KR20180053862A - 하이브리드 안테나 - Google Patents
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Abstract
전자 장치에서 사용되는 하이브리드 안테나가 개시된다.
하이브리드 안테나는, 제 1 면 및 제 2 면을 포함하며 절연체로 구성된 기판; 상기 기판의 제 1 면에 배치되며 내부에 홀이 형성된 제 1 도전성 부재; 상기 기판의 제 2 면의 제 1 영역에 배치되는 제 2 도전성 부재; 및 상기 기판의 제 2 면의 제 2 영역에 배치되며 상기 전자 장치의 그라운드와 연결되는 제 3 도전성 부재;를 포함하고, 상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분(first portion)은 광대역 신호를 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 1 안테나로 동작하고, 제 2 부분(second portion)은 무선 전력을 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 2 안테나로 동작하며 , 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부가 형성된다.
하이브리드 안테나는, 제 1 면 및 제 2 면을 포함하며 절연체로 구성된 기판; 상기 기판의 제 1 면에 배치되며 내부에 홀이 형성된 제 1 도전성 부재; 상기 기판의 제 2 면의 제 1 영역에 배치되는 제 2 도전성 부재; 및 상기 기판의 제 2 면의 제 2 영역에 배치되며 상기 전자 장치의 그라운드와 연결되는 제 3 도전성 부재;를 포함하고, 상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분(first portion)은 광대역 신호를 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 1 안테나로 동작하고, 제 2 부분(second portion)은 무선 전력을 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 2 안테나로 동작하며 , 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부가 형성된다.
Description
본 개시는 광대역 신호 수신 및 무선 전력 수신을 하는 하이브리드 안테나에 관한 것으로 보다 구체적으로, 광대역 안테나와 메타구조를 갖는 배열 안테나의 결합에 관한 것이다.
지능화된 사물들이 인터넷에 연결되어 네트워크를 통해 사람과 사물, 사물과 사물간에 소통하여 사물이 인간에 의존하지 않고 통신을 주고받는 의미의 사물인터넷(IoT: internet of things)은 최근 수년간 급속도로 퍼지고 있다.
IoT 기술을 실현하기 위해, 사물에 쉽게 탑재가 가능한 저전력 통신소자의 개발과 다양한 사물에 탑재된 다수의 통신소자로의 원활한 전력 공급을 위한 기술이 요구되고 있다. 이러한 상황에 맞추어 IoT 기기에 효율적으로 전력을 공급하기 위한 방안으로 RF 무선전력전송과 RF 에너지 하베스팅 기술이 주목 받고 있다.
무선전력전송은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있으며, 그 중 전자기파 방식은 다른 방식에 비해 수 m에 이르는 원거리 전력 전송에 유리하다는 장점이 있다. 전자기파 무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 것이 목적이므로 선형성, 잡음 등의 요소보다는 전송거리, 공간손실, 및 수신부의 전력소모에 초점을 맞춰 설계해야 하며, 이 때 고려되어야 할 시스템 구성의 주요 요소로서 주파수, 전송거리, 및 안테나의 이득이 있다.
RF 에너지 하베스팅 기술은 대기중의 RF 에너지를 수신하여 전자 장치의 전력으로 사용하는 기술로 별도의 에너지 공급 없이 에너지 확보가 가능하다는 장점이 있다. 에너지 하베스팅 안테나의 주요 성능 요소로는 다양한 주파수 대역의 RF 신호가 갖는 에너지 확보를 위한 광대역 특성과 높은 에너지 수확률을 위한 안테나 효율이 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 제품의 소형화를 위해 광대역 안테나와 메타구조 기반 배열 안테나를 결합하고, 두 안테나 결합 시 광대역 안테나와 메타구조 안테나의 성능저하를 막기 위해, 광대역 안테나와 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나와의 결합에 최적화된 필터 시스템을 제공하는데 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 전자 장치의 안테나는, 절연체로 구성된 기판; 상기 기판의 제 1 면에 배치되며 내부에 홀이 형성된 제 1 도전성 부재; 및 상기 기판의 제 2 면의 제 1 영역에 배치되는 제 2 도전성 부재; 를 포함하고, 상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분(first portion)은 광대역 신호를 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 1 안테나로 동작하고, 제 2 부분(second portion)은 무선 전력을 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 2 안테나로 동작하며, 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부가 형성될 수 있다.
상기 제 1 급전부와 상기 제 1 안테나 사이에는 대역 차단 필터(band stop filter)가 형성될 수 있다.
