KR101976384B1 - Fm방송 및 지상파 디지털멀티미디어방송 일체형 폴디드 다이폴 안테나 - Google Patents

Fm방송 및 지상파 디지털멀티미디어방송 일체형 폴디드 다이폴 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 주파수변조(Frequency Modulation: FM) 및 지상파 디지털멀티미디어방송(Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting: T-DMB) 일체형 다이폴 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따른 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나는, 기판과, 상기 기판의 상면에 다이폴 안테나 패턴이 형성되어 구성되고, 상기 다이폴 안테나 패턴은, 88 ~ 108MHz 대역의 FM 주파수에 대응되는 길이를 가지면서 일단에는 절곡방향으로 일정 크기의 확장면이 연장형성되는 제1 폴 안테나 패턴과, 174~216MHz 대역의 T-DMB 주파수에 대응되는 길이를 가지면서, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 일정 거리 이격되어 상호 마주 보도록 배치되는 제2 폴 안테나 패턴 및, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 상기 제2 폴 안테나 패턴 사이의 이격 공간에 제1 폴 안테나 패턴 및 상기 제2 폴 안테나 패턴과 일정 거리 이격되게 배치되면서, 상기 제1 폴 안테나 패턴의 확장면 크기에 대응하여 이동된 공진주파수를 목적의 공진주파수로 복원시키기 위한 크기로 설정되는 커플링 패턴을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

FM방송 및 지상파 디지털멀티미디어방송 일체형 폴디드 다이폴 안테나 {Frequency Modulation and Terrestrial-Digital Multimedia Broadcast combined folded-dipole antenna}
본 발명은 주파수변조(Frequency Modulation: FM) 및 지상파 디지털멀티미디어방송(Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting: T-DMB) 일체형 다이폴 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다이폴 안테나가 인쇄회로기판 형태로 형성되되, 다이폴 안테나의 제1폴 안테나와 제2폴 안테나가 마주보도록 형성되어 다이폴 안테나의 크기를 줄임과 더불어, 패턴의 확장을 통해 보다 양호한 이득특성을 갖는 FM 주파수 및 T-DMB 주파수 신호 모두를 송수신할 수 있는 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, FM(Frequency Modulation) 및 T-DMB(Terrestrial-Digital
Multimedia Broadcast) 송수신기의 안테나로는 다이폴 안테나가 많이 적용되고 있다.
통상적으로 다이폴 안테나는 두 개의 도체봉(또는 "폴 안테나"이라 함) 가운데 급전선이 연결되는 형태로 구성되는 안테나로, 그 길이는 전파 파장(λ)의 1/2 길이로 형성되며 전파가 송출되는 방향과 평행을 이루도록 설치되는 안테나이다.
즉, FM 송수신기의 송수신 주파수가 T-DMB의 송수신 주파수보다 낮으므로 FM 송 수신기의 다이폴 안테나의 길이가 더 길게 형성된다.
따라서, FM 및 T-DMB 송수신기를 모두 구비하는 장치는 FM 송수신기 안테나및 T-DMB 송수신기 안테나가 모두 적용되거나, 공용 안테나가 적용된다.
삭제
그러나 공용 안테나가 적용되는 경우 공용 다이폴 안테나는 FM 송수신기의 송수신 주파수에 대응하는 길이로 구성되어야 할 것이다.
삭제
전자의 경우 두 개의 안테나가 적용되어야 하므로 비교적 큰 설치공간이 요구되는 문제점이 있었으며, 후자의 경우 하나의 안테나만 적용해도 되므로 두 개의 안테나를 적용하는 경우보다 설치공간을 적게 요구하기는 하나, FM 주파수에 대응하여 다이폴 안테나를 구성하여야 하므로 안테나의 길이를 줄이는 데 한계가 있는 문제점이 있었다.
특히, 도로의 터널이나 기차 터널 내부에 일정 길이 이상의 크기를 갖는 도체봉 형태의 큰 안테나(예컨대, 야기 안테나)가 주파수 대역별로 설치되는 경우, 터널을 통과하는 차량 또는 기차에 의해 발생하는 와류 등의 영향으로 안테나를 구성하는 도체봉이 꺾이는 등의 물리적인 변형이 발생될 수 있고, 이는 결국 안테나 특성의 손실을 가져올 수 있다.
이에, FM 송수신기 및 T-DMB 송수신기가 일체화되면서 보다 소형화된 안테나가 요구되어지고 있다.
