KR101756472B1 - 다중공진 튜너블 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 공진점을 가지고 공진점도 가변시킬 수 있는 다중공진 튜너블 안테나를 개시한다. 상기 다중공진 튜너블 안테나는 적어도 2개의 분기선로 및 적어도 2개의 커패시터를 구비한다. 상기 적어도 2개의 분기선로는 무선신호를 수신하는데 사용되는 필터와 연결된 기본선로의 분기점으로부터 각각 다른 방향으로 분기된다. 상기 적어도 2개의 커패시터는 상기 적어도 2개의 분기선로와 접지 사이에 각각 연결된다.

Description

다중공진 튜너블 안테나{Mult-resonance tunable antena}
본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 다수의 공진점을 가지며 상기 공진점도 가변시킬 수 있는 다중공진 튜너블 안테나에 관한 것이다.
안테나의 가장 기본적인 원리는 공진(resonance)이다. 공진이란 구조적/전기적으로 주파수선택 현상을 가리키는 것이다. 안테나는 한마디로 개방된 선로처럼 신호가 더 이상 진행할 수 없는 구조를 가지며, 이때 신호가 선로의 종단에서 전반사 되지 않도록 종단에서 특정 주파수에서 공진하도록 하는 것이다. 공진 시 해당 주파수의 신호가 전반사 되지 않고 어떤 전자기장 형태의 에너지가 형성되어 외부로 송출된다. 따라서 안테나에서는 주파수에 대한 반사계수(S11)의 값이 적을수록, 해당 주파수에서 신호 전력이 반사되지 않고 최대한 안테나를 통해 외부로 복사된다.
도 1은 넓은 주파수대역을 가지는 안테나의 전기적 특성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 반사계수(S11)가 작으면 작을수록 안테나의 복사효율이 높고 매칭(matching)도 잘 되었다는 것을 의미하며, 아래 방향으로 파인 계곡의 폭이 안테나의 주파수 대역폭이 된다. 안테나의 크기는 수신하고자 하는 주파수가 높을수록 작은 것이 일반적이지만, 하나의 안테나로 넓은 주파수 대역에서 동작하도록 하려면 해당 안테나의 크기가 크게 되므로, 안테나의 크기를 증가시키지 않으면서도 넓은 주파수 대역에서 사용 가능한 안테나가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복수 개의 공진점을 가지고 공진점도 가변시킬 수 있는 다중공진 튜너블 안테나를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일면에 따른 다중공진 튜너블 안테나는, 적어도 2개의 분기선로 및 적어도 2개의 커패시터를 구비한다. 상기 적어도 2개의 분기선로는 무선신호를 수신하는데 사용되는 필터와 연결된 기본선로의 분기점으로부터 각각 다른 방향으로 분기된다. 상기 적어도 2개의 커패시터는 상기 적어도 2개의 분기선로와 접지 사이에 각각 연결된다.
본 발명은 안테나의 크기를 감소시키면서도 넓은 주파수 대역에서 사용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 넓은 주파수대역을 가지는 안테나의 전기적 특성을 나타낸다.
도 2는 단일 공진점을 가지는 튜너블 안테나가 넓은 주파수 대역에서 사용되는 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 제1실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 제2실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 제3실시예를 나타낸다.
도 6은 공진점이 2개일 때 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 동작특성을 나타낸다.
도 7은 공진점이 3개 일 때 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 동작 특성을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 단일 공진점을 가지는 튜너블 안테나가 넓은 주파수 대역에서 사용되는 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 단일 공진점을 가지는 안테나는 협대역 특성을 가지는데, 하나의 공진점의 값을 가변시킴으로써 넓은 주파수 대역에서 사용 가능하도록 한다. 하나의 공진점의 값만을 변경시키면서 넓은 주파수 대역에서 사용 가능하기 때문에, 첫 번째 공진점에서의 반사계수의 값과 마지막 공진점에서의 반사계수의 값의 차이(Δ1)이 존재하게 된다. 도 2에 도시된 일점 쇄선은 공진 대역별 반사계수의 기울기를 나타낸다.
