KR100500434B1 - 이동통신기기용 소형 미엔더 및 역 에프 구조를 이용한안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신기기에 적합한 소형이면서 내장가능한 안테나에 관한 것으로서, 특히 안테나로 전원을 공급하는 급전라인이 역에프 형태의 급전구조의 일측에 선택적으로 형성되도록 하여 원하는 공진주파수의 설계가 용이하고 광대역 특성을 갖는 안테나에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 이동통신대역용 통신기기에 사용되는 안테나에 있어서, 통신기기의 각종 전자부품이 실장되는 인쇄회로기판(21)의 일측에 배치된 유전체 기판(31)과; 상기 유전체 기판(31)의 상면에 미엔더 라인(Meander line) 구조로 전방방사판(32)이 배치되며, 전방방사판(32)과 연결되어 유전체 기판(31)의 측면에서 절곡된 연결판(34)이 배치된 급전부(35)와; 상기 급전부(35)의 전방방사판(32)에 일단이 연결되고, 타단이 인쇄회로기판(21)을 접지로하며 연결되어 급전부(35)와 더불어 역 에프 안테나의 구조를 갖추며, 전방방사판(32)으로 전원이 공급되도록 하는 급전라인(36)으로 구성된 것을 특징으로 하는 미엔더 및 역 에프형 구조를 이용한 안테나를 제공한다.

Description

이동통신기기용 소형 미엔더 및 역 에프 구조를 이용한 안테나{The antenna using compact size meander and planar inverted F-type in mobile communication terminals}

본 발명은 이동통신기기에 적합한 소형이면서 내장가능한 안테나에 관한 것으로서, 특히 안테나로 전원을 공급하는 급전라인이 역에프 형태의 급전구조의 일측에 선택적으로 형성되도록 하여 원하는 공진주파수의 설계가 용이하고 광대역 특성을 갖는 안테나에 관한 것이다.

고유전체를 이용한 유전체 미엔더 칩 안테나는 크기가 작고 내장이 간편하기 때문에 여러 이동통신 대역, 즉 GPS, Wireless LAN, Cellular, PCS, Bluetooth 등의 이동통신대역용 휴대단말기 등에 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 유전체 미엔더 칩 안테나(1)를 도시한 것으로, 고유전체 특성을 가지고 있는 유전체 기판(2)과 상기 기판에 부착되어 있는 미엔더 패턴(3) 및 상기 패턴 끝부분의 급전부(4)로 이루어지며, 정합은 주로 미엔더 라인의 길이(5)와 폭(6), 급전선(4)과 미엔더 라인의 접합부분(7)을 조작함으로써 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 단일 유전체 안테나의 경우 대역폭이 작아 광대역 안테나로 사용하기에는 적절하지 못하다는 문제점이 있었다.

이에 상기한 유전체 미엔더 칩 안테나(1)의 대역폭을 넓게 하기 위한 방안이 강구되어, 도 2와 같은 예가 나타나게 되었다. 도시된 바와 같이, 도 2a는 세라믹 유전체의 두께(8)를 두껍게 하거나, 도 2b와 같이 미엔더 라인의 길이(9)를 각각 다르게 사용함으로써 넓은 대역폭을 얻고자 한 것이다.

후술되는 역 에프형 안테나(PIFA: Planar Inverted F-type Antenna)에 대하여 간단히 설명하면, 역 에프형 안테나는 안테나가 부착되어 있는 모양이 측면에서 보았을 때 역 F형으로 부착되어 붙여진 이름으로 소형화가 가능하고 넓은 대역폭 특성으로 인하여 이동통신용으로 많이 사용되고 있다.

도 3a와 도 3b는 종래의 역에프형 안테나(10)를 도시한 것으로서, 접지면(11) 상면에 배치되는 방사판(12)과, 상기 접지면(11)과 상기 방사판(12)을 연결하는 연결판(13)과, 급전하기 위한 급전핀(14)으로 이루어지며, 정합은 주로 급전핀(14)의 위치와 상기 연결판(13)의 두께(15)에 의해 결정된다.

