KR100910825B1 - 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나 - Google Patents

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Abstract

무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나가 개시된다. 유전체 필름은 절연 재질의 박형 필름으로 이루어진다. 신호선로는 금속 박막 형태로 유전체 필름 위에 형성되며, 일단은 무선통신기기의 송신 출력부 회로와 전기적으로 연결되어 RF 전류를 급전받고, 타단은 RF 전류를 자유공간으로 방사한다. 제1접지선로 및 제2접지선로는 각각 금속 박막 형태로 유전체 필름 위에 형성되며, 신호선로의 일측 및 타측에 소정의 제1간격 만큼 이격되어 신호선로와 평행하게 형성된다. 제3접지선로 및 제4접지선로는 각각 유전체 필름 위에 형성되며, 'ㄷ'자 형태의 금속 박막으로 이루어지고, 서로 평행한 내측선로와 외측선로 중에서 내측선로는 제1접지 선로 및 제2접지 선로의 길이 방향으로 신호선로와 제1간격 만큼 이격되어 배치되며, 내측선로의 종단은 제1접지선로 및 제2접지선로의 종단과 소정의 제2간격 만큼 이격된다. 본 발명에 따르면, 안테나를 제조함에 있어서 각 부품의 조립 공정을 없앨 수 있어, 대량생산이 가능하게 되어 전체적인 제조비용이 절감된다.
Figure R1020070086602
슬리브 안테나, 다이폴 안테나, 등평면 도파선로, 필름

Description

무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나{Sleeve dipole antenna for wireless communication equipment}
본 발명은 슬리브 다이폴 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신기기에 적용가능한 필름형 슬리브 다이폴 안테나에 관한 것이다.
현재 무선통신기기의 케이스 외부에 부착된 안테나의 사용상 불편함으로 인해 무선통신기기의 케이스 내부에 안테나를 내장시키고자 하는 방법들이 제시되고 있다. 기존에 사용되고 있는 외장형 안테나에는 동축케이블을 이용한 슬리브 다이폴 안테나가 있다.
도 1은 기존의 슬리브 다이폴 안테나의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기존의 슬리브 다이폴 안테나는 동축케이블(110), 슬리브(120), 하우징(130) 및 커넥터(140)로 구성된다. 동축케이블(110)의 중심 도체(150)는 사용대역 주파수 파장의 1/4 길이만큼 외부로 노출되며, 동축케이블(110)의 외부 도체는 중심 도체(150)가 노출되는 지점에서 슬리브(120)의 상단과 전기적으로 연결된다. 슬리브(120)는 도전성 재질로 이루어지며, 슬리브(120)의 길이는 사용대역 주파수 파장의 1/4이다. 하우징(130)은 동축케이블(110)과 슬리 브(120)를 수납하며, 커넥터(140)는 슬리브 다이폴 안테나를 이동통신기기, 무선기기 등에 전기적 및 물리적으로 연결하기 위한 수단이다. 이러한 종래 기술에 따른 슬리브 다이폴 안테나는 일반적으로 2dBi 이하의 이득을 가진다.
