KR100701312B1

KR100701312B1 - 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나 및 그 시스템

Info

Publication number: KR100701312B1
Application number: KR1020050012380A
Authority: KR
Inventors: 권도훈; 이성수; 김영일; 김용진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2007-03-29
Also published as: JP2006229975A; US20060181471A1; KR20060091482A; US7498995B2; JP4244050B2

Abstract

270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나 및 그 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 초광대역 안테나는 유전체 기판, 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결된 단일의 급전부를 포함한다. 한편 본 발명에 따른 초광대역 안테나 시스템은 유전체 기판, 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결된 단일의 급전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1초광대역 안테나 및 유전체 기판, 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결된 단일의 급전부를 포함하며, 제1초광대역 안테나와 동일평면상에 위치함과 동시에 선대칭 구조를 이루는 제2초광대역 안테나를 포함한다. 본 발명에 따르면, 종래기술에서는 통신이 불가능했던 널 지역에서도 통신이 가능하게 된다. 아울러, 본 발명에 따르면 두개의 안테나만으로도 270도의 커버리지를 확보하게 된다.

초광대역 안테나, 널, 비발디, 방사 방향, 패킷 에러율

Description

270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나 및 그 시스템{UWB antenna having 270 degree of coverage and system thereof}

도 1a는 종래기술로서 미국등록특허인 광대역 노치 안테나를 나타낸 도면,

도 1b는 또 다른 종래 기술로서 미국등록특허인 광대역 노치 안테나를 나타낸 도면,

도 2는 종래의 UWB안테나를 적용한 전자기기에서의 널 지역을 나타낸 도면,

삭제

도 3은 종래기술로서 양극형(Dipole type) UWB안테나에 대한 패킷 에러율(Packet Error Rate)측정실험의 모식도 및 측정치를 나타낸 도면,

도 4a는 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나를 나타내는 도면,

도 4b는 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나 시스템의 대칭구조를 나타낸 도면,

도 5a는 기존의 두개의 양극형 UWB안테나가 셋톱 박스에 부착된 구조에서의 패킷에러율 측정실험에 대한 모식도 및 그 측정치를 나타낸 도면 및

도 5b는 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나시스템이 셋 톱 박스에 부착된 구조에서의 패킷에러율 측정실험에 대한 모식도 및 그 측정치를 나타낸 도면이다.

본 발명은 초광대역 안테나 및 그 시스템에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 270도 커버리지(Coverage)를 갖는 초광대역 안테나 및 그 시스템에 관한 발명이다.

안테나의 사용은 셀룰라폰, 라디오, 텔레비젼 및 컴퓨터 네트워크 등에 있어서 일반적인 것이 되어가고 있다. 안테나는 와이어(wire)와 라디오파나 다른 전자기파를 송수신하는 데 있어서 사용되는 도체들로 이루어진 시스템이다.

그러나 이러한 안테나 중에서도 많은 안테나는 단지 몇퍼센트에 불과한 대역폭상에서 작동하는 경우에만 공명을 일으킨다. 이러한 협대역폭 안테나는 단일주파수나 협대역 응용장치들에 있어서는 충분히 만족스러울 수 있고 심지어는 바람직하기도 하다. 한편 매우 넓은 범위의 주파수 범위에서 만족스럽게 기능할 수 있는 그러한 안테나들은 일반적으로 초광대역 안테나(UWB Antenna)라고 한다.

이러한 UWB안테나들은 디지털TV, 셋톱박스, 휴대폰과 같은 무선통신기기에 장착됨으로써 UWB 를 이용한 빠른 데이터의 송수신을 가능하게 한다. 근래에 안테나 장착의 용이성 때문에 Planar type 의 UWB 안테나에 대한 연구 및 개발이 많이 진행되고 있다. 그러나 이같은 planar type 의 UWB 안테나가 디지털 TV 나 셋톱박스에 장착되는 경우에, 안테나가 장착된 전자기기와 평행한 방향(Edge-on direction)의 양 구석쪽으로 안테나 방사이득의 감소로 인한 소위 널(Null) 지역이 생기게 된다. 이러한 널 지역에서는 신호레벨이 낮아서 통신이 이루어지지 않는다. 따라서 이러한 널 지역을 보완할 수 있는 안테나 및 안테나 시스템의 구성이 필요하게 된다.

도 1a는 종래기술로서 미국등록특허인 광대역 노치 안테나를 나타낸 도면이다. 도 1a를 통해 미국등록특허 US 4843403에 개시된 발명을 살펴보면, 개시된 발명에 의할 경우 주방사가 양끝단 두방향(100)으로만 일어나게 된다.

도 1b는 또 다른 종래 기술로서 미국등록특허인 광대역 노치 안테나를 나타낸 도면이다. 도 1b를 통해 미국등록특허 US 6292163B1에 개시된 발명을 살펴보면, 개시된 발명은 두개의 노치를 이용하여, 두개의 방사방향(130,160)을 가지는 원리로 구현된다. 그러나 개시된 발명은 두 안테나의 방사방향의 중간 사이에 널 지역(190)이 생성되는 문제점이 있다.

