KR101480561B1

KR101480561B1 - 안테나

Info

Publication number: KR101480561B1
Application number: KR20080083260A
Authority: KR
Inventors: 권홍일
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2015-01-26
Also published as: KR20100024614A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 안테나는, 유전체부; 상기 유전체부의 일면에 위치하는 도체부; 상기 도체부상에 위치하며 양단이 오픈되도록 형성된 제1슬롯; 상기 제1슬롯과 직교하고 그 일단은 오픈되도록 형성된 제2슬롯; 상기 도체부가 위치한 상기 유전체부의 반대면에 상기 제2슬롯과 동일한 방향으로 배선된 급전선을 포함한다. 본 발명의 실시예에 의하면 다중대역신호를 처리할 수 있고, 사이즈를 최소화할 수 있다.

안테나, 다중대역, 마이크로 스트립

Description

안테나{Antenna}

본 발명의 실시예는 안테나에 관한 것이다.

UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)는 제3세대(3G) 모바일 커뮤니케이션 시스템용 기술로 떠오르는 핵심 기술 중 하나로, 셀룰러, 코드리스전화, 무선가입자망 및 무선랜, 위성통신 등 다양한 시스템을 통합하여 세계 어디서나 통화가 가능하도록 국제로밍을 제공하는 통신서비스이다. 또한, 광대역 패킷을 기반으로 텍스트, 디지털 음성, 화상 등의 멀티미디어 데이터를 2Mbps 이상이 고속으로 전송할 수 있는 서비스를 제공한다.

이러한, UMTS는 유럽, 아시아, 북미 및 일본 지역을 모두 커버하는 다양한 주파수 밴드를 사용하고 있어 광범위한 지역에서 사용이 가능하다. 이에, UMTS 단말기는 전 세계 어디서나 동작 가능한 다중밴드 기능이 지원되어야 한다. 현재 사용되고 있는 UMTS 주파수 밴드는 8개이나, 대부분의 설계자들이 자주 요구하는 UMTS 주파수 조합은 글로벌 로밍을 고려한, 밴드 I(2100MHz), 밴드 II(1900MHz), 밴드V(850MHz)이다. 이에, 하나의 단말기에서 3개의 주파수 밴드 신호를 송수신 처리하기 위한 안테나에 대한 필요성이 높아지고 있다.또한, 통신단말기의 크기가 소 형화됨에 따라, 통신단말기에 탑재되는 안테나도 소형화하기 위한 연구가 계속되고 있다.

본 발명의 실시예는 다중대역신호를 처리할 수 있고, 사이즈가 최소화된 안테나를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 안테나는, 유전체부; 상기 유전체부의 일면에 위치하는 도체부; 상기 도체부상에 위치하며 양단이 오픈되도록 형성된 제1슬롯; 상기 제1슬롯과 직교하고 그 일단은 오픈되도록 형성된 제2슬롯; 상기 도체부가 위치한 상기 유전체부의 반대면에 상기 제2슬롯과 동일한 방향으로 배선된 급전선을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 안테나는 다중대역신호를 처리할 수 있고, 사이즈를 최소화할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안테나에 대해서 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 윗면의 평면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 밑면의 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 안테나는, 유전체부(1)와, 유전체부(1)의 윗면에 실장되는 제1도체(10), 제2도체(20) 및 제3도체(30)와, 유전체부(1)의 아랫면에 형성되는 급전선(60) 및 급전선(60)에 전류를 공급하는 급전포트(100)를 포함한다.

유전체부(1)는 RF신호의 효율적인 방사를 위해 정사각형, 직사각형 등의 사각형 구조를 가질 수 있으며, FR-4 또는 절연체 등으로 형성될 수 있다. FR-4 재질의 유전체 기판을 사용하는 경우, 사각 판상의 유전체 윗면에 동박을 식각하여 안테나 패턴을 구현할 수 있다. 이러한 경우, 유전체부(1)의 유전율에 따라 안테나의 용량성 리액턴스를 조절할 수 있다.

유전체부(1)의 윗면에는 윗면 전체를 차폐하는 동박을 T자형으로 식각하여, 양단이 오픈된 제1슬롯(40)과 제1슬롯(40)에 직교하여 그 일단이 오픈되는 제2슬롯(50)을 형성한다. 이에, 유전체부(1) 윗면에는 제1슬롯(40)과 평행한 위치에 형성된 제1도체(10)와, 제2슬롯(50)에 의해 분할된 제2도체(20) 및 제3도체(30)가 각기 슬롯을 사이에 두고 상호 이격되어 있는 형태로 구성될 수 있다.

