KR101750198B1 - 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나 - Google Patents

금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나 Download PDF

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Abstract

금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나가 제시된다. 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 있어서, 본체에 형성된 PCB; 상기 PCB의 일면의 소정 영역에 형성되는 그라운드; 상기 PCB의 측면부를 적어도 일부 둘러싸는 금속 테두리; 및 상기 PCB의 급전원과 상기 금속 테두리 사이에 형성된 급전 구조를 포함하고, 상기 급전 구조에 의해 상기 PCB의 그라운드를 방사체로 이용할 수 있다.

Description

금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나{Tunable Self-Resonant Ground Radiation Antenna Using T-shape Metal Rim for Wide Band Application}
아래의 실시예들은 광대역 그라운드 방사 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 관한 것이다.
안테나(Antenna) 기술은 무선 통신 사업의 폭발적인 증가와 함께 많은 관심을 받아 왔다. 실제로 노트북, 태블릿 PC, 모바일 폰(Mobile Phone), 모바일 AP(Mobile Access Point), 카메라, M2M 등 그 활용 분야는 점차 확대되고 있는 추세이다. 하지만, 안테나 적용 기기의 소형화 요구로 인해 안테나 공간의 제약이 심해지고 있다.
무선 단말기용 안테나는 PCB 상에 위치하게 되어 공기 중으로 전자기 에너지를 방사하게 된다. 한편, 금속 테두리가 무선 단말기용 안테나 주위를 둘러싸고 있는 경우 금속 테두리가 방사체로부터 전자기 에너지를 공기 중으로 방사하는 것을 방해하는 역할을 하여 안테나의 방사 성능에 문제를 발생시킬 수 있다.
이에, 종래의 금속 테두리가 둘러싸고 있는 무선 단말기 구조에서 금속 테두리로 인해 안테나의 방사 성능이 낮아지는 문제가 발생된다.
한국등록특허 10-1466927호는 이러한 안테나에 관한 것으로, 휴대 단말기의 안테나 실장 구조 및 그 실장 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 PCB를 포함한 본체가 금속 테두리로 둘러싸여 있을 때 PCB와 금속 테두리 사이에 집중 소자를 활용하여 급전 구조를 구성하여 그라운드를 방사체로 구현하는 기술을 제공한다.
또한 실시예들은 급전 구조에 구성된 집중 소자를 통해 급전원과 금속 테두리 사이의 입력 임피던스를 조절하고, 급전 구조와 금속 테두리 사이에 집중 소자를 배치하여 그라운드의 공진 주파수 제어가 가능하며 그라운드를 직접 방사시켜 광대역 특성을 얻을 수 있는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 있어서, 본체에 형성된 PCB; 상기 PCB의 일면의 소정 영역에 형성되는 그라운드; 상기 PCB의 측면부를 적어도 일부 둘러싸는 금속 테두리; 및 상기 PCB의 급전원과 상기 금속 테두리 사이에 형성된 급전 구조를 포함하고, 상기 급전 구조에 의해 상기 PCB의 그라운드를 방사체로 이용한다.
상기 급전 구조에 배치되어 상기 급전원과 상기 그라운드 사이의 입력 임피던스 조절하는 제1 집중 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 집중 소자는 상기 급전원과 직렬로 연결되는 인덕터일 수 있다.
상기 급전 구조는, 상기 PCB의 일측에 슬롯 형태로 구성되며, 상기 급전원과 직렬로 연결된 상기 제1 집중 소자를 포함하는 루프 타입 공진 회로를 형성할 수 있다.
안테나의 상기 입력 임피던스는 상기 루프 타입 공진 회로에 연결된 상기 제1 집중 소자를 이용해서 조절 가능하여 상기 급전원 및 상기 제1 집중 소자는 제약 없이 상기 루프 타입 공진 회로에 구현될 수 있다.
상기 급전 구조와 상기 금속 테두리 사이에 배치되어 상기 그라운드의 공진 주파수를 조절하고, 상기 그라운드를 직접 방사시켜 광대역 특성을 획득하는 제2 집중 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 집중 소자는 상기 급전원으로부터 병렬로 연결된 인덕터일 수 있다.
