KR100677453B1 - 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기법을 이용하여 소형화된 DCN, GPS, SDMB의 모든 대역을 수신할 수 있는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나에 관한 것으로, 급전단과 접지단 그리고 제1 커플드 라인(coupled line)을 구비한 제1 루프 안테나와; 상기 제1 루프 안테나와 관통홀(VIA)에 의해 연결되고, 제2 커플드 라인을 구비한 제2 루프 안테나가 적층된 구조로 형성되며, 상기 제1 루프 안테나 및 제2 루프 안테나는 사각 형태이고, 그 제1 루프 및 제2 루프 안테나의 루프 라인은 요철 형태로 형성함으로써, 안테나의 크기를 줄일 수 있고, DCN, GPS, SDMB의 모든 주파수 대역에서 넓은 대역폭과 높은 이득을 가질 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 LTCC 방법에 의해 안테나를 구현하기 때문에 다른 소자와 원칩화하기 쉬운 효과가 있다.

Description

이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나{TRIPLE BAND ANTENNA FOR MOBILE COMMUNICATION TERMINAL}

도1은 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나를 보인 일 예시도.

도2a 내지 도2c는 본 발명에 따른 DCN, GPS, SDMB 대역에 대한 전류 패턴을 보인 일 예시도.

도3은 본 발명에 따른 안테나의 반사계수(S11) 특성도.

도4a 내지 도4c는 본 발명에 따른 DCN, GPS, SDMB 대역의 방사 패턴을 보인 일 예시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10:제1 루프 안테나 11:급전단

12:접지단 13:제1 커플드 라인

20:제2 루프 안테나 21:제2 커플드 라인

본 발명은 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나에 관한 것으로, 특히 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기법을 이용하여 소형화된 DCN(824~894[MHz]), GPS(1.57[GHz]), SDMB(2.63~2.655[GHz])의 모든 대역을 수신할 수 있는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나에 관한 것이다.

최근 이동 통신 단말기는 보다 소형화되고 경량화 될 것을 요구받고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 이동 통신 단말기에 채용되는 내장회로 및 부품들은 점차 소형화될 수 있는 형태로 개발되고 있다. 이와 같은 추세는 이동 통신 단말기의 주요부품 중 하나인 안테나에서도 마찬가지이다.

이동 통신 단말기용 안테나는 이러한 소형화에 적합한 형태의 칩 안테나인 PIFA(Plannar Inverted F type Antenna)가 주로 사용되고 있다.

통상 PIFA구조를 갖는 안테나는 평판 직사각형인 방사 패치와 상기 방사패치의 일부에 연결된 단락핀과 급전핀이 형성된 유전체 블럭으로 이루어지는데, 이러한 안테나 구조는 급전핀과 방사패치의 전기적 연결로 방사패치에 급전시키고, 방사패치 중 일부를 접지부에 전기적으로 단락시켜서 안테나 공진 주파수 및 임피던스 매칭을 맞추도록 설계된다.

하지만, PIFA와 같은 종래 칩 안테나는 안테나의 소형화를 위해 고유전율의 유전체를 사용하기 때문에 주파수 품질 팩터인 Q 값이 높고, 소형화를 위한 안테나 패턴의 손실로 인해 대역폭이 협소하며 이득이 낮은 문제점이 있었다.

또한, 구조적인 공간의 한계로 인하여 다중 공진이 어려우며 세라믹 칩 안테나이기 때문에 다른 소자와 원칩화하기 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 방법을 이용하여 DCN 대역 주파수의 반파장에 해당하는 길이를 갖는 루프 안테나를 이중(중첩)으로 형성하고, 각 루프 안테나에 커플드 라인을 추가 형성함으로써, DCN, GPS, SDMB 대역을 동시에 수신할 수 있는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 급전단과 접지단 그리고 제1 커플드 라인(coupled line)을 구비한 제1 루프 안테나와; 상기 제1 루프 안테나와 관통홀(VIA)에 의해 연결되고, 제2 커플드 라인을 구비한 제2 루프 안테나가 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 루프 안테나 및 제2 루프 안테나는 사각 형태이고, 그 제1 루프 및 제2 루프 안테나의 루프 라인은 요철 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 루프 안테나의 제1 커플드 라인과 제2 루프 안테나의 제2 커플드 라인은 서로 마주보는 반대쪽 루프 라인에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 루프 및 제2 루프 안테나는 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 방법에 의해 적층된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

우선 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

저온 동시소성 세라믹인 LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics) 방법은 고주파 통신용 수동소자에 많이 적용된다. 보통 회로가 만들어질 때 기판은 기판대로 만들고 그 위에 금속을 입히는 방식이 일반적이지만, 이런 방법은 집적화에 많은 걸림돌이 된다. LTCC는 말 그대로 저온(Low temperature)에서 금속과 그 세라믹 기판이 한꺼번에 만들어지는(Co-fire) 공정기술과 그 결과물들을 지칭한다.

