KR100870996B1

KR100870996B1 - 내장형 안테나

Info

Publication number: KR100870996B1
Application number: KR1020070017817A
Authority: KR
Inventors: 김종수; 이경호; 이인영; 조상혁; 이현정
Original assignee: 주식회사 아모텍
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-11-27
Also published as: KR20080078149A

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 내장형 안테나를 제공한다. 제 1방사체패턴이 형성된 상층 유전체블럭과; 제 2방사체패턴이 형성된 하층 유전체블럭; 및 하나 이상의 에어갭이 수직방향으로 천공되고, 상기 상층 유전체 블럭과 상기 하층 유전체블럭 사이에 설치되어, 상기 제 1방사체패턴과 상기 제 2방사체패턴을 전기적으로 연결하는 중층 유전체블럭을 포함하여 구성된다. 이러한 구성의 본 발명의 내장형 안테나는 방사체 패턴이 형성된 유전체블럭을 적층 형성하여 동일한 유전체 체적을 갖는 안테나에 대해 공진주파수를 하향이동시키며, 원하는 공진주파수에 대해 넓은 대역폭을 갖는 내장형 안테나를 얻을 수 있게 된다.

내장형, 안테나, 미앤더, 유전체, 적층, PIFA, 에어갭

Description

내장형 안테나{Internal antenna}

도 1은 종래기술에 따른 내장형 안테나를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 안테나의 분해사시도이다.

도 3은 도 2의 "A"부분의 결합상태도이다.

도 4는 도 2의 "B"부분의 결합상태도이다.

도 5는 도 2의 "C"부분의 결합상태도이다.

도 6은 도 2의 결합상태도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 상층 유전체블럭 120 : 상부 방사체패턴

130 : 제 1하부 방사체패턴 140 : 제 2하부 방사체패턴

200 : 중층 유전체블럭 295a, 295b : 에어갭

300 : 하층 유전체블럭 370 : 접지패드

380 : 급전패드 390 : 제 2방사체패턴

본 발명은 이동통신 단말기의 내장형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다층구조의 유전체블럭을 형성하며, 유전체블럭간에 에어갭이 형성되어 임피던스조절이 용이하고, 넓은 대역의 방사특성을 갖는 다층구조의 내장형 안테나에 관한 것이다.

최근 GPS(Global Position System) 기능을 활용한 네비게이션 시스템, 무선 인터넷, 및 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 새로운 어플리케이션의 등장으로 새로운 수익을 창출할 수 있는 파생 정보 상품이 속속 등장하고 있다. 이러한 무선통신 시스템은 기존의 개인 이동통신 서비스가 보편화됨에 따라 셀룰러 및 PCS(Personal Communication Service) 이동통신 시스템과 연동되어 운용될 수 있도록 많은 연구 개발이 집중되고 있다. 실제로 최근에 국내외에서도 화재 및 조난 등의 위험상황을 대비한 응급구조 서비스의 법제화 추세와, GPS 기능 및 LBS(Location-Based Service)시스템을 개인 이동통신과 연동하여 운용할 수 있도록 새로 출시되는 이동 단말기에 GPS 기능이 의무화돼 각종 교통, 보안 및 물류 등의 부가 서비스 기능이 더욱 활발히 전개되어 새로운 부가가치를 창출하고 있다. 이와 같이 정보화 사회로의 발전은 이동통신용 개인 단말기의 이동성을 증대하기 위한 소형화와 다기능화를 요구하고 있으며, 전체적인 RF-Front End를 구성하는 수동/능동 부품의 SOC(System on Chip)화를 위해 안테나의 소형화가 요구되고 있다. 따라서 최근에는 공진형 안테나의 실효 전류 길이를 증가시키기 위해서 방사 패치를 구조적으로 변형하거나 3차원적으로 방사 구조를 디자인하는 방법이 안테나의 소형화를 이루는 구조로 주목받고 있으며, 특히 PIFA(Planar Inverted F-Antenna)구조와 같이 급전 방향의 리액턴스를 최소화한 공진 구조와 슬릿 부설에 의한 단순 변형구조의 접목으로 보다 소형화된 칩 안테나 구조가 다양하게 소개되었다.

