KR101428204B1 - 안테나 장치 및 그의 급전 구조체 - Google Patents

안테나 장치 및 그의 급전 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안테나 장치 및 그의 급전 구조체에 관한 것으로, 방사체와, 방사체의 접지를 위한 접지체와, 방사체와 접지체 사이에 개재되어, 방사체의 급전을 위한 급전 구조체를 포함하는 안테나 장치 및 접지체로부터 이격되는 공진 제어부와, 방사체와 공진 제어부에 연결되어, 전류를 공급하는 급전부를 포함하는 급전 구조체를 제공한다. 본 발명에 따르면, 안테나 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

안테나 장치 및 그의 급전 구조체{ANTENNA APPARATUS AND FEEDING STRUCTURE THEREOF}
본 발명은 안테나 장치 및 그의 급전 구조체에 관한 것으로, 특히 통신 단말기의 안테나 장치 및 그의 급전 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 통신 단말기는 전자기파를 송수신하기 위한 안테나 장치를 구비하여 이루어진다. 이러한 안테나 장치는 특정 주파수 대역에서 공진하여, 해당 주파수 대역의 전자기파를 송수신한다. 이 때 해당 주파수 대역에서 공진 시, 안테나 장치에서 임피던스(impedance)는 허수로 된다. 그리고 안테나 장치에 대하여 해당 주파수 대역에서 S 파라미터(S parameter)가 급격히 감소한다.
이를 위해, 안테나 장치는 원하는 공진 주파수 대역에 대응하는 파장 λ에 대하여 λ/2의 전기적 길이를 갖는 도선(conducting wire)을 구비한다. 이러한 안테나 장치는 도선을 통해 전자기파를 전송하며, 전자기파가 도선에서 정상파(standing wave)를 형성함에 따라, 안테나 장치에서 공진이 이루어진다. 이 때 안테나 장치는 커패시터(capacitor)와 같은 집중 회로 소자(lumped element)를 더 구비한다. 여기서, 집중 회로 소자는 도선에 연결된다. 그리고 집중 회로 소자의 전기적 특성, 예컨대 커패시턴스(capacitance)에 따라, 안테나 장치의 공진 주파수 대역이 결정된다.
그런데, 상기와 같은 안테나 장치에서 성능 열화가 발생되는 문제점이 있다. 이는, 집중 회로 소자의 공차(tolerance)에 의해 발생된다. 즉 집중 회로 소자가 일정 범위의 오차가 허용되는 가운데 제조됨에 따라, 안테나 장치에서 성능 열화가 발생된다. 나아가, 안테나 장치의 성능 측정 시, 산포가 높다. 아울러, 상기와 같은 안테나 장치의 제조 비용이 높다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 안테나 장치의 성능을 향상시키는 데 있다. 즉 본 발명은 안테나 장치의 성능 열화를 방지하기 위한 것이다. 그리고 본 발명은 안테나 장치의 성능 산포를 낮추기 위한 것이다. 아울러, 본 발명의 다른 목적은 안테나 장치의 제조 비용을 절감하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 안테나 장치는, 방사체와, 상기 방사체의 접지를 위한 접지체와, 상기 방사체와 상기 접지체 사이에 개재되어, 상기 방사체의 급전을 위한 급전 구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 급전 구조체는, 상기 접지체로부터 이격되는 공진 제어부와, 상기 방사체 및 상기 공진 제어부에 연결되어, 전류를 공급하는 급전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 방사체는, 상기 공진 제어부가 상기 접지체로부터 이격되는 거리 및 상기 접지체에 대향되는 폭에 의해 결정되는 주파수 대역에서 공진한다.
여기서, 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 급전 구조체는, 상기 방사체와 상기 접지체에 연결되는 접지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 장치는, 공진 제어부에 의해 공진 주파수 대역이 결정될 수 있다. 즉 커패시터와 같은 집중 회로 소자를 구비하지 않더라도, 안테나 장치가 원하는 공진 주파수 대역에서 공진할 수 있다. 이로 인하여, 안테나 장치의 성능을 향상시킬 수 있다. 즉 안테나 장치에서 집중 회로 소자로 인한 성능 열화를 방지할 수 있으며, 성능 산포를 낮출 수 있다. 아울러, 안테나 장치를 제조하는 데 있어서, 집중 회로 소자에 대응하는 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 등가 회로를 도시하는 회로도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 제 1 변형 예를 설명하기 위한 예시도들,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 제 2 변형 예를 설명하기 위한 예시도들,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 공진 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 등가 회로를 도시하는 회로도, 그리고
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 공진 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 등가 회로를 도시하는 회로도이다. 또한 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 제 1 변형 예를 설명하기 위한 예시도들이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 제 2 변형 예를 설명하기 위한 예시도들이다. 아울러, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 공진 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(100)는, 구동 기판(110), 접지체(120) 및 안테나 소자(130)를 포함한다.
