KR100831217B1 - 광대역 안테나와 이를 구비한 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광대역 안테나는 접지면; 상기 접지면과 일정 간격 이격된 안테나 바디; 상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및 상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며, 상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에는 적어도 하나의 슬롯이 형성된다. 이와 같은 구성에 의해 대역폭을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 저주파 대역과 고주파 대역을 독립적으로 설계할 수 있다.
광대역 안테나, 저주파 대역, 고주파 대역, 독립 설계, 대역폭, 슬롯, 평행, 핸드 이펙트

Description

광대역 안테나와 이를 구비한 전자 기기{BROADBAND ANTENNA AND ELECTRONIC EQUIPMENT HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 광대역 안테나의 전개도,
도 3은 도 1에 도시된 광대역 안테나의 치수가 기입된 전개도,
도 4는 도 3에 도시된 광대역 안테나의 슬롯의 유무에 따른 반사손실을 도시한 그래프,
도 5는 도 3에 도시된 광대역 안테나의 제1슬롯의 크기 변경에 따른 반사손실을 도시한 그래프,
도 6은 도 3에 도시된 광대역 안테나의 제2슬롯의 크기 변경에 따른 반사손실을 도시한 그래프,
도 7은 도 3에 도시된 광대역 안테나의 제3슬롯의 크기 변경에 따른 반사손실을 도시한 그래프,
도 8은 0.89GHz 전류가 공급된 경우, 도 1에 도시된 광대역 안테나에 전류분포를 개략적으로 나타낸 도면,
도 9는 1.91GHz 전류가 공급된 경우, 도 1에 도시된 광대역 안테나의 전류분 포를 개략적으로 나타낸 도면,
도 10은 2.18GHz 전류가 공급된 경우, 도 1에 도시된 광대역 안테나의 전류분포를 개략적으로 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나가 적용된 전자기기의 요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 기판 104; 접지면
105; 접지면 상단변 120; 안테나 바디
122; 제1바디 124; 제2바디
140; 급전 라인 142; 급전 접촉부
144; 급전 평행부 146; 급전 연결부
146a,146b, 146c; 제1 내지 제3급전 연결부 160; 접지라인
162; 접지 접촉부 164; 접지 평행부
166; 접지 연결부 166a,166b, 166c; 제1 내지 제3접지 연결부
180; 슬롯 181,182,183; 제1 내지 제3슬롯
200; 광대역 안테나
본 발명은 광대역 안테나와 이를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
휴대폰, PDA(Personal Digital Assistants), 차량용 네비게이션(Navigation) 등과 같은 휴대 단말기와, 노트북, 전자 수첩, 전자 사전 등과 같은 휴대용 컴퓨터와, 또는 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오, 오디오 등과 같은 음악 재생기 등과 같이, 통신 수단이 내장된 전자 기기는 전파를 수신하여 전자 기기를 통해 재생하거나, 그 전자 기기로부터 생성된 정보를 전파 형태로 송신하는 기능 등을 수행한다.
그런데, 이와 같은 전자 기기는 그 기능의 탁월함이 중요함은 물론이거니와, 소비자의 미적 욕구를 충족시킬 수 있도록 그 디자인의 중요성도 크게 부각되고 있다.
특히, 최근의 추세는 슬림(slim)한 디자인을 요구하는 소비자의 미적 욕구를 충족시키기 위하여, 종래에 전자 기기의 외부로 길게 돌출되었던 안테나를 전자 기기의 내부에 내장시킴으로써 전자 기기의 크기를 줄일 뿐만 아니라, 외적 미관을 향상되도록 노력하고 있다.
이와 같은 내장형 안테나 소위, 인테나(In-tenna)는 소형의 전자 기기의 구조에 적합하도록 효율이 좋아야할 뿐만 아니라, 그 크기를 얼마나 줄일 수 있는지가 매우 중요한 이슈로 부각되고 있다.
방사 전류의 경로가 절반으로 줄어든 직사각형 형상의 평판형 역 에프 안테나(PIFA : Planar Inverted-F Antenna)는 전자 기기의 내부에 내장될 수 있기 때문에, 세련된 디자인을 원하는 소비자의 기호에 맞도록 설계할 수 있다. 또한, 안테 나가 전자 기기의 케이스 내부에 보호되어 있기 때문에 외부의 충격으로부터 안전하다는 장점을 갖는다.
그러나 평판형 역 에프 안테나는 일정 수준 이상의 방사 효율을 유지하기 해야하기 때문에 안테나를 소형화시키는 데는 한계가 있다. 또한 평판형 안테나는 다중 공진의 발생이 어려워 대역폭을 향상시키는데 한계가 있을 뿐만 아니라 다중 대역의 특성을 갖기가 어렵다.
한편, 최근에는 저주파 대역과 고주파 대역의 서비스를 동시에 수신 또는 송신할 수 있는 안테나의 개발이 활발히 진행되고 있으나, 저주파 대역과 고주파 대역 상호 간 커플링 현상으로 인해 많은 시행착오를 겪어야 할 뿐만 아니라 최적의 다중 대역 안테나를 설계하기가 어렵다.
