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KR101166089B1 - Multi band mimo antenna - Google Patents

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KR101166089B1
KR101166089B1 KR20100096977A KR20100096977A KR101166089B1 KR 101166089 B1 KR101166089 B1 KR 101166089B1 KR 20100096977 A KR20100096977 A KR 20100096977A KR 20100096977 A KR20100096977 A KR 20100096977A KR 101166089 B1 KR101166089 B1 KR 101166089B1
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antenna
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coupling
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류병훈
성원모
최재훈
한민석
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주식회사 이엠따블유
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Abstract

다중 대역 MIMO 안테나가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나는, 기판 상에서 그라운드와 연결되는 기생 패치, 상기 그라운드 및 상기 기생 패치와 각각 상호 이격하여 형성되고 상기 기생 패치와 커플링을 형성하는 용량성 결합 급전 패턴을 포함하며 상호 이격하여 형성되는 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함한다. 이때, 상기 기생 패치는 상기 용량성 결합 급전 패턴과의 커플링을 통해 급전된다.A multi band MIMO antenna is disclosed. Multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention, the parasitic patch connected to the ground on the substrate, the capacitive coupling feed pattern is formed spaced apart from each other and the coupling is formed with the parasitic patch, respectively. It includes and comprises a first antenna and a second antenna formed to be spaced apart from each other. In this case, the parasitic patch is fed through a coupling with the capacitively coupled feed pattern.

Description

다중 대역 ＭＩＭＯ안테나{MULTI BAND MIMO ANTENNA}MULTI BAND MIMO ANTENNA

본 발명의 실시예는 MIMO(Multi-In Multi-Out) 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나들 간의 격리도를 개선한 다중 대역 MIMO 안테나 기술에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a multi-in multi-out (MIMO) antenna, and more particularly, to a multi-band MIMO antenna technology with improved isolation between antennas.

최근 무선통신 기술의 급격한 발전에 따라 그에 적합한 이동통신 단말기의 안테나에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 특히, 이동통신 단말기의 안테나 성능 향상을 위해 MIMO(Multi Input Multi Output) 안테나 시스템이 주목받고 있으며, 4세대 이동 통신에서는 통신 속도의 향상과 데이터의 용량 증대 등의 목적으로 MIMO 안테나 시스템 기술을 채택하였다.Recently, with the rapid development of wireless communication technology, research on the antenna of a mobile communication terminal suitable for it has been continuously conducted. In particular, MIMO (Multi Input Multi Output) antenna system is attracting attention to improve antenna performance of mobile communication terminals. In 4G mobile communication, MIMO antenna system technology is adopted to improve communication speed and increase data capacity. .

MIMO 안테나 시스템은 무선 통신 환경에서 다수의 안테나를 사용하여 데이터를 송수신하는 다중 안테나 신호 처리 방식으로, 여러 개의 안테나를 사용하여 동일한 무선 채널에서 두 개 이상의 데이터 신호를 전송함으로써 무선 통신의 범위를 넓히고, 속도도 크게 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 즉, MIMO 안테나 시스템에서는 복수 개의 안테나를 배열(Array)하여 데이터의 양과 신뢰도를 높일 수 있다.MIMO antenna system is a multi-antenna signal processing method for transmitting and receiving data using a plurality of antennas in a wireless communication environment, by using two antennas to transmit two or more data signals in the same wireless channel to extend the range of wireless communication, Speed also has the advantage of greatly improving. That is, in the MIMO antenna system, a plurality of antennas may be arranged to increase the amount and reliability of data.

그러나, 이동통신 단말기에서 MIMO 안테나 시스템을 사용하면, 이동통신 단말기라는 공간적인 제약 때문에 안테나들 간에 상호 간섭(Mutual Coupling)이 발생하여 격리도(Isolation)가 저하되며, 그로 인해 안테나 성능이 저하되는 문제점이 있다.However, when the MIMO antenna system is used in the mobile communication terminal, due to the spatial constraints of the mobile communication terminal, mutual interference occurs between antennas, thereby reducing isolation, thereby degrading antenna performance. There is this.

즉, MIMO 안테나 시스템에서 안테나 상호 간의 성능 저하를 막기 위해서는 0.5λ 이상의 이격된 공간이 필요한데, 이동통신 단말기에서는 공간적 제약으로 인해 안테나들 간에 상호 간섭이 발생하여 격리도가 저하되고, MIMO 안테나 시스템의 용량 효율이 감소하는 문제가 발생한다.In other words, in order to prevent performance degradation between antennas in a MIMO antenna system, spaces of 0.5λ or more are required. In a mobile communication terminal, interference is generated between antennas due to spatial constraints, and isolation is reduced, and capacity efficiency of the MIMO antenna system is reduced. This decreasing problem occurs.

