KR100333242B1 - 표면실장형안테나및이안테나를사용하는통신기기 - Google Patents

표면실장형안테나및이안테나를사용하는통신기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이득을 약화시키지 않고 안테나의 형상을 크게 할 필요가 없으면서, 주파수 대역폭을 더 넓게 할 수 있으며, 2-주파수 신호(dual-frequency signal)를 얻을 수 있는 표면실장형 안테나(surface mounting antenna)에 관한 것이다. 또한, 이러한 형태의 안테나를 사용하는 통신기기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표면실장형 안테나에서, 유전체 또는 자성체로 된 기판의 표면에는 공진 주파수를 달리하는 2개의 방사전극(radiation electrode)과 급전전극(feeding electrode)이 배치되고, 기판의 이면에는 주로 접지전극(ground electrode)이 배치된다. 방사전극들의 한쪽 말단들은 개방단(open end)을 구성하며, 다른 말단들은 접지전극에 접속된다. 방사전극들의 개방단들과 급전전극은, 급전전극과 개방단들 사이에 형성된 갭(gap)에서 발생되는 커패시턴스를 통해 서로 전자기적으로 결합된다.

Description

표면실장형 안테나 및 이 안테나를 사용하는 통신기기 {Surface mounting antenna and communication apparatus using the same antenna}
본 발명은 휴대전화(mobile cellular telephones) 등의 이동체 통신기기, 무선 LAN(Local Area Network)에 사용되는 표면실장형 안테나 및 이를 사용하는 통신기기에 관한 것이다.
공지된 표면실장형 안테나에서는, 광대역을 얻기 위하여 방사저항(radiation resistance)을 감소시키거나 방사전극들을 크게 만들었다. 또한, 종래의 표면실장형 안테나에서는, 2-주파수 신호를 얻는 데에는 2개의 안테나가 요구되었다.
그러나, 종래의 표면실장형 안테나는 광대역을 충족시키기 위하여 스트립 라인을 구성하는 방사전극 폭을 넓게 하여야 하며, 이 때문에 안테나의 소형화에는 한계가 있다. 또한, 종래의 표면실장형 안테나에서는 2-주파수를 얻기 위해서 2개의 안테나를 사용하는 것은 고유용적을 필요로 하기 때문에 형상이 커지게 되며, 이를 구비하는 통신기기의 크기를 증가시키게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1의 구현예에 따른 표면실장형 안테나의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 표면실장형 안테나의 전기 등가회로도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 표면실장형 안테나의 주파수 특성도이다.
도 4는 본 발명의 제 2의 구현예에 따른 표면실장형 안테나의 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 표면실장형 안테나의 주파수 특성도이다.
도 6은 본 발명의 제 3의 구현예에 따른 표면실장형 안테나의 사시도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 표면실장형 안테나의 주파수 특성도이다.
도 8은 본 발명의 제 4의 구현예에 따른 표면실장형 안테나의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 5의 구현예에 따른 표면실장형 안테나의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 표면실장형 안테나를 구비한 통신기기의 사시도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명에 따른 표면실장형 안테나에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 51 ... 기판
2, 3, 21, 31, 41, 52, 53 ... 방사전극
2a, 3a, 52a, 53a ... 개방단
4, 54 ... 급전전극
g1, g2, g3 ... 갭(gap)
Cg1, Cg2 ... 결합 커패시턴스
10, 20, 30, 40, 50 ... 표면실장형 안테나
61 ... 통신기기
62 ... 회로기판
따라서, 본 발명의 목적은 전체 안테나의 형상을 크게 할 필요가 없으면서, 더 넓은 주파수 대역폭과 복수 주파수를 갖는 신호를 얻을 수 있는 표면실장형 안테나를 제공하는 것이며, 또 이 안테나를 사용하는 통신기기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 유전체 및 자성체 중에서 적어도 1종으로 형성되는 기판; 전기한 기판의 제 1의 주면에 배치되며, 서로 다른 주파수를 생성하는 적어도 2개의 방사전극들; 전기한 기판의 제 2의 주면에 배치되는 접지전극; 및 전기한 기판에 배치되는 급전전극을 포함하며, 전기한 방사전극들 각각은 그의 제 1의 말단에서 개방되어 있고, 제 2의 말단에서 전기한 접지전극에 접속되며, 전기한 급전전극과 전기한 방사전극의 개방단들이 커패시턴스(capacitance)를 통해 서로 전자기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 표면실장형 안테나가 제공된다.
