KR100338132B1 - 도체판을 갖는 헬리컬 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헬리컬(helical) 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 복사체의 일측에 도체판을 구비함으로써 전자파 인체 흡수율(SAR;Specific Absoption Rate)을 개선한 도체판을 갖는 헬리컬 안테나에 관한 것이다.

종래의 헬리컬 안테나는 전방향성 복사 특성을 갖는 대칭적 복사체를 사용함으로써 전자파 인체 흡수율을 개선하기에는 부적합한 구조를 갖고 있었다. 이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 새로운 구조의 안테나로서 본 발명에 따른 도체판을 갖는 헬리컬 안테나는 기둥형태의 유전체 보빈(bobbin)과, 상기 유전체 보빈의 측면에 형성되는 헬리컬 형태의 도전성 스트립(strip)과, 상기 도전성 스트립과 소정의 간격을 두고 인체와 접하게 되는 쪽에 형성되는 도체판과, 상기 도전성 스트립의 하단과 상기 도체판의 하단에 전기적으로 연결되어 외부 급전회로와 신호를 주고받는 급전도체와, 상기 유전체 보빈과 상기 도체판 그리고 상기 도전성 스트립을 외부 환경으로부터 보호하는 안테나 커버로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 도체판을 갖는 헬리컬 안테나는 인체가 접하게 되는 쪽으로 방사되는 전자파의 양을 감소시킨다는 효과를 갖는다.

Description

도체판을 갖는 헬리컬 안테나{Helical antenna having a metal plate}

본 발명은 각종 이동통신 무선기기에 사용되는 헬리컬 안테나(helical antenna)에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 헬리컬 안테나의 일측에 도체판을 구비하여 인체 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, 이하 SAR)을 개선한 도체판을 갖는 헬리컬 안테나에 관한 것이다.

종래기술에 따른 안테나는 복사특성(또는 복사효율)이 우수하면 안테나로서 성능을 인정받아 상용화하는데 문제가 없었다. 하지만 전파를 사용하는 무선기기와 그 사용 인구가 늘어나면서 전자파가 인체에 미치는 영향에 관한 관심과 우려가 높아지고 있다. 각 국가기관 및 국제 기구 등에서는 점차 이동통신 단말기와 같이 인체에 밀착하여 사용하는 무선기기에 대해서 SAR의 허용치를 제한하고 있으며, 미연방통신위원회(FCC)에서는 1997년 이후부터 이를 법적으로 규제하고 있다. 반면, 이러한 SAR의 허용기준을 만족시키기 위해 많은 안테나 제조 업체들이 다양한 연구와 방법을 시도하고 있지만 아직까지 적절한 해결 방안이 제시되지는 않은 상황이다.

도 1a는 종래 기술에 따른 일반적인 헬리컬 안테나를 간략하게 보여주는 구성도이며, 또한 도 1b는 도 1a의 복사패턴을 나타내는 복사패턴도이다. 도 1a와 도 1b에서 알 수 있듯이 종래의 헬리컬 안테나는 일반적으로 나선형 코일(11)같은 대칭적인 구조의 복사체를 사용함으로써 방위각(azimuth)축에 대하여 전방향으로 복사하는 전방향성 복사특성을 갖는다. 따라서, 상기 종래의 헬리컬 안테나를 장착한 단말기를 인체 두부(頭部)에 밀착하여 사용하는 경우 복사체의 대칭적 구조에 기인한 인체의 전자파 흡수율(SAR)이 상당할 수 밖에 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 인체 두부(頭部)가 접하게 되는 복사체의 측면으로 도체판을 더 구비함으로써, 헬리컬 안테나의 대칭적 구조의 복사체에 기인하는 전방향성의 복사패턴이 상기 도체판에 의해 인체쪽으로의 전파가 반사되어 찌그러진 비대칭적 형태의 복사패턴으로 변화되므로 상기한 SAR 문제 해결에 적합한 구조를 갖는 헬리컬 안테나를 제공한다는 것을 그 기술적 과제로 한다.

