KR100691110B1

KR100691110B1 - 스파이럴 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기

Info

Publication number: KR100691110B1
Application number: KR1020050033628A
Authority: KR
Inventors: 김홍득; 고영준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2007-03-09
Also published as: KR20060111182A

Abstract

본 발명은 스파이럴 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기에 관한 것으로, 스파이럴 안테나의 나선형 판상 도체부에 소정 길이의 슬롯을 형성한 구성에 의해, 평면 역F자형 안테나로 소형화를 실현함으로써 무선통신단말기에 내장하여 사용할 수 있고, 나선형 도체부에 슬롯을 형성하여 다중 공진 특성을 확보함으로써 광대역에 적용가능하다.

안테나, 무선통신단말기, 스파이럴 안테나, 역F자형 안테나, 슬롯

Description

스파이럴 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기{ Spiral antenna and radio communication divice using it }

도 1은 종래의 스파이럴 안테나의 일예를 나타낸 평면도,

도 2는 도 1에 도시된 스파이럴 안테나의 설치상태를 나타낸 측면도,

도 3은 도 1에 도시된 스파이럴 안테나의 VSWR의 특성을 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 스파이럴 안테나의 일실시예를 나타낸 평면도,

도 5는 도 4에 도시된 스파이럴 안테나의 작동원리를 나타낸 개념도,

도 6은 도 4에 도시된 스파이럴 안테나의 설치상태를 나타낸 개략적 사시도,

도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 스파이럴 안테나의 다른 실시예를 나타낸 평면도,

도 12는 본 발명에 따른 무선통신단말기의 일예를 나타낸 개략적 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 도체부 11a : 제1횡방향 도체부

11b : 제2횡방향 도체부 11c : 제3횡방향 도체부

11d : 제4횡방향 도체부 12a : 제1종방향 도체부

12b : 제2종방향 도체부 12c : 제3종방향 도체부

13 : 슬롯 13a : 개방부

14 : 피딩핀 15 : 접지핀

16 : 유전체 17 : 제2슬롯

17a,17b : 개방부 P : 무선통신단말기

PCB : 인쇄회로기판 S : 접지면

본 발명은 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기에 관한 것으로, 특히 무선통신단말기의 인쇄회로기판에 역F자형으로 설치되는 스파이럴 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기에 관한 것이다.

일반적으로, 무선통신단말기는 공중파를 송수신하는 안테나를 구비하고 있는데, 무선통신이 아날로그 전송방식에서 디지털 전송방식으로 바뀌면서 이에 적용가능한 안테나의 개발이 지속적으로 이루어지고 있으며, 특히 이동통신단말기는 세련된 디자인과 함께 소형화 되면서 내장형 안테나 등이 출시되고 있다.

종래에 이동통신단말기에 사용되는 안테나로는 모노폴(Monopole) 안테나와 헬리컬 안테나, 평면 안테나(PIFA,Planar Inverted F Antenna), 스파이럴 안테나 등이 개발되어 있고, 평면 안테나와 스파이럴 안테나는 내장형 안테나로 개발된 것이다.

한편, 이동통신단말기는 셀룰라, PCS(Personal Communication Services) 등 서로 다른 주파수 대역을 이용하여 서비스 간에 호환이 용이하지 않았다. 따라서, 호환성을 확보하기 위해 다중 공진 특성을 갖는 안테나가 요구되고 있다. 이러한 다중 공진 특성을 갖는 안테나로 헬리컬 안테나가 상용화되어 있으나, 헬리컬 안테나는 소형화되어 가는 이동통신단말기에 적용하기에는 적합하지 않았다.

한편, 도 1 및 도 2는 종래 스파이럴 안테나의 일예를 나타내 보인 것으로, 이에 대한 상세한 내용은 미국특허 US 6,363,443 B1에 개시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면 종래 스파이럴 안테나는 나선형의 도체부(110)가 피딩핀(114)에 의해 인쇄회로기판(PCB)에 전기적으로 연결되고 접지핀(115)에 의해 접지면(S)에 접지됨으로써 PIFA(Printed Inverted F Antenna)의 특성을 나타낸다.

