WO2011105650A1

WO2011105650A1 - Ｌｔｅ 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 ｍｉｍｏ 안테나

Info

Publication number: WO2011105650A1
Application number: PCT/KR2010/001328
Authority: WO
Inventors: 이상운; 이진우
Original assignee: 주식회사 가람솔루션
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-09-01
Also published as: KR100986702B1

Abstract

본 발명은 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어하도록 하여 다중 안테나 소자간의 격리 특성을 최대한 확보할 수 있는 내장형 MIMO 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 안테나를 접지시키는 판 형상의 그라운드; 상기 그라운드의 일단에 위치한 제1 안테나 소자; 상기 그라운드의 타단에 위치한 제2 안테나 소자; 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자를 연결하며, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에서 전류 분포가 강하게 형성되는 부분(Hot Spot)과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분에 각각 접속되는 아이솔레이션 에이드; 안테나 패턴에 연결되는 스트립 라인이 구현된 PCB 기판; 및 다중대역에서의 안테나 간 격리도 특성을 제어할 수 있는 RF 스위치 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나가 개시된다.

Description

ＬＴＥ 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 ＭＩＭＯ 안테나

본 발명은 이동통신 단말기용 안테나 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아이솔레이션 에이드를 이용하여 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 스위치 방식에 의해 각 대역의 격리도 특성을 제어하도록 하여 안테나 소자 간의 높은 격리 특성을 갖는 내장형 MIMO 안테나에 관한 것이다.

본 출원은 2010년 2월 23일에 출원된 한국특허출원 제10-2010-0016177호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.

최근 무선통신 기술은 이동 통신용 휴대 단말기를 통해 음성 통신 서비스와 더불어 고품질의 멀티미디어 서비스가 제공됨에 따라 LTE(Long Term Evolution)와 같은 차세대 무선 통신 서비스와의 융합이 많은 관심을 받고 있다.

일반적으로 음성통신 서비스를 기반으로 하는 통신시스템은 한정된 주파수 영역 안에서 협대역 채널 특성 위주로 단일 안테나 소자만 사용하는 SISO(Single Input Single Output) 시스템을 많이 사용되고 있다. 그러나, 단일 안테나를 사용하는 SISO 시스템으로는 협대역 채널 안에서 대용량의 데이터를 고속으로 전송하기에는 많은 어려움이 존재하므로 보다 진보된 기술을 필요로 한다.

이에 다수의 안테나를 이용하여 각각의 안테나를 독립적으로 구동하게 하여 데이터 송/수신율을 더 빨리 더 낮은 오류 확률로 전송할 수 있는 차세대 무선 전송 기술인 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 요구되고 있다.

이와 같은 MIMO 시스템은 송/수신단에서 다중 안테나를 이용함으로써, 전체 시스템이 사용하는 주파수 할당을 더 증가시키지 않고도 고속의 데이터 전송을 가능하도록 하여 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용이 가능하다는 이점으로 인하여 널리 사용되고 있다.

그러나, 이동 무선통신 환경에서 신호의 신뢰성을 크게 저하시키는 요인으로는 다중 경로에 의한 페이딩 현상으로 서로 다른 경로를 거쳐 수신되는 다른 위상과 크기를 가지는 신호들의 합에 의하여 심각한 신호 왜곡이 발생하게 되어 안테나의 성능 저하를 초래하게 된다.

또한, 이동통신 단말기와 같이 제한된 공간 내에서 다수의 안테나를 장착할 경우 안테나 소자들 간의 간격이 좁아질 수밖에 없으므로, 각 안테나 소자로부터 방사된 전자기파에 의해 높은 상호결합이 발생하게 된다.

따라서, 안테나 소자 간 전자기적인 상호 결합의 증가로 인하여 이득이 상대적으로 매우 낮게 나타나고 전체적인 안테나의 성능이 저하되는 주 원인으로써, 안테나 소자 간의 격리 특성 확보가 매우 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 이동통신 단말기와 같은 한정된 내부 공간에서 다수의 안테나들 간의 간섭을 최소화하고자, 아이솔레이션 에이드를 이용하여 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 선택적으로 격리도 특성을 제어하도록 하여 다수의 안테나 소자간의 최대한 격리 특성을 확보할 수 있는 내장형 MIMO 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나는, 안테나를 접지시키는 판 형상의 그라운드; 상기 그라운드의 일단에 위치한 제1 안테나 소자; 상기 그라운드의 타단에 위치한 제2 안테나 소자; 및 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에 각각 연결된 복수의 아이솔레이션 에이드;를 포함한다.

