KR101285927B1 - 병렬 공진 구조를 이용한 광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

병렬 공진 구조를 이용한 광대역 안테나 가 개시된다. 개시된 안테나는, 급전점; 상기 급전점과 전자기적으로 결합되는 방사체; 및 상기 방사체의 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 널 포인트 지점에 형성되는 병렬 공진 구조를 포함하되, 상기 병렬 공진 구조는 슬롯, 상기 슬롯을 둘러싸는 루프 라인 및 상기 루프 라인에 적용되는 캐패시터를 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, 방사체에 구조적 변경을 가하지 않고 소형 구조를 유지하면서 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다

Description

병렬 공진 구조를 이용한 광대역 안테나{Wideband Antenna Using Parallel Resonance Structure}

본 발명의 실시예들은 광대역 안테나에 관한 것이다.

안테나 기술은 무선 통신 사업의 폭발적인 증가와 함께 가장 많은 관심을 받아 왔다. 실제로 테블릿 PC, 휴대폰, Mobile Access Point 등 그 활용 분야는 점차 확대되고 있는 추세이다. 여러 무선 통신 규격 중 WLAN은 AP가 설치된 곳의 일정 거리 안에서 초고속 인터넷을 할 수 있는 근거리통신이다.

WLAN과 같은 새로운 통신 서비스가 제공되면서 새로운 통신 서비스를 수용하기 위한 안테나가 요구된다. 그런데, 근래의 무선통신 기기들은 휴대성 및 소비자 요구에 응하기 부합하기 위해 크기, 무게, 두께 등을 점차 줄여가고 있어서 안테나에 대한 소형화는 더욱 중요한 문제로 부각되고 있다.

무선 통신 단말기에 가장 많이 사용되는 안테나는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 안테나인데, PIFA 안테나의 경우 점차 작아지고 있는 안테나 공간에 실장하여 광대역 특성을 확보하기에 어려움이 있으며, 칩 안테나의 경우 별도의 안테나 비용이 추가되어 가격 상승의 단점을 가지고 있다.

본 발명에서는 방사체에 구조적 변경을 가하지 않고 광대역 특성을 확보할 수 있는 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 소형 구조를 유지하면서 광대역 특성을 확보할 수 있는 안테나를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 급전점; 상기 급전점과 전자기적으로 결합되는 방사체; 및 상기 방사체의 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 널 포인트 지점에 형성되는 병렬 공진 구조를 포함하되, 상기 병렬 공진 구조는 슬롯, 상기 슬롯을 둘러싸는 루프 라인 및 상기 루프 라인에 적용되는 캐패시터를 포함하는 광대역 안테나가 제공된다.

상기 캐패시터는 상기 루프 라인에 직렬로 결합된다.

상기 병렬 공진 구조에 의해 추가적인 공진 대역이 형성되며, 상기 캐패시터의 크기에 따라 공진 대역이 조절된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 급전점; 상기 급전점과 전자기적으로 결합되는 방사체; 그라운드와 전기적으로 연결되는 그라운드면; 및 상기 방사체 및 그라운드면 중 적어도 어느 하나에 형성되며 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 널 포인트 지점에 형성되는 병렬 공진 구조를 포함하되, 상기 병렬 공진 구조는 슬롯, 상기 슬롯을 둘러싸는 루프 라인 및 상기 루프 라인에 적용되는 캐패시터를 포함하는 광대역 안테나가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 급전점; 그라운드와 전기적으로 연결되는 그라운드면; 상기 급전점 및 그라운드면과 전기적으로 연결되는 방사체; 및 상기 방사체 및 그라운드면 중 적어도 어느 하나에 형성되며 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 널 포인트 지점에 형성되는 병렬 공진 구조를 포함하되, 상기 병렬 공진 구조는 슬롯, 상기 슬롯을 둘러싸는 루프 라인 및 상기 루프 라인에 적용되는 캐패시터를 포함하는 광대역 PIFA 안테나가 제공된다.

본 발명에 의하면, 방사체에 구조적 변경을 가하지 않고 소형 구조를 유지하면서 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 안테나 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 기존의 다이폴 안테나와 본 발명의 안테나의 방사 특성을 도시한 도면.
도 3은 WLAN 동글 안테나를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 (a) 안테나의 방사 특성을 도시한 도면.
도 5는 도 3의 (c)의 안테나의 방사 특성을 도시한 도면.
도 6은 휴대 단말기에 사용되는 일반적인 PIFA 형태의 안테나를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 안테나의 방사 특성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 공진 구조를 도 6에 도시된 안테나에 적용한 안테나.
도 9는 도 8에 도시된 안테나의 방사 특성을 도시한 그래프.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 안테나 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1의 (a)는 길이가 143 mm 인 다이폴 안테나를 보여준다. 급전은 안테나의 λ/2 (950 MHz) 와 λ(1900 MHz)의 모드를 활성화 시킬 수 있도록 다이폴의 센터부터 약 35 mm 떨어진 지점에 위치하고 있다. 도 1의 (b)는 1900 MHz에서 안테나의 센터에 전류 널(Null) 포인트가 있는 것을 도시하였다.

