WO2021107423A1 - 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 mimo 안테나 - Google Patents

다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 mimo 안테나 Download PDF

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WO2021107423A1
WO2021107423A1 PCT/KR2020/015005 KR2020015005W WO2021107423A1 WO 2021107423 A1 WO2021107423 A1 WO 2021107423A1 KR 2020015005 W KR2020015005 W KR 2020015005W WO 2021107423 A1 WO2021107423 A1 WO 2021107423A1
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WO
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radiator
antenna
plate
pattern
substrate
Prior art date
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PCT/KR2020/015005
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English (en)
French (fr)
Inventor
진원휘
지봉수
김준희
윤상기
Original Assignee
주식회사 에이스테크놀로지
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • 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
    • H01Q5/321—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 within a radiating element or between connected radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a multi-broadband antenna and a MIMO antenna using the same, and to a multi-broadband antenna having a structure in which a conical radiator and a flat radiator are combined, and a MIMO antenna using the same.
  • Wireless communication standards are rapidly evolving from the existing 2G and 3G communication methods such as GSM, CDMA, and WCDMA to 5G communication methods through 4G LTE, and at the same time, various technologies such as Bluetooth, GPS (Global Positioning System), WIFI, etc. are used together.
  • the wireless device must be configured to support signals of multiple frequency bands according to various wireless standards, and multiple antennas are mounted to transmit and receive signals of multiple different frequency bands.
  • various types of antennas are designed and many efforts are being made to secure an arrangement space inside the terminal.
  • MIMO multiple-input and multiple-output
  • An object of the present invention is to provide a wideband antenna capable of transmitting and receiving a wideband signal and a MIMO antenna using the same.
  • Another object of the present invention is to provide a wideband antenna that can be manufactured in a compact size and a MIMO antenna using the same.
  • a broadband antenna for achieving the above object includes: a first radiator having a conical shape having a narrow lower end and gradually widening toward the upper end, to which a feed signal is applied; and a second radiator formed in a flat plate shape of a predetermined pattern, disposed on an upper end of the first radiator, and electrically connected to the first radiator.
  • the second radiator may include a first plate positioned on the first radiator and formed in a pattern capable of being coupled to the first radiator; and a second plate formed in a pattern extending outwardly from the first plate.
  • the first plate and the second plate may be integrally implemented by a single conductor, or may be formed to include at least one conductor and be coupled to each other.
  • the second plate may be formed in a pattern designated to transmit and receive a signal of a frequency band required for the antenna together with the first radiator and the first plate.
  • the second radiator may further have an opening partially or entirely open in a region corresponding to the top circular shape of the first radiator.
  • the second radiator is implemented on a support substrate and disposed on top of the first radiator, and the first radiator is electrically connected to the first radiator by a coupling means for coupling the first radiator and the second radiator implemented on the support substrate. can be electrically connected to.
  • the antenna may further include a conductive pole having one end coupled to the first radiator at a predetermined position of the second plate in the second radiator by a predetermined distance and the other end connected to a ground power source.
  • the conductive pole may be electrically connected to a ground plane formed on one surface or the other surface of the substrate on which the first radiator is disposed.
  • MIMO antenna for achieving the above object is a substrate; and a first radiator having a narrow lower end and a conical shape gradually widening toward the upper end, formed in a flat plate shape with a predetermined pattern and a first radiator to which a feed signal is applied, disposed on the upper end of the first radiator to electrically communicate with the first radiator and a plurality of antennas having a second radiator connected thereto and disposed at predetermined positions on the substrate.
  • a broadband antenna for achieving the above object includes: a first radiator having a narrow lower end and a conical shape gradually widening toward the upper end to which a feed signal is applied; and a second radiator formed in a flat plate shape of a predetermined pattern, overlapping a partial region of an upper portion of the first radiator, and spaced apart from the first radiator.
  • the multi-broadband antenna and the MIMO antenna using the same include a first radiator having a conical structure and a second radiator having a flat plate structure of a predetermined pattern and coupled to one end of the first radiator. can transmit and receive signals.
  • an ultra-wideband MIMO antenna can be configured using a small number of multiple wideband antennas.
  • 1 to 3 show multiple broadband antennas according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a return loss characteristic of a multi-wideband antenna according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 7 show MIMO antennas using multiple broadband antennas according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a return loss characteristic of a MIMO antenna using a multi-wideband antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a radiation pattern of a MIMO antenna using multiple broadband antennas according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a return loss characteristic of a multi-wideband antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a top perspective view of a multi-broadband antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the multi-broadband antenna of FIG. 1
  • FIG. 3 is a bottom perspective view of the multi-broadband antenna of FIG. 1 .
  • the multi-broadband antenna includes a first radiator 110 and a second radiator 120 disposed on top of the first radiator 110 and electrically connected thereto.
  • the first radiator 110 is implemented to have a conical shape having a narrow lower end and gradually widening toward the upper end.
  • the first radiator 110 having a conical shape also known as a conical antenna, has a relatively small size and excellent radiation efficiency compared to antennas having other structures, so it is advantageous for miniaturization.
  • the first radiator 110 having a conical shape has a relatively low height compared to other antennas in a frequency band to be transmitted/received, it is suitable for a wireless device having a height restriction.
  • the first radiator 110 having a cone shape can be impedance matched in a wide band, there is an advantage in that it can transmit and receive signals in a wide band.
  • the size of the first radiator 110 may be adjusted according to a frequency band of a signal to be transmitted/received by the antenna according to the present embodiment.
  • the first radiator 110 may be disposed and coupled to the first substrate 150 .
  • the first substrate 150 may be a main substrate on which various elements of a wireless device are disposed on one surface or the other surface, but is not limited thereto.
  • the substrate means the first substrate.
  • the first radiator 110 may be coupled to the first substrate 150 using various other coupling methods.
  • the ground plane 170 when the ground plane 170 is formed on one or the other surface of the first substrate 150 , the ground plane 170 should be spaced apart so as not to be electrically connected to the first radiator 110 . That is, as shown in FIG. 3 , an open pattern 171 spaced apart from the first radiator 110 may be formed on the ground plane 170 .
  • the first radiator 110 When the first radiator 110 is disposed on the first substrate 150 , the first radiator 110 may receive a power supply signal through the power supply line 112 formed on the first substrate 150 . At this time, on the other surface of the surface on which the feed line 112 is formed, a branch line extending so that at least a partial region overlaps with the feed line 112 in the open pattern 171 of the ground plane 170 spaced apart from the first radiator 110 . 172 may be formed.
