KR100813136B1 - 다중/광대역 이동통신기기 안테나 - Google Patents

다중/광대역 이동통신기기 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저주파 영역과 고주파 영역에서 넓은 대역폭을 가지는 다중 대역/광대역용 이동통신기기 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진시키기 위해, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자(21); 상기 내부 파이프 안테나 소자(21)의 바깥 둘레를 감고 있는 형상의 헬리컬 안테나 소자(23); 및 상기 내부 파이프 안테나 소자(21)의 바깥을 둘러 싸며 상기 헬리컬 안테나 소자(23)와 연결된 외부 파이프 안테나 소자(22)를 포함하며,
상기 외부 파이프 안테나 소자(22)는 제2 주파수에서 공진이 발생하며, 전기적 길이가 합쳐진 상기 외부 파이프 안테나 소자(22)와 헬리컬 안테나 소자(23)는 함께 제3 주파수에서 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.
휴대폰, 안테나, 광대역, 다중 대역, 이동통신

Description

다중/광대역 이동통신기기 안테나{MULTI/BROAD-BAND ANTENNA OF MOBILE COMMUNICATION TERMINAL}
도 1은 종래기술에 따른 이중 대역 안테나의 구조를 도시한 투영도,
도 2는 도 1의 안테나에 대한 단면도,
도 3은 도 1의 안테나에 포함되는 헬리컬 안테나 소자를 도시한 측면도,
도 4는 본 발명 제1 실시예에 따른 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 다중 대역 안테나에 대한 등가 회로도,
도 6은 본 발명 제2 실시예에 따른 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 7은 도 6의 다중 대역 안테나에 대한 등가 회로도,
도 8은 본 발명 제3 실시예에 따른 도전성 결합 급전형 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 9는 본 발명 제3 실시예에 따른 용량성 결합 급전형 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 10은 본 발명 제4 실시예에 따른 도전성 결합 급전형 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 11은 본 발명 제4 실시예에 따른 용량성 결합 급전형 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 12는 본 발명 제5 실시예에 따른 도전성 결합 급전형 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 13은 본 발명 제5 실시예에 따른 용량성 결합 급전형 다중 대역 안테나의 구조를 도시한 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 주파수 변화에 따른 반사율 변화를 도시한 그래프,
도 15는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 주파수 변화에 따른 임피던스 변화를 도시한 스미쓰 차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21, 31, 41, 51, 61 : 내부 파이프 안테나 소자
22, 32, 42, 52, 62 : 외부 파이프 안테나 소자
23, 33, 43, 53, 63 : 헬리컬 안테나 소자
24, 34, 44, 54, 64 : 급전수단
25, 35, 45, 55, 65 : 보빈
26, 36, 46, 56, 66 : 케이싱
47, 57, 67 : 로드 안테나 소자
본 발명은 무선통신기기용 다중/광대역 안테나에 관한 것으로, 특히, 휴대용 이동통신기기에 사용하기 위한 다중대역 및/또는 광대역 안테나에 관한 것이다.
최근, 통신 시장의 발달은 여러 분야에 걸쳐 새로운 통신 방법을 탄생시킴으로서 주파수 대역은 더욱 세분화 되고 있다. 이동통신에 허용되는 주파수 대역은 지역에 따라 다양하게 존재하며, 원할한 이동통신을 위해서는 각 주파수 별로 이동통신을 원하는 모든 지역에 이동통신용 중계국(기지국)을 설치해야 한다. 그러나, 인구밀도가 낮고 넓은 지역에서는 이동통신을 수행할 모든 지역에 각 주파수 별로 기지국을 설치하기 보다는 하나의 기지국만 설치하고, 이동통신기기가 모든 이동통신용 주파수 대역에서 통신이 가능하도록 구현하는 것이 바람직하다. 이는 특히 인구밀도가 낮고 영토가 넓은 국가에서 더욱 요망되는 사항이다.
또한, GPS 기능 또는 Wireless LAN이나 Bluetooth을 이용한 데이터 통신 기능을 추가한 휴대폰의 경우에는 하나의 휴대폰 통화 대역을 가진 휴대폰도 2개 이상의 안테나 수신 대역폭들을 요구하기도 한다. 또한, 생산 공정의 일원화를 위해, 주파수 대역별로 안테나를 별도록 제작하기 보다 하나의 생산 공정으로 모든 이동통신 대역에서 사용이 가능한 안테나를 생산하려는 요청사항도 있을 수 있다.
따라서, 하나 이상의 공진주파수를 가지는 다중대역 안테나의 실시가 요청되는 바, 이동통신 단말기 안테나의 경우에 있어서, 기존의 AMPS, CDMA, GSM, PCS 등 의 단일 대역(single band) 안테나에서 CDMA/GPS, AMPS/USPCS, GSM/DCS등의 이중 대역(dual band) 안테나 및 AMPS/GPS/PCS, GSM/DCS/PCS 등과 같은 3중 대역(triple band) 안테나가 제안되어 국내외의 이동통신단말기에 적용이 점차 증가하고 있다.
이들은 국내에서는 CDMA 대역(800MHz)과 PCS 대역(1800MHz)의 2중 대역으로, 미주 쪽에서는 AMPS(CDMA) 대역(800MHz)과 USPCS 대역(1900MHz)과 GPS 대역(1575MHz)의 3중대역으로, 유럽 쪽에서는 GSM대역(900MHz)과 DCS/USPCS 대역(1800~1900MHz)의 2중대역으로 사용된다. 더불어 최근에는 IMT-2000 대역 및 Wireless LAN이나 Bluetooth 등에 이르기까지 매우 광범위하게 다중대역 주파수의 이용이 요구되고 있다.
