KR101657408B1 - 다중 대역 안테나 - Google Patents

Abstract

다중 대역 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 하부 접지면을 포함하는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상부에 형성되는 제1방사체; 상기 하부 접지면과 제1거리만큼 이격되어 상기 유전체 기판 하부에 형성되는 사각 도체판; 및 상기 사각 도체판과 결합되는 제2방사체를 포함하며, 상기 제1방사체의 종단은 비아홀을 통해 상기 하부 접지면과 전기적으로 연결되며, 상기 제1방사체 내부에 형성되는 급전점은 상기 종단으로부터 제2거리만큼 이격되어 위치한다.

Description

다중 대역 안테나{Antenna for Multi Band}

본 발명은 다중 대역 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중 대역 평면형 안테나에 관한 것이다.

안테나는 공중의 RF 신호를 단말기 내부로 수신하거나 내부 신호를 외부로 송신하는 장치로서, 무선 통신에 필수적으로 사용되는 장치이다. 최근 모바일 단말기는 소형화 및 경량화되면서 그 구조에 있어서도 슬림화가 요구되고 있다. 이와 같은 사이즈의 소형화가 계속적으로 요구되는 것에 비해 모바일 단말기의 기능은 더욱 다양화될 것이 요구되고 있다.

초창기 안테나의 소형화에 대한 연구는 안테나의 방사체의 형태를 효율적으로 구현하는 데에 집중되었다. 예를 들어, 방사체의 형태를 미앤더 구조로 형성하거나 스파이럴 형태로 형성하는 것이 초창기의 안테나 소형화에 대한 연구의 주류를 이루었다.

그러나, 모바일 단말기가 다양한 서비스를 제공하게 되면서 다양한 대역의 신호를 송수신할 수 있는 다중 대역 특성이 요구되고 있다. 초창기의 모바일 단말기는 CDMA 대역과 같은 음성 통신 대역만을 지원하였으나 근래에는 데이터 통신 대역, 블루투스 대역 등 다양한 대역의 신호를 지원하는 것이 요구되고 있다.

기존에는 작은 사이즈로 다중 대역 동작을 만족하기 위하여 인덕터나 캐패시터 같은 추가적인 소자를 사용하거나 안테나 구조 자체의 높이를 높이는 방법이 사용되었다. 하지만 최근 모바일 기기는 더욱더 소형화 및 슬림화되고 있기 때문에, 추가 소자를 이용하거나 안테나 구조 자체의 높이를 높이는 방법을 통한 다중 대역 안테나는 모바일 기기에 활용하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 단순한 구조로 소형화할 수 있는 다중 대역 안테나를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하부 접지면을 포함하는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상부에 형성되는 제1방사체; 상기 하부 접지면과 제1거리만큼 이격되어 상기 유전체 기판 하부에 형성되는 사각 도체판; 및 상기 사각 도체판과 결합되는 제2방사체를 포함하며, 상기 제1방사체의 종단은 비아홀을 통해 상기 하부 접지면과 전기적으로 연결되며, 상기 제1방사체 내부에 형성되는 급전점은 상기 종단으로부터 제2거리만큼 이격되어 위치하는 다중 대역 안테나를 제공한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상부에 형성되는 제1방사체; 상기 제1방사체와 결합되는 급전 스트립 라인; 상기 유전체 기판 하부에 형성되는 사각 도체판; 및 상기 사각 도체판과 결합되는 제2방사체를 포함하며, 상기 제1방사체와 상기 급전 스트립 라인 사이에 형성되는 급전점은, 상기 사각 도체판 영역에 위치하는 다중 대역 안테나를 제공한다.

본 발명에 따르면, 다양한 무선 주파수 대역을 만족하면서 소형으로 제작될 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, GSM/LTE/UMTS의 7중 주파수 대역에서 동작하는 다중 대역 안테나를 제공할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 안테나의 설계예를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6 각각은 도 4에서 설명된 다중 대역 안테나의 반사 손실 특성 및 표면 전류 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 제1방사체의 폭(W)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 사각 도체판의 높이(P)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 L 형상의 제2스트립 라인의 길이(L)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 도면이다.

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 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 2는 다중 대역 안테나에 포함된 유전체 기판의 상부를 도시하고 있으며, 도 3은 유전체 기판의 하부를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 대역 안테나는 제1방사체(100), 제2방사체(102), 유전체 기판(160)을 포함한다.

유전체 기판(160)은 소정의 유전율을 가지는 유전체 재질로 이루어지며, 하부 접지면(120)을 제공할 수 있다. 유전체 기판(160)의 유전율은 제1방사체(100) 및 제2방사체(102)의 방사 주파수 및 방사 특성에 기초하여 정해진다. 일실시예로서, FR-4(εr=4.4,tanδ=0.02) 기판이 유전체 기판(160)으로 사용될 수 있다.

