KR101005289B1 - Ｌｈ 선로를 이용한 안테나 - Google Patents

Abstract

LH (Left Handed) 특성을 갖는 LH 선로를 이용한 안테나가 개시된다. 안테나는 음의 위상 지연을 갖는 LH (Left Handed) 특성을 갖는 1 이상의 LH 선로부, 및 상기 LH 선로부 중 적어도 하나와 직렬 접속되고 양의 위상 지연을 갖는 1 이상의 RH 선로부를 포함하여 상기 LH 선로부와 상기 RH 선로부의 위상 지연의 합이 실질적으로 90°인 주파수에서 동작한다. 다르게는, 2 이상의 상기 LH 선로부와 2 이상의 상기 RH 선로부가 교호 접속되어 다중 대역 특성을 가질 수 있다. LH 선로를 이용한 안테나는 크기를 자유롭게 조정하여 안테나 효율을 개선할 수 있으며, 용이하게 다중 대역 특성을 구현할 수 있다.

LH 선로부, 음의 위상 지연, 교호 배치, 이격 거리

Description

ＬＨ 선로를 이용한 안테나{ANTENNA EMPLOYING LH TRANSMISSION LINE}

본 발명은 무선 신호의 송수신을 위한 안테나에 관한 것으로, 특히 음의 위상 지연을 갖는 LH (Left Handed) 선로를 이용하여 이득 및 대역폭이 개선된 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 주파수 조정이 가능한 안테나에 관한 것으로, 특히 메타머티리얼 구조를 이용한 영차 공진기 (ZOR; Zeroth Order Resonator) 를 채용하여 공진 주파수의 조정이 가능한 소형 안테나에 관한 것이다.

안테나는 전자기파를 송신/수신하기 위한 무선 통신 장치의 필수 구성 요소로서, 특정 주파수의 전자기파에 대해 공진하여 그 주파수의 전자기파를 송신/수신하도록 구성된다. 여기서 공진 (resonance) 이라 함은, 일반적으로 특정 주파수에서 회로의 임피던스가 허수가 됨을 의미하며, 실제적으로는 특정 주파수에서 회로의 반사계수인 S11 파라미터가 급격히 감소하는 현상을 지칭한다.

종래의 안테나는 1 차 모드의 공진 구조를 가진다. 즉, 종래의 안테나는 희망 주파수에 대응하는 파장 λ 에 대해 λ/2 의 전기적 길이를 갖고 일단이 개방 (open) 되거나 단락 (short) 된 도선 (전송 선로) 으로 구성된다. 이에 의해, 도 선을 따라 도파되는 전자기파는 도선 내에서 정상파 (standing wave) 를 형성하고, 공진이 발생하게 된다.

이러한 안테나는 그 크기 (즉, 전기적 길이) 가 안테나의 공진 주파수에 의해 결정되므로 안테나의 크기에 의존하는 다양한 파라미터, 예를 들어 안테나 이득 및 방사 효율의 조정이 자유롭지 못하다. 또한, 다중 대역 안테나를 구현하기 위해 2 이상의 방사체를 배열하는 경우, 방사체 간의 간섭을 피하기 위하여 방사체 간의 급전 방식을 상이하게 하거나 방사체 간의 거리를 이격시켜야 한다. 예를 들어, 2 개의 방사체를 배열하여 2 중 대역 안테나를 구현하는 경우, 방사체 간의 간섭을 피하기 위해서는 2 개의 방사체에 반대 위상의 신호를 급전하여야 한다. 그러나 이 경우 급전 구조가 복잡해지므로 안테나 구현이 어려워지는 문제가 있다. 또한, 반대 위상의 신호를 급전한다고 하더라도, 일반적으로 2 개의 방사체를 λ/8 이상의 이격 거리를 갖도록 배치하여야 안테나가 효율적으로 동작할 수 있으며, 이는 필요없는 안테나 시스템의 크기 증가를 초래하고 공간 활용의 효율성을 저해한다.

본 발명은 상기 문제점을 인식한 것으로, LH 선로를 이용함으로써 안테나의 크기를 자유롭게 설정하여 이득 및 효율을 증가시킨 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 복수의 방사체를 이격 거리 없이 배열시켜 안테나 시스템 크기의 증가 없이 다중 대역을 구현할 수 있는 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 발명자는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하는데 메타머티리얼 (Metamaterial) 이론을 이용할 수 있음을 발견하였다.

메타머티리얼이란 자연에서 일반적으로 찾을 수 없는 특수한 전자기적 특성을 갖도록 인공적으로 설계된 물질 또는 전자기적 구조를 의미하는 것으로서, 본 기술 분야에서 일반적으로, 그리고 본 명세서에 있어서 메타머티리얼이라 함은 유전율 (permitivity) 과 투자율 (permeability) 이 모두 음수인 물질 또는 그러한 전자기적 구조를 의미한다.

