KR101090114B1 - 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나 - Google Patents

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Abstract

전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 급전점과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되는 제2 도전 부재; 및 상기 제1 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제3 도전 부재;, 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 사이로 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재로부터 돌출되는 다수의 제1 돌출부; 및 상기 제1 돌출부 각각으로부터 돌출되는 다수의 제2 돌출부를 포함한다. 개시된 안테나에 따르면, 제한된 사이즈 내에서 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나{Wide-band Embedded Antenna Using Electromagnetic Coupling}
본 발명은 내장형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나에 관한 것이다.
최근 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되면서도, 서로 다른 주파수 대역의 이동통신 서비스를 하나의 단말기를 이용하여 제공받을 수 있는 기능이 요구되고 있다. 예를 들어, 한국에서 상용화된 824~894 MHz 대역의 CDMA 서비스와, 1750~1870 MHz 대역의 PCS 서비스, 일본에서 상용화된 832~925 MHz 대역의 CDMA 서비스, 미국에서 상용화된 1850~1990 MHz 대역의 PCS 서비스, 유럽, 중국 등에 상용화된 880~960 MHz 대역의 GSM 서비스 및 유럽 일부 지역에서 상용화된 1710~1880 MHz 대역의 DCS 서비스 등의 다양한 주파수 대역을 이용한 이동통신 서비스 가운데 필요에 따라 다중 대역의 신호를 동시에 이용할 수 있는 단말기가 요구되고 있다.
이외에도 블루투스, 지그비, 무선랜, GPS 등과 같은 서비스를 이용할 수 있는 복합 단말기가 요구되고 있는 실정이다. 이와 같은 다중 대역의 서비스를 이용하기 위한 단말기에는 원하는 둘 이상의 대역에서 동작할 수 있는 다중 대역 안테나가 사용되어야 한다. 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. 역F 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.
이러한 역F 안테나는 인체방향으로 빔의 세기를 감쇠시키며 인체 바깥 방햐으로 빔의 세기를 강하게 해주는 지향성을 갖는 방사 특성을 가지므로 헬리컬 안테나와 비교하였을 때 전자파 흡수율이 우수한 특성을 얻을 수 있다. 그러나, 역F 안테나는 다중 대역에서 동작하도록 설계 하였을 경우 주파수 대역폭이 협소한 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 광대역에 대한 임피던스 매칭이 가능한 단말기용 내장형 안테나를 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 급전점과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되는 제2 도전 부재; 및 상기 제1 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제3 도전 부재;, 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 사이로 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재로부터 돌출되는 다수의 제1 돌출부; 및 상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 돌출되는 제2 돌출부를 포함하는 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 제공된다.
상기 제2 돌출부는 상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 상기 제1 돌출부와 동일한 방향으로 돌출된다.
상기 제2 돌출부의 폭은 상기 제1 돌출부보다 작게 설정된다.
상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 각각에는 마주보는 상대 도전 부재로부터 돌출되는 제2 돌출부에 상응하는 위치에 그루브가 형성된다.
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 직사각형 형태를 가질 수 있다.
상기 복수의 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 폭 및 길이는 부분적으로 다르게 설정된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 급전점과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되는 제2 도전 부재; 상기 제1 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제3 도전 부재;, 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 사이로 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재로부터 돌출되는 다수의 제1 돌출부; 및 상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 상기 제1 돌출부와 동일한 방향으로 돌출되는 제2 돌출부; 및 상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재의 길이 방향으로 돌출되는 제3 돌출부를 포함하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나가 제공된다.
상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부의 폭은 상기 제1 돌출부에 비해 작게 설정된다.
본 발명의 안테나에 의하면, 제한된 사이즈 내에서 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 캐리어에 결합된 일례를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 캐리어에 결합된 일례를 도시한 도면.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나는 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재(100), 급전부와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재(102), 제1 도전 부재(100)로부터 연장되는 제3 도전부재(104)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나는 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102) 사이로 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)로부터 돌출되는 다수의 제1 돌출부(200) 및 상기 제1 돌출부(200)로부터 돌출되는 다수의 제2 돌출부(210)를 포함할 수 있다.
접지와 연결되는 제1 도전 부재(100) 및 급전부와 연결되는 제2 도전 부재(102)는 소정 거리 이격되며 평행하게 형성된다. 여기서 이격 거리는 사용 주파수에 따라 적절한 전자기 결합이 이루어질 수 있는 거리로 설정된다. 소정의 길이를 가진 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102) 사이에는 진행파가 발생하며, 제2 도전 부재(102)에서 제1 도전 부재(100)로의 전자기 결합에 의한 급전이 이루어진다.