상기 제 1 급전부와 상기 제 2 안테나 사이에는 대역 통과 필터(band pass filter)가 형성될 수 있다.
상기 제 2 부분은 MZR(Mu-zero resonance) 소자로 구성된 복수 개의 메타구조 안테나를 포함할 수 있다.
상기 메타구조 안테나는 인터디지털 구조의 갭(gap)을 가질 수 있다.
본 개시의 일 측에 따르면, 안테나는 상기 기판의 상기 제 2 면의 제 2 영역에 배치되는 제 3 도전성 부재를 더 포함하고, 상기 MZR 소자의 일 측은 관통홀(via hole)을 통해 상기 제 3 도전성 부재와 연결될 수 있다.
상기 메타구조 안테나는 마이크로 스트립라인을 통해 급전될 수 있다.
상기 각각의 메타구조 안테나와 상기 제 1 급전부까지의 전송 선로의 길이는 모두 동일 할 수 있다.
상기 메타구조 안테나를 구성하는 각각의 MZR 소자 사이에는 전송 선로가 배치될 수 있다.
상기 제 2 도전성 부재는 상기 홀에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분의 일 측은 테이퍼드 라인(tapered line) , 즉 경사 라인 구조를 가질 수 있다.
상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분, 상기 홀, 상기 기판 및 상기 제 2 도전성 부재는 공진 회로를 형성할 수 있다.
상기 홀은 원형 또는 다각형일 수 있다.
상기 대역 차단 필터는 오픈 스터브(open stub) 구조를 가질 수 있다.
상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스(capacitance)는 인터디지털 갭에 의해 결정될 수 있다.
상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스는 상기 대역 차단 필터에 배치되는 집중소자 캐패시터에 의해 결정될 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면 광대역 안테나와 단일 주파수에서 동작하는 무선 전력 수신을 위한 메타 구조 안테나를 결합하여 함께 동작 할 수 있게 됨으로써, 하나의 포트를 사용하여 넓은 주파수 대역(광대역)의 전자파로부터 에너지를 확보하기 위한 광대역 신호 수신 및 무선 전력 수신이 가능하며, 제품을 소형화할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 입력 임피던스 정합 특성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 하이브리드 안테나의 5.8Ghz에서의 방사 패턴을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분을 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분의 주파수 특성을 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 2 안테나 부분을 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 메타구조 안테나를 확대하여 도시한다.
도 8 은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 차단 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 9 는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 통과 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 입력 임피던스 정합 특성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 하이브리드 안테나의 5.8Ghz에서의 방사 패턴을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분을 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분의 주파수 특성을 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 2 안테나 부분을 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 메타구조 안테나를 확대하여 도시한다.
도 8 은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 차단 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 9 는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 통과 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상술한 어떤 구성요소가 상술한 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 AP(application processor))를 의미할 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나를 도시한다.
도 1a 및 도 1b를 참조 하면 기판의 제 1 면(101), 제 2 면(141), 제 1 도전성 부재(103), 홀(105), 제 2 도전성 부재(143) 및 제 3 도전성 부재(163)가 도시되어 있다. 기판은 절연체로 구성되며, 제 1 면(101) 및 제 2 면(141)을 포함한다. 예를 들면 기판의 제 1 면(101)은 앞면, 기판의 제 2 면(141)은 뒷면일 수 있다.
기판의 제 1 면(101)에는 제 1 도전성 부재(103)가 배치된다. 제 1 도전성 부재(103)는 예를 들면 구리와 같은 금속일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 도전성 부재(103)는 제 1 부분(portion)(107) 및 제 2 부분(111)을 포함할 수 있다.
제 1 부분(107) 내부에는 홀(105)이 형성되어 있다. 본 개시에서 홀(105)이 사각형 으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 원형 또는 다각형 홀 일 수도 있다. 제 1 부분(107)은 제 2 면(141)에 위치하는 제 2 도전성 부재(143)와 함께 제 1 안테나로 동작할 수 있다. 제 1 안테나는 넓은 주파수 대역(0.62GHz 내지 3.0GHz)의 전자파가 갖는 에너지 확보를 위한 에너지 하베스팅용 안테나, 예컨대 광대역 안테나일 수 있다.
