KR101424535B1 - 다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용한 신호 전송방법 - Google Patents

다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용한 신호 전송방법 Download PDF

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KR101424535B1
KR101424535B1 KR1020130013214A KR20130013214A KR101424535B1 KR 101424535 B1 KR101424535 B1 KR 101424535B1 KR 1020130013214 A KR1020130013214 A KR 1020130013214A KR 20130013214 A KR20130013214 A KR 20130013214A KR 101424535 B1 KR101424535 B1 KR 101424535B1
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김범겸
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주식회사 하이딥
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Abstract

본 발명은 방사부, 방사부와 연결되는 신호선, 방사부와 연결되는 접지선 및 접지선과 연결되어 접지선의 임피던스를 가변하는 제1임피던스 매칭부를 포함하는 다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는 것이다.

Description

다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용한 신호 전송방법{MULTIBAND ANTENNA APPARATUS AND TRANSMISSION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용한 신호 전송방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다중 대역 신호를 수신할 수 있는 다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용한 신호 전송방법에 관한 것이다.
이동 통신 가입자는 해마다 증가하고 있으며, 이동 통신 기술도 발전하고 있다. 이동통신기기는 코드분할다중접속(CDMA, Code Division Multiple Access), 광대역부호분할다중접속(WCDMA, Wideband Code Division Multiple Access)에 이어 최근 롱텀에벌루션(LTE, Long Term Evolution)방식을 이동통신규격으로 사용하고 있고, 위성 위치 확인 시스템(GPS, Global Positioning System)과 와이파이(Wi-Fi)를 이용하도록 한다.
특히, 스마트폰은 다기능화 추세에 따라 여러 주파수 대역의 신호를 처리할 수 있어야 한다. 또한, 외장형 안테나 보다 내장형 안테나가 더 선호되고 있다. 내장형 안테나로는 역F 안테나(Inverted F antenna), 평판 역F 안테나(Planar inverted F antenna), 역L 안테나(Inverted L antenna) 등이 있다.
상기와 같은 안테나들은 저주파수의 신호와 고주파수의 신호에 최적화하고 전송손실을 최소화하는 것이 필요하다.
(특허 문헌 1)한국공개 특허 10-2012-0046962 (2012.05.11 공개)
본 발명의 목적은 여러 주파수 대역의 신호를 최적화하여 전송하는 다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용한 신호 전송방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1측면은, 방사부, 방사부와 연결되는 신호선, 방사부와 연결되는 접지선 및 접지선과 연결되어 접지선의 임피던스를 가변하는 제1임피던스 매칭부를 포함하는 다중 대역 안테나 장치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 상기 신호선과 연결되어 상기 신호선의 임피던스를 가변하는 제2임피선스 매칭부를 더 포함할 수 있다.
부가적으로, 상기 제1임피던스 매칭부 또는 상기 제2임피던스 매칭부는 가변캐패시터 또는 가변 인덕터를 포함하고 가변 캐패시터 또는 가변 인덕터에 의해 접지선의 임피던스 또는 신호선의 임피던스가 가변될 수 있다.
부가적으로, 접지선은 복수이고, 제1임피던스 매칭부는 복수의 접지선과 연결되고, 복수의 접지선 중 하나를 선택하여 접지선의 임피던스를 가변할 수 있다.
부가적으로, 접지선은 복수이고 제1임피던스 매칭부는 복수의 접지선과 연결되고, 복수의 접지선 중 적어도 2개의 접지선을 선택하여 접지선의 임피던스를 가변할 수 있다.
부가적으로, 상기 제1임피던스 매칭부는 선택된 적어도 2개의 접지선의 임피던스 합을 변경할 수 있다.
부가적으로, 상기 제1임피던스 매칭부는 방사부와 접지 사이에 연결되는 제1코일과, 제1코일에 직렬로 연결되며 각각 병렬 연결되어 있는 제2코일과 가변캐패시터를 포함하고, 제1코일은 일단이 방사부에 연결되고 타단은 제2코일과 가변캐패시터의 일단에 연결되고 제2코일과 가변캐패시터는 일단이 제1코일에 연결되고 타단이 접지에 연결되는 다중 대역 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2측면은, 신호선과 접지선을 포함하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로, 다중 대역 안테나에 소정의 주파수를 갖는 신호가 전송되는 단계, 소정 주파수에 대응하여 접지선의 임피던스를 가변하여 상기 다중 대역 안테나의 공진주파수를 변경하는 단계를 포함하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는 것이다.
