KR101099134B1 - 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나 - Google Patents

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Abstract

크기를 소형화하면서도 광대역 특성을 갖게 한 무선통신 안테나가 개시된다. 이를 위한, 무선통신 안테나는 제 유전체와, 상기 유전체 상에 형성된 복사패치를 포함하며, 상기 복사패치는, 옴(ohm)형상의 제1패턴부와, 직선형상의 제2패턴부를 포함하며, 상기 제1패턴부와 상기 제2패턴부는 상기 유전체의 가장자리의 적어도 일부를 따라 교번하여 연결된다. 이에 따라, 광대역 특성을 가지면서도 소형화될 수 있는 구조이므로 협소한 무선통신기기 내부에 용이하게 배치될 수 있다.

Description

옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나{Wireless communication antenna including radiation patch of ohm shape}
본 발명은 무선통신 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 대역의 주파수를 복사 또는 수신할 수 있는 무선통신 안테나에 관한 것이다.
안테나는 무선통신용의 송/수신기와 공간을 결합하는 중계장치이다. 안테나는 전기 에너지를 전파에너지로, 전파에너지를 전기에너지로 전환한다. 송신 안테나는 송신기(고주파 회로)로부터 전달된 전기 에너지(전력)를 전자파 에너지로 변환하여 공간에 복사한다. 그리고, 수신 안테나는 자유공간을 전송선로로 하여 전자파 에너지를 다시 전기적 에너지로 변환시켜서 수신기에 전달한다. 이러한 안테나는 이동통신, 근거리 통신 등의 무선통신의 활성화를 위한 주력 기술분야의 하나로서 스마트폰, 무선랜, UWB(Ultra Wide Band), 와이브로, Zigbee, Bluetooth 등에 널리 응용되고 있다.
개인 휴대통신 서비스, 근거리 무선 접속을 위한 무선 통신 기술에 사용되는 마이크로스트립 안테나는 평면 역 에프 안테나(PIFA:Planer Inverted-F Antenna)를 사용하는 것이 일반적이다. 종래의 평면 역 에프 안테나는 광대역화를 구현하면서 경박 단소한 기기에 실장될 수 있도록, 복사패치 부분을 미앤더(meander), 헬리컬, 폴디드 및 소형루프 등의 형태로 하는 것이 일반적이다.
한편, 무선 통신기기의 공간은 한정된 상태에서 무선 통신기기의 기능이 다양하게 요구됨으로써, 무선 통신기기 내의 부품들의 소형화가 더욱 요구되고 있다. 그러나, 전술한 종래의 평면 역 에프 안테나의 복사패치의 형상으로는 소형화를 구현하기 어려울 수 있으므로, 크기를 소형화함과 동시에 광대역 특성을 갖는 안테나의 개발이 요구된다.
본 발명은 크기를 소형화하면서도 광대역 특성을 갖게 한 무선통신 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나는, 유전체와, 상기 유전체 상에 형성된 복사패치를 포함하며, 상기 복사패치는, 옴(ohm)형상의 제1패턴부와, 직선형상의 제2패턴부를 포함하며, 상기 제1패턴부와 상기 제2패턴부는 상기 유전체의 가장자리의 적어도 일부를 따라 교번하여 연결된다.
본 발명에 따른 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나는 광대역 특성을 가지면서도 소형화될 수 있는 구조이므로 협소한 무선통신기기 내부에 용이하게 배치될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나의 평면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나의 저면도.
도 3은 도 1에 도시된 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나의 주파수에 대한 반사계수를 나타낸 그래프.
도 4는 도 1에 도시된 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나에 대한 임피던스 특성을 도시한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나의 수평평면상의 복사패턴을 측정하여 나타낸 도면.
도 6은 도 1에 도시된 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나의 수직평면상의 복사패턴을 측정하여 나타낸 도면.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나(100)는, 유전체(110)와, 유전체(110) 상에 형성된 복사패치(120)를 포함합니다.
유전체(110)는 다면체일 수 있다. 도면 상에서 유전체(110)는 직사각형인 것으로 도시하였으나 이에 한정하지는 않는다. 유전체(110)의 비유전율은 2 내지 120일 수 있다. 유전체(110)는 직사각형, 사각형, 및 다각형 중 선택된 어느 하나의 형상으로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무선통신 안테나(100)에 포함된 복사패치(120)는 제1패턴부(121)와 제2패턴부(122)를 포함한다. 제1패턴부(121)는 그리스어의 24번째 문자인 옴(Ω, ohm)형상으로 이루어진다. 제2패턴부(122)는 직선형상으로 이루어진다. 그리고, 제1패턴부(121)와 제2패턴부(122)는 유전체(110)의 가장자리의 적어도 일부를 따라 교번하여 연결된다. 예를 들어, 제1패턴부(121)와 제2패턴부(122)는 유전체(110)의 가장자리 전체를 따라 교번하여 연결하는 것도 가능하고, 제1패턴부(121)와 제2패턴부(122)는 유전체(110)의 가장자리의 전체의 반 정도의 길이를 따라 연결되는 것도 가능하다. 복사패치의 형상을 더욱 상세하게 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 제1패턴부(121)의 일단에 제2패턴부(122)의 일단이 형성되고, 상기 제2패턴부(122)의 타단에 다른 제1패턴부(121)의 일단이 형성된다.
