KR102357671B1 - 모서리 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모서리 안테나에 관한 것으로 보다 상세하게는, 일정형상으로 형성되는 제1방사패턴과, 상기 제1방사패턴 일측에 커넥터가 설치된 제1그라운드와, 상기 제1그라운드 하부에 형성된 유전체기판; 및 상기 유전체기판 하부에 일정형상으로 형성된 제2방사패턴과, 상기 커넥터와 비어 컨텍되는 급전선이 형성된 제2그라운드를 포함하되, 상기 제2그라운드 끝단에 형성되는 것으로서 양측이 개방되되 상기 제2그라운드와 이격되어 'ㄷ'자 형상으로 형성되고, 상기 급전선과 근접 결합되어 RF 신호를 방사하는 방사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모서리 안테나{EDGE ANTENNA}

본 발명은 모서리 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모서리측에 방사부가 설치되고 CPW 구조와 전기적으로 연결됨으로써, 방사부 이외의 공간을 회로의 실장공간의 활용과 무지향성 구조의 방사 패턴을 갖으며 지그비 통신이 가능한 모서리 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신 시스템은 보편화된 셀룰러 및 PCS(Personal Communication Service) 이동통신 시스템과 연동되어 운용될 수 있도록 많은 연구 개발이 이루어지고 있는 실정이다. 실제로 최근에 국내외에서도 화재 및 조난 등의 위험상황을 대비한 응급구조 서비스의 법제화 추세와, GPS 기능 및 LBS(Location-Based Service) 시스템을 개인 이동통신과 연동하여 운용할 수 있도록 새로 출시되는 이동 단말기에 GPS 기능이 의무화돼 각종 교통, 보안 및 물류 등의 부가 서비스 기능이 더욱 활발히 전개되어 새로운 부가가치를 창출하고 있다.

이와 같이 정보화 사회로의 발전은 이동통신용 개인 단말기의 이동성을 증대하기 위한 소형화와 다기능화를 요구하고 있으며, 전체적인 RF-Front End를 구성하는 수동/능동 부품의 SOC(System on Chip)화를 위해 다중대역에서 광대역 방사특성을 갖는 소형화된 안테나가 요구되고 있다.

최근에는 공진형 안테나의 실효 전류 길이를 증가시키기 위해서 방사 패치를 구조적으로 변형하거나 3차원적으로 방사 구조를 디자인하는 방법이 다중대역에서 광대역 방사특성을 갖는 소형화된 안테나를 구현하기 위한 방법으로 주목받고 있다.

특히, PIFA(Planar Inverted F-Antenna)구조와 같이 급전 방향의 리액턴스를 최소화한 공진 구조와 슬릿 부설에 의한 단순 변형구조의 접목으로 보다 소형화된 칩 안테나 구조가 다양하게 소개되었다.

종래의 적층구조를 갖는 내장형 안테나는 제 1도체패턴과 제 2도체패턴, 제 2도체패턴과 제 3도체패턴 간의 간극이 좁아짐에 따라 각각의 도체패턴 간에 발생하는 병렬 캐패시턴스(Capacitance)가 증가하게 되었다.

이로 인해 공진 주파수의 임피던스를 조절하여 안테나의 방사 특성을 조정하는 것이 어려웠으며, 각각의 도체패턴 간에 발생되는 병렬 캐패시턴스가 증가함에 따라 구현하고자 하는 공진 주파수(특히, 저주파 대역)에서의 대역폭이 좁아지는 현상이 발생하였다.

또한, 안테나 복사체의 패턴이 매우 복잡할 뿐만 아니라 원하는 특성을 얻기 위한 조정인자가 너무 많고 실장공간이 부족하여 다량의 단자를 설치할 수 없는 문제점이 발생되었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1323690호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 모서리에 방사부가 설치되어 지그비 통신이 가능하고, 방사부가 모서리에 형성됨으로써 방사 음영 지역(Null)이 존재하지 않으며 무지향성 패턴을 갖는 모서리 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 급전선을 계단형 구조로 제작하여 전파 전달효율을 높이고, PCB 기판 모서리 측에 일체형으로 안테나가 설치되어 회로의 실장공간을 확보하기 위한 모서리 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 일정형상으로 형성되는 제1방사패턴과, 상기 제1방사패턴 일측에 커넥터가 설치된 제1그라운드;

