KR101051239B1 - Stacked Monopole Antennas for Broadband Communications Devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광대역 통신 장치용의 적층형 단극 안테나에 관한 것으로, 안테나에는 안테나의 저부로부터 상부로 배열된 복수의 컴포넌트 시트가 제공되고, 임피던스 매칭 조절용 갭이 2개의 컴포넌트 시트 사이마다 제공되며, 컴포넌트 시트는 그 일체형 커넥팅 넥을 중심으로 형성되고, 안테나의 저부에는 피드-인 라인(feed-in line)이 제공되며, 컴포넌트 시트는 컴포턴트 시트로 적층된 높이를 조절함으로써 원하는 광대역폭을 취득한다.The present invention relates to a stacked monopole antenna for a broadband communication device, the antenna is provided with a plurality of component sheets arranged from the bottom of the antenna to the top, a gap for impedance matching adjustment is provided every two component sheets, It is formed around the integral connecting neck, and the bottom of the antenna is provided with a feed-in line, and the component sheet obtains the desired wide bandwidth by adjusting the height stacked by the component sheet.
단극 안테나, 적층형 안테나, 배럴, 삼각뿔형상, 다각형상, 컴퍼넌트 시트 Monopole antennas, stacked antennas, barrels, triangular pyramids, polygons, component sheets
Description
본 발명은 광대역 통신 장치용의 적층형 단극 안테나에 관한 것으로, 구체적으로는 게인 및 광대역 특성이 우수한 소형(miniaturized) 적층형 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 통신 장치 산업은 전자 통신 시장, 특히 이동 전화 시장의 빠른 성장에 따라 지속적으로 발전하고 있다. 다중-주파수 이동 전화의 요구가 급격히 증가함에 따라, 이런 통신 장치용의 안테나도 2이상의 주파수에서 동작할 것이 전제로 되고 있다.Recently, the telecommunications device industry has been continuously developed due to the rapid growth of the electronic communication market, especially the mobile phone market. As the demand for multi-frequency mobile phones increases rapidly, it is assumed that antennas for such communication devices will also operate at two or more frequencies.
동시에, 최근 이동 전화의 부피는 대폭으로 감소되고 있고, 이는 안테나의 소형화를 강제하는데, 안테나의 소형화는 안테나의 게인과 대역폭을 제한하는 것이 사실이다. At the same time, the volume of mobile phones has been greatly reduced in recent years, which forces the miniaturization of the antenna, which is true that the miniaturization of the antenna limits the gain and bandwidth of the antenna.
안테나를 소형화하여, 이동 전화 내에 짧은 길이로 안테나를 감추기 위해, 부피가 줄어든 내장형 안테나가 노출식 헤리칼 안테나(helix antenna)를 대신하여 이용되는 것이 당연한 추세이다. 이런 소형 안테나를 통신 장치 내에 감추고자 할 때, 안테나의 설계는 브로드밴드(broadband) 생성 능력, 부피를 감소하면서 피드-인 라인(feed-in line)과의 용이한 임피던스 매칭 능력의 팩터를 감안해야하지만, 현재 실제 이용되는 광대역 안테나는 이런 설계의 요건을 충족하기도 어렵고, 양호한 신호의 송신 및 발신도 힘들다.In order to miniaturize the antenna and conceal the antenna in a mobile phone with a short length, it is natural that a reduced volume internal antenna is used in place of an exposed helix antenna. When concealing such a small antenna in a communication device, the design of the antenna must take into account factors of broadband generation capability, easy impedance matching with feed-in lines while reducing volume. In practice, broadband antennas currently in use are difficult to meet the requirements of this design, and to transmit and transmit good signals.
