KR100778120B1 - 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나에 관한 것으로서, 하나의 피드부, 피드부에 연결되어 전류를 공급받으며 피드부로부터 상호 분리된 복수의 방사체를 갖는다. 이에 의해, 주파수 대역폭이 확장되어 하나의 안테나로 RFID용 무선신호와 이동통신용 무선신호를 송수신할 수 있으므로, 안테나의 효율성이 향상되고 이동통신 단말기의 크기를 소형화할 수 있다. 뿐만 아니라, 안테나의 이득이 향상되므로, 안테나의 통신 품질이 향상되고 전력소모가 감소된다.

이동통신, RFID, 안테나, PIFA, 피드부, 쇼트부, 방사체

Description

동작주파수 대역폭이 확장된 안테나{ANTENNA HAVING A EXTENDED BANDWIDTH OF OPERATION FREQUENCY}

도 1은 본 발명에 따른 PIFA 안테나의 사시도,

도 2는 도 1의 PIFA 안테나를 회로기판에 장착한 상태의 전면 사시도,

도 3은 도 1의 PIFA 안테나를 회로기판에 장착한 상태의 후면 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 PIFA 안테나의 S-파라메타를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : PIFA 안테나 10 : 피드부

15 : 연결피드부 20 : 쇼트부

30 : 방사체 30a : 제1방사체

30b : 제2방사체 30c : 제3방사체

30d : 제4방사체 31a,31b,31c,31d : 제1방사면

32a,32b,32c,32d : 제2방사면 33a,33b,33c,33d : 제3방사면

35a,35d : 연장면

본 발명은 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하나의 안테나로 RFID 신호와 무선통신신호의 송수신이 가능하도록 하는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나에 관한 것이다.

최근 정보통신분야의 최대 이슈인 유비쿼터스 사회의 구현을 위한 기본 인프라로서 유비쿼터스 센서 네트워크(USN:Ubiquitous Sensor Network)가 주목받고 있다.

USN은 모든 사물에 통신기능이 있는 전자태그를 부착하고, 이를 통해 얻어진 사물의 인식정보를 기본으로 주변의 환경정보까지 탐지하고, 탐지된 정보를 네트워크를 통해 실시간으로 관리하고 활용하는 기술이다. 이러한 USN의 핵심은 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템으로서, RFID 시스템은 리더, 안테나, 전자태그, 서버 및 네트워크 등으로 구성된다. 여기서, 리더는 전자태그에 저장된 정보를 읽거나 정보를 저장하는 역할을 하며, 안테나는 정의된 주파수와 프로토콜로 전자태그에 저장된 데이터를 교환한다.

이러한 RFID 시스템과 이동통신과의 결합으로 mRFID(mobile RFID)라는 새로운 기술과 서비스가 발전되고 있다. mRFID 기술에서는 이동통신 단말기에 전자태그, 리더, 안테나 및 처리모듈을 장착함으로써, 타 전자태그로부터 정보를 읽어들여 사용자에게 유용한 정보서비스를 제공하거나, 이동통신 단말기내의 전자태그를 통해 타 기기에 이동통신 단말기로부터의 정보를 전달할 수 있다.

한편, mRFID 기술에서 사용되는 RFID용 안테나는 908.5 내지 914MHz 대역의 무선신호를 송수신하는데 반해, 이동통신 단말기 자체의 통신을 위한 안테나는 824 내지 896MHz 대역의 무선신호를 송수신한다. 따라서, RFID용 무선신호의 대역과, 이동통신용 무선신호의 대역은 그 차이가 비교적 크지는 않지만, 기존의 이동통신 단말기에 사용되고 있는 이동통신용 안테나는 협대역이기 때문에 RFID용 무선신호까지 효과적으로 송수신하기는 어렵다. 이에 따라, mRFID 기술의 구현을 위해 종래의 이동통신 단말기의 경우, RFID용 안테나와, 이동통신용 안테나를 각각 별도로 장착하여 사용하고 있었다.

그런데, 이렇게 RFID용 안테나와 이동통신용 안테나를 각각 마련할 경우, 이동통신 단말기의 크기가 커질 수 밖에 없다. 이는 이동통신용 안테나의 크기마저도 소형화 및 집적화함으로써, 이동통신 단말기의 크기를 소형화하려는 현재 이동통신 단말기의 발전방향에 역행하는 것이다.

