KR100924127B1 - 방송전용 내장형 프랙탈 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방송전용 주파수대역의 신호를 수신할 수 있도록 다수개의 프랙탈 형상이 구성된 방송전용 내장형 프랙탈 안테나에 관한 것으로서, 이를 위해 방송전용 내장형 프랙탈 안테나에 있어서, 기판과, 상기 기판의 상면에 형성되어 방송전용 주파수대역의 신호를 수신하기 위한 복사패치와, 상기 복사패치에 다수개로 형성되어 상기 방송전용 주파수대역의 신호를 수신하는 프랙탈 형상의 슬롯과, 상기 기판에 구비되는 급전부를 포함함을 특징으로 하며, 이에 따라, 평면형의 기판을 사용 가능하고, 이로 인해 회로구현이 쉽고, 제조비용을 절감하며, 제작공정을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.

프랙탈, 내장형 안테나, 방송전용 주파수대역, 지상파 디엠비(T-DMB).

Description

방송전용 내장형 프랙탈 안테나{BROADCAST-ONLY INTERNAL FRACTAL ANTENNA}

본 발명은 방송전용 주파수대역(지상파 디엠비(T-DMB), 위성 디엠비(S-DMB), 디브이비-에이치(Digital Video Broadcasting-Handheld: DVB-H), 미디어플로(MediaFLO) 등)의 신호를 수신할 수 있도록 다수개의 프랙탈 형상이 구성된 방송전용 내장형 프랙탈 안테나에 관한 것이다.

통상적으로, 현대 사회에서 필수품으로 되어가는 휴대용 통신 단말기는 급속한 보급에 따라서 일반인들에게 보편화 되었으며, 이에 따라 단순한 통화 기능 이외에 소비자의 욕구를 충족시키기 위한 다양한 기능이 부가된 복합적인 개념의 휴대용 통신 단말기가 개발되고 있는 추세이다. 예를 들어 기존의 음성 통화 이외에 주문형 비디오 시청 기능, 화상 통화 기능, 디지털 카메라 기능 인터넷 기능, 티브이(TV) 방송 시청 기능 등이 사용자가 요구하는 부가된 서비스를 말한다.

상기 티브이(TV) 방송이란 지상국을 이용하는 지상파 디엠비(Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting: T-DMB)와 위성을 이용하는 위성 디엠 비(Satellite Digital Multimedia Broadcasting: S-DMB)로 구분된다.

상기 지상파 디엠비(T-DMB)는 음성, 영상, 데이터 등의 다양한 멀티미디어 신호를 디지털 방식으로 변조하여, 고정용, 휴대용 또는 차량용 수신기에 지상의 기지국을 통해서 제공하는 방송서비스이다. 현재 상기 지상파 디엠비(T-DMB)서비스는 브이에이치에프(VHF) 대역(174.5~215.5MHz)을 사용하고 있기 때문에 안테나의 물리적인 크기가 매우 크고, 이에 따라 휴대용 통신 단말기, 피엠피(Portable Multimedia Player: PMP), 네비게이션 등의 단말기 내장형 안테나로 구현하기가 매우 어렵다.

일반적인 단말기의 내장형 안테나로 사용되는 평면형 역 에프 안테나(Planar Inverted-F Antenna: PIFA)의 경우에도 브이에이치에프(VHF) 대역에서는 길이가 약 180mm(λ/8)로 지상파 디엠비(T-DMB) 수신용 내장형 안테나로는 적합하지 않다.

따라서, 현재 상용화 된 지상파 디엠비(T-DMB)용 안테나는 단일 밴드 안테나로써 탑 로딩 방식의 리트랙터블 안테나와 헬리컬 안테나를 외장형 또는 착탈형으로 사용하고 있다.