상기 제1 집중 소자는 상기 급전원과 직렬로 연결되는 인덕터와 캐패시터의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 집중 소자는 상기 급전원으로부터 병렬로 연결된 인덕터와 캐패시터의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 테두리는, 상기 PCB와 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.
상기 PCB와 상기 금속 테두리는 2 mm 정도의 간격으로 이격될 수 있다.
상기 금속 테두리는, 상기 PCB이 형성된 단말기의 본체의 측면부의 적어도 3개의 면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
상기 PCB는 50 x 110 mm2 의 크기로 형성되며, 안테나는 LTE 대역인 750 내지 1000 MHz 에서 동작될 수 있다.
다른 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 있어서, 단말기 본체에 형성된 PCB; 상기 PCB를 포함한 상기 단말기 본체의 측면부를 적어도 일부 둘러싸며 상기 PCB와 소정 간격 이격되어 형성되는 금속 테두리; 및 상기 PCB의 급전원과 상기 금속 테두리 사이에 형성되고, 상기 PCB의 일측에 슬롯 형태로 구성되어 급전원과 직렬로 연결된 제1 집중 소자를 포함하는 루프 타입 공진 회로를 형성하는 급전 구조를 포함하고, 상기 급전 구조에 의해 상기 PCB의 그라운드를 방사체로 이용한다.
상기 급전 구조와 상기 금속 테두리 사이에 배치되며 상기 급전원으로부터 병렬로 연결된 제2 집중 소자를 더 포함하고, 상기 제1 집중 소자는 입력 임피던스 조절하며, 상기 제2 집중 소자는 상기 그라운드의 공진 주파수를 조절하고 상기 그라운드를 직접 방사시켜 광대역 특성을 획득할 수 있다.
실시예들에 따르면 PCB를 포함한 본체가 금속 테두리로 둘러싸여 있을 때 PCB와 금속 테두리 사이에 집중 소자를 활용하여 급전 구조를 구성하여 그라운드를 방사체로 구현할 수 있다.
또한 실시예들에 따르면 급전 구조에 구성된 집중 소자를 통해 급전원과 금속 테두리 사이의 입력 임피던스를 조절하고, 급전 구조와 금속 테두리 사이에 집중 소자를 배치하여 그라운드의 공진 주파수 제어가 가능하며 그라운드를 직접 방사시켜 광대역 특성을 얻을 수 있는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 입력 임피던스를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 입력 임피던스를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 PCB(Print Circuit Board)를 포함한 본체가 금속 테두리(metal rim)로 둘러싸여 있을 때 PCB와 금속 테두리 사이에 집중 소자를 활용하여 적절한 급전 구조를 구성하여 그라운드를 방사체로 구현하는 기술이다. 이와 같이 PCB와 금속 테두리 사이의 급전 구조에 집중 소자를 구성함으로써 그라운드의 특성모드를 활용할 수 있다.
또한 실시예들은 급전 구조에 구성된 집중 소자를 통해 급전원과 금속 테두리 사이의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 이와 같이 급전 구조와 금속 테두리 사이에 집중 소자를 배치하여 그라운드의 공진 주파수 제어가 가능하며, 그라운드를 직접 방사시켜 광대역 특성을 얻을 수 있다.
무선 통신을 활용하는 단말기의 보급률이 급격히 성장하고 있으며, 차후 유선 통신을 대체할 기술로 분류되고 있다. 현재 시판된 제품의 종류도 매우 다양하며, 특히 금속 테두리를 사용하는 스마트 폰 등의 휴대용 무선 단말기의 경우 소비자들의 요구가 증대되고 있다.
이에 따라 실시예들은 금속 테두리를 사용한 무선 단말기에서 안테나를 방사시키는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 PCB(Print Circuit Board, 인쇄회로기판)(100) 위에 설계된 안테나를 포함하는 임의의 단말기 구조를 이용하여 설명할 수 있다.
