KR100924769B1

KR100924769B1 - 대역 선택 안테나

Info

Publication number: KR100924769B1
Application number: KR1020090015047A
Authority: KR
Inventors: 김정; 하지훈
Original assignee: 주식회사 네오펄스
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2009-11-05
Also published as: JP2012518937A; CN102414917A; WO2010095803A1

Abstract

본 발명은 휴대형 제품에 적용되는 안테나의 특성을 스위치 선택을 통해 가변하여 이득 손실 없이도 원하는 대역을 선택할 수 있도록 한 대역 선택 안테나에 관한 것으로, 이를 위하여 안테나 방사체에 복수의 접지 선택 스위치를 적용하고 이를 선별 조작하는 것으로 선택적 방사체의 적용이 아닌 스위치 동작에 의한 전기적 특성 변화만으로 이득을 유지하면서 원하는 대역을 선택할 수 있는 효과가 있다.

안테나, PIFA, 역F, 대역, 선택, 스위치

Description

대역 선택 안테나{Band Selection Antenna}

본 발명은 휴대형 제품에 적용되는 안테나의 특성을 스위치 선택을 통해 가변하여 이득 손실 없이도 원하는 대역을 선택할 수 있도록 한 대역 선택 안테나에 관한 것이다.

휴대용 통신 장치의 폭발적인 증가와 차세대 통신 시장을 선점하기 위한 통신 방식에 대한 연구에 따라 다양한 종류의 주파수를 사용하는 통신 방식들이 혼재되고 있다. 이러한 통신 방식들은 유사한 변조 방식을 사용하면서도 지역에 따라 상이한 주파수를 사용하고 있으며 개선된 형태의 통신 기술을 적용하기 위해서 복수의 주파수를 통해 단일 서비스를 제공하고 있기도 하는 등 통신용 휴대 단말기가 동시에 지원해야 할 주파수 대역이 점차 증가되고 있다. 또한, 다른 지역으로 이동하는 경우 해당 지역에서 제공하는 통신 서비스로 로밍할 수 있는 환경이 갖추어져 있기 때문에 다양한 지역에서 혼재되고있는 통신 주파수에 대응할 수 있는 보다 효과적인 안테나의 필요성이 높아지고 있다.

이렇게 복수 대역을 지원하기 위한 다중 대역 안테나의 경우 기본적인 안테 나 구조 설계를 통해서 저주파 대역과 고주파 대역 등과 같이 비교적 대역 차이가 큰 복수 대역을 지원하도록 하고 있다. 하지만, 예를 들어 850MHz 주파수를 사용하는 GSM 서비스와 900MHz 주파수를 사용하는 GSM 서비스를 동시에 지원하고자 하는 경우, 이를 다중 대역 안테나로 설계하는 것은 상당히 어려우며, 이러한 유사 대역과 함께 더 높은 주파수 대역(예를 들어, 1.8GHz 대역의 WCDAM나 그 이상의 DCS 대역)도 지원하고자 할 경우 이를 만족하는 안테나를 휴대용 장치에 내장할 수 있으면서 실효성 있는 이득을 제공하도록 설계하는 것은 대단히 어렵다.

그에 따라 휴대용 장치에 내장 가능한 평면형 안테나가 인접한 대역을 지원하도록 하기 위해서 안테나의 특성을 변경하는 방식으로 대역 선택이 가능하도록 하는 기술들이 제안되었는데, 도 1에 예를 든 바와 같이 안테나의 물리적 형태를 선택적으로 가변하는 것으로 안테나의 특성을 변경하여 사용 대역을 선택하는 방식과, 도 2에 예를 든 바와 같이 안테나의 특성을 조절할 수 있는 매칭부를 적용한 후 매칭부의 소자 특성을 조절하는 것으로 대역을 쉬프팅시키는 방식이 대표적이다.

먼저 도 1은 평면형 안테나(1)의 일부에 연결된 전송 라인과 각기 크기가 상이한 연장 라인들(3, 4)을 스위치(2)를 통해서 선택 커플링시키도록 함으로써 대역을 선택하는 구조를 보인 것이다. 이러한 구조는 실질적으로 안테나로 동작하게 되는 연장 라인들을 선택 대역에 따라 구성해야 하기 때문에 이러한 구성에 필요한 공간이 커지고 배치가 어려워 선택 가능한 파장이 제한적이고 소형화되는 휴대형 안테나에 적용되기 어렵다.