  • the branch line 172 may be formed for impedance matching of the antenna together with the feed line 112 .
  • the branch line 172 may be formed in the same straight line as the feed line 112 , but as shown in FIG. 3 , stubs are formed on both sides of one end to branch in a T-shaped pattern. can be Alternatively, the stub may be formed in one or both directions of the branch line 172 that extends. That is, the pattern of the branch line may be formed in various ways.
  • the branch line 172 electrically connected to the ground plane 170 may be circuitly interpreted as an inductance component, and the feed line 112 and the branch line 172 formed on one surface and the other surface of the first substrate 150 . ) can be interpreted as a capacitance component. Therefore, the region where the feed line 112 and the branch line 172 overlap each other with the first substrate 150 interposed therebetween may be interpreted as a parallel inductor and capacitor matching circuit, and the region does not overlap in the branch line 172 .
  • the stub formed in can be interpreted as a series inductor matching circuit. That is, the branch line 172 electrically connected to the ground plane 170 generates series and parallel inductors and capacitor components to achieve wideband impedance matching.
  • the first radiator 110 may receive a power supply signal through a separate power feeding means such as a coaxial cable.
  • the second radiator 120 is formed in a flat plate shape with a predetermined pattern, is disposed and coupled to the upper end of the first radiator 110 , and is electrically connected to the first radiator 110 .
  • the antenna according to the present embodiment can transmit and receive signals in a wider band than when only the first radiator 110 is included.
  • the second radiator 120 may be divided into a first plate 121 and a second plate 122 as shown in FIG. 1 .
  • the first plate 121 is a region for coupling with the first radiator 110 , and may be positioned on the first radiator and formed in a pattern capable of being coupled to the first radiator.
  • the second plate 122 may be viewed as an area in which a pattern for transmitting and receiving signals of a required frequency band together with the first plate 121 is formed.
  • the second plate 122 may be formed in a pattern extending outwardly from the first plate 121, and although the second plate 122 is illustrated as having a rectangular pattern in FIG. 1 as an example, the second plate ( 122) may be set in various ways.
  • the second plate 122 may have a structure such as a parallelogram structure or a fan shape that gradually becomes wider as it moves away from the first plate 121 .
  • the shape of the first plate 121 may be variously modified.
  • first plate 121 and the second plate 122 of the second radiator 120 are shown as being integrally formed, but the first plate 121 and the second plate 122 are formed separately. It may be configured to be coupled.
  • each of the first and second radiators 110 and 120 may be configured by combining a plurality of plate-type conductors.
  • first radiator 110 and the second radiator 120 are implemented as conductors and may be implemented as an integrally coupled structure, but as shown in FIGS. 1 to 3 , each may be implemented and configured to be coupled. have.
  • a fastening part 113 may be formed on the upper portion of the first radiator 110 to facilitate coupling with the second radiator 120 .
  • the fastening part 113 formed on the upper part of the first radiator 110 is Although the upper circular shape of the first radiator 110 has a structure extending in both directions, the shape of the fastening part 113 varies depending on the coupling means for coupling the first radiator 110 and the second radiator 120 . can be changed to
  • the second radiator 120 may be formed on the second substrate 160 as shown in FIGS. 1 to 3 .
  • the second radiator 120 is formed of a plate-shaped conductor and is disposed on the upper end of the first radiator 110 . Therefore, when the thickness of the second radiator 120 is thin, deformation such as bending may occur in various processes, such as when combining with the first radiator 110 or when mounting and operating the antenna on a wireless device. Accordingly, in the present embodiment, deformation can be prevented by forming the second radiator 120 on the second substrate 160 . That is, the second substrate 160 may be viewed as a support substrate for supporting the second radiator 120 .
  • the second radiator 120 when the second radiator 120 is formed on the second substrate 160 , it can be stably and easily coupled to the first radiator 110 by the coupling means 141 and 142 .
  • the first radiator 110 and the second radiator 120 are coupled by the coupling means 141 for coupling the first radiator 110 and the second radiator 120 .
  • the two radiators 120 may be electrically connected.
  • an opening 123 in which part or all of an area corresponding to the top shape of the first radiator 110 is opened may be formed.
  • an arc-shaped opening 123 is formed in the second radiator 120 in the direction of the second plate 122 in a region corresponding to a circle at the top of the first radiator 110 .
  • the opening 123 of the second radiator 120 is formed so that the antenna according to the present embodiment including the first radiator 110 and the second radiator 120 achieves impedance matching in a wider band.
  • the opening 123 formed in the second radiator 120 is illustrated as being formed in a partial region corresponding to the upper end of the first radiator 110 , the opening 123 is the upper end of the first radiator 110 . It may be formed in the entire area corresponding to . That is, the opening 123 may be formed in the same circular shape as the upper end of the first radiator 110 . In addition, when the opening 123 is formed in a partial region corresponding to the upper end of the first radiator 110 , the position, size, and shape of the opening 123 may also be variously adjusted.
  • the opening may also be formed in the second substrate 160 with a size and shape corresponding to the opening 123 of the second radiator 120 . .
  • the antenna according to the present embodiment may further include a conductive pole 130 electrically connecting the second radiator 120 and a ground power source.
  • the conductive pole 130 is formed in the second plate 122 of the second radiator 120 parallel to the center of the first radiator 110 having a conical shape as shown in FIGS. 1 to 3 . and may be spaced apart from each other.
  • the separation distance between the conductive pole 130 and the first radiator 110 may be variously adjusted according to a frequency band of a signal to be transmitted/received by the antenna. That is, a position at which the conductive pole 130 is coupled to the second plate 122 of the second radiator 120 may be changed.
  • one end of the conductive pole 130 may be directly coupled to the second radiator 120 , but may also be coupled to the second radiator 120 using a coupling means 143 such as a bolt. If the second radiator 120 is formed on the second substrate 160 , the coupling means 143 is also used as a means for electrically connecting the second radiator 120 and the conductive pole 130 .
  • the other end of the conductive pole 130 is connected to a ground power source.
  • the conductive pole 130 may penetrate the first substrate 150 and be directly connected to the ground plane 170 , but the second radiator 120 . Similarly, it may be connected to the ground power supply using the coupling means 143 .
  • FIG. 4 shows a return loss characteristic of a multi-wideband antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the return loss appears as -6dB or less in the 2.2 to 4.7 GHz band.
