KR100787229B1 - 이중 대역 역 에프 평판안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내장 안테나의 구조를 개선하여 소형화함과 동시에 안테나의 방사패턴과 효율을 개선할 수 있는 휴대용 단말기의 내장형 안테나의 구조를 제안함에 있다.이를 위해 본 발명은 접지면과 일정 거리 이격되어 있는 유도 방사부와 기생 방사부를 포함하는 방사부들과 접지면과 수평으로 이격되며, 연결된 상기 유도 방사부로 직접 전류를 공급하는 급전부, 방사부와 접지면을 연결하는 연결부를 포함하는 역 F안테나를 제안한다. 이와 같이 유도 안테나 부분과 기생 안테나 부분으로 구성된 평면 역 F 안테나를 제안함으로서 기존 역 F안테나에 비해 부피가 감소된다. 급전부를 PCB 기판과 연결시킴으로서 복잡한 제작 및 공정 과정을 간단히 구현할 수 있다.

휴대용 단말기, 역 F안테나, 주파수, 평면

Description

이중 대역 역 에프 평판안테나{Printed inverted F antenna for dual band operation}

도 1은 종래 일반적인 3차원 역 F 안테나의 단면도,

도 2는 종래 일반적인 3차원 역 F 안테나의 사시도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 역 F 안테나의 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 역 F안테나의 고주파 공진을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 역 F안테나의 저주파 공진을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 역 F 안테나의 구조를 도시한 다른 도면,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 역 F안테나의 고주파 공진을 도시한 다른 도면,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 역 F안테나의 저주파 공진을 도시한 다른 도면,

도 9는 도 3에 도시한 평면 역 F안테나의 동작 주파수에 대한 손실을 도시한 도면,

도 10은 도 6에 도시한 평면 역 F안테나의 동작 주파수에 대한 손실을 도시한 도면,

도 11은 도 3에 도시한 평면 역 F안테나의 방사패턴을 도시한 도면, 그리고

도 12는 도 6에 도시한 평면 역 F안테나의 방사패턴을 도시한 도면이다.

본 발명은 휴대용 단말기의 내장안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 휴대용 단말기의 내부공간을 효율적으로 사용하고, 안테나의 방사패턴 및 효율을 개선시킬 수 있도록 구성된 휴대용 단말기의 내장 안테나 구조에 관한 것이다.

휴대용 단말기란 휴대폰이나 PDA 등을 일컫는 것으로서 사용자가 이동 중에 데이터를 송수신할 수 있는 장치를 말한다.

종래 휴대용 단말기에 사용되는 안테나는 외장안테나가 있다. 외장 안테나는 휴대용 단말기의 외부공간에 위치하는 형태로서 모노폴(mono pole) 안테나와 헤리컬(helical) 안테나 등이 있다.

모노폴 안테나는 도전성막대로 이루어진 것으로서, 안테나의 길이가 주파수 영역에 의해 결정된다. 따라서, 휴대용 단말기가 소형화됨에도 불구하고, 안테나의 길이가 휴대용단말기보다 길어진다는 단점이 있다. 또한, 외부의 충격에 의해 안테나가 손상을 입는 단점이 있다.

헤리컬 안테나는 도전성판상에 도전성 코일이 감겨진 형성을 하고 있다. 헤리컬 안테나는 모노폴 안테나에 비해 짧게 구성할 수 있다는 장점이 있으나, 이 역시 외부의 충격에 의해서 안테나가 손상될 수 있다는 단점이 있다. 또한 외장 안테나는 휴대용 단말기 사용시 안테나가 사용자의 머리에 위치하고 있어 전자파에 의해 사용자에게 악영향을 미칠 우려가 있다. 이와 같은 외장 안테나의 단점을 해소하기 위해 역 F안테나(inverted F antenna: IFA)가 제안되었다.

