KR100835067B1

KR100835067B1 - 초광대역 칩 안테나

Info

Publication number: KR100835067B1
Application number: KR1020060137403A
Authority: KR
Inventors: 이재찬; 김현학
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-06-03

Abstract

본 발명은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 상기 제1 및 제2 주면을 연결하는 복수개의 측면을 갖는 유전체 블럭과, 상기 유전체 블럭의 제1주면의 일영역에 형성되며, 인접한 제1 측면을 통해 상기 제2 주면까지 부분적으로 연장되고 일단이 급전부와 연결되는 급전 방사체와, 상기 유전체 블럭의 제1 주면의 다른 영역에 형성되며, 인접한 제2 측면을 통해 상기 제2 주면까지 부분적으로 연장되는 무급전 방사체를 포함하며, 상기 제1 주면의 일측 상부 및 상기 일측에 대향하는 타측 하부를 연결하는 오픈영역으로 이루어진 계단형태의 제1 슬릿에 의해 상기 급전 방사체와 상기 무급전 방사체가 상기 제1 주면 상에서 이격되며, 상기 제2 주면 상의 마주하는 두 변을 연결하는 오픈 영역으로 이루어진 제2 슬릿에 의해 상기 급전 방사체와 상기 무급전 방사체가 상기 제2 주면 상에서 이격되는 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나를 제공한다.

초광대역(ultra-wide band), 슬릿(slit), 무급전(non-feeding)

Description

초광대역 칩 안테나{ULTRA WIDE BAND CHIP ANTENNA}

도1a 및 도1b는, 종래기술에 따른 칩안테나의 사시도 및 이에 따른 VSWR 특성을 나타내는 그래프이다.

도2는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 칩안테나의 사시도이다.

도3a 및 도3b는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 칩안테나에 사용되는 유전체 블럭의 사시도 및 분해도이다.

도4는, 도2의 실시형태에 따른 칩안테나와 종래기술에 따른 칩안테나의 VSWR특성을 비교하는 그래프이다.

도5는, 도2의 실시형태에 따른 칩안테나와 도3의 유전체블럭을 사용하는 칩 안테나의 VSWR 특성을 비교하는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

21 : 유전체 블럭 22 : 급전 방사체

23 : 무급전 방사체 24 : 제1 슬릿

25 : 제2 슬릿 38 : 기생 방사체

본 발명은, 초광대역 칩 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급전방사체와 무급전 방사체를 계단형태의 슬릿으로 분리시켜 상기 급전방사체와 무급전 방사체 사이의 커플링을 통해 초광대역 특성을 나타내는 칩 안테나에 관한 것이다.

최근에는, 이동통신 단말기는 보다 소형화되고 경량화될 것을 요구받고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 이동통신 단말기에 채용되는 내장회로 및 부품들은 점차 소형화될 수 있는 형태로 개발되고 있다. 이와 같은 추세는 이동통신단말기의 주요부품 중 하나인 안테나에서도 마찬가지이다. 이동통신 단말기용 안테나는 이러한 소형화에 적합한 형태의 칩 안테나인 PIFA(Plannar Inverted F type Antenna)가 주로 사용되고 있다.

도1a는 이러한 통상 PIFA 구조를 갖는 안테나의 사시도이다. 종래의 PIFA(10)는, 평판 직사각형인 방사패치(12)와, 상기 방사패티(12)의 일부에 연결된 단락핀(16)과 급전핀(17)이 형성된 유전체 블럭(11)으로 이루어진다. 이러한 안테나 구조는 급전핀(17)과 방사패치(12)의 전기적 연결로 방사패치(12)에 급전시키고, 방사패치 중 일부를 접지부(미도시)에 전기적으로 연결시켜서 안테나 공진 주파수 및 임피던스 매칭을 맞추도록 설계된다. 도1a에 도시된 PIFA는 급전핀(14)을 통해 전류를 소정의 주파수 대역에서 공진되는 전기적 길이를 갖는 방사패치(12)에 서 유기시키는 방식을 작동하게 된다.

이러한 PIFA 구조는 그 주파수 대역폭이 협소해지는 구조적인 문제가 있다.

