KR100818484B1 - 광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 그 사이에 측면을 갖는 절연체 블럭과, 상기 제1 주면 상에 형성되며, 일측으로부터 개방된 테이퍼된 슬롯을 갖는 제1 방사패턴과, 상기 제1 방사패턴 중 상기 일측의 양단부에 각각 연결되어 상기 제2 주면으로 연장된 2개의 패턴으로 이루어진 제2 방사패턴을 포함하는 광대역 안테나를 제공한다. 본 발명의 다른 측면은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 그 사이에 측면을 갖는 절연체 블럭과, 상기 제1 주면 상에 형성되며, 일측으로부터 개방된 테이퍼된 제1 슬롯을 갖는 제1 방사패턴과, 상기 제2 주면 상에 형성되며, 상기 제1 슬롯과 동일한 방향으로 개방된 테이퍼된 제2 슬롯을 갖는 제2 방사패턴을 포함하며, 상기 제1 및 제2 방사패턴의 각 일 영역이 급전부로 제공되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나를 제공한다.

광대역 안테나(broad-band antenna), 테이퍼된 슬롯(tapered slot), 자성체(magnetics)

Description

광대역 안테나{BROAD-BAND ANTENNA}

도1a 및 도1b는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 광대역 안테나를 나타내는 사시도 및 전체 방사패턴의 전개도이다.

도2a 및 도2b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 급전위치에 따른 전류경로의 변화를 나타낸 도면이다.

도3a 및 도3b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 급전위치를 달리할 때에 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다.

도4a 및 도4b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 제1 방사패턴구조를 달리할 때에 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다.

도5a 및 도5b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 대수주기 패턴의 수에 따른 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다.

도6a 및 도6b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 측면패턴부분의 유무에 따른 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다.

도7은 도1에 도시된 광대역 안테나에서 제2 방사패턴의 간격과 슬롯의 길이에 따른 주파수특성의 변화를 나타내는 그래프이다.

도8은 도1에 도시된 광대역 안테나에서 제1 방사패턴에 형성된 슬롯의 길이에 따른 주파수특성의 변화를 나타내는 그래프이다.

도9은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광대역 안테나를 나타내는 사시도이다.

도10는 도9에 도시된 광대역 안테나에서 제1 및 제2 방사패턴에 형성된 슬롯의 길이에 따른 주파수특성의 변화를 나타내는 그래프이다.

도11은 도9에 도시된 광대역 안테나에서 절연체 블럭의 재질에 따른 주파수 이득 변화를 나타내는 그래프이다.

도12a 및 도12b는 각각 도9에서의 다른 재질의 절연체 블럭을 갖는 광대역 안테나의 방사패턴도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10,80: 광대역 안테나 11, 81: 절연체 블럭

11a,81a: 제1 주면 11b, 81b: 제2 주면

12, 82: 제1 방사패턴 14a,14b,84a,84b: 제2 방사패턴

16a,16b,86a,86b: 대수주기패턴 S: 슬롯

본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 낮은 주파수대역에서 광대역 특성을 갖는 안테나에 관한 것이다.

최근에, 이동통신단말기는 무선통신기술의 발전에 따라 사용주파수대역이 다양화되는 추세에 있다. 구체적으로 언급하면, 현재 무선통신분야에서 사용되는 주파수대역으로는, GSM, CDMA 휴대전화(800 ㎒ ~ 2 ㎓), 무선 LAN (2.4 ㎓, 5 ㎓), 비접촉식 RFID (13.56 ㎒, 433.92 ㎒, 908~914 ㎒, 2.45 ㎓), Bluetooth (2.4 ㎓대역), GPS (1.575 ㎓), FM 라디오 (88 ~ 108 ㎒), DVB-H (475~750 MHz), 지상파 DMB (175~225 ㎒), UWB, 지그(Zigbee) 등이 있다.

