KR100632692B1 - 고유전체를 이용한 ｖｈｆ 대역 소형 안테나 - Google Patents

Abstract

소정의 유전율을 지닌 기판, 기판에 형성되는 도전성의 방사체 및 방사체가 형성된 기판의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되며 기판의 유전율보다 높은 유전율을 지닌 1 이상의 유전체를 포함하는 안테나가 개시된다. 본 발명에 따르면, VHF 대역 신호를 수신할 수 있으면서도 소형 단말기에 적합한 크기의 소형 안테나가 제공된다.

DMB, VHF, 고유전체, PPS

Description

고유전체를 이용한 ＶＨＦ 대역 소형 안테나{SMALL-SIZED VHF ANTENNA USING HIGH DIELECTRIC CONSTANT MATERIALS}

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 평면도.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나에 포함되는 임피던스 매칭 회로의 회로도.

도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 기판

200 : 방사체

300 : 도전성 부재

420, 440 : 고유전체

본 발명은 VHF 대역 신호를 송수신할 수 있는 안테나에 관한 것으로서, 특히 고유전체를 이용한 VHF 대역 소형 안테나에 관한 것이다.

지상파 DMB(Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting)가 본격 개시됨에 따라, 고속 이동 중에 있는 사용자도 휴대용 무선 통신 단말기를 통해 다양한 멀티미디어를 제공받을 수 있게 되었다. 지상파 DMB 는 180 ~ 186 ㎒ 및 204 ~ 210 ㎒ 의 VHF 대역 전자기파를 사용하므로, 1/4 파장 길이의 모노폴 안테나를 이용하여 지상파 DMB 신호를 수신하는 경우 안테나의 전기적 길이는 약 37.5 ㎝ 가 되지만, 이는 상당히 긴 길이의 안테나로서 휴대용 무선 통신 단말기에 적합하지 않은 문제점이 있다. 따라서, VHF 대역 신호를 수신할 수 있으면서도 소형 단말기에 적합한 크기의 소형 안테나를 개발할 필요가 있다.

이를 위해, 방사체를 나선형으로 구성함으로써 전기적 길이를 변형함이 없이 그 전체적인 크기를 소형화한 헬리컬 안테나가 알려져 있다. 그러나, 나선형의 도전성 방사체는 제조가 어렵고, 나선 간의 폭을 일정하게 유지하기가 어려우며, 대량 생산시 제조품의 성능 편차가 심한 문제점이 있다.

또한, 소형 안테나로서 세라믹을 기판으로 사용한 안테나가 알려져 있으나, 세라믹은 충격에 의하여 파손되기가 쉬우며, 소결에 의하여 제조하여야 하므로 제조 비용이 높은 단점이 있다.

본 발명은 VHF 대역 신호를 수신할 수 있으면서도 소형 단말기에 적합한 크기의 소형 안테나를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 소정의 유전율을 지닌 기판, 상기 기판에 형성되는 도전성의 방사체 및 상기 방사체가 형성된 기판의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되며 상기 기판의 유전율보다 높은 유전율을 지닌 1 이상의 유전체를 포함하는 안테나가 제공된다.

상기 유전체는 PPS(Polyphenylene Sulfide) 재질인 것이 바람직하다.

또한, 상기 유전체의 개수는 2 이고, 제 1 유전체는 상기 기판의 전면의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되며, 제 2 유전체는 상기 기판의 배면의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 방사체는 직선과 미앤더가 반복되는 형상을 지닐 수 있다.

상기 기판에는 상기 방사체와 전기적으로 접속되지 않는 도전성 부재가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기판에는 임피던스 매칭 회로가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 유전체의 개수는 2 이상이고, 상기 유전체들 중 2 이상은 각각의 유전율, 모양, 크기 또는 위치 중 하나 이상이 상이할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 평면도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 안테나는 소정의 유전율을 지닌 기판(100), 기판(100)에 형성되는 도전성의 방사체(200) 및 방사체(200)가 형성된 기판(100)의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되며 기판(100)의 유전율보다 높은 유전율을 지닌 1 이상의 유전체(미도시)를 포함한다. 도 1 의 (a) 는 기판(100)의 전면을 도시하며, 도 1 의 (b) 는 기판(100)의 배면을 도시한다.