도 2는 일반적으로 대역 쉬프팅을 위한 간단한 방식으로 안테나의 급전부와 통신부 사이에 매칭부를 구비하고, 상기 매칭부를 구성하는 소자의 특성을 변경하는 방식으로 동작하게 된다. 하지만, 상기 매칭부에 의해서 보상되는 파장 길이는 실질적인 방사가 불가능한 부분이기 때문에 쉬프팅될 수록 이득이 낮아져 실제 제품에 적용 가능할 정도의 액티브 상태 이득을 얻기 어렵다.

이는 도 3을 통해 확인할 수 있는데, 안테나의 물리적 설계에 따른 공진 특성은 매칭단을 통해 안테나의 사용 대역을 쉬프팅함에 따라 점차 악화되어 원하는 이득을 얻기 어렵게됨을 알 수 있다.

따라서, 이득을 줄이지 않고 적용이 간편하며 부피도 작으면서 원하는 대역을 선택할 수 있도록 하는 휴대용 통신 단말기 내장용 안테나에 대한 요구가 급증하고 있으며, 더불어 기본적으로 다중 대역을 지원하는 소형 안테나로서 이러한 고이득 대역 선택이 가능한 안테나가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 안테나 방사체에 복수의 접지 선택 스위치를 적용하고 이를 선별 조작하는 것으로 선택적 방사체의 적용이 아닌 스위치 동작에 의한 전기적 특성 변화만으로 이득을 유지하면서 원하는 대역을 선택할 수 있도록 한 대역 선택 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 다중 대역에 대응하도록 설계된 평면 역F 안테나의 복수 영역과 접지를 선택적으로 연결하는 스위치를 하나 이상 동시 조작하는 것으로 복수의 기본 설계 대역들 중에서 일부 대역을 고정시키고 일부 대역만 다른 대역을 선택하도록 하여 복수 대역 서비스가 필요한 경우에도 유연하게 대응할 수 있도록 한 대역 선택 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 평면 역F 안테나의 전기적 특성을 가변하는 스위치를 안테나의 상부, 하부, 측면 혹은 캐리어 내부 등과 같은 다양한 위치에 적용할 수 있도록 하여 설계 자유도를 높인 대역 선택 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 실제 사용에 따른 핸드 이펙드, 헤드 이펙트, 사이드 이펙트 등과 같은 왜곡을 효과적으로 보상할 수 있도록 한 대역 선택 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 평면 역F 안테나는 물론이고 이중 평면 역F 안테나와 같은 변형된 평면형 안테나에 대해서도 적용되도록 하여 커플링 특성에 의한 다중 대역 지원과 대역폭 확대와 같은 기존 안테나의 장점을 수용하면서도 원하는 대역을 효 과적으로 선택할 수 있도록 한 대역 선택 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 평면 역F 안테나는 물론이고 모노폴 안테나에 대해서도 적용하여 원하는 대역을 효과적으로 선택할 수 있도록 한 대역 선택 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 저주파 대역 영역과 고주파 대역 영역을 포함하는 복수의 대역에 대응하기 위한 패턴으로 구성된 평면형 안테나 방사체와; 상기 안테나 방사체와 연결된 급전선과; 상기 안테나 방사체의 복수 영역과 접지를 외부 제어 신호에 따라 선택적으로 개별 연결하는 복수의 스위치들과; 상기 스위치들을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 안테나 동작 주파수 전체 대역 쉬프팅이나 안테나 동작 주파수 대역 중 저주파 대역 쉬프팅을 위해서는 해당 저주파 대역 영역의 안테나 방사체에 연결된 스위치를 동작시키고, 동작 주파수 대역 중 고주파 대역 쉬프팅을 위해서는 해당 고주파 대역 영역의 안테나 방사체에 연결된 스위치를 동작시키도록 이루어진다.

상기 스위치가 연결된 안테나 방사체의 복수 영역은 상기 급전선을 기준으로 상기 안테나 패턴의 개방점과의 거리 관계에 의해 공진이 발생되는 영역들인 것이 바람직하다.

상기 안테나 방사체의 일부 영역과 상기 접지가 연결된 하나 이상의 기본 접지부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 복수의 스위치에는 개별적 특성을 가지는 LC소자 부가되어 특성을 개선할 수 있고, 상기 스위치는 조합으로 동작될 수 있다.

상기 평면형 안테나 방사체는 상기 급전선과 전기적으로 이격되어 커플링 안 테나로 동작하는 안테나 방사체를 더 포함하여 이중 역F 안테나 구성을 가질 수도 있다.

