KR100693309B1 - 다중대역 내장형 안테나 - Google Patents

다중대역 내장형 안테나 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 다중대역 내장형 안테나에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 다중대역을 지원며 무선통신 단말기에 탑재하기 위한, 다중대역 내장형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, CDMA 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 1방사체; USPCS 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 2방사체; 상기 제 2방사체를 감싸는 형상으로 배치되며, GPS 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 3방사체; 및 상기 제 2방사체의 대역폭을 증가시키기 위한 부방사체로서 상기 USPCS 대역에서 공진하는 병렬 스터브를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 다중대역 안테나에 이용됨.
다중대역, 내장형 안테나, 방사체, 미앤더, 병렬 스터브

Description

다중대역 내장형 안테나{Internal Antenna of Multi-Band}
도 1a는 본 발명에 따른 삼중대역 내장형 안테나의 제 1실시예 평면도.
도 1b는 상기 도 1a의 일실시예 상측면도.
도 2a는 본 발명에 따른 삼중대역 내장형 안테나의 제 2실시예 평면도.
도 2b는 상기 도 2a의 일실시예 상측면도.
도 3은 일반적인 스터브가 있는 T-정션 전송선로의 일예시도.
도 4는 상기 도 1a의 정재파비(VSWR)를 설명하기 위한 일실시예 그래프.
도 5는 상기 도 2a의 정재파비(VSWR)를 설명하기 위한 일실시예 그래프.
도 6a는 종래의 외장형 안테나 단말기의 예시도.
도 6b는 본 발명에 따라 내장형 안테나를 탑재한 단말기의 일예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101, 102, 103, 104 : 방사체 105 : 급전부
106 : 단락부 107 : 지지용 프레임
201 : 부방사체
본 발명은 다중대역 내장형 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최소화된 크기로 CDMA(Code Division Multiple Access)/GPS(Global Positioning System)/USPCS(US Personal Communication System), 그 외 다른 주파수 대역을 갖는 다중대역을 동시에 지원하기 위한, 다중대역 내장형 안테나에 관한 것이다.
본 발명에서 무선통신 단말기란 이동통신 단말기, 개인 휴대통신 단말기(PCS), 개인용 디지털 단말기(PDA), 스마트폰, 차세대 이동통신 단말기(IMT-2000), 무선랜 단말기 등과 같이 개인이 휴대하면서 무선통신이 가능한 단말기를 말한다.
현재, 초고집적 반도체 기술과 고주파 소자들의 집적화 기술 및 고밀도 회로 기술 등의 분야에서의 비약적인 발달로 인해, 다른 무선통신 시스템 기기 등과 더불어 휴대용 단말기의 크기 역시 급격히 줄어들었으며, 이러한 단말기 시스템의 소형화 기술에 맞물려 단말기에 탑재되는 안테나 역시 매우 작은 크기가 요구되고 있다.
특히, 현재 휴대용 단말기에서 서비스하는 기술이 대부분 다중대역이므로, 이러한 작은 공간에서 구현되어야 하는 안테나 역시 기본적으로 다중대역 특성을 만족시켜야 하여, 그 구현이 어려운 문제점이 있다.
한편, 이러한 무선통신 단말기 분야에서의 회로적인 발전 추세와 더불어, 근래에는 기존의 외장형 안테나가 가지고 있는 단점을 보완하면서, 소비자의 욕구만족을 위한 대안으로서 내장형 안테나를 탑재한 세련된 디자인의 단말기가 사용자의 편리성과 더불어 최근에 대두되고 있는 상황이다.
그러나, 상기와 같은 안테나가 내장되는 휴대용 단말기에서 요구되는 안테나의 경우, 그 크기를 축소하면서 일반적으로 다중대역 특성을 만족시키는 데에는 많은 어려움이 있는 문제점이 있다.
특히, 최근에는 내장형 안테나를 탑재함에도 그 성능적인 면에서 외장형 안테나와의 동등 이상의 특성을 요구하고 있기 때문에, 최소화된 크기의 다중대역 내장형 안테나가 보다 더 고성능일 것이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, CDMA/GPS/USPCS, 그 외 다른 주파수 대역을 갖는 다중대역을 지원하는 동시에 내부 공간이 매우 협소한 무선통신 단말기에 탑재하기 위한, 다중대역 내장형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 다중대역 내장형 안테나는, 다중대역 내장형 안테나에 있어서, CDMA 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 1방사체; USPCS 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 2방사체; 상기 제 2방사체를 감싸는 형상으로 배치되며, GPS 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 3방사체; 및 상기 제 2방사체의 대역폭을 증가시키기 위한 부방사체로서 상기 USPCS 대역에서 공진하는 병렬 스터브를 포함하는 다중대역 내장형 안테나를 제공한다.