이러한 문제를 해결하기 위해, 기판 상에 배열된 안테나들 사이에 3차원 구조의 격벽을 형성하거나 변형된 그라운드 구조를 사용함으로써, 각 안테나들 간의 상호 간섭을 최소화하고자 하는 방안이 시도되고 있다. In order to solve this problem, a method of minimizing mutual interference between antennas has been attempted by forming a partition of a three-dimensional structure between antennas arranged on a substrate or by using a modified ground structure.

그러나, 이러한 방안은 MIMO 안테나의 부피를 크게 만들기 때문에 이동통신 단말기의 소형화 추세에 맞지 않으며, 단일 주파수 대역에서만 적용이 가능하다는 문제점이 있다.
However, this method does not meet the trend of miniaturization of mobile communication terminals because it increases the volume of the MIMO antenna, and has a problem that it can be applied only in a single frequency band.

본 발명의 실시예들은 안테나들 상호 간의 간섭을 최소화하여 격리도를 개선할 수 있는 다중 대역 MIMO 안테나를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a multi-band MIMO antenna that can improve isolation by minimizing interference between antennas.

본 발명의 실시예들은 안테나의 크기를 소형화 할 수 있음과 동시에 MIMO 안테나로서의 성능을 정상적으로 유지할 수 있는 다중 대역 MIMO 안테나를 제공하고자 한다.
Embodiments of the present invention provide a multi-band MIMO antenna capable of miniaturizing the size of the antenna and at the same time maintaining the performance as a MIMO antenna.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나는, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 그라운드; 및 상기 그라운드와 연결되는 기생 패치, 상기 그라운드 및 상기 기생 패치와 각각 상호 이격하여 형성되고 상기 기생 패치와 커플링을 형성하는 용량성 결합 급전 패턴을 포함하며 상호 이격하여 형성되는 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하며, 상기 기생 패치는 상기 용량성 결합 급전 패턴과의 커플링을 통해 급전된다.
Multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention, the substrate; A ground formed on the substrate; And a first antenna and a second parasitic patch connected to the ground, and a capacitively coupled feeding pattern formed to be spaced apart from each other and the parasitic patch and the parasitic patch. And an antenna, wherein the parasitic patch is fed through coupling with the capacitively coupled feed pattern.

본 발명의 실시예들에 의하면, 기생 패치가 용량성 결합 패턴과의 커플링에 의해 급전되는 방식을 사용함으로써, 각 안테나들의 크기를 소형화 할 수 있고, 각 안테나들이 넓은 주파수 대역폭 특성을 갖도록 할 수 있으며, 각 안테나 간에 상호 간섭을 최소화하여 격리도 특성을 향상시킬 수 있게 된다.According to embodiments of the present invention, by using a method in which the parasitic patch is fed by coupling with the capacitive coupling pattern, the size of each antenna can be miniaturized and each antenna can have a wide frequency bandwidth characteristic. In addition, it is possible to improve the isolation characteristics by minimizing mutual interference between each antenna.

또한, 다중 대역 MIMO 안테나를 평면 상의 기판에 형성하고, 격리도 개선을 위한 별도의 구조물을 필요로 하지 않기 때문에, 안테나의 부피를 줄일 수 있어 안테나를 소형화 할 수 있고, 안테나의 제조에 따른 비용 및 시간을 줄일 수 있게 된다.
In addition, since a multi-band MIMO antenna is formed on a substrate on a plane and does not require a separate structure for improving isolation, the antenna can be reduced in volume, thereby miniaturizing the antenna, You can save time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S21)를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나의 등가 회로를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나의 구체적인 설계 파라미터를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 종단 패턴의 길이(L3)에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제2 급전 라인과 커플링 패턴 사이의 간격(G)에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제1 급전 라인과 접지 연결 패턴 사이의 간격(D2)에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프.1 illustrates a multi-band MIMO antenna in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing return loss (S11) and isolation (S21) of a multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is an equivalent circuit diagram of a multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing specific design parameters of a multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the return loss according to the length (L3) of the termination pattern in one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the return loss according to the distance G between the second feed line and the coupling pattern in one embodiment of the present invention. FIG.
7 is a graph showing the return loss according to the distance D2 between the first feed line and the ground connection pattern in one embodiment of the present invention.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 다중 대역 MIMO 안테나의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the multi-band MIMO antenna of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. However, this is only an exemplary embodiment and the present invention is not limited thereto.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
The technical spirit of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are merely means for effectively explaining the technical spirit of the present invention to those skilled in the art to which the present invention pertains.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 기판(102), 그라운드(104), 제1 안테나(106), 및 제2 안테나(108)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 안테나(106)와 상기 제2 안테나(108)는 좌우 대칭하여 형성된다. 따라서, 이하에서는 상기 제1 안테나(106)의 구성에 대해서만 설명하며, 상기 제2 안테나(108)의 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 1, a multi band MIMO antenna 100 includes a substrate 102, a ground 104, a first antenna 106, and a second antenna 108. Here, the first antenna 106 and the second antenna 108 are formed symmetrically. Therefore, hereinafter, only the configuration of the first antenna 106 will be described, and a detailed description of the configuration of the second antenna 108 will be omitted.