제 2 부분(111)은 제 3 도전성 부재(163)와 함께 제 2 안테나로 동작할 수 있다. 제 2 안테나는 전자 장치에 전력을 공급하는 무선 전력 수신 안테나일 수 있다. 즉, 제2 안테나는 외부의 전력 전송장치(미도시)에서 전송하는 특정 대역의 주파수(예:5.8GHz)를 갖는 무선 전력을 수신하여 전자 장치에 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 제 2 안테나는 복수의 MZR(mu-zero resonance) 소자로 구성될 수 있으며 메타 구조를 가질 수 있다. 이하의 설명에서는 제 2 안테나를 줄여서 메타 구조 안테나로 칭한다. 예를 들면 제 2 안테나는 4개의 메타 구조 안테나(113, 115, 117, 119)를 포함할 수 있다. 예컨대 제 2 안테나는 2x2 배열의 메타 구조 안테나를 포함할 수 있다.
제 1 안테나와 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부(110)가 형성될 수 있다. 제 1 급전부(110)는 예컨대 기판의 제 2 면과 전기적으로 연결될 수 있는 관통홀일 수 있다. 제 1 급전부(110)는 전자 장치의 전원회로와 연결될 수 있다.
제 1 급전부(110)를 통해 제 1 안테나에서 수신된 신호 및 제 2 안테나에서 수신된 전력이 전자 장치로 공급될 수 있다.
제 1 안테나와 제 1 급전부(110) 사이에는 제2 안테나에서 수신된 특정 주파수 대역의 신호 및 에너지 전달을 차단하기 위해 대역 차단 필터(band stop filter)(109)가 형성될 수 있다. 즉, 대역 차단 필터(109)는 제1 안테나와 제1 급전부(110) 사이에 위치하여 제2 안테나에서 수신된 특정 주파수 대역의 신호가 제1 안테나로 전달되어 입력 임피던스 정합 특성 및 성능 저하를 방지할 수 있다.
제 2 안테나와 제 1 급전부(110 사이에는 제2 안테나에서 수신된 특정 주파수 대역의 신호 및 에너지를 급전부(110)에 전달하기 위해 대역 통과 필터(band pass filter)(121)가 형성될 수 있다.
기판의 제 2 면(141)은 제 1 영역(161) 및 제 2 영역(147)을 포함할 수 있다. 제 1 영역(161)에는 제 2 도전성 부재(143)가 배치될 수 있다. 제 2 도전성 부재(143)는 넓은 주파수 대역(광대역)에서 전자파의 수신 효율을 높이기 위해 제1 도전성 부재의 제1 부분(107) 내에 형성된 홀(105)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
제 2 영역(147)에는 제 3 도전성 부재(163)가 배치될 수 있다. 제 3 도전성 부재는 전자 장치의 접지(ground)와 연결될 수 있다. 제 3 도전성 부재는 복수의 관통홀(via hole)(149, 151, 153, 155)을 포함할 수 있다. 복수의 관통홀(149, 151, 153, 155)은 메타 구조 안테나(113, 115, 117, 119)에 대응되며 메타 구조 안테나를 접지 시킬 수 있다. 또한 제 3 도전성 부재는 관통홀(145)을 포함하며, 관통홀(145)은 도 1a 의 제 1 급전부(110)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 입력 임피던스 정합 특성을 도시한다.
도 2a 및 2b를 참조하면 다수의 공진점(resonance point)(203, 205, 207, 209, 211)이 도시되어 있다. 도 2a에 도시된 것과 같이 하이브리드 안테나는 무선 전력 수신 주파수인 5.8Ghz(211)에서 공진함을 보여 준다. 즉, 하이브리드 안테나를 구성하는 제2 안테나가 수신하는 무선 전력의 주파수인 5.8GHz에서 공진점이 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 2a에 도시된 것과 같이 하이브리드 안테나는 0.62 GHz에서 3GHz의 광대역 안테나 동작 구간에서 1.31 GHz ~ 1.61 GHz 구간(201)만 제외하고 모두 -6 dB 이하의 입력 임피던스 정합 특성을 보여준다.
또한, 도 2b에 도시된 것가 같이 하이브리드 안테나는 대부분의 주파수 대역(211)에서 90% 이상의 방사효율을 보여주어 에너지 하베스팅을 위한 주요 성능 요소인 고효율 및 광대역 특성을 모두 갖는다. 방사 효율은 전체 에너지에 대한 방사 에너지의 비율로 표현될 수 있으며, 방사 에너지가 높을수록 에너지를 전송하는데 유리하며, 100%를 넘을 수 없다.