이러한 물질은 두 개의 음수 파라미터를 가진다는 의미에서 더블 네거티브 (Double Negative; DGN) 물질이라 불리기도 한다. 또한, 메타머티리얼은 음의 유전율 및 투자율에 의하여 음의 반사계수를 가지며, 그에 따라 NRI (Negative Refractive Index) 물질이라고도 불린다. 메타머티리얼은 1967년 소련의 물리학자 베젤라고 (V.Veselago) 에 의해 처음 연구되었으나, 그 후 30 여년이 지난 최근에 구체적 구현 방법이 연구되어 응용이 시도되고 있다.

위와 같은 특성에 의하여, 메타머티리얼 내에서 전자기파는 플레밍의 오른손 법칙을 따르지 않고 왼손 법칙에 의해 전달된다. 즉, 전자기파의 위상 전파 방향 (위상 속도 (phase velocity) 방향) 과 에너지 전파 방향 (군 속도 (group velocity) 방향) 이 반대가 되어, 메타머티리얼을 통과하는 신호는 음의 위상 지연을 갖게 된다. 이에 따라, 메타머티리얼을 LHM (Left-handed Material) 이라고도 한다. 또한, 메타머티리얼에서는 β (위상 상수) 와 ω (주파수) 의 관계가 비선형일 뿐만 아니라, 그 특성 곡선이 좌표 평면의 좌반면에도 존재하는 특성을 보인다. 이러한 비선형 특성에 의하여 메타머티리얼에서는 주파수에 따른 위상차가 작아 광대역 회로의 구현이 가능하며, 위상 변화가 전송 선로의 길이에 비례하지 않으므로 소형의 회로를 구현할 수 있다.

이러한 메타머티리얼을 이용하여 영차 공진기 (ZOR) 를 구현하는 것이 가능하다. 메타머티리얼을 이용한 영차 공진기 구현의 일 예는 Itoh 등의 미국 출원 제 11/092,143 호에 개시되어 있다. 영차 공진기는 종래의 공진 구조와 달리 공진 주파수가 공진 구조의 전기적 길이와는 무관하게 결정된다. 영차 공진기는 실질적으로 LC 공진 회로와 동일한 공진 구조를 가짐으로써, 회로에 포함되는 인덕터 및 커패시터의 인덕턴스와 커패시턴스가 공진 주파수를 결정한다. 따라서, 공진 주파수는 인덕턴스와 커패시턴스를 조정함으로써 변화될 수 있으며, 공진 주파수가 낮아지더라도 안테나의 크기가 대형화되지 않는다.

본 발명자는 메타머티리얼을 이용한 영차 공진 구조를 채용함으로써, 안테나 의 체적 조정이 용이하고 방사체 간의 간섭을 방지할 수 있는 안테나를 발명하였다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 음의 위상 지연을 갖는 LH (Left Handed) 특성을 갖는 1 이상의 LH 선로부; 및 상기 LH 선로부 중 적어도 하나와 직렬 접속되고 양의 위상 지연을 갖는 1 이상의 RH 선로부를 포함하여 상기 LH 선로부와 상기 RH 선로부의 위상 지연의 합이 실질적으로 90°인 주파수에서 동작하되, 2 이상의 상기 LH 선로부와 2 이상의 상기 RH 선로부가 교호 접속되어 다중 대역 특성을 갖는, LH 선로를 이용한 안테나가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 독립적으로 급전되는 2 이상의 방사체를 포함하는 안테나에 있어서, 상기 방사체 중 적어도 하나는 음의 위상 지연을 갖는 LH (Left Handed) 특성을 갖는 LH 선로부이고, 상기 방사체들 간의 거리는 안테나 동작 파장의 1/8 미만인 LH 선로를 이용한 안테나가 제공된다. 상기 방사체들에는 상호 동일한 위상의 신호가 급전될 수 있다.

삭제

상기 LH 선로부는, 상호 이격되어 배치되고 일단에서 접속된 2 이상의 핑거를 포함하는 제 1 핑거 세트, 및 상호 이격되어 배치되고 일단에서 접속된 2 이상의 핑거를 포함하며 상기 제 1 핑거 세트와 소정 간격 이격되어 실질적으로 평행하게 배치된 제 2 핑거 세트를 포함하는 커패시터; 및 일단이 상기 제 2 핑거 세트와 접속되고 타단이 접지면에 접속된 인덕터를 포함할 수 있다.

