KR101063316B1 - 리액티브 소자를 이용한 안테나 - Google Patents

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Abstract

각 공진 주파수들 및 공진 대역폭을 개별적으로 제어할 수 있도록 리액티브 소자를 이용하는 안테나가 개시된다. 상기 안테나는 급전점, 상기 급전점과 전기적으로 연결된 방사체, 상기 방사체의 제 1 지점과 제 2 지점을 전기적으로 연결시키는 제 1 리액티브 소자 및 상기 방사체의 제 3 지점과 제 4 지점을 전기적으로 연결시키는 제 2 리액티브 소자를 포함한다. 여기서, 상기 리액티브 소자들은 상기 방사체에 각기 병렬로 연결되며, 상기 안테나의 고차 공진 주파수들은 상기 리액티브 소자들로 인하여 기본 공진 주파수에 대하여 비선형적인 특성을 가진다.
방사체, 공진 주파수, 리액티브, 용량성, 유도성

Description

리액티브 소자를 이용한 안테나{ANTENNA USING A REACTIVE ELEMENT}
본 발명은 리액티브 소자를 이용한 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는고차 공진 주파수들 및 해당 공진 대역폭을 개별적으로 제어할 수 있도록 리액티브 소자를 방사체에 병렬로 연결시키는 안테나에 관한 것이다.
최근, 이동통신단말기는 소형화되면서도 다양한 통신 서비스를 제공하고 있으며, 따라서 다중 대역 및 광대역을 구현할 수 있는 안테나를 내장하고 있다.
일반적으로, 다중 대역 및 광대역을 구현하기 위하여, 상기 안테나는 그의 전류 경로를 다양화하거나 기생 방사 소자 등을 사용한다.
또한, 안테나를 소형화시키기 위하여, 한정된 물리적 길이에서 안테나의 전기적 길이를 증가시키는 방식, 예를 들어 미앤더, 헬리컬 등의 구조로 방사체를 구현한다.
다만, 이러한 방법들은 상기 안테나를 소형화시키면서 다중 대역 및 광대역을 구현하는 데는 한계가 있었다.
일반적으로, 안테나는 기본 공진 주파수와 이에 비례하는 다수의 고차 공진 주파수들을 구현하므로, 상기 고차 공진 주파수들을 서비스 대역으로서 활용하면 다중 대역을 구현하면서도 상기 안테나를 소형화시킬 수 있다.
그러나, 상기 고차 공진 주파수들이 기본 공진 주파수에 체배하므로, 상기 고차 공진 주파수들을 서비스 대역으로 활용할 수가 없었다. 따라서, 고차 공진 주파수들을 서비스 대역으로 활용하여 다중 대역 및 소형화를 구현할 수 있는 안테나가 요구된다.
본 발명의 목적은 소형화되면서 고차 공진 주파수들을 서비스 대역의 주파수로서 활용할 수 있는 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고차 공진 주파수들 및 해당 공진 대역폭들을 개별적으로 제어할 수 있는 안테나를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 급전점; 상기 급전점과 전기적으로 연결된 방사체; 상기 방사체의 제 1 지점과 제 2 지점을 전기적으로 연결시키는 제 1 리액티브 소자; 및 상기 방사체의 제 3 지점과 제 4 지점을 전기적으로 연결시키는 제 2 리액티브 소자를 포함한다. 여기서, 상기 리액티브 소자들은 상기 방사체에 각기 병렬로 연결되며, 상기 안테나의 고차 공진 주파수들은 상기 리액티브 소자들로 인하여 기본 공진 주파수에 대하여 비선형적인 특성을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나는 급전점; 상기 급전점과 전기적으로 연결된 방사체; 및 상기 방사체의 제 1 지점과 제 2 지점을 전기적으로 연결시키는 제 1 리액티브 소자를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 리액티브 소자는 상기 방사체에 병렬로 연결되며, 상기 안테나의 공진 주파수와 공진 대역폭 중 적어도 하나는 상기 제 1 지점과 상기 제 2 지점 사이의 전압차와 상기 지점들의 각 전류 세기에 따라 달라진다.
본 발명의 안테나는 적어도 하나의 리액티브 소자를 방사체에 병렬로 연결하여 고차 공진 주파수들을 서비스 대역의 주파수로서 활용하므로, 하나의 방사체로서 다중 대역의 구현이 가능하여 상기 안테나를 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 안테나는 리액티브 소자의 성분 및 크기를 고려하고 적절하게 연결 지점들을 선택하여 상기 고차 공진 주파수들 및 해당 공진 대역폭을 개별적으로 제어할 수 있는 장점이 있다. 여기서, 상기 연결 지점들은 그들 사이의 전압차와 그들의 각 전류 세기를 고려하여 선택된다.
