KR101133626B1 - 이중대역 칩 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중대역 칩 안테나에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이중대역 칩 안테나는, 제1 급전 포트와 제1 접지 포트가 구비된 제1 안테나 소자; 및 제2 급전 포트와 제2 접지 포트가 구비된 제2 안테나 소자;를 포함하고, 상기 제1 및 제2 접지 포트는 상기 제1 및 제2 급전 포트 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중대역 칩 안테나{Dual band chip antenna}

본 발명은 이중대역 칩 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중 급전 포트를 통한 다중 커플링을 이용한 이중대역 칩 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신단말기, 휴대 단말기용 안테나로 헬릭스(Helix) 타입의 금속코일, PCB 타입 및 이를 혼용하는 타입을 대부분 사용하였으나 수년 전부터는 디자인을 고려한 내장형 안테나 즉 인테나(intenna)을 주로 사용하고 있다.

통상적인 개념의 "이동통신단말기"라 함은 사용자가 휴대하면서 상대방과 무선 통신을 수행할 수 있는 전자 장치를 의미한다. 이러한 휴대용 통신 장치는 휴대의 편의를 고려하여 소형화, 슬림화, 그립화 및 경량화가 되어가는 추세이다.

또한, 현재는 '울트라 슬림'이라는 용어가 나왔을 정도로 소비자들의 요구는 외형적으로 더욱 까다롭게 변하고 있으며, 내적으로는 보다 다양한 기능을 추구할 수 있는 멀티미디어화 방향으로 나아가고 있는 추세이다. 특히, 향후 휴대용 단말기는 다양한 멀티미디어 환경이나 인터넷 환경에 대한 적응은 물론 소형화, 경량화, 다기능, 다목적화가 필수적인 것으로 인식되고 있다.

한편, 최근 이동통신 및 위성통신의 급속한 발달로 정보화 사회에서 무선통신의 역할이 더욱 중요하게 되었다. 또한, 음성 위주의 협대역 통신으로부터 출발한 무선통신 기술은 인터넷, 멀티미디어와 같은 광대역 통신으로 빠르게 변화하고 있다. 이러한 무선통신의 기반을 형성하는 기술이 바로 안테나 기술이고, 안테나 성능이 통신의 질을 좌우하므로 안테나 성능 향상에 대한 중요도가 날로 증가하고 있다. 이하, 종래기술에 따른 칩 안테나와 이를 적용한 이동통신단말을 도 1 및 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 종래의 칩 안테나를 도시한 사시도이고, 도 2는 종래의 칩 안테나가 적용된 이동통신단말의 구성을 도시한 구성도이다.

종래의 칩 안테나(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 평판 직사각형의 방사패치(11)와, 상기 방사패치(11)를 접지시키는 접지핀(12)과, 상기 방사패치(11)에 급전하는 급전핀(13)과, 접지판(14)이 형성된 유전체 블록(15)을 포함한다.

상기 칩 안테나(10)는 이중대역 기능을 구현하기 위해 상기 방사패치(11) 내부에 U자형의 슬롯이 형성되고, 이 슬롯에 의해 방사패치 영역을 두 영역으로 구분하여 급전핀(13)을 통해 전류를 상기 슬롯을 따라 서로 다른 주파수 대역에서 공진되는 전기적 길이를 갖도록 유기시킴으로써 서로 다른 두 주파수 대역에서 동작하게 된다.

그런데, 종래의 칩 안테나(10)는 전류를 공급하는 급전핀(13)이 하나로 구성되어 있기 때문에, 이 칩 안테나(10)를 도 2에 도시된 이동통신단말에 적용시킬 경우 이동통신단말은 칩 안테나(10)로부터 주파수를 두 대역으로 분리시킬 수 있도록 다이플렉서(Diplexer) 또는 스위치와 같은 대역 분리기(21)를 갖추어야 했고, 이로 인해 이동통신단말을 소형화하기 어려운 문제점이 있을 뿐만 아니라, 이와 같은 분파 회로로 인해 이득의 손실을 가져오는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 칩 안테나가 한국공개특허 제2003-0082101호에 개시되어 있다.

상기 한국공개특허 제2003-0082101호에 개시된 칩 안테나는 칩 안테나의 급전핀을 이중 급전 포트로 형성하였다. 상기 이중 급전 포트는 두 급전 포트 사이에 전자기적 커플링을 형성하고, 커플링이 형성된 이중 급전 포트와 방사패치에 의하여 다수의 주파수 대역을 만족할 수 있도록 구현하였다.

