KR101378847B1

KR101378847B1 - 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나

Info

Publication number: KR101378847B1
Application number: KR1020120082510A
Authority: KR
Inventors: 김태형; 공기현; 구석기; 이병제; 위현호; 김병관
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-03-27
Also published as: US9337547B2; CN103579745B; CN103579745A; KR20140013827A; US20140028519A1

Abstract

본 발명은 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나를 개시한다. 본 발명에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나는, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 급전부로부터 급전되는 제1 안테나 소자; 및 상기 제1 안테나 소자와 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 제1 안테나 소자와의 커플링을 통해 간접 급전되는 제2 안테나 소자;를 포함하되, 상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자의 급전 지점과의 전기적 거리 차이에 의해 상이한 위상차로 간접 급전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

광대역 특성을 갖는 내장형 안테나{Internal antenna with wideband characteristic}

본 발명은 내장형 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동통신 단말기와 같이 협소한 공간에서 광대역 특성을 구현하면서도 MIMO 시스템의 격리도와 상관도를 확보할 수 있는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나에 관한 것이다.

최근 무선통신 기술은 이동통신용 휴대 단말기를 통해 음성 통신 서비스와 더불어 고품질의 멀티미디어 서비스가 제공됨에 따라 LTE(Long Term Evolution)와 같은 차세대 무선통신 서비스와의 융합이 많은 관심을 받고 있다.

일반적으로 음성통신 서비스를 기반으로 하는 통신시스템은 한정된 주파수 영역 안에서 협대역 채널 특성 위주로 단일 안테나 소자만 사용하는 SISO(Single Input Single Output) 시스템이 주로 사용되고 있다. 그러나, 단일 안테나를 사용하는 SISO 시스템으로는 협대역 채널 안에서 대용량의 데이터를 고속으로 전송하기에는 많은 어려움이 존재하므로 보다 진보된 기술을 필요로 한다.

이에 다수의 안테나를 이용하여 각각의 안테나를 독립적으로 구동하게 하여 데이터 송수신율을 더 빨리 더 낮은 오류 확률로 전송할 수 있는 차세대 무선 전송 기술인 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 요구되고 있다.

이와 같은 MIMO 시스템은 송수신단에서 다중 안테나를 이용함으로써, 전체 시스템이 사용하는 주파수 할당을 더 증가시키지 않고도 고속의 데이터 전송을 가능하도록 하여 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다는 이점으로 인하여 널리 사용되고 있다.

하지만, MIMO 안테나를 슬림형 이동통신 단말기 내부 공간에 내장하기 위해서는, 내장된 각 안테나 사이의 전자기적 상호간섭(mutual coupling)이나 불충분한 격리도(isolation)도로 인한 송수신 성능 저하를 극복할 수 있어야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 안테나 사이의 거리를 λ/2이상 (여기서, λ는 안테나가 방사하는 전파의 파장이다.) 떨어뜨리는 방안을 생각할 수 있다. 하지만, 소형 안테나 시스템에서는 안테나가 설치되는 공간이 제약되기 때문에 안테나 간 거리를 이격시키는 방법으로는 상기 문제를 해결할 수 없다.

한편, 최근 안테나 기술의 추세를 살펴볼 때, 차세대 이동통신 시스템에서는 이동통신 단말기 내에 다수의 안테나 및 저주파 대역의 LTE 대역을 구현해야 하므로 2개 이상의 다중 안테나가 단말기에 내장되어야 한다.

그러나, 저주파 대역의 LTE 대역을 지원하기 위해서는 저주파 대역을 포함한 광대역 특성을 갖는 안테나 필요하고, 최소한 사용 주파수의 1/4 파장만큼의 충분한 그라운드가 확보되어야 하는데 이동통신 단말기의 제안된 공간과 크기로 인하여 그 동작을 만족하는 설계가 매우 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 저주파 대역을 포함하는 광대역 특성을 가지면서도 MIMO 시스템의 격리도와 상관도를 확보할 수 있는 안테나의 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이동통신 단말기와 같이 내부 공간이 협소한 장치에서 저주파 대역을 포함하는 광대역 특성을 가지면서도 MIMO 시스템의 격리도와 상관도를 확보할 수 있는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나는, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 급전부로부터 급전되는 제1 안테나 소자; 및 상기 제1 안테나 소자와 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 제1 안테나 소자와의 커플링을 통해 간접 급전되는 제2 안테나 소자;를 포함하되, 상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자의 급전 지점과의 전기적 거리 차이에 의해 상이한 위상차로 간접 급전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 소자는, 상기 제1 안테나 소자와 90도의 위상차를 갖고 간접 급전이 이루어진다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 소자의 간접 급전 지점은, 상기 제1 안테나 소자의 급전 지점으로부터 제1 안테나 소자의 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 전기적 거리 차로 이격되게 위치한다.