아울러, 상기 복수의 아이솔레이션 에이드는, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에서 표면 전류가 강하게 형성되는 부분(Hot Spot)에 각각 연결된 제1 아이솔레이션 에이드; 및 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에서 상기 그라운드와 접지되는 단락 부분에 각각 연결된 제2 아이솔레이션 에이드;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 아이솔레이션 에이드는, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자 사이에서 저 주파수 대역의 격리도 특성을 향상시키고, 상기 제2 아이솔레이션 에이드는, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자 사이에서 고 주파수 대역의 격리도 특성을 향상시키는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는, 상기 그라운드를 중심으로 대칭되는 형태로 이루어진 것이 바람직하다.

특히, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는, 다수의 공진체 형태로 이루어진 안테나 패턴과, 상기 안테나 패턴이 고정되는 캐리어로 이루어진 것이 바람직하다.

이와 함께, 상기 안테나 패턴은, LTE, GSM850, GSM900 서비스 대역을 지원하기 위한 제1 공진체, 제2 공진체와, GSM1800, GSM1900, WCDMA 서비스 대역을 지원하기 위한 제3 공진체, 제4 공진체를 포함하며, 테이퍼 급전 방식으로 이루어진 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는, 변형된 IFA(Inverted F Antenna) 형태의 안테나이다.

또한, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는, 신호 회로와 연결되어 각각을 급전시키는 급전부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는, 상기 그라운드에 연결되어 접지시키는 접지부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 안테나를 접지시키는 판 형상의 그라운드; 상기 그라운드의 일단에 위치한 제1 안테나 소자; 상기 그라운드의 타단에 위치한 제2 안테나 소자; 및 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자를 연결하며, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에서 전류 분포가 강하게 형성되는 부분(Hot Spot)과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분에 각각 접속되는 아이솔레이션 에이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나가 제공된다.

아울러, 상기 아이솔레이션 에이드와 상기 각 안테나 소자가 연결되는 부분에 구비되며, 상기 각 안테나 소자에서 상기 전류 분포가 강하게 형성되는 부분과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분의 접속을 스위칭하는 스위치 소자;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 전류 분포가 강하게 형성되는 부분과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분 모두를 접속시키거나, 상기 두 부분 중 어느 한 부분만을 접속시키거나, 상기 두 부분 모두의 접속을 차단시키도록 제어하는 스위칭 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 스위치 소자는, 다이오드, 트랜지스터, FET(Field Effect Transistor), MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 스위치 소자와 같은 전류와 전압을 이용하여 스위칭 역할이 가능한 RF 스위치 소자를 포함한다.

본 발명에 따르면, 판형상의 그라운드를 중심으로 양쪽 끝단에 안테나 소자를 배치하는 구조를 통해, 이동통신 단말기의 한정된 공간 안에서 안테나 소자 간의 간격을 최대한 이격할 수 있다.

아울러, 이중 복사체와 테이퍼 급전 방식을 이용한 각각의 안테나 소자를 통해 다중대역 및 광대역 특성을 갖는 내장형 MIMO 안테나를 구성하게 되며, 결과적으로 6중 대역(LTE, GSM850, GSM900, GSM1800, GSM1900, WCDMA) 서비스를 제공한다.

또한, 각 안테나 소자의 특징적인 다수의 부분을 각각 선택적으로 연결할 수 있는 아이솔레이션 에이드의 구조를 통해, 안테나 소자 간 유기되는 전류의 흐름을 인위적으로 변경할 수 있어, 저주파에서 고주파로 이어지는 LTE 대역을 포함한 다중대역의 격리도 특성을 크게 향상시키는 효과를 제공한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나의 안테나 패턴 형상을 평면으로 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나에 포함되는 PCB 기판의 정면과 배면을 나타낸 평면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나의 안테나 패턴 형상을 평면으로 나타낸 도면이다.

도 6은 아이솔레이션 에이드를 구비하지 않은 내장형 MIMO 안테나의 특성을 나타내는 그래프이다.

도 7은 아이솔레이션 에이드를 구비하지 않는 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과 표이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나에서 스위치 소자의 제어를 통해 강한 전류 분포 부분만을 아이솔레이션 에이드로 연결한 상태의 안테나 특성을 나타낸 도면이다.

도 9는 아이솔레이션 에이드에 제1, 제2 스위치 소자가 연결되었을 경우 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과의 표이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나에서 스위치 소자의 제어를 통해 그라운드 단락 부분만을 아이솔레이션 에이드로 연결한 상태의 안테나 특성을 나타낸 도면이다.

