KR100896441B1 - 광대역 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, DVB-H 주파수 대역에서 공진하는 제 1 방사소자; 상기 제 1 방사소자에 급전하는 제 1 급전단자; 나선형 형태로 구성되고 상기 제 1 방사소자와 적어도 일부가 커플링되어 광대역 효과를 제공하는 제 2 방사소자; 상기 제 2 방사소자에 급전하는 제 2 급전단자; 및 일단은 상기 제 1 방사소자와 단락되고 타단은 접지되며, 상기 제 1 방사소자와 커플링되어 임피던스를 매칭시키는 스터브를 포함하는 광대역 안테나를 제공한다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 방사 대역을 커버하는 복수의 방사소자를 이용하여 서로 다른 주파수에서 공진이 일어나도록 함으로써, 커플링 효과를 이용하여 안테나의 길이를 최소화함은 물론 하나의 안테나를 통해 DVB-H 대역과 같은 저주파 대역에서 광대역으로 동작할 수 있는 광대역 안테나를 얻을 수 있다.
광대역, 안테나, 매칭단, DVB-H

Description

광대역 안테나{Broad Band Antenna}
본 발명은 DVB-H 대역에서 광대역을 형성하는 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인접 대역을 커버하는 한쌍의 방사소자를 이용하여 이중 공진이 일어나도록 함으로써, 광 대역의 특성을 얻을 수 있는 광대역 안테나에 관한 것이다.
전자산업의 진보와 더불어 통신기술, 특히 무선통신기술이 발달함에 따라 언제, 어디서나, 누구와도 음성 및 데이터 통신을 수행할 수 있는 다양한 휴대단말기가 개발되어 보편화되고 있다. 또한, 휴대단말기의 휴대성을 향상시키기 위하여, 휴대단말기의 소형화를 위한 다양한 기술(예를 들어, 고밀도 집적회로소자의 개발 또는 전자회로보드의 소형화 방법 등)들이 개발되고 있으며, 휴대단말기를 사용하고자 하는 목적 또한 다양해짐에 따라, 네비게이션용 단말기 또는 인터넷용 단말기 등 다양한 기능을 수행하는 단말기들이 개발되고 있다.
한편, 무선통신기술에서 중요한 기술 중의 하나가 안테나에 관한 기술이며, 현재 동축안테나, 로드안테나, 루프안테나, 빔안테나, 슈퍼게인안테나 등 다양한 기법에 의한 안테나들이 알려져 있다.
이러한 안테나는 특정 주파수대역을 사용하기 위한 것으로, 사용자가 휴대단 말기를 이용하여 음성, 데이터통신 및 인터넷 등 서로 다른 주파수대역을 사용하는 다양한 서비스를 이용하고자 하는 경우, 각 서비스별로 서로 다른 휴대단말기를 사용해야만 하는 불편함이 있었다.
특히, DVB-H 대역은 비교적 저 주파수 대역이기 때문에 상기 대역의 신호를 송수신하기 위하여 루프 안테나 또는 패치 안테나를 사용하는데 제약이 따른다.
따라서, 상기와 같은 불편함을 해소하기 위해서는, 하나의 안테나를 이용하여 서로 다른 주파수대역을 사용할 수 있도록 하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
특히, 광대역 방사 특성을 얻기 위해서는, 안테나의 크기(길이 등)가 커지게 되어, 안테나의 소형화는 물론 해당 안테나가 탑재되는 휴대단말기의 소형화에 걸림돌이 되는 문제점이 있다.