기존의 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 연성기판(130)위에 지그재그(Meander) 구조의 스트립 안테나 패턴(140)으로 구성된다. 상기 연성기판(130)에 안테나 패턴(140)을 형성한 이유는 휴대폰(100)의 폴더(120)를 닫거나 열었을 때 모두, 휴대폰(100)의 메인 회로와의 연결을 유지하기 위함이다. 그러나, 실제 휴대폰 내부에는 복잡한 회로가 포함되어 있지 때문에 도 1과 같이, 안테나를 위한 넓은 공간이 존재하지 않는다. 또한, 폴더의 디스플레이 부(LCD) 뒷면의 넓은 영역에 안테나가 존재하기 때문에, 상기 디스플레이부(LCD) 잡음과 같은 여러 영향을 받게 되어 안테나 특성을 저하시키는 단점이 있었다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 형태의 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나를 보면, 고유전율을 갖는 유전체에 나선(Spiral) 구조의 스트립 안테나 패턴(14)으로 구성되어 있다. 도 2와 같이, 고유전율의 기판을 사용한 이유는 높은 유전율 일수록 파장이 짧아지기 때문에 안테나의 물리적 길이를 줄일 수 있으며, 이와 함께 나선 구조를 사용함으로써, 한정된 공간에서 최장의 안테나 길이를 확보하였다.

그러나, 고유전율의 기판의 경우 안테나의 물리적 크기는 축소할 수 있지만, 일반적으로 안테나의 복사효율을 감소시키고 동작 주파수대역폭을 감소시키는 영향이 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 다른 형태의 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나의 구조를 보면, 방사코일(200)의 내부에 금속봉(600)이 형성되어 있고, 이 금속봉(600)이 스터브(500)를 통해서 링선로(700)에 연결되어 있다. 안테나의 급전부(400)를 통해서 방사코일에 여기된 에너지는 전자기적 커플링에 의해 금속봉에 전달되고 금속봉에 전달된 에너지는 스터브를 통해 링선로에 공급된다. 이러한 메커니즘을 통해서 전체 물리적인 길이보다 더 낮은 주파수에서 공진을 발생할 수 있으며, 이에 따라 내장형 안테나가 가능하도록 소형화된다. 그러나, 상기 안테나의 경우 입체적인 구조를 가지고 있지 때문에 안테나의 제작과 구현이 어렵고 비용이 많이 드는 단점을 가지고 있다.

따라서, 상기 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나의 성능을 더욱 향상시키면서 크기는 보다 작게 하려는 연구가 활발하다. 이러한 요구에 부응하여 프랙탈 구조를 이용한 새로운 형태의 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나가 그 중 한 분야로 각광받고 있다.

상기 프랙탈이란 부분이 전체를 닮는 자기 유사성(Self-Similarity)과 반복성을 특징으로 갖는 형상을 말한다. 곡선의 어느 한 부분을 확대했을 때 전체 곡선과 정확히 일치하는 현상을 자기 유사성이라고 한다. 칸토로(Cantor) 집합, 고흐 커브(Koch Curue), 시어핀스키(Sierpinski) 삼각형 등이 그러한 예이며, 자연계에서도 이러한 현상을 쉽게 찾아 볼 수 있으므로 구현 가능한 프랙탈 형상은 매우 다양하다.

본 발명은 기판에 방송전용 주파수대역(지상파 디엠비(T-DMB), 위성 디엠비(S-DMB), 디브이비-에이치(DVB-H), 미디어플로(MediaFLO) 등)에서 동작을 구현할 수 있도록 다수개의 프랙탈 형상을 구성함으로써, 평면형의 기판을 사용가능하고, 이로 인해 회로 구현이 쉽고, 제조비용을 절감하며, 제작공정이 용이하도록 한 방송전용 내장형 프랙탈 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명은, 방송전용 내장형 프랙탈 안테나에 있어서,

기판;

상기 기판의 상면에 형성되어 방송전용 주파수대역의 신호를 수신하기 위한 복사 패치;