  • the second radiator 110 is added as shown in (b)
  • the band having the return loss of -6 dB or less is greatly expanded to 1.5 to 4.7 GHz. That is, as the second radiator 110 is added, the antenna can transmit and receive signals in a wider band.
  • the return loss is -6 dB or less in the 1.5 to 4.6 GHz band, which is almost the same as the case in which the first and second radiators 110 and 120 are included, In the low frequency band of 0.66 ⁇ 0.8 GHz, it can be seen that the return loss is less than -6dB. That is, the antenna according to the present embodiment including the first and second radiators 110 and 120 and the conductive pole 130 has multi-broadband characteristics.
  • the operating frequency band according to the multi-broadband characteristic of the antenna according to the present embodiment may vary according to the size and pattern of the first radiator 110 and the second radiator 120 .
  • the antenna according to the present embodiment has a conical structure, a first radiator 110 to which a feed signal is applied to one end, and a second radiator 120 having a flat plate structure of a predetermined pattern and coupled to the other end of the first radiator. ), and can transmit and receive signals in a wideband, and further include a conductive pole 130 for connecting the second radiator 120 and ground power to transmit and receive signals in multiple broadbands.
  • 5 to 7 show MIMO antennas using multiple broadband antennas according to another embodiment of the present invention.
  • 5 is a perspective view of a MIMO antenna using a multi-wideband antenna according to the present embodiment
  • FIG. 6 is a top view
  • FIG. 7 is a side view.
  • the MIMO antenna according to the present embodiment includes a plurality of multi-band antennas including a first radiator 110 , a second radiator 120 , and a conductive pole 130 , respectively. is composed by
  • the same antenna may be used for a plurality of multiple broadband antennas, but different types of antennas may be used as shown in FIGS. 5 to 7 .
  • the MIMO antenna is illustrated as including the first antenna 210 and the second antenna 220 having different shapes.
  • the MIMO antenna includes a first antenna 210 and a second antenna 220 disposed on a substrate 230 , and a first antenna 210 and a second antenna 220 .
  • each of the two antennas 220 has a first radiator 110 having a conical structure and receiving a feed signal applied to one end of the second antenna 220, and a second radiator 110 having a flat plate structure of a predetermined pattern and coupled to the other end of the first radiator. It includes the radiator 120 to transmit/receive signals in a wide band, and includes a conductive pole 130 for connecting the second radiator 120 and ground power.
  • the first antenna 210 has a larger size of the first radiator 110 than the second antenna 220 . Accordingly, the height is higher than that of the second antenna 220 . Accordingly, in the first antenna 210 and the second antenna 220 , the length of the conductive pole 130 connecting the second radiator 120 disposed on the upper end of the first radiator 110 and the ground plane 170 is increased. different from each other. In addition, in the first antenna 210 , the area of the second radiator 120 having a flat plate shape is very large compared to the second radiator 120 of the second antenna 220 , and the first antenna 210 and the second antenna The patterns of the second radiator 120 of 220 are also implemented differently.
  • the first plate 121 and the second plate 122 of the second radiator 120 are individually realized and coupled, but the first plate ( 121 and the second plate 122 may also be integrally formed in the first antenna 210 like the first plate 121 and the second plate 122 of the second radiator 120 .
  • an opening 123 is formed in the second radiator 120 of the first antenna 210 so that the entire area corresponding to the top surface of the first radiator 110 is opened, whereas the second radiator 120 of the second antenna 220 has an opening 123 .
  • An opening 123 is formed in the radiator 120 to partially open a region corresponding to the top surface of the first radiator 110 . That is, the shape of the opening 123 formed in the second radiator 120 of the first and second antennas 210 and 220 may also be formed differently depending on the frequency band of the signal to be transmitted/received.
  • the first antenna 210 and the second antenna 220 complement each other with signals of different frequency bands. It enables transmission and reception of ultra-wideband signals.
  • the first antenna 210 and the second antenna 220 are disposed in a direction in which the conductive pole 130 faces each other. That is, in the first antenna 210 and the second antenna 220 , directions in which the second plate 122 extend from the first plate 121 of the second radiator 120 are disposed to face each other.
  • the first antenna 210 and the second antenna 220 are the conductive poles 130 . It may be disposed to face the center of the substrate 230 , or may be disposed to face each other in the horizontal or vertical axis direction as shown in FIGS. 5 to 7 . However, the first antenna 210 and the second antenna 220 may be disposed so that the conductive pole 130 faces each other on both sides of the substrate 230 .
  • each of the two first antennas 210 and the two second antennas 220 is a diagonal of the substrate 230 . They may be arranged to cross each other in the direction. For example, by dividing the substrate 230 into four, the two first antennas 210 are disposed in the second and fourth quadrants of the substrate 230 , and the two second antennas 220 are arranged in the first quadrant and the first quadrant of the substrate 230 . It can be placed in the third quadrant. In addition, even when two first antennas 210 and two second antennas 220 are provided, the conductive poles 130 of the first antenna 210 and the second antenna 220 face each other in the horizontal or vertical axis direction. can be arranged to do so.
  • FIG. 8 shows a return loss characteristic of a MIMO antenna using a multi-wideband antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows the return loss characteristics according to whether the second radiator 120 and the conductive pole 130 are provided in the first antenna 210, and (b) shows the second antenna 220 in the second antenna. The reflection loss characteristics according to whether the radiator 120 and the conductive pole 130 are provided are shown.
  • the first antenna 210 in the low frequency band (LB) of 699 ⁇ 800 MHz, the middle frequency band (MB) of 1600 ⁇ 2700 MHz, and the high frequency band (HB) of 3200 ⁇ 5000 MHz can work
  • the second antenna 220 may operate in an intermediate frequency band (MB) of 1448 to 2700 MHz and a high frequency band (HB) of 3200 to 5000 MHz. That is, the MIMO antenna may operate in the low frequency band LB by the first antenna 210 , and the intermediate frequency band MB that may be operated by the second antenna 220 may be extended.
  • FIG. 9 shows a radiation pattern of a MIMO antenna using multiple broadband antennas according to another embodiment of the present invention.
  • a radiation pattern may be formed in a vertical direction upper hemisphere of a substrate 230 on which the first and second antennas 210 and 220 are disposed.
  • the multi-broadband antenna according to another embodiment of the present invention is similar to the multi-broadband antenna shown in FIGS. 1 to 3, a first radiator 310 and a first radiator ( The second radiator 320 is disposed on the upper portion of the 310 .
