KR100814441B1

KR100814441B1 - 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나

Info

Publication number: KR100814441B1
Application number: KR1020060078323A
Authority: KR
Inventors: 문영민; 박세현; 김영일; 민경식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-03-17
Also published as: JP2008048412A; US20080042905A1; US7605759B2; EP1890359A1; KR20080016326A

Abstract

본 발명은, 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나에 관한 것으로서, 그라운드; 그라운드의 일측에 연결되며 그라운드에 수직한 방향으로 형성된 띠형상의 복수의 제1방사부와, 제1방사부의 단부로부터 적어도 일회 절곡되어 형성된 적어도 하나의 제2방사부를 갖는 방사체;를 포함한다. 이에 의해, 안테나를 수회 절곡시켜 형성하고, 매칭회로를 제거할 수 있으므로, 안테나의 크기를 소형화 시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 동작주파수의 대역폭이 확장됨에 따라 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

모노폴 안테나, 매칭, 방사체, 그라운드, 소형화

Description

매칭기능을 갖는 모노폴 안테나{MONOPOLE ANTENNA HAVING A MATCHING FUCTION}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴 안테나의 평면도,

도 2는 도 1의 모노폴 안테나의 S11 특성을 나타낸 그래프,

도 3은 도 1의 모노폴 안테나의 임피턴스와 리액턴스를 나타낸 그래프,

도 4는 도 1의 모노폴 안테나의 방사패턴을 보인 그래프,

도 5는 도 1의 모노폴 안테나의 크기를 조절하여 동작주파수를 측정한 그래프,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노폴 안테나의 평면도,

도 7은 도 6의 모노폴 안테나의 S11특성을 나타낸 그래프,

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노폴 안테나의 평면도,

도 9는 도 8의 모노폴 안테나의 S11특성을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

5 : 그라운드 10 : 방사체

15 : 제2방사부 20 : 제1방사부

21 : 제1방사라인 22 : 제2방사라인

본 발명은 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 매칭을 간편하게 수행하고 크기를 소형화할 수 있는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 모노폴 안테나는, 그라운드를 이용한 이미지 효과에 의해 다이폴 안테나의 길이의 절반인 λ/4의 길이로 형성된다. 이에 따라, 이동통신 단말기와 같은 소형 디바이스에는 모노폴 안테나가 자주 사용되나, 최근 소형 디바이스의 소형화 추세에 따라 모노폴 안테나도 그 크기를 더욱 소형화해야 하는 상황에 놓이게 되었다.

이에 따라, 모노폴 안테나를 패치 안테나 형태로 형성하고, 그 형태를 변형함으로써, 안테나를 소형화하고 있다. 그러나, 안테나를 소형화하는 경우, 안테나의 이득이 저하될 뿐만 아니라, 동작 주파수의 대역폭이 작아지게 되는 단점이 있다. 또한 안테나의 임피던스를 50Ω으로 매칭시키기 어렵다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 대부분의 소형 안테나에는 임피던스를 매칭하기 위한 별도의 매칭회로가 구비되어 있다. 매칭회로는 안테나에 최대한 근접하게 배치되는 것이 바람직하나, 설계에 따라 안테나로부터 근접하게 배치될 수도 있고 이격되어 배치될 수도 있다. 이 때, 매칭회로가 안테나로부터 이격되어 배치되면, 안테나와 매칭회로의 연결을 위한 별도의 와이어가 필요하게 되며, 와이어는 회로기판과 작용하여 리액턴스를 발생할 수 있다. 이렇게 발생한 리액턴스는 매칭 회로에 영향을 미치게 되고, 결과적으로 매칭회로에 의해 매칭된 50Ω의 임피던스를 다시 변화시키게 된다.

한편, 이러한 와이어를 장착하지 아니하는 경우라도, 매칭회로를 디바이스에 장착한 후 타 회로소자와의 작용으로 인해 미스매칭(Mismatching)이 발생할 수 있다. 이렇게 미스매칭이 발생하면 매칭회로의 설계를 변경해야 하므로 번거로울 뿐만 아니라, 매칭회로의 설계를 변경하기가 용이하지 아니하다는 단점이 있다.

또한, 별도의 매칭회로를 구비할 경우, 매칭회로의 설치를 위한 공간이 필요하다.

이에 따라, 안테나의 설계시 매칭회로가 차지하는 공간을 최소화함으로써, 안테나가 설치된 디바이스의 크기를 축소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 매칭회로의 설계를 용이하게 변경할 수 있는 방법을 모색하여야 할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 매칭을 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 디바이스 및 안테나의 크기를 소형화할 수 있도록 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 그라운드; 상기 그라운드의 일측에 연결되는 띠형상의 제1방사라인 및, 상기 제1방사라인의 양측에 소정 간격을 두고 배치되며 상기 그라운드로부터 소정 이격된 한 쌍의 제2방사라인을 포함하는 제1방사부와, 상기 제2방사라인 각각의 단부로부터 적어도 일회 절곡되어 형성된 제2방사부를 갖는 방사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 제1방사라인과 제2방사라인은 상기 그라운드와 대항되는 타측 단부에서 상호 연결된 것이 바람직하다.

