KR101166088B1 - 멀티 밴드 안테나 장치 - Google Patents

멀티 밴드 안테나 장치 Download PDF

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KR101166088B1 KR1020100091705A KR20100091705A KR101166088B1 KR 101166088 B1 KR101166088 B1 KR 101166088B1 KR 1020100091705 A KR1020100091705 A KR 1020100091705A KR 20100091705 A KR20100091705 A KR 20100091705A KR 101166088 B1 KR101166088 B1 KR 101166088B1
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Abstract

멀티 밴드 안테나 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 장치는, 기판 상에 제1 안테나를 루프 타입으로 형성하고, 제2 안테나를 모노폴 타입으로 형성하여, 제1 안테나의 방사 패턴과 제2 안테나의 방사 패턴이 서로 수직하게 형성되도록 한다. 이 경우, 제1 안테나와 제2 안테나 간의 간섭을 최소화 할 수 있게 된다.

Description

멀티 밴드 안테나 장치{MULTI BAND ANTENNA}
본 발명의 실시예는 멀티 밴드 안테나 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나 장치의 크기를 소형화하고, 안테나 상호 간의 주파수 간섭을 최소화 할 수 있는 멀티 밴드 안테나 장치에 관한 것이다.
최근 IT(Information Technology) 기술이 비약적으로 발전하면서, 무선 통신을 통해 여러 가지 서비스를 제공하는 PCS(Personal Communication Service), PDA(Personal Digital Assistant), GPS(Global Positioning System), 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 모바일폰 등 다양한 이동통신 단말기가 개발되고 있다.
이러한 이동통신 단말기는 단순한 음성 통화 뿐만 아니라 GPS(Global Positioning System), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 데이터 통신, 인터넷, 인증, 결제, MP3, FM 라디오 수신 등 다양한 기능을 수행하도록 제조되고 있다.
이를 위해, 이동통신 단말기에 장착되는 안테나 역시 기존의 단일 주파수 대역을 송수신할 수 있는 안테나에서 다중 주파수 대역을 송수신할 수 있는 안테나가 요구되고 있다. 이 경우, 이동통신 단말기의 내부 공간에 두 개 이상의 안테나가 근접하여 존재하게 되므로, 안테나 상호 간에 간섭이 발생하여 안테나 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 이동통신 단말기는 소비자의 요구로 인해 점점 더 소형화 및 경량화되어 가고 있다. 따라서, 이동통신 단말기의 디자인에 영향을 미치지 않고, 이동통신 단말기의 소형화 및 경량화에 부합되는 안테나의 개발이 요구된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송수신하는 안테나 상호 간의 간섭을 최소화하는 멀티 밴드 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 안테나들의 전기적 길이를 줄여 안테나 장치를 소형화 할 수 있는 멀티 밴드 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들에 의한 다른 기술적 해결 과제는 하기의 설명에 의해 이해될 수 있으며, 이는 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 장치는, 기판; 상기 기판 상에 상호 이격되어 형성되는 제1 급전 단자, 제2 급전 단자, 및 접지 단자; 일단이 상기 제1 급전 단자와 연결되고, 타단이 상기 접지 단자와 연결되어 형성되는 제1 안테나; 및 상기 제1 안테나의 주파수 대역과 다른 주파수 대역의 신호를 송수신하고, 일단이 상기 제2 급전 단자와 연결되는 제2 안테나를 포함하며, 상기 제1 안테나는 루프 타입으로 형성되고, 상기 제2 안테나는 모노폴 타입으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 하나의 기판 상에서 제1 안테나의 방사 패턴과 제2 안테나의 방사 패턴이 서로 수직하게 형성되도록 함으로써, 안테나 상호 간의 간섭을 최소화 할 수 있게 된다.
그리고, 기판의 상부에 제1 안테나 및 제2 안테나를 덮으면서 페라이트 시트를 형성함으로써, 안테나들의 전기적 길이를 줄일 수 있으며, 그로 인해 안테나 장치를 소형화 할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 장치가 이동통신 단말기에 장착되는 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 안테나의 인식 거리를 측정한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나의 반사 손실(Return Loss)을 나타낸 그래프.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 멀티 밴드 안테나 장치의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 멀티 밴드 안테나 장치(100)는 기판(102), 제1 급전 단자(104), 제2 급전 단자(106), 접지 단자(108), 제1 안테나(110), 제2 안테나(112), 및 패치(114)를 포함한다.