도 2에서 반사계수(S11)의 값은 도면의 아래로 갈수록 작아지는데, 상술한 바와 같이 반사계수의 값이 적으면 적을수록 안테나의 복사효율이 높고 매칭도 잘된 것이지만, 안정되고 성능이 우수한 안테나라면 이들 사이의 편차(Δ1)도 작아야 할 것이다. 하나의 공진점을 가지고 있기 때문에, 예를 들어 6개 주파수 대역에서의 안테나 특성을 나타내기 위해서는 공진점을 6번 변경시켜야 한다.
본 발명에서는 공진점을 적어도 2개로 함으로써,
첫째, 공진점 변경 회수를 상대적으로 적게 하더라도 넓은 범위의 주파수 대역에서 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라,
둘째, 최초 공진점의 반사계수의 값과 최종 공진점의 반사계수 값의 차이가 오히려 감소하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 제1실시예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 다중공진 튜너블 안테나(300)는, 필터(301), 기본선로(L0), 제1분기선로(L1), 제2분기선로(L2), 제1커패시터(VC_L) 및 제2커패시터(VC_H)를 구비한다.
필터(301)는 제1분기선로(L1) 및 제2분기선로(L2)를 거쳐 기본선로(L0)로 유입되는 수신신호를 선택하는 기능을 수행한다. 기본선로(L0)는 분기점(BN)에서 제1분기선로(L1) 및 제2분기선로(L2)로 분기한다. 제1분기선로(L1) 및 제2분기선로(L2)는 각각 연결된 제1커패시터(VC_L) 및 제2커패시터(VC_H)와 합하여 공진점의 값을 결정한다. 공진점의 값은 제1분기선로(L1)와 제2분기선로(L2)의 길이 그리고 제1분기선로(L1)와 제2분기선로(L2)와 접지(Ground) 사이에 구현된 커패시터의 값에 의해 결정된다는 것은 이미 알려져 있으므로 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.
공진점의 값을 변경시키기 위해서 제1분기선로(L1)와 제2분기선로(L2)의 길이를 변경시키는 것도 가능하지만, 본 발명에서는 커패시터들(VC_L, VC_H)의 커패시턴스를 변경시킴으로써 공진점의 값을 변경시키는 것을 제안한다. 따라서, 도 2에 도시된 커패시터들은 모두 커패시턴스를 가변시킬 수 있는 가변커패시터가 되는 것이 바람직하다.
제1커패시터(VC_L)의 일 단자는 제1분기선로(L1)와 분기점(BN)에 연결되고, 제2커패시터(VC_H)의 일 단자는 제2분기선로(L2)와 분기점(BN)에 연결되어 있는데, 도 2에서는 자세하게 구별할 수 없지만, 각 커패시터의 일 단자는 분기점(BN) 보다는 각 선로의 종단에 더 가깝게 연결되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 제2실시예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 다중공진 튜너블 안테나(400)는 도 3에 도시된 다중공진 튜너블 안테나(300)에 2개의 가변커패시터들(VC_L2, VC_H2)이 더 추가된 것을 제외하고 나머지 구조는 동일하다. 따라서 연결 관계는 여기서 언급하지 않는다. 도 3에 도시된 2개의 커패시터들(VC_L, VC_H)은 도 4의 2개의 커패시터들(VC_L1, VC_H2)에 각각 대응된다. 도 3과 마찬가지로, 도 4에 도시된 커패시터들도 커패시턴스를 가변시킬 수 있는 가변커패시터들로 구현한다.
2개의 커패시터들(VC_L1, VC_L2)이 제1분기선로(L1)에 연결되는 지점에 따라 공진점의 값이 다르게 설정된다. 하나의 가변커패시터(VC_L1)의 일 단자는 제1분기선로(L1)의 종단에 연결하고, 다른 하나의 가변커패시터(VC_L2)의 일 단자는 분기점(BN)에 가까운 곳에 연결하는 것이 일반적이다. 제2분기선로(L2)에 연결되는 2개의 커패시터들(VC_H1, VC_H2)도 마찬가지이다. 즉, 하나의 커패시터(VC_H1)의 일 단자는 제2분기선로(L2)의 종단에 연결하고, 다른 하나의 커패시터(VC_H2)의 일 단자는 분기점(BN)에 가까운 곳에 연결한다.