본 발명은 게인 및 광대역 특성이 우수하고, CDMA(코드분할 다중 액세스) 시스템, 팬 유로(Pan Europe) 이동 전화 시스템, 디지탈 통신 시스템, 개인 통신 시스템, 개인 이동 전화 시스템 및 광대역 코드 분할 다중 액세스 시스템을 포함하는 시스템에 적합한 동작 주파수를 구비한 광대역 통신 장치용의 적층형 단극 안테나를 제공하는 것을 주 목적으로 한다.The present invention has excellent gain and broadband characteristics, and provides a CDMA (code division multiple access) system, a Pan Europe mobile telephone system, a digital communication system, a personal communication system, a personal mobile telephone system, and a broadband code division multiple access system. It is a primary object to provide a stacked monopole antenna for a broadband communication device having an operating frequency suitable for an inclusive system.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 저부에서 상부로 배열된 복수의 컴포넌트 시트(component sheet), 임피던스 매칭을 조정하기 위해 2개의 상기 컴포넌트 시트 사이마다 제공된 갭, 2개의 상기 컴포넌트 시트 사이의 상기 갭 내에 형성된 일체형 커넥트 넥(neck), 및 안테나의 저부에 제공된 피드-인 라인을 포함하고, 상기 컴포넌트 시트는 상기 컴포턴트 시트에 의해 적층된 높이를 조정하는 것에 의해 원하는 광대역폭이 얻어지는 안테나를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of component sheets arranged from the bottom to the top, a gap provided between the two component sheets for adjusting impedance matching, between the two component sheets. An integrated connect neck formed in the gap, and a feed-in line provided at the bottom of the antenna, wherein the component sheet is adapted to obtain an antenna from which the desired broadband width is obtained by adjusting the height stacked by the component sheet. to provide.
바람직한 실시예에서, 상기 복수의 컴포넌트 시트는 저부로부터 상부로 시트 부재를 공동으로 형성하거나 배럴(barral)을 형성하도록 적층된다.In a preferred embodiment, the plurality of component sheets are stacked to jointly form a barrel or form a barrel from bottom to top.
바람직한 실시에에서, 상기 복수의 컴포넌트 시트는, 상기 컴포넌트 시트의 면적이 저부로부터 상부로 갈수록 축소되는 삼각형상 시트 부재를 공동으로 형성하거나, 삼각뿔 형상을 형성하도록 적층된다.In a preferred embodiment, the plurality of component sheets are laminated to form a triangular pyramid shape, or to form a triangular pyramidal sheet member, the area of which is reduced from the bottom to the top thereof.
다른 바람직한 실시예에서, 상기 복수의 컴포넌트 시트는 다각형상 시트 부재를 공동으로 형성하거나, 다각형상의 배럴을 형성하도록 적층된다.In another preferred embodiment, the plurality of component sheets are laminated to form a polygonal sheet member jointly or to form a polygonal barrel.
다른 바람직한 실시예에서, 상기 복수의 컴포턴트 시트는 장방형상 시트 부재를 공동으로 형성하거나, 장방형상으로 안테나를 형성하도록 적층된다.In another preferred embodiment, the plurality of component sheets are laminated to form a rectangular sheet member jointly or to form an antenna in a rectangular shape.
본 발명에 따르면, 컴퍼넌트 시트 사이의 갭을 조절하여 그 임피던스 매칭을 조절할 수 있고, 따라서 원하는 광대역폭이 적층 높이에 따라 조절될 수 있으며, 우수한 게인 및 광대역 특성을 갖는 안테나가 제공될 수 있다.According to the present invention, the impedance matching can be adjusted by adjusting the gap between the component sheets, so that the desired wide bandwidth can be adjusted according to the stack height, and an antenna having excellent gain and wide band characteristics can be provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
먼저, 도 1을 참조하면, 제1 실시예에서 단극 안테나(10)는 금속(구리 등)으로 이루어지고, 삼각형상의 방사 엘리먼트로 펀칭되고, 그 주파수는 CDMA(코드 분할 다중 액세스) 시스템(824-894MHZ), 판 유로 이동 전화 시스템(GMS, 880-894MHZ), 디지탈 통신 시스템(DSC, 1710-1880MHZ), 개인 통신 시스템(PCS, 1850-1990MHZ), 개인 이동 전화 시스템(PHS, 1905-1920MHZ), 및 광대역 코드 분할 다중 액세스 시스템(WCDMA, 2010-2025MHZ)를 커버한다. First, referring to FIG. 1, in the first embodiment, the
