KR100419898B1 - 판형 듀얼 밴드 안테나 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 이동통신 서비스 등에서 서로 다른 주파수 대역의 신호를 하나의 안테나를 통해 처리할 수 있는 판형 듀얼 밴드 안테나에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 유전체 판에서 하나의 급전점으로부터 분기한 각각의 안테나 선로를 통해 듀얼 밴드의 이동통신 신호에 대한 송수신을 처리할 수 있는 판형 듀얼 밴드 안테나를 제공하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 유전체로 이루어진 판에서 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위해 급전부와 연결하는 제1 안테나 선로; 상기 판에서 헬릭스(helix) 형태로 구현되며 상기 제1 안테나 선로를 통해 상기 급전부와 연결되어 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위한 제2 안테나 선로; 및 상기 판에서 상기 제1 안테나 선로를 통해 상기 급전부와 연결되며 상기 제2 안테나 선로와 다른 패턴을 가지고 상기 제2 안테나 선로가 처리하는 주파수 대역과 다른 주파수 대역의 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위한 제3 안테나 선로를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 이동통신 단말기 등에 이용됨.

Description

판형 듀얼 밴드 안테나{Plane Type Dual Band Antenna}

본 발명은 판형 듀얼 밴드 안테나에 관한 것으로, 특히 이동통신 서비스 등에서 서로 다른 주파수 대역의 신호를 하나의 안테나를 통해 처리할 수 있는 판형 듀얼 밴드 안테나에 관한 것이다.

주파수 대역에 따라 이용하는 무선 통신의 형태가 달라짐으로 해서 이전부터듀얼 밴드, 트리플 밴드 등의 다중 밴드 안테나가 요구되어 왔다.

고정체와 이동체간의 통신과 이동체 상호간의 통신을 제공하는 이동통신 서비스에 있어서도 마찬가지이다. 이동통신 서비스에는 셀룰라 시디엠에이(CDMA : Code Division Multiple Access), 지에스엠(GSM : Global System for Mobile Telecommunication), 피시에스(PCS : Personal Communication System), 차세대 이동통신(IMT-2000) 등의 다양한 종류가 있는데, 이러한 이동통신 서비스의 다양성으로 인해 이동통신 분야에서도 듀얼 밴드 안테나와 같은 다중 밴드 안테나가 요구되어졌다.

즉, 셀룰라와 PCS, PCS와 IMT-2000 등과 같이 동일한 지역에서 동시에 제공되는 서로 다른 이동통신 서비스가 있는데, 이로 인해 사용자는 단말기를 여러 대 구비하거나 서로 다른 이동통신 서비스를 이용할 수 있는 다중 모드 단말기를 이용하게 되었다.

이때, 이러한 다중 모드의 단말기에 다중 밴드의 안테나가 사용되었다. 현재 널리 상용화되고 있는 듀얼 모드 형태는 유럽 방식의 'GSM 900 + DCS 1800' 공용 단말기 및 미국의 'Cellular (800 MHz) + US PCS' 공용 단말기가 대표적이다.

기존에 듀얼 밴드 안테나에 대해 살펴보면, "Dual band antenna for cellular communications(미국특허 6198443)", "Dual band antenna(미국특허 6,191,747)", "Dual-band helical antenna(미국특허 6184844)", "Dual-band stub antenna(미국특허 6,075,488)", "Dual band antenna means incorporating helical and elongated radiating structures(미국특허 6,057,807)", "듀얼 밴드 안테나(대한민국 출원 10-1998-044508) 등이 있었다.

도 1a 내지 도 1c 는 종래의 듀얼 밴드 안테나에 대한 구성예시도이다.

도 1a 는 헬리컬 안테나로 상부의 스프링 간격과 하부의 스프링 간격이 서로 다르다. 이렇게 서로 다른 스프링 간격을 바탕으로 하부 스프링을 통해 고주파 신호를 처리하고, 상부 스프링과 하부 스프링을 연계하여 보다 낮은 주파수 대역의 신호를 처리하게 되는 것이다.

