KR100992864B1 - Ｃｄｍａ 대역과 ｕｗｂ 대역을 동시에 커버할 수 있는광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 개 이상의 다중 주파수 대역 특히 CDMA 대역과 UWB 대역을 동시에 커버할 수 있는 광대역 안테나를 제공한다. 본 발명의 광대역 안테나는 안테나 구동 회로로부터 전기적인 신호를 인가 받는 급전부; 상기 급전부와 전기적으로 연결되며, 소정의 제1 방사 패턴이 형성된 제1 방사부; 및 상기 제1 방사부와 전기적으로 연결되며, 소정의 제2 방사 패턴이 형성된 제2 방사부를 포함하는 도체부를 포함한다. 본 발명의 광대역 안테나는 서로 다른 주파수 대역 특히 UWB 대역 및 CDMA 대역에서의 통신을 수행할 수 있고, 추가적인 안테나 구성을 도입시키지 않고도 간략화된 구성을 통해 다중 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있기 때문에 소형화, 경량화가 요청되는 이동 통신 단말에 사용되기에 적합하다.

광대역, 안테나, 인테나, UWB, CDMA

Description

ＣＤＭＡ 대역과 ＵＷＢ 대역을 동시에 커버할 수 있는 광대역 안테나{Wideband antenna for covering both CDMA frequency band and UWB frequency band}

본 발명은 두 개 이상의 다중 주파수 대역을 동시에 커버할 수 있는 광대역 안테나에 관한 것으로서, 특히 휴대폰, PCS 등의 내부에 내장되며 초광대역인 UWB(ultra wideband) 주파수 대역과 이동 통신 단말의 사용 주파수 대역까지 동시에 처리할 수 있는 내장형의 광대역 안테나에 관한 것이다.

무선 통신 기술의 발달로 이동 통신 단말은 많은 서비스를 제공하면서도 소형화, 경량화되고 있다. 이동 통신 단말의 안테나는 점차 단말기 내부에 내장되고 있는 추세이며, 이동 통신 기술이 발달함에 따라 다중 대역의 무선 통신을 수행할 필요성이 증가하고 있다. 현재 이동 통신 단말에 사용되는 주파수 대역으로는 휴대 전화 800~2000MHz, 블루투스 2.4GHz, GPS 1.5GHz, UWB 3.1~4.7GHz, Zigbee, DMB 등이 있다. 특히, 역 에프형 안테나(PIFA: planar inverted F type antenna)는 소형화가 가능하고 휴대폰 등의 내부에 내장이 가능하기 때문에 광대역 통신 시스템과 개인 휴대 통신의 다양한 주파수 대역을 처리하기 위하여 널리 사용되었다. 역 에 프형 안테나는 F자 형상의 안테나를 역으로 놓은 형상을 가지며 제품의 소형화에 적합하기 때문에 다양한 이동 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다.

기존의 안테나는 특정 대역 예를 들어 셀룰러 대역(824~896MHz) 또는 PCS 대역(824MHz~896MHz, 1750~1870MHz)을 커버하기 위한 목적으로 사용되었다. 또한, 기존의 다중 대역 특성을 갖는 안테나는 안테나 자체의 구조변화를 통해서 다중 공진 특성 또는 광대역 특성을 가졌는데, 이 경우 대역폭이 좁기 때문에 1500MHz의 넓은 대역폭을 필요로 하는 UWB 대역에 사용되기에는 부적합하다.

특허 문헌으로서, 대한민국 공개특허 제10-2005-65103호는 PIFA 소자부의 일부가 PCB의 에지 외부로 돌출되며, PIFA 소자부의 소정 부분이 PCB의 급전부와 접속되되, PIFA 소자부는 높이기 실질적으로 낮도록 구비된 광대역의 PIFA를 개시하고 있다. 상기 안테나의 경우 안테나의 높이를 낮추는 동시에 광대역 특성을 갖는 효과가 있다. 그러나, 상기 특허는 광대역의 안테나 구조를 개시하였을 뿐 안테나의 형태 변화를 통해 동시에 2개의 대역을 처리하는 기술은 개시한 바 없다.

