KR100516830B1 - 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 및 그 제조 방법 - Google Patents

이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 내장형 패치 안테나는, 접지를 위한 도체층; 소정의 높이를 가진 고정 수단에 의해 상기 도체층과 분리될 수 있도록 배치된 유전체층; 상기 유전체층에 프린팅하여 형성되며, 급전 수단으로부터 공급받은 전류를 여기하여 에너지를 방사하기 위한 복사패치; 상기 복사패치를 식각하여 형성되며, 상기 복사패치에 여기된 전류의 경로를 분류하기 위하여 'ㄱ' 형상으로 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2슬롯; 상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 일측에 배치되며, 상기 복사패치에 전류를 공급하기 위한 상기 급전 수단; 및 상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 다른 일측에 배치되며, 상기 제 1 및 제 2슬롯에 의하여 분류된 전류를 단락하기 위한 제 1단락 수단을 포함한다.

Description

이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 및 그 제조 방법{Built-in Patch Antenna for Mobile Communication Terminal and Method for Manufacturing it}
본 발명은 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 다중대역 특성 및 광대역 특성을 동시에 나타내는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 각종 이동 통신 단말기에 일반적으로 장착되고 있는 안테나에는, 중심 주파수의 λ/4(λ는 사용 주파수의 파장)의 길이를 갖는 모노폴(monopole) 안테나, 이에 상응하는 전기적 길이(λ/4)를 갖는 헬리컬(helical) 안테나, 또는 상기 두 가지 형태의 안테나를 조합한 신축가능형(retractable) 안테나 등이 있다.
그러나, 상기와 같은 안테나들을 장착한 이동 통신 단말기는 돌출된 안테나로 인해 휴대의 편리성이 떨어지고 파손의 우려가 있다는 단점을 갖고 있어, 안테나를 단말기 내부에 삽입하는 내장형(built-in) 안테나가 요구되고 있는 추세이다.
한편, 현재의 이동 통신 시스템은 각 국가별 또는 사업자별로 사용하는 주파수대역이 서로 다르므로, 사용되는 안테나는 각 시스템별로 별도로 설계되어야 하는 불편함이 있다. 따라서, 복수 개의 시스템에 적용 가능한 다중대역 특성을 가지는 안테나의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
이에, 이러한 요구를 충족시키기 위하여 다중대역 특성을 갖는 내장형 안테나 기술이 현재 시도되고 있는 바, 크게 인쇄회로 기술을 이용하는 마이크로스트립 패치 안테나 기술과 고유전체의 세라믹 물질을 이용하는 세라믹 칩 안테나 기술 및 최근 많이 시도되었던 역F형(inverted F) 안테나 기술 등이 있다.
그러나, 마이크로스트립 패치 안테나는 전체 안테나의 크기가 커지는 문제점이 있으며, 세라믹 칩 안테나는 충격에 약하고, 이득이 낮으며 또한 고가라는 문제점이 있다.
역F형 안테나 기술의 경우에는 급전점에 인접하여 단락핀을 구비시킴으로써 전체 안테나의 크기가 작아지는 장점을 가지고 있는바, 이하 도 1을 참조하여 종래의 역F형 안테나를 살펴보기로 한다.
도 1은 종래의 이동 통신 단말용 내장형 안테나의 구조도로서, 종래의 역F형 안테나의 일반적인 구성을 설명하기 위한 일예이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 역F형 안테나는 급전핀(101), 슬롯(103), 단락핀(105), 복사패치(107) 및 접지면(109)으로 구성된다.
상기 급전핀(101)을 통해 입력되는 신호 중 일부는 상기 슬롯(103)에 의해 나뉘어진 상기 복사패치(107)의 외각에 생성되는 전류경로를 따라 흐르게 되고, 그 전체적인 구조에 의해 전자기 에너지의 방사가 이루어진다.
또한, 상기 슬롯(103)의 안쪽으로도 전류가 분류(分流)되어 흐르게 되는데, 이러한 전류에 의한 에너지 복사는 상기 복사패치(104)의 외각에 생성되는 전류경로를 따라 흐르는 전류에 의한 복사파보다 높은 주파수대역을 가지게 된다.
