KR100876475B1 - 내장형 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 내장형 안테나를 제공한다. 이동 통신 단말기에 내장되는 내장형 안테나에 있어서, 유전체 기판; 유전체 기판에 형성되어 소정의 주파수 대역에서 공진하는 방사부; 및 유전체 기판보다 높은 유전율을 갖으며, 방사부의 상면에 탑재되는 유전체 블럭을 포함한다. 이러한 구성의 본 발명의 내장형 안테나는 본 발명은 기존의 내장형 안테나의 크기를 줄일 수 있게 하고 이동 통신 단말기 설계시 뛰어난 공간 유연성을 제공하여 다양한 형태를 갖는 이동 통신 단말기에 모두 적용하여 사용할 수 있다.
내장형, 안테나, PIFA, 모노폴, 공진 주파수, 광대역, 유전체 블럭

Description

내장형 안테나{Internal antenna}
도 1a는 패치 안테나의 방사부 상면 전체에 유전체 블럭이 탑재된 경우의 구조를 도시한 사시도이다.
도 1b는 도 1a에서 I-I'의 단면도이다.
도 2a는 패치 안테나 방사부에서 전계의 세기가 가장 큰 부분에 유전체 블럭이 탑재된 경우의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2b는 도 2a에서 V-V'의 단면도이다.
도 3a는 저주파 대역에서 제 1패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 1패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이다.
도 3b는 저주파 대역에서 제 2패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 2패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b의 측정값을 정리한 도표이다.
도 4a는 고주파 대역에서 제 1패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 1패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이다.
도 4b는 고주파 대역에서 제 2패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 2패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이다.
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 측정값을 정리한 도표이다.
도 5a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 내장형 평면 역 에프 안테나(PIFA)의 구조를 설명하기 위한 구조도이다.
도 5b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나(PIFA)의 특성을 설명하기 위한 도표이다.
도 5c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나(PIFA)의 특성을 설명하기 위한 도표이다.
도 6a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 구조를 설명하기 위한 구조도이다.
도 6b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 특성을 설명하기 위한 도표이다.
도 6c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 특성을 설명하기 위한 도표이다.
도 7a는 본 발명의 제 3실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구조를 설명하기 위한 구조도이다.
도 7b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
도 7c는 본 발명의 제 3실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
도 8a는 본 발명의 제 4실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구조를 설명하기 위한 구조도이다.
도 8b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
도 8c는 본 발명의 제 4실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 유전체 블럭 12 : 급전선
13, 20, 26 : 방사부 15 : 유전체 기판
17 : 접지면 18 : 제 1패치 안테나
19 : 제 2패치 안테나 21, 25, 38 : 유전체 기판
22 : 유전체 블럭 30 : 제 1방사부
32 : 제 2방사부 34 : 제 3방사부
40 : 모노폴 안테나부 43 : 다이폴 안테나부
본 발명은 이동통신 단말기의 내장형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유전체 블럭을 이용하여 안테나의 크기감소와 방향성 증가의 효과를 갖는 내장형 안테나에 관한 것이다.
최근에는 무선통신 단말기가 점점 소형화, 경량화 되어감에 따라 무선통신 단말기의 가장 큰 부품 중의 하나인 안테나를 수신감도와 전자파의 유해성(SAR) 등을 고려하여 점점 크기가 작은 안테나로 설계하고 있는 추세이다.
일반적으로 안테나는 전기적 에너지를 전파로 바꾸거나 전파를 수신하는 장치로서, 현재 이동 통신 기기용 안테나는 이동 통신 단말기에 결합되어 외부로 돌출 형성되는 외장형 안테나와, 이동통신단말기의 케이스 내부나 배터리 안에 형성되게 한 내장형 안테나로 크게 대별된다고 할 수 있다. 세계시장 특히 유럽의 GSM용 단말기는 대부분 내장형 안테나를 채택하고 있으며, 이러한 이동 통신 단말기의 세계시장에 대한 흐름과 맞물려 국내시장에서도 외장형 안테나에서 내장형 안테나로의 대체가 가속화되고 있고, 이를 위한 연구개발이 지속적으로 수행되고 있는 실정이다.