상술한 종래 기술의 한계를 고려하여, 본 발명은 두 개의 방사체를 소정의 거리 만큼 이격 시킨 구조를 통해 서로 다른 주파수 대역 특히 UWB 대역 및 CDMA 대역에서의 통신을 수행할 수 있고, 간략화된 구성을 통해 다중 대역에서 동작하며, 소형화 및 경량화가 요청되는 이동 통신 단말에 적합한 광대역 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 광대역 안테나는 안테나 구동 회로로부터 전기적인 신호를 인가 받는 급전부; 상기 급전부와 전기적으로 연결되며, 소정의 제1 방사 패턴이 형성된 제1 방사부; 및 상기 제1 방사부와 전기적으로 연결되며, 소정의 제2 방사 패턴이 형성된 제2 방사부를 포함하는 도체부를 포함하며, 서로 다른 적어도 2개 이상의 주파수 대역에서 공진 특성을 갖는다. 여기에서 주파수 대역은 CDMA 대역과 UWB 대역이 바람직하다.

또한, 본 발명의 광대역 안테나는 도체부를 지지하는 베이스 기판; 상기 제1 방사부를 그라운딩시키는 전기적 경로를 제공하는 접지핀; 및 상기 베이스 기판 이면에 형성된 접지층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 광대역 안테나는 접지핀의 위치 조절을 통해 CDMA 대역의 정합 특성을 조절할 수 있다.

본 발명의 안테나에서 접지층은 상기 도체부의 제1 및 제2 방사부와 대향하는 적어도 일부의 위치에는 형성되지 않으며, 접지 구조의 변형을 통해 광대역 특 성이 발현된다. 본 발명에서 접지층은 상기 광대역 안테나가 UWB 대역에서 공진 특성이 나타나도록 ㄱ자 형상 또는 소정의 홈이 형성된 형상을 갖는 연장부를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제1 방사부는 접지층과 평행한 제1 평행면과 제1 평행면과 수직으로 결합되는 제1 수직면을 포함하며, 제2 방사부는 접지층과 평행한 제2 평행면과 제2 평행면과 수직으로 결합되는 제2 수직면 그리고 제2 평행면으로 부터 연장 형성되며 상기 베이스 기판의 두께 방향으로 접힌 접힘면을 포함할 수 있다. 특히, 제1 수직면은 주파수 대역폭의 조절을 위해 미엔더 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 제 1 평행면의 일단과 인접한 접지층의 높이와, 상기 제 2 평행면의 일단과 인접한 접지층의 높이는 서로 다르게 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 두 개의 방사체를 소정의 거리 만큼 이격 시킨 구조를 안테나에 도입함으로써 서로 다른 주파수 대역 특히 UWB 대역 및 CDMA 대역에서의 통신을 수행할 수 있고, 안테나 구성을 추가시키지 않으며 간략화된 구성을 통해 다중 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있기 때문에 소형화, 경량화가 요청되는 이동 통신 단말에 사용되기에 적합하다.

이하에서는 도면과 실시예를 참고하여 본 발명의 CDMA 대역과 UWB 대역을 동시에 커버할 수 있는 광대역 안테나에 대하여 구체적으로 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄 으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나의 도체부를 나타내는 구조도이다. 도 1에 도시된 도체부(10)는 금속과 같은 도전성 재료로 이루어지며, 급전부(11), 제1 평행면(12)과 제1 수직면(13)을 포함하는 제1 방사부, 제2 수직면(14)과 제2 평행면(15)을 포함하는 제2 방사부를 포함한다. 상술한 도체부(10)의 각 구성요소들은 일체로서 결합될 수 있으며, 설명의 편의를 위해 각각의 기능별로 구분하여 설명한다.

