JP2011519542A - 遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナを開示する。
【解決手段】開示されたアンテナは、給電ラインから延びる第１導電部材及び上記第１導電部材から所定距離離隔され、上記接地と電気的に連結される第２導電部材を含むインピーダンスマッチング／給電部、及び上記インピーダンスマッチング／給電部から延びる少なくとも１つの放射体を含み、上記インピーダンスマッチング／給電部の第１導電部材及び第２導電部材は遅延波構造を形成する。
開示されたアンテナによると、遅延波構造をカップリングマッチングに適用することによって、低いプロファイルを有しながら逆−Ｆアンテナが有する狭い帯域特性に対する問題を解決できる長所がある。
【選択図】図３

Description

本発明はアンテナに関するものであり、より詳細には、広帯域に対するインピーダンスマッチングを支援する内蔵型アンテナに関するものである。

最近移動通信端末は、小型化及び軽量化されながらも、互いに異なった周波数帯域の移動通信サービスを１つの端末を用いて提供を受けることができる機能が要求されている。

例えば、韓国で商用化された８２４〜８９４ＭＨｚ帯域のＣＤＭＡサービス、１７５０〜１８７０ＭＨｚ帯域のＰＣＳサービス、日本で商用化された８３２〜９２５ＭＨｚ帯域のＣＤＭＡサービス、米国で商用化された１８５０〜１９９０ＭＨｚ帯域のＰＣＳサービス、ヨーロッパ、中国などで商用化された８８０〜９６０ＭＨｚ帯域のＧＳＭサービス及びヨーロッパの一部地域で商用化された１７１０〜１８８０ＭＨｚ帯域のＤＣＳサービスなどの多様な周波数帯域を用いた移動通信サービスのうち、必要に応じて多重帯域の信号を同時に用いることができる端末が要求されており、このような多重帯域の収容のために広帯域特性を有するアンテナが要求されている。

この他にもブルートゥース、ジグビー（ＺｉｇＢｅｅ）、無線ラン、ＧＰＳなどのようなサービスを利用することができる複合端末が要求されている実情である。

このような多重帯域のサービスを利用するためには、端末に広帯域特性を有するアンテナが用いられなければならない。一般的に用いられる移動通信端末のアンテナとしては、ヘリカルアンテナ（ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ）と平面逆−Ｆアンテナ（Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ： ＰＩＦＡ）が主に用いられる。

ここで、ヘリカルアンテナは、端末上端に固定された外装型アンテナであって、モノポールアンテナと共に用いられる。ヘリカルアンテナとモノポールアンテナが併用される形態は、アンテナを端末本体から引出（ｅｘｔｅｎｄｅｄ）するとモノポールアンテナとして動作し、挿入（Ｒｅｔｒａｃｔｅｄ）するとλ／４ヘリカルアンテナとして動作する。

このようなアンテナは、高いゲインが得られる長所があるが、無指向性により電磁波人体有害基準であるＳＡＲ特性が良くない。また、ヘリカルアンテナは、端末の外部に突出された形状に構成されるため、端末の美的外観及び携帯機能に適した外観設計が難しく、これに対する内蔵型の構造はまだ研究されたことがない。

そして、逆−Ｆアンテナは、このような短所を克服するために、低いプロファイル構造を有するように設計されたアンテナである。

逆−Ｆアンテナは、上記放射部に誘起された電流によって発生する全体ビームのうち、接地面側へ向かうビームが再誘起されて人体に向かうビームを減衰させ、ＳＡＲ特性を改善すると同時に放射部方向に誘起されるビームを強化させる指向性を有し、長方形である平板型放射部の長さが半分に減少された長方形のマイクロストリップアンテナとして作動するようになって低いプロファイル構造を実現できる。

このような逆−Ｆアンテナは、人体方向にビームの強度を減衰させ、人体外側方向にビームの強度を強くする指向性を有する放射特性を有するため、ヘリカルアンテナと比較した時、電磁波吸収率が優れた特性が得られる。しかし、逆Ｆアンテナは多重帯域で動作するように設計した場合、周波数帯域幅が狭い問題点がある。

逆−Ｆアンテナが多重帯域で動作するように設計した時に周波数帯域幅が狭くなることは、放射体とのマッチングの時に特定点でマッチングが行われるポイントマッチングに起因する。
広帯域でのより安定した動作のために、低いプロファイル構造を有しながら逆Ｆアンテナの短所である狭帯域特性を克服できるアンテナが要求されている。