부가적으로, 상기 공진 주파수를 변경하는 단계는 신호선의 임피던스를 가변하는 단계를 더 포함하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는 것이다.
부가적으로, 상기 접지선은 제1접지선과 제2접지선으로 구분되고 제1접지선과 상기 제2접지선 중 하나를 선택하여 접지선의 임피던스를 가변하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법.
부가적으로, 접지선은 제1접지선과 제2접지선으로 구분되고 제1접지선과 제2접지선의 임피던스의 합을 변경하여 접지선의 임피던스를 가변하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 다중 대역 안테나 장치 및 그를 이용한 신호 전송방법에 의하면, 전송되는 신호의 주파수에 따라 전송 손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 평판 역F 안테나를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 일 실시예른 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 다중 대역 안테나의 회로구조를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 다른 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 2 및 도 4에 채용된 임피던스 가변소자의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 1에 도시된 가변 임피던스부의 일실시예를 나타낸다.
도 7은 도 2 및 도 4에 도시된 다중 대역 안테나에서 캐패시터 변화량에 따른 저주파수를 갖는 신호와 이득의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 다중 대역 안테나의 주파수 이득의 최적값을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 2 및 도 4에 도시된 다중 대역 안테나의 캐패시터 변화량에 따른 고주파를 갖는 신호와 이득의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 다중 대역 안테나의 주파수 이득의 최적값을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 매칭회로를 설명한다.
도 1은 평판 역 F 안테나를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 평판 역 F 안테나(10)는 방사부(11), 방사부(11)와 연결되는 신호선(21), 방사부(11)와 연결되는 접지선(22)을 포함할 수 있다.
평판 역 F 안테나(10)는 방사부(11), 방사부(11)에 소정의 주파수를 갖는 신호를 인가하는 신호공급원(23)과 연결된 신호선(21), 접지에 연결된 접지선(22)을 포함하고, 신호선(21)과 접지선(22)이 소정 간격을 두고 방사부(11)에 연결된다. 평판 역 F 안테나(10)는 공진주파수에 대응하는 신호를 전송한다. 공진주파수는 방사부(11)의 임피던스와 접지선(22)의 임피던스의 값의 합에 따라 결정될 수 있다. 다시 말하면, 방사부(11)의 끝단에서 접지선(22)이 연결된 부분까지의 길이에 대응하는 임피던스 값에 의해 공진주파수가 결정될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다. 도 3은 도 2에 도시된 다중 대역 안테나의 회로구조를 나타내는 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 다중 대역 안테나 장치(100)는 방사부(111), 방사부(111)와 신호공급원(153)에 연결되는 신호선(112a), 방사부(111)와 연결되는 접지선(112b), 및 접지선(112b)과 연결되어 접지선(112b)의 임피던스를 가변하는 제1임피던스 매칭부(151)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 방사부(111)는 신호선(112a)과 연결되어 신호선(112a)의 임피던스를 가변하는 제2임피던스 매칭부(152)를 더 포함할 수 있다. 또한, 다중 대역 안테나 장치(100)는 제1임피던스 매칭부(151), 제2임피던스 매칭부(152), 신호공급원(153)이 인쇄회로기판(PCB;150)에 형성되고 방사부(111), 신호선(112a), 접지선(112b)이 평판 역 F 안테나(110)를 구성할 수 있다.
제1임피던스 매칭부(151)는 접지선(112b)과 접지 사이에 연결되는 제1가변캐패시터(C11)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1임피던스 매칭부(151)는 제1가변캐패시터(C11)의 정전용량을 변화시켜 접지선(112b)의 임피던스를 가변할 수 있다. 도 3에서는 접지선(112b)에 제1가변캐패시터(C11)가 연결되어 있는 것으로 도시되어 있지만 접지선(112b)과 접지 사이의 임피던스는 가변 인덕터(미도시)를 이용하여 가변되도록 하는 것도 가능하다.