즉, 상기 안테나는 상기 리액티브 소자의 성분 및 크기, 상기 연결 지점들의 선택을 통하여 고차 공진 주파수들을 개별적으로 제어하여 소형화 및 광대역을 구현할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있 을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리액티브 소자를 이용하는 안테나를 도 시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 종단이 오픈되었을 때의 상기 방사체의 전압 분포 및 전류 분포를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 종단이 단락되었을 때의 상기 방사체의 전압 분포 및 전류 분포를 도시한 도면이다.
도 1(A)를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 접지(100), 급전점(102), 방사체(104), 제 1 리액티브 소자(first reactive element, 106) 및 제 2 리액티브 소자(108)를 포함한다.
즉, 본 발명의 안테나는 적어도 하나의 리액티브 소자(106 및 108)를 사용하여 후술하는 바와 같이 고차 공진 주파수들 및 해당 공진 대역폭을 개별적으로 조정한다. 상세하게는, 상기 안테나는 리액티브 소자들(106 및 106)의 성분 및 크기를 제어하고 리액티브 소자들(106 및 108)을 방사체(104)의 소정 위치에 연결시켜서 상기 고차 공진 주파수들 및 공진 대역폭을 개별적으로 제어한다.
급전점(102)은 소정 전력(RF 신호)이 급전되는 지점이며, 예를 들어 동축 케이블 등과 같은 RF 전송 선로가 급전점(102)에 전기적으로 연결된 상태 하에서 소정 전력이 상기 RF 전송 선로를 통하여 급전점(102)으로 급전된다.
방사체(104)는 급전점(102)과 전기적으로 연결되며, 소정 전력이 급전점(102)을 통하여 급전되면 특정 방사 패턴을 출력시킨다. 여기서, 방사체(104)의 길이는 사용 주파수 대역에 상응하며, 예를 들어 모노폴 안테나의 경우 파장의 1/4 길이로 구현될 수 있다. 이러한 방사체(102)는 도 1(A)의 구조로 제한되지는 않으며, 미앤더 형태, 라인 형태, 스파이럴 형태, 헬리컬 형태 등 다양하게 형태로 구 현될 수 있다. 또한, 도 1에는 하나의 방사체(104)만 도시되었지만 복수의 방사체들이 구현될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사체(104)의 종단은 도 1에 도시된 바와 같이 오픈(Open)될 수도 있고, 접지에 전기적으로 연결될 수도 있다. 다만, 방사체(104)의 종단이 오픈되었는 지 또는 단락되었는 지에 따라 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 방사체(104)의 전류 및 전압 분포가 달라진다. 결과적으로, 상기 안테나의 공진 주파수 및 대역폭 특성이 달라지게 되며, 따라서 사용자는 설계 목적에 따라 방사체(104)의 종단을 오픈시키거나 단락시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다.
제 1 리액티브 소자(106)는 예를 들어 도 1(A)에 도시된 바와 같이 방사체(104)의 입력단과 종단 사이에 연결되며, 즉 도 1(B)에 도시된 바와 같이 방사체(104)에 병렬로 연결된다.
이러한 제 1 리액티브 소자(106)는 캐피시터 등과 같은 용량성 소자 또는 인덕터 등과 같은 유도성 소자로 이루어지며, 상기 안테나의 고차 공진 주파수들 및 공진 대역폭을 가변시키는 역할을 수행한다. 예를 들어, 제 1 리액티브 소자(106)가 용량성 소자로 이루어지는 경우 상기 안테나의 공진 주파수는 낮아지며, 제 1 리액티브 소자(106)가 유도성 소자로 이루어지는 경우 상기 안테나의 공진 주파수가 상승한다.
제 2 리액티브 소자(108)는 예를 들어 도 1(A)에 도시된 바와 같이 방사체(104)의 입력단(소정 전력이 입력되는 지점)과 중간 지점 사이에 연결되며, 즉 도 1(B)에 도시된 바와 같이 방사체(104)에 병렬로 연결된다. 또한, 제 2 리액티브 소자(108)는 제 1 리액티브 소자(106)와 병렬로 연결된다.