기존의 이동 통신 단말기용 내장형 안테나로는 금속판에 역에프(F) 형태로 급전시키는 역 에프형 안테나 및 단말기의 본체기판상에 적층하는 적층형 안테나가 존재하나, 이는 방사패턴의 협대역 및 지향성이 강한 특성을 지니는 것으로서, 안테나의 크기에 있어 설계시 공간상의 제약을 많이 받을 뿐만 아니라 단말기의 소형화를 저해하는 요소가 될 수 있으며 이들 또한 통신서비스의 다양화에 따른 멀티밴드 광대역화에는 기술적인 어려움이 뒤따르는 문제점이 있다. 또한, 모노폴 안테나도 단말기 내부에 그 길이에 충분한 공간을 별도로 마련해야 하므로, 단말기의 소형화를 위한 제품설계에 제약이 따르는 문제가 있다.
단말기 소형화 및 슬림화에 따라 내장형 안테나 장착 공간이 감소하면서 종래의 내장형 안테나는 최근의 소형화 추세에 따라 전체적인 안테나 성능이 저하되고 이로 인한 단말기 성능저하로 단말기의 초소형, 초슬림화 구현의 어려움이 발생하였다. 따라서, 초소형 및 초슬림화되어가는 단말기에 적합한 소형화 및 방향성이 향상된 내장형 안테나에 대한 필요성이 제기되고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 고유전율을 갖는 유전체 블럭을 이용하여 안테나의 크기를 소형화해주고, 방향성을 향상시켜주어 이동 통신 단말기의 초소형, 초슬림화 구현에 부합하는 내장형 안테나를 제공한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 내장형 안테나는 이동 통신 단말기에 내장되는 내장형 안테나에 있어서, 유전체 기판; 유전체 기판에 형성되어 소정의 주파수 대역에서 공진하는 방사부; 및 유전체 기판보다 높은 유전율을 갖으며, 방사부의 상면에 탑재되는 유전체 블럭을 포함한다.
특히, 유전체 블럭은 방사부에서 전계의 세기가 큰 부분에 탑재되는 것이 바람직하다.
또한, 방사부는 평면 역 에프형 안테나로 동작하는 것이 바람직하다.
또한, 방사부는 모노폴 안테나로 동작하는 것이 바람직하다.
또한, 방사부는, 소정의 저주파 대역에서 공진하는 제 1방사부; 제 1방사부와 수평으로 소정거리 이격하여 병렬로 배열되고, 소정의 고주파 대역에서 공진하는 제 2방사부; 및 제 1방사부와 수평으로 소정거리 이격하여 병렬로 배열되며, 제 2방사부와 소정거리 이격하여 직렬로 배열되고, 소정의 고주파 대역 및 소정의 저주파 대역에서 공진하는 제 3방사부를 포함하되, 제 3방사부의 일측 끝단은 제 1방사부의 중앙과 서로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 제 1방사부의 양 끝단과 제 2방사부 및 제 3방사부의 외측 끝단은 어느 일측으로 절곡되어 형성되되, 절곡되는 방향은 상호 일치하는 것이 바람직하다.
또한, 유전체 블럭은 제 1방사부의 양 끝단에 탑재되는 것이 바람직하다.
이와 같이 이루어진 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1a 내지 도 2b는 유전체 블럭이 안테나의 방사부에 탑재됨에 따라 달라지는 안테나의 특성을 설명하기 위한 패치 안테나의 구조도이다. 도 1a는 패치 안테나의 방사부 상면 전체에 유전체 블럭이 탑재된 경우의 구조를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a에서 I-I'의 단면도이다. 도 2a는 패치 안테나 방사부에서 전계의 세기가 가장 큰 부분에 유전체 블럭이 탑재된 경우의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a에서 V-V'의 단면도이다.
설명하기에 앞서, 제 1패치 안테나(18)와 제 2패치안테나(19)의 안테나 사이즈는 동일한 것으로 한다. 그리고, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 방사부 상면 전체에 유전체 블럭이 탑재된 패치 안테나를 제 1패치 안테나(18)라 하고, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 방사부에서 전계의 세기가 가장 큰 부분 상면에만 유전체 블럭이 탑재된 패치 안테나를 제 2패치 안테나(19)라 지칭하기로 한다.