일 실시예에 있어서, 제1임피던스 매칭부(151)는 접지선(112b)과 연결되는 제1코일(L11)과, 제1코일(L11)과 접지 사이에 직렬로 연결되고 서로 병렬로 연결되는 제2코일(L21)과 제1가변캐패시터(C11)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1임피던스매칭부(151)의 임피던스 값은 가변캐패시터(C11)의 정전용량을 가변하여 달성할 수 있다. 가변캐패시터(C11)와, 가변캐패시터(C11)에 병렬로 연결된 제2코일(L21)에 의해 접지선(112b)의 임피던스 값이 변경될 수 있다. 그리고, 저주파수 대역의 신호가 방사부(111)에 전송되면, 가변캐패시터(C11)의 정전용량을 가변하여 병렬로 연결된 가변캐패시터(C11)와 제2코일(L21)의 임피던스값이 감소하도록 하고, 고주파수 대역의 신호가 방사부(111)에 전송되면, 가변캐패시터(C11)의 정전용량을 가변하여 병렬로 연결된 가변캐패시터(C11)와 제2코일(L21)의 임피던스값이 증가하도록 할 수 있다.
제2임피던스 매칭부(152)는 신호선(112a)와 신호공급원(153) 사이에 연결되는 제2가변캐패시터(C21)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2임피던스 매칭부(152)는 제2가변캐패시터(C21)의 정전용량을 변화시켜 신호선(112a)의 임피던스를 가변할 수 있다. 도 3에서는 신호선(112a)에 제2가변캐패시터(C21)가 연결되어 있는 것으로 도시되어 있지만 신호선(112a)과 신호 공급원(153) 사이의 임피던스를 가변 인덕터(미도시)를 이용하여 가변하는 것도 가능하다.
일 실시예에 있어서, 제2임피던스 매칭부(152)는 직렬로 연결되는 제3코일(L31), 제2가변캐패시터(C21), 제1캐패시터(Cf1), 일단은 제2가변캐패시터(C21)와 제1캐패시터(Cf2) 사이에 연결되고 타단은 접지에 연결되는 제4코일(L41)을 포함할 수 있다. 또한, 제2임피던스 매칭부(152)의 일단은 신호선(112a)과 연결되고 타단은 신호공급원(153)에 연결될 수 있다. 제2임피던스 매칭부(152)는 제2가변캐패시터(C21)의 정전용량을 가변하여 신호선(112a)이 임피던스 매칭이 되도록 함으로써 방사부(111)로 전송되는 신호의 전송손실을 최소화할 수 있다. 여기서도 제2가변캐패시터(C21)를 이용하여 신호선(112a)이 임피던스 매칭이 되도록 하는 것으로 되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 가변 인덕터(미도시)를 이용하여 임피던스 매칭이 되도록 하는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 다른 일 실시예를 나타내는 개념도이다. 도 5는 도 4에 도시된 다중 대역 안테나의 회로구조를 나타내는 회로도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 다중 대역 안테나 장치(100)는 방사부(211), 방사부(211)와 신호공급원(253)에 연결되는 신호선(212a), 방사부(211)와 연결되는 제1접지선(212b), 제2접지선(212c) 및 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c)과 연결되어 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c)의 임피던스를 가변하는 제1임피던스 매칭부(251)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 방사부(211)는 신호선(212a)과 연결되어 신호선(212a)의 임피던스를 가변하는 제2임피던스 매칭부(252)를 더 포함할 수 있다. 또한, 다중 대역 안테나 장치는 제1임피던스 매칭부(251), 제2임피던스 매칭부(252), 신호공급원(253)이 인쇄회로기판(PCB: 250)에 형성되고 방사부(211), 신호선(212a), 제1접지선(212b), 제2접지선(212c)이 평판 역 F 안테나(210)를 구성할 수 있다.