상기한 형태의 안테나에서, 상기한 급전전극은 기판의 상기한 제 1의 주면에 배치될 수도 있다.
또한 상기한 형태의 안테나에서, 두 방사전극들 사이의 간격이 이들 전극 폭의 3배 이상이 될 수 있다. 또한, 대향하는 전류(opposite-directional currents)가 상기한 방사전극들에 흐르도록 여기될 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 상기한 형태의 표면실장형 안테나를 구비한통신기기가 제공된다.
본 발명에서는, 서로 다른 공진 주파수를 생성하는 적어도 2개의 방사전극들이 단일 기판에 배치된다. 이런 단일 기판을 사용함으로써, 안테나 공유기기(antenna sharing apparatus)처럼, 안테나를 통해 복수 주파수를 갖는 신호들이 송신 및 수신될 수 있도록 구성할 수 있다. 또한 복수의 주파수들이 서로 인접하게될 수 있으며, 따라서 스태거 동조회로(stagger tuning circuit)와 같은 광대역 안테나를 제공할 수 있다.
게다가, 복수개의 방사전극들 사이의 간격이 전극 폭의 3배 이상이 되도록 설정되며, 이에 의해 방사전극들 사이의 결합을 억제할 수 있으며, 따라서 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 대향하는 전류가 복수개의 방사전극들에 흐르도록 여기되며, 이에 의해 방사전극들 사이의 전자기적 결합을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 형태의 안테나를 구비하는 통신기기는 안테나에 의해 달성될 수 있는 특징과 장점을 그대로 제공할 수 있다. 따라서 이러한 통신기기는 대역폭 및 이득을 크게 할 수 있으며, 소형화될 수 있다.
<구현예>
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 보다 상세하게 설명한다. 도 1에 나타낸 본 발명의 제 1의 구현예를 보여주는 사시도를 참조하면, 표면실장형 안테나 10은 세라믹 또는 수지 등의 유전체, 또는 페라이트(ferrite) 등의 자성체로 형성된 직사각형의 기판 1을 포함한다. 기판 1의 표면의 실질적인 외주부에는, 소정의 주파수의 대략 λ/4의 길이를 지닌 방사전극 2와 3이 일정한 간격으로 서로평행하게 배치된다. 두 방사전극 2와 3은 굽은 형상(bent shape)을 하고 있으며, 기판 1의 제 1의 단부에 개방단 2a와 3a를 갖는다. 전극 2와 3은, 그들의 다른쪽 말단에서, 제 1의 단부와 대향하는 단부와 그의 인접한 측면을 경유하여 기판 1의 이면에 형성된, 도 1에서 해칭부로 나타낸 접지전극에 접속된다.
방사전극 2와 3의 개방단 2a와 3a 사이에는 급전전극 4가 각각 갭 g1과 g2를 두고 형성된다. 이 전극 4는 기판 1의 제 1의 단부와 그의 인접한 측면을 경유하여 기판 1의 이면으로 도출되며, 기판 1을 구성하는 재료에 의해 접지전극으로부터 전기적으로 절연된다.
방사전극 2와 3의 공진 주파수는 그들의 길이와 폭을 조정함으로써 설정되며, 전극 2와 3은 갭 g1과 g2 사이에서 형성되는 커패시턴스를 통해 급전전극 4에 의해 여기될 수 있다. 이런 경우, 전극 2와 3에 전류가 동일한 방향으로 흐른다.
본 구현예의 전기 등가회로도(electrical equivalent circuit)는 도 2에 나타낸 바와 같이 표현될 수 있다. 이 도면에서, Cg1과 Cg2는 갭 g1과 g2에서 형성되는 커패시턴스를 표시한 것이고, L2와 L3은 방사전극 2와 3의 방사 인덕턴스(radiation inductance)를 표시한 것이며, R2와 R3은 방사전극 2와 3의 방사 저항(radiation resistance)을 표시한 것이다. 이 방법에서는, 방사전극 2와 3의 길이와 폭은, 방사 안테나 정수(radiation antenna constant)를 다르게 하고, 또한 f2와 f3 등의 서로 다른 주파수를 생성하도록 변화될 수 있다. 본 구현예의 주파수 특성은 도 3에 나타내었다.