일반적으로, 1 ㎓ 이상의 주파수 영역에서는 통상의 디자인기술로서 이동통신 단말기에 내장이 가능한 소형 안테나가 제조될 수 있으나, VHF와 같은 저주파수대역(예, 수백 ㎒대역), 특히 지상파 DMB용 안테나는, 공진주파수를 보장하는 길이가 수십㎝ 정도 보장되어야 하므로, 이동통신단말기에 내장하는데 어려움이 있다.

현재 개발되는 광대역 안테나로는, 혼 안테나, 대수주기 안테나가 있지만, 사이즈가 내장가능하도록 충분히 작지 않을 뿐만 아니라, 높은 지향성을 가지므로, 휴대폰과 같은 이동통신단말기에는 적합하지 않다. 그 외에, 전방위(omni-directional) 방사특성을 가지면서 보다 작은 사이즈를 갖는 광대역 안테나로는 슬롯 안테나, 민더라인 안테나, 스파이럴 안테나, 루프 안테나 등이 있지만, 이 역시 475 ~ 750 ㎒에 달하는 광대역을 충분히 소형화된 사이즈(예, 약 1㎤)를 갖는 크기로 구현된 안테나는 아직까지 존재하지 않는다.

현재로서는, T-DMB(174∼216 ㎒)와 DVB-H(475∼750 ㎒) 안테나의 경우에는, 내장형 안테나를 구현하기 위한 해결방안이 없는 상황이다. 안테나 개발자들은 단 품형 안테나로서 구현하는 것이 불가능하다고 인식하고 있다.

상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 낮은 주파수 대역에서 소형화 가능하면서도 광대역 특성을 갖는 안테나를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면은,

서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 그 사이에 측면을 갖는 절연체 블럭과, 상기 제1 주면 상에 형성되며, 일측으로부터 개방된 테이퍼된 슬롯을 갖는 제1 방사패턴과, 상기 제1 방사패턴 중 상기 일측의 양단부에 각각 연결되어 상기 제2 주면으로 연장된 2개의 패턴으로 이루어진 제2 방사패턴을 포함하는 광대역 안테나를 제공한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 방사패턴은 상기 슬롯이 형성된 방향을 기준축으로 하여 대칭구조를 갖는다.

또한, 상기 제2 방사패턴의 2개 패턴은 서로 평행하게 배열될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 방사패턴의 2개 패턴은 상기 제1 방사패턴의 개방된 일측으로부터 연장되는 방향으로 상호 간격이 넓어지는 부분을 갖도록 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 방사패턴은 상기 개방된 일측으로 갈수록 큰 폭을 갖는 V자 형상일 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 방사패턴은 그 첨단부에 인접한 영역이 급전부로서 제공될 수 있다.

이와 달리, 상기 제2 방사패턴의 상기 2개 패턴 중 하나의 단부를 급전부로 제공함으로써 상대적으로 보다 낮은 주파수대역을 얻을 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 방사패턴은 양측변의 대향하는 위치에 각각 형성된 적어도 한 쌍의 대수주기패턴을 갖는다. 필요에 따라, 상기 제2 방사패턴은 인접한 측면에 연장된 부분을 가질 수 있다.

이에 한정되지 않으나, 바람직하게는, 상기 절연체 블럭은 자성체 분말이 함유된 폴리머 수지의 복합물질로 이루어지며, 상기 복합물질은 2 내지 100의 비투자율을 갖고, 2 내지 100의 비유전율을 가질 수 있다. 여기서, 상기 자성체 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Ba, Sr 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.