상기 복사 패치에 다수개로 형성되어 상기 방송전용 주파수대역의 신호를 수신하는 프랙탈 형상의 슬롯; 및

상기 기판에 구비되는 급전부를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 방송전용 내장형 프랙탈 안테나에 의하면,

기판에 방송전용 주파수대역의 신호를 수신할 수 있도록 다수개의 프랙탈 형상을 구성함으로써, 평면형의 기판을 사용 가능하고, 이로 인해 회로 구현이 쉽고, 또한, 프랙탈 구조의 자기 유사성과 반복성을 이용하여 안테나를 소형화할 수 있으며, 이로 인해 브이에이치에프(VHF) 대역(174.5~215.5MHz)을 사용하는 지상파 디엠비(T-DMB)용 안테나도 휴대용 통신 단말기내에 내장할 수 있도록 소형화가 가능하며, 또한 기존의 내장형 안테나보다 더 소형화가 가능하고, 이로 인해 제작공정이 간단하며, 비용이 저렴하며, 안테나 효율 및 대역폭 특성을 향상시킬 수 있고, 상기 휴대용 통신 단말기의 내부의 시스템 잡음에 비교적 영향을 덜 받을 수 있는 효과가 있다.

또한, 지상파 디엠비(T-DMB) 서비스뿐만 아니라, 지상파 디엠비(T-DMB) 서비 스보다 높은 주파수대역에서 운용되는 디브이비-에이치(DVB-H), 미디어플로(MediaFLO), 그리고 위성 디엠비(S-DMB) 서비스의 경우에도 파장이 더 짧기 때문에 안테나의 물리적인 크기를 더 작게 할 수 있으며, 이로 인해 모두 단말기 내장형 안테나로 구현이 가능하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형예들이 있음을 이해하여야 한다.

도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 방송전용 내장형 프랙탈 안테나(1)는 기판(2)과, 복사패치(3)와, 적어도 하나 이상의 프랙탈 형상(4a)의 슬롯(4)과, 급전부(5)로 구성되어 있고, 상기 기판(2)은 후술하는 복사패치(3)를 형성할 수 있도록 되어 있으며, 상기 기판(2)은 평면형의 인쇄회로기판(2)(Printed Circuit Board: PCB)으로 이루어져 있다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 복사패치(3)는 방송전용 주파수대역의 신호를 수신할 수 있도록 상기 기판(2)의 상면에 형성되어 있고, 상기 프랙탈 형상(4a)의 슬롯(4)은 상기 방송전용 주파수대역의 신호를 수신하도록 상기 복사패치(3)에 다수개로 형성되어 있으며, 상기 급전부(5)는 상기 내장형 프랙탈 안테 나(1)를 급전하도록 상기 기판(2)에 구비되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(2)은 “ ㄱ " 자 형상으로 이루어져 있고, 상기 기판(2)의 상면은 상기 프랙탈 형상(4a)의 슬롯(4)을 형성할 수 있도록 금속 재질로 이루어져 있다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프랙탈 형상(4a)의 슬롯(4)들은 상기 기판(2)의 길이방향을 따라서 동일한 스트립 패턴으로 형성되어 있고, 동일 크기 또는 다른 크기 비율로 반복적으로 제공하도록 다수의 프랙탈 배열(6)로 이루어져 있다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프랙탈 배열(6)은 제 1, 2, 3 배열(6a)(6b)(6c)로 이루어져 있다. 상기 제 1, 3 배열(6a)(6c)의 프랙탈 형상(4a)은 상기 제 2 배열(6b)의 프랙탈 형상(4a)보다 크기가 작게 제공되어 있고, 상기 프랙탈 형상(4a)의 슬롯(4)들 내에는 다수개의 “+”자 형상의 안테나 패턴(4b)이 구비되어 있다.

상기 급전부(5)에는 상기 방송전용 주파수대역의 수신 신호를 전자 기기(8)에 구비된 메인 회로(8a)로 연결하여 공급하도록 알에프(RF) 케이블(7)이 구비되어 있다.