도 1은 종래기술에 의한 이중 피치 헬리컬을 사용한 이중 대역 안테나의 구조를 도시한 것이며, 도 2는 상기 이중 피치 헬리컬의 원리 설명을 위한 것이다.
도시한 이중 피치(Pitch) 헬리컬(Helical) 안테나는 두 개의 대역이 서로 고조파(Harmonic) 관계에 있는 것을 이용하여 800, 900MHz 대역에서는 전체가 1/4 파장 모노폴(Monopole) 안테나로, 1500~1900MHz 대역에서는 피치(Pitch)가 변하는 중단의 전기적 임피던스(Impedance) 불연속점을 기준으로 하단이 1/4 파장 모노폴(Monopole) 안테나로 동작하도록 구현된다. 이러한 안테나는 단일 피치(Pitch)를 갖는 안테나에 비해 각 대역의 공진 주파수 조정을 용이하게 하고 방사특성이 우수하지만, 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 본래의 기저 공진주파수보다 높은 고주파 대역을 포함하는 넓은 대역폭 구현에는 어려움이 있다. 둘째, 헬리컬 안테나는 기본적으로 900MHz이하의 주파 수 대역에 적합하며, 1.2GHz이상의 주파수 대역에서는 다른 형태의 안테나(인쇄회로 기판형, 박막형)보다 특성이 다소 떨어지는 문제점이 있다. 셋째, 헬리컬은 높은 정밀도로 이중 피치로 제작하기가 까다롭다. 넷째, 기존 대역을 확장하려는 경우 안테나 크기가 상당히 증가한다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저주파 대역(1GHz 이하) 및 고주파 대역(1.2GHz 이상)에서 넓은 대역폭을 가지는 다중 대역/광대역용 이동통신기기 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 저주파 대역 및 고주파 대역에서 방사 특성이 우수한 다중 대역/광대역용 이동통신기기 안테나를 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제작 및 양산이 용이한 다중 대역/광대역용 이동통신기기 안테나를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 형태 및/또는 사양의 이동통신기기에 적용이 가능한 다중 대역/광대역용 이동통신기기 안테나를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진시키기 위해, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 파이프 안테나 소자; 및 상기 파이프 안테나 바깥 둘레에 형성되며 제2 주파수에서 공진시키기 위한 외부 안테나 소자를 포함한다. 상기 파이프 안테나 소자는 원통형, 타원형, 사각통형 등 통형으로 구현되며, 상기 외부 안테나 소자는 상기 파이프 안테나 소자를 둘러싸는 형태로서, 헬리컬 안테나 소자 및/또는 파이프형 안테나 소자로 구현하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(실시예 1)
본 실시예는 2개의 파이프 안테나 소자 및 1개의 헬리컬 안테나 소자를 이용하여 이동통신기기에 고정된 형태로 구현한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같은 본 실시예의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자(21); 상기 내부 파이프 안테나 소자(21)의 바깥 둘레를 감고 있는 형상의 헬리컬 안테나 소자(23); 및 상기 내부 파이프 안테나 소자(21)의 바깥을 둘러 싸며 상기 헬리컬 안테나 소자(23)와 연결된 외부 파이프 안테나 소자(22)를 포함하며,
상기 외부 파이프 안테나 소자(22)는 제2 주파수에서 공진이 발생하며, 전기적 길이가 합쳐진 상기 외부 파이프 안테나 소자(22)와 헬리컬 안테나 소자(23)는 함께 제3 주파수에서 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.
공진 주파수 관계를 정리하면, 상기 외부 파이프 안테나 소자(22)와 헬리컬 안테나 소자(23)는 전기적 길이가 합쳐져 제3 주파수(본 발명의 안테나가 구현 가능한 가장 낮은 공진 주파수)에서 공진이 발생하고, 상기 내부 파이프 안테나 소자(21)은 제1 주파수(일반적으로 제3 주파수의 1.5배 이상의 주파수)에서 공진이 발생하며, 상기 외부 파이프 안테나 소자(22)는 제2 주파수(일반적으로 제3 주파수의 2배 이상의 주파수)에서 공진이 발생한다.
도시된 이동통신기기 안테나는 상기 구성에, 상기 내부 파이프 안테나(21) 및 외부 파이프 안테나(22)와 도전적으로 연결되는 급전수단(24); 헬리컬 안테나 소자(23)와 내부 파이프 안테나 소자(21)의 간격을 유지시키는 보빈(25); 및 각 구성요소들을 둘러싸서 보호하는 케이싱(26)을 더 포함한다. 이러한 보빈(25)과 케이싱(26)에 대해서는 이미 주지된 기술적인 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.
각 대역 별로 안테나 기능을 수행하기 위해, 헬리컬 안테나 소자(23), 내부 파이프 안테나 소자(21), 외부 파이프 안테나 소자(22) 및 급전수단(24)은 도전체로 구현하며, 상기 보빈(25) 및 케이싱(26)은 절연물질로 구현하는 것이 바람직하 다. 상기 내부 파이프 안테나 소자(21)의 내부 공간은 그대로 비워두어도 되나, 원하는 특성에 따라서는 절연물질 또는 유전물질로 채울 수도 있고, 외부와 절연된 선형 도체를 위치시킬 수도 있다.