상술한 바와 같은 종래의 스파이럴 안테나는 나선형 구조를 통해 소형화를 실현할 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 다중 공진 특성을 확보하지 못해 광대역으로 적용하는 데에는 한계가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 스파이럴 안테나가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명은 소형화를 실현하여 무선통신단말기에 내장할 수 있고 다중 공진 특성을 확보하여 광대역에 적용할 수 있는 스파이럴 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 스파이럴 안테나는, 나선형 판상 도체부가 고정단과 자유단을 가지도록 인쇄회로기판에 평행하게 탑재된 스파이럴 안테나에 있어서, 상기 도체부에는 소정 길이의 슬롯이 적어도 1개 이상 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 도체부는 복수 개의 종방향 도체부와 복수 개의 횡방향 도체부가 서로 직교되게 연속적으로 연결되어 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 슬롯은 도체부에 둘러 싸여 폐쇄되거나 일측이 개방될 수 있고, 폐쇄된 슬롯과 개방된 슬롯이 함께 형성될 수 있으며, 폐쇄된 슬롯이나 개방된 슬롯만이 복수개로 형성될 수 있다.

또한, 상기 도체부와 인쇄회로기판의 접지면 사이의 공간부 및 상기 슬롯과 인쇄회로기판의 접지면 사이의 공간부에 유전체가 충진될 수도 있고 공기층이 형성될 수 있다. 이때 상기 유전체는 도체부 및 슬롯의 전체나 일부에 형성되는 것도 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스파이럴 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스파이럴 안테나의 제1실시예는 나선형 판상 도체부(10)를 구비하고, 상기 도체부(10)에는 소정 길이의 슬롯(13)이 도체부(10)의 길이방향을 따라 형성되어 있다.

상기 도체부(10)는 입력 RF 신호를 공기 중으로 복사하는 역할을 하고, 복수개의 횡방향 도체부와 복수 개의 종방향 도체부가 상호간에 교대로 직교되게 연속적으로 연결되어 나선형으로 형성된다.

상기 횡방향 도체부는 제1횡방향 도체부(11a)와 제2횡방향 도체부(11b)와 제3횡방향 도체부(11c) 및, 제4횡방향 도체부(11d)로 이루어지고, 상기 종방향 도체부는 제1종방향 도체부(12a)와 제2종방향 도체부(12b) 및 제3종방향 도체부(12c)로 이루어진다.

따라서, 상기 제1횡방향 도체부(11a)와 상기 제1종방향 도체부(12a), 제2횡방향 도체부(11b), 제2종방향 도체부(12b), 제3횡방향 도체부(11c), 제3종방향 도체부(12c) 및, 제4횡방향 도체부(11d)가 순차적으로 연속하여 직교되게 연결된다.

상기 제1횡방향 도체부(11a)와 제1종방향 도체부(12a)에는 그 길이방향을 따라 폐쇄(closed) 슬롯(13)이 엘보우 형상으로 형성된다.

상기 도체부(10)는 도 5에 도시된 바와 같이, 입력되는 전파 중 낮은 주파수(F_L)의 1/4 파장과 그 길이가 동일하게 형성되어 낮은 주파수(F_L)의 전파가 공진되고, 상기 슬롯(13)은 높은 주파수(F_H)의 1/4 파장과 그 길이가 동일하게 형성되어 높은 주파수(F_H)의 전파가 공진된다. 그로 인해 전체적으로 낮은 주파수(F_L)와 높은 주파수(F_H)에서 공진이 발생하는 다중 공진이 발생하여 넓은 주파수 대역의 신호를 송수신할 수 있게 된다.

도 6을 참조하면, 상기 도체부(10)는 일단이 피딩핀(14)과 접지핀(15)으로 인쇄회로기판(PCB)에 탑재되어 고정단을 형성하고, 타단은 자유단을 형성한다. 그로 인해 본 발명의 스파이럴 안테나는 역F자형(Inverted F) 안테나의 특성을 나타낸다.

상기 도체부(10)에서 상기 피딩핀(14)과 접지핀(15) 사이의 메탈 길이와 폭은 공진주파수의 튜닝과 임피던스의 메칭을 위해 사용된다.

상기 피딩핀(14)은 인쇄회로기판(PCB)의 RF 신호를 도체부(10)로 입력시키 고, 상기 접지핀(15)은 안테나를 인쇄회로기판의 접지면(S)에 연결된다.

상기 도체부(10)와 인쇄회로기판(PCB)의 접지면(S) 사이의 공간부 및 상기 슬롯(13)과 인쇄회로기판(PCB)의 접지면(S) 사이의 공간부 전체에 유전체(16)가 충진되어 안테나를 더욱 소형화할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 스파이럴 안테나를 나타낸 것으로, 본 실시예에 의한 스파이럴 안테나는 제1횡방향 도체부(11a)와 제1종방향 도체부(12a)에 슬롯(13)을 구비한다.