제1방사체(100)는 유전체 기판(160)의 상부에 형성된다. 제2방사체(102)는 유전체 기판(160)의 하부에 형성되며, 하부 접지면(120)으로부터 제1거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 제2방사체(102)는 도 3에 도시된 바와 같이, 사각 도체판(102a) 및 사각 도체판(102a)과 결합된 스트립 라인(102b)를 포함할 수 있다.

제1방사체(100)의 종단은 비아홀(150)을 통해 하부 접지면(120)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1방사체(100)의 내부에 형성되는 급전점은 제1방사체(100)의 종단으로부터 제2거리만큼 이격되어 위치할 수 있으며, 급전을 제공받는다. 즉, 제1방사체(100)의 급전점은, 제1방사체(100)에서 사각 도체판(102a) 영역에 위치하고, 다시 설명하면, 제1방사체(100)의 급전점은 사각 도체판(102a)과 오버랩된다. 그리고 제1방사체(100)의 종단은 하부 접지면(120) 영역에 위치하며, 즉 하부 접지면(120)과 오버랩된다.

제1방사체(100)는 일실시예로서, 폴디드 모노폴 타입의 방사체일 수 있으며, 제2방사체(102)의 스트립 라인(102b)은 사각 도체판(102a)와 결합되는 제1스트립 라인 및 제1스트립 라인과 결합되는 L 형상(L-shaped)의 제2스트립 라인을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1방사체(100)의 내부, 즉 종단으로부터 기 설정된 거리만큼 이격된 지점에 급전을 제공함으로써, 제1방사체(100)는 고주파 대역에서 공진한다. 제2방사체(102)는 저주파 대역에서 공진하며, 제1방사체(100)와 커플링되어 다중 대역 안테나의 임피던스 매칭 특성을 개선한다. 보다 구체적으로, 사각 도체판(102a)이 임피던스 매칭 역할을 하여 광대역 특성을 제공하며, 스트립 라인(102b)은 방사체로서 동작한다.

결국 본 발명에 따르면, 평면형의 구조를 이용하여, 고주파 대역뿐만 아니라 저주파 대역을 포함하는 다양한 무선 주파수 대역을 만족하기 때문에, 소형으로 제작될 수 있는 다중 대역 안테나를 제공할 수 있다.

한편, 제1방사체(100)는 전술된 바와 같이 내부에 급전점을 포함하고 있으며, 이러한 급전점은 일실시예로서, 방사체와 결합되는 급전 스트립 라인에 의해 형성될 수 있다. 즉, 방사체와 급전 스트립 라인 사이에 형성되는 급전점이, 사각 도체판(102a) 영역에 위치할 수 있으며, 급전 스트립 라인의 종단은 비아홀(150)을 통해 하부 접지면(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 방사체는 사각 도체판 영역에 포함되어 위치할 수 있으며, 급전 스트립 라인의 경우 일부가 사각 도체판 영역에 포함되어 위치할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 안테나의 설계예를 나타내는 도면이다. 그리고 도 5 및 도 6 각각은 도 4에서 설명된 다중 대역 안테나의 반사 손실 특성 및 표면 전류 분포를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 크기는 60 mm × 105 mm × 1.2 mm이며, 제1방사체의 폭(W)은 1.4mm다. 그리고 사각 도체판의 높이(P) 및 L 형상의 제2스트립 라인의 길이(L)는 모두 14mm이다.

도 5는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 반사 손실 특성을 제1 및 제2레퍼런스 안테나의 반사 손실 특성과 함께 도시하고 있다. 제1레퍼런스 안테나(Ref.1)는 본 발명에 따른 안테나와 비교하여 유전체 기판의 하부에 형성된 구조를 포함하지 않는 안테나이다. 제2레퍼런스 안테나(Ref.2)는 제1레퍼런스 안테나에 사각 도체판을 추가한 안테나이다.

도 5에 도시된 반사 손실 특성을 참조하면, 제1레퍼런스 안테나의 경우 고주파 대역에서 공진이 발생하지만, 임피던스 매칭이 되지 않아 광대역 특성이 나타나지 않는다. 제2레퍼런스 안테나의 경우 임피던스 매칭에 의해 고주파 대역에서 1260 MHz (1360 - 2620 MHz)의 광대역 특성이 나타난다.

그리고 도 6(a)는 875MHz에서 표면 전류 분포를 나타내며, 도 6(b)는 1900MHz에서 표면 전류 분포를 나타낸다. 그리고 도 6(c)는 2650MHz에서 표면 전류 분포를 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 저주파 대역에서의 공진은 제2방사체(102)에 의해 발생되며, 고주파 대역에서는 제1방사체(100)에 의해 발생됨을 알 수 있다.