상기 제1그라운드 하부에 형성된 유전체기판; 및

상기 유전체기판 하부에 일정형상으로 형성된 제2방사패턴과, 상기 커넥터와 비어 컨텍되는 급전선이 형성된 제2그라운드;를 포함하되,

상기 제2그라운드 끝단에 형성되는 것으로서 양측이 개방되되 상기 제2그라운드와 이격되어 상기 급전선과 근접 결합되어 RF 신호를 방사하는 방사부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 급전선 일측은 상기 커넥터와 비어 컨텍되어 연결되고, 수평-수직-수평 방향으로 90°절곡되어 상기 방사부 측으로 연장된 계단형 구조형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커넥터 끝단에 급전점이 형성되어 제1방사패턴과 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2방사패턴 일측 모서리에 모서리부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 모서리 안테나에 따르면, 모서리에 방사부가 설치되어 지그비 통신이 가능하고, 방사부가 모서리에 형성됨으로써 방사 음영 지역(Null)이 존재하지 않으며 무지향성 패턴을 갖는 효과가 있다.

또한, 급전선을 계단형 구조로 제작하여 전파 전달효율을 높이고, PCB 기판 모서리 측에 일체형으로 안테나가 설치되어 회로의 실장공간을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 전면을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 후면을 도시한 도면,
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 전면을 도시한 사진이고, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 후면을 도시한 사진,
도 4와 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 2.4G Hz에서의 반사계수를 측정한 시험데이터,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나(a)와 종래 안테나(b)의 2.4 GHz에서의 X-Z 평면상의 방사패턴을 비교한 시험데이터.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 전면을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 후면을 도시한 도면이며, 도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 전면을 도시한 사진이고, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 후면을 도시한 사진이다.

본 발명은 모서리 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모서리측에 방사부가 설치되고 CPW 구조와 전기적으로 연결됨으로써, 방사부 이외의 공간을 회로의 실장공간의 활용과 무지향성 구조의 방사 패턴을 갖는 모서리 안테나에 관한 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명인 모서리 안테나는 크게 제1그라운드(100), 유전체기판(200), 제2그라운드(300), 방사부(400)로 적층된 구조로 구성된다.

즉, 상기 제1그라운드(100) 하부에 상기 유전체기판(200)이 설치되고, 상기 유전체기판(200) 하부에 제2그라운드(300)가 설치되는데, 상기 유전체기판(200)을 매개로 상기 제1그라운드(100)와 상기 제2그라운드(300)가 적층되어 설치되는 구조인 것이다.

또한, 상기 제1그라운드(100)와 제2그라운드(300)의 두께는 동일하며, 약 0.01 ~ 0.02 mm 사이의 두께를 갖을 수 있으며, 상기 유전체기판(200)의 두께는 약 0.6 ~ 0.8 mm 사이의 두께를 갖는다.

상기 유전체기판(200)의 두께는 상기 제1그라운드(100)와 제2그라운드(300) 보다 크게 제작하게 되는데, 상기 제1그라운드(100)와 제2그라운드(300) 사이의 간섭을 최소로 함과 동시에 안테나의 전반적인 두께와 사이즈를 최소화할 수 있는 것이다.

이러한, 상기 제1그라운드(100)와 상기 유전체기판(200)과 상기 제2그라운드(300)는 PCB를 이용하여 제조되는 것이 바람직하며, CPW(Coplanar waveguide) 구조가 적용됨으로써 급전으로 인한 임피던스 정합이 쉽고 신호의 분산이 적어 광대역의 특성을 가지게 된다.

상기 제1그라운드(100)는 일정형상으로 형성되되 안테나의 복사를 위해 모서리 측은 개방된 제1방사패턴(110)과, 상기 제1방사패턴(110) 일측 즉, 모서리 측에 커넥터(120) 일측이 삽입된 형태로 설치되되, 상기 커넥터(120)은 "ㄱ" 형상으로 이하 설명될 급전선(330) 측으로 약 90°절곡되어 형성된다.

더 상세히 설명하면, 상기 커넥터(120) 끝단에 급전점(130)이 형성되고, 상기 커넥터(120) 일측에 설치된 급전점(130)은 상기 제1방사패턴(110)과 근접되도록 위치하여 전기적으로 설치되어 있고 수직(121)방향에서 수평(122)방향으로 약 90°절곡되어 "ㄱ"형상으로 형성되는 것이다.