본 발명의 다른 측면은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 그 사이에 측면을 갖는 절연체 블럭과, 상기 제1 주면 상에 형성되며, 일측으로부터 개방된 테이퍼된 제1 슬롯을 갖는 제1 방사패턴과, 상기 제2 주면 상에 형성되며, 상기 제1 슬롯과 동일한 방향으로 개방된 테이퍼된 제2 슬롯을 갖는 제2 방사패턴을 포함하며, 상기 제1 및 제2 방사패턴의 각 일 영역이 급전부로 제공되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나를 제공한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 방사패턴은 대응되는 위치에 거의 동일한 형상을 갖는다. 상기 제1 및 제2 방사패턴은 동일하게 상기 개방된 일측으로 갈수록 큰 폭을 갖는 V자 형상일 수 있다. 이 경우에, 상기 급전부는 상기 제1 및 제2 방사패턴에 인접한 영역일 수 있다.

본 실시형태에서도, 상기 절연체 블럭은 자성체 분말이 함유된 폴리머 수지의 복합물질로 이루어지며, 상기 복합물질은 2 내지 100의 비투자율을 갖고, 2 내지 100의 비유전율을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 자성체 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Ba, Sr 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도1a은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광대역 안테나를 나타내는 사시도이며, 도1b는 도1a에 도시된 광대역 안테나에 구현된 방사패턴의 전개도이다.

도1b와 함께 도1a에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광대역 안테 나(10)는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면(11a,11b)과 그 사이에 측면(11c)을 갖는 절연체 블럭(11)과, 상기 제1 및 제2 주면(11a,11b)에 각각 형성된 제1 및 제2 방사패턴(12,14a,14b)을 포함한다.

본 실시형태에서, 상기 제1 방사패턴(12)과 상기 제2 방사패턴(14a,14b)은 서로 연결되어 실질적으로 하나의 방사패턴으로 작용한다. 상기 제1 및 제2 방사패턴(12,14a,14b)은 도시된 바와 같이, 테이퍼된 슬롯(S)이 형성된 방향을 기준축으로 하여 대칭구조를 가질 수 있다.

상기 제1 방사패턴(12)은 상기 제1 주면(11a) 상에 형성되어 일측으로부터 개방된 테이퍼된 슬롯(S)을 갖는다. 상기 제1 방사패턴(12)에 형성된 테이퍼된 슬롯(S)은 전류 이동경로에 따라 임피던스 감소와 함께 전계의 변화가 발생하여 광대역 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 측면을 고려하여, 본 발명에서 채용되는 슬롯(S)은 상기 제1 방사패턴(12)의 개방된 일측을 향할수록 간격(w)이 넓어지는 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 방사패턴(12)의 외측폭은 상기 개방된 일측으로 갈수록 큰 V자 형상을 갖는다. 이러한 형상은 제1 주면(11a)으로 보다 넓은 면적을 갖도록 형성된 형태에 비해 대역폭의 확장과 이득측면에서 바람직하다.

상기 제2 방사패턴은 상기 제1 방사패턴(12) 중 상기 일측의 양단부에 각각 연결되어 상기 제2 주면(11b)으로 연장된 2개의 패턴(14a,14b)으로 이루어진다. 상기 제2 방사패턴의 2개 패턴(14a,14b)은 도시된 바와 같이 일정한 간격(g)을 갖도록 서로 평행하게 배열될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않으며, 상기 제2 방사패턴의 2개 패턴(14a,14b)은 상기 제1 방사패턴(12)의 개방된 일측으로부터 연장되는 방향으로 상호 간격이 넓어지는 부분을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우에는, 상기 제1 방사패턴(12)에 형성된 테이퍼된 슬롯(S)과 유사하게 광대역 특성을 보다 강화하는 효과를 추가적으로 기대할 수 있다.

도1a에 도시된 바와 같이, 상기 제2 방사패턴(14)은 인접한 측면(11c)에 연장된 부분을 가질 수 있다. 이러한 연장된 부분은 절연체 블럭(11)의 측면(11c)을 활용하여 전체 방사패턴의 면적을 증가시킬 수 있으므로, 이득특성에 보다 유리하다는 장점이 있다.

