KR100731600B1 - 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나 - Google Patents

상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나 Download PDF

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이승용
윤영상
오정근
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Abstract

본 발명은 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부분방사체를 이중으로 배치하여 상호 보완적인 특성을 갖도록 하는 내장형 칩안테나에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나는, 같은 방사특성을 갖는 방사체가 급전점을 중심으로 양측에 배열되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의하면, 칩안테나의 방사체가 물리적으로는 단일 방사체 구조이지만 전기적으로 급전점을 중심으로 복수의 부분방사체로 이루어지고, 각 부분방사체의 고주파 및 저주파 대역의 방사가 독립적으로 이루어지므로 외부 영향에 대하여 상호 보완적인 동작 특성을 구현함으로써, 손 등의 신체의 일부가 칩안테나의 일측 부분방사체에 악영향을 미치는 경우에 타측 부분방사체가 독립적으로 동작하여 안테나의 외부에 의한 성능 열화 특성을 최소화 할 수 있다.
이중방사체, 칩안테나, 상호 보완, 부분방사체.

Description

상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나 {Embedded Chip Antenna of Complementary Radiator Structure}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 칩안테나의 분해 사시도,
도 2는 도 1에 의한 내장형 칩안테나의 조립 사시도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 내장형 칩안테나의 조립 사시도,
도 4는 도 2에 나타낸 내장형 칩안테나의 설치 예시도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 내장형 칩안테나의 조립 사시도,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 내장형 칩안테나의 조립 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내장형 칩안테나의 정재파비를 나타낸 그래프,
도 8은 도 4와 같이 설치된 내장형 칩안테나의 일측을 손으로 덮은 상태에서 정재파비를 나타낸 그래프
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 유전체 20: 방사체
20a,20b: 부분방사체 22: 제1방사부
23: 연장방사부 24: 제2방사부
26: 관통홀 30: 칩안테나
70: PWB 80: 고정물
본 발명은 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부분방사체를 이중으로 배치하여 상호 보완적인 특성을 갖도록 하는 내장형 칩안테나에 관한 것이다.
현재 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화 되면서도, 다양한 서비스 제공 기 능이 요구된다.
이러한 요구를 만족시키기 위해 이동통신 단말기에 채용되는 내장회로 및 부품들은 다기능화 되고, 동시에 점차 소형화되는 추세이다.
이러한 추세는 이동통신 단말기의 주요 부품 중 하나인 안테나에서도 동일하게 요구된다.
일반적으로 사용되는 이동통신 단말기용 안테나로는 외장형의 헬리컬 안테나(helical antenna)와, 내장형의 평면 역에프 안테나(Planar Inverted F Antenna: PIFA)와 칩안테나가 있다.
헬리컬 안테나는 단말기 상단에 고정된 외장형 안테나로서 모노폴 안테나와 함께 사용된다.
헬리컬 안테나와 모노폴 안테나가 병용되는 형태는 안테나를 단말기 본체로부터 인출(extended)하면 모노폴 안테나로 동작하고, 삽입(Retracted)하면 λ/4 헬 리컬 안테나로 동작한다.
이러한 안테나는 높은 이득을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 무지향성으로 인해 전자파 인체 유해기준인 SAR 특성이 좋지 않다.
한편 이러한 단점을 극복하기 위하여, 낮은 프로파일 구조를 갖는 평면 역에프 안테나(PIFA)나 칩안테나가 구비된다.
상기 PIFA와 칩안테나는 내장형 안테나로서 이동통신 단말기의 내부에 구성되므로, 이동통신 단말기의 외관을 수려하게 디자인할 수 있고 외부의 충격에도 우수한 특성을 갖는다.
이러한 PIFA와 칩안테나는 다기능화 추세에 따라 서로 다른 사용 주파수 대역 즉, 고주파 및 저주파 대역을 담당하는 이중방사체의 이중 대역(dual band) 안테나 형태로 많이 개발된다.
그런데 종래의 PIFA와 칩안테나의 구조는 전화 통화중에 손가락 및 손에 의해 안테나가 영향을 받아 안테나 성능의 저해요인이 된다.
