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본 기고는 한국통신학회 웹진(2015년 겨울호)에 기고된 글입니다.
최신 안테나 기술 특허 동향
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작성자 : 특허청 이동통신심사과 변종길
jgbyeon@korea.kr 042-481-8719 |
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I. 서론
무선 통신 기술의 급격한 발전은 안테나 기술 분야에서도 빠른 변화를 가져오고 있으며, 이러한 변화는 경량, 소형, 고성능 등의 특성을 지닌 안테나를 점점 더 필요로 하고 있다. 최근 기술적으로 많은 진화와 각광을 받는 안테나 기술 분야에는 대표적으로 스마트 안테나(Smart Antenna), 능동 안테나(Active Antenna), 초광대역 안테나(UWB Antenna : Ultra Wide-Band Antenna)를 들 수 있다. 이러한 안테나 관련 기술은 그 적용범위가 기지국과 같은 고정형 시스템에 국한되지 않고 무선통신 시스템에 전반적으로 적용되면서 하루가 다르게 빠르게 변화하고 있다. 또한 사용자의 소형화, 다기능화, 경량화 등의 요구가 계속되기 때문에 기존의 외장형 안테나에서 내장형 안테나로 그 개발 방향이 주류를 이루고 있으며, 특히 안테나가 장착되는 무선통신 시스템의 형태 및 재질에 따라 성능이 변화하기 때문에 적용되는 핵심부품들과는 달리 최적의 성능을 얻기 위해서는 무선통신 시스템의 세부 형태에 따라 설계가 달라야 하는 어려움이 있어, 기존의 해외 선진 업체들에 의해 그 기술 개발이 주도되고 있는 실정이다. 따라서 국내외 무선통신 시스템의 기술 시장에서 우위를 점하기 위해서는 최근 이슈화 되고 있는 안테나의 세부 기술에 대한 현황파악이 우선적이며 반드시 필요한 과정이라고 판단되는바, 최근까지의 특허 동향의 파악을 통해 최신 안테나와 관련된 기술들의 경향을 분석하고 향후 관련기술의 발전을 모색하는 것은 매우 중요한 일이라 할 것이다. 이하에서는 최근 개발의 주류를 이루고 있는 스마트 안테나, 능동 안테나 그리고 초광대역 안테나 기술에 대해서 간단히 언급하고 주요 국가별 특허출원 동향을 살펴보기로 한다.
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II. 최신 안테나 기술
2.1 스마트 안테나(Smart Antenna)
무선통신에서 시스템은 셀 간에 발생하는 동일 채널 간섭 신호와 다중경로 페이딩, 도플러와 같은 무선 채널 특성에 의해 시스템의 성능과 용량이 제한되어 진다. 스마트 안테나는 이러한 제한과 저하에 대응하며, 시스템의 용량을 안테나를 통하여 늘릴 수 있는 기술이다. 스마트 안테나는 대표적으로 빔포밍(Beamforming) 기술을 이용하여 서비스 가입자의 신호를 선택적으로 송수신하고, 간섭신호의 영향을 최소화하여 시스템 용량 및 품질을 획기적으로 개선시키는 기술로서, 송신측에서 두개 이상의 안테나를 사용하고, 채널의 정보를 능동적으로 사용하여 안테나의 효율성을 증대 시켜 이득을 높일 수 있으며, 안테나를 조정하여 사용자에게 전파 신호를 집중해서 전송함으로써 송수신 성능을 높이는 기능을 수행 한다. |
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| 그림1 스마트 안테나 |
2.2 능동 안테나(Active Antenna)
일반적으로 능동 안테나라 함은 능동소자와 수동소자의 단순한 결합을 의미하지만, 더 나아가 최근에는 이들 소자들의 결합을 통한 집적화된 새로운 독립적인 소자로 발전되고 있다. 능동 안테나는 트랜시스터와 같은 능동 소자의 적용에 의해 그 기술에 급격한 발전이 이루어졌고, 초기에는 LNA(Low Noise Amplifier)등의 증폭기를 안테나에 직접 결합하여 안테나의 특성을 개선하는 목적으로 개발이 이루어 졌으며, 현재에는 발진기형, 증폭기형, 믹서형 등으로 다양하게 발전되고 있다. 또한 현재에는 무선통신 시스템 전반의 소형화, 고효율화, 집적화와 접목되면서 고성능, 고기능화의 방향으로 발전하고 있는 추세에 있다. |
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| 그림2 능동 안테나 |
2.3 초광대역 안테나(Ultra Wide-Band Antenna)
초광대역 안테나 기술은 지하 매설물 탐지 레이더에서 상업적인 응용의 기초가 되었으며, 현재 진행되고 있는 관련 기술개발은 기저대역에서 수 GHz 대의 매우 넓은 주파수를 사용하여 무선으로 초고속 전송 속도를 확보하는 방향으로 진행되고 있어 차세대 전송을 위한 매력적인 기술로 인식되고 있으며, 빠른 전송속도에도 불구하고, 저 가격, 저 전력을 사용하여 기존의 시스템과 병존할 수 있어 주파수 부족 현상을 해결할 매력적인 기술로 부각되고 있다. 초광대역 안테나 시스템은 주파수 대역폭이 넓으므로 신호의 원활한 송수신을 위하여 광대역 특성을 지닌 안테나를 사용하여야 한다. 특히 초광대역 안테나에 입력된 신호는 광대역 특성을 갖고 있기 때문에 안테나에서 주파수 특성에 의해서 전송속도가 지연되는 특성이 나타날 수 있다. 이에 따라서 초광대역 안테나는 이런 지연특성이 없는 안테나의 특성을 개선하는 방향으로 활발한 연구가 진행 중이다.
