KR101003590B1 - 휴대 단말기용 다중 대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대 단말기용 다중 대역 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 휴대 단말기용 다중 대역 안테나는, 접지면이 형성된 인쇄회로기판; 상기 접지면과 일단부가 연결되어 상기 인쇄회로기판의 전면에 패터닝된 제1 슬롯; 상기 제1 슬롯에 일단부가 연결되어 상기 인쇄회로기판의 측면에 패터닝된 주안테나부; 및 상기 주안테나부의 타단부에 연결되어 상기 인쇄회로기판의 전면에 패터닝된 제2 슬롯;을 포함하며, 안테나의 길이 연장에 따른 광대역화를 도모할 수 있으며, 모바일 기기에 적용 가능한 소형의 안테나를 제작할 수 있는 장점이 있다.

인쇄회로기판, 제1 슬롯, 제2 슬롯, 주안테나부, 기생선

Description

휴대 단말기용 다중 대역 안테나{Multi bandwidth antenna for mobile phone}

본 발명은 휴대 단말기용 다중 대역 안테나에 관한 것으로서, 한 쌍의 슬롯을 연결하는 주안테나부가 기판의 측면에 형성되어 안테나의 대역폭이 확장됨과 동시에 소형화가 가능한 휴대 단말기용 다중 대역 안테나에 관한 것이다.

최근의 이동통신 단말기는 휴대의 용이성과 디자인적 요소의 향상 및 사용자의 욕구를 만족시키기 위하여 메인보드와 일체로 형성된 다중대역의 내장형 안테나가 탑재되고 있다.

이와 같이, 이동통신 단말기에 내장되는 인쇄회로기판에 안테나를 일체로 형성하게 되면 인쇄회로기판의 제작 공정에서 안테나가 제작 가능하게 됨으로써, 휴대폰의제작 단가를 줄일 수 있고, 정밀한 패터닝이 가능함에 따라 얇은 선폭이나 복잡한 구조를 쉽게 만들 수 있다.

이와 같은 내장형 안테나로는 마이크로스트립 안테나, 평판 역F형 안테나, 칩 안테나(chip antenna) 등이 주로 사용되고 있으며, 가장 일반적으로 인쇄회로기판(PCB)의 단면에 얇은 선폭을 가지는 안테나를 패터닝하여 임베디드 안테나로 주로 구성된다.

이러한 내장형 안테나는 주로 접지면에 슬롯을 형성하고 슬롯에 전계를 급전시켜 안테나로 동작시키게 되며, 슬롯의 단부가 접지면과 연결되어 있는지의 여부에 따라 1/4λ 또는 1/2λ의 파장을 가지고 동작하는 안테나로 구성된다.

도 1은 종래 안테나의 구성도로서, 이를 통해 종래 내장형 안테나의 간략한 기술적 구성을 살펴보면 다음과 같다.

종래 안테나(10)는 PCB 상에 소정의 크기로 형성된 접지면(11)과, 접지면(11)에 구비된 한 쌍의 슬롯(12)(13) 및 PCB의 후면에 형성된 급전선로(14)로 구성된다.

상기 안테나(10)는 한 쌍의 슬롯(11)(12) 중 제1 슬롯(11)은 낮은 공진을 일으키고, 제2 슬롯(12)은 높은 공진을 일으켜 GSM 대역과 DCS 대역을 만족시키는 안테나로 구성되며, 상기 한 쌍의 슬롯(11)(12)이 일단부가 단락되고, 타단부가 접지면(10)에 대하여 오픈됨에 따라 1/4λ의 파장을 갖는 안테나로 구성된다.

또한, 상기 PCB의 후면에는 스트립 라인을 따라 급전선로(14)가 형성되어 한 쌍의 슬롯(11)(12)과 커플링됨에 따라 급전이 이루어지게 되고, 상기 급전선로(14)의 길이와 위치를 조절하여 안테나 매칭이 이루어져 안테나 동작이 이루어지게 된다.

이와 같은 종래의 안테나(10)는 한 쌍의 슬롯(11)(12)을 통해 이중 대역에서 동작하는 것이 가능하기는 하나, 슬롯(11)(12)을 연장할 수 있는 공간에 제약이 있기 때문에 모바일 기기에 장착할 수 있는 크기로 제작하는 데 한계가 있는 문제점이 지적되고 있다.