따라서, 광대역 특성을 가지면서 소형화가 가능한 안테나의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의하여 안출된 것으로, 서로 다른 방사 대역을 커버하는 복수의 방사소자를 이용하여 서로 다른 주파수에서 공진이 일어나도록 함으로써, 커플링 효과를 이용하여 안테나의 길이를 최소화함은 물론 하나의 안테나를 통해 DVB-H 대역과 같은 저주파 대역에서 광대역으로 동작할 수 있는 광대역 안테나를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 서로 다른 서비스를 하나의 단말기에서 사용할 수 있도록 함으로써, 단말기 기능의 다양화 및 제품의 상품성을 향상시킬 수 있는 광대역 안테나를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, DVB-H 주파수 대역에서 공진하는 제 1 방사소자; 상기 제 1 방사소자에 급전하는 제 1 급전단자; 나선형 형태로 구성되고 상기 제 1 방사소자와 적어도 일부가 커플링되어 광대역 효과를 제공하는 제 2 방사소자; 상기 제 2 방사소자에 급전하는 제 2 급전단자; 및 일단은 상기 제 1 방사소자와 단락되고 타단은 접지되며, 상기 제 1 방사소자와 커플링되어 임피던스를 매칭시키는 스터브를 포함하는 광대역 안테나를 제공한다.
바람직하게는, 상기 제 1 방사소자 및 제 2 방사소자와 결합되는 기재를 더 포함한다.
삭제
더욱 바람직하게는, 상기 제 1 방사소자는 허용된 공간 내에서 전기적 길이를 최대화하기 위하여 상기 기재의 적어도 2면에 패턴이 형성된다.
또한, 상기 제 2 방사소자의 상기 나선형 패턴 일면에 피복체가 형성된다.
또한, 상기 제 2 방사소자의 나선형 패턴으로부터 연장된 말단 연장부의 길이를 조절하여 임피던스를 매칭시킨다.
또한, 상기 제 2 방사소자는 상기 제 1 방사소자의 스터브로 동작한다.
또한, 상기 스터브의 길이를 조절하여 제1 방사소자의 공진 주파수의 세부 주파수를 튜닝한다.
삭제
또한, 상기 제 1 방사소자는 제1 방사소자의 공진 주파수의 고조파 성분인 제 3 공진주파수 대역에서 공진한다.
삭제
또한 본 발명은 상기 광대역 안테나를 포함하는 무선통신장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 서로 다른 방사 대역을 커버하는 복수의 방사소자를 이용하여 서로 다른 주파수에서 공진이 일어나도록 함으로써, 커플링 효과를 이용하여 안테나의 길이를 최소화함은 물론 하나의 안테나를 통해 DVB-H 대역과 같은 저주파 대역에서 광대역으로 동작할 수 있는 광대역 안테나를 얻을 수 있다.
또한, 하나의 안테나에 대하여 서로 다른 휴대단말기에 적용이 가능하도록 함으로써, 해당 안테나의 사용범위 및 적용대상을 확대하여, 안테나의 상품성 및 호환성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 서로 다른 서비스를 하나의 단말기에서 사용할 수 있도록 함으로써, 단말기 기능의 다양화 및 제품의 상품성을 향상시킬 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 출원인이 기출원한 특허출원 "10-2007-7013162"호에 개시된 발명의 사상을 실질적으로 포함하며, 급전부의 변경 및 방사체 사이의 커플링을 주요 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 전면 사시도, 도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면 사시도, 도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 정면도, 도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면도, 도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 측면도, 도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 광대역 안테나는 접지체가 형성되는 기판(100)과, DVB-H 대역 내의 높은 주파수 대역에서 공진하는 제 1 방사소자(200)와, 상기 제 1 방사소자(200)보다 낮은 주파수 대역에서 공진하는 제 2 방사소자(300)와, 상기 제 1 방사소자(200)의 전기적 경로 소정부로부터 분기되며, 상기 제 1 방사소자(200)의 임피던스를 매칭시키는 스터브(500)와, 상기 제 1 방사소자(200)를 급전시키는 제 1 급전단자(700) 및 제 2 방사소자(300)를 급전시키는 제 2 급전단자(600)를 포함한다.