상기 그라운드(104)는 상기 기판(102)의 하단부에 일정 면적을 가지고 형성되며, 상기 제1 안테나(106) 및 상기 제2 안테나(108)는 상기 기판(102)의 상단부에 상기 그라운드(104)와 각각 연결되어 형성된다.The ground 104 is formed to have a predetermined area at the lower end of the substrate 102, and the first antenna 106 and the second antenna 108 are formed at the upper end of the substrate 102. And are connected to each other.

상기 제1 안테나(106)는 용량성 결합 급전 패턴(110) 및 기생 패치(120)를 포함한다. 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)은 예를 들어, M-WiMAX 대역인 3.4 ~ 3.6 GHz 대역의 신호를 송수신한다. 상기 기생 패치(120)는 예를 들어, WLAN 대역인 2.4 GHz의 신호를 송수신한다. 여기서, 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)과 상기 기생 패치(120) 상호 간의 전자기적 결합에 의해 상기 기생 패치(120)의 주파수 대역폭이 넓어지게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다. The first antenna 106 includes a capacitively coupled feed pattern 110 and a parasitic patch 120. The capacitively coupled feed pattern 110 transmits and receives signals in the 3.4 to 3.6 GHz band, for example, the M-WiMAX band. The parasitic patch 120 transmits and receives a signal of 2.4 GHz, for example, a WLAN band. Here, the frequency bandwidth of the parasitic patch 120 is widened by electromagnetic coupling between the capacitive coupling feeding pattern 110 and the parasitic patch 120. A detailed description thereof will be given later.

이 경우, 상기 기생 패치(120)는 WLAN 대역인 2.4 GHz 뿐만 아니라 M-WiMAX 대역인 2.5 ~ 2.69 GHz 대역의 신호를 송수신할 수 있게 되고, 상기 2.5 ~ 2.69 GHz 대역의 체배 주파수인 5.2 GHz 및 5.8 GHz 대역(이는 WLAN 대역 임)의 신호도 송수신 할 수 있게 된다. 즉, 상기 제1 안테나(106)는 2.4 GHz, 2.5 ~ 2.69 GHz, 3.4 ~ 3.6 GHz, 5.2 GHz 및 5.8 GHz 등 다중 대역의 신호를 송수신하게 된다. 정리하면, 상기 제1 안테나(106)는 WLAN 대역(2.4 GHz, 5.2 GHz 및 5.8 GHz) 및 M-WiMAX 대역(2.5 ~ 2.69 GHz 및 3.4 ~ 3.6 GHz)의 신호를 모두 송수신할 수 있게 된다.In this case, the parasitic patch 120 can transmit and receive signals in the 2.5 to 2.69 GHz band, which is the M-WiMAX band, as well as 2.4 GHz, which is the WLAN band, and 5.2 GHz and 5.8, which are multiplication frequencies of the 2.5 to 2.69 GHz band. Signals in the GHz band (which is the WLAN band) can also be transmitted and received. That is, the first antenna 106 transmits and receives signals of multiple bands such as 2.4 GHz, 2.5 to 2.69 GHz, 3.4 to 3.6 GHz, 5.2 GHz, and 5.8 GHz. In summary, the first antenna 106 can transmit and receive signals in both WLAN bands (2.4 GHz, 5.2 GHz and 5.8 GHz) and M-WiMAX bands (2.5 to 2.69 GHz and 3.4 to 3.6 GHz).

상기 용량성 결합 급전 패턴(110)은 상기 그라운드(104)와 일정 간격 이격되고, 상기 그라운드(104)와 수직하게 형성되는 제1 급전 라인(112) 및 상기 제1 급전 라인(112)의 말단에서 상기 제1 급전 라인(112)과 수직하게 연결되는 제2 급전 라인(114)을 포함한다. 이와 같이, 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)은 예를 들어, L 형의 형상으로 형성될 수 있다.The capacitively coupled feed pattern 110 is spaced apart from the ground 104 at a predetermined interval, and is formed at the end of the first feed line 112 and the first feed line 112 which are formed perpendicular to the ground 104. And a second feed line 114 connected to the first feed line 112. As such, the capacitive coupling feed pattern 110 may be formed, for example, in an L shape.