또한 상기 커패시터는 상기 제 1 핑거 세트와 상기 제 2 핑거 세트 사이에 개재된 유전체를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 핑거 세트의 핑거의 폭이 상기 제 2 핑거 세트의 핑거 간 간격보다 크고, 그에 의해 상기 제 1 핑거 세트의 핑거가 상기 제 2 핑거 세트의 핑거와 적어도 일부에서 중첩되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인덕터는 상기 제 2 핑거 세트와 전송 선로를 통해 접속되고, 상기 인덕터는 일단이 상기 전송 선로에 접속되고 타단이 접지면에 접속되며, 실질적으로 나선 형태를 가지도록 상기 전송 선로의 내측에 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 인덕터는 유전체 상에 형성되고, 상기 인덕터의 타단은 비아홀을 통해 상기 접지면에 접속될 수 있다.

상기 제 1 핑거 세트와 상기 제 2 핑거 세트 중 적어도 하나는 기판 상에 형성되고, 상기 인덕터는 상기 기판의 상하 방향으로 형성된 나선형 소자를 포함하는 것도 가능하다.

상기 LH 선로부는 복수의 기판을 포함하며, 상기 인덕터는 상기 복수의 기판 사이의 접합면 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 인덕터는 실질적으로 나선형일 수있다.

본 발명에 따르면, LH 선로를 이용함으로써 안테나의 크기를 자유롭게 설정하여 안테나의 이득 및 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 복수의 방사체를 이격 거리 없이 배열시켜 안테나 시스템 크기의 증가 없이 다중 대역 안테나를 구현할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 명세서에 있어서, 인덕터, 커패시터 등 소자를 지칭하는 용어는 그 소자의 우세한 특성을 나타내는 것으로 전적으로 하나의 성질만을 나타냄을 의미하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 LH 특성이라 함은 상술한 메타머티리얼의 특성을 의미하는 것으로, 적어도 일부 주파수 범위에서 메타머티리얼의 특성을 나타내는 것을 포함한다. 따라서 본 명세서에서 LH 선로라 함은 RH 특성과 LH 특성을 모두 갖는 CRLH (Composite Left/Right Handed) 선로를 포함하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 LH 선로를 이용한 안테나의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 을 참조하면, 본 실시형태의 안테나는 기본적으로 다이폴 (dipole) 안테나의 구성을 갖는다. 안테나는 단부에서 180°위상차의 신호가 각각 급전되는 방사체 (110, 120) 를 포함한다. 방사체 (110) 와 방사체 (120) 는 각각 급전 신호에 대하여 90°의 위상차를 제공함으로써 다이폴 안테나로 동작하게 된다. 이와 같은 위상차를 제공하기 위하여, 방사체 (110) 및/또는 방사체 (120) 는 LH (Left Handed) 선로와 RH (Right Handed) 선로가 결합된 구성을 갖는다.

구체적으로, 일 방사체 (110) 를 예를 들어 설명하면, 방사체 (110) 는 음의 위상 지연을 갖는 LH (Left Handed) 특성을 갖는 LH 선로부 (112), 및 LH 선로부와 직렬 접속되고 양의 위상 지연을 갖는 RH 선로부 (114) 를 포함한다. LH 선로부 (112) 는 음의 위상 지연을 가지므로, 방사체 (110) 전체가 실질적으로 90°의 위상 지연을 갖도록 하기 위해서는 RH 선로부 (114) 가 LH 선로부 (112) 의 위상 지연을 보상하여야 한다. 즉, LH 선로부 (112) 가 -x 의 위상 지연을 갖는다면, RH 선로부 (114) 는 90°+ x 의 위상 지연을 가져야 한다. 물론 두 선로부 (112, 114) 에 의한 위상 지연이 정확하게 90°가 될 필요는 없으며 허용 오차 범위에서 이에 근접하면 족함은 당업자에게 명백하다.

일반적으로 RH 선로의 위상 지연은 선로의 전기적 길이와 비례한다. 따라서, 종래의 안테나가 갖는 90°의 위상 지연이 아니라 90°+ x 의 위상 지연을 갖는 RH 선로부 (114) 는 종래의 안테나 방사체에 비해 그 전기적 길이가 길고, 그에 따라 물리적인 체적도 크게 된다. 뿐만 아니라, 방사체 (110) 에는 LH 선로부 (112) 도 포함되므로 전체적인 안테나의 체적은 종래의 안테나보다 커지고, 안테나의 체적에 비례하는 안테나의 이득, 방사 효율 등의 파라미터가 개선된다.

또한, LH 선로부 (112) 의 크기는 위상 지연의 크기와 무관하다. 구체적으로 LH 선로에 의한 위상 지연은 그 크기가 아니라 포함된 인덕턴스 및 커패시턴스의 크기에 의해 결정된다. 따라서 LH 선로부 (112) 의 크기는 위상 지연과 무관하게 조정될 수 있으며, 안테나의 파라미터를 고려하여 자유롭게 설정할 수 있다. 그러므로 안테나의 성능을 자유롭게 조정할 수 있게 된다.