이와 같이, 종래의 역F형 안테나는 이중대역 특성을 가지는 장점이 있으나, 주파수 응답 특성이라는 측면에서 보면 상기 두 대역 모두 협대역 특성을 나타내는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 적어도 두개 이상의 슬롯을 이용함과 동시에 단락핀의 위치를 조정하여 상이한 주파수대역을 구성하는 전류경로간의 분리도를 향상시킴으로써, 다중공진을 통한 광대역 특성을 나타내기 위한 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 안테나의 내부가 완전히 밀폐되어 보호되고 표면 실장형 부품을 사용하기에 편리하도록 하기 위한 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 제조 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다중공진을 통한 광대역 특성을 나타내기 위한 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나에 있어서, 접지를 위한 도체층; 소정의 높이를 가진 고정 수단에 의해 상기 도체층과 분리될 수 있도록 배치된 유전체층; 상기 유전체층에 프린팅하여 형성되며, 급전 수단으로부터 공급받은 전류를 여기하여 에너지를 방사하기 위한 복사패치; 상기 복사패치를 식각하여 형성되며, 상기 복사패치에 여기된 전류의 경로를 분류하기 위하여 'ㄱ' 형상으로 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2슬롯; 상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 일측에 배치되며, 상기 복사패치에 전류를 공급하기 위한 상기 급전 수단; 및 상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 다른 일측에 배치되며, 상기 제 1 및 제 2슬롯에 의하여 분류된 전류를 단락하기 위한 제 1단락 수단을 포함하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나를 제공한다.
또한, 본 발명은 다중공진을 통한 광대역 특성을 나타내기 위한 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나에 있어서, 접지를 위한 도체층; 소정의 높이를 가진 고정 수단에 의해 상기 도체층과 분리될 수 있도록 배치된 유전체층; 상기 유전체층에 프린팅하여 형성되며, 급전 수단으로부터 공급받은 전류를 여기하여 에너지를 방사하기 위한 복사패치; 상기 복사패치를 식각하여 형성되며, 상기 복사패치에 여기된 전류의 경로를 분류하기 위하여 'C' 형상으로 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2슬롯; 상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1 및 제 2슬롯의 사이에 배치되며, 상기 복사패치에 전류를 공급하기 위한 상기 급전 수단; 및 상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 다른 일측에 배치되며, 상기 제 1 및 제 2슬롯에 의하여 분류된 전류를 단락하기 위한 단락 수단을 포함하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나를 제공한다.
또한, 본 발명은 안테나의 내부가 완전히 밀폐되어 보호되고 표면 실장형 부품을 사용하기에 편리하도록 하기 위한 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 제조 방법에 있어서, 유전체층 및 복사패치의 패턴을 제작하는 제 1단계; 급전 수단 및 단락 수단을 상기에서 제작한 패턴에 따라 삽입하고, 이를 솔더링하는 제 2단계; 상기 제 2단계에서 생성한 결합체를 플라스틱 삽입 사출 캐비티에 넣어 사출하는 제 3단계; 및 상기 급전 수단과 상기 단락 수단의 일측을 절곡하는 제 4단계를 포함하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나 제조 방법과 상기 제작 방법으로 제작된 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 1실시예는, 접지면(201), 지지체(203), 인쇄회로기판(205), 복사패치(207), 급전핀(feeding pin(209)), 단락핀(211), 제 1슬롯(213) 및 제 2슬롯(215)을 포함하고 있다.
도 2에 제시된 본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 1실시예의 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 급전핀(209)을 통해 입력되는 신호 중 일부는 상기 제 2슬롯(215)에 의해 구분된 외각으로의 제 2전류경로(L2)를 통해 흐르게 되고, 이 전류에 의해 상대적으로 낮은 공진주파수(이하 '제 2공진주파수'라 함)를 갖는 전자파의 복사가 이루어진다.
또한, 상기 제 2슬롯(215)과 상기 제 1슬롯(213)에 의해 형성된 또 다른 제 1전류경로(L1)를 통해 흐르는 일부 신호 전류는, 상기 제 2슬롯(215)과 상기 제 1슬롯(213)에 의해 상기 복사패치(207)와 구분되는 패치(이하 '부속패치'라 함) A로 입력되어 상대적으로 높은 공진주파수(이하 '제 1공진주파수'라 함)를 갖는 전자파의 복사를 유도한다.