상기 방송전용 주파수대역은 지상파 디엠비(T-DMB), 디브이비-에이치(DVB-H), 미디어플로(MediaFLO), 위성 디엠비(S-DMB) 등으로 이루어지고, 이외 다른 방송전용 주파수대역도 수신 가능하다.

여기서, 상기 전자 기기의 예시로는, 모든 휴대용 통신 단말기(mobile communication terminal)를 비롯하여, 피엠피(Portable Multimedia Player: PMP), 엠피3(MP3) 플레이어, 디지털방송 플레이어, 피디에이(Personal Digital Assistant: PDA) 및 스마트 폰(Smart Phone) 등 모든 정보통신기기와 멀티미디어 기기 및 그에 대한 응용기기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 프랙탈 형상(4a)은 정사각형, 직사각형, 삼각형 및 직삼각형 등으로 이루어지고, 이외에 다른 다양한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안테나 패턴(4b)의 형상은 기호, 문자 및 숫자 등으로 이루어지고, 예를 들면 * , -, < 등으로 형성 가능하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 방송전용 내장형 프랙탈 안테나의 동작과정을 첨부된 도 4 내지 도 10을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 방송전용 내장형 프랙탈 안테나(1)는 기판(2)과, 복사 패치(3)와, 다수개의 프랙탈 형상(4a)의 슬롯(4)과, 급전부(5)로 구성된다.

상기 프랙탈 형상(4a)의 슬롯(4)들은 상기 기판(2)의 길이방향을 따라서 동일한 스트립 패턴으로 형성되고, 동일 크기 또는 다른 크기 비율로 반복적으로 제공한다.

여기서, 도 4 및 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판(2)을 상기 기판(2)의 한쪽을 구부려서 “ㄱ”자 형상으로 형성한다. 이 상태에서, 상기 “ㄱ”자 형상의 기판(2)을 상기 전자 기기(8)에 장착하고, 상기 기판(2)의 급전부(5)에 구비된 알에프(RF) 케이블(7)을 상기 전자 기기(8)에 구비된 메인 회로(8a)에 연결한다

여기서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전자 기기는 휴대용 통신 단말기(8)를 예로 설명하고, 상기 휴대용 통신 단말기(8)의 내부에 상기 기판(2)을 장착한다.

이 상태에서, 사용자는 상기 휴대용 통신 단말기(8)를 통해 티브이(TV)를 시청할 경우 상기 방송전용 내장형 프랙탈 안테나(1)가 방송전용 주파수대역의 신호를 수신한다.

이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 기판(2)의 급전부(5)는 상기 RF 케이블(7)를 통해 상기 방송전용 주파수대역의 수신 신호를 상기 휴대용 통신 단말기(8)에 구비된 메인 회로(8a)에 공급하고, 상기 메인 회로(8a)는 제어부(미도시 됨)를 통해 상기 휴대용 통신 단말기(1)의 디스플레이부(LCD)(8a)에 방송영상을 방영한다.

이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 개발된 안테나를 장착하여 실제 지상파 디엠비(T-DMB)를 수신한 결과, 현재 서비스 중인 11개의 영상(TV)채널과 7개의 음성(Radio)채널이 모두 검색가능하고, 사용자는 이중에서 시청하고 싶은 채널을 선택할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 휴대용 통신 단말기(8)에 내장된 방송전용 내장형 프랙탈 안테나(1)의 반사 손실을 측정한 도면으로서, 상기 지상파 디엠비(T-DMB)의 동작 주파수대역(F1)인 174.5~215.5MHz에서 일반적인 지상파 디엠 비(T-DMB)용 내장형 안테나의 반사손실 기준인 -3dB를 만족한다. 또한, 상기 내장형 프랙탈 안테나(1)는 크기 비율이 다른 동일한 구조가 반복적으로 나타나기 때문에 여러 주파수대역에서 공진하는 다중공진 특성을 나타낸다.