이러한 역에프형 안테나는 넓은 접지면 특성으로 인해 넓은 대역폭 특성을 가지는 장점이 있는 반면, 상기 접지면(11)의 면적이 작을 경우에 구현이 힘들며 상판의 크기가 크기 때문에 소형 안테나로 사용하기에는 어려운 문제점이 있다.

전술된 바와 같이 유전체 미엔더 칩 안테나(1)의 대역폭을 넓게 하기 위하여 도 2a와 같이 유전체의 두께(8)를 두껍게 하면서 크기를 줄이면 가능하나, 이때 고유전체 기판이 사용되어야 하기 때문에 제작비용이 상승되는 문제점이 있다.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 미엔더 패턴에서 미엔더 라인의 길이를 각각 다르게 사용하여 넓은 대역폭을 얻고자 하나, 각각의 다른 수평라인 상에서의 전류분포가 크게 변화함으로써 적절한 정합을 이루는데 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 패치나 회로를 추가적으로 구성하지 않으면서 통신기기의 내부에 장착이 가능하고 종래의 안테나에 비하여 초소형, 광대역인 안테나를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 접지면 역할을 하는 인쇄기판 부분과 안테나에 급전부를 형성하여, 결과적으로 미엔더 구조 안테나에 역 에프형 안테나의 급전방식을 적용함으로써 넓은 대역폭 특성과 정합을 용이하게 하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 접지면과의 상호관계를 고려하여 특정 기기에 설치할 때 공진 주파수 및 대역폭 등의 특성 변화가 적도록 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 미엔더 역에프형 안테나의 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나(20)는 인쇄기판(21)의 접지면과의 상호관계가 고려된 형태로, 상기 인쇄기판(21)상에 실장되어 이루어진다.

도 5는 도 4의 안테나(20)를 확대한 사시도로서, 도 6a는 도 4의 안테나(20)의 평면도이고, 도 6b는 도 4의 안테나의 배면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나(20)는이동통신대역용 통신기기에 사용되는 안테나에 있어서,통신기기의 각종 전자부품이 실장되는 인쇄회로기판(21)의 일측에 배치된 유전체 기판(31)과;상기 유전체 기판(31)의 상면에 미엔더 라인(Meander line) 구조로 전방방사판(32)이 배치되며, 전방방사판(32)과 연결되어 유전체 기판(31)의 측면에서 절곡된 연결판(34)이 배치된 급전부(35)와;

상기 급전부(35)의 전방방사판(32)에 일단이 연결되고, 타단이 인쇄회로기판(21)을 접지로하며 연결되어 급전부(35)와 더불어 역 에프 안테나의 구조를 갖추며, 전방방사판(32)으로 전원이 공급되도록 하는 급전라인(36)으로 구성된다.

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상기 유전체 기판(31)은 세라믹을 사용하는 것이 좋으며, 상기 유전체 기판(31)의 상면에 인쇄되는 전방방사판(32)은 미엔더(Meander) 구조로 이루어지며, 인쇄되지 않고 유전체 기판(31)이 노출된 일측은 급전부(35)로서 역 에프(F) 형태를 이루고 있다.여기서, 상기 전방방사판(32)의 미엔더 라인 구조는 라인의 폭과 간격이 선택적으로 결정되어 형성된 대역폭을 넓힐 수 있도록 한다.

상기 전방방사판(32)과, 후방방사판(33), 연결판(34)은 유전체 기판(31)의 표면에 배치되며, 인쇄기판(21)으로부터 전방방사판(32)으로 전원을 공급하기 위한 급전라인(36)은 납땜 등으로 이루어지며 상기 역 에프 형태의 급전부(35)상에 형성된다.