또한, 안테나의 대역폭이 현저하게 좁아지고, 대역 효율이 낮은 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 다중 대역 안테나에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 기판의 측면을 통해 한 쌍의 슬롯을 연결하는 안테나부가 구비되고, 기판의 후면에 기생선을 추가함으로써, 다중 대역이 가능한 소형의 안테나로 제작되는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나가 제공됨에 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 접지면이 형성된 인쇄회로기판과, 상기 접지면과 일단부가 연결되어 상기 인쇄회로기판의 전면에 패터닝된 제1 슬롯과, 상기 제1 슬롯에 일단부가 연결되어 상기 인쇄회로기판의 측면에 패터닝된 주안테나부와, 상기 주안테나부의 타단부에 연결되어 상기 인쇄회로기판의 전면에 패터닝된 제2 슬롯을 포함하는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나가 제공됨에 의해서 달성된다.

상기 제1 슬롯과 제2 슬롯은 인쇄회로기판의 측면에 도금된 주안테나부의 양단부측에 각각 연결되어 있으며, 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯은 주안테나부의 양측부에서 인쇄회로기판의 전면으로 절곡되어 인쇄회로기판의 전면 양측부에 각각 패터닝된다.

이때, 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯이 패터닝된 인쇄회로기판의 후면에는 추가 공진을 발생시키기 위한 기생선이 형성될 수 있으며, 상기 기생선은 인쇄회로기판 의 후면에 패터닝된 도선이 절곡된 형태로 구성된다.

상기 기생선은 일측 단부가 상기 주안테나부와 단락되거나 접촉됨에 의해 추가적인 공진이 발생될 수 있다.

또한, 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯이 패터닝되는 인쇄회로기판은 주로 양면 인쇄회로기판으로 제작되나, 다층 구조로도 제작될 수 있으며 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯이 패터닝되는 기판층 사이에 유전체층이 형성되어 상기 유전체층 상에 다양한 형태의 기생선 등이 형성될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 휴대 단말기용 다중 대역 안테나는 인쇄회로기판에 일체형으로 안테나를 제작함에 있어 한 쌍의 슬롯을 연결하는 주안테나부가 인쇄회로기판의 측면에 형성됨으로써, 안테나의 길이 연장에 따른 광대역화를 도모할 수 있으며, 모바일 기기에 적용 가능한 소형의 안테나를 제작할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 휴대 단말기용 다중 대역 안테나의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 사시도이고, 도 3는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나에 기생선이 추가된 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110) 상에 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130) 및 상기 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)을 연결하는 주안테나부(140)로 구성되며, 상기 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)을 통한 공진 외에 추가 공진을 위한 기생선(150)으로 구성된다.

상기 인쇄회로기판(110)은 일면 또는 양면에 접지면(111)이 형성된 양면 인쇄회로기판(110)으로 구성될 수 있으며, 상기 인쇄회로기판(110)의 상부측 전면에 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)이 패터닝에 의해 형성된다.

상기 제1 슬롯(120)은 인쇄회로기판(110)의 전면에 구리 등의 전도성 도체를 이용하여 패터닝되며, 일측으로 접지면(111)과 연결된 연결부(121)가 연장 형성되고 상기 연결부(121)와 인접한 임의 지점에 급전부(122)를 갖도록 형성된다.

또한, 제1 슬롯(120)은 일측으로 연장된 연결부(121)의 연장선 상에 제1 절곡부(123)가 형성되며, 상기 제1 절곡부(123)와 접지면(111) 사이의 간격에 의해 캐패시터(C)가 발생된다.

즉, 상기 제1 슬롯(120)의 제1 절곡부(123)가 접지면(111)과 비교적 좁은 간격을 가지도록 절곡됨에 따라 공진주파수 대역의 결정이 이루어지게 되고, 캐패시터 발생에 의해 공진 효율이 향상될 수 있도록 함과 동시에 그 간격 조절에 의해 높은 공진주파수 대역을 결정한다.

따라서, 상기 제1 슬롯(120)을 통해 높은 공진주파수 대역을 가지는 단일 대 역의 주파수 영역에서 안테나의 동작이 가능할 수 있다.

또한, 상기 제2 슬롯(130)은 인쇄회로기판(110) 상의 상기 제1 슬롯(120)의 타측 영역에 형성되며, 상기 제1 슬롯(120)과 마찬가지로 도체로 패터닝되어 하단부에 제2 절곡부(131)를 가지도록 절곡 형성된다.

상기 제2 슬롯(130)은 제2 절곡부(131)와 접지면(111) 사이의 간격에 의해 캐패시터 발생과 동시에 공진주파수 대역의 결정이 이루어지게 되고, 상기 제2 절곡부(131)와 접지면(111)의 간격 조절에 의해 낮은 공진주파수 대역을 결정하게 된다.

한편, 상기 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)은 주안테나부(140)와 일체로 연결되어 단일의 안테나로 구성되는 바, 상기 주안테나부(140)는 인쇄회로기판(110)의 상단 측면 상에 주로 도금 등에 의해 형성된다.