헬리컬 안테나 소자(23)는 저주파 영역(제3 주파수)에서 공진 특성이 우수한 바, 저주파 영역에서의 특성 향상에 보다 중점을 둔다면, 공진 주파수 매칭이 가능한 범위 내에서 헬리컬 안테나 소자(23)를 충분히 길게할 수도 있다.
외부 파이프 안테나 소자(22)의 길이가 내부 파이프 안테나 소자(21)의 길이보다 길게 되면 내부 파이프 안테나 소자(21)의 기능을 방해하게 되므로, 내부 파이프 안테나 소자(21)의 길이는 외부 파이프 안테나 소자(22)의 길이보다 길게 구현하는 것이 바람직하다.
전도체로 이루어진 급전수단(24)은, 각 안테나 소자들과 전기적으로 연결되어 있으므로, 공진 주파수를 산정하기 위한 각 안테나 소자의 전기적 길이에 일정부분 기여하게 된다. 보빈(25) 및 케이싱(26)은 절연물질로서 일정한 크기의 유전율값을 가지게 되는 바, 적당하게 높은 유전율값을 가진 보빈(25) 및 케이싱(26)은 각 안테나 소자들의 전기적 길이를 늘려주는 효과를 가져온다. 따라서, 동일한 공진 주파수에서 보빈(25) 및 케이싱(26)의 유전율값을 조절하여 안테나의 전체 크기를 줄일 수도 있다.
국내의 이동통신 환경에서, 셀룰라 폰으로서 800MHz(제3 주파수), PCS폰으로서 1800MHz(제2 주파수), GPS수신 장비로서 1575MHz(제1 주파수)의 신호를 수신하기 위한 목적으로 본 실시예의 이동통신기기용 안테나를 구현하면 다음과 같다.
내부 파이프 안테나 소자(21)의 최상단부터 급전수단(24)까지 전기적 길이는 1575MHz 파장의 1/4의 값을 가진다. 따라서, 본 실시예의 이동통신기기 안테나가 1575MHz의 GPS 신호를 수신하는 경우, 내부 파이프 안테나 소자(21)에 의해 공진이 일어난다.
헬리컬 안테나 소자(23)의 최상단부터 외부 파이프 안테나 소자(22)를 경유하여 급전수단(24)까지의 전기적 길이는 800MHz 파장의 1/4의 값을 가진다. 따라서, 본 실시예의 이동통신기기 안테나가 800MHz의 전파를 수신하는 경우, 헬리컬 안테나 소자(23) 및 외부 파이프 안테나 소자(22)에 의해 공진이 일어난다.
외부 파이프 안테나 소자(22)의 최상단부터 급전수단(24)까지 전기적 길이는 1800MHz 파장의 1/4의 값을 가진다. 따라서, 본 실시예의 이동통신기기 안테나가 1800MHz의 전파를 수신하는 경우, 외부 파이프 안테나 소자(22)에 의해 공진이 일어난다.
도 5는 도 4의 안테나의 각 안테나 소자의 연결상태를 저항(R), 커패시턴스(C) 및 인덕턴스(L)의 기본 수동 회로 성분값으로 표현한 등가회로이다.
등가회로 상의 R1, R2, R3은 도체가 가지는 고유 저항이며, L1, L2는 선형 도전체가 내부를 채우는 유전체 및 도체 상호간의 유도성(Inductance) 성분을 나타낸다.
L3, R3, C3는 헬리컬 안테나 소자에 의한 회로 성분값이며, R2, L2는 외부 파이프 안테나 소자에 의한 회로 성분값이며, L1, R1은 내부 파이프 안테나 소자에 의한 회로 성분값이다. C0는 외부 파이프 안테나 소자와 내부 파이프 안테나 소자 가 형성하는 커패시턴스 성분값이며, 파이프 안테나 소자 자체에 의한 커패시턴스 성분은 상대적으로 미약하여 무시하였다.
제1 주파수에 의한 공진은 병렬로 연결된 L1, R1에 의해 발생하며, 제2 주파수에 의한 공진은 병렬로 연결된 R2, L2에 의해 발생하며, 제3 주파수에 의한 공진은 직/병렬로 연결된 L3, R3, C3, R2, L2에 의해 발생한다. 따라서, L3, R3, C3, R2, L2, L1, R1의 값들을 조정함으로써 제1 공진 주파수 내지 제2 공진 주파수를 원하는 값으로 맞출 수 있다. 본 실시예의 경우 C0값이 상당한 크기를 가질 수는 있으나, 급전수단과 외부 파이프 안테나 소자가 도전적으로 연결되어 있어 그 영향은 미미하다.
상기 설명과 같이, 제2 공진주파수는 내부 파이프 안테나 소자의 크기(주로 길이)로서 조정하며, 제3 공진주파수는 외부 파이프 안테나 소자의 크기로서 조정할 수 있는데, 제2 공진주파수와 제3 공진주파수를 인접하게 조정하는 경우에는 제3 공진주파수의 대역폭을 확장시키는 효과를 가져온다. 마찬가지로 내부 파이프 안테나 소자의 길이를 조절하여 제2 공진 주파수를 제1 공진 주파수에 인접시키는 경우 제1 공진주파수의 대역폭을 확장시키는 효과를 가져온다. 즉, 삼중 대역 중 중간의 대역 위치를 조절하여 인접한 대역와 결합되는 경우에는 확장된 대역폭을 가지는 이중 대역 안테나로 구현된다.