본 발명의 광대역 안테나는 도면에 도시된 바와 같이 두개의 방사체를 가지는 것을 기본으로 하고, 상기 제 1 방사소자(200)는 DVB-H 대역내의 높은 주파수에서, 상기 제 2 방사소자(300)는 대역 외 충분히 낮은 주파수에서 공진하게 된다. 상기 제 1 방사소자(200)와, 제 2 방사소자(300)는 각각 별도의 급전단자(600, 700)를 가지며 이때 각각의 급전단자(600, 700) 사이에는 주변환경에 적합한 매칭단이 형성된다.
또한, 상기 제 1 방사소자(200)와 제 2 방사소자(300)는 적어도 한군데 이상에서 서로 커플링되어 광대역 효과를 얻을 수 있는 커플링부(210, 310)가 형성되며, 상기 커플링부(210, 310)는 최종단 또는 중간에서도 일어날 수 있다.
보다 상세히, 상기 제 1 방사소자(200)는 미앤더 형태로 구성되어 전기적 길이를 최대화 할 수 있으며, 당업자에 자명한 범위 내에서 다양하게 절곡되어 형성될 수 있다. 상기 제 2 방사소자(300)는 나선형(Spiral)으로 형성되어 비교적 좁은 공간에서 전기적 길이를 최대화할 수 있다. 보다 상세히, 상기 제 2 방사소자(300)는 상기 제 1 방사소자(200)와 대향되는 면에 나선 형태의 패턴을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 제 2 방사소자(300)는 직접적인 방사를 하지 않으므로 단축률이 가장좋은 스파이럴 구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 제 2 방사소자(300)에 적용가능한 나선형 형태의 패턴은 본 출원인의 한국 특허 출원 제 10-2006-0029327호 및 제 10-2006-0033029호에 상세하게 설명되어 있으며, 상기 출원의 명세서는 본 명세서에 참조로 포함된다. 상기 제 2 방사소자(300)는 나선형 형태의 패턴으로 인덕턴스(Inductance) 성분이 증가하고 캐패시턴스(Capacitance) 성분이 감소하여 전체적으로 양호도(Quality factor)와 반사 손실 값이 감소될 수 있다. 이러한 현상을 등가회로의 측면에서 살펴보면 상기 안테나는 병렬 LC 공진회로로 등가화할 수 있다.
본 도면에서 상기 제 2 방사소자(300)는 사변형의 외측으로부터 내측을 향하여 코일이 감기며, 상기 사변형의 4 모서리가 서로 수직을 이루는 사각 나선형으로 도시되었다. 그러나 이에 한정되지 않고, 코일이 내측으로부터 외측으로 감기도록 형성될 수 있음은 물론이다. 상기 나선형 각 변의 주 방사체는 서로 평행하게 형성되며, 따라서 상기 주 방사체의 전 방향에 대하여 전파가 방사될 수 있고, 수신이 가능해진다. 그러나, 상기 실시예에서 제안되는 나선형이라 함은 이에 한정되지 않고 직선부를 포함하지 않는 통상의 원호 형태의 소용돌이 모양까지 포함하는 의미이다.
보다 상세히, 상기 제 1 방사소자(200)는 상기 제 1 급전단자(700)를 통하여 급전되어, 제 1 공진주파수, 예를 들어 DVB-H(Digital Vedio Broadcasting - Handheld)에서 사용되는 500MHz 대역에서 공진할 수 있다.
또한 상기 스터브(500)의 길이에 의해 2차 대역 확장 효과를 얻을 수 있으므로 매우 넓은 DVB-H 대역폭을 커버할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 방사소자(200)는 제 1 공진주파수의 고조파(Harmonic)성분 중 L-BAND와 같은 제 3 공진주파수 대역에서 공진할 수 있다. 따라서, 주파수 대역의 중첩을 이용하여 광대역 특성을 얻을 수 있으며, 고조파성분을 제 3 공진주파수로 하여 다중 대역의 구현이 가능함으로써, 안테나의 소형화가 이루어질 수 있다. 이때 세부 주파수의 튜닝은 상기 스터브(500)의 길이 조절에 의해 가능해 진다.