도 1은 종래 일반적인 역 F안테나의 단면도를 도시하고 있으며, 도 2는 사시도를 도시하고 있다. 도 1, 2에 의하면, 역 F안테나는 접지부(100), 방사부(102), 연결부(104), 급전부(106)을 포함한 3차원 형태를 구성된다. 이하 역 F안테나에 대해 알아보기로 한다.

방사부(102)는 접지부(100)의 상단에 배치되며, 연결부(104)는 접지부(100)와 방사부(102)를 연결하며, 방사부(102)의 끝단에 위치한다. 급전부(106)는 방사부(102)로 전류를 공급한다. 일반적으로 임피던스 매칭은 급전부(106)의 위치와 연결부(104)의 길이에 의해 결정된다.

상술한 바와 같이 역 F안테나는 내장형 안테나로서 휴대용 단말기의 내부에 내장이 가능하므로, 외장 안테나의 단점을 상당부분 해소하였다. 또한, 역 F안테나는 외장 안테나에 비해 생산이 용이하다는 장점이 있다.

그러나 종래 역 F안테나는 휴대용 단말기가 소형화 및 경량화 되어가는 추세에서 방사부와 접지부의 간극과 사이즈 측면에서 소형화 및 경량화에 한계가 방생되는 문제점이 있다. 또한 종래 역 F안테나는 접지부의 구조와 급전부의 구조로 인 해 제작이나 생산 과정이 복잡하다는 단점을 가지고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 내장 안테나의 구조를 개선하여 소형화함과 동시에 안테나의 방사패턴과 효율을 개선할 수 있는 휴대용 단말기의 내장형 안테나의 구조를 제안함에 있다.

따라서 본 발명의 목적들을 이루기 위해 접지면과 일정 거리 이격되어 있는 유도 방사부와 기생 방사부를 포함하는 방사부들; 상기 접지면과 수평으로 이격되며, 연결된 상기 유도 방사부로 직접 전류를 공급하는 급전부; 및 상기 방사부와 상기 접지면을 연결하는 연결부;를 포함함을 특징으로 하는 역 F안테나를 제안한다.

이하 도면들을 이용하여 본 발명에서 제안하는 평면 역 F안테나에 대해 알아보기로 한다. 즉, 본 발명은 종래 3차원 역 F안테나 대신 2차원 역 F안테나를 제안한다. 또한, 제작이나 생산을 용이하도록 급전부를 PCB와 직접 연결하는 방안을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평면(2차원) 역 F안테나를 도시하고 있다. 도 3에 의하면 평면 역 F안테나는 접지부(100), 방사부(102), 연결부(104), 급전부(106)로 구성된다. 또한, 도 3에서 제안하는 평면 역 F안테나는 유도 방사부를 포함하는 유도 안테나 부분(A)과 기생 방사부를 포함하는 기생 안테나 부분(B)으로 구성된다. 기생 안테나 부분은 대역폭의 증가와 이중대역(저주파 대역과 고주파 대 역)을 동시에 구현하기 위해 사용된다.

도 3에 의하면 급전부(106)는 접지부(100)와 연결되어 있는 것이 아니라 PCB 기판에 직접 연결된다. 급전부(106)가 연결되어 있는 유도 안테나 부분은 일반적인 평면 역 F안테나와 동일하다.

일반적으로 안테나의 전체 길이는 λ/4이다. 따라서 동작하는 주파수가 작을수록 안테나의 길이는 증가한다. 하기 〈수학식 1〉은 동작 주파수에 대한 안테나의 길이를 나타내고 있다.

L = λ/4 = v/4f

L은 안테나의 길이를 의미하며, λ는 전파의 파장을 의미한다. v는 전파의 속도를 의미하며, f는 전파의 주파수를 의미한다. 〈수학식 1〉에 기재되어 있는 바와 같이 동작하는 주파수와 안테나의 길이는 반비례하므로, 주파수가 낮을수록 안테나의 길이는 증가한다.