제 1패치 안테나(18)는 유전체 기판(15)의 하면에 접지를 위한 도전성의 금속 물질로 이루어진 접지면(17)이 형성되고, 그 상면에는 소정의 주파수 대역에서 공진하기 위한 도전성의 금속 물질로 이루어진 방사부(13)가 형성된다. 접지면(17) 은 이동 통신 단말기의 회로기판에 구비된 접지단(도시생략)과 연결된다.
방사부(13)는 유전체 기판(15)의 상면에 형성되며, 상면에 형성된 방사부(13)는 유전체 기판(15)을 비아홀을 통해 수직하게 관통하는 급전선(12)에 의해 급전단(도시생략)과 전기적으로 연결되어 방사가 이루어지게 된다. 방사부(13)의 상면 전체에는 일정 두께를 갖는 유전체 블럭(10)이 형성된다.
제 2패치 안테나(19)는 유전체 기판(15)의 하면에는 접지를 위한 도전성의 금속 물질로 이루어진 접지면(17)이 형성되고, 그 상면에는 소정의 주파수 대역에서 공진하기 위한 도전성의 금속 물질로 이루어진 방사부(13)가 형성된다. 접지면(17)은 이동 통신 단말기의 회로기판에 구비된 접지단(도시생략)과 연결된다.
방사부(13)는 유전체 기판(15)의 상면에 형성되며, 방사부(13)는 유전체 기판(15)을 비아홀을 통해 수직하게 관통하는 급전선(12)에 의해 급전단(도시생략)과 전기적으로 연결되어 방사가 이루어지게 된다.
유전체 블럭(11)은 방사부(13)의 전계의 세기가 가장 큰 부분(예컨데, 끝단)에 탑재된다. 도 2b를 참조하면, 유전체 블럭(11a, 11b)은 일정 두께를 갖으며 방사부(13)의 어느 두 변의 가장자리에 탑재된다. 이때, 유전체 블럭(11a, 11b)의 두께는 도 1a에 도시한 제 1패치 안테나(18)의 유전체 블럭(10)의 두께와 일치한다.
도 3a는 저주파 대역에서 제 1패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 1패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이며, 도 3b는 저주파 대역에서 제 2패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 2패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이다. 도표에서 가로축은 주파수(frequency), 세로축은 반사손실(Return loss)을 나타낸다. 도 3c는 도 3a 및 도 3b의 측정값을 정리한 도표이다.
여기서, 제 1패치 안테나(18) 및 제 2패치 안테나(19)의 유전체 기판(15)의 유전율(ε1)은 약 4.4로 일정하며, 제 1패치 안테나(18) 및 제 2패치 안테나(19)에 형성된 유전체 블럭(10, 11)의 유전율(ε2)만을 증가시킨 것이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 저주파 대역에서 제 1패치 안테나(18) 유전체 블럭(10)의 유전율(ε2)을 증가시킴에 따라 안테나의 공진 주파수 대역이 점점 낮아지는 것을 확인할 수가 있다. 그리고, 제 2패치 안테나(19) 또한, 저주파 대역에서 유전체 블럭(11a, 11b)의 유전율을 증가시킴에 따라 제 2 패치 안테나(19)의 공진 주파수 대역이 낮아지는 것을 확인할 수가 있다. 하지만, 도 3c를 참조하면, 제 2패치 안테나(19)의 경우(즉, 유전체 블럭(11a, 11b)을 방사부(13)의 전계의 세기가 가장 큰 곳에만 탑재한 경우)가 제 1패치 안테나(18)의 경우(즉, 유전체 블럭(10)을 방사부(13) 전체에 형성된 경우)보다 전반적으로 공진 주파수 대역이 소폭 더 낮아지는 것을 확인할 수가 있다.
도 4a는 고주파 대역에서 제 1패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 1패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이며, 도 4b는 고주파 대역에서 제 2패치 안테나에 탑재된 유전체 블럭의 유전율을 증가시키며 제 2패치 안테나의 반사손실(Return loss)특성을 측정한 도표이다. 도표에서 가로축은 주파수(frequency), 세로축은 반사손실(Return loss)을 나타낸다. 도 4c는 도 4a 및 도 4b의 측정값을 정리한 도표이다.