제1임피던스 매칭부(251)는 제1접지선(212b)과 접지 사이에 연결되는 제1가변캐패시터(C12)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1임피던스 매칭부(251)는 제1가변캐패시터(C12)의 정전용량을 변화시켜 제1접지선(212b)의 임피던스를 가변할 수 있다. 또한, 제1임피던스 매칭부(251)는 제2접지선(212c)과 접지 사이에 연결되는 제2가변캐패시터(C22)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제1임피던스매칭부(251)는 제2가변캐패시터(C22)의 정전용량을 변화시켜 제2접지선(212c)의 임피던스를 가변할 수 있다. 도 5에서는 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c)에 각각 제1가변캐패시터(C12)와 제2가변캐패시터(C22)가 연결되어 있는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않고 제1접지선(212b)과 접지 사이 또는 제2접지선(212c)와 접지 사이에 가변 인덕터(미도시)를 연결하고 가변 인걷터를 이용하여 임피던스를 가변하는 것도 가능하다.
일 실시예에 있어서, 제1임피던스 매칭부(251)는 제1접지선(212b)과 연결되는 제1코일(L12)과, 제1코일(L12)과 접지 사이에 각각 직렬로 연결되고 서로 병렬로 연결되는 제2코일(L22)과 제1가변캐패시터(C12)를 포함할 수 있다. 또한, 제1임피던스 매칭부(251)는 제2접지선(212c)과 연결되는 제3코일(L32)과, 제3코일(L32)과 접지 사이에 각각 직렬로 연결되고 서로 병렬로 연결되는 제4코일(L42)과 제2가변캐패시터(C22)를 포함할 수 있다. 이때, 제1코일(L12), 제2코일(L22), 제1가변캐패시터(C12)를 통해 형성된 접지선을 제1접지선(212b)라고 칭할 수 있고 제3코일(L32), 제4코일(L42), 제2가변캐패시터(C22)를 통해 형성된 접지선을 제2접지선(212c)라고 칭할 수 있다. 그리고, 제1임피던스 매칭부(251)는 신호선(212a)를 통해 전송되는 신호의 주파수에 따라 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c) 중 하나를 선택하여 방사부(211)와, 방사부(211)와 접지 간의 임피던스를 가변하는 것이 가능하다. 또한, 제1임피던스 매칭부(251)는 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c) 모두를 선택하고 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c)의 임피던스를 조절하여 신호선(212a)를 통해 전송되는 신호의 주파수에 적합한 접지선의 임피던스를 결정하도록 하는 것이 가능하다.
먼저, 제1임피던스 매칭부(251)에서 제1접지선(212c)과 제2접지선(212c) 중 하나를 선택하여 동작하는 것을 설명하면, 저주파수 대역의 신호가 방사부(211)에 전송되면, 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c) 중 하나를 선택하여 방사부(211)와, 방사부(211)와 접지 간의 임피던스를 가변하도록 사용한다. 이때, 나머지 하나는 임피던스가 무한대가 되도록 한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1접지선(212b)을 선택하여 방사부(211)와 방사부(211)와 접지 간의 임피던스를 가변하는 것으로 가정한다. 제1가변캐패시터(C12)의 정전용량을 가변하여 제1접지선(212b)의 임피던스 값이 신호선(212a)에 전송되는 신호에 적합한 임피던스 값을 갖도록 하고, 제2접지선(212c)은 제2가변캐패시터(C22)의 정전용량을 조절하여 제2가변캐패시터(C22)의 임피던스가 무한대가 되도록 한다. 이때, 제4코일(L42)과 제2가변캐패시터(C22)가 병렬로 연결되어 있는 경우에는 제2가변캐패시터(C22)의 정전용량을 가변하여 제4코일(L42)과 제2가변캐패시터(C22)가 공진하도록 함으로써 제2접지선(212c)의 임피던스가 무한대가 되도록 할 수 있다. 그리고, 제2접지선(212c)을 선택하여 방사부(211)와, 방사부(211)와 접지 간의 임피던스를 가변하는 경우는 제2가변캐패시터(C22)의 정전용량을 가변하여 제2접지선(212c)의 임피던스 값이 신호선(212a)에 전송되는 신호에 적합한 임피던스 값을 갖도록 하고, 제1접지선(212b)은 제1가변캐패시터(C12)의 정전용량을 조절하여 제2가변캐패시터(C12)의 임피던스가 무한대가 되도록 한다. 이때, 제2코일(L22)와 제1가변캐패시터(C11)가 병렬로 연결되어 있는 경우에는 제1가변캐패시터(C12)의 정전용량을 가변하여 제2코일(L22)와 제1가변캐패시터(C12)가 공진하도록 함으로써 제1접지선(212b)의 임피던스가 무한대가 되도록 할 수 있다.