상기 제1방사부는 커패시티브한 성질을 가질 수 있다.

상기 제2방사부는 상기 각 제2방사라인의 단부로부터 소정 연장된 다음 1회 이상 절곡된 한 쌍으로 형성된 것이 바람직하다.

상기 각 제2방사부는, 상기 각 제2방사라인의 단부에 각각 상기 제2방사라인의 외측을 향해 개구된 'ㄷ'자 형상으로 형성될 수 있다.

상기 각 제2방사부는, 상기 각 제2방사라인의 측부에 'U'자 형상으로 형성된 한 쌍의 스트립라인으로 형성될 수 있다.

상기 각 제2방사부는, 상기 각 제2방사라인의 측부에 '역 U'자 형상으로 형성된 한 쌍의 스트립라인으로 형성될 수 있다.

상기 각 제2방사부는 인덕티브한 성질을 가질 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴 안테나의 평면도이다.

본 모노폴 안테나는, 그라운드(5), 패치 안테나 형태의 방사체(10)를 포함하며, 방사체(10)는, 커패시티브한 성격을 갖는 제1방사부(20), 인덕티브한 성격을 갖는 제2방사부(15)를 포함한다.

그라운드(5)는 회로기판의 일측에 판상으로 형성된다.

방사체(10)의 제1방사부(20)는, 그라운드(5)의 일측으로 돌출되는 방향으로 배치되는 긴 띠형상의 복수 개의 방사라인을 포함한다. 복수 개의 방사라인 중 가운데 배치되는 제1방사라인(21)은 그라운드(5)의 일측에 연결되며, 제1방사라인(21)의 양측에는 제1방사라인(21)과 소정 간격을 두고 이격된 한 쌍의 제2방사라인(22)이 배치되어 있다. 제2방사라인(22)은 그라운드(5)와 소정 거리 이격되어 있으며, 제1방사라인(21)과 제2방사라인(22)의 그라운드(5)에 반대되는 단부는 상호 연결되어 있다.

이러한 제1방사부(20)의 제1방사라인(21)과 제2방사라인(22)은 상호 평행하게 배치됨에 따라 커패시티브(Capacitive)한 성격을 갖는다.

제2방사부(15)는 제1방사부(20)의 단부에 배치되는 1회 이상 절곡된 스트립라인으로 형성되며, 한 쌍으로 마련된다. 한 쌍의 제2방사부(15)는 제1방사부(20)의 각 제2방사라인(22)에 연결되어 있다. 각 제2방사부(15)는, 각 제2방사라인(22)의 단부로부터 소정 길이만큼 상향 연장된 다음, 제1방사부(20)의 중앙영역인 제1방사라인(21) 방면을 향해 절곡되고, 다시 제1방사라인(21)의 길이방향으로 상향 절곡된 다음, 제2방사라인(22) 방면을 향해 절곡되어 형성된다. 즉, 각 제2방사부(15)는 'ㄷ'자 형상으로 형성되고, 각 제2방사부(15)의 개구는 방사체(10)의 외측으로 개방되도록 배치됨에 따라, 각 제2방사부(15)는 상호 대칭되도록 형성된다.

이러한 한 쌍의 제2방사부(15)는 인덕티브(Inductive)한 성격을 갖는다.

도 2는 도 1의 모노폴 안테나의 S11 특성을 나타낸 그래프이다.

본 모노폴 안테나는 그라운드(5), 제1방사부(20) 및 제2방사부(15)의 각 부분의 길이에 따라, S11 특성이 변화한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 모노폴 안테나는, 그라운드(5)의 폭을 6mm로 설정하고, 방사체(10)의 가로폭을 2.7mm로, 세로폭을 4.9mm로 설정한 결과, 도 2에 도시된 바와 같은 S11 특성 그래프가 출력된다. 해당 그래프에 따르면, -10dB에서 모노폴 안테나의 동작 주파수가 5GHz 내지 7.6GHz로 광대역의 주파수대역폭을 갖는다. 이 때, 5GHz 내지 7.6GHz 주파수 대역은 블루투스 무선주파수 대역을 포함한다.

한편, 일반적으로 매칭회로는 커패시터와 인덕터로 형성되거나, 인덕터만으로 형성된다. 본 모노폴 안테나는, 방사체(10)의 제1방사부(20)는 커패시티브한 성격을 갖고 제2방사부(15)는 인덕티브한 성격을 가짐에 따라, 매칭회로와 마찬가지로 안테나의 임피던스를 매칭하는 기능을 수행하게 된다.

도 3은 도 1의 모노폴 안테나의 임피턴스와 리액턴스를 나타낸 그래프이다.

본 모노폴 안테나는 별도의 매칭회로를 구비하지 아니하였음에도 불구하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 약 5.7GHz 와 7.2GHz에서 임피던스는 50Ω에 도달하고, 리액턴스는 0에 근접함을 알 수 있다. 따라서, 본 모노폴 안테나는 별도의 매칭회로를 필요로 하지 아니한다.

도 4는 도 1의 모노폴 안테나의 방사패턴을 보인 그래프이다.