또한, 안테나에 공급된 전류가 기판에 흐르게 되어 전자파를 복사할 경우, 전자기기를 손으로 잡으면 송신전력이 낭비될 뿐만 아니라 수신감도가 악화되는 소위, 핸드 이펙트(hand-effect) 현상이 발생하는데, 이러한 핸드 이펙트 현상을 줄이기 위해 다양한 각도에서 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 소형화가 가능하고 다중 공진에 의해 대역폭을 향상시킬 수 있는 광대역 안테나 및 이를 구비한 전자기기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저주파 대역과 고주파 대역을 독립적으로 설계할 수 있도록 하여 설계를 용이하게 할 수 있는 광대역 안테나 및 이를 구비한 전자기기 를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 핸드 이펙트(hand-effect) 현상을 줄일 수 있는 광대역 안테나 및 이를 구비한 전자기기를 제공하는 데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광대역 안테나는, 접지면; 상기 접지면과 일정 간격 이격된 안테나 바디; 상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및 상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며, 상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에는 적어도 하나의 슬롯이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 안테나 바디는, 상기 급전라인 및 상기 접지라인과 전기적으로 연결되며 상기 접지면에 나란하게 배치된 제1바디; 및 상기 제1바디과 전기적으로 연결되며, 상기 접지면과 교차되게 배치된 제2바디;를 포함한다.
상기 슬롯은, 상기 제2바디와 상기 접지라인 사이에 형성된 제1슬롯; 상기 제1슬롯과 연결되며, 상기 제1바디의 일변과 상기 접지라인 사이에 형성된 제2슬롯; 및 상기 제2슬롯과 연결되며, 상기 제1바디의 일변에 인접하는 상기 제1바디의 타변과 상기 접지라인 사이에 형성된 제3슬롯;을 포함한다. 그리고 상기 제1, 2, 3슬롯 중 적어도 어느 하나의 슬롯의 크기를 조절하여 고주파 공진 주파수를 조절한다.
상기 급전라인은, 상기 접지면에 전기적으로 연결되는 급전 접촉부; 상기 접 지면과 나란하게 배치되는 급전 평행부; 및 상기 급전 접촉부와 상기 급전 평행부를 연결되는 헬리컬(helical) 구조의 급전 연결부;를 포함하며, 상기 접지라인은, 상기 접지면에 전기적으로 연결되는 접지 접촉부; 상기 급전 평행부와 나란하게 배치되는 접지 평행부; 및 상기 접지 접촉부와 상기 접지 평행부를 연결되는 헬리컬(helical) 구조의 접지 연결부;를 포함한다. 그리고 상기 제2바디는 상기 제1바디의 일 측에 실질적으로 수직되게 형성되며, 상기 급전 평행부와 상기 접지 평행부는 상기 제1바디의 타 측에 실질적으로 수직되게 배치된다.
상기 급전라인과 상기 접지라인은 상호 나란하도록 일정간격 이격되게 형성되며, 이와 같은 구조에 의해 대역폭이 향상된다.
상기 급전 연결부는, 상기 접지면과 동일한 평면상에 배치되며 상기 급전 접촉부와 전기적으로 연결된 제1급전 연결부; 상기 접지면에 수직되는 방향으로 형성되며, 상기 제1급전 연결부에 연결되는 제2급전 연결부; 상기 접지면과 나란하게 형성되고, 일단이 상기 제2급전 연결부에 연결되며 타단은 상기 급전 평행부와 연결되는 제3급전 연결부;를 포함하며, 상기 접지 연결부는, 상기 접지면과 동일한 평면상에 배치되며 상기 접지 접촉부와 전기적으로 연결된 제1접지 연결부; 상기 접지면에 수직되는 방향으로 형성되며, 상기 제1접지 연결부에 연결되는 제2접지 연결부; 상기 접지면과 나란하게 형성되고, 일단이 상기 제2접지 연결부에 연결되며 타단은 상기 접지 평행부와 연결되는 제3접지 연결부;를 포함한다.
상기 급전 평행부와 상기 접지 평행부는 상기 접지면의 상단변과 나란한 것이 바람직하다.
한편, 상술한 바와 같은 목적은, 접지면; 상기 접지면과 일정간격 이격되게 배치된 안테나 바디; 상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및 상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며, 상기 급전라인과 상기 접지라인 각각은 적어도 일부가 상기 접지면과 나란하게 배치되도록 적어도 1회 절곡된 광대역 안테나에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 목적은, 전파를 송수신하기 위한 광대역 안테나를 구비한 전자기기에 있어서, 상기 광대역 안테나는, 접지면; 상기 접지면과 일정 간격 이격된 안테나 바디; 상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및 상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며, 상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에는 적어도 하나의 슬롯이 형성된 전자기기에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 목적은, 전파를 송수신하기 위한 광대역 안테나를 구비한 전자기기에 있어서, 상기 광대역 안테나는, 접지면; 상기 접지면과 일정간격 이격되게 배치된 안테나 바디; 상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및 상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며, 상기 급전라인과 상기 접지라인 각각은 적어도 일부가 상기 접지면과 나란하게 배치되도록 적어도 1회 절곡된 전자기기에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 전자기기는 휴대 단말기, 휴대용 컴퓨터, 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오, 오디오 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나 및 이를 구비한 전자기기에 대하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나는, 접지면(104)이 마련된 기판(100)과, 안테나 바디(120)와, 안테나 바디(120)에 전류를 공급하기 위한 급전라인(140)과, 안테나 바디(120)를 접지면(104)에 접지시키는 접지라인(160)을 포함한다.
