KR100970016B1 - 적층구조의 내장형 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층 형성되는 복수 개의 유전체 블럭; 복수 개의 유전체 블럭 중 하나 이상 유전체 블럭에 형성되는 수평 도체패턴; 및 복수 개의 유전체 블럭 중 하나 이상 유전체 블럭의 외부 측면에 형성되며, 수평 도체패턴과 전기적으로 연결되는 수직 도체패턴을 구비한다. 본 발명에 따르면 사람의 손, 머리 등과 같은 인체에서 발생되는 전자기장에 의하여 전파의 송수신에 영향을 덜 받고 실제 단말기 환경에서 다중대역에 걸쳐 광대역특성을 나타내며 방사특성이 좋은 내장형 안테나가 구현된다.
적층, 내장형, 안테나, 수평, 수직, 도체 패턴
Description
본 발명은 적층구조의 내장형 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층구조를 갖는 유전체 블럭의 외부 측면에 수직 도체 패턴을 형성하여 다중대역에서 광대역특성을 나타내는 내장형 안테나에 관한 것이다.
최근 GPS(Global Position System) 기능을 활용한 네비게이션 시스템, 무선 인터넷, 및 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 새로운 어플리케이션의 등장으로 새로운 수익을 창출할 수 있는 파생 정보 상품이 속속 등장하고 있다. 이러한 무선통신 시스템은 보편화된 셀룰러 및 PCS(Personal Communication Service) 이동통신 시스템과 연동되어 운용될 수 있도록 많은 연구 개발이 이루어지고 있는 실정이다. 실제로 최근에 국내외에서도 화재 및 조난 등의 위험상황을 대비한 응급구조 서비스의 법제화 추세와, GPS 기능 및 LBS(Location-Based Service) 시스템을 개인 이동통신과 연동하여 운용할 수 있도록 새로 출시되는 이동 단말기에 GPS 기능이 의무화돼 각종 교통, 보안 및 물류 등의 부가 서비스 기능이 더욱 활발히 전개되어 새로운 부가가치를 창출하고 있다. 이와 같이 정보화 사회로의 발전은 이동통신용 개인 단말기의 이동성을 증대하기 위한 소형화와 다기능화를 요구하고 있으며, 전체 적인 RF-Front End를 구성하는 수동/능동 부품의 SOC(System on Chip)화를 위해 다중대역에서 광대역 방사특성을 갖는 소형화된 안테나가 요구되고 있다. 따라서 최근에는 공진형 안테나의 실효 전류 길이를 증가시키기 위해서 방사 패치를 구조적으로 변형하거나 3차원적으로 방사 구조를 디자인하는 방법이 다중대역에서 광대역 방사특성을 갖는 소형화된 안테나를 구현하기 위한 방법으로 주목받고 있다. 특히, PIFA(Planar Inverted F-Antenna)구조와 같이 급전 방향의 리액턴스를 최소화한 공진 구조와 슬릿 부설에 의한 단순 변형구조의 접목으로 보다 소형화된 칩 안테나 구조가 다양하게 소개되었다.
도 1은 종래기술에 따른 적층형 안테나(한국 등록특허번호:10-0442053)를 도시한 도면이다. (a)는 각 층의 유전체 블럭에 형성된 도체패턴과 비아홀의 위치를 도시하여 나타낸 종래 내장형 안테나의 사시도이다. (b)는 (a)의 하층부를 나타낸 평면도이고, (c)는 (a)의 중층부를 나타낸 평면도이고, (d)는 (a)의 상층부를 나타낸 평면도이다.
유전체 블럭(10)에 형성된 도체패턴은 상층부, 중층부 및 하층부에 소정의 선 폭(30a), 선 사이 간격(30b)을 갖으며 형성된다. 제1도체패턴(31, 32)과 제2도체패턴(41, 42, 43, 44)은 유전체 블럭에 펀칭을 통해 원형의 구멍을 만들고 그 내부에 전도체를 채운 원기둥 형상의 1차 비아 홀(61)을 통해 전기적으로 연결된다. 제2도체패턴과 제3도체패턴은 2차 비아 홀(62)을 통해 연결되어있다.
전술한 바와 같은 종래의 적층구조를 갖는 내장형 안테나는 도체 패턴이 형성된 유전체 블럭를 적층 형성하여 안테나의 크기를 줄여줌으로써, 동일한 유전체 체적을 갖는 안테나에 비해 공진 주파수를 하향이동시킬 수 있었다.