상기 급전라인(36)는 상기 급전부(35)상에 형성되는 위치에 따라 공진 임피던스와 리액턴스 성분이 달라지므로 급전라인(36)의 위치는 급전부(35)상에서 그 위치가 일정하지 않으며, 설정되는 대역폭에 따라 달라질 수 있다.즉, 역 에프 안테나의 구성이 방사판, 급전부, 연결판으로 이루어지고, 상기 급전부가 접지와 연결되는 통상의 구조임을 감안할 때, 본 발명에 따른 안테나(20)의 역 에프 형태 구성은 유전체 기판(31)을 제외한 상태에서 상측에 미엔더 구조로 형성된 전방방사판(32), 연결판(34)이 형성하는 형태가 역 에프 형태의 기본형태로 측면상 "┐"의 형태를 유지하는 상태에서 연결판(34)의 끝단에 후방반사판(33)이 연결된 형태를 유지하게 된다.여기서, 완전한 역 에프 형태가 유지되기 위해서 급전라인(36)이 전방방사판(32)에 연결되어야 하는데, 상기된 급전라인(36)은 전술된 바 있듯이 인쇄회로기판(21)을 접지로 하여 전방방사판(32)과 인쇄회로기판(21)에 각각 연결되는 것이다.결국, 상기 역 에프 형태의 구성은 유전체 기판(31)이 인쇄회로기판(21)의 상면에 얹혀지게 되면 급전라인(36)이 전방반사판(32)에서 인쇄회로기판(21)측으로 하향되어 완전한 형태를 유지할 수 있겠지만, 각 구성의 설치공간에 대한 효율을 높이기 위해 유전체 기판(31)이 인쇄회로기판(21)과 동일면 상에 배치되기 때문에 형태상으로는 완전한 역 에프로 볼 수는 없지만, 그 구조상으로는 역 에프의 구성을 모두 포함하게 된다.또한, 상기 급전라인(36)은 도면에 예시된 지점 이외에도 전, 후방방사판(32, 35), 연결판(34)으로 이루어진 급전부(35)의 구간 내에서 전방방사판(32)과 접지인 인쇄회로기판(21)을 연결할 수 있다면 어느 지점이어도 무방하다.

상기와 같이 구성된 안테나(20)는 인쇄기판(21)상의 일측에 실장되어 미엔더 및 역 에프 안테나 기능을 동시에 수행하도록 한 것이 특징이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 미엔더 및 역에프 구조를 이용한 칩 안테나의 작용을 설명한다.

상기된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 미엔더 및 역에프형 구조의 안테나에서, 도 7에 도시된 바와 같이 형태 변환이 가능하며, 그 작용이 변환되는 것을 이하에서 나타낸다.

도 7은 본 발명에 따른 안테나에 있어서 급전부의 위치와 전방방사판 및 후방방사판의 다양한 변형예를 나타내는 것으로서, 도 7a는 전방방사판의 미엔더 구조의 변환된 형태를 나타내고, 도 7b는 후방방사판의 구조가 변환된 형태를 나타낸다. 상기 전방방사판(32)과 후방방사판(33)은 그 크기와 형태에 따라 방사판에 여기된 전류분포가 달라지게 되어 결국 주파수 응답특성을 결정하는 전기적 길이가 달라지게 되며 그 특성을 아래와 같다.

도 7b에서, 후방방사판(33)의 길이가 길어지게 되면 방사판의 길이가 길어지게 되어 낮은 주파수에서 동작하게 되고, 상기 후방방사판(33)의 길이가 짧아지게 되면 높은 주파수에서 동작하게 된다. 이와 같이, 후방방사판(33)은 그 길이(41)와 폭(42)이 조절될 수 있으며, 상기 후방방사판(33)의 길이(41)와 폭(42)을 적절히 조절함으로써 상기 전방방사판(32)의 것과 다른 주파수 응답특성을 얻을 수 있기 때문에 이중공진이 가능해진다.

상기 전방방사판(32)과 후방방사판(33)에서, 다양한 형태변환은 상기 두 방사판(32, 33)에 여기된 전류분포에 영향을 주게 되어 결과적으로 원하는 주파수 응답특성을 얻게 된다.

또한, 상기된 바와 같이 상기 급전라인(36)은 그 위치가 적절하게 설정되므로써, 그 위치의 변화에 따라 급전라인(36)에서의 입력 임피던스 성분, 즉 저항성분과 리액턴스 성분,이 변화하게 된다. 따라서 응답주파수를 포함한 넓은 주파수대역에서 각각의 주파수에 해당하는 임피던스의 저항성분값들이 급전라인(36)의 특성 임피던스 값과 차이가 크지 않고 응답주파수를 포함한 넓은 주파수대역에서 0에 가까운 임피던스의 리액턴스 성분값들을 가지게 되면, 원하는 대역폭을 가지는 안테나의 제작이 가능해진다.