이러한 제 2 리액티브 소자(108)는 용량성 소자 또는 유도성 소자로 이루어진다. 여기서, 제 2 리액티브 소자(108)가 용량성 소자로 이루어지는 경우 상기 안테나의 공진 주파수는 낮아지며, 제 2 리액티브 소자(108)가 유도성 소자로 이루어지는 경우 상기 안테나의 공진 주파수는 상승한다.
이러한 리액티브 소자들(106 및 108)로 인하여 해당 안테나의 공진 대역폭 또한 변화되지만, 상기 공진 대역폭은 리액티브 소자들(106 및 108)뿐만 아니라 해당 공진 주파수와 안티 공진점 사이의 간격에 의해서도 영향받는다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 리액티브 소자(106)는 용량성 소자로서 간극 형태로 이루어질 수 있고, 제 2 리액티브 소자(108)는 유도성 소자로서 헬리컬 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제 1 리액티브 소자(106)는 칩 캐패시터로 이루어지고, 제 2 리액티브 소자(108)는 칩 인덕터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 리액티브 소자(106)는 방사체(104)의 입력단과 종단 사이에 연결되며, 제 2 리액티브 소자(108)가 방사체(104)의 입력단과 중간 지점 사이에 연결될 수 있다. 결과적으로, 방사체(104), 소정 인덕터(L) 및 소정 캐패시터(C)가 도 1(B)에 도시된 바와 같이 상호 병렬로 연결된다. 여기서, 각 리액티브 소자들(106 및 108)의 연결 지점들은 그들 사이의 전압차와 상기 연결 지점들의 전류를 고려하여 선택된다. 이것은 상기 연결 지점들 사이의 전압차 및 상기 연결 지점들의 전류 세기로 인하여 공진 주파수들 및 공진 대역폭이 영향을 받기 때문이다. 특히, 리액티브 소자들(106 및 108)의 연결 지점들 사이의 전압차가 최대로 되고 상기 연결 지점들의 전류가 모두 0일 때 상기 안테나의 공진 주파수들 및 공진 대역폭이 가장 크게 변화된다.
상기 연결 지점들의 선택에 따라 각 리액티브 소자들(106 및 108)의 연결 지점들 사이의 전압차 및 상기 연결 지점들의 전류가 변화되면, 상기 안테나의 공진 주파수들 및 공진 대역폭이 후술하는 바와 같이 가변될 수 있다.
즉, 각 리액티브 소자들(106 및 108)의 성분, 크기 및 연결 지점들의 선택에 따라 공진 주파수들의 섭동(Perturbation)이 상이하게 나타난다. 따라서, 사용자는 특정 공진 주파수를 크게 변화시키면서도 다른 공진 주파수는 변화시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 저주파를 구현하고자 할 때 캐패시터를 활용하면 본 발명의 안테나의 사이즈는 동일한 저주파를 구현하는 종래의 안테나보다 작아질 수 있으며, 즉 본 발명의 안테나의 소형화가 가능해진다. 또한, 리액티브 소자들(106 및 108)을 이용하여 공진 대역폭을 확장시킬 수 있으므로, 광대역의 구현이 가능하다.
요컨대, 본 발명의 안테나의 공진 주파수들 및 공진 대역폭은 방사체(104)에 병렬로 연결된 리액티브 소자(106 또는 108)의 성분 및 크기, 연결 지점들의 전압차 및 상기 연결 지점들의 전류 세기에 따라 다르게 변화될 수 있다. 특히, 리액티브 소자(106 및 108)을 이용하여 고차 공진 주파수들을 개별적으로 제어할 수 있으므로, 상기 고차 공진 주파수들을 기본 공진 주파수와 체배하지 않도록 제어하여 상기 고차 공진 주파수들을 이동통신단말기를 위한 서비스 대역으로서 활용할 수 있다.
위에서는, 본 발명의 안테나가 2개의 리액티브 소자들(106 및 108)을 포함하였으나, 하나의 리액티브 소자로 이루어지거나 3개 이상의 리액티브 소자들로 이루어질 수도 있다. 즉, 상기 리액티브 소자를 이용하여 상기 안테나의 공진 주파수들 및 공진 대역폭을 제어할 수 있는 한 상기 리액티브 소자의 수, 성분, 크기 및 연결 방법 등은 다양하게 변형될 수 있다.
이하, 이러한 공진 주파수 및 공진 대역폭의 제어 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 4는 리액티브 소자를 포함하지 않는 안테나를 도시한 도면이고, 도 5는 용량성 성분을 가지는 1개의 리액티브 소자를 포함하는 안테나를 도시한 도면이다. 도 6은 리액턴스 곡선을 도시한 도면이고, 도 7은 정재파비 곡선을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사패턴을 도시한 도면이다.