안테나의 방사 효율, 동작 주파수, 대역폭 등을 모두 충족시키는 고성능의 안테나를 설계하기 위해서는 안테나 주변 회로와의 커플링 관계 및 그라운드의 크기, 구조 등이 분석되어야 한다. 그 중 금속 테두리로 구성된 무선 단말기는 금속으로 이루어진 케이스에 의해 전자기적인 방사 특성을 방해하기 때문에 일반적인 안테나 설계로는 고성능의 안테나를 구현하기 매우 어렵다.
여기서 무선 단말기는 모바일 장치로서, 대표적으로 휴대폰, 스마트 폰 등이 이에 해당될 수 있으며, 이외에도 무선 통신 기능을 갖는 태블릿 PC, PDA, 노트북이나 팜탑 컴퓨터 등 다양한 휴대용 장치가 포함될 수 있다.
일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 금속 테두리와 PCB(100) 상의 안테나 급전원(130) 사이에 급전 구조(120)를 구성하여 입력 임피던스 및 그라운드의 공진 주파수를 제어하고 그라운드(110)를 방사체로 직접 활용할 수 있다.
한편, 그라운드 방사 안테나의 경우 그라운드(110)를 안테나로 활용하기 위해 PCB(100) 상에 구현되어 가격은 저렴하나 단말기 등의 안테나 적용 기기의 그라운드(110)가 작을 경우 안테나의 성능을 확보하기 어렵다.
그리고 급전 구조(120)에는 집중 소자를 배치하여 급전원(130)과 그라운드(110) 사이의 입력 임피던스 조절이 가능하며, 급전 구조(120)와 금속 테두리 사이에 집중 소자를 배치하여 그라운드(110)의 공진 주파수 제어가 가능하다.
도 2는 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 PCB(100) 위에 설계된 안테나를 포함하는 임의의 단말기 구조를 이용하여 설명할 수 있으며, 아래에서 하나의 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
예를 들어 50 x 110 mm2 의 PCB(100) 위에 설계된 안테나를 포함하는 임의의 단말기에서, 안테나는 GSM, LTE 대역인 750~1000MHz에서 동작하도록 설계될 수 있다. 그리고 PCB(100)를 둘러싸는 테두리는 금속으로 구성되어 있으며 PCB(100)으로부터 약 2mm의 간격으로 이격될 수 있다.
PCB(100)는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 구성 요소들이 결합되는 몸체부로, 인쇄회로기판(Print Circuit Board, PCB) 등으로 이루어질 수 있다. 그리고 PCB(100)는 유전체 재질로 이루어질 수 있으며, PCB(100)의 유전율은 요구되는 방사 특성에 의해 정해질 수 있다. 일례로, FR4 기판(
Figure 112016025157113-pat00001
= 4.4)이 사용될 수 있으며, 기판의 사이즈는 50 mm x 110 mm2 로 소정의 두께로 이루어질 수 있다.
PCB(100) 상부의 소정 영역에는 그라운드(110)가 형성될 수 있다. 그라운드(110)는 도전성 금속 물질로 이루어지며 급전 구조(feeding circuit)(120)와 전기적으로 결합될 수 있다.
일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 PCB(100)의 급전원(130)과 금속 테두리(200) 사이에 급전 구조(120)가 형성될 수 있다. 급전 구조(120)는 PCB(100)의 일측에 슬롯 형태로 구성되어 급전원(130)과 직렬로 연결된 제1 집중 소자(140)를 포함하는 루프 타입 공진 회로를 형성하고, 급전 구조(120)에 의해 PCB(100)의 그라운드(110)를 방사체로 이용할 수 있다.
여기서 PCB(100)의 일측에 형성된 슬롯 형상은 소정 폭을 가지는 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
PCB(100) 상의 안테나의 급전 구조(120)는 그라운드(110)의 끝부분에 위치하여 슬롯 형태로 구성될 수 있으며, 급전원(130)과 직렬로 연결된 제1 집중 소자(140)를 포함하는 루프 타입 공진 회로 구조로 형성될 수 있다. 급전원(130)과 제1 집중 소자(140)로 급전 루프를 형성하며 안테나의 입력 임피던스를 조절할 수 있다.