그러나 이러한 종래의 슬리브 다이폴 안테나는 이득이 낮고, 크기, 두께 및 무게의 측면에서 소형화 및 경량화되고 있는 무선통신기기에 내장하기에는 적합하지 않은 문제가 있다. 또한 복잡한 제조공정을 필요로 하므로 대량생산에 적합하지 않으며, 복잡한 제조공정에 의해 안테나 특성에 편차가 발생하여 균일한 특성을 얻어내기가 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제로 인해 인쇄회로기판에 도 1에 도시된 바와 같은 슬리브 다이폴 안테나와 동일한 기능을 하는 안테나를 형성하는 방법도 제안된 바 있다. 그러나 인쇄회로기판에 형성된 안테나의 경우에도 무선통신기기의 PCB 본체에 안테나를 연결하기 위해서는 별도의 커넥터가 필요하며, 인쇄회로기판의 경우 일정한 두께를 갖기 때문에 안테나의 배치위치가 제한되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제조 과정이 단순하고 소형이며 장칙위치가 일정정도 자유로운 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나는, 절연 재질의 박형 필름으로 이루어진 유전체 필름; 상기 유전체 필름 위에 형성되며, 일단은 무선통신기기의 송신 출력부 회로와 전기적으로 연결되어 RF 전류를 급전받고, 타단은 상기 RF 전류를 자유공간으로 방사하는 금속 박막 형태의 신호선로; 상기 유전체 필름 위에 형성되며, 상기 신호선로의 일측에 소정의 제1간격 만큼 이격되어 상기 신호선로와 평행하게 형성되는 금속 박막 형태의 제1접지선로; 상기 유전체 필름 위에 형성되며, 상기 신호선로의 타측에 상기 제1간격 만큼 이격되어 상기 신호선로와 평행하게 형성되는 금속 박막 형태의 제2접지선로; 상기 유전체 필름 위에 형성되며, 'ㄷ'자 형태의 금속 박막으로 이루어지고, 서로 평행한 제1내측선로와 제1외측선로 중에서 상기 제1내측선로는 상기 제1접지선로의 길이 방향으로 상기 신호선로와 상기 제1간격만큼 이격되어 배치되며, 상기 제1내측선로의 종단은 상기 제1접지선로의 종단과 소정의 제2간격만큼 이격되는 제3접지선로; 및 상기 유전체 필름 위에 형성되며, 'ㄷ'자 형태의 금속 박막으로 이루어지고, 서로 평행한 제2내측선로와 제2외측선로 중에서 상기 제2내측선로는 상기 제2접지선로의 길이 방향으로 상기 신호선로와 상기 제1간격만큼 이격되어 배치되며, 상기 제2내측선로의 종단은 상기 제2접지선로의 종단과 상기 제2간격만큼 이격되는 제4접지선로;를 구비한다.
본 발명에 따른 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나에 의하면, 안테나를 제조함에 있어서 각 부품의 조립 공정을 없앨 수 있어, 대량생산이 가능하게 되어 전체적인 제조비용이 절감된다. 또한 구조적으로 유연한 박형의 필름형태로 제조되므로, 크기와 두께면에서 소형화가 가능하며 무선통신기기의 케이스 내부의 회로 부품들이나 기판 사이 틈새에 용이하게 삽입할 수 있다. 나아가 등평면 도파선로 양쪽 측면 접지선로의 중간부분을 불연속 절단함으로써, 사용 주파수 대역폭을 보다 광대역으로 넓힐 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나의 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나를 A-A'선을 기준으로 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나(200)는 유전체 필름(250), 신호선로(260), 제1접지선로(270), 제2접지선로(275), 제3접지선로(280) 및 제4접지선로(285)로 구성된다.
유전체 필름(250)은 전도성이 없는 절연체 재질의 비유전율이 εr인 박형의 필름이며, 슬리브 다이폴 안테나(200)의 형태를 결정한다. 이러한 유전체 필름(250) 위에 도금 및 에칭 과정에 의해 금속 박막 형태의 신호선로(260) 및 접지선로(270 내지 285)를 형성한다. 신호선로(260)는 도전성의 얇은 금속선으로 이루어지며, 양측에 접지선로(270, 275, 280, 285)가 존재하지 않는 부분(240)의 길이 는 사용대역 주파수 파장의 1/4으로 방사부를 이룬다.
제1접지선로(270)와 제2접지선로(275)는 무선통신기기의 송신 출력부 회로와 급전되는 접속 부분인 신호선로(260)의 일단부로부터 일정거리 이격된 지점부터 시작되어 신호선로(260)와 s의 간격을 두고 평행하게 배치된다. 제3접지선로(280)와 제4접지선로(285)는 제1접지선로(270)와 제2접지선로(275)의 길이방향으로 간격을 두고 신호선로(260)와 대칭되도록 신호선로(260)의 양측에 배치된다. 이와 같이 제1접지선로(270)와 제3접지선로(280) 사이 및 제2접지선로(275)와 제4접지선로(285) 사이에 불연속 지점(290, 295)을 형성함으로써 안테나의 사용 주파수 대역폭을 보다 광대역으로 넓힐 수 있다. 이때 제3접지선로(280)와 제4접지선로(285)는 신호선로(260)와 s의 간격을 두고 평행하게 배치된다.