이하, 도 4에 도시된 바와 같이 어떠한 리액티브 소자도 포함하지 않는 종래의 제 1 안테나(600), 도 5에 도시된 바와 같이 용량성 성분의 1개의 리액티브 소자만을 포함한 제 2 안테나(602), 도 1에 도시된 바와 같이 용량성 성분의 제 1 리액티브 소자(106) 및 유도성 성분의 제 2 리액티브 소자(108)를 포함한 제 3 안테나(604)의 리액턴스 특성 및 정재파비(VSWR) 특성을 살펴보겠다.
다만, 도 1의 안테나(604)에서 제 1 리액티브 소자(106)는 방사체(104)의 입력단과 종단 사이에 연결되고, 제 2 리액티브 소자(108)는 방사체(104)의 입력단과 중간 지점 사이에 연결되는 것으로 가정한다. 또한, 방사체의 전압 분포 및 전류 분포는 도 2에 도시된 바와 같은 분포를 가지는 것으로 가정한다. 게다가, 방사체의 사이즈를 18㎜×12.5㎜로 설정하고, 접지와 방사체 사이의 거리는 5㎜로 설정하며, 상기 방사체가 FR4 기판(εr=4.4, 두께 1.6㎜) 위에 형성되는 것으로 가정한다.
도 6을 참조하면, 안테나들(600, 602 및 604)은 각기 다수의 공진 주파수들(리액턴스가 0인 지점의 주파수)을 구현한다. 다만, 약 1㎓ 전후의 제 1 공진 주파수, 약 2㎓ 전후의 제 3 공진 주파수 등은 서비스를 위한 공진 주파수로서 사용될 수 있으나, 약 1.5㎓ 전후의 제 2 공진 주파수 등은 서비스를 위한 공진 주파수로서 실제로는 사용될 수 없는 안티 공진 주파수들이다. 즉, (2n-1)(n은 1 이상의 정수임) 공진 주파수들은 실제로 사용될 수 있는 공진 주파수들이고, 2n 공진 주파수들은 실제로 사용될 수 없는 안티 공진 주파수들이다.
이하, 위 조건들을 토대로 공진 주파수들 및 공진 대역폭의 실제 변화를 살펴보겠다. 다만, 각 안테나(600, 602 및 604)가 다수의 공진 주파수들을 구현하므로, 각 공진 주파수별로 주파수 변화 및 대역폭 변화를 살펴보겠다.
우선, 제 1 공진 주파수에서의 주파수 변화 및 대역폭 변화를 살펴보겠다.
제 2 안테나(602)에서는 용량성 성분의 리액티브 소자가 방사체의 입력단과 종단에 연결된다. 이러한 제 2 안테나(602)의 구조에서 전압 분포 곡선(200a) 및 전류 분포 곡선(202a)을 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 방사체의 입력단과 종단 사이에 최대는 아니나 소정의 전압차가 존재하고, 상기 방사체의 연결 지점들 중 입력단의 전류는 0이 아니고 종단의 전류는 0이다. 결과적으로, 제 2 안테 나(602)의 공진 주파수들 및 공진 대역폭은 상기 리액티브 소자로 인하여 제 1 안테나(600)에서와 달라진다.
공진 주파수 관점에서 살펴보면, 제 1 안테나(600)의 제 1 공진 주파수는 약 0.85㎓인 반면에, 제 2 안테나(602)의 제 1 공진 주파수는 약 0.7㎓로서 제 1 안테나(600)의 제 1 공진 주파수보다 낮아짐이 확인된다. 이것은 상기 리액티브 소자가 용량성 성분을 가지기 때문이다. 즉, 용량성 성분의 리액티브 소자를 방사체에 병렬로 연결하면 공진 주파수가 낮아짐이 확인된다.