1. 등록특허 제10-1021934호(2011.03.07.)
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 인쇄회로기판 형태로 형성되는 다이폴 안테나의 제1폴 안테나와 제2폴 안테나가 마주보는 형태로 형성되어 다이폴 안테나의 크기를 대략 1/2 수준으로 줄이면서도 FM 주파수 및 T-DMB 주파수의 신호 둘 모두를 송수신할 수 있도록 해 주는 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나를 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
또한, FM 주파수에 대응되는 제1폴 안테나의 면적을 확장하고, 이로 인한 공진주파수의 이동을 커플링 패턴을 추가 형성하여 보상함으로써, 보다 이득 특성이 향상된 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나를 제공함에 또 다른 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수변조 및 지상파 디지털멀티미디어방송 일체형 폴디드 다이폴 안테나는, 기판과, 상기 기판의 상면에 다이폴 안테나 패턴이 형성되어 구성되고, 상기 다이폴 안테나 패턴은, 88 ~ 108MHz 대역의 FM 주파수에 대응되는 길이를 가지면서 일단에는 절곡방향으로 FM 주파수의 이득 향상을 위한 일정 크기의 확장면이 연장형성됨과 더불어 일단이 급전부와 연결되는 제1 폴 안테나 패턴과, 174~216MHz 대역의 T-DMB 주파수에 대응되는 길이를 가지면서, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 일정 거리 이격되어 상호 마주 보도록 배치됨과 더불어 일단이 급전부와 연결되는 제2 폴 안테나 패턴 및, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 상기 제2 폴 안테나 패턴 사이의 이격 공간에 제1 폴 안테나 패턴 및 상기 제2 폴 안테나 패턴과 일정 거리 이격되게 배치되면서, 상기 제1 폴 안테나 패턴의 확장면 크기에 대응하여 이동된 공진주파수를 목적의 공진주파수로 복원시키기 위한 크기로 설정되는 커플링 패턴을 포함하여 구성되고, 상기 커플링 패턴은 상기 제1 폴 안테나 패턴과 상기 제2 폴 안테나 패턴 및 급전부와 연결되지 않도록 구성되며, 상기 제1 폴 안테나 패턴에 형성되는 확장면은 상기 제2 폴 안테나 패턴의 급전부와 연결되는 타단과 마주하지 않도록 연장 길이가 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 제2 폴 안테나 패턴의 동일측 일단은 상호 마주하는 방향으로 절곡되어 구성되고, 제1 폴 안테나 패턴의 절곡면과 제2 폴 안테나 패턴의 절곡면은 일정 거리 이격되면서 상호 마주하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 제2 폴 안테나 패턴의 동일측 일단은 상호 마주하는 방향으로 절곡되어 구성되고, 제1 폴 안테나 패턴의 절곡면과 제2 폴 안테나 패턴의 절곡면은 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절곡면은 제1 폴 안테나 패턴의 확장면이 형성된 위치와 반대 방향에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 제2 폴 안테나 패턴은 제1 폴 안테나 패턴의 확장면이 위치하는 반대측면을 기준으로 상호 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2폴 안테나 패턴의 길이는, 제1폴 안테나 패턴과 제2폴 안테나 패턴 사이에 형성되는 패턴 캐패시턴스(Cp)에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1폴 안테나 패턴의 길이는 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/4 ~ 3λ/4 로 설정되고, 상기 제2폴 안테나 패턴의 길이는 T-DMB 주파수 대역을 기준으로 λ/4 ~ 3λ/4 로 설정되며, 상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴의 두께는 안테나 임피던스 매칭 및 이득의 최적화를 위해 1mm ~ 30mm 로 설정되고, 상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴 사이의 간격은 패턴 사이의 캐패시턴스(Cp)의 발생으로 인한 T-DMB 주파수의 이동을 최적화하기 위해 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/64 ~ λ/4 으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 확장면의 크기는 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/4 이하 범위로 설정되고, 상기 커플링 패턴의 크기는 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/4 이하 범위로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상호 마주하는 상기 제1폴 안테나 패턴과 제2폴 안테나 패턴의 일단에는 수신된 FM 주파수 신호 및 T-DMB 주파수 신호를 통신단말측으로 출력하고, 통신단말측으로부터 입력되는 FM 주파수 신호 및 T-DMB 주파수 신호를 상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴으로 전송하는 급전부를 형성하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 다이폴 안테나의 제1폴 안테나 및 제2폴 안테나를 마주보도록 기판에 패턴을 형성함으로써, 다이폴 안테나의 크기를 최소화함과 더불어, T-DMB방송 주파수 대역의 공진주파수 특성을 갖도록 하여 FM 주파수 및 T-DMB 주파수 신호 모두를 송수신할 수 있는 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나를 제공할 수 있다.