도 1은 종래기술에 따른 내장형 안테나(한국등록특허:10-0442053)를 나타낸 도면이다.

도 1의 (a)는 안테나 형상을 각 층의 유전체시트에 배열된 도체패턴과 비아홀의 위치를 도시하여 나타낸 사시도이다. 도 1(b)는 도 1(a)의 하층부를 나타낸 평면도이고, 도 1(c)는 도 1(a)의 중층부를 나타낸 평면도이고, 도 1(d)는 도 1(a)의 상층부를 나타낸 평면도이다.

도 1(a)는 유전체블럭(10)의 표면에 인쇄된 미앤더라인 형태의 도체패턴을 동일 유전상수와 체적을 갖도록 유전체블럭(10)의 상, 중, 하층부에 소정의 선폭(30a), 선사이간격(30b)을 갖는 도체패턴의 형상을 적층구조를 이용하여 각각 제 1차 도체패턴(31, 32), 제 2차 도체패턴(41, 42, 43, 44), 제 3차 도체패턴(51)으로 분리된 형상의 도체패턴을 도시하였다. 또한 제 1차 도체패턴과 제 2차 도체패턴은 유전체시트에 비아펀칭을 통해 원형의 구멍을 만들고 그 내부에 전도체를 채운 원기둥 형상의 1차 비아홀(61)을 통해 전기적으로 연결되어 있으며, 제 2차 도 체패턴과 제 3차 도체패턴은 2차 비아홀(62)을 통해 연결되어있다. 도 1(b)는 솔더링을 통해 기판과 연결되는 급전부(21)와 급전부의 측면으로 L형상을 갖도록 90도 수직방향으로 연결부 도체패턴(22)이 연결되고, 도 1(a)의 하층부 도체패턴(51)은 도 1(b)에 도시한 바와 같이 수직(52)-수평(53)-수직(54)방향으로 상호 90도 절곡된 계단형 구조를 갖는 형태로 도체패턴이 형성되어있다. 중층부 도체패턴은 수평방향패턴(41,42,43,44)으로만 배열되어 있으며, 상층부 도체패턴(31,32)도 도 1(d)에 도시한 바와 같이 상호 90도 절곡된 계단형 도체패턴(33,34,35,36,37,38)의 연결을 통해 형성되어 있다. 또한 미앤더라인 형태의 분리된 도체패턴은 베이스유전체블럭의 높이방향으로 제 2차 도체패턴-제 1차 도체패턴-제 2차 도체패턴-제 3차 도체패턴의 순서로 수직계단형으로 등간 적층된 구조이다.

상술한 바와 같이 종래의 적층형 구조를 갖는 내장형 안테나는 적절한 도체패턴간의 상호 결합을 유지하면서, 동일한 유전체 체적을 갖는 안테나에 대해 공진 주파수를 하향이동시킬 수 있다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 도체패턴이 형성된 유전체블럭를 적층형성하여 안테나의 크기를 줄일 수는 있었지만, 도체패턴이 형성된 얇은 유전체시트가 적층형성됨으로써, 제 1차 도체패턴-제 2차 도체패턴-제 3차 도체패턴 간의 간극이 좁아짐으로 인해 간섭이 발생하게 되고, 미세한 간섭에 따라 그 특성이 변화하기 때문에 특성조정이 어려운 문제점이 있다. 이로 인해 구현하고자 하는 공진주파수의 임피던스조절이 용이하지 않아 미세조정이 힘들게 되고, 구현하고자 하는 공진주파수의 대역폭이 좁아지는 현상이 발생하였다. 또한, 안테나 복사체의 패턴 이 매우 복잡할 뿐만 아니라 원하는 특성을 얻기 위한 조정인자가 너무 많기 때문에 규격에 맞는 안테나를 생산하는데 어려움이 많았다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 상층 방사체패턴과 하층 방사체패턴간의 간섭을 최소화하여줌으로써 구현하고자하는 안테나의 공진주파수의 대역폭을 확장시키는 것을 목적으로 한다. 또한, 방사체 패턴의 형상 또는 유전재료 등을 변경하지 않고서도 용이하게 임피던스를 조절하여 빠른시간에 원하는 특성을 얻을 수 있는 내장형 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이동 단말기의 내장형 안테나는 제 1방사체패턴이 형성된 상층 유전체블럭과; 제 2방사체패턴이 형성된 하층 유전체블럭; 및 하나 이상의 에어갭이 수직방향으로 천공되고, 상층 유전체 블럭과 하층 유전체블럭 사이에 설치되어, 제 1방사체패턴과 제 2방사체패턴을 전기적으로 연결하는 중층 유전체블럭을 포함하여 구성된다.