바람직하게, 상기 제1 안테나 소자는, 상기 인쇄회로기판의 급전부와 연결되는 급전 포트와, 상기 급전 포트로부터 연장되어 전자기파를 외부로 방사하는 제1 안테나 패턴과, 상기 제1 안테나 패턴과 연결되어 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드의 접지부와 연결되는 접지 라인을 구비한다.

바람직하게, 상기 제1 안테나 패턴은 상기 인쇄회로기판의 가장자리 측에 말단이 위치하며, 상기 급전 포트로부터 제1 안테나 패턴의 말단까지의 전기적 거리가 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 길이를 갖는다.

바람직하게, 상기 제1 안테나 소자에는 상기 제1 안테나 패턴으로부터 분기되어 연장되며, 제1 안테나 소자의 임피던스 정합 특성을 향상시키기 위한 임피던스 정합 라인을 더 포함한다.

바람직하게, 상기 임피던스 정합 라인은 상기 제1 안테나 패턴에서 표면 전류가 강하게 형성되는 부분으로부터 수직으로 분기되어 연장되며, 적어도 일회 이상 절곡되어 제1 안테나 소자의 접지 포트 측으로 말단이 향할 수 있는 형태를 갖는다.

바람직하게, 상기 임피던스 정합 라인의 말단은 상기 제1 안테나 소자의 접지 라인과 동일 평면 또는 다른 평면 상에 평행하게 배치된다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 소자는, 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드의 접지부와 연결되며, 상기 제1 안테나 소자와 일정 간격 이격되게 배치되어 간접 급전되는 간접 급전 라인과, 상기 간접 급전 라인으로부터 연장되며, 상기 제1 안테나 소자와 다른 공진 주파수의 전자기파를 외부로 방사하는 제2 안테나 패턴을 구비한다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자보다 상대적으로 낮은 공진 주파수를 갖는다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 패턴은 상기 간접 급전 라인으로부터 연장되어 상기 제1 안테나 소자와 동일 평면 또는 다른 평면 상에 배치된다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 패턴은 적어도 일회 이상 절곡되어 상기 인쇄회로기판의 가장자리 측에 말단이 위치하는 형태를 갖는다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 패턴은 미앤더 형태로 형성된다.

바람직하게, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판의 동일면에 연결되거나, 상기 제1 안테나 소자가 상기 인쇄회로기판의 일면에 연결되고, 상기 제2 안테나 소자가 상기 인쇄회로기판의 타면에 연결된다.

바람직하게, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 공간상에 형성되거나, 소정의 유전율을 갖는 유전체 블록에 형성하여 고정된다.

본 발명에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 일단에 상기 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자가 위치하고, 상기 인쇄회로기판의 타단에는 상기 제1 안테나 소자와 다른 급전부로부터 급전되는 제3 안테나 소자를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자와 상기 제3 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판을 사이에 두고 동일 측면에 위치한다.

바람직하게, 상기 제3 안테나 소자가 위치한 상기 인쇄회로기판의 타단에는 상기 제3 안테나 소자와 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드와 연결되는 전류 변환 소자를 더 포함하고, 상기 전류 변환 소자는 상기 제3 안테나 소자와 커플링되어 제3 안테나 소자에서 유기되는 전류를 다시 제3 안테나 소자 측으로 유도한다.