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상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 다중대역 내장형 안테나의 제 1실시예 평면도이고, 도 1b는 상기 도 1a의 일실시예 상측면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나는, CDMA(800MHz) 대역용 제 1방사체(101), CDMA/GPS 이중대역용 제 2방사체(102), GPS(1575MHz) 대역용 제 3방사체(103), USPCS(1900MHz) 대역용 제 4방사체(104), 급전부(105) 및 단락부(106)를 포함하여 구성되며, 플라스틱 재질의 지지용 프레임(107)에 의해 메인 접지용 PCB(108)에 고정되어 있다.
본 발명의 급전과 단락 구조는 일반적인 PIFA 형태와 유사하다할 수 있다.
안테나의 방사체는 니켈 또는 주석 도금된 코퍼(copper) 구조나 또는 베릴륨 코퍼(copper)를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 지지용 프레임(107)은, 안테나 방사체를 상기의 메인 접지용 PCB(108)에 고정 및 지지하는 기능을 담당하는 것으로, 프레임의 모서리에 3-4군데의 암컷 홀을 만들고 그 위의 안테나 방사체에 역시 해당 위치에 관통 홀을 만든 다음 위쪽에서 플라스틱 수컷 고정물로 삽입하여 고정하는 구조일 수 있으며, 또는 프레임 사출시 안테나 방사체를 동시에 삽입한 뒤 상기의 안테나 방사체 관통 홀 위치를 중심으로 플라스틱이 동시에 성형되는 구조일 수 있다.
안테나의 동작 원리를 살펴보면, 상기 제 1방사체(101), 제 3방사체(103) 및 제 4방사체(104)는 각각 CDMA, GPS, USPCS의 대역을 담당하며, 그 길이는 각각의 공진 주파수에 대해 0.4λ0, 0.27λ0, 0.18λ0의 길이에 해당한다. 또한, 각 방사체의 폭은 0.0014λ0, 0.0053λ0 및 0.0128λ0이다.
본 발명에서, 상기 제 1, 제 3 및 제 4방사체(101, 103, 104)는 초기에는 동일 전류 방향으로 시작하여 흐르고, 안테나의 종단에서 CDMA와 GPS 대역의 방사체(101, 103)가 분기하여 CDMA 대역(101)은 일반적인 미앤더 구조로 상단으로 흐르고, GPS 대역(103)은 반대로 하단으로 흐르는 구조로서, 특히 GPS 대역(103)은 USPCS 대역(104)을 감싸면서 흐르면서 상호 커플링을 증가시키면서 서로 인접한 두개의 공진 주파수를 발생 및 튜닝하는데 용이하게 할 수 있다.
상기 제 2방사체(102)는 CDMA/GPS의 이중대역을 위한 것으로, 상기 제 1방사체(101) 및 상기 제 3방사체(103)의 사이에 배치된다.
도 2a는 본 발명에 따른 다중대역 내장형 안테나의 제 2실시예 평면도이며, 도 2b는 상기 도 2a의 일실시예 상측면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나는 CDMA 대역용 제 1방사체(101), CDMA/GPS 이중대역용 제 2방사체(102), GPS 대역용 제 3방사체(103), USPCS 대역용 제 4방사체(104), 급전부(105), 단락부(106) 및 USPCS 임피던스 대역폭 개선용 부방사체(201)를 포함하여 구성된다.
상기 도 1a와 같이, 상기 도 2a의 안테나는 상기 지지용 프레임(107) 및 상기 메인 접지용 PCB(108)에 고정되어 배치된다.
