KR20020065811A - Printed slot microstrip antenna with EM coupling feed system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 휴대용 무선통신 단말기에 사용되는 내장형 안테나에 관한 것으로서 좀 더 상세하게는 기존의 안테나 성능을 보존, 유지하기 위해 슬롯과 마이크로스트립을 결합시킨 새로운 구조로 슬롯의 형상은 meander line 이며, 슬롯 아랫면에 급전선을 삽입하여 전자기 결합을 이루게 하였고, 평면형 구조로 단말기 내에 실장시 PCB 기판에 인쇄되는 안테나로 소형 경량의 저가의 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a built-in antenna used in a portable wireless communication terminal, and more specifically, a new structure combining a slot and a microstrip in order to preserve and maintain the performance of the existing antenna. The shape of the slot is a meander line, and the bottom of the slot Electromagnetic coupling is achieved by inserting a feeder into the feeder, and the antenna is printed on a PCB substrate when mounted in a terminal in a planar structure.
일반적으로 휴대용 무선통신 단말기에 사용되는 종래의 외장형 안테나는 직선 형태의 금속 선재에 의한 휩(whip) 또는 로드(rod) 안테나, 금속 선재를 나선형으로 감은 헬리컬(helical) 안테나 및 상기 휩 또는 로드 안테나와 헬리컬 안테나를 결합하여 삽입시에는 헬리컬 안테나가 동작하고 인출시에는 휩 또는 로드 안테나가 동작하도록 한 신축가능형(retractable)안테나 등이 사용되었으나, 상기 안테나들은 안테나가 외부로 돌출 됨에 따라 단말기의 외관과 조화되지 못하고 휴대에 있어서도 불편하다고 하는 단점이 있을 뿐만 아니라 쉽게 절손 된다고 하는 또 다른 문제점이 있었다.In general, a conventional external antenna used in a portable wireless communication terminal includes a whip or rod antenna made of a straight metal wire, a helical antenna wound spirally of a metal wire, and the whip or rod antenna. A retractable antenna is used in which the helical antenna is operated by inserting the helical antenna and the whip or rod antenna is operated when the helical antenna is inserted and the pull-out antenna is pulled out. Not only is there a disadvantage of being inconsistent and inconvenient in carrying, but there is another problem of being easily broken.
또한, 종래의 내장형 안테나로서 "ㄱ"자 형태의 금속 소자의 소정 위치에 급전선로가 형성된 역 에프(F)형 안테나(IFA:Inverted F Antenna)가 사용되고 있으나 단일 주파수 대역에서만 동작하는 협대역일 뿐만 아니라 안테나의 크기도 크며, 제조시에 안테나 고유특성을 유지하기 위한 공정과 시험절차가 있다는 단점이 있었다.In addition, a conventional inverted F antenna (IFA) antenna having a feed line formed at a predetermined position of a metal element of a "a" shape is used as a conventional built-in antenna, but only a narrow band operating only in a single frequency band. In addition, the size of the antenna is large, there was a disadvantage that there is a process and a test procedure for maintaining the antenna inherent characteristics during manufacturing.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 휴대용 무선통신 단말기 내부에 장착될 수 있는 소형 안테나를 슬롯과 마이크로스트립을 결합한 구조로 설계하고 복사체와 급전선로의 전자기 결합을 이용하여 구현함으로써 협대역 문제를 해결하고 단말기 내부에 안테나를 내장시키게 되므로 단말기의 전체 크기가 감소되는 효과를 얻을 수 있으며, 특히 PCB 기판 제조시 단말기내 회로와 안테나를 동시에 제작할 수 있기 때문에 추가 부품 및 제조 공정이 불필요하여 자동화 공정을 통해 대량 생산이 가능하다. 따라서 가격 경쟁력이 높고 재현성이 뛰어날 뿐만 아니라, 소형 평면구조이면서 기존의 안테나에 비해 광대역 , 고이득 특성을 얻을 수 있는 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나를 제공함을 그 기술적 과제로 한다.The present invention is designed to solve the problems of the prior art as described above by designing a small antenna that can be mounted inside the portable wireless communication terminal in a structure that combines the slot and the microstrip and implemented by using electromagnetic coupling of the radiator and the feed line By solving the bandwidth problem and embedding the antenna inside the terminal, the overall size of the terminal can be reduced. Especially, since the circuit and the antenna inside the terminal can be manufactured at the same time when manufacturing the PCB, additional parts and manufacturing process are unnecessary. Mass production is possible through an automated process. Therefore, the technical problem is to provide an electromagnetically coupled printed slot microstrip antenna that is not only cost competitive and excellent in reproducibility, but also has a small planar structure and obtains broadband and high gain characteristics compared to conventional antennas.