삭제

상기 스위치는 상기 안테나 방사체와 동일한 평면에 배치되거나, 캐리어의 측면 또는 하부에 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 접지 및 급전선이 구성된 기판 상에 형성되는 대역 선택 가능한 평면 안테나로서, 하나 이상의 대역에 대응하기 위한 패턴으로 구성된 평면형 안테나 방사체와; 상기 안테나 방사체를 상기 기판으로부터 이격시켜 지지하는 캐리어와; 상기 안테나 방사체와 상기 기판 상의 급전선을 연결하는 급전부와; 상기 안테나 방사체의 복수 영역과 상기 기판 상에 형성된 접지를 외부 제어 신호에 따라 선택적으로 개별 연결하는 복수의 스위치부와; 상기 복수의 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 핸드 이펙트, 헤드 이펙트 또는 사이드 이펙트에 의한 대역 변화 정보를 수신하여 기 설정된 대응 조합으로 상기 스위치부를 동작시키도록 구성된다.

상기 스위치부는 상기 캐리어의 상부, 측면, 하부, 내부, 상기 기판 중 적어도 한 부분에 배치될 수 있고, 상기 안테나 방사체와 연결될 경우 상기 안테나 방사체와 접지 사이에 위치되어 잡음과 왜곡을 보상하는 LC 소자부를 더 포함하는 것 을 특징으로 한다.

삭제

상기 스위치부는 HEMT 소자, 핀다이오드, FET 중 하나로 구성될 수 있어 소형화가 가능하다.

상기 안테나 방사체는 상기 급전부와 전기적으로 격리된 커플링 방사체를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 하나 이상의 대역에 대응하기 위한 모노폴 안테나 방사체와; 상기 모노폴 안테나 방사체의 하부에 구성된 급전부와; 상기 모노폴 안테나 방사체의 복수 영역과 접지를 외부 제어 신호에 따라 선택적으로 개별 연결하는 복수의 스위치들을 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 안테나 방사체에 복수의 접지 선택 스위치를 적용하고 이를 선별 조작하는 것으로 선택적 방사체의 적용이 아닌 스위치 동작에 의한 전기적 특성 변화만으로 이득을 유지하면서 원하는 대역을 선택할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 다중 대역에 대응하도록 설계된 평면 역F 안테나의 복수 영역과 접지를 선택적으로 연결하는 스위치를 하나 이 상 조합하여 조작하는 것으로 복수의 기본 설계 대역들 중에서 일부 대역을 고정시키고 일부 대역만 다른 대역을 선택하도록 하여 복수 대역 서비스가 필요한 경우에도 유연하게 대응할 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 850MHz 대역과 1.8GHz 대역에서 사용하던 단말기를 900MHz 대역과 1.8GHz 대역에서 사용할 수도 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 평면 역F 안테나의 전기적 특성을 가변하는 스위치를 안테나의 상부, 하부, 측면, 캐리어 내부, 기판 등과 같은 다양한 위치에 적용할 수 있도록 하여 설계 자유도를 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 실제 사용에 따른 핸드 이펙드, 헤드 이펙트, 사이드 이펙트 등과 같은 왜곡을 스위치 조합에 의한 대역 선택을 통해 효과적으로 보상할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 이중 평면 역F 안테나와 같은 변형된 평면형 안테나에 대해서도 적용되도록 하여 커플링 특성에 의한 안정적 다중 대역 지원과 같은 기존 안테나의 장점을 수용하면서도 원하는 대역 선택이 가능하도록 하여 적용 대상이 광범위한 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 대역 선택 안테나는 평면 역F 안테나는 물론이고 모노폴 안테나에 대해서도 적용하여 원하는 대역을 효과적으로 선택할 수 있도록 하는 효과가 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다층 안테나를 도면을 통해 상세 히 설명하도록 한다.

도 4는 일반적인 평면 역F 안테나의 구조를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 접지면(13) 상부에 이격되어 평면형태의 안테나 방사체(10)가 위치하고, 상기 안테나 방사체(10)의 일측에 상기 접지면(13)과 상기 안테나 방사체(10)를 전기적으로 단락시키는 접지판(11)이 구성되며, 상기 안테나 방사체(10)와 마치 F자의 가운데 부분처럼 연결되는 급전부(12)가 위치된다. 이러한 평면 역F 안테나의 공진 주파수는 상기 안테나 방사체(10)의 길이(L)와 폭(W)및 상기 안테나 방사체(10)와 접지면(13) 사이의 높이(h)에 의해서 결정된다. 상기 접지판(11)의 폭(S) 또한 영향을 미치지만 그 영향은 그리 크지 않다.

이렇게 고정되는 값들은 그 변화를 위한 제어가 어렵고 도 1과 같이 물리적 크기가 커지기 때문에 이러한 값들이 아닌 제어 가능한 대상을 찾아야 대역 선택을 위한 안테나를 설계할 수 있다.