하지만, 종래의 적층구조를 갖는 내장형 안테나는 제 1도체패턴과 제 2도체패턴, 제 2도체패턴과 제 3도체패턴 간의 간극이 좁아짐에 따라 각각의 도체패턴 간에 발생하는 병렬 캐패시턴스(Capacitance)가 증가하게 되었다. 이로 인해 공진 주파수의 임피던스 조절이 하여 안테나의 방사 특성을 조정하는 것이 어려웠다. 또한, 각각의 도체패턴 간에 발생되는 병렬 캐패시턴스가 증가함에 따라 구현하고자 하는 공진 주파수(특히, 저주파 대역)에서의 대역폭이 좁아지는 현상이 발생하였다. 또한, 안테나 복사체의 패턴이 매우 복잡할 뿐만 아니라 원하는 특성을 얻기 위한 조정인자가 너무 많기 때문에 규격에 맞는 안테나를 생산하는데 어려움이 많았다.
본 발명은 적층 형성되는 복수 개 유전체 블럭에 수평 도체패턴 및 수직 도체패턴을 형성하여 안테나의 방사라인을 형성해줌으로써, 종래 적층형 안테나에서 병렬 캐패시턴스 성분이 증가함에 따라 구현하고자하는 공진 주파수(특히, 저주파 대역)에서 대역폭이 좁아지는 현상을 해결하고 다중 대역에서 넓은 대역폭을 갖는 내장형 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사람의 손, 머리 등과 같이 인체에서 발생되는 전자기장의 영향을 덜 받도록 안테나의 방사라인을 형성해줌으로써, 실제 단말기 환경에서 방사특성이 좋은 내장형 안테나를 구현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적층 형성되는 복수 개의 유전체 블럭; 복수 개의 유전체 블럭 중 하나 이상 유전체 블럭에 형성되는 수평 도체패턴; 및 복수 개의 유전체 블럭 중 하나 이상 유전체 블럭의 외부 측면에 형성되며, 수평 도체패턴과 전기적으로 연결되는 수직 도체패턴을 구비한다.
특히, 복수 개의 유전체 블럭은, 상층 유전체 블럭, 중층 유전체 블럭 및 하층 유전체 블럭을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 수평 도체패턴은 상층 유전체 블럭의 상면 및 하면 중 한 면 이상에 형성되고, 수직 도체패턴은 중층 유전체 블럭 및 하층 유전체 블럭의 외부 측면 중 한 면 이상에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 중층 유전체 블럭은 'ㄷ'형상의 유전체 블럭인 것이 바람직하다.
또한, 중층 유전체 블럭은 수직방향으로 천공된 하나 이상의 에어 갭이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 하층 유전체 블럭에는 급전패드가 형성되고, 급전패드는 수평 도체패턴과 전기적으로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 하층 유전체 블럭에는 접지패드가 형성되고, 접지패드는 수평 도체패턴과 전기적으로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 중층 유전체 블럭의 두께는 상층 유전체 블럭 및 하층 유전체 블럭의 두께에 비해 두꺼운 것이 바람직하다.
또한, 수직 도체패턴은 복수 개의 유전체 블럭의 외부 측면에 노출되도록 형성된 도전성 비아로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 복수 개의 유전체 블럭은 인쇄회로기판(PCB)으로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
수평 도체패턴 및 수직 도체패턴을 이용하여 안테나의 방사라인을 형성해줌으로써, 사람의 손, 머리 등과 같이 인체에서 발생되는 전자기장에 의하여 전파의 송수신에 영향을 덜 받게 되고, 실제 단말기 환경에서 방사특성이 좋은 내장형 안테나가 구현된다.
또한, 유전체 블럭의 외부 측면을 이용하여 제한된 체적 내에서 안테나의 방 사라인을 전기적으로 길게 구현해줌으로써, 유전체 블럭에 형성된 각각의 패턴 간 발생하는 병렬 캐패시턴스 성분을 최소화되고 다중 대역에서 넓은 대역폭을 갖는 내장형 안테나가 구현된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적층구조의 내장형 안테나에 대하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
한편, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 도시되어 있더라도 동일 참조부호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나를 설명하기 위한 분해사시도이다. 도 3의 A는 도 2의 A가 결합된 상태를 나타내는 도면이고, 도 3의 B는 도 2의 B가 결합된 상태를 나타내는 도면이고, 도 3의 C는 도 2의 C가 결합된 상태를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 2 또는 도 3의 결합 상태도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는, 상층 유전체 블 럭(100); 하층 유전체 블럭(300); 상층 유전체 블럭(100)과 하층 유전체 블럭 사이(300)에 개재되는 중층 유전체 블럭(200)을 구비한다.