본 발명의 또다른 기술적 과제는 상기 도체판이 인체의 두부가 접하게 되는 쪽으로 항상 고정되어 단말기 하우징에 장착될 수 있도록 안테나 고정 장착수단을 제공하는 것이다.

도 1a는 종래 기술에 따른 일반적인 헬리컬 안테나의 구성도.

도 1b는 종래 기술에 따른 일반적인 헬리컬 안테나의 복사패턴도.

도 2는 본 발명에 따른 도체판을 갖는 헬리컬 안테나의 바람직한 일실시예를 나타내는 구성도.

도 3a는 도 2 실시예의 도체판을 나타내는 외관도.

도 3b는 도 2 실시예의 도전성 스트립을 나타내는 외관도.

도 4는 도 2 실시예의 복사패턴도.

도 5a는 도 2 실시예가 단말기의 하우징에 장착된 모습을 나타내는 단면도.

도 5b는 도 2 실시예에 따른 하우징 장착구조를 나타내는 평면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11. 나선형 코일 21. 유전체 보빈(bobbin)

22. 도체판 23. 도전성 스트립

24a. 플랜지 24b. 슬리브(sleeve)

25a. 몸통 25b. 돌기

25c. 걸림턱 51. 하우징(housing)

52. 걸림턱 수납홈 53. 슬리브 수납홈

61. 돌기 수납레일

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 도체판을 갖는 헬리컬 안테나는 기둥형태의 유전체 보빈(bobbin)과, 상기 보빈의 측면상에 형성되는 헬리컬 형태의 도전성 스트립(strip)과, 상기 도전성 스트립과 소정의 간격을 두고 나란히 형성되어 상기 도전성 스트립으로부터 복사되는 전자파를 반사시키는 도체판과, 상기 헬리컬 형태의 도전성 스트립과 상기 도체판에 전기적으로 연결되어 있으며 외부 급전회로와 신호를 주고받는 급전도체, 그리고 외부환경으로부터 안테나를 보호하는 커버로 구성되어 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 도체판을 갖는 헬리컬 안테나의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 부재는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 도체판을 갖는 헬리컬 안테나의 바람직한 일실시예를 나타내는 그림이다. 사각기둥 형상을 갖는 유전체 보빈(21)의 한쪽 측면으로 도체판(22)이 형성되어 있으며, 도전성 스트립(23)은 나머지 세 측면에 걸쳐 형성되어 있다. 상기한 유전체 보빈(21)의 하부에는 유전체 보빈의 밑면과 급전도체(24)가 밀착 연결되어 있으며, 상기한 급전도체(24)의 위쪽으로 안테나를 외부 환경으로부터 보호하기 위한 커버(25)가 씌워져 있다.

상기한 급전도체(24a, 24b)는 원형판 형상을 가지는 금속재질의 플랜지(24a)와 상기 플랜지(24a)의 밑면에서 아래쪽으로 연장되어 형성되는 금속재질의 슬리브(24b)로 구성되어 있다. 플랜지(24a)는 상기 도체판(22)의 하단부와 상기 도전성 스트립(23)의 하단부에 밀착되어 있으며 전기적으로 서로 연결되어 있다. 상기 플랜지(24a)의 밑면으로부터 연장되어 형성된 슬리브(24b)는 단말기의 급전회로(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되어 있어 급전회로로부터의 신호전력을 상기 도전성 스트립(23)과 상기 도체판(22)에 공급하여 준다. 또한, 상기 보빈(21)의 밑면에는 일측이 상기 도체판(22)의 하단부와 전기적으로 연결되고 타측이 상기 도전성 스트립(23)의 하단부와 전기적으로 연결되는 도전성 스트립을 형성시켜 상기 플랜지(24a)에 밀착 연결시 전기적으로 확실한 연결이 되도록 할 수도있다.

비전도성 재질의 안테나 고정 장착수단(25a, 25b, 25c)은 몸통(25a)과 돌기(25b) 그리고 걸림턱(25c)으로 구성되어 있는데, 돌기(25b)는 단말기 하우징(51)의 돌기 수납레일(61)에 수납되어 안테나 장착 후 안테나의 회전변형을 방지함으로써 상기한 도체판(22)이 항상 인체쪽으로 향하여 고정될 수 있도록 도체판(22)과 같은 측면에 형성된다. 탄성력을 갖는 걸림턱(25c)은 장착 후 안테나가 단말기로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 단말기 하우징(51)의 걸림턱 수납홈(52)에 삽입되어 고정된다.