본 발명의 제 2실시예에서는, USPCS 대역의 임피던스 대역폭을 개선시키기 위하여 상기 도 1a의 안테나 구조에서 USPCS 대역에서 공진하는 병렬 스터브인 부방사체(201)를 배치하여, 해당 대역의 임피던스 대역폭을 증대시킬 수 있다. 또한, 상기의 부방사체(201)의 모양을 주방사체(104)의 방향과 수직의 각도로 구성하여, 다중경로 페이딩(multi-path fading)에 따른 서로 다른 편파의 성분들도 각각 수신하여 수신 전계 강도를 증대 할 수 있는 부수적인 효과도 얻을 수 있다.
즉, 본 발명에서는, 특정 공진 주파수 대역에서 해당 임피던스 대역폭을 개선시키기 위해 부가적인 병렬 스터브(부방사체)를 이용하여 해당 공진 주파수에서 입력 임피던스를 튜닝할 수 있도록 한다. 즉, 상기 병렬 스터브는 부방사체로 동작하여 전자파의 방사에 일부 기여하고, 또 주방사체의 방향과 수직으로 구현하여 서로 각각 다른 편파 성분을 상호 보완하면서 송수신 할 수 있도록 한다.
이러한 부방사체의 구조가 부가될 때, 안테나의 주방사체(Za)에 부 방사체(Zb)를 입력단에 병렬 연결시킴으로써, 해당 공진 주파수에서 입력 임피던스(Zin)가 하기의 [수학식1]과 같이 변화하게 된다.
Figure 112004016131112-pat00001
이와 같은 구조는 일반적으로 전송선로 라인의 선로 분기에 따른 임피던스 변화를 나타내는 것으로, 도 3과 같이 부방사체의 전송선로(Za)의 종단이 오픈(open)된(open-ended) 전송선로와 T-정션(junction)의 모양의 결합 구조가 될 수 있다.
도 3은 일반적인 스터브가 있는 T-정션 전송선로의 일예시도이다.
도 4는 상기 도 1a의 정재파비(VSWR; Voltage Standing Wave Ratio)를 설명하기 위한 일실시예 그래프이다. 또한, 도 5는 상기 도 2a의 정재파비(VSWR)를 설명하기 위한 일실시예 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 도 5에서 PCS 대역인 마커(marker) 4와 마커(marker) 5에서 정재파비(VSWR)는 각각 2.1~ 1.65로서, 해당 대역의 대역폭이 현저히 개선되는 것을 확인할 수 있다.
도 6a는 종래의 외장형 안테나 단말기의 예시도이며, 도 6b는 본 발명에 따라 내장형 안테나를 탑재한 단말기의 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내장형 안테나를 탑재한 단말기는, 외부로 안테나가 드러나지 않아(A), 외관상 매우 심미적인 효과를 불러올 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 삼중 대역 내장형 안테나를 일실시예로서 설명하였으나, 그에 국한되지 않고 CDMA/GPS/USPCS, 그 외 다른 주파수 대역을 갖는 다중대역 내장형 안테나를 구현할 수도 있음은 자명하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 삼중대역을 비롯한 다중대역 내장형 안테나를 설계함에 있어, 스터브 구조를 이용하여 안테나의 대역폭을 확대하고 안테나의 크기를 소형화함으로써, 향후 내장형 안테나 소형화에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최근 새롭게 대두되는 GPS 서비스를 안테나 크기의 증가 없이 기존 단말기 사이즈에서도 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 다중대역 내장형 안테나에 있어서,
    CDMA 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 1방사체;
    USPCS 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 2방사체;
    상기 제 2방사체를 감싸는 형상으로 배치되며, GPS 대역의 주파수를 방사하기 위한 제 3방사체; 및
    상기 제 2방사체의 대역폭을 증가시키기 위한 부방사체로서 상기 USPCS 대역에서 공진하는 병렬 스터브
    를 포함하는 다중대역 내장형 안테나.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬 스터브는,
    상기 제 2방사체의 방향과 수직의 각도로 배치되며 미앤더 형상인
    다중대역 내장형 안테나.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 다중대역 내장형 안테나를 인쇄회로기판(PCB)에 고정 및 지지하기 위한 지지용 프레임
    을 더 포함하는 다중대역 내장형 안테나.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 방사체는,
    그 길이가 각각 0.4λ0, 0.18λ0 및 0.27λ0인
    다중대역 내장형 안테나.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 방사체는,
    그 폭이 각각 0.0014λ0, 0.0128λ0 및 0.0053λ0 인
    다중대역 내장형 안테나.
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