도 3은 본 개시의 하이브리드 안테나의 5.8Ghz에서의 방사 패턴을 도시한다.
도 3을 참조하면 하이브리드 안테나의 무선 전력 수신 주파수인 5.8 GHz에서의 방사패턴이 도시되어 있다. 하이브리드 안테나는 0도 방향에서 가장 높은 효율을 나타낸다.
방사 패턴은 해당 안테나의 배치 각도에 따라 에너지 효율이 어떻게 변경되는지 나타내는 척도이며, 액티브 무선 전력 전송에서는 무선 전력 전송장치에서 무선 전력을 송신하는 방향과 무선 전력 수신장치, 즉 무선 전력 수신 안테나를 포함하는 전자 장치에서 무선 전력을 수신하는 방향이 잘 맞아야 에너지를 효율적으로 전송할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분을 도시한다. 제 1 안테나는 예컨대 광대역 안테나일 수 있으며, 넓은 주파수 대역의 전자파를 수신하여 에너지를 확보할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조 하면 기판의 제 1 면(403), 제 1 도전성 부재(401), 사각 홀(405), 기판의 제 2 면(421), 제 2 도전성 부재(423) 및 제 3 도전성 부재(427)가 도시되어 있다. 기판은 절연체로 구성되며 앞면(403) 및 뒷면(421)을 포함한다.
기판의 제 1 면(403)에는 제 1 도전성 부재(401)가 배치된다. 제 1 도전성 부재(401)는 내부에 사각형의 홀(405)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 홀이 사각형으로 도시되어 있으나, 원형 또는 다른 다각형의 형태를 가질 수 있다. 제 1 도전성 부재(401)의 하단부(411, 413)는 테이퍼드 라인(tapered line), 즉 경사 라인 구조를 가질 수 있다. 또한 제 1 도전성 부재(401)의 하단부(411, 413)의 중앙 부분에는 급전 라인(407) 및 제 1 급전부(409)가 형성될 수 있다.
기판의 제 2 면(421)에는 제 2 도전성 부재(423) 및 제 3 도전성 부재(427)이 배치된다. 제 2 도전성 부재(423)은 사각 홀(405)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
제 1 도전성 부재(401), 사각 홀(405), 테이퍼드 구조(411,413) 및 제 2 도전성 부재(423)은 광대역 주파수 신호 수신을 위한 광대역 안테나로서 동작할 수 있다.
광대역 안테나는 대역폭을 넓히기 위해 모노폴 안테나에 테이퍼드 구조(411, 413) 및 내부에 사각 홀(405)을 포함할 수 있다. 제 2 도전성 부재(423)은 예컨대, 구리판일 수 있으며, 광대역 안테나는 상기 구리판을 이용하여 2개의 공진 주파수를 추가로 생성할 수 있으며, 총 4개의 공진 주파수를 포함할 수 있어 광대역 임피던스 정합이 가능하다.
제 1 급전부(409)는 관통홀(via hole)(425)를 통해 제 3 도전성 부재(427)와 연결될 수 있다. 제 3 도전성 부재(427)는 전자 장치의 접지와 연결될 수 있다. 제 1 급전부(409)는 전자 장치의 전원 회로와 연결될 수 있다. 따라서, 광대역 안테나에서 수신된 신호는 제 1 급전부를 통해 전자 장치의 전원회로로 전송될 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 1 안테나 부분의 주파수 특성을 도시한다. 도 5를 참조하면 하이브리드 안테나는 제 1 공진점(501), 제 2 공진점(503), 제 3 공진점(505) 및 제 4 공진점(507)에서 공진될 수 있다. 제 1 공진점(501) 및 제 3 공진점(503)에 대응되는 주파수는 테이퍼드 모노폴 안테나(이하 모노폴 안테나로 칭함)의 1/4파장 및 3/4 파장에 각각 대응된다. 제 2 공진점(503) 및 제 4 공진점(507)에 대응되는 주파수는 모노폴 안테나 내부의 사각 홀(405)과 제2 도전성 부재(423)에 의해 생성된 1 파장 및 2 파장에 각각 대응된다. 모노폴 안테나에서 생성되는 공진 주파수 및 제2 도전성 부재(423)에서 생성되는 공진 주파수가 번갈아 배치됨으로 인해 광대역에서 임피던스 정합이 가능하다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 제 2 안테나 부분을 도시한다. 제 2 안테나는 예컨대 전자 장치에 전력을 공급하기 위한 무선 전력 수신 안테나일 수 있다. 제 2 안테나는 복수의 메타 구조 안테나(603, 605, 607, 609)를 포함할 수 있다. 각 메타 구조 안테나(603, 605, 607, 609)는 MZR 소자를 사용하여 구현될 수 있다. 각각의 메타 구조 안테나(603, 605, 607, 609)는 수신된 전력을 제1 급전부(601)로 전달하기 위한 전송선로(611, 613, 615, 617)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 메타 구조 안테나(603)은 제 1 전송선로(611)를 포함하며, 제1 메타 구조 안테나(603)에서 수신된 전력은 제 1 전송선로(611)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제2 메타 구조 안테나(605)는 제 2 전송선로(613)를 포함하며, 제2 메타 구조 안테나(605)에서 수신된 전력은 제 2 전송선로(613)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제3 메타 구조 안테나(607)은 제 3 전송선로(615)를 포함하며, 제3 메타 구조 안테나(607)에서 수신된 전력은 제 3 전송선로(615)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제4 메타 구조 안테나(609)은 제 4 전송선로(617)를 포함하며, 제4 메타 구조 안테나(609)에서 수신된 전력은 제 4 전송선로(617)을 통해 제 1 급전부(601)로 전달될 수 있다.