도 3a와 도 3b는 각각 도 2 실시예의 도체판과 도전성 스트립을 상세히 나타내는 외관도이다. 사각기둥 형상의 유전체 보빈(21)의 한쪽 측면에 도체판(22)이 형성되어 있으며 그 나머지 세 측면에 걸쳐 헬리컬 형태의 도전성 스트립(23)이 형성되어 있다. 상기 사각기둥 형상의 보빈(21)은 일반적으로 폴리카보네이트(Polycarbonate, 이하 PC), 에이비에스(ABS;Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지, 나일론, 피피이/피에스 알로이(PPE/PS;Polyphenylene Ether/Polystyene Alloy)와 같은 플라스틱 계열의 소재나 세라믹 소재와 같은 유전체를 수치제어 선반이나 밀링머신 등의 절삭가공 기계로 가공하여 제작된다. 본 실시예에서는 가공의 용이성과 단가를 고려하여 피피이/피에스 알로이(PPE/PS Alloy)를 사용하였다.

상기 보빈(21)의 세 측면에 걸쳐 형성되는 헬리컬 형태의 도전성 스트립(22)은 그 유전체 표면에 직접 도전성 물질을 프린팅, 도금, 에칭하거나 헬리컬 형태의도전 스트립이 형성된 필름패턴(film pattern)을 접착제로 접착함으로써 제작될 수 있다. 본 실시예에서는 프린팅 기계를 이용하여 은(Ag) 성분이 포함된 은 페이스트(Ag paste)를 헬리컬 형태로 그 표면에 직접 프린팅하였다. 헬리컬 형태의 도전성 스트립(22)은 안테나의 임피던스를 고려하여 피치(pitch), 회전수 등의 치수가 정하여지며, 전기적으로 사용 주파수 파장의 1/4 혹은 3/8배의 길이를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 3/8 파장의 길이를 갖도록 하였다. 상기한 도전성 스트립(22)은 종래의 헬리컬 안테나에서 기능적으로 나선형의 코일(11)과 같은 역할을 수행한다.

도체판(23)은 상기 도전 스트립(22)과 같은 프린팅, 도금, 에칭 또는 접착과 같은 방법으로 상기 보빈(21)의 측면에 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 도전성 스트립(22)과 같이 은 페이스트(Ag paste) 프린팅 기법을 사용하였다. 도체판의 형상과 크기는 의도되는 빔(beam) 패턴에 따라 결정되며 본 실시예에서는 도시된 바와 같이 사각형의 형태를 갖는 것으로 하였다. 상기 급전 도체(24)로부터 급전을 받는 도체판(23)은 전자파를 복사시켜 상기 헬리컬 형태의 도전성 스트립(22)으로부터 복사되는 전자파를 반사시켜 종래의 전방향성의 복사패턴을 인체 두부가 접하게 되는 도체판(23) 쪽은 복사량이 적고 그 반대방향으로는 빔이 크게 형성되는 형태로 변화시킨다.

도 4는 도 2에 도시된 실시예의 복사패턴도이다. 도시된 바와 같이 인체 두부가 접하게 되는 도체판(23)쪽으로의 복사량은 매우 적으며 그 반대방향으로는 도 1b의 복사패턴에 비해 상대적으로 큰 빔이 형성됨을 알 수 있다.