상기 평면 역F 안테나에서 상기 급전부(12)는 안테나의 전계 분포의 기준이 되며, 접지판(11)의 위치에 따라서 전계 분포가 달라지게 되므로, 상기 접지판(11)의 위치에 의해서 상기 역F 안테나의 공진점이 변경될 수 있다.

즉, 기본적으로 역F 안테나는 전송선 형태를 가지기 때문에 등가 전송선 모델을 적용하여 그 전류 분포를 파악하게 되는데, 급전부를 기준으로 접지판(11)에 의해 단락된 부분에 단락 부하가 존재하게 되고, 개방된 부분에는 개방 부하가 존재하게 된다. 따라서, 상기 안테나 방사체(10)에서 상기 급전부(12)를 기준으로 접지판(11)이 연결된 위치까지의 거리(s1)와, 급전부(12)를 기준으로 반대쪽 방사 체(10) 끝부분까지의 거리(s2)를 조절하게 되면, 상기 급전부(12)를 통해 제공되는 급전 전류에 의해서 상기 접지판(11)이 연결된 안테나 방사체(10)에서 상기 반대측 안테나 방사체(10)측으로 즉, 단락 지점에서 개방 지점으로 전류가 흐르게 되며, 단락 지점에서는 전류가 최대가 되고 개방 지점에서는 최소가 되면 λ/4 공진이 발생하게 된다. 결국 원하는 공진을 위해서는 적절한 s1과 s2 거리의 설정이 필요하게 된다.

일반적으로 역F 안테나를 설계할 때 접지판(11)의 위치와 급전부(12)의 위치는 공진을 위해 고정되며, 그 외의 변형 가능한 요인들을 조절하여 원하는 성능을 구현하도록 설계된다.

하지만, 본 실시예에서는 이러한 접지판(11)의 위치를 가변시킴으로써 방사체의 특성(길이, 폭, 급전선 기준 거리 등)이 함께 가변되도록 하여 공진점을 변경할 수 있도록 함으로써 기존에 기대할 수 없었던 다양한 효과들을 안테나 크기의 대폭적 증가 없이도 구현할 수 있도록 한다.

도 5는 다중 대역에 대응하도록 설계된 평면 역F 안테나 구성을 보인것으로, 도시한 바와 같이 접지면(61)이 형성된 기판(60) 상에 배치된 캐리어(20) 상부에 저주파 대역(31)과 고주파 대역(32)을 동시에 대응하기 위한 패턴으로 구성된 안테나 방사체(30)와 상기 안테나 방사체(30)의 기준 영역과 기판(60) 상의 급전선을 연결하는 급전부(40)를 구성한다. 그리고, 상기 안테나 방사체(30)를 단락시키기 위해 접지면(61)과 상기 안테나 방사체(30)를 연결하는 접지부(50)가 더 구성된다.

이로서, 상기 접지부(50)와 급전부(40) 및 안테나 방사체(30)의 구성에 의해 서 상기 급전부(40)에 급전 전류가 제공되면 저주파 대역과 고주파 대역에 대한 방사가 일어나게 되고, 반대로 저주파 대역과 고주파 대역으로부터 수신되는 신호에 의해서 상기 급전부(40)에 수신 전류가 발생하게 된다.

도 6은 도 5와 같은 다중 대역 평면 역F 안테나를 변형하여 다양한 효과를 제공하는 대역 선택 기능을 부가한 본 발명 일 실시예의 개념적 구성을 보인 것이다.

도시한 바와 같이, 안테나 방사체(30)의 복수 영역에 개별적으로 해당 영역을 접지와 연결시키는 스위치(61~64)가 구성된 것을 알 수 있다.

도시된 경우, 기본적인 접지부(50)를 유지하고 있으나, 해당 접지부(50) 역시 스위치에 의해 동작되는 형태로 대체할 수 있으며, 이러한 기본적인 접지부(50)를 복수로 구성할 수도 있다.

상기 스위치들은 개별적으로 외부 제어 신호에 의해 동작되며, 선택적으로 해당 안테나 방사체(30)의 소정 영역을 접지시키게 된다. 이러한 경우, 상기 새로운 접지 구성에 의해서 급전부(40)를 기준으로 정의되는 안테나 방사체(30)의 접지(단락) 영역과 개방 영역이 변화하게 되며 이러한 안테나 방사체(30)의 전계분포 변화에 의해서 상기 역F 안테나의 사용 대역이 가변되게 된다. 한편, 이때 상기 역F 안테나의 선택 대역에 대한 충분한 이득과 특성을 얻기 위해서 상기 스위치(61~64)가 연결되는 안테나 방사체(30)의 연결 영역은 안테나 급전부(40)의 위치와 안테나 방사체(30)의 패턴 형태에 따라 원하는 공진점을 얻을 수 있는 위치, 즉 앞서 살펴본 적절한 s1과 s2의 거리가 될 수 있도록 하는 위치로 결정되는 것이 바 람직하다.(스위치를 복수로 선택할 수 있으므로 복수 스위치 선택시 선택되는 s1과 s2에 의해 공진하도록 구성된다면 소정 스위치 연결부는 공진을 위한 위치가 아니어도 된다)

한편, 상기 스위치(61~64)는 기본적으로 이들 중 하나만 동작하여 특정 안테나 방사체(30) 지점을 접지와 연결하게 되지만, 필요에 따라서는 이들을 조합하여 사용할 수도 있음에 주의한다.