도 11은 아이솔레이션 에이드에 제3 스위치 소자가 연결되었을 경우 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과의 표이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나에서 스위치 소자의 제어를 통해 강한 전류 분포 부분과 그라운드 단락 부분을 모두 아이솔레이션 에이드로 연결한 상태의 안테나 특성을 나타낸 도면이다.

도 13은 아이솔레이션 에이드에 제1, 제2, 제3 스위치 소자가 모두 연결되었을 경우 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과의 표이다.

도 14는 아이솔레이션 에이드 유 무에 따른 안테나 간 상관 계수인 ECC(Envelope correlation coefficient) 특성을 나타낸 도면이다.

도 15는 아이솔레이션 에이드가 없을 경우와 아이솔레이션 에이드의 스위치 소자 연결 유무에 따른 안테나의 주파수에 따른 ECC 측정 결과의 표이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 내장형 MIMO 안테나 110 : 제1 안테나 소자

120 : 제2 안테나 소자 130 : 복수의 아이솔레이션 에이드

140 : 그라운드 400 : 급전부

410 : 접지부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 MIMO 안테나의 안테나 패턴 형상을 평면으로 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 내장형 MIMO 안테나의 구성을 설명하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내장형 MIMO 안테나(100)는 판 형상의 도전성 물질로 이루어진 그라운드(140)와 상기 그라운드(140) 양쪽 끝단에 각각 위치하는 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(120) 및 상기 제1 안테나 소자(110)와 상기 제2 안테나 소자(120)에 각각 연결되는 복수의 아이솔레이션 에이드(130)를 포함한다.

상기 그라운드(140)는 후술할 안테나 소자(110,120)들과 연결되어 접지시키는 역할을 수행한다. 상기 그라운드(140)는 도전성 물질로 이루어지며 사각의 판 형상 구조를 갖는다. 또한, 크기는 소형의 이동통신 단말기 및 휴대용 무선 단말 기기의 면적에 비례하도록 설계되며, 이를 통해 상기 그라운드(140)의 양쪽 끝단에 배치되는 후술할 안테나 소자(110,120)들이 최대의 이격 거리를 확보할 수 있도록 한다. 즉, 소형의 휴대 단말 기기의 면적에 해당하는 크기로 그라운드를 제조한 후, 장측 양단에 각각 안테나 소자(110,120)를 배치하여, 단말 기기 내에 설치할 경우 내장형 다중 안테나의 이격 거리를 최대로 할 수 있다.

상기 그라운드(140)는 예를 들어 비유전율이 4.4인 FR-4 기판을 이용하여 40 x 60 x 1 mm³ 의 크기로 구현할 수 있다.

상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 외부의 신호 회로와 연결되어 전기적 신호를 공급받아 전자기파로 송신하거나 전자기파를 수신하여 상기 신호 회로로 각각 전달하는 MIMO 안테나 역할을 수행한다. 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 상기 그라운드(140)의 장측 양쪽 끝단에 각각 배치되며, 상기 그라운드(140)를 중심으로 서로 대칭되는 형태로 이루어진다. 또한, 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 변형된 IFA(Inverted F Antenna) 형태를 취할 수 있다. 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 소정의 형상으로 이루어진 안테나 패턴(115,125)과 상기 안테나 패턴(115,125)이 고정되는 절연성 물질의 캐리어(116,126)로 이루어지며, 상기 신호 회로와 연결되어 고주파 신호를 입력/출력받는 급전부(400)와 상기 그라운드(140)에 연결되어 접지되는 접지부(410) 등을 포함한다.

상기 안테나 패턴(115,125)은 다수의 공진체 형태로 이루어지며, 상기 그라운드(140)를 중심으로 서로 대칭되는 형태로 설계된다. 또한, 상기 안테나 패턴(115,125)에 형성된 다수의 공진체는 도 2에서 도시된 바와 같이, 다양한 형태를 취하고 있다. 이와 같이 형성된 다수의 공진체는 다중 공진과 광대역 특성을 유도하기 위하여 삽입된다. 상기 도시된 다수의 공진체는 외곽부터 각각 제1 공진체(220), 제2 공진체(230), 제3 공진체(240), 제4 공진체(250)로 구분할 수 있다.

상기 안테나 패턴(115,125)에 형성된 공진체 중 상기 제1 공진체(220) 및 상기 제2 공진체(230)는 LTE(700~800MHz), GSM850(824~894MHz), GSM900(880~960MHz) 서비스 대역을 지원하는 역할을 수행한다. 그리고 상기 제3 공진체(240) 및 상기 제4 공진체(250)는 GSM1800(1710~1880MHz), GSM1900(1850~1990MHz), WCDMA(1920~2170MHz) 서비스 대역을 지원하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 안테나 패턴(115,125)은 테이퍼 급전 방식으로 이루어질 수 있다.