상술한 구조는 방사체 (110) 뿐만 아니라 방사체 (120) 에도 적용될 수 있다, 즉 방사체 (120) 는 LH 선로부 (122) 와 그 일단에 직렬 접속된 RH 선로부 (124) 를 포함할 수 있다. 이를 통해 더욱 높은 설계 자유도를 얻을 수도 있다. 그러나 방사체 (120) 와 방사체 (110) 의 구성을 동일하게 할 필요는 없으며, 방사체 (120) 을 RH 선로부 또는 LH 선로부 어느 하나만으로 구성하는 것도 가능하다.

도 1 에는 LH 선로부 (112) 의 일단에 급전 소자가 접속된 것으로 도시되어 있으나, RH 선로부 (114) 에 급전 소자가 접속되고 LH 선로부 (112) 의 일단이 개방되는 것도 가능함은 물론이다. 또한, 안테나가 2 개의 방사체를 포함하지 않고 모노폴 (momopole) 형태로 구성되는 것도 가능하다. 이러한 변형은 당업자에게 명백하며, 별도의 언급이 없어도 이하의 실시형태에 동일하게 적용된다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 안테나 방사체는 2 이상의 LH 선로부 및/또는 2 이상의 RH 선로부를 포함하는 것도 가능하며 이를 도 2 를 참조하여 설명한다.

본 실시형태의 안테나는 이전 실시형태와 같이 2 개의 방사체 (210, 220) 를 포함하며, 방사체 (210) 는 서로 직렬로 접속된 2 개의 LH 선로부 (212 및 216) 및 2 개의 RH 선로부 (214 및 218) 를 포함한다. 이전 실시형태에서와 같이 LH 선로부 (212 및 216) 와 RH 선로부 (214 및 218) 의 위상 지연의 합은 실질적으로 90°가 되어 안테나가 동작하게 된다.

그러나, 본 실시형태의 방사체는 LH 선로부 (212 및 216) 와 RH 선로부 (214 및 218) 가 교호 (交互) 접속됨으로써 이들의 조합에 의해 다중 대역 특성을 구현한다. 구체적으로, 제 1 LH 선로부 (212) 는 일단이 급전 소자에 접속되고 타단은 제 1 RH 선로부 (214) 에 접속된다. 이때, 제 1 LH 선로부 (212) 와 제 1 RH 선로부 (214) 의 제 1 주파수 대역에서의 위상 지연의 합은 실질적으로 90°가 되도록 한다. 이를 위해, 제 1 주파수 대역에서 제 1 LH 선로부 (212) 의 위상 지연이 -x 인 경우 제 1 RH 선로부 (214) 의 위상 지연은 90°+ x 로 설정된다.

한편, 제 1 및 제 2 LH 선로부 (212 및 216) 와 제 1 및 제 2 RH 선로부 (214 및 218) 의 위상 지연의 합은 제 2 주파수에서 실질적으로 90°가 되도록 정해진다. 이를 위해, 제 2 주파수 대역에서 제 1 LH 선로부 (212) 의 위상 지연이 -x 이고 제 2 LH 선로부 (216) 의 위상 지연이 -y 인 경우 제 1 및 제 2 RH 선로부 (214 및 218) 의 제 2 주파수 대역에서의 위상 지연의 합은 90°+ x + y 가 되어야 한다. 제 1 및 제 2 RH 선로부 (214 및 218) 각각에 의한 구체적인 위상 지연의 크기는 사용자가 다양한 요소를 고려하여 자유롭게 설정할 수 있다.

상술한 구성은 방사체 (220) 에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, LH 선로부와 RH 선로부의 접속은 교호 접속이면 족하며, 그 선후는 변경이 가능하다.

본 실시형태의 안테나는 LH 선로부를 포함함으로써 안테나의 체적을 증가시킬 수 있으며, 또한 안테나의 체적을 자유롭게 설정할 수 있다. 따라서 안테나의 이득 및 효율이 개선된다. 뿐만 아니라, 교호 접속된 LH 선로부와 RH 선로부를 포함함으로써 다중 대역 특성을 갖는 안테나를 구현할 수 있게 된다. LH 선로부와 RH 선로부의 개수는 설명된 숫자에 한정되지 않으며, 3 이상의 LH 선로부와 RH 선로부를 포함하여 3 중 대역 이상의 안테나를 구현할 수도 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 2 이상의 방사체를 이용하여 다중 대역을 구현하는 동시에 방사체 간의 이격 거리를 최소화함으로써 소형화된 안테나가 제공된다. 도 3 을 참조하여 본 실시형태를 설명한다.