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| 그림3 초광대역 안테나 |
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III. 특허출원 현황
앞서 무선통신 시스템에 적용되는 최신 안테나의 기술 분야에 대해 간략히 살펴보았다. 이제부터는 이러한 안테 한다. <그림 4> 는 1990년부터 2014년까지 한국에 출원된 국가별 스마트 안테나, 능동 안테나 및 초광대역 안테나에 관한 출원 건수를 나타낸 것이다.
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| 그림4 각국별 최신 안테나의 연도별 출원 건수 |
미국은 2000년까지는 그 출원양이 적었으나, 2005년부터 동 기술 분야에 관해 활발한 특허출원을 한 것을 볼 수 있으며, 한국 역시 그 출원의 양에서는 미국과 유사한 추이를 보이고 있다. 반면 유럽과 일본에서는 2010년이 지나서야 그 출원양이 증가하고 있으나 미국과 한국보다는 저조한 출원 활동을 보이고 있다. 한편 최근 이슈화되는 안테나를 기술별로 분류하였을 때 국가별로 5년 단위 출원 추이는 (그림 5) 내지 (그림 7)과 같다. |
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| 그림5 각 국별 출원 건수 - 스마트 안테나 |
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| 그림6 각 국별 출원 건수 - 능동 안테나 |
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| 그림7 각 국별 출원 건수 - 초광대역 안테나 |
스마트 안테나와 능동 안테나의 경우 1990년대 중반까지는 각 국에서 출원양에서 큰 차이를 보이지 못하며 미미한 수준에 불과하였으나, 2000년 이후로 미국과 한국에서의 출원이 급격히 증가하고 있으며, 이러한 이유는 한국과 미국에서 새로운 통신방식이 도입됨에 따라서 관련된 연구개발이 활발하게 이루어진 결과라고 할 수 있으며, 유럽과 일본 역시 그 출원양에서는 적지만 꾸준한 증가세를 볼 수 있다. 초광대역 안테나 기술의 경우 2000년대 중반까지만 해도 무선통신 시스템이 다루는 데이터 용량이 적었기에 협대역 안테나로도 충분히 시스템 성능을 만족시킬 수 있어, 그와 관련된 활발한 연구개발이 이루어지지 않아 그 출원양이 미미하였으나, 2000년 중반이후 급격한 무선 데이터 용량의 증가와 소형화의 요구에 따라 점차 다양한 안테나의 형태와 더불어 광대역 특성을 얻기 위한 기술개발이 활발히 이루어지면서 관련기술 특허출원이 한국을 중심으로 증가하고 있음을 알 수 있다. 또한 궁극적으로 수십 GHz 이상의 대역폭과 소형화를 동시에 만족시키기 위한 다양한 연구개발이 진행될 것임으로, 그에 따른 관련 특허출원은 계속 증가할 것으로 전망된다. |
IV. 결론
앞서 살펴본 바와 같이, 최근에 이슈화 되고 있는 안테나의 기술개발에 대한 관심이 높아짐에 따라서, 관련 안테나 기술에에 대한 특허출원 활동을 분석하고 그 권리범위를 파악한 후 이를 회피하기 위한 연구개발이 절실히 요구된다. 또한 아직 선점되어 있지 않은 안테나 기술 분야를 발굴하여 이를 권리화 하는 것이 매우 중요하다. 비록 우리나라가 무선통신 시스템의 안테나 분야에 비교적 많은 출원양을 보이고 있어 많은 기술 노하우가 축적된 것으로 고려될 수 있으나, 그 내용면에서 미국이나 일본에 비해서 아직 많이 뒤쳐져있는 것도 사실이다. 따라서 동 기술 분야에 대해 기술 시장을 선점하기 위해서는 기술개발 이전에 선진외국 기업의 연구 집중 분야를 파악할 필요가 있을 뿐만 아니라 우리나라가 집중하고 있는 기술 분야에 대해 시장을 독점할 수 있는 특허출원 활동과 그와 더불어 원천 특허에 대한 연구를 활발히 할 필요가 있다. |
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