상기 제 2 방사소자(300)는 상기 제 1 방사소자(200)에 비하여 전기적 길이가 짧게 형성됨으로, 상기 제 2 방사소자(300)는 제 2 공진주파수, 예를 들어 BANDIII(T-DMB) 대역에서 공진할 수 있다.
본 발명은 대역 외에 형성된 제 2 방사소자(300)와 대역 내에서 공진을 일으키는 제 1 방사소자(200)와의 커플링에 의해 상기 제 1 방사소자(200)의 전기적 길이 및 대역 확장효과를 가져오는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 방사소자(200, 300)는 당업자의 요구에 따라 다양한 재질의 금속판을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 기판(100)은 접지체를 포함할 수 있으며, 상기 접지체는 상기 복수의 방사소자(200, 300)에 대해 접지 역할을 수행한다. 상기 접지체의 형태에는 제한이 없으며, 판형 접지체를 포함하여 다양한 형태로 변형될 수 있다.
상기 제 1 급전단자(700) 및 제 2 급전단자(600)는 상기 복수의 방사소자(200, 300)에 의하여 송수신 되는 신호의 전송라인으로, 동축케이블 등과 같이 신호를 전송하는 중심도체와 접지역할을 하는 외부도체로 구성된 케이블과 연결될 수 있다. 보다 상세히, 상기 복수의 급전단자(600, 700)는 상기 동축 케이블의 중심도체와 연결되며, 케이블의 접지역할을 하는 외부도체는 상기 접지체와 연결된다.
한편, 상기 복수의 방사소자(200, 300)로 구성된 안테나가 휴대단말기에 연결되어 구성될 경우, 상기 휴대단말기와의 임피던스 매칭 또는 결합시의 여러 요인 등으로 인하여, 공진 주파수가 변화하는 등의 현상이 발생될 수 있으며, 이러한 공진 주파수의 변화를 조정하고 반사손실을 감소시키는 등의 튜닝(Tuning)과정을 거치게 된다.
이는 각 방사소자의 형태나 길이, 인접 거리 등을 조절하거나, 방사소자의 일측에 형성되어 커플링 되는 스터브(500)의 크기, 방사소자와의 인접 거리 등을 조절하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기 나선 형태의 패턴으로부터 연장된 제 2 방사소자(300)의 말단 연장부의 길이를 조절하여 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 이때 상기 제 2 방사소자(300)로부터 일어나는 방사량은 상기 제 1 방사소자(200)에 비하여 현저히 작기 때문에 상기 제 2 방사소자(300)는 일종의 스터브로 동작할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면 사시 도, 도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 정면 사시도, 도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 투시도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 제 1 방사소자(200) 및 제 2 방사소자(300)는 기재(800)와 결합되어 일체로 형성될 수 있다. 보다 상세히, 상기 제 1 방사소자(200) 및 제 2 방사소자(300)는 상기 기재(800)와 함께 인서트 몰딩되거나, 상기 기재(800) 상에 도금되어 형성될 수 있다.
상기 기재(800)는 PCB로 제작될 수 있으며, 고유전율을 가지는 세라믹스 또는 PPS로도 형성될 수 있다. 보다 상세히, 상기 기재(800)는 비유전율 εr이 20~120 정도의 BaTiO3 계, Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 계, Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 계 등의 세라믹스를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 고유전율의 세라믹스를 통하여 파장의 단축 효과를 얻을 수 있으며, 안테나를 보다 소형화할 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 비유전율의 유전체 세라믹스를 이용할 경우 파장의 단축 효과를 기대할 수는 있으나, 비유전율이 20 미만인 경우 파장의 단축 효과가 작아 전체적인 안테나 규모를 소형화하기 어려우며, 비유전율이 120을 초과하는 경우 유전 손실이나 온도 계수의 특성이 악화되어 기재(800)로서 실용성이 떨어지게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 기재(800)는 유무기 복합재료로도 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 1 방사소자(200)는 미앤더 형태로 수회 절곡되어 상기 기재(800)상에 형성될 수 있다. 이때 허용된 공간 내에서 전기적 길이를 최대화하기 위하여 상기 기재(800)의 적어도 2면 이상을 활용하여 패턴이 연장 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면 사시도이다.