다만, 경우에 따라서 이러한 연장부분은 이득특성에 불리한 영향을 줄 수 있다는 것을 고려해야 한다. 예를 들어, 절연체 블럭(11) 자체의 두께(t)가 얇은 경우에는, 상기 연장된 부분과 상기 제1 방사패턴(12)의 거리(d)가 좁아지므로, 그 사이에 발생되는 기생캐패시턴스 성분이 증가될 수 있으며, 그 결과 주된 전류경로가 약해지므로, 주파수대역이 높아지고 이득이 오히려 저하될 수 있다.

본 실시형태에서, 상기 제1 방사패턴(12)에 형성된 테이퍼된 슬롯(S)은 광대역특성을 구현할 수 있다. 상기 제1 방사패턴(12)은 상기 제2 방사패턴(14a,14b)과 연결되어 충분한 전기적 공진길이를 제공할 뿐만 아니라, 상기 제1 및 제2 방사패턴(12,14a,14b)은 소정의 유전율을 갖는 절연체 블럭(11)의 제1 및 제2 주면(11a,11b)에 각각 형성되므로 소정의 캐패시턴스성분을 제공할 수 있다. 이러한 캐패시턴스성분은 주파수대역을 보다 저역화시키는데 유리하게 작용할 수 있다.

본 실시형태에 채용된 제1 방사패턴(12)은 안테나 특성의 개선을 위해서 추가적으로 적어도 한 쌍의 대수주기패턴(16a,16b)(log-periodic pattern)을 갖는다. 상기 대수주기패턴(16a,16b)은 양측변의 대향하는 위치에 각각 형성된다.

상기 절연체 블럭(11)은 이에 한정되지 않으나, 자성체 분말이 함유된 폴리머 수지의 복합물질로 이루어질 수 있다. 이러한 복합물질은 2 내지 100의 비투자율을 갖고, 2 내지 100의 비유전율을 가질 수 있다. 여기서, 상기 자성체 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Ba, Sr 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다. 바람직하게, 이러한 자성체 분말은 카보닐 아이언(carbonyl iron)일 수 있다. 또한, 폴리머수지로는 에폭시계, 페놀계, 나일론계 및 엘라스토머(elastome)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 자성체 분말과 혼합이 가능한 소정의 유전율을 갖는 재료라면 적절히 사용될 수 있다.

도1에 도시된 광대역 안테나(10)는 급전위치에 따라 다른 주파수 특성을 갖 는 안테나로 작용할 수 있다. 본 발명에서 고려될 수 있는 대표적인 예로서, 이러한 급전위치에 따른 전류경로는 도2a 및 도2b에 도시되어 있다.

도2a을 참조하면, 상기 제2 방사패턴을 구성하는 2개 패턴(14a,14b) 중 하나(14a)의 단부가 급전부로 제공된 광대역 안테나(10)가 도시되어 있다. 이러한 급전부의 연결구조에서는, 일측의 제2 방사패턴(14a)에서 제1 방사패턴(12)을 통해 타측의 제2 방사패턴(14b)으로의 전류흐름이 제공될 수 있다. 이 과정에서, 도2a에 표시된 바와 같이 제2 방사패턴의 양측 패턴(14a,14b) 사이에는 전계가 발생되고, 제1 방사패턴(12)에서는 슬롯(S)에 의해 전계의 변화가 발생되어 광대역 구현이 가능해진다.

이와 달리, 도2b를 참조하면, 상기 제1 방사패턴(12)의 첨단부가 급전부로서 제공된다. 이러한 급전부의 연결구조에서는, 제1 방사패턴(12)의 첨단부로부터 슬롯(S)의 확장된 폭에 따라 진행되는 전류의 흐름은 제2 방사패턴의 양측패턴(14a,14b)에 따라 진행하게 된다. 이 과정에서, 도2b에 표시된 바와 같이, 슬롯영역(S)에는 임피던스의 감소와 함께 자계의 변화가 발생되어 광대역특성이 제공될 수 있다.