구동 기판(110)은 안테나 장치(100)에서 급전(急電) 및 지지(支持)를 위해 제공된다. 이 때 구동 기판(110)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)일 수 있다. 이러한 구동 기판(110)은 평판 구조를 갖는다. 여기서, 구동 기판(110)은 단일 기판으로 구현될 수 있으며, 다수개의 기판들이 적층되어 구현될 수도 있다.
그리고 구동 기판(110)은 하부면(111), 하부면(111)에 대응되는 상부면(113) 및 하부면(111)과 상부면(113)을 연결하는 측면(115)을 포함한다. 여기서, 구동 기판(110)은 접지 영역(117)과 공진 영역(119)으로 구분된다. 또한 구동 기판(110)에, 전송 선로(도시되지 않음)가 내재된다. 전송 선로는 일 단부를 통해 안테나 장치(100)의 외부 전원(도시되지 않음)에 연결된다. 게다가, 전송 선로는 타 단부를 통해 공진 영역(119)으로 노출된다. 즉 전송 선로는 일 단부로부터 타 단부로, 외부 전원에서 공급되는 전류를 전달한다.
또한 구동 기판(110)은 유전체를 포함한다. 여기서, 구동 기판(110)의 도전율(conductivity; σ)이 0.02일 수 있다. 그리고 구동 기판(110)의 유전율(permittivity; ε)이 4.4일 수 있다. 게다가, 구동 기판(110)의 손실 탄젠트(loss tangent)는 0.02일 수 있다. 한편, 전송 선로는 도전성 물질로 이루어진다. 여기서, 전송 선로는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
접지체(120)는 안테나 장치(100)에서 접지(接地)를 위해 제공된다. 이러한 접지체(120)는 구동 기판(110)에 장착된다. 이 때 접지체(120)는 접지 영역(117)에 배치된다. 여기서, 접지체(120)는 구동 기판(110)의 상부면(113) 또는 하부면(111) 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다. 또는 구동 기판(110)이 다수개의 기판들로 이루어진 경우, 접지체(120)는 기판들 사이에 배치될 수도 있다. 그리고 접지체(120)는 평판 구조를 가질 수 있다. 여기서, 접지체(120)는 접지 영역(117)을 전체적으로 커버할 수 있다. 또는 접지체(120)는 접지 영역(117)을 부분적으로 커버할 수도 있다.
안테나 소자(130)는 안테나 장치(100)에서 신호 송수신을 위해 제공된다. 이 때 안테나 소자(130)는 미리 정해진 공진 주파수 대역에서 신호를 송수신한다. 즉 안테나 소자(130)는 공진 주파수 대역에서 동작하여, 전자기파를 송수신한다. 여기서, 안테나 소자(130)는 구동 기판(110)에서 전력이 공급됨에 따라, 동작할 수 있다. 그리고 안테나 소자(130)는 미리 정해진 임피던스(impedance)에서 공진한다.
이러한 안테나 소자(130)는 구동 기판(110)에 실장된다. 이 때 안테나 소자(130)는 공진 영역(119)에 배치된다. 여기서, 안테나 소자(130)는 상부면(113)에 배치될 수 있다. 그리고 안테나 소자(130)는 공진 영역(119)에서 전송 선로에 접촉한다. 또한 안테나 소자(130)는 접지체(120)에 접촉한다. 여기서, 안테나 소자(130)는 급전 구조체(131) 및 방사체(139)를 포함한다.
급전 구조체(131)는 안테나 소자(130)에서 급전을 위해 제공된다. 즉 급전 구조체(131)는 방사체(139)를 동작시킨다. 그리고 급전 구조체(131)는 방사체(139)와 함께, 동작한다. 이 때 급전 구조체(131)는 방사체(139)에 전류를 공급한다. 그리고 급전 구조체(131)는, 방사체(139)에서 전류가 전달되게 한다. 여기서, 급전 구조체(131)는 급전부(133), 접지부(135) 및 공진 제어부(137)를 포함한다.