도전 재질로서 직사각형 형태인 상기 복사패치(207)는 상기 인쇄회로기판(201)상에 프린팅되어 형성되며, 상기 제 1슬롯(213)과 상기 제 2슬롯(215)은 상기 복사패치(207)를 식각하여 형성한다.
이때, 상기 복사패치(207)의 가로길이는 제 2공진주파수 파장의 1/8정도로 설계하며, 상기 급전핀(209)에서부터 상기 복사패치(104)의 종단(좌측 하단)까지 상기 제 2슬롯(215)의 외각으로 흐르는 총 전류경로(L2) 길이가 상기 제 2 공진주파수 파장의 약 1/4이 되도록 그 세로 길이와 제 2슬롯(215)을 설계한다.
'ㄱ'자 형상으로 형성된 상기 제 1슬롯(213)과 반전된 'ㄱ'자 형상으로 형성된 상기 제 2슬롯(215)은 서로 마주보며 구비되고, 상기 제 2슬롯(215)이 상기 제 1슬롯(213)에 비해 큰 가로 및 세로길이를 갖는다.
상기 급전핀(209)으로부터 급전된 신호는 상기 제 1 및 제 2슬롯(213, 215)에 의해 분류되고, 그 중 상기 제 2슬롯(215)과 상기 제 1슬롯(213) 간을 통해 흐르는 전류(L1)는 상기 제 1슬롯(213)에 의해 상기 부속패치 A로 전송된다.
상기 제 1슬롯(213)과 상기 제 2슬롯(215)이 형성되는 위치는 제 1공진주파수에 따라 결정된다. 즉, 상기 두 슬롯(213, 215)간의 간격과 상기 제 1슬롯(213)의 세로길이가 대략 제 1공진주파수 파장의 1/4이 되도록 두 슬롯의 위치와 그 길이가 정해지게 된다.
상기 부속패치 A의 일측에 구비되어 신호를 상기 접지면(201)에 단락시키기 위한 단락핀(211)은 상기 제 1공진주파수 특성을 얻기 위해 사용되는데, 급전점으로부터 상기 단락핀(211)이 존재하는 상기 부속패치 A 까지의 길이가 상기 제 1공진주파수 파장의 약 1/4이 되도록 그 위치가 정해진다.
결국, 상기 제 1슬롯(213)과 상기 단락핀(211)에 의해, 상기 급전핀(209)을 통해 입력되는 신호가 상기 제 2슬롯(215)의 외각으로 흐르는 전류경로(L2)와 상기 부속패치 A로 공급되는 전류경로(L1)로 분류되어, 각 전류에 의한 전자파의 복사가 독립적으로 이루어지게 된다.
따라서, 상기 두 전류경로(L1, L2)에 의해 형성되는 상이한 두 주파수대역 각각을 광대역으로 임피던스 정합하는 것이 용이해질 수 있다.
유전재질의 상기 지지체(203)는 단말기의 접지면(201) 위로 상기 복사패치(207)가 형성된 상기 인쇄회로기판(205)이 소정의 간격을 두고 고정될 수 있도록 지지하여 주는 기능을 담당한다. 또한, 상기 지지체(203)를 구성하는 재질의 유전율과 그 높이를 가변시켜 줌으로써, 상기 접지면(201)과 상기 복사패치(207)간의 실효유전율을 조절하여 안테나의 전체적인 대역폭과 이득을 조정할 수 있다.
도 3은 상기 도 2의 내장형 패치 안테나의 분해 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 지지체(203)와 상기 인쇄회로기판(205)을 관통하는 상기 단락핀(211)과 상기 급전핀(209)은 납땜 등의 방법에 의해 상기 인쇄회로기판(205) 위로 구비된 상기 복사패치(207)에 전기적으로 연결된다.
도 4는 상기 도 2의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio; VSWR)를 설명하기 위한 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내장형 패치 안테나에 의해 제 1 및 제 2공진 주파수 대역이 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 2실시예는, 상기 도 2의 제 1실시예에 대비하여 볼 때, 상기 단락핀(211)(이하, 설명의 편의상 '제 1단락핀'이라 함)에 인접하여 또 다른 단락핀(이하 '제 2단락핀')(501)을 더 포함하고 있다.