상층 유전체 블럭(100)의 대각선 방향에 위치한 모서리 부위에는 비아 홀(110a, 110b)이 천공된다. 비아 홀(110a, 110b)의 내측면은 전도성 물질로 도포된다. 상층 유전체 블럭(100)의 상면에는 미앤더라인 형태의 상부 도체패턴(120)이 형성된다. 상층 유전체 블럭(100)의 하면에는 제 1하부 도체패턴(130)과 제 2하부 도체패턴(140)이 형성된다.
상부 도체패턴(120)의 일단은 비아 홀(110b)을 통해 제 1하부 도체패턴(130)의 일단과 전기적으로 연결된다.
상부 도체패턴(120)의 타단은 비아 홀(110a)을 통해 제 2하부 도체패턴(140)의 일단과 전기적으로 연결된다.
제 1하부 도체패턴(130)의 타단은 비아 홀(110b)이 형성된 모서리에 가장 가까이에 있는 모서리 부위에 형성되며, 중층 유전체 블럭(200)에 형성된 전도성의 접속패드(220)와 접촉된다.
제 2하부 도체패턴(140)의 타단은 비아 홀(110a)이 형성된 모서리에 가장 가까이에 있는 모서리 부위에 형성되며, 중층 유전체 블럭(200)에 설치된 전도성 접속패드(224)와 접촉된다.
여기서, 상층 유전체 블럭(100)의 상부 도체패턴(120)과 하부 도체패턴(130, 140)을 '수평 도체패턴'이라고 통칭하기로 한다. 수평 도체패턴(120,130,140)의 형상은 원하는 공진 주파수에 따라 변경이 가능하며, 수평 도체패턴의 선폭 및 선간 간격 등은 원하는 공진주파수에 따라 달라질 수 있다.
중층 유전체 블럭(200)의 상면과 하면 각각의 모서리 부위에는 전도성의 접속패드(220,222,224,226,260,262,264,266)가 형성된다. 이중, 상면의 3개의 전도성의 접속패드(222,224,256)는 내부가 전도성 물질로 도포된 비아 홀(210a, 210b, 210c)을 통해 하면의 3개의 전도성의 접속패드(260,262,266)와 전기적으로 연결된다. 전도성의 접속패드(220, 264)는 비아 홀이 형성되어 있지 않은 모서리 부위의 상면과 하면에 각각 형성된다.
중층 유전체 블럭(200)의 외부 일측면에는 소정형상의 제 1수직 도체패턴(280a)이 형성된다. 이때, 제 1수직 도체패턴(280a)은 안테나 방사라인의 전기적인 길이를 길게 구현하기 위해 중층 유전체 블럭(200)의 외부 측면에 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.
제 1수직 도체패턴(280a)의 일측 끝단은 중층 유전체 블럭(200)의 상면에 형성된 접속패드(222)와 전기적으로 접속되어 있다.
하층 유전체 블럭(300)의 하면 일측 끝단 모서리 부위에는 접지패드(350) 및 급전 패드(352)가 형성된다. 그리고, 하층 유전체 블럭(300)의 하면 타측 끝단 모서리 부위 및 상면 모서리 부위에는 접속패드(320,322,324,326,354,356)가 형성된다.
접지패드(350)는 내부가 전도성 물질로 충진 또는 인쇄된 비아 홀(310a)을 통해 전도성의 접속패드(324)와 전기적으로 연결된다.
급전패드(352)는 내부가 전도성 물질로 충진 또는 인쇄된 비아 홀(310b)를 통해 전도성의 접속패드(326)와 전기적으로 연결된다.