본 발명에 따르면, 이동통신 단말기와 같이 내부 공간이 협소한 장치에서 상이한 위상차를 갖고 간접 급전되는 추가 안테나를 구성함으로써, 공진 주파수가 서로 상쇄되지 않고 저주파 대역을 포함하는 광대역 특성의 구현이 가능한 내장형 안테나를 제공한다. 또한, 이동통신 단말기의 협소한 내부 공간에 구현될 수 있도록 대역폭 확장을 위한 추가적인 구조체나, RLC 소자를 요구하지 않으면서 광대역 특성을 갖는 안테나의 구조를 소형화하면서도 안테나 소자 간의 격리도 및 상관도를 향상시킬 수 있기 때문에 일반 통신 대역뿐만 아니라 낮은 주파수 대역에서 구동되는 LTE와 같은 차세대 무선 통신 서비스에 적용 가능하다.

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 본 발명에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제1 안테나 소자의 동작 대역에서의 전류 분포를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제1 안테나 소자의 동작 대역에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제2 안테나 소자의 동작 대역에서의 전류 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제2 안테나 소자의 동작 대역에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 따른 내장형 안테나의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에 따른 내장형 안테나에서 제3 안테나 소자에서의 전류 분포를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7에 따른 내장형 안테나에서 제1 및 제2 안테나 소자에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 7에 따른 내장형 안테나에서 제3 안테나 소자에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 7에 따른 내장형 안테나의 특성을 나타내는 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 1은 본 발명에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나의 일 실시예를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나는, 인쇄회로기판(1), 상기 인쇄회로기판(1)의 급전부로부터 급전되는 제1 안테나 소자(100), 상기 제1 안테나 소자(100)와 일정 간격 이격되게 배치되며 상기 제1 안테나 소자(100)와의 커플링을 통해 간접 급전되는 제2 안테나 소자(200) 및 상기 제1 안테나 소자(100)와 제2 안테나 소자(200)가 형성되어 고정되는 소정의 유전율을 갖는 유전체 블록(2)을 포함한다.

상기 인쇄회로기판(1)은 이동통신 단말기의 각종 기능을 동작시키기 위한 전자부품들이 장착되고, 상기 제1 안테나 소자(100)에 전력을 공급하는 급전부가 위치한 부분과, 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)를 공통적으로 접지하는 공통 그라운드 부분으로 이루어진다. 상기 공통 그라운드는 인쇄회로기판(1)의 일면에 금속 물질이 패터닝되어 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)는 상기 인쇄회로기판(1)의 일단에 위치한 단일의 유전체 블록(2)에 형성되며, 상기 제1 안테나 소자(100)와 제2 안테나 소자(200)는 서로 일정 간격 이격되게 배치된다.

상기 제1 안테나 소자(100)는 상기 인쇄회로기판(1)의 급전부와 연결되는 급전 포트(110)와, 상기 급전 포트(110)로부터 연장되어 전자기파를 외부로 방사하는 제1 안테나 패턴(120)과, 상기 제1 안테나 패턴(120)과 연결되어 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드에 위치한 접지부와 연결되는 접지 라인(130)을 구비한다.

상기 제1 안테나 소자(100)의 급전 포트(110)는 상기 인쇄회로기판(1) 일단의 전체 길이에서 적어도 어느 한쪽으로 제1 안테나 소자(100)의 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 전기적 거리를 가질 수 있는 위치에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 후술될 제2 안테나 소자(200)와의 급전 지점 간의 전기적 거리 차이를 가질 수 있도록 하기 위함이다.

상기 제1 안테나 소자(100)의 제1 안테나 패턴(120)은 저주파 대역을 커버할 수 있는 역 L형 안테나(inverted L-type antenna)의 형태를 가진다. 예컨대, 상기 제1 안테나 패턴(120)은 GSM850/900(Global System for Mobile 850/900)의 824 ~ 960MHz 대역을 커버하도록 설계된다. 하지만, 본 발명이 안테나의 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 안테나로 변형 가능함은 자명하다.

상기 제1 안테나 패턴(120)은 상기 급전 포트(110)가 위치한 급전 지점으로부터 연장되어 상기 인쇄회로기판(1)의 가장자리 측에 말단(121)이 위치할 수 있는 형태로 형성된다. 이때, 상기 제1 안테나 패턴(1)은 적어도 일회 이상 절곡되어 상기 말단(121)이 인쇄회로기판(1)의 외곽을 향할 수 있는 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 안테나 패턴(120)은 상기 급전 포트(110)로부터 상기 제1 안테나 패턴(120)의 말단(121)까지의 전기적 거리(L)가 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 길이를 갖도록 형성된다.