본 발명의 전술한 제1 실시예에서, 단극 안테나(10)에는 복수의 컴포넌트 시트(11,12,...)가 제공되고, 저부로부터 상부로 배열된다. 2개의 컴포넌트 시 트(11,22,...) 사이에 조절가능한 갭(13)이 제공된다. 이 실시예에서, 갭(13)은 단극 안테나가 중심선(14)으로부터 각각의 컴포넌트 시트(11,12,...)의 에지부까지 고정 거리(set distance)를 갖도록 제공되어, 컴포넌트 시트(11,12,...)는 일체형 커넥팅 넥(neck)(15)을 중심으로 형성되고, 그 저부에는 피드-인 라인(feed-in line)이 형성된다. In the above-described first embodiment of the present invention, the
이 바람직한 제1 실시예에서, 컴포넌트 시트(11,12,...)는 컴퍼넌트 시트(11,12,...)의 면적이 저부로부터 상부로 줄어드는 삼각형상 시트 부재를 공동으로 형성한다. 통상적인 이동 전화를 일례로 들면, 바람직한 실시예에서, 각각의 컴포넌트 시트(11,12,...)의 높이가 약 8mm이고, 조절가능한 갭(13)이 약 0.5mm이며, 피드-인 라인(16)이 약 5mm일 때, 단극 안테나(10)의 전체 길이 L은 약 130mm이고, 저부 폭 W는 약 18mm이다.In this first preferred embodiment, the
단극 안테나(10)의 임피던스 대역폭과 임피던스 매칭은 컴포넌트 시트(11,12,...) 사이에 형성된 조절가능한 갭(13)의 조절에 의해 맞춰질 수 있는데, 그 기본 모드 공명은 900MHZ에서 일어나도록 설정될 수 있고, 단극 안테나(10)의 전체 길이는 공명 주파수의 3/4 파장으로 결정될 수 있다.The impedance bandwidth and impedance matching of the
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 있어서, 제1 실시예(도 1)는 배럴(제2 실시예는 삼각뿔형상을 형성함)을 형성하도록 폴딩(folding) 처리되는데, 유사한 부분에 대해서는 유사한 참조번호를 부여하기로 한다. 제2 실시예에서 안테나(100)에는 제1 실시예와 유사하게 복수의 컴포넌트 시트(110,120,...), 조절가능한 갭(130), 일체형 커넥팅 넥(150), 및 피드-인 라인(160)이 제공되고, 멀치-폴딩 처리 모드에 의해, 컴포넌트 시트(110,120,...)는 접혀지고 적층되어, 단극 안테나(10)는 작은 높이(대략 10mm)를 갖게 된다. 따라서, 전체 단극 안테나(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 이동 전화의 회로 기판(20)에 설치 및 접속될 수 있다. As shown in Fig. 2, in the second embodiment, the first embodiment (Fig. 1) is folded to form a barrel (the second embodiment forms a triangular pyramid shape), in a similar part. Similar reference numerals will be used. In a second embodiment, the
도 4는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 도면으로서, 안테나는, 전술한 실시에와 유사하게, 복수의 컴포넌트 시트(110a,120a,...), 조절가능한 갭, 및 일체형 커넥팅 넥(150a)을 포함하고, 컴포턴트 시트(110a,120a)는 적층형 안테나(100a)를 형성하도록 접히고 적층된 다각형상 시트 부재를 형성하도록 일체적으로 연결된다. 도 5는 복수의 컴포넌트 시트(110b,120b,...)를 구비하고, 제3 실시예와 완전 동일하지는 않지만 유사한 다각형상 적층 안테나(100b)를 사용한 본 발명에 따른 제4 실시예를 도시한 도면이며, 컴포넌트 시트(110b,120b,...)는 작은 높이(약 20mm)의 단극 안테나(100b)을 제공하기 위해 폴딩 및 적층 처리된다. 도 9는 제4 실시예와 유사한 복수의 컴포넌트 시트를 구비한 본 발명의 제5 실시예를 도시한 도면이지만, 컴포넌트 시트는 장방형상이고, 장방형상의 적층 안테나(100c)를 형성하도록 적층된다. 안테나(100c)는 하우징(동도에서 점선으로 도시함) 내에 설치되고, 피드-인 라인은 하우징 외부로 연장되며, 각각의 컴포넌트 시트는 그 2개의 측면 사이의 중앙부에 개별적으로 제공된 복수의 커넥팅 넥을 구비한다.FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, in which an antenna, similar to the foregoing embodiment, includes a plurality of
전술한 구성에 의하면, 전술한 삼각뿔형상 안테나(도 2)를 글로벌 통신 시스템(824-2025MHZ)의 주파수에서 테스트했을 때, 본 발명은 원하는 광대역폭을 얻을 수 있었는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 스탠딩 웨이브 속도(VSWR)는 780-2000MHZ의 주파수하에서 2.5보다 작거나 동일하여, 매우 이상적이였다.According to the above-described configuration, when the aforementioned triangular pyramidal antenna (FIG. 2) was tested at the frequency of the global communication system 824-2025MHZ, the present invention was able to obtain a desired wide bandwidth, as shown in FIG. The standing wave velocity (VSWR) was less than or equal to 2.5 at a frequency of 780-2000MHZ, which was very ideal.