본 실시형태의 안테나는, 독립적으로 급전되는 2 개의 방사체 (310, 320) 를 포함한다. 이들 방사체 (310, 320) 가 서로 상이한 공진 주파수를 가짐으로써 안테나는 다중 대역 안테나로 기능한다. 방사체 (310) 는 LH 선로부로 구성되고, 그에 인접한 방사체 (320) 는 RH 선로부로 구성된다. 따라서 방사체 (310) 와 방사체 (320) 는 서로 전혀 다른 메커니즘으로 동작하게 되며, 서로 영향을 주지 않는다.

독립적으로 동작하는 방사체 (310) 와 방사체 (320) 에는 서로 동일한 위상의 신호가 급전될 수 있다. 그러므로 급전 신호의 위상을 변경할 필요가 없이 전력의 분배만으로도 급전이 이루어질 수 있으며, 급전 구조가 매우 간소하게 된다.

또한 방사체 (310) 와 방사체 (320) 는 과도하게 이격되어 있을 필요가 없다. 종래의 안테나에 있어서 적절한 동작을 위하여 2 개의 방사체는 최소한 1/8 파장 이상 이격되어 있어야 하였으나, 본 실시형태의 방사체 (310, 320) 는 1/8 파장 미만의 이격 거리를 갖더라도 그 동작에 문제가 없다. 따라서 전체적인 안테나의 크기가 작아지고 장치가 소형화 될 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 안테나의 크기가 작아지기는 하지만 방사체 크기가 작아지는 것이 아니므로 이득 및 효율에는 악영향이 없다.

한편 방사체의 개수는 설명된 개수에 한정되지 않으며, 안테나가 3 이상의 방사체를 포함하는 것도 가능하다. 이 경우 적어도 하나의 방사체를 LH 선로부로 구성함으로써 인접한 선로가 상이한 공진 메커니즘을 갖도록 할 수 있으며, 그에 따라 상술한 바와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 상기 실시형태들에서 채용된 LH 선로부의 구성을 설명한다.

일 실시형태에 있어서, 도 4 를 참조하면, LH 선로부는 (430) 는 인터디지털 커패시터 (410) 와 인덕터 (420) 를 포함하며, 커패시터 (410) 와 인덕터 (420) 는 전송선로 (460) 에 의해 접속된다. 즉, 전송 선로 (460) 의 일측은 커패시터 (410) 의 핑거 세트 (450) 에 접속되고, 타측은 인덕터 (420) 의 스트립 도체 (470) 와 접속되는 동시에 연장하여 LH 선로부의 제 2 포트로 기능한다. LH 선로부의 제 1 포트는 커패시터 (410) 의 핑거 세트 (440) 에 접속된 전송 선로 (462) 이다.

구체적으로, 본 실시형태의 인터디지털 커패시터 (410) 는 서로 이격되어 실질적으로 평행하게 배치된 2 세트의 핑거 (440, 450) 를 포함한다. 핑거 세트 (440, 450) 는 서로 이격되게 배치되고 일단에서 서로 접속된 복수의 핑거를 각각 포함한다.

핑거 세트 (440, 450) 는 전기적으로 접속되지 않도록 이격되어 배치되며, 제조의 편의 및 구조 안정성을 위해 그들 사이에 유전체 (미도시) 가 배치될 수 있다. 특히, 일반적으로 평판 커패시터의 커패시턴스는 유전율에 비례하므로, 높은 유전율의 유전체를 핑거 세트 (440, 450) 사이에 삽입함으로써 커패시턴스를 증가시킬 수 있다. 각 핑거 세트 (440, 450) 의 핑거는 각각 전송 선로 (462 및 460) 에 공통으로 접속되어, 그들 사이의 커패시턴스가 병렬 합성될 수 있게 한다.

각 핑거 세트 (440, 450) 의 핑거는 실질적으로 같은 길이를 갖도록 형성되 어 서로 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다. 핑거 세트 (440 및 450) 가 평행하게 배치되는 동시에 소정 영역에서 중첩됨으로써 평면적으로 형성된 인터디지털 커패시터에 비하여 도체 간의 중첩 면적이 증가하고 커패시턴스가 증가된다.

또한, 두 개의 핑거 세트 (440, 450) 가 서로 상이한 층에 형성되므로 핑거들 간의 교호 (交互) 배치를 정교하게 구현할 필요가 없고, 평면적으로 형성된 인터디지털 커패시터에 비해 제조 난이도 및 비용이 감소한다.