즉, 이동통신 단말기에 PIFA와 칩안테나를 적용할 경우 사용자가 상기 이동통신 단말기를 잡는 손의 위치 등의 변화에 따른 영향(Hand Effect)을 많이 받고, 이와 같은 경우에 통화시 묵음(mute)이 발생하여 통화가 불가능해지는 문제가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 가운데를 중심으로 상호 대칭이 되게 이중 방사체 구조를 갖도록 하여 사용자 인체에 의한 안테 나 특성 왜곡 및 열화 현상을 감소시키고 통화 성능을 현저히 향상시킬 수 있는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나는, 같은 방사특성을 갖는 방사체가 급전점을 중심으로 양측에 배열되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 칩안테나의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 의한 내장형 칩안테나의 조립 사시도이다.
본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 듀얼 밴드 특성을 갖는 칩안테나를 설명하지만 싱글 밴드 특성을 갖는 칩안테나에도 적용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도시된 바와 같이, 부분방사체(20a,20b)는 2개의 방사체로 이루어진다. 즉, 제1방사부(22a,22b)와 제2방사부(24a,24b)로 이루어지는 제1방사체(20a)와 제2방사체(20b)가 급전점을 중심으로 양측에 대칭되게 이루어진다.
삭제
상기 제2방사부(24a,24b)는 제1방사부(22a,22b)에 연장된 연장 방사부(23a,23b)와 제1방사부(22a,22b)를 포함하여 이루어진다.
따라서, 방사체(20)는 관통홀(26)이 형성되는 원통 타입이고, 중앙의 급전점을 중심으로 고주파 대역을 담당하는 제1방사부(22a,22b)와 저주파 대역을 담당하는 제2방사부(24a,24b)로 이루어지는 제1방사체(20a) 및 제2방사체(20b)가 서로 대칭되게 형성된다.
상기 방사체(20)의 구조는 두께가 약 1mm이고, 내경이 약 5mm인 실린더 원통 타입이다.
상기 제2방사부(24a,24b)가 저주파 대역을 담당할 수 있는 전기적인 길이를 얻기 위하여, 상기 제1방사부(22a,22b)에서 연장된 연장 방사부(23a,23b)는 미앤더 라인의 구조를 갖는다.
상기 제1방사부(22a,22b)의 전기적인 길이는 중앙의 급전점에서부터 고주파 대역의 0.03~0.05기준파장(λh)이고, 더 바람직하게는 고주파 대역의 0.04기준파장(λh)이다.
상기 제1방사부(22a,22b) 끝단에서 연장된 미앤더 라인 구조의 연장 방사부(23a,23b)를 포함하는 제2방사부(24a,24b)의 전기적인 총길이는 중앙의 급전점에서부터 저주파 대역의 0.4~0.6기준파장(λl)이고, 바람직하게는 저주파 대역의 0.5기준파장(λl)이다.
상기 부분방사체(20a, 20b) 즉, 급전점 일측의 제1방사부(22a)와 제2방사부(24a)로 이루어지는 제1방사체(20a)와 급전점 타측의 제1방사부(22b)와 제2방사부(24b)로 이루어지는 제2방사체(20b)는 각각 독립적으로 고주파 및 저주파 대역을 동시에 지원한다.
상기 방사체(20)는 중앙의 급전점을 기준으로 제1방사체(20a)와 제2방사체(20b)가 좌우 대칭이 되며, 단일 급전 구조로 제1방사체(20a)와 제2방사체(20b)가 별개로 각각 동작하여 상호 보완적이다.
상기한 방사체(20)에 내삽되는 유전체(10)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기 유전체(10)는 높은 유전율을 갖고 원형의 봉형상으로 이루어진다.
본 발명에서는 상기 유전체(10)로서 고유전체 플라스틱 물질인 LCP(Liquid Crystal Polymer)이 사용된다.
상기 LCP는 비유전율(εr)이 7~13인 플라스틱 물질로서, 물질적으로 세라믹 칩안테나의 비유전율과 비슷하지만 내열특성 및 기구적인 강도가 더 강화된 물질이다.
상기 방사체(20)에 고유전율의 유전체(10)를 내삽하는 것에 의해 칩안테나(30)의 사이즈를 줄일 수 있다.
따라서 칩 타입 정도의 안테나 크기를 유지하면서 부분방사체인 제1방사체(20a)와 제2방사체(20b)를 이중으로 배치함으로써 상호 보완적인 특성을 갖는다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 내장형 칩안테나의 조립 사시도이다.
도시된 바와 같이, 부분방사체(50a,50b)는 2개의 방사체로 이루어진다. 즉, 제1방사부(52a,52b)와 제2방사부(54a,54b)로 이루어지는 제1방사체(50a)와 제2방사체(50b)가 급전점을 중심으로 대칭되게 이루어진다.