도 1b 는 캐패시터가 중간에 있는 헬리컬 안테나이다. 캐패시터가 헬리컬 안테나의 중간에 위치함으로해서 하부 스프링, 캐패시터를 포함하는 전체 스프링이 처리하는 주파수 대역이 다르게 된다. 이렇게 캐패시터를 사용하는 것은 종래에 기지국, 무선국, 아마추어 무선국 등에서 이용하던 다중 대역의 다이폴 안테나 등에서 볼 수 있으며, 헬리컬 안테나에 캐패시터가 위치함으로써 이동통신 단말기에 이용할 수 있다.

도 1c 는 헬리컬 안테나로 스프링이 내부와 외부에 이중으로 구성되어 있다. 내부에 위치하는 헬리컬 안테나와 외부에 위치하는 헬리컬 안테나의 이용 주파수 대역이 다르므로 해서 듀얼 밴드의 안테나로 이용할 수 있는 것이다.

이외에도 헬리컬 안테나와 휩 안테나를 하나의 급전부를 이용하도록 설계하여 듀얼 밴드 안테나로 이용하기도 한다.

상기한 바와 같이 종래의 듀얼 밴드 안테나를 설명하였다. 그러나, 종래의 듀얼 밴드 안테나는 이동통신 단말기 안테나가 단말기의 소형화, 단순화 추세로 내장이 가능한 형태가 요구되는데 반하여 그 구성의 한계로 인해 내장형으로 구현하기가 쉽지 않은 문제점이 있었다.

또한, 내장형 안테나로 사용되는 마이크로 스트립 안테나 등에 비해 헬리컬 형태의 안테나가 가지는 특장점을 무시할 수 없는데, 기존에는 헬리컬 형태의 특성을 살리면서 내장형이 가능한 듀얼 밴드 안테나가 없어 단말기 구성이 복잡한 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이동통신용 단말기에 내장되는 안테나에 있어서, 유전체 판에서 하나의 급전점으로부터 분기한 각각의 안테나 선로를 통해 듀얼 밴드의 이동통신 신호에 대한 송수신을 처리할 수 있는 판형 듀얼 밴드 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1c 는 종래의 듀얼 밴드 안테나에 대한 구성예시도.

도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나에 대한 일실시예 구성도.

도 3a 내지 도 3h 는 본 발명에 따른 듀얼 밴드 안테나에 대한 다른 실시예 구성도.

도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나의 특성을 나타낸 일실시예 설명도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신용 단말기에 내장되는 듀얼 밴드 안테나에 있어서, 유전체로 이루어진 판에서 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위해 급전부와 연결하는 제1 안테나 선로; 상기 판에서 헬릭스(helix) 형태로 구현되며 상기 제1 안테나 선로를 통해 상기 급전부와 연결되어 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위한 제2 안테나 선로; 및 상기 판에서 상기 제1 안테나 선로를 통해 상기 급전부와 연결되며 상기 제2 안테나 선로와 다른 패턴을 가지고 상기 제2 안테나 선로가 처리하는 주파수 대역과 다른 주파수 대역의 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위한 제3 안테나 선로를 포함하는 이루어져, 상기 제1 안테나 선로, 제2 안테나 선로 및 제3 안테나 선로는 이용하고자 하는 주파수 대역 및 대역폭 등의 조건에 따라 상기 판 상에서 상기 단말기의 길이 또는 폭 방향으로 배치를 달리하여 내장형 안테나로 구현되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나에 대한 일실시예 구성도이다.

본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나는 단순히 하나의 급전점과 하나의 개방형 종단을 가지고 헬릭스(helix) 형태로 구현되는 것이 아니라 하나의 급전점으로부터 연결된 하나의 안테나선으로부터 두개의 헬릭스 형태의 안테나선이 연결되어 구성된다. 이때, 두개의 헬릭스 형태의 안테나선이 서로 다른 주파수 대역을 담당하게 되는 것이다.