  • the second radiator 320 is electrically located on the upper portion of the first radiator 310, unlike the second radiator 120 of the multi-broadband antenna shown in FIGS. 1 to 3 . They are not connected to each other and are spaced apart.
  • the second radiator 320 is coupled to one end of the conductive pole 330 and supported by the conductive pole 330 , so that the second radiator 320 is spaced apart from the upper portion of the first radiator 310 without being in direct contact with the first radiator 310 . can be placed.
  • the other end of the conductive pole 330 is connected to the ground power.
  • the conductive pole 330 electrically connects the second radiator 320 and a ground power source and at the same time functions as a support for supporting the second radiator 320 .
  • the conductive pole 330 and the second radiator 320 may be coupled using a coupling means 343 such as a bolt, but may also be coupled directly.
  • the second radiator 120 of FIGS. 1 to 3 includes a first plate 121 for coupling with the first radiator 110 and a pattern for transmitting and receiving signals in a required frequency band together with the first plate 121 .
  • the formed second plate 122 is included, the second radiator 320 illustrated in FIGS. 10 and 11 is not coupled to the first radiator 310, and thus may be configured as a single plate.
  • 10 and 11 show that the second radiator 320 is formed in a semicircular pattern, the second radiator 320 may be formed in various patterns. However, it is formed so as to overlap an upper portion of the first radiator 310 .
  • the second radiator 320 formed to overlap a partial region of the upper portion of the first radiator 310 is coupled to the first radiator 310 to achieve impedance matching in a wide band.
  • the second radiator 320 is formed in a pattern overlapping the upper circle of the first radiator 310 by less than half.
  • an opening 323 may be formed in the plate of the second radiator 320 to allow the antenna to perform impedance matching in a wider band.
  • the opening 323 may be formed in a pattern overlapping the upper portion of the circular first radiator 310 as shown in FIGS. 10 and 11 .
  • FIG. 12 shows a return loss characteristic of a multi-wideband antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a case in which the second radiator 320 is disposed so as not to overlap the first radiator 310, and (b) shows the second radiator 320 as shown in FIGS. 10 and 11 . ) is disposed so as to overlap an upper partial region of the first radiator 310 .
  • the impedance matching range is greatly expanded in (b) in the low frequency band of 1.116 to 1.77 GHz compared to (a). That is, it has a broadband impedance matching characteristic.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 원뿔형 구조를 갖는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 일단에 결합되는 제2 방사체를 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신할 수 있으며, 제2 방사체와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴을 더 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있는 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나를 제공할 수 있다.

Description

다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나
본 발명은 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나에 관한 것으로, 원뿔형의 방사체와 평판형의 방사체가 결합된 구조를 갖는 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나에 관한 것이다.
무선 통신 규격이 GSM, CDMA, WCDMA 등 기존의 2세대 및 3세대 통신 방식에서 4세대 LTE를 거쳐 5세대 통신 방식으로 빠르게 진화하고 있으며, 동시에 Bluetooth, GPS(Global Positioning System), WIFI등 다양한 기술이 함께 이용되고 있다.
이로 인해, 무선 기기는 다양한 무선 규격에 따른 여러 주파수 대역의 신호를 지원하도록 구성되어야 하며, 이에 서로 다른 다수의 주파수 대역의 신호를 송수신 할 수 있도록 다수의 안테나가 실장되며, 특히 무선 기기에서 5세대 통신 방식을 지원하기 위해서 다양한 형태의 안테나를 설계하고 단말기 내부에 배치 공간을 확보하기 위해 많은 노력을 하고 있다.
그러나 무선 기기는 이미 다양한 통신방식 및 다양한 기능을 지원하기 위해 매우 많은 수의 안테나 및 부품이 제한된 공간에 탑재되어 있으므로, 내부의 부품 실장 공간은 이미 포화 상태라고 할 수 있다. 따라서 무선 기기 내부에 추가적인 안테나를 배치하기 위한 공간을 확보하기가 매우 어려워 설계가 매우 복잡해지고 테스트 시간이 증가하며, 이로 인해 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
뿐만 아니라 최근에는 MIMO(multiple-input and multiple-output) 기술의 적용으로 인해 요구되는 안테나의 개수가 더욱 증가되고 있어 기기의 설계 및 제조에 더욱 큰 어려움을 야기하고 있다.
본 발명의 목적은 광대역 신호를 송수신 할 수 있는 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 소형으로 제조 가능한 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나는 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체; 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 포함한다.
상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성되는 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 단일 도전체에 의해 일체로 구현되거나, 각각 적어도 하나의 도전체를 포함하여 형성되어 서로 결합될 수 있다.
상기 제2 플레이트는 상기 제1 방사체 및 상기 제1 플레이트와 함께 상기 안테나에 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하도록 지정된 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부가 더 형성될 수 있다.
상기 제2 방사체는 지지 기판 상에 구현되어 상기 제1 방사체의 상단에 배치되고, 상기 제1 방사체와 상기 지지 기판 상에 구현된 상기 제2 방사체를 결합하기 위한 결합 수단에 의해 전기적으로 제1 방사체와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 안테나는 일단이 상기 제2 방사체에서 제2 플레이트의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되는 도전성 폴을 더 포함할 수 있다.
상기 도전성 폴은 상기 제1 방사체가 배치되는 기판의 일면 또는 타면에 형성된 접지면과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 MIMO 안테나는 기판; 및 각각 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 구비하여 상기 기판 상의 기지정된 위치에 배치되는 다수의 안테나를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광대역 안테나는 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체; 및 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상부의 일부 영역에 중첩되며, 상기 제1 방사와 이격되어 배치되는 제2 방사체를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다중 광대역 안테나 및 이를 이용한 MIMO 안테나는 원뿔형 구조를 갖는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 일단에 결합되는 제2 방사체를 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신할 수 있다. 또한 제2 방사체와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴을 더 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있다. 그러므로 무선 기기에 실장되어야 하는 안테나의 개수를 크게 줄여 무선 기기의 설계 및 테스트의 복잡도를 저감시킬 수 있으며, 소형으로 제작 가능하여 무선 기기를 소형화 할 수 있다. 또한 적은 수의 다중 광대역 안테나를 이용하여 초광대역의 MIMO 안테나를 구성할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나를 나타낸다.
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 방사 패턴을 나타낸다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 상부 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1의 다중 광대역 안테나의 측면도를 나타내며, 도 3은 도 1의 다중 광대역 안테나의 하부 사시도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 다중 광대역 안테나는 제1 방사체(110)와 제1 방사체(110)의 상단에 배치되고 전기적으로 연결되는 제2 방사체(120)를 포함한다.
