KR100881469B1 - 저주파 대역용 내장형 안테나 및 이를 이용한 안테나 장치 - Google Patents

저주파 대역용 내장형 안테나 및 이를 이용한 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저주파 대역용 내장형 안테나를 제공한다. 다면체의 자성체 블럭과; 상기 자성체 블럭에 형성된 방사체 패턴; 및 상기 자성체 블럭의 한 면 이상에 형성되되, 해당 면의 상기 방사체 패턴과는 이격되어 하나 이상 형성되며, 상기 방사체 패턴으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링하는 커플링 패턴을 포함하여 구성된다. 이러한 구성의 본 발명에 의한 저주파 대역용 내장형 안테나는 저주파 대역을 구현하기 위해 이어폰 등과 같은 별도의 수단이 추가로 필요하지 않기 때문에 그 구성이 간단해질 뿐만 아니라 공간상의 부담이 없게 된다.
내장형, 소형화, 저주파, FM, 헬리컬, 커플링

Description

저주파 대역용 내장형 안테나 및 이를 이용한 안테나 장치{Internal antenna for low frequency band}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나를 상세하게 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 저주파용 안테나의 방사체 패턴 및 커플링 패턴의 구조를 설명하기 위한 전개도이다.
도 3은 본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나가 적용되는 이동 통신 단말기의 인쇄 회로 기판을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나가 이동 통신 단말기의 인쇄 회로 기판상에 장착된 모습을 설명하기 위한 구조도이다.
도 5a 및 도 5b는 커플링 패턴이 형성된 안테나의 전압 정재파비(VSWR) 및 임피던스 특성을 나타내는 도표이다.
도 6a 및 도 6b는 커플링 패턴이 형성되지 않은 안테나의 전압 정재파비(VSWR) 및 임피던스 특성을 나타내는 도표이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 자성체 블럭 10a : 제 1측면
10b : 제 2측면 12 : 방사체 패턴
20 : 커플링 패턴 30 : GND 영역
32 : NO-GND 영역 34 : 급전단
36, 38 : 접지단
본 발명은 저주파 대역용 내장형 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FM 라디오 수신이 가능한 저주파 대역용 내장형 안테나에 관한 것이다.
이동 통신 단말기의 보급을 통해 언제 어디서나 전화를 걸고 받을 수 있게 되었으며, 이를 통해 실생활 전반에 혁신적인 변화가 있게 되었다. 그리고, 이동 통신 단말기를 항상 휴대하는 사용자가 많아지면서 다양한 기능들이 부가되어 실생활에 도움을 주고 있다. 이러한 이동 통신 단말기의 다양한 기능들 중에서 급격한 진보를 보이고 있는 부분이 멀티미디어에 관련된 부분들로, 현재 다양한 멀티미디어 파일들을 생성 및 재생할 수 있는 기능들이 추가된 이동 통신 단말기들이 쏟아져나오고 있다.
즉, 이제 이동 통신 단말기는 더 이상 음성 통화만을 위한 무선 전화기가 아닌 다양한 사용자 편의 기능과 엔터테인먼트 기능에 통신 수단이 복합된 통합 휴대 기기로 취급되고 있다. 이동 통신 단말기 하나만으로 영화를 보고, 음악을 듣고, 통신도 하다가 필요시 음성 통화도 하는 등, 사용자가 이동 통신 단말기를 휴대하고 사용하는 시간은 점차 늘어만 가고 있다. 하지만, 다운로드 받은 영화, 음악 등과 같은 멀티미디어 파일들은 사용자가 새롭게 내용을 갱신해 주어야 하기 때문에 보다 신선한 내용을 추가적인 부담 없이 즐기기 위하여 FM 라디오 방송 수신 청취 기능의 추가가 요구되고 있다.
따라서, 멀티미디어 기능이 강조된 최근의 이동 통신 단말기들 중 음악관련 기능에 치중한 이동 통신 단말기에는 FM 라디오 방송 수신부가 내장되어 사용자가 FM 라디오 방송을 청취할 수 있다.