종래의 유전체 세라믹을 통한 고온소성방법은 그 특성상 Pt, Pd와 같은 고가의 금속을 사용해야 하는데, 이 금속들은 가격이외에도 전송손실이 크다는 단점을 안고 있었다. 하지만 유리 계열 혹은 그것을 섞은 형태의 세라믹을 사용하면 800~1000도 정도에서 금속을 입힌 기판들을 압착 소성시킬 수 있으며, 고주파 특성도 좋은 장점이 있다.

이런 LTCC 방법을 이용하면 박막다층 회로가 구성이 가능한데, 특히 인덕터(L)와 같이 덩치가 큰 소자를 구현할 때 유리하다. 예를 들어 MMIC나 RFIC 등의 칩 다이 위에 인덕터를 올리려면 그 크기 때문에 손해가 많은데, 이것을 LTCC로 하여 밑에 깔아버릴 수도 있고, 외부에 나가야 할 소자들도 박막형태로 칩 밑에 깔아서 공간을 절약할 수도 있다.

본 발명은 이런 LTCC 방법을 이용하여 CDMA를 이용한 800[MHz] 대역의 이동 통신인 DCN(824~894[MHz])과 GPS(1.57[GHz]) 그리고 위성 디지털 멀티미디어 방송 인 SDMB(2.63~2.655[GHz]) 대역을 동시에 수신할 수 있고, 대역폭이 넓으며 이득 향상 및 소형화가 가능한 삼중 대역 안테나를 제공하는 것을 그 요지로 한다.

이때, 상기 삼중 대역 안테나는 DCN(Digital Cellular Network) 대역에 해당하는 주파수의 반파장(λ/2)을 갖는 루프 안테나를 형성하고, 그 형성된 루프 안테나를 이중(중첩)으로 만들어 관통홀(VIA)을 통해 연결함으로써, DCN 대역과 GPS 대역을 수신하고, 각 루프 안테나에 커플드 라인(coupled line)을 추가 구성하여 SDMB 대역을 수신할 수 있다.

그리고, 상기 하층에 형성된 루프 안테나에는 급전단과 접지단이 연결되며, 상기 두 루프 안테나의 전체 길이에 의한 공진을 통해 DCN 대역을 수신하고, 하나의 루프 안테나 길이에 의한 공진에 의해 GPS 대역이 수신되며 상기 GPS 대역의 하모닉 성분에 의해 형성된 대역을 각 루프 안테나에 구성된 커플드 라인을 조절하여 SDMB 대역을 수신한다.

도1은 본 발명에 따른 삼중 대역 안테나 구조를 보인 것으로, 커플드 라인이 형성된 두 루프 안테나가 이중 구조로 이루어진 것을 알 수 있다.

즉, 급전단(11)과 접지단(12)이 연결된 제1 루프 안테나(10)는 급전단(11) 반대편 루프 라인 안쪽 방향으로 제1 커플드 라인(13)이 형성되고, 상기 제1 루프 안테나(10)와 관통홀(VIA)로 연결된 제2 루프 안테나(20)는 급전단(11)이 연결된 위치 상부의 루프 라인 안쪽 방향으로 제2 커플드 라인(21)이 형성된다. 그리고, 상기 두 루프 안테나(10, 20)는 사각 형태를 가지며 사각 형태를 형성하는 루프 안테나의 각 라인은 요철 형태를 이루고 있는 것을 알 수 있다. 여기서, 루프 라인을 요철 형태로 형성한 것은 안테나의 크기를 줄이기 위한 목적으로, 안테나의 크기와 상관없이 안테나의 특성만을 고려할 경우에는 요철 형태가 아닌 일반 라인 형태로 DCN 주파수의 반파장에 해당하는 사각형 모양의 루프 안테나를 이중(중첩)으로 구성하여도 삼중 대역 안테나 특성을 갖는 다는 것에 주목하여야 한다.