상기 그라운드(104)와 상기 제1 급전 라인(112) 사이의 공간에는 급전 포인트(Feed Point)(130)가 형성된다. 상기 급전 포인트(130)는 예를 들어, 동축 케이블(미도시)과 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 동축 케이블(미도시)의 접지 단자가 상기 그라운드(104)와 접속되고, 상기 동축 케이블(미도시)의 급전 단자가 상기 제1 급전 라인(112)과 접속된다. 이 경우, 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)은 상기 급전 포인트(130)를 통해 전류를 공급받게 된다.A feed point 130 is formed in a space between the ground 104 and the first feed line 112. The feed point 130 is electrically connected to, for example, a coaxial cable (not shown). In this case, a ground terminal of the coaxial cable (not shown) is connected to the ground 104, and a feed terminal of the coaxial cable (not shown) is connected to the first feed line 112. In this case, the capacitively coupled feed pattern 110 receives current through the feed point 130.

상기 기생 패치(120)는 접지 연결 패턴(122), 커플링 패턴(124), 및 종단 패턴(126)을 포함한다. 상기 접지 연결 패턴(122)은 상기 그라운드(104)에서 상기 그라운드(104)와 수직하게 연결되어 형성된다. 여기서, 상기 접지 연결 패턴(122)은 상기 제1 급전 라인(112)과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성된다. 이때, 상기 접지 연결 패턴(122)과 상기 제1 급전 라인(112) 사이에 커플링으로 인해 발생하는 커패시턴스 성분을 무시할 수 있도록 상기 접지 연결 패턴(122)과 상기 제1 급전 라인(112) 사이의 간격을 조절해야 한다.The parasitic patch 120 includes a ground connection pattern 122, a coupling pattern 124, and a termination pattern 126. The ground connection pattern 122 is formed to be vertically connected to the ground 104 in the ground 104. Here, the ground connection pattern 122 is formed parallel to the first feed line 112 spaced apart from each other. At this time, the capacitance between the ground connection pattern 122 and the first feed line 112 between the ground connection pattern 122 and the first feed line 112 so as to ignore the capacitance component generated by the coupling The interval must be adjusted.

상기 커플링 패턴(124)은 상기 접지 연결 패턴(122)의 말단에서 상기 접지 연결 패턴(122)과 수직하게 연결되어 형성된다. 이때, 상기 커플링 패턴(124)은 상기 제2 급전 라인(114)과 일정 간격 이격되어 평행하게 형성된다.The coupling pattern 124 is formed to be vertically connected to the ground connection pattern 122 at the end of the ground connection pattern 122. In this case, the coupling pattern 124 is spaced apart from the second feed line 114 by a predetermined interval and formed in parallel.

여기서, 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)이 상기 급전 포인트(130)를 통해 전류를 공급받는 경우, 상기 제2 급전 라인(114)과 상기 커플링 패턴(124) 사이에 커플링이 발생하면서 상기 기생 패치(120)에 급전이 이루어지게 된다. 즉, 상기 기생 패치(120)는 다이렉트 피딩 방식이 아닌 용량성 결합 급전 방식에 의해 급전이 이루어지게 된다. Here, when the capacitively coupled feed pattern 110 receives current through the feed point 130, the coupling occurs between the second feed line 114 and the coupling pattern 124. Feeding is made to the parasitic patch 120. That is, the parasitic patch 120 is fed by the capacitive coupling feeding method, not the direct feeding method.

이 경우, 상기 커플링 패턴(124)과 상기 제2 급전 라인(114) 사이의 커플링으로 인한 커패시턴스 성분에 의해 상기 제1 안테나(106)의 공진 주파수를 낮출 수 있으며, 그로 인해 상기 제1 안테나(106)를 소형화 할 수 있게 된다. 즉, 상기 커플링으로 인한 커패시턴스 성분에 의해 상기 제1 안테나(106)의 전기적 길이를 줄일 수 있기 때문에 상기 제1 안테나(106)를 소형화 할 수 있게 된다.In this case, the resonance frequency of the first antenna 106 may be lowered by the capacitance component due to the coupling between the coupling pattern 124 and the second feed line 114, thereby causing the first antenna to be lowered. 106 can be downsized. That is, since the electrical length of the first antenna 106 can be reduced by the capacitance component due to the coupling, the first antenna 106 can be miniaturized.

