KR100518122B1 - 트리플 밴드 헬리컬 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 트리플 밴드 헬리컬 안테나는 기판; 상기 기판의 개구에 놓인 상태에서 피치가 다른 부분이 복수개 제공되는 헬리컬; 상기 헬리컬이 외주에 감기는 보빈; 상기 헬리컬에 접속되고 상기 기판의 일면에 형성되는 복수개의 도전패턴인 헬리컬 연장 신호선; 상기 헬리컬의 내부에 삽입된 상태에서 상기 기판에 상하 양측이 고정되고, 상기 헬리컬과 용량결합되는 급전부; 상기 급전부의 일단에 접속되고 상기 기판의 타면에 형성되는 도전패턴인 급전부 연장 신호선; 상기 급전부의 타단에 접속되고 상기 기판의 타면에 형성되는 접지단자; 및 상기 헬리컬의 일단에 접속되어 송수신 신호를 전달하기 위하여 상기 기판 상에 형성되는 신호단자가 포함된다.

본 발명에 의해서, 이동 단말기의 외부로 돌출되는 부분이 없이 내장형으로 장착이 가능한 PIFA 형태의 안테나이면서도, 지향성 및 무지향성으로 트리플밴드의 주파수가 수신이 가능한 장점이 있다. 그리고, 다양한 방법에 의해서 공진 주파수의 조정이 가능하기 때문에, 트리플밴드의 송수신 주파수에 대해서 안테나의 공진 주파수가 정확하게 설정될 수 있는 장점이 있다. 그리고, 원하는 주파수 대역의 대역폭이 넓어지고, 안테나의 이득이 개선되는 장점이 있다.

Description

트리플 밴드 헬리컬 안테나{Triple-band helical antenna}

본 발명은 헬리컬 안테나에 관한 것으로서, 트리플밴드의 주파수가 수신가능하도록 하여 사용자가 세개의 주파수 대역의 송수신에 편리하게 사용할 수 있는 트리플 밴드 헬리컬 안테나에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 통신기기의 내에 돌출되는 부분이 없이 내장이 가능하면서 지향성 및 무지향성으로 동작하고 단일의 안테나에 의해서 세개의 주파수 대역의 송수신이 가능한 PIFA(Planar Inverted F Antenna, 평면 역 F 안테나)형태의 평면 안테나에 관한 것이다.

다양한 이동통신 서비스에서는 각각으로 사용할 수 있는 주파수가 정하여져 있고, 서비스의 종류 또는 서비스되는 지역별로 각각의 주파수가 할당되어 사용되고 있다. 예를 들어, 일반 cell 방식의 이동통신기기는 859MHz대의 주파수를 사용하고, PCS방식의 통신기기는 1.805GHz대의 주파수를 사용하고, 블루투스 방식의 통신기기는 2.4GHz대의 주파수를 사용한다.

이와 같이 주파수 대역이 다른 통신 방식이 상호간에 연동되어 사용될 필요가 있는데, 상술된 바와 같이 주파수 대역이 서로 다른 시스템을 연동시켜서 사용이 가능하기 위해서는 단일의 안테나에서 다양한 주파수의 전파가 수신이 가능해야한다. 그렇지 않다면 다른 안테나가 단일의 통신기기에 구비되어야 하는 단점이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본원발명의 출원인이 기존에 제안한 바가 있는 기술로는 대한민국특허출원번호: 1020030002971, 발명의 명칭: 듀얼 밴드 안테나 및 듀얼 밴드 안테나의 공진 주파수 조정방법에 의해서 이미 개시된 바가 있다.

그러나, 상기되는 종래기술은 사용가능한 주파수대가 두개가 있기 때문에, 그 사용상의 기능이 두개 주파수 대로 좁아지는 단점이 있고, 이동 단말기의 외부로 안테나가 돌출되는 디자인상의 문제점이 있고, 나아가서 그 제조과정이 재료비가 많이 드는 문제점이 있다.

또한, 듀얼밴드의 주파수 대역에 대해서는 급전부에 의해서 미세하게 주파수가 조절될 수 있지만, 듀얼밴드 이상의 트리플밴드의 주파수 대역에서는 정확한 주파수를 설정하기가 어렵기 때문에, 별도의 정합회로를 사용해야 되기 때문에 제조원가가 상승하고 완성품 단계에서 제조상의 어려움이 많은 문제점이 있다.

한편, 근래들어서는 이동 단말기에서 안테나가 단말기의 외부로 돌출되는 것을 막기 위하여 PIFA 형태의 안테나와 같이 소형 평면 안테나가 이동 단말기에 내장되는 형태의 안테나가 제안되고 있다. 그러나, 상기 PIFA 형태 안테나는 지향성을 가지기 때문에, 이동 단말기에서 전방향 통신이 불가한 단점이 있다.