그리고, 제1임피던스 매칭부(251)에서 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c) 모두를 선택하고 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c)의 임피던스를 조절하여 방사부(211)와, 방사부(211)와 접지 간의 임피던스를 가변하는 경우는 제1가변캐패시터(C12)와 제2가변캐패시터(C22)의 정전용량을 조절하여 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c)의 임피던스 값의 합이 방사부(211)과 접지선의 임피던스가 되도록 한다.
상기와 같이 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c) 중 하나를 선택하거나 제1접지선(212a)과 제2접지선(212b)의 임피던스 값을 조절하여 방사부(211)의 끝단에서 접지선까지의 임피던스값을 조절함으로써 신호선으로 전달되는 공진주파수를 결정할 수 있다.
상기에서 제1접지선(212b) 및 제2접지선(212c)의 임피던스를 가변할 때 가변캐패시터를 이용하는 것으로 설명하였지만 여기에 한정되지 않고 가변 인덕터를 이용하여 임피던스를 가변하는 것도 가능하다.
제2임피던스 매칭부(152)는 신호선(112a)와 신호공급원(153) 사이에 연결되는 제2가변캐패시터(C21)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2임피던스 매칭부(152)는 제2가변캐패시터(C21)의 정전용량을 변화시켜 신호선(112a)의 임피던스를 가변할 수 있다. 도 3에서는 신호선(112a)에 제2가변캐패시터(C21)가 연결되어 있는 것으로 도시되어 있지만 신호선(112a)과 신호 공급원(153) 사이의 임피던스를 가변 인덕터(미도시)를 이용하여 가변하는 것도 가능하다.
일 실시예에 있어서, 제2임피던스 매칭부(252)는 직렬로 연결되는 제5코일(L52), 제3가변캐패시터(C32), 제1캐패시터(Cf2), 일단은 제2가변캐패시터(C21)와 제1캐패시터(Cf2) 사이에 연결되고 타단은 접지에 연결되는 제4코일(L41)을 포함할 수 있다. 또한, 제2임피던스 매칭부(152)의 일단은 신호선(112a)과 연결되고 타단은 신호공급원(153)에 연결될 수 있다. 제2임피던스 매칭부(152)는 제2가변캐패시터(C21)의 정전용량을 가변하여 신호선을 통해 전송되는 신호의 전송손실을 최소화한다.
도 3 및 도 5에서, 하나의 가변캐패시터를 이용하여 임피던스 매칭부의 정전용량을 가변하는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고 복수의 소자를 이용하여 임피던스 매칭부의 정전용량을 가변하는 것도 가능하다. 복수의 소자를 이용하여 정전용량을 가변하는 것의 일례로 하기의 도 6에서 가변 임피던스부로 칭하여 설명한다. 또한, 도 4 및 도 5에서 다중 대역 안테나 장치가 방사부(211)에 제1접지선(212b)과 제2접지선(212c)이 연결되어 있는 것으로 개시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 3개 이상의 접지선이 방사부(211)에 연결되는 것도 가능하다.
또한, 도 3 및 도 5에 도시된 가변 캐패시터는 메탈 인슐레이터 메탈(Metal insulator Metal: MIM) 캐패시터, MEMS(Micro electro mechanical slystems), 인가되는 전압에 의해 유전체의 상수가 가변되는 박막 세라믹 물질을 사용한 BST(Barium Strontium Titanate)를 이용한 캐패시터 등을 사용할 수 있다.