삭제
상기 제2방사부(54a,54b)는 제1방사부(52a,52b)에 연장된 연장 방사부(53a,53b)와 제1방사부(52a,52b)로 포함하여 이루어진다.
따라서, 방사체(50)는 관통홀이 형성되는 원통 타입이고, 중앙의 급전점을 중심으로 고주파 대역을 담당하는 제1방사부(52a,52b)와 저주파 대역을 담당하는 제2방사부(54a,54b)로 이루어지는 제1방사체(50a) 및 제2방사체(50b)가 서로 대칭되게 형성된다.
상기 방사체(50)의 구조는 두께가 약 1mm이고, 내경이 약 5mm인 실린더 원통 타입이다.
상기 제2방사부(54a,54b)가 저주파 대역을 담당할 수 있는 전기적인 길이를 얻기 위하여, 상기 제1방사부(52a,52b)에서 연장된 연장 방사부(53a,53b)는 헬리컬 타입의 구조를 갖는다.
상기 제1방사부(52a,52b)의 전기적인 길이는 중앙의 급전점에서부터 고주파 대역의 0.03~0.05기준파장(λh)이고, 더 바람직하게는 고주파 대역의 0.04기준파장(λh)이다.
상기 제1방사부(52a,52b) 끝단에서 연장된 헬리컬 타입 구조의 연장 방사부(53a,53b)를 포함하는 제2방사부(54a,54b)의 전기적인 총길이는 중앙의 급전점에서부터 저주파 대역의 0.4~0.6기준파장(λl)이고, 바람직하게는 저주파 대역의 0.5기준파장(λl)이다.
부분방사체(50a,50b) 즉, 상기 급전점 일측의 제1방사부(52a)와 제2방사부(54a)로 이루어지는 제1방사체(50a)와 급전점 타측의 제1방사부(52b)와 제2방사부(54b)로 이루어지는 제2방사체(50b)는 각각 독립적으로 고주파 및 저주파 대역을 동시에 지원한다.
상기 방사체(50)는 중앙의 급전점을 기준으로 제1방사체(50a)와 제2방사체(50b)가 좌우 대칭이 되며, 단일 급전 구조로 제1방사체(50a)와 제2방사체(50b)가 별개로 각각 동작하여 상호 보완적이다.
상기한 방사체(50)에 내삽되는 유전체(40)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기 유전체(40)는 높은 유전율을 갖고 원형의 봉형상으로 이루어진다.
본 발명에서는 상기 유전체(40)로서 고유전체 플라스틱 물질인 LCP(Liquid Crystal Polymer)이 사용된다.
상기 LCP는 비유전율(εr)이 7~13인 플라스틱 물질로서, 물질적으로 세라믹 칩안테나의 비유전율과 비슷하지만 기구적인 강도가 더 강화된 물질이다.
상기 방사체(50)에 고유전율의 유전체(40)를 내삽하는 것에 의해 칩안테나(60)의 사이즈를 줄일 수 있다.
따라서 칩 타입 정도의 안테나 크기를 유지하면서 제1방사체(50a)와 제2방사체(50b)를 이중으로 배치함으로써 상호 보완적인 특성을 갖는다.
도 4는 도 2의 내장형 칩안테나의 설치 예시도로서, 이동통신 단말기에 내장하는 경우에 칩안테나(30)를 PWB(70,Printed Wiring Board)에 고정물(80)에 의해 고정되게 설치한 모습을 보여준다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 내장형 칩안테나의 조립 사시도이다.
도 2의 제1실시예와 다른 기술적 구성은, 중앙의 급전점을 중심으로 고주파 대역을 담당하는 제1방사부(122a,122b)가 원통이 아니고, 제2방사부(124a,124b)는 상기 제1방사부(122a,122b)와는 별개로 제1방사부(122a,122b)에서 연장되어 형성되지 않고 미앤더 라인구조를 갖는다는 것이다.
부분방사체(120a,120b)와 각 방사부(122a,122b,124a,124b)가 급전점을 중심으로 대칭이 되는 구조와, 방사체(120) 내부에 유전체(110)가 삽입되는 구조는 도 2의 제1실시예와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 내장형 칩안테나의 조립 사시도이다.