상기 제1 안테나 소자(100)의 접지 라인(130)은 상기 제1 안테나 패턴(120)과 연결되어 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드의 접지부와 연결된다. 상기 접지 라인(130)은 상기 제1 안테나 패턴(120)으로부터 수직으로 연장되어 적어도 일회 이상 절곡되어 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드의 접지부와 연결된다.

부가적으로, 상기 제1 안테나 소자(100)에는 상기 제1 안테나 패턴(120)으로부터 분기되어 연장되며 제1 안테나 소자(100)의 임피던스 정합 특성을 향상시키기 위한 임피던스 정합 라인(140)을 더 포함한다.

상기 임피던스 정합 라인(140)은 상기 제1 안테나 패턴(120)에서 표면 전류가 강하게 형성되는 부분에서 수직으로 연장되며, 적어도 일회 이상 절곡되어 제1 안테나 소자(100)의 접지 포트(110) 측으로 말단(141)이 향할 수 있는 형태를 갖는다. 이때, 상기 임피던스 정합 라인(140)의 말단(141)은 상기 제1 안테나 소자(100)의 접지 라인(130)과 동일 평면 상에 평행하게 배치되거나, 상기 유전체 블록(2)에 입체적인 구조로 형성되어 상기 제1 안테나 소자(100)의 접지 라인(130)과 다른 평면 상에 평행하게 배치될 수 있다. 이러한 임피던스 정합 라인(140)은 상기 제1 안테나 패턴(120)의 커패시턴스 역할을 수행하여 임피던스 정합 특성을 향상시킬 수 있게 한다.

상기 제2 안테나 소자(200)는 상기 제1 안테나 소자(100)와 일정 간격 이격되게 배치되어 상기 제1 안테나 소자(100)와의 커플링을 통해 간접 급전되는 안테나이다. 상기 제2 안테나 소자(200)는 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드에 위치한 접지부와 연결되며 상기 제1 안테나 소자(100)와 일정 간격 이격되게 배치되어 간접 급전되는 간접 급전 라인(210)과, 상기 간접 급전 라인(210)으로부터 연장되며, 상기 제1 안테나 소자(100)와 다른 공진 주파수의 전자기파를 외부로 방사하는 제2 안테나 패턴(220)을 구비한다.

상기 제2 안테나 소자(200)의 간접 급전 라인(210)은 상기 인쇄회로기판(1)의 가장자리 측에 위치한 접지부와 연결되며, 상기 제1 안테나 소자(100)의 제1 안테나 패턴(120)의 말단(121)과 일정 간격 이격되게 위치하여 상기 제1 안테나 소자(100)와의 커플링을 통해 간접 급전이 이루어진다. 이때, 상기 간접 급전 라인(210)은 상기 제1 안테나 소자(100)의 급전 지점인 급전 포트(110)와의 전기적 거리 차이에 의해 상이한 위상차로 간접 급전이 이루어지게 된다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 소자(200)의 간접 급전 라인(210)은 상기 제1 안테나 소자(100)와 90도의 위상차를 갖도록 간접 급전이 이루어질 수 있는 위치에 위치하게 된다. 즉, 상기 제2 안테나 소자(200)의 간접 급전 지점인 상기 간접 급전 라인(210)은 상기 제1 안테나 소자(100)의 급전 지점인 급전 포트(110)로부터 제1 안테나 소자(100)의 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 전기적 거리 차로 이격되게 위치한다. 이는 상기 제1 안테나 소자(100)의 급전 포트(110)로부터 전기적 거리(L)가 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 길이를 갖도록 형성된 제1 안테나 패턴(120)의 말단(121)이 위치한 부분에 상기 간접 급전 라인(210)을 위치시킴으로써 가능하게 할 수 있다.