안테나의 입력 임피던스는 루프 형태에 연결된 제1 집중 소자(140)를 이용해서 조절이 가능하기 때문에 급전원(130) 및 제1 집중 소자(140)는 공진 회로의 위치에 상관없이 구현이 가능하다. 또한 급전원(130)으로부터 병렬로 연결된 제2 집중 소자(150)를 통해 그라운드(110)의 공진 주파수를 제어할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 대해 더 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 PCB(100), 그라운드(110), 금속 테두리(200), 및 급전 구조(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
PCB(100)는 단말기 본체에 형성되며, PCB(100)는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 구성 요소들이 결합되는 몸체부로, 인쇄회로기판(Print Circuit Board, PCB) 등으로 이루어질 수 있다.
PCB(100)는 50 x 110 mm2 의 크기로 형성될 수 있다.
그라운드(110)는 PCB(100)의 일면의 소정 영역에 형성될 수 있다. 더 구체적으로 PCB(100) 상부의 소정 영역에 그라운드(110)가 형성될 수 있고, 그라운드(110)는 도전성 금속 물질로 이루어져 안테나가 내장되는 통신 기기의 전기/전자 소자들에 접지 전압을 제공할 수 있다.
금속 테두리(200)는 단말기 본체의 측면부에 형성되는 것으로, 스틸, 마그네슘, 알루미늄 합금 등의 금속 재질을 이용하여 단말기의 강성을 높이며 외관을 미려하게 하는 기구적인 목적 외에 안테나의 방사체로서도 부분적으로 활용될 수 있다. 이러한 금속 테두리(200)는 밀폐된 링(ring) 형태를 이루거나, 둘 또는 그 이상의 부분으로 나누어지거나 그들 간이 절연되어 있는 상태로 조립된 것일 수 있다.
금속 테두리(200)는 PCB(100)의 측면부를 적어도 일부 둘러싸도록 형성될 수 있다. 더 구체적으로 금속 테두리(200)는 PCB(100)를 포함하는 단말기 본체의 측면부를 적어도 일부 둘러싸도록 형성됨으로써 PCB(100)의 측면부를 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.
또한 금속 테두리(200)는 PCB(100)이 형성된 단말기의 본체의 측면부의 적어도 3개의 면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
이때 금속 테두리(200)는 PCB(100)와 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 예컨대 PCB(100)와 금속 테두리(200)는 2 mm 정도의 간격으로 이격될 수 있다.
급전 구조(120)는 PCB(100)의 급전원(130)과 금속 테두리(200) 사이에 형성되며, 급전 구조(120)에 의해 PCB(100)의 그라운드(110)를 방사체로 이용할 수 있다.
그리고 급전 구조(120)에 배치되어 급전원(130)과 그라운드(110) 사이의 입력 임피던스 조절하는 제1 집중 소자(140)를 더 포함할 수 있다. 여기서 제1 집중 소자(140)는 인덕터(inductor), 캐패시터(capacitor) 등의 리액턴스(reactance) 소자가 될 수 있으며 이러한 리액턴스 소자를 이용하여 입력 임피던스를 조절할 수 있다.
일례로 제1 집중 소자(140)는 급전원(130)과 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 인덕터일 수 있다. 다른 예로 제1 집중 소자(140)는 급전원(130)과 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터일 수 있다. 또 다른 예로 제1 집중 소자(140)는 급전원(130)과 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 인덕터와 적어도 하나 이상의 캐패시터의 조합으로 이루어질 수 있다.
이러한 급전 구조(120)는 PCB(100)의 일측에 슬롯 형태로 구성되며, 급전원(130)과 직렬로 연결된 제1 집중 소자(140)를 포함하는 루프 타입 공진 회로를 형성할 수 있다.
안테나의 입력 임피던스는 루프 타입 공진 회로에 연결된 제1 집중 소자(140)를 이용해서 조절 가능하여 급전원(130) 및 제1 집중 소자(140)는 제약 없이 루프 타입 공진 회로에 구현될 수 있다.