본 발명에 따른 다중 대역 안테나(proposed)는 레퍼런스 안테나와 달리 L 형상의 스트림 라인을 포함하며, 따라서 레퍼런스 안테나와 달리 저주파 대역에서도 공진이 이루어짐을 알 수 있다. 결국, 본 발명에 따르면, GSM/LTE/UMTS의 7중 대역에서 동작할 수 있으며, 다양한 모바일 기긱에 이용될 수 있다.

한편, 제1방사체의 폭(W), 사각 도체판의 높이(P) 및 L 형상의 제2스트립 라인의 길이(L)에 따라, 방사 특성이 달라질 수 있으며, 이는 도 7 내지 9에서 설명된다.

도 7은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 제1방사체의 폭(W)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 사각 도체판의 높이(P)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 도면이다. 그리고 도 9는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 L 형상의 제2스트립 라인의 길이(L)에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1방사체의 폭(W)이 증가할수록 선로의 폭이 증가하기 때문에 전류 경로의 길이가 짧아져 1800MHz 근처의 공진 주파수가 고주파로 이동한다. 그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 사각 도체판의 높이(P)가 증가할수록 2700MHz 근처의 공진 주파수가 저주파로 이동한다. 또한 도 9에 도시된 바와 같이, L 형상의 제2스트립 라인의 길이(L)가 길어질수록 제2방사체의 전체 길이가 증가하여 공진 주파수가 저주파로 이동한다.

결국 본 발명에 따르면, 제1방사체의 폭(W), 사각 도체판의 높이(P) 및 제2스트립 라인의 길이(L) 중 적어도 하나 이상을 조절하여 다중 대역 안테나의 공진 주파수 대역을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1방사체의 폭(W)을 감소시키고, 사각 도체판의 높이(P)를 감소시키면, 1800MHz 근처의 공진 주파수가 저주파로 이동하고 2700MHz 근처의 공진 주파수가 고주파로 이동함으로써, 보다 넓은 광대역 특성을 제공할 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 (10)

1. 다중 대역 안테나에 있어서,
   하부 접지면을 포함하는 유전체 기판;
   상기 유전체 기판 상부에 형성되는 제1방사체; 및
   상기 유전체 기판 하부에 형성되는 제2방사체를 포함하며,
   상기 제2방사체는
   상기 하부 접지면과 제1거리만큼 이격되어 상기 유전체 기판 하부에 형성되는 사각 도체판;
   상기 사각 도체판과 결합되는 제1스트립 라인; 및
   상기 제1스트립 라인과 결합되는 L 형상(L-shaped)의 제2스트립 라인을 포함하며,
   상기 제1방사체의 종단은 비아홀을 통해 상기 하부 접지면과 전기적으로 연결되며,
   상기 제1방사체 내부에 형성되는 급전점은 상기 종단으로부터 제2거리만큼 이격되어 위치하며,
   상기 제2스트립 라인의 길이에 따라 상기 다중 대역 안테나의 공진 주파수 대역이 조절되는
   다중 대역 안테나.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1방사체의 급전점은 상기 사각 도체판 영역에 위치하며,
   상기 제1방사체의 종단은 상기 하부 접지면 영역에 위치하는
   다중 대역 안테나.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1방사체는
   폴디드 모노폴 방사체인
   다중 대역 안테나.
   
4. 삭제
5. 다중 대역 안테나에 있어서,
   유전체 기판;
   상기 유전체 기판 상부에 형성되는 제1방사체;
   상기 제1방사체와 결합되는 급전 스트립 라인; 및
   상기 유전체 기판 하부에 형성되는 제2방사체를 포함하며,
   상기 제2방사체는
   상기 유전체 기판 하부에 형성되는 사각 도체판;
   상기 사각 도체판과 결합되는 제1스트립 라인; 및
   상기 제1스트립 라인과 결합되는 L 형상(L-shaped)의 제2스트립 라인을 포함하며,
   상기 제1방사체와 상기 급전 스트립 라인 사이에 형성되는 급전점은, 상기 사각 도체판 영역에 위치하며,
   상기 제2스트립 라인의 길이에 따라 상기 다중 대역 안테나의 공진 주파수 대역이 조절되는
   다중 대역 안테나.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 유전체 기판은 하부 접지면을 포함하며,
   상기 급전 스트립 라인의 종단은 비아홀을 통해 상기 하부 접지면과 전기적으로 연결되는
   다중 대역 안테나.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 사각 도체판은
   상기 하부 접지면으로부터 기 설정된 거리만큼 이격되어 형성되며,
   상기 급전점은 상기 사각 도체판 영역에 위치하는
   다중 대역 안테나.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 제1방사체는 상기 사각 도체판 영역에 포함되어 위치하는
   다중 대역 안테나.
   
9. 제 5항에 있어서,
   상기 제1방사체는
   폴디드 모노폴 방사체인
   다중 대역 안테나.
   
10. 삭제

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