本発明においては、上記のような従来技術の問題点を解決するために、広帯域に対するインピーダンスマッチングを支援することができる内蔵型アンテナを提案する。

本発明の他の目的は、低いプロファイルを有しながら逆−Ｆアンテナが有する狭い帯域特性に対する問題を解決できる広帯域内蔵型アンテナを提案することである。

本発明の他の目的は、以下の実施例を通じて当業者により導き出されるものである。

上記のような目的を達成するために、本発明の一側面によると、給電ラインから延びる第１導電部材及び上記第１導電部材から所定距離離隔され、上記接地と電気的に連結される第２導電部材を含むインピーダンスマッチング／給電部、及び上記インピーダンスマッチング／給電部から延びる少なくとも１つの放射体を含み、上記インピーダンスマッチング／給電部の第１導電部材及び第２導電部材は遅延波構造を形成する遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナが提供される。

上記遅延波構造を形成するインピーダンスマッチング／給電部の上記第１導電部材から多数の第１カップリングエレメントが突出し、上記第２導電部材から多数の第２カップリングエレメントが突出し、上記第１カップリングエレメント及び上記第２カップリングエレメントは周期的に突出して遅延波構造を形成する。

上記第１カップリングエレメント及び上記第２カップリングエレメントは、長方形のスタブ形態を有する。

上記遅延波構造を形成する第１カップリングエレメント及び第２カップリングエレメントは、高いキャパシタンス／低いインダクタンス構造及び低いキャパシタンス／高いインダクタンス構造が繰り返されるように形成される。

上記インピーダンスマッチング部には、高誘電率の誘電体が結合される。

上記第１導電部材及び上記第２導電部材の幅によって、カップリングマッチングと関連したインダクタンス値が調節される。

本発明の他の側面によると、給電部と電気的に結合される第１導電部材、接地と電気的に結合され、上記第１導電部材と所定間隔離隔される第２導電部材、及び上記第２導電部材から延びてカップリング給電を通じてＲＦ信号を放射する少なくとも１つの放射体を含み、上記第１導電部材及び上記第２導電部材には進行波が発生し、上記進行波の進行を遅延させるための周期的な遅延波構造が形成される広帯域内蔵型アンテナが提供される。

上記遅延波構造は、上記第１導電部材及び上記第２導電部材から周期的に突出する長方形形態のスタブを含む。

上記多数のスタブは、上記第１導電部材及び上記第２導電部材の間に高いキャパシタンス／低いインダクタンス構造及び低いキャパシタンス／高いインダクタンス構造が繰り返されるように形成される。

本発明によると、遅延波構造をカップリングマッチングに適用することによって、低いプロファイルを有しながら、逆−Ｆアンテナが有する狭い帯域特性に関する問題を解決できる広帯域内蔵型アンテナを提供できる。

カップリングによるマッチング構造を用いるアンテナの構造を示した図面である。 図１に示されたアンテナの反射損失を示した図面である。 本発明の一実施例による遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナを示した図面である。 本発明の一実施例によるインピーダンスマッチング部の拡大図を示した図面である。 図４に示された本発明の広帯域アンテナに対する反射損失を示したグラフである。 一般的な逆−Ｆアンテナの反射損失を示したグラフである。 本発明の他の実施例による遅延波構造を用いた広帯域アンテナの構造を示した図面である。 本発明の他の実施例による遅延波構造を用いた広帯域アンテナを示した図面である。 図８に示されたアンテナに対する反射損失を示したグラフである。 本発明の他の実施例による遅延波構造を用いた広帯域アンテナを示した図面である。

以下において、添付した図面を参照しながら本発明による遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナの好ましい実施例を詳細に説明する。

本発明は、低いプロファイル構造を有しながら、逆−Ｆアンテナとは異なって広帯域に対するインピーダンスマッチングが可能なアンテナを提案する。本発明の実施例によると、カップリングを用いたマッチングに基づいて広帯域に対するインピーダンスマッチング構造を提案する。

本発明に対する広帯域インピーダンスマッチング構造を説明する前に、本発明が基盤とするカップリングによるインピーダンスマッチング構造をまず詳察する。

図１は、カップリングによるマッチング構造を用いるアンテナの構造を示した図面である。

図１を参照すると、カップリングによるマッチングを用いたアンテナは、基板（１００）、給電ライン（１０２）、短絡ライン（１０４）、放射体（１０６）及びインピーダンスマッチング部（１０８）を含む。

