KR101081397B1 - 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나 - Google Patents

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Abstract

이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 급전점과 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 상기 제1 도전 부재의 적어도 일부분과 제1 전자기 결합이 가능하도록 상기 제1 도전 부재의 적어도 일부분과 소정 거리 이격되어 배치되며 접지 및 급전점과 결합되지 않고 플로팅 상태인 제2 도전 부재; 상기 제2 도전 부재와 제2 전자기 결합이 가능하도록 상기 제2 도전 부재와 소정 거리 이격되어 배치되며 접지와 전기적으로 연결되는 제3 도전 부재; 상기 제3 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제3 도전 부재를 포함한다. 개시된 안테나에 따르면, 제한된 사이즈 내에서 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나{Wide-band Embedded Antenna Using Double Electromagnetic Coupling}
본 발명은 내장형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나에 관한 것이다.
최근 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되면서 그 구조에 있어서도 슬림화가 요구되고 있다. 이와 같은 사이즈의 소형화가 계속적으로 요구되는 것에 비해 이동통신 단말기의 기능은 더욱 다양화될 것이 요구되고 있다.
이와 같이, 이동통신 단말기의 소형화 및 다기능화에 따라 이동통신 단말기 내에서 안테나가 차지하는 공간이 최소화될 것이 요구되고 있으며, 이는 안테나의 설계에 대한 부다을 가중시키고 있다.
아울러, 근래에는 다양한 주파수 대역에 대한 서비스를 하나의 단말기에서 수용할 수 있는 컨버전스(Convergence) 단말기로 발전하는 추세이며, 이에 따라 안테나는 광대역 특성 및 다중 대역 특성이 가장 주요한 요소로 작용하고 있다. 예를 들어, 하나의 안테나로 블루투스와 같은 근거리 통신 서비스, 이동통신 서비스 및 무선 랜 서비스와 같은 다양한 대역의 서비스를 지원할 수 있는 안테나가 요구되고 있다.
일반적으로 사용되는 이동통신 단말기의 안테나로는 헬리컬 안테나(helical antenna)와 평면 역F 안테나(Planar InvertedF Antenna: PIFA)가 주로 사용된다.
헬리컬 안테나의 경우 단말기의 외부에 돌출된 모양으로 구성되므로, 단말기의 미적외관 및 휴대기능에 적합한 외관 설계가 어려운데, 이에 대한 내장형의 구조는 아직 연구된 바 없어서 내장형 안테나를 요구와는 현재의 추세에는 사용하기 적합하지 않다.
역-F 안테나는 단말기에 내장이 가능하도록 낮은 프로파일 구조를 갖도록 설계된 안테나이다. 역-F 안테나는 상기 방사부에 유기된 전류에 의해 발생되는 전체 빔 중 접지면측으로 향하는 빔이 재유기되어 인체에 향하는 빔을 감쇠시켜 SAR 특성을 개선하는 동시에 방사부 방향으로 유기되는 빔을 강화시키는 지향성을 가지며, 직사각형인 평판형 방사부의길이가 절반으로 감소된 직사각형의 마이크로 스트립 안테나로서 작동하게 되어 낮은 프로파일 구조를 실현할 수 있다.
이와 같은 역-F 안테나는 소형화 및 방사 특성에 있어서 많은 장점을 제공하는 안테나이고 현재 가장 많이 사용되는 내장형 안테나이기는 하나, 협대역 특성을 가지는 문제로 인해 다중 대역 및 광대역 특성을 가지도록 설계하기 어려운 문제점이 있었다.
이와 같은 역-F 안테나의 문제점을 극복하기 위해, 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나가 국내특허출원 제 2008-2266호로 본 발명자에 의해 제안된 바 있으며, 도 1은 본 발명자에 의해 제안된 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1과 같은 구조의 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나는 역-F 안테나에 비해 광대역 특성을 확보할 수 있으나 특정한 접지면 구조 및 단말기 구조에서는 원하는 광대역 특성을 확보할 수 없는 경우가 있어 이를 보완하기 위한 구조가 필요하다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 광대역 및 다중 대역 특성을 확보하는데 적합한 내장형 안테나를 제공한다.