바람직하게는, 하층 유전체블럭의 상면에 제 1방사체패턴이 형성된다.

또한, 제 1방사체패턴과 제 2방사체패턴은 중층 유전체블럭에 형성된 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 하층 유전체블럭은 도전성의 급전패드 및 접지패드가 일측부상에 서로 이격되어 형성되고, 급전패드 및 접지패드는 중층 유전체블럭에 형성된 비아홀을 통해 제 1방사체패턴과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 하층, 중층, 및 상층 유전체블럭은 PCB를 이용하여 제조되는 것이 바람직하다.

이와 같이 이루어진 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 안테나의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 "A"부분의 결합상태도이며, 도 4는 도 2의 "B"부분의 결합상태도이고, 도 5는 도 2의 "C"부분의 결합상태도이며, 도 6은 도 2의 결합상태도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 안테나(500)는 방사체 패턴이 형성된 평판 형상의 상층 유전체블럭(100), 방사체 패턴이 형성된 평판 형상의 하층 유전체블럭(300), 에어갭(295a, 295b)이 수직방향으로 천공되고, 상층 유전체블럭(100)과 하층 유전체블럭 사이(300)에 적층형성되는 중층 유전체블럭(200)을 포함한다.

상층 유전체블럭(100)의 대각선 방향에 위치한 모서리 부위에는 비아홀(110a, 110b)이 천공된다. 비아홀(110a, 110b)의 내측면은 전도성재질로 도금 또 는 충진된다. 상층 유전체블럭(100)의 상면에는 미앤더라인 형태의 상부 방사체패턴(120)이 형성된다. 상층 유전체블럭(100)의 저면에는 제 1하부 방사체패턴(130)과 제 2하부 방사체패턴(140)이 형성된다. 상부 방사체패턴(120)의 일단은 비아홀(110b)을 통해 제 1하부 방사체패턴(130)의 일단과 전기적으로 연결되며, 상부 방사체패턴(120)의 타단은 비아홀(110a)을 통해 제 2하부 방사체패턴(140)의 일단과 전기적으로 연결된다. 제 1하부 방사체패턴(130)의 타단은 비아홀(110b)이 형성된 모서리에 가장 가까이에 있는 모서리 부위에 형성되며, 중층 유전체 블럭(200)에 설치된 전도성 접속패드(220)와 접속된다. 제 2하부 방사체패턴(140)의 타단은 비아홀(110a)이 형성된 모서리에 가장 가까이에 있는 모서리 부위에 형성되며, 중층 유전체 블럭(200)에 설치된 전도성 접속패드(250)와 접속된다.

여기서, 상층 유전체블럭(100)의 상부 방사체패턴(120)과 하부 방사체패턴(130, 140)을 제 1방사체 패턴이라고 통칭하게 되는데, 제 1방사체 패턴의 형상은 원하는 공진 주파수에 따라 변경이 가능하며, 제 1방사체 패턴의 선폭 및 선간 간격등은 원하는 공진주파수에 따라 달라지게 된다.