판형 헬리컬 안테나는 판형의 유전체(세라믹 또는 피시비(PCB : Printed Circuit Board) 위에 도체 패턴을 형성하여 구현하는 것으로, 도체 패턴의 구현은 미앤더 라인(meander line) 형태로 평면적인 구현이 가능하며, 비아홀(via hole), 쓰루홀(Through Hole) 등을 이용하여 입체적으로 구현하는 것도 가능하다. 이때, 안테나선을 구현하는 도체는 구리(Copper), 금도금 구리(Gold-plated Copper), 은(Silver), 은-팔라듐(Silver-Palladium), 팔라듐 등으로 이루어진다. 또한, 헬릭스 형태의 안테나선은 각각의 안테나 특성에 따라 턴(turn) 수, 피치(pitch), 폭, 선폭, 간격 등이 달라진다. 또한 안테나를 구성하는 도체 선로 상에 약간의 변형을 가하여 헬릭스를 구현할 수 있다.

안테나는 그 생김새에 따라 안테나의 특성이 달라지게 되는 경우가 많으므로, 상기한 바와 같이 다양한 변형이 가능하다. 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나에 대해서도 이는 마찬가지이다.

본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나에 대해 도 2a 및 도 2b 를 바탕으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2a 는 급전점으로부터의 안테나선이 2개로 분기되어 각각이 헬릭스 형태로 구성된다. 이때 첫번째 헬릭스 안테나선과 두번째 헬릭스 안테나선의 형태는 조금 다름을 알 수 있다. 이를 통해 두개의 서로 다른 주파수 밴드에서 효율적으로 동작하며, 듀얼 밴드 안테나로서 작동하는 것이다.

도 2b 는 상기한 도 2a에 대해 90°대칭 회전시킨 형태이다. 이렇게 안테나선의 위치를 달리함으로해서 안테나 특성이 달라진다. 이에 대해서는 하기하는 도 4a 및 도 4b의 설명을 통해 보다 구체적으로 제시한다.

도 2a 및 도 2b 에 나타나는 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나는 서로 다른 주파수 밴드를 담당하는 각각의 안테나선이 헬릭스 형태로 구현되고 있다. 이를 통해 각각의 안테나선은 헬리컬 안테나와 같은 특성을 발휘하게 된다. 특히, 상기한 것처럼 비아홀, 쓰루홀 등을 이용하여 판형이면서도 입체적으로 안테나선을 구현하는 경우에는 헬리컬 안테나와 같은 특성을 더욱 잘 발휘하게 된다.

도 3a 내지 도 3h 는 본 발명에 따른 듀얼 밴드 안테나에 대한 다른 실시예 구성도이다.

도 3a 내지 도 3d 는 듀얼 밴드 안테나를 구현함에 있어 판형 헬리컬 안테나와 엘라인(L-line)의 선형 안테나를 연동하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나는 급전점으로부터 나온 안테나선에 대해 판 위에서 2개의 안테나선으로 분기하는데, 하나의 안테나선은 상기한 것처럼 헬릭스 형태를 가지며, 다른 하나의 안테나선은 엘라인(L-line)의 형태를 가진다.

도 3a 내지 도 3d에서 보여주는 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나는 서로 다른 주파수 대역을 이용함에 있어 헬리컬 안테나의 특성과 선형 안테나의 특성을 모두 이용하게 된다. 신호의 전파 형태는 다양한 형태를 띄게 되며, 전파의 이용 목적이나 주파수 대역의 특성에 따라 적합한 안테나 형태가 달라질 수 있다. 이러한 상황에서 선형 안테나가 보다 유용하게 사용될 수 있는 주파수 대역이나 이동통신 서비스가 있을 수 있으며, 헬릭스 형태의 안테나가 보다 유용하게 사용될 수 있는 주파수 대역이나 이동통신 서비스가 있을 수 있다. 또한, 이동통신 단말기의 위치에 따라 그 특성은 달라질 수 있는 것이다.