그리고, 도1에 도시한 안테나(10, 20)의 크기는 가로(L) 14[mm], 세로(W) 13.5[mm], 높이(T) 1.5[mm]이고 루프 라인 및 제1, 제2 커플드 라인(13, 21)의 넓이는 1[mm] 그리고 제1, 제2 커플드 라인(13, 21)의 길이는 4[mm]이다. 또한, 관통홀은 직경 0.25[mm]이고, 루프 안테나(10, 20)의 수치(A~F)는 각각 3[mm], 4[mm], 2[mm], 3[mm], 3[mm], 1[mm]이다.

상기 루프 안테나(10, 20)의 각 수치는 루프 안테나의 전체 길이가 DCN 대역의 반파장이 되도록 설계되는데, 예를 들어, DCN 대역의 파장(λ)이 170[mm]라고 한다면, 루프 안테나 하나의 길이를 85[mm]에 맞춰 측정과 실험 및 시뮬레이션을 통해 설계되고, 제1, 제2 커플드 라인(13, 21)에 대한 수치 또한 SDMB 대역에 맞춰 설계된다.

상기 제1, 제2 커플드 라인(13, 21)을 구비한 이중 루프 안테나가 설계되면, LTCC 방법에 의해 높이가 1.5[mm]가 되도록 안테나를 제조한다. 즉, 제1 루프 안테나(10)와 제2 루프 안테나(20) 사이에는 세라믹으로 채워지고, 그 채워진 세라믹 및 제1 루프 안테나(10), 제2 루프 안테나(20)에 관통홀(VIA)을 형성하여 제1 루프 안테나(10)와 제2 루프 안테나(20)를 연결한 후 LTCC 방법으로 압착 소성시켜 본 발명의 삼중 대역 안테나를 형성한다.

이렇게 형성된 본 발명에 따른 삼중 대역 안테나는 도2에 도시한 바와 같이 3가지의 전류 패턴을 형성하는데, 두 루프 안테나(10, 20) 전체 루프 라인을 통해 전류 패턴이 형성된 경우(도2a)와 하나의 루프 안테나 루프 라인으로 전류 패턴이 형성된 경우(도2b)와 커플드 라인에 의해 전류 패턴이 형성된 경우(도2c)가 있다.

도2a는 급전단으로 인가된 전류가 제1 루프 안테나(10)에서 급전단(11)쪽 관통홀을 통해 제2 루프 안테나(20)로 인가되고, 그 인가된 전류가 제2 루프 안테나(20)를 돌아 급전단쪽 반대편에 위치한 관통홀을 통해 제1 루프 안테나(10)로 인가되며 제1 루프 안테나(10)로 인가된 전류는 접지단(12)으로 흐르는 패턴을 형성하는데, 이 전류 패턴에서 알 수 있듯이 안테나의 공진 길이가 제1 루프 안테나(10)와 제2 루프 안테나(20)의 전체 루프 라인 길이가 되기 때문에 DCN 대역(850[MHz])에서 공진하게 된다. 즉, 제2 루프 안테나(20)에서 돌아가는 전류를 접지단(12)이 형성된 제1 루프 안테나(10)로 보내어 두 루프 안테나의 전체 길이를 공진 길이로 하여 DCN 대역 안테나가 구현된다.

도2b는 급전단으로 인가된 전류가 제1 루프 안테나(10)와 제2 루프 안테나(20)에서 급전단의 반대 방향쪽으로 전류 패턴을 형성하고, 이 전류 패턴을 통해 안테나의 공진 길이는 하나의 루프 안테나 길이가 되는 것을 알 수 있으며 이 공진 길이에 의해 안테나는 GPS 대역(1.573[GHz])에서 공진하게 되어 GPS 대역 안테나가 구현된다.

도2c는 급전단으로 인가된 전류가 소정의 시간차에 의해 제1 루프 안테나(10) 및 제2 루프 안테나(20)의 전류 패턴이 급전단 반대 방향에서 급전단 방향쪽 으로 형성되는데, 제1, 제2 커플드 라인(13, 21) 또한 전류 패턴을 형성하고, 이 제1, 제2 커플드 라인(13, 21)에 의한 전류 패턴 및 반대 방향의 전류 패턴에 의해 안테나는 SDMB 대역(2.6[GHz])에서 공진하게 되어 SDMB 대역 안테나가 구현된다. 여기서, SDMB 대역은 GPS 대역의 하모닉(harmonic) 주파수 성분을 제1 루프 안테나(10) 및 제2 루프 안테나(20)에 형성된 제1, 제2 커플드 라인(13, 21)을 이용하여 2.6[GHz]의 공진 주파수를 만든 것이다.