상기 기판(100)은 절연체로 이루어지며, 그 상면 일부에는 접지면(104)이 형성되고, 나머지 일부에는 절연체의 일면인 절연면(102)이 형성된다. 상기 접지면(104)은 전도막을 도포하는 형태로 제작되며, 상기 접지면(104) 상에는 신호라인과 같은 다양한 패턴이 형성된다. 본 실시예에서는 기판(100)에 접지면(104)이 형성되는 것을 예시하였으나, 이와 달리 기판(100)과 별개인 접지면(104)을 별도로 구비할 수도 있다.
상기 안테나 바디(120)는 전도체로 이루어져, 전파를 방사하거나 전파를 수신할 수 있다. 특히, 안테나 바디(120)는 도 1에서는 직사각형의 판 형상으로 도시되어 있으나, 전파를 방사하거나 전파를 수신할 수만 있으면 그 형상에는 제한되지 아니한다. 다만, 안테나 바디(120)의 길이는 그 길이에 의하여 전파의 1/4 파장에 해당하는 공진 주파수가 발생하는 점을 감안하여 설계되는 것이 바람직하다. 이와 같은 안테나 바디(120)는 제1바디(122)와 제2바디((124)를 포함한다.
상기 제1바디(122)는 상기 접지면(104)과 나란하게 배치되며, 상기 급전라인 (140)과 접지라인(160)이 전기적으로 연결된다. 이와 같이 상기 제1바디(122)와 상기 접지면(104)이 나란하게 배치됨으로써 평판형 역 에프 안테나의 특성을 가질 수 있게 된다.
상기 제2바디((124)는 상기 제2바디((124)로부터 대략 90° 절곡되어 형성된다. 따라서, 상기 제2바디((124)는 접지면(104)과 수직된 방향으로 배치된다. 이와 같이 제2바디((124)가 제1바디(122)의 일 측면에 수직되게 형성됨으로써, 단극자 안테나의 특성을 가질 수 있게 된다. 이처럼, 제1 및 제2바디(122)(124)의 배치구조에 의해 평판형 역 에프 안테나(PIFA)의 장점과 단극자(monopole) 안테나의 특성을 동시에 갖을 수 있게 된다. 그러나 본 실시예와는 달리 제2바디(124)는 제1바디(122)에 실질적으로 90°가 되지 않더라도 상기 제1바디(122)와 교차되는 방향으로 설치될 수도 있으며, 제1바디(122)와 동일한 평면에 배치될 수도 있다.
상기 급전라인(140)은 상기 접지면(104)의 일변인 상단변(105)에 전기적으로 연결된다. 보다 상세하게는 상기 급전라인(140)은 상기 접지면(104)에 형성된 신호라인에 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디(120)에 전류를 공급한다. 이러한 급전라인(140)은 상기 접지면(104)의 상단변(105)과 접촉되는 급전 접촉부(142)와, 상기 접지면(104)의 상단변(105)과 나란하게 배치되는 급전 평행부(144)와, 상기 급전 접촉부(142)와 상기 급전 평행부(144)를 전기적으로 연결하는 급전 연결부(146)를 포함한다.
상기 급전 접촉부(142)는 상기 급전라인(140)의 일단으로서, 상기 접지면(104) 상에 형성된 신호라인(미 도시)과 전기적으로 접촉되는 부분이다.
상기 급전 평행부(144)는 그 일단이 상기 급전 연결부(146)에 연결되며, 그 타단은 상기 제1바디(122)에 전기적으로 연결된다. 상기 급전 평행부(144)는 상기 접지면(104)의 상단변(105)과 나란하게 배치된다.
상기 급전 연결부(146)는 헬리컬(helical) 구조를 가지도록 형성된다. 이러한 급전 연결부(146)은 제1 내지 제3급전 연결부(146a)(146b)(146c)를 포함한다.
상기 제1급전 연결부(146a)는 절연면(102)에 지지되며, 상기 접지면(104)과 동일한 평면상에 배치된다. 상기 제1급전 연결부(146a)의 일단은 상기 급전 접촉부(142)와 전기적으로 연결된다.
상기 제2급전 연결부(146b)는 상기 접지면(104)에 직교되게 형성되며, 상기 제1급전 연결부(146a)의 타단과 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제2급전 연결부(146b)는 상기 제1급전 연결부(146a)의 타 단에 수직 방향으로 배치되게 연결된다.
상기 제3급전 연결부(146c)는 상기 접지면(104)과 나란하게 형성되고, 그 일단이 상기 제2급전 연결부(146b)에 연결되며, 그 타단은 상기 급전 평행부(144)에 연결된다. 즉, 상기 제3급전 연결부(146c)는 상기 제1급전 연결부(146a)와 나란하게 배치된다.
상기 접지 연결부(166)는 상기 급전 연결부(146)와 소정 간격을 유지한 채로 상기 급전 연결부(146)과 동일한 헬리컬 구조를 가진다. 이러한 접지 연결부(166)는 제1 내지 제3접지 연결부(166a)(166b)(166c)를 포함한다.