공진 대역폭 관점에서 살펴보면, 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭은 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 안테나(600)의 공진 대역폭보다 상당히 좁아졌다. 이것은 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭은 용량성 성분의 리액티브 소자와 안티 공진 주파수(제 2 공진 주파수)로부터의 간격에 의해 영향을 받았기 때문이다. 상세하게는, 제 2 공진 주파수에서의 전압 분포 곡선(200b) 및 전류 분포 곡선(202b)을 살펴보면, 상기 연결 지점들 사이의 전압은 최대로 되고 상기 연결 지점들의 각 전류가 0이므로, 제 2 공진 주파수가 최대로 변화된다. 다만, 상기 리액티브 소자가 용량성 성분을 가지므로, 상기 제 2 공진 주파수가 저주파 방향으로 이동하게 된다. 결과적으로, 제 2 안테나(602)에서의 제 1 공진 주파수와 제 2 공진 주파수 사이의 간격이 제 1 안테나(600)에서의 제 1 공진 주파수와 제 2 공진 주파수 사이의 간격보다 작아져서 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭이 좁아졌다. 즉, 제 2 안테나(602)의 대역폭은 용량성 성분의 리액티브 소자와 안티 공진 주파수(제 2 공진 주파수)로부터의 간격이 작아짐에 따라 상당히 좁아지게 된다.
도 6의 리액턴스 곡선을 살펴보면, 제 2 안테나(602)의 기울기가 제 1 안테나(600)의 기울기보다 크며, 즉 가파르다. 즉, 리액턴스 곡선이 가파르게 형성될 수록 해당 안테나의 대역폭이 좁아진다.
요컨대, 리액티브 소자를 방사체에 병렬로 연결하면, 상기 방사체에 연결된 리액티브 소자의 연결 지점들 사이의 전압차 및 상기 연결 지점들의 전류 세기로 인하여 상기 안테나의 공진 주파수들 및 대역폭들이 변화된다.
이렇게 리액티브 소자를 방사체에 병렬로 연결하여 공진 주파수를 낮추어서 해당 안테나의 소형화는 구현하였지만, 협대역이 될 수 있으므로 필요에 따라 광대역으로 구현할 필요가 있다.
이 경우, 본 발명의 제 3 안테나(604)는 유도성 성분을 가지는 제 2 리액티브 소자(108)를 방사체(104)에 병렬로 연결하여 공진 대역폭을 넓게 구현한다. 결과적으로, 제 3 안테나(604)는 공진 주파수가 낮아져서 소형화로 구현될 수 있으면서도 광대역으로 구현될 수 있다.
상세하게는, 제 3 안테나(604)에서 제 2 리액티브 소자(108)가 방사체(104)의 입력단과 중간 지점 사이에 연결되면, 도 2의 전압 분포 곡선(200a) 및 전류 분포 곡선(202a)에 도시된 바와 같이 방사체(104)의 입력단과 중간 지점 사이에 소정의 전압차가 발생하고 연결 지점들(입력단과 중간 지점)에 각기 소정 전류가 존재한다. 따라서, 제 2 리액티브 소자(108)로 인하여 제 3 안테나(604)의 공진 주파수 및 공진 대역폭이 제 2 안테나(602)에서와 달라진다.
공진 주파수 관점에서 살펴보면, 제 3 안테나(604)의 제 1 공진 주파수는 약 1㎓로서 제 2 안테나(602)의 제 1 공진 주파수보다 높아진다. 즉, 유도성 성분의 제 2 리액티브 소자(108)를 방사체(104)에 병렬로 연결하면 공진 주파수가 상승함이 확인된다.
공진 대역폭 관점에서 살펴보면, 제 3 안테나(604)의 공진 대역폭은 도 7에 도시된 바와 같이 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭보다 넓어진다. 이것은 제 2 리액티브 소자(108) 및 안티 공진 주파수(제 2 공진 주파수)로부터의 간격에 의해 영향을 받았기 때문이다. 다만, 도 6에 도시된 바와 같이 제 3 안테나(604)에서의 제 1 공진 주파수와 제 2 공진 주파수 사이의 간격이 제 2 안테나(602)에서의 제 1 공진 주파수와 제 2 공진 주파수 사이의 간격과 거의 유사하므로, 이 경우에는 안티 공진 주파수(제 2 공진 주파수)로부터의 간격에 의한 영향보다는 제 2 리액티브 소자(108)에 의한 영향으로 인하여 제 3 안테나(604)의 대역폭이 넓어지게 되었다.
이 경우, 제 3 안테나(604)의 리액턴스 곡선이 제 2 안테나(602)의 리액턴스 곡선보다 덜 가파르게 형성된다.
요컨대, 본 발명의 안테나(604)는 용량성 성분의 제 1 리액티브 소자(106)를 사용하여 제 1 공진 주파수를 낮추면서 유도성 성분의 제 2 리액티브 소자(108)를 이용하여 광대역을 구현할 수 있다.