동시에 평면적으로 형성된 인터디지털 커패시터와 같이 2 이상의 핑거를 포함하는 핑거 세트 (440, 450) 로 커패시터를 구성함으로써 커패시터의 설계 자유도를 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 핑거 사이의 간격, 핑거 세트 간의 간격, 각 핑거의 길이, 각 핑거 세트가 포함하는 핑거의 수, 유전체의 유전율 등을 변화시킴으로써 커패시터 (410) 의 커패시턴스를 변화시킬 수 있으며, 이는 단순히 커패시턴스가 도체의 크기, 도체 간의 간격, 및 유전체의 유전율만으로 결정되는 종래의 멀티레이어 커패시터에 비해 높은 자유도를 허용한다.

한편, 본 실시형태의 인덕터 (420) 는 전송 선로인 도체 (460) 의 내측에 형성된 개구부 내에 실질적으로 나선 형태를 갖도록 배치된 스트립 도체 (470) 를 포함한다. 도체 (460) 및 스트립 도체 (470) 는 유전체 (미도시) 의 표면에 인쇄, 증착 또는 에칭 등으로 형성될 수 있다. 또한, 유전체 (미도시) 의 대향면에는 접지면 (미도시) 이 형성될 수 있다. 스트립 도체 (470) 는 일단이 도체 (460) 에 접속되고 타단은 비아홀을 통해 접지면에 접속된다.

스트립 도체 (470) 는 도체가 고유하게 가지는 인덕턴스에 의해 인덕터로 동 작한다. 그러나 스트립 도체 (470) 는 종래의 스터브 인덕터와 달리 실질적으로 나선형을 갖도록 형성되므로, 좁은 면적 내에서도 그 길이를 길게 형성할 수 있으며 그에 의해 큰 인덕턴스를 가질 수 있다. 따라서, 인덕터를 소형화할 수 있다.

나선형을 이루는 스트립 도체 (470) 에 있어서, 실질적으로 평행하게 이격되어 배치된 스트립 도체 (470) 의 각 부분들 사이에서 커패시턴스가 발생하게 된다. 그러나, 이는 실질적으로 전체 스트립 도체 (470) 에 의한 인덕턴스에 비해 무시할 수 있을 만큼 작으며, 결과적으로 인덕터 (420) 는 인덕터 소자로 동작한다. 이와 같이, 기본적으로 전송 선로의 구성을 갖고 분포 정수 회로 (distributed circuit) 로 동작하는 스터브 인덕터에 비해, 본 실시형태의 인덕터 (420) 는 커패시턴스와 그보다 우세한 인덕턴스가 모두 존재하는 집중 정수 소자 (discrete circuit component) 또는 럼프드 인덕터 (lumped inductor) 로서 동작하므로, 그 공진 주파수는 내부의 인턱턴스 및 커패시턴스에 의해 결정될 뿐 λ/2 공진기로 동작하지 않는다. 또한, 파장의 1/4 미만의 길이를 갖는 경우에만 인덕터로서 동작할 수 있는 종래의 스터브 인덕터와 달리 인덕터로 동작할 수 있는 파장 범위에 제한이 없다.

또한, 본 실시형태의 인덕터 (420) 는 전송 선로 (30) 내측의 개구부 내에 형성되므로, 인덕터 (420) 가 점유하는 회로 공간을 최소화할 수 있으며, 특히 인터디지털 커패시터와 접속하여 형성하는 경우 커패시터와 인덕터 (420) 를 용이하게 접속할 수 있다.

이러한 구성으로 LH 선로부 (430) 의 제 1 포트 (462) 와 제 2 포트 (460) 사이에 인터디지털 커패시터 (410) 가 접속되고, 제 2 포트 (460) 와 접지면 사이 에 인덕터 (420) 가 접속되므로, 직렬 커패시터와 병렬 인덕터로 구성되는 LH 선로부 (430) 가 얻어진다. 또한, LH 선로부 (430) 를 하나의 셀 (cell) 로 이용하고 2 이상을 캐스케이드 접속함으로써 원하는 길이의 전송 선로를 얻을 수 있다.

본 실시형태의 LH 선로부 (430) 는 설계 자유도가 높고 커패시턴스가 큰 인터디지털 커패시터 (410) 와 소형화가 가능하고 차단 주파수를 갖지 않는 인덕터 (420) 를 포함하므로, 종래의 LH 전송 선로에 비하여 대역폭을 확장하고 전송 선로를 소형화할 수 있다. 또한, 전송 선로 (460) 의 내측에 형성된 인덕터를 이용함으로써, 인터디지털 커패시터 (410) 의 핑거 세트 (450) 를 그대로 연장하여 인덕터와 접속할 수 있으므로, 전송 선로 (430) 의 제조가 매우 단순하게 된다.