基板（１００）には給電ライン（１０２）及び短絡ライン（１０４）が結合され、誘電体材質からなる。多様な誘電体材質が基板（１００）に適用されることができ、一例としてＰＣＢ基板またはＦＲ４基板などが基板として用いることができる。

給電ライン（１０２）は、端末の基板に形成されたＲＦ信号伝送ラインと電気的に結合され、ＲＦ信号を給電する。

短絡ライン（１０４）は、端末回路基板のグラウンドと電気的に連結される。

放射体（１０６）は、予め設定された周波数帯域のＲＦ信号を外部に放射し、外部から予め設定された周波数帯域のＲＦ信号を受信する機能を有する。放射帯域は、放射体（１０６）の長さに応じて設定される。放射体は短絡ライン（１０４）と電気的に連結し、カップリングにより給電を受ける。

カップリングに寄与するインピーダンスマッチング部（１０８）は、給電ライン（１０２）から延びる第１導電部材（１１０）及び短絡ライン（１０４）から延びる第２導電部材（１１２）を含む。

給電ライン（１０２）から延びる第１導電部材（１１０）及び短絡ライン（１０４）から延びる第２導電部材（１１２）は、所定間隔をおいて平行に配置される。

第１導電部材（１１０）及び第２導電部材（１１２）の間には、相互作用によるカップリング現象が発生し、このようなカップリング現象によってインピーダンスマッチングが行われる。

このようなカップリングに寄与するインピーダンスマッチングは、キャパシタンス及びインダクタンス成分に基づいてカップリングマッチングが行われ、キャパシタンスがさらに主要な成分として作用し、特に広帯域に対するインピーダンスマッチングが行われるためには大きいキャパシタンス値を必要とし、カップリング区間が大きくなる必要がある。

図１のように第１導電部材（１１０）及び第２導電部材（１１２）が形成される場合、十分なカップリングが提供されないため、適切な放射及び広帯域マッチングが行われない。

図２は、図１に示したアンテナの反射損失を示した図面である。

図２を参照すると、Ｓ１，１パラメータにおいて適切なマッチングが行われていないことを確認することができ、これは大きいキャパシタンス成分によるカップリングが行われていないためである。

本発明者により提案された韓国特許出願第２００８−２２６６号には、第１導電部材及び第２導電部材から突出するカップリングエレメントを備え、カップリングエレメントが全体的な櫛歯（Ｃｏｍｂ）形態をなす構造によって広帯域インピーダンスマッチングを具現するアンテナが提案された。

本出願は、カップリングエレメントにより第１導電部材及び第２導電部材の間の距離を実質的に近くし、インピーダンスマッチング部の実質的な電気的長さを増加させてカップリングに作用するキャパシタンス成分を大きくし、多様なキャパシタンス成分によるカップリングが作用するようにして広帯域に対するインピーダンスマッチングを具現する。

本発明の実施例による広帯域アンテナは、第１導電部材及び第２導電部材の間に遅延波構造を形成して、広帯域に対するインピーダンスマッチングが行われるようにする。

本発明において第１導電部材及び第２導電部材の間に形成される遅延波構造は、図１のようなカップリングマッチング構造に比べて効率的な放射が行われるようにすることが可能であり、また広帯域に対するインピーダンスマッチングを可能にする。

図３は、本発明の一実施例による遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナを示した図面である。

図３を参照すると、本発明の一実施例による遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナは、基板（３００）、給電ライン（３０２）、短絡ライン（３０４）、放射体（３０６）及びインピーダンスマッチング／給電部（３０８）を含む。

基板（３００）は誘電体材質からなり、給電ライン（３０２）及び短絡ライン（３０４）が結合される。多様な誘電体材質が基板（３００）に適用されることができ、一例としてＰＣＢ基板またはＦＲ４基板などが基板として用いることができる。

給電ライン（３０２）は、金属材質からなり、端末の基板に形成されたＲＦ信号伝送ラインと電気的に結合し、ＲＦ信号を給電する。例えば、ＲＦ信号伝送ラインが同軸ケーブルである場合、給電ライン（３０２）は同軸ケーブルの内部導体と電気的に結合することができる。