이에 따라, 하나의 안테나를 이용하여 RFID용 무선신호와, 이동통신용 무선신호를 모두 송수신할 수 있는 방법을 모색함으로써, 복수의 안테나를 장착함에 따라 이동통신 단말기의 크기가 커지는 것을 방지할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은, RFID용 무선신호와, 이동통신용 무선신호를 모두 송수신할 수 있는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 하나의 피드부; 및, 상기 피드부에 연결되어 전류를 공급받으며, 상기 피드부로부터 상호 분리된 복수의 방사체;를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 피드부와 상기 각 방사체 사이에는 상기 각 방사체의 배치방향을 따라 길게 형성된 연결피드부가 설치될 수 있다.

상기 각 방사체는, 상기 연결피드부에 연결된 제1방사면, 상기 제1방사면으로부터 절곡된 제2방사면, 상기 제3방사면으로부터 상기 제1방사면과 평행하도록 절곡된 제3방사면을 갖을 수 있다.

상기 각 방사체 중 상기 연결피드부의 양 단부에 위치한 방사체는, 상기 제2방사면의 측부로부터 직각으로 돌출하여 상기 제2방사면에 평행하도록 절곡되어 연장된 연장면을 더 포함할 수 있다.

상기 연장면은 상기 연결피드부의 중앙영역에 위치한 방사체까지 연장될 수 있다.

상기 각 방사체 중 상기 연결피드부의 양 단부에 위치한 방사체는, 상기 연결피드부의 중앙영역에 위치한 방사체보다 상기 제1 내지 제3방사면의 폭이 넓을 수 있다.

상기 제1방사면은 상기 연결피드부와 연결된 영역으로부터 상기 제2방사면과 연결된 영역으로 갈수록 넓어지도록 형성될 수 있다.

상기 연결피드부에는 상기 각 방사체에서 순환된 전류를 그라운드로 전달하는 쇼트부가 연결된 것이 바람직하다.

상기 피드부와 쇼트부는 그라운드가 형성된 회로기판의 일측면에 배치되고, 상기 방사체는 상기 회로기판의 타측면에 배치되도록 장착될 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 PIFA 안테나의 사시도이고, 도 2는 도 1의 PIFA 안테나를 회로기판에 장착한 상태의 전면 사시도이고, 도 3은 도 1의 PIFA 안테나를 회로기판에 장착한 상태의 후면 사시도이다.

본 PIFA(Planar Inverted-F Antenna) 안테나(1)는, 피드부(10), 쇼트부(20), 복수의 방사체(30), 그라운드(55)를 포함한다.

피드부(10)는 복수의 방사체(30)에 전류를 공급하며, 띠 형상으로 형성된다. 이러한 피드부(10)의 각 방사체(30)를 향한 단부에는 각 방사체(30)와 피드부(10)를 연결하는 연결피드부(15)가 결합되어 있다. 연결피드부(15)는 긴 띠 형상으로 형성되며, 피드부(10)의 길이방향의 가로로 결합된다. 그리고 피드부(10)와 연결피드부(15)의 연결영역은 피드부(10)의 면과 연결피드부(15)의 면이 상호 직각을 이루도록 절곡되어 있다.

쇼트부(20)는 각 방사체(30)를 순환한 전류를 그라운드(55)로 제공하며, 연결피드부(15)에 피드부(10)와 평행하게 결합되어 있다. 쇼트부(20)는 일단이 그라운드(55)까지 연장되어 있다.

복수의 방사체(30)는, 연결피드부(15)의 길이방향을 따라 배치되며, 도 1에 도시된 실시예에서는 4개의 방사체(30)가 연결피드부(15)에 결합되어 있다. 본 실시예에서는, 각 방사체(30)를 제1 내지 제4방사체(30a,30b,30c,30d)로 칭한다. 제1 내지 제4방사체(30a,30b,30c,30d)는, 각각 연결피드부(15)에 연결된 제1방사면(31a,31b,31c,31d)과, 제1방사면(31)으로부터 절곡된 제2방사면(32a,32b,32c,32d)과, 제2방사면(32a,32b,32c,32d)으로부터 제1방사 면(31a,31b,31c,31d)과 평행하도록 절곡된 제3방사면(33a,33b,33c,33d)을 갖는다.