소정의 유전율을 지닌 기판(100)으로서는 PCB(Printed Circuit Board)를 이용할 수 있으며, 이 경우 기판(100) 및 방사체(200)를 간단하게 제조할 수 있다.

방사체(200)는 기판(100)의 전면 및 배면에 형성될 수 있으며, 기판(100)의 전면에 형성된 방사체(200) 부분과 배면에 형성된 방사체(200) 부분은 기판(100)에 형성된 비아홀(via hole; 120)을 통해 연결될 수 있다. 다른 방법으로는, 방사체(200)는 기판(100)의 전면, 배면 또는 측면에 형성되거나 기판(100)의 내부에 개재될 수도 있다. 방사체(200)는 일단(220)이 RF 회로의 급전부(미도시)와 전기적으로 접속될 수 있다. 도전성의 방사체(200)는 특정 주파수의 전자기파와 공진함으로써 정보를 송수신하며, 그 형상에 따라 다중 대역에서 공진할 수도 있다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 방사체(200)는 일단(220)으로부터 직선과 미앤더가 2 회 반복되는 형상을 지닐 수 있으며, 이 경우 다중 대역에서 공진한다. 이때 방사체(200)의 일단(220)으로부터의 첫 번째 직선 구간의 길이가 제 1 공진 특성을 결정하고, 방사체(200)의 일단(220)으로부터 첫 번째 미앤더 구간이 끝나는 지점까지의 방사체(200)의 모양 및 길이가 제 2 공진 특성을 결정한다. 또한, 방사체(200)의 일단(220)으로부터 두 번째 직선 구간이 끝나는 비아홀(120)까지의 방사체(200)의 모양 및 길이가 제 3 공진 특성을 결정하며, 기판(100)의 배면에 형성된 두 번째 미앤더 구간을 포함하는 방사체(200)의 전 구간의 모양 및 길이가 제 4 공진 특성을 결정한다.

기판(100)에는 방사체(200)와 전기적으로 접속되지 않는 도전성 부재(300)가 형성될 수 있다. RF 회로의 급전부(미도시)와도 전기적으로 접속되지 않는 도전성 부재(300)는 전자기파를 송수신하는 방사체(200)와의 전자기적 결합에 의한 기생 소자로서 동작하며, 이에 따라 방사체(200)의 공진 주파수를 낮추고 광대역 특성을 가져온다.

본 실시형태에 따른 안테나는 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로를 포함할 수 있으며, 이를 위해 기판(100)에 접지면(140), 급전단(160) 및 임피던스 매칭 회로를 위한 소자(미도시)들이 형성될 수 있다. 임피던스 매칭을 위해 직렬 매칭 회로를 구성한 경우의 회로도가 도 2 에 도시되어 있다. 직렬 매칭 회로를 위한 소자(180)는 인덕터 및/또는 커패시터가 될 수 있다. 직렬 매칭 회로가 포함되는 경우, 급전단(160)은 RF 회로의 급전부(미도시)와 전기적으로 접속되며, 방사체(200)는 그 일단(220)이 직렬 매칭 회로를 통해 급전단(160)과 연결됨으로써 급전된다. 이에 의해 임피던스 매칭이 이루어지므로, 단말기 내의 RF 회로는 별도의 매칭 회로를 구비할 필요가 없어 그 구성이 간단해지고 설계의 자유도가 확보된다. 또한, 매칭 회로만을 변경함으로써 방사체(200)의 형상이나 위치를 변화시키지 않고도 안테나의 특성을 조정할 수 있다.

도 3 는 본 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 사시도이다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 안테나는 소정의 유전율을 지닌 기판(100), 기판(100)에 형성되는 도전성의 방사체(200) 및 방사체(200)가 형성된 기판(100)의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되며 기판(100)의 유전율보다 높은 유전율을 지닌 1 이상의 유전체(420, 440)를 포함한다. 특히, 제 1 유전체(420)는 기판(100)의 전면의 일부를 덮도록 형성되고, 제 2 유전체(440)는 기판(100)의 배면의 일부를 덮도록 형성될 수 있다.