급전부(11)는 안테나 구동 회로로 부터 전기적 신호를 인가 받는다. 제1 방사부는 제1 평행면(12)와 제1 수직면(13)을 구비한다. 제1 방사부는 고주파수 대역, 특히 UWB(Ultra wideband) 대역을 커버하기 위한 것으로, 급전부(11)를 통해 전기적 신호를 전달 받고, 전달된 전기적 신호에 따른 전자파를 방사시킨다. 제1 수직면(13)의 높이가 높을 수록 CDMA 대역의 공진 주파수를 저주파 대역으로 이동시키는 효과를 갖지만, 휴대폰 케이스의 크기에 따른 한계가 있다.

제2 방사부는 제2 수직면(14)과 제2 평행면(15)을 구비한다. 제2 방사부는 고주파수 대역, 특히 CDMA 대역을 커버하기 위한 것으로서 제1 수직면으로 부터 전달 받은 전기적 신호에 따른 전자파를 방사시킨다. CDMA 대역의 공진점은 제2 평행면 또는 제2 수직면의 형태를 조절하거나, 제2 방사부 까지의 전류 경로의 길이를 조절함으로써 조절가능하다. 본 실시예에서 제2 방사부가 형성된 위치에는 접지층 이 형성되지 않는데, 전자파 방사를 위해 접지층 위치에 제2 방사부를 위치시킨 것이다.

도 1에 도시된 도체부를 구비하는 광대역 안테나의 처리 대역은 제1 방사부의 패턴, 제2 방사부의 패턴, 그리고 제1 방사부와 제2 방사부의 거리, 제1 방사부와 제2 방사부의 전자기적인 커플링에 의존한다. 실제의 휴대폰의 사이즈를 고려하여 도 1의 도체부를 휴대폰 안테나에 적용시킬 경우, 급전부(11)의 길이는 6~8mm, 제1 평행면(12)의 세로 길이는 8~12mm, 가로 길이는 6~8mm, 제1 수직면(13)의 세로 길이는 4~6mm, 가로 길이는 6~8mm, 제2 수직면(14)의 가로 길이는 23~27mm, 세로 길이는 1~3mm, 제2 평행면(15)의 가로 길이는 23~27mm, 세로 길이는 8~12mm가 바람직하다.

도 2a는 도 1에 도시된 도체부를 이용한 안테나 구조를 나타낸다. 도 2a에 도시된 안테나는 도체부(10), 베이스 기판(20) 및 접지층(30)을 포함한다. 베이스 기판(20)은 도체부(10)를 지지하는 것으로, 특히 인쇄회로 기판이 바람직하다. 베이스 기판의 상부에는 안테나 구동 회로 즉 RF 칩(미도시)가 실장되며, RF칩으로부터 전기적 신호가 발생하면 발생된 신호는 급전부(11)를 통해 제1 방사부 및 제2 방사부를 통해 전자파로서 방사된다.

접지층(30)은 베이스 기판 이면에 형성된다. 도 2a에 도시된 안테나는 구동 회로로 부터 인가 받은 전기적인 신호에 따른 전자파를 외부로 방사하고, 외부로 부터의 전자파를 수신하는 것으로, 공진 주파수는 제1 방사부의 패턴과 제2 방사부의 패턴에 따라 결정된다.

도 2a에 도시된 안테나는 접지층에 대응되는 위치에 접지층을 형성시키지 않고, 그 대신 인테나(intenna)를 형성시킴으로써, 접지 대신 방사를 위해 활용한 것에 일 특징이 있다. 또한, 서로 다른 방사 패턴을 갖는 2개의 방사부를 직렬로 연결시킴으로써 서로 다른 주파수 대역에서 공진 특성이 나타나는 특징이 있다. 특히, 본 실시예에 따른 안테나를 이동 통신 단말에 도입시킬 경우, UWB 대역(3.1~4.7GHz)과 CDMA 대역(824MHz~896MHz, 1750~1870MHz) 모두를 커버할 수 있다는 장점이 있다.

도 2b는 도 2a에 도시된 안테나에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 안테나의 경우 공진 특성이 CDMA 대역과 UWB 대역에서 각각 나타남을 확인할 수 있다.