본 발명은 방사체에서 전류의 세기가 최소인 널 포인트에 병렬 공진 구조를 적용하여 새로운 공진점을 형성함으로써 광대역 특성이 확보되도록 한다.

여기서 널 포인트는 구체적으로 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 지점을 의미한다.

도 1의 (c)를 참조하면, 전류의 널 포인트 부분에 병렬 공진 구조를 적용한 일례가 도시되어 있다. 도 1의 (c)를 참조하면, 본 발명의 안테나에서 전류의 널 포인트 부분에 슬롯(100)을 형성한다. 슬롯(100)이 형성되면서 슬롯(100)은 루프 라인(102)에 의해 둘러싸여진다.

슬롯(100)을 둘러싸는 루프 라인(102)에는 캐패시터(104)가 직렬로 연결된다. 즉, 루프 라인(102)의 일부를 커팅하고 커팅된 부위를 캐패시터(104)의 양단이 연결되는 구조를 가지는 것이다.

이와 같은 구조는 방사체의 사이즈에 변경을 가하지 않으면서 LC 공진을 생성할 수 있는 구조로서 본 발명은 슬롯 및 슬롯을 둘러싸는 루프 라인에 캐패시터를 적용함으로써 새로운 공진점을 형성하고 이를 통한 광대역 특성 확보가 가능하도록 한다.

이때 형성되는 새로운 공진점은 슬롯(100)을 둘러싸는 루프 라인의 사이즈 및 선폭과 결합되는 캐패시터의 캐패시턴스 값에 의해 결정되며, 캐패시턴스 값을 조절하여 공진점을 조절하는 것이 가능하다.

도 2는 기존의 다이폴 안테나와 본 발명의 안테나의 방사 특성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 기존 다이폴 안테나는 0.9GHz 및 1.9 GHz의 두 개의 중심 주파수에서 공진한다.

본 발명의 안테나는 주파수가 1.9GHz인 모드 전류가 최소인 널 포인트에 슬롯을 형성하고 슬롯을 둘러싸는 루프 라인에 캐패시터를 적용함으로써 1.9GHz 대역에서 두 개의 공진점을 형성하는 것을 도 2로부터 확인할 수 있다.

저주파 대역인 0.9GHz 대역에 인접한 대역에서 추가 공진점을 형성하려면 주파수가 0.9GHz인 전류의 널 포인트에 본 발명의 병렬 공진 구조를 적용하여야 한다.

도 2를 참조하면, 1.9GHz 주변에서 두 개의 공진점이 형성되는 것을 확인할 수 있으며, 두 개의 공진점이 형성되면서 고주파 공진 대역의 대역폭이 확장된 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 병렬 공진 구조를 이용한 추가 공진 구조는 추가 공진점을 원 공진점의 근접한 주파수에 형성시킴으로써 광대역 특성을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 본 발명은 광대역 안테나뿐만 아니라 다중 대역 안테나에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 캐패시터를 이용한 추가 공진 구조의 공진점이 원 공진점과 멀리 떨어진 주파수에서 생성되도록 캐패시터의 캐패시턴스 값을 조절함으로써 다중 대역 안테나로 활용하는 것이 가능하다.

도 3은 WLAN 동글 안테나를 도시한 도면으로서, (a)는 기존 PIFA 안테나이며 도 4는 도 3의 (a) 안테나의 방사 특성을 도시한 도면이다.

도 3의 (b)는 5GHz대역에서 동작하는 안테나의 전류분포를 도시한 도면이다. 도 3의 (b)를 참조하면, 그라운드 부분에 널 포인트 지점이 확인되며, 도 3의 (c)를 참조하면 해당 널 포인트에 본 발명의 병렬 공진 구조(300)가 형성된다.

전술한 바와 같이, 그라운드에 슬롯을 형성하고 슬롯을 둘러싸는 루프 라인에 캐패시터를 직렬로 연결하여 병렬 공진 구조를 형성한다. 본 발명의 병렬 공진 구조는 방사체에 적용되는 것뿐만 아니라 안테나의 그라운드에 적용하여 추가적인 공진 특성을 확보하는 것이 가능하다.