도2a 및 도2b에서는 대표적으로 고려될 수 있는 급전위치를 예시하여 도시하였으나, 본 실시형태에 따른 광대역 안테나(10)는 급전위치에 대한 제한 없이 유사 한 광대역특성을 기대할 수 있다. 특히, 도2b에 도시된 형태에서는 제1 방사패턴(12)의 첨단부를 급전위치로 제공하는 예를 도시하였으나, 실제 이동통신단말기에 셋팅할 경우에는 주변 환경에 따라 급전위치가 첨단부의 인접한 영역으로 다소 변경되는 것을 고려할 수 있다.

도3a 및 도3b는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 광대역 안테나에서 도2a 및 도2b와 같이 급전위치(F1,F2)를 달리할 때에 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다.

도3a를 참조하면, 동일한 조건으로 형성된 안테나에서도, 도2a에 예시된 급전부의 연결을 갖는 안테나(F2)는 도2b에 예시된 급전부의 연결을 갖는 안테나에 비해 낮은 주파수대역을 구현하는데 유리할 수 있다. 이는 도2a 및 도2b에서 확인할 수 있듯이, 급전부가 제1 방사패턴의 첨단부에 연결된 형태(도2b, F1)보다 급전부가 일측 제2 방사패턴의 단부에 연결된 형태(도2a, F2)가 보다 긴 전류경로가 형성되므로, 상대적으로 긴 공진길이가 확보되기 때문이다.

반면에, 도3b에 나타난 바와 같이, 이득특성 측면에서는 도2a에 예시된 급전부의 연결을 갖는 안테나(F2)보다는 도2b에 예시된 급전부의 연결을 갖는 안테나가 더 개선되었다. 이러한 결과는 대칭구조의 안테나구조에서 전류흐름 자체도 대칭적으로 형성되므로 가능한 것으로서 이해할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 광대역 안테나 구조는 급전부의 위치에 따라 다른 전류흐름의 경로가 제공되고 공통적으로 광대역 특성을 나타내지만, 주파수대역 및 이득특성 측면에서는 서로 다른 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다.

도4a 및 도4b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 제1 방사패턴구조를 달리할 때에 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 도1a와 유사한 광대역 안테나 구조에서 제1 방사패턴이 달리하는 2개의 예(a,b)에서의 주파수 및 이득 특성의 변화를 측정하여 도4a 및 도4b의 그래프로 도시하였다.

일 예(a)에서, 제1 방사패턴이 도1과 유사하게 테이퍼된 슬롯을 포함하면서 외측폭이 개방된 방향에 따라 점차 증가하는 거의 V자 형상인 광대역 안테나이며, 다른 예(b)의 경우에는, 제1 방사패턴이 도1과 유사하게 테이퍼된 슬롯을 포함하되 슬롯부분을 제외하고 제1 주면의 거의 전면에 형성된 광대역 안테나이다.

우선, 도4a를 참조하면, b로 표시된 형태에서보다 a로 표시된 형태에서 대역폭측면에서도 보다 넓은 대역폭이 보장될 뿐만 아니라, a로 표시된 형태에서 보다 주파수대역의 저역화가 용이하다는 것을 확인할 수 있다.

도4b에 나타난 바와 같이, 이득측면에서는 700㎒이상에서는 다소 a의 형태가 낮게 나타났지만, 실제적으로 유용하게 고려되는 낮은 주파수대역에서는 a의 형태가 높은 이득특성을 나타내었다.

이와 같이, 테이퍼된 슬롯과 유사하게 외측폭도 경사진 V자 형상의 제1 방사패턴이 확장된 형태의 제1 방사패턴보다 주파수대역 특성뿐만 아니라, 이득측면에서 다소 유리한 것으로 확인할 수 있었다.

도5a 및 도5b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 대수주기 패턴의 수에 따른 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다.

