상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 유전체 재질의 기재, 상기 기재의 전면에 형성되며, 제 1 단자 및 제 2 단자와 접속된 전면 방사체, 상기 기재의 측면에 형성되며, 제 1 단이 상기 제 1 단자와 접속된 측면 방사체, 제 1 단이 상기 측면 방사체의 제 2 단과 접속되고 제 2 단이 상기 제 2 단자와 접속되며, 상기 전면 방사체와 소정 거리 이격되어 상기 기재의 측면을 우회하도록 형성된 제 1 루프 방사체; 및 제 1 단이 상기 측면 방사체의 제 2 단과 접속되고 제 2 단이 상기 제 2 단자와 접속되며, 상기 기재의 측면을 우회하도록 형성되고, 상기 제 1 루프 방사체와 소정 거리 이격되어 실질적으로 평행하게 연장되는 제 2 루프 방사체를 포함하는 안테나가 제공된다.
바람직하게는, 상기 측면 방사체의 제 2 단은 슬릿에 의하여 분할되고, 분할된 각 부분에 상기 제 1 루프 방사체의 제 1 단 및 상기 제 2 루프 방사체의 제 1 단이 각각 접속된다.
또한 바람직하게는, 상기 슬릿은 상기 측면 방사체 전체를 분할하며, 분할된 각 부분은 각각 상기 제 1 단자와 접속된다.
한편, 상기 전면 방사체에는 전면 슬릿이 형성되며, 상기 전면 슬릿은 상기 전면 방사체의 일 외측면까지 연장되어 상기 전면 방사체를 일단이 상호 접속된 2 개의 영역으로 분할하며, 상기 영역들은 각각 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자와 접속되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 자세히 설명한다. 하기 실시형태에 있어서, 급전 단자 및 접지 단자는 설명의 편의를 위하여 지시된 것으로, 상호 교체되어도 무방함은 자명할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 3 중 루프 안테나의 상측 사시도이며, 도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 3 중 루프 안테나의 하측 사시도이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 3 중 루프 안테나는 기재 (10) 및 기재 (10) 의 전면에 형성된 전면 방사체 (12) 를 포함한다. 또한, 기재 (10) 의 우측면에는 측면 방사체 (14) 가 형성되며, 측면 방사체 (14) 의 상단으로부터 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 가 연장 형성된다.
기재 (10) 는 유전체 재질로 제조되며, 방사체 (12, 14, 16, 18) 를 지지하고 후면의 RF 회로 기판 (미도시) 에 고정 설치될 수 있는 크기 및 형상으로 형성될 수 있다. 한편, RF 회로 기판에는 안테나를 동작시키고 안테나로/로부터의 신호를 처리하기 위한 소자들이 장착되고, 접지면이 형성될 수 있다. 본 실시형태에 있 어서 기재 (10) 는 직육면체이다. 유전체 재질의 기재 (10) 에 의하여 안테나의 유효 파장이 짧아지므로, 안테나의 소형화가 가능하다. 또한, 기재 (10) 를 포함하지 않고 별도의 방사체 지지 구조를 설치하여, 안테나의 이득을 향상시키는 것도 가능하다.
방사체 (12, 14, 16, 18) 는 도전성 재질로 제조되며, 기재 (10) 상에 도금 또는 인쇄 되거나, 프레스 가공 등에 의하여 별도로 형성된 후 기재 (10) 와 결합될 수 있다. 방사체 (12, 14, 16, 18) 와 기재 (10) 의 결합 또는 기재 (10) 상의 방사체 (12, 14, 16, 18) 형성에 있어서는 공지된 기술을 사용할 수 있다.
전면 방사체 (12) 는 기재 (10) 의 저면에 형성된 급전 단자 (22) 및 접지 단자 (24) 의 일단에 접속되며, 급전 단자 (22) 및 접지 단자 (24) 의 타단은 각각 무선 통신 장치의 RF 회로 기판에 설치된 급전 소자 및 접지면에 접속될 수 있다.
이로써, 방사체 (12) 는 PIFA 로 동작할 수 있다. 이 경우, 방사체 (12) 는 소정 주파수에서 공진하도록 하는 크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는 그 가로 길이 및 세로 길이의 합이 λ/4 (λ 는 공진 파장) 가 되도록 형성될 수 있다.
전면 방사체 (12) 에는 슬릿 (20) 이 형성되어 전면 방사체 (12) 의 방사 특성을 변화시킬 수 있다. 특히, 슬릿 (20) 은 급전 단자 (22) 접속부와 접지 단자 (24) 접속부 사이에 형성되어, 방사체 (12) 가 전기적으로 단일 폐루프를 이루도록 할 수 있다. 이 경우, 방사체 (12) 는 루프 안테나로 동작한다. 방사체 (12) 의 전기적 길이, 즉 폐루프의 길이는 λ (공진 파장) 로 정해질 수 있다. 또한, 슬릿 (20) 의 길이 및 폭을 변경함으로써 전면 방사체 (12) 에 의한 방사 특성을 조정할 수 있다.