이와 같은 상기 PIFA형 안테나의 문제점을 극복하기 위하여 2개의 PIFA안테나를 단말기의 양측면에 부착하는 형태와, 선형편파에 적합하면서 단말기 상단과 같이 수평면에 장착할 수 있는 방법이 제안되고 있기는 하지만, 그 구조가 복잡해지고, 지향성에 대한 개선이 미흡한 문제점이 있다.

대한민국특허출원번호: 1020030002971, 발명의 명칭: 듀얼밴드 안테나 및 듀얼밴드 안테나의 공진 주파수 조정방법

본 발명은 상기되는 문제점을 개선하기 위하여 제안되는 것으로서, 지향성 및 무지향성으로 동작이 가능한 트리플밴드 헬리컬 안테나를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이동 단말기의 외부로 돌출되는 부분이 없이 내장형으로 장착이 가능한 PIFA 형태의 안테나이면서도, 지향성과 무지향성으로 트리플 밴드의 주파수가 수신이 가능한 트리플밴드 헬리컬 안테나를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 트리플 밴드의 송수신 주파수에 대해서 안테나의 공진 주파수가 정확하게 설정될 수 있도록 하는 트리플밴드 헬리컬 안테나를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 전압 정재파비가 개선됨으로써, 원하는 주파수 대역에 대한 안테나 게인이 증대되어 신호 송수신의 감도가 개선되는 트리플 밴드 헬리컬 안테나를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트리플 밴드 헬리컬 안테나는 기판; 상기 기판의 개구에 놓인 상태에서 피치가 다른 부분이 복수개 제공되는 헬리컬; 상기 헬리컬이 외주에 감기는 보빈; 상기 헬리컬에 접속되고 상기 기판의 일면에 형성되는 복수개의 도전패턴인 헬리컬 연장 신호선; 상기 헬리컬의 내부에 삽입된 상태에서 상기 기판에 상하 양측이 고정되고, 상기 헬리컬과 용량결합되는 급전부; 상기 급전부의 일단에 접속되고 상기 기판의 타면에 형성되는 도전패턴인 급전부 연장 신호선; 상기 급전부의 타단에 접속되고 상기 기판의 타면에 형성되는 접지단자; 및 상기 헬리컬의 일단에 접속되어 송수신 신호를 전달하기 위하여 상기 기판 상에 형성되는 신호단자가 포함된다.

제안되는 바와 같은 본 발명의 구성에 의해서 단일의 안테나에 의해서 트리플 밴드의 주파수 대역의 송수신이 가능한 장점이 있고, 특히, 송수신 주파수 대역의 신호가 정확하면서도 깨끗하게 송수신되는 장점을 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 기판(도 1의 1참조)에 제공되는 소정의 개구부에 헬리컬(도 1의 4참조)이 고정되는 형태로 제공되는 안테나로서, 기판에 헬리컬이 더 제공됨으로써, 안테나가 지향성 및 무지향성으로 동시에 동작되는 안테나이다. 그리고, 상기 헬리컬(4)은 기판의 정면과 배면에 형성되는 도전패턴에 각각 결선되는 형태로 제공됨으로써, 공진 주파수의 조정이 더욱 정확하게 되는 장점을 얻을 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 첨부되는 실시예에 제한되지 아니하며 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 트리플 밴드 헬리컬의 안테나의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 트리플 밴드 헬리컬 안테나의 배면도로서, 기판(1)을 제외하고 상기 보빈(3) 및 상기 헬리컬(4)이 수평으로 절개된 상태를 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 트리플 밴드 헬리컬 안테나에는 기판(1)과, 상기 기판(1)의 정면에 형성되는 다수의 도전 패턴과, 상기 기판(1)에 형성되는 개구부에 안착되는 헬리컬(4)과, 상기 헬리컬(4)이 권선되는 보빈(3)과, 상기 헬리컬(4)의 일단부에 전기적으로 접속되어 송수신되는 신호가 전달되는 신호단자(5)가 포함된다.

