KR20010003035A - 프린터형 역ｆ 안테나 - Google Patents

Abstract

정보통신의 발달과 더불어 이동통신의 필요성이 크게 증가되고 있을 뿐만 아니라 그 수요 또한 급증하고 있어 앞으로의 정보전송은 이동통신망을 필수적으로 이용해야만 가능하다고 보아도 과언이 아닐 것이다. 이와 같은 이동통신의 필요성 대두와 함께 개인이 휴대할 수 있는 무선휴대전화 단말기의 소형화, 경량화 및 무선전파의 효율적 사용에 대한 관심은 높아지고 있는 실정이다.

본 발명에서는 개인무선휴대전화 단말기(무선 전화기, 핸드폰(셀룰라폰) 등)에서 사용되고 있는 기존의 휩 안테나 또는 내장형 판상 역F 안테나와 같은 외부 부착형 안테나로부터 회로 기판상에 프린트형(인쇄형) 역F형 안테나로 대치함으로써 안테나를 단말기 내부에 내장시켜 외부돌출에 따른 안테나 파손위험을 경감시킬 수 있고 안테나 제작이 인쇄기술에 의해 가능해짐으로써 생산비용을 절감할 수 있다. 또한 프린터형 역F 안테나가 수평 및 수직편파 특성을 동시에 만족시키게끔 설계하므로 편파 다이버시티를 억제할 수 있는 효과가 얻어진다.

따라서 본 발명은 위와 같은 편파 다이버시티 억제 효과를 얻을 수 있도록 회로 기판상에 인쇄기술에 의해 평면으로 역F 안테나를 구성한 프린트형 역F 안테나의 발명에 관한 것이다.

한편 본 발명의 역F 안테나를 무선휴대전화 단말기의 커버에 인쇄기술에 의해 평면형으로 부착함으로써 송신시 두뇌에 미치는 전자파 영향을 안테나가 단말기 상부에 위치됐을 경우에 비하여 현격하게 줄일 수 있는 특이점을 같고 있다.

Description

프린터형 역Ｆ 안테나{Printing-Type Inverted F Antenna}

기존의 역F 안테나는 접지면상에 수직 및 수평소자의 형성으로 수직편파 및 수평편파 성분을 형성시키고 있으나 수직편파의 경우 접지면의 유한 크기 영향으로 수평면 방향으로의 최대 빔 방사가 억제됨에 따라 수평방향으로의 지향성 이득이 작게된다. 뿐만 아니라 무선휴대전화 단말기의 배면에 부착하여 사용할 시 반대방향으로의 빔 방사가 억제되어 전 방향성 지향특성을 갖지 못하게 된다. 본 발명의 안테나는 수직편파의 수평면 방향으로 전 방향성 최대 빔 방사가 이루어지도록 접지면의 넓이를 최소화시켜 급전 회로기판 연장선상에 인쇄기술에 의해 제작된 프린트형 역F 안테나에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야는 무선휴대전화 단말기에 있어서 안테나 분야이다.

지금까지 무선휴대전화 단말기에 있어서 안테나는 도[9, 10, 11]에서 나타낸 바와같이 커버형 무선휴대전화 단말기의 경우 ① 휩 안테나와 그 상단에 위치한 헬리컬 안테나를 종으로 연결시켜 안테나를 인출시 휩 안테나가 작동하고 수납시 헬리컬 안테나가 작동하도록 한 방식(도[9])과 ② 휩 안테나와 몸체상단 내부에 위치한 평판형 역F 안테나를 이용하여 송수신을 하도록 한 방식(도[10]) 등이 대표적 안테나 구조들이다.

폴더형 무선휴대전화 단말기의 경우는 도[11]과 같이 하부몸체 상단에 도[9], 도[10]에서와 같은 안테나들을 위치시켜 놓은 방식들이 대표적 안테나 구조라 할 수 있다. 이와 같은 구조들의 안테나들은

i ) 휩 안테나는 인출이라는 번거러운 동작이 필요할 뿐만 아니라 수직 편파출력 특성밖에 없기 때문에 편파 다이버시티에 약하다.

ii) 헬리컬 안테나는 항상 몸체상단부에 돌출되어 있으므로 휴대의 불편함과 동시에 파손의 염려가 크다.

ⅲ) 평판형 역F 안테나는 회로 기판상에 수직으로 돌출시켜 위치시킨 구조이므로 회로기판이 접지면의 작용을 하게 된다. 따라서 접지면 이면으로의 지향성 이득이 저하되는 단점이 있다.