본 구현예에 따르면, 단지 단일 표면실장형 안테나를 사용함으로써, 도 3에나타낸 바와 같이, 두개의 주파수 f2와 f3이 얻어질 수 있으며, 따라서 이런 형태의 안테나는 서로 다른 송신 및 수신 통과대역(passband)을 지닌 통신기기 시스템에 적용할 수 있다. 도 3에서의 이들 주파수 f2와 f3이 서로 인접되는 경우, 광대역의 통과특성을 충족시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제 2의 구현예에 대하여 설명한다. 본 구현예의 표면실장형 안테나 20은 도 1에 나타낸 전술한 구현예의 안테나 10과는, 굽은 형상의 전극 2 대신에 직선 형상의 전극 21이 사용된다는 점에서 다르며, 이에 의해 전극 길이를 짧게 할 수 있으며, 따라서 공진 주파수 f21을 증가시킬 수 있다. 안테나 20의 다른 구성요소들은 제 1의 구현예의 구성요소들과 유사하며, 따라서 이들에 대한 설명은 동일한 요소에 대하여 동일한 참조번호로 표시함으로써 생략한다. 제 2의 구현예의 주파수 특성은 도 5에 나타내었으며, f3과 f21는 각각 방사전극 3와 21의 공진 주파수를 표시한 것이다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제 3의 구현예에 대하여 설명한다. 표면실장형 안테나 30에서는, 도 1에 나타낸 굽은 형상의 방사전극 2와 3 사이에 직선 형상의 방사전극 31이 배치되며, 이렇게 하여 3개의 공진 주파수 f2, f3 및 f31이 얻어진다. 방사전극들은 급전전극 4에 의해 여기된다. 방사전극 31은 전극 31의 개방단 31a와 급전전극 4 사이에 형성되는 갭 g3에서 발생되는 커패시턴스를 통해 급전전극 4에 의해 여기된다. 본 구현예의 다른 구성요소들은 제 1의 구현예의 구성요소들과 유사하며, 따라서 이들에 대한 설명은 동일한 요소에 대하여 동일한 참조번호로 표시함으로써 생략한다. 제 3의 구현예의 주파수 특성은 도 7에 나타내었으며, f2, f3 및 f31는 각각 방사전극 2, 3 및 31의 공진 주파수를 표시한 것이다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제 4의 구현예에 대하여 설명한다. 본 구현예의 표면실장형 안테나 40은 도 4에 나타낸 안테나 20과는, 굽은 형상의 전극 3 대신에 직선 형상의 전극 41이 사용된다는 점에서 다르며, 이에 의해 전극 길이를 짧게 할 수 있으며, 따라서 공진 주파수를 증가시킬 수 있다. 특히, 본 구현예에서는, 방사전극 21과 41 사이의 간격 d는 방사전극 21(41)의 전극 폭 w의 3배 이상으로 설정되며, 이에 의해 반사된 파들에 의한 손실을 감소시킬 수 있다. 본 구현예의 다른 구성요소들은 도 4에 나타낸 제 2의 구현예의 구성요소들과 유사하며, 따라서 이들에 대한 설명은 동일한 요소에 대하여 동일한 참조번호로 표시함으로써 생략한다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 제 5의 구현예에 대하여 설명한다. 표면실장형 안테나 50은 세라믹 또는 수지 등의 유전체, 또는 페라이트 등의 자성체로 형성된 직사각형의 기판 51을 포함한다. 기판 51의 표면에는, 굽은 형상의 λ/4 방사전극 52와 직선 형상의 λ/4 방사전극 53과, 갭 g1의 양단에서 서로 대향하는 상기 전극들의 개방단 52a와 53a가 형성된다. 방사전극 52와 53은 그들의 다른 쪽 말단에서 대응되는 측면을 경유하여 기판 51의 이면 위에 배치된, 도 9에서 해칭부로 나타낸 접지전극에 접속된다.
급전전극 54는 각각 갭 g2와 g3을 통하여 방사전극 52와 53의 개방단 52a와 53a에 근접하게 형성된다. 이 급전 전극 54는 기판 51의 한쪽 면과 그의 인접한 측면을 경유하여 기판 51의 이면으로 연장되며, 이면 상에서는, 기판 51을 구성하는재료에 의해 접지전극으로부터 전기적으로 절연된다.
방사전극 52와 53의 공진 주파수는 방사전극 52와 53의 길이와 폭을 조정함으로써 설정되며, 전극 52와 53은 갭 g2와 g3에서 형성되는 커패시턴스를 통해 급전전극 54에 의해 여기될 수 있다.