도1a의 PIFA 구조로 구현된 칩안테나의 협대역특성을 살펴보기 위해 도1b에도시된 블루투스 대역용 칩안테나의 일형태에 대한 VSWR특성 그래프를 참조한다. 이 칩안테나는 15×7×6mm의 크기로 제조된 것이다. 도1b에 나타난 바와 같이, 일반 PIFA 구조의 블루투스 대역용 칩안테나는 VSWR이 2:1 이하인 주파수 대역이 2.34 ~ 2.52㎓에 걸쳐 약 180㎒의 대역폭을 갖는다. 이는 블루투스 대역(약 2.4 ~2.48㎓)에 만족하는 대역폭을 갖는 것으로 나타나지만, 실제 안테나의 주파수 대역은 안테나가 실장되는 이동통신 단말기 세트의 형상에 따라 변화되고, 특히 인체와 접촉등 이동통신 단말기의 사용환경에 따라 주파수 대역이 틀어지는 문제가 발생된다. 이와 같은 실질적으로 좁은 사용주파수 대역폭에 대한 문제는 소형화된 칩 안테나가 갖는 큰 단점이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 칩 안테나 설계시 이러한 공진주파수와 임피던스의 쉬프팅(shifting)을 고려하여 안테나를 제조해야하므로 개발기간이 길어지고 제조비용이 상승하는 문제가 있다.

또한, 이러한 협대역특성을 해결하기 위한 방안으로, 안테나에 칩형 LC소자와 같은 디스트리뷰션(distribution) 회로를 추가적으로 연결하여 임피던스 매칭을 조정함으로써 다소 넓은 주파수 대역을 얻을 수 있으나, 이와 같이 안테나의 주파수 조절에 외부회로를 개입시키는 방법은 안테나 효율을 저하시키는 또 다른 문제점을 야기시킬 수 있다. 광대역 특성을 실현하기 위해 안테나의 크기를 증가시키는 방안도 고려할 수 있으나, 이는 오히려 칩 안테나가 갖는 소형화의 특성에 해하는 결과를 가져오므로 바람직한 해결방안이 될 수 없다.

상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은, 유전체블럭상에 슬릿에 의해 소정거리 이격된 급전 방사체 및 무급전 방사체를 형성하고, 상기 슬릿의 형태를 계단형태로 함으로써 초광대역 특성을 얻을 수 있는 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면과 상기 제1 및 제2 주면을 연결하는 복수개의 측면을 갖는 유전체 블럭과, 상기 유전체 블럭의 제1주면의 일영역에 형성되며, 인접한 제1 측면을 통해 상기 제2 주면까지 부분적으로 연장되고 일단이 급전부와 연결되는 급전 방사체와, 상기 유전체 블럭의 제1 주면의 다른 영역에 형성되며, 인접한 제2 측면을 통해 상기 제2 주면까지 부분적으로 연장되는 무급전 방사체를 포함하며, 상기 제1 주면의 일측 상부 및 상기 일측에 대향하는 타측 하부를 연결하는 오픈영역으로 이루어진 계단형태의 제1 슬릿에 의해 상기 급전 방사체와 상기 무급전 방사체가 상기 제1 주면 상에서 이격되며, 상기 제2 주면 상의 마주하는 두 변을 연결하는 오픈 영역으로 이루어진 제2 슬릿에 의해 상기 급전 방사체와 상기 무급전 방사체가 상기 제2 주면 상에서 이격되는 것을 특징으로 하 는 초광대역 칩 안테나를 제공한다.

상기 유전체 블럭은, 직육면체일 수 있으며, 상기 제1 측면과 제2 측면은, 서로 대향하는 것이 바람직하다.

상기 제1 슬릿은, 상기 급전 방사체와 무급전 방사체 사이의 간격이 일정하지 않을 수 있으며, 일단부에서 중앙부로 갈수록 폭이 좁아지는 것이 바람직하다.

상기 제2 슬릿은, 상기 급전 방사체와 무급전 방사체 사이의 간격이 일정한 것이 바람직하다.

상기 유전체 블럭의 내부에 상기 급전 방사체 및 무급전 방사체와 직접 접촉되지 않는 적어도 하나의 기생 방사체를 더 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 기생방사체는, 소정거리 이격된 두 개의 기생방사체일 수 있다.

상기 유전체 블럭은, 제1 유전체 블럭층과, 상기 제1 유전체 블럭층 상에 형성되는 기생 방사체, 및 상기 기생 방사체를 덮는 제2 유전체 블럭층을 포함하는 적층 구조인 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.