상기 제 2단락핀(501)은 상기 급전핀(209)으로부터 상기 제 1단락핀(211)에 이르는 전류경로(L1)에 상기 급전핀(209)으로부터 상기 제 2단락핀(501)에 이르는 전류경로(L3)를 추가로 형성시킴으로써, 이중공진에 의해 대역을 확장시키는 기능을 담당한다.
상기의 '이중공진'은, 매우 인접하게 배치되어 있는 두 개의 주파수대역에서의 공진을 의미하는 것으로 한다. 일반적으로 소형 패치 타입 안테나의 단일 공진으로는 인접한 대역에서의 이중공진을 이끌어내기 매우 어려운 점이 있으므로, 이에 본 발명의 우수한 면이 도출될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예를 확장하여, 다수개의 단락핀을 사용한다면, '다중공진'을 이끌어 낼 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
상기 두 단락핀(211, 501)간의 직선거리는 원하는 확장 대역폭에 비례하지만, 일정 거리 이상 떨어지는 경우 대역폭의 확장보다는 또 다른 대역에서 공진하는 특성을 가지게 되므로 설계시 이를 고려해야 한다.
본 실시예의 경우, 상기 제 2단락핀(501)을 상기 제 1단락핀(211)의 위치로부터 왼쪽으로 수평하게 사용 파장의 약 0.05배가 되도록 떨어지게 배치하였다.
본 발명의 실시예에서는 단락핀을 하나 더 추가하였지만, 소정 간격으로 다수개의 단락핀을 추가로 구비시킴으로써, 더욱 대역폭을 확장시킬 수 있다는 것은 당업자에게 당연하다 할 수 있다.
도 6은 상기 도 5의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비를 설명하기 위한 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내장형 패치 안테나의 전압정재파비는, 상기 도 4와 비교할 때 제 1공진주파수대역에서 현재 서비스중인 개인휴대통신(PCS;Personal Communication Service) 주파수대역과 향후 서비스 예정인 차세대 이동통신(IMT-2000;International Mobile Telecommunications 2000) 주파수대역을 포함하는 광대역 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 3실시예는, 상기 도 5의 제 2실시예에 대비하여 볼 때, 상기 제 2슬롯(215)과 나란히 이와 유사한 형태의 제 3슬롯(701)을 더 포함하고 있다.
상기 제 3슬롯(701)은 상기 제 2 슬롯(215)의 외각을 타고 흐르는 종래의 전류경로(L2)에 약간 더 긴 전류경로(L4)를 추가로 형성시킴으로써, 이중공진에 의해 제 2공진주파수대역을 확장하는 기능을 담당한다.
상기 제 2 및 제 3 슬롯(215, 701)간의 거리는 결국 두 슬롯에 의해 형성되는 전류경로(L2, L4) 길이간의 차를 결정하게 되므로, 상기 제 1및 제 2 단락핀 (211, 501)의 경우와 유사하게, 확장되는 대역폭은 이 거리에 의해 결정되며, 너무 떨어진 경우에는 또 다른 대역에서 공진하는 특성을 가지게 되므로 설계시 이를 반드시 고려해야 한다.
도 8은 상기 도 7의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비를 설명하기 위한 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 내장형 패치 안테나의 전압정재파비는, 제 2공진주파수대역에서 상기 도 5 전압정재파비보다 대역폭이 확장되었음을 알 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도로서, 각각 내장형 패치 안테나의 평면도와 안테나의 인쇄회로기판의 배면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 4실시예는, 상기 도 2의 제 1실시예와 비교할 때, 상기 복사패치(207)의 좌측하단에 배치된 관통 홀(through hole)(901) 및 상기 인쇄회로기판의 밑면에 배치된 소정길이의 도전 스트립(strip)(903)을 더 포함하고 있다.
상기 도전 스트립(903)은 상기 관통 홀(901)과 전기적으로 연결되어 있으며, 그 길이를 조절함으로써 상기 제 2공진주파수를 미세하게 조정하는 기능을 담당한다. 즉, 길이를 길게 할수록 제 2공진주파수는 낮아지고, 짧게 할수록 그 주파수는 높아지게 된다 할 수 있다. 또한, 이 때의 상기 인쇄회로기판(205)은 양면기판을 사용하는 것이 바람직하다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 5실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도로서, 각각 내장형 패치 안테나의 평면도와 안테나의 인쇄회로기판의 배면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 5실시예는, 상기 도 7의 제 3실시예와 비교할 때, 상기 제 2 및 제 3슬롯(215, 701)의해 형성된 전류경로의 끝 위치에 배치된 관통 홀(1003) 및 인쇄회로기판의 밑면에 배치된 소정 길이의 도전 스트립(1005)을 더 포함하고 있다.