도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b는 824MHZ 및 2025MHZ에서의 테스트 하에서 각각이 얻어진 방사 패턴의 도면이다. 824MHZ를 사용한 경우, E-플랜(도 7a)의 최대 게인은 0.69dBi이고, H-플랜(도 7b)의 최대 게인은 0.86dBi이다. 이러한 방사 패턴으로부터, H-플랜은 매우 우수한 전방향성 방사 기능을 가짐을 알 수 있다. 2025MHZ에서의 테스트 하에서는, E-플랜(도 8a)의 최대 게인은 0.43dBi이고, H-플랜(도 8b)의 최대 게인은 2.12dBi이다. 이로부터, H-플랜은 전방향 방사의 기능에 근접한 기능을 가짐을 알 수 있다.7A, 7B, 8A, and 8B are diagrams of the radiation patterns obtained respectively under tests at 824MHZ and 2025MHZ. When using 824MHZ, the maximum gain of the E-Plan (Fig. 7A) is 0.69 dBi, and the maximum gain of the H-Plan (Fig. 7B) is 0.86 dBi. From this radiation pattern, it can be seen that the H-plan has a very good omnidirectional radiation function. Under the test at 2025MHZ, the maximum gain of the E-Plan (Fig. 8A) is 0.43 dBi and the maximum gain of the H-Plan (Fig. 8B) is 2.12 dBi. From this, it can be seen that the H-plan has a function close to that of omnidirectional radiation.
전술한 안테나의 설계에 의하면, 본 발명은 컴퍼넌트 시트 사이의 갭을 조절하여 그 임피던스 매칭을 조절할 수 있고, 따라서 원하는 광대역폭이 적층 높이에 따라 조절될 수 있으며, 안테나는 우수한 게인 및 광대역 특성을 가질 수 있다.According to the above-described antenna design, the present invention can adjust the impedance matching by adjusting the gap between the component sheets, so that the desired broadband width can be adjusted according to the stack height, and the antenna has excellent gain and broadband characteristics. Can be.
전술한 바람직한 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다. 통상적인 이동 전화를 일례로 들었지만, 안테나의 설계는 다른 무선 통신 장치에 이용될 수 있다는 것은 자명하다. 또한, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 첨부된 특허청구범위 내에서 각종 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다.The preferred embodiments described above are exemplary and do not limit the scope of the present invention. Although a typical mobile phone is taken as an example, it is apparent that the design of the antenna can be used for other wireless communication devices. Also, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시한 평면도,1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 사시도,2 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 제2 실시예를 회로 기판에 설치한 것을 도시한 평면도,3 is a plan view showing the installation of the second embodiment of FIG. 2 on a circuit board;
도 4는 본 발명의 제3 실시예를 도시한 평면도,4 is a plan view showing a third embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 사시도,5 is a perspective view showing a fourth embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 스탠딩 웨이브 속도 테스트 그래프,6 is a standing wave speed test graph of the present invention,
도 7a 및 도 7b는 824MHZ 하에서 본 발명의 E-플랜 및 H-플랜의 방사(radiation) 패턴을 도시한 도면,7a and 7b show the radiation pattern of the E-plan and H-plan of the present invention under 824MHZ,
도 8a 및 도 8b는 2025MHZ 하에서 본 발명의 E-플랜 및 H-플랜의 방사(radiation) 패턴을 도시한 도면, 및8A and 8B show the radiation patterns of the E-plan and H-plan of the present invention under 2025MHZ, and
도 9는 본 발명의 제5 실시예를 도시한 사시도이다.9 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention.
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