또한, FM 주파수에 대응되는 제1폴 안테나의 면적을 확장하고, 이로 인한 공진주파수의 이동을 커플링 패턴을 통해 보상함으로써, 안테나의 전체적인 크기를 변화시키지 않으면서 보다 이득 특성이 향상된 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(PCB) 형태로 안테나를 설계함으로써, 바람 등에 의한 외부 조건의 영향을 최소화함으로써, 안정적으로 안테나 특성을 유지하게 됨으로써, 보다 신뢰성 있는 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수변조 및 지상파 디지털멀티미디어방송 일체형 폴디드 다이폴 안테나 구조를 나타낸 도면.
도2는 도1에 도시된 다이폴 안테나(20)의 구조를 설명하기 위한 도면.
도3과 도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주파수변조 및 지상파 디지털멀티미디어방송 일체형 폴디드 다이폴 안테나 구조를 나타낸 도면.
도5는 본 발명에 따른 주파수변조 및 지상파 디지털멀티미디어방송 일체형 폴디드 다이폴 안테나 설계방법을 나타낸 흐름도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나의 구성 및 동작을 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명에 따른 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나는 통신 단말, 예컨대 터널형 중계기나 댁내형 중계기 등과 같이 FM 및 T-DMB 신호를 무선으로 송수신하여 동작되는 각종 형태의 장치에 적용되어 사용된다.
또한, 본 발명에 따른 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나는 88 ~ 108MHz 대역의 FM 주파수와, 174~216MHz 대역의 T-DMB 주파수를 송수신한다.
도1과 도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나를 나타낸 도면으로, 도1은 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나의 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 안테나 패턴(20)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도1 및 도2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나는 기판(10)과, 기판(10)의 상면에 형성되어 88 ~ 108MHz 대역의 FM 주파수와, 174~216MHz 대역의 T-DMB 주파수를 송수신하기 위한 다이폴 안테나 패턴(20)을 포함하여 구성된다.
상기 기판(10)은 터널 등의 차량 고속 이동의 발생하는 와류 등에 대하여 안테나의 고유 형태를 변형시키지 않기 위해 일정 두께 이상, 바람직하게는 5mm 이하의 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다.
상기 다이폴 안테나 패턴(20)은 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 및, 커플링 패턴(23)을 포함한다.
또한, 기판(10)의 상면에는 제1 폴 안테나 패턴(21))과 제2 폴 안테나 패턴(22)의 일단에는 수신된 FM 주파수 신호 및 T-DMB 주파수 신호를 통신 단말(미도시)측으로 출력하고, 통신 단말(미도시)측으로부터 입력되는 FM 주파수 신호 및 T-DMB 주파수 신호를 상기 제1폴 안테나 패턴(21) 및 제2폴 안테나 패턴(22)으로 전송하는 급전부(30)가 형성된다.
이때, 급전부(30)의 + 단자(급전 단자)는 제1 폴 안테나 패턴(21)에 연결되고, - 단자(그라운드 단자)는 제2 폴 안테나 패턴(22)에 연결된다. 즉, 다이폴 안테나의 + 라인과 -라인을 일직선이 아닌 평행이 되게 배치함으로써, 안테나의 크기를 1/2 수준으로 줄일 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명한다.
또한, 커플링 패턴(23)은 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 상기 제2 폴 안테나 패턴(22) 및 급전부(30)와는 연결되지 않는다.
다이폴 안테나 패턴(20)에 대해 보다 상세히 살펴보면,
다이폴 안테나 패턴(20)은 기본적으로 제1 폴 안테나 패턴(21)이 기판(10)의 상단에 형성되고, 제2 폴 안테나 패턴(22)이 기판(10)의 하단에 형성됨으로써, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22)은 전체적으로 일정 간격 이격되면서 서로 마주하는 형태로 배치된다. 이때, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22)은 제1 폴 안테나 패턴(21)의 확장면(211)이 위치하는 반대측면을 기준으로 상호 평행하게 배치된다.