한편, 중층 유전체 블럭(200)에는 적어도 하나 이상의 에어갭(295a, 295b)이 형성되며, 에어갭(295a, 295b)은 중층 유전체블럭(200)에 수직방향으로 길이(A) 및 폭(B)을 갖으며 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중층 유전체블럭(200)은 2개의 에어갭(295a, 295b)을 갖지만, 에어갭의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니며, 원하는 공진 주파수에 따라 그 수를 달리할 수 있다. 또한, 에어갭(295a, 295b)의 형태, 관통 구멍의 길이(I) 및 폭(M)등은 원하는 공진 주파수에 따라 달라질 수 있 다.

중층 유전체블럭(200)의 상면과 하면 각각의 모서리 부위에는 전도성 접속패드(220 내지 290)가 설치된다. 이중, 상면의 3개의 전도성 접속패드(220, 230, 250)는 내부가 전도성 재질로 도금 또는 충진된 비아홀(210a, 210b, 210c)을 통해 하면의 3개의 전도성 접속패드(280, 290, 270)와 전기적으로 연결된다. 전도성 접속패드(240, 260)는 비아홀이 형성되어 있지 않은 모서리부위의 상면과 하면에 각각 설치된다.

하층 유전체블럭(300)의 상면에는 미앤더라인 형태의 제 2방사체패턴(390)이 형성된다. 제 2방사체패턴(390)은 최소한 하층 유전체블럭(300)의 높이만큼 단말기의 메인보드 PCB상의 노그라운드(NO-GND)영역과 이격되어 형성된다. 따라서, 노그라운드(NO-GND)영역을 형성해 주기 위해 메인보드상에 할당되는 공간이 줄어들게 됨으로써 이동단말기의 슬림화 소형화에 부합하는 내장형 안테나를 제공할 수 있다.

제 2방사체 패턴(390)의 일단은 중층 유전체블럭(200)에 설치된 전도성 접속패드(270)와 접속된다.

하층 유전체블럭(300) 저면의 일측 끝단 모서리 부위에는 접지패드(370) 및 급전패드(380)가 설치된다. 접지패드(370)는 내부가 전도성 재질로 도금 또는 충진된 비아홀(310a)를 통해 전도성 접속패드(320)와 전기적으로 연결되며, 급전패드(380)는 내부가 전도성 재질로 도금 또는 충진된 비아홀(310b)를 통해 전도성 접속패드(330)와 전기적으로 연결된다. 비아홀이 형성되어 있지 않은 하층 유전체블 럭(300)의 일측 모서리의 상면과 하면에는 각각 전도성 접속패드(340, 350)가 설치되며, 전도성 접속패드(350)가 설치된 모서리에 인접하는 모서리에도 전도성 패드(360)가 설치된다.

상층, 중층, 및 하층 유전체 블럭(100, 200, 300)은 PCB로 제조되는 것이 바람직하다. PCB는 에어갭을 형성하기가 용이할 뿐만이 아니라, 에어갭의 길이(I) 및 폭(M)을 조절하여 빠른시간 안에 원하는 특성을 얻기가 용이하기 때문이다.

상층, 중층, 및 하층 유전체 블럭(100, 200, 300)에서 하층 유전체 블럭(300)의 높이는 세개의 유전체블럭 중 최소로 하고, 중층 유전체 블럭(200)의 높이는 세개의 유전체블럭 중 최대가 되도록 한다. 중층 유전체블럭(200)의 높이를 상대적으로 다른 유전체블럭 보다 높게 하여, 충분한 에어갭을 확보해줌으로써 제 1방사체 패턴(120)과 제 2방사체패턴 사이의 간섭을 최소로 한다. 그리고, 하층 유전체블럭(300)의 높이는 최소로 하여 안테나의 전체적인 사이즈는 작게 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 중층 유전체블럭(200)은 하층 유전체블럭(300)의 상면에 적층형성되고, 상층 유전체블럭(100)은 중층 유전체 블럭(200)의 상면에 적층 형성된다. 따라서, 상층 유전체블럭(100)에 형성된 제 2하부 방사체패턴(140)과 하층 유전체블럭(300)의 상면에 형성된 제 2방사체 패턴(390)은 내부가 전도성 재질로 도금 또는 충진된 비아홀(210c)을 통해서 전기적으로 연결되고, 제 1방사체패턴(120 내지 140)과 제 2방사체패턴(390)은 하나의 방사체 라인을 형성하게 된다. 또한, 급전패드(380)는 비아홀(310b, 210b)을 통해 제 1하부 방사체패턴(130)의 일측 끝단과 연결되고, 접지패드(370)는 비아홀(310a, 210a)을 통해 제 1하부 방사체 패턴(140)의 타측 끝단과 연결되게 된다.