도 3e 내지 도 3h 는 도 2a 내지 도 3d 에 설명된 듀얼 밴드 안테나의 구조에 있어 안테나선 즉, 안테나 엘리먼트가 가지는 변형의 예를 보여주고 있다. 즉, 도 3e 에서는 선형 안테나의 꺾음을 연장하여 ㄷ형태를 띄고, 도 3f 에서는 ㅁ형태를 띄고 있으며, 도 3g 에서는 헬리컬 형태와 선 형태를 혼합하고, 도 3h 에서는 하나의 안테나선에 2개의 헬리컬 형태를 보여주고 있다.

즉, 도 3e 내지 도 3g 에서는 본 발명에 따른 듀얼 밴드 안테나가 가지는 다양한 변형의 예를 보여주고 있다. 이러한 변형에 있어서 도 2a 와 도 2b 가 보여주는 관계에서처럼 회전함에 따라 각각이 특징을 가지게 되며, 이러한 회전은 90°,180°, 270°등으로 다양하게 나타날 수 있다.

도 3a 내지 도 3h 는 전반적으로 듀얼 밴드 안테나를 형성하는데 있어 그 배치나 모양이 달라짐에 따라 안테나의 특성이 달라질 수 있음을 보여주고 있다. 안테나 기술 분야에 있어서는 그 형태의 조그마한 변형으로도 다양한 특성의 변화가 올 수 있는데, 이에 대해 도 3a 내지 도 3h 에서 보여주고 있다.

도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나의 특성을 나타낸 일실시예 설명도이다.

도 4a 및 도 4b 는 상기한 도 2a 및 도 2b 에 나타나는 판형 듀얼 밴드 안테나의 주파수에 따른 반사특성을 나타내고 있다.

도 4a 는 도 2b 와 같은 안테나에 대해 500㎒부터 2500㎒까지 주파수에 따른 정재파비율(SWR : Standing Wave Ratio)을 보여주고 있는데, 정재파비(SWR) 2.5를 기준으로 첫번째 주파수 대역이 927㎒~1.040㎓이고, 두번째 주파수 대역이 1.462㎓~1.648㎓인 듀얼 밴드 특성을 나타내고 있다.

도 4b는 도 2b 와 같은 안테나에 대해 500㎒부터 2500㎒까지 주파수에 따른 정재파비율을 보여주고 있는데, 정재파비(SWR) 2.5를 기준으로 첫번째 주파수 대역이 957㎒~1.038㎓이고, 두번째 주파수 대역이 1.612㎓~1.950㎓인 듀얼 밴드 특성을 나타내고 있다.

도 2a와 도 2b 에 나타낸 본 발명에 따른 판형 듀얼 밴드 안테나에 대해 도 4a 및 도 4b와 같이 나타나는 안테나의 특성을 조사함에 있어 안테나의 기본 소자 값은 같으나 단지 안테나의 장착 위치 및 방법을 달리하였을 뿐 다른 부분에 있어서는 동일하다. 그런데도 그 주파수 특성이 달라지고 있음을 도면을 통해 보여주고 있는 것이다.

상기한 실시예와 같이 본 발명에 따른 안테나를 구현함에 있어 하나의 급전점으로부터 나오는 안테나선에 대해 여러 개의 안테나선으로 분기하여 각각이 서로 다른 주파수 특성을 가지도록 함으로써 다중 밴드 안테나로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 실시예에 다중 밴드의 안테나를 구현하는 공지ㆍ공용의 기술을 결합하여 무선 통신 서비스에 적합하게 이용할 수 있으며, 이러한 예로는 도 1a 내지 도 1c 를 통해 설명한 종래의 듀얼 밴드 안테나가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 헬리컬 안테나의 특성을 가지면서 내장형이 가능하도록 듀얼 밴드 안테나를 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 하나의 급전점으로부터 나온 안테나 엘리먼트가 2개의 엘리먼트로 분기되면서 각각의 엘리먼트가 서로 다른 주파수 특성을 가짐으로써 이용하고자 하는 무선 통신 서비스에 적합한 듀얼 밴드 안테나를 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 듀얼 밴드 안테나를 구현하는데 있어 판형 헬리컬 안테나의 특성을 가지도록 구현함으로써 안테나가 사용되는 목적에 따라 내장형에 매우 적합하며 또한 외장형에도 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 안테나 엘리먼트를 헬릭스 형태로 구현하는데 있어 턴(turn) 수, 피치(pitch), 폭, 선폭, 간격 등을 달리하여 요구되는 특성을 가지는 안테나로 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 듀얼 밴드 안테나의 엘리먼트 구현시에 선형 안테나 형태도 구현할 수 있어 헬릭스 형태의 엘리먼트와 함께 이용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 듀얼 밴드 안테나의 엘리먼트 구현 시에 각각의 엘리먼트를 단방향 적층하여 요구되는 특성을 가지는 안테나로 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 내장이 가능한 판형 안테나를 구현함에 있어 듀얼 밴드 뿐만 아니라 다중 밴드의 안테나의 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 내장형으로 듀얼 밴드 안테나를 구현할 수 있어 에스엠디(SMD) 타입으로의 설계가 용이한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 이동통신용 단말기에 내장되는 듀얼 밴드 안테나에 있어서,