그리고, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이에는 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22)에 의해 발생되는 공진주파수의 이동을 보상하기 위해 일정 면적의 커플링 패턴(23)이 형성된다.
제1 폴 안테나 패턴(21)은 전체적으로 일정 길이의 막대 형상으로, 일단에는 절곡 방향으로 일정 크기의 확장면(211)이 연장 형성되도록 구성된다. 도1에는 확장면(211)이 제1 폴 안테나 패턴(21)의 하측 방향, 보다 상세하게는 제1 폴 안테나 패턴(21)이 형성된 기판(10)의 하측 방향으로 연장 형성되어 있다.
제2 폴 안테나 패턴(22)은 제1 폴 안테나 패턴(21) 보다 작은 길이의 막대 형상으로 구성된다.
일반적으로 목적하는 주파수를 송수신하기 위한 안테나 패턴의 길이는 하기 수학식 1에 의해 결정된다.
Figure 112017123921370-pat00001
Figure 112017123921370-pat00002
여기서, 상기 C 는 빛의 전달속도이고, f는 송수신 주파수, L(도2에서 L1+L2)은 안테나 패턴의 길이이다.
FM 주파수 신호를 수신하기 위한 제1 폴 안테나 패턴의 길이(L1)는 T-DMB 주파수 신호를 수신하기 위한 제2 폴 안테나 패턴(L2)의 길이 보다 길게 형성된다.
따라서, FM 주파수 신호와 T-DMB 주파수 신호 모두를 수신하기 위해서는 둘 중 사용 주파수 대역이 낮은 FM 주파수 대역(88MHz ~108MHz)을 기준으로 하여 다이폴 안테나 패턴(20)의 전체 길이(수학식 1의 L)가 설정되고, 이에 대응하여 기판(10)의 길이가 결정된다.
즉, 기판(10)의 길이는 다이폴 안테나 패턴(20)을 충분히 형성할 수 있으면서, 해당 안테나가 설치되는 장소 또는 통신단말의 크기 등을 고려하여 적절하게 설정된다.
본 실시예에서 다이폴 안테나 패턴(20)의 전체 길이(l) 즉, FM 주파수에 대응되는 제1 폴 안테나 패턴(21)의 전체 길이는 170cm 정도가 된다.
한편, 도2에 도시된 바와 같이 기판(10)의 상측에 형성되는 제1 폴 안테나 패턴(21)과 기판(10)의 하측에 형성되는 제2 폴 안테나 패턴(21)은 서로 마주하는 형태로 형성되므로, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이에는 캐패시턴스(이하, 패턴 캐패시턴스(Cp)라 칭함)가 발생된다.
통상적으로 다이폴 안테나의 공진주파수(f0)는 하기 수학식 2에 의해 구해지나, 본 발명에서는 상기 패턴 캐패시턴스에 의해 하기 수학식 3과 같이 구해질 것이다.
Figure 112017123921370-pat00003
Figure 112017123921370-pat00004
여기서, L은 폴 안테나 패턴의 전체 길이이고, C는 폴 안테나 패턴의 면적에 의한 캐패시턴스 성분이며, Cp 는 제1 폴 안테나 패턴과 제2 폴 안테나 패턴 사이에 발생되는 커플링에 의한 패턴 캐패시턴스 성분 이다.
한편, FM 주파수 대역은 88~108MHz이고, T-DMB 주파수 대역은 174~216MHz로, 두 주파수 대역을 보면 알 수 있듯이 T-DMB 주파수 대역이 FM 주파수 대역의 약 2배와 유사하다. 따라서 안테나를 FM에 대응하여 설계할 경우, 이론상 주파수 공진 특성상(2nd 하모닉 특성) 약 2배의 주파수 대역에서 공진 대역이 발생하는데, 실제로는 2배보다 약간 높은 주파수 대역에 2nd 하모닉에 의한 공진주파수 대역이 발생한다.
이를 T-DMB 주파수 대역으로 천이(shift)시키기 위해 상기 제1폴 안테나 패턴(21)과 상기 제2폴 안테나 패턴(22)을 위와 같이 형성할 경우 두 패턴간에 캐패시턴스 성분이 발생하고, 이를 통한 커플링 효과로 2nd 하모닉에 의한 공진 주파수 대역을 T-DMB 주파수 대역으로 천이시킬 수 있다. 즉, 두 패턴에 의해 발생하는 캐패시턴스는 주파수를 하향 조정하는 데 사용된다.