본 발명의 안테나는 위와 같은 기존 무선휴대전화 단말기에 있어서 안테나들의 단점인 편파 다이버시티 문제, 휴대불편, 파손 염려, 전 빔향성 이득저하 등을 보완하고 내장이 가능하게 했을 뿐만 아니라 프린트 회로기판상에 제작함으로써 저가로 제작할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 프린트형 역F 안테나는 도[1, 2, 3, 4]에서 나타낸 바와 같이 회로 기판 연장면상에 인쇄기술에 의해 제작함으로써 기존 무선휴대전화 단말기에 내장할 경우 단말기 내부에 있어서 안테나가 들어갈 공간이 확보(도[6, 7, 8])되어야 하며 또한 접지면이 안테나 급전선 및 방사소자와 같은 평면상에 놓여 있으므로 접지효과가 감쇠되어 접지판상에 일부 전류가 실리게 되는데 이러한 누설 전류를 가능한 최대로 억제해야 한다. 또한 커버형 무선휴대전화 단말기에 있어서 단말기 커버에 장착할 경우 커버 자체를 유전체로 간주하여 커버 표면에 안테나를 인쇄하면 간단히 안테나를 위치시킬 수 있으나 본체로부터 안테나까지의 급전선 연결이 기계적, 외관적으로 해결되어야 할 사항이다.

도 1은 Co-planer 급전구조에 의한 프린트형 역F 안테나 구조1

도 2는 Co-planer 급전구조에 의한 프린트형 역F 안테나 구조2

도 3은 마이크로스트립 급전구조에 의한 프린트형 역F 안테나 구조3

도 4는 마이크로스트립 급전구조에 의한 프린트형 역F 안테나 구조4

[도1,2,3,4]에서 (1) : 유전체, (2) : 수평소자, (3) : 급전 수직소자, (4) : 수직소자, (5) : 쓰르홀, (6) : 접지면, (7) : 급전선, (8) : 쓰르홀, (9) : 콘넥터

도 5는 커버형 무선휴대전화 단말기에 있어서 커버에 장착한 프린트형 역F 안테나 구조

도 6은 커버형 무선휴대전화 단말기에 있어서 내부 회로기판 상단에 위치시킨 프린트형 역F 안테나 구조

도 7은 커버형 무선휴대전화 단말기에 있어서 내부 회로기판 하단에 위치시킨 프린트형 역F 안테나 구조

도 8은 폴더형 무선휴대전화 단말기에 있어서 하단몸체 내부 회로기판 하단에 위치시킨 프린트형 역F 안테나 구조

[도5,6,7,8]에서 (1) : 수화부, (2) : 액정표시부, (3) : 내장안테나, (4) : 몸체, (5) : 조직버튼, (6) : 송화부, (7) : 조작버튼 커버, (8) : 조작버튼 커버 부착 안테나

도 9는 기존 커버형 무선휴대전화 단말기의 휩 안테나 및 헬리컬 안테나 구조

도 10은 기존 커버형 무선휴대전화 단말기의 휩 안테나 및 평판형 역F 안테나 구조

도 11은 기존 폴더형 무선휴대전화 단말기의 휩 안테나 구조

수많은 무선휴대전화 단말기에 있어서의 안테나는 기지국 안테나와의 편파 다이버시티 효과를 억제하기 위해 여러 가지 형태로 발전해 왔다. 또한 단말기의 소형화, 경량화에 따른 단말기 내부장착형 안테나에 대해서는 많은 연구가 진행되어 왔다.

본 발명의 안테나는 수직편파 및 수평편파 출력 특성이 있을 뿐만 아니라 인쇄기술에 의한 박막형으로 회로기판 연장면상에 회로 연결선 애칭시 동시에 제작되도록 고안되었다.

구조를 보면 도[1]과 같은 프린트형 역F 안테나는 Co-planer 50Ω회로 급전선(도[1](7))을 연장시켜 접지면으로부터 올라온 선(도[1](3))을 90°수평으로 구부린 소자(도[1](2))상에 쓰르홀을 연결시켰다. 이와 같은 구조에 있어서 수직 급전선(도[1](3))과 접지면으로부터의 수직소자 성분(도[1](4))에 의해 수직편파가 형성될 뿐만 아니라 수평소자(도[1](2))에 의한 수평편파 출력 특성을 형성시켜 듀얼편파 특성이 얻어지도록 설계되었다. 안테나 소자와 쓰르홀은 회로기판의 애칭시 동시에 제작된다. 도[2]에는 수직급전선(도[2](3))과 상부 접지면으로부터의 수직소자(도[2](4)) 및 연장 수평소자와 쓰르홀 없이 Co-planer 상부 도체에 직접 연결시킨 프린트형 역F 안테나의 구조이다. 도[3]에서는 Co-planer 접지없이 직접 50Ω 선로(도[3](7))가 L자형으로 구성(도[3](2))된 상태에 코너부분까지는 밑의 접지면으로부터 L자형(도[3](4))으로 형성시켜 50Ω 코너부분과 쓰르홀(도[3](5))로 연결시킨 구조로 프린트형 역F 안테나를 설계할 수 있을 뿐만 아니라 도[4]에서 나타낸 바와 같이 쓰르홀을 접지면과 접합부분에 위치(도[4](5))시킬 수 있다.

