KR100901177B1 - 내장형 이중급전 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 안테나 소자에서 GPS 신호와 블루투스 신호를 모두 송수신하는데 있어서 안테나 전체의 물리적인 길이를 단축하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 내장형 이중급전 안테나로서, 고유전율의 폴리머(polymer)로 이루어지며, 일측면에 접지선이 형성되는 유전체; 상기 유전체 표면에 형성되어 블루투스 통신방식으로 무선 신호를 송수신하는 BT 급전선로; 및 상기 유전체 표면에 형성되어 GPS 신호를 수신하는 GPS 급전선로를 포함하며, 상기 BT 급전선로 및 GPS 급전선로는 상기 접지선과 각각 연결되어 상기 접지선을 공유하여 주파수 대역 간 아이솔레이션을 향상시킬 수 있도록 한다.

안테나, 방사체 , GPS , BT , 내장형 안테나

Description

내장형 이중급전 안테나{Bulit-in Antenna for double feeding}

본 발명은 내장형 이중급전 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GPS 신호와 블루투스 신호를 송수신하는 이중 대역 안테나에 대해 대역간 아이솔레이션을 향상시켜 이중급전 안테나의 성능을 개선할 수 있는 내장형 이중급전 안테나에 관한 것이다.

GPS(Global Positioning System)는 미국 국방부에서 개발되어, 현재 운용되고 있는 범지구위성항법시스템이다. GPS는 무기 유도, 항법, 측량, 지도제작, 측지, 시각 동기 등의 군용 및 민간용 목적으로 사용되고 있는데, 중궤도를 도는 약 24개의 인공위성에서 발신하는 마이크로파를 GPS 수신기에서 수신하여 수신기의 위치벡터를 결정한다.

또한, 블루투스(BLUETOOTH)는 휴대용 장치 간에 이루어지는 양방향 근거리 통신의 통신기술, 표준, 제품을 총칭하는 용어로 복잡한 케이블 없이 저가로 구현될 수 있도록 한다.

현재 대부분의 이동통신 단말기에서는 상술한 블루투스 통신 또는 GPS 통신이 이루어질 수 있도록 하는 안테나가 내장되고 있으며, 통신기술과 첨단 기술의 접목으로 인한 이동통신 단말기의 소형화, 단일화, 간결화 및 이에 따른 전자부품의 전분야에서 급속한 변화가 이루어지고 있다.

본 발명은 하나의 안테나 소자에서 GPS 신호와 블루투스 신호를 모두 송수신하는데 있어서 안테나 전체의 물리적인 길이를 단축하면서도 각 주파수 대역간 아이솔레이션을 향상시킬 수 있도록 하는 새로운 내장형 이중급전 안테나를 제안한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 내장형 이중급전 안테나는 고유전율의 폴리머(polymer)로 이루어지며, 일측면에 접지선이 형성되는 유전체; 상기 유전체 표면에 형성되어 블루투스 통신방식으로 무선 신호를 송수신하는 BT 급전선로; 및 상기 유전체 표면에 형성되어 GPS 신호를 수신하는 GPS 급전선로를 포함하며, 상기 BT 급전선로 및 GPS 급전선로는 상기 접지선과 각각 연결되어 상기 접지선을 공유하여 주파수 대역 간 아이솔레이션을 향상시킬 수 있도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시 예를 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 내장형 이중급전 안테나의 구성이 도시된 도이며, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 내장형 이중급전 안테나의 외관이 도시된 사시도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 내장형 이중급전 안테나(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 무선 신호를 송수신하기 위한 안테나 방사체 및 유전체(60)를 포함한다.

유전체(60)는 도 1에 도시된 바와 같이 직육면체의 형상으로 이루어지며, 유전체(60)의 상면과 각 측면을 감싸는 형상으로 안테나 방사체가 씌워진다. 상기 유 전체(60)는 고 유전율의 폴리머로 형성되는데, 유전율이 높으면 공진 주파수를 위한 유전체의 크기를 줄일 수 있으므로 동일한 대역의 안테나를 제작하고자 하는 경우 보다 작은 크기로 안테나를 제작할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 안테나에 있어서, 상기 유전체로는 유전율이 4, 로스탄젠트(loss tangent)가 1GHz에서 0.0035를 갖는 폴리머가 사용되었으나 이에 한정되지 않으며 유전율이 4 이상인 폴리머에 대해 모두 적용될 수 있다. 이때 유전율이 높으면서도 로스탄젠트 값이 낮은 폴리머를 적용하는 것이 바람직하다.

유전체(60) 표면에는 안테나 방사체의 패턴과 맞물리는 홈이 형성되어 안테나 방사체가 장착되는 경우 움직이지 않고 고정될 수 있다.

또한, 유전체(60)의 바닥면, 즉 기판과 대향하는 면에 소정 크기로 돌출되는 고정돌기(미도시)가 형성될 수 있는데, 이러한 경우 안테나(10)가 장착될 기판에는 상기 고정돌기와 맞물리는 홈이 형성될 수 있다. 상기 안테나(10)를 기판에 실장하는 과정에서 고정돌기가 기판의 홈에 삽입하여 고정되므로 실장과정에서 실수 또는 취급 부주의로 인해 상기 안테나가 움직이는 것을 방지할 수 있다.