도 6은 가변 임피던스부의 일실시예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 가변 임피던스부(400)는 제1단(RF+)과 제2단(RF-) 사이에 복수의 캐패시터(411,412,...,41n)와 복수의 캐패시터(411,412,...,41n) 중 하나의 캐패시터를 선택하고 선택된 튜닝 캐패시터를 통해 신호가 흐르도록 하는 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)를 포함한다. 복수의 캐패시터(411,412,...,41n)는 각각 다른 정전용량을 가질 수 있다. 복수의 캐패시터(411,412,...,41n)는 각각의 정전용량에 의해 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 전송되는 RF 신호의 주파수와 RF 출력단(Vout)에 연결되어 있는 부하의 임피던스 별로 임피던스 매칭을 할 수 있다. 이때, 복수의 캐패시터(411,412,...,41n)는 RF 신호의 주파수 대역과 RF 출력단(Vout)에 연결되어 있는 부하의 임피던스 별로 임피던스 매칭을 할 수도 있다.
가변 임피던스부(400)의 연결관계를 보다 구체적으로 설명하면, 복수의 캐패시터(411,412,...,41n)의 제1전극은 병렬로 제1단(RF+)에 연결되고 복수의 캐패시터(411,412,...,41n)의 제2전극은 복수의 트랜지스터 (421,422,...,42n)의 제1전극에 연결된다. 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)의 제2전극은 제2단(RF-) 사이에 연결되고 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)의 각각의 게이트는 제어신호를 전달받아 트랜지스터(421,422,...,42n)의 스위칭동작을 수행할 수 있도록 한다. 제어신호는 n 비트의 디지털 신호로 구현될 수 있으며, 각 비트에 대응하여 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)의 스위칭동작이 결정될 수 있다. 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)의 제1전극과 제2전극은 각각 소스와 드레인이다. 그리고, 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)의 바디(B)는 각각 접지에 연결된다. 또한, 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)는 m 개의 트랜지스터가 적층되어 스위칭 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 복수의 캐패시터(411,412,...,41n) 중 첫번째 튜닝 캐패시터(411)의 용량을 C0로 가정하면 두번째 튜닝 캐패시터(412)의 용량은 2C0가 되고 n번째 튜닝 캐패시터(41n)의 용량은 2nC0가 되도록 설정할 수 있다. 이렇게 가변 임피던스부(400)의 복수의 캐패시터(421,422,...,42n)들의 용량이 2의 배수로 커지도록 설정할 수 있는 이유는 2진수의 디지털 신호에 대응될 수 있도록 하기 위해서이다. 그리고, 복수의 트랜지스터(421,422,...,42n)의 채널의 폭은 캐패시터의 용량에 대응하여 넓어진다. 즉, 첫번째 캐패시터(411)에 연결된 트랜지스터(421)의 채널의 폭은 W가 되고 두번째 캐패시터(412)에 연결된 트랜지스터(422)의 채널의 폭은 2W가 되고 n번째 캐패시터(41n)에 연결된 트랜지스터(42n)의 채널의 폭은 2nW가 된다. 그 이유는 가변 임피던스부(400)의 각 트랜지스터부(421,422,...,42n)을 통과한 신호들의 Q팩터가 일정하게 유지되도록 하기 위해서이고, Q팩터는 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112013011048563-pat00001
여기서 fo는 신호의 주파수, R은 스위칭 트랜지스터부의 저항, C는 캐패시터의 정전용량을 의미한다.
따라서, 캐패시터들(411,412,...,41n)의 정전용량이 두배씩 증가하면서 동일한 Q팩터를 유지하기 위해서는 저항이 두배씩 감소하여야 한다. 그러기 위해서는 복수의 캐패시터(411,412,...,41n)에 연결된 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 채널의 폭이 두 배씩 증가하여야 한다.