위에서는, 제 3 안테나(604)의 공진 주파수가 제 1 안테나(600)의 공진 주파수보다 높고, 제 3 안테나(604)의 공진 대역폭이 제 1 안테나(600)의 공진 대역폭보다 넓게 구현하였다. 그러나, 유도성 성분의 제 2 리액티브 소자(108)의 크기를 적절히 조절하여 제 3 안테나(604)의 제 1 공진 주파수를 제 1 안테나(600)의 제 1 공진 주파수와 제 2 안테나(602)의 제 1 공진 주파수 사이의 주파수로 설계하고, 제 3 안테나(604)의 공진 대역폭을 제 1 안테나(600)의 공진 대역폭보다는 좁고 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭보다는 넓게 구현할 수도 있다.
다음으로, 제 2 공진 주파수에서 주파수 변화 및 대역폭 변화를 살펴보겠다.
제 1 안테나(600)의 제 2 공진 주파수는 약 1.7㎓인 반면에, 제 2 안테나(602)의 제 2 공진 주파수는 약 1.3㎓이고, 제 3 안테나(604)의 제 2 공진 주파수는 약 1.5㎓이다. 즉, 용량성 성분의 리액티브 소자를 사용함에 의해 안테나의 공진 주파수가 낮아짐이 확인되고, 유도성 성분의 리액티브 소자를 사용함에 의해 안테나의 공진 주파수가 상승됨이 확인된다.
제 2 공진 주파수에서 도 2의 전압 분포 곡선(200b)과 전류 분포 곡선(202b)을 살펴보면, 방사체의 연결 지점들(입력단과 중간 지점) 사이에 소정의 전압차가 존재하고 입력단의 전류는 0이고 중간 지점의 전류는 소정 세기를 가진다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 제 2 공진 주파수에서의 전압차는 제 1 공진 주파수에서보다 크고, 제 2 공진 주파수에서 입력단의 전류는 0이다. 따라서, 제 2 공진 주파수에서 안테나의 공진 주파수는 제 1 공진 주파수에서보다 더 크게 변화된다. 결과적으로, 제 2 안테나(602)에서의 제 1 공진 주파수와 안티 공진 주파수로서의 제 2 공진 주파수 사이의 간격이 제 1 안테나(600)의 제 1 공진 주파수와 제 2 공진 주파수 사이의 간격보다 작게 형성된다. 따라서, 제 1 공진 주파수에서 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭이 제 1 안테나(600)의 공진 대역폭보다 좁아지게 되었다.
다음으로, 제 3 공진 주파수에서의 주파수 변화 및 대역폭 변화를 살펴보겠 다.
제 2 안테나(602)에서는 용량성 성분의 리액티브 소자가 방사체의 입력단과 종단에 연결되며, 이 경우 도 2의 전압 분포 곡선(200c) 및 전류 분포 곡선(202c)에 도시된 바와 같이 상기 방사체의 연결 지점들(입력단과 종단) 사이에 소정 전압차가 발생하고 입력단의 전류는 소정 세기를 가지며 종단의 전류는 0이다. 따라서, 제 2 안테나(602)의 공진 주파수 및 대역폭은 제 1 안테나(600)에서와 다르게 된다.
공진 주파수 관점에서 살펴보면, 제 1 안테나(600)의 제 3 공진 주파수는 약 2.55㎓인 반면에, 제 2 안테나(602)의 제 3 공진 주파수는 약 2.15㎓로서 제 1 안테나(600)의 제 3 공진 주파수보다 낮아짐이 확인된다. 이것은 상기 리액티브 소자 가 용량성 성분을 가지기 때문이다.
공진 대역폭 관점에서 살펴보면, 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭은 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 안테나(600)의 공진 대역폭과 거의 유사하다. 이 것은 리액티브 소자로 인한 공진 대역폭의 변화와 안티 공진 주파수(제 4 공진 주파수)와 제 3 공진 주파수 사이의 간격 변화로 인한 공진 대역폭의 변화가 거의 서로 상쇄되었기 때문이다.
상세하게는, 도 2의 전압 분포 곡선(200d) 및 전류 분포 곡선(200d)에 도시된 바와 같이 제 4 공진 주파수에서 상기 방사체의 입력단과 종단 사이의 전압차가 0이므로, 제 2 안테나(602)의 제 4 공진 주파수가 제 1 안테나(600)의 제 4 공진 주파수로부터 변화되지 않는다. 결과적으로, 제 2 안테나(602)의 제 3 공진 주파수 와 제 4 공진 주파수 사이의 간격이 제 1 안테나(600)의 제 3 공진 주파수와 제 4 공진 주파수 사이의 간격보다 멀어지게 되며, 따라서 제 3 공진 주파수에서 제 2 안테나(602)의 공진 대역폭이 넓어질 수 있으나, 상기 리액티브 소자로 인하여 실제적으로 넓어지지 않게 된다.
