KR100691997B1 - 이동통신단말기의 칩 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신단말기의 칩 안테나에 관한 것으로서, 상호 대항하는 제1측면 및 제2측면과, 상기 제1, 2측면에 직교하는 상부면을 포함하는 유전체 블록과; 상기 제1측면으로부터 상기 상부면 및 상기 제2측면으로 연장되며, 상기 제1측면에 마련되는 급전점을 중심으로 대칭인 전류경로가 형성되는 폐곡선 형태의 루프방사패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 주파수대역폭이 넓고 게인이 우수하며 소형화 설계가 가능한 이동통신단말기의 칩 안테나를 제공할 수 있다.

칩 안테나, 3D, SDMB,

Description

이동통신단말기의 칩 안테나{The chip antenna of the mobile communication terminal}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신단말기의 칩 안테나의 구조를 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시한 루프방사패턴의 전개도와 전류경로를 도시한 도면,

도 3은 도 1에 도시한 안테나의 주파수에 대한 반사계수를 나타낸 그래프,

도 4는 도 1에 도시한 안테나에 대한 전압정재파비(VSWR) 특성을 도시한 도면,

도 5는 도 1에 도시된 안테나의 수직평면상의 복사패턴을 측정하여 나타낸 도면, 그리고

도 6은 도 1에 도시된 안테나의 수평평면상의 복사패턴을 측정하여 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *

10 : 제1측면 20 : 제2측면

30 : 상부면 15 : 급전패턴

25 : 방사패턴 35 : 루프패턴

본 발명은 칩 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SDMB(Satelite Digital Multimedia Broadcast) 대역(2.63 GHz~2.655 GHz)에서 동작할 수 있는 이동통신단말기의 칩 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 안테나는 무선용의 송수신기와 공간을 결합하는 중계장치로 전자파를 방사 또는 수신하는 일종의 에너지 변환장치(Energy Converter)이다. 즉, 송신 안테나는 송신기(고주파 회로)로부터 전달된 전기 에너지(전력)를 전자파 에너지로 변환하여 공간에 방사하며, 자유공간을 전송선로로 하여 수신 안테나에서는 전자파 에너지를 다시 전기적 에너지로 변환시켜 수신기에 전달하는 것이다. 이와 같은 기능을 보유하는 안테나는 이동통신·위성통신 등 무선통신의 활성화를 위한 주력기술 분야의 하나로서 통신 시스템, 레이더 시스템 및 우주 항공분야 등에 널리 응용되고 있다.

한편, 이동통신단말기 등에 사용되는 안테나는 직선 형태의 금속 선재에 의한 휩(whip) 안테나 또는 금속 전체를 나선형으로 감은 헬리컬 안테나, 그리고 신축 가능형 안테나 등이 사용되었으나, 휴대에 불편하고 작은 부피의 단말기를 갖고자 하는 소비자의 욕구를 만족시키기 위한 단말기의 소형화 추세에 따라 단말기 내부에 내장되는 내장형 칩 안테나가 최근 많이 사용되고 있다.

그러나, 종래의 내장형 칩 안테나는 소형화를 위해 고유전율 물질을 사용하여 Q 팩터가 높고, 소형화를 위한 안테나 패턴의 손실로 인하여 대역폭이 협소하 며, 안테나의 이득이 낮아지는 문제점이 있다. 또한, 종래의 내장형 칩 안테나는 안테나 패턴이 2D로 되어 있어 사이즈가 커지게 되고, 이로 인하여 소형화에 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 주파수대역폭이 넓고 게인이 우수하며 소형화 설계가 가능한 이동통신단말기의 칩 안테나를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신단말기의 칩 안테나는, 상호 대항하는 제1측면 및 제2측면과, 상기 제1, 2측면에 직교하는 상부면을 포함하는 유전체 블록과; 상기 제1측면으로부터 상기 상부면 및 상기 제2측면으로 연장되며, 상기 제1측면에 마련되는 급전점을 중심으로 대칭인 전류경로가 형성되는 폐곡선 형태의 루프방사패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 루프방사패턴은, 상기 제1측면의 하부영역 상에서 급전점을 가지고 상기 급전점을 중심으로 상호 대칭인 형태로 상기 상면부로 연장되는 급전패턴과; 상기 상부면에 마련되고, 상기 제1측면의 급전패턴으로부터 상기 제2측면으로 연장되며 상호 이격된 위치에 대칭인 형태로 마련되는 방사패턴과; 상기 제2측면부에 마련되고, 상기 방사패턴에 접속된 폐곡선으로서 상기 급전패턴과 대칭을 이루는 루프패턴을 포함하는 것이 가능하다.

이하에서는 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른, 이동통신단말기의 칩 안테나에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신단말기의 칩 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 루프방사패턴의 전개도와 전류경로를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 안테나는 유전체블록의 형상은 생략하고 안테나패턴의 형상을 중심으로 도시한 것으로서, 안테나패턴이 점선으로 표시된 육면체 형상을 유지할 수 있도록 하는 형태의 유전체블록이면 어디든 장착될 수 있다. 즉, 안테나패턴을 지지하기 위한 제1측면(10) 및 제2측면(30)과, 제1, 2측면(10, 30)에 직교하는 상부면(20)을 갖는 유전체블록 상에 마련될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 안테나패턴은 3차원 폐루프 형상의 방사체를 이용함으로써 기존의 2차원 패턴의 안테나에 비해 소형화 설계가 가능하도록 하고 있으며, 그 전체 형상은 도 2와 같이 급전점을 중심으로 상호 대칭인 형태로 마련된다.