그리고, 상기 기생 패치(120)의 공진과 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)의 공진이 전자기적으로 결합하여 2개의 공진 포인트를 형성하기 때문에 넓은 주파수 대역폭 특성을 가지게 된다. 특히, 상기 기생 패치(120)는 넓은 주파수 대역 특성으로 인해 WLAN 대역인 2.4 GHz 뿐만 아니라 M-WiMAX 대역인 2.5 ~ 2.69 GHz 대역의 신호를 송수신할 수 있게 되고, 그 결과 상기 2.5 ~ 2.69 GHz 대역의 체배 주파수인 5.2 GHz 및 5.8 GHz 대역(이는 WLAN 대역 임)의 신호도 송수신 할 수 있게 된다.In addition, since the resonance of the parasitic patch 120 and the resonance of the capacitively coupled feed pattern 110 are electromagnetically coupled to form two resonance points, the parasitic patch 120 has a wide frequency bandwidth characteristic. In particular, the parasitic patch 120 is capable of transmitting and receiving signals in the 2.5 to 2.69 GHz band of the M-WiMAX band as well as the 2.4 GHz WLAN band due to the wide frequency band characteristics. Signals in the 5.2 GHz and 5.8 GHz bands (which are WLAN bands), which are multiplied frequencies, can also be transmitted and received.

상기 종단 패턴(126)은 상기 커플링 패턴(124)의 말단에서 상기 커플링 패턴(124)의 하부로 상기 커플링 패턴(124)과 수직하게 형성된다. 이때, 상기 종단 패턴(126)은 상기 접지 연결 패턴(122)과 평행하게 형성되며, 상기 종단 패턴(126)의 길이가 상기 기생 패치(120)의 전체 길이를 결정하게 된다. 이와 같이, 상기 기생 패치(120)는 예를 들어, C 형의 형상으로 형성되어 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)을 감싸며 형성 될 수 있다.
The termination pattern 126 is formed perpendicularly to the coupling pattern 124 from the end of the coupling pattern 124 to the lower portion of the coupling pattern 124. In this case, the termination pattern 126 is formed to be parallel to the ground connection pattern 122, and the length of the termination pattern 126 determines the overall length of the parasitic patch 120. As such, the parasitic patch 120 may be formed, for example, in a C shape to surround the capacitive coupling feed pattern 110.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S21)를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing return loss (S11) and isolation (S21) of a multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 WLAN 대역인 2.4 GHz, M-WiMAX 대역인 2.5 ~ 2.69 GHz, 3.4 ~ 3.6 GHz, 및 WLAN 대역인 5.2 GHz 및 5.8 GHz에서 공진이 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 여러 주파수 대역에서 공진이 발생하는 것을 알 수 있는데, 이는 용량성 결합 급전 패턴(110)과 기생 패치(120) 간의 전자기적 결합으로 넓은 주파수 대역폭 특성을 가지게 된 결과이다.Referring to FIG. 2, the multi-band MIMO antenna 100 shows that resonance occurs at 2.4 GHz, which is a WLAN band, 2.5 to 2.69 GHz, 3.4 to 3.6 GHz, which is a WLAN band, and 5.2 GHz and 5.8 GHz, which are WLAN bands. Able to know. As such, the multi-band MIMO antenna 100 can be seen that the resonance occurs in the various frequency bands, which has a wide frequency bandwidth characteristics by the electromagnetic coupling between the capacitive coupling feed pattern 110 and the parasitic patch 120 Is the result.

또한, 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 상기 각 주파수 대역에서 격리도(S21)가 -10 dB 이상인 것을 알 수 있는데, 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 격리도 개선을 위한 별도의 구조 및 장치를 형성하지 않고도 각 안테나들이 정상적으로 동작할 수 있는 수준의 격리도를 보이고 있음을 알 수 있다. 특히, 3.4 ~ 3.6 GHz, 5.2 GHz 및 5.8 GHz 대역에서는 격리도가 약 -20 dB로 우수한 격리도 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.In addition, the multi-band MIMO antenna 100 can be seen that the isolation (S21) is greater than -10 dB in each frequency band, the multi-band MIMO antenna 100 forms a separate structure and device for improving the isolation It can be seen that each antenna exhibits a degree of isolation that can operate normally without doing so. In particular, the 3.4 ~ 3.6 GHz, 5.2 GHz and 5.8 GHz band shows a good isolation characteristic of about -20 dB.