여기서, 제 1패치 안테나(18) 및 제 2패치 안테나(19)의 유전체 기판(15)의 유전율(ε1)은 약 4.4로 일정하며, 제 1패치 안테나(18) 및 제 2패치 안테나(19)에 형성된 유전체 블럭(10, 11)의 유전율(ε2)만을 증가시킨 것이다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 고주파 대역에서 제 1패치 안테나(18) 유전체 블럭(10)의 유전율을 증가시킴에 따라 안테나의 공진 주파수 대역이 점점 낮아지는 것을 확인할 수가 있다. 그리고, 제 2패치 안테나(19) 또한, 고주파 대역에서 유전체 블럭(11a, 11b)의 유전율을 증가시킴에 따라 제 2 패치 안테나(19)의 공진 주파수 대역이 낮아지는 것을 확인할 수가 있다. 하지만, 도 4c를 참조하면, 제 2패치 안테나(19)의 경우(즉, 유전체 블럭(11a, 11b)을 방사부(13)의 전계의 세기가 가장 큰 곳에만 탑재한 경우)가 제 1패치 안테나(18)의 경우(즉, 유전체 블럭(10)을 방사부(13) 전체에 탑재한 경우)보다 전반적으로 공진 주파수 대역이 소폭 더 낮아지는 것을 확인할 수가 있다.
전술한 측정결과에 따르면, 소정의 저주파 대역 및 소정의 고주파 대역에서, 유전체 기판(15)이 갖는 유전율(실시예에서는 4.4)보다 높은 유전율을 갖는 유전체 블럭을 방사부(13)위에 형성해 주게 되면, 안테나의 공진 주파수 대역이 낮아지게 되고, 구현하고자하는 공진 주파수 구현시 안테나 사이즈를 더욱 소형화시킬 수 있게 된다. 즉, 안테나의 물리적인 크기는 사용하려는 공진 주파수가 낮을수록 커지게 되는데, 유전체 블럭을 방사부(13)에 탑재해줌으로써 종전보다 작은 안테나 사이즈로도 사용하려는 공진 주파수를 구현할 수 있게 된다. 이때, 전계의 세기가 가장 큰 부위에 유전체 블럭을 형성해주게 되면 방사부(13) 전체에 유전체 블럭을 형성해 준 것 이상의 효과를 나타내며 안테나 사이즈를 더욱 소형화시킬 수가 있게 된다.
도 5a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 내장형 평면 역 에프 안테나(PIFA)의 구조를 설명하기 위한 구조도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나(PIFA:Planar Invertered F Antenna)는 베이스 기판(21), 방사부(20), 및 유전체 블럭(22)을 포함하고 있다.
방사부(20)는 베이스 기판(21)의 상면에 형성되며, 제 1방사부(20a) 및 제 2방사부(20b)를 포함하여 평면 역 에프 안테나로 동작하게 된다. 방사부(20)의 일측 끝단은 베이스 기판(21)의 일측에 형성되며, 접지단(도시생략)과 연결되는 접지부(23a)로 형성되고, 방사부(20)의 타측 끝단은 접지부(23b)와 소정거리 이격하여 급전단(도시생략)과 연결되는 급전부(23b)로 형성된다. 방사부(20)는 제 1방사부(20a) 및 제 2방사부(20b)를 포함하여 구성된다. 제 1방사부(20a)는 1/4파장에서 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사하며, 제 2방사부(20b)는 1/2파장에서 소정의 고주파 신호에 대한 전파를 방사한다.
유전체 블럭(22)은 제 1방사부(20a)와 제 2방사부(20b)의 끝단에 각각 탑재된다. 유전체 블럭(22a, 22b)이 제 1방사부(20a)와 제 2방사부(20b)의 끝단에 각각 탑재되는 것은 일반적으로 이 부분이 전계의 세기가 가장 크기 때문이며, 전계의 세기가 가장 큰 부분에 유전체 블럭(22)이 탑재되는 이유는 전술한 바에 근거한다. 만약, 전계의 세기가 가장 큰 부분이 방사부(20)의 끝단이 아닌 다른 부분이라면, 그곳에 탑재시키면 된다.