도 14는 고주파 대역폭을 확장한 본 실시예에 따른 안테나의 경우에 수신 주파수 변화에 따라 안테나의 반사손실을 표시한 것이며, 도 15는 수신 주파수 변화 에 따라 안테나 입력 임피던스의 변화를 표시한 것이다.
도 14 및 도 15에서 도시한 바와 같이 본 실시예의 안테나는 저주파 영역에서는 1번 포인트(824MHz)에서 2번 포인트(894MHz)까지의 대역폭을 가지며, 고주파 영역에서는 3번 포인트(1.4GHz)에서 4번 포인트(2.45GHz)까지의 대역폭을 가진다.
도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 안테나는 고주파 영역에서 상당히 넓은 대역폭을 가진다. 또한, 고주파 영역에 비해 그 개선 효과가 작아 보이지만, 저주파 영역에서도 우수한 대역폭을 가짐을 알 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예도 2개의 파이프 안테나 소자 및 1개의 헬리컬 안테나 소자를 이용하여 이동통신기기에 고정된 형태로 장착되는 안테나를 구현한 것이다. 다만, 외부 파이프 안테나 소자로의 급전이 내부 파이프 안테나 소자에 의해 형성되는 커패시턴스에 의하는 것에 상기 제1 실시예와 차이가 있다.
도 6에 도시한 바와 같은 본 실시예의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자(31); 상기 내부 파이프 안테나 소자(31)의 바깥 둘레를 감고 있는 형상의 헬리컬 안테나 소자(33); 및 상기 내부 파이프 안테나(31)의 바깥을 둘러 싸며 상기 헬리컬 안테나(33)와 연결된 외부 파이프 안테나 소자(32)를 포함하며,
상기 외부 파이프 안테나 소자(32)는 제2 주파수에서 공진이 발생하며, 전기적 길이가 합쳐진 상기 외부 파이프 안테나 소자(32)와 헬리컬 안테나 소자(33)는 함께 제3 주파수에서 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.
도시된 이동통신기기 안테나는 상기 구성에, 상기 내부 파이프 안테나 소자(31)와 도전적으로 연결되는 급전수단(34); 헬리컬 안테나 소자(33)와 내부 파이프 안테나 소자(31)의 간격을 유지하며 내부 파이프 안테나 소자(31)와 외부 파이프 안테나 소자(32)간에 형성되는 커패시터의 유전체로서 기능하는 보빈(35); 및 각 구성요소들을 둘러싸서 보호하는 케이싱(36)을 더 포함한다.
상기 제1 실시예와 마찬가지로, 상기 헬리컬 안테나 소자(33), 내부 파이프 안테나 소자(31), 외부 파이프 안테나 소자(32) 및 급전수단(34)은 도전체로 구현하며, 상기 보빈(35) 및 케이싱(36)은 절연물질로 구현하는 것이 바람직하다. 상기 내부 파이프 안테나 소자(31)의 내부 공간은 비워두거나, 절연물질 또는 유전물질로 채우거나, 외부와 절연된 선형 도체를 위치시킬 수 있다. 또한, 내부 파이프 안테나 소자(31)의 길이가 외부 파이프 안테나 소자(32)의 길이보다 길게 구현하는 것이 바람직하다.
헬리컬 안테나 소자(33)는 저주파 영역(제3 주파수)에서 공진 특성이 우수한 바, 저주파 영역에서의 특성 향상에 보다 중점을 둔 다면, 공진 주파수 매칭이 가능한 범위 내에서 헬리컬 안테나 소자(33)를 충분히 길게할 수 있다.
본 실시예의 급전수단(34)도 공진 주파수를 산정하기 위한 각 안테나 소자의 전기적 길이에 일정부분 기여하게 된다. 보빈(35) 및 케이싱(36)은 절연물질로서 일정한 크기의 유전율값을 가지게 되는 바, 적당하게 높은 유전율값을 가진 보빈(35) 및 케이싱(36)은 각 안테나 소자들의 전기적 길이를 늘려주는 효과를 가져온 다.
본 실시예의 외부 파이프 안테나 소자(32)는 급전수단(34)과 도전적으로 차단되어 있다. 그런데, 외부 파이프 안테나 소자(32), 내부 파이프 안테나 소자(31) 및 그 사이에 위치하는 보빈(35)은 하나의 커패시터를 구성하는 바, 외부 파이프 안테나 소자(32)로의 급전은 상기 커패시터에 의해 이루어진다(용량성 결합). 따라서, 보빈(35)은 필요한 커패시턴스 값을 부여하도록 적절한 유전율을 가지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 용량성 결합 급전(Capacitive Coupled Feeding)의 경우에는 상대적으로 낮은 주파수에 해당하는 800, 900MHz 대역의 대역폭을 악화시키는 경향이 있으나, 본 발명의 경우에는 그 급전에 사용된 용량(Capacitance)이 매우 커서 사실상 특성악화가 거의 발생되지 않는다.
국내의 이동통신 환경에서, 셀룰라 폰으로서 800MHz(제3 주파수), PCS폰으로서 1800MHz(제2 주파수), GPS수신 장비로서 1575MHz(제1 주파수)의 신호를 수신하기 위한 목적으로 본 실시예의 이동통신기기용 안테나를 구현하면 다음과 같다.
내부 파이프 안테나 소자(31)의 최상단부터 급전수단(34)까지 전기적 길이는 1575MHz 파장의 1/4의 값을 가진다. 따라서, 본 실시예의 이동통신기기 안테나가 1575MHz의 전파를 수신하는 경우, 내부 파이프 안테나 소자(31)에 의해 공진이 일어난다.