또한, 본 발명은 광대역에 대한 임피던스 매칭이 효율적으로 이루어질 수 있는 단말기용 내장형 안테나를 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 급전점과 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 상기 제1 도전 부재의 적어도 일부분과 제1 전자기 결합이 가능하도록 상기 제1 도전 부재의 적어도 일부분과 소정 거리 이격되어 배치되며 접지 및 급전점과 결합되지 않고 플로팅 상태인 제2 도전 부재; 상기 제2 도전 부재와 제2 전자기 결합이 가능하도록 상기 제2 도전 부재와 소정 거리 이격되어 배치되며 접지와 전기적으로 연결되는 제3 도전 부재; 상기 제3 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제3 도전 부재를 포함하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 제공된다.
상기 제2 도전 부재 및 상기 제3 도전 부재 사이에는 진행파가 발생한다.
상기 광대역 내장형 안테나는 상기 제2 도전 부재로부터 상기 제3 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제1 돌출부를 포함한다.
상기 광대역 내장형 안테나는 상기 제3 도전 부재로부터 상기 제2 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제2 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 커플링을 증가시킬 수 있도록 지연파 구조를 형성할 수 있다.
상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부는 교대로 서로 맞물리도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 급전점과 전기적으로 연결된 제1 도전 부재로부터 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격된 제2 도전 부재로의 제1 전자기 결합 및 상기 제2 도전 부재로부터 소정 거리 이격되며 접지와 전기적으로 연결된 제3 도전 부재로의 제2 전자기 결합을 통해 급전이 이루어지는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 제공된다.
본 발명의 안테나에 의하면, 제한된 사이즈 내에서 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명자에 의해 제안된 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나가 유전체 구조물에 결합된 사시도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 S11 파라미터와 단일 전자기 결합을 이용하는 내장형 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 결합 결합을 이용한 내장형 안테나는 제1 도전 부재(200), 제2 도전 부재(202), 제3 도전 부재(204), 제4 도전 부재(206), 제2 도전부재(202)로부터 제3 도전 부재(204) 방향으로 돌출되는 제1 돌출부(220), 제3 도전 부재(204)로부터 제2 도전 부재(202) 방향으로 돌출되는 제2 돌출부(230)를 포함할 수 있다. 또한, 상술한 구성 요소들은 캐리어 또는 기판과 같은 유전체 구조물(210)에 결합될 수 있다.
제1 도전 부재(200)는 급전점과 전기적으로 연결되며, 제1 도전 부재(200)의 적어도 일부는 제2 도전 부재(202)와 전자기 결합이 가능하도록 소정 거리 이격되어 구비된다.
제1 도전 부재(200)로는 급전점을 통해 RF 신호가 인가되며, 제1 도전 부재(200)로부터 제2 도전 부재(202)로의 제1 전자기 결합이 발생한다. 도 1에서, 제1 도전 부재(200)와 제2 도전 부재(202)가 인접된 A 부분에서 제1 전자기 결합이 발생할 수 있으며, RF 신호는 제1 전자기 결합을 통해 제2 도전 부재(202)로 인가된다.
제2 도전 부재(202)는 제1 도전 부재(204)의 적어도 일부와 전자기 결합이 가능하도록 소정 거리 이격되며, 제3 도전 부재(204)와 소정 영역에서 전자기 결합이 가능하도록 제3 도전 부재(204)와도 소정 거리 이격되어 구비된다. 제2 도전 부재(202)는 접지 및 급전점과 연결되지 않는 플로팅(floating) 상태로 구비된다.
제3 도전 부재(204)는 접지와 전기적으로 연결되며 제2 도전 부재(202)와 전자기 결합이 가능하도록 소정 거리 이격되어 구비된다.
제2 도전 부재(202)와 제3 도전 부재(204) 사이에는 제2 전자기 결합이 발생하여 급전점으로부터 제공된 RF 신호는 제3 도전 부재(204)로 제공된다. 제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204)로의 제2 전자기 결합은 제1 전자기 결합과는 달리 비교적 넓은 영역에서 전자기 결합이 이루어지고 제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204) 사이에는 진행파가 발생한다.