본 발명의 무선통신 안테나(100)는, 상기와 같이 복사패치(120)가 다방향으로 동일한 전자기파가 발생되도록 설계됨으로써, 안테나 복사 특성이 향상될 수 있다.
한편, 전술한 무선통신 안테나(100)의 구조의 일예를 설명한다. 무선통신 안테나(100)는 지그(160, jig)와, 급전부(140)와, 연결부(150)를 포함할 수 있다.
지그(160)는 유전체(110)의 하면에 형성된다. 지그(160) 상에는 증폭부(Amplifier), 필터부(filter) 및 다양한 회로들이 배치될 수 있다. 지그(160)의 재질의 일예로 유리 에폭시(FR4)일 수 있다. 급전부(140)는 유전체(110)의 상면에 형성된다. 연결부(150)는 지그(160)와 급전부(140)를 전기적으로 연결한다. 연결부(150)의 일예로 관통비아(Via)일 수 있다. 여기서, 복사패치(120)는 급전부(140)로부터 직접 급전될 수 있다. 그러나, 복사패치(120)는 급전부(140)로부터 커플링(coupling) 급전되도록 형성되는 것도 가능하다.
한편, 무선통신 안테나(100)에서 유전체(110)의 가로는 9㎜ 내지 11㎜이고, 세로는 9㎜ 내지 11㎜이며, 두께는 0.7㎜ 내지 0.9㎜일 수 있다. 유전체(110)의 크기를 상기와 같은 범위로 제한하고, 유전체의 비유전율을 2 내지 14로 하는 경우, 본 발명의 무선통신 안테나(100)의 크기는 최소로 하면서 광대역 특성을 갖도록 할 수 있다. 이에 따라, 협소한 무선통신기기의 내부에 무선통신 안테나(100)가 용이하게 배치될 수 있다.
한편, 상기와 같은 구조로 이루어진 무선통신 안테나(100)는 고정부(130)를 더 포함할 수 있다. 고정부(130)는 유전체(110)의 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 고정부(130)는 무선통신 안테나(100)를 구성하는 일반적인 부품들이 유전체(110)에 결합될 수 있게 한다.
또한, 무선통신 안테나에(100)는 미도시된 튜닝부를 더 포함할 수 있다. 튜닝부는 무선통신 안테나(100)의 주파수 송수신 특성을 변경할 수 있게 한다. 이러한 튜닝부는 일반적인 무선통신 안테나에 포함되어 무선통신 안테나를 튜닝하는데 사용되는 것일 수 있다.
이하에서는 전술한 구조로 이루어진 무선통신 안테나의 주파수 특성을 설명한다. 여기서, 시뮬레이션 대상이 된 무선통신 안테나는 무선통신기기에 장착이 가능하도록 유전체의 재질은 유리 에폭시(FR4)로 하고, 유전체의 가로/세로/높이는 10㎜/10㎜/0.80㎜이 되게 하였다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선통신 안테나는 대략 2.34 ㎓(T1)에서 2.56 ㎓(T2)의 주파수 대역에서 안테나의 반사 손실이 -10dB이하로 유지되고, 대역폭은 220㎒임을 확인할 수 있다. 그리고, 무선통신 안테나의 특성 임피던스는 50Ω로 설계되었음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 무선통신 안테나를 적용하는 경우 대략 2.4㎓주파수 대역을 사용하는 무선랜(WLAN: wireless local area network), 산업과학의료(ISM : Industrial, Scientific and Medical Band)용 무선기기, 모바일 헬스 기기 등에 매우 적합하게 활용될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 전술한 튜닝부로 무선통신 안테나의 주파수 대역을 변경하여 와이브로(Wibro) 대역에 사용할 수 있게 하는 것도 가능하다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 무선통신 안테나의 수평평면상에서는 전방향에 대해 양호한 복사패턴을 나타냄을 알 수 있다. 도 5에 도시된 복사패턴 그래프에서 이득(Peak Gain)은 2.48 dBi이다. 그리고, 도 6을 참조하면, 안테나의 수직평면상에서는 상하측 보다 좌우측으로 상대적으로 전계(electric field)가 강하게 분포됨을 알 수 있다. 도 6에 도시된 복사패턴 그래프에서 이득(Peak Gain)은 5 dBi이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 무선통신 안테나 110: 유전체
120: 복사패치 121: 제1패턴부
122: 제2패턴부 130: 고정부
140: 급전부 150: 연결부
160: 지그

Claims (3)

  1. 유전체와, 상기 유전체 상에 형성된 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나에 있어서,
    상기 복사패치는,
    옴(Ω, ohm)형상의 제1패턴부와, 직선형상의 제2패턴부를 포함하며,
    상기 제1패턴부와 상기 제2패턴부는 상기 유전체의 가장자리를 따라 교번하여 연결되고,
    상기 유전체의 하면에 형성된 지그;
    상기 유전체의 상면에 형성된 급전부; 및
    상기 지그와 급전부를 전기적으로 연결하는 연결부;를 포함하며,
    상기 복사패치는 상기 급전부로부터 커플링(coupling) 급전되는 것을 특징으로 하는 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전체의 가로는 9㎜ 내지 11㎜이고, 세로는 9㎜ 내지 11㎜이며, 두께는 0.7㎜ 내지 0.9㎜인 것을 특징으로 하는 옴형상의 복사패치를 포함하는 무선통신 안테나.
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