즉, 상기 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 용량성 결합 급전 방식을 사용함으로써, 각 안테나들의 크기를 소형화 할 수 있고, 각 안테나들이 넓은 주파수 대역폭 특성을 갖도록 할 수 있으며, 각 안테나 간에 상호 간섭을 최소화하여 격리도 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 이 경우, 상기 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 MIMO 안테나로서의 다이버시티 성능을 만족할 수 있게 된다.That is, the multi-band MIMO antenna 100 by using a capacitively coupled feeding method can be reduced in size of each antenna, each antenna can have a wide frequency bandwidth characteristics, minimizing mutual interference between each antenna Therefore, the isolation property can be improved. In this case, the multi-band MIMO antenna 100 can satisfy the diversity performance as the MIMO antenna.

또한, 상기 다중 대역 MIMO 안테나(100)는 평면 상의 기판(102)에 형성되고, 격리도 개선을 위한 별도의 구조물을 필요로 하지 않기 때문에, 안테나의 부피를 줄일 수 있어 안테나를 소형화 할 수 있고, 안테나의 제조에 따른 비용 및 시간을 줄일 수 있게 된다.
In addition, since the multi-band MIMO antenna 100 is formed on the substrate 102 on a plane, and does not require a separate structure for improving isolation, the antenna can be reduced in volume, thereby miniaturizing the antenna, The cost and time according to the manufacture of the antenna can be reduced.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나의 등가 회로를 나타낸 도면이다.3 illustrates an equivalent circuit of a multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, C1은 상기 기생 패치(120)와 상기 용량성 결합 급전 패턴(110) 사이의 커플링으로 인한 커패시턴스를 나타내고, L1은 상기 그라운드(104)와 연결된 기생 패치(120)에 따른 인덕턴스를 나타낸다. 그리고, Z0 및 βTL은 상기 용량성 결합 급전 패턴(110)을 포함한 각 안테나(106, 108)의 임피던스 성분을 나타낸 것이다. 여기서, 상기 C1으로 인해 각 안테나(106, 108)의 공진 주파수를 낮추어 각 안테나를 소형화 할 수 있게 된다.
Referring to FIG. 3, C1 represents capacitance due to coupling between the parasitic patch 120 and the capacitive coupling feed pattern 110, and L1 represents the parasitic patch 120 connected to the ground 104. Inductance is shown. Z 0 and β TL represent impedance components of the antennas 106 and 108 including the capacitively coupled feed pattern 110. In this case, the antennas can be miniaturized by lowering the resonant frequencies of the antennas 106 and 108 due to the C1.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 MIMO 안테나의 구체적인 설계 파라미터를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing specific design parameters of a multi-band MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 4를 참조하면, 기판(102)의 폭 Wg과 길이 Lg는 각각 25 mm 및 66 mm로 하였고, 제2 급전 라인(114) 및 커플링 패턴(124) 사이의 간격인 G는 0.5 mm로 하였고, 접지 연결 패턴(122)의 길이인 L1은 10 mm, 커플링 패턴(124)의 길이인 L2는 8 mm, 종단 패턴(126)의 길이인 L3는 6 mm로 하였다. 그리고, 제1 안테나(106)와 제2 안테나(108) 사이의 간격인 D1은 9 mm, 제1 급전 라인(112) 및 접지 연결 패턴(122) 사이의 간격인 D2는 2 mm로 하였다.Referring to FIGS. 1 and 4, the width Wg and the length Lg of the substrate 102 are 25 mm and 66 mm, respectively, and the gap G between the second feed line 114 and the coupling pattern 124 is 0.5. The length L1 of the ground connection pattern 122 was 10 mm, the length L2 of the coupling pattern 124 was 8 mm, and the length L3 of the termination pattern 126 was 6 mm. In addition, the distance D1 between the first antenna 106 and the second antenna 108 is 9 mm, and the distance D2 between the first feed line 112 and the ground connection pattern 122 is 2 mm.