상기 도전 스트립(1005)은 상기 관통 홀(1003)과 전기적으로 연결되어 있으며, 그 길이를 조절함으로써 상기 제 2 및 제 3슬롯(215, 701)에 의해 형성된 전류경로(L4)의 길이에 상응하는 공진주파수를 미세하게 조정하는 기능을 담당한다.
따라서, 상기 제 2공진주파수의 대역폭을 미세하게 조정하는 것이 가능할 수 있다. 상기 인쇄회로기판(205)은 역시 양면기판을 사용하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 6실시예는, 상기 도 2의 제 1실시예와 비교할 때, 제 1및 제 2슬롯 대신에 서로 반대 방향을 향하는 'C'자 모양의 제 4 슬롯(1101) 및 제 5슬롯(1103)을 포함하고 있다.
본 발명의 내장형 패치 안테나의 제 6실시예는, 현재 전세계적으로 아직 상용화되지 않은 IMT-2000 대역을 포함한 GSM/DCS/IMT-2000(또는 Cellular/PCS/IMT-2000)의 삼중대역 특성의 단말기용 내장형 안테나의 실제 구현에 그 목적이 있다.
상기 내장형 패치 안테나의 제 6실시예의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
상기 급전핀(209)을 통하여 안테나에 전달된 전자기 신호는 상기 제 4및 제 5슬롯(1101, 1103)에 의해 분류되어, 신호의 일부는 상기 제 4슬롯(1101)을 타고 안쪽으로 흐르며 나머지 신호는 제 5슬롯(1103)의 외부로 흐르게 된다.
즉, 외부의 슬롯을 타고 흐르면서 안테나의 전체 크기에 의해 공진되는 부분이 900MHz 대역용 방사체이고, 반면 슬롯의 안쪽을 타고 흐르며 내부의 작은 'C'자 모양의 슬롯의 위쪽과 아래쪽의 두갈래로 통해 전송되어 안쪽 슬롯의 모서리에 있는 단락핀으로 전달되는 신호들이 높은 주파수대의 신호에 기여한다.
이 때, 개구쪽의 세로 슬롯 길이를 달리하여 위쪽과 아래쪽의 슬롯을 타고 흘러온 전류의 전체 길이를 서로 상이하게 함으로서 각각 분류된 전류 길이에 의해 공진을 발생시킬 수 있다.
따라서 높은 주파수대에 기여하는 전자기 신호의 경우, 서로 분류되어 흐르는 과정에서 단락핀과 서로 다른 전파 경로를 가지게 되며 이는 결국 서로 인접한 이중공진을 일으키며 광대역 특성을 얻을 수 있다.
도 12는 상기 도 11의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비를 설명하기 위한 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 6실시예에 따른 내장형 패치 안테나의 전압정재파비는, 높은 주파수대역에서의 이중공진을 관찰할 수 있는 바, 이는 상기에서 언급한 내부 'C'자형의 작은 슬롯에 의해 발생되는 공진특성 임을 잘 확인 할 수 있다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 상기 도 11의 내장형 패치 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 그래프로서, 각각 순차적으로 상기 도 12의 공진주파수중 낮은 주파수로부터 높은 주파수에서의 방사패턴을 측정한 결과를 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 6실시예에 따른 내장형 패치 안테나의 이득값은 각각 1dBi, 2.5dBi, 2.9dBi의 값으로서, 종래의 외장형 안테나의 이득값인 -2~0dBi의 값과 비교해서 우수한 값을 가짐을 확인 할 수 있다.
또한 종래의 외장형 안테나는 무지향성의 패턴을 가져 인체 방향으로 전자기적인 문제를 줄 여지가 많았으나, 본 발명에 따른 내장형 안테나 구조에서는 180°방향인 인체 방향으로 상대적으로 조금 적은 전력이 방사되는 준-무지향성 방사특성을 가지므로 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate ;SAR)을 저감하는데 효과적임을 알 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 내장형 패치 안테나의 제작 방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 내장형 패치 안테나는 다음과 같은 과정을 거쳐 제작한다.