여기서 제1 방사체(110)는 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 구조의 원뿔 형상을 갖도록 구현된다. 코니컬 안테나(Conical Antenna)로도 알려진 원뿔 형상의 제1 방사체(110)는 다른 구조의 안테나에 비해 상대적으로 작은 크기와 우수한 방사 효율을 가짐에 따라 소형화에 유리하다. 특히 원뿔 형상을 갖는 제1 방사체(110)는 송수신하고자 하는 주파수 대역에서 다른 안테나들에 비해 상대적으로 낮은 높이를 가지므로, 높이 제약이 있는 무선 기기에 적합하다. 또한 원뿔 형상의 제1 방사체(110)는 광대역에서 임피던스 정합될 수 있어 광대역의 신호를 송수신 할 수 있다는 장점이 있다.
제1 방사체(110)는 본 실시예에 따른 안테나가 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역에 따라 크기가 조절될 수 있다.
그리고 제1 방사체(110)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 기판(150) 상에 배치 결합될 수 있다. 여기서 제1 기판(150)은 일면 또는 타면에 무선 기기의 다양한 소자가 배치되는 메인 기판일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 실시에서는 별도로 특정하지 않는 경우 기판은 제1 기판을 의미한다. 제1 기판(150)을 제1 방사체(110)가 제1 기판(150) 상에 배치 결합되는 경우, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 방사체(110)는 하단 첨부(111)가 제1 기판(150)을 관통하여 배치될 수 있으며, 제1 기판(150)을 관통한 첨부의 외주면에 나사산 등이 형성되어 너트 등의 결합 수단(144)을 이용하여 제1 기판(150)과 결합될 수 있다. 그러나 제1 방사체(110)는 이외에도 다양한 결합 방식을 이용하여 제1 기판(150)과 결합될 수 있다. 이때, 제1 기판(150)의 일면 또는 타면에 접지면(170)이 형성된 경우, 접지면(170)은 제1 방사체(110)와 전기적으로 연결되지 않도록 이격되어야 한다. 즉 도 3에 도시된 바와 같이, 접지면(170)에 제1 방사체(110)로부터 이격된 개방 패턴(171)이 형성될 수 있다.
제1 방사체(110)가 제1 기판(150) 상에 배치되는 경우, 제1 방사체(110)는 제1 기판(150)에 형성되는 급전 선로(112)를 통해 급전 신호를 인가받을 수 있다. 이때, 급전 선로(112)가 형성된 면의 타면에는 제1 방사체(110)로부터 이격된 접지면(170)의 개방 패턴(171) 내에 급전 선로(112)와 적어도 일부 영역이 중첩되도록 연장되는 분기 선로(172)가 형성될 수 있다.
여기서 분기 선로(172)는 급전 선로(112)와 함께 안테나의 임피던스 매칭을 위해 형성될 수 있다. 분기 선로(172)는 급전 선로(112)와 동일하게 직선 형태로 형성될 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 일단의 양측으로 스터브(stub)가 형성되어 T 자 패턴으로 분기되는 형태로 형성될 수 있다. 또는 연장되는 분기 선로(172)의 일측 또는 양측 방향으로 스터브가 형성될 수도 있다. 즉 분기 선로의 패턴은 다양하게 형성될 수 있다.
접지면(170)과 전기적으로 연결되는 분기 선로(172)는 회로적으로 인덕턴스 성분으로 해석될 수 있으며, 제1 기판(150)의 일면과 타면에 형성되는 급전 선로(112)와 분기 선로(172) 사이의 공간은 캐패시턴스 성분으로 해석될 수 있다. 따라서 제1 기판(150)를 사이에 두고 급전 선로(112)와 분기 선로(172)가 서로 중첩된 영역은 병렬 인덕터 및 캐패시터 매칭 회로로 해석될 수 있으며, 분기 선로(172)에서 중첩되지 않은 영역에 형성되는 스터브는 직렬 인덕터 매칭 회로로 해석될 수 있다. 즉 접지면(170)과 전기적으로 연결되는 분기 선로(172)는 직렬 및 병렬 인덕터와 캐피시터 성분을 발생시켜 광대역 임피던스 매칭을 달성할 수 있도록 한다.
그러나 제1 방사체(110)는 동축 케이블(Coaxial Cable)과 같은 별도의 급전 수단을 통해 급전 신호를 인가받을 수도 있다.
한편, 제2 방사체(120)는 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 제1 방사체(110)의 상단에 배치 결합되어 제1 방사체(110)와 전기적으로 연결된다. 제2 방사체(120)가 제1 방사체(110)와 전기적으로 연결됨에 따라 본 실시예의 안테나는 제1 방사체(110)만을 포함하는 경우에 비해 더욱 광대역에서 신호를 송수신할 수 있다.
여기서 제2 방사체(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)로 구분될 수 있다. 제1 플레이트(121)는 제1 방사체(110)와의 결합을 위한 영역으로, 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성될 수 있다. 그리고 제2 플레이트(122)는 제1 플레이트(121)와 함께 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위한 패턴이 형성되는 영역으로 볼 수 있다. 제2 플레이트(122)는 제1 플레이트(121)로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성될 수 있으며, 도 1에서는 일예로 제2 플레이트(122)가 직사각형 패턴을 갖는 것으로 도시하였으나, 제2 플레이트(122)의 패턴은 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로 제2 플레이트(122)는 제1 플레이트(121)로부터 멀어질수록 점차 넓어지는 평행사변형 구조나 부채꼴 등의 구조를 가질 수도 있다. 그리고 제1 플레이트(121)의 형상 또한 다양하게 변형될 수 있다.
도 1에서는 일예로 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 일체로 형성된 것으로 도시하였으나, 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)는 별도로 형성되어 결합되도록 구성될 수도 있다. 그리고 제1 및 제2 방사체(110, 120) 각각이 다수의 평판형 도전체가 결합되어 구성될 수도 있다.