상기한 칩 안테나가 이동통신단말에 적용되기 위해서는 각 대역을 담당하는 안테나 영역이 서로 영향을 미치지 않아야 하고, 이를 위해 격리도(isolation) 확보가 무엇보다 중요하다. 하지만, 상기 한국공개특허 제2003-0082101호에는 두 안테나 영역의 격리도를 확보할 수 있는 방안에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 격리도 확보를 통해 두 안테나 영역의 상호 영향을 줄일 수 있는 이중 급전 포트를 갖는 새로운 형태의 칩 안테나가 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이중 급전 포트를 통한 커플링 현상을 이용함으로써, 종래의 칩 안테나가 가지는 체적을 유지하면서도 이중대역 안테나를 구현하는 것이 가능하고, 각 안테나 영역 간의 격리도 특성을 향상시킬 수 있는 이중대역 칩 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중대역 칩 안테나는, 제1 급전 포트와 제1 접지 포트가 구비된 제1 안테나 소자; 및 제2 급전 포트와 제2 접지 포트가 구비된 제2 안테나 소자;를 포함하고, 상기 제1 및 제2 접지 포트는 상기 제1 및 제2 급전 포트 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는, 특정 주파수 대역에서 공진하는 안테나 패턴을 포함하고, 상기 안테나 패턴은 유전체로 이루어진 유전체 블록 상에 형성된다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 급전 포트는, 상기 제1 및 제2 접지 포트를 사이에 두고 상기 유전체 블록의 길이 방향에 대향되는 면에 형성된다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 접지 포트는 상기 제1 및 제2 급전 포트 사이에서 서로 교차되게 위치한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 안테나 패턴은, 상기 유전체 블록 상에 형성된 스트립 라인(strip line)으로 이루어진다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 서로 상이한 공진 주파수를 갖는 안테나이며, 상기 제1 안테나 소자는 제2 안테나 소자에 비해 상대적으로 저 주파수 대역 특성을 갖는 GPS 안테나이고, 상기 제2 안테나 소자는 제1 안테나 소자에 비해 상대적으로 고 주파수 대역 특성을 갖는 블루투스 또는 위성 DMB 안테나이다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는, 상기 제1 및 제2 급전 포트 사이에서의 전자기적 커플링을 통해 작동한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 급전 포트에 선택적으로 전력을 공급하여 대응하는 제1 및 제2 안테나 소자를 작동시킨다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는, Metal press, FPCB, Pad pringting, In molding 및 Sputtering 공정을 통해 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 이중 급전 포트를 통한 커플링 현상을 이용하여 종래의 칩 안테나가 가지는 체적을 유지하면서도 이중대역 안테나를 구현할 수 있기 때문에 안테나의 크기를 소형화할 수 있다. 또한, 이중대역 안테나의 각 안테나 영역 간의 격리도 특성을 확보하여 안테나 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 칩 안테나를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 칩 안테나가 적용된 이동통신단말의 구성을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역 칩 안테나의 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역 칩 안테나의 입체 형상으로 평면으로 도시한 전개도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역 칩 안테나와 메인보드가 연결되어 있는 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역 칩 안테나의 특성을 파악하기 위해 상기 이중대역 칩 안테나의 반사손실을 측정한 후, 그 결과를 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역 칩 안테나의 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역 칩 안테나의 입체 형상으로 평면으로 도시한 전개도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이중대역 칩 안테나(100)는, 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(120)와, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)의 안테타 패턴이 형성되며, 유전체 물질로 이루어진 유전체 블록(130)을 포함한다.

상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 단일의 유전체 블록(130) 상에 함께 형성되어, 서로 상이한 공진 주파수로 작동하는 이중대역 안테나를 구성한다. 즉, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)는 외부의 신호 회로와 개별적으로 연결되어 각각 해당되는 전기적 신호를 공급받아 서로 상이한 전자기파를 송신하거나, 외부로부터 각각 서로 다른 특정 주파수의 전자기파르ㄹ 수신하여 상기 신호 회로로 전달할 수 있는 이중대역 안테나 역할을 수행한다.