이러한 T자형 슬롯에서, 양단이 오픈된 제1슬롯(40)에 직교하는 제2슬롯(50)은 제1슬롯(40)의 중심부에서 벗어나 한쪽으로 치우친 위치에 형성된다. 따라서, 제2슬롯(50)에 의해 분할되는 제2도체(20) 및 제3도체(30)는 비대칭 구조를 이루게 되어 이중 공진을 유도할 수 있다. 여기서, 공진주파수 비(f1/f2)는 제2도체(20) 및 제3도체(30)의 비대칭 정도에 따라 결정될 수 있다.

유전체부(1)의 밑면에는, 윗면에 형성된 제2슬롯(50)과 동일한 방향의 급전선(60)이 스트립라인 형상으로 형성되어 급전포트(100)와 연결된다.

유전체부(1)의 밑면의 급전선(60)에 전류가 공급되면 자계유도(inductive coupling)에 의해 윗면의 제2슬롯(50)을 중심으로 제2도체(20) 및 제3도체(30)의 외곽부분에 전기장과 자기장이 형성된다. 이에, 제2슬롯(50)에 전류가 여기되어 제1슬롯(40) 측으로 전류가 공급되며 제1슬롯(40)으로 여기된 전류는 양단으로 분기된다. 제1도체(10) 또한 제1슬롯(40)에 여기 된 전류와 제2도체(20) 및 제3도체(30)의 전기장의 영향으로 그 양 끝단에 전기장이 형성된다. 전기장의 세기는 제1슬롯(40)의 양단에서 최고치를 기록하며, 제2도체(20) 및 제3도체(30)의 비대칭 형상에 따라, 양단에서 각기 다른 주파수대역으로 공진한다.

예컨대, 제1슬롯(40)을 기준으로 제2도체(20)가 제3도체(30)보다 상대적으로 길게 형성된 경우, 제2도체(20)에 의해 형성된 제1슬롯(40)의 끝단에서는 상대적으로 저대역인 제1주파수신호가 공진된다. 그리고, 상대적으로 짧은 제3도체(30)에 의해 형성된 제1슬롯(40)의 끝단에서는 상대적으로 고대역인 제2주파수신호가 공진된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 공진되는 주파수신호의 대역을 측정한 그래프이다. 도 4에서 y축은 전력 수치(dB)를 나타내고, x축은 주파수 수치(Hz)를 나타낸다.

본 실시 예에서 안테나는, 가로 60mm, 세로 85mm, 높이 2mm를 갖는 FR-4 재질의 유전체부(1)를 이용하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1도체(10)부의 폭은 4mm 이고, 제1슬롯(40)의 길이는 5mm로 설계될 수 있다. 또한, 제2슬롯(50)은 7mm 폭으로 설계되는데, 얻고자 하는 공진 주파수의 대역에 따라 제2도체(20) 및 제3도체(30)의 비대칭 정도를 결정하여 제2슬롯(50)의 위치를 설정할 수 있다.

상술한 예에 따라 구성된 안테나는 도 4에 도시된 바와 같이, 약 840MHz에서 850MHz의 제1주파수 대역(W1)과 약 1850MHz에서 2200MHz의 제2주파수 대역(W2)에서 공진하는 것으로 측정되었다. 이에, 제1주파수 대역(W1)은 UMTS Band Ⅴ(850MHz)에 할당하고, 제2주파수 대역(W2)에는 WCDMA UMTS Band Ⅰ(2100MHz) 및 UMTS Band Ⅱ(1900MHz)의 2개의 밴드를 할당할 수 있다. 이에, 본 실시예에 따른 안테나는 UMTS 밴드 중 3개의 대역을 수용하는 안테나로 사용이 가능하다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제1주파수신호가 공진되는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 급전선(60)으로 전류가 공급되면 자계유도(inductive coupling)에 의해 제2슬롯(50)에 전류가 여기되며, 여기된 전류는 제2슬롯(50)을 따라 제1슬롯(40) 측으로 공급된다. 제1슬롯(40)으로 공급된 전류는 제1도체(10) 측으로 분기된 전류(C1)와 제2도체(20) 측으로 분기된 전류(C2)로 나누어진다.

여기서, 제1도체(10) 측으로 분기된 전류(C1)의 세기가 제1슬롯(40)의 오픈된 끝 부분에서 강해지는 것을 관찰할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제1주파수 신호가 공진되는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면이다. 도 6에 도시된 방사 패턴은, 실시예에 따른 안테나를 위치시킨 후 신호 발생원을 각 축 방향으로 각도(θ, Φ)를 0ㅀ부터 90ㅀ까지 순차적으로 이동하면서 측정한 것인데, 방사 패턴상에 표시된 영역들은 전력 이득(dB)의 차이를 나타낸다.