상기 캐리어(116,126)는 절연성 수지로 이루어지며 상기 안테나 패턴(115,125)을 기구적으로 지지해주는 역할을 수행한다. 상기 캐리어(116,126)는 표면이 돌출된 직사각형 형태를 이룰 수 있다. 상기 캐리어(116,126)는 예를 들어, 비유전율이 2.9이고, 0.02의 유전체 손실(tanδ)을 갖는 폴리카보네이트(polycarbonate)를 이용하여 40 x 10 x 7 mm³ 의 크기로 2.8 cc의 체적을 갖도록 구현할 수 있다. 이 외에도 상기 캐리어(116,126)는 일반적인 이동통신 단말기 및 휴대용 무선 단말 기기에 장착을 고려하여 다양하게 그 크기를 조절하여 구현할 수 있다.

상기 복수의 아이솔레이션 에이드(130)는 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)에 각각 연결되어 안테나 소자 간에 격리도 특성을 향상시키는 역할을 수행한다. 상기 복수의 아이솔레이션 에이드(130)는 도전성 물질로 이루어진 케이블이 이용될 수 있으며, 이 외에도 마이크로 스트립 라인(Microstrip Line) 등 다양한 소재가 이용될 수 있다.

상기 복수의 아이솔레이션 에이드(130)는 도면에서와 같이 제1 아이솔레이션 에이드(131)와 제2 아이솔레이션 에이드(132)를 포함한다. 상기 제1 아이솔레이션 에이드(131)는 상기 제1 안테나 소자(110)와 상기 제2 안테나 소자(120)에서 표면 전류가 강하게 형성되는 부분(Hot Spot)(310)에 각각 연결된다. 즉, 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)의 급전부(400) 부근에서 전류 분포가 가장 강하게 형성되는 부분(310)을 상기 제1 아이솔레이션 에이드(131)를 통해 서로 연결하여, 다중 대역 중 저주파수 대역의 격리도 특성을 향상시키도록 한다.

이와 함께, 상기 제2 아이솔레이션 에이드(132)는 상기 제1 안테나 소자(110)와 상기 제2 안테나 소자(120)에서 상기 그라운드(140)와 접지되는 부분의 단락 부분(320)에 각각 연결된다. 즉, 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)의 접지부(410) 부근에서의 단락 부분(320)을 상기 제2 아이솔레이션 에이드(132)를 통해 서로 연결하여, 다중 대역 중 고주파수 대역의 격리도 특성을 향상시키도록 한다.

이와 같이, 상기 제1 아이솔레이션 에이드(131)와 상기 제2 아이솔레이션 에이드(132)를 개별 또는 복수로 구비함으로써 안테나 소자 간의 저주파수 대역과 고주파수 대역 모두에 대한 다중 대역의 격리도 및 반사손실 특성을 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내장형 MIMO 안테나에 포함되는 PCB 기판의 정면(a)과 배면(b)을 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내장형 MIMO 안테나의 안테나 패턴 형상을 평면으로 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내장형 MIMO 안테나의 구성을 설명하기로 한다.

먼저 상기 도 1과 같은 본 발명의 일 실시예와 같은 경우는 저 주파수 대역의 격리도 특성을 확보하기 위해 사용되는 제1 아이솔레이션 에이드(131), 고 주파수 대역의 격리도 특성을 확보하기 위해 사용되는 제2 아이솔레이션 에이드(132), 그리고 다중 대역에서 동시에 격리도 특성을 확보하기 위해 사용되는 복수의 아이솔레이션 에이드(130)를 별도로 각각 구비하도록 하기에는 협소한 공간에 다수의 아이솔레이션 에이드를 설치하기 어려운 문제가 있다. 또한, 다중 대역 중 각각의 대역에서 안테나 간의 격리도 특성을 제어하도록 활용하기에도 어려운 문제가 있다.

따라서 본 발명의 제2 실시예에서는 도 3 내지 도 5에서와 같이 내장형 MIMO 안테나에 포함되는 PCB 기판(150)에 안테나 패턴에 연결되는 스트립 라인을 마련하고, 복수의 스위치 소자(137)를 구비하고 이들의 스위칭 동작을 통해 하나의 아이솔레이션 에이드(133)로도 다중 대역에서의 안테나 간 격리도 특성을 제어할 수 있도록 한다.