본 발명에서는 상기 제2 안테나 소자(200)가 별도의 급전부로부터 급전이 이루어지는 것이 아니라 상기 제1 안테나 소자(100)와의 커플링을 통해 간접 급전이 이루어지며, 이때, 상기 제1 안테나 소자(100)의 급전 지점인 급전 포트(110)와 제2 안테나 소자(200)의 급전 지점인 간접 급전 라인(210) 간의 전기적 거리 차이를 두어 서로 90도의 위상차를 가지면서 급전이 이루어질 수 있도록 함으로써, 상기 제1 안테나 소자(100)에서 전류분포가 최대값을 가질 때 상기 제2 안테나 소자(200)에서 전류분포가 최소값을 가질 수 있도록 하고, 그 반대로 상기 제2 안테나 소자(200)에서 전류분포가 최대값을 가질 때 상기 제1 안테나 소자(100)에서 전류분포가 최소값을 가질 수 있도록 하여 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200) 간의 영향을 최소화하여 독립적인 동작이 가능하게 할 수 있다. 즉, 제1 안테나 소자(100)와 제2 안테나 소자(200) 간에 90도의 위상차를 갖고 급전이 이루어지기 때문에 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)의 공진이 서로 상쇄되지 않아 두 안테나의 전기적 특성이 양호하여 광대역으로 대역이 확장되는 효과를 가질 수 있게 된다.

상기 제2 안테나 소자(200)의 제2 안테나 패턴(220)은 상기 제1 안테나 소자(100)와 다른 공진 주파수의 전자기파를 외부로 방사할 수 있는 안테나 형태를 가지며, 상기 제1 안테나 소자(100)보다 상대적으로 낮은 공진 주파수를 갖도록 설계되는 것이 바람직하다. 예컨대, LTE13(Long Term Evolution class13)의 746 ~ 787MHz 대역을 커버하도록 설계된다. 하지만, 본 발명이 안테나의 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 안테나로 변형 가능함은 자명하다.

상기 제2 안테나 패턴(220)은 상기 간접 급전 라인(210)으로부터 연장되어 상기 인쇄회로기판(1)의 가장자리 측에 말단(211)이 위치할 수 있도록 적어도 일회 이상 절곡되어 상기 유전체 블록(2)에 입체적인 구조로 형성된다. 이때, 상기 제2 안테나 패턴(220)의 말단(221)은 상기 간접 급전 라인(210)과 다른 평면 상에서 평행하게 배치되게 된다. 또한, 상기 제2 안테나 패턴(220)은 지그재그로 절곡되는 미앤더(meander) 형태를 갖는다. 이는 공간적으로 제2 안테나 패턴(220)의 길이를 더 길어지게 하는 효과가 있어, 협소한 공간에서의 공간 활용도를 높일 수 있게 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나는 인쇄회로기판(1)의 급전부로부터 직접 급전되는 제1 안테나 소자(100)와, 상기 제1 안테나 소자(100)로부터 간접 급전되는 제2 안테나 소자(200)로 구성하고, 이 두 안테나(100, 200)의 급전 지점 간의 전기적 거리 차이에 의해 상이한 위상차로 급전이 이루어질 수 있도록 하여 두 안테나 간의 영향을 최소화하면서 독립적인 동작이 가능하게 함으로써, 단일의 급전부로부터 전력을 공급받아 서로 상이한 공진 주파수를 갖는 두 개의 안테나를 독립적으로 동작시킬 수 있어 소요되는 전력을 절감하면서도 광대역으로 대역이 확장되는 효과를 가질 수 있게 한다.

도 2는 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제1 안테나 소자의 동작 대역에서의 전류 분포를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제1 안테나 소자의 동작 대역에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제2 안테나 소자의 동작 대역에서의 전류 분포를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 1에 따른 내장형 안테나에서 제2 안테나 소자의 동작 대역에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1에 따른 내장형 안테나의 특성을 나타내는 그래프이다.

먼저, 도 2 및 3은 제1 안테나 소자(100)로 급전되어 동작되었을 때 제1 안테나 소자(100)의 동작 대역인 950MHz 대역에서 전류 분포와 3D 복사 패턴을 나타낸 것으로서, 도 2 및 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드에 전류의 흐름이 고르게 분포되고, 복사 패턴이 인쇄회로기판(1)의 길이방향에 대하여 수직으로 분포하는 형태를 갖게 된다.