상기 슬롯(13)은 상기 제1종방향 도체부(12a)의 선단에서 제3횡방향 도체부(12c) 쪽으로 개방부(13a)를 구비하여 개방 슬롯(13)으로 형성한다.

상기 제1횡방향 도체부(11a)와 제1종방향 도체부(12a)는 개방부(13a)를 구비한 개방 슬롯(13)에 의해 두 부분으로 구획되어 외측 도체부와 내측 도체부를 형성한다.

즉, 상기 외측 도체부는 제1횡방향 도체부(11a)의 일부분과 제1종방향 도체부(12a)의 일부분, 제2횡방향 도체부(11b), 제2종방향 도체부(12b), 제3횡방향 도체부(11c), 제3종방향 도체부(12c) 및, 제4횡방향 도체부(11d)로 형성된다. 상기 내측 도체부는 제1횡방향 도체부(11a)의 일부분과 제1종방향 도체부(12a)의 일부분으로 형성된다.

따라서, 본 실시예에 의한 스파이럴 안테나는 서로 다른 길이를 가진 외측 도체부와 내측 도체부에 의해 상기 피딩핀(14)에 두 개의 나선형 안테나가 병렬로 연결된 구조를 형성한다. 그로 인해 상기 외측 도체부와 내측 도체부가 두 개의 주파수에 각각 공진되어 다중 공진 특성을 확보할 수 있게 된다.

본 실시예의 미설명 도면부호 중 제1실시예와 동일한 부호는 동일한 구성을 나타낸다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 의한 스파이럴 안테나를 나타낸 것으로, 본 실시예에 의한 스파이럴 안테나는 제1횡방향 도체부(11a)와 제1종방향 도체부(12a)에 슬롯(13)을 구비하고, 상기 제3횡방향 도체부(11c)와 제3종방향 도체부(12c) 및 제4횡방향 도체부(11d)에 제2슬롯(17)을 구비한다.

상기 제2슬롯(17)은 상기 제3종방향 도체부(12c)의 선단에서 제4횡방향 도체부(11d) 쪽으로 개방부(17a)를 형성하여 상기 도체부(10)의 전체 길이가 연장되는 결과를 가져온다.

즉, 상기 도체부(10)는 개방부(17a)에 의해 제3횡방향 도체부(11c)와 제3종방향 도체부(12c) 및 제4횡방향 도체부(11d)가 2개의 부분으로 구획되어 전체 길이가 길어지게 된다.

상기 도체부(10)와 슬롯(13)은 길이가 서로 달라 서로 다른 주파수의 전파와 공진한다. 여기서, 상기 도체부(10)는 제1실시예에 의한 도체부(10)와는 다른 주파수에 공진된다.

본 실시예의 미설명 도면부호 중 동일한 부호는 제1실시예와 동일한 구성을 나타낸다.

한편, 도 9를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 의한 스파이럴 안테나는 제4횡방향 도체부(11d)의 선단에서 제3횡방향 도체부(11c) 쪽으로 개방부(17b)를 갖는 제2슬롯(17)을 구비한다.

상기 제3횡방향 도체부(11c)와 제3종방향 도체부(12c) 및 제4횡방향 도체부(11d)는 개방부(17b)에 의해 2개의 부분으로 구획되어 두 개의 안테나 특성을 나타낸다.

따라서, 본 실시예에 의한 스파이럴 안테나는 도체부(10) 전체의 길이에 의한 공진과 슬롯(13)의 길이에 의한 공진 및 상기 제2슬롯(17)에 의한 또 하나의 공진을 발생시킬 수 있게 된다.

본 실시예의 미설명 도면부호 중 동일한 부호는 제3실시예와 동일한 구성을 나타낸다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 의한 스파이럴 안테나는 제1횡방향 도체부(11a)와 제1종방향 도체부(12a)에 슬롯(13)을 구비하고, 제3횡방향 도체부(11c)와 제3종방향 도체부(12c) 및 제4횡방향 도체부(11d)에 제2슬롯(17)을 구비한다.

상기 슬롯(13)은 상기 제1종방향 도체부(12a)의 선단에서 제3종방향 도체부(12c) 쪽으로 개방부(13a)를 구비한다.