한편, 도 5a에 도시된 평면 역 에프 안테나 등가회로의 파라미터는 기존의 평면 역 에프 안테나의 등가회로의 파라미터와 동일하다. 또한, 본 발명에 적용되는 평면 역 에프 안테나의 방사부(20)는 상술한 제 1실시예의 형태에 국한되는 것은 아니며, 그 외에 당업자가 용이하게 유추하여 본 발명이 적용될 수 있는 평면 역 에프 안테나의 형태라면 모두 본 발명의 범주에 속한다고 보아야 할 것이다.
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나(PIFA)의 특성을 설명하기 위한 도표이다.
먼저, 본 발명에 따른 제 1실시예에서 적용된 유전체 블럭(22)의 유전율은 약 20이며, 유전체 기판(21)의 유전율은 4.4이다.
도 5b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나(PIFA)의 방향성을 dB값으로 수치화하여 주파수 대역별로 나타낸 도표이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나(PIFA)가 공진하는 주파수 대역(820~2000Mhz)에서, 평면 역 에프 안테나의 방사부(20)에 유전체 블럭(22)을 탑재한 경우가 그렇지 않은 경우보다 전반적으로 방향성(Directivity)이 더 향상되었음을 보여준다. 특히, 소정의 고주파 대역(1840~1930Mhz)에서 1dB이상 방향성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
도 5c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나(PIFA)의 전압정재파비(VSWR)특성을 비교 설명하기 위한 도표이다.
방사부(20)에 유전체 블럭(22)이 탑재된 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나와 방사부(20)에 유전체 블럭(22)이 탑재되지 않은 평면 역 에프 안테나를 비교하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나의 공진 주파수 대역이 방사부(20)에 유전체 블럭(22)을 탑재하지 않은 평면 역 에프 안테나의 공진 주파수 대역에 비해 저주파 대역에서는 약 20Mhz, 고주파 대역에서는 약 90Mhz 정도 감소하는 것을 확인할 수 있다. 전술한 공진 주파수 대역의 감소로 인해 본 발명의 제 1실시예에 따른 평면 역 에프 안테나는 방사부(20)에 유전체 블럭(22)을 탑재하지 않은 평면 역 에프 안테나에 비해 저주파 대역에서는 2.2%정도, 고주파 대역에서는 4.4%정도 안테나 사이즈 감소효과를 얻을 수 있게 된다.
도 6a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 구조를 설명하기 위한 구조도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나는 베이스 기판(25), 방사부(26), 및 유전체 블럭(22)을 포함하고 있다.
방사부(26)는 베이스 기판(25)의 상면에 형성되며, 제 1방사부(26a) 및 제 2방사부(20b)를 포함하여 모노폴 안테나로 동작하게 된다. 방사부(26)의 일측 끝단은 베이스 기판(21)의 일측에 형성되며, 급전단(도시생략)과 연결되는 급전부(27)로 형성된다. 제 1방사부(26a)는 1/4파장에서 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사하며, 제 2방사부(26b)는 1/2파장에서 소정의 고주파 신호에 대한 전파를 방사한다.
유전체 블럭(22)은 제 1방사부(26a)와 제 2방사부(26b)의 끝단에 각각 탑재된다. 유전체 블럭(22a, 22b)이 제 1방사부(26a)와 제 2방사부(26b)의 끝단에 각각 탑재되는 것은 일반적으로 이 부분이 전계의 세기가 가장 크기 때문이며, 전계의 세기가 가장 큰 부분에 유전체 블럭(22)이 탑재되는 이유는 전술한 바에 근거한다. 만약, 전계의 세기가 가장 큰 부분이 방사부(26)의 끝단이 아닌 다른 부분이라면, 그곳에 탑재시키면 된다.
한편, 도 6a에 도시된 모노폴 안테나 등가회로의 파라미터는 기존의 모노폴 안테나의 등가회로의 파라미터와 동일하다. 또한, 본 발명에 따른 모노폴 안테나의 방사부(26)는 상술한 제 2실시예의 형태에 국한되는 것은 아니며, 그 외에 당업자가 용이하게 유추하여 본 발명이 적용될 수 있는 모노폴 안테나 형태라면 모두 본 발명의 범주에 속한다고 보아야 할 것이다.