도 5 를 참조하면, 다른 실시형태의 LH 선로부는 기판 (510) 상에 평면적으로 형성된 인터디지털 커패시터 (570) 와 유도성 소자인 인덕터 (550) 를 포함한다. 기판 (510) 은 상부 기판 (512) 과 하부 기판 (514) 을 포함하며 상부 기판 (512) 상에 인터디지털 커패시터 (570) 가 형성된다.

인터디지털 커패시터 (570) 는 전송 선로 (560) 에 접속되는데, 전송 선로 (560) 와 접지면 (미도시) 사이에 인덕터 (550) 가 접속된다. 구체적으로, 상부 기판 (512) 과 하부 기판 (514) 의 접합면 상에 실질적으로 나선형을 갖는 도체가 형성되고, 이 도체의 일단은 관통홀 (552) 등을 통해 전송 선로 (560) 에 접속된다. 도체의 타단은 접지면에 접속된다. 이로써 직렬 커패시터와 병렬 인덕터를 포함하는 LH 선로부가 구성된다.

본 실시형태에서 인덕터 (550) 가 커패시터 (570) 와 별도의 기판에 형성되 므로 전체적인 선로부의 크기가 작아질 수 있으며, 커패시터 (570) 와 인덕터 (550) 각각의 설계 자유도가 증가한다.

도 6 을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시형태의 LH 선로부를 설명한다.

본 실시형태의 LH 선로부 역시 기판 (610) 상에 형성된 인터디지털 커패시터 (670) 와 유도성 소자인 인덕터 (650) 를 포함한다. 그러나 기판 (610) 은 단일 기판으로서 그 일면에 커패시터 (670) 가 형성되고 타면에 접지면 (640) 이 형성된다.

인터디지털 커패시터 (670) 는 전송 선로 (660) 에 접속되는데, 전송 선로 (660) 와 접지면 (640) 사이에 인덕터 (650) 가 접속된다. 구체적으로 기판 (610) 에는 관통홀이 형성되고 관통홀 내측에 헬릭스 형태의 인덕터 (650) 가 배치된다. 인덕터 (650) 의 일단은 전송 선로 (660) 에, 타단은 접지면 (640) 에 접속됨으로써 직렬 커패시터와 병렬 인덕터를 포함하는 LH 선로부가 구성된다.

본 실시형태에서는 인덕터 (650) 가 커패시터 (670) 와 별도의 기판에 형성되므로 전체적인 선로부의 크기가 작아질 수 있으며, 커패시터 (570) 와 인덕터 (550) 각각의 설계 자유도가 증가한다. 특히 인덕터의 형성 영역이 확장되어 더 큰 인덕턴스를 구현할 수 있다.

한편, 도 5 및 도 6 관 관련하여 설명한 형상의 인덕터는 도 4 의 인터디지털 커패시터와 결합하여 사용될 수도 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 구체적으로, 도 4 의 2 개의 핑거 세트 중 적어도 하나가 기판 상에 형성되고, 이 핑거 세트에 도 5 또는 도 6 에 도시된 구성의 인덕터가 결합될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시형태와 관련하여 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 설명된 실시형태에 제한되지 않는다. 당업자는 용이하게 각 구성요소를 그 균등물로 대치하거나 각 구성요소의 형성 방법을 변경할 수 있으며, 이러한 대치나 변경에 의해서 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 이상의 설명에 의해서 제한되어서는 안되며 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 결정되어야 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 LH 선로를 이용한 안테나의 개략도.

도 2 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LH 선로를 이용한 안테나의 개략도.

도 3 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LH 선로를 이용한 안테나의 개략도.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LH 선로의 구성을 도시하는 도면.

도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LH 선로의 구성을 도시하는 도면.

도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 LH 선로의 구성을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 120, 210, 220, 310, 320 : 방사체

112, 122, 212, 216 : LH 선로부

114, 124, 214, 218 : RH 선로부

Claims (21)

1. 음의 위상 지연을 갖는 LH (Left Handed) 특성을 갖는 1 이상의 LH 선로부; 및

   상기 LH 선로부 중 적어도 하나와 직렬 접속되고 양의 위상 지연을 갖는 1 이상의 RH 선로부

   를 포함하여 상기 LH 선로부와 상기 RH 선로부의 위상 지연의 합이 실질적으로 90°인 주파수에서 동작하되, 2 이상의 상기 LH 선로부와 2 이상의 상기 RH 선로부가 교호 접속되어 다중 대역 특성을 갖는, LH 선로를 이용한 안테나.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 LH 선로부는,