급전부(133)는 방사체(139)에 전류를 공급한다. 이러한 급전부(133)는 구동 기판(110)의 전송 선로에 접촉한다. 이 때 급전부(133)는 일 단부를 통해 전송 선로에 접촉한다. 여기서, 급전부(133)의 일 단부가 급전점(feeding point)으로 정의된다. 그리고 급전부(133)는 전송 선로로부터 연장된다. 이 때 급전부(133)는 타 단부를 통해 연장된다. 여기서, 급전부(133)는 타 단부를 통해 방사체(139)에 접촉한다. 즉 급전부(133)는 일 단부로부터 타 단부로, 방사체(139)에 전류를 공급한다. 또한 급전부(133)는 도전성 물질로 이루어진다. 여기서, 급전부(133)는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들면, 급전부(133)는 접지체(120)에 근접한 위치에서, 전송 선로에 접촉한다. 여기서, 급전부(133)는 접지체(120)와 접촉하지 않는다. 그리고 급전부(133)는 접지체(120)로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 여기서, 급전부(133)는 접지체(120)에 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
접지부(135)는 방사체(139)를 접지시킨다. 이러한 접지부(135)는 접지체(120)에 접촉한다. 이 때 접지부(135)는 일 단부를 통해 접지체(120)에 접촉한다. 여기서, 접지부(135)의 일 단부가 접지점으로 정의된다. 그리고 접지부(135)는 접지체(120)로부터 연장된다. 이 때 접지부(135)는 타 단부를 통해 연장된다. 여기서, 접지부(135)는 타 단부를 통해 방사체(139)에 접촉한다. 즉 접지부(135)는 타 단부로부터 일 단부로, 방사체(139)를 접지시킨다. 또한 접지부(135)는 급전부(133)로부터 이격되어 배치된다. 즉 접지부(135)는 방사체(139)에서 급전부(133)와 다른 위치에 접촉한다. 게다가, 접지부(135)는 도전성 물질로 이루어진다. 여기서, 접지부(135)는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들면, 접지부(135)는 접지체(120)에 접촉한다. 그리고 접지부(135)는 접지체(120)로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 여기서, 접지부(135)는 접지체(120)에 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
공진 제어부(137)는 방사체(139)의 전기적 특성을 제어한다. 즉 공진 제어부(137)는 방사체(139)의 공진 주파수 대역을 제어한다. 이러한 공진 제어부(137)는 접지체(120)에 대향되며, 접지체(120)로부터 이격된다. 이 때 공진 제어부(137)는 일 단부를 통해 접지체(120)에 대향되며, 접지체(120)로부터 이격된다. 또한 공진 제어부(137)는 타 단부를 통해 연장된다. 여기서, 공진 제어부(137)는 타 단부를 통해 방사체(139)에 접촉한다. 즉 공진 제어부(137)는 방사체(139)로부터 접지체(120)를 향하여 돌출되는 형상을 갖는다. 게다가, 공진 제어부(137)는 타 단부로부터 일 단부로, 전류가 공급되며, 접지된다. 아울러, 공진 제어부(137)는 도전성 물질로 이루어진다. 여기서, 공진 제어부(137)는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들면, 공진 제어부(137)는 접지체(120)로부터 이격된 위치에 배치된다. 그리고 공진 제어부(137)는 접지체(120)로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 여기서, 공진 제어부(137)는 접지체(120)에 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
이 때 공진 제어부(137)와 접지체(120) 사이에, 공진 제어 영역(138)이 형성된다. 여기서, 공진 제어 영역(138)의 사이즈는, 공진 제어부(137)가 접지체(120)로부터 이격되는 이격 거리(d) 및 접지체(120)에 대향되는 대향 폭(l)으로 결정된다. 그리고 공진 제어부(137)로 전류가 공급되면, 공진 제어 영역(138)에서 부가 커패시턴스가 형성된다. 여기서, 부가 커패시턴스는 공진 제어 영역(138)의 사이즈에 대응하여 결정된다. 다시 말해, 부가 커패시턴스는 이격 거리(d) 및 대향 폭(l)에 의해 결정된다. 이러한 부가 커패시턴스는, 하기 <수학식 1> 및 <수학식 2>와 같이 표현되는 일반적인 전압 관계식에 따라, 하기 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012090970798-pat00001
Figure 112012090970798-pat00002
Figure 112012090970798-pat00003
여기서, V는 공진 제어부(137)에 인가되는 전압을 나타내고, ε는 유전율을 나타내고, P는 단위 면적 당 전하량을 나타내고, A는 대향 폭에 비례하는 단위 면적을 나타내며, Q는 전하량을 나타내고, d는 이격 거리를 나타내며, C는 부가 커패시턴스를 나타낸다.
방사체(139)는 공진 주파수 대역에서 동작한다. 이 때 급전 구조체(131)로부터 전류가 공급되면, 방사체(139)는 공진 주파수 대역에서 동작한다. 여기서, 방사체(139)는 접지체(120) 및 급전 구조체(131)와 함께, 동작한다. 이러한 방사체(139)는 급전 구조체(131)에 연결된다. 이 때 방사체(139)는 급전부(133), 접지부(135) 및 공진 제어부(137)에 연결된다. 여기서, 방사체(139)는 각기 다른 위치에서, 급전부(133), 접지부(135) 및 공진 제어부(137)에 개별적으로 연결된다. 그리고 방사체(139)는 급전부(133)의 타 단부, 접지부(135)의 타 단부 및 공진 제어부(137)의 타 단부에 연결된다. 즉 방사체(139)는 급전부(133), 접지부(135) 및 공진 제어부(137)를 연결하며 연장된다. 또한 방사체(139)는 도전성 물질로 이루어진다. 여기서, 방사체(139)는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들면, 방사체(139)는 일 단부를 통해 접지부(135)에 연결될 수 있다. 그리고 방사체(139)는 타 단부를 통해 접지부(135)로부터 연장될 수 있다. 또한 방사체(139)는 일 단부와 타 단부의 사이에서 급전부(133)에 연결될 수 있다. 게다가, 방사체(139)는 타 단부를 통해 공진 제어부(137)에 연결될 수 있다. 즉 방사체(139)에서, 공진 제어부(137)가 급전부(133)를 중심으로 접지부(135)의 맞은편에 연결될 수 있다.