도 6b 및 6c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 특성을 설명하 기 위한 도표이다.
먼저, 본 발명에 따른 제 2실시예에서 적용된 유전체 블럭(22)의 유전율은 약 20 이며, 유전체 기판(25)의 유전율은 약 4.4이다.
도 6b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 방향성을 dB값으로 수치화하여 주파수대역별로 나타낸 도표이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나가 공진하는 주파수 대역(820~1990Mhz)에서, 방사부(26)에 유전체 블럭(22)을 탑재한 경우가 그렇지 않은 경우보다 전반적으로 방향성(Directivity)이 더 향상되었음을 보여준다. 특히, 소정의 고주파 대역(1840~1960Mhz)에서 1dB이상 방향성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 전압정재파비(VSWR)특성을 비교 설명하기 위한 도표이다.
방사부(26)에 유전체 블럭(22)이 탑재된 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나와 방사부(26)에 유전체 블럭(22)이 탑재되지 않은 모노폴 안테나를 비교하면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나의 공진 주파수 대역이 방사부(26)에 유전체 블럭(22)을 탑재하지 않은 모노폴 안테나의 공진 주파수 대역에 비해 저주파 대역에서는 약 50Mhz, 고주파 대역에서는 약 110Mhz 정도 감소하는 것을 확인할 수 있다. 공진 주파수 대역의 감소로 인해 본 발명의 제 2실시예에 따른 모노폴 안테나는 방사부(26)에 유전체 블럭(22)을 탑재하지 않은 모노폴 안테나에 비해 저주파 대역에서는 5.7%정도, 고주파 대역에서는 6%정도 안테나 사이즈 감소 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 7a는 본 발명의 제 3실시예에 따른 광대역의 내장형 안테나의 구조를 설명하기 위한 구조도이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명에 제 3실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 유전체 블럭(22), 제 1방사부(30), 제 2방사부(32), 제 3방사부(34), 및 베이스 기판(38)으로 구성된다.
제 1방사부(30)는 소정의 폭 및 길이를 갖으며 일자 형상으로 형성된다.
제 2방사부(32)는 소정의 폭 및 길이를 갖으며 일자 형상으로 형성되며, 제 1방사부(30)와 소정거리 이격하여 평행하게 배열된다. 이때, 제 2방사부(32)는 제 1방사부(30)의 소정의 길이 내에서 어느 일측 하부에 이격되게 배열된다.
제 3방사부(34)는 소정의 폭 및 길이를 갖으며 일자 형상으로 형성된다. 제 3방사부(34)는 제 1방사부(30)와는 소정거리 이격하여 평행하게 배열되고, 제 2방사부(32)와는 동축선상에서 소정거리 이격하여 배열된다. 따라서, 제 3방사부(34)의 일측 끝단이 제 2방사부(32)의 일측 끝단과 마주본다. 여기서, 제 2방사부(32)의 길이와 제 3방사부(34)의 길이를 합친 값은 제 1방사부(30)의 길이를 초과하지 않음이 바람직하다.
제 3방사부(34)의 내측 끝단, 즉, 제 2방사부(32)와 마주보는 일측의 상단부는 제 1방사부(30)의 중앙 하단부와 연결되며, 제 3방사부(34)의 내측 끝단(35)은 급전단(PCB 기판에 형성됨, 도시생략)과 연결된다. 또한, 제 2방사부(32)의 내측 끝단(36), 즉, 제 3방사부(34)와 마주보는 일측은 접지단(PCB 기판에 형성됨, 도시생략)과 연결된다.
유전체 블럭(22)은 제 1방사부(30)의 양 끝단 상면에 각각 탑재된다. 유전체 블럭(22a, 22b)이 방사부(26)의 끝단에 각각 탑재되는 것은 일반적으로 이 부분이 전계의 세기가 가장 크기 때문이며, 전계의 세기가 가장 큰 부분에 유전체 블럭(22)이 탑재되는 것은 전술한 바에 근거한다. 만약, 전계의 세기가 가장 큰 부분이 제 1방사부(30)의 끝단이 아닌 다른 부분이라면, 그곳에 탑재시키면 된다.