다음으로, 도 4 및 5는 제1 안테나 소자(100)로 급전되어 동작되었을 때 제2 안테나 소자(200)의 동작 대역인 750MHz 대역에서 전류 분포와 3D 복사 패턴을 나타낸 것으로서, 도 4 및 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드에 흐르는 전류가 좌측 상단으로 흐르게 되고, 복사 패턴이 인쇄회로기판(1)의 길이방향에 대하여 우측 상단으로 기울어진 대각선으로 분포하는 형태를 갖게 된다.

즉, 상기 제2 안테나 소자(200)는 상기 제1 안테나 소자(100)로부터 간접 급전되어 안테나가 동작하게 되고, 제2 안테나 소자(200)의 제2 안테나 패턴(220)의 말단(221)이 인쇄회로기판(1)의 가장자리 측에 위치하기 때문에 복사 패턴을 대각선으로 기울어지게 형성되게 할 수 있어 상기 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)가 위치한 인쇄회로기판(1)의 반대측에 MIMO 안테나가 배치될 경우 낮은 상관도(ECC)를 확보할 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 형성된 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)는 도 6에 나타난 바와 같이, 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)가 서로 상쇄되지 않으면서 동시에 동작할 수 있게 되어 광대역의 대역폭을 커버할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 상기한 일 실시예에서는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나가 인쇄회로기판(1)의 일단에 위치하여 광대역 특성이 구현된 SISO(Single Input Single Output) 시스템의 안테나에 대하여 설명하였다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예의 형태로 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템의 안테나로 구성될 수 있다. 이하, 본 발명의 다른 실시예를 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나는, 인쇄회로기판(1), 상기 인쇄회로기판(1)의 일단에 위치하고 인쇄회로기판(1)의 급전부로부터 급전되는 제1 안테나 소자(100), 상기 인쇄회로기판(1)의 일단에 위치한 제1 안테나 소자(100)와 일정 간격 이격되게 배치되며 상기 제1 안테나 소자(100)와의 커플링을 통해 간접 급전되는 제2 안테나 소자(200), 상기 인쇄회로기판(1)의 타단에 위치하고 상기 제1 안테나 소자(100)와 다른 급전부로부터 급전되는 제3 안테나 소자(300)를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나는, 상기한 일 실시예에 따른 내장형 안테나에서 상기 인쇄회로기판(1)의 일단에 위치한 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)와 함께 상기 인쇄회로기판(1)의 타단에 제3 안테나 소자(300)를 추가적으로 구성하여 다중 입출력을 지원하는 MIMO 시스템의 안테나로 구현된 점을 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 상기 제3 안테나 소자(300)를 제외한 나머지 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 인쇄회로기판(1)은 이동통신 단말기의 각종 기능을 동작시키기 위한 전자부품들이 장착되고, 안테나에 전력을 공급하는 급전부가 상기 제1 안테나 소자(100)가 위치한 일단과, 상기 제3 안테나 소자(300)가 위치한 타단에 각각 구비되어 있으며, 일단에 위치한 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)와 타단에 위치한 제3 안테나 소자(300)를 공통적으로 접지하는 공통 그라운드 부분으로 이루어진다. 상기 공통 그라운드는 인쇄회로기판(1)의 일면에 금속 물질이 패터닝되어 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제3 안테나 소자(300)는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)가 위치한 인쇄회로기판(1)의 타단에 배치된다. 이때, 상기 제3 안테나 소자(300)는 상기 인쇄회로기판(1)을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)와 동일 측면에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제3 안테나 소자(300)는 상기 인쇄회로기판(1)의 급전부와 연결되는 제3 급전 포트(310)와, 상기 제3 급전 포트(310)로부터 연장되어 전자기파를 외부로 방사하는 제3 안테나 패턴(320)과, 상기 제3 안테나 패턴(320)과 연결되어 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드에 위치한 접지부와 연결되는 제3 접지 라인(330)을 구비한다.

상기 제3 안테나 소자(300)의 상기 제3 급전 포트(310)는 상기 제1 안테나 소자(100)와는 다른 급전부와 연결되어 상기 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)와 함께 MIMO 시스템의 안테나로 동작할 수 있도록 지원하는 역할을 수행한다.