안테나 방사체는 도 1에 도시된 바와 같이 여러 갈래로 구부러진 스트립(strip) 형상으로 이루어지는데, 도 2에 나타낸 바와 같이 유전체(60)의 상면 및 측면을 둘러싸도록 배치된다. 이때, 안테나 방사체는 블루투스 신호를 송수신하기 위한 BT 급전선로(50) 및 GPS 위성 신호를 수신하기 위한 GPS 급전선로(70)를 포함한다. 또한, BT 급전선로(50) 및 GPS 급전선로(70)는 각각 유전체(60)의 상면에 'ㄷ'자형으로 이루어진 부분을 포함하며, 선로 일부분에는 기판의 접지와 연결하기 위한 접지패드(55, 75)가 형성된다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따른 이중급전 안테나에 있어서, BT 급전선로(50) 및 GPS 급전선로(70)는 각각의 급전점과 선로를 가지고 있으나 접지선(80)은 공유하는 구조로 이루어져 대역간 아이솔레이션(isolation)이 향상될 수 있다. 즉, BT 급전선로(50)와 GPS 급전선로(70) 각각에 형성된 접지패드를 연결하기 위한 접지선(80)이 형성되어 유전체(60) 표면에 배치될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 이중급전 안테나(10)는 두 주파수 대역에 대하여 급전점과 급전선로(50, 70)는 분리하여 이루어지나 접지(GND)는 접지선(80)을 통해 공유하고 있으므로, 종래 이중급전 구조로서 이중회로로 구현되었던 안테나로부터 얻지 못했던 두 대역 간 높은 아이솔레이션을 확보할 수 있을 뿐 아니라 그에 따른 안테나 성능 역시 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 내장형 이중급전 안테나에 있어서 주파수 대역 특성이 도시된 그래프로서, 도 2에 도시된 바와 같이 구현된 안테나에 대해 송수신 주파수 대역 특성을 실험한 그래프이다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 내장형 이중급전 안테나는 도 4에 도시된 바와 같은 주파수 대역 특성을 가질 수 있는데, 1.5GHz에서 2.4GHz 주파수 대역에서의 신호 크기를 살펴보면, 1.5GHz 대역과 2.4GHz 대역 사이에서 급격한 신호 저하가 나타나고 있는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 1.5GHz 대역과 2.4GHz 대역에서의 신호가 명확하게 분리(isolation)될 수 있다. 또한 이에 따라 해당 대역 외의 주파수 대역에서 노이즈로 작용하는 신호에 대해 수신하지 않으므로 안테나의 성능이 향상되며 실제로 종래 대비 평균 약 -8dB가 향상된 것으로 나타나고 있다.

상기 안테나 방사체는 도 1에 도시된 바와 같은 형상으로 성형될 수 있는데, 직사각형의 금속 판에 프레스 공정 등을 적용하여 상기와 같은 형상을 이룰 수 있도록 한다. 이때 안테나 방사체를 형성하기 위한 금속물질로는 도전성이 높은 은(Ag), 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)가 사용될 수 있으며 상술한 금속 물질 중 적어도 하나 이상의 금속을 주 재료로 하는 합금물질일 수 있다.

접지패드(55, 75)는 기판의 접지와 연결되며, 납땜을 통해 기판에 접합됨으로써 상기 안테나가 고정하여 장착될 수 있도록 한다.

일반적으로 주파수가 높을수록 파장은 짧아지며 이에 따라 해당 주파수의 신호를 수신하기 위한 안테나 길이도 짧아진다. GPS 신호는 약 1.2GHz 대역이며, 블루투스 신호는 약 2.4GHz 대역의 주파수를 갖기 때문에 GPS 급전선로의 길이가 BT 급전선로의 길이보다 길게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 내장형 이중급전 안테나 역시 GPS 급전선로의 길이가 BT 급전선로의 길이보다 길게 형성되어야 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 안테나는 안테나의 물리적인 길이를 보다 줄이기 위하여 안테나가 장착되는 기판을 활용한다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 내장형 이중급전 안테나 및 기판이 도시된 도로서, 도 3(a)는 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 안테나가 기판에 실장된 상태가 도시된 외관도이며, 도 3(b)는 상기 안테나가 장착된 기판의 뒷면이 도시된 배면도이다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 내장형 이중급전 안테나(10)는 GPS 급전선로의 급전점 역할을 하는 일 단에 기판(20)과의 접 합을 위한 도전 패드를 형성하고 납땜(25)하여 기판과 접합한다. 이때 상기 납땜(25)을 통해 GPS 급전선로의 길이를 연장 또는 조정할 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, GPS 급전선로 측에서 납땜이 이루어지는 지점에 비아 홀을 형성하고 상기 안테나(10)가 실장되는 면의 뒷면에서 비아 홀이 일단에 위치하도록 도전 선로(80)를 형성한다. 이때 형성되는 도전 선로(80)는 금속 물질인 납땜을 통해 반대면의 GPS 급전선로와 연결될 수 있으며 결과적으로 GPS 급전선로가 길어지는 효과를 이룰 수 있다.