상기 기판(102)은 일반적인 PCB(Printed Circuit Board) 기판을 사용할 수도 있고, 유연성이 있는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 기판을 사용할 수도 있다. 상기 기판(102)의 상부면에는 상기 제1 급전 단자(104), 상기 제2 급전 단자(106), 및 상기 접지 단자(108)가 상호 이격하여 형성된다.
상기 제1 안테나(110)는 제1 주파수 대역(예를 들어, 13.56 MHz)의 신호를 송수신한다. 상기 제1 안테나(110)는 상기 기판(102)의 상부면에 루프(Loop) 타입으로 형성된다. 이때, 상기 제1 안테나(110)의 일단은 상기 제1 급전 단자(104)와 연결되고, 상기 제1 안테나(110)의 타단은 상기 접지 단자(108)와 연결된다. 예를 들어, 상기 제1 안테나(110)를 13.56 MHz 대역에서 사용하는 경우, RFID 통신을 수행할 수 있게 된다.
상기 제2 안테나(112)는 상기 제1 주파수 대역과는 다른 주파수 대역인 제2 주파수 대역(예를 들어, 86 ~ 108 MHz)의 신호를 송수신한다. 상기 제2 안테나(112)는 상기 기판(102)의 상부면에 모노폴(Monopole) 타입으로 형성된다. 상기 제2 안테나(112)의 일단은 상기 제2 급전 단자(106)와 연결되고, 상기 제2 안테나(112)의 타단은 상기 패치(114)와 연결된다.
상기 제2 안테나(112)의 타단이 상기 패치(114)와 연결됨으로써, 상기 제2 안테나(112)의 체적의 증가로 인해 해당 주파수 대역에서 안테나 게인(Gain)이 증가하게 된다. 즉, 상기 제2 안테나(112)의 타단을 상기 패치(114)와 연결하여 안테나 게인을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 제2 안테나(112)의 타단을 상기 패치(114)와 연결하는 것이 필수적인 것은 아니며, 상기 제2 안테나(112)의 타단을 상기 패치(114)와 연결하지 않을 수도 있다.
이때, 상기 제2 안테나(112)는 루프 형태인 제1 안테나(110)의 내측에 형성되게 된다. 또한, 상기 제2 안테나(112)는 맴돌이 형상으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 좁은 면적에서도 해당 주파수 대역을 송수신하는 안테나를 구현할 수 있어 멀티 밴드 안테나 장치(100)를 소형화 할 수 있게 된다. 그러나, 상기 제2 안테나(112)가 맴돌이 형상에 한정되는 것은 아니며, 좁은 면적에서 해당 주파수 대역을 송수신할 수 있는 안테나를 구현할 수 있는 형상(예를 들어, 스파이럴 또는 미앤더 형상 등)이면 어느 것이나 가능하다.
상기 제2 안테나(112)를 86 ~ 108 MHz 대역에서 사용하는 경우, FM 라디오 방송을 수신할 수 있게 된다.
여기서, 상기 제1 안테나(110)를 루프 타입으로 형성하고, 상기 제2 안테나(112)를 모노폴 타입으로 형성함으로써, 상기 제1 안테나(110)와 상기 제2 안테나(112) 간의 상호 간섭을 최소화 할 수 있게 된다. 구체적으로, 상기 제1 안테나(110)를 루프 타입으로 형성하는 경우 상기 제1 안테나(110)의 방사 패턴은 예를 들어, 자계 방향의 수평 편파로 나타나고, 상기 제2 안테나(112)를 모노폴 타입으로 형성하는 경우 상기 제2 안테나(112)의 방사 패턴은 예를 들어, 전계 방향의 수직 편파로 나타나게 된다.
이와 같이, 상기 제1 안테나(110)의 방사 패턴과 상기 제2 안테나(112)의 방사 패턴이 서로 수직하게 나타나기 때문에, 상기 제1 안테나(110)와 상기 제2 안테나(112) 상호 간의 간섭을 최소화 할 수 있게 된다.
한편, 상기 기판(102)의 상부에 고 유전율 및 고 투자율을 가지는 페라이트 시트(Ferrite Sheet)(미도시)를 형성할 수도 있다. 이때, 상기 페라이트 시트는 상기 제1 안테나(110), 상기 제2 안테나(112), 및 상기 패치(114)를 덮으며 형성되게 된다. 여기서, 상기 페라이트 시트는 양면 테이프 등을 이용하여 상기 기판(102) 상부에 부착할 수 있다.