   상호 이격되어 배치되고 일단에서 접속된 2 이상의 핑거를 포함하는 제 1 핑거 세트, 및 상호 이격되어 배치되고 일단에서 접속된 2 이상의 핑거를 포함하며 상기 제 1 핑거 세트와 소정 간격 이격되어 실질적으로 평행하게 배치된 제 2 핑거 세트를 포함하는 커패시터; 및

   일단이 상기 제 2 핑거 세트와 접속되고 타단이 접지면에 접속된 인덕터를 포함하는, LH 선로를 이용한 안테나.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 커패시터는 상기 제 1 핑거 세트와 상기 제 2 핑거 세트 사이에 개재된 유전체를 더 포함하는, LH 선로를 이용한 안테나.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 핑거 세트의 핑거의 폭이 상기 제 2 핑거 세트의 핑거 간 간격보다 크고, 그에 의해 상기 제 1 핑거 세트의 핑거가 상기 제 2 핑거 세트의 핑거와 적어도 일부에서 중첩되는, LH 선로를 이용한 안테나.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 인덕터는 상기 제 2 핑거 세트와 전송 선로를 통해 접속되고,

   상기 인덕터는 일단이 상기 전송 선로에 접속되고 타단이 접지면에 접속되며, 실질적으로 나선 형태를 가지도록 상기 전송 선로의 내측에 형성된, LH 선로를 이용한 안테나.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 인덕터는 유전체 상에 형성되고, 상기 인덕터의 타단은 비아홀을 통해 상기 접지면에 접속되는, LH 선로를 이용한 안테나.
8. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 핑거 세트와 상기 제 2 핑거 세트 중 적어도 하나는 기판 상에 형성되고,

   상기 인덕터는 상기 기판의 상하 방향으로 형성된 나선형 소자를 포함하는, LH 선로를 이용한 안테나.
9. 제 3 항에 있어서,

   상기 LH 선로부는 복수의 기판을 포함하며,

   상기 인덕터는 상기 복수의 기판 사이의 접합면 상에 형성되는, LH 선로를 이용한 안테나.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 인덕터는 실질적으로 나선형인, LH 선로를 이용한 안테나.
11. 독립적으로 급전되는 2 이상의 방사체를 포함하는 안테나에 있어서,

    상기 방사체 중 적어도 하나는 음의 위상 지연을 갖는 LH (Left Handed) 특성을 갖는 LH 선로부이고, 상기 방사체들 간의 거리는 안테나 동작 파장의 1/8 미만인, LH 선로를 이용한 안테나.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 방사체들에는 상호 동일한 위상의 신호가 급전되는, LH 선로를 이용한 안테나.
13. 삭제
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 LH 선로부는,

    상호 이격되어 배치되고 일단에서 접속된 2 이상의 핑거를 포함하는 제 1 핑거 세트, 및 상호 이격되어 배치되고 일단에서 접속된 2 이상의 핑거를 포함하며 상기 제 1 핑거 세트와 소정 간격 이격되어 실질적으로 평행하게 배치된 제 2 핑거 세트를 포함하는 커패시터; 및

    일단이 상기 제 2 핑거 세트와 접속되고 타단이 접지면에 접속된 인덕터를 포함하는, LH 선로를 이용한 안테나.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 커패시터는 상기 제 1 핑거 세트와 상기 제 2 핑거 세트 사이에 개재된 유전체를 더 포함하는, LH 선로를 이용한 안테나.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 핑거 세트의 핑거의 폭이 상기 제 2 핑거 세트의 핑거 간 간격보다 크고, 그에 의해 상기 제 1 핑거 세트의 핑거가 상기 제 2 핑거 세트의 핑거와 적어도 일부에서 중첩되는, LH 선로를 이용한 안테나.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 인덕터는 상기 제 2 핑거 세트와 전송 선로를 통해 접속되고,

    상기 인덕터는 일단이 상기 전송 선로에 접속되고 타단이 접지면에 접속되며, 실질적으로 나선 형태를 가지도록 상기 전송 선로의 내측에 형성된, LH 선로를 이용한 안테나.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 인덕터는 유전체 상에 형성되고, 상기 인덕터의 타단은 비아홀을 통해 상기 접지면에 접속되는, LH 선로를 이용한 안테나.
19. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 핑거 세트와 상기 제 2 핑거 세트 중 적어도 하나는 기판 상에 형성되고,

    상기 인덕터는 상기 기판의 상하 방향으로 형성된 나선형 소자를 포함하는, LH 선로를 이용한 안테나.
20. 제 14 항에 있어서,

    상기 LH 선로부는 복수의 기판을 포함하며,

    상기 인덕터는 상기 복수의 기판 사이의 접합면 상에 형성되는, LH 선로를 이용한 안테나.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 인덕터는 실질적으로 나선형인, LH 선로를 이용한 안테나.

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