KR101209620B1

KR101209620B1 - 안테나

Info

Publication number: KR101209620B1
Application number: KR1020110053810A
Authority: KR
Inventors: 류병훈; 성원모; 한경남; 이경호
Original assignee: 주식회사 이엠따블유
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-07

Abstract

안테나가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는, 기판의 일면에 급전 선로가 형성되고, 기판의 타면에 형성된 접지면에 급전 선로와 교차하여 슬릿이 형성되며, 슬릿의 양단에 슬롯이 형성된다. 여기서, 급전 선로와 슬릿 사이에 커플링이 발생하며, 커플링에 의해 발생된 전류는 슬릿의 중심에서 슬릿의 양단에 형성된 슬롯으로 분배되어 방사된다.

Description

안테나{ANTENNA}

본 발명의 실시예는 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 기기 내에 내장되는 안테나에 관한 것이다.

안테나는 무선 기기에서 신호를 송수신하는 역할을 하며, 무선 통신의 품질을 결정하는 핵심 소자이다. 최근, IT 기술이 발전함에 따라 무선 기기가 소형화 및 경량화되어 가고 있으며, 이러한 추세에 부응하기 위해 무선 기기에 장착되는 안테나도 외장형 안테나에서 내장형 안테나로 많이 대체되고 있다. 또한, 더 나아가, 내장형 안테나를 적용한 상태에서 무선 기기의 크기를 더 줄이고, 경량화하기 위해 내장형 안테나의 성능을 유지하거나 더 높이면서도 구성을 더 단순화시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명의 실시예들은 안테나의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 안테나를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는, 기판; 상기 기판의 일면에 형성된 급전 선로; 상기 기판의 타면에 형성된 접지면; 상기 접지면에 상기 급전 선로와 교차되게 형성되는 슬릿; 및 상기 접지면에 상기 슬릿과 연결되어 형성된 하나 이상의 슬롯을 포함한다.

본 발명의 실시예들은 기판의 일면에 급전 선로를 형성하고 기판의 타면에 급전 선로와 교차되게 슬릿을 형성하며 슬릿의 양단에 슬롯을 형성함으로써, 급전 선로와 슬릿 사이의 커플링에 의한 전류가 슬릿의 양단에 형성된 슬롯으로 분배되어 방사될 수 있도록 할 수 있다. 이때, 급전 선로와 슬릿을 수직하게 교차시키면 커플링의 세기를 극대화 할 수 있고, 슬롯에서 방사의 세기를 최대화 할 수 있게 된다. 그로 인해 안테나의 이득 및 안테나 효율 등 안테나 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 일반적인 슬롯 안테나의 방사 패턴이 형성되는 방향과는 다른 방향으로 방사 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 일반적인 슬롯 안테나를 통해서는 구현할 수 없는 방향으로 안테나 지향성을 가지도록 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 전면 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 배면 사시도.
도 3은 도 1에서 I-I' 부분을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 선로와 슬릿이 비스듬하게 교차하는 경우를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 선로와 슬릿이 수직하게 교차하는 경우를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 전류 분포 특성을 나타낸 도면.
도 7은 일반적인 슬롯 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사 손실(S 11)을 나타낸 그래프.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 안테나의 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시 예에 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 안테나의 전면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 배면 사시도이며, 도 3은 도 1에서 I-I' 부분을 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 안테나(100)는 기판(102), 접지면(104), 급전 선로(106), 개방 스터브(108), 슬릿(Slit)(110), 및 슬롯(Slot)(112)을 포함한다.

기판(102)은 예를 들어, 일정 유전율을 갖는 유전체로 이루어질 수 있다. 여기서, 기판(102)의 유전율 및 두께에 따라 안테나(100)의 공진 주파수가 달라지게 된다. 기판(102)의 일면에는 급전 선로(106) 및 개방 스터브(108)가 형성된다.

접지면(104)은 기판(102)의 타면에 형성된다. 접지면(104)은 도전성 재질로 이루어지며, 접지면(104)의 일부가 제거되어 슬릿(110) 및 슬롯(112)이 형성된다.