도[1, 2, 3, 4]와 같은 구조로 형성된 프린트형 역F 안테나를 도[5]와 같이 무선휴대전화 단말기 커버부분에 위치시키면 안테나로부터 전파방사는 두뇌에 거의 영향을 미치지 않게 될 뿐만 아니라 또한 두부에 의한 빔 변형도 억제되는 효과가 있다. 또한 도[6, 7, 8]과 같이 무선휴대전화 단말기 내부에 위치시킴으로 인하여 단말기 소지에 불편함을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 안테나 파손을 훨씬 경감시킬 수도 있다.

본 발명의 안테나를 설계 제작하여 제특성을 측정하였다.

설계 주파수는 1.81GHz로 PCS 주파수 대역을 설정하였으며 반사손실 특성 측정결과를 도[12]에 나타내었다. 설계 주파수에서 반사손실 29.8dB, -10dB 대역폭 152MHz(8.4%)로 다이폴 안테나 정도의 대역폭을 유지하고 있다.

패턴 측정결과를 도[13, 14, 15, 16]에 나타내었다. 좌표계를 왼쪽 그림과 같이 설정하였다. 안테나 최대 이득은 1dBd로 다이폴에 비하여 약간 높게 나타났으나 전체적으로 약 -3dBd의 전 빔향성 특성을 나타냈다. 예를 들어 수직편파에 H면 빔 패턴을 도[13]에 나타냈다. θ=150°부근에서 최대 1dBd를 나타내고 있으나 그밖의 전 각도 θ에서 최대치보다 -3dBd 레벨을 중심으로 전(全) 방향성 특성이 얻어졌다.

E면 빔 패턴의 경우 도[14]에 나타냈다. 즉 좌표계에서 ø=0°(x-z면)에서의 빔 패턴이다. 이때 θ=50°, 140°부근에서 높은 레벨을 나타낼 뿐만 아니라 270° 부근인 안테나 좌표계 뒷면(-x축)에서 수신레벨이 높게 나타났으나 θ=0°에서는 -16dB 이하로 낮아져 수직 모노폴과 같은 특성이 나타났다. 수평소자에 의한 H면 빔패턴 특성 측정결과를 도[15]에 나타냈다. θ=0°부근에서 최대 레벨로 나타나고 있으나 전체적으로 상반구 레벨이 하반구 레벨보다 약 5∼7dB 정도 높은 전(全) 방향성 특성이 나타났다. 또한 도[16]에 나타낸 바와 같이 E면의 경우 θ=0°에서 최대 레벨을 나타내고 있으나 ±90°이하인 하반구 상에서의 레벨이 다소 낮을 뿐만 아니라 리플현상이 증가했다. 한편 본 안테나의 쓰르홀에 대한 방사패턴 특성은 도[17]에 나타낸 바와 같이 각도에 따라 최고 -10dB 정도로 레벨이 낮으나 미소 다이폴과 같은 패턴특성을 나타냈다. 이로써 본 발명의 안테나는 도 [13, 15]에 나타냈듯이 수직, 수평편파 즉, 듀얼편파 특성 출격을 갖고 있음을 확인했다.

Claims (3)

1. 마이크로스트립 급전선, 쓰르홀로 구성된 역F 안테나에 있어서 도[3]과 같이 급전선을 역L자형으로 수직급전선과 수평방사소자를 형성시키고 급전선을 중심으로 급전선 연장선의 직각인 수평방사소자 반대방향에서 접지면으로부터 또다른 역L 선로를 구성하여 수평선로의 끝단이 급전선 끝단과 교차되는 지점을 쓰르홀로 연결시킨 프린트형 역F 안테나

   ① 청구항 1에 있어서 도[4]와 같이 급전선과 안테나 소자를 같은 평면에 위치시키고 접지면과 접하는 부분에서 쓰르홀로 연결시킨 구조의 프린트형 역F 안테나

   ② 청구항 1에 있어서 도[1]과 같이 접지면을 급전선과 같은 평면으로 구성하여 밑의 접지면과 다수의 쓰르홀로 연결시킴으로 Co-planer 급전선 구조를 한 프린트형 역F 안테나

   ③ 청구항 1의 ①에 있어서 급전선을 Co-planer 구조로 하였으며 안테나 소자의 접지를 급전선 면의 접지면에 일치시킨 프린트형 역F 안테나
2. 청구항 1항의 안테나를 도[5]와 같이 커버형 무선휴대전화 단말기의 커버부분에 장착시킨 무선휴대전화 단말기
3. 청구항 1항의 안테나를 도[6, 7, 8]과 같이 무선휴대전화 단말기의 내부 회로기판 연장 끝부분의 상단부분이나 하단부분에 내장시킨 무선휴대전화 단말기