본 그래프에 의해, 본 모노폴 안테나는 방사패턴이 전방향성을 띠고 있음을 알 수 있으며, 본 모노폴 안테나의 이득은 2.3dBi이다. 즉, 본 모노폴 안테나는 이동통신 단말기에 적합한 전방향성을 띠고 있을 뿐만 아니라, 이득도 좋음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 모노폴 안테나는, 스트립을 수회 절곡시켜 형성하고 매칭회로를 제거함으로써, 안테나의 크기를 소형화 시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 동작주파수의 대역폭이 확장됨에 따라 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 5는 도 1의 모노폴 안테나의 크기를 조절하여 동작주파수를 측정한 그래프이다.

도 5에서는 방사체(10)의 가로폭을 약 6.5mm로, 세로폭을 약 17mm로 설계한 경우의 동작주파수를 보이고 있으며, -10dB에서 2.2GHz 내지 3.1GHz 주파수대역에서 동작하고 있다. 그리고 본 실시예의 모노폴 안테나의 중심주파수는 2.35GHz로서, 본 모노폴 안테나는 WiBro 주파수대역에서 동작가능하므로, WiBro용 안테나로 사용할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 모노폴 안테나의 동작주파수 대역은 방사체(10) 및 그라운드(5)의 크기를 조절하면 얼마든지 변경가능함은 물론이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노폴 안테나의 평면도이다.

본 실시예의 모노폴 안테나는, 방사체(110) 중 제1방사부(120)는 상술한 실시예에서의 형상과 동일하나, 제2방사부(115)의 형상이 상이하다.

본 실시예의 모노폴 안테나의 각 제2방사부(115)는, 각 제2방사라인(122)으로부터 소정 길이 연장되고, 제1방사라인(121)에 대항되는 방향으로 절곡연장된 다음, 제2방사라인(122)과 평행하게 하향 절곡되고 다시 외측으로 절곡되고, 마지막으로 제2방사라인(122)과 평행하게 상향 절곡되어 형성된다. 즉, 본 실시예의 각 제2방사부(115)는 제1방사부(120)의 양측 외부에 'U'자 형상으로 형성된다.

도 7은 도 6의 모노폴 안테나의 S11특성을 나타낸 그래프이다.

본 실시예의 모노폴 안테나는, -10dB을 기준으로 약 5.1GHz 내지 7.8GHz의 동작주파수를 형성한다. 즉, 도 1의 실시예의 모노폴 안테나와 거의 동일한 동작주파수를 형성한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모노폴 안테나의 평면도이다.

본 실시예의 모노폴 안테나는, 제1방사부(220)의 형상은 상술한 각 실시예와 동일하며, 제2방사부(215)의 형상만이 상이하다.

본 실시예의 각 제2방사부(215)는, 제2방사라인(222)으로부터 소정 길이만큼 상향 연장된 다음, 제1방사라인(221)과 대항되는 방향으로 절곡되어 연장되고, 다시 제2방사라인(222)과 평행하게 하향 연장되어 형성된다. 이에 따라, 본 실시예의 각 제2방사부(215)는 제1방사부(220)의 양측 외부에 '역 U'자 형상으로 형성된다.

본 실시예의 모노폴 안테나는, -10dB을 기준으로 약 5.2GHz 내지 7.8GHz의 동작주파수를 형성한다. 즉, 도 1 및 도 6에서의 모노폴 안테나와 거의 동일한 동작주파수를 형성한다.

이에 따라, 도 6 및 도 8에 도시된 모노폴 안테나는, 상술한 도 1의 모노폴 안테나와 함께, 소형 디바이스에 채용되어 블루투스나 WiBro 등의 용도로 사용가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 안테나를 수회 절곡시켜 형성하고, 매칭회로를 제거할 수 있으므로, 안테나의 크기를 소형화 시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 동작주파수의 대역폭이 확장됨에 따라 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

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

그라운드;

상기 그라운드의 일측에 연결되는 띠형상의 제1방사라인 및, 상기 제1방사라인의 양측에 소정 간격을 두고 배치되며 상기 그라운드로부터 소정 이격된 한 쌍의 제2방사라인을 포함하는 제1방사부와, 상기 제2방사라인 각각의 단부로부터 적어도 일회 절곡되어 형성된 제2방사부를 갖는 방사체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제1방사라인과 제2방사라인은 상기 그라운드와 대항되는 타측 단부에서 상호 연결된 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제1방사부는 커패시티브한 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제2방사부는 상기 각 제2방사라인의 단부로부터 소정 연장된 다음 1회 이상 절곡된 한 쌍으로 형성된 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제2방사부는, 상기 각 제2방사라인의 단부에 각각 상기 제2방사라인의 외측을 향해 개구된 'ㄷ'자 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제2방사부는, 상기 각 제2방사라인의 측부에 'U'자 형상으로 형성된 한 쌍의 스트립라인으로 형성된 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제2방사부는, 상기 각 제2방사라인의 측부에 '역 U'자 형상으로 형성된 한 쌍의 스트립라인으로 형성된 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제2방사부는 인덕티브한 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 매칭기능을 갖는 모노폴 안테나.