상기 제1접지 연결부(166a)는 상기 제1급전 연결부(146a)와 나란하도록 절연면(102)의 상면에 지지되며, 상기 접지면(104)과 동일한 평면상에 배치된다. 상기 제1접지 연결부(166a)의 일단은 상기 접지 접촉부(162)와 전기적으로 연결된다.
상기 제2접지 연결부(166b)는 상기 제2급전 연결부(146b)와 나란하고 상기 접지면(104)에 직교되게 형성되며, 상기 제1접지 연결부(166a)의 타단과 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제2접지 연결부(166b)는 상기 제1접지 연결부(166a)의 타 단에 수직 방향으로 배치되게 연결된다.
상기 제3접지 연결부(166c)는 상기 접지면(104)과 나란하게 형성되고, 그 일단이 상기 제2접지 연결부(166b)에 연결되며, 그 타단은 상기 접지 평행부(164)에 연결된다. 즉, 상기 제3접지 연결부(166c)는 상기 제1접지 연결부(166a)와 나란하게 배치된다.
상술한 바와 같은 광대역 안테나의 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 소정 형상으로 절단되어 제작된 플레이트를 제1 내지 제3절곡선(BL1)(BL2)(BL3)을 따라 동일한 방향으로 절곡하여 제작할 수 있다. 이와 같은 절단과 절곡 만으로 3차원 구조의 광대역 안테나를 제조할 수 있게 되어 광대역 안테나의 제조가 용이해진다. 또한, 광대역 안테나가 3차원의 구조로 형성됨으로써, 작은 크기로도 충분한 방사 효율을 유지할 수 있게 되어 소형화가 가능하다.
한편, 상기 안테나 바디(120)와 상기 접지라인(160)의 사이에는 슬롯(180)이 형성된다. 이러한 슬롯(180)은 안테나의 임피던스를 증가시켜 안테나의 전기적 길이를 증가시킨다. 따라서, 슬롯(180)에 의해 물리적 길이를 줄이더라도 안테나의 전기적 길이를 그대로 유지할 수 있게 되어 안테나를 더욱 소형화시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 슬롯(180)은 고주파 대역에서의 다중 공진을 발생시키는 중요한 변수가 된다. 이는 도 4에 도시된 반사손실에 대한 그래프를 통해 알 수 있다. 도 4는 도 3에 도시된 치수를 가지는 광대역 안테나의 반사손실을 측정한 것으로서, 슬롯(180)이 없는 경우, -6dB의 반사손실(Return Loss) 이하의 공진은 저주파 대역에서만 발생함을 알 수 있다. 따라서 슬롯이 없는 안테나는 고주파 대역의 신호를 송수신하기에 부적하다. 그러나 슬롯이 있는 경우, -6dB 이하의 반사손실을 가지는 공진은 저주파 대역에서 1회 발생하며, 고주파 대역에서 2회 발생한다. 이와 같이 안테나 바디(120)와 접지라인(160) 사이에 슬롯(180)을 형성함으로써 고주파 대역에 송수신이 가능할 뿐만 아니라 다중 공진에 의해 고주파 대역 폭이 향상된다. 따라서 다양한 대역에서 서비스를 송수신할 수 있게 된다. 상술한 바와 같은 슬롯(180)의 유무에 따른 반사손실과 주파수 대역 및 공진 주파수를 표로 나타내면 다음의 [표 1]과 같다.
슬롯이 없는 경우 슬롯이 있는 경우
저주파 공진 주파수(반사손실) 1.08GHz(-8.78dB) 880MHz(-13.13dB)
제1차 고주파 공진 주파수(반사손실) 2.07GHz(-3.22dB) 1.9GHz(-16.71dB)
제2차 고주파 공진 주파수(반사손실) - 2.19GHz(-10.1dB)
저주파 대역폭 290MHz(0.99~1.28GHz) 120MHz(880~960GHz)
고주파 대역폭 0MHz 490MHz(1.78~2.27GHz)
여기서, 상기 저주파 및 고주파 대역 폭은 -6dB의 반사손실을 기준으로 산출되었다. [표 1]에 나타난 바와 같이, 슬롯(180)이 있는 경우, 고주파 대역에서 다중 공진이 발생하여 고주파 대역폭이 490MHz에 이른다. 슬롯(180)이 없는 경우에도 고주파 공진이 발생하기는 하나, 반사손실이 -3.22dB로 -6dB 이상되어 전파를 송수신하는 데는 부적절하다. 이와 같이 슬롯(180)의 형성에 의해 대역폭 특히, 고주파 영역에서의 대역폭을 향상시킬 수 있다.
이하 상기 슬롯(180)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
상기 슬롯(180)은 제1 내지 제3슬롯(181)(182)(183)을 포함한다.
상기 제1슬롯(181)은 제2바디((124)와 접지라인(160) 사이에 형성되며, 일단이 개방된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제1슬롯(181)은 제2바디((124)와 제2접지 연결부(166b) 사이에 형성된다. 상기 제1슬롯(181)의 폭(W1)을 변경하면서 반사손실을 측정한 결과가 도 5에 도시된다. 제1슬롯(181)을 제외한 나머지 구성의 치수는 도 3에 도시된 치수와 동일한 상태에서 반사손실을 측정하였다.