   유전체로 이루어진 판에서 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위해 급전부와 연결하는 제1 안테나 선로;

   상기 판에서 헬릭스(helix) 형태로 구현되며 상기 제1 안테나 선로를 통해 상기 급전부와 연결되어 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위한 제2 안테나 선로; 및

   상기 판에서 상기 제1 안테나 선로를 통해 상기 급전부와 연결되며 상기 제2 안테나 선로와 다른 패턴을 가지고 상기 제2 안테나 선로가 처리하는 주파수 대역과 다른 주파수 대역의 이동통신 신호의 송수신을 처리하기 위한 제3 안테나 선로

   를 포함하는 이루어져,

   상기 제1 안테나 선로, 제2 안테나 선로 및 제3 안테나 선로는 이용하고자 하는 주파수 대역 및 대역폭 등의 조건에 따라 상기 판 상에서 상기 단말기의 길이 또는 폭 방향으로 배치를 달리하여 내장형 안테나로 구현되는 것을 특징으로 하는 판형 듀얼 밴드 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 안테나 선로, 상기 제2 안테나 선로 및 상기 제3 안테나 선로는,

   이동통신용 단말기에 이용될 수 있도록 상기 단말기의 회로에 상기 급전부를 통해 연결되며, 상기 판을 통해 도체 패턴 형태, 미앤더 라인(meander line)과 같은 평면 패턴 형태, 또는 비아홀(via hole)이나 쓰루홀(through hole)과 같은 입체 패턴 형태를 선택적으로 이용하여 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는 판형 듀얼 밴드 안테나.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제2 안테나 선로는,

   이용하고자 하는 주파수 대역 및 대역폭 등의 조건에 따라 헬릭스(helix)의 턴(turn) 수, 피치(pitch), 폭, 선폭, 간격 등에 대해 선택적으로 변형을 주어 구현하는 것을 특징으로 하는 판형 듀얼 밴드 안테나.
6. 삭제
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제3 안테나 선로는,

   상기 제1 안테나 선로에 연결되어 상기 제2 안테나 선로와는 다른 특성을 갖는 헬릭스(helix) 형태 또는 선(line) 형태의 안테나로 구현되어 상기 제2 안테나 선로와 다른 주파수 대역의 상기 이동통신 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 판형 듀얼 밴드 안테나.
8. 삭제
9. 제 1 항, 제 2항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제3 안테나 선로는,

   상기 판에서 상기 제1 안테나 선로를 통해 상기 급전부와 연결되며 각각이 서로 다른 주파수 대역의 신호를 처리하는 다수 개의 안테나 선로로 이루어진 것을 특징으로 하는 판형 듀얼 밴드 안테나.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 제1 안테나 선로, 상기 제2 안테나 선로 및 상기 제3 안테나 선로는,

    상기 판에 상기 듀얼 밴드 안테나를 구현함에 있어서 단방향 적층을 통해 안테나를 구현하는 것을 특징으로 하는 판형 듀얼 밴드 안테나.