상기 제3 안테나 소자(300)의 상기 제3 안테나 패턴(320)은 다양한 대역을 지원할 수 있도록 서로 상이한 공진 주파수를 갖는 안테나 패턴이 집합된 형태를 가진다. 예컨대, MIMO 시스템의 적용을 위해 상기 제1 안테나 소자(100)에 대응되는 GSM850/900(Global System for Mobile 850/900)의 824 ~ 960MHz 대역을 커버하는 안테나 패턴이나, 상기 제2 안테나 소자(200)에 대응되는 LTE13(Long Term Evolution class13)의 746 ~ 787MHz 대역을 커버하는 안테나 패턴으로 설계될 수 있다. 이외에도 추가적으로 GPS(Global Positioning System), Bluetooth, Wibro(Wireless Broadband), WLAN(Wireless Local Area Network) 등의 대역을 커버할 수 있는 안테나 패턴으로 설계될 수도 있다. 하지만, 본 발명이 안테나의 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 안테나로 변형 가능함은 자명하다.

상기 제3 안테나 소자(300)의 상기 제3 접지 라인(330)은 상기 제3 안테나 패턴(320)과 연결되어 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드의 접지부와 연결된다.

부가적으로, 상기 제3 안테나 소자(300)에는 상기 제3 안테나 소자(300)와 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드와 연결되는 전류 변환 소자(350)를 더 포함한다.

상기 전류 변환 소자(350)는 상기 제3 안테나 소자(300)와 일정 간격 이격되게 위치하며, 전체적인 형상이 직각으로 절곡되어 상기 제3 안테나 소자(300) 측으로 말단이 향하는 형태의 구조로 형성된다. 이러한 상기 전류 변환 소자(350)는 상기 제3 안테나 소자(300)와 인접하게 배치되어 제3 안테나 소자(300)에서 유기되는 전류를 커플링을 통해 흡수하고, 흡수된 전류를 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드를 통해 다시 제3 안테나 소자(300) 측으로 유도하는 역할을 수행하여 안테나의 격리도 특성을 향상시킬 수 있게 한다.

도 8은 도 7에 따른 내장형 안테나에서 제3 안테나 소자에서의 전류 분포를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 7에 따른 내장형 안테나에서 제1 및 제2 안테나 소자에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 10은 도 7에 따른 내장형 안테나에서 제3 안테나 소자에서의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 11은 도 7에 따른 내장형 안테나의 특성을 나타내는 그래프이다.

먼저, 도 8을 통해 알 수 있는 바와 같이, 제3 안테나 소자(300)로 급전되어 동작되었을 때 전류는 제3 접지 라인(330)을 통해 제3 안테나 패턴(320)으로 흐르게 된다. 이때, 제3 안테나 패턴(320)에서 유기되는 전류는 상기 전류 변환 소자(350)로 흡수되게 되고, 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드를 통해 다시 제3 안테나 소자(300)의 제3 접지 라인(330)으로 유도되게 된다. 이는 제3 안테나 소자(300)에서 유기되는 전류가 공통 그라운드로 흐르는 양을 줄어들게 함으로써 제3 안테나 소자(300)의 반대측에 위치한 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)로 넘어가는 전류가 최소화시킬 수 있음으로 제3 안테나 소자(300)와 반대측의 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200) 간의 격리도를 높일 수 있고 안테나 성능 또한 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 도 9 및 10은 각각 제1 안테나 소자(100)와 제3 안테나 소자(300)로 급전되어 동작되었을 때의 3D 복사 패턴을 나타낸 것으로서, 도 9 및 10을 통해 알 수 있는 바와 같이, 제1 안테나 소자(100)에서의 복사 패턴과 제3 안테나 소자(300)에서의 복사 패턴이 서로 대칭되는 형태를 갖게 된다. 이는 제1 안테나 소자(100) 및 이로부터 간접 급전되는 제2 안테나 소자(200)와, 제3 안테나 소자(300)가 서로 대칭되는 형태로 복사 패턴이 이루어지기 때문에 각각의 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)와 제3 안테나 소자(300)의 안테나 패턴은 서로 직교하는 형태를 갖게 되므로 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)와 제3 안테나 소자(300) 간의 낮은 상관도(ECC)를 확보할 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 형성된 제1 및 제2 안테나 소자(100, 200)와 제3 안테나 소자(300)는 도 11에 나타난 바와 같이, 각 안테나 소자(100, 200, 300)들의 통신 대역을 모두 커버함과 동시에 격리도 또한 만족하는 것을 알 수 있다.