하층 유전체 블럭(300)의 외부 측면에는 소정형상의 제 2수직 도체패턴(280b)이 형성된다. 이때 제 2수직 도체패턴(280b)은 안테나 방사라인의 전기적인 길이를 길게 구현하기 위해 하층 유전체 블럭(300)의 외부 측면에 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 중층 유전체 블럭(200)은 하층 유전체 블럭(300)의 상면에 적층되고, 상층 유전체 블럭(100)은 중층 유전체 블럭(200)의 상면에 적층된다. 중층 유전체 블럭(200)이 하층 유전체 블럭(300)의 상면에 적층되면 제 2수직 도체패턴(280b)의 일측 끝단은 중층 유전체 블럭(200)의 외부 측면에 형성된 제 1수직 도체패턴(280a)의 일측 끝단과 전기적으로 연결되어 하나의 방사라인을 형성한다.
이하, 중층 유전체 블럭(200)의 외부 일측면에 형성된 제 1수직 도체패턴(280a)과 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에 형성된 제 2수직 도체패턴(280b)을 '수직 도체패턴'(280)이라고 통칭하기로 한다.
본 발명의 일실시예에서 수직 도체패턴(280)이 중층 유전체 블럭(200) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에만 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 수직 도체패턴(280)은 구현하고자 하는 공진 주파수에 따라 상층 유전체 블럭(100), 중층 유전체 블럭(200), 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 측면 중 어느 한 면 이상에 형성될 수 있다.
여기서, 수직 도체패턴(280)은 중층 유전체 블럭(200) 및 하층 유전체 블 럭(300)에 각각 형성된 도전성 비아를 통해 형성될 수 있다. 보다 상세하게는 수직 도체패턴(280)은 통상적인 비아가 아닌 다양한 길이를 갖는 직사각형의 도전성 비아를 통해 중층 유전체 블럭(200) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 측면에 노출되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는 수평 도체패턴(120,130,140) 및 수직 도체패턴(280)에 의한 공진 주파수 대역이 상이하기 때문에 다중대역에 적용하기가 용이하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는 수평 도체패턴(120,130,140) 및 수직 도체패턴(280)을 이용하여 안테나의 방사라인을 구현해줌으로써, 종래 적층형 안테나에서 병렬 캐패시턴스로 인해 다중대역(특히, 저주파 대역)에서 협대역 특성이 나타나는 문제를 해결한다. 즉, 적층구조를 갖는 안테나에서 수평 도체패턴(120,130,140) 및 수직 도체패턴(280)을 이용하여 안테나의 방사라인을 구현하면 종래 수평 도체패턴만을 이용하여 적층형 안테나의 방사라인을 구현했을 때보다 도체패턴 간에 병렬 캐패시턴스를 줄여줄 수 있게 되고, 이로 인해 다중대역에서 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나가 구현된다.
한편, 일반적인 내장형 안테나는 단말기 내부에 장착되고, 인체와 근접하여 방사가 이루어지기 때문에 사람의 손, 머리 등과 같은 인체에서 발생되는 전자기장(휴먼 이펙트:Human-Effect)에 의하여 전파의 송수신에 영향을 많이 받게 된다. 예컨대, 방사가 특정 방향(예컨대, 도 5의 Y축)으로만 이루어지는 안테나의 경우 사람이 단말기를 잡고 있으면 손바닥 면과 손가락에서 발생되는 전자기장에 의해 전파의 송수신에 영향을 많이 받게 되고, 이로 인해 실제 단말기에 내장된 내장형 안테나의 방사특성이 테스트 환경에서의 내장형 안테나의 방사특성에 비해 감소하게 된다.
하지만, 본 발명의 내장형 안테나는 상층 유전체 블럭(100)의 상면 및 하면에 형성된 수평 도체패턴(120,130,140)과 중층 유전체 블럭(200) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에 노출되도록 형성된 수직 도체패턴(280)으로 인해 방사가 각각 다른 방향으로 이루어진다. 즉, 본 발명의 적층구조의 내장형 안테나는 중층 유전체 블럭(200) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에 노출되도록 형성된 수직 도체패턴(280)으로 인해, 특정 방향 또는 각도 만을 지향하여 방사가 이루어지는 것이 아닌, 넓은 범위(예컨대, X축 및 Y축)에 걸쳐 방사가 이루어진다(도 5참조). 참고로, 도 5의 참조부호 550은 단말기이고, 참조부호 560은 단말기(550)의 메인회로기판이고, 참조부호 500은 메인회로기판에 장착된 본 발명의 내장형 안테나이다.
따라서, 본 발명에 따르면 사람의 손, 머리 등과 같은 인체에서 발생되는 전자기장에 의하여 전파의 송수신에 영향을 덜 받게 되고, 실제 단말기 환경에서 방사특성이 좋은 내장형 안테나가 구현된다.