이와 같이 공진기를 통해 입력 임피던스의 조절이 가능하며 원하는 주파수 대역에서 동작되도록 설계할 수 있다.
또한 급전 구조(120)와 금속 테두리(200) 사이에 배치되어 그라운드(110)의 공진 주파수를 조절하고, 그라운드(110)를 직접 방사시켜 광대역 특성을 획득하는 제2 집중 소자(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서 제2 집중 소자(150)는 인덕터, 캐패시터 등의 리액턴스 소자가 될 수 있으며 이러한 리액턴스 소자를 이용하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.
일례로 제2 집중 소자(150)는 급전원(130)으로부터 병렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 인덕터일 수 있다. 다른 예로 제2 집중 소자(150)는 급전원(130)과 병렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 캐패시터일 수 있다. 또 다른 예로 제2 집중 소자(150)는 급전원(130)과 병렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 인덕터와 적어도 하나 이상의 캐패시터의 조합으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 루프 타입 공진 회로가 형성되어 광대역에서 방사 효율이 뛰어난 안테나를 제공할 수 있다.
예를 들어 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 LTE 대역인 750 내지 1000 MHz 에서 동작될 수 있다.
따라서 일 실시예에 따르면 PCB(100)를 포함한 본체가 금속 테두리(200)로 둘러싸여 있을 때 PCB(100)와 금속 테두리(200) 사이에 집중 소자를 활용하여 급전 구조(120)를 구성하여 그라운드(110)를 방사체로 구현할 수 있다. 또한 급전 구조(120)에 구성된 집중 소자를 통해 급전원(130)과 금속 테두리(200) 사이의 입력 임피던스를 조절하고, 급전 구조(120)와 금속 테두리(200) 사이에 집중 소자를 배치하여 그라운드(110)의 공진 주파수 제어가 가능하며 그라운드(110)를 직접 방사시켜 광대역 특성을 얻을 수 있다.
다른 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 PCB(100), 금속 테두리(200), 및 급전 구조(120)를 포함하여 이루어질 수 있다. 다른 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 설명과 중복되어 간단히 설명하기로 한다.
단말기 본체에 형성된 PCB(100), PCB(100)를 포함한 단말기 본체의 측면부를 적어도 일부 둘러싸며 PCB(100)와 소정 간격 이격되어 형성되는 금속 테두리(200), 및 PCB(100)의 급전원(130)과 금속 테두리(200) 사이에 형성되고 PCB(100)의 일측에 슬롯 형태로 구성되어 급전원(130)과 직렬로 연결된 제1 집중 소자(140)를 포함하는 루프 타입 공진 회로를 형성하는 급전 구조(120)를 포함할 수 있으며, 급전 구조(120)에 의해 PCB(100)의 그라운드(110)를 방사체로 이용할 수 있다.
그리고 급전 구조(120)와 금속 테두리(200) 사이에 배치되며 급전원(130)으로부터 병렬로 연결된 제2 집중 소자(150)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이에 따라 다른 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 제1 집중 소자(140)는 입력 임피던스 조절하며, 제2 집중 소자(150)는 그라운드(110)의 공진 주파수를 조절하고 그라운드(110)를 직접 방사시켜 광대역 특성을 획득할 수 있다.
안테나의 입력 임피던스는 루프 형태에 연결된 제1 집중 소자(140)를 이용해서 조절이 가능하기 때문에 급전원(130) 및 제1 집중 소자(140)는 공진 회로의 위치에 상관없이 구현이 가능하다. 그리고 제2 집중 소자(150)는 급전 구조(120)와 금속 테두리(200)를 연결하며 급전원(130)과 병렬로 연결되는 것으로, 그 배치에 제약이 없다.
따라서 실시예들에 따르면 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 금속 테두리(200)와 PCB(100) 상의 안테나 급전원(130) 사이에 급전 구조(120)를 구성하여 입력 임피던스 및 그라운드(110)의 공진 주파수를 제어하고 그라운드(110)를 방사체로 직접 활용할 수 있다.