또한 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)는 도전체로 구현되며, 일체로 결합된 구조로 구현될 수도 있으나, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 구현되어 결합되도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)가 개별적으로 구현되어 결합되는 경우, 제1 방사체(110)의 상부에는 제2 방사체(120)와의 결합이 용이하도록 체결부(113)가 형성될 수 있다. 여기서는 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)가 볼트(141)와 너트(142)를 결합 수단으로 이용하여 결합되므로, 제1 방사체(110)의 상부에 형성되는 체결부(113)가 제1 방사체(110)의 상단 원형 형상에서 양측 방향으로 연장된 구조로 형상되었으나, 체결부(113)의 형태는 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)를 결합하는 결합 수단에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
그리고 제2 방사체(120)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 기판(160) 상에 형성될 수 있다. 상기한 바와 같이, 제2 방사체(120)는 평판 형상의 도전체로 형성되고, 제1 방사체(110)의 상단에 배치된다. 따라서 제2 방사체(120)의 두께가 얇은 경우, 제1 방사체(110)와의 결합 시 또는 안테나를 무선 기기에 실장 및 운용 시 등의 여러 과정에서 휨 등의 변형이 발생될 수 있다. 이에 본 실시예에서는 제2 방사체(120)를 제2 기판(160) 상에 형성함으로써 변형을 방지할 수 있다. 즉 제2 기판(160)은 제2 방사체(120)를 지지하기 위한 지지 기판으로 볼 수 있다. 또한 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성되면, 결합 수단(141, 142)에 의해 안정적이고 용이하게 제1 방사체(110)와 결합할 수 있다. 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성되는 경우, 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)를 결합하는 결합 수단(141)에 의해 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)는 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제1 방사체(110)의 상단에 배치되는 제2 방사체(120)에서 제1 방사체(110)의 상단 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부(123)가 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제2 방사체(120)에는 제1 방사체(110)의 상단의 원형에 대응하는 영역 중에서 제2 플레이트(122) 방향으로 원호 형상의 개구부(123)가 형성되어 있다. 제2 방사체(120)의 개구부(123)는 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120)를 포함하는 본 실시예의 안테나가 더욱 광대역에서의 임피던스 정합이 이루어지도록 하기 위해 형성된다. 여기서는 일 예로 제2 방사체(120)에 형성되는 개구부(123)가 제1 방사체(110)의 상단에 대응하는 일부 영역에 형성되는 것으로 도시하였으나, 개구부(123)는 제1 방사체(110)의 상단에 대응하는 전체 영역에 형성될 수도 있다. 즉 개구부(123)는 제1 방사체(110)의 상단과 동일한 원형으로 형성될 수 있다. 또한 개구부(123)가 제1 방사체(110)의 상단에 대응하는 일부 영역에 형성되는 경우, 개구부(123)가 형성되는 위치와 크기 및 형상 또한 다양하게 조절될 수 있다.
만일 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성된 경우, 제2 기판(160)에도 제2 방사체(120)의 개구부(123)에 대응하는 크기 및 형상으로 개구부가 형성될 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 안테나는 제2 방사체(120)와 접지 전원을 전기적으로 연결하는 도전성 폴(130)을 더 포함할 수 있다. 도전성 폴(130)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 원뿔 형상의 제1 방사체(110)의 중심과 평행하게 제2 방사체(120)의 제2 플레이트(122)에서 제1 방사체(110)와 이격되어 배치될 수 있다. 여기서 도전성 폴(130)과 제1 방사체(110)와의 이격 거리는 안테나가 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 즉 제2 방사체(120)의 제2 플레이트(122)에서 도전성 폴(130)이 결합되는 위치는 가변될 수 있다.
한편 도전성 폴(130)은 일단이 제2 방사체(120)와 직접 결합될 수 있으나, 볼트 등의 결합 수단(143)을 이용하여 제2 방사체(120)와 결합될 수도 있다. 만일 제2 방사체(120)가 제2 기판(160) 상에 형성된 경우, 결합 수단(143)은 제2 방사체(120)와 도전성 폴(130)을 전기적으로 연결하는 수단으로도 이용된다.
한편 도전성 폴(130)의 타단은 접지 전원에 연결된다. 제1 기판(150)의 타면에 접지면(170)이 형성된 경우, 도전성 폴(130)은 제1 기판(150)을 관통하여 접지면(170)과 직접 연결될 수도 있으나, 제2 방사체(120)와 마찬가지로 결합 수단(143)을 이용하여 접지 전원에 연결될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 4에서 (a)는 본 실시예에 따른 안테나에서 제1 방사체(110)만 배치된 경우를 나타내고, (b)는 제1 및 제2 방사체(110, 120)가 배치된 경우를 나타내며, (c)는 제1 및 제2 방사체(110, 120)와 함께 도전성 폴(130)이 배치된 경우를 나타낸다. 그리고 (d)는 (a) 내지 (c) 각각에 따른 반사손실 특성을 나타낸다.
(d)를 참조하면, (a)와 같이 제1 방사체(110)만을 포함하는 경우, 즉 코니컬 안테나만으로 구성되는 경우, 2.2 ~ 4.7 GHz 대역에서 반사손실이 -6dB이하로 나타난다. 그러나 (b)와 같이 제2 방사체(110)가 추가되면, 반사손실이 -6dB 이하인 대역이 1.5 ~ 4.7GHz로 크게 확장됨을 알 수 있다. 즉 제2 방사체(110)가 추가됨에 따라 안테나가 더욱 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있게 된다. 또한 (c)와 같이 도전성 폴(130)이 더 포함되면, 1.5 ~ 4.6GHz 대역에서 반사손실이 -6dB 이하로, 제1 및 제2 방사체(110, 120)를 포함하는 경우와 거의 동일하지만, 0.66 ~ 0.8 GHz의 저주파수 대역에서 추가적으로 반사손실이 -6dB 이하로 나타남을 알 수 있다. 즉 제1 및 제2 방사체(110, 120) 및 도전성 폴(130)을 포함하는 본 실시예에 따른 안테나는 다중 광대역 특성을 갖는다.
본 실시예에 따른 안테나의 다중 광대역 특성에 따른 동작 주파수 대역은 제1 방사체(110)의 크기와 제2 방사체(120)의 크기 및 패턴에 따라 가변될 수 있다.
결과적으로 본 실시예에 따른 안테나는 원뿔형 구조를 갖고 일단의 첨부로 급전 신호를 인가받는 제1 방사체(110)와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 타단에 결합되는 제2 방사체(120)를 포함하여 광대역에서 신호를 송수신할 수 있으며, 제2 방사체(120)와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴(130)을 더 포함하여 다중 광대역에서 신호를 송수신 할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나를 나타낸다. 도 5은 본 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 사시도를 나타내고, 도 6은 상면도를 나타내며, 도 7을 측면도를 나타낸다.