본 발명자의 연구에 의하면, 소정 거리 이격된 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102) 사이에 충분한 커플링을 확보하기 위해 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)가 비교적 길게 설정될 때 보다 광대역 특성을 확보할 수 있다. 그러나, 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)가 길게 설정될 경우 안테나의 소형화에 문제가 발생하므로 본 발명에서는 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)가 비교적 짧게 설정되더라도 광대역 특성을 확보할 수 있도록 제1 돌출부(200) 및 제2 돌출부(210)가 구비된다.
제3 도전 부재(104)는 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재(100)로부터 연장되며, 제3 도전 부재(104)는 방사체로서 동작한다. 안테나의 방사 주파수는 제1 도전 부재(100) 및 도 3 도전 부재(104)의 길이에 의해 정해진다.
제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)는 RF 신호를 급전하는 급전부 및 임피던스 매칭을 수행하는 매칭부로서 동작한다. 제1 도전 부재(100)로부터 제2 도전 부재(102)로의 전자기 결합에 의한 급전이 수행되며, 소정의 길이를 가진 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)에서 임피던스 매칭이 수행된다.
전술한 바와 같이, 본 발명자의 연구에 의하면, 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)의 길이가 충분히 확보되어 충분한 전자기 결합이 이루어질 때 광대역 확보가 가능하고, 또한 전자기 결합과 연관된 캐패시턴스 성분이 다양화될 때 광대역 확보가 가능하다.
본 발명에서는 보다 효율적인 광대역 확보가 가능하도록 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102) 사이에 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)로부터 다수의 제1 돌출부(200)가 돌출된다. 제1 돌출부(200)는 오픈 스터브와 같은 형태로 돌출된다.
또한, 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)의 각각의 제1 돌출부(200)로부터는 제2 돌출부(210)가 돌출된다. 제2 돌출부(210)는 제1 돌출부(200)에 비해 폭이 좁은 오픈 스터브의 형태로 돌출된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 돌출부(210)는 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)의 사이의 공간으로(즉, 제1 돌출부(200)와 동일한 방향으로) 돌출된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 도전 부재(100)로부터의 제1 돌출부(200) 및 제2 돌출부(210)와 제2 도전 부재(102)로부터의 제1 돌출부(200) 및 제2 돌출부(210)는 교대로 형성되는 것이 바람직하다.
제1 돌출부(200) 및 제2 돌출부(210)는 제1 도전 부재 및 제2 도전 부재의 전기적 길이를 실질적으로 증가시킨다. 또한, 제1 돌출부(200)와 이로부터 돌출되는 제2 돌출부(210)는 다양한 캐패시턴스 성분에 의한 전자기 결합이 이루어지도록 한다. 제1 돌출부(200) 및 이보다 작은 폭을 가진 제2 돌출부(210)가 각각 형성됨으로써 제1 도전 부재(100) 및 이보다 작은 폭을 지닌 제2 도전 부재(102)의 거리는 구간 별로 다양하게 변화되며, 이에 따라 다양한 캐패시턴스 성분에 의한 전자기적 결합이 가능하다.
한편, 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102)에는 상대 도전 부재의 제2 돌출부(210)와 인접하는 부분이 다른 부분에 폭이 좁아지도록 그루브(230)가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 도전 부재(100)로부터의 제1 돌출부 및 제2 돌출부와 제2 도전 부재(102)로부터의 제1 돌출부 및 제2 돌출부는 교대로 형성되되, 주기적으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이 제1 돌출부(200) 및 제2 돌출부(210)가 주기적으로 형성될 경우 제1 도전 부재(100) 및 제2 도전 부재(102) 사이에는 지연파(Slow-Wave) 구조가 형성되어, 지연파 구조로 인한 전기적 길이의 증가 효과에 의해 보다 좋은 광대역 특성의 확보가 가능하다.
그러나, 제1 돌출부 및 제2 돌출부가 주기적으로 형성되는 것에 본 발명이 한정되는 것은 아니며 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 폭 및 돌출 길이가 각각 다르게 설정될 수도 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 제1 돌출부(200)와 제1 돌출부와 동일한 방향으로 폭이 작은 제2 돌출부(210)가 제1 도전 부재 및 제2 도전 부재로부터 돌출되도록 함으로써 한정된 길이에서 충분한 커플링이 이루어지도록 함으로써 광대역 특성을 확보하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 캐리어에 결합된 일례를 도시한 도면.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나는 다리부(250a)와 평판부(250b)를 가지는 캐리어(250)에 결합될 수 있으며, 제1 도전 부재(100)는 단말기의 기판(280)에 형성된 접지와 전기적으로 연결된다. 또한, 제2 도전 부재(102)는 단말기의 기판(280)에 형성된 급전 라인과 전기적으로 연결된다.