즉, 본 발명은 제1 도전 부재(200)로부터 제2 도전 부재(202)로의 제1 전자기 결합 및 제2 도전 부재(202)로부터 제3 도전 부재(204)로의 제2 전자기 결합에 의한 이중 전자기 결합을 통해 급전이 이루어진다.
본 발명자의 연구에 의하면, 소정 거리 이격된 제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204) 사이에 충분한 커플링을 확보하기 위해 제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204)가 비교적 길게 설정될 때 보다 광대역 특성을 확보할 수 있다.
그러나, 제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204)가 길게 설정될 경우 안테나의 소형화에 문제가 발생하므로 본 발명에서는 제2 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(204)의 길이가 비교적 짧게 설정되더라도 충분한 커플링을 확보할 수 있도록 지연파 구조를 형성하는 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)가 구비된다.
제1 돌출부(220)는 제2 도전 부재(202)로부터 제3 도전 부재(204) 방향으로 다수개가 돌출되며, 제2 돌출부(230)는 제3 도전 부재(204)로부터 제2 도전 부재(202) 방향으로 다수개가 돌출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)는 교대로 돌출되어 맞물리는 형태를 가지는 것이 바람직하다. 제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204)로부터 돌출되는 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)는 오픈 스터브와 같이 돌출되며 제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204)의 전기적 길이를 실질적으로 증가시켜 광대역에 대한 임피던스 매칭이 가능하도록 한다.
도 2에는 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 돌출 길이 및 폭이 동일한 경우가 도시되어 있으나, 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 폭 및 길이가 부분적으로 다르게 설정될 수도 있다. 또한, 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 형상이 직사각형인 경우가 도 2에 도시되어 있으나, 돌출부의 형상 역시 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 도전 부재(202) 및 제3 도전 부재(204)에서 전자기 결합이 이루어지는 부분은 임피던스 매칭부로서 동작하며, 제3 도전 부재(204)로부터 연장되는 제4 도전 부재(206)는 방사체로서 동작한다.
안테나의 방사 주파수는 제3 도전 부재(204) 및 제4 도전 부재(206)의 길이에 의해 정해진다.
도 2에 도시된 실시예와 같이, 제1 전자기 결합 및 제2 전자기 결합의 이중 전자기 결합에 의해 제3 도전 부재로 급전이 이루어질 경우 단일 전자기 결합에 의해 급전이 이루어지는 경우에 비해 특정 주파수 대역에서 광대역 특성의 확보에 유리한 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나가 유전체 구조물에 결합된 사시도를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 도전 부재(200), 제2 도전 부재(202), 제3 도전 부재(204) 및 제4 도전 부재(206)는 유전체 구조물(210)의 상부 또는 측부에 결합된다.
제1 도전 부재(200)는 단말기의 기판에 형성되는 급전점과 전기적으로 연결되며, 유전체 구조물의 측부에서 상부로 연장되어 형성된다.
제3 도전 부재(204)는 단말기의 기판의 접지와 전기적으로 연결되고 유전체 구조물의 측부에서 상부로 연장되어 형성된다.
도 3에는 유전체 구조물(210)이 직육면체인 경우가 도시되어 있으나 다양한 형태의 유전체 구조물(210)이 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 S11 파라미터와 단일 전자기 결합을 이용하는 내장형 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 이중 전자기 결합이 이용될 때 저주파 대역에서 보다 광대역 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 급전점과 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재;
    상기 제1 도전 부재의 적어도 일부분과 제1 전자기 결합이 가능하도록 상기 제1 도전 부재의 적어도 일부분과 소정 거리 이격되어 배치되며 접지 및 급전점과 결합되지 않고 플로팅 상태인 제2 도전 부재;
    상기 제2 도전 부재와 제2 전자기 결합이 가능하도록 상기 제2 도전 부재와 소정 거리 이격되어 배치되며 접지와 전기적으로 연결되는 제3 도전 부재;
    상기 제3 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제4 도전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전 부재 및 상기 제3 도전 부재 사이에는 진행파가 발생하는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전 부재로부터 상기 제3 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제1 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 도전 부재로부터 상기 제2 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제2 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 커플링을 증가시킬 수 있도록 지연파 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부는 교대로 서로 맞물리도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 폭 및 길이는 부분적으로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 이중 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나.
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