급전 선로(106)는 기판(102)의 일면에 일정 길이를 가지고 형성되는데, 임피던스 정합을 위해 50 Ω 선로가 되도록 그 길이를 조정할 수 있다. 급전 선로(106)는 예를 들어, 기판(102)의 일면에 기판(102)의 세로 길이(즉, y축 방향)를 따라 형성될 수 있다. 급전 선로(106)는 급전 선로(106)의 일단에 형성된 급전 포인트(109)에서 전력을 공급받아 급전 기능을 수행하게 된다.

개방 스터브(108)는 급전 선로(106)의 타단에 급전 선로(106)와 연결되어 형성된다. 개방 스터브(108)는 예를 들어, λ/4의 길이를 갖고 형성될 수 있다. 여기서, λ는 안테나(100)의 공진 주파수에 따른 파장을 나타낸다. 개방 스터브(108)를 λ/4의 길이로 형성함으로써, 안테나(100)의 공진 주파수에 대한 주파수 튜닝을 수행할 수 있게 된다.

슬릿(110)은 접지면(104)에서 급전 선로(106)와 교차하여 형성된다. 이때, 슬릿(110)은 기판(102)의 두께를 사이에 두고 급전 선로(106)와 이격하여 형성되는데, 이를 통해 슬릿(110)과 급전 선로(106) 사이에 커플링이 발생하게 된다. 여기서, 슬릿(110)을 급전 선로(106)와 직교하여 형성하는 경우, 슬릿(110)과 급전 선로(106) 사이에 발생하는 커플링의 세기를 최대화 할 수 있게 된다. 예를 들어, 슬릿(110)을 기판(102)의 가로 길이(즉, x축 방향)를 따라 형성하여 기판(102)의 세로 길이(즉, y축 방향)를 따라 형성된 급전 선로(106)와 서로 수직하게 교차시키는 경우, 슬릿(110)과 급전 선로(106) 사이에 발생하는 커플링의 세기를 최대화 할 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

슬릿(110)은 급전 선로(106)로부터 커플링에 의해 급전 받는 커플링 포인트(P)를 포함한다. 커플링 포인트(P)는 슬릿(110)과 급전 선로(106)가 교차하는 부분에 형성될 수 있다. 슬릿(110)은 예를 들어, 커플링 포인트(P)를 중심으로 양측으로 동일한 길이로 형성될 수 있다. 이때, 슬릿(110)은 커플링 포인트(P)를 중심으로 양측으로 각각 λ/4의 길이로 형성할 수 있다. 슬릿(110)을 커플링 포인트(P)를 중심으로 양측으로 각각 λ/4의 길이로 형성함으로써, 안테나(100)의 공진 주파수에 대한 주파수 튜닝을 수행할 수 있게 된다. 한편, 슬릿(110)의 길이에 따라 안테나(100)의 공진 주파수가 달라지게 된다.

슬롯(112)은 접지면(104)에서 슬릿(110)의 양단에 각각 형성될 수 있다. 여기서는 슬롯(112)이 슬릿(110)의 양단에 각각 형성되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 슬롯(112)이 슬릿(110)의 일단에만 형성될 수도 있다. 슬롯(112)이 슬릿(110)과 연결되어 형성됨으로써, 슬롯(112)은 슬릿(110)에 의한 개방부를 가지게 되는데, 이 경우 슬롯(112)에서 방사(Radiation)가 보다 원활히 이루어지게 된다.

슬롯(112)은 예를 들어, 원형의 개구를 갖도록 형성할 수 있다. 이 경우, 슬롯(112)에서 전류의 흐름을 원활히 할 수 있다. 그러나, 슬롯(112)에 의한 개구의 형상이 원형에 한정되는 것은 아니며, 그 이외의 다양한 형상으로 형성할 수 있다. 여기서, 슬롯(112)의 크기에 따라 안테나(100)의 공진 주파수가 달라지게 된다.