트랜지스터들(421,422,...,42n)의 게이트단(G)과 바디단(B)에 각각 저항이 연결될 수 있다. 각 저항은 트랜지스터들(421,422,...,42n)이 안정적으로 동작할 수 있도록 한다. 설명의 편의를 위해 하나의 트랜지스터를 예로 들어 설명한다. 만약, 트랜지스터(421)의 드레인단(D)에 +3V에서 -3V 사이에서 스윙하는 교류 신호가 전달되고 트랜지스터(421)의 게이트단(G)에 +3V의 하이 신호가 전달되면, 드레인단(D)에는 교류 전압이 전달되기 때문에 전압의 크기가 실시간으로 변하는 반면 게이트단(G)의 전압은 하이 신호로 고정이 된다. 이렇게 드레인단(D)의 전압이 변하게 되면 드레인단(D)의 전압과 게이트단(G)의 전압차이가 트랜지스터(421)의 문턱전압보다 작게 될 수 있다. 예를 들어 드레인단(D)에 +3V의 전압이 전달되고 게이트단(G)에 +3V의 전압이 전달되면, 드레인단(D)과 게이트단(G) 간의 전압차이는 0V가 되어 트랜지스터(421)의 문턱전압보다 작아 트랜지스터(421)는 오프 상태가 된다. 하지만, 게이트단(G)에 저항이 연결되어 있으면, 트랜지스터(421)의 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D)에 캐패시터가 형성되고 형성된 캐패시터의 커플링 동작에 의해 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D) 간에 전압이 일정하게 유지된다.
따라서, 게이트단(G)으로 하이 신호가 입력되고 드레인단(D)에 입력되는 교류가 +3V에서 -3V 사이의 전압을 스윙하더라도 소스단(S)과 게이트단(D), 게이트단(G)과 드레인단(S) 사이의 전압이 일정하게 유지되어 트랜지스터(421)가 온 상태를 유지하게 된다. 그리고, 트랜지스터(421)가 오프 상태일 때도 동일한 과정에 의해 오프 상태가 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.
도 7은 도 2 및 도 4에 도시된 다중 대역 안테나에서 캐패시터 변화량에 따른 저주파수를 갖는 신호와 이득의 관계를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 다중 대역 안테나의 주파수 이득의 최적값을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 다중 대역 안테나에 전송되는 신호가 700Mhz에서 1Ghz 범위를 갖는 저주파수를 갖는 경우에 대한 이득 변화를 나타낸 것이다. 여기서, 코드 값의 변화는 정전용량 변화를 나타내는 것으로 코드 값이 커질수록 가변캐패시터의 정전용량이 커지는 것을 의미한다. 다중 대역 안테나에서 임피던스 매칭부를 사용하지 않은 경우 밴드폭이 843MHz에서 928MHz를 갖는 반면, 임피던스 매칭부를 사용하는 경우 캐패시터의 값을 조절하여 밴드 폭 넓힐 수 있고, 가변캐패시터의 정전용량값을 주파수 별로 최적화를 하면 다중 대역 안테나의 밴드폭을 754MHz에서 960MHz로 결정할 수 있다. 따라서, 다중 대역 안테나에서 임피던스 매칭부를 사용하는 경우 넓어질 수 있다. 특히, 주파수 별로 임피던스 매칭부에서 정전용량을 더 크게 할수록(코드값이 커질 수록) 밴드 폭이 더 넓어지는 것을 알 수 있다.
도 9는 도 2 및 도 4에 도시된 다중 대역 안테나의 캐패시터 변화량에 따른 고주파를 갖는 신호와 이득의 관계를 나타내는 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 다중 대역 안테나의 주파수 이득의 최적값을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 다중 대역 안테나에 전송되는 신호가 1.77Ghz에서 2.3Ghz 범위를 갖는 고주파수인 경우에 대한 이득 변화를 나타낸 것이다. 다중 대역 안테나에서 임피던스 매칭부를 사용하지 않는 경우에 밴드폭이 충분히 넓은 것을 알 수 있다. 그리고, 다중 대역 안테나에서 임피던스 매칭부를 사용하는 경우 정전용량을 변화시킴으로 인해 밴드폭이 좁게 할 수도 있고 넓게 할 수도 있다. 따라서, 정전용량을 변화시킴으로 인해 다중 대역 안테나의 밴드폭을 임피던스 매칭부가 사용되지 않는 경우와 같이 넓어지도록 할 수 있다. 특히, 주파수 별로 임피던스 매칭부에서 정전용량을 더 크게 할수록(코드값이 커질수록) 밴드 폭이 더 넓어지는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 7 내지 도 10에서 알 수 있듯이 정전용량의 변화에 의해 저주파 영역과 고주파 영역의 밴드폭을 넓게 할 수 있으며, 특히, 저주파 영역의 밴드폭이 넓어지더라도 고주파 영역의 밴드폭이 좁아지지 않게 할 수 있다.