이에 따라 제1폴 안테나 패턴(21)의 길이는 일반적인 다이폴 안테나의 길이 공식에 의해 상기 170cm를 2로 나눈 값으로 설정하고, 제2폴 안테나 패턴(22)의 길이는 상기 제1폴 안테나 패턴(21)에 대해 상기 패턴 캐패시턴스(CP)가 형성되는 길이로 설정될 수 있을 것이다.
예컨대, 제1폴 안테나 패턴(21)의 길이는 통신 결합부(30)를 고려하여 798mm로 설정할 수 있으며, 제2폴 안테나(22)의 길이는 상기 패턴 캐패시턴스(CP)를 발생시키는 길이가 될 수 있다. 본 발명에서는 상기 제2폴 안테나 패턴(22)의 길이를 357mm로 결정하였다. 이때의 패턴 캐패시턴스는 공진주파수가 FM 주파수 대역 및 T-DMB 주파수 대역의 신호들을 정상적으로 송수신할 수 있는 범위 내에 있도록 설정되어야 할 것이다.
한편, 캐패시턴스 값은 하기 수학식 4와 같이 패턴의 전체 면적(A)과 비례하고, 패턴간의 간격(d)에 반비례하므로 이를 적절히 혼합하여 실험적으로 2nd 주파수대역을 조정할 수 있다.
Figure 112017123921370-pat00005
여기서, d는 제1폴 안테나 패턴(21)과 제2폴 안테나 패턴(22) 사이의 거리이다.
한편, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 제1 폴 안테나 패턴(21)의 확장면(211)은 제2 폴 안테나 패턴(22)이 위치하지 않는 측면에 형성되면서, 제2 폴 안테나 패턴(22)의 급전부(30)가 연결된 타단, 다시말해, 제2 안테나 패턴(22)의 급전부(30)가 연결되지 않은 일단과 마주하지 않도록 연장 길이가 설정된다.
일반적으로 안테나의 이득은 안테나의 면적과 비례하는 특성이 있는 바, 확장면(211)은 FM 주파수 신호 대역에 대한 이득을 증가시키는 기능을 수행한다. 바람직하게, 확장면(211)은 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/4 이하 범위의 크기로 설정된다.
그러나, 상기한 확장면(211)의 형성은 안테나에서 결과적으로 캐패시턴스(C) 값이 추가 발생한 상황이 되고, 이로 인해 공진주파수가 이동되는 현상을 가져온다.
이에, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이의 거리를 더 크게 설정하는 방법이 있을 수 있으나, 이는 안테나 장치(기판)의 폭을 더 크게(넓게) 가져야 하기 때문에, 통신 단말에서 요구되는 기구물의 크기를 만족하지 못할 수 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 본 발명에서는 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이에 커플링 패턴(23)을 추가적으로 형성함으로써, 기판의 크기를 변화시키지 않으면서 상기 제1 폴 안테나 패턴(21)의 확장면(211) 크기에 대응하여 이동된 공진주파수를 목적의 공진주파수로 복원시키도록 구성한 것이다.
커플링 패턴(23)의 크기, 즉 제1 폴 안테나 패턴(21)과 평행한 방향의 길이는 바람직하게는 FM 주파수대역을 기준으로 λ/4 이하 범위로 설정될 수 있다. 상기 커플링 패턴은 확장면(211)에 의해 이동된 공진주파수를 목적의 공진주파수로 복원하기 위한 크기로 이루어진다.
즉, 커플링 패턴(23)을 통해 제1 폴 안테나 패턴(21, + 라인)과, 제2 폴 안테나 패턴(22, - 라인) 사이의 커플링 간격을 분리/분산(Cp1, Cp2)시킴으로써, 커플링 패턴(23)의 위치에서 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이의 커플링 값을 감소시키는 것이다. 이에 따라 마주하는 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이의 전체 패턴 캐패시턴스(Cp)가 감소된다.
본 발명에 있어서는 수학식 4에서 캐패시턴스(C)는 제1 폴 안테나 패턴(21)의 확장면(211)과, 커플링 패턴(23)의 면적을 고려함과 더불어, 커플링 패턴(23)에 의해 발생되는 분리된 거리를 고려하여 산출될 것이다.
이와 같이 구성함으로써 본 발명의 폴디드 다이폴 안테나는 FM 주파수 대역과 T-DMB 주파수 대역 둘 모두에 대해 각각의 무선신호들을 모두 수신하거나 송신할 수 있다.