급전패드(352)는 비아 홀(310b, 210b)을 통해 수평 도체패턴(즉, 제2하부 도체패턴;140)의 일측 끝단과 연결되고, 접지패드(350)는 비아 홀(310a, 210a)을 통해 수평 도체패턴(즉, 제2하부 도체패턴;140)의 타측 끝단과 전기적으로 연결된다.
중층 유전체 블럭(200)은 수직방향으로 천공되어 하나 이상의 에어 갭(295a, 295b)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 유전율은 아무 물질도 없는 진공 상태가 가장 낮으며, 공기도 진공과 거의 같은 유전율을 보인다. 따라서, 본 발명에서는 상층 유전체 블럭(100)과 하층 유전체 블럭(300) 사이에 에어 갭을 형성해줌으로써 상층 유전체 블럭(100)에 형성된 수평 도체패턴(120,130,140)이 단말기의 메인 회로기판에 실장된 다른 전자 부품들(도시생략)로부터 받는 상호 간섭, 즉, 상호 캐패시턴스(Capacitance)를 줄여 줄 수가 있다. 따라서, 상층 유전체 블럭, 중층 유전체 블럭 및 하층 유전체 블럭(100, 200, 300)에서 중층 유전체 블럭(200)의 두께는 세 개의 유전체 블럭 중 최대로 하는 것이 바람직하다. 중층 유전체 블럭(200)의 두께를 상대적으로 다른 유전체 블럭 보다 두껍게 하여 충분한 에어갭을 확보해주면 상층 유전체 블럭(100)에 형성된 수평 도체패턴(120,130,140)이 단말기의 메인 회로기판에 실장된 다른 전자 부품들(도시생략)로부터 받는 상호 간섭을 최소화할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 중층 유전체 블럭(200)에 형성된 에어 갭(295a, 295b)은 단말기의 메인 회로기판에 실장된 다른 전자 부품들(도시생략)로부터 받는 상호 간섭이 줄어들게 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 안테나가 고주파 대역에서 보다 넓은 대역 폭을 갖을 수 있게 한다.
한편, 종래에는 단말기 환경이 바뀜에 따라 도체패턴의 형상 또는 유전재료 등을 변경하였다. 하지만, 도 4에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는 도체패턴의 형상 또는 유전재료 등을 변경하지 않고서도 에어 갭(295a, 295b)의 형태 및 개수를 변경해줌으로써 빠른 시간 내에 원하는 방사특성 을 얻을 수 있게 된다. 즉, 에어 갭(295a, 295b)의 형태 및 개수를 손쉽게 조절할 수 있으므로 도체패턴의 형상 또는 유전재료 등의 변경에 따른 정밀한 공정 및 비용을 절감할 수 있게 된다.
에어 갭(295a, 295b)은 중층 유전체 블럭(200)에 수직방향으로 길이(I) 및 폭(M)을 갖으며 형성된다. 본 발명의 일실시예에 적용되는 중층 유전체 블럭(200)은 2개의 에어 갭(295a, 295b)을 갖지만, 에어 갭의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 원하는 공진 주파수에 따라 그 개수를 달리할 수 있다. 또한, 에어 갭(295a, 295b)의 형태, 관통 구멍의 길이(I) 및 폭(M)등은 원하는 공진 주파수에 따라 달라질 수 있다.
상층 유전체 블럭(100), 중층 유전체 블럭(200), 및 하층 유전체 블럭(300)은 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board)로 제조되는 것이 바람직하다. 인쇄회로기판은 에어 갭을 형성하기가 용이할 뿐만이 아니라, 에어 갭의 형태, 길이(I), 및 폭(M)을 조절하여 빠른시간 안에 원하는 특성을 얻기가 용이하기 때문이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나를 설명하기 위한 분해사시도이다. 도 7의 A는 도 6의 A가 결합된 상태를 나타내는 도면이고, 도 7의 B는 도 6의 B가 결합된 상태를 나타내는 도면이고, 도 7의 C는 도 6의 C가 결합된 상태를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 6 또는 도 7의 결합 상태도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는, 도체패턴이 형성된 평판 형상의 상층 유전체 블럭(100); 도체패턴이 형성된 평판 형상의 하층 유 전체 블럭(300); 상층 유전체 블럭(100)과 하층 유전체 블럭 사이(300)에 개재되는 중층 유전체 블럭(400)을 포함한다.