여기서, 상기 종단 패턴(126)의 길이인 L3, 상기 제2 급전 라인(114)과 상기 커플링 패턴(124) 사이의 간격인 G, 및 상기 제1 급전 라인(112)과 상기 접지 연결 패턴(122) 사이의 간격인 D2가 중요 설계 파라미터로서, 이를 조절하여 각 안테나의 주파수 대역폭 및 임피던스 매칭 특성을 조절할 수 있다. 이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 이에 대해 살펴보기로 한다.
Here, L3, which is the length of the termination pattern 126, G, which is an interval between the second feed line 114 and the coupling pattern 124, and the first feed line 112 and the ground connection pattern ( D2, which is an interval between 122, is an important design parameter, and can be adjusted to adjust frequency bandwidth and impedance matching characteristics of each antenna. Hereinafter, this will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 종단 패턴의 길이(L3)에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the reflection loss according to the length (L3) of the termination pattern in an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 기생 패치(120)의 전체 길이를 결정하는 종단 패턴(126)의 길이(L3)가 4 mm에서 6mm로 길어질수록 2.4 GHz 및 2.5 ~ 2.69 GHz 대역에서는 공진 주파수가 낮아지면서 주파수 대역폭이 좁아지는 것을 볼 수 있고, 3.4 ~ 3.6 GHz, 5.2 GHz 및 5.8 GHz 대역에서는 공진 주파수는 높아지면서 주파수 대역폭이 넓어지는 것을 볼 수 있다. 그리고, 상기 종단 패턴(126)의 길이(L3)가 5 mm 일 때, 임피던스 매칭 특성이 가장 좋은 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 5, as the length L3 of the termination pattern 126, which determines the overall length of the parasitic patch 120, increases from 4 mm to 6 mm, the resonance frequency decreases in the 2.4 GHz band and the 2.5 to 2.69 GHz band. It can be seen that the bandwidth narrows, and in the 3.4 to 3.6 GHz, 5.2 GHz, and 5.8 GHz bands, the resonant frequency increases and the frequency bandwidth widens. In addition, when the length L3 of the termination pattern 126 is 5 mm, it can be seen that the impedance matching characteristic is the best.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제2 급전 라인과 커플링 패턴 사이의 간격(G)에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the reflection loss according to the distance G between the second feed line and the coupling pattern in one embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제2 급전 라인(114)과 커플링 패턴(124) 사이의 간격(G)이 1.5 mm에서 0.5 mm로 줄어들수록 용량성 결합 급전 패턴(110)과 기생 패치(120) 간의 용량성 결합이 커져서 각 주파수 대역에서 공진 주파수가 낮아지고 광대역 특성을 갖으며 임피던스 매칭 특성이 좋아지는 것을 볼 수 있다.
Referring to FIG. 6, as the gap G between the second feed line 114 and the coupling pattern 124 decreases from 1.5 mm to 0.5 mm, between the capacitively coupled feed pattern 110 and the parasitic patch 120. Larger capacitive coupling results in lower resonance frequencies, wideband characteristics, and better impedance matching in each frequency band.

도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제1 급전 라인과 접지 연결 패턴 사이의 간격(D2)에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the return loss according to the distance D2 between the first feed line and the ground connection pattern in an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 제1 급전 라인(112)과 접지 연결 패턴(122) 사이의 간격(D2)을 변화시킴으로써, 공진 주파수 대역 및 임피던스 매칭 특성을 조절할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the resonance frequency band and the impedance matching characteristic may be adjusted by changing the distance D2 between the first feed line 112 and the ground connection pattern 122.

여기서, 상기 제1 급전 라인(112)과 상기 접지 연결 패턴(122) 사이의 간격(D2)을 너무 좁게 하면, 상기 제1 급전 라인(112)과 상기 접지 연결 패턴(122) 사이에 무시할 수 없는 커플링이 발생할 수 있다. 그리고, 상기 제1 급전 라인(112)과 상기 접지 연결 패턴(122) 사이의 간격(D2)을 너무 넓게 하면, 상기 종단 패턴(126)과 상기 제2 급전 라인(114) 사이에 커플링이 발생할 수 있으므로, 상기 제1 급전 라인(112)과 상기 접지 연결 패턴(122) 사이의 간격(D2)을 적절히 조절하여야 한다.
If the distance D2 between the first feed line 112 and the ground connection pattern 122 is too narrow, it cannot be ignored between the first feed line 112 and the ground connection pattern 122. Coupling may occur. When the distance D2 between the first feed line 112 and the ground connection pattern 122 is too wide, coupling occurs between the termination pattern 126 and the second feed line 114. Since the distance D2 between the first feed line 112 and the ground connection pattern 122 may be appropriately adjusted.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. I will understand.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

102 : 기판 104 : 그라운드
106 : 제1 안테나 108 : 제2 안테나
110 : 용량성 결합 급전 패턴 112 : 제1 급전 라인
114 : 제2 급전 라인 120 : 기생 패치
122 : 접지 연결 패턴 124 : 커플링 패턴
126 : 종단 패턴 130 : 급전 포인트102: substrate 104: ground
106: first antenna 108: second antenna
110: capacitively coupled feed pattern 112: first feed line
114: second feed line 120: parasitic patch
122: ground connection pattern 124: coupling pattern
126: termination pattern 130: feed point