한편, 제3접지선로(280)와 제4접지선로(285)는 동일한 형상으로 제조되며, 신호선로(260)의 타단부로부터 사용대역 주파수 파장의 1/4 만큼 떨어진 지점에서 'ㄷ'자 형태로 절곡된다. 이러한 'ㄷ'자 형태의 제3접지선로(280)와 제4접지선로(285)의 서로 평행한 선로들 중에서 신호선로(260)에 가깝게 위치하는 선로를 내측선로라 하고, 신호선로(260)로부터 멀리 위치하는 선로를 외측선로라 한다. 그리고 제3접지선로(280)의 내측선로 및 외측선로를 각각 제1내측선로 및 제1외측선로라 언급하고, 제4접지선로(285)의 내측선로 및 외측선로를 각각 제2내측선로 및 제2외측선로라 언급한다. 이때 제1외측선로와 제2외측선로의 길이는 모두 사용대역 주파수 파장의 1/4이다. 이와 같이 'ㄷ'자 형태의 제3접지선로(280)와 제4접지선로(285)의 외측선로들은 슬리브로서 기능한다. 제1접지선로(270) 내지 제4접지선로(285)는 도전성의 얇은 금속선으로 이루어지며, 동일한 접지단에 접지된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 슬리브 다이폴 안테나(200)는 이동통신기기의 송신 출력부 회로와 급전되는 접속 부분인 신호선로(260)의 일단부로부터 제3접지선로(280)의 외측선로인 제1외측선로와 제4접지선로(285)의 외측선로인 제2외측선로의 종단까지의 영역이 등평면 도파선로(Coplanar Waveguide : CPW) 형태의 급전부(210)를 형성한다. 이와 같이 등평면 도파선로 형태의 급전부(210)를 형성하면 별도의 커넥터 없이 무선통신기기의 회로기판에 플립칩 본딩 또는 납땜에 의해 안테나를 직접 접속시킬 수 있다. 이러한 등평면 도파선로의 특성 임피던스는 사용되는 유전체 필름(250)의 비유전율(εr)과 두께(h), 그리고, 신호선로(260)로 사용되는 도체의 두께(t)와 폭(W)에 의해 결정된다. 일례로, 유전체 필름(250)의 비유전율 εr=2.6, 신호선로(260)와 접지선로(270, 275) 사이의 간격 s=1㎜, 유전체 필름(250)의 두께 h=0.6㎜, 신호선로(260)의 두께 t=18㎛, 사용대역 주파수 f=800MHz 일 때, 등평면 도파선로가 상용의 동축케이블의 특성임피던스인 50Ω의 특성임피던스를 가지기 위해서는 신호선로(260)의 폭 W=0.085㎜로 설정하면 된다. 이때 비유전율이 높은 재료의 유전체 시트를 이용하면, 회로의 소형화를 실현할 수 있다.
한편 제1접지선로(270) 내지 제4접지선로(285)가 모두 중첩되는 영역은 제1슬리브(220)를 구성하며, 따라서 신호선로(260)의 일단부로 급전된 RF 전류는 제1슬리브(220)의 종단지점에서 반사되어 신호선로(260)로부터 제1접지선로(270) 및 제2접지선로(275)로 분기되며, 이는 다시 제3접지선로(280) 및 제4접지선로(285)의 외측선로로 유입되어 급전부(210) 쪽으로 흐르는 제1전류경로를 형성하게 된다. 또한 제1접지선로(270) 및 제2접지선로(275)의 종단지점으로부터 신호선로(260)의 양측에 접지선로가 존재하지 않는 부분(240)의 시작지점까지의 영역은 제2슬리브(230)를 구성한다. 따라서 신호선로(260) 내를 흐르는 RF 전류는 신호선로(260)의 양측에 접지선로가 존재하지 않는 부분(240)의 시작지점에서 재차 분기되어 제3접지선로(280) 및 제4접지선로(285)로 유입되어 제3접지선로(280) 및 제4접지선로(285)의 외측선로로 유입되어 급전부(210) 쪽으로 흐르는 제2전류경로를 형성하게 된다. 이와 같은 제1전류경로로 흐르는 전류와 제2전류경로로 흐르는 전류는 180°의 위상차이를 가지므로, 서로 상쇄되어 소멸되며, 이로 인해 안테나의 반사계수 특성이 우수해진다. 따라서 한편 신호선로(260)의 타단부쪽으로 향하는 RF 전류는 신호선로(260)의 양측에 접지선로가 존재하지 않는 부분인 방사부(240)의 종단에서 자유공간으로 복사된다.