도 6 내지 도 8에 도시된 상층 유전체 블럭(100) 및 하층 유전체 블럭(300)은 전술한 도 2 내지 도 4를 통해 설명한 상층 유전체 블럭(100) 및 하층 유전체 블럭(300)와 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 따라서, 도 6 내지 도 8에 도시된 상층 유전체 블럭(100) 및 하층 유전체 블럭(300)에 대한 설명은 도 2 내지 도 4의 설명으로 대체하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 통해 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나와 중층 유전체 블럭(400)의 형상에서 그 차이가 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나에 적용되는 중층 유전체 블럭(400)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
중층 유전체 블럭(400)은 도 5에 도시된 바와 같이 'ㄷ'형상을 갖는 유전체 블럭으로 형성된다. 보다 상세하게는, 중층 유전체 블럭(400)은 상층 유전체 블럭(100)과 하층 유전체 블럭(300) 사이에 개재되어 에어 갭이 극대화 될 수 있는 구조로 형성된다. 이를 위해 중층 유전체 블럭(400)은 길이(K) 및 폭(I)을 갖는 캐비티가 형성된다.
상기한 바와 같은 구조는 상층 유전체 블럭(100)과 하층 유전체 블럭(300) 사이의 에어 갭(air gap)을 극대화하여 단말기의 메인 회로기판에 실장된 다른 전자 부품들(도시생략)로부터 받는 상호 간섭, 즉, 상호 캐패시턴스를 최소화해줄 수 있게 된다. 이때, 바람직하게는 중층 유전체 블럭(400)의 두께를 상대적으로 다른 유전체 블럭 보다 두껍게 하여 충분한 에어갭을 확보해주면 상층 유전체 블럭(100)에 형성된 수평 도체패턴(120,130,140)이 단말기의 메인 회로기판에 실장된 다른 전자 부품들(도시생략)로부터 받는 상호 간섭을 최소화할 수가 있다.
전술한 바와 같이, 중층 유전체 블럭(200)에 형성된 에어 갭(295a, 295b)은 단말기의 메인 회로기판에 실장된 다른 전자 부품들(도시생략)로부터 받는 상호 간섭이 줄어들게 되고, 고주파 대역에서 보다 넓은 대역 폭을 갖는 내장형 안테나가 구현된다.
한편, 종래에는 단말기 환경이 바뀜에 따라 도체패턴의 형상 또는 유전재료 등을 변경하였다. 하지만, 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는 도체패턴의 형상 또는 유전재료 등을 변경하지 않고 캐비티의 길이(K) 및 폭(I)을 변경하여 빠른 시간에 원하는 방사특성을 얻을 수 있다.
중층 유전체 블럭(400)은 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board)로 제조되는 것이 바람직하다. 인쇄회로기판은 에어 갭을 형성하기가 용이할 뿐만이 아니라, 캐비티의 길이(K) 및 폭(I)을 조절하여 빠른시간 안에 원하는 특성을 얻기가 용이하기 때문이다.
중층 유전체 블럭(400)의 상면과 하면 각각의 모서리 부위에는 전도성의 접속패드(220,222,224,226,260,262,264,266)가 형성된다. 이중, 상면의 3개의 전도성의 접속패드(222,224,256)는 내부가 전도성 물질로 도포된 비아 홀(210a, 210b, 210c)을 통해 하면의 3개의 전도성의 접속패드(260,262,266)와 전기적으로 연결된 다. 전도성의 접속패드(220, 264)는 비아 홀이 형성되어 있지 않은 모서리 부위의 상면과 하면에 각각 형성된다.
중층 유전체 블럭(200)의 외부 일측면에는 소정형상의 제 1수직 도체패턴(280a)이 형성된다. 이때, 제 1수직 도체패턴(280a)은 안테나 방사라인의 전기적인 길이를 길게 구현하기 위해 중층 유전체 블럭(200)의 외부 측면에 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.
제 1수직 도체패턴(280a)의 일측 끝단은 중층 유전체 블럭(200)의 상면에 형성된 접속패드(222)와 전기적으로 접속되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 중층 유전체 블럭(400)은 하층 유전체 블럭(300)의 상면에 적층되고, 상층 유전체 블럭(100)은 중층 유전체 블럭(400)의 상면에 적층된다. 중층 유전체 블럭(400)이 하층 유전체 블럭(300)의 상면에 적층되면 제 2수직 도체패턴(280b)의 일측 끝단은 중층 유전체 블럭(200)의 외부 측면에 형성된 제 1수직 도체패턴(280a)의 일측 끝단과 전기적으로 연결되어 하나의 방사라인을 형성한다.