즉, 상기된 바와 같이 구성된 안테나는 인쇄회로기판(21)의 일측에 배치된 미엔더 안테나의 형태를 유지하여 그 크기가 소형이면서, 유전체 기판(31)의 전, 후면에 걸쳐 역 에프 안테나의 형태를 갖추게 되어 광대역 특성을 나타내게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 미엔더 및 역 에프 구조의 칩 안테나는 광대역화를 구현함에 있어서 급전부(35)에서 급전방식을 변형시켜 인쇄기판(21)의 넓은 접지특성을 이용함으로써, 안테나 입력단에서의 주파수 응답특성을 제어하도록 한 것이다. 따라서 유전체의 두께나 크기에 변화없이 원하는 대역폭을 얻을 수 있는데 효과가 있다.

또한, 접지면과의 상호관계를 고려하여 인쇄기판(21)과 같이 실장될 수 있기 때문에 소형화되고 내장가능한 미엔더 및 역 에프 구조의 칩 안테나를 제공할 수 있는데 효과가 있다.

고유전율의 유전체 기판(31)의 상면에 미엔더 형태의 방사부를 실장하여 종래 안테나에 비하여 소형이 가능하며, 칩 안테나의 간단한 구조로 대량생산이 가능할 뿐만아니라, 노트북, PDA 및 기타 통신기기의 회로에 내장되어 미관이 개선되고 파손을 방지하는데에도 효과가 있다.

도 1. 종래 유전체 미엔더 칩 안테나의 사시도.

도 2a. 도 1에서 유전체 두께가 다른 실시예.

도 2b. 도 1에서 미엔더 라인의 길이가 다른 실시예.

도 3a. 종래 역에프형 안테나의 일부 단면도.

도 3b. 종래 역에프형 안테나의 사시도.

도 4. 본 발명에 따른 미엔더 및 역 에프 구조의 안테나의 사시도.

도 5. 도 4의 안테나의 사시도.

도 6a. 도 4의 안테나의 평면도.

도 6b. 도 4의 안테나의 배면도.

도 7a. 도 5의 안테나의 방사판의 다른 실시예.

도 7b. 도 5의 안테나의 방사판의 또 다른 실시예.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20: 안테나 21: 인쇄기판

31: 유전체 기판 32: 전방방사판

33: 후방방사판 34: 연결판

35: 급전부 36: 급전라인

Claims (4)

1. 이동통신대역용 통신기기에 사용되는 안테나에 있어서,

   통신기기의 각종 전자부품이 실장되는 인쇄회로기판(21)의 일측에 배치된 유전체 기판(31)과;

   상기 유전체 기판(31)의 상면에 미엔더 라인(Meander line) 구조로 전방방사판(32)이 배치되며, 전방방사판(32)과 연결되어 유전체 기판(31)의 측면에서 절곡된 연결판(34)이 배치된 급전부(35)와;

   상기 급전부(35)의 전방방사판(32)에 일단이 연결되고, 타단이 인쇄회로기판(21)을 접지로하며 연결되어 급전부(35)와 더불어 역 에프 안테나의 구조를 갖추며, 전방방사판(32)으로 전원이 공급되도록 하는 급전라인(36)으로 구성된 것을 특징으로 하는 미엔더 및 역 에프형 구조를 이용한 안테나.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전방방사판(32)의 미엔더 라인 구조는 라인의 폭과 간격이 선택적으로 결정되어 형성된 것을 특징으로 하는 미엔더 및 역 에프형 구조를 이용한 안테나.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 급전부(35)는

   유전체 기판(31)의 후면에 배치되고, 연결판(34)과 연결되어 이중공진을 발생시키며, 폭과 길이가 선택적으로 결정되는 후방방사판(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미엔더 및 역 에프형 구조를 이용한 안테나.