또는 방사체(139)는 일 단부를 통해 급전부(133)에 연결될 수 있다. 그리고 방사체(139)는 타 단부를 통해 급전부(133)로부터 연장될 수 있다. 또한 방사체(139)는 일 단부와 타 단부의 사이에서 접지부(133)에 연결될 수 있다. 여기서, 방사체(139)는 접지체(120)에 나란한 방향으로 연장될 수 있다. 즉 방사체(139)는 접지체(120)에 직접적으로 접촉하지 않을 수 있다. 게다가, 방사체(139)는 타 단부를 통해 공진 제어부(137)에 연결될 수 있다. 즉 방사체(139)에서, 공진 제어부(137)가 접지부(135)를 중심으로 급전부(133)의 맞은편에 연결될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 급전부(133)와 공진 제어부(137)가 공진 루프를 형성한다. 이 때 급전부(133)와 공진 제어부(137)는 접지체(120) 및 방사체(139)와 함께, 공진 루프를 형성한다. 다시 말해, 접지체(120)와 방사체(139)가 상호 나란하게 배치되고, 급전부(133)와 공진 제어부(137)가 접지체(120)와 방사체(139) 사이에 배치된다. 여기서, 급전부(133)와 공진 제어부(137)는 접지체(120)에 수직한 방향으로 각각 연장되고, 접지체(120)에 나란한 방향으로 상호 이격된다. 그리고 구동 기판(110)으로부터 전류가 인가되면, 급전부(133)가 방사체(139) 및 공진 제어부(137)로 전류를 공급한다. 이를 통해, 안테나 소자(130)가 미리 정해진 공진 주파수 대역에서 공진한다. 이 때 안테나 소자(130)의 공진 주파수 대역이 공진 루프에 의해 결정된다. 다시 말해, 공진 주파수 대역이 공진 제어 영역(138)의 사이즈 및 공진 루프의 사이즈 또는 형상에 의해 결정된다.
이러한 안테나 장치(100)는 미리 정해진 공진 주파수 대역에서 동작하도록, 설계된다. 즉 안테나 장치(100)는 공진 주파수 대역에 대응하는 전기적 특성을 갖도록, 설계된다. 예를 들면, 안테나 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 설계될 수 있다.
즉 안테나 소자(130)가 메인 인덕턴스(inductance)와 메인 커패시턴스를 갖도록 설계된다. 그리고 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스가 안테나 소자(130)의 공진 주파수 대역을 결정한다. 이 때 등가 회로에서, 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스는 메인 인덕터(141)와 메인 커패시터(143)로 각각 나타낼 수 있다. 여기서, 메인 인덕터(141)와 메인 커패시터(143)는 병렬로 접속될 수 있다.
그리고 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스는 안테나 소자(130)의 사이즈 또는 형상에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 안테나 소자(130)의 길이 및 폭에 따라, 메인 인덕턴스가 결정될 수 있다. 또한 안테나 소자(130)가 접지체(120)로부터 이격되는 간격 및 접지체(120)에 대향되는 폭에 따라, 메인 커패시턴스가 결정될 수 있다. 이 때 메인 커패시턴스는 부가 커패시턴스를 포함한다. 즉 메인 커패시턴스는 부가 커패시턴스에 의해 제어된다. 여기서, 부가 커패시턴스는 공진 제어 영역(138)의 사이즈에 대응하여 결정된다. 다시 말해, 부가 커패시턴스는 이격 거리(d) 및 대향 폭(l)에 의해 결정된다.
이에 따라, 안테나 장치(100)는 미리 정해진 공진 주파수 대역에서 동작한다. 이 때 안테나 장치(100)에서, 공진 주파수 대역은 안테나 장치(100)의 전기적 특성에 따라 결정된다. 즉 공진 주파수 대역은 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스에 따라 결정된다. 여기서, 공진 주파수 대역은 부가 커패시턴스에 따라 결정된다. 바꿔 말하면, 공진 주파수 대역은 공진 제어 영역(138)의 사이즈에 대응하여 결정된다. 다시 말해, 공진 주파수 대역은 이격 거리(d) 및 대향 폭(l)에 의해 결정된다. 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 공진 제어 영역(138)의 사이즈가 설계됨에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 공진 주파수 대역이 결정될 수 있다.