이하, 중층 유전체 블럭(400)의 외부 일측면에 형성된 제 1수직 도체패턴(280a)과 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에 형성된 제 2수직 도체패턴(280b)을 '수직 도체패턴'(280)이라고 통칭하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서 수직 도체패턴(280)이 중층 유전체 블럭(400) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에만 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 수직 도체패턴(280)은 구현하고자 하는 공진 주파수에 따라 상층 유전체 블 럭(100), 중층 유전체 블럭(400), 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 측면 중 어느 한 면 이상에 형성될 수 있다.
여기서, 수직 도체패턴(280)은 중층 유전체 블럭(400) 및 하층 유전체 블럭(300)에 각각 형성된 도전성 비아를 통해 형성될 수 있다. 보다 상세하게는 수직 도체패턴(280)은 통상적인 비아가 아닌 다양한 길이를 갖는 직사각형의 도전성 비아를 통해 중층 유전체 블럭(400) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 측면에 노출되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는 수평 도체패턴(120,130,140) 및 수직 도체패턴(280)에 의한 공진 주파수 대역이 상이하기 때문에 다중대역에 적용하기가 용이하다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나는 수평 도체패턴(120,130,140) 및 수직 도체패턴(280)을 이용하여 안테나의 방사라인을 구현해줌으로써, 종래 적층형 안테나에서 병렬 캐패시턴스로 인해 다중대역(특히, 저주파 대역)에서 협대역 특성이 나타나는 문제를 해결한다. 즉, 적층구조를 갖는 안테나에서 수평 도체패턴(120,130,140) 및 수직 도체패턴(280)을 이용하여 안테나의 방사라인을 구현하면 종래 수평 도체패턴만을 이용하여 적층형 안테나의 방사라인을 구현했을 때보다 도체패턴 간에 병렬 캐패시턴스를 줄여줄 수 있게 되고, 이로 인해 다중대역에서 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나가 구현된다.
한편, 일반적인 내장형 안테나는 단말기 내부에 장착되고, 인체와 근접하여 방사가 이루어지기 때문에 사람의 손, 머리 등과 같은 인체에서 발생되는 전자기 장(휴먼 이펙트:Human-Effect)에 의하여 전파의 송수신에 영향을 많이 받게 된다. 예컨대, 방사가 특정 방향(예컨대, 도 5의 Y축)으로만 이루어지는 안테나의 경우 사람이 단말기를 잡고 있으면 손바닥 면과 손가락에서 발생되는 전자기장에 의해 전파의 송수신에 영향을 많이 받게 되고, 이로 인해 실제 단말기에 내장된 내장형 안테나의 방사특성이 테스트 환경에서의 내장형 안테나의 방사특성에 비해 감소하게 된다.
하지만, 본 발명의 내장형 안테나는 상층 유전체 블럭(100)의 상면 및 하면에 형성된 수평 도체패턴(120,130,140)과 중층 유전체 블럭(400) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에 노출되도록 형성된 수직 도체패턴(280)으로 인해 방사가 각각 다른 방향으로 이루어진다. 즉, 본 발명의 적층구조의 내장형 안테나는 중층 유전체 블럭(400) 및 하층 유전체 블럭(300)의 외부 일측면에 노출되도록 형성된 수직 도체패턴(280)으로 인해, 특정 방향 또는 각도 만을 지향하여 방사가 이루어지는 것이 아닌, 넓은 범위(예컨대, X축 및 Y축)에 걸쳐 방사가 이루어진다(도 5참조).
따라서, 본 발명에 따르면 사람의 손, 머리 등과 같은 인체에서 발생되는 전자기장에 의하여 전파의 송수신에 영향을 덜 받게 되고, 실제 단말기 환경에서 방사특성이 좋은 내장형 안테나가 구현된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나의 반사손실(Return loss) 특성을 도시한 도표이다. 도표에서 가로축은 주파수(frequency), 세로축은 반사 손실을 나타낸다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나의 방사이득 및 방사효율을 나타내는 도표이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 마커 1은 880MHz, 마커 2는 960MHz인 경우의 반사 손실을 가리키고 있으며 GSM 대역의 특성을 나타낸다. 그리고, 마커 3은 1.71GHz, 마커 4는 1.92GHz, 마커 5는 2.17GHz인 경우의 반사 손실을 가리키고 있으며 DCS 및 PCS 대역의 특성을 나타낸다.