다시 한 번 설명하면, FM 및 T-DMB 공진 주파수 대역을 기준으로, 안테나의 공진주파수 특성, 입력손실 특성 및 이득의 최적화를 목적으로 상기 제1폴 안테나 패턴(21)의 길이는 FM 주파수대역을 기준으로 λ/8 ~ 3λ/4로, 상기 제2폴 안테나 패턴(22)의 길이는 T-DMB 주파수대역을 기준으로 λ/8 ~ 3λ/4로 설정하는 것이 바람직하며, 패턴의 넓이는 안테나 임피던스 매칭 및 이득을 최적화하기 위해 1mm ~ 15mm로 설정하는 것이 바람직하고, 제1폴 안테나 패턴(21) 및 제2폴 안테나 패턴(22) 사이의 간격은 패턴 사이의 캐패시턴스(Cp)의 발생으로 인한 T-DMB 주파수의 이동을 최적화 하기 위해 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/64 ~ λ/4로 설정하는 것이 바람직하며, 급전부(30)의 간격은 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/8 이하인 것이 바람직할 것이다.
예를 들면, 다이폴 안테나는 원래 양쪽 길이가 각기 λ/4로 동일하고, 수학식1의 C는 광속으로 3×108이고, F는 FM 주파수 대역의 중간 주파수로 설정하면
100×106이므로 λ=3m가 될 것이다. 이를 다이폴 안테나에 적용하면 3/4가 되므로 0.75, 즉 760mm가 되며, 상기 제2폴 안테나 패턴의 길이는 T-DMB의 FM 주파수 파장의 1/2이므로 750mm의 1/2인 350mm 가량될 것이다. 이는 이론적인 값이며, 실제로는 캐패시턴스의 값을 적용하면 제1폴 안테나 패턴의 길이는 798mm가 되며 상기 제 2폴 안테나 패턴 길이는 357mm인 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴의 두께는 15mm이하로 적용할 수 있으나 9mm인 것이 바람직하며, 제1 폴 안테나 패턴의 확장면(211)의 크기, 즉 제1 폴 안테나 패턴(21)과 평행한 방향의 길이는 FM 주파수에 대한 파장을 기준으로 λ/4 이하 크기인 것이 바람직하다. 그리고, 이에 대응하는 커플링 패턴(23)은 FM 주파수에 대한 파장을 기준으로 λ/4 이하 크기를 가지면서, 제1 폴 안테나 패턴과의 이격 거리는 "4 mm", 제2 폴 안테나 패턴과의 이격 거리는 "3.8 mm"인 것이 바람직하다.
또한, 커플링 패턴(23)이 위치하지 않는 부분에서의 상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴 사이의 이격 거리는 FM 주파수에 대한 파장의 1/10로 30mm인 것이 바람직하다. 이러한 패턴의 넓이는 공진 주파수 최적화를 위해 실험적으로 산출되었다.
한편, 통신 단말의 크기는 점차 소형화되는 추세로서, 안테나의 길이를 보다 작게 구현하기 위해 도3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22)의 일단이 절곡되어 절곡면(212,221)을 형성하도록 구성할 수 있다.
이때, 제1 폴 안테나 패턴(21)의 절곡면(212)과 제2 폴 안테나 패턴(22)의 절곡면(221)은 기판(10) 기준으로 동일한 측면에 형성된다. 도2에는 기판(10)의 좌측면에 제1 폴 안테나 패턴(21)의 절곡면(211)과 제2 폴 안테나 패턴(22)의 절곡면(221)이 형성되어 있다.
또한, 제1 폴 안테나 패턴(21)의 절곡면(212)은 기판(10)의 하측 방향으로 형성되고, 제2 폴 안테나 패턴(22)의 절곡면(221)은 기판(10)의 상측 방향으로 형성되어, 상기 제1 폴 안테나 패턴(21)의 절곡면(212)과 제2 폴 안테나 패턴(22)의 절곡면이 서로 일정 거리 이격되면서 마주하도록 배치된다.
그리고, 제1 폴 안테나 패턴(21)의 절곡면(212)과 대향되는 제1 폴 안테나 패턴(21)의 타단에 확장면(211)이 형성된다.
즉, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22)이 일측이 절곡되게 형성됨으로써, 제1 폴 안테나 패턴(21)의 절곡면 길이에 대응되게 기판(10)의 길이가 짧아지게 된다.