그리고 급전 구조(120)에는 제1 집중 소자(140)를 배치하여 급전원(130)과 그라운드(110) 사이의 입력 임피던스 조절이 가능하며, 급전 구조(120)와 금속 테두리(200) 사이에 제2 집중 소자(150)를 배치하여 그라운드(110)의 공진 주파수 제어가 가능하다.
도 4는 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 입력 임피던스를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 급전 구조(120)의 집중 소자를 이용하여 입력 임피던스를 조절할 수 있다.
즉, 급전 구조(120)의 제1 집중 소자(140)를 통해 입력 임피던스 조절이 가능하다.
여기에서 안테나의 입력 임피던스는 루프 형태에 연결된 제1 집중 소자(140)를 이용해서 조절이 가능하기 때문에 급전원(130) 및 제1 집중 소자(140)는 공진 회로의 위치에 제약 없이 구현 가능하다.
도 5는 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 입력 임피던스를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 급전 구조(120)와 금속 테두리(200) 사이에 형성된 제2 집중 소자(150)의 크기에 의한 공진 주파수 변화를 나타낼 수 있다. 즉, 제2 집중 소자(150)를 통해 그라운드(110)의 공진 주파수 제어가 가능하다.
이와 같이 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 급전 구조(120)와 금속 테두리(200) 사이에 형성된 집중 소자를 통해 공진 주파수를 제어할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나의 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 GSM. LTE 대역인 750~960MHz 대역을 -6dB 이하로 만족한다. 이와 같이 시뮬레이션 결과, 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 750~960MHz 대역에서 좋은 성능을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
여기서 금속 테두리(200)와 그라운드(110) 사이에 형성되는 집중 소자를 이용하여 그라운드(110)의 공진 주파수를 제어함으로써 광대역 특성을 얻을 수 있다.
또한 일 실시예에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 표 1에 나타난 바와 같이 우수한 방사 성능을 나타낸다.
표 1은 금속 테두리 그라운드 방사 안테나 방사 효율을 나타낸다.
Figure 112016025157113-pat00002
표 1에 도시된 바와 같이 공진기를 통해 입력 임피던스의 조절이 가능하며 원하는 주파수 대역에서 동작되도록 설계할 수 있다. 그리고 원하는 대역에서 공진을 일으켰을 때 방사 효율이 67.86% 정도로 방사 성능이 좋음을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예들은 금속 테두리(200)가 구성된 단말기의 경우 금속으로 이루어진 케이스에 의해 전자기적인 방사 특성을 방해하는 문제가 발생하나, PCB(100)와 금속 테두리(200) 사이에 집중 소자를 활용하여 적절한 급전 구조(120)를 구성함으로써 그라운드(110)를 방사체로 구현할 수 있다.
또한 실시예들은 급전 구조(120)에 구성된 집중 소자를 통해 급전원(130)과 금속 테두리(200) 사이의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 이와 같이 급전 구조(120)와 금속 테두리(200) 사이에 집중 소자를 배치하여 그라운드(110)의 공진 주파수 제어가 가능하며, 그라운드(110)를 직접 방사시켜 광대역 특성을 얻을 수 있다.
이와 같이 실시예들에 따른 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나는 WCDMA, LTE, GPS, Wi-Fi, Bluetooth 등의 무선 통신을 위한 단말기의 케이스에 금속 테두리 형태로 적용 가능하다. 즉, 해당 제품의 PCB 상에 본 기술을 적용할 수 있다.
실시예들은 무선 통신을 사용하는 단말기, 메탈 케이스를 사용하는 단말기, 광대역을 사용하는 단말기 등에 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어함으로써 광대역 그라운드 방사 안테나를 제공할 수 있다.
무선 휴대 단말기 등의 금속 테두리에 적용 가능한 안테나의 방사 성능 및 광대역 특성을 얻기 위한 노력이 지금까지 이루어져 왔으나, 실제 제품에 적용할 수 있는 간단한 모델은 제시되지 못하고 있다.