도 2의 제1실시예와 다른 기술적 구성은, 제1방사부(152a,152b)와 연장 방사부(153a,153b)로 이루어지고 저주파 대역을 담당하는 제2방사부(154a,154b)가 급전점을 중심으로 비대칭이라는 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 방사부가 손에 의해 영향을 받을 경우 공진 주파수가 원래 공진 주파수보다 약간 저주파 대역으로 전이(shift)되는 현상을 이용하여, 의도적으로 하부의 제2방사부(154a)는 짧게 형성하고 상부의 제2방사부(154b)는 하부의 제2방사부(154a)보다 길게 형성한다.
상기와 같이 제2방사부(154a,154b)가 비대칭으로 형성되면, 하부의 제2방사부(154a)가 손의 의해 영향을 받을 경우 공진 주파수가 저주파 대역으로 이송되어 상부의 제2방사부(154b)와 동일한 특성을 얻게 된다.
상기 고주파 대역을 담당하는 제1방사부(152a,152b)가 대칭이 되는 구조와, 방사체(150) 내부에 유전체(140)가 삽입되는 구조는 도 2의 제1실시예와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내장형 칩안테나의 정재파비를 나타낸 그래프이다.
도 4와 같이 칩안테나(30)를 설치한 상태에서 정재파비를 측정한 결과는 도 7에 도시된 바와 같이, 저주파인 0.8~1.0GHz 대역과 고주파인 1.5~2.2GHz 대역에서 정재파비가 적어 우수한 반사손실 특성이 있음을 알 수 있다.
도 8은 도 4와 같이 설치된 내장형 칩안테나의 일측을 손으로 덮은 상태에서 정재파비를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 고주파 영역의 경우 대역폭이 넓어 그 변화를 자세히 관찰할 수 없지만 저주파 영역의 경우에는 칩안테나(30)의 일측 부분방사체를 손가락으로 덮을 때, 손으로 덮은 부분방사체의 공진 주파수는 손의 유전체 특성에 의해 공진 주파수가 낮아지면서 공진 특성이 2개가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 손으로 덮지 않은 타측의 부분방사체의 경우 원래의 자기 공진 특성을 유지하면서 전자기 에너지를 방사하는데 영향을 받지 않고 있음을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 칩안테나(30)가 외부의 영향에 의해 상호 보완적으로 동작하고 있음을 실험적으로 확인할 수 있는 것이다.
이상 도면과 상세한 설명에서 최적 실시예들이 개시되고, 이상에서 사용된 특정한 용어는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것일 뿐 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아니다.
그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 특허청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 칩안테나의 방사체가 물리적으로는 단일 방사체 구조이지만 전기적으로 급전점을 중심으로 복수의 부분방사체로 이루어지고, 각 부분방사체의 고주파 및 저주파 대역의 방사가 독립적으로 이루어지므로 외부 영향에 대해 상호 보완적인 동작 특성을 구현함으로써, 손 등의 신체의 일부가 칩안테나의 일측 부분방사체에 악영향을 미치는 경우에 타측 부분방사체가 독립적으로 동작하여 안테나의 외부에 의한 성능 열화 특성을 최소화 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 동일한 방사특성을 갖는 두개의 방사체가 급전점을 중심으로 양측에 배열되어 형성되며, 상기 동일한 방사 특성을 갖는 두개의 방사체 각각은 고주파 대역의 방사를 수행하는 제1방사부 및 저주파 대역의 방사를 수행하는 제2방사부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사체는 관통홀이 형성된 실린더 형상으로, 상기 관통홀에 비유전율이 높은 유전체가 내삽되는 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2방사부는 제1방사부 및 제1방사부에서 연장된 연장 방사부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방사체는 관통홀이 형성된 실린더 형상으로, 상기 관통홀에 비유전율이 높은 유전체가 내삽되는 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장 방사부와 제2방사부는 헬리컬 또는 미앤더 라인 구조인 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 유전체의 비유전율은 7~13인 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1방사부의 전기적인 길이는 급전점에서부터 고주파 대역의 0.03~0.05기준파장(λh)인 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2방사부의 전기적인 길이는 급전점에서부터 저주파 대역의 0.4~0.6기 준파장(λl)인 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
  10. 제1공진주파수를 갖는 제1방사체와, 핸드 이펙트(hand effect)와 같은 외부 요인 발생에 의한 공진특성의 변화에 의해 상기 제1방사체와 같은 공진특성을 갖는 제2방사체가 급전점을 중심으로 양측에 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 보완적인 방사체 구조의 내장형 칩안테나.
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