한편, 도 3의 (c)를 참조하면, 급전과 근접한 부위에 또 다른 병렬 공진 구조(350)가 형성된다. 병렬 공진 구조(350)는 다른 주파수 대역인 2.4GHz 대역에서 새로운 공진점을 형성하여 광대역 특성을 확보하기 위한 것이다.

도 5는 도 3의 (c)의 안테나의 방사 특성을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 병렬 공진 구조(300)에 의해 5GHz 대역에서 추가적인 공진 대역이 형성되어 도 3의 (a)의 안테나에 비해 광대역 특성이 확보되고 2.4GHZ 대역에서도 병렬 공진 구조(350)에 의해 추가적인 공진 대역이 형성되어 도 3의 (a)의 안테나에 비해 광대역 특성이 확보되는 것을 확인할 수 있다.

도 3의 (c)의 안테나는 -10dB 기준으로 WLAN용 주파수 대역을 전부 커버하고 있음을 도 5로부터 확인할 수 있다.

도 6은 휴대 단말기에 사용되는 일반적인 PIFA 형태의 안테나를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 안테나는 전체 그라운드의 크기는 110 * 50mm이며 메인 안테나의 실장을 위해 주어진 공간의 크기는 10 * 50mm이다.

도 7은 도 6에 도시된 안테나의 방사 특성을 도시한 도면으로서, 안테나의 기본 공진은 870MHz에서 나타나고 있으며, 고조파 공진은 1.81GHz에서 나타나고 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 공진 구조를 도 6에 도시된 안테나에 적용한 안테나이다.

도 8을 참조하면, 제1 병렬 공진 구조(800)가 방사체의 센터 부위에 형성되고 제2 병렬 공진 구조(850)가 급전 부위에 형성되어 있다. 제1 병렬 공진 구조(800)는 슬롯을 둘러싸는 루프 라인(800a)을 형성하고 루프 라인(800a)에 캐패시터(800b)를 결합시킨다.

한편, 제2 병렬 공진 구조(850)에서의 루프 라인은 PIFA 안테나에서 자체적으로 형성되는 루프 라인(급전라인과 접지 라인에 의해 형성되는 루프 라인)에 캐패시터(850b)를 결합시킨다.

제1 병렬 공진 구조(800)는 1.81GHz 대역에서 널 포인트가 형성되는 영역에 형성되며, 제2 병렬 공진 구조(850)는 870MHz 대역에서 널 포인트가 형성되는 영역에 형성된다.

도 9는 도 8에 도시된 안테나의 방사 특성을 도시한 그래프이다.

도 9를 참조하면 제1 병렬 공진 구조(800) 및 제2 병렬 공진 구조(850)에 의해 추가적인 공진 대역이 원 공진 대역 부근에서 확보되어 광대역 특성이 확보되는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

1. 급전점;
   상기 급전점과 전자기적으로 결합되는 방사체; 및
   상기 방사체의 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 널 포인트 지점에 형성되는 병렬 공진 구조를 포함하되,
   상기 병렬 공진 구조는 슬롯, 상기 슬롯을 둘러싸는 루프 라인 및 상기 루프 라인에 적용되는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 캐패시터는 상기 루프 라인에 직렬로 결합되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
3. 제1항에 있어서,
   상기 병렬 공진 구조에 의해 추가적인 공진 대역이 형성되며, 상기 캐패시터의 크기에 따라 공진 대역이 조절되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
4. 급전점;
   상기 급전점과 전자기적으로 결합되는 방사체;
   그라운드와 전기적으로 연결되는 그라운드면; 및
   상기 방사체 및 그라운드면 중 적어도 어느 하나에 형성되며 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 널 포인트 지점에 형성되는 병렬 공진 구조를 포함하되,
   상기 병렬 공진 구조는 슬롯, 상기 슬롯을 둘러싸는 루프 라인 및 상기 루프 라인에 적용되는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
5. 제4항에 있어서,
   상기 캐패시터는 상기 루프 라인에 직렬로 결합되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 병렬 공진 구조에 의해 추가적인 공진 대역이 형성되며, 상기 캐패시터의 크기에 따라 공진 대역이 조절되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
7. 급전점;
   그라운드와 전기적으로 연결되는 그라운드면;
   상기 급전점 및 그라운드면과 전기적으로 연결되는 방사체; 및
   상기 방사체 및 그라운드면 중 적어도 어느 하나에 형성되며 사용 주파수에 상응하는 모드 전류가 최소인 널 포인트 지점에 형성되는 병렬 공진 구조를 포함하되,
   상기 병렬 공진 구조는 슬롯, 상기 슬롯을 둘러싸는 루프 라인 및 상기 루프 라인에 적용되는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 PIFA 안테나.

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