도 7 및 도 8은 선택적 안테나 방사체 접지 연결을 위한 스위치들의 배치 방식을 보인 예로서, 도 7은 스위치들(71~75)을 캐리어(20)의 상부, 즉 안테나 방사체(30)와 동일 평면에 구성한 경우를 보인 것이다. 기본적으로 상기 스위치들(71~75)은 전기적인 전위 연결을 위한 것으로 방사체 연결을 위한 것이 아니기 때문에 급전부(40)를 통해 제공되는 급전 전류에 의해 안테나가 동작할 경우 흐르게 되는 단락 전류를 감당할 수 있는 수준의 스위치라면 임의적으로 선택하여 사용할 수 있다. 도시된 예에서는 HEMT(Heterojunction Field-Effect Transistor)나 FET(Field-Effect Transistor)를 이용한 스위치, 핀다이오드 등의 소형이면서 제어가 가능한 다양한 스위치들을 적용할 수 있고, 이러한 스위치들은 대단히 작은 크기로 적용될 수 있기 때문에 이를 적용함에 의해 안테나 부피는 거의 증가되지 않는다. 도시된 구성에서 제어를 위한 신호라인은 생략한 것임의 주의한다.

도 8은 스위치들(80)을 기판(60) 상부이면서 상기 캐리어(20)의 하부에 형성한 경우를 보인 것이다. 이를 통해서 상기 스위치들(80)을 적용함에 따른 부피 증가를 무시할 수 있게 된다. 도시된 구성에서는 스위치가 방사체(30)의 하부에 위치 되는 기판(60)의 상부면에 구성되는 경우를 보인 것이나, 상기 스위치가 상기 기판(60)의 후면에 구성되고, 상기 안테나 방사체(30)와의 라인 연결은 기판(60) 상에 연결 패드와 비아홀을 구성하는 것으로 실질적인 접지영역 감소를 최소화 할 수 있어, 안테나 방사체(30)의 방사 효율에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.

또한, 도시된 구성을 통해 짐작할 수 있겠지만 상기 스위치들(80)을 상기 캐리어(20)의 하부가 아닌 안테나 영역에서 벗어난 영역의 기판 상에 형성할 수도 있으며, 이러한 스위치들의 부피는 매우 작기 때문에 실질적인 기판 손실은 최소화할 수 있고, 배치 편의성을 높일 수 있다.

그 외에, 상기 캐리어(20)의 측면이나 내부에도 스위치를 구성할 수 있는 등, 실질적인 스위치 구성 위치에 대한 제한은 거의 없다.

도 9는 간단한 통합 스위치(90)의 예로서, 도시한 바와 같이 접지와 선택적으로 연결될 수 있는 연결단을 구성하여 이들 중 하나를 선택하도록 하는 스위치를 적용할 수 있어, 구성 부피를 줄일 수 있으며, 기존에 사용되던 SPmT(Single Pole multi Throw)를 활용할 수도 있기 때문에 구성 비용이 낮고 제어 속도 및 특성이 좋은 스위치를 개발하기 위한 비용을 낮출 수 있다. 하지만 이러한 상용 스위치의 경우 개별 선택만 가능하기 때문에, 기존 상용 스위치를 개량하여 mPmT(Multi Pole Multi Throw) 형태의 제어가 가능하도록 구성할 경우 각 스위치들의 조합 제어도 가능하게 되며, 제한된 단락부분의 변화를 보다 다양하게 활용할 수 있게 된다.

도 10은 스위치의 다른 구성으로 보인 것으로, 도시된 스위치부(100)는 기본적으로 제어 신호에 의해 동작되는 스위치(110)와 상기 스위치(110)에 의해 접지와 연결되는 안테나 방사체가 설정하는 대역 특성에 맞추어 각종 잡음을 제거하기 이한 초크(choke) 기능 및 특성 개선을 위한 LC 회로를 구성한 LC부(120)를 포함하여 구성된다.

상기 LC부(120)는 스위치마다 상이한 값이나 구성을 가질 수 있으며, 이를 통해서 스위치 연결에 의한 노이즈나 왜곡을 차단하고 특성을 개선할 수 있다.