短絡ライン（３０４）は、金属材質からなり、グラウンドと電気的に結合する。

放射体（３０６）は、予め設定された周波数帯域のＲＦ信号を外部に放射し、外部から予め設定された周波数帯域のＲＦ信号を受信する機能を有する。放射帯域は、放射体（３０６）の長さに応じて設定される。

図３には直線形態の放射体が示されているが、放射体の形態は逆Ｌ形態、ミアンダ形態及び四角パッチ形態など公知となった多様な形態の放射体が用いられことができる。

図３を参照すると、放射体（３０６）はインピーダンスマッチング／給電部（３０８）の第２導電部材（３１２）から延びて、カップリングにより給電を受ける。

図３において、インピーダンスマッチング部（３０８）及び放射体（３０６）は、アンテナキャリアに付着して形成することができる。

インピーダンスマッチング部（３０８）は、給電ライン（３０２）から延びる第１導電部材（３１０）、短絡ライン（３０４）から延びる第２導電部材（３１２）及び第１導電部材（３１０）から突出する多数の第１カップリングエレメント（３２０）及び第２導電部材（３１２）から突出する多数の第２カップリングエレメント（３２２）を含む。

図３には、第１カップリングエレメント（３２０）及び第２カップリングエレメント（３２２）が長方形のスタブ形態である場合が示されているが、第１カップリングエレメント（３２０）及び第２カップリングエレメント（３２２）の形態がこれに限定されるものではなく、多様な形態を有することが可能である。

本発明の好ましい実施例によると、第１カップリングエレメント（３２０）及び第２カップリングエレメント（３２２）は全体的に遅延波（Ｓｌｏｗ Ｗａｖｅ）構造になるように形成される。
図４は、本発明の一実施例によるインピーダンスマッチング部の拡大図を示した図面である。

遅延波構造は、周期的パターンを形成することによって具現することができ、図４には、周期的にカップリングエレメントが突出する場合が示されている。

本発明の好ましい実施例によると、インピーダンスマッチング部の遅延波構造は、高いキャパシタンス／低いインダクタンス構造及び低いキャパシタンス／高いインダクタンス構造が周期的に繰り返されるようにする。

図４を参照すると、第１カップリングエレメント（３２０）及び第２カップリングエレメント（３２２）は互いに向かい合うように形成される。第１カップリングエレメント（３２０）及び第２カップリングエレメント（３２２）が突出した部分では距離が近くなるため、高いキャパシタンス及び低いインダクタンス成分によるカップリングが行われる。

第１カップリングエレメント（３２０）及び第２カップリングエレメント（３２２）が形成されていない部分では、低いキャパシタンス及び高いインダクタンス成分によるカップリングが行われる。

このように高いキャパシタンス及び低いキャパシタンスが交互に繰り返されるようにした理由は、遅延波構造において信号の遅延を極大化するためである。

給電ラインと連結した第１導電部材及び、短絡ラインと連結した第２導電部材が所定距離離隔されて配置されることによって、第１導電部材と第２導電部材には進行波（Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ Ｗａｖｅ）が発生し、遅延波構造によって進行波の進行が遅れる。

図４に示された遅延波構造は、第１カップリングエレメント（３２０）及び第２カップリングエレメント（３２２）を近接させて、高いキャパシタンスを確保することができるため、カップリングを増加させることによって適切な放射が行われるようになる。

また、図４に示した遅延波構造は、インピーダンスマッチング部において進行波の速度を遅延させることによって、インピーダンスマッチング部の電気的長さを実質的に増加させ、より十分なカップリングが行われるようにし、インピーダンスマッチング部がより小さいサイズに設計することができるようになる。

また、遅延波構造にインピーダンスマッチング部の構造を設計する場合、進行波の周波数別に信号の遅延が多様に行われ（周波数によって信号遅延の程度が異なるようになる）、このような現象は多様な周波数に対する共振点形成を可能にし、結局広帯域に対するインピーダンスマッチングを可能にする。

図５は、図４に示した本発明の広帯域アンテナに対する反射損失を示したグラフであり、図６は、一般的な逆−Ｆアンテナの反射損失を示したグラフである。

図５及び図６を参照すると、−１０ｄＢをしきい値として設定する時、逆−Ｆアンテナに比べてより広帯域に亘りインピーダンスマッチングが行われることを確認することができる。