도2는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 초광대역 칩 안테나의 사시도이다.

도2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 초광대역 칩 안테나(10)는, 유전체 블럭(21), 상기 유전체 블럭상에 형성되는 급전 방사체(22), 및 무급전 방사체(23)를 포함한다.

상기 유전체 블럭(21)은, 육면체로 되어 있어 제1 주면 및 제2 주면이 각각 상면 및 하면으로 제공되고, 네 개의 측면이 형성되어 있다. 상기 유전체 블럭(21)은 높은 비유전 상수의 세라믹으로 형성될 수 있다.

상기 급전 방사체(22) 및 무급전 방사체(23)는, 각각 상기 유전체 블럭(21)의 상면의 일부영역 및 다른 영역에 형성되고, 서로 대향하는 측면을 통해 상기 유전체 블럭(21)의 하면으로 일부가 연장되어 있다.

상기 유전체 블럭(21)의 상면에서 상기 급전 방사체(22)와 무급전 방사체(23)는 제1 슬릿(24)에 의해 분리되며, 상기 유전체 블럭(21)의 하면에서 상기 급전 방사체(22)와 무급전 방사체(23)는 제2 슬릿(25)에 의해 분리된다.

여기서 사용되는 슬릿(slit)이란 용어는 양단이 개방된 구조를 갖는 라인형태의 오픈영역을 말하며, 일단만 개방되거나, 양단 모두가 개방되지 않고 전도패턴 내에 형성된 오픈영역을 말하는 슬롯(slot)과는 다른 용어로 사용된다.

상기 급전 방사체(22)에는 신호가 공급되는 급전부와 연결되는 급전 단자(미도시)가 형성됨에 대하여, 상기 무급전 방사체(23)는 외부 회로와 연결되지 않는 다. 이처럼 분리된 방사체 중 하나의 방사체만을 급전부에 연결시킴으로써, 상기 급전 방사체(22)는 모노폴 형태의 안테나를 형성하며, 상기 무급전 방사체(23)는 상기 급전 방사체(22)와 전자기적 결합에 의해 안테나의 공진길이를 변화시킨다.

상기 유전체 블럭(21)의 상면에 형성되는 급전 방사체(22) 및 무급전 방사체(23)는 제1 슬릿(24)에 의해 분리된다.

본 실시형태에서는 상기 제1 슬릿(24)의 형태는 계단형태로 형성된다. 상기 제1 슬릿(24)을 통해 상기 급전 방사체(22)와 무급전 방사체(23)가 용량결합을 일으키게 된다.

이처럼 계단형태의 슬릿을 형성함으로써, 상기 급전 방사체(22)와 무급전 방사체(23) 사이의 대향하는 면이 길어질 수 있다. 따라서, 상기 슬릿의 형태를 직선형태로 하는 경우에 비해 계단형태로 하면, 이격된 급전 방사체(22)와 무급전 방사체(23) 사이의 커플링을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 상기 제1 슬릿(24)의 폭을 일정하지 않게 형성하였다. 즉, 상기 제1 슬릿(24)의 폭이 양단부에서 중앙부로 갈수록 점점 좁아지도록 형성하였다. 상기 제1 슬릿(24)의 폭에 따라 상기 급전 방사체(22)와 상기 무급전 방사체(23) 사이의 커플링 세기가 달라지고, 상기 커플링의 세기를 조절하여 안테나 특성을 조절할 수 있다.

본 실시형태에서는, 상기 제1 슬릿(24)의 일단부에서의 폭(L1)이 중앙부에서 의 폭(L2)보다 크게 형성됨으로써, 상기 급전 방사체(22) 및 무급전 방사체(23) 사이의 커플링 방사특성을 조절할 수 있다.

상기 유전체 블럭(21)의 상면의 일부 영역 및 다른 영역에 각각 형성된 급전 방사체(22) 및 무급전 방사체(23)는 각각 서로 대향하는 측면을 통해 상기 유전체 블럭(21)의 하면으로 일부가 연장되어 있다.

상기 유전체 블럭(21)의 하면에 형성된 급전 방사체(22) 및 무급전 방사체(23)는 제2 슬릿(25)에 의해 분리되어 있다.