헬리컬 안테나 소자(33)의 최상단부터 외부 파이프 안테나 소자(32) 및 외부/내부 파이프 안테나 소자(31, 32)간에 형성되는 커패시터를 경유하여 급전수단 (34)까지의 전기적 길이는 800MHz 파장의 1/4의 값을 가진다. 따라서, 본 실시예의 이동통신기기 안테나가 800MHz의 CDMA 및/또는 GSM 신호를 수신하는 경우, 헬리컬 안테나 소자(33) 및 외부 파이프 안테나 소자(32)에 의해 공진이 일어난다.
외부 파이프 안테나 소자(32)의 최상단부터 급전수단(34)까지 전기적 길이는 1800MHz 파장의 1/4의 값을 가진다. 따라서, 본 실시예의 이동통신기기 안테나가 1800MHz의 전파를 수신하는 경우, 외부 파이프 안테나 소자(32)에 의해 공진이 일어난다.
도 7은 도 6의 안테나의 각 안테나 소자의 연결상태를 저항(R), 커패시턴스(C) 및 인덕턴스(L)의 기본 수동 회로 성분값으로 표현한 등가회로이다.
등가회로 상의 R5, R6, R7은 도체가 가지는 고유 저항이며, L5, L6, L7은 선형 도전체가 내부를 채우는 유전체 및 도체 상호간의 유도성(Inductance) 성분을 나타낸다.
L5, R6, C7은 헬리컬 안테나 소자에 의한 회로 성분값이며, R6, L6는 외부 파이프 안테나 소자에 의한 회로 성분값이며, L5, R5은 내부 파이프 안테나 소자에 의한 회로 성분값이다. C4는 외부 파이프 안테나 소자와 내부 파이프 안테나 소자가 형성하는 커패시턴스 성분값이며, 파이프 안테나 소자 자체에 의한 커패시턴스 성분은 상대적으로 매우 크므로 주파수가 높을수록 무손실로 가정할 수 있다.
제1 주파수에 의한 공진은 병렬로 연결된 L5, R5에 의해 발생하며, 제2 주파수에 의한 공진은 직/병렬로 연결된 R6, L6, C4에 의해 발생하며, 제3 주파수에 의 한 공진은 직/병렬로 연결된 L7, R7, C7, R6, L6, C4에 의해 발생한다. 따라서, L7, R7, C7, R6, L6, L5, R5, C4의 값들을 조정함으로써 제1 공진 주파수부터 제3 공진 주파수를 원하는 값으로 맞출 수 있다. 본 실시예의 경우 C4값이 제2 공진 주파수 및 제3 공진 주파수에 기여하는 점이 상기 제1 실시예의 경우와 구별된다.
본 실시예의 경우도 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 삼중 대역 중 중간의 대역 위치를 조절하여 인접한 대역과 결합되는 경우에는 확장된 대역폭을 가지는 이중 대역 안테나로 구현할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예는 2개의 파이프 안테나 소자, 1개의 헬리컬 안테나 소자 및 로드 안테나를 이용하여 구성되는 로드 안테나 인출형 다중대역 안테나를 구현한 것이다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같은 본 실시예의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자(41); 상기 내부 파이프 안테나 소자(41)의 바깥 둘레를 감고 있는 형상의 헬리컬 안테나 소자(43); 상기 내부 파이프 안테나 소자(41)의 바깥을 둘러 싸며 상기 헬리컬 안테나(43)와 연결된 외부 파이프 안테나 소자(41); 및 상기 내부 파이프 안테나 소자(41) 안쪽 공간에 슬라이딩 가능하게 위치하는 로드 안테나 소자(47)를 포함하며,
상기 외부 파이프 안테나 소자(42, 42')는 제2 주파수에서 공진이 발생하며, 전기적 길이가 합쳐진 상기 외부 파이프 안테나 소자(42, 42')와 헬리컬 안테나 소 자(43)는 함께 제3 주파수에서 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.
도시된 이동통신기기 안테나는 상기 구성에, 상기 내부 파이프 안테나 소자(41) 및 외부 파이프 안테나 소자(42, 42')와 도전적으로 연결되는 급전수단(44); 헬리컬 안테나 소자(43)와 외부 파이프 안테나 소자(42, 42')를 지지하는 보빈(45); 및 각 구성요소들을 둘러싸서 보호하는 케이싱(46)을 더 포함한다.
외부 파이프 안테나 소자(42, 42')와 급전수단(44)간의 전기적 연결은 도 8에 도시한 바와 같이 도전적으로 연결할 수도 있고(제1 실시예와 같은 원리를 가진다), 도 9에 도시한 바와 같이 용량적으로 연결할 수도 있다(제2 실시예와 같은 원리를 가진다). 용량적으로 연결하는 경우 상기 보빈(45)은 내부 파이프 안테나 소자(41)와 외부 파이프 안테나 소자(42, 42')가 형성하는 커패시터의 유전체로서 기능한다.
상기 헬리컬 안테나 소자(43), 내부 파이프 안테나 소자(41), 외부 파이프 안테나 소자(42, 42') 및 급전수단(44)이 형성하는 부분은 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예의 경우와 동일하므로 설명을 생략한다.
로드 안테나 소자(47)의 인출시에 급전수단(44)과의 전기적 연결은, 인출시에 상기 내부 파이프 안테나 소자(41)의 일부분과 로드 안테나 소자(47)가 전기적으로 연결되도록 구성하여 구현할 수도 있다.