먼저, 안테나용 인쇄회로기판(205)의 패턴을 제작한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯을 제작한다.
이후, 급전핀(209) 및 단락핀(211)을 상기 인쇄회로기판(205)의 홀(301, 303)에 삽입하고, 상기 급전핀(209) 및 단락핀(211)을 상기 인쇄회로기판(205)에 솔더링하여, 상기의 결합체를 플라스틱 삽입 사출 캐비티(Cavity)에 넣고 사출한다.
상기 '플라스틱 삽입 사출'이란, 리드프레임을 플라스틱 물질로 둘러싸고 있는 구조를 만들기 위한 공정으로서, 내부의 소자들을 캐비티(Cavity)와 같은 공간 안에 넣고, 높은 열을 가해 액체 상태로 만든 플라스틱을 이 캐비티에 쏟아 부어 내부 소자를 몰딩(Molding)하는 것이다.
이러한 공정을 거침으로써, 안테나의 내부가 완전히 밀폐되어 보호될 수 있고, 표면 실장형 소자(Surface-Mounted Device; 이하, 간단히 'SMD'라 함)를 사용하기에 편리하도록 롤 포장을 할 수 있으며, 또한, 자동화 공정을 통해 조립시간과 공정비용을 줄일 수 있다.
마지막으로, SMD에 적합하도록 상기 단락핀(209)과 상기 급전핀(211)의 발의 끝부분을 90°로 절곡한다.
본 발명의 내장형 패치 안테나는, 급전용과 접지용 두 개의 컨택용 리드프레임형의 핀을 안테나 방사체에 먼저 결합한 후 이 안테나를 전체로 삽입사출(또는 삽입몰딩) 과정을 통하여, 단말기의 인쇄회로기판의 컨택용 패드에 자동화 공정을 이용하여 용이하게 솔더링할 수 있도록 한다.
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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 적어도 두개 이상의 슬롯을 이용함과 동시에 단락핀의 위치를 조정하여 상이한 주파수대역을 구성하는 전류경로간의 분리도를 향상시킴으로써, 다중공진을 통한 광대역 특성을 나타낼 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 소정의 간격을 갖는 하나 이상의 단락핀들을 구비시킴으로써, 다중공진에 의하여 대역폭을 확장할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 관통 홀(through hole)과 이와 전기적으로 연결된 도전 스트립의 길이를 조절함으로써, 공진주파수대역의 미세한 조정이 가능하게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라스틱 사출된 단품 구조로 제작함으로써, 안테나의 내부가 완전히 밀폐되어 보호할 수 있도록 하는 효과가 있으며, SMD 공정에 필수적인 롤 포장에도 적합하여 조립 공정에 소요되는 시간적/경제적 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이동 통신 단말용 내장형 안테나의 구조도,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도,
도 3은 상기 도 2의 내장형 패치 안테나의 분해 사시도,
도 4는 상기 도 2의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비 (VSWR)를 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도,
도 6은 상기 도 5의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비를 설명하기 위한 그래프,
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도,
도 8은 상기 도 7의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비를 설명하기 위한 그래프,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 5실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도,
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나의 구조도,
도 12는 상기 도 11의 내장형 패치 안테나의 주파수에 따른 전압정재파비를 설명하기 위한 그래프,
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 상기 도 11의 내장형 패치 안테나의 방사패턴을 설명하기 위한 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
201 : 접지면 203 : 지지체
205 : 인쇄회로기판 207 : 복사패치
209 : 급전핀 211, 501 : 단락핀
213, 215, 701, 1101, 1103 : 슬롯 901, 1103 : 관통 홀

Claims (14)

  1. 다중공진을 통한 광대역 특성을 나타내기 위한 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나에 있어서,
    접지를 위한 도체층;
    소정의 높이를 가진 고정 수단에 의해 상기 도체층과 분리될 수 있도록 배치된 유전체층;
    상기 유전체층에 프린팅하여 형성되며, 급전 수단으로부터 공급받은 전류를 여기하여 에너지를 방사하기 위한 복사패치;
    상기 복사패치를 식각하여 형성되며, 상기 복사패치에 여기된 전류의 경로를 분류하기 위하여 'ㄱ' 형상으로 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2슬롯;