상기 제2 슬릿(25)의 형태는 상기 제1 슬릿(24)의 형태와는 다르게 대향하는 두변을 직선으로 연결하는 형태이다. 상기 제2 슬릿(25)은, 상기 제1 슬릿(24)과는 다르게 상기 급전 방사체(22)와 무급전 방사체(23) 사이의 커플링을 조절하기 위한 기능보다는 단순히 상기 급전 방사체(22)와 무급전 방사체(23)를 이격시키는 역할을 한다. 상기 제2 슬릿(25)은 제1 슬릿(24)에 대하여 소정의 각을 유지하도록 하여 방사특성을 조절할 수 있다.

도3a 및 도3b는, 본 발명의 일실시형태에 따른 칩 안테나에 사용되는 유전체 블럭의 사시도 및 분해 사시도이다.

도3a 및 도3b를 참조하면, 본 실시형태에 따른 유전체 블럭(31)은 제1 유전체 블럭(31b), 기생 방사체(38), 및 제2 유전체 블럭(31a)을 포함한다.

상기 제1 유전체 블럭(31b)과 제2 유전체 블럭(31a) 사이에 기생 방사체(38) 를 적층시켜, 적층체로 형성된 유전체 블럭을 형성할 수 있다.

본 실시형태에서는, 상기 기생 방사체(38)는, 수평으로 소정간격 이격되어 형성되는 2 개의 기생 방사체를 사용한다.

상기 2개의 기생 방사체(38)는 상기 유전체 블럭(31) 상에 형성되는 급전 방사체 및 무급전 방사체와 각각 용량결합을 이룬다. 따라서, 상기 급전 방사체 및 무급전 방사체와 상기 기생방사체 사이의 용량결합의 세기에 따라 안테나 특성이 변화될 수 있다.

이처럼, 내부에 기생방사체가 포함된 유전체 블럭을 사용하는 경우, 상기 유전체 블럭 상에 형성되는 급전방사체 및 무급전 방사체의 형태를 변경시키지 않고, 상기 유전체 블럭 제조시 기생방사체 사이의 간격, 및 적층 높이 등을 변경시켜 안테나 특성을 튜닝할 수 있는 이점이 있다.

도4는, 본 발명의 일실시예에 따른 칩안테나와 종래기술에 따른 칩안테나의 전압정재파비를 비교한 그래프이다.

본 실시예에 따른 칩 안테나(A)는, 15×7×6mm의 크기를 갖는 유전체 블럭, 상기 유전체 블럭의 상면에서는 계단형태의 제1 슬릿에 의해 분리되고, 상기 유전체 블럭의 하면에서는 일자형 제2 슬릿에 의해 분리되며, 각각 상기 유전체 블럭의 측면을 통해 연결되는 급전방사체와 무급전 방사체를 사용한다.

종래기술에 따른 칩 안테나(B)는, 15 ×7×6mm의 크기를 갖는 유전체 블럭,상기 유전체 블럭의 상면, 하면 및 측면 상에 연장되어 형성되며 급전 방사체와 무 급전 방사체의 구별이 없이 하나로 연결된 방사체를 급전부에만 연결시킨 방사체를 사용한다.

도4를 참조하면, 하나로 연결된 방사체를 사용하는 경우(B)는, 2㎓ 부근의 대역에서만 VSWR이 3 이하로 나타나는 것에 비해, 슬릿에 의해 급전방사체와 무급전 방사체가 분리된 방사체를 사용하는 경우(A)에는 2㎓ 대역뿐만 아니라 3㎓ 대역에 대해서도 VSWR이 3:1 이하로 나타나 안테나의 특성이 개선됨을 알 수 있다.

즉, 본 실시예의 안테나에 의하면, 블루투스대역(약 2.4 ~ 2.48 ㎓), 위성 DMB 대역등을 모두 포함할 수 있는 초광대역 안테나를 실현할 수 있다. 또한, 이러한 초광대역 특성은 실질적으로 멀티밴드 특성으로 발현될 수도 있다. 따라서, 종래의 PIFA와 같이 방사패치에 U-슬롯을 형성하는 등의 복잡한 설계방법에 의하지 않더라도 멀티밴드특성을 얻을 수 있다.

나아가, 본 실시형태의 칩안테나에서는, 급전방사체 및 무급전 방사체의 형태는 물론, 제1 및 제2 슬릿의 형성위치, 또는 폭을 변화시킴으로써 공진주파수 및 대역폭을 조절할 수 있다.