제 1 전송선로(611), 제 2 전송선로(613), 제 3 전송선로(615) 및 제 4 전송선로(617)의 길이는 모두 동일할 수있으며, 길이가 동일함에 따라 방사 패턴의 0도, 즉 제2 안테나를 포함하는 전자 장치가 무선 전력 전송장치를 정면에서 바라볼 때 각 안테나의 이득이 합해져 높은 효을을 얻을 수 있다. 즉, 제 1 급전부(601)에서 제 1 메타 안테나(603)까지의 전송 선로의 길이, 제 1 급전부(601)에서 제 2 메타 안테나(605)까지의 전송 선로의 길이, 제 1 급전부(601)에서 제 3 메타 안테나(607)까지의 전송 선로의 길이 및 제 1 급전부(601)에서 제 4 메타 안테나(609)까지의 전송 선로의 길이는 모두 같을 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 메타구조 안테나를 확대하여 도시한 도면이다. 도 7의 메타구조 안테나는 도 6의 복수의 메타구조 안테나 중 제1 메타 구조 안테나(603)를 확대한 것이다.도 7을 참조하면 메타구조 안테나는 방사체(701, 703, 705) 및 급전을 위한 전송 선로(711)를 포함할 수 있다. 전송 선로(711)는 마이크로 스트립 라인으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서는 마이크로 스트립 라인으로 구현된 전송 선로(711)에 의한 급전을 예로 설명할 것이나, 마이크로 스트립 라인이 아닌 동축선을 이용하여 급전을 할 수도 있다.
방사체(701, 703, 705)는 MZR 소자로 구현될 수 있다. 각 방사체(701,703,705)의 중앙 부분은 인터디지털 구조의 갭(gap)(723)을 포함할 수 있으며, 인터디지털 구조의 갭(723)은 캐패시터(capacitor)로 동작할 수 있다. 방사체(701)의 양 끝단에는 관통홀(721, 725)이 형성되어 있다. 관통홀(721, 725)는 도 1b 의 제 3 도전성 부재(163)와 연결되어 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 관통홀(721, 725)의 위치가 변경되는 경우 입력 임피던스가 변경될 수 있다.
방사체(701, 703, 705) 사이에는 급전을 위한 전송 선로(711)가 배치되며 방사체(701, 703, 705)에서 수신된 전력을 간접 급전하여 제 1 급전부(도 1a의 110)로 전달할 수 있다. 방사체(701, 703, 705)와 전송 선로(711) 사이의 갭(gap)이 변경되는 경우 입력 임피던스가 변경될 수 있다.
한편 전송 선로(711)의 일 측에는 갭(713, 715)이 형성되며, 관통홀(707, 709)을 통해 도 1b의 제 3 도전성 부재(163)와 연결되어 접지 될 수 있다.
도 8 은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 차단 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 8을 참조하면 대역 차단 필터(813)는 무선 전력 수신 주파수인 5.8GHz 부근의 신호를 차단하여 메타구조 안테나에서 수신된 전력이 광대역 안테나로 전달되는 것을 차단한다. 대역 차단 필터(813)의 반사 계수(803)는 5.8Ghz에서 -0.1 dB 이며 전달 계수(801)는 -40 dB 이하일 수 있다.