상기 로드안테나 소자(47)는 인출되었을 때 이동통신기기 내부 회로와 전기적 연결이 이루어지며, 인출되었을 때의 전기적 길이는 가장 긴 파장의 공진주파수(주로 제1 공진주파수가 된다)의 파장의 1/4 값을 가지는 것이 바람직하다. 제2 공 진주파수 및/또는 제3 공진주파수가 제1 공진주파수의 2배값 부근이라면 인출된 로드 안테나 소자(47)는 1/2 파장 안테나로서 기능하도록 구현하는 것이 바람직하다.
(실시예 4)
본 실시예는 2개의 파이프 안테나 소자, 1개의 헬리컬 안테나 소자 및 로드 안테나 소자를 이용하여 구성되는 탑로딩 안테나를 구현한 것이다.
도 10 및 도 11에 도시한 바와 같은 본 실시예의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자(51); 상기 내부 파이프 안테나 소자(51)의 바깥 둘레를 감고 있는 형상의 헬리컬 안테나 소자(53); 상기 내부 파이프 안테나 소자(51)의 바깥을 둘러 싸며 상기 헬리컬 안테나 소자(53)와 연결된 외부 파이프 안테나 소자(52, 52'); 상기 내부 파이프 안테나 소자(51) 및 외부 파이프 안테나 소자(52, 52')와 도전적으로 연결되는 급전수단(54); 및 상기 급전수단(54)의 하부에 위치하며 이동통신기기 안밖으로 인출/인입 가능한 로드 안테나 소자(57)를 포함하며,
상기 외부 파이프 안테나 소자(52, 52')는 제2 주파수에서 공진이 발생하며, 전기적 길이가 합쳐진 상기 외부 파이프 안테나 소자(52, 52')와 헬리컬 안테나 소자(53)는 함께 제3 주파수에서 공진이 발생하며,
상기 로드 안테나 소자(57)가 인입되면 상기 급전수단(54)은 이동통신기기 내부회로와 도전적으로 연결되며, 상기 로드 안테나 소자(57)가 인출되면 상기 급전수단(54)은 이동통신기기 내부회로와 차단되는 것을 특징으로 한다.
도시된 이동통신기기 안테나는 상기 구성에, 헬리컬 안테나 소자(53)와 외부 파이프 안테나 소자(52, 52')를 지지하는 보빈(55); 및 각 구성요소들을 둘러싸서 보호하는 케이싱(56)을 더 포함한다.
외부 파이프 안테나 소자(52, 52')와 급전수단(54)간의 전기적 연결은 도 10에 도시한 바와 같이 도전적으로 연결할 수도 있고(제1 실시예와 같은 원리를 가진다), 도 11에 도시한 바와 같이 용량적으로 연결할 수도 있다(제2 실시예와 같은 원리를 가진다). 용량적으로 연결하는 경우 상기 보빈(55)은 내부 파이프 안테나 소자(51)와 외부 파이프 안테나 소자(52, 52')가 형성하는 커패시터의 유전체로서 기능한다.
로드 안테나 소자(57)가 인입되었을 때, 헬리컬 안테나 소자(53), 내부 파이프 안테나 소자(51), 외부 파이프 안테나 소자(52, 52') 및 급전수단(54)이 형성하는 스터브 안테나 부분은 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예의 경우와 동일하므로 설명을 생략한다.
도시한 바와 같이 급전수단(54)과 로드 안테나 소자(57)는 전기적으로 단절되어 있으므로, 로드 안테나 소자(57)의 인출시에는 급전수단(54)이 이동통신기기 내부 회로와 전기적으로 차단되고 로드 안테나 소자(57)가 이동통신기기 내부 회로와 전기적으로 연결된다. 그러나, 전기적으로 차단된 스터브 안테나 부분도 로드 안테나 소자(57)의 특성 향상을 위한 보조 장치로서 기능할 수도 있다. 인출된 로드 안테나 소자(57)와 공진 주파수와의 관계는 상기 제3 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
(실시예 5)
본 실시예는 2개의 파이프 안테나 소자, 1개의 헬리컬 안테나 소자 및 로드 안테나 소자를 이용하여 구성되는 탑로딩 안테나를 구현한 것이다.
도 12 및 도 13에 도시한 바와 같은 본 실시예의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자(61); 상기 내부 파이프 안테나 소자(61)의 바깥 둘레를 감고 있는 형상의 헬리컬 안테나 소자(63); 상기 내부 파이프 안테나 소자(61)의 바깥을 둘러 싸며 상기 헬리컬 안테나 소자(63)와 연결된 외부 파이프 안테나 소자(62); 상기 내부 파이프 안테나 소자(61) 및 외부 파이프 안테나 소자(62)와 도전적으로 연결되는 급전수단(64); 및 상기 급전수단(64)에 전기적으로 연결되어 있으며 이동통신기기 안밖으로 인출/인입 가능한 로드 안테나 소자(67)를 포함하며,
상기 외부 파이프 안테나 소자(62)는 제2 주파수에서 공진이 발생하며, 전기적 길이가 합쳐진 상기 외부 파이프 안테나 소자(62)와 헬리컬 안테나 소자(63)는 함께 제3 주파수에서 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.
도시된 이동통신기기 안테나는 상기 구성에, 헬리컬 안테나 소자(63)와 외부 파이프 안테나 소자(62)를 지지하는 보빈(65); 및 각 구성요소들을 둘러싸서 보호하는 케이싱(66)을 더 포함한다.