측면 방사체 (14) 는 일단이 기재 (10) 의 저면으로 연장되어, 저면에 형성된 접지 단자 (24) 와 접속될 수 있다. 또한, 측면 방사체 (14) 의 타단으로부터 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 가 연장 형성될 수 있다. 측면 방사체 (14) 의 상단에 형성된 측면 슬릿 (26) 에 의해 측면 방사체 (14) 가 분할되어, 분할부로부터 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 가 연장 형성될 수도 있다. 이 경우, 슬릿 (26) 의 깊이를 조정하여 측면 방사체 (14) 에 의한 방사 특성을 조정할 수 있다.
한편, 슬릿 (26) 의 깊이를 측면 방사체 (14) 의 길이와 동일하게 하는 경우 측면 방사체 (14) 가 2 등분되므로, 실질적으로 측면 방사체 (14) 를 형성하지 않고, 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 를 기재 (10) 의 저면까지 연장하여 접지 단자 (24) 와 직접 접속하는 것과 동일한 구성이 될 수 있다.
측면 방사체 (14) 일단으로부터 연장된 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 는 기재 (10) 를 우회하여 기재 (10) 의 저면까지 연장 형성되며, 기재 (10) 의 저면에서 그 일단이 급전 단자 (22) 와 접속될 수 있다. 이로써, 접지 단자 (24) 로부터 측면 방사체 (14) 와 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 를 통하여 급전 단자 (22) 까지 전기적 폐루프가 형성되고, 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 가 루프 안테나로 동작한다. 역시, 측면 방사체 (14) 와 루프 방사체 (16, 18) 에 의하여 형성되는 전기적 폐루프의 길이는 λ (공진 파장) 으로 정해질 수 있다. 전면 방사체 (12) 에 대한 공진 파장, 제 1 및 제 2 루프 방사체 (16, 18) 각각에 대한 공진 파장을 상이하게 정함으로써, 다중 대역 안테나를 구현할 수 있다. 또한, 방사체 (12, 14, 16, 18) 전체를 실질적으로 하나의 루프로 동작시킴으로써, 매우 넓은 대역폭을 구현할 수도 있다.
제 1 및 제 2 루프 안테나 (16, 18) 는 소정 간격 이격되어 평행하게 연장할 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 루프 안테나 (16, 18) 간의 간격을 조정하여, 제 1 및 제 2 루프 안테나 (16, 18) 의 전자기적 커플링을 조정할 수 있으며, 결국 안테나의 방사 특성을 조정할 수 있다. 또한, 기재 (10) 의 전면 모서리와 제 1 루프 방사체 (16) 사이의 간격, 즉, 전면 방사체 (12) 와 제 1 루프 방사체 (16) 사이의 간격을 조정하여, 전면 방사체 (12) 와 제 1 루프 방사체 (16) 의 전자기적 커플링을 조정하고, 안테나 특성을 조정할 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 전면 방사체 (12), 제 1 루프 방사체 (16), 및 제 2 루프 방사체 (18) 의 3 개의 방사체를 모두 루프 안테나로 동작시킴으로써, 역 L 형 안테나 또는 PIFA 와 달리 광대역 특성을 가짐과 동시에 외부 영향에 둔감한 안테나를 얻을 수 있다. 또한, 3 개의 루프 안테나의 공진 주파수를 각각 상이하게 설정함으로써, 다중 대역 특성을 얻을 수 있다.
또한, 3 개의 루프 안테나는 전기적으로 연결되어 있으므로, 이를 하나의 루프 안테나로 생각할 수 있으며, 이 경우 실질적인 루프의 전기적 길이는 약 3 배로 연장될 수 있다. 그러므로 매우 넓은 주파수 대역에 대하여 안테나를 사용할 수 있으며, 블루투스TM, 무선 LAN, UMTS 등의 서비스에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라, GPS (Global Positioning System), S-DMB (Satellite Digital Multimedia Broadcasting), DCS (Digital Cellular System), PCS (Personal Communications Service) 등 인접 주파수 대역을 사용하는 다양한 서비스에도 적용이 가능하다.
또한, 슬릿 (20) 의 크기, 측면 슬릿 (26) 의 깊이, 방사체 간의 거리 등 안테나의 방사 특성에 영향을 미치는 조정 지점이 다양하므로, 이들을 적절히 조정하여 목적 주파수 대역에 맞는 최적의 방사 특성을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 3 중 루프 안테나를 구현하여 시뮬레이션을 수행하였다. 도 3 내지 도 5 는 각각 본 발명의 일 구현예의 3 중 루프 안테나의 정면도, 우측면도 및 좌측면도이다. 구현된 안테나에 있어서, 전면 방사체의 가로 길이 (L) 및 세로 길이 (W), 기재의 두께 (H), 슬릿의 폭 (Ws) 및 길이 (Ls), 측면 슬릿의 깊이 (L1), 전면 방사체 (12) 와 제 1 루프 방사체 (16) 의 간격 (G1), 및 제 1 루프 방사체 (16) 와 제 2 루프 방사체 (18) 의 간격 (G2) 은 다음 표와 같이 정해졌다.