각 제1방사면(31a,31b,31c,31d)은 삼각형상으로 형성되며, 연결피드부(15)와 연결된 영역으로부터 각 제2방사면(32a,32b,32c,32d)과 연결된 영역으로 갈수록 넓어지도록 배치되어 있다. 각 제2방사면(32a,32b,32c,32d)과 각 제3방사면(33a,33b,33c,33d)은 직사각 형상으로 형성되며, 각 제3방사면(33a,33b,33c,33d)의 각 제2방사면(32a,32b,32c,32d)에서 절곡된 영역으로부터 그 자유단부까지의 길이는, 제1방사면(31a,31b,31c,31d)의 연결피드부(15)측에서 제2방사면(32a,32b,32c,32d)측까지의 길이와 같거나 작게 형성된다.

한편, 제1 내지 제4방사체(30a,30b,30c,30d)의 각 제1방사면(31a,31b,31c,31d)의 길이, 각 제2방사면(32a,32b,32c,32d)의 길이, 각 제3방사면(33a,33b,33c,33d)의 길이는 상호 동일하게 형성되나, 제1방사면(31a,31b,31c,31d)의 폭, 제2방사면(32a,32b,32c,32d)의 폭, 제3방사면(33a,33b,33c,33d)의 폭은 각 방사체(30a,30b,30c,30d)에 따라 다소 상이하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연결피드부(15)의 양 단부에 배치된 제1 및 제4방사체(30a,30d)의 제1 내지 제3방사면(31a,31d,32a,32d,33a,33d)의 폭은, 중앙영역에 배치된 제2 및 제3방사체(30b,30c)의 제1 내지 제3방사면(31b,31c,32b,32c,33b,33c)의 폭보다 넓게 형성되어 있다.

또한, 제1 및 제4방사체(30a,30d)는, 제2방사면(32a,32d)의 외측 측부로부터 제3방사면(33a,33d)의 절곡방향과 동일한 방향으로 절곡되어 돌출한 다음, 제2방사면(32a,32d)에 평행하도록 다시 절곡되어 연장된 연장면(35a,35d)을 더 포함한다. 제1방사체(30a)의 연장면(35a)은 제2방사체(30b)의 제2방사면(32b) 영역까지 연장되며, 제4방사체(30d)의 연장면(35d)은 제3방사체(30c)의 제2방사면(32c) 영역까지 연장된다. 이러한 연장면(35a,35d)은 제1 및 제4방사체(30a,30d)의 길이가 길어지는 효과를 가져오며, 이에 따라, 안테나(1)의 공진점을 하락시킨다.

한편, 본 PIFA 안테나(1)의 그라운드(55)는 별도로 마련될 수도 있고, 이동통신 단말기 등에 구비된 회로기판(50)을 그라운드(55)로 사용할 수도 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회로기판(50)에 장착되는 경우, 피드부(10)와 쇼트부(20)는 그라운드(55)가 형성된 회로기판(50)의 일측면에 배치되고, 방사체(30)는 회로기판(50)의 타측면에 배치된다. 그리고 연결피드부(15)는 회로기판(50)의 일측면과 타측면을 연결하는 모서리에 배치된다.

이러한 PIFA 안테나(1)는 연결피드부(15)에 제1 내지 제4방사체(30a,30b,30c,30d)의 피딩포인트가 형성되며, 각 피딩포인트에서 제1 내지 제4방사체(30a,30b,30c,30d)로 전류의 흐름이 나뉘어지기 때문에 제1 내지 제4방사체(30a,30b,30c,30d)에서 균일한 전류분포를 형성한다. 이러한 균일한 전류분포는 안테나의 유효면적을 증가시켜 안테나의 효율을 향상시키게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 PIFA 안테나의 S-파라메타를 나타낸 그래프로서, 점선 그래프는 이동통신 단말기의 케이스를 장착하지 아니한 경우의 S11그래프이고, 실선 그래프는 이동통신 단말기의 케이스를 장착한 상태의 S11 그래프이다.

본 PIFA 안테나(1)의 S11 특성은, 케이스를 장착한 경우, 850MHz 대역에서 공진점이 형성되었으며, -10dB에서 주파수 대역폭이 약 130MHz로 나타났다. 즉, 본 PIFA 안테나(1)는 780MHz 내지 910MHz 대역의 무선신호의 송수신이 가능하며, 이러한 주파수 대역은, RFID용 무선신호의 주파수 대역인 908.5 내지 914MHz 대역과, 이동통신용 무선신호의 주파수 대역인 824 내지 896MHz 대역을 모두 포함하는 것이다. 이는 하나의 PIFA 안테나(1)로 RFID용 무선신호와 이동통신용 무선신호의 송수신이 가능하다는 것을 의미한다.