상세하게, 상기 헬리컬(4)은 헬리컬의 피치가 가장 좁은 제 1 헬리컬 영역(41)과, 피치가 가장 넓은 제 3 헬리컬 영역(43)과, 피치가 중간 정도에 이르는 제 2 헬리컬 영역(42)이 포함된다. 이와 같이 헬리컬(4)의 피치가 서로 다른 다수의 부분이 단일의 헬리컬(4)에 연속적으로 형성됨으로써, 송수신되는 주파수가 복수개로서 다중으로 제공될 수 있게 되는데 바람직하게는 트리플 밴드의 주파수가 송수신될 수 있다. 물론, 피치가 다른 각각의 헬리컬 영역(41)(42)(43)의 길이를 조절함으로써 송수신되는 트리플 밴드의 각 주파수 대역이 조절되는 것도 물론이다.

상세하게, 상기 보빈(3)에는 상기 헬리컬(4)이 권선되도록 외주면에 홈이 미리 형성되어, 상기 헬리컬(4)이 권선될 때에는 상기 헬리컬(4)을 회전시킴으로써 헬리컬(4)을 보빈(3)에 끼울 수 있다.

상세하게, 상기 신호단자(5)는 상기 헬리컬(4)에 송수신되는 무선 신호가 통신기기등과 같은 기기의 본체에 접촉되어 상기 무선 신호가 상기 통신기기로 전달되도록 한다. 또한, 상기 신호단자(5)는 상기 기판(1) 상에 길게 제공될 수 있기 때문에, 신호단자(5)가 접속되어야 하는 상기 통신기기의 특정 위치를 향하여 어떤 방향으로든지 간에 연장 형성될 수 있다. 그리고, 상기 신호단자(5)는 상기 헬리컬(4)과 납땜부(6)에 의해서 고정되고 서로 간에 신호를 전달할 수 있다. 한편, 본 발명을 설명함에 있어서 상기 납땜부(6)는 다수개의 개소에 형성되는데, 그 위치별로 구분을 하지 않고 납땜이 적용되는 부분은 그 전부를 도면번호 6으로 설명한다.

상세하게, 상기 도전 패턴은 다수개가 형성되는데, 먼저 상기 제 1 헬리컬 영역(41)의 양쪽 측방향으로 연장되는 제 1 헬리컬 연장 신호선(21) 및 제 2 헬리컬 연장 신호선(22)과, 상기 제 2 헬리컬 영역(42)의 양쪽 측방향으로 연장되는 제 3 헬리컬 연장 신호선(23) 및 제 4 헬리컬 연장 신호선(24)과, 상기 제 3 헬리컬 영역(43)의 양쪽 측방향을 연장되는 제 5 헬리컬 연장 신호선(25) 및 제 6 헬리컬 연장 신호선(26)이 포함된다. 그리고, 상기 헬리컬 연장 신호선이 헬리컬(4)의 양쪽 측방으로 연장되도록 하기 위하여, 상기 개구부는 상기 기판(1) 상의 대략 중심부에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 기판(1)의 상측에는 또 다른 도전 패턴으로서 보조 연장 신호선(27)이 하나 더 형성되는데, 상기 보조 연장 신호선(27)은 제 1 헬리컬 연장 신호선(21) 또는 제 2 헬리컬 연장 신호선(22)에 접속되어 제 1 헬리컬 연장 신호선(21) 및 제 2 헬리컬 연장 신호선(22)의 필요 길이를 보충할 수 있다.

상기 도전성 패턴은 필요에 따라서 그 길이를 늘이거나 줄일 수 있는데, 이와 같이 함으로써 공진 주파수의 주파수 대역을 보다 정확하게 조절할 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 나아가서, 상기 도전성 패턴 간의 정전용량에 의해서 주파수 조절 성능은 더욱 개선될 수 있다.

또한, 상기 헬리컬 연장 신호선(21)(22)(23)(24)(25)(26)과 상기 헬리컬(4)의 연결부에는 납땜부가 제공됨으로써, 헬리컬(4)이 그 안착된 위치에서 견고하게 고정되도록 할 뿐만 아니라, 헬리컬(4)에 의해서 수신되는 각 주파수의 대역이 적절히 변화되어 원하는 공진 주파수가 정확하게 구현되도록 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나의 배면에는 상기 헬리컬(4)의 내부에 삽입된 상태에서 급전부(7)가 상하방향으로 연장되어 있다. 상기 급전부(7)와 상기 헬리컬(4)과의 사이에 형성되는 정전용량에 의해서, 헬리컬(4)에 수신되는 송수신 주파수가 미세하게 조절되도록 하는 기능이 수행된다.