이와 같이 구성된 안테나(100)에 있어서, 급전 포인트(109)로부터 급전 선로(106)로 전류가 공급되면, 공급된 전류는 개방 스터브(108)에서 반사되어 커플링에 의해 슬릿(110)으로 급전된다. 그리고, 커플링에 의해 슬릿(110)으로 급전된 전류는 커플링 포인트(P)를 중심으로 슬릿(110)의 양단으로 공급된다. 이때, 커플링에 의해 슬릿(110)으로 급전된 전류는 커플링 포인트(P)를 중심으로 1/2씩 분배되어 슬롯(112)으로 유입되게 된다. 여기서, 슬릿(110)은 급전 선로(106)로부터 전류를 커플링 급전 받아 슬롯(112)으로 전달하는 전류 통로 역할을 하게 된다.

슬롯(112)으로 유입된 전류는 슬롯(112)의 둘레를 따라 흐르게 되며, 이때 슬롯(112)에서 방사가 일어나게 된다. 여기서, 슬롯(112)의 개구를 원형으로 형성하면 슬롯(112)에서 전류의 흐름이 원활하게 되어 방사가 원활히 일어나게 된다. 이 경우, 슬롯(112)을 통해 전류가 방사됨으로써, 안테나(100)의 공진 주파수 대역에서 주파수 대역폭을 확장시킬 수 있게 된다. 즉, 전류가 일정 크기를 갖는 슬롯(112)의 둘레를 따라 흐르면서 방사되기 때문에, 안테나(100)의 공진 주파수 대역에서 주파수 대역폭을 넓힐 수 있게 된다.

그리고, 슬롯(112)의 일 부분이 슬릿(110)에 의해 개방되어 있기 때문에, 하나의 슬롯(112)에서 슬릿(110)을 통해 다른 슬롯(112) 방향으로 전류의 흐름이 발생하여 전류의 흐름을 보다 원활하게 할 수 있게 된다. 이 경우, 슬릿(110)을 통해서도 방사가 일어나기 때문에 방사 빔의 세기를 크게 하여 안테나(100)의 성능(예를 들어, 안테나 이득 및 안테나 효율)을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 안테나(100)에서는 슬롯(112) 및 슬릿(110)이 신호를 송수신하는 방사체 기능을 수행하게 된다.

여기서, 안테나(100)의 공진 주파수와 주파수 대역폭은 기판(102)의 두께와 유전율, 슬릿(110)의 길이, 및 슬롯(112)의 크기에 의해 결정된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(100)는 기판(102)을 사이에 두고 급전 선로(106)와 슬릿(110) 사이에 커플링이 발생하게 되는데, 이때 커플링의 세기는 슬릿(110)과 급전 선로(106)의 교차하는 각도에 따라 달라지게 된다. 즉, 급전 포인트(109)로부터 급전 선로(106)로 전류가 공급되면, 공급된 전류는 급전 선로(106)를 따라 진행하다가 개방 스터브(108)에서 반사되어 나와 슬릿(110)과 커플링을 형성하게 된다. 이때, 급전 선로(106)와 슬릿(110)의 교차 각도에 따라 커플링의 세기가 달라지게 되며, 커플링의 세기에 따라 슬롯(112)에서 방사되는 방사 빔의 세기도 달라지게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 선로와 슬릿이 비스듬하게 교차하는 경우를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 슬릿(110)이 급전 선로(106)와 비스듬하게 교차하도록 형성한 경우, 커플링에 의해 커플링 포인트(P)를 중심으로 슬릿(110)의 좌측단으로 흐르는 전류(I1)는 급전 포인트(109)에서 개방 스터브(108)로 향하는 전류(I2)와 충돌하여 커플링의 양이 줄어들게 된다. 그리고, 커플링에 의해 커플링 포인트(P)를 중심으로 슬릿(110)의 우측단으로 흐르는 전류(I3)는 개방 스터브(108)에서 반사되어 나오는 전류(I4)와 충돌하여 커플링의 양이 줄어들게 된다.