즉 도 3에서, 공진 제어 영역(138)의 대향 폭(l)은 일정 폭(l0)을 갖는다. 그리고 도 3의 (a)는 공진 제어 영역(138)의 이격 거리(d)가 제 1 거리(d1)를 갖고, 도 3의 (b)는 공진 제어 영역(138)의 이격 거리(d)가 제 2 거리(d2)를 갖는다. 여기서, 제 1 거리(d1)가 제 2 거리(d2)와 비교하여 상대적으로 짧고, 제 2 거리(d2)가 제 1 거리(d1)와 비교하여 상대적으로 길다. 이 때 상기 <수학식 3>에 따르면, 공진 제어 영역(138)의 이격 거리(d)가 길수록, 공진 제어 영역(138)에서 부가 커패시턴스는 상대적으로 작게 형성된다. 바꿔 말하면, 공진 제어 영역(138)의 이격 거리(d)가 제 2 거리(d2)인 경우, 제 1 거리(d1)인 경우와 비교하여, 부가 커패시턴스가 상대적으로 작게 형성된다.
그리고 하기 <수학식 4>에 따르면, 부가 커패시턴스가 상대적으로 작은 경우, 공진 주파수 대역은 상대적으로 높게 결정된다. 다시 말해, 공진 제어 영역(138)의 이격 거리(d)가 길수록, 공진 주파수 대역은 높게 결정된다. 또한 공진 제어 영역(138)의 이격 거리(d)가 짧을수록, 공진 주파수 대역은 낮게 결정된다.
Figure 112012090970798-pat00004
여기서, fC는 공진 주파수 대역의 중심 주파수를 나타내며, L은 메인 인덕턴스를 나타낸다.
한편, 도 4에서, 공진 제어 대역(138)의 이격 거리(d)는 일정 거리(d0)를 갖는다. 그리고 도 4의 (a)는 공진 제어 영역(138)의 대향 폭(l)이 제 1 폭(l1)을 갖고, 도 4의 (b)는 공진 제어 영역(138)의 대향 폭(l)이 제 2 폭(l2)을 갖는다. 여기서, 제 1 폭(l1)이 제 2 폭(l2)과 비교하여 상대적으로 넓고, 제 2 폭(l2)이 제 1 폭(l1)과 비교하여 상대적으로 좁다. 이 때 상기 <수학식 3>에 따르면, 공진 제어 영역(138)의 대향 폭(l)이 좁을수록, 공진 제어 영역(138)에서 부가 커패시턴스는 상대적으로 작게 형성된다. 바꿔 말하면, 공진 제어 영역(138)의 대향 폭(l)이 제 2 폭(l2)인 경우, 제 1 폭(l1)인 경우와 비교하여, 부가 커패시턴스가 상대적으로 작게 형성된다.
그리고 상기 <수학식 4>에 따르면, 부가 커패시턴스가 상대적으로 작은 경우, 공진 주파수 대역은 상대적으로 높게 결정된다. 다시 말해, 공진 제어 영역(138)의 대향 폭(l)이 좁을수록, 공진 주파수 대역은 높게 결정된다. 또한 공진 제어 영역(138)의 대향 폭(l)이 넓을수록, 공진 주파수 대역은 낮게 결정된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도이다. 그리고 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 등가 회로를 도시하는 회로도이다. 또한 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 공진 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(200)는, 구동 기판(210), 접지체(220) 및 안테나 소자(230)를 포함한다. 이 때 구동 기판(210)는 하부면(211), 상부면(213) 및 측면(215)을 포함하며, 접지 영역(217)과 공진 영역(219)으로 구분된다. 그리고 안테나 소자(230)는 급전 구조체(231) 및 방사체(239)를 포함한다. 여기서, 급전 구조체(231)는 급전부(233), 접지부(235) 및 공진 제어부(237)를 포함한다. 이러한 본 실시예의 안테나 장치(200)에서 각각의 구성은, 전술된 실시예에서 대응하는 구성과 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
다만, 본 실시예에서, 급전 구조체(231)의 공진 제어부(237)는, 급전부(233)와 접지부(235) 사이에 배치된다. 이 때 공진 제어부(237)와 접지체(220) 사이에, 공진 제어 영역(238)이 형성된다. 그리고 방사체(239)가 급전부(233), 접지부(235) 및 공진 제어부(237)에 연결된다. 여기서, 방사체(239)는 각기 다른 위치에서, 급전부(233), 접지부(235) 및 공진 제어부(237)에 개별적으로 연결된다. 그리고 방사체(239)는 급전부(233)의 타 단부, 접지부(235)의 타 단부 및 공진 제어부(237)의 타 단부에 연결된다. 즉 방사체(239)는 급전부(233), 접지부(235) 및 공진 제어부(237)를 연결하며 연장된다.