도 5를 참조하면, 제1슬롯(181)의 폭(W1)을 1mm에서 3mm까지 1mm간격으로 증가시키면서 반사손실을 측정하였으며, 그 결과 제1슬롯(181)의 폭(W1)이 증가 될수록 제1차 고주파 공진 주파수가 점차 증가하였고, 제1차 고주파 공진 주파수에서의 반사손실은 점차 증가하였다. 또한, 제1슬롯(181)의 폭(W1)이 증가 될수록 제2차 고주파 공진 주파수 및 제2차 고주파 공진 주파수의 반사손실은 점차 감소하였다. 그리고 제1슬롯(181)의 폭(W1)이 증가할수록 고주파 대역폭은 점차 증가하였다. 그러나 제1슬롯(181)의 폭(W1)이 변경되더라도 저주파 공진 주파수, 저주파 공진 주파수에서의 반사손실 및 저주파 대역폭은 거의 변화가 없었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 제1슬롯(181)의 폭(W1)을 변경시킬 경우, 저주파 대역의 특성은 그대로 유지한 채 고주파 대역의 공진 주파수와 대역폭을 조절할 수 있게 된다. 따라서, 제1슬롯(181)의 폭(W1)을 조절하면서 고주파 대역의 공진 주파수 및 대역폭을 조절할 수 있게 되어 저주파 대역과 고주파 대역을 독립적으로 설계할 수 있게 된다. 따라서, 안테나의 설계가 용이할 뿐만 아니라 다양한 서비스 대역에 따라 최적의 안테나 설계가 가능하다. 이상에서 설명한 바와 같은 제1슬롯(181)의 크기에 따른 데이터는 [표 2]를 통해 더욱 명확하게 알 수 있다.
저주파 공진 주파수(반사손실) 저주파 대역폭 제1차 고주파 공진 주파수(반사손실) 제2차 고주파 공진 주파수(반사손실) 고주파 대역폭
W1=1 870MHz (-10.42dB) 90MHz(0.83~0.92GHz) 1.78GHz (-24.6dB) - 220MHz(1.68~1.90GHz)
W1=2 880MHz (-13.13dB) 120MHz(880~960MHz) 1.9GHz (-16.71dB) 2.19GHz (-10.1dB) 490MHz(1.78~2.27GHz)
W1=3 890MHz (-13.52dB) 110MHz(840~950MHz) 1.97GHz (-13.61dB) 2.25GHz (-33.16dB) 520MHz(1.82~2.34GHz)
여기서 저주파 대역폭 및 고주파 대역폭은 반사손실이 -6dB를 기준으로 측정되었다.
상기 제2슬롯(182)은 제1바디(122)와 접지라인(160)의 사이에 형성되며, 일측이 상기 제1슬롯(181)과 연결된다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 제2슬롯(182)은 제1바디(122)와 제3접지 연결부(166c)에 사이에 형성된다. 또한, 상기 제2슬롯(182)은 제1바디(122)와 접지 평행부(164) 사이에 형성된다고 정의될 수도 있다. 그러나 상기 제1바디(122)와 제3접지 연결부(166c) 사이의 거리인 제2슬롯(182)의 폭(W2)에 의해 안테나의 고주파 대역의 특성이 변화하기 때문에 제2슬롯(182)은 상기 제1바디(122)와 제3접지 연결부(166c)의 사이에 형성되는 것이 중요한 요소이다. 상기 제2슬롯(182)의 폭(W2)을 변경하면서 반사손실을 측정한 결과가 도 6 도시된다. 제2슬롯(182)을 제외한 나머지 구성의 치수는 도 3에 도시된 치수와 동일한 상태에서 반사손실을 측정하였다.
도 6을 참조하면, 제2슬롯(182)의 폭(W2)을 8mm에서 16mm까지 4mm간격으로 증가시키면서 반사손실을 측정하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2슬롯(182)의 폭(W2)이 증가할수록 제1차 고주파 공진 주파수 및 제1차 공진 주파수에서의 반사손실은 점차 감소하였고, 제2차 고주파 공진 주파수는 점차 감소하였으며, 제2차 고주파 공진 주파수의 반사손실은 점차 증가하였다. 그리고, 고주파 대역폭은 제2슬롯(182)의 폭(W2)이 증가할수록 감소하였다. 그러나 제2슬롯(182)의 폭(W2)이 변경되더라도 저주파 공진주파수, 저주파 공진 주파수에서의 반사손실 및 저주파 대역폭은 거의 변화가 없었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 제2슬롯(182)의 폭(W2)을 변경시킬 경우, 저주파 대역의 특성은 그대로 유지한 채 고주파 대역의 공진 주파수와 고주파 대역폭을 조절할 수 있게 되어 저주파 대역과 고주파 대역을 독립적으로 설계할 수 있게 되며, 이에 의해 안테나의 설계가 용이할 뿐만 아니라 다양한 서비스 대역에 따라 최적의 안테나 설계가 가능하게 된다. 이상에서 설명한 바와 같은 제2슬롯(182)의 크기에 따른 반사손실에 대한 데이터는 [표 3]를 통해 더욱 명확하게 알 수 있다.