이와 같이, 상기 기판(102)의 상부에 고 유전율 및 고 투자율의 페라이트 시트를 형성하면, 상기 제1 안테나(110) 및 상기 제2 안테나(112)의 전기적 길이를 감소시킬 수 있기 때문에, 상기 멀티 밴드 안테나 장치(100)의 크기를 소형화 할 수 있게 된다. 이하에서는 이러한 사실에 대해 살펴보기로 한다. 일반적으로 안테나의 전기적 길이는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010060803091-pat00001
여기서, λ는 안테나가 송수신하는 신호의 파장, λ0는 자유 공간에서의 신호의 파장, εr은 페라이트 시트의 비유전율, μr은 페라이트 시트의 비투자율을 나타낸다.
상기 수학식 1에 의하면, 안테나의 전기적 길이는 페라이트 시트의 비유전율 및 비투자율이 클수록 짧아지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 고 유전율 및 고 투자율의 페라이트 시트를 사용하면, 상기 제1 안테나(110) 및 상기 제2 안테나(112)의 전기적 길이를 줄일 수 있으며, 그로 인해 상기 멀티 밴드 안테나 장치(100)의 크기를 소형화 할 수 있게 된다. 한편, 상기 페라이트 시트의 비유전율이 클수록 상기 안테나가 송수신하는 주파수 대역폭이 좁아지게 되므로, 상기 페라이트 시트의 비유전율 및 비투자율을 적절히 조절해야 한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 제1 주파수 대역을 송수신하는 제1 안테나(110)와 제2 주파수 대역을 송수신하는 제2 안테나(112) 간의 간섭을 최소화 할 수 있기 때문에 각 주파수 대역에 따른 통신 서비스를 동시에 제공할 수 있게 된다. 그리고, 멀티 밴드 안테나 장치(100)의 크기를 소형화 할 수 있기 때문에 이동통신 단말기의 소형화 및 경량화 요구에 부응할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 밴드 안테나 장치가 이동통신 단말기에 장착되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 멀티 밴드 안테나 장치(100)는 이동통신 단말기의 리어 케이스(Rear Case)(202) 상단에 장착된다. 그리고, 상기 리어 케이스(202)의 하단에는 배터리(206)가 장착된다. 상기 멀티 밴드 안테나 장치(100)는 기판(102) 상에 제1-1 급전단자(208), 제2-1 급전단자(210), 및 제1 접지단자(212)가 상호 이격하여 형성되고, 루프 타입의 제1 안테나(110)가 상기 제1-1 급전단자(208) 및 상기 제1 접지단자(212)와 연결되어 형성되며, 모노폴 타입의 제2 안테나(112)가 상기 제2-1 급전단자(210)와 연결되어 형성된다.
여기서, 상기 제1-1 급전단자(208), 제2-1 급전단자(210), 및 제1 접지단자(212)는 메인 보드(218)의 상부면에 형성된 제1-2 급전단자(226), 제2-2 급전단자(228), 및 제2 접지단자(230)와 각각 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 메인 보드(218)의 상부면을 상기 리어 케이스(202)로 향하게 한 후, C-클립을 이용하여 상기 각 단자들을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 메인 보드(218)에는 접지 영역(220)이 형성되며, 상기 접지 영역(220)에는 상기 제1 안테나(110)의 송수신을 제어하는 제1 반도체 칩(222) 및 상기 제2 안테나(112)의 송수신을 제어하는 제2 반도체 칩(224)이 형성된다. 이때, 상기 제1 반도체 칩(222)은 상기 제1-2 급전단자(226) 및 상기 제2 접지단자(230)와 연결되고, 상기 제2 반도체 칩(224)은 상기 제2-2 급전단자(228)와 연결된다.