도1에 도시된 바와 같이, 4쌍의 대수주기패턴이 형성된 광대역 안테나(LP4) 외에도, 도1에 도시된 안테나구조와 유사하지만 2쌍의 대수주기패턴을 갖는 광대역 안테나(LP2)와 대수주기패턴이 없는 광대역 안테나(LP0)를 제조하여 주파수 대역 특성과 이득 특성을 측정하였다.

도5a를 참조하면, 대수주기패턴의 수에 따라 주파수 대역폭에는 큰 변화가 없었으나, 도5b에 나타난 바와 같이, 대수주기패턴의 수의 증가함에 따라 이득특성 측면에 개선된 것을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 광대역 안테나에서, 대수주기패턴은 이득측면에서 안테나 특성 개선에 유익한 것을 알 수 있다.

도1a에 도시된 바와 같이, 절연체 블럭의 측면에 형성된 제2 방사패턴의 연장된 부분으로 인한 영향을 확인하기 위해서, 절연체 블럭의 측면에 제2 방사패턴의 연장된 부분(이하, "측면패턴"이라 함)을 존재하는 광대역 안테나와 존재하지 않는 광대역 안테나를 제조하여 주파수 특성 및 이득특성을 측정혔다.

도6a 및 도6b는 각각 도1에 도시된 광대역 안테나에서 측면패턴부분의 유무에 따른 주파수 및 이득의 변화를 나타내는 그래프이다.

우선, 도6a를 참조하면, 측면패턴이 있는 광대역 안테나는 측면패턴이 없는 광대역 안테나에 비해 다소 높은 주파수대역이 형성되며, 도6b에 도시된 이득측면에서, 관심대역인 DVB-H(475∼750㎒)만을 고려하면, 측면패턴이 없는 광대역 안테나가 측면패턴이 있는 광대역 안테나보다 낮은 것으로 확인할 수 있다.

이러한 현상은 앞서 설명한 바와 같이, 소형화된 구조(절연체 블럭사이즈: 4×1×2.5㎝)에서는, 측면패턴이 제1 방사패턴과 기생 캐패시턴스를 증가하여 제1 및 제2 방사패턴을 경유하는 주된 경로에서의 전류가 약해지기 때문에 야기되는 것으로 이해될 수 있다.

도7은 도1에 도시된 광대역 안테나에서 제2 방사패턴의 간격에 따른 주파수특성의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 실시예에 따른 광대역 안테나의 주파수 모드는 크게 두 가지로 나누어질 수 있다. 도7에 도시된 바와 같이, 제1 모드(700 ~ 800 MHz)는 제1 방사패턴에 의해 형성되는 것이며, 제2 모드(1.2 ~ 1.3 GHz)는 제2 방사패턴에 의해 형성되는 모 드로 이해될 수 있다.

도7에서는 제2 방사패턴의 간격을 변화시킬 경우에는, 제1 모드는 변화하지 않았으나, 제2 모드는 제어되는 것으로 나타나고 있다. 즉, 제2 방사패턴을 제어하여, 원하는 듀얼밴드를 커버할 수 있는 광대역 안테나의 디자인도 가능하다는 것을 확인할 수 있다. 실제로 T-DMB나 DVB-H와 같이, 수백 MHz대의 주로 사용되는 주파수 외에 L 밴드(1.4 GHz)등의 사이드 주파수가 요구되는 경우도 종종 있으며, 본 실시형태는 이러한 응용형태에서 유익하게 사용될 수 있다.

안테나의 전체 구조는 서로 동일하게 유지하는 조건에서, 도1에 표시된 바와 같이, 슬롯의 길이를 5㎜, 20㎜, 35㎜로 달리 설계하였다. 각 슬롯의 길이에 따른 안테나의 주파수특성을 측정한 결과를 도8의 그래프로 도시하였다.

도8에 도시된 바와 같이, 슬롯의 길이에 따른 영향이 그다지 크지 않은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 실시형태에 따른 안테나에서 제1 방사패턴의 슬롯을 형성할 때에, 비교적 허용오차(tolerance)가 크다는 것을 의미한다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 광테나 안테나에서는, 실제 공정상에서 불가피하게 발생되는 오차에 따라 안테나 특성의 산포가 비교적 일정하게 유지될 수 있다는 장점을 확인할 수 있다.

