2 접점에서의 상기 다이플렉서와 상기 제2 안테나의 급전 선로의 사이즈에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 그루브의 사이즈는 중첩하는 상기 적어도 두 개의의 슬롯의 사이즈에 상응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 안테나 기판의 상부와 이격되어 다양한 곡률을 가지는 다수의 유전체 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
  17. 상부에 적어도 두 개의 안테나 및 상기 적어도 두 개의 안테나로 급전 신호를 제공하는 다이플렉서가 형성되고 하부에 제1 그라운드가 형성되는 안테나 기판;
    상기 안테나 기판 상부에 이격되어 형성되는 유전체 렌즈를 포함하되,
    상기 제1 그라운드에는 적어도 두 개의 슬롯이 형성되고, 상기 적어도 두 개의 슬롯 하부에는 에어갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 슬롯은 상기 다이플렉서와 상기 제1 안테나의 급전 선로와의 제1 접점 하부 및 상기 다이플렉서와 상기 제2 안테나의 급전 선로와의 제2 접점 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 슬롯의 사이즈는 상기 제1 접점에서의 상기 다이플렉서와 상기 제1 안테나의 급전 선로의 사이즈 및 상기 제2 접점에서의 상기 다이플렉서와 상기 제2 안테나의 급전 선로의 사이즈에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브용 다중 대역 안테나 장치.
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