이때, 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22)의 절곡면(212,221) 사이의 이격 거리는 FM 주파수에 대한 파장의 1/20로 16mm인 것이 바람직하다. 그리고, 이 절곡면(212,221) 사이에 급전부(30, 미도시)가 형성된다.
또한, 상기 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22)의 일단이 절곡되어 절곡면(212,221)을 형성하는 구성에 있어서는, 도4와 같이 절곡면(212,221)이 일정 거리 이격되면서 평행하게 배치되도록 구성하는 것도 가능하다. 즉, 절곡면(212,221)의 끝단이 서로 어긋나도록 배치될 수 있다.
이때, 도4에는 제1 폴 안테나 패턴(21)의 절곡면(212)이 제2 폴 안테나 페턴(22)의 절곡면(221)의 내측에 배치된 구조가 예시되어 있으나, 그 반대의 경우도 가능함은 물론이다.
도4와 같은 구조는 절곡면(212,221)이 서로 평행하게 배치될 수 있어 절곡면(212,221)의 길이를 도3의 구조에 비해 보다 길게 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 도4와 같은 구조는 도3의 구조에 비해 안테나 전체 길이를 보다 작게 구성할 수 있다.
또한, 도4의 구조에 있어서는 제1 폴 안테나 패턴(21)와 제2 폴 안테나 패턴(22)의 절곡면(212,221)이 상호 평행하는 위치에 급전부(30)를 형성하게 됨으로써, 생산시 급전 케이블(미도시)과의 결합이 보다 용이하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나 설계방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 우선, FM 주파수를 기준으로 FM 주파수 대역 및 T-DMB 대역의 무선신호들을 모두 수신할 수 있는 최저 공진주파수를 결정한다. 상기 최저 공진주파수는 실험적으로 얻어질 수 있을 것이다.
공진주파수가 결정되면 결정된 상기 공진주파수를 반영한 폴디드 다이폴 안테나의 전체 길이를 계산한다(ST10).
폴디드 다이폴 안테나의 전체 길이가 계산되면 상기 수학식 3에 결정된 공진주파수를 적용하여 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이의 패턴 캐패시턴스를 계산한다(ST20).
패턴 캐패시턴스가 계산되면 상기 패턴 캐패시턴스를 수학식 4에 적용하여
제1폴 안테나 패턴(21) 및 제2폴 안테나 패턴(22)간 거리 및 면적을 계산한다(ST30).
제1폴 안테나 패턴(21) 및 제2폴 안테나 패턴(22) 간의 면적이 계산되고 패턴 캐패시턴스가 계산되면 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴의 길이를 결정한다(ST40).
상술한 바와 같이 제1폴 안테나 패턴(21) 및 제2폴 안테나 패턴(22)의 길이 및 면적이 결정된 상태에서, 안테나 이득을 고려하여 제1폴 안테나 패턴(21)의 확장면(211) 크기를 계산한다(ST50).
확장면(211)의 크기가 결정되면, 결정된 확장면(211) 크기에 대응하여 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이에 형성되는 패턴 캐패시턴스 값을 감소시키기 위한 커플링 패턴(23)의 크기 및 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2폴 안테나 패턴(22)간의 이격 거리를 고려한 배치 위치를 계산한다(ST60). 즉, 확장면(211)의 크기에 대응하여 이동된 공진주파수가 원래의 공진주파수로 복원할 수 있도록 제1 폴 안테나 패턴(21)과 제2 폴 안테나 패턴(22) 사이에 발생되는 패턴 캐패시턴스 값을 변화시킬 수 있는 커플링 패턴(23)의 크기 및 위치가 계산된다.
상술한 바와 같이, 확장면(211)을 포함한 제1 폴 안테나 패턴(21)과, 제2 폴 안테나(22) 및, 커플링 패턴(23)의 길이, 면적, 패턴간 거리가 결정되면, 결정된 항목에 따라 본 발명의 폴디드 다이폴 안테나를 제작한다(ST70).
10 : 기판, 20 : 다이폴 안테나 패턴,
21 : 제1 폴 안테나 패턴, 211 : 확장면,
212, 221 : 절곡면, 22 : 제2 폴 안테나 패턴,
23 : 커플링 패턴, 30 : 급전부.