우선, 스트립 라인(210)을 마련하여 안테나 패턴에서 표면 전류가 강하게 형성되는 부분(310)과 PCB 기판(150)을 연결하도록 한다. 다음, 기판(150) 상에 상기 표면 전류가 강하게 형성되는 부분(310)에 연결된 스트립 라인(210)과 안테나 패턴과 그라운드(140)가 접지되는 부분의 단락 부분(410)에 각각 스위치 소자(134,135,136)를 설치한다. 그리고 상기 각 부분(210,410)을 스트립 라인(138)으로 연결한다. 이렇게 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(120) 각각에서 상기 각 지점(210,410)이 연결된 부분을 하나의 아이솔레이션 에이드(133)를 통해 연결한다. 또한, 상기 안테나 패턴의 각 부분(210,410)은 PCB 기판(150)에 형성된 비아 홀(Via Hole)(139,139')을 통해 상기 PCB 기판(150) 배면에 형성된 상기 스트립 라인(138)에 연결되고, 이를 통해 상기 안테나 패턴의 각 지점(210,410)을 서로 연결하게 된다.

아울러, 상기 복수의 스위치 소자(134,135,136)의 온/오프 동작을 제어하는 스위칭 제어부(미도시)를 구비하여, 상기 표면 전류 분포가 강하게 형성되는 부분(310)과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분(320) 모두를 상기 아이솔레이션 에이드(133)에 접속 시키거나, 상기 두 부분(310,320) 중 어느 한 부분만을 상기 아이솔레이션 에이드(130)에 접속시키거나, 상기 두 부분(310,320) 모두를 상기 아이솔레이션 에이드(130)에 접속 차단시키는 등의 선택적인 제어 처리를 수행하도록 한다.

이때, 상기 스위치 소자(137)는 다이오드, 트랜지스터, FET, MEMS 스위치 소자 등 전류와 전압을 이용하여 스위칭 역할이 가능한 RF 스위치 소자를 이용할 수 있다. 이 외에도 회로의 온/오프 동작을 수행할 수 있는 다양한 스위치 소자가 이용될 수 있다.

이와 같이, 스위치 소자(137)와 아이솔레이션 에이드(133)를 통해서 상기 안테나 패턴의 각 부분(310,320)을 연결함으로써, 스위치 소자의 스위칭 제어에 따라 다중 대역 중 각각의 대역의 안테나 소자 간 격리도 특성을 제어할 수 있게 된다.

아울러, 상기 아이솔레이션 에이드(133)는 상기 두 부분(310,320) 중 상기 그라운드(140)에 접지되는 단락 부분(320)과 가까운 부분에 연결되도록 하여, 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(120)를 연결하는 상기 아이솔레이션 에이드(133)의 각 부분을 연결하는 총 길이가 서로 다르도록 한다. 즉, 두 부분 중 단락 부분(320)이 연결되는 길이가 단축이 되도록 하고, 강한 전류 부분(310)이 장축이 되도록 한다. 이는 저주파 대역의 격리도 특성을 향상하기 위해서는 고주파 대역의 아이솔레이션 에이드(133) 길이 보다 길게 형성되는 것이 바람직하기 때문이다.

이하에서는 아이솔레이션 에이드 유/무와 스위치 소자에 의해 표면 전류 분포가 강한 부분(310)과 단락 부분(320)을 각각 연결하거나 둘 다 연결한 상태에서의 MIMO 안테나의 반사손실과 격리도 특성, 그리고 효율 특성, ECC 특성을 도면을 통해 비교하도록 한다.

도 6 (a)는 반사손실과 격리도 특성을 나타내고, (b)는 저 주파수 대역의 효율 특성을 나타내고, (c)는 고 주파수 대역의 효율 특성을 나타낸다.

도 6 (a)를 참조하면, 아이솔레이션 에이드를 구비하지 않은 내장형 MIMO 안테나의 대역폭은 임피던스 정합 정도를 나타내는 전압정재파비(이하, VSWR이라 한다) VSWR > 3을 기준으로 저 주파수 대역에서는 상단에 위치한 제1 안테나 소자의 경우 686 ~ 887 MHz의 대역폭과 하단에 위치한 제2 안테나 소자의 경우 685 ~ 822 MHz의 대역폭을 갖는다. 또한, 고 주파수 대역에서 제1 안테나 소자는 1710 ~ 2045 MHz의 대역폭을 가지고, 제2 안테나 소자는 1686 ~ 2045 MHz의 대역폭을 갖는다. 하지만, 아이솔레이션 에이드를 구비하지 않을 경우 이동통신 단말기와 같이 소형의 단말기에서는 충분한 접지면이 갇혀 있지 않으므로 안테나 간의 상호 전자기적 간섭으로 인하여 동작 대역폭 안에서 저 주파수 대역에서는 -5.4 dB 이하, 고 주파수 대역에서는 -9.1 dB 이하의 매우 낮은 격리도 특성을 나타냄을 알 수 있다.