図７は、本発明の他の実施例による遅延波構造を用いた広帯域アンテナの構造を示した図面である。

図７を参照すると、インピーダンスマッチング部には高誘電率を有する誘電体（７００）が結合される。

誘電体（７００）は、インピーダンスマッチング部でのカップリングマッチングの時に高い誘電率によるより高いキャパシタンスによるカップリングを可能にし、高い誘電率によって進行波の速度を遅らすことができる。

また、高誘電率の誘電体をインピーダンスマッチング部に結合する場合、高いキャパシタンスによって反射損失の値を更に大きくすることができる長所があり、大きい反射損失が要求される環境においては、図７のように高誘電率の誘電体が結合されたアンテナを用いることができる。

図８は、本発明の他の実施例による遅延波構造を用いた広帯域アンテナを示した図面である。

図８を参照すると、図３に示されたアンテナに比べて、インピーダンスマッチング部における第１導電部材及び第２導電部材の幅が薄いことを確認することができる。

インピーダンスマッチング部の第１導電部材及び第２導電部材の幅は、インダクタンス値と関連していて、第１導電部材及び第２導電部材の幅を調節することによりカップリングと関連したインダクタンス値のチューニングが可能である。

図９は、図８に示したアンテナに対する反射損失を示したグラフである。

図９に示したように、第１導電部材及び第２導電部材の幅を薄くする場合、高いインダクタンス成分によって広帯域特性がより改善されることを確認できる。

図１０は、本発明の他の実施例による遅延波構造を用いた広帯域アンテナを示した図面である。

図１０を参照すると、図３に示したアンテナに比べて二つの放射体が用いられ、第２放射体（１０００）は第２導電部材の他の端部から延びることを確認することができる。

Claims (11)

1. 給電ラインから延びる第１導電部材及び上記第１導電部材から所定距離離隔され、上記接地と電気的に連結される第２導電部材を含むインピーダンスマッチング／給電部、及び
   上記インピーダンスマッチング／給電部から延びる少なくとも１つの放射体を含み、
   上記インピーダンスマッチング／給電部の第１導電部材及び第２導電部材は、遅延波構造を形成することを特徴とする遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ。
2. 上記遅延波構造を形成するインピーダンスマッチング／給電部の上記第１導電部材から多数の第１カップリングエレメントが突出し、上記第２導電部材から多数の第２カップリングエレメントが突出し、上記第１カップリングエレメント及び上記第２カップリングエレメントは周期的に突出して遅延波構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ。
3. 上記第１カップリングエレメント及び上記第２カップリングエレメントは、長方形のスタブ形態であることを特徴とする請求項２に記載の遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ。
4. 上記遅延波構造を形成する第１カップリングエレメント及び第２カップリングエレメントは、高いキャパシタンス／低いインダクタンス構造及び低いキャパシタンス／高いインダクタンス構造が繰り返されるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ。
5. 上記インピーダンスマッチング部には高誘電率の誘電体が結合されることを特徴とする請求項２に記載の遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ。
6. 上記第１導電部材及び上記第２導電部材の幅によって、カップリングマッチングと関連したインダクタンス値が調節されることを特徴とする請求項１に記載の遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ。
7. 給電部と電気的に結合される第１導電部材、
   接地と電気的に結合され、上記第１導電部材と所定間隔離隔される第２導電部材、及び
   上記第２導電部材から延びてカップリング給電を通じてＲＦ信号を放射する少なくとも１つの放射体を含み、
   上記第１導電部材及び上記第２導電部材には、進行波が発生して上記進行波の進行を遅延させるための周期的な遅延波構造が形成されることを特徴とする広帯域内蔵型アンテナ。
8. 上記遅延波構造は、上記第１導電部材及び上記第２導電部材から周期的に突出する長方形形態のスタブを含むことを特徴とする請求項７に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
9. 上記多数のスタブは、上記第１導電部材及び上記第２導電部材の間に高いキャパシタンス／低いインダクタンス構造及び低いキャパシタンス／高いインダクタンス構造が繰り返されるように形成されることを特徴とする請求項８に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
10. 上記第１導電部材及び上記第２導電部材に結合される高誘電率の誘電体をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
11. 上記第１導電部材及び上記第２導電部材の幅を調節することによって、カップリングマッチングと関連したインダクタンス値が調節されることを特徴とする請求項７に記載の遅延波構造を用いた広帯域内蔵型アンテナ。

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