예를 들어, 상기 제1 안테나(110)가 13.56 MHz 대역의 신호를 송수신하는 경우 상기 제1 반도체 칩(222)은 RF 칩을 사용할 수 있고, 상기 제2 안테나(112)가 86 ~ 108 MHz 대역의 신호를 송수신하는 경우 상기 제2 반도체 칩(224)은 FM 칩을 사용할 수 있다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 기판(102) 상부에 상기 제1 안테나(110) 및 상기 제2 안테나(112)를 감싸며 페라이트 시트(250)를 더 형성할 수도 있다. 이 경우, 앞에서 살펴본 바와 같이 상기 멀티 밴드 안테나 장치(100)의 크기를 소형화 할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 안테나의 인식 거리를 측정한 그래프이다. 여기서, 제1 안테나는 13.56 MHz 대역의 신호를 송수신하는 경우를 나타내었다. 이 경우, 제1 안테나는 무선 주파수 식별 통신용으로 사용되게 된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 안테나는 ISO/IEC 15408 EAL4 스펙(Spec)의 인식 거리인 100 mm를 만족하는 것을 볼 수 있다. 즉, 제1 안테나는 해당 주파수 대역에서 인식 거리가 100 mm를 초과하여 나타나는 것을 볼 수 있으며, 이를 통해 ISO/IEC 15408 EAL4 스펙(Spec)을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나의 반사 손실(Return Loss)을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제2 안테나는 86 ~ 108 MHz 대역의 신호를 송수신하는 경우를 나타내었다. 이 경우, 제2 안테나는 FM 라디오 방송 수신용으로 사용되게 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나가 해당 주파수 대역인 86 ~ 108 MHz 대역에서 공진이 발생하는 것을 볼 수 있으며, 그로 인해 FM 주파수 대역에서 정상적으로 동작함을 확인할 수 있다.
표 1은 종래의 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나의 수신 강도를 비교한 표이다. 동서남북의 방향에서 안테나의 수신강도를 다섯 차례 측정하였다. 여기서, 강전계는 실외에서 측정한 수신강도, 중전계는 건물 내에서 측정한 수신강도, 약전계는 지하에서 측정한 수신강도를 나타낸다.
수신 방향
종래의 안테나 본 발명의 제2 안테나
강전계 중전계 약전계 강전계 중전계 약전계
20 15 9 20 17 11
20 15 9 20 17 12
20 15 7 20 18 11
20 12 7 20 18 10
20 15 8 20 17 11
20 15 8 20 16 10
20 15 8 20 18 10
20 15 8 20 16 13
20 12 9 20 18 12
20 15 7 20 16 12
20 15 9 20 17 13
20 15 7 20 17 11
20 15 7 20 17 10
20 12 8 20 18 10
20 15 8 20 16 11
20 15 8 20 16 10
20 14 9 20 17 12
20 16 9 20 17 11
20 14 7 20 18 11
20 13 7 20 16 10
Total 100% 72% 40% 100% 86% 55%
표 1을 참조하면, 종래의 안테나의 경우 중전계 및 약전계에서의 수신 강도가 강전계에서의 수신 강도의 72% 및 40%인 것을 알 수 있다. 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나의 경우 중전계 및 약전계에서의 수신 강도가 강전계에서의 수신 강도의 86% 및 55%로 그 성능이 우수함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 서로 다른 주파수 대역을 가지는 안테나 간의 간섭을 최소화 하면서 안테나 장치를 소형화 할 수 있음과 동시에, 각 안테나들의 성능 및 특성이 정상적인 수준(또는 그 이상의 수준)을 유지하는 것을 볼 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 멀티 밴드 안테나 장치 102 : 기판
104 : 제1 급전 단자 106 : 제2 급전 단자
108 : 접지 단자 110 : 제1 안테나
112 : 제2 안테나 114 : 패치
202 : 리어 케이스
206 : 배터리 208 : 제1-1 급전단자
210 : 제2-1 급전단자 212 : 제1 접지단자
218 : 메인 보드 220 : 접지 영역
222 : 제1 반도체 칩 224 : 제2 반도체 칩
226 : 제1-2 급전단자 228 : 제2-2 급전단자
230 : 제2 접지단자

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 상호 이격되어 형성되는 제1 급전 단자, 제2 급전 단자, 및 접지 단자;
    일단이 상기 제1 급전 단자와 연결되고, 타단이 상기 접지 단자와 연결되어 형성되는 제1 안테나; 및
    상기 제1 안테나의 주파수 대역과 다른 주파수 대역의 신호를 송수신하고, 일단이 상기 제2 급전 단자와 연결되는 제2 안테나를 포함하며,
    상기 제1 안테나는 루프 타입으로 형성되고, 상기 제2 안테나는 모노폴 타입으로 형성되어, 상기 제1 안테나의 방사 패턴과 상기 제2 안테나의 방사 패턴이 서로 수직하게 형성되는, 멀티 밴드 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 밴드 안테나 장치는,
    상기 제2 안테나의 타단에 연결되어 형성되는 패치를 더 포함하는, 멀티 밴드 안테나 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 밴드 안테나 장치는,
    상기 기판의 상부에서 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 덮으며 형성되는 페라이트 시트를 더 포함하는, 멀티 밴드 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 FPCB 인, 멀티 밴드 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나는,
    맴돌이 형상으로 이루어진, 멀티 밴드 안테나 장치.
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