안테나의 효율은 전파 무반사실에서 측정하였으며, 저 주파수 대역은 700 MHz에서 960 MHz까지 20 MHz 단위로 고 주파수 대역은 1700 MHz부터 2180 MHz까지 30 MHz 단위로 전 대역을 측정하였다.

도 6 (b), (c)를 참조하면, 안테나의 효율은 동작 주파수 대역인 저 주파수 대역 700-960 MHz에서 제1 안테나 소자는 최대 53.2%, 최소 18.6%로써 평균 34.2%의 효율을, 제2 안테나 소자는 최대 51.4%, 최소 18.7%으로써 평균 32.7%의 효율을 갖는다. 또한 고 주파수 대역인 1700-2180 MHz에서는 제1 안테나 소자의 경우 최대 66.4%, 최소 33.7%로써 평균 49.6%의 효율을, 제2 안테나 소자의 경우 최대 75.8%, 최소 25.9%으로써 평균 50.6%의 효율을 갖는다.

아이솔레이션 에이드를 구비하지 않는 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과 표를 도 7에 도시하였다.

도 8 (a)는 반사손실과 격리도 특성을 나타내고, (b)는 저 주파수 대역의 효율 특성을 나타내고, (c)는 고 주파수 대역의 효율 특성을 나타낸다.

도 8 (a)의 반사손실 및 격리도 특성을 살펴보면, VSWR > 3을 기준으로 저 주파수 대역에서는 제1 안테나 소자의 경우 693 ~ 888 MHz의 대역폭과 제2 안테나 소자의 경우 689 ~ 870 MHz, 915 ~ 942 MHz의 대역폭으로 아이솔레이션 에이드를 구비하지 않을 때보다 대역폭은 감소하였지만, 안테나 소자 간의 격리도는 -5.4 dB 이하에서 -13.2 dB 이하로 크게 향상되었다. 하지만 고 주파수 대역의 공진 주파수는 저 주파수 대역 방향으로 크게 이동하였음을 알 수 있다.

도 8의 (b) 및 (c)를 참조하면, 안테나의 효율은 동작 주파수 대역인 저 주파수 대역 700-960 MHz에서 제1 안테나 소자는 최대 67.0%, 최소 26.5%로써 평균 43.3%의 효율을, 제2 안테나 소자는 최대 67.9%, 최소 26.0%으로써 평균 44.2%의 효율을 갖는다. 또한 고 주파수 대역에서는 공진 주파수가 저 주파수 대역 방향으로 이동함에 따라 효율 특성이 크게 감소하였다. 따라서, 아이솔레이션 에이드에 제1(134), 제2(135) 스위치 소자만 연결되어 저 주파수 대역에서 우수한 격리도 특성과 함께 효율도 크게 증가함을 알 수 있다.

아이솔레이션 에이드에 제1(134), 제2(135) 스위치 소자가 연결되었을 경우 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과의 표를 도 9에 도시하였다.

도 10 (a)는 반사손실과 격리도 특성을 나타내고, (b)는 저 주파수 대역의 효율 특성을 나타내고, (c)는 고 주파수 대역의 효율 특성을 나타낸다.

도 10 (a)의 반사손실 및 격리도 특성을 살펴보면, VSWR > 3을 기준으로 저 주파수 대역에서는 제1 안테나 소자의 경우 751 ~ 810 MHz의 대역폭과 제2 안테나 소자의 경우 751 ~ 823 MHz의 대역폭을 가졌고, 동작 대역폭 안에서 -10.0 dB 이하의 격리도 특성을 가졌다. 고 주파수 대역에서는 제1 안테나 소자의 경우 1651 ~ 2051 MHz의 대역폭과 제2 안테나 소자의 경우 1617 ~ 2045 MHz의 대역폭을 가짐으로 아이솔레이션 에이드를 구비하지 않을 경우보다 약간 대역폭이 확장되었으며, 제1 안테나와 제2 안테나 소자 간의 격리도는 -12.1 dB 이하로 아이솔레이션 에이드가 없을 경우보다 약 3 dB 이상 향상되었다.