저주파 공진 주파수(반사손실) 저주파 대역폭 제1차 고주파 공진 주파수(반사손실) 제2차 고주파 공진 주파수(반사손실) 고주파 대역폭
W2=8 890MHz (-14.52dB) 120MHz(0.84~0.96GHz) 1.96GHz (-11.82dB) 2.25GHz (-23.67dB) 520MHz(1.83~2.35GHz)
W2=12 890MHz (-14.6dB) 120MHz(830~950MHz) 1.93GHz (-14.9dB) 2.21GHz (-14.4dB) 500MHz(1.80~2.30GHz)
W2=16 890MHz (-13.52dB) 110MHz(830~940MHz) 1.87GHz (-19.62dB) 2.18GHz (-7.28dB) 470MHz(1.75~2.22GHz)
여기서 저주파 대역폭 및 고주파 대역폭은 반사손실이 -6dB를 기준으로 측정되었다.
상기 제3슬롯(183)은 제1바디(122)와 접지라인(160)의 사이에 형성되며, 일 측이 상기 제2슬롯(182)의 타측과 연결된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제3슬롯(183)은 제1바디(122)와 접지 평행부(164) 사이에 형성된다. 상기 제2슬롯(182) 길이(W3)를 변경하면서 반사손실을 측정한 결과가 도 7에 도시된다. 제3슬롯(183)을 제외한 나머지 구성의 치수는 도 3에 도시된 치수와 동일한 상태에서 반사손실을 측정하였다.
도 7을 참조하면, 제3슬롯(183)의 길이(W3)를 9mm에서 27mm까지 9mm간격으로 증가시키면서 반사손실을 측정하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제3슬롯(183)의 길이(W3)가 증가할수록 제1차 고주파 공진 주파수와 제1차 공진 주파수에서의 반사손실 및 제2차 고주파 공진 주파수는 점차 감소하였고, 제2차 고주파 공진 주파수에서의 반사손실은 감소하였다가 다시 증가하였다. 그리고, 고주파 대역폭은 제3슬롯(183)의 길이(W2)가 증가할수록 감소하였다. 그러나 제3슬롯(183)의 길이(W3)가 변경되더라도 저주파 공진주파수, 저주파 공진 주파수에서의 반사손실 및 저주파 대역폭은 거의 변화가 없었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 제3슬롯(183)의 길이(W2)를 변경시킬 경우, 저주파 대역의 특성은 그대로 유지한 채 고주파 대역의 공진 주파수와 고주파 대역폭을 조절할 수 있게 되어 저주파 대역과 고주파 대역을 독립적으로 설계할 수 있게 되며, 이에 의해 안테나의 설계가 용이할 뿐만 아니라 다양한 서비스 대역에 따라 최적의 안테나 설계가 가능하게 된다. 이상에서 설명한 바와 같은 제3슬롯(183)의 크기에 따른 데이터는 [표 4]를 통해 더욱 명확하게 알 수 있다.
저주파 공진 주파수(반사손실) 저주파 대역폭 제1차 고주파 공진 주파수(반사손실) 제2차 고주파 공진 주파수(반사손실) 고주파 대역폭
W3=9 910MHz (-14.27dB) 120MHz(0.85~0.97GHz) 1.96GHz (-10.69dB) 2.32GHz (-18.20dB) 580MHz(1.84~2.42GHz)
W3=18 900MHz (-13.22dB) 110MHz(850~960MHz) 1.95GHz (-11.88dB) 2.29GHz (-35.6dB) 560MHz(1.82~2.38GHz)
W3=27 870MHz (-11.60dB) 100MHz(840~940MHz) 1.90GHz (-16.45dB) 2.15GHz (-9.98dB) 480MHz(1.77~2.26GHz)
여기서 저주파 대역폭 및 고주파 대역폭은 반사손실이 -6dB를 기준으로 측정되었다.
이상과 같이, 제1 내지 제3슬롯(181)(182)(183)의 크기를 변경함으로써, 저주파 대역의 특성은 그대로 유지할 수 있게 되고 고주파 대역의 특성을 변경할 수 있게 된다. 제1 내지 제3슬롯(181)(182)(183) 중 어느 하나의 크기를 변경할 수 있으나, 최적의 설계를 위해서는 제1 내지 제3슬롯(181)(182)(183) 모두의 크기를 변경하면서 안테나의 성능을 최대화하는 것이 바람직할 것이다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 기존의 저주파 대역과 고주파 대역의 상호 커플링에 의해 안테나의 설계가 어려운 점을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 송수신하고자 하는 서비스의 대역에 대해 최적화된 안테나의 설계가 가능해 진다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나는 급전 평행부(144)와 접지 평행부(164)의 사이에 제4슬롯(184)을 형성하여, 급전 평행부(144)와 접지 평행부(164)가 일정 간격을 유지하도록 하였다. 즉, 급전 평행부(144)와 접지 평행부(164)가 상호 나란한 구조를 가지도록 함으로써, 상기 급전 평행부(144)와 상기 접지 평행부(164)에 흐르는 전류에 의해 유도되는 전자계는 상호 간섭현상이 일어난다. 이러한 전자계의 간섭현상으로 인해 상기 급전 평행부(144)와 접지 평행부(164)로부터 접지면(104)에 유도되는 전류가 최소화된다. 이와 같이 접지면(104)에 분포하는 전류가 최소화됨으로써, 접지면(104)과 안테나 바디(120)는 물론 접지면(104)과 급전라인(140) 및 접지라인(160)의 사이에 형성되는 전자기파가 최소화된다. 이와 같이 접지면(104)에 형성되는 전자기파를 최소화시킴으로써, 사람의 손에 의해 수신 감도가 악화되는 소위 핸드 이펙트(hand-effect) 현상을 최소화시킬 수 있다.