도 10을 참조하면, 상기 나선 형태의 패턴 일단은 상기 기재로부터 소정 거리 이격되어 연장될 수 있는데 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 소정거리 이격된 공간에 피복체(900)가 형성될 수 있다.
전자기파의 유효 파장은 유전율이 증가할수록 감소하므로, 고유전율의 피복체(900)를 배치함으로써 제 2 방사소자(300)의 전기적 길이의 연장효과를 가져올 수 있다. 환언하면, 더욱 작은 안테나로도 긴 파장의 신호를 송수신할 수 있게 된다. 상기 제 2 방사소자(300)의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 피복체(900)는 기판(100)보다 높은 유전율을 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 PPS(Polyphenilyne Sulfide) 재질을 이용할 수 있다. PPS는 방향족 고리(aromatic ring)와 황 원자로 구성된 고분자 물질로서, 비유전율이 약 20 인 고유전율의 물질이다. PPS는 사출 성형 등에 의한 가공이 용이하고, 충격에 강하므로 피복체(900)의 재질로 사용하기에 적합하다. 이와 같은 피복체(900)의 배치에 관하여서는 본 출원인의 특허 출원 제 10-2006-0005629호 및 제 10-2006-0033029호에 상세하게 설명되어 있으며, 상기 출원의 명세서는 본 명세서에 참조로 포함된다.
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이상에서 본 발명에 의한 광대역 안테나에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 광대역 안테나를 이용하는 다양한 휴대단말기 및 무선통신용 송수신장치 등이 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있음은 당연하다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 전면 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면 사시도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 측면도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면 사시도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 정면 사시도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 투시도.
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 광대역 안테나를 도시한 후면 사시도.
삭제

Claims (12)

  1. DVB-H 주파수 대역에서 공진하는 제 1 방사소자;
    상기 제 1 방사소자에 급전하는 제 1 급전단자;
    나선형 형태로 구성되고 상기 제 1 방사소자와 적어도 일부가 커플링되어 광대역 효과를 제공하는 제 2 방사소자;
    상기 제 2 방사소자에 급전하는 제 2 급전단자; 및
    일단은 상기 제 1 방사소자와 단락되고 타단은 접지되며, 상기 제 1 방사소자와 커플링되어 임피던스를 매칭시키는 스터브를 포함하는 광대역 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방사소자 및 제 2 방사소자와 결합되는 기재를 더 포함하는 광대역 안테나.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 방사소자는 허용된 공간 내에서 전기적 길이를 최대화하기 위하여 상기 기재의 적어도 2면에 패턴이 형성되는, 광대역 안테나.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 방사소자의 상기 나선형 패턴 일면에 피복체가 형성되는 광대역 안테나.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 방사소자의 나선형 패턴으로부터 연장된 말단 연장부의 길이를 조절하여 임피던스를 매칭시키는 광대역 안테나.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 방사소자는 상기 제 1 방사소자의 스터브로 동작하는, 광대역 안테나.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스터브의 길이를 조절하여 제1 방사소자의 공진 주파수의 세부 주파수를 튜닝하는 광대역 안테나.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방사소자는 제1 방사소자의 공진 주파수의 고조파 성분인 제 3 공진주파수 대역에서 공진하는, 광대역 안테나.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 광대역 안테나를 포함하는 무선통신장치.
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