도3은 본 발명에 따른 안테나에서 반사계수 S-파라미터인 S11을 보인 것으로, DCN(824~894[MHz]), GPS(1.57[GHz]), SDMB(2.63~2.655[GHz])의 모든 대역에서 반사계수 특성이 좋은 것을 알 수 있다. 즉, 반사계수 특성에서 알 수 있듯이 DCN, GPS, SDMB 대역에서 모든 반사계수 특성이 -10[dB]이하이고, -10[dB]에서의 대역폭이 DCN, GPS, SDMB 모든 대역에서 100[MHz] 이상으로 넓은 것을 알 수 있다.

도4는 본 발명에 따른 각 대역별 방사 패턴과 이득 특성을 보인 것으로, 안테나가 모든 각 대역에서 전방향성(omni-directional) 방사 패턴을 가지며 각 대역별 이득이 DCN=1.2[dBi], GPS=2.5[dBi], SDMB=3.2[dBi]를 갖는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 삼중 대역 안테나는 DCN 주파수의 반파장에 해당하는 루프 안테나에 커플드 라인을 구성하고, 그 커플드 라인이 구성된 두 루프 안테나를 LTCC 방법에 의해 중첩하여 형성함으로써, DCN, GPS, SDMB 모든 대역을 수신할 수 있는 안테나를 구현할 수 있고, 각 루프 안테나의 루프 라인을 요철 형태로 구성함으로써, 안테나의 소형화를 이룰 수 있다.

또한, 공진 길이가 길고, 두 루프 안테나가 적층된 구조로 이루어지기 때문 에 전계가 강하고, 모든 대역에서 100[MH] 이상의 대역폭을 확보할 수 있으며 이로 인해 이득이 향상되는 장점이 있다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기법을 이용하여 DCN 대역 주파수의 반파장에 해당하는 길이를 갖는 루프 안테나를 이중(중첩)으로 형성하고, 각 루프 안테나에 커플드 라인을 추가 형성함으로써, 안테나의 크기를 줄일 수 있고, DCN, GPS, SDMB의 모든 주파수 대역에서 넓은 대역폭과 높은 이득을 가질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 LTCC 방법에 의해 안테나를 구현하기 때문에 다른 소자와 원칩화하기 쉬운 효과가 있다.

Claims (9)

1. 급전단과 접지단 그리고 제1 커플드 라인(coupled line)을 구비한 제1 루프 안테나와; 상기 제1 루프 안테나와 관통홀(VIA)에 의해 연결되고, 제2 커플드 라인을 구비한 제2 루프 안테나가 적층된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 루프 안테나 및 제2 루프 안테나는 사각 형태이고, 그 제1 루프 및 제2 루프 안테나의 루프 라인은 요철 형태인 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 커플드 라인과 제2 커플드 라인은 서로 마주보는 반대쪽 루프 라인에 형성된 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 커플드 라인은 급전단의 반대편 루프 라인 안쪽 방향으로 형성되고, 상기 제2 커플드 라인은 상기 제1 커플드 라인 반대편 루프 라인 안쪽 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 커플드 라인의 폭과 길이는 각각 1[mm], [4mm]인 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 루프 및 제2 루프 안테나는 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 방법에 의해 적층된 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 루프 및 제2 루프 안테나가 적층된 구조의 전체 크기는 가로(L) 14[mm], 세로(W) 13.5[mm], 높이(T) 1.5[mm]인 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 루프 및 제2 루프 안테나의 루프 라인 폭은 1[mm]인 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 루프 및 제2 루프 안테나의 전체 루프 라인 길이에 의해 824~894[MHz]의 주파수 대역이 공진되고, 상기 제1 루프 안테나 혹은 제2 루프 안테나의 루프 라인 길이에 의해 1.57[GHz]의 주파수 대역이 공진되며 상기 제1 커플드 및 제2 커플드 라인에 의해 2.63~2.655[GHz]의 주파수 대역이 공진되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 삼중 대역 안테나.

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