도 5는 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 제3실시예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 다중공진 튜너블 안테나(500)는 도 4에 도시된 다중공지 튜너블 안테나(400)의 분기점(BN)에 또 다른 하나의 분기선로(L3)를 추가한 구조를 가지는 것 이외에는 동일하다. 제2분기선로(L3)에 2개의 가변커패시터들(VC_M1, VC_M2)의 일 단자가 연결되어 있는데, 이들을 연결하는 논리는 앞에서 설명한 다른 가변커패시터들의 연결 논리와 동일하다.
도 5에는 각각의 선로(L1 ~ L3)에 2개의 가변커패시터들이 연결되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 도 3에서와 같이 각각의 선로(L1 ~ L3)에 하나의 커패시터들이 배치되는 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한 각각의 선로(L1 ~ L3)에 설치된 2개의 가변커패시터들 사이에 적어도 하나의 가변커패시터를 더 추가하는 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 속한다.
도 3, 도 4 및 도 5에 있어서, 커패시터들의 부재 번호에는 L, M 및 H가 부가되어 있는데, L은 상대적 저주파수 영역, H는 상대적 고주파수 영역 그리고 M은 중간 주파수 영역에서의 공진점의 위치를 결정하는데 영향을 미친다는 의미를 포함하고 있다.
도 6은 공진점이 2개일 때 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 동작특성을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 공진점이 2개이므로 한 번에 2곳의 주파수 영역에서 사용 가능하게 된다. 따라서, 도 2에 도시한 바와 같이 6곳의 주파수 영역에 대해서 사용하고자 하는 경우, 공진점의 값을 3번만 변화시키면 된다. 즉, 공진점의 값을 3 단계만 변화시켜도 원하는 전기적 특성을 구비하는 안테나를 구현할 수 있다. 각 공진점에서의 반사계수(S11)들의 기울기는 도 2에 도시된 경우와 동일하지만, 도 2에 도시된 것과 같이 6단계의 변화가 아니라 3단계의 변화만으로 구현이 가능하므로, 반사계수(S11) 값들의 편차(Δ2)가 도 2에 도시된 경우의 반사계수(S11) 값들의 편차(Δ1)에 비해 작게 된다는 것을 알 수 있다.
도 7은 공진점이 3개 일 때 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 동작 특성을 나타낸다.
도 7의 특성은 도 6의 특성에 대한 설명을 확장하면 이해할 수 있으므로, 자세하게는 설명하지 않는다. 다만, 도 2 및 도 6과 동일한 조건이라면, 공진점을 2단계 만 변경시키더라도 목적을 달성할 수 있으므로, 반사계수들의 편차가 도 2는 물론이고 도 6에 도시된 경우에 비해서도 작게 된다는 것을 용이하게 유추할 수 있다.