도 2는 종래의 UWB안테나를 적용한 전자기기에서의 널 지역을 나타낸 도면이다. 도 2에서 나타난 바와 같이 종래디지털 TV나 셋톱 박스와 같은 전자기기들에 planar-type의 UWB안테나(200)를 장착하는 경우에 주 방사방향(230)이 존재하는 한편, 측면방향(250)으로는 널 지역이 생기게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 전자기기에서 널 영역을 최소화할 수 있도록 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나 및 그 시스템을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 초광대역 안테나는 유전체 기판, 상기 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 상기 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결된 단일의 급전부를 포함한다.

한편 본 발명에 따른 초광대역 안테나 시스템은 유전체 기판, 상기 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 상기 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결된 단일의 급전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1초광대역 안테나 및 유전체 기판, 상기 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 상기 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결된 단일의 급전부를 포함하며, 상기 제1초광대역 안테나와 동일평면상에 위치함과 동시에 선대칭 구조를 이루는 제2초광대역 안테나를 포함한다. 바람직하게는, 상기 제1초광대역 안테나와 상기 제2초광대역 안테나간의 상호 이격거리를 조정가능한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 선대칭구조는 비발디혼 방사부가 270도의 커버리지를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1초광대역 안테나 및 상기 제2초광대역 안테나는 통신환경에 따라, 각각 수평회전 가능한 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 셋톱박스는 상기 초광대역 안테나 시스템을 포함하며, 상기 초광대역 안테나 시스템을 이용하여 신호를 방사하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

삭제

도 3는 또 다른 종래기술로서 양극형(Dipole type) UWB안테나에 대한 패킷 에러율(Packet Error Rate)측정실험의 모식도 및 측정치를 나타낸 도면이다. 도 3을 보면, 양극형 UWB안테나(360)에 대한 패킷에러율(Packet Error Rate) 측정에는 양극형 UWB안테나(360), 커넥터(310), UWB 송신기(320)가 사용된다. 전술한 구성들은 벽면(330)의 상부에 부착된다. 측정영역을 영역A(370a), 영역B(370b), 영역C(370c), 영역D(370d), 영역E(370e), 영역F(370f), 영역G(370g), 영역H(370h) 및 영역I(370i)로 나누어서 측정한 영역별 측정치는 다음과 같다.

전술한 영역중에서 영역A(370a), 영역C(370c), 영역D(370d), 영역E(370e)에서의 패킷에러율은 0%에 가까운 것으로 측정되었다. 다만, 영역F(370f), 영역 H(370h) 및 영역I(370i)에서의 패킷에러율은 5%에 가까운 것으로 측정되었다. 주목할 만한 것은 영역G(370g)에서의 패킷에러율은 87%에 가까운 값으로 측정되었다는 점이다. 즉, 양극형 UWB안테나(360)에 의할 경우에 영역G(370g)에서 널 지역을 형성한다는 것을 알 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나를 나타내는 도면이다. 도 4a에서 보면 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나는 제1비발디 혼 방사부(410), 제2비발디 혼 방사부(430), 유전체기판(450) 및 급전부(470)를 포함한다. 도 4a에 나타난 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나에서, 제1비발디 혼 방사부(410)와 제2비발디 혼 방사부(430)에 공통으로 연결된 단일의 급전부(470)는 제1비발디 혼 방사부(410)와 제2비발디 혼 방사부(430)에 급전을 하게된다. 그 결과, 제1비발디 혼 방사부(410)와 제2비발디 혼 방사부(430)에 의해 두 방향의 주방사(Main beam)방향이 발생된다. 즉, 제1비발디 혼 방사부(410)에 의해서는 제1주방사(480)가 이루어지고, 제2비발디 혼 방사부(430)에 의해서는 제2주방사(490)가 이루어진다.

도 4b는 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나 시스템의 대칭구조를 나타낸 도면이다. 도 4b를 보면 본 발명에 따른 하나의 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나(420)는 또 다른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나(440)와 동일평면상에서 선대칭구조를 이루고 있음을 알 수 있다. 그 결과 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나 시스템은 제1방향(455), 제2방향(460) 및 제3방향(465)의 방사방향을 갖게 된다. 따라서 본 발명에 따른 270도 커 버리지를 갖는 초광대역 안테나 시스템은 270도 커버리지를 갖게 된다.

도 5a는 기존의 두개의 양극형 UWB안테나가 셋톱 박스에 부착된 구조에서의 패킷에러율 측정실험에 대한 모식도 및 그 측정치를 나타낸 도면이다. 도 5a에 나타난 측정실험은 셋톱박스(500)와 두개의 양극형 UWB안테나(360)를 이용한다. 셋톱박스(500)의 상부면 선단 일측에는 양극형 UWB안테나(360)를 270도 커버리지가 가능한 Configuration 으로 부착하고, 셋톱박스(500)의 상부면 선단 타측에는 다른 양극형 UWB안테나(360)를 전술한 선단 일측의 양극형 안테나(360)에 비해 90도 회전시킨 각도로 부착한다.