도 3a와 3b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타내는 구조도이다. 도 3a와 3b에 도시된 안테나는 접지층(30)에 서로 다른 형상의 연장부(32, 34)가 더욱 형성되었다는 점에서 도 1에 도시된 안테나와 차이가 있다. 도 3a의 연장부(32)는 슬롯 형상의 홈이 형성되며, 접지층으로 부터 소정의 길이(fr) 만큼 돌출된 구조를 갖는다. 도 3b의 연장부(34)는 ㄱ자 또는 역 L자 형상으로 돌출된 구조를 갖는다. 도 3a와 3b에 도시된 바와 같이 접지층(30)에 연장부(32, 34)가 더욱 형성된 경우, 커버가능한 UWB 대역을 광대역화시키고, 안테나의 공진 주파수 조절을 용이하게 할 수 있다.

도 3c는 도 3a에서 돌출된 연장부의 길이(fr)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다. 본 발명의 안테나에서 연장부의 길이와 형상을 조절함으로써 커 버할 수 있는 UWB 대역을 3.15GHz까지 낮출 수 있다.

도 4a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타낸다. 도 4a에 도시된 안테나는 도 3b에 도시된 안테나와 비교할 때, 접지핀(shorting pin, 16)과 접힘면(17)을 더욱 포함하며, 또한 접지층의 높이가 위치(35, 36, 37)에 따라 가 서로 다르다는 점에서 구별된다.

도 4a에서 접지 핀(shorting pin, 16)은 제1 방사부를 접지층(30)에 그라운딩 시키기 위한 전기적 경로이다. 접지 핀의 위치를 조절함으로써 CDMA 대역에서의 매칭 특성을 향상시킬 수 있다. 접힘면(17)은 제2 평행면(15)으로 부터 연장 형성되며, 베이스 기판의 두께 방향으로 접힌 구조를 갖는다. 안테나 측면의 폭을 소정 길이 만큼 줄이고 접힘면을 더욱 형성 시킬 경우, CDMA 대역에서의 공진 주파수를 용이하게 조절할 수 있다.

도 1, 2a, 3a, 3b에 도시된 안테나에서 제1 방사부와 제2 방사부 간의 거리는 도 4a에 비하여 넓어 광대역의 주파수를 커버할 수 있지만, 안테나의 좌우 폭이 커지는 단점이 있다. 도 4a에 도시된 안테나는 접힘면 구조를 더 도입함으로써 광대역의 주파수를 커버하는 동등한 효과를 얻으면서도, 방사부들 간의 거리와 안테나의 좌우 폭을 작게하는 장점이 있다.

또한, 도 4a에 도시된 안테나는 접지층(30)의 위치에 따라 높이가 상이하다. 도 4a의 안테나와 같이 제1 평행면(12)과 접지층의 일단(35)과의 거리, 제2 평행면(15)와 접지층의 또 다른 일단(36, 37)과의 거리가 상이할 경우, 저주파 대역에서의 공진 특성을 변화시킬 수 있다.

도 4b는 도 4a에서 제1 평행면(12)과 접지층의 일단(35)과의 거리(ggh)에 따른 안테나의 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 평행면(12)과 접지층의 일단(35)과의 거리(ggh)에 따라 반사 손실 특성이 크게 상이함을 알 수 있다. 접지층의 일단(35) 뿐만 아니라 다른 일단(36, 37)을 조절할 경우에도 UWB 대역 전체적으로 광대역 효과를 얻을 수 있다. 특히, 연장부(34)에 대응되는 접지층의 일단(37)의 높이를 조절할 경우 UWB 대역 중 저주파 대역의 주파수 조절이 가능하다. 또한, 도 4a에서 연장부(34)와 제2 평행면(15) 간의 간격을 조절할 경우에는 CDMA 대역에서의 공진 주파수 조절이 가능하다.

도 5a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타낸다. 도 5a에 도시된 안테나는 급전부(111), 제1 평행면(112), 제1 수직면(113), 제2 수직면(114), 제2 평행면(115), 접힘면(116), 접지핀(117)을 포함하는 도체부, 베이스 기판(120) 및 접지층(130)을 포함한다. 도 4a에 도시된 안테나와 비교할 때, 도 5a의 안테나는 제1 수직면(113)이 미엔더 구조(meander structure) 즉 굽이친 형상을 갖는 점에서 구별된다. 도 5b는 도 5a의 안테나에서 미엔더 슬롯의 길이(us1)에 따른 안테나의 반사 손실 특성을 나타낸다. 미엔더 슬롯의 길이가 클 수록 미엔더 라인의 형태가 ㄹ 자 형태로 되고, 짧아질 수록 원래의 형태인 사각형 형태와 가깝게 된다.