도 3에 의하면 기생 안테나 부분은 안테나의 길이를 확장시키는 효과를 유발한다. 따라서, 평면 역 F안테나는 안테나의 전체 길이인 λ/4를 구현하기 위해 유도 안테나 부분의 안테나 길이를 λ/8로, 기생 안테나 부분의 길이 역시 λ/8로 제작한다. 〈표 1〉은 일 예로 평면 역 F안테나의 각 부분의 길이를 나타내고 있다.

평면 역 F 안테나의 각 부분	길이(mm)
a'	19
b'	5
c'	13
d'	3
e'	5

〈표 1〉에 기재되어 있는 바와 같이 본 발명에서 제안하는 평면 역 F안테나의 길이는 도 2에 도시되어 있는 3차원 역 F안테나의 길이에 비해 감소된다. 즉, 2.4GHz에서 도 2에 도시되어 있는 역 F안테나의 a와 b는 30mm정도이며, d는 6mm정도이다. 이에 비해 평면 역 F안테나의 동작 주파수가 2GHz 내외(2.4GHz) 또는 5GHz 내외(5.4GHz)임에 불구하고 〈표 1〉에 기재되어 있는 바와 같이 안테나의 부피가 감소함을 알 수 있다.

또한, 본 발명에서 제안하는 2중 대역의 구현은 급전부(106)와 연결되어 있는 유도 안테나 부분은 도 4와 같이 고주파(5GHz 내외)공진을 형성하며, 확장된 유도 안테나 부분과 기생 안테나 부분에 의해 도 5와 같이 저주파(2GHz 내외) 공진을 형성함으로 구현된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 평면 역 F안테나의 다른 구조를 도시하고 있다.도 6에 의하면 평면 역 F안테나는 접지부(100), 방사부(102), 연결부(104), 급전부(106)로 구성된다. 또한, 도 6에서 제안하는 평면 역 F안테나는 유도 안테나 부분(A)과 기생 안테나 부분(B)으로 구성된다. 기생 안테나 부분은 대역폭의 증가와 이중대역(저주파 대역과 고주파 대역)을 동시에 구현하기 위해 사용된다. 또한 도 3과 달리 유도 안테나 부분의 방사부(102)와 기생 안테나 부분의 방사부(102)는 길이를 줄이기 위해 '⊂' 또는 '⊃' 형태로 구성한다.

도 6에 의하면 도 3과 같이 급전부(106)는 접지부(100)와 연결되어 있는 것이 아니라 PCB 기판에 직접 연결된다.

일반적으로 안테나의 전체 길이는 λ/4이므로, 기생 안테나 부분에 의해 안테나의 길이가 확장되는 효과를 가져온다. 따라서, 유도 안테나 부분의 전체 안테나 길이는 λ/8이며, 기생 안테나 부분의 안테나의 전체 길이 역시 λ/8이다. 하지만, 유도 안테나 부분과 기생 안테나 부분은 방사부(102)를 '⊂' 또는 '⊃' 형태로 제작됨으로서 실제 안테나의 길이는 더욱 줄어들게 된다. 〈표 2〉는 일 예로 평면 역 F안테나의 각 부분의 길이를 나타내고 있다.

평면 역 F 안테나의 각 부분	길이(mm)
a''	8
b''	7
c''	4
d''	1.5

〈표 2〉에 기재되어 있는 바와 같이 본 발명에서 제안하는 평면 역 F안테나의 길이는 도 2에 도시되어 있는 3차원 역 F안테나의 길이에 비해 감소된다. 특히 〈표 2〉은 평면 역 F안테나의 동작 주파수가 2GHz 내외(2.4GHz) 또는 5GHz 내외(5.4GHz)인 경우를 일 예로 설명하고 있다. 또한, 유도 안테나 부분의 방사부(102)와 기생 안테나 부분의 방사부(102)의 간격을 0.2mm로 구성함으로서, 유도 안테나 부분과 기생 안테나 부분의 결합을 용이하게 한다.