도 7b 및 도 7c는 본 발명의 제 3실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
동작과정을 설명하기에 앞서, 이하에서는, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)를 모노폴 안테나부(40)라 지칭하고, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)를 다이폴 안테나부(43)로 지칭하기로 한다.
도 7b 및 도 7c를 참조하면, 급전부(35)는 케이블(Cable)의 내부 컨덕터(Innerer conductor)와 전기적으로 연결되어 전류를 공급받고, 접지부(36)는 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 GND영역과 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)는 모노폴 안테나로 동작하게 되고, 모노폴 안테나부(40)는 1/4파장에서 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사한다.
한편, 접지부(36)는 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 GND영역과 전기적으로 연결됨에 따라, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)는 다이폴 안테나 로 동작하게 되고, 다이폴 안테나부(43)는 1/2파장에서 소정의 고주파 신호에 대한 전파를 방사한다. 이때, 제 3방사부(32)는 모노폴 안테나부(40)와 다이폴 안테나부(43) 모두에 속하여 이중모드로 동작하게 되고, 1/2파장과 1/4파장에서 모두 공진하여 소정의 고주파 신호 및 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사하게 된다.
즉, 본 발명의 3실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 이중모드로 동작하는 제 3방사부(34)를 이용하여 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나를 구현하게 된다.
급전부(35)는 제 3방사부(34) 내측 끝단에는 급전부(35)가 형성된다. 본 발명의 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 중앙부에 급전부가 형성됨에 따라 접지면에 전류를 좌우 대칭으로 흐르게 하여 표면전류밀도(Current density distribution)의 왜곡을 감소시키게 된다. 표면전류밀도는 방사패턴에 직접적으로 영향을 미치며, 좌우 대칭적으로 고른 전류 분포는 전자파 인체 흡수율(SAR)을 낮출 수 있으므로, 이로 인하여 본 발명에 따른 안테나는 고주파 대역에서 얻기가 어려운 전방향성 방사 패턴을 얻을 수 있고, 그와 더불어 전자파 인체 흡수율(SAR)을 저감시킬 수 있게 된다. 한편, 급전부(35)는 제 1방사부(30)의 중앙에 위치하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 8a는 본 발명의 제 4실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 8a에 도시된 본 발명의 제 4실시예에 따른 광대역 내장형 안테나를 도 7a의 발명과 비교하면, 도 8a의 발명은 제 1방사부(30)의 양 끝단, 제 2방사부(32)의 외측 끝단, 및 제 3방사부(34)의 외측 끝단에 각각 로딩라인(loading line)이 형성되어 있다. 로딩라인은 한정된 안테나의 사이즈 내에서 방사패턴을 보다 길게 형성하기 위해서 사용되며, 안테나에서 전계의 세기가 강한 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 유전체 블럭(22)은 로딩라인이 형성된 제 1방사부(30)의 양 끝단 상면에 각각 탑재된다. 전계의 세기가 가장 큰 부분에 유전체 블럭(22)이 탑재되는 것은 전술한 바에 근거한다. 만약, 전계의 세기가 가장 큰 부분이 제 1방사부(30)의 끝단이 아닌 다른 부분이라면, 그곳에 탑재시키면 된다.
한편, 로딩라인은 제 1방사부(30)의 양 끝단, 제 2방사부(32)의 외측 끝단, 및 제 3방사부(34)의 외측 끝단에서 어느 일측으로 수직하게 절곡되어 형성된다. 이때, 제 1방사부(30), 제 2방사부(32), 및 제 3방사부(34)의 로딩라인이 절곡되는 방향은 상호 일치하여 형성되며, 서로 수평하게 병렬로 형성된다. 여기서, 로딩라인의 길이를 조절하거나 제 1방사부(30)의 선폭(W) 및 길이(L)을 조절하여 구현하고자하는 공진 주파수를 조절할 수가 있다.
도 8b 및 도 8c는 본 발명의 제 4실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
동작과정을 설명하기 앞서, 이하에서는, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)를 모노폴 안테나부(40)라 지칭하고, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)를 다이폴 안테나부(43)로 지칭하기로 한다.