종래에는 단말기 환경이 바뀜에 따라 방사체패턴의 형상 또는 유전재료를 변경하였으나, 도 6에서와 같이, 본 발명의 다층구조의 내장형 안테나는 방사체 패턴의 형상 또는 유전재료 등을 변경하지 않고서도, 그 중층 유전체 블럭(200)에 형성된 에어갭(295a, 295b)의 개수를 조절하거나 에어갭의 길이(I) 및 폭(M)을 조절하게 되면 빠른시간 안에 원하는 특성을 얻을 수 있게 된다. 즉, 간단하게 구조변경을 행하여 상층 유전체 블럭(100)과 하층 유전체 블럭(300)사이의 에어갭을 조절할 수 있으므로 방사체 패턴의 형상 또는 유전재료 등의 변경에 따른 정밀한 공정이 줄어들게 되고, 그에 따른 비용을 절감할 수 있게 된다. 또한, 상층 유전체 블럭(100)과 하층 유전체블럭 사이에 에어갭을 형성하여 줌으로써 제 1방사체패턴(120내지240)과 제 2방사체패턴(390)간의 간섭을 최소화하여줌으로써 원하는 공진주파수에서 보다 넓은 대역폭을 갖는 내장형 안테나를 제공하여 줄 수 있게 된다. 또한, 방사체 패턴이 형성된 상층, 중층, 및 하층 유전체 블럭(100, 200, 300)을 적층하여 형성해줌으로써, 도체패턴 간의 상호 결합을 유지하면서 동일한 유전체 체적을 갖는 안테나에 대해 공진 주파수를 하향이동시킬 수 있게 된다. 즉, 안테나의 특성에 큰 지장을 주지 않으면서도 안테나의 크기를 효과적으로 감소할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져는 안될 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내장형 안테나는 임피던스조절이 용이하여 빠른시간 안에 원하는 특성을 구현하는 내장형 안테나를 얻을 수 있게 됨으로써, 종래의 방사체 패턴의 형상 또는 유전 재료 등의 변경에 따른 정밀한 공정이 필요 없게 되고 비용 역시 절감할 수 있게 된다. 또한, 방사체 패턴이 형성된 유전체블럭을 적층 형성하여 동일한 유전체 체적을 갖는 안테나에 대해 공진 주파수를 하향이동시키며, 방사체패턴이 형성된 유전체블럭 사이에 유전율을 최소로 하는 에어갭을 형성하여 상층 방사체패턴과 하층 방사체패턴간의 간섭을 최소화하여줌으로써, 원하는 공진주파수에 대해 넓은 대역폭을 갖는 내장형안테나를 얻을 수 있게 된다.

Claims

제 1방사체패턴이 형성된 상층 유전체블럭;

제 2방사체패턴이 형성된 하층 유전체블럭; 및

하나 이상의 에어갭이 수직방향으로 형성되고, 상기 상층 유전체 블럭과 상기 하층 유전체블럭 사이에 설치되어, 상기 제 1방사체패턴과 상기 제 2방사체패턴을 전기적으로 연결하는 중층 유전체블럭을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 하층 유전체블럭의 상면에 상기 제 2방사체패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 제 1방사체패턴과 상기 제 2방사체패턴은 상기 중층 유전체블럭에 형성된 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 하층 유전체블럭은 도전성의 급전패드 및 접지패드가 일측부상에 서로 이격되어 형성되고, 상기 급전패드 및 상기 접지패드는 상기 중층 유전체블럭에 형 성된 비아홀을 통해 상기 제 1방사체패턴과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 하층, 중층, 및 상층 유전체블럭은 PCB를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.