즉, 제 2 안테나(602)의 제 3 공진 주파수는 낮아지면서 그의 대역폭은 그대로 유지되거나 광대역화될 수 있다. 따라서, 제 2 안테나(602)는 제 1 안테나(600)보다 소형화되면서도 광대역을 구현할 수 있다.
제 3 안테나(604)를 살펴보면, 제 2 리액티브 소자(108)가 방사체(104)의 입력단과 중간 지점 사이에 연결된다. 이 경우, 도 2의 전압 분포 곡선(200c) 및 전류 분포 곡선(202c)에 도시된 바와 같이 방사체(104)의 입력단과 중간 지점의 전류가 각기 거의 최대로 되며, 따라서 제 3 안테나(604)의 제 3 공진 주파수는 제 2 안테나(602)의 제 3 공진 주파수로부터 거의 변화되지 않아서 거의 유사하게 된다.
즉, 제 3 안테나(604)의 제 3 공진 주파수는 약 2.15㎓로서 제 2 안테나(602)의 제 3 공진 주파수와 거의 유사하게 된다.
공진 대역폭 관점에서 살펴보면, 제 3 공진 주파수에서 제 3 안테나(604)의 공진 대역폭이 제 2 안테나(602)에서와 유사하여야 하나, 실질적으로는 넓어질 수 있다. 이것은 안티 공진 주파수(제 4 공진 주파수)와 제 3 공진 주파수의 간격으로 인한 것이다. 상세하게는, 도 2의 전압 분포 곡선(200d) 및 전류 분포 곡선(200d)에 도시된 바와 같이 방사체(104)의 연결 지점들(입력단과 중간 지점) 사이의 전압차는 최대가 되고 상기 연결 지점들의 전류가 각기 0이므로, 최대의 섭동이 발생한 다. 즉, 제 4 공진 주파수가 최대로 상승하게 되며, 따라서 제 3 안테나(604)의 제 4 공진 주파수와 제 3 공진 주파수 사이의 간격이 제 2 안테나(602)의 제 4 공진 주파수와 제 3 공진 주파수 사이의 간격보다 멀어지게 된다. 결과적으로, 제 3 안테나(604)의 공진 대역폭이 넓어지며, 이것은 제 3 공진 주파수에서 제 3 안테나(604)의 리액턴스 곡선이 제 2 안테나(602)의 리액턴스 곡선보다 완만해짐을 통해서도 확인할 수 있다.
요컨대, 본 발명의 안테나는 적어도 하나의 리액티브 소자를 사용하되, 상기 리액티브 소자의 성분 및 크기, 상기 리액티브 소자가 연결된 지점들을 적절하게 선택하여 공진 주파수들 및 공진 대역폭을 개별적으로 조정할 수 있다. 특히, 상기 안테나가 고차 공진 주파수들을 기본 공진 주파수로부터 비선형적으로 변화시킬 수 있으므로, 상기 안테나가 상기 기본 공진 주파수 및 상기 고차 공진 주파수들을 활용하여 다중 대역을 구현할 수 있다. 또한, 상기 리액티브 소자를 적절하게 설계하여 광대역을 구현할 수도 있다.
즉, 상기 리액티브 소자를 사용함에 의해 상기 안테나의 소형화가 가능하여지고, 다중 대역 및 광대역이 구현될 수 있다. 특히, 사용자가 공진 주파수들 및 대역폭을 임의로 조정할 수 있으므로, 다양한 안테나의 스펙을 용이하게 만족시킬 수 있어서 상기 안테나의 활용도가 높아질 수 있다.