한편, 본 PIFA 안테나(1)의 이득은, 다음의 표 1에 나타난 바와 같이, 900MHz 대역에서 -1.0dB로 나타났으며, 이는 타 이동통신 단말기의 일반적인 게인보다 높은 값이다.

주파수 대역	800MHz	900MHz	1GHz	1.1GHz	1.2GHz
이득(dB)	-2.0	-1.0	-1.8	-5.3	-1.8

이러한 구성의 PIFA 안테나(1)는, 하나의 피드부(10)에 대해 복수개의 방사체(30)를 연결함으로써, 전류 패스를 복수개 형성하였다. 따라서, 각 방사체(30)에 전류가 균일하게 분포하게 됨으로써, 주파수 대역폭이 확장되고, 이에 따라, RFID용 무선신호와 이동통신용 무선신호를 동시에 송수신할 수 있다. 즉, RFID용 안테나(1)와 이동통신용 안테나(1)를 별도로 장착할 필요가 없으므로, 이동통신 단말기의 크기를 소형화할 수 있다.

뿐만 아니라, 복수의 방사체(30)는 어레이 안테나의 효과를 얻을 수 있도록 함으로써, 안테나(1)의 이득이 향상되고, 방향성을 갖게 된다. 따라서, 안테나(1)의 수신감도가 향상됨으로써, 통신 품질이 향상되고, 전력소모가 감소될 뿐만 아니라, 방향성이 요구되는 RFID용에도 적합한 특성을 갖는다.

한편, 본 PIFA 안테나(1)는 방사체(30)를 복수개로 형성하여 주파수 대역폭을 확장시키고, 각 방사체(30)를 3차원 형상으로 형성하여 안테나를 공진점을 하락시키고 이득을 향상시킬 수 있도록 함으로써, 안테나(1)의 설계에 일반적인 규칙을 적용할 수 있도록 한다. 또한 제작이 용이하여 제작원가를 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주파수 대역폭이 확장되어 하나의 안테나로 RFID용 무선신호와 이동통신용 무선신호를 송수신할 수 있으므로, 안테나의 효율성이 향상되고 이동통신 단말기의 크기를 소형화할 수 있다. 뿐만 아니라, 안테나의 이득이 향상되고 방향성을 가지므로, 안테나의 통신 품질을 향상시키고 전력소모를 감소시킨다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

1. 하나의 피드부;

   상기 피드부에 연결되어 전류를 공급받으며, 상기 피드부로부터 상호 분리된 복수의 방사체; 및,

   상기 피드부와 상기 각 방사체 사이에 상기 각 방사체의 배치방향을 따라 길게 형성된 연결피드부;를 포함하며,

   상기 각 방사체는, 상기 연결피드부에 연결된 제1방사면, 상기 제1방사면으로부터 절곡된 제2방사면, 상기 제2방사면으로부터 상기 제1방사면과 평행하도록 절곡된 제3방사면을 포함하고,

   상기 제1방사면은 상기 연결피드부와 연결된 영역으로부터 상기 제2방사면과 연결된 영역으로 갈수록 넓어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 방사체 중 상기 연결피드부의 양 단부에 위치한 방사체는, 상기 제2방사면의 측부로부터 직각으로 돌출하여 상기 제2방사면에 평행하도록 절곡되어 연장된 연장면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 연장면은 상기 연결피드부의 중앙영역에 위치한 방사체까지 연장된 것을 특징으로 하는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 방사체 중 상기 연결피드부의 양 단부에 위치한 방사체는, 상기 연결피드부의 중앙영역에 위치한 방사체보다 상기 제1 내지 제3방사면의 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 연결피드부에는 상기 각 방사체에서 순환된 전류를 그라운드로 전달하는 쇼트부가 연결된 것을 특징으로 하는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 피드부와 쇼트부는 그라운드가 형성된 회로기판의 일측면에 배치되고, 상기 방사체는 상기 회로기판의 타측면에 배치되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 동작주파수 대역폭이 확장된 안테나.

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