Claims (9)

  1. 기판과,
    상기 기판의 상면에 다이폴 안테나 패턴이 형성되어 구성되고,
    상기 다이폴 안테나 패턴은,
    88 ~ 108MHz 대역의 FM 주파수에 대응되는 길이를 가지면서 일단에는 절곡방향으로 FM 주파수의 이득 향상을 위한 일정 크기의 확장면이 연장형성됨과 더불어 일단이 급전부와 연결되는 제1 폴 안테나 패턴과,
    174~216MHz 대역의 T-DMB 주파수에 대응되는 길이를 가지면서, 상기 제1 폴 안테나 패턴과 일정 거리 이격되어 상호 마주 보도록 배치됨과 더불어 일단이 급전부와 연결되는 제2 폴 안테나 패턴 및,
    상기 제1 폴 안테나 패턴과 상기 제2 폴 안테나 패턴 사이의 이격 공간에 제1 폴 안테나 패턴 및 상기 제2 폴 안테나 패턴과 일정 거리 이격되게 배치되면서, 상기 제1 폴 안테나 패턴의 확장면 크기에 대응하여 이동된 공진주파수를 목적의 공진주파수로 복원시키기 위한 크기로 설정되는 커플링 패턴을 포함하여 구성되고,
    상기 커플링 패턴은 상기 제1 폴 안테나 패턴과 상기 제2 폴 안테나 패턴 및 급전부와 연결되지 않도록 구성되며,
    상기 제1 폴 안테나 패턴에 형성되는 확장면은 상기 제2 폴 안테나 패턴의 급전부와 연결되는 타단과 마주하지 않도록 연장 길이가 설정되는 것을 특징으로 하는 FM 및 TDMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴 안테나 패턴과 제2 폴 안테나 패턴의 동일측 일단은 상호 마주하는 방향으로 절곡되어 구성되고, 제1 폴 안테나 패턴의 절곡면과 제2 폴 안테나 패턴의 절곡면은 일정 거리 이격되면서 상호 마주하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 FM 및 TDMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴 안테나 패턴과 제2 폴 안테나 패턴의 동일측 일단은 상호 마주하는 방향으로 절곡되어 구성되고, 제1 폴 안테나 패턴의 절곡면과 제2 폴 안테나 패턴의 절곡면은 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 FM 및 TDMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 절곡면은 제1 폴 안테나 패턴의 확장면이 형성된 위치와 반대 방향에 형성되는 것을 특징으로 하는 FM 및 TDMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴 안테나 패턴과 제2 폴 안테나 패턴은 제1 폴 안테나 패턴의 확장면이 위치하는 반대측면을 기준으로 상호 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 FM 및 TDMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  6. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2폴 안테나 패턴의 길이는, 제1폴 안테나 패턴과 제2폴 안테나 패턴 사이에 형성되는 패턴 캐패시턴스(Cp)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  7. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1폴 안테나 패턴의 길이는 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/4 ~ 3λ/4 로 설정되고,
    상기 제2폴 안테나 패턴의 길이는 T-DMB 주파수 대역을 기준으로 λ/4 ~ 3λ/4 로 설정되며,
    상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴의 두께는 안테나 임피던스 매칭 및 이득의 최적화를 위해 1mm ~ 30mm 로 설정되고,
    상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴 사이의 간격은 패턴 사이의 캐패시턴스(Cp)의 발생으로 인한 T-DMB 주파수의 이동을 최적화하기 위해 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/64 ~ λ/4 으로 설정되는 것을 특징으로 하는 FM 및 T-DMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  8. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장면은 제1 폴 안테나 패턴과 평행한 방향으로 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/4 이하 범위의 길이를 갖도록 설정되고,
    상기 커플링 패턴은 제1 폴 안테나 패턴과 평행한 방향으로 FM 주파수 대역을 기준으로 λ/4 이하 범위의 길이를 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 FM 및 TDMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
  9. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 마주하는 상기 제1폴 안테나 패턴과 제2폴 안테나 패턴의 일단에는 수신된 FM 주파수 신호 및 T-DMB 주파수 신호를 통신단말측으로 출력하고, 통신단말측으로부터 입력되는 FM 주파수 신호 및 T-DMB 주파수 신호를 상기 제1폴 안테나 패턴 및 제2폴 안테나 패턴으로 전송하는 급전부를 형성하여 구성되는 것을 특징으로 하는 FM 및 TDMB 일체형 폴디드 다이폴 안테나.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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