도 5a는 도 2 실시예가 단말기의 하우징에 장착된 모습을 보여주는 단면도이고, 도 5b는 하우징 장착구조를 보여주는 평면도이다. 하우징의 돌기 수납레일(61)을 따라 하우징내로 삽입되는 안테나는 걸림턱 수납홈(52)에 도달하여 탄성력을 갖는 걸림턱(25c)이 걸림턱 수납홈(52)에 삽입됨으로써 하우징에 장착된다. 금속재질의 슬리브(24b)는 슬리브 수납홈(62)에 삽입됨으로써 외부 급전회로(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되어 상기 플랜지(24a)를 통해 상기 도체판(22)과 상기 도전성 스트립(23)이 상기 외부 급전회로와 서로 신호를 주고받을 수 있도록 하여 준다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 도체판을 갖는 헬리컬 안테나는 인체 두부가 접하는 방향으로 도체판을 형성함으로써 SAR을 감소시키고, 유전체 보빈의 표면에 직접 프린팅, 도금, 에칭 공정 혹은 복사체가 인쇄된 필름패턴을 이용하여 정밀하고 변형이 잘 되지 않는 복사체와 반사판을 용이하게 형성시킬 수 있으므로 수율(收率) 증가에 따른 양산성이 향상된다고 하는 효과를 갖는다. 또한, 상기한 안테나 고정 장착수단을 이용하여 유전체 보빈의 측면상에 형성된 반사판이 항상 인체가 접하게 되는 쪽을 향하여 단말기에 장착되도록 한다는 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 각종 이동통신 단말기의 헬리컬 안테나에 있어서,

   기둥형태의 유전체 보빈(bobbin)과;

   상기 유전체 보빈의 측면상에 소정의 형상·크기로 형성되는 도체판과;

   상기 도체판과 소정의 간격을 두고 상기 유전체 보빈의 측면상에 나란히 형성되는 헬리컬 형태의 도전성 스트립과;

   상기 헬리컬 형태의 도전성 스트립의 하단부와 상기 도체판의 하단부에 전기적으로 연결되어 있으며 외부 급전회로와 연결되어 신호를 주고받는 급전도체와;

   외부환경으로부터 안테나를 보호하는 안테나 커버로 구성되는 도체판을 갖는 헬리컬 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체 보빈은 사각기둥의 형상을 가지며, 상기 도체판은 상기 사각기둥 형상의 유전체 보빈의 한 측면상에 형성되고, 상기 헬리컬 형태의 도전성 스트립은 나머지 세 측면상에 걸쳐 형성된다는 것을 특징으로 하는 도체판을 갖는 헬리컬 안테나.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 도체판이 형성된 상기 유전체 보빈의 측면이 인체 두부(頭部)가 접하게되는 쪽을 향하여 단말기에 장착될 수 있도록 안테나 고정 장착수단을 더 포함하는 도체판을 갖는 헬리컬 안테나.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 급전도체는 평판형상을 가지며 상기 유전체 보빈의 밑면과 접촉하는 플랜지와, 원통형상을 가지며 상기 플랜지의 밑면에서 아래쪽으로 연장되어 형성된 슬리브로 구성되며,

   상기 안테나 고정 장착수단은 상기 슬리브 외주면의 일부를 감싸면서 형성되는 몸통과, 상기 몸통의 외주면에 형성되되 상기 도체면의 중심축과 동축으로 길게 형성되는 직육면체 형상의 돌기와, 상기 몸통 외주면의 또다른 위치에 형성되되 탄성력을 갖는 걸림턱과, 단말기 하우징 상단에 원통형으로 파여 형성된 안테나 수납부에서 인체 두부(頭部)가 접하게 되는 내부 안쪽으로 파여 형성되어 상기 돌기가 수납되는 돌기 수납레일과, 상기 걸림턱을 수납하기 위해 상기 안테나 수납부 내부 안쪽으로 파여 형성되는 걸림턱 수납홈과, 상기 안테나 수납부의 바닥에 형성되며 상기 슬리브를 수납하는 슬리브 수납홈으로 구성된다는 것을 특징으로 하는 도체판을 갖는 헬리컬 안테나.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체 보빈의 소재를 피피이/피에스 알로이로 한다는 것을 특징으로 하는 도체판을 갖는 헬리컬 안테나.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 도체판과 상기 헬리컬 형태의 도전성 스트립의 재질은 은(Ag)과 접착물질이 혼합된 은 페이스트(Ag paste)이며, 상기 헬리컬 형태의 도전성 스트립은 전기적으로 3/8 파장의 길이를 갖는다는 것을 특징으로 하는 도체판을 갖는 헬리컬 안테나.