도9은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광대역 안테나를 나타내는 사시도이 다.

도9에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광대역 안테나(80)는 서로 대향하는 제1 및 제2 주면(81a,81b)과 그 사이에 측면(81c)을 갖는 절연체 블럭(81)과, 상기 제1 및 제2 주면(81a,81b)에 각각 형성된 제1 및 제2 방사패턴(82,84)을 포함한다.

본 실시형태에서는, 앞서 실시형태와 달리 상기 제1 방사패턴(82)과 상기 제2 방사패턴(84b)은 물리적으로 분리된 형태로 제공될 수 있다. 이러한 구조에서, 제1 및 제2 방사패턴은 각각 급전점을 갖게 된다. 이러한 급전점은 동일한 위치에 형성될 수 있으며, 바람직하게 본 실시형태와 같이 V자형인 제1 및 제2 방사패턴의 첨단부에 제공될 수 있다.

상기 제1 및 제2 방사패턴(82,84)은 동일한 방향으로 개방된 테이퍼된 슬롯(S)을 포함한다. 또한, 도9에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 방사패턴(82,84)은 슬롯(S)이 형성된 방향을 기준축으로 하여 대칭구조를 가지며, 거의 동일한 형상을 갖는 형태일 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 방사패턴(82,84)에 형성된 테이퍼된 슬롯(S)은 전류 이동경로에 따라 임피던스 감소와 함께 전계의 변화가 발생하여 광대역 특성을 나타낼 수 있다.

도10에는 도9에 도시된 광대역 안테나의 주파수특성이 도시되어 있으며, 추 가적으로, 제1 및 제2 방사패턴에 형성된 슬롯의 길이(L= 5㎜, 20㎜, 35㎜)에 따른 주파수특성의 변화를 경향을 함께 나타내었다.

도10을 참조하면, 주파수 대역폭 측면에서는 앞선 실시형태에 비해 크게 개선된 것을 확인할 수 있다. 다만, 주파수대역이 다소 높은 경향을 갖지만, 이를 실장된 형태에서 수동소자 등을 부가적으로 이용하여 개선함으로써, 초광대역화된 주파수 대역폭특성을 유익하게 활용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

도10에 도시된 바와 같이, 슬롯의 길이에 따른 영향이 그다지 크지 않은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 실시형태에 따른 안테나에서 제1 방사패턴의 슬롯을 형성할 때에, 비교적 허용오차가 크다는 것을 의미한다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 광테나 안테나에서도, 앞선 실시형태와 유사하게 실제 공정상에서 불가피하게 발생되는 오차에 따라 안테나 특성의 산포가 비교적 일정하게 유지될 수 있다는 장점을 확인할 수 있다.

도11은 도9에 도시된 광대역 안테나에서 절연체 블럭의 재질에 따른 주파수 이득 변화를 나타내는 그래프이다.

우선, 일 예에서는 통상적인 인쇄회로기판 주재료인 FR4로 절연체 블럭을 제조하여 도9와 유사한 광대역 안테나('FR4'로 표시됨)를 구현하고, 다른 예로서 바람직한 재질인 자성체 및 유전체의 복합체로서 테프론을 주재로 하여 자성체로서 소량의 카보닐 아이언을 첨가하여 제조된 블럭체 상에 앞선 예와 동일한 광대역 안테나(C.I)를 구현하였다.

도11에 나타난 바와 같이, 도10에서 확인된 공진주파수대역(600㎒이상)에서 대체적으로 자성유전체 복합체를 이용한 광대역 안테나(C.I)가 다소 FR4를 사용한 경우보다 개선되었으나, 본 발명에 따른 안테나구조는 자성유전체 복합체 뿐만 아니라, FR4인 블럭에서도 유익하게 채용될 수 있다는 것을 확인하였다.