따라서, 상기 방송전용 내장형 프랙탈 안테나(1)는 지상파 디엠비 (T-DMB) 서비스뿐만 아니라, 지상파 디엠비(T-DMB) 서비스보다 높은 주파수대역에서 운용되는 디브이비-에이치(DVB-H), 미디어플로(MediaFLO), 위성 디엠비(S-DMB) 서비스의 경우에도 파장이 더 짧기 때문에 안테나의 물리적인 크기를 더 작게 할 수 있으며, 이로인해 모두 단말기 내장형 안테나로 구현이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명의 방송전용 내장형 프랙탈 안테나는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래의 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나의 구성을 나타낸 도면

도 2는 종래의 다른 실시예의 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나의 구성을 나타낸 사시도.

도 3은 종래의 다른 실시예의 지상파 디엠비(T-DMB)용 내장형 안테나의 구성을 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방송전용 내장형 프랙탈 안테나의 구성을 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방송전용 내장형 프랙탈 안테나의 구성 중 프랙탈 형상을 나타낸 정면도.

도 6은 도 5의 A부 확대도.

도 7은 도 5의 A-A‘ 선 단면도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방송전용 내장형 프랙탈 안테나를 휴대용 통신 단말기내에 장착시킨 상태를 나타낸 도면

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방송전용 내장형 프랙탈 안테나의 반사손실을 측정한 도면.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 방송전용 내장형 프랙탈 안테나의 사용상태를 나타낸 도면.

Claims (9)

1. 방송전용 내장형 프랙탈 안테나에 있어서,

   기판;

   상기 기판의 상면에 형성되어 방송전용 주파수대역의 신호를 수신하기 위한 복사패치;

   상기 복사패치에 다수개로 형성되어 상기 방송전용 주파수대역의 신호를 수신하기 위한 프랙탈 형상의 슬롯; 및

   상기 기판에 구비되는 급전부를 포함하고,

   상기 프랙탈 형상의 슬롯들은 상기 기판의 길이방향을 따라서 동일한 패턴으로 형성하며, 동일 크기 또는 다른 크기 비율로 반복적으로 제공하는 다수의 프랙탈 배열로 이루어지고,

   상기 프랙탈 배열들은 제 1, 2, 3 배열로 이루어지며,

   상기 제 1, 3 배열의 프랙탈 형상은 상기 제 2 배열의 프랙탈 형상보다 크기가 작게 제공됨을 특징으로 하는 방송전용 내장형 프랙탈 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 “ ㄱ ” 자 형상으로 이루어지고,

   상기 기판의 상면은 금속재질의 평판으로 이루어짐을 특징으로 하는 방송전용 내장형 프랙탈 안테나.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 프랙탈 형상의 슬롯들내에는 다수개의 “ + ” 자 형상의 안테나 패턴이 구비됨을 특징으로 하는 방송전용 내장형 프랙탈 안테나.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 급전부에는 상기 방송전용 주파수대역의 수신 신호를 전자 기기에 구비된 메인 회로로 연결하여 공급하도록 알에프(RF) 케이블이 구비됨을 특징으로 하는 방송전용 내장형 프랙탈 안테나.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 방송전용 주파수대역은 지상파 디엠비(T-DMB)로 이루어지고, 상기 안테나의 물리적인 크기를 작게하여 디브이비-에이치(DVB-H), 미디어플로(MediaFLO) 또는 위성 디엠비(S-DMB)에서도 동작함을 특징으로 하는 방송전용 내장형 프랙탈 안테나.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 상기 프랙탈 형상의 외곽은 정사각형, 직사각형, 삼각형 및 직삼각형 중 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 방송전용 내장형 프랙탈 안테나.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 안테나 패턴의 형상은 기호, 문자 및 숫자 중 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 방송전용 내장형 프랙탈 안테나.

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