예를 들면, 방사체(239)는 일 단부를 통해 접지부(235)에 연결될 수 있다. 그리고 방사체(239)는 타 단부를 통해 접지부(235)로부터 연장될 수 있다. 또한 방사체(239)는 일 단부와 타 단부 사이에서 공진 제어부(237) 및 급전부(233)에 순차적으로 연결될 수 있다. 게다가, 방사체(239)는 타 단부를 통해 개방(open)될 수 있다. 즉 방사체(239)에서, 공진 제어부(237)가 접지부(235)와 급전부(233) 사이에 연결될 수 있다.
또는 방사체(239)는 일 단부를 통해 급전부(233)에 연결될 수 있다. 그리고 방사체(239)는 타 단부를 통해 급전부(233)로부터 연장될 수 있다. 또한 방사체(239)는 일 단부와 타 단부 사이에서 공진 제어부(237) 및 접지부(235)에 순차적으로 연결될 수 있다. 게다가, 방사체(239)는 타 단부를 통해 개방될 수 있다. 즉 방사체(239)에서, 공진 제어부(237)가 급전부(233)와 접지부(235) 사이에 연결될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 급전부(233), 방사체(239) 및 접지부(235)가 제 1 공진 루프를 형성한다. 이 때 급전부(233), 방사체(239) 및 접지부(235)는 접지체(220)와 함께, 제 1 공진 루프를 형성한다. 다시 말해, 접지체(220)와 방사체(239)가 상호 나란하게 배치되고, 급전부(233)와 접지부(235)가 접지체(220)와 방사체(239) 사이에 배치된다. 여기서, 급전부(233)와 접지부(235)는 접지체(220)에 수직한 방향으로 각각 연장되고, 접지체(220)에 나란한 방향으로 상호 이격된다. 그리고 구동 기판(210)으로부터 전류가 인가되면, 급전부(233)가 방사체(239) 및 접지부(235)로 전류를 공급한다. 이를 통해, 안테나 소자(230)가 미리 정해진 공진 주파수 대역의 제 1 공진 대역에서 공진한다. 이 때 안테나 소자(230)의 제 1 공진 대역이 제 1 공진 루프에 의해 결정된다. 다시 말해, 제 1 공진 대역이 제 1 공진 루프의 사이즈 또는 형상에 의해 결정된다.
그리고 급전부(233)와 공진 제어부(237)가 제 2 공진 루프를 형성한다. 이 때 급전부(233)와 공진 제어부(237)는 접지체(220) 및 방사체(239)와 함께, 제 2 공진 루프를 형성한다. 다시 말해, 접지체(220)와 방사체(239)가 상호 나란하게 배치되고, 급전부(233)와 공진 제어부(237)가 접지체(220)와 방사체(239) 사이에 배치된다. 여기서, 급전부(233)와 공진 제어부(237)는 접지체(220)에 수직한 방향으로 각각 연장되고, 접지체(220)에 나란한 방향으로 상호 이격된다. 그리고 구동 기판(210)으로부터 전류가 인가되면, 급전부(233)가 방사체(239) 및 공진 제어부(237)로 전류를 공급한다. 이를 통해, 안테나 소자(230)가 미리 정해진 공진 주파수 대역의 제 2 공진 대역에서 공진한다. 이 때 안테나 소자(230)의 제 2 공진 대역이 제 2 공진 루프에 의해 결정된다. 다시 말해, 제 2 공진 대역이 공진 제어 영역(238)의 사이즈 및 제 2 공진 루프의 사이즈 또는 형상에 의해 결정된다.
이러한 안테나 장치(200)는 미리 정해진 공진 주파수 대역에서 동작하도록, 설계된다. 즉 안테나 장치(200)는 공진 주파수 대역에 대응하는 전기적 특성을 갖도록, 설계된다. 예를 들면, 안테나 장치(200)는 도 7에 도시된 바와 같이 설계될 수 있다.
즉 안테나 소자(230)에서, 급전부(233), 접지부(235) 및 방사체(239)가 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스를 갖도록 설계된다. 그리고 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스가 안테나 소자(230)의 공진 주파수 대역에서 제 1 공진 대역을 결정한다. 이 때 등가 회로에서, 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스는 메인 인덕터(241)와 메인 커패시터(243)로 각각 나타낼 수 있다. 여기서, 메인 인덕터(241)와 메인 커패시터(243)는 병렬로 접속될 수 있다.