본 실시예에 따른 MIMO 안테나는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 제1 방사체(110)와 제2 방사체(120) 및 도전성 폴(130)을 포함하는 다중 관대역 안테나를 다수로 구비하여 구성된다. 여기서 다수의 다중 광대역 안테나는 동일한 안테나가 이용될 수도 있으나, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 다른 형태의 안테나가 이용될 수도 있다. 이에 도 5 내지 도 7에서는 일예로 MIMO 안테나가 서로 다른 형태의 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)를 포함하는 것으로 도시하였다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 MIMO 안테나는 기판(230) 상에 배치되는 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)를 포함하고, 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220) 각각은 상기한 바와 같이, 원뿔형 구조를 갖고 일단의 첨부로 급전 신호를 인가받는 제1 방사체(110)와 미리 지정된 패턴의 평판 구조를 갖고 제1 방사체의 타단에 결합되는 제2 방사체(120)를 포함하여 광대역에서 신호를 송수신할 수 있으며, 제2 방사체(120)와 접지 전원을 연결하는 도전성 폴(130)을 포함한다.
그러나 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(210)는 제2 안테나(220)에 비해, 제1 방사체(110)의 크기가 더 크다. 따라서 제2 안테나(220)보다 높이가 더 높게 구현된다. 이에 따라 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)에서 제1 방사체(110)의 상단에 배치되는 제2 방사체(120)와 접지면(170)을 연결하는 도전성 폴(130)의 길이가 서로 상이하다. 또한 제1 안테나(210)에서 평판 형상의 제2 방사체(120)의 면적이 제2 안테나(220)의 제2 방사체(120)에 비해 매우 크게 형성되며, 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)의 제2 방사체(120)의 패턴 또한 서로 상이하게 구현되었다.
또한 제2 안테나(220)에서는 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)가 개별적으로 구현되어 결합되는 것으로 도시하였으나, 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122) 또한 제1 안테나(210)에서는 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)와 제2 플레이트(122)와 마찬가지로 일체로 형성될 수 있다.
또한 제1 안테나(210)의 제2 방사체(120)에는 제1 방사체(110)의 상단면에 대응하는 영역 전체가 개방되도록 개구부(123)가 형성된 데 반해, 제2 안테나(220)의 제2 방사체(120)에는 제1 방사체(110)의 상단면에 대응하는 영역 중 일부가 개방되도록 개구부(123)가 형성되었다. 즉 제1 및 제2 안테나(210, 220)의 제2 방사체(120)에 형성되는 개구부(123)의 형상 또한 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역에 따라 서로 상이하게 형성될 수 있다.
이렇게 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 서로 다른 형태로 구현되는 경우, MIMO 안테나는 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 서로 다른 주파수 대역의 신호를 상호 보완적으로 송수신할 수 있도록 하여 초 광대역의 신호를 송수신 할 수 있도록 한다.
특히 본 실시예에 따른 MIMO 안테나에서 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)는 도전성 폴(130)이 서로 대향하는 방향으로 배치된다. 즉 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)에서 제2 방사체(120)의 제1 플레이트(121)로부터 제2 플레이트(122)가 확장되는 방향이 서로 대향하도록 배치된다.
일 예로 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 기판(230) 상에서 기판의 서로 대각선 방향에 배치되는 경우, 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)는 도전성 폴(130)이 기판(230)의 중심을 향하도록 배치되거나, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 가로 또는 세로 축 방향에서 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 그러나 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)는 기판(230)의 양측에서 도전성 폴(130)이 서로 대향하도록 배치될 수도 있다.
만일 MIMO 안테나에서 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 각각 2개씩 구비되는 경우, 2개의 제1 안테나(210)와 2개의 제2 안테나(220) 각각이 기판(230)의 대각선 방향에서 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 일예로 기판(230)을 4분할하여 2개의 제1 안테나(210)는 기판(230)의 2사분면과 4사분면에 배치되고, 2개의 제2 안테나(220)는 기판(230)의 1사분면과 3사분면에 배치될 수 있다. 그리고 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)가 각각 2개씩 구비되는 경우에도 제1 안테나(210)와 제2 안테나(220)의 도전성 폴(130)이 가로 또는 세로 축 방향에서 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 8에서 (a)는 제1 안테나(210)에서 제2 방사체(120)와 도전성 폴(130)의 구비 여부에 따른 반사손실 특성을 나타내고, (b)는 제2 안테나(220)에서 제2 방사체(120)와 도전성 폴(130)의 구비 여부에 따른 반사손실 특성을 나타낸다.
도 8의 (a)를 살펴보면, 제1 안테나(210)는 699~800 MHz의 저주파수 대역(LB)과 1600 ~ 2700 MHz의 중간 주파수 대역(MB) 및 3200 ~ 5000 MHz의 고주파수 대역(HB)에서 동작할 수 있다. 한편 (b)를 살펴보면, 제2 안테나(220)는 1448 ~ 2700 MHz의 중간 주파수 대역(MB) 및 3200 ~ 5000 MHz의 고주파수 대역(HB)에서 동작할 수 있다. 즉 제1 안테나(210)에 의해 MIMO 안테나는 저주파수 대역(LB)에서도 동작할 수 있으며, 제2 안테나(220)에 의해 동작할 수 있는 중간 주파수 대역(MB)이 확장될 수 있다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 이용한 MIMO 안테나의 방사 패턴을 나타낸다.
도 9 참조하면, 본 실시예의 다중 광대역 안테나를 이용하는 MIMO 안테나는 제1 및 제2 안테나(210, 220)가 배치되는 기판(230)의 수직 방향 상반구에 방사 패턴이 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나를 나타낸다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나는 도 1 내지 도 3에 도시된 다중 광대역 안테나와 유사하게 원뿔 형상의 제1 방사체(310)와 제1 방사체(310)의 상부에 배치되는 제2 방사체(320)를 포함한다.
다만 도 10 및 도 11에 도시된 다중 광대역 안테나에서 제2 방사체(320)는 도 1 내지 도 3에 도시된 다중 광대역 안테나의 제2 방사체(120)과 달리 제1 방사체(310)의 상부에 전기적으로 연결되지 않고 이격되어 배치된다. 제2 방사체(320)는 도전성 폴(330)의 일단에 결합되어 도전성 폴(330)에 의해 지지됨으로써, 제1 방사체(310)와 직접적으로 접촉되지 않고 제1 방사체(310)의 상부에 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 도전성 폴(330)의 타단은 접지 전원에 연결된다. 즉 도전성 폴(330)은 제2 방사체(320)와 접지 전원을 전기적으로 연결하는 동시에 제2 방사체(320)를 지지하는 지지대로서의 기능을 수행한다. 도전성 폴(330)과 제2 방사체(320)는 볼트와 같은 결합 수단(343)을 이용하여 결합될 수 있으나, 직접 결합될 수도 있다.