대역 차단 필터(813)은 도 1a에서 도시한 바와 같이 제 1 안테나와 제 1 급전부 사이에 배치될 수 있다. 즉, 대역 차단 필터(813)의 제 1 측(815)은 제 1 안테나와 연결되고, 제 2 측(819)은 제 1 급전부와 연결될 수 있다.
대역 차단 필터(813)는 두 개의 오픈 스터브(open stub)(817, 818)을 포함하며, 두 개의 오픈 스터브(817, 818)는 대칭 형태로 배치될 수 있다.
도 9 는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 안테나의 대역 통과 필터 부분 및 주파수 특성을 도시한다.
도 9 를 참조하면 대역 통과 필터(911)는 무선 전력 수신 주파수인 5.8GHz 대역의 신호를 통과 시켜 메타구조 안테나에서 수신된 전력이 제 1 급전부로 전달될 수 있도록 한다.
대역 통과 필터(911)의 반사 계수(901)은 5.8Ghz에서 -0.99 dB 이며 전달 계수(903)은 -19 dB 일 수 있다.
대역 통과 필터(911)은 도 1a에서 도시한 바와 같이 제 2 안테나와 제 1 급전부 사이에 배치될 수 있다. 즉, 대역 통과 필터(911)의 제 1 측(912)은 제 1 급전부와 연결되고, 제 2 측(913)은 제 2 안테나와 연결될 수 있다.
대역 통과 필터(911)는 집중 소자 캐패시터(914) 및 4개의 관통홀(915, 916, 917, 918)을 포함할 수 있다. 관통홀(915, 916, 917, 918)의 지름은 대략 0.2mm이며, 캐패시터의 값은 0.9pF 일 수 있다. 통과 대역 주파수 설정은 관통홀(915, 916, 917, 918)의 지름과 관통홀(915, 916, 917, 918)의 개수 및 캐패시터(914)의 값으로 결정 할 수 있다. 또한, 관통홀(915, 916, 917, 918)의 배치 형태를 통해 대역 통과 특성을 최적화 할 수 있다.
Claims (16)
- 전자 장치의 안테나에 있어서,
절연체로 구성된 기판;
상기 기판의 제 1 면에 배치되며 내부에 홀이 형성된 제 1 도전성 부재; 및
상기 기판의 제 2 면의 제 1 영역에 배치되는 제 2 도전성 부재;를 포함하고
상기 제 1 도전성 부재의 제 1 부분(first portion)은 광대역 신호를 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 1 안테나로 동작하고, 상기 제1 도전성 부재의 제 2 부분(second portion)은 무선 전력을 수신하여 상기 전자 장치에 전력을 공급하는 제 2 안테나로 동작하며 , 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나 사이에는 제 1 급전부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 급전부와 상기 제 1 안테나 사이에는 대역 차단 필터(band stop filter)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 급전부와 상기 제 2 안테나 사이에는 대역 통과 필터(band pass filter)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 부분은 MZR 소자로 구성된 복수 개의 메타구조 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 4 항에 있어서,
상기 메타구조 안테나는 인터디지털 구조의 갭을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 4 항에 있어서,
상기 안테나는,
상기 기판의 상기 제 2면의 제2 영역에 배치되는 제 3 도전성 부재를 더 포함하고,
상기 MZR 소자의 일 측은 관통홀(via hole)을 통해 상기 제 3 도전성 부재와 연결되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 4 항에 있어서,
상기 메타구조 안테나는 마이크로 스트립라인을 통해 급전되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 4 항에 있어서,
상기 각각의 메타구조 안테나와 상기 제 1 급전부까지의 전송 선로의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 4 항에 있어서,
상기 메타구조 안테나를 구성하는 상기 복수의 MZR 소자들 사이에는 전송 선로가 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도전성 부재는 상기 홀에 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 부분의 일 측은 경사 라인(tapered line) 구조인 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도전성 부재의 상기 제 1 부분, 상기 홀, 상기 기판 및 상기 제 2 도전성 부재는 공진 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 1 항에 있어서,
상기 홀은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 2 항에 있어서,
상기 대역 차단 필터는 오픈 스터브(open stub) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 3 항에 있어서,
상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스(capacitance)는 인터디지털 갭에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나. - 제 3 항에 있어서,
상기 대역 통과 필터의 캐패시턴스는 상기 대역 차단 필터에 배치되는 캐패시터에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자 장치의 안테나.
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