상기 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(120)는 각각 해당 소자와 연결되며, 전기적 신호를 공급받는 제1 및 제2 급전 포트(111, 121)와, 각각 해당 소자와 연결되며, 접지면과 연결되어 접지되는 제1 및 제2 접지 포트(112, 122)와, 각각 해당 소자의 특정 주파수 대역에서 공진하는 제1 및 제2 안테나 패턴(113, 123)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)에서 상기 제1 및 제2 접지 포트(112, 122)는 상기 제1 및 제2 급전 포트(111, 121) 사이에 위치한다.

구체적으로, 상기 유전체 블록(130)의 길이 방향에 대향되는 면에 상기 제1 및 제2 급전 포트(111, 121)가 각각 형성되고, 유전체 블록(130)의 가운데면에 제1 및 제2 접지 포트(112, 122)가 형성된다. 이 때, 상기 제1 및 제2 접지 포트(112, 122)는 서로 교차되게 위치하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1 및 제2 안테나 패턴(113, 123)은 해당되는 안테나 소자(110, 120)의 특정 주파수 대역에서 공진하는 스트립 라인(strip line)의 방사 패턴으로 형성되고, 각각의 급전 포트(111, 121) 및 접지 포트(112, 122)와 연결된다. 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 Metal press, FPCB, Pad pringting, In molding 및 Sputtering 공정을 통해 형성되고, 상기 유전체 블록(130) 상에 형성하여 고정한다.

상기 유전체 블록(130)은 유전체 물질로 이루어지며 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)를 기구적으로 지지해주는 역할을 수행한다. 유전체 블록(130)은 직육면체 형태를 이룰 수 있으며, 정면과 후면, 상부면와 하부면, 좌측면과 우측면에 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)의 안테나 패턴이 형성되게 된다. 유전체 블록(130)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 세라믹의 경우 유전율이 매우 높은 동시에 유전율을 용이하게 가변할 수 있는 장점이 있으며 온도 변화에 따른 안정도 역시 매우 높은 특성이 있기 때문에 초소형 안테나의 설계가 용이하다. 또한, 유전체 블록(130)은 세라믹 재질 이외에 폴리카보네이트(polycarbonate)가 이용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 유전체 블록(130)의 재질에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중대역 칩 안테나와 메인보드가 연결되어 있는 상태를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 이중대역 칩 안테나가 이동단말기에 장착되었을 때 메인보드(200)와 연결되는 것을 예시한 것으로, 상기 메인보드(200)는 이중대역 칩 안테나(100)의 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)에 각각 전력을 공급하는 제1 및 제2 급전 라인(114, 124)을 포함하고 있고, 이 제1 및 제2 급전 라인(114, 124)에 상기 제1 및 제2 급전 포트(111, 121)가 연결되어 전력을 공급받게 된다.

그리고, 상기 메인보드(200)는 이중대역 칩 안테나(100)의 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)를 접지하는 제1 및 제2 접지 라인(115, 125)을 포함하고 있고, 이 제1 및 제2 접지 라인(115, 125)에 상기 제2 및 제2 접지 포트(112, 122)가 연결되어 접지되게 된다.

위와 같은 구성을 통해 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)는 제1 및 제2 급전 포트(111, 121) 사이에서의 전자기적 커플링을 통해 작동한다. 상기 제1 및 제2 급전 포트(111, 121)에 선택적으로 전력을 공급하고, 전력이 공급된 급전 포트에 대응하는 안테나 소자를 작동시키는 것이다. 즉, 제1 안테나 소자(110)를 작동시키기 위해서는 제1 급전 라인(114)을 통해 제1 급전 포트(111)에 전력을 공급하고, 제1 급전 포트(111)로부터 전력을 공급받은 제1 안테나 소자(110)가 전력을 공급받지 않은 제2 안테나 소자(120)와 커플링하여 작동하게 된다.

반대로, 제2 안테나 소자(120)를 작동시키기 위해서는 제2 급전 라인(124)을 통해 제2 급전 포트(121)에 전력을 공급하고, 제2 급전 포트(121)로부터 전력을 공급받은 제2 안테나 소자(120)가 전력을 공급받지 않은 제1 안테나 소자(110)와 커플링하여 작동하게 된다.

여기서, 상기 제1 및 제2 접지 포트(112, 122)는 상기 제1 및 제2 급전 포트(111, 121) 사이에 위치하여 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)로부터 접지면을 경유해 유기되는 전류를 흡수하여, 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120) 간에 상호 유기되는 전류를 격리시키는 역할을 수행하여 안테나 소자 간에 격리도 특성을 향상시키도록 한다.