도 5a에서의 측정치를 분석하면, 좌측 방향(510)으로의 패킷에러전송율은 0.13%로 측정되며, 좌측45도 방향(515)으로의 패킷에러전송율은 1.13%로 측정되며, 중심축방향(520)으로의 패킷에러전송율은 0.83%로 측정된다. 한편 우측45도 방향(525)으로의 패킷에러전송율은 1.77%로 측정되며, 우측 방향(530)으로의 패킷에러전송율은 39.71%로 측정된다.

도 5b는 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나시스템이 셋톱 박스에 부착된 구조에서의 패킷에러율 측정실험에 대한 모식도 및 그 측정치를 나타낸 도면이다. 도 5b에 나타난 측정실험은 셋톱박스(500)와 두개의 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나(550)를 이용한다. 셋톱박스(500)의 상부면 선단 일측에는 본 발명에 따른 초광대역 안테나(360)를 부착하고, 셋톱박스(500)의 상부면 선단 타측에는 또하나의 본 발명에 따른 초광대역 안테나(360)를 전술한 선단 일측의 본 발명에 따른 초광대역 안테나(360)에 대해 대칭되게 부착한 다.

도 5b에서의 측정치를 분석하면, 좌측 방향(560)으로의 패킷에러전송율은 0.33%로 측정되며, 좌측45도 방향(565)으로의 패킷에러전송율은 0.45%로 측정되며, 중심축방향(570)으로의 패킷에러전송율은 0.0357%로 측정된다. 한편 우측45도 방향(575)으로의 패킷에러전송율은 0.0215%로 측정되며, 우측 방향(580)으로의 패킷에러전송율은 0.0371%로 측정된다.

이하의 표 1은 전술한 도 5a와 도 5b에서의 측정치를 비교한 표이다.

	좌측방향45도	좌측45도방향	중심축방향45	우측45도방향	우측방향45도
종래기술	0.13%	1.13%	0.83%	1.77%	39.71%
본 발명	0.33%	0.45%	0.0357%	0.0215%	0.0371%

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이 종래기술인 양극형 UWB안테나를 이용한 시스템의 경우에 비해 본 발명에 따른 270도 커버리지를 갖는 초광대역 안테나를 이용한 시스템은 좌측방향 45도에서의 패킷에러전송율의 0.2%의 증가를 제외하고는 나머지 방향 모두에서 패킷에러전송율의 감소를 보인다. 특히 우측방향 45도에서의 패킷에러 전송율은 39.91%에서 0.0371%로 큰 폭의 패킷에러전송율의 감소를 보이고 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래기술에서는 통신이 불가능했던 널 지역에서도 통신이 가능하게 된다. 아울러, 본 발명에 따르면 두개의 안테나만으로도 270도의 커버리지를 확보하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 270도 커버리 지를 갖는 초광대역 안테나는 기판형으로 구현되므로, 큰 공간의 할애없이도 전자기기의 윗면이나 혹은 아랫면의에 적은 공간에 삽입이 가능하게 된다.

Claims

유전체 기판;

상기 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부; 및

비발디 혼 방사부에 공통으로 연결되어 있고, 상기 두개의 비발디 혼 방사부에서 동위상의 전자기파가 출력되도록 하는 단일의 급전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 안테나.
유전체 기판, 상기 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 상기 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결되어 있고, 상기 두개의 비발디 혼 방사부에서 동위상의 전자기파가 출력되도록 하는 단일의 급전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1초광대역 안테나; 및

유전체 기판, 상기 유전체 기판에 부착되며, 중심축이 서로 직교하는 두개의 비발디 혼 방사부 및 상기 비발디 혼 방사부에 공통으로 연결되어 있고, 상기 두개의 비발디 혼 방사부에서 동위상의 전자기파가 출력되도록 하는 단일의 급전부를 포함하며, 상기 제1초광대역 안테나와 동일평면상에 위치함과 동시에 선대칭 구조를 이루는 제2초광대역 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 안테나 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 제1초광대역 안테나와 상기 제2초광대역 안테나간의 상호 이격거리를 조정가능한 것을 특징으로 하는 초광대역 안테나 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 선대칭구조는 비발디혼 방사부가 270도의 커버리지를 갖는 것을 특징으로 하는 초광대역 안테나 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 제1초광대역 안테나 및 상기 제2초광대역 안테나는 통신환경에 따라, 각각 수평회전 가능한 것을 특징으로 하는 초광대역 안테나 시스템.
제 2항 내지 제 5항 중 어느 한항에 의한 초광대역 안테나 시스템을 포함하며, 상기 초광대역 안테나 시스템을 이용하여 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 셋톱박스.