또한, 상기 급전부(7)에 의해서 헬리컬(4)에 수신되는 송수신 주파수가 더욱 미세하게 조절되도록 하기 위하여, 상기 기판(1)의 배면에는 또 다른 도전 패턴으로서 제 1 급전부 연장 신호선(91)과 제 2 급전부 연장 신호선(92)이 형성된다. 그리고, 상기 급전부 연장 신호선(91)(92)은 기판(1)의 좌측 및 우측으로 각각 연장되어, 전체적으로 급전부(7)와 급전부 연장 신호선(91)(92)는 'T'자 형상으로 이루어져 있다. 이와 같이 함으로써, 안테나의 무지향성이 더욱 개선될 수 있고, 급전부 연장 신호선이 더욱 길어지기 때문에 송수신 주파수의 조절성능이 더욱 개선될 수 있다. 그리고, 급전부 연장 신호선(91)(92)의 길이가 조절됨으로써, 안테나의 전압 정재파비가 개선되기 때문에, 특정 주파수 대역에 대한 송수신 상태가 더욱 개선되는 장점을 얻을 수 있다.

한편, 상기 급전부 연장 신호선(91)(92)은 굴곡되어 있는데, 이와 같이 굴곡되는 형상으로 제공됨으로써, 급전부 연장 신호선(91)(92)은 굴곡된 부분의 양측에 놓이는 각각의 신호선(91)(92) 간의 정전용량에 의해서 안테나의 전압 정재파비가 다시 조정될 수 있다. 물론, 급전부 연장 신호선(91)(92)의 굴곡된 정도를 조절하게 되면, 안테나의 공진 주파수가 변경되는 것도 당업자라면 용이하게 예측할 수 있을 것이다.

또한, 상기 급전부 연장 신호선(91)(92)과 제 1 ~ 제 6 헬리컬 연장 신호선(21)(22)(23)(24)(25)(26)은 상기 기판(1)이 개입된 상태에서 용량결합을 하고 있기 때문에, 용량성분은 더욱 증가하는 장점을 얻을 수 있고, 공진 주파수의 조절이 용이하게 수행되는 장점을 얻을 수 있다. 나아가서, 도전성 패턴을 이루는 각 연장 신호선 간에는 어디라 하더라도 용량성분이 발생되기 때문에, 각각의 연장 신호선의 길이를 조절하는 경우에는 연장 신호선들 간의 용량성분이 변하고, 이와 함께 송수신 주파수의 대역이 용이하게 조절되는 장점을 얻을 수 있다.

한편, 상기 급전부(7)의 하단은 기판(1)에 납땜부(6)에 의해서 고정되고, 상기 납땜부(6)는 기판(1)의 배면에 형성되는 또 다른 도전 패턴인 접지단자(8)와 연결된다. 그리고, 상기 접지단자(8)는 통신기기에 연결되어 접지를 이루게 된다. 이와 같이 상기 급전부(7)의 하단이 기판(1)에 고정됨으로써 급전부(7)는 상측 및 하측의 기판에 의해서 기판(1) 상에 견고하게 고정될 수 있는 장점이 있다. 그리고, 상기 급전부(7)가 상기 헬리컬(4)에 정전결합을 하는 것은 물론이다.

또한, 상기 급전부(7)의 일단부가 접지단자(8)에 의해서 통신기기에 접속되고, 상기 헬리컬(4)의 일단부가 신호단자(5)에 의해서 통신기기에 접속되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조에 의해서 결국, 본 발명의 안테나는 급전부(7)가 (-)단자가 되고, 헬리컬(4)이 (+)단자가 되는 상태에서 양자가 용량결합을 하는 형태로 제공된다. 이 때에는 용량결합이 대용량으로 되고 용량결합의 조정이 용이하기 때문에, 안테나의 공진 주파수를 보다 편리하고 현저하게 조절할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

한편, 상기 급전부(7)가 놓이는 위치는 도 3에 제시되는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도에 의해서 명확하게 이해될 수 있는데, 도 3을 참조하면, 도전성 물질인 급전부(7)은 기판의 배면에 놓이고, 그 외부를 보빈(3)이 둘러싸고 있는 것을 알 수 있다.

상기되는 안테나의 정면도 및 배면도에 의해서 명확하게 설명된 바와 같이, 본 발명의 안테나에 따르면 기판(1)의 양쪽에 각각 형성되는 도전성 패턴과 헬리컬에 의해서 안테나는 양쪽방사가 수행되기 때문에, 안테나가 지향성 및 무지향성으로 동시에 동작될 수 있다.

또한, 송수신되는 공진 주파수의 주파수 조정이 더욱 용이하고, 그 정확성이 한층 더 개선될 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 그러므로 별도의 정합회로를 채용하지 않는다 하더라도 무선 송수신 주파수에 맞도록 안테나의 공진 주파수를 용이하게 조정할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 트리플 밴드 헬리컬 안테나에서 공진 주파수를 조절하는 방법을 전압 정재파비 선도를 참조하여 설명한다.