    상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 일측에 배치되며, 상기 복사패치에 전류를 공급하기 위한 급전 수단; 및
    상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 다른 일측에 배치되며, 상기 급전 수단을 통해 입력되는 신호가 제 1 및 제 2슬롯에 의하여 분류되어 각 전자파의 복사가 독립적으로 이루어지도록 전류를 단락하기 위한 제 1단락 수단
    을 포함하고,
    상기 제 1슬롯은 상기 급전 수단과 제 1단락 수단 사이에 형성되며, 상기 제 1단락 수단은 상기 제 1슬롯에 의해 형성된 복사 패치의 공진 주파수 파장에 의하여 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2슬롯의 외측에 배치되며, 상기 복사패치 및 상기 유전체층의 일부를 제거하여 형성되는 관통 홀;
    상기 유전체층의 배면에 배치되며, 상기 관통 홀과 전기적으로 연결되어, 상기 제 2슬롯에 의하여 분류된 전류에 의한 공진주파수를 조정하기 위한 도전 성분의 조정 수단
    을 더 포함하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 조정 수단은,
    그 길이를 길게 할수록 상기 공진주파수가 낮아지고, 그 길이를 짧게 할수록 상기 공진주파수가 높아지는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1단락 수단의 일측에 배치되며, 상기 제 1단락 수단에 의하여 단락된 전류와 다른 경로를 생성하는 전류를 단락하기 위한 제 2단락 수단
    을 더 포함하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복사패치를 식각하여 형성되며, 상기 복사패치에 여기된 전류의 경로를 분류하기 위하여 'ㄱ' 형상으로 상기 제 2슬롯과 겹쳐지도록 배치된 제 3슬롯; 및
    상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1단락 수단의 일측에 배치되며, 상기 제 1단락 수단에 의하여 단락된 전류와 다른 경로를 생성하는 전류를 단락하기 위한 제 2단락 수단
    을 더 포함하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 3슬롯은,
    상기 제 2슬롯보다 세로 및 가로의 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2슬롯 및 제 3슬롯의 사이에 배치되며, 상기 복사패치 및 상기 유전체층의 일부를 제거하여 형성되는 관통 홀;
    상기 유전체층의 배면에 배치되며, 상기 관통 홀과 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 및 제 3슬롯에 의하여 분류된 전류에 의한 공진주파수를 조정하기 위한 도전 성분의 조정 수단
    을 더 포함하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 조정 수단은,
    그 길이를 길게 할수록 상기 공진주파수가 낮아지고, 그 길이를 짧게 할수록 상기 공진주파수가 높아지는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2슬롯은,
    상기 제 1슬롯보다 세로 및 가로의 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  10. 다중공진을 통한 광대역 특성을 나타내기 위한 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나에 있어서,
    접지를 위한 도체층;
    소정의 높이를 가진 고정 수단에 의해 상기 도체층과 분리될 수 있도록 배치된 유전체층;
    상기 유전체층에 프린팅하여 형성되며, 급전 수단으로부터 공급받은 전류를 여기하여 에너지를 방사하기 위한 복사패치;
    상기 복사패치를 식각하여 형성되며, 상기 복사패치에 여기된 전류의 경로를 분류하기 위하여 'C' 형상으로 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2슬롯;
    상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1 및의 일측에 배치되며, 상기 복사패치에 전류를 공급하기 위한 급전 수단; 및
    상기 유전체층에 관통하도록 상기 제 1슬롯의 다른 일측에 배치되며, 상기 급전 수단을 통해 입력되는 신호가 상기 제 1 및 제 2슬롯에 의하여 분류되어 각 전자파의 복사가 독립적으로 이루어지도록 전류를 단락하기 위한 단락 수단
    을 포함하고,
    상기 제 1 슬롯은 상기 급전 수단과 단락 수단 사이에 형성되며, 상기 단락 수단은 제 1슬롯에 의해 형성된 복사 패치의 공진 주파수 파장에 의하여 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2슬롯은,
    상기 제 1슬롯보다 세로 및 가로의 길이가 더 긴 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1슬롯은,
    개구부의 세로 슬롯의 길이가 각각 달리 형성된 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말용 내장형 패치 안테나.
  13. 삭제
  14. 삭제
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