도 2에 도시된 캐리어(250)의 형태는 일 실시예에 불과하며 다양한 형태의 캐리어가 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나는 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재(300), 급전부와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재(302), 제1 도전 부재(300)로부터 연장되는 제3 도전부재(304)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나는 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302) 사이로 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302)로부터 돌출되는 다수의 제1 돌출부(400), 상기 제1 돌출부로부터 돌출되며, 제1 돌출부와 동일한 방향으로 돌출되는 다수의 제2 돌출부(410) 및 상기 제1 돌출부(400)로부터 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302)의 길이 방향으로 돌출되는 다수의 제3 돌출부(420)를 포함할 수 있다.
제2 실시예는 제1 실시예와 비교할 때 제3 돌출부(420)가 추가적으로 구비된다. 제2 실시예에서, 제3 돌출부(420)는 제2 돌출부(410)와 같이 제1 돌출부(400)로부터 돌출되되, 돌출 방향은 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302)의 길이 방향이다.
제1 실시예와 같이, 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302)는 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되며, 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302) 사이에는 진행파가 발생하고, 제1 도전 부재(300)는 접지와 전기적으로 연결되며, 제2 도전 부재(302)는 급전점과 전기적으로 연결된다.
제3 도전 부재(304)는 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재(300)로부터 연장되며, 제3 도전 부재(304)는 방사체로서 동작한다. 안테나의 방사 주파수는 제1 도전 부재(300) 및 제3 도전 부재(304)의 길이에 의해 정해진다.
제2 실시예에서 추가적으로 제1 돌출부(400)로부터 돌출되는 제3 돌출부(420)는 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302) 사이의 거리를 다양화하여 더욱 다양한 캐패시턴스 성분에 의한 전자기 결합을 가능하도록 하며 추가적인 제3 돌출부(420)에 의해 제1 도전 부재(300) 및 제2 도전 부재(302)의 전기적 길이를 증가시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 도전 부재(300)로부터의 제1 돌출부(400), 제2 돌출부(410) 및 제3 돌출부(420)와 제2 도전 부재(302)로부터의 제1 돌출부(400), 제2 돌출부(410) 및 제3 돌출부(420)는 교대로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 3 및 도 4에는 제1 돌출부(400), 제2 돌출부(410) 및 제3 돌출부(420)의 폭 및 길이가 동일한 경우가 도시되어 있으나 제1 돌출부(400), 제2 돌출부(410) 및 제3 돌출부(420)의 폭 및 길이가 부분적으로 변환될 수도 있을 것이다.
아울러, 제1 돌출부(400)에는 인접한 제3 돌출부와 마주보는 부분에 그루브(460)가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나가 캐리어에 결합된 일례를 도시한 도면.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나는 다리부(550a)와 평판부(550b)를 가지는 캐리어(550)에 결합될 수 있으며, 제1 도전 부재(300)는 단말기의 기판(580)에 형성된 접지와 전기적으로 연결된다. 또한, 제2 도전 부재(302)는 단말기의 기판(580)에 형성된 급전 라인과 전기적으로 연결된다.

Claims (9)

  1. 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재;
    급전점과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되는 제2 도전 부재; 및
    상기 제1 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제3 도전 부재;,
    상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 사이로 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재로부터 돌출되는 다수의 제1 돌출부; 및
    상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 돌출되는 제2 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 돌출부는 상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 상기 제1 돌출부와 동일한 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 돌출부의 폭은 상기 제1 돌출부보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 각각에는 마주보는 상대 도전 부재로부터 돌출되는 제2 돌출부에 상응하는 위치에 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 직사각형 형태인 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1 돌출부 및 제2 돌출부의 폭 및 길이는 부분적으로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  7. 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재;
    급전점과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되어 평행하게 형성되는 제2 도전 부재; 및
    상기 제1 도전 부재로부터 연장되며 RF 신호를 방사하기 위한 제3 도전 부재;,
    상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 사이로 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재로부터 돌출되는 다수의 제1 돌출부; 및
    상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 상기 제1 돌출부와 동일한 방향으로 돌출되는 제2 돌출부; 및
    상기 다수의 제1 돌출부 각각으로부터 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재의 길이 방향으로 돌출되는 제3 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부의 폭은 상기 제1 돌출부에 비해 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 돌출부에는 인접한 제3 돌출부와 마주보는 부분에 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 결합을 이용한 광대역 안테나.
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