본 구현예에서, 급전전극 54와, 방사전극 52, 53의 개방단 52a, 53a은 기판 51의 중앙부에 형성되며, 따라서 대향하는 전류가 방사전극 52, 53에 흐를 수 있으며, 이에 의해 전극 52와 53 사이의 전자기적 결합은 억제된다.
이하, 도 10을 참조하여 상술한 표면실장형 안테나 10 내지 50 중에서 어느 하나의 안테나를 구비한 통신기기에 대하여 설명한다. 표면실장형 안테나 10 내지 50 중에서 어느 하나의 안테나를, 통신기기 61의 회로기판(또는 그의 서브 보드(sub board)) 62에 안테나의 급전전극과 접지전극을 납땜하여 실장한다.
도 11, 도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 표면실장형 안테나에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 이 시뮬레이션에서는 갭 g1을 20.5 ㎜, g2를 2.0 ㎜으로 하였으며, 기판의 유전율은 6.4이다. 시뮬레이션 결과를 나타내는 도 11과 도 12에서 흰색으로 나타난 부분이 금속이고, 녹색 (흑백의 경우 옅은 검은색)으로 나타나는 부분이 유전체이다. 유전체의 크기는 37×36×t6 ㎜이다. 도 13에서 가로축은 주파수(GHz)를 나타내고 세로축은 반사계수(dB)를 나타낸다.
본 발명의 구현예에 대한 앞의 설명과 도 11 내지 13의 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 표면실장형 안테나는 유전체 기판을 이용하기 때문에, 전극 중의 신호 전달 속도가 느려지므로 (소위, '파장 단축 효과'가생기므로), 유전체 기판의 유전율을 ε으로 했을 때, 방사전극의 유효 선로 길이는 ε1/2로 된다. 따라서, 시뮬레이션 결과에서 보는 것과 같은 크기의 표면실장형 안테나를 실제로 구현하는 것이 가능하다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 다음의 이점을 제공한다.
서로 다른 주파수를 갖는 적어도 2개의 방사전극들이 단일 기판에 배치된다. 이런 단일 기판을 사용함으로써, 복수 주파수를 갖는 신호들이 송신 및 수신되는 표면실장형 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 복수의 주파수들이 서로 인접하게 할 수 있으며, 따라서 광대역 안테나를 구성할 수 있다.
게다가, 복수개의 방사전극들 사이의 간격이 전극 폭의 3배 이상이 되도록 설정되며, 이는 방사전극들 사이의 결합을 억제할 수 있으며, 따라서 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 대향하는 전류가 방사전극들에 흐르도록 여기되며, 이에 의해 방사전극들 사이의 전자기적 결합을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 형태의 안테나를 구비하는 통신기기는 안테나에 의해 달성될 수 있는 특징과 장점을 그대로 제공할 수 있다. 따라서 통신기기의 대역폭 및 이득을 크게 할 수 있으며, 소형화를 실현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들을 들어 설명했지만, 본 발명은 이들 구현예들에 한정되는 것이 아니며, 다른 변형예들도 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게는 명백한 것이다.

Claims (26)

  1. 표면실장형 안테나에 있어서,
    유전체 및 자성체 중에서 적어도 1종으로 형성되는 기판;
    상기한 기판의 제 1의 주면에 배치되며, 서로 다른 공진 주파수를 생성하는 적어도 2개의 방사전극들;
    상기한 기판의 제 2의 주면에 배치되는 접지전극; 및
    상기한 기판에 배치되는 급전전극을 포함하며,
    상기한 방사전극들 각각은 그의 제 1의 말단에서 개방되어 있고, 제 2의 말단에서 상기한 접지전극에 접속되며,
    상기한 급전전극과 상기한 방사전극의 개방단들은, 커패시턴스를 통하여 서로에 전자기적으로 결합되고, 서로 대향하는 전류가 상기한 방사전극들에 흐르게 여기되도록, 상기한 기판의 상기한 제 1의 주면의 실질적으로 중앙부에 형성됨을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 방사전극들이 서로 떨어져 있으며, 방사전극들 사이의 간격이 방사전극 폭의 적어도 3배에 해당됨을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  3. 제 1항에 있어서, 상기한 방사전극들 중에서 적어도 하나는 굽은 형상임을특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  4. 제 1항에 있어서, 상기한 방사전극들 중에서 적어도 하나는 직선 형상임을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  5. 제 1항에 있어서, 상기한 방사전극들 각각은 소정의 주파수의 ¼-파장에 해당되는 길이를 가짐을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  6. 제 1항에 있어서, 상기한 두 개의 방사전극 사이에 배치되는 제 3의 방사전극을 더 포함함을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  7. 제 1항에 있어서, 상기한 커패시턴스는 상기한 급전전극과 상기한 방사전극의 개방단들 사이의 각각의 갭을 포함함을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  8. 제 6항에 있어서, 상기한 제 3의 방사전극은 커패시턴스를 경유하여 상기한 급전전극에 결합됨을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  9. 제 1항에 있어서, 상기한 표면실장형 안테나는 상기한 방사전극 각각에 대응하는 공진 주파수를 포함하는 방사특성을 가짐을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  10. 제 9항에 있어서, 상기한 공진 주파수들은, 표면실장형 안테나가 더 넓은 대역폭을 갖도록 서로 인접하도록 조절됨을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  11. 제 1항에 있어서, 상기한 서로 대향하는 전류가 상기한 방사전극들 사이의 전자기적 결합을 억제하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  12. 제 1항에 있어서, 상기한 기판이 세라믹 수지임을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  13. 제 1항에 있어서, 상기한 기판이 페라이트임을 특징으로 하는 표면실장형 안테나.