또한, 여기서, 다중 대역 안테나를 평판 역 F 안테나를 기준으로 설명을 하였지만, 다중 대역 안테나가 여기에 한정되는 것은 아니며, 신호선과 접지선이 구분되어 있는 안테나이면 모두 적용 가능하다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 다중 대역 안테나 110: 평판 역 F 안테나
112a: 신호선 112b: 접지선
151: 제1임피던스 매칭부 152: 제2임피던스매칭부
153: 전원부

Claims (11)

  1. 방사부;
    상기 방사부와 연결되는 신호선;
    상기 방사부와 연결되는 접지선;
    상기 접지선과 연결되어 상기 접지선의 임피던스를 가변하는 제1임피던스 매칭부; 및
    상기 신호선과 연결되어 상기 신호선의 임피던스를 가변하는 제2임피던스 매칭부를 포함하고,
    상기 제1임피던스 매칭부 및 상기 제2임피던스 매칭부 중 적어도 어느 하나는 가변 캐패시터부를 포함하고,
    상기 가변 캐패시터부는, 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결된 복수의 캐패시터와, 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함하는,
    다중 대역 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트단(G)과 바디단(B)은 각각 저항과 직렬로 연결되는,
    다중 대역 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 캐패시터의 등가 캐패시턴스는 2m-1×C0 (단, m은 n이하의 자연수)이고,
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 채널폭은 각각 2m-1×W (단, m은 n이하의 자연수)이며,
    상기 n은 복수의 캐패시터의 개수, 상기 C0는 가장 작은 캐패시턴스를 갖는 캐패시터의 등가 캐패시턴스, W는 상기 가장 작은 캐패시턴스를 갖는 캐패시터에 연결된 스위칭 트랜지스터의 채널폭인,
    다중 대역 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접지선은 복수이고, 상기 제1임피던스 매칭부는 복수의 접지선과 연결되고, 상기 복수의 접지선 중 하나를 선택하여 상기 접지선의 임피던스를 가변하는 다중 대역 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접지선은 복수이고 상기 제1임피던스 매칭부는 복수의 접지선과 연결되고, 상기 복수의 접지선 중 적어도 2개의 접지선을 선택하여 상기 접지선의 임피던스를 가변하는 다중 대역 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1임피던스 매칭부는 상기 선택된 적어도 2개의 접지선의 임피던스 합을 변경하는 다중 대역 안테나 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1임피던스 매칭부는 상기 방사부와 접지 사이에 연결되는 제1코일과, 상기 제1코일에 직렬로 연결되며 상기 가변 캐패시터부와 병렬 연결되어 있는 제2코일을 더 포함하고,
    상기 제1코일은 일단이 상기 방사부에 연결되고 타단은 상기 제2코일과 상기 가변 캐패시터부의 일단에 연결되고, 상기 제2코일과 상기 가변 캐패시터부는 일단이 상기 제1코일에 연결되고 타단이 접지에 연결되는 다중 대역 안테나 장치.
  8. 신호선과 접지선을 포함하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로,
    상기 다중 대역 안테나에 소정의 주파수를 갖는 신호가 전송되는 단계;
    상기 소정 주파수에 대응하여 상기 접지선과 상기 신호선의 임피던스를 가변하여 상기 다중 대역 안테나의 공진주파수를 변경하는 단계를 포함하고,
    상기 접지선의 임피던스의 가변과 상기 신호선의 임피던스의 가변 중 적어도 어느 하나는 가변 캐패시터부에 의하여 이루어지고,
    상기 가변 캐패시터부는, 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결된 복수의 캐패시터와, 각 캐패시터에 직렬로 연결된 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함하는,
    다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트단(G)과 바디단(B)은 각각 저항과 직렬로 연결되는,
    다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 접지선은 제1접지선과 제2접지선으로 구분되고 상기 제1접지선과 상기 제2접지선 중 하나를 선택하여 상기 접지선의 임피던스를 가변하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 접지선은 제1접지선과 제2접지선으로 구분되고 상기 제1접지선과 상기 제2접지선의 임피던스의 합을 변경하여 상기 접지선의 임피던스를 가변하는 다중 대역 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법.
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