외부 파이프 안테나 소자(62, 62')와 급전수단(64)간의 전기적 연결은 도 12에 도시한 바와 같이 도전적으로 연결할 수도 있고(제1 실시예와 같은 원리를 가진다), 도 13에 도시한 바와 같이 용량적으로 연결할 수도 있다(제2 실시예와 같은 원리를 가진다). 용량적으로 연결하는 경우 상기 보빈(65)은 내부 파이프 안테나 소자(61)와 외부 파이프 안테나 소자(62)가 형성하는 커패시터의 유전체로서 기능한다.
로드 안테나 소자(67)가 인입되었을 때, 헬리컬 안테나 소자(63), 내부 파이프 안테나 소자(61), 외부 파이프 안테나 소자(62) 및 급전수단(64)이 형성하는 헬리컬 부분은 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예의 경우와 동일하므로 설명을 생략한다.
본 실시예는 도시한 바와 같이 급전수단(64)과 로드 안테나 소자(67)가 항상 전기적으로 연결되는 구조로서, 로드 안테나 소자(67)의 인출시에는 헬리컬 부분 및 연결된 로드 안테나 소자(67)가 안테나로서 기능한다. 로드 안테나 소자(67)의 인출시 저주파 대역에서는 안테나의 전기적 길이가 공진주파수 파장의 1/2 값을 가지며, 고주파 대역에서는 전기적 길이가 공진주파수 파장의 3/2 또는 1 값을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
(실시예 6)
본 실시예는 2개의 파이프 안테나 소자를 이용하여 고주파 대역용 다중대역 안테나를 구현한 것이다.
본 실시예의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진시키기 위해, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자; 및 상기 내부 파이프 안테나의 바깥을 둘러 싸는 외부 파이프 안테나 소자를 포함하며,
상기 내부 파이프 안테나 소자는 제1 주파수에서 공진이 발생하며, 상기 외부 파이프 안테나 소자는 제2 주파수에서 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동통신기기 안테나는 상기 구성에, 상기 내부 파이프 안테나 소자와 도전적으로 연결되는 급전수단; 및 각 구성요소들을 둘러싸서 보호하는 케이싱을 더 포함한다.
본 실시예는 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예의 구성에서 헬리컬 안테나를 제외하여 고주파 대역 전용으로 적용한 것으로, 상기 제1 주파수 및 제2 주파수 모두 1GHz 이상의 고주파 영역인 것이 바람직하다. 외부 안테나 소자와 급전수단간의 전기적 연결은 상기 제1 실시예의 경우와 같이 도전적으로 연결할 수도 있고, 상기 제2 실시예의 경우와 같이 용량적으로 연결할 수도 있다.
내부/외부 안테나 소자와 공진 주파수와의 관계는 상기 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다. 본 실시예는 비록 고주파 전용이지만, 특성 향상을 위해 파이프 안테나 소자 바깥쪽을 감고 있는 헬리컬 안테나 - 다른 구성요소들과는 절연되어 있다 - 를 추가할 수도 있다.
또한, 상기 제3 실시예의 경우와 유사하게 상부로 인출되는 로드 안테나 소자를 추가할 수도 있고, 상기 제4 실시예의 경우와 유사하게 하부와 연결되며 무선통신기기에서 인출가능한 로드 안테나 소자를 추가할 수도 있다.
또한, 상기 외부 파이프 안테나 소자 바깥을 둘러싸는 추가적인 파이프 안테나 소자를 하나 이상 더 구비하여, 1GHz 이상의 고주파 영역에서 다중 대역을 특성들의 향상을 꾀할 수도 있다.
(실시예 7)
본 실시예는 2개의 파이프 안테나 소자 및 1개의 헬리컬 안테나 소자를 이용하여 고주파 대역용 다중대역 안테나를 구현한 것인데, 헬리컬 안테나를 안쪽에 위치시킨 점에서 다른 실시예들과 구별된다.
본 실시예의 이동통신기기 안테나는, 제1 주파수에서 공진시키기 위해, 제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자; 상기 내부 파이프 안테나 소자의 일단과 도전적으로 연결된 헬리컬 안테나; 상기 내부 파이프 안테나 소자의 타단과 도전적으로 연결된 급전수단; 및 상기 내부 파이프 안테나의 바깥을 둘러 싸는 외부 파이프 안테나 소자를 포함하며,
상기 외부 파이프 안테나 소자는 제2 주파수에서 공진이 발생하며, 전기적 길이가 합쳐진 상기 외부 파이프 안테나 소자와 헬리컬 안테나 소자는 함께 제3 주파수에서 공진이 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 이동통신기기 안테나는 상기 구성에, 상기 내부 파이프 안테나 및 외부 파이프 안테나와 도전적으로 연결되는 급전수단; 제조시에 헬리컬 안테나와 외부 파이프 안테나를 지지하는 보빈; 및 각 구성요소들을 둘러싸서 보호하는 케이싱을 더 포함한다.
상기 제1 주파수 및 제2 주파수는 1GHz 이상의 고주파 영역이며, 상기 제3 주파수는 900MHz이하의 저주파 영역인 것이 바람직하며, 내부 파이프 안테나의 원할한 특성을 위해서 내부 파이프 안테나의 길이가 외부 파이프 안테나의 길이보다 긴 것이 바람직하다.
외부 안테나 소자와 급전수단간의 전기적 연결은 상기 제1 실시예의 경우와 같이 도전적으로 연결할 수도 있고, 상기 제2 실시예의 경우와 같이 용량적으로 연결할 수도 있다. 용량적으로 연결하는 경우 상기 보빈은 내부 파이프 안테나 소자와 외부 파이프 안테나 소자가 형성하는 커페시터의 유전체로서 기능한다.