하지만, FM 라디오를 수신하며 전파 수신의 효율이 높은 안테나의 경우에는 필요로 하는 안테나 길이 때문에 단말기에 집적하기가 쉽지 않았다. FM을 수신하는 안테나의 경우 일반적으로 87.5 ~ 108MHz 대역에서 공진해야하기 때문에 안테나의 방사라인이 길어지게 되고, 그로 인해 안테나의 크기가 커질 수 밖에 없었다.(안테나의 물리적인 크기는 사용하려는 주파수가 낮을수록, 즉 파장이 길어질수록 커지게 된다.) 이를 극복하기 위해 고유전율의 유전체를 이용하여 안테나의 크기를 소형화하는 경우가 많지만, 이러한 경우, 저주파대역에서 주파수 대역폭이 좁아지는 문제가 발생하였다.
따라서, 대부분의 사용자들이 FM 라디오 방송을 이어폰으로 청취한다는 것에 착안하여 이어폰을 이용해 FM 수신기용 안테나로 사용하는 경우가 늘어나고 있다.
하지만, 이 경우 이어폰(헤드셋, 이어 마이크)을 제거하는 경우 FM 수신 효율이 극히 낮아지게 되는 치명적인 문제점이 발생하는데, 이는 FM 방송을 단말기에 내장된 스피커로 출력하는 경우나 외부 스피커를 이어폰용 잭에 연결하는 경우(연결부 길이가 FM 수신기용 안테나 기능을 하지만 길이가 맞지 않고 증폭부 등과 간섭이 발생할 수 있음)에는 FM 수신 성능이 현저히 낮아져 정상적인 FM 라디오 청취가 어렵게 된다.
또한, 최근들어 많이 보급되는 블루투스 기능을 갖는 이동 통신 단말기의 경우에는, 무선 이어폰을 통해 단말기에서 출력되는 음성신호를 수신하기 때문에 이어폰용 잭을 통해 이어폰의 선을 안테나로 사용하는 방식을 적용할 수가 없는 문제가 발생하게 된다. 그리고, 블루투스 기능이 없는 이동 통신 단말기의 경우라 하더라도 FM 라디오를 수신하기 위해서는 일일이 이어폰을 사용해야 하는 단점이 있었다. 따라서, 이동 통신 단말기에 적용되어 FM 라디오를 효과적으로 수신할 수 있는 소형화된 내장형 안테나가 필요하게 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 외부의 이어폰 등이 연결되지 않은 상태에서도 일정한 FM 수신감도를 유지할 수 있도록 하는 저주파 대역용 내장형 안테나를 제공한다. 또한, 고유전체를 이용하여 소형 안테나를 구현할 경우 주파수 대역폭이 좁아지는 현상을 안테나 자성체의 저유전율과 투자율을 함께 이용하여 극복함으로써, 소형화가 가능한 저주파 대역용 내장형 안테나를 제공한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나는 다면체의 자성체 블럭; 자성체 블럭에 형성된 방사체 패턴; 및 자성체 블럭의 한 면 이상에 형성되되, 해당 면의 방사체 패턴과는 이격되어 하나 이상 형성되며, 방사체 패턴으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링하는 커플링 패턴을 포함한다.
특히, 방사체 패턴은 자성체 블럭의 외측면을 따라 권선 형태로 형성되는 것 이 바람직하다.
또한, 방사체 패턴의 일측은 자성체 블럭의 일면에 급전부로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 안테나는 제 1 내지 제 4 도전성 패드가 형성된 NO-GND영역에 실장되되, 상기 급전부는 상기 제 1도전성 패드와 연결되며, 상기 방사체 패턴의 일측 끝단은 제 4 도전성 패드와 연결되고, 상기 커플링 패턴은 GND 영역과 연결된 제 2 및 제 3도전성 패드와 연결되는 것이 바람직하다.
이와 같이 이루어진 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이므로, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나를 상세하게 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 저주파용 안테나의 방사체 패턴 및 커플링 패턴의 구조를 설명하기 위한 전개도이다.
본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나는, 다면체의 자성체 블럭(10); 자성체 블럭(10)의 외측면을 따라 권선되는 형태로 형성된 방사체 패턴(12); 자성체 블럭(10)의 일면에 형성되고, 해당 면에 형성되어 있는 방사체 패턴(12)과 소정거리 이격되어 형성된 커플링 패턴(20)으로 구성된다.