도 11은 역F 안테나의 변형인 이중 역F 안테나에 본 발명의 스위치 연결 구성을 적용한 경우를 보인 것이다. 이러한 이중 역F 안테나는 기본 역F 안테나(150)에 인접하여 유사한 구성을 가지지만 급전부가 없는 안테나(155)를 배치하여 커플링 효과를 활용함으로써 다중 대역 특성을 얻을 수 있고, 그 대역 폭을 크게 확장할수 있다. 이러한 이중 역F 안테나와 같은 변형된 안테나 역시 기본적으로 급전부(151)가 연결된 안테나(150)의 접지부 위치와 인접 안테나의 구성에 따라 다양한 대역 변화가 가능하기 때문에 도시한 바와 같이 급전부(151)가 연결된 안테나(150)의 방사체 부분에 복수의 스위치(161~163)를 연결하여 안테나 특성을 다양하게 변화시킬 수 있다. 도시된 경우에는 기본 안테나(150) 부분에만 스위치들을 연결하였으나, 인접한 커플링 안테나(155)에도 스위치들을 연결하여 대역 변화를 유도할 수 있다.

도 12는 모노폴 안테나에 본 발명의 스위치 연결 구성을 적용한 경우를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 급전부(171)를 가진 모노폴 안테나(170) 역시 안테나 방사체 부분에 접지와 선택적으로 연결되는 스위치들(181, 182)를 연결할 경우 이들을 선택함에 따라 원하는 대역으로의 쉬프팅이 가능하게 된다. 이러한 원리는 앞서 설명한 역F 안테나와 유사한 전계 분포의 변형에 의한 것이며, 스위치 적용에 따른접지 연결에 의해서 모노폴 안테나 자체가 가지는 전계 분포가 변형됨으로써 공진점이 달라진 다른 형태의 안테나 구조가 되도록 하는 것이다.

앞서 설명한 다양한 예들에서, 스위치들은 외부 제어 신호에 의해 동작하게 되는데, 이러한 제어 신호를 제공하는 제어부는 상기 안테나들이 적용되는 휴대용 통신 단말기의 주 제어기가 될 수 있고, 상기 안테나 대역 선택을 위한 전용 제어기가 될 수도 있으며, 기 설정된 신호에 따라 단순 대응하는 로직으로도 구성될 수 있다.

이제, 상기 설명한 안테나들의 예와 같이 구성이 어렵지 않고 스위치들의 부가에 따른 부피 증가도 거의 없으며 스위치 구성의 설계 자유도가 높아 적용이 용이한 본 발명 실시예들의 안테나를 이용하여 활용 가능한 대역 선택 방식의 예들을 시뮬레이션 파형을 통해서 확인하도록 한다.

도 13은 도 7과 유사하게 구성한 평면 역F 안테나를 이용하여 대역을 선택해 본 결과를 보인 것으로, 저주파 대역을 위한 안테나 방사체 패턴 부분에 적용된 스위치와 고주파 대역을 위한 안테나 방사체 패턴 부분에 적용된 스위치를 이용하여 이득 감소 없이 두 대역을 동시에 이동시킨 결과를 보인 것이다. 도시된 예에서는 저주파 대역에 구성된 스위치 하나를 온 오프함에 따른 결과를 보인 것으로, 필요에 따라서는 복수 스위치들을 조작할 수도 있다.

도시된 바와 같이 우측의 그래프(청색)는 스위치를 동작시키지 않았을 경우의 기본적인 접지부에 의한 대역 특성을 보인 것으로, GSM900(900MHz)과 PCS(1.9GHz) 대역을 지원하고 있음을 알 수 있다. 이러한 경우 스위치를 동작시키게 되면 좌측으로 쉬프팅된 그래프(적색)처럼 GSM850(850MHz)과 DCS1800(1.8GHz) 대역에 적합하도록 대역이 선택되었음을 알 수 있고, 이러한 대역 선택에 의한 이득 감소가 발생하지 않음을 알 수 있다.

도 14는 다른 형태의 평면 역F 안테나를 이용하여 저주파 영역과 고주파 영역에 대한 이중대역 특성을 가지는 안테나의 대역을 선택하는 경우를 보인 것으로, 청색 그래프의 상태에서 스위치 조작(예를 들어, 고주파 대역 패턴에 연결된 스위치 조작)을 통해 적색 그래프 상태로 대역이 이동한 것이다.