도 4a 및 도 4b는 각각 800 MHz 대역에서 사용하는 무선가입자망(WLL)용 무선전화기의 실내 고정전화기의 내장형 안테나로 설계된 본 발명에 따른 슬리브 다이폴 안테나의 수직편파 앙각 패턴과 수직편파 방위각 패턴을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 슬리브 다이폴 안테나는 수직편파 앙각 패턴의 경우에 빔 피크는 -165.00deg에서 -1.60dBi, 빔폭은 -3.00deg에서 64.57deg, 우측 로브는 -78.00deg에서 -25.27dB, 좌측 로브는 90.00deg에서 -11.64dB, 그리고, 전후방비는 -171.00deg에서 0.04dB이다. 또한 수직편파 방위각 패턴의 경우에 빔 피크는 104.00deg에서 0.06dBi이고, 전후방비는 173.00deg에서 0.13dB이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경 은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 기존의 슬리브 다이폴 안테나의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 슬리브 다이폴 안테나의 평면도,
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 슬리브 다이폴 안테나를 A-A'선을 기준으로 절단한 단면을 도시한 단면도, 그리고,
도 4a 및 도 4b는 각각 800 MHz 대역에서 사용하는 무선가입자망(WLL)용 무선전화기의 실내 고정전화기의 내장형 안테나로 설계된 본 발명에 따른 슬리브 다이폴 안테나의 수직편파 앙각 패턴과 수직편파 방위각 패턴을 도시한 도면이다.

Claims (5)

  1. 절연 재질의 박형 필름으로 이루어진 유전체 필름;
    상기 유전체 필름 위에 형성되며, 일단은 무선통신기기의 송신 출력부 회로와 전기적으로 연결되어 RF 전류를 급전받고, 타단은 상기 RF 전류를 자유공간으로 방사하는 금속 박막 형태의 신호선로;
    상기 유전체 필름 위에 형성되며, 상기 신호선로의 일측에 소정의 제1간격 만큼 이격되어 상기 신호선로와 평행하게 형성되는 금속 박막 형태의 제1접지선로;
    상기 유전체 필름 위에 형성되며, 상기 신호선로의 타측에 상기 제1간격 만큼 이격되어 상기 신호선로와 평행하게 형성되는 금속 박막 형태의 제2접지선로;
    상기 유전체 필름 위에 형성되며, 'ㄷ'자 형태의 금속 박막으로 이루어지고, 서로 평행한 제1내측선로와 제1외측선로 중에서 상기 제1내측선로는 상기 제1접지선로의 길이 방향으로 상기 신호선로와 상기 제1간격만큼 이격되어 배치되며, 상기 제1내측선로의 종단은 상기 제1접지선로의 종단과 소정의 제2간격만큼 이격되는 제3접지선로; 및
    상기 유전체 필름 위에 형성되며, 'ㄷ'자 형태의 금속 박막으로 이루어지고, 서로 평행한 제2내측선로와 제2외측선로 중에서 상기 제2내측선로는 상기 제2접지선로의 길이 방향으로 상기 신호선로와 상기 제1간격만큼 이격되어 배치되며, 상기 제2내측선로의 종단은 상기 제2접지선로의 종단과 상기 제2간격만큼 이격되는 제4접지선로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제3접지선로 및 상기 제4접지선로는 상기 신호선로의 타단으로부터 사용대역 주파수 파장의 1/4 만큼 떨어진 지점에서 'ㄷ'자 형태로 절곡되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1외측선로 및 상기 제2외측선로의 길이는 사용대역 주파수 파장의 1/4인 것을 특징으로 하는 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 신호선로의 일단부로부터 상기 제1외측선로 및 상기 제2외측선로의 종단까지의 영역은 등평면 도파선로(Coplanar Waveguide : CPW) 형태의 급전부를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 급전부는 상기 무선통신기기의 회로기판에 플립칩 본딩 또는 납땜에 의해 직접 접속되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기용 슬리브 다이폴 안테나.
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