그리고 메인 인덕턴스와 메인 커패시턴스는 급전부(233), 접지부(235) 및 방사체(239)의 사이즈 또는 형상에 따라 결정된다. 예를 들면, 급전부(233), 접지부(235) 및 방사체(239)의 길이 및 폭에 따라, 메인 인덕턴스가 결정될 수 있다. 또한 급전부(233), 접지부(235) 및 방사체(239)가 접지체(220)로부터 이격되는 간격 및 접지체(220)에 대향되는 폭에 따라, 메인 커패시턴스가 결정될 수 있다.
또한 안테나 소자(230)에서, 공진 제어부(237)가 부가 커패시턴스를 갖도록 설계된다. 또한 부가 커패시턴스가 안테나 소자(230)의 공진 주파수 대역에서 제 2 공진 대역을 결정한다. 이 때 등가 회로에서, 부가 커패시턴스는 부가 커패시터(245)로 나타낼 수 있다. 여기서, 부가 커패시터(245)는 메인 인덕터(241)에 직렬로 접속될 수 있다. 또한 부가 커패시터(245)는 메인 커패시터(243)에 병렬로 접속될 수 있다.
게다가, 부가 커패시턴스는 공진 제어 영역(238)의 사이즈에 대응하여 결정된다. 예를 들면, 부가 커패시턴스는 공진 제어 영역(238)의 이격 거리(d) 및 대향 폭(l)에 의해 결정된다.
이에 따라, 안테나 장치(200)는 미리 정해진 공진 주파수 대역에서 동작한다. 이 때 안테나 장치(200)에서, 공진 주파수 대역은 안테나 장치(200)의 전기적 특성에 따라 결정된다. 여기서, 공진 주파수 대역은 제 1 공진 대역과 제 2 공진 대역을 갖는다. 그리고 제 1 공진 대역은 제 2 공진 대역과 비교하여, 상대적으로 낮고, 제 2 공진 대역이 제 1 공진 대역과 비교하여, 상대적으로 높다.
즉 공진 주파수 대역은 메인 인덕턴스, 메인 커패시턴스 및 부가 커패시턴스에 따라 결정된다. 여기서, 공진 주파수 대역에서, 제 2 공진 대역이 부가 커패시턴스에 따라 결정된다. 바꿔 말하면, 제 2 공진 대역은 공진 제어 영역(238)의 사이즈에 대응하여 결정된다. 다시 말해, 제 2 공진 대역은 이격 거리(d) 및 대향 폭(l)에 의해 결정된다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이 공진 주파수 대역이 결정될 수 있다. 여기서, 공진 제어 영역(238)의 이격 거리(d)가 길수록, 제 2 공진 대역이 높게 결정된다. 그리고 공진 제어 영역(238)의 이격 거리(d)가 짧을수록, 제 2 공진 대역이 낮게 결정된다. 한편, 공진 제어 영역(238)의 대향 폭(ㅣ)이 좁을수록, 제 2 공진 대역이 높게 결정된다. 그리고 공진 제어 영역(238)의 대향 폭(l)이 넓을수록, 제 2 공진 대역이 낮게 결정된다.
한편, 전술된 실시예들에서 안테나 소자(130, 230)가 구동 기판(110, 210)에 실장되는 예를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 안테나 소자(130, 230)가 구동 기판(110, 210)에 실장되지 않더라도, 본 발명의 구현이 가능하다.
예를 들면, 안테나 장치(100, 200)가 통신 단말기(도시되지 않음)에 장착되는 경우, 안테나 소자(130, 230)가 통신 단말기의 외부 케이스에서 내부 표면에 부착될 수 있다. 그리고 구동 기판(110, 210)이 통신 단말기에서 외부 케이스의 내부 공간에 배치될 수 있다. 이 때 안테나 소자(130, 230)는 구동 기판(110, 210)의 전송 선로에 접촉할 수 있다. 여기서, 안테나 소자(130, 230)의 급전부(133, 233)가 일 단부를 통해 전송 선로에 접촉할 수 있다. 또한 안테나 소자(130, 230)는 접지체(120, 220)에 접촉할 수 있다. 여기서, 안테나 소자(130, 230)의 접지부(135, 235)가 일 단부를 통해 접지체(120, 220)에 접촉할 수 있다.