도시된 바와 같이 단순히 모든 대역을 동일하게 쉬프팅시킨 것이 아니라 저주파 대역은 그대로 유지하도록 하면서 고주파 대역만 더 높은 대역으로 쉬프팅한 것을 확인할 수 있다. 이러한 대역 선택은 다양한 고주파 대역들(DCS, PCS, WCDMA 등)을 포괄할 수 있어 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다.

반대로, 도 15는 고주파 대역은 그대로 유지하도록 하면서 저주파 대역만 선택적으로 쉬프팅한 경우를 보인 것이다. 예를 들어, 저주파 대역 패턴에 연결된 스위치 조작을 통해서 이득 감소 없이 선택적 쉬프팅이 가능하게 된다.

이렇게, 본 발명 실시예에 따른 안테나는 제어부를 통해 스위치의 단일 혹은 조합 조작을 통해서 이득 감소 없는 대역 선택이 가능하도록 하면서, 다중 대역 안테나에 적용할 경우 다중 대역 전체나 이들 대역 중 선택된 대역만 다른 대역으로 선택할 수 있게 된다.

예를 들어, 850MHz 대역 GSM과 1.8GHz 대역 DCS를 사용하는 지역에서 900MHz 대역 GSM과 1.8GHz 대역 DCS를 사용하는 지역으로 이동하는 경우와 같이 특정 대역의 주파수만 선별적으로 가변할 필요가 있더라도 본 발명의 실시예를 적용한 안테나는 이를 효과적(이득 감소 없이)으로 지원할 수 있게 된다. 물론 이러한 예는 단편적인 예에 불과하며 원하는 다양한 저주파 대역과 고주파 대역들에 대한 선택이 가능하다. 또한, 필요한 선택 대역에 있어서 저주파 대역 쉬프팅이 필요한 경우 저주파 부분의 스위치만 이용하거나 고주파 대역 쉬프팅이 필요한 경우 고주파 부분의 스위치만 이용할 수 있는 등 사용 대역에 따라 스위치 선택 방식은 자유롭게 결정될 수 있다.

특히, 본 실시예에 따른 안테나는 다양한 통신 방식들이 혼재되면서 서비스되고있는 유럽이나 중국 등과 같은 지역에서 모든 통신 조건을 만족시킬 수 있는 휴대 통신 단말기 내장형 안테나로서 효과적으로 사용될 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시예를 통해 제공되는 스위치 조작을 통해서 제공할 수 있는 추가적인 기능에 관한 것으로, 최근 그 개선 방식에 대한 관심이 높은 핸드 이펙트나 헤드 이펙트 등의 사이드 이펙트에 대한 보상을 제공할 수 있도록 한 것으로, 도시된 경우는 휴대 단말기를 손에 잡았을 경우 발생될 수 있는 핸드 이펙트를 보상하는 내용을 보인 것이다. 도시된 구성에서 녹색 그래프가 정상 상태를 나타내며, 청색 그래프가 핸드 이펙트에 의해서 저주파 대역이 쉬프팅된 경우를 나타낸 것이다.

이러한 저주파 대역 쉬프팅에 의해서 실질적인 해당 대역 이득은 크게 낮아질 경우, 최근 각광받고 있는 고속 통신 서비스를 이용할때 심각한 품질 저하가 발 생하게 된다. 실질적으로 이러한 대역 쉬프팅에 대한 검출에 관해서는 다양한 방식이 등장하고 있으나 이를 해결하기 위해서는 매칭 조절 같은 소극적 방식으로 한정되어 저주파 왜곡을 보상하면 고주파 대역이 보상에 의해 왜곡되고, 전체적인 이득이 낮아지는 등의 문제가 발생하게 된다.

본 실시예에서는 이렇게 문제가 되는 핸드 이펙트를 기 알려져 있는 방식으로 검출하게 되면 제어부를 통해서 이러한 이펙트에 의한 대역 왜곡을 보상하기 위한 대역 선택 신호를 기 설정된 스위치(들)에 제공하는 것으로 이를 도시된 적색 그래프와 같이 보상할 수 있다. 도시된 바와 같이 기존의 녹색 그래프와 동일한 대역으로 복원되면서 고주파 대역은 기존 대역을 그대로 유지한다. 이러한 보상에 따라 고주파 대역 이득은 오히려 증가한 것을 알 수 있다.

이러한 핸드 이펙트에 대한 정확한 보상에 관한 알고리즘은 다양하게 존재하는 기존 방식들이 휴대용 통신 단말기의 주제어기나 전용 제어기 등에 적용될 수 있으며, 상기 안테나 스위치를 제어하는 제어부가 보상을 위한 신호에 따라 기 설정된 스위치를 선별 혹은 조합으로 동작시킴으로써 간단하게 핸드 이펙트나 헤드 이펙트 등의 각종 사이드 이펙트를 보상할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

도 1은 종래 대역 선택 안테나 구성의 예.