이상에서 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 : 제1 안테나 소자 200 : 제2 안테나 소자
110 : 급전 포트 210 : 간접 급전 라인
120 : 제1 안테나 패턴 220 : 제2 안테나 패턴
130 : 접지 라인

Claims

인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판의 급전부로부터 급전되는 제1 안테나 소자; 및
상기 제1 안테나 소자와 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 제1 안테나 소자와의 커플링을 통해 간접 급전되는 제2 안테나 소자;를 포함하되,
상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자의 급전 지점과의 전기적 거리 차이에 의해 상기 제1 안테나 소자와 90도의 위상차를 갖고 간접 급전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제2 안테나 소자의 간접 급전 지점은,
상기 제1 안테나 소자의 급전 지점으로부터 제1 안테나 소자의 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 전기적 거리 차로 이격되게 위치하는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자는,
상기 인쇄회로기판의 급전부와 연결되는 급전 포트와,
상기 급전 포트로부터 연장되어 전자기파를 외부로 방사하는 제1 안테나 패턴과,
상기 제1 안테나 패턴과 연결되어 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드의 접지부와 연결되는 접지 라인을 구비한 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제4항에 있어서,
상기 제1 안테나 패턴은 상기 인쇄회로기판의 가장자리 측에 말단이 위치하며, 상기 급전 포트로부터 제1 안테나 패턴의 말단까지의 전기적 거리가 동작 주파수 대역의 중심 주파수에 해당되는 파장 λ의 1/4의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제4항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자에는 상기 제1 안테나 패턴으로부터 분기되어 연장되며, 제1 안테나 소자의 임피던스 정합 특성을 향상시키기 위한 임피던스 정합 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제6항에 있어서,
상기 임피던스 정합 라인은 상기 제1 안테나 패턴에서 표면 전류가 강하게 형성되는 부분으로부터 수직으로 분기되어 연장되며, 적어도 일회 이상 절곡되어 제1 안테나 소자의 접지 포트 측으로 말단이 향할 수 있는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제7항에 있어서,
상기 임피던스 정합 라인의 말단은 상기 제1 안테나 소자의 접지 라인과 동일 평면 또는 다른 평면 상에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제2 안테나 소자는,
상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드의 접지부와 연결되며, 상기 제1 안테나 소자와 일정 간격 이격되게 배치되어 간접 급전되는 간접 급전 라인과,
상기 간접 급전 라인으로부터 연장되며, 상기 제1 안테나 소자와 다른 공진 주파수의 전자기파를 외부로 방사하는 제2 안테나 패턴을 구비한 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제9항에 있어서,
상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자보다 상대적으로 낮은 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제9항에 있어서,
상기 제2 안테나 패턴은 상기 간접 급전 라인으로부터 연장되어 상기 제1 안테나 소자와 동일 평면 또는 다른 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제11항에 있어서,
상기 제2 안테나 패턴은 적어도 일회 이상 절곡되어 상기 인쇄회로기판의 가장자리 측에 말단이 위치하는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제12항에 있어서,
상기 제2 안테나 패턴은 미앤더 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판의 동일면에 연결되거나,
상기 제1 안테나 소자가 상기 인쇄회로기판의 일면에 연결되고, 상기 제2 안테나 소자가 상기 인쇄회로기판의 타면에 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 공간상에 형성되거나, 소정의 유전율을 갖는 유전체 블록에 형성하여 고정되는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판의 일단에 상기 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자가 위치하고,
상기 인쇄회로기판의 타단에는 상기 제1 안테나 소자와 다른 급전부로부터 급전되는 제3 안테나 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 안테나 소자와 상기 제3 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판을 사이에 두고 동일 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.
제16항에 있어서,
상기 제3 안테나 소자가 위치한 상기 인쇄회로기판의 타단에는 상기 제3 안테나 소자와 일정 간격 이격되게 배치되며, 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드와 연결되는 전류 변환 소자를 더 포함하고,
상기 전류 변환 소자는 상기 제3 안테나 소자와 커플링되어 제3 안테나 소자에서 유기되는 전류를 다시 제3 안테나 소자 측으로 유도하는 것을 특징으로 하는 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나.