위에서는, 방사체의 종단이 오픈된 경우만을 설명하였으나, 방사체의 종단이 단락된 경우에도 위와 유사하게 동작한다. 이에 대한 설명은 생략하겠다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 리액티브 소자(106)가 유도성 성분으 로 구현되고 제 2 리액티브 소자(108)가 용량성 성분으로 구현될 수도 있다. 즉, 리액티브 소자(106 및 108)의 성분 및 크기는 설계자의 목적에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리액티브 소자를 이용한 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면이다. 상세하게는, 도 8(A)는 1.05㎓ 대역의 방사 패턴을 도시하였고, 도 8(B)는 2.48㎓ 대역의 방사 패턴을 도시하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 안테나는 전방향성 방사 패턴을 형성하며, 즉 모노폴 안테나와 유사한 방사 패턴을 가지고 있음이 확인된다. 따라서, 본 실시예의 안테나는 이동통신단말기에 내장되어 사용될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리액티브 소자를 이용하는 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 종단이 오픈되었을 때의 상기 방사체의 전압 분포 및 전류 분포를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 종단이 단락되었을 때의 상기 방사체의 전압 분포 및 전류 분포를 도시한 도면이다.
도 4는 리액티브 소자를 포함하지 않는 안테나를 도시한 도면이다.
도 5는 용량성 성분을 가지는 1개의 리액티브 소자를 포함하는 안테나를 도시한 도면이다.
도 6은 리액턴스 곡선을 도시한 도면이다.
도 7은 정재파비 곡선을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리액티브 소자를 이용한 안테나의 방사패턴을 도시한 도면이다.

Claims (12)

  1. 안테나에 있어서,
    급전점;
    상기 급전점과 전기적으로 연결된 방사체;
    상기 방사체의 제 1 지점과 제 2 지점을 전기적으로 연결시키는 제 1 리액티브 소자; 및
    상기 방사체의 제 3 지점과 제 4 지점을 전기적으로 연결시키는 제 2 리액티브 소자를 포함하되,
    상기 리액티브 소자들은 상기 방사체에 각기 병렬로 연결되며, 상기 리액티브 소자들의 두 개의 연결 지점은 특정 공진 모드에서의 연결 지점간 전압차 및 연결 지점의 전류 세기에 기초하여 설정되고, 상기 안테나의 고차 공진 주파수들은 상기 리액티브 소자들로 인하여 기본 공진 주파수에 대하여 비선형적인 특성을 가지며, 상기 제 1 리액티브 소자는 상기 방사체의 입력단과 종단 사이에서 간극 구조로서 구현되고, 상기 제 2 리액티브 소자는 헬리컬 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 리액티브 소자는 용량성 소자로서 상기 방사체의 입력단과 종단 사이에 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 리액티브 소자는 유도성 소자로서 상기 방사체의 입력단과 중간 지점에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나의 공진 대역폭은 상기 리액티브 소자들의 연결 지점들의 전압차와 상기 연결 지점들의 각 전류 세기에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 안테나의 공진 주파수와 공진 대역폭은 상기 각 리액티브 소자들의 연결 지점들의 전압차가 최대이고 상기 각 연결 지점들의 전류가 각기 0일 때 가장 크게 변화되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  6. 안테나에 있어서,
    급전점;
    상기 급전점과 전기적으로 연결된 방사체; 및
    상기 방사체의 제 1 지점과 제 2 지점을 전기적으로 연결시키는 제 1 리액티브 소자를 포함하되,
    상기 제 1 리액티브 소자는 상기 방사체에 병렬로 연결되며, 상기 제1 리액티브 소자의 두 개의 연결 지점은 특정 공진 모드에서의 연결 지점간 전압차 및 연결 지점의 전류 세기에 기초하여 설정되고 연결 지점간 전압차가 최대이고 연결 지점의 전류 세기가 0일 때 공진 주파수 또는 공진 대역폭의 변화가 최대로 설정되며,
    상기 제 1 리액티브 소자는 용량성 소자로서 상기 방사체의 입력단과 종단 사이에 전기적으로 연결되며 간극 구조로서 구현되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 방사체의 제 3 지점과 제 4 지점을 전기적으로 연결시키는 제 2 리액티브 소자를 포함하되,
    상기 제2 리액티브 소자의 두 개의 연결 지점은 특정 공진 모드에서의 연결 지점간 전압차 및 연결 지점의 전류 세기에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 리액티브 소자는 유도성 소자로서 상기 방사체의 입력단과 중간 지점에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 리액티브 소자는 상기 방사체의 입력단과 중간 지점 사이에서 헬리컬 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 안테나의 공진 대역폭은 해당 공진 주파수와 안티 공진 주파수 사이의 간격이 작아질 수록 좁아지고, 상기 간격이 멀어질 수록 넓어 지는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 안테나의 공진 주파수는 상기 각 리액티브 소자들의 성분 및 크기에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 방사체의 종단은 오픈되거나 접지와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 리액티브 소자를 이용한 안테나.
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