특히, 급전 평행부(144)와 접지 평행부(164)를 접지면(104)의 상단변(105)과 나란하게 배치함으로써, 접지면(104)의 전류분포를 최소화하면서도 안테나의 사이즈를 최소화할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 내용에 따른 전류분포가 도 8 내지 도 10에 도시된다.
도 8을 참조하면, 안테나 바디(120)에 0.89GHz의 전류가 공급된 상태의 전류분포로서, 접지면(104) 상의 전류분포는 급전라인(140) 및 접지라인(160)과 인접한 부분에 집중되어 있다. 즉, 접지면(104)의 넓은 면적에 분포되어 있지 않고 단지 접지면(104)의 상단변(105)에만 집중적으로 분포되어 있다. 따라서, 사용자의 손에 의해 영향을 받는 접지면(104)의 면적을 최소화할 수 있게 되고, 이에 의해 핸드 이펙트 현상을 최소화할 수 있게 된다.
도 9를 참조하면, 안테나 바디(120)에 1.91GHz의 전류가 공급된 상태의 전류분포로서, 접지면(104)의 상단변(105)의 극히 일부에만 전류가 분포됨을 알 수 있다. 즉, 도 8과 비교하면, 핸드 이펙트(hand-effect) 현상의 감소효과는 고주파 대역에서 더욱 현저하게 발생함을 알 수 있다.
도 10을 참조하면, 안테나 바디(120)에 2.18GHz의 전류가 공급된 상태의 전류분포로서, 접지면(104)의 상단변(105)의 일부에만 전류가 분포됨을 알 수 있다.
이상과 같이, 급전라인(140)과 접지라인(160) 및 접지면(104)을 상호 나란하게 형성함으로써, 핸드 이펙트 현상의 원인이 되는 접지면(104)의 전류분포를 최소화할 수 있고, 특히 접지면(104)의 상단변(105)과 급전라인(140) 및 접지라인(160)을 나란하게 함으로써, 안테나의 사이즈를 최소화하면서도 핸드 이펙트(hand-effect) 현상을 줄일 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 안테나(300)가 적용된 전자기기의 요부를 개략적으로 나타낸 것으로서, 이를 참조하면 광대역 안테나는 하우징(201)의 내부에 마련된 PCB 기판(202) 상에 설치된다. 상기 PCB 기판(202)에는 광대역 안테나(200)에 전류를 공급하기 위한 신호라인과 상기 광대역 안테나(200)를 접지시키기 위한 접지면(204)이 형성된다. 또한, 상기 PCB 기판(202)에는 광대역 안테나(200)로 신호를 전달하기 위한 송신소자와 상기 광대역 안테나(200)로부터 전달된 신호를 수신하기 위한 수신소자 및 전자기기의 구동소자 등이 마련될 수 있다. 상기 전자기기는 휴대폰, PDA, 차량용 네비게이션 등과 같은 휴대 단말기나 노트북, 전자 수첩, 전자 사전 등과 같은 휴대용 컴퓨터와, 또는 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오, 오디오 등을 포함하나, 이외에도 본 발명에 따른 안테나는 통신수단을 포함하는 모든 전자기기에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 광대역 안테나가 3차원 구조를 가짐으로써 안테나의 사이즈를 줄일 수 있게 된다.
특히, 안테나 바디와 접지라인 사이에 슬롯을 형성하여 전기적 길이를 증가시킴으로써, 동일한 방사특성을 유지하면서 물리적 길이를 줄일 수 있게 되어 안테나를 더욱 소형화할 수 있게 된다.
또한, 3차원 구조의 광대역 안테나를 소정 형상으로 절단된 평판을 절곡하여 제작함으로써, 안테나의 제조가 용이하다.
또한, 접지라인과 안테나 바디 사이에 슬롯을 형성하여 고주파 대역에서 다중 공진을 발생시킬 수 있고, 이러한 다중 공진에 의해 고주파 대역폭을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 접지라인과 급전라인의 사이에 형성된 제4슬롯에 의해 대역폭을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 제1 내지 제3슬롯의 크기를 조절함으로써, 저주파 대역의 특성을 그대로 유지한 채로 고주파 대역의 특성을 조절할 수 있게 되어, 저주파 대역과 고주파 대역을 독립적으로 설계할 수 있게 된다. 따라서, 안테나의 설계가 용이할 뿐만 아 니라 수신하고자하는 서비스의 대역에 최적화된 안테나를 설계할 수 있게 된다.