자성체 블럭(10)은 다면체의 자성체 재료로 구성된다. 자성체(Magneto-dielectric)란 자성을 띠는 것이 가능한 물질을 말하며, 산화철·산화크롬·코발트·페라이트 등이 있다.
Figure 112007031252813-pat00001
수학식 1은 안테나 사이즈가 변하지 않을 때, 투자율과 유전율 사이의 비가 증가함에 따라 안테나의 대역폭(BW)이 증가함을 나타내는 식이다. 여기서, μr은 투자율이며, εr은 유전율이고, t는 안테나의 두께이다. 일반적으로, 안테나에 적용되는 고유전율의 유전체의 경우 투자율이 유전율보다 작다. 하지만, 투자율이 유전율보다 큰 자성체(본 발명의 실시예에서 적용된 자성체의 투자율은 약 45이며, 유전율은 약 10이다.)를 이용할 경우 수학식 1에 근거하여 동일한 안테나 사이즈에서 고유전율의 유전체를 사용하였을 때보다 넓은 대역폭을 구현할 수가 있게 된다. 따라서, 안테나 소형화를 위해 고유전율의 유전체를 사용하였을 때 안테나의 대역 폭이 좁아지는 문제를 해결할 수 있다. 한편, 본 발명에 적용되는 자성체는 각기 다른 투자율 및 유전율을 갖으므로 구현하고 하는 공진 주파수에 따라 취사선택 할 수 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 자성체 블럭(10)의 제 1측면(10a)에 형성 된 I1에서 I10까지의 방사체 패턴(12)은 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)에 형성된 I1에서 I10까지의 방사체 패턴(12)과 각각 연결된다. 도 2에는, 제 1측면(10a)에 형성된 방사체 패턴(12) I1~I10과 제 2측면(10b)에 형성된 방사체 패턴(12) I1~I10이 별개인 것처럼 도시되어 있으나, 도 2를 도 1상태로 구현하면, 방사체 패턴(12)은 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)의 일측에서 시작하여 자성체 블럭(10)의 외부면을 따라 권취 형성되어 하나의 방사라인을 형성한다. 방사체 패턴(12)의 길이 및 선폭, 방사체 패턴(12)간 간격은 구현하고자 하는 주파수대역에 따라 달라질 수 있다.
자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)에 2개의 커플링 패턴(20)이 각각 독립적으로 형성된다. 추후, 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)을 저면으로 하여 인쇄 회로 기판에 실장되게 되면, 제 2측면(10b)에 형성된 방사체 패턴(12) 사이에 형성된 커플링 패턴(20)은 방사체 패턴(12)으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링한다. 커플링을 일으키는 커플링 패턴(20)의 개수는 구현하고자 하는 주파수 대역 및 대역폭에 따라 달라질 수 있으며, 커플링 패턴(20)의 개수를 증감시켜 구현하고자하는 공진 주파수 및 대역폭을 조절할 수가 있다. 본 발명의 실시예에서는 FM 라디오 주파수 대역(87.5 ~ 108MHz)에서 공진 하기 위하여 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)에 2개의 커플링 패턴(20)만을 각각 독립적으로 형성한다.