도 8b 및 도 8c를 참조하면, 급전부(35)는 케이블(Cable)의 내부 컨덕 터(Innerer conductor)와 전기적으로 연결되어 전류를 공급받고, 접지부(36)는 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 GND영역과 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)는 모노폴 안테나로 동작하게 되고, 모노폴 안테나부(40)는 1/4파장에서 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사한다.
한편, 접지부(36)가 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 GND영역과 전기적으로 연결됨에 따라, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)는 다이폴 안테나로 동작하게 되고, 다이폴 안테나부(43)는 1/2파장에서 소정의 고주파 신호에 대한 전파를 방사한다. 이때, 제 3방사부(32)는 모노폴 안테나부(40)과 다이폴 안테나부(43) 모두에 속하여 이중모드로 동작함에 따라, 1/2파장과 1/4파장에서 모두 공진하여 소정의 고주파 신호 및 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사하게 된다. 즉, 본 발명의 4실시예에 따른 광대역의 내장형 안테나는 이중모드로 동작하는 제 3방사부(34)를 이용하여 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나를 구현하게 된다.
상술한 구조를 통하여, 본 발명에 따른 광대역의 내장형 안테나는 소형화된 구조를 유지하면서도 880~960MHz 대역의 GSM서비스, 1.71~1.88GHz 대역의 DCS서비스, 1.85~1.99GHz 대역의 PCS서비스 대역을 담당할 수 있는 메인 안테나로서 동작할 수 있게 된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나에서 방사부는 전기가 통하는 전도체로서 판금, 페이스트, 또는 도금 등의 방법에 의하여 구현될 수 있다. 그리고, 본 발명의 안테나를 지지하는 유전체 기판은 다양한 유전체로서 구현할 수가 있으며, 그 구조는 직육면체, 원기둥뿐만이 아니라 다양한 형태의 구조를 갖을 수 있다. 또한, 본 발명에 적용되는 유전체 블럭 역시 직육면체, 원기둥뿐만이 아니라 다양한 형태의 구조를 갖을 수 있다.
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 유전체 블럭을 이용하여 특정방향으로의 방향성을 향상 시켜줌과 동시에, 내장 안테나의 공간상의 제약을 줄여주게 됨으로써 이동 통신 단말기의 소형화와 경량화 및 슬림화를 구현할 수 있게 하는 유용함이 있다.
또한, 본 발명은 기존의 내장형 안테나의 크기를 줄일 수 있게 하고 이동 통신 단말기 설계시 뛰어난 공간 유연성을 제공하여 다양한 형태를 갖는 이동 통신 단말기에 모두 적용하여 사용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 이동 통신 단말기에 내장되는 내장형 안테나에 있어서,
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판에 형성되어 소정의 주파수 대역에서 공진하는 방사부; 및
    상기 유전체 기판보다 높은 유전율을 갖으며, 상기 방사부의 상면에 탑재되는 유전체 블럭을 포함하고,
    상기 유전체 블럭은 상기 방사부에서 전계의 세기가 큰 부분에 탑재되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 방사부는 평면 역 에프형 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 방사부는 모노폴 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 방사부는,
    소정의 저주파 대역에서 공진하는 제 1방사부;
    상기 제 1방사부와 수평으로 소정거리 이격하여 평행하게 배열되고, 소정의 고주파 대역에서 공진하는 제 2방사부;
    상기 제 1방사부와 수평으로 소정거리 이격하여 평행하게 배열되며, 상기 제 2방사부와 소정거리 이격하여 동축선상에 배열되고, 상기 소정의 고주파 대역 및 상기 소정의 저주파 대역에서 공진하는 제 3방사부를 포함하되,
    상기 제 3방사부의 일측 끝단은 상기 제 1방사부의 중앙과 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1방사부의 양 끝단과 상기 제 2방사부 및 상기 제 3방사부의 외측 끝단은 어느 일측으로 절곡되어 형성되되, 절곡되는 방향은 상호 일치하는 것을 특징을 하는 내장형 안테나.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 유전체 블럭은 상기 제 1방사부의 양 끝단에 탑재되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
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