루프방사패턴은 제1측면(10)의 하부영역 상에서 급전점(Feed)을 갖고 급전점(Feed)을 중심으로 상호 대칭인 형태로 상면부(20)로 연장되는 급전패턴(15)과, 상부면(20)에 위치하며 급전패턴(15)의 양단부로부터 연장된 상호 평행하는 띠 형상의 방사패턴(25)과, 제2측면(30)에 위치하며, 방사패턴(25)에 접속된 폐곡선으로서 급전패턴(15)는 대칭인 형상인 루프패턴(35)으로 구성된다.

이러한 루프방사패턴의 전체 길이는 1-파장(1-λg)으로 설계하며, 전류가 공급되면 급전패턴(15)의 급전점으로부터 루프패턴(35)의 대향점(O)으로 두 개의 전류경로가 균등하게 형성된다. 즉, 제1경로와 제2경로는 상호 대칭인 관계로 양 측에 균등한 전류가 공급되어 각각의 전류경로의 공진 길이가 λg/2가 된다.

여기서, 제1측면(10)에 마련된 급전패턴(15)과 제2측면(30)에 마련된 루프패 턴(35)은 상호 평행한 위치에서 동일한 량의 전류가 유기되지만, 그 전류의 방향이 반대이다. 즉, 급전패턴(15)의 경우 전류경로가 상향 진행되는데 반해 루프패턴(35)은 전류경로가 하향 진행되어 방사특성이 상호 상쇄된다.

반면, 상부면(20)의 방사패턴(25)은 동일한 전류방향의 제1경로 및 제2경로가 상호 평행하게 유지됨으로, xy평면 즉, 수평방향의 방사특성을 갖게 되므로, 본 안테나는 수평편파 다이폴안테나로서 동작하게 된다.

도 3 및 도 4는, 본 발명에 따른 안테나의 반사계수를 시뮬레이션한 결과값을 도 3의 그래프 및 도 4의 스미스차트에 도시한 것이다. 여기서, 시뮬레이션 대상이 된 이동통신단말기의 안테나 칩은 실재 장착이 가능하도록, 유전체블록의 가로/세로/높이를 5mm/6mm/5mm로 설계하고, 0.3mm폭의 도체를 이용하여 급전패턴(15) 및 루프패턴(35)의 가로/세로 길이를 4mm/4mm로 설계하였다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 안테나는 대략 2.4 GHz에서 2.8 GHz의 주파수 대역에서 안테나의 반사 손실이 -10dB이하로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 본 이동통신단말기의 칩 안테나를 적용하는 경우 2.63~2.655GHz 주파수 대역을 사용하는 위상 디지털 방송(Satellite Digital Multimedia Broadcasting, SDMB) 서비스 대역에 매우 적합하게 활용될 수 있음을 알 수 있다.

도 5는 및 도 6은 도 1에 도시된 안테나의 방사패턴을 도시한 것으로서, 도 5는 수직평면에서의 방사패턴을 측정한 것이고, 도 6은 수평평면에서의 복사패턴을 측정한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 칩 안테나의 수직평면상에서는 양 옆 방향보다는 위쪽과 아래쪽 방향으로 전계(electric field)가 강하게 분포됨을 알 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 안테나의 수평평면상에서는 전방향에 대해 양호한 복사패턴을 나타냄을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 이동통신단말기의 칩 안테나는 수평편파 다이폴안테나와 같이 동작함을 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이동통신단말기의 칩 안테나는, 3차원 폐루프 형상의 방사체를 적용하고 있다. 이에 의해, 주파수대역폭이 넓고 게인이 우수하며 소형화 설계가 가능한 이동통신단말기의 칩 안테나를 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위에 있게 된다.

Claims (2)

1. 상호 대항하는 제1측면 및 제2측면과, 상기 제1, 2측면에 직교하는 상부면을 포함하는 유전체 블록과;

   상기 제1측면으로부터 상기 상부면 및 상기 제2측면으로 연장되며, 상기 제1측면에 마련되는 급전점을 중심으로 대칭인 전류경로가 형성되는 폐곡선 형태의 루프방사패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기의 칩 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 루프방사패턴은,

   상기 제1측면의 하부영역 상에서 급전점을 가지고 상기 급전점을 중심으로 상호 대칭인 형태로 상기 상면부로 연장되는 급전패턴과;

   상기 상부면에 마련되고, 상기 제1측면의 급전패턴으로부터 상기 제2측면으로 연장되며 상호 이격된 위치에 대칭인 형태로 마련되는 방사패턴과;

   상기 제2측면부에 마련되고, 상기 방사패턴에 접속된 폐곡선으로서 상기 급전패턴과 대칭을 이루는 루프패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기의 칩 안테나.

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