도 3은 본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나가 적용되는 이동 통신 단말기의 인쇄 회로 기판을 설명하기 위한 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나가 이동 통신 단말기의 인쇄 회로 기판상에 장착된 모습을 설명하기 위한 구조도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 저주파 대역용 내장형 안테나는 이동 통신 단말기의 인쇄 회로 기판상의 NO-GND 영역(32)에 실장된다. 일반적으로, NO-GND 영역(32)은 인쇄 회로 기판의 일측에 형성되며, 인쇄 회로 기판상에 실장되는 다른 칩들과 이격거리를 두기 위한 공간을 말한다. NO-GND영역(32) 상에는 제 1 내지 제 4도전성 패드(34, 36, 38, 39)가 형성되어 있다. 제 1도전성 패드(34)는 급전단으로 사용되며, 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b) 일측 끝단에 형성된 방사체 패턴(12;I1)과 솔더링(Soldering)되어 연결된다. 제 4도전성 패드(39)는 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b) 타측 끝단에 형성된 방사체 패턴(12;I11)과 솔더링되어 연결된다. 제 2도전성 패드(36) 및 제 3도전성 패드(38)는 접지단으로 형성되어 GND영역(30)과 연결되며, 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)에 형성된 제 1커플링 패턴(20a) 및 제 2커플링 패턴(20b)과 각각 솔더링되어 연결된다. GND영역(30)은 인쇄 회로 기판상에 다른 칩들을 실장하기 위한 공간을 지칭한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 자성체 블럭(10)의 일면에 커플링 패턴이 형성된 안테나의 전압 정재파비(VSWR) 및 임피던스 특성을 나타내는 도표이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)에 커플링 패 턴(20)이 형성된 안테나는 98MHz 주파수대역에서 공진하는 특성을 나타내서, FM 라디오를 수신할 수 있는 저주파 대역(87.5MHz~108MHz)을 만족한다. 도 5b는 임피던스 특성을 나타내는 스미스 차트로서, 임피던스 매칭(Impedence matching)됨을 보여준다.
도 6a 및 도 6b는 자성체 블럭(10)의 일면에 커플링 패턴이 형성되지 않은 안테나의 전압 정재파비(VSWR) 및 임피던스 특성을 나타내는 도표이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 자성체 블럭(10)의 제 2측면(10b)에 커플링 패턴(20)이 형성되지 안테나는 168MHz 주파수대역에서 공진하는 특성을 나타내어, FM 라디오를 수신할 수 있는 저주파 대역(87.5MHz~108MHz)을 만족하지 못한다. 도 6b는 인피던스 특성을 나타내는 스미스 차트로서, 임피던스 미스매칭(Impedence mismatching)됨을 보여준다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 커플링 패턴(20)을 자성체 블럭(10)의 일면에 형성한 경우, 공진 주파수를 약 70MHz 정도 낮추고, 대역폭을 개선하는 효과를 얻을 수 있으며, 임피던스 매칭(Impedence matching)을 만족한다. 따라서, 안테나 효율 및 방사특성은 유지하며 소형화가 가능하여 이동 통신 단말기 등에 적용할 수 있다. 또한, 주파수를 다양화하여 여러 저주파 대역용 내장형 안테나를 구현할 수가 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나는 이동 통신 단말기에만 국한되어 적용될 수 있는 것은 아니며, 그 밖의 소형 음향기기 등에도 적용되어 사용될 수 있음은 물론이다.
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 의한 저주파 대역용 내장형 안테나는 저주파 대역을 구현하기 위해 이어폰 등과 같은 별도의 수단이 추가로 필요하지 않기 때문에 그 구성이 간단해진다. 뿐만 아니라, 공간상의 부담이 줄어들게 되어 공간 활용도가 증가하고, 이동 통신 단말기의 슬림화 및 소형화가 가능해진다. 또한, 블루투스 이동 통신 단말기의 경우, 무선 이어폰을 사용한다 해도 별다른 FM 라디오 방송 수신율의 저하없이 일정한 수신품질을 유지할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 다면체의 자성체 블럭;
    상기 자성체 블럭에 형성된 방사체 패턴; 및
    상기 자성체 블럭의 한 면 이상에 형성되되, 해당 면의 상기 방사체 패턴과는 분리 이격되어 하나 이상 형성되며, 상기 방사체 패턴으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링하는 커플링 패턴을 포함하고,
    상기 커플링 패턴은 접지단과 연결되는 접지단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 저주파 대역용 내장형 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사체 패턴은 상기 자성체 블럭의 외측면을 따라 권선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 저주파 대역용 내장형 안테나.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 방사체 패턴의 일측은 상기 자성체 블럭의 일면에 급전부로 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 대역용 내장형 안테나.
  4. 청구항 3에 기재된 안테나가 실장되어 이루어지는 안테나 장치로서,
    상기 안테나는 다수의 도전성 패드가 형성된 NO-GND영역에 실장되되, 상기 다수의 도전성 패드 중 일부는 GND영역과 연결되고, 상기 GND영역과 연결된 도전성 패드를 제외한 나머지 도전성 패드 중 하나가 상기 급전부와 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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