L |
W |
H |
Ws |
36 mm |
16 mm |
8 mm |
4 ~ 10 mm |
Ls |
L1 |
G1 |
G2 |
10 ~ 25 mm |
1 ~ 13 mm |
0.5 ~ 2 mm |
0.5 ~ 2.5 mm |
접지면으로서는 길이 76 mm, 폭 40 mm 의 RF4 기판을 사용하였다.
도 6 은 본 발명의 일 구현예의 3 중 루프 안테나의 슬릿 길이 (Ls) 변화에 따른 S11 파라미터를 나타내는 그래프이다. 도 6 에 있어서, Ws = 10 mm, G1 = 0.5 mm, L1 = 5 mm, G2 = 2.5 mm 였다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 슬릿의 길이 (Ls) 가 증가함에 따라 전면 방사체 (12) 에 의한 폐루프 길이가 증가되므로, 공진 주파수가 낮은 쪽으로 변화되었다. 도 7 은 본 발명의 일 구현예의 3 중 루프 안테나의 슬릿 폭 (Ws) 변화에 따른 S11 파라미터를 나타내는 그래프이다. 본 그래프에 있어서는, Ls = 17 mm, G1 = 0.5 mm, L1 = 5 mm, G2 = 2.5 mm 였다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 슬릿의 폭 (Ws) 이 증가함에 따라서, 공진 주파수가 미세하게 변하였다.
따라서 슬릿의 길이 (Ls) 및 폭 (Ws) 을 조정하여 안테나의 공진 주파수를 조정할 수 있음을 확인하였다.
도 8 은 본 발명의 일 구현예의 3 중 루프 안테나의 전면 방사체와 제 1 루프 방사체간의 간격 (G1) 변화에 따른 S11 파라미터를 나타내는 그래프이다. 본 그래프에 있어서, Ls = 17 mm, Ws = 10 mm, L1 = 5 mm, G2 = 2.5 mm 였다. 도 9 는 본 발명의 일 구현예의 3 중 루프 안테나의 제 1 및 제 2 루프 방사체간의 간격 (G2) 변화에 따른 S11 파라미터를 나타내는 그래프이다. 본 그래프에 있어서, Ls = 17 mm, Ws = 10 mm, L1 = 5 mm, G1 = 0.5 mm 였다. 또한, 도 10 은 본 발명의 일 구현예의 3 중 루프 안테나의 측면 방사체 상의 슬릿 깊이 (L1) 변화에 따른 S11 파라미터를 나타내는 그래프이다. 본 그래프에 있어서, Ls = 17 mm, Ws = 10 mm, G1 = 0.5 mm, G2 = 2.5 mm 였다. 도 8 내지 10 에 도시된 바와 같이, 전면 방사체와 제 1 루프 방사체의 간격 (G1), 제 1 및 제 2 루프 방사체의 간격 (G2) 및 측면 슬릿의 깊이 (L1) 를 조정함으로써, 안테나의 대역폭을 조정할 수 있음을 확인하였다. 특히, 측면 슬릿의 깊이 (L1) 가 증가할수록 대역폭은 감소하나 양호도 (Quality Factor) 가 향상되는 경향을 보였다.
도 11 은 본 발명의 일 구현예의 3 중 루프 안테나의 전압 정재파비 (VSWR) 를 나타내는 그래프이다. 본 구현예에서, Ls = 17 mm, Ws = 10 mm, L1 = 0 mm, G1 = 0.5 mm, G2 = 2.5 mm 였다. 대역폭을 최대로 하기 위하여 L1 = 0 mm 로 정하였다. 도 11 에 도시된 바와 같이, VSWR = 3 을 기준으로 한, 본 구현예의 대역폭은 1.247 ~ 3.041 GHz 로 서 약 83.7 % 의 대역폭을 가졌다. 따라서, 2400 ~ 2480 MHz 를 사용하는 블루투스TM/무선 LAN 및 1920 ~ 2170 MHz 를 사용하는 UMTS 에 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, GPS (1574 ~ 1577 MHz 사용), DCS (1710 ~ 1880 MHz 사용), PCS (1850 ~ 1990 MHz 사용), S-DMB (2630 ~ 2655 MHz 사용) 에도 사용이 가능함을 확인하였다.
이상, 구체적인 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명의 범위는 설명된 실시형태 및 도면에 도시된 구체적인 형상에 의하여 제한되지 않는다. 당업자는 본 명세서에 기초하여 구체적인 수치, 형상 등을 용이하게 변형 또는 변경할 수 있으며 이러한 변형 및 변경 역시 본 발명의 범위에 속함은 명백할 것이다.