도 2는 종래 대역 쉬프팅 안테나 구성의 예.

도 3은 매칭단 조절을 통한 대역 쉬프팅에 관한 예.

도 4는 일반적인 평면 역F 안테나(PIFA) 구성을 보인 예.

도 5는 본 발명의 실시예에 적용하기 위한 평면 역F 안테나 구성의 예.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 구성을 보인 개념도.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구성예.

도 9는 복수 연결 단자를 구비한 스위치의 예.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 스위치부 구성예.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성예.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성 개념도.

도 13은 본 발명 실시예에 따른 이중대역 동시 쉬프팅의 예.

도 14는 본 발명 실시예에 따른 이중대역 중 고주파 대역 선택 쉬프팅의 예.

도 15는 본 발명 실시예에 따른 이중대역 중 저주파 대역 선택 쉬프팅의 예.

도 16은 본 발명 실시예에 따른 핸드 이펙트 보상예.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

20: 캐리어 30: 안테나 방사체

40: 급전부 50: 접지부

61~64: 스위치

Claims

저주파 대역 영역과 고주파 대역 영역을 포함하는 복수의 대역에 대응하기 위한 패턴으로 구성된 평면형 안테나 방사체와;

상기 안테나 방사체와 연결된 급전선과;

상기 안테나 방사체의 복수 영역과 접지를 외부 제어 신호에 따라 선택적으로 개별 연결하는 복수의 스위치들과;

상기 스위치들을 제어하는 제어부를 포함하며,

상기 제어부는 안테나 동작 주파수 전체 대역 쉬프팅이나 안테나 동작 주파수 대역 중 저주파 대역 쉬프팅을 위해서는 해당 저주파 대역 영역의 안테나 방사체에 연결된 스위치를 동작시키고, 동작 주파수 대역 중 고주파 대역 쉬프팅을 위해서는 해당 고주파 대역 영역의 안테나 방사체에 연결된 스위치를 동작시키는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 안테나 방사체의 일부 영역과 상기 접지가 연결된 하나 이상의 기본 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
청구항 1에 있어서, 상기 복수의 스위치에는 개별적 특성을 가지는 LC소자 부가되는 것을 특징으로 하는 대역 선택안테나.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 평면형 안테나 방사체는 상기 급전선과 전기적으로 이격되어 커플링 안테나로 동작하는 안테나 방사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
청구항 1에 있어서, 상기 스위치는 기 설정된 조합에 따라 동작되는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 스위치는 상기 안테나 방사체와 동일한 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
청구항 1에 있어서, 상기 스위치는 상기 안테나 방사체와 접지면을 이격시키는 캐리어의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
청구항 1에 있어서, 상기 스위치는 상기 안테나 방사체와 접지면을 이격시키는 캐리어의 하부 혹은 그 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
접지 및 급전선이 구성된 기판 상에 형성되는 대역 선택 가능한 평면 안테나로서,

하나 이상의 대역에 대응하기 위한 패턴으로 구성된 평면형 안테나 방사체와;

상기 안테나 방사체를 상기 기판으로부터 이격시켜 지지하는 캐리어와;

상기 안테나 방사체와 상기 기판 상의 급전선을 연결하는 급전부와;

상기 안테나 방사체의 복수 영역과 상기 기판 상에 형성된 접지를 외부 제어 신호에 따라 선택적으로 개별 연결하는 복수의 스위치부와;

상기 복수의 스위치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,

상기 제어부는 핸드 이펙트, 헤드 이펙트 또는 사이드 이펙트에 의한 대역 변화 정보를 수신하여 기 설정된 대응 조합으로 상기 스위치부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
삭제
청구항 12에 있어서, 상기 안테나 방사체의 일부 영역과 상기 접지가 연결된 하나 이상의 기본 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
청구항 12에 있어서, 상기 스위치부는 상기 캐리어의 상부, 측면, 하부, 내부, 상기 기판 중 적어도 한 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테 나.
청구항 12에 있어서, 상기 스위치부는 상기 안테나 방사체와 접지 사이에 위치되어 잡음과 왜곡을 보상하는 LC 소자부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대역 안테나.
청구항 16에 있어서, 상기 LC 소자부의 특성은 각 스위치부마다 상이한 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
청구항 12에 있어서, 상기 제어부는 상기 스위치부를 기 설정된 조합에 따라 동작시키는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
삭제
청구항 12에 있어서, 상기 스위치부는 HEMT 소자, FET 소자, 핀다이오드 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
청구항 12에 있어서, 상기 안테나 방사체는 상기 급전부와 전기적으로 격리된 커플링 방사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대역 선택 안테나.
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