또한, 접지라인과 급전라인을 접지면과 평행하게 설치함으로써, 접지면의 전류분포를 최소화할 수 있고, 이에 의해 핸드 이펙트(hand-effect) 현상을 최소화할 수 있게 된다.
특히, 접지라인과 급전라인을 접지면의 상단변과 나란하게 배치함으로써, 안테나의 사이즈를 줄일 수 있으면서도 핸드 이펙트(hand-effect) 현상을 최소화할 수 있다.
다만, 상기와 같은 효과를 모두 발휘하여야만 본 발명이 성립하는 것은 아니다.

Claims (21)

  1. 접지면;
    상기 접지면과 일정 간격 이격된 안테나 바디;
    상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및
    상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며,
    상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에 적어도 하나의 슬롯이 형성되며, 여기서, 상기 급전라인은 상기 접지면에 전기적으로 연결되는 급전 접촉부와, 상기 접지면과 나란하게 배치되는 급전 평행부와, 및 상기 급전 접촉부와 상기 급전 평행부를 연결하는 헬리컬(helical) 구조의 급전 연결부를 포함하며, 상기 접지라인은 상기 접지면에 전기적으로 연결되는 접지 접촉부와, 상기 급전 평행부와 나란하게 배치되는 접지 평행부와, 및 상기 접지 접촉부와 상기 접지 평행부를 연결하는 헬리컬(helical) 구조의 접지 연결부를 포함하며, 상기 슬롯은 상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에 형성된 제1슬롯과, 상기 제1슬롯과 연결되며, 상기 안테나 바디의 일변과 상기 접지라인 사이에 형성된 제2슬롯과, 상기 제2슬롯과 연결되며, 상기 안테나 바디의 일변에 인접하는 상기 안테나 바디의 타변과 상기 접지라인 사이에 형성된 제3슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나 바디는,
    상기 급전라인 및 상기 접지라인과 전기적으로 연결되며 상기 접지면에 나란하게 배치된 제1바디; 및
    상기 제1바디과 전기적으로 연결되며, 상기 접지면과 교차되게 배치된 제2바디;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1슬롯은 상기 제2바디와 상기 접지라인 사이에 형성되고, 상기 제2슬롯은 상기 제1슬롯과 연결되고, 상기 제1바디의 일변과 상기 접지라인 사이에 형성되고, 상기 제3슬롯은 상기 제2슬롯과 연결되고, 상기 제1바디의 일변에 인접하는 상기 제1바디의 타변과 상기 접지라인 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1, 2, 3슬롯 중 적어도 어느 하나의 슬롯의 크기를 조절하여 고주파 공진 주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2바디는 상기 급전 평행부 및 상기 접지 평행부와 상호 마주하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2바디는 상기 제1바디의 일 측에 실질적으로 수직되게 형성되며,
    상기 급전 평행부와 상기 접지 평행부는 상기 제1바디의 타 측에 실질적으로 수직되게 배치되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 급전라인과 상기 접지라인은 상호 나란하도록 일정간격 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  9. 접지면;
    상기 접지면과 일정간격 이격되게 배치된 안테나 바디;
    상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및
    상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며,
    상기 급전라인과 상기 접지라인 각각은 적어도 일부가 상기 접지면과 나란하게 배치되도록 적어도 1회 절곡되고, 상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에는 적어도 하나의 슬롯이 형성되고, 여기서, 상기 슬롯은 일 측이 개방된 제1슬롯과, 일 측이 상기 제1슬롯의 타 측과 연결되는 제2슬롯과, 상기 제2슬롯의 타 측과 연결되는 제3슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 전파를 송수신하기 위한 광대역 안테나를 구비한 전자기기에 있어서,
    상기 광대역 안테나는,
    접지면;
    상기 접지면과 일정 간격 이격된 안테나 바디;
    상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및
    상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며,
    상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에는 적어도 하나의 슬롯이 형성되고, 여기서, 상기 슬롯은 일 측이 개방된 제1슬롯과, 일 측이 상기 제1슬롯의 타 측과 연결되는 제2슬롯과, 상기 제2슬롯의 타 측과 연결되는 제3슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  20. 전파를 송수신하기 위한 광대역 안테나를 구비한 전자기기에 있어서,
    상기 광대역 안테나는,
    접지면;
    상기 접지면과 일정간격 이격되게 배치된 안테나 바디;
    상기 안테나 바디에 전류를 공급하기 위한 급전라인; 및
    상기 안테나 바디를 상기 접지면에 접지시키기 위한 접지라인;를 포함하며,
    상기 급전라인과 상기 접지라인 각각은 적어도 일부가 상기 접지면과 나란하게 배치되도록 적어도 1회 절곡되며, 상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에 적어도 하나의 슬롯이 형성되며, 상기 슬롯은 상기 안테나 바디와 상기 접지라인 사이에 형성된 제1슬롯과, 상기 제1슬롯과 연결되고, 상기 안테나 바디의 일변과 상기 접지라인 사이에 형성된 제2슬롯과, 상기 제2슬롯과 연결되고, 상기 안테나 바디의 일변에 인접하는 상기 안테나 바디의 타변과 상기 접지라인 사이에 형성된 제3슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 전자기기는 휴대 단말기, 휴대용 컴퓨터, 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오, 오디오 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자기기.
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