실시예들을 활용하면 휴대폰, 휴대용 무선 AP, GPS 단말기 등에서 금속 테두리를 적용하여 고성능의 안테나를 실현시킬 수 있다. 따라서 실시예들을 통해 모바일 안테나 분야에서 높은 방사 성능의 광대역 안테나를 매우 효율적으로 구현할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: PCB
110: 그라운드
120: 급전 구조
130: 급전원
140: 제1 집중 소자
150: 제2 집중 소자
200: 금속 테두리

Claims (15)

  1. 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 있어서,
    본체에 형성된 PCB;
    상기 PCB의 일면의 소정 영역에 형성되는 그라운드;
    상기 PCB의 측면부를 적어도 일부 둘러싸는 금속 테두리;
    상기 PCB의 급전원과 상기 금속 테두리 사이에 형성된 급전 구조; 및
    상기 급전 구조에 배치되어 상기 급전원과 상기 그라운드 사이의 입력 임피던스 조절하는 제1 집중 소자
    를 포함하고,
    상기 급전 구조에 의해 상기 PCB의 그라운드를 방사체로 이용하는 것을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 집중 소자는 상기 급전원과 직렬로 연결되는 인덕터인 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급전 구조는,
    상기 PCB의 일측에 슬롯 형태로 구성되며, 상기 급전원과 직렬로 연결된 상기 제1 집중 소자를 포함하는 루프 타입 공진 회로를 형성하는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    안테나의 상기 입력 임피던스는 상기 루프 타입 공진 회로에 연결된 상기 제1 집중 소자를 이용해서 조절 가능하여 상기 급전원 및 상기 제1 집중 소자는 제약 없이 상기 루프 타입 공진 회로에 구현되는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 급전 구조와 상기 금속 테두리 사이에 배치되어 상기 그라운드의 공진 주파수를 조절하고, 상기 그라운드를 직접 방사시켜 광대역 특성을 획득하는 제2 집중 소자
    를 더 포함하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 집중 소자는 상기 급전원으로부터 병렬로 연결된 인덕터인 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 집중 소자는 상기 급전원과 직렬로 연결되는 인덕터와 캐패시터의 조합으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 집중 소자는 상기 급전원으로부터 병렬로 연결된 인덕터와 캐패시터의 조합으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 금속 테두리는,
    상기 PCB와 소정 간격 이격되어 형성되는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 PCB와 상기 금속 테두리는 2 mm의 간격으로 이격되는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 금속 테두리는,
    상기 PCB이 형성된 단말기의 본체의 측면부의 적어도 3개의 면을 둘러싸도록 형성되는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 PCB는 50 x 110 mm2 의 크기로 형성되며, 안테나는 LTE 대역인 750 내지 1000 MHz 에서 동작되는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  14. 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나에 있어서,
    단말기 본체에 형성된 PCB;
    상기 PCB를 포함한 상기 단말기 본체의 측면부를 적어도 일부 둘러싸며 상기 PCB와 소정 간격 이격되어 형성되는 금속 테두리; 및
    상기 PCB의 급전원과 상기 금속 테두리 사이에 형성되고, 상기 PCB의 일측에 슬롯 형태로 구성되어 급전원과 직렬로 연결된 제1 집중 소자를 포함하는 루프 타입 공진 회로를 형성하는 급전 구조
    를 포함하고,
    상기 급전 구조에 의해 상기 PCB의 그라운드를 방사체로 이용하는 것을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 급전 구조와 상기 금속 테두리 사이에 배치되며 상기 급전원으로부터 병렬로 연결된 제2 집중 소자
    를 더 포함하고,
    상기 제1 집중 소자는 입력 임피던스 조절하며, 상기 제2 집중 소자는 상기 그라운드의 공진 주파수를 조절하고 상기 그라운드를 직접 방사시켜 광대역 특성을 획득하는 것
    을 특징으로 하는 금속 테두리 구조를 이용하여 공진 주파수 제어가 가능한 광대역 그라운드 방사 안테나.
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