도5는, 도2의 실시형태에 따른 칩 안테나(A)와, 도3의 유전체블럭을 사용하는 실시형태에 따른 칩안테나(B)의 VSWR 특성을 비교하는 그래프이다.

본 실시예에서 일실시형태에 따른 칩 안테나(A)는, 15 ×7×6mm의 크기를 갖는 유전체 블럭, 상기 유전체 블럭의 상면에서는 계단형태의 제1 슬릿에 의해 분리되고, 상기 유전체 블럭의 하면에서는 일자형 제2 슬릿에 의해 분리되며, 각각 상 기 유전체 블럭의 측면을 통해 연결되는 급전방사체와 무급전 방사체를 사용한다.

다른 실시형태에 따른 칩 안테나(B)는, 5 ×7×6mm의 크기를 갖는 유전체 블럭, 상기 유전체 블럭의 상면에서는 계단형태의 제1 슬릿에 의해 분리되고, 상기 유전체 블럭의 하면에서는 일자형 제2 슬릿에 의해 분리되며, 각각 상기 유전체 블럭의 측면을 통해 연결되는 급전방사체와 무급전 방사체, 및 상기 유전체 블럭의 내부에 형성되는 두 개의 기생 방사체를 포함한다.

도5를 참조하면, 기생방사체를 포함하는 칩안테나(B)의 경우 기생방사체를 포함하지 않는 칩안테나(A)에 비해 4 ~ 5 ㎓ 대역에서 VSWR 특성이 더 낮게 나타난다. 따라서, 상기 유전체 블럭의 내부에 기생 방사체를 포함하는 적층형태의 유전체 블럭을 사용하여 안테나의 효율을 증가시킬 수 있고, 이때 상기 기생방사체는 안테나의 전체 임피던스에 크게 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 즉, 상기 급전 방사체 및 무급전 방사체의 형태, 제1 슬릿 및 제2 슬릿의 형태 등은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 구현될 수 있다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

본 발명에 따르면, 모노폴 형태의 칩안테나에서 방사체를 슬릿에 의해 분리시킴으로써 분리된 방사체의 커플링에 의해 초광대역 특성을 나타내는 칩안테나를 얻을 수 있다.

Claims

서로 대향하는 제1 및 제2 주면과, 상기 제1 및 제2 주면을 연결하는 복수개의 측면을 갖는 유전체 블럭;

상기 유전체 블럭의 제1 주면의 일영역에 형성되며, 상기 제1 주면에 인접한 제1 측면을 통해 상기 제2 주면의 일부분까지 연장되고 일단이 급전부와 연결되는 급전 방사체; 및

상기 유전체 블럭의 제1 주면의 다른 영역에 형성되며, 상기 제1 주면에 인접한 제2 측면을 통해 상기 제2 주면의 일부분까지 연장되는 무급전 방사체를 포함하며,

상기 제1 주면의 일측 상부 및 상기 일측에 대향하는 타측 하부를 연결하는 오픈영역으로 이루어진 계단형태이며 폭이 일정하지 않은 제1 슬릿에 의해 상기 급전 방사체와 상기 무급전 방사체가 상기 제1 주면 상에서 이격되며, 상기 제2 주면의 마주하는 두 변을 연결하는 오픈 영역으로 이루어진 제2 슬릿에 의해 상기 급전 방사체와 상기 무급전 방사체가 상기 제2 주면 상에서 이격되는 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.
제1항에 있어서,

상기 유전체 블럭은,

직육면체인 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1 측면과 제2 측면은,

서로 대향하는 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 슬릿은,

일단부에서 중앙부로 갈수록 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제2 슬릿은,

폭이 일정한 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.
제1항에 있어서,

상기 유전체 블럭의 내부에 상기 급전 방사체 및 무급전 방사체와 직접 접촉되지 않는 적어도 하나의 기생 방사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.
제7항에 있어서,

상기 적어도 하나의 기생방사체는,

소정거리 이격된 두 개의 기생방사체인 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.
제7항에 있어서,

상기 유전체 블럭은,

제1 유전체 블럭층;

상기 제1 유전체 블럭층 상에 형성되는 상기 기생 방사체; 및

상기 기생 방사체를 덮는 제2 유전체 블럭층을 포함하는 적층 구조인 것을 특징으로 하는 초광대역 칩 안테나.