각 안테나 소자와 공진 주파수와의 관계는 상기 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
필요에 따라서는, 상기 제3 실시예의 경우와 유사하게 상부로 인출되는 로드 안테나 소자를 추가할 수도 있고, 상기 제4 실시예의 경우와 유사하게 하부와 연결되며 무선통신기기에서 인출가능한 로드 안테나 소자를 추가할 수도 있다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의한 다중 대역 안테나를 실시함에 의해, 단일대역 헬리컬(Helical) 안테나의 800, 900MHz 대역의 대역특성과, 1500MHz 이상의 대역에서 광대역 및 다중 대역특성을 동시에 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공진 주파수의 조정이 용이하여 사용되는 시스템에 대한 최적화에 상대적으로 유리하며, 이러한 넓은 대역특성은 접지면(Ground)이 불균일한 여러 종류의 이동통신 단말기에 적용함에 있어서도 훨씬 안정적인 특성을 구현할 수 있다.
또한, 구현 및 도면화가 어려운 이중 피치 헬리컬 안테나와는 달리 상단부에 사용되는 헬리컬은 단일 피치를 사용하므로, 구현된 제품의 도면화 및 부품관리에 유리하며, 제작 및 양산 단계에 있어서도 그 특성의 안정성을 쉽게 도모할 수 있어 불량률을 기존의 제품들보다 감소시킬 수 있다.
또한, 고정형, 내장형 및 로드안테나 신축가능형 등 다양한 응용이 가능하여, 이동통신기기의 다양한 형태에 부합하는 제품의 개발을 용이하게 하는 효과도 있다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 통형 공간을 차지하는 이동통신기기 안테나에 있어서,
    제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자;
    상기 내부 파이프 안테나 소자의 바깥 둘레에 형성되며 제2 주파수에서 공진시키기 위한 외부 안테나 소자를 포함하되,
    상기 외부 안테나 소자는,
    제2 주파수에서 공진이 발생하는 외부 파이프 안테나 소자인
    이동통신기기 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외부 안테나 소자 바깥 둘레에 하나 이상의 파이프 안테나 소자 또는 헬리컬 안테나 소자를 더 포함하는 이동통신기기 안테나.
  4. 통형 공간을 차지하는 이동통신기기 안테나에 있어서,
    제1 주파수에서 공진이 발생하는 내부 파이프 안테나 소자;
    상기 내부 파이프 안테나 소자의 바깥 둘레에 형성되며 제2 주파수에서 공진시키기 위한 외부 안테나 소자를 포함하되,
    상기 외부 안테나 소자는,
    헬리컬 안테나 소자 및 상기 헬리컬 안테나 소자와 전기적으로 연결된 외부 파이프 안테나 소자로 이루어지는 이동통신기기 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부 파이프 안테나 소자는 제2 주파수에서 공진을 일으키며,
    전기적 길이가 합쳐진 상기 헬리컬 안테나 소자와 상기 외부 파이프 안테나 소자는 제3 주파수에서 공진을 일으키는 이동통신기기 안테나.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 파이프 안테나 소자의 길이가 상기 외부 파이프 안테나 소자의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 이동통신기기 안테나.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 파이프 안테나 소자와 도전적으로 연결되어 상기 내부 파이프 안테나 소자에 이동통신기기 내부 회로의 신호를 전달하기 위한 급전수단을 더 포함하는 이동통신기기 안테나.
  8. 제7항에 있어서, 상기 급전수단은,
    상기 외부 안테나 소자와 도전적으로 연결되어 이동통신기기 내부 회로의 신호를 전달하는 이동통신기기 안테나.
  9. 제7항에 있어서, 상기 급전수단은,
    상기 외부 안테나 소자와 상기 내부 안테나 소자가 형성하는 커패시터를 통하여, 상기 외부 안테나 소자와 용량적으로 연결되어 이동통신기기 내부 회로의 신호를 전달하는 이동통신기기 안테나.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 내부 파이프 안테나 소자 안쪽으로 형성되는 공간으로 인출/인입이 가능한 선형 안테나 소자를 더 포함하며,
    상기 선형 안테나 소자는 인출되었을때 상기 급전수단과 도전적으로 연결되는 이동통신기기 안테나.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 내부 파이프 안테나 소자 안쪽으로 형성되는 공간으로 인출/인입이 가능한 선형 안테나 소자를 더 포함하며,
    상기 급전수단은,
    상기 선형 안테나 소자에 고정되며, 상기 선형 안테나 소자와 도전적으로 연결되어, 상기 선형 안테나 소자가 인출되었을때는 상기 선형 안테나 소자를 통해 이동통신기기 내부 회로와 전기적으로 연결되는 이동통신기기 안테나.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 내부 파이프 안테나 소자 안쪽으로 형성되는 공간으로 인출/인입이 가능한 선형 안테나 소자를 더 포함하며,
    상기 급전수단은,
    상기 선형 안테나 소자에 고정되며, 상기 선형 안테나 소자와 도전적으로 차단되어, 상기 선형 안테나 소자가 인출되었을때는 이동통신기기 내부 회로와 전기적으로 차단되는 이동통신기기 안테나.
  13. 제10항에 있어서, 상기 선형 안테나 소자는,
    인출시에 상기 내부 파이프 안테나 소자의 일부분과 접촉하여 상기 급전수단과 전기적으로 연결되는 이동통신기기 안테나.
  14. 삭제
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