이때, 상기 제1방사패턴(110)은 상기 커넥터(120)의 수직(121)방향 측을 수용할 수 있도록 홈이 형성되는데 상기 홈은 상기 커넥터(120) 수직(121)방향의 양측과 약 0.1 ~ 0.4 mm 사이의 이격거리를 두고 형성된다. 상기 커넥터(120)의 두께는 약 1 ~ 3 mm의 두께로 형성되고, 상기 커넥터(120)의 수평(122) 방향의 길이는 약 3 ~ 6 mm 사이의 길이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 커넥터(120)의 타측은 상기 이하 설명될 급전선(330)의 일측과 근접 설치되어 상기 급전선(330) 측으로 상기 제1방사패턴(110)과 제2방사패턴(310)의 정보를 상기 커넥터(120)를 매개로 RF신호를 송수신하여 신호를 전달하게 되는 것이다.

이러한, 상기 커넥터(120)의 형상은 당업자에 의해 변형실시 가능함을 밝혀둔다.

또한, 상기 제2그라운드(300)는 상기 유전체기판(200) 하부에 일정형상으로 형성되되, 안테나의 복사를 위해 모서리 측은 개방된 제2방사패턴(310)과, 상기 커넥터(120)와 비어(320) 컨텍을 통해 급전선(330)과 전기적으로 연결된다.

즉, 제1그라운드(100), 제2그라운드(300)와 상기 유전체기판(200)은 상기 커넥터(120) 일측을 기준으로 비어(320) 펀칭을 통해 원형의 구멍을 천공시킨 후, 상기 원형의 구멍 내부에 전도체를 채운 원기둥 형상의 비어홀(321)을 통해 전기적으로 연결되는데, 상기 비어홀(321)의 내측면은 전도성 재질로 도금 또는 충진되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 급전선(330) 일측은 절곡 연장되어 상기 커넥터(120)와 연결되고, 타측은 수직방향으로 형성된 후 상기 방사부(400) 측으로 절곡 연장되어 형성된다.

더 상세히 설명하면, 상기 급전선(330) 일측은 상기 커넥터(120)와 비어(320) 컨텍되어 연결되고, 수평(331)방향에서 수직(332)방향으로 약 90°연장되어 절곡된 후 수평(333)방향으로 다시 약 90°재 절곡되어 연장된 계단형 구조형태로 형성되는 것이다.

이러한 상기 급전선(330)은 1 ~ 3 mm의 두께로 형성되며, 수평(331)방향으로 약 2 ~ 5 mm 사이의 길이가 형성되고, 수직(332)방향으로 약 9 ~ 13 mm 사이의 길이가 형성되되, 상기 제2방사패턴(310)의 일측과 이하 설명될 모서리부(340)의 일측과 약 1 ~ 3 mm 사이의 이격거리를 두고 형성되며, 수평(333)방향으로 약 9 ~ 13 mm 사이의 길이가 형성되되, 상기 방사부(400)의 일측과 약 0.1 ~ 1.0 사이의 이격거리를 두고 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 급전선(330)이 계단형 구조형태로 제작됨으로서 전파의 전달효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이때, 상기 급전선(330) 끝단 하부와 상기 제2방사패턴(310) 일측 사이에 이격되어 설치되는 제3방사패턴(311)이 설치되어 추가적인 회로의 실장이 가능하다.

또한, 상기 제2방사패턴(310)의 모서리에 형성되되 상기 급전선(330) 일측에 모서리부(340)가 형성된다.

상기 모서리부(340)의 형상은 일정 길이의 정사각형으로 형성되는데 상기 모서리부(340)의 각 변의 길이는 약 9 ~ 12 mm로 형성되는데, 상기 모서리부(340)의 일측변의 길이 즉, 면적이 달라지게 되면 주파수의 변형이 일어날 수 있으므로 상기 모서리부(340)의 형상을 정사각형으로 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 방사부(400)는 상기 제2그라운드(300) 끝단에 형성되는 것으로서 양측이 개방되되 상기 제2그라운드(300)와 이격되어 'ㄷ'자 형상으로 형성되고, 상기 급전선(330)과 근접 결합되어 RF 신호를 방사하게 된다.

상기 방사부(400)의 길이는 약 11 ~ 14 mm로 형성되는데 상기 방사부(400)와 상기 급전선(330)의 일측간은 약 0.1 ~ 1.0 사이의 이격거리를 두고 형성되며, 상기 방사부(400)와 상기 제2방사패턴(310)과 0.5 ~ 1.5 mm 사이의 이격거리를 두고 형성된다.