도 10의 (b) 및 (c)를 참조하면, 안테나의 효율은 동작 주파수 대역인 저 주파수 대역 700-960 MHz에서 아이솔레이션 에이드가 없을 경우와 거의 유사한 특성을 가졌다. 그리고 고 주파수 대역 1700-2180 MHz에서는 제1 안테나 소자는 최대 75.3%, 최소 39.2%로써 평균 59.1%의 효율을, 제2 안테나 소자는 최대 83.0%, 최소 36.6%으로써 평균 60.9%의 효율을 갖는다. 따라서, 아이솔레이션 에이드에 제3 스위치 소자만(136) 연결되어 고 주파수 대역에서 우수한 격리도 특성과 함께 효율도 크게 증가함을 알 수 있다.

아이솔레이션 에이드에 제3 스위치 소자(136)가 연결되었을 경우 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과의 표를 도 11에 도시하였다.

도 12 (a)는 반사손실과 격리도 특성을 나타내고, (b)는 저 주파수 대역의 효율 특성을 나타내고, (c)는 고 주파수 대역의 효율 특성을 나타낸다.

도 12 (a)의 반사손실 및 격리도 특성을 살펴보면, VSWR > 3을 기준으로 저 주파수 대역에서는 제1 안테나 소자의 경우 758 ~ 878 MHz의 대역폭과 제2 안테나 소자의 경우 761 ~ 878 MHz의 대역폭을 가졌고, 동작 대역폭 안에서 -11.6 dB 이하의 격리도 특성을 가졌다. 고 주파수 대역에서는 제1 안테나 소자의 경우 1710 ~ 2052 MHz의 대역폭과 제2 안테나 소자의 경우 1707 ~ 2072 MHz의 대역폭을 가졌고, 동작 대역폭 안에서 -11.3 dB 이하의 안테나 소자 간 격리도 특성을 가졌다.

도 12의 (b) 및 (c)를 참조하면, 안테나의 효율은 저 주파수 대역 700-960 MHz에서 제1 안테나 소자는 최대 68.2%, 최소 19.6%로써 평균 40.1%의 효율과, 제2 안테나 소자는 최대 63.2%, 최소 21.8% 로서 평균 39.5%의 효율을 가졌다. 또한 고 주파수 대역 1700-2180 MHz에서는 제1 안테나 소자는 최대 82.6%, 최소 33.3%로써 평균 58.2%의 효율을, 제2 안테나 소자는 최대 84.6%, 최소 24.7%으로써 평균 54.8%의 효율을 갖는다. 제1, 제2, 제3 스위치 소자(137) 모두 연결할 경우 각각의 대역만 격리도 특성을 향상시켰을 경우보다 성능이 약간 저하되지만 아이솔레이션 에이드가 없을 경우보다는 크게 격리도 및 효율 특성이 향상됨을 알 수 있다.

아이솔레이션 에이드에 제1, 제2, 제3 스위치 소자(137)가 모두 연결되었을 경우 안테나의 주파수에 따른 효율 측정 결과의 표를 도 13에 도시하였다.

이상에서와 같이 측정된 결과 및 그래프에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 내장형 MIMO 안테나는 아이솔레이션 에이드를 구비함으로써, 아이솔레이션 에이드에 각각의 스위치 소자를 개별 연결 및 모두 연결하였을 경우 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 주파수에 무관한 안테나 소자 간의 격리 특성을 확보할 수 있다.

도 14는 아이솔레이션 에이드 유/무에 따른 안테나 간 상관 계수인 ECC(Envelope correlation coefficient) 특성을 나타낸 도면이다.

도 14 (a)는 저 주파수 대역(700-960 MHz)의 ECC 특성을 나타내고, 도 14 (b)는 고 주파수 대역(1700-2180 MHz)의 ECC 특성을 나타낸다.

도 14 (a)를 살펴보면, 아이솔레이션 에이드가 구비되지 않은 경우(Default) 중심주파수에서 0.16의 최소값을 가지고, 중심주파수를 기준으로 낮은 쪽 주파수와 높은 쪽 주파수는 점차 증가하여 최대 0.56의 ECC를 갖는다. 그러나, 아이솔레이션 에이드를 제1(134), 제2(135) 스위치 소자만 연결하여 저 주파수 대역의 격리 특성을 향상시킨 결과(LIA: Low isolation aid) 중심주파수에서 0.15의 최소값을 가지고, 중심주파수를 기준으로 낮은 쪽 주파수와 높은 쪽 주파수는 점차 증가하지만 최대 0.30의 ECC를 가짐으로 아이솔레이션 에이드가 없을 경우보다 ECC 특성이 크게 향상됨을 알 수 있다. 또한, 아이솔레이션 에이드에 스위치 소자를 모두 연결한(137) 경우(DIA: Double isolation aid) 700-920 MHz 구간에서는 아이솔레이션 에이드가 없을 경우보다 ECC가 평균 0.04 향상되며, 940-960 MHz에서는 ECC가 평균 0.09 저하되는 것을 알 수 있다.