반면에, 도 5와 같이 슬릿(110)이 급전 선로(106)와 수직하게 교차하도록 형성한 경우는, 커플링에 의해 커플링 포인트(P)를 중심으로 슬릿(110)의 양단으로 흐르는 전류(I1, I3)가 각각 급전 포인트(109)에서 개방 스터브(108)로 향하는 전류(I2) 및 개방 스터브(108)에서 반사되어 나오는 전류(I4)의 영향을 받지 않기 때문에 커플링의 세기를 극대화 할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 전류 분포 특성을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 안테나(100)에서 전류가 슬롯(112)의 둘레를 따라 흐르는 것을 볼 수 있다. 그리고, 하나의 슬롯(112)에서 슬릿(110)을 통해 다른 슬롯(112)으로 전류가 흐르는 것을 볼 수 있다. 이때, 슬롯(112) 및 슬릿(110)에서 방사가 원활하게 이루어져 안테나(100)가 안테나로서의 기능을 할 수 있음을 알 수 있다.

도 7은 일반적인 슬롯 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 일반적인 슬롯 안테나는 슬롯에서 상부로 수직한 방향(즉, 기판의 상부 방향)으로 방사 패턴이 형성되는 것을 볼 수 있다. 그리고, 방사 패턴은 한 방향에서만 피크 게인(Peak Gain)이 나타나는 것을 볼 수 있다.

반면에, 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 전류가 슬릿(110)의 중앙에서 슬릿(110)의 양단에 형성된 슬롯(112)으로 유입되어 슬롯(112)을 따라 분포하기 때문에, 슬릿(110)의 중앙에서 각 슬롯(112)의 방향(즉, 기판의 양 측면 방향)으로 방사 패턴이 형성되는 것을 볼 수 있으며, 방사 패턴은 양 방향에서 피크 게인이 나타나는 것을 볼 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 안테나에 의하면 일반적인 슬롯 안테나의 방사 패턴이 형성되는 방향과는 다른 방향으로 방사 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 일반적인 슬롯 안테나를 통해서는 구현할 수 없는 방향으로 안테나 지향성을 가지도록 할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사 손실(S 11)을 나타낸 그래프이다. 여기서, 기판은 비유전율이 9.9인 알루미나 기판을 사용하였고, 기판의 두께는 0.8mm, 크기는 25mm×15mm으로 하였다.

도 9를 참조하면, 안테나(100)는 2.45 GHz에서 공진 주파수가 형성되는 것을 볼 수 있다. 이때, 안테나(100)의 반사 손실은 -24 dB인 것을 알 수 있으며, 따라서 Wi-Fi 및 블루투스 대역에서 우수한 안테나로서의 역할을 할 수 있음을 확인할 수 있게 된다.

이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

102 : 기판 104 : 접지면
106 : 급전 선로 108 : 개방 스터브
109 : 급전 포인트 110 : 슬릿
112 : 슬롯

Claims

기판;
상기 기판의 일면에 형성된 급전 선로;
상기 기판의 타면에 형성된 접지면;
상기 접지면에 상기 급전 선로와 교차되게 형성되는 슬릿; 및
상기 접지면에 상기 슬릿과 연결되어 형성된 하나 이상의 슬롯을 포함하는, 안테나.
제1항에 있어서,
상기 슬릿은,
상기 접지면에 상기 급전 선로와 직교되게 형성되는, 안테나.
제1항에 있어서,
상기 안테나는,
상기 급전 선로의 말단에서 연장되어 형성되는 개방 스터브를 더 포함하는, 안테나.
제3항에 있어서,
상기 개방 스터브는,
λ/4의 길이를 갖는, 안테나.
제1항에 있어서,
상기 슬롯은,
상기 슬릿의 양단에 각각 연결되어 형성되는, 안테나.
제5항에 있어서,
상기 슬릿에는 상기 급전 선로와 커플링을 발생하는 커플링 포인트가 형성되며,
상기 슬릿은, 상기 커플링 포인트를 중심으로 상기 슬릿의 양단까지의 길이가 동일하게 형성되는, 안테나.
제6항에 있어서,
상기 슬릿은,
상기 커플링 포인트를 중심으로 상기 슬릿의 양단까지의 길이가 각각 λ/4의 길이를 갖는, 안테나.
제1항에 있어서,
상기 슬롯은,
원형의 개구를 갖는, 안테나.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 안테나를 구비한 무선 기기.