유전체에서의 전자기파의 파장은 자유 공간에서의 그것보다 짧다. 유전체에서의 전자기파의 파장은 다음 식으로 주어진다.

여기서,

은 유전체 내에서의 파장,

는 공기 중에서의 파장,

는 유전체의 비유전율이다.

방사체의 전기적 길이는 송수신 전자기파의 파장에 비례하여 결정되므로, 기판(100)의 유전율보다 높은 유전율을 지닌 유전체(420, 440)가 방사체(200)가 형성된 기판(100)의 일부 또는 전부를 덮도록 형성됨으로써, 방사체(200)의 전기적 길이는 현저히 짧아질 수 있다. 특히, 소형 단말기에 적합한 소형 안테나로서 VHF 대역 신호를 송수신하기 위해서는 비유전율 15 이상의 고유전체를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 고유전체로서 벤젠 고리와 S 원자가 반복적으로 결합된 중합체인 PPS(Polyphenylene Sulfide)를 사용할 수 있다. PPS 는 또한, 사출 성형 등에 의한 가공이 용이하고, 충격에 강하며, VHF 대역에서 유전 손실이 적어 VHF 대역 신호의 송수신을 위한 안테나에 적합하다.

제 1 유전체(420)와 제 2 유전체(440)는 각각의 유전율, 모양, 크기 또는 위 치가 서로 다를 수 있으며, 이에 따라 안테나의 공진 주파수 및 양호도(Q factor)가 조정될 수 있다. 다른 방법으로는, 유전체가 기판(100)의 일면의 전부를 덮도록 형성되거나, 기판(100)의 전부를 덮어 기판(100)의 전면(全面)을 감싸도록 형성될 수도 있다.

본 실시형태에 따른 안테나는 방사체(200)가 형성된 기판(100)의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되는 1 이상의 고유전체(420, 440)를 포함함으로써, 방사체(200)의 전기적 길이를 현저히 짧게 형성할 수 있다. 특히, PPS 와 같은 비유전율 15 이상의 고유전체를 사용함으로써, VHF 대역 신호를 수신할 수 있으면서도 소형 단말기에 적합한 크기의 소형 안테나를 구현할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 안테나는 직선과 미앤더가 반복되는 형상의 방사체(200)를 포함함으로써 다중 대역의 전자기파를 송수신할 수 있고, 방사체(200)와의 전자기적 결합에 의한 기생 소자로서 동작하는 도전성 부재(300)를 포함함으로써 광대역 특성을 나타낼 수 있다.

이상, 구체적인 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면, VHF 대역 신호를 수신할 수 있으면서도 소형 단말기에 적합한 크기의 소형 안테나가 제공된다.

Claims (7)

1. 소정의 유전율을 지닌 기판;

   상기 기판에 형성되는 도전성의 방사체; 및

   상기 방사체가 형성된 기판의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되며, 상기 기판의 유전율보다 높은 유전율을 지니고, 소결 공정 없이 사출성형으로 제조가 가능한 1 이상의 고유전율 유전체를 포함하는 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체 중 1 이상은 PPS(Polyphenylene Sulfide) 재질인, 안테나.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체의 개수는 2 이고,

   제 1 유전체는 상기 기판의 전면의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되며,

   제 2 유전체는 상기 기판의 배면의 일부 또는 전부를 덮도록 형성되는, 안테나.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 방사체는 선분과 미앤더가 연속적으로 연결되는 모양을 포함하는 형상을 지닌, 안테나.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기판에 형성되며, 상기 방사체와 전기적으로 접속되지 않고 상기 방사체의 기생소자로서 동작하는 도전성 부재를 더 포함하는 안테나.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기판에 형성되는 임피던스 매칭 회로를 더 포함하는 안테나.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체의 개수는 2 이상이고,

   상기 유전체들 중 2 이상은 각각의 유전율, 모양, 크기 또는 위치 중 하나 이상이 상이한, 안테나.

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