  14. 표면실장형 안테나를 구비한 통신기기에 있어서,
    상기한 표면실장형 안테나는,
    유전체 및 자성체 중에서 적어도 1종으로 형성되는 기판;
    상기한 기판의 제 1의 주면에 배치되며, 서로 다른 공진 주파수를 생성하는 적어도 2개의 방사전극들;
    상기한 기판의 상기한 제 1의 주면에 배치되는 급전전극; 및
    상기한 기판의 제 2의 주면에 배치되는 접지전극;을 포함하며,
    상기한 방사전극들 각각은 그의 제 1의 말단에서 개방되어 있고, 제 2의 말단에서 상기한 접지전극에 접속되며,
    상기한 급전전극과 상기한 방사전극의 개방단들은, 커패시턴스를 통하여 서로에 전자기적으로 결합되고, 서로 대향하는 전류가 상기한 방사전극들에 흐르게 여기되도록, 상기한 기판의 상기한 제 1의 주면의 중앙부에 실질적으로 형성됨을 특징으로 하는 통신기기.
  15. 제 14항에 있어서, 상기한 방사전극들이 서로 떨어져 있으며, 방사전극들 사이의 간격이 방사전극 폭의 적어도 3배에 해당됨을 특징으로 하는 통신기기.
  16. 제 14항에 있어서, 상기한 방사전극들 중에서 적어도 하나는 굽은 형상임을 특징으로 하는 통신기기.
  17. 제 14항에 있어서, 상기한 방사전극들 중에서 적어도 하나는 직선 형상임을 특징으로 하는 통신기기.
  18. 제 14항에 있어서, 상기한 방사전극들 각각은 소정의 주파수의 ¼-파장에 해당되는 길이를 가짐을 특징으로 하는 통신기기.
  19. 제 14항에 있어서, 상기한 두 개의 방사전극 사이에 배치되는 제 3의 방사전극을 더 포함함을 특징으로 하는 통신기기.
  20. 제 14항에 있어서, 상기한 커패시턴스는 상기한 급전전극과 상기한 방사전극의 개방단들 사이의 각각의 갭을 포함함을 특징으로 하는 통신기기.
  21. 제 19항에 있어서, 상기한 제 3의 방사전극은 커패시턴스를 경유하여 상기한 급전전극에 결합됨을 특징으로 하는 통신기기.
  22. 제 14항에 있어서, 상기한 안테나가 상기한 방사전극 각각에 대응하는 공진 주파수를 포함하는 방사특성을 가짐을 특징으로 하는 통신기기.
  23. 제 22항에 있어서, 상기한 공진 주파수들은, 안테나가 더 넓은 대역폭을 갖도록 서로 인접하도록 조절됨을 특징으로 하는 통신기기.
  24. 제 14항에 있어서, 상기한 서로 대향하는 전류가 상기한 방사전극들 사이의 전자기적 결합을 억제하는 것을 특징으로 하는 통신기기.
  25. 제 14항에 있어서, 상기한 기판이 세라믹 수지임을 특징으로 하는 통신기기.
  26. 제 14항에 있어서, 상기한 기판이 페라이트임을 특징으로 하는 통신기기.
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