즉, 상기 인쇄회로기판(110)의 전면에 형성된 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130) 및 인쇄회로기판(110)의 측면에 형성된 주안테나부(140)는 그 단부측이 상호 연결되어 단일의 안테나로 구성되며, 상기 주안테나부(140)의 양단부측에서 상기 한 쌍의 슬롯(120)(130)이 인쇄회로기판(110)의 전면으로 수직 절곡된 상태로 구성된다.

따라서, 상기 주안테나부(140)는 인쇄회로기판(110)의 제한된 공간 내에서 안테나의 길이를 최대한으로 연장할 수 있기 때문에 대역폭을 용이하게 확장시킬 수 있으며, 대역폭이 확장된 상태에서 안테나의 크기를 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이와 같이, 상기 주안테나부(140)에 연결된 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)을 통해 이중대역에서 동작하는 안테나를 구성하게 되며, 이와 별도로 높은 공진주파수 대역에서 그 대역폭을 확장시키기 위하여 인쇄회로기판(110)의 배면에 기생선(150)을 추가한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 다중 대역 안테나(100)에 형성된 기생선(150)은 주안테나부(140)와 연결되지 않은 상태로 패터닝되며, 전자기 커플링에 의해 여기되어 높은 공진주파수 대역에서 추가 공진이 발생됨에 따라 대역폭을 확장시킬 수 있다.

이때, 상기 기생선(140)은 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 인쇄회로기판(110)의 배면에 패터닝에 의해 형성되어 추가적인 공진을 발생시킬 수 있도록 일단부가 한 번 이상 절곡된 형상이면 어떠한 형상이라도 만족될 수 있다.

또한, 상기 기생선(140)의 길이와 폭의 변화에 의해 추가적으로 발생되는 공진과 공진주파수의 매칭 정도를 결정하여 대역폭의 조절이 가능하도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110) 전면 양측부에 형성된 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130) 및 기생선(150)에 의해서 총 3개의 공진이 발생되며, 상기 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)을 연결하며 상기 인쇄회로기판(110)의 측면에 형성된 주안테나부(140)에 의해 제한된 공간 내에서 대역폭이 확장된 광대역 특성의 안테나가 제작될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 다른 실시예 사시도로서, 도 4에 도시된 실시예의 안테나(100)는 앞서 설명된 도 3의 안테나와는 달리 인쇄회로기판(110)의 배면에 형성된 기생선(160)이 주안테나부(140)와 접촉되도록 하여 공진이 발생되게 구성된다.

본 실시예의 다중 대역 안테나(100)는 'ㄴ'자 형태를 가지고 주안테나부(140)와 일단부가 접촉된 상태로 패터닝되며, 상기 기생선(160)의 길이와 폭의 변화에 의해 추가적으로 발생되는 공진과 공진주파수의 매칭 정도를 결정하여 대역폭의 조절이 가능하도록 할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 안테나(100)에 대한 설계 구조에 있어 반사손실 측정에 따른 안테나 동작 시뮬레이션 결과를 좀 더 살펴보면 다음과 같다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110)의 접지면(111)과 인접한 절곡부(123)(131)를 가지는 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)이 전면에 형성되고, 상기 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130)이 인쇄회로기판(110) 상부의 측면에 형성된 주안테나부(140)를 통해 연결된다.

그리고, 상기 인쇄회로기판(110)의 배면에는 상기 주안테나부(140)와 접촉되지 않게 형성된 'ㄷ'자 형태 또는 상기 주안테나부(140)와 접촉된 상태의 'ㄴ'자 형태의 기생선(150)(160)이 형성되어 추가적인 공진이 발생됨에 따른 대역폭 확장이 이루어지도록 한다.

이때, 상기 기생선(150)(160)을 포함한 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130) 및 이를 연결하는 주안테나부(140)의 폭은 모두 0.5㎜로 동일하게 형성되고, 상기 접 지면(111)을 제외하고 상기 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130) 및 기생선(150)(160)이 형성되는 안테나는 35×8㎜로 구성되도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 다중 대역 안테나(100)의 공진주파수에 의한 반사손실 결과를 살펴보면, 반사손실은 신호가 안테나에 잡혔을 때 반사되는 양을 표시하는 척도로서, 각 주파수 대역별로 반사손실이 저하되는 지점이 각 대역별 안테나로 동작되도록 공진이 발생되는 지점이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 안테나는 반사손실을 통해 전체적으로 3개의 공진이 발생되는 것을 확인할 수 있으며, 낮은 주파수에서는 900㎒(GSM 대역)에서 공진이 발생되고, 높은 주파수에서는 1.8㎓(DCS 대역)에서 공진이 발생된다.