도 4는 도전 패턴의 상태가 전혀 조절되지 아니한 상태에서의 전압 정재파비 선도이고 도 5는 제 1 ~ 제 6 헬리컬 연장 신호선(21)(22)(23)(24)(25)(26)의 길이가 조절된 상태에서의 전압 정재파비 선도이다. 물론, 보조 연장 신호선(27)도 그 길이가 조절될 수 있다.

이와 같이 연장 신호선의 길이가 조절되도록 함으로써, 전압 정재파비의 공진 주파수가 원하는 송수신 주파수에 정확하게 메칭될 수 있다.

이후에는 상기 급전부 연장 신호선(91)(92)의 길이가 조절되는데, 도 6은 상기 급전부 연장 신호선(91)(92)의 길이가 조절된 상태에서의 전압 정재파비 선도이다.

도 6을 참조하면, 상기 급전부 연장 신호선(91)(92)의 길이가 조절되기 전에 비하여, 전압 정재파비 선도에서 수신감도가 좋은 주파수의 대역폭이 넓어지고, 안테나의 이득이 개선되는 장점을 더 얻을 수 있다.

이미 설명된 바와 같이 본 발명에 따르면 안테나의 공진 주파수가 송수신 주파수에 맞도록 정확하게 조정되기 때문에, 별도의 정합회로를 통신기기 측에 부설할 필요가 없는 장점이 있다.

본 발명에 의해서, 지향성 및 무지향성으로 동작이 가능하여 안테나의 사용 중에 방향이 변경되더라도 무선신호의 송수신에 어려움이 없는 장점이 있다.

또한, 이동 단말기의 외부로 돌출되는 부분이 없이 내장형으로 장착이 가능한 PIFA 형태의 안테나이면서도, 지향성 및 무지향성으로 트리플밴드의 주파수가 수신이 가능한 장점이 있다. 그리고, 다양한 방법에 의해서 공진 주파수의 조정이 가능하기 때문에, 트리플밴드의 송수신 주파수에 대해서 안테나의 공진 주파수가 정확하게 설정될 수 있는 장점이 있다.

또한, 원하는 주파수 대역의 대역폭이 넓어지고, 안테나의 이득이 개선되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 트리플 밴드 헬리컬 안테나의 정면도.

도 2는 본 발명에 따른 트리플 밴드 헬리컬 안테나의 배면도.

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도.

도 4는 도전 패턴의 상태가 조절되지 아니한 상태에서의 전압 정재파비 선도.

도 5는 복수 개인 헬리컬 연장 신호선의 길이가 조절된 상태에서의 전압 정재파비 선도.

도 6은 급전부 연장 신호선의 길이가 조절된 상태에서의 전압 정재파비 선도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기판 3 : 보빈 4 : 헬리컬

5 : 신호단자 6 : 납땜부 7 : 급전부

8 : 접지단자 21 ~ 26 : 헬리컬 연장 신호선

91, 92 : 급전부 연장 신호선

Claims (4)

1. 기판;

   상기 기판의 개구에 놓인 상태에서 피치가 다른 부분이 복수개 제공되는 헬리컬;

   상기 헬리컬이 외주에 감기는 보빈;

   상기 헬리컬에 접속되고 상기 기판의 일면에 형성되는 복수개의 도전패턴인 헬리컬 연장 신호선;

   상기 헬리컬의 내부에 삽입된 상태에서 상기 기판에 상하 양측이 고정되고, 상기 헬리컬과 용량결합되는 급전부;

   상기 급전부의 일단에 접속되고 상기 기판의 타면에 형성되는 도전패턴인 급전부 연장 신호선;

   상기 급전부의 타단에 접속되고 상기 기판의 타면에 형성되는 접지단자; 및

   상기 헬리컬의 일단에 접속되어 송수신 신호를 전달하기 위하여 상기 기판 상에 형성되는 신호단자가 포함되는 트리플 밴드 헬리컬 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판의 일면에 형성된 상태에서 상기 헬리컬 연장 신호선과 선택적으로 접속되는 보조 연장 신호선이 포함되는 트리플 밴드 헬리컬 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 헬리컬 연장 신호선은 피치가 다른 헬리컬의 각 부분에 적어도 하나 접속되는 트리플 밴드 헬리컬 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   안테나의 공진 주파수를 조절하기 위하여, 상기 헬리컬 연장 신호선의 길이가 조절된 뒤에 상기 급전부 연장 신호선의 길이가 조절되는 트리플 밴드 헬리컬 안테나.