또는 안테나 소자(130, 230)가 캐리어(도시되지 않음)에 장착된 상태로, 구동 기판(110, 210)에 실장될 수 있다. 바꿔 말하면, 캐리어가 구동 기판(110, 210)과 안테나 소자(130, 230) 사이에 개재되 수 있다. 이 때 안테나 소자(130, 230)의 적어도 일부가 캐리어에 장착될 수 있다. 여기서, 안테나 소자(130, 230)의 일부가 캐리어에 장착되는 경우, 안테나 소자(130, 230)의 나머지는 구동 기판(110, 210)에 직접적으로 실장될 수 있다. 그리고 안테나 소자(130, 230)는 구동 기판(110, 210)의 전송 선로에 접촉할 수 있다. 여기서, 안테나 소자(130, 230)의 급전부(133, 233)가 일 단부를 통해 전송 선로에 접촉할 수 있다. 또한 안테나 소자(130, 230)는 접지체(120, 220)에 접촉할 수 있다. 여기서, 안테나 소자(130, 230)의 접지부(135, 235)가 일 단부를 통해 접지체(120, 220)에 접촉할 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나 장치(100, 200)에서 공진 제어부(137, 237)가 공진 제어 영역(138, 238)을 형성함에 따라, 안테나 장치(100, 200)의 공진 주파수 대역이 결정될 수 있다. 즉 커패시터와 같은 집중 회로 소자를 구비하지 않더라도, 안테나 장치(100, 200)가 원하는 공진 주파수 대역에서 공진할 수 있다. 이로 인하여, 안테나 장치(100, 200)의 성능을 향상시킬 수 있다. 즉 안테나 장치(100, 200)에서 집중 회로 소자로 인한 성능 열화를 방지할 수 있으며, 성능 산포를 낮출 수 있다. 아울러, 안테나 장치(100, 200)를 제조하는 데 있어서, 집중 회로 소자에 대응하는 비용이 절감될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200: 안테나 장치 110, 210: 구동 기판
120, 220: 접지체 130, 230: 안테나 소자
131, 231: 급전 구조체 133, 233: 급전부
135, 235: 접지부 137, 237: 공진 제어부
139, 239: 방사체

Claims (15)

  1. 방사체와,
    상기 방사체의 접지를 위한 접지체와,
    상기 방사체와 상기 접지체 사이에서, 상기 방사체의 급전을 위한 급전 구조체를 포함하며,
    상기 급전 구조체는,
    상기 방사체에 연결되며, 상기 방사체로부터 상기 접지체를 향하여 돌출되는 공진 제어부와,
    상기 방사체 및 상기 공진 제어부에 연결되어, 전류를 공급하는 급전부를 포함하며,
    상기 공진 제어부는,
    상기 접지체로부터 이격되어, 상기 공진 제어부와 상기 접지체 사이에 공진 제어 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 공진 제어부가 상기 접지체로부터 이격되는 거리 및 상기 접지체에 대향되는 폭에 의해 결정되는 주파수 대역에서 공진하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공진 제어부와 상기 접지체 사이에서, 상기 거리 및 상기 폭에 대응하여 커패시턴스가 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수 대역은,
    상기 급전부와 상기 공진 제어부를 따라 형성되는 공진 루프의 사이즈 또는 형상에 의해 더 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 급전 구조체는,
    상기 방사체와 상기 접지체에 연결되는 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 급전부, 상기 방사체 및 상기 접지부를 따라 형성되는 다른 공진 루프의 사이즈 또는 형상에 의해 결정되는 다른 주파수 대역에서 더 공진하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 공진 제어부는,
    상기 급전부와 상기 접지부 사이, 상기 급전부를 중심으로 상기 접지부의 맞은편 또는 상기 접지부를 중심으로 상기 급전부의 맞은편 중 어느 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 방사체의 급전을 위한 급전 구조체에 있어서,
    접지부와,
    상기 방사체에 연결되며, 상기 방사체로부터 상기 접지부를 접지시키는 접지체를 향하여 돌출되는 공진 제어부와,
    상기 공진 제어부로 전류를 전달하는 급전부를 포함하며,
    상기 공진 제어부는,
    상기 접지체로부터 이격되어, 상기 공진 제어부와 상기 접지체 사이에 공진 제어 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 급전 구조체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 공진 제어부가 상기 접지체로부터 이격되는 거리 및 상기 접지체에 대향되는 폭에 의해 결정되는 주파수 대역에서 공진하는 것을 특징으로 하는 급전 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공진 제어부와 상기 접지체 사이에서, 상기 거리 및 상기 폭에 대응하여 커패시턴스가 형성되는 것을 특징으로 하는 급전 구조체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 주파수 대역은,
    상기 급전부와 상기 공진 제어부를 따라 형성되는 공진 루프의 사이즈 또는 형상에 의해 더 결정되는 것을 특징으로 하는 급전 구조체.
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 접지부는,
    상기 방사체와 상기 접지체를 연결하며,
    상기 방사체는,
    상기 급전부, 상기 방사체 및 상기 접지부를 따라 형성되는 다른 공진 루프의 사이즈 또는 형상에 의해 결정되는 다른 주파수 대역에서 더 공진하는 것을 특징으로 하는 급전 구조체.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 공진 제어부는,
    상기 급전부와 상기 접지부 사이, 상기 급전부를 중심으로 상기 접지부의 맞은편 또는 상기 접지부를 중심으로 상기 급전부의 맞은편 중 어느 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 급전 구조체.

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KR20110009384A (ko) * 2009-07-22 2011-01-28 삼성전자주식회사 이동통신 단말기의 안테나 장치 제조 방법
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