도 14 (b)를 살펴보면, 아이솔레이션 에이드가 없을 경우(Default) 최대 0.67, 최소 0.22로 평균 0.42의 ECC를 갖는다. 그러나, 아이솔레이션 에이드를 구비하고 제3 스위치 소자(134)만 연결하여 고 주파수 대역의 안테나간 격리 특성을 확보할 경우(HIA: High isolation aid) 최대 0.43, 최소 0.20로 평균 0.31의 ECC 값을 가지므로 아이솔레이션 에이드가 없을 경우보다 크게 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, 아이솔레이션 에이드에 스위치 소자를 모두 연결한(137) 경우(DIA) 최대 0.65, 최소 0.30로 평균 0.48의 ECC 값을 가지므로 아이솔레이션 에이드가 없을 경우보다 ECC가 평균 0.06 저하되는 것을 알 수 있다.

아이솔레이션 에이드가 없을 경우와 아이솔레이션 에이드의 스위치 소자 연결 유/무에 따른 안테나의 주파수에 따른 ECC 측정 결과의 표를 도 15에 도시하였다.

이상 위의 측정 결과 등에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 내장형 MIMO 안테나는 아이솔레이션 에이드를 구비함으로써, 각각의 스위치 소자를 통해 개별 연결 및 모두 연결하였을 경우 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 주파수에 무관한 안테나 간의 격리도 특성 확보와 더불어 효율 증가 및 안테나간의 상관 계수를 확보할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

안테나를 접지시키는 판 형상의 그라운드;

상기 그라운드의 일단에 위치한 제1 안테나 소자;

상기 그라운드의 타단에 위치한 제2 안테나 소자; 및

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에 각각 연결된 복수의 아이솔레이션 에이드;를 포함하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 아이솔레이션 에이드는,

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에서 표면 전류가 강하게 형성되는 부분(Hot Spot)에 각각 연결된 제1 아이솔레이션 에이드; 및

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에서 상기 그라운드와 접지되는 단락 부분에 각각 연결된 제2 아이솔레이션 에이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 아이솔레이션 에이드는,

상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자 사이에서 저 주파수 대역의 격리도 특성을 향상시키고,

상기 제2 아이솔레이션 에이드는,

상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자 사이에서 고 주파수 대역의 격리도 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,

상기 그라운드를 중심으로 대칭되는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,

다수의 공진체 형태로 이루어진 안테나 패턴과,

상기 안테나 패턴이 고정되는 캐리어로 이루어진 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 5 항에 있어서,

상기 안테나 패턴은,

LTE, GSM850, GSM900 서비스 대역을 지원하기 위한 제1 공진체, 제2 공진체와,

GSM1800, GSM1900, WCDMA 서비스 대역을 지원하기 위한 제3 공진체, 제4 공진체를 포함하며,

테이퍼 급전 방식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,

변형된 IFA(Inverted F Antenna) 형태의 안테나인 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,

신호 회로와 연결되어 각각을 급전시키는 급전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,

상기 그라운드에 연결되어 접지시키는 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
안테나를 접지시키는 판 형상의 그라운드;

상기 그라운드의 일단에 위치한 제1 안테나 소자;

상기 그라운드의 타단에 위치한 제2 안테나 소자; 및

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자를 연결하며, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자에서 전류 분포가 강하게 형성되는 부분(Hot Spot)과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분에 각각 접속되는 아이솔레이션 에이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 10 항에 있어서,

상기 아이솔레이션 에이드와 상기 각 안테나 소자가 연결되는 부분에 구비되며, 상기 각 안테나 소자에서 상기 전류 분포가 강하게 형성되는 부분과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분의 접속을 스위칭하는 스위치 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 11 항에 있어서,

상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 전류 분포가 강하게 형성되는 부분과 상기 그라운드에 접지되는 단락 부분 모두를 접속시키거나, 상기 두 부분 중 어느 한 부분만을 접속시키거나, 상기 두 부분 모두의 접속을 차단시키도록 제어하는 스위칭 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.
제 11 항에 있어서,

상기 스위치 소자는,

다이오드, 트랜지스터, FET(Field Effect Transistor), MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 스위치 소자와 같은 전류와 전압을 이용하여 스위칭 역할이 가능한 RF 스위치 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 대역을 포함한 다중대역에서 아이솔레이션 에이드를 통해 선택적으로 격리도 특성을 제어할 수 있는 내장형 MIMO 안테나.