또한, 상기 방사부(400)의 끝단면은 전면으로 볼록하거나 후면으로 볼록한 형상 또는 사선 형상으로 형성할 수 있다.

이로 인해, 상기 방사부(400)에서 방사되는 전파의 방사각도를 조절하여 전파의 전달받는 위치를 자유롭게 설정할 수 있는 장점이 있다.

도 4와 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나의 2.4G Hz에서의 반사계수를 측정한 시험데이터이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모서리 안테나(a)와 종래 안테나(b)의 2.4 GHz에서의 X-Z 평면상의 방사패턴을 비교한 시험데이터이다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 안테나의 대역폭인 2.4 ~ 2.484 GHz의 기준을 만족해야하는데 반사계수 크기가 -10 dB 를 기준으로 그 이하일 경우 안테나의 올바른 성능이 발휘되는 것을 알 수 있는데, 도 4의 반사계수 측정결과 2.4 ~ 2.484 GHz 사이의 결과값을 나타내는 것을 알 수 있으며 기준 이외의 대역폭도 충분히 넓은 양상으로 측정되어 안테나의 정상적이고 안정적인 성능이 발휘되는 것으로 확인되었다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명인 모서리 안테나(a)는 X-Z 평면상의 방사패턴이 원형으로 일정하여 안정적인 대역폭을 갖는 반면에, 종래 안테나(b)의 경우 원형 일측이 간섭이 있는 형태를 보이므로 종래 안테나(b) 보다 정상적이고 안정적인 성능을 발휘되는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 상기 제1방사패턴(110)에서 제어에 의해 전류 흐름에 의한 전기장이 발생되고 상기 커넥터(120)의 급전점(130)으로 전류 흐름에 의한 전기장이 발생되며, 상기 제2방사패턴(310)으로 비어(320) 컨텍된 CPW 구조인 상기 급전선(330)의 일측으로 전류 흐름에 의한 전기장이 발생된 후 전기장이 상기 개방된 방사부(400)로 근접 결합에 의한 전기장의 복사로 인한 모서리 안테나로 활용가능한 것이다.

이와 같이, 본 발명은 모서리에 방사부가 설치되어 지그비 통신이 가능하고, 방사 음영 지역(Null)이 존재하지 않으며 무지향성 패턴을 갖는 효과가 있으며, 급전선을 계단형 구조로 제작하여 전파 전달효율을 높이고, PCB 기판 모서리 측에 일체형으로 안테나가 설치되어 회로의 실장공간을 확보하는 효과가 있다.

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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100 : 제1그라운드 110 : 제1방사패턴
120 : 커넥터 130 : 급전점
200 : 유전체기판 300 : 제2그라운드
310 : 제2방사패턴 311 : 제3방사패턴
320 : 비어 321 : 비어홀
330 : 급전선 340 : 모서리부
400 : 방사부

Claims (4)

1. 일정형상으로 형성되는 제1방사패턴(110)과, 상기 제1방사패턴(110) 일측에 커넥터(120)가 설치된 제1그라운드(100);
   상기 제1그라운드(100) 하부에 형성된 유전체기판(200); 및
   상기 유전체기판(200) 하부에 일정형상으로 형성된 제2방사패턴(310)과, 상기 커넥터(120)와 비어(320) 컨텍되는 급전선(330)이 형성된 제2그라운드(300);를 포함하되,
   상기 제2그라운드(300) 끝단에 형성되는 것으로서 양측이 개방되되 상기 제2그라운드(300)와 이격되고, 상기 급전선(330)과 근접 결합되어 RF 신호를 방사하는 방사부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 모서리 안테나.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 급전선(330) 일측은 상기 커넥터(120)와 비어(320) 컨텍되어 연결되고, 수평(331)-수직(332)-수평(333) 방향으로 90°절곡되어 상기 방사부(400) 측으로 연장된 계단형 구조형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 모서리 안테나.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 커넥터(120) 끝단에 급전점(130)이 형성되어 상기 제1방사패턴(110)과 접촉되는 것을 특징으로 하는 모서리 안테나.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2방사패턴(310) 일측 모서리에 모서리부(340)가 형성되는 것을 특징으로 하는 모서리 안테나.

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