한편 도 1 내지 도 3의 제2 방사체(120)는 제1 방사체(110)와의 결합을 위한 제1 플레이트(121)와 제1 플레이트(121)와 함께 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위한 패턴이 형성되는 제2 플레이트(122)를 포함하는 반면, 도 10 및 도 11에 도시된 제2 방사체(320)는 제1 방사체(310)와 결합되지 않으므로, 하나의 플레이트로 구성될 수 있다. 도 10 및 도 11에서는 제2 방사체(320)가 반원형 패턴으로 형성되는 것으로 도시하였으나, 제2 방사체(320)는 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 다만 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되도록 형성된다. 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되도록 형성되는 제2 방사체(320)는 제1 방사체(310)와 커플링되어, 광대역에서 임피던스 정합이 이루어 지도록 한다.
이때, 제2 방사체(320)는 제1 방사체(310)의 상부 원형에서 절반 이하로 중첩되는 패턴으로 형성된다. 또한 제2 방사체(320)의 플레이트에는 안테나가 더욱 광대역에서의 임피던스 정합이 이루어지도록 하기 위한 개구부(323)이 형성될 수 있다. 이때 개구부(323)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 원형의 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되는 패턴으로 형성될 수 있다.
이외의 나머지 구성은 도 1 내지 도 3과 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다중 광대역 안테나의 반사손실 특성을 나타낸다.
도 12에서 (a)는 제2 방사체(320)가 제1 방사체(310)와 중첩되지 않도록 배치된 경우를 나타내고, (b)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 방사체(320)가 제1 방사체(310)의 상부 일부 영역에 중첩되도록 배치된 경우를 나타낸다. 도 12를 살펴보면, (a)에 비해 (b)가 1.116 ~ 1.77 GHz의 저주파 대역에서 임피던스 정합 범위가 크게 확대된 것을 알 수 있다. 즉 광대역 임피던스 정합 특성을 갖게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체;
    미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 포함하는 안테나.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성되는 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성되는 제2 플레이트를 포함하는 안테나.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는
    단일 도전체에 의해 일체로 구현되는 안테나.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는
    각각 적어도 하나의 도전체를 포함하여 형성되어 서로 결합되는 안테나.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 제2 플레이트는
    상기 제1 방사체 및 상기 제1 플레이트와 함께 상기 안테나에 요구되는 주파수 대역의 신호를 송수신하도록 지정된 패턴으로 형성되는 안테나.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부가 더 형성되는 안테나.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    지지 기판 상에 구현되어 상기 제1 방사체의 상단에 배치되고,
    상기 제1 방사체와 상기 지지 기판 상에 구현된 상기 제2 방사체를 결합하기 위한 결합 수단에 의해 전기적으로 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 안테나.
  8. 제2 항에 있어서, 상기 안테나는
    일단이 상기 제2 방사체에서 제2 플레이트의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되는 도전성 폴을 더 포함하는 안테나.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 도전성 폴은
    상기 제1 방사체가 배치되는 기판의 일면 또는 타면에 형성된 접지면과 전기적으로 연결되는 안테나.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 안테나는
    상기 기판에서 상기 접지면의 타면에 형성되고, 일단이 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되어 상기 제1 방사체로 급전 신호를 전달하는 급전 선로; 및
    상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되지 않도록 이격된 개방 패턴이 형성된 상기 접지면의 개방 패턴에서 상기 급전 선로와 적어도 일부 영역이 중첩되도록 연장되는 패턴을 갖는 분기 선로를 더 포함하는 안테나.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 분기 선로는
    연장되는 패턴에서 상기 급전 선로와 중첩되지 않는 적어도 일측 방향으로 적어도 하나의 스터브가 더 형성되는 안테나.
  12. 기판; 및
    각각 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체와 미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상단에 배치되어 상기 제1 방사체와 전기적으로 연결되는 제2 방사체를 구비하여 상기 기판 상의 기지정된 위치에 배치되는 다수의 안테나를 포함하는 MIMO 안테나.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체 상에 위치하여 상기 제1 방사체와 결합 가능한 패턴으로 형성되는 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트로부터 외곽 방향으로 연장되는 패턴으로 형성되는 제2 플레이트를 포함하는 MIMO 안테나.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 다수의 안테나는
    상기 기판 상에 양측 또는 대각선 위치에 배치되고, 상기 제2 플레이트가 연장되는 방향이 서로 대향하도록 배치되는 MIMO 안테나.
  15. 제12 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역 중 일부 또는 전체가 개방된 개구부가 더 형성되는 MIMO 안테나.
  16. 제13 항에 있어서, 상기 안테나는
    일단이 상기 제2 방사체에서 제2 플레이트의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되는 도전성 폴을 더 포함하는 MIMO 안테나.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 도전성 폴은
    상기 제1 방사체가 배치되는 기판의 일면 또는 타면에 형성된 접지면과 전기적으로 연결되는 MIMO 안테나.
  18. 제12 항에 있어서, 상기 다수의 안테나는
    상기 제1 방사체의 크기와 상기 제2 방사체의 크기 및 패턴이 서로 상이하게 형성되는 MIMO 안테나.
  19. 하단이 좁고 상단으로 갈수록 점차 넓어지는 원뿔 형상을 갖고 급전 신호가 인가되는 제1 방사체; 및
    미리 지정된 패턴의 평판 형상으로 형성되고, 상기 제1 방사체의 상부의 일부 영역에 중첩되며, 상기 제1 방사체와 이격되어 배치되는 제2 방사체를 포함하는 안테나.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    상기 제1 방사체의 상부의 형상의 절반 이하의 영역에 중첩되는 패턴으로 형성되는 안테나.
  21. 제19 항에 있어서, 상기 제2 방사체는
    적어도 일부가 상기 제1 방사체의 상단 원형 형상에 대응하는 영역과 중첩되는 패턴으로 개방된 개구부가 더 형성되는 안테나.
  22. 제19 항에 있어서, 상기 안테나는
    일단이 상기 제2 방사체의 미리 지정된 위치에 상기 제1 방사체와 미리 지정된 거리만큼 이격되어 결합되고 타단이 접지 전원과 연결되어 상기 제2 방사체가 상기 제1 방사체로부터 이격되도록 지지하는 도전성 폴을 더 포함하는 안테나.
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