본 발명에서 제안하는 2중 대역의 구현은 다음과 같이 구현된다. 방사부(102)가 '⊂' 또는 '⊃' 형태이며, 급전부와 연결되어 있는 유도 안테나 부분은 도 7과 같이 고주파(5GHz 내외) 공진을 형성하며, 확장된 유도 안테나 부분과 기생 안테나 부분에 의해 도 8과 같이 저주파(2GHz 내외) 공진을 형성한다.

도 9는 본 발명의 도 3에서 제안하는 평면 역 F안테나의 동작 주파수에 대한 손실을 도시하고 있으며, 도 10은 본 발명의 도 6에서 제안하는 평면 역 F안테나의 동작 주파수에 대한 손실을 도시하고 있다. 도 9와 도 10에 의하면, 2GHz 내외의 주파수와 5GHz 내외의 주파수에서 손실을 급감함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 평면 역 F안테나는 2중 대역에서 사용 가능하다.

도 11은 본 발명의 도 3에서 제안하는 평면 역 F안테나의 방사패턴을 도시하고 있으며, 도 12는 본 발명의 도 6에서 제안하는 평면 역 F안테나의 방사패턴을 도시하고 있다. 도 11과 도 12에 도시되어 있는 바와 같이 본원 발명에서 제안하고 있는 평면 역 F안테나는 2GHz 내외의 주파수와 5GHz 내외의 주파수에서 균일한 방사패턴을 가짐을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본원 발명은 유도 안테나 부분과 기생 안테나 부분으로 구성된 평면 역 F 안테나를 제안함으로서 기존 역 F안테나에 비해 부피가 감소된다. 또한, 유도 안테나 부분과 기생 안테나 부분을 조합하여 사용함으로서 2개의 주파수 대역에서 사용할 수 있게 된다. 또한, 급전부를 PCB 기판과 연결시킴으로서 복잡한 제작 및 공정 과정을 간단히 구현할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주 를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 적절한 모든 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 접지면과 일정 거리 이격되어 있는 유도 방사부와 기생 방사부를 포함하는 방사부들;

   상기 접지면과 수평으로 이격되며, 연결된 상기 유도 방사부로 직접 전류를 공급하는 급전부; 및

   상기 유도 방사부와 상기 접지면을 연결하는 연결부;를 포함하며,

   상기 접지면, 상기 방사부들, 상기 연결부는 동일 판면상에 형성되고, 상기 유도 방사부는 '⊂'형태로 구성되며, 상기 기생 방사부는 '⊃' 형태로 구성됨을 특징으로 하는 상기 역 F안테나.
3. 제 2항에 있어서, 상기 유도 방사부는 상기 접지면과 3mm 내외로 이격되어 있음을 특징으로 하는 상기 역 F안테나.
4. 제 3항에 있어서, 상기 기생 방사부는 상기 접지면과 5mm 내외로 이격되어 있음을 특징으로 하는 상기 역 F안테나.
5. 제 4항에 있어서, 상기 유도 방사부의 연결부와 상기 기생 방사부의 연결부는 24mm 내외로 이격되어 있으며, 상기 유도 방사부의 길이는 18mm 내외이며, 상기 기생 방사부의 길이는 19mm 내외임을 특징으로 하는 상기 역 F안테나.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 접지면과 일정 거리 이격되어 있는 유도 방사부와 기생 방사부를 포함하는 방사부들;

    상기 접지면과 수평으로 이격되며, 연결된 상기 유도 방사부로 직접 전류를 공급하는 급전부; 및

    상기 유도 방사부와 상기 접지면을 연결하는 연결부;를 포함하며,

    상기 접지면, 상기 방사부들, 상기 연결부는 동일 판면상에 형성되고,

    상기 유도 방사부와 기생 방사부는 접힌 형태로 구성되며,

    상기 유도 방사부와 기생 방사부는 이격되어 있음을 특징으로 하는 상기 역 F안테나.
11. 제 10항에 있어서, 상기 유도 방사부의 길이는 7mm 내외이며, 상기 기생 방사부의 길이는 8mm 내외임을 특징으로 하는 상기 역 F안테나.
12. 삭제

Images