도 9를 참조하여, 통화상태에서 실제 안테나의 실효성을 판단하는 기준으로 사용되는 반사손실이 6dB(전압정재파비 3:1)인 지점을 살펴보면, 본 발명의 내장형 안테나는 GSM 대역에서 약 92MHz의 대역폭을 나타낸다. 이는 종래 적층형 내장형 안테나에 비해 20MHz이상 주파수 대역폭이 넓어진 것이다. 또한, 도 9를 참조하여 반사손실이 6dB인 지점을 살펴보면, 본 발명의 내장형 안테나는 DCS 및 PCS 대역에서 전체적으로 안테나의 방사특성이 열화되지 않고, 모두 좋은 대역폭 특성을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 내장형 안테나를 사용하는 경우 저주파 대역은 물론 고주파 대역에서 대역폭이 넓어짐을 확인할 수가 있고, 이로 인해 다중 대역에서 넓은 대역폭을 갖는 내장형 안테나가 구현됨을 확인할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 적층형 안테나를 도시한 도면이다. (a)는 각 층의 유전체 블럭에 형성된 도체패턴과 비아홀의 위치를 도시하여 나타낸 종래 내장형 안테나의 사시도이고, (b)는 (a)의 하층부를 나타낸 평면도이고, (c)는 (a)의 중층부를 나타낸 평면도이고, (d)는 (a)의 상층부를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 3의 A는 도 2의 A가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3의 B는 도 2의 B가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3의 C는 도 2의 C가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2 또는 도 3의 결합 상태도이다.
도 5는 본 발명에 따른 내장형 안테나의 특성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 7의 A는 도 6의 A가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7의 B는 도 6의 B가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7의 C는 도 6의 C가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 6 또는 도 7의 결합 상태도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나의 반사손실 특성을 도시한 도표이다. 도표에서 가로축은 주파수, 세로축은 반사 손실을 나타낸 다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층구조의 내장형 안테나의 방사이득 및 방사효율을 나타내는 도표이다.
Claims (10)
- 삭제
- 상층 유전체 블럭;중층 유전체 블럭;하층 유전체 블럭;상기 상층 유전체 블럭, 중층 유전체 블럭, 및 하층 유전체 블럭 중 하나 이상의 유전체 블럭에 형성되는 수평 도체패턴; 및상기 상층 유전체 블럭, 중층 유전체 블럭, 및 하층 유전체 블럭 중 하나 이상의 유전체 블럭의 외부 측면에 형성되며, 상기 수평 도체패턴과 전기적으로 연결되는 수직 도체패턴을 구비하고,상기 중층 유전체 블럭은 수직방향으로 천공된 하나 이상의 에어 갭이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
- 청구항 2에 있어서,상기 수평 도체패턴은 상기 상층 유전체 블럭의 상면 및 하면 중 한 면 이상에 형성되고, 상기 수직 도체패턴은 상기 중층 유전체 블럭 및 상기 하층 유전체 블럭의 외부 측면 중 한 면 이상에 형성되는 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
- 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,상기 중층 유전체 블럭은 'ㄷ'형상의 유전체 블럭인 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
- 삭제
- 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,상기 하층 유전체 블럭에는 급전패드가 형성되고, 상기 급전패드는 상기 수평 도체패턴과 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
- 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,상기 하층 유전체 블럭에는 접지패드가 형성되고, 상기 접지패드는 상기 수평 도체패턴과 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
- 청구항 2에 있어서,상기 중층 유전체 블럭의 두께는 상기 상층 유전체 블럭 및 상기 하층 유전 체 블럭의 두께에 비해 두꺼운 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
- 청구항 2에 있어서,상기 수직 도체패턴은 상기 상층 유전체 블럭, 중층 유전체 블럭, 및 하층 유전체 블럭 중 하나 이상의 유전체 블럭의 외부 측면에 노출되도록 형성된 도전성 비아로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
- 청구항 2에 있어서,상기 상층 유전체 블럭, 중층 유전체 블럭, 및 하층 유전체 블럭은 인쇄회로기판(PCB)으로 형성된 것을 특징으로 하는 적층구조의 내장형 안테나.
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