상기 재질에 따른 2개의 안테나에 대해서 방사패턴을 측정하여 도12a 및 도12b에 나타내었다. 도12a에서의 방사패턴도 뿐만 아니라, 도12b에서의 방사패턴도에서도 휴대폰과 같은 이동통신단말기에 적합한 전방위(omni-directional) 방사특성이 확인되었다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 테이퍼된 슬롯을 포함한 방사패턴의 설계로서 소형화된 구조를 갖는 조건에서도 낮은 주파수에서 넓은 대역범위를 커버할 수 있는 수퍼 광대역 안테나를 제공할 수 있다. 그 결과로, T-DMB(174∼216 ㎒)와 DVB-H(475∼750 ㎒) 안테나와 같은 내장형 안테나를 실현시킬 수 있을 것으로 기대될 수 있다.

Claims (19)

1. 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 그 사이에 측면을 갖는 절연체 블럭;

   상기 제1 주면 상에 형성되며, 일측으로부터 개방된 테이퍼된 슬롯을 갖는 제1 방사패턴; 및

   상기 제1 방사패턴 중 상기 일측의 양단부에 각각 연결되어 상기 제2 주면으로 연장된 2개의 패턴으로 이루어진 제2 방사패턴을 포함하는 광대역 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 방사패턴은 상기 슬롯이 형성된 방향을 기준축으로 하여 대칭구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 방사패턴의 2개 패턴은 서로 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제2 방사패턴의 2개 패턴은 상기 제1 방사패턴의 개방된 일측으로부터 상기 일측과 대향하는 타측을 향해 상호 간격이 넓어지는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 방사패턴은 상기 개방된 일측으로 갈수록 큰 폭을 갖는 V자 형상인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1 방사패턴은 그 첨단부에 인접한 영역이 급전부로서 제공되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제2 방사패턴은 상기 2개 패턴 중 하나의 단부가 급전부로서 제공되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
8. 제5항에 있어서,

   상기 제1 방사패턴은 양측변의 대향하는 위치에 각각 형성된 적어도 한 쌍의 대수주기패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제2 방사패턴은 인접한 측면에 연장된 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절연체 블럭은 자성체 분말이 함유된 폴리머 수지의 복합물질로 이루어지며, 상기 복합물질은 2 내지 100의 비투자율을 갖고, 2 내지 100의 비유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
11. 제10항에 있어서,

    상기 자성체 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Ba, Sr 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
12. 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 그 사이에 측면을 갖는 절연체 블럭;

    상기 제1 주면 상에 형성되며, 일측으로부터 개방된 테이퍼된 제1 슬롯을 갖는 제1 방사패턴; 및

    상기 제2 주면 상에 형성되며, 상기 제1 슬롯과 동일한 방향으로 개방된 테이퍼된 제2 슬롯을 갖는 제2 방사패턴을 포함하며, 상기 제1 및 제2 방사패턴의 각 일 영역이 급전부로 제공되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 방사패턴은 상기 슬롯이 형성된 방향을 기준축으로 하여 대칭구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
14. 제12항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 방사패턴은 대응되는 위치에 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
15. 제14항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 방사패턴은 상기 개방된 일측으로 갈수록 큰 폭을 갖는 V자 형상인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
16. 제14항에 있어서,

    상기 급전부는 상기 제1 및 제2 방사패턴의 각 첨단부에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
17. 제12항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 방사패턴 중 적어도 하나는 양측변의 대향하는 위치에 각각 형성된 적어도 한 쌍의 대수주기패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절연체 블럭은 자성체 분말이 함유된 폴리머 수지의 복합물질로 이루어지며, 상기 복합물질은 2 내지 100의 비투자율을 갖고, 2 내지 100의 비유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
19. 제18항에 있어서,

    상기 자성체 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Ba, Sr 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.

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