한편, 상기 제1 안테나 소자(110)는 제2 안테나 소자(120)에 비해 상대적으로 저 주파수 대역 특성을 갖는 GPS 안테나로 설계하고, 상기 제2 안테나 소자(120)는 제1 안테나 소자(1110)에 비해 상대적으로 고 주파수 대역 특성을 갖는 블루투스 또는 위성 DMB 안테나로 설계한다. 그러면, 격리도 특성에 영향을 크게 받는 저 주파수 대역의 GPS 안테나와 격리도 특성에 영향이 덜한 고 주파수 대역의 블루투스 또는 위성 DMB 안테나를 함께 공존시켜 GPS 안테나 측의 격리도 특성을 강화되도록 안테나 패턴을 설계함으로써, 격리도 특성에 영향을 크게 받는 GPS 안테나의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 이중대역 칩 안테나의 특성을 파악하기 위해 상기 이중대역 칩 안테나의 반사손실을 측정한 후, 그 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6을 참조하면, S33은 제1 안테나 소자의 반사손실을 나타내고, S44는 제2 안테나 소자의 반사손실을 나타내고, S34는 격리도를 나타낸다. 제1 안테나 소자는 GPS 안테나로 1.66 GHz의 주파수 대역을 갖고, 제2 안테나 소자는 블루투스 안테나로 2.83 GHz의 주파수 대역을 갖는다. 이 때, 격리도 특성에 영향을 크게 받는 제1 안테나 소자의 주파수 대역에서 격리도가 -21.206 dB로 매우 우수한 격리도 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 이중대역 칩 안테나 110 : 제1 안테나 소자
111 : 제1 급전 포트 112 : 제1 접지 포트
113 : 제1 안테나 패턴 120 : 제2 안테나 소자
121 : 제2 급전 포트 122 : 제2 접지 포트
123 : 제2 안테나 패턴 130 : 유전체 블록

Claims (14)

1. 제1 급전 포트와 제1 접지 포트가 구비된 제1 안테나 소자; 및
   제2 급전 포트와 제2 접지 포트가 구비된 제2 안테나 소자;를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 접지 포트는 상기 제1 및 제2 급전 포트 사이에서 서로 교차되게 위치하는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자는,
   특정 주파수 대역에서 공진하는 안테나 패턴을 포함하고,
   상기 안테나 패턴은 유전체로 이루어진 유전체 블록 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 급전 포트는,
   상기 제1 및 제2 접지 포트를 사이에 두고 상기 유전체 블록의 길이 방향에 대향되는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자의 안테나 패턴은,
   상기 유전체 블록 상에 형성된 스트립 라인(strip line)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자는 서로 상이한 공진 주파수를 갖는 안테나인 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 안테나 소자는 제2 안테나 소자에 비해 상대적으로 저 주파수 대역 특성을 갖는 안테나인 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 안테나 소자는 GPS 안테나인 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
9. 제6항에 있어서,
   상기 제2 안테나 소자는 제1 안테나 소자에 비해 상대적으로 고 주파수 대역 특성을 갖는 안테나인 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 안테나 소자는 블루투스 또는 위성 DMB 안테나인 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나 소자는,
    상기 제1 및 제2 급전 포트 사이에서의 전자기적 커플링을 통해 작동하는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 급전 포트에 선택적으로 전력을 공급하여 대응하는 제1 및 제2 안테나 소자를 작동시키는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나 소자는,
    Metal press, FPCB, Pad pringting, In molding 및 Sputtering 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.
14. 제1 급전 포트와 제1 접지 포트가 구비된 제1 안테나 소자; 및
    제2 급전 포트와 제2 접지 포트가 구비된 제2 안테나 소자;를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 안테나 소자에서, 상기 제1 및 제2 급전 포트가 연결된 안테나 패턴은 상기 제1 및 제2 접지 포트가 연결된 안테나 패턴과 일정 간격 이격되게 형성되고, 상기 제1 및 제2 접지 포트는 상기 제1 및 제2 급전 포트 사이에 위치하고,
    상기 제1 및 제2 안테나 소자는 각각의 제1 및 제2 급전 포트와 제1 및 제2 접지 포트가 연결된 안테나 패턴이 전자기적 커플링을 통해 작동하는 것을 특징으로 하는 이중대역 칩 안테나.

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