따라서, 상기 도체부(10)는 상기 개방부(13a)에 의해 외측 도체부와 내측 도체부의 두 부분으로 구획되어 형성된다. 상기 외측 도체부(10)와 내측 도체부(10)는 상기 피딩핀(14)에 서로 다른 길이의 두 개의 나선형 안테나가 병렬로 연결된 구조를 형성한다.

상기 제2슬롯(17)은 상기 제3종방향 도체부(12c)의 선단에서 제4횡방향 도체부(11d) 쪽으로 개방부(17b)를 구비한다. 따라서, 상기 외측 도체부의 전체 길이가 연장되는 결과를 가져온다.

본 실시예에 의한 스파이럴 안테나는 상기 외측 도체부와 내측 도체부가 서로 다른 두 개의 주파수에 각각 공진되어 다중 공진 특성을 확보할 수 있게 된다.

여기서, 도 11을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 의한 스파이럴 안테나는 제4횡방향 도체부(11d)의 선단에서 제3횡방향 도체부(11c) 쪽으로 개방부(17b)를 가진 제2슬롯(17)을 구비한다.

상기 제3횡방향 도체부(11c)와 제3종방향 도체부(12c) 및 제4황방향 도체부(11d)는 제2슬롯(17)의 개방부(17b)에 의해 두 부분으로 구획되어 두 개의 안테나 특성을 가질 수 있게 된다.

따라서, 본 실시예에 의한 스파이럴 안테나는 상기 외측 도체부에 의한 두 개의 공진과 상기 내측 도체부에 의한 공진이 발생하는 다중 공진 특성을 확보할 수 있게 된다.

본 실시예의 미설명 도면부호 중 동일한 부호는 제5실시예와 동일한 구성을 나타낸다.

도 12는 본 발명에 따른 스파이럴 안테나가 채용된 무선통신단말기의 요부를 절개해 보인 도면으로서, 예를 들면 무선통신단말기(P)의 인쇄회로기판(PCB)의 상부에 스파이럴 안테나가 피딩핀(14)과 접지핀(15)으로 평행하게 탑재된다.

상기 스파이럴 안테나는 나선형 판상 도체부(10)를 구비하고, 상기 도체부 (10)에는 소정 길이의 슬롯(13)이 형성되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스파이럴 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기에 의하면, 평면 역F자형 안테나로 소형화를 실현함으로써 무선통신단말기에 내장하여 사용할 수 있고, 스파이럴 안테나의 나선형 도체부에 슬롯을 형성하여 다중 공진 특성을 확보함으로써 광대역에 적용가능하다.

Claims

복수개의 횡방향 도체부 및 복수개의 종방향 도체부가 교대로 직교되게 연속적으로 연결되어 일단이 고정단으로 인쇄회로기판에 고정되고, 타단은 자유단인 나선형의 판상 도체부; 및

상기 나선형의 판상 도체부의 길이 방향을 따라 형성되는 적어도 1개 이상의 슬롯을 포함하여 구성된 스파이럴 안테나.
삭제
제1항에 있어서, 상기 슬롯은;

일측이 개방된 개방 슬롯인 것을 특징으로 하는 스파이럴 안테나.
제1항에 있어서, 상기 슬롯은;

상기 나선형의 판산 도체부에 복수개가 형성되고, 그 복수개의 슬롯들 중에서 적어도 하나의 슬롯은 개방 슬롯이며, 적어도 다른 하나의 슬롯은 폐쇄 슬롯인 것을 특징으로 하는 스파이럴 안테나.
제1항에 있어서, 상기 나선형 판산 도체부의 고정단은;

피딩핀 및 접지핀으로 상기 인쇄회로기판에 고정되는 것을 특징으로 하는 스파이럴 안테나.
제5항에 있어서, 상기 도체부와 인쇄회로기판 사이의 공간부에는;

유전체가 충진된 것을 특징으로 하는 스파이럴 안테나.
무선통신을 수행하는 무선통신단말기;

복수개의 횡방향 도체부 및 복수개의 종방향 도체부가 교대로 직교되게 연속적으로 연결되어 일단이 고정단으로 상기 무선통신단말기의 인쇄회로기판에 고정되고, 타단은 자유단인 나선형의 판상 도체부; 및

상기 나선형의 판상 도체부의 길이 방향을 따라 형성되는 적어도 1개 이상의 슬롯을 포함하여 구성된 스파이럴 안테나를 이용한 무선통신단말기.