즉, 가장 낮은 주파수 대역에서 발생되는 첫번째 공진은 제2 슬롯(130)에 의해서 공진이 발생되며, 이때 상기 공진주파수 대역은 제2 슬롯(130)에 형성된 제2 절곡부(131)와 접지면(111)의 간격 조절에 의해 결정된다.

또한, 두번째 공진은 주안테나부(140)와 접촉 또는 단락된 상태로 패터닝된 기생선(150)(160)에 의해서 결정되며 주로 DCS 대역의 주파수 대역을 커버하게 되고, 기생선(150)(160)의 폭과 길이에 의해 발생되는 공진주파수 대역이 조절된다.

이때, 기생선(150)(160)에 의해 독립적으로 결정되는 두번째 공진은 기생선을 별도로 형성하지 않게 되면 발생되지 않으므로 이중 대역만으로 동작하는 안테나를 구성하게 되며, 기생선의 길이를 길게 하면 공진주파수가 떨어지게 되고, 기생선의 길이를 짧게 하면 공진주파수가 증가하게 된다.

그리고, 세번째 공진은 제1 슬롯(120)에 의해 공진이 발생되며, 제2 슬롯(130)과 마찬가지로 제1 슬롯(120)에 형성된 제1 절곡부(123)와 접지면(111)의 간격 조절에 의해 공진주파수 대역이 결정된다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 다중 대역 안테나(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 슬롯(120)과 제2 슬롯(130) 및 기생선(150)(160)을 통해 GSM(900㎒) 대역과 DCS(1.8㎓) 대역 및 PCS(1.9㎓)의 대역을 모두 커버하게 됨에 따라 하나의 안테나를 통해 다양한 수신 서비스가 가능하다.

한편, 본 발명의 다중 대역 안테나(100)에 적용되는 인쇄회로기판(110)은 주로 FR4의 기판이 적용되며, 상기 인쇄회로기판(110)을 이용하여 안테나가 구현되도록 할 수도 있지만 인쇄회로기판(110) 없이 각 안테나부를 형성하는 도체선으로만 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110)이 다층 구조로 형성되어 기판의 전, 후면만 이용하여 안테나를 구성되도록 할 수 있으며, 다층 구조의 인쇄회로기판 이용시에는 기판 전, 후면에 형성된 한 쌍의 슬롯(120)(130)과 기생선(150)(160) 간격 조절에 의해서 공진주파수를 조절할 수 있으며, 인쇄회로기판을 형성하는 층 사이에 기생선이 형성되도록 할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래 안테나의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 사시도.

도 3는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나에 기생선이 추가된 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 다른 실시예 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110.인쇄회로기판 120. 제1 슬롯

130. 제2 슬롯 140. 주안테나부

150, 160. 기생선

Claims (9)

1. 접지면이 형성된 인쇄회로기판;

   상기 접지면과 일단부가 연결되어 상기 인쇄회로기판의 전면에 패터닝된 제1 슬롯;

   상기 제1 슬롯에 일단부가 연결되어 상기 인쇄회로기판의 측면에 패터닝된 주안테나부; 및

   상기 주안테나부의 타단부에 연결되어 상기 인쇄회로기판의 전면에 패터닝된 제2 슬롯;

   을 포함하며,

   상기 인쇄회로기판의 후면에는 도체가 절곡된 형태로 기생선이 형성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 슬롯과 제2 슬롯은, 상기 인쇄회로기판의 측면에 도금된 상기 주안테나부의 양단부측에 각각 연결되며, 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯은 상기 주안테나부의 양측부에서 상기 인쇄회로기판의 전면으로 절곡되어 상기 인쇄회로기판의 전면 양측부에 각각 패터닝되는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 슬롯은, 상기 인쇄회로기판의 전면에 구리 등의 전도성 도체를 이용하여 패터닝되며, 일측으로 상기 접지면과 연결된 연결부가 연장 형성되고 상기 연결부와 인접한 지점에 급전부가 형성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 슬롯은, 일측으로 연장된 상기 연결부의 연장선 상에 제1 절곡부가 형성되며, 상기 제1 절곡부와 상기 접지면 사이의 간격 조절에 의해 공진주파수 대역을 결정하는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제2 슬롯은, 하단부에 제2 절곡부가 절곡 형성되어 상기 제2 절곡부와 상기 접지면 사이의 간격 조절에 의해 공진주파수 대역을 결정하는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 기생선은, 일측 단부가 상기 주안테나부와 단락되거나 접촉됨에 의해 추가적인 공진이 발생되는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
8. 제1항에 있어서,

   상기 기생선은, 'ㄷ'자 형태로 형성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
9. 제1항에 있어서,

   상기 기생선은, 'ㄴ'자 형태로 형성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.

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