도 6a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타낸다. 도 6a에 도시된 안테나는 도 5a에 도시된 안테나와 구성요소가 모두 대응된다. 다만, 도 5a의 수직면은 균일한 미엔더 구조를 갖지만, 6a의 수직면은 완화된 또는 비균 일한 미엔더 구조를 갖는다는 점에서 차이가 있다. 도 6b는 도 6a에 도시된 안테나에 따른 안테나의 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다. 도 5b의 경우 주파수 매칭이 틀어지는 문제가 있으나, 도 6a와 같이 미엔더 구조의 완화를 통해 주파수 매칭 특성을 향상시킬 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명의 광대역 안테나는 UWB 대역 및 CDMA 대역에서의 통신을 동시에 수행할 수 있고, 간략화된 구성을 통해 다중 대역에서 동작하기 때문에 소형화, 경량화 그리고 멀티 대역의 인테나로서 이동 통신 단말에 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나의 도체부를 나타내는 구조도이다.

도 2a는 도 1에 도시된 도체부를 이용한 안테나 구조를 나타내고, 도 2b는 도 2a에 도시된 안테나에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다.

도 3a와 3b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타내며, 도 3c는 도 3a에서 돌출된 연장부의 길이(fr)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다.

도 4a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타내며, 도 4b는 도 4a에서 제1 평행면(12)과 접지층의 일단(35)과의 거리(ggh)에 따른 안테나의 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다.

도 5a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타내며, 도 5b는 도 5a의 안테나에서 스윕(sweep)의 길이에 따른 안테나의 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다.

도 6a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나 구조를 나타내며, 도 6b는 도 6a의 안테나에 따른 안테나의 반사 손실 특성을 나타내는 참고도이다.

Claims (9)

1. 안테나 구동 회로로부터 전기적인 신호를 인가 받는 급전부;

   상기 급전부와 전기적으로 연결되며 소정의 제1 방사 패턴이 형성된 제1 방사부와 상기 제1 방사부와 전기적으로 직렬연결(in series)되며 소정의 제2 방사 패턴이 형성된 제2 방사부를 구비하는 도체부;

   상기 도체부를 지지하는 베이스 기판;

   상기 베이스 기판 이면에 형성되는 접지층으로서, 상기 접지층은 ‘ㄱ자’형상으로 돌출된 연장부 또는 슬롯 형상의 홈이 형성된 연장부 중 어느 하나를 포함하여 형성되는 접지층; 및

   상기 제1 방사부를 상기 접지층에 그라운딩시키기 위한 전기적 연결경로를 제공하며 상기 제1 방사부와 상기 제2 방사부가 적어도 둘 이상의 서로 다른 주파수 대역에서 각각 공진 특성을 갖도록 위치 조정 가능하게 형성되는 접지핀을 포함하는 광대역 안테나로서, 상기 제1 방사부는 상기 접지층과 평행하게 형성되는 제1 평행면, 제1 평행면과 수직으로 결합되는 제1 수직면을 구비하고, 상기 제2 방사부는 상기 접지층과 평행하게 형성되는 제2 평행면, 상기 제2 평행면과 수직으로 결합되는 제2 수직면 및 상기 제2 평행면으로부터 연장 형성되며 상기 베이스 기판의 두께 방향으로 접힌 형상으로 형성되는 접힘면을 구비하며, 상기 제1 평행면 및 상기 제2 평형면과 인접하는 상기 접지층의 단부는 저주파 대역에서의 공진 특성을 고려하여 미리 결정된 단차를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 주파수 대역은 CDMA 대역과 UWB 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 수직면은 미엔더 구조(meander structure)를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
9. 삭제

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