Claims (6)

기판;
상기 기판 상의 일부 영역에 형성되는 그라운드; 및
상기 그라운드가 형성되지 않는 기판 상에 형성되는 제1 안테나; 및
상기 그라운드가 형성되지 않는 기판 상에 상기 제1 안테나와 상호 이격되게 형성되는 제2 안테나;를 포함하며,
상기 제1 안테나 및 제2 안테나 각각은,
상기 그라운드와 이격되고, 급전 포인트를 통해 전류를 공급받는 용량성 결합 급전 패턴; 및
상기 그라운드와 연결되어 상기 용량성 결합 급전 패턴을 감싸는 형상으로 이루어지고, 상기 용량성 결합 급전 패턴과의 커플링을 통해 급전받는 기생패치를 포함하는, 다중 대역 MIMO 안테나.
Board;
Ground formed in a portion of the substrate; And
A first antenna formed on a substrate on which the ground is not formed; And
And a second antenna formed on the substrate on which the ground is not formed to be spaced apart from the first antenna.
Each of the first antenna and the second antenna,
A capacitively coupled feed pattern spaced apart from the ground and receiving current through a feed point; And
And a parasitic patch connected to the ground to surround the capacitively coupled feed pattern and fed through coupling with the capacitively coupled feed pattern.
제1항에 있어서,
상기 제2 안테나는,
상기 제1 안테나와 좌우 대칭으로 형성되는, 다중 대역 MIMO 안테나.
The method of claim 1,
The second antenna,
A multi-band MIMO antenna is formed symmetrically with the first antenna.
제2항에 있어서,
상기 용량성 결합 급전 패턴은 L형의 형상으로 이루어지고, 상기 기생 패치는 상기 용량성 결합 급전 패턴을 감싸는 C형의 형상으로 이루어지는, 다중 대역 MIMO 안테나.
The method of claim 2,
The capacitively coupled feed pattern has an L-shaped shape, and the parasitic patch has a C-shaped shape surrounding the capacitively coupled feed pattern.
제3항에 있어서,
상기 용량성 결합 급전 패턴은,
상기 그라운드와 일정 간격 이격되어 형성되고, 상기 그라운드와 수직하게 형성되는 제1 급전 라인; 및
상기 제1 급전 라인의 말단에서 상기 제1 급전 라인과 수직하게 형성되는 제2 급전 라인을 포함하는, 다중 대역 MIMO 안테나.
The method of claim 3,
The capacitive coupling feed pattern is,
A first power supply line formed to be spaced apart from the ground at a predetermined interval and formed perpendicular to the ground; And
And a second feed line formed perpendicular to the first feed line at an end of the first feed line.
제4항에 있어서,
상기 기생 패치는,
상기 그라운드에서 상기 그라운드와 수직하게 연결되어 형성되고, 상기 제1 급전 라인과 일정 간격 이격하여 평행하게 형성되는 접지 연결 패턴;
상기 접지 연결 패턴의 말단에 상기 접지 연결 패턴과 수직하게 연결되어 형성되고, 상기 제2 급전 라인과 평행하게 형성되며, 상기 제2 급전 라인과 커플링을 형성하는 커플링 패턴; 및
상기 커플링 패턴의 말단에서 상기 커플링 패턴의 하부로 상기 커플링 패턴과 수직하게 형성되는 종단 패턴을 포함하는, 다중 대역 MIMO 안테나.
The method of claim 4, wherein
The parasitic patch,
A ground connection pattern connected to the ground at the ground, the ground connection pattern being formed to be parallel to the first feed line at a predetermined interval;
A coupling pattern formed at a distal end of the ground connection pattern to be perpendicular to the ground connection pattern, formed in parallel with the second feed line, and forming a coupling with the second feed line; And
And a termination pattern formed vertically with the coupling pattern from the end of the coupling pattern to the lower portion of the coupling pattern.
제5항에 있어서,
상기 다중 대역 MIMO 안테나는,
상기 그라운드 및 상기 제1 급전 라인 사이의 공간에 형성되는 급전 포인트를 더 포함하며,
상기 용량성 결합 급전 패턴은 상기 급전 포인트를 통해 전류를 공급받고, 상기 기생 패치는 상기 용량성 결합 급전 패턴과의 커플링을 통해 급전되는, 다중 대역 MIMO 안테나.


The method of claim 5,
The multi-band MIMO antenna,
A feed point formed in a space between the ground and the first feed line;
Wherein the capacitively coupled feed pattern is supplied with current through the feed point and the parasitic patch is fed through coupling with the capacitively coupled feed pattern.


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