실시예에 따른 안테나의 경우 방사 패턴의 형태가 구에 가까움을 확인할 수 있다. 참고로, 측정 시 이득은 S파라미터(S1.1: 입력포트와 출력포트가 동일함을 의미)에서 1.876dB로 측정되었다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 공진되는 제1주파수신호의 대역을 측정한 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1도체(10)에서 공진되는 제1주파수 신호의 대역(W1)은 약 0.84023GHz내지 0.8703GHz이고, 이때의 대역폭(BW)은 약 0.030071이다. 이는 850MHz의 대역을 사용하는 UMTS Band Ⅴ의 대역을 만족시키는 수치임을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제2주파수신호가 공진되는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 급전선(60)으로 전류가 공급되면 제2슬롯(50)에 전류가 여기되며, 여기된 전류는 제2슬롯(50)을 따라 제1슬롯(40) 측으로 공급된다. 제1슬롯(40)으로 공급된 전류는 제1도체(10) 측으로 분기된 전류(C1)와 제2도체(20) 측으로 분기된 전류(C2)로 나누어진다.

여기서, 제2도체(20) 측으로 분기된 전류(C2)의 세기가 제1슬롯(40)의 오픈 된 끝 부분에서 강해지는 것을 관찰할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제2주파수 신호가 공진되는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면이다. 도 9에 도시된 방사 패턴은, 실시예에 따른 안테나를 위치시킨 후 신호 발생원을 각 축 방향으로 각도(θ, Φ)를 0ㅀ부터 90ㅀ까지 순차적으로 이동하면서 측정한 것인데, 방사 패턴상에 표시된 영역들은 전력 이득(dB)의 차이를 나타낸다.

실시예에 따른 안테나의 경우 방사 패턴의 형태가 구에 가까움을 확인할 수 있다. 참고로, 측정 시 이득은 S파라미터(S1.1: 입력포트와 출력포트가 동일함을 의미)에서 5.282dB로 측정되었다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 공진되는 제2주파수신호의 대역을 측정한 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제2도체(20)에서 공진되는 제2주파수신호의 대역(W2)은 약 1.8474GHz 내지 2.194GHz이고, 이때의 대역폭(BW)은 약 0.34657이다. 이는 1900MHz의 대역을 사용하는 UMTS Band Ⅱ와 2100MHz의 대역을 사용하는 UMTS Band Ⅰ의 대역을 모두 만족시키는 수치임을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 두 개의 주파수 대역에서 공진 특성을 보이며, 공진 주파수 대역이 UMTS의 3개의 밴드를 만족시킬 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 윗면

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 밑면

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 공진되는 주파수신호의 대역을 측정한 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제1주파수신호가 공진되는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제1주파수신호가 공진되는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면.

도 7는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 공진되는 제1주파수신호의 대역을 측정한 그래프.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제2주파수신호가 공진되는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 제2주파수신호가 공진되는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 공진되는 제2주파수신호의 대역을 측정한 그래프.

Claims

유전체부;

상기 유전체부의 일면에 위치하는 도체부;

상기 도체부 상에 위치하며, 양단이 오픈되도록 형성된 제1슬롯;

상기 제1슬롯과 직교하고, 그 일단은 오픈되도록 형성된 제2슬롯;

상기 유전체부의 반대면에 위치하고, 상기 제2슬롯과 동일한 방향으로 연장되어 직선 형태로 배선된 급전선을 포함하고,

상기 도체부는,

상기 제1슬롯과 평행한 제1도체;

상기 제1슬롯에 의해 상기 제1도체로부터 이격되고, 상기 제2슬롯에 의해 상호로부터 이격되는 제2도체 및 제3도체를 포함하며,

상기 제2도체와 제3도체는 비대칭적으로 형성되는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1슬롯과 제2슬롯은 T자 형태로 배치되는 안테나.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 제2도체 및 제3도체의 크기비율에 따라, 상기 제1도체와 제2도체로 형성된 제1슬롯 끝단의 공진주파수와 상기 제1도체와 제3도체로 형성된 제1슬롯의 끝단의 공진주파수가 상이한 안테나.
제5항에 있어서,

상기 제1도체와 제2도체로 형성된 제1슬롯의 끝단은 850MHz대역의 신호를 공진시키고,

상기 제1도체와 제3도체로 형성된 제1슬롯의 끝단의 1900MHz 내지 2100MHz 대역의 신호를 공진시키는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 급전선은 스트립라인으로 형성되는 안테나.