특히, 안테나가 원하는 주파수 대역 특성을 갖는지 테스트하는 경우, 안테나를 기판에 실장한 후 테스트하기 때문에 종래에는 원하는 특성이 나타나지 않으면 기판으로부터 안테나를 떼어내어 조정해야 하는 번거로움이 있었다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 안테나(10)는 GPS 신호를 수신하기 위한 주파수 대역 특성이 나타나지 않더라도 안테나(10)와 접합된 기판(20) 뒷면으로 GPS 급전선로가 연장될 수 있기 때문에 안테나(10)를 기판(20)과 분리하지 않고 기판(20)에 형성된 도전 선로(80)의 길이나 두께 또는 폭을 조정하여 원하는 대역 특성이 나타나도록 조정할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 안테나의 바닥면에 형성된 고정돌기와 맞물리는 홀(90)을 기판(20)에 형성하여 표면실장 방식으로 안테나(10)를 실장시, 안테나(10)가 보다 더 단단하게 고정될 수 있도록 한다.

한편, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 내장형 이중급 전 안테나를 제작하는 방법에 있어서, 사출성형을 통해 유전체를 형성할 때 사출하고자 하는 금형 내에 미리 성형된 안테나 방사체를 일정 위치에 고정시킨 후 유전체를 형성하면, 제작 공정을 보다 간단하게 할 수 있으며 이에 따라 불량율을 낮추면서도 대량생산이 가능해질 수 있다.

이에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 금속판을 성형하여 안테나 방사체를 이룬다. 안테나 방사체는 프레스 공법을 적용하여 만드는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 동일한 패턴으로 스퍼터링 고정과 같은 성막 공정을 통해 제조될 수 있다.

다음, 형성된 안테나 방사체를 유전체를 형성하기 위한 금형 내에 넣는다. 상기 안테나 방사체는 금형의 외측으로부터 내측으로 인입설치되는 속핀에 끼워져 금형 내 일정 위치에 고정하여 설치된다. 상기 금속판이 금형 내에 고정되면 사출(injection) 성형 공정이 진행되는데, 사출성형 공정은 크게 틀 닫기-> 사출-> 보압-> 냉각-> 틀 열기의 순서로 진행되며 이 순서를 반복하여 연속적으로 일체형 안테나를 제조할 수 있다.

용융된 플라스틱 수지 재료는 스풀(spool)을 통해 금형 내에 주입되며, 러너 및 게이트를 통과하여 성형공간인 캐비티에 채워진다. 다음, 냉각공정을 거친 후 금형을 개방하여 성형품을 꺼낸다.

본 발명의 안테나는 상술한 바와 같이 제조되어 안테나 방사체로 사용하기 위한 금속판을 만드는 공정 및 플라스틱 지지체를 성형하는 공정으로 간단히 이루어져 안테나 완성품을 제조할 수 있으므로 제조 시간 또는 비용을 절감하고 공정 자동화에 따른 대량 생산이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 휴대 단말기용 안테나 및 그의 제조방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며 두 종류의 급전선로에 있어서 접지선을 공유하여 대역간 아이솔레이션 특성을 향상시키며 안테나가 장착되는 기판에 도전선로를 형성하여 안테나의 물리적인 길이를 줄일 수 있도록 하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있음은 자명하다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 내장형 이중급전 안테나의 구성이 도시된 도

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 내장형 이중급전 안테나의 외관이 도시된 사시도,

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 내장형 이중급전 안테나 및 기판이 도시된 도, 및

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 내장형 이중급전 안테나의 아이솔레이션 결과가 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 내장형 이중급전 안테나 20: 기판

50: BT 급전선로 60: 유전체

70: GPS 급전선로 55, 75: 접지부

Claims (5)

1. 고유전율의 폴리머(polymer)로 이루어지며, 일측면에 접지선이 형성되는 유전체;

   상기 유전체 표면에 형성되어 블루투스 통신방식으로 무선 신호를 송수신하는 BT 급전선로; 및

   상기 유전체 표면에 형성되어 GPS 신호를 수신하는 GPS 급전선로를 포함하며, 상기 BT 급전선로 및 GPS 급전선로는 상기 접지선과 각각 연결되어 상기 접지선을 공유하는 내장형 이중급전 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 BT 급전선로 및 GPS 급전선로는 상기 유전체와 함께 사출하여 일체형으로 이루어진 내장형 이중급전 안테나.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 GPS 급전선로는 급전점과 접지선이 서로 90도로 직교하는 평면상에 위치하는 내장형 이중급전 안테나.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 안테나가 장착되면 상기 GPS 급전선로와 연결되어 GPS 신호 수신을 위 한 선로 길이를 조절할 수 있도록 하는 도전 선로가 형성된 기판

   을 포함하는 내장형 이중급전 안테나.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체는 유전율이 4이상인 폴리머로 이루어지는 내장형 이중급전 안테나.

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