상술한 바와 같이, 공진점을 적어도 2개 포함하는 본 발명에 따른 다중공진 튜너블 안테나의 경우, 넓은 대역의 주파수 특성을 만족시키기 위하여 상대적으로 적은 변경 단계가 소요되므로 안테나의 크기가 감소 될 뿐만 아니라, 반사계수들의 편차도 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
301: 주파수 필터 401: 주파수 필터
501: 주파수 필터 L0: 기본선로
L1: 제1분기선로 L2: 제2분기선로
L3: 제3분기선로

Claims (16)

  1. 무선신호를 수신하는데 사용되는 필터와 연결된 기본선로의 분기점으로부터 각각 다른 방향으로 분기된 적어도 2개의 분기선로; 및
    상기 적어도 2개의 분기선로와 접지 사이에 각각 연결된 적어도 2개의 커패시터를 포함하되,
    상기 필터는 상기 적어도 2개의 분기선로를 거쳐 상기 기본선로로 유입되는 수신신호를 선택하고 상기 적어도 2개의 커패시터는 가변 커패시터이며,
    상기 분기점으로부터 일 방향으로 분기된 제1분기선로;
    상기 분기점으로부터 다른 일 방향으로 분기된 제2분기선로;
    상기 제1분기선로와 접지 사이에 형성된 제1커패시터; 및
    상기 제2분기선로와 접지 사이에 형성된 제2커패시터를 구비하되,
    상기 분기점으로부터 또 다른 방향으로 분기된 제3분기선로; 및
    상기 제3분기선로와 접지 사이에 형성된 제5커패시터를 더 구비하는 다중공진 튜너블 안테나(Multi-Resonance Tunable Antena).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터의 일 단자는 상기 분기점보다 해당 분기선로의 종단에 더 가까운 곳의 해당 분기선로 상에 연결되는 다중공진 튜너블 안테나.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1분기선로 및 접지 사이에 배치된 제3커패시터; 및
    상기 제2분기선로 및 접지 사이에 배치된 제4커패시터를 더 구비하는 다중공진 튜너블 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1커패시터는 일 단자가 상기 제1분기선로의 종단에 연결되고 다른 일 단자는 접지되고,
    상기 제3커패시터는 일 단자가 상기 제1분기선로 중 상기 분기점에 가까운 곳에 연결되고 다른 일 단자는 접지되며,
    상기 제2커패시터는 일 단자가 상기 제2분기선로의 종단에 연결되고 다른 일 단자는 접지되고,
    상기 제4커패시터는 일 단자가 상기 제2분기선로 중 상기 분기점과 가까운 곳에 연결되고 다른 일 단자는 접지되는 다중공진 튜너블 안테나.
  7. 제5항에 있어서,
    일 단자가 상기 제1분기선로 중 상기 제1커패시터와 상기 제3커패시터의 각각의 일 단자가 연결된 곳의 사이에 연결되고 다른 일 단자는 접지된 적어도 하나의 로우 밴드용 커패시터; 및
    일 단자가 상기 제2분기선로 중 상기 제2커패시터와 상기 제4커패시터의 각각의 일 단자가 연결된 곳의 사이에 연결되고 다른 일 단자는 접지된 적어도 하나의 하이 밴드용 커패시터를 더 구비하는 다중공진 튜너블 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1커패시터 내지 상기 제4커패시터, 적어도 하나의 상기 로우 밴드용 커패시터 및 적어도 하나의 상기 하이 밴드용 커패시터의 커패시턴스는 가변시킬 수 있는 다중공진 튜너블 안테나.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제5커패시터의 일 단자는 상기 제3분기선로 중 상기 분기점보다 상기 제3분기선로의 종단에 더 가까운 곳에 연결되는 다중공진 튜너블 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제5커패시터의 커패시턴스는 가변시킬 수 있는 다중공진 튜너블 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제3분기선로 및 접지 사이에 배치된 제6커패시터를 더 구비하는 다중공진 튜너블 안테나.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제5커패시터는 상기 제3분기선로의 종단과 접지 사이에 설치되고, 상기 제6커패시터는 상기 제3분기선로 중 상기 분기점에 가까운 곳과 접지 사이에 설치되는 다중공진 튜너블 안테나.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제5커패시터 및 상기 제6커패시터의 커패시턴스는 가변시킬 수 있는 다중공진 튜너블 안테나.
  15. 제12항에 있어서,
    일 단자가 상기 제3분기선로 중 상기 제5커패시터와 상기 제6커패시터의 일단자들이 각각 연결된 곳의 중간지점에 연결되고 다른 일 단자가 접지된 적어도 하나의 미들 밴드용 커패시터를 더 구비하는 다중공진 튜너블 안테나.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제5커패시터, 상기 제6커패시터 및 상기 적어도 하나의 미들 밴드용 커패시터의 커패시턴스는 가변시킬 수 있는 다중공진 튜너블 안테나.
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