도 1은 종래 기술에 따른 외장형 안테나가 장착된 휴대용 무선통신 단말기의 외관도1 is an external view of a portable wireless communication terminal equipped with an external antenna according to the prior art;
도 2a는 본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나의 일실시예를 나타낸 외관 사시도.Figure 2a is a perspective view showing an embodiment of an electromagnetic coupling printed slot microstrip antenna according to the present invention.
도 2b는 도 2a의 일측면도FIG. 2B is a side view of FIG. 2A
도 2c는 도 2a의 평면도FIG. 2C is a top view of FIG. 2A
도 2d는 본 발명에 따는 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나의 일실시예인 안테나의 반사계수.2d is a reflection coefficient of an antenna that is an embodiment of an electromagnetically coupled printed slot microstrip antenna in accordance with the present invention.
도 2e는 본 발명에 따는 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나의 일실시예인 안테나의 복사패턴.Figure 2e is a radiation pattern of the antenna which is an embodiment of the electromagnetically coupled printed slot microstrip antenna according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나를 장착한 휴대용 무선통신 단말기의 외관도.Figure 3 is an external view of a portable wireless communication terminal equipped with an electromagnetic coupling printed slot microstrip antenna according to the present invention.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing
11. 외장형 안테나 12, 32. 휴대용 무선통신 단말기11. External antenna 12, 32. Portable wireless communication terminal
21. meander line 슬롯 22. 접지면21. meander line slot 22. Ground plane
23. 유전체 24. 급전선로23. Dielectric 24. Feed Line
31. PCB 기판내 회로 33. 내장형 안테나31. Circuit in the PCB 33. Built-in antenna
최근 휴대용 무선통신 단말기 개발에서의 가장 중요한 요구사항 중의 하나는 소형 경량화 기술이다. 특히, 이러한 소형 경량화 과정에 있어서 가장 큰 제약을 받고 있는 것이 바로 안테나의 문제이며 현재는 일반적으로 휴대용 무선 통신 단말기의 외부에 장착하여 사용되고 있는데, 이와같은 종래 기술에 따른 휩 안테나 또는 헤리컬 형태의 외장형 안테나가 갖는 크기 문제를 해결하기 위해 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나를 PCB 기판에 직접 제작하는 형태로 기술이 검토되고 있다.One of the most important requirements in the recent development of portable wireless communication terminals is the small size and light weight technology. In particular, the biggest limitation is the problem of the antenna in the process of miniaturization and lightweight, and is currently used to be mounted outside the portable wireless communication terminal, the external type of whip antenna or helical form according to the prior art. In order to solve the size problem of the antenna, technology is being investigated in the form of directly fabricating an electromagnetic coupling printed slot microstrip antenna on a PCB board.
그러나, 이러한 소형 안테나의 구조적인 면에 기인하여 나타나는 문제점 가운데 하나는 크기 감소에 따른 협대역 문제이다.However, one of the problems caused by the structural aspect of such a small antenna is a narrowband problem due to the size reduction.
본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나는 슬롯안테나 형태가 갖는 광대역 특성과 마이크로스트립 안테나가 갖는 고이득 특성을 결합하여 기존의 안테나에서 대역폭 특성과 이득 특성을 개선하였다. 주요 구성요소로써 신호를 송수신하기 위해 소정 크기의 사각 금속 판재에 meander line 형태의 슬롯을 갖는 복사소자 ; 상기 복사소자의 하단에 위치하되 상기 복사소자의 시작점과 수직으로 교차되도록 형성되어 전기적 신호를 급전하기 위한 급전체 ; 상기 복사소자와 동일한 판재에 형성되되 상기 복사소자의 슬롯을 제외한 접지면을 포함한다.The electromagnetic coupling printed slot microstrip antenna according to the present invention combines the broadband characteristics of the slot antenna type and the high gain characteristics of the microstrip antenna to improve the bandwidth characteristics and gain characteristics of the conventional antenna. A radiating element having a meander line slot in a rectangular metal plate of a predetermined size for transmitting and receiving a signal as a main component; A feeder positioned at a lower end of the radiation element, the power supply being configured to cross perpendicularly to a start point of the radiation element to feed an electrical signal; It is formed on the same plate as the radiation element but includes a ground plane excluding the slot of the radiation element.
이하 첨부된 도면에 따라 본 발명의 각부 특성 및 동작 원리를 상세히 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 외장형 안테나가 장착된 휴대용 무선통신 단말기의 외관도이다. 도 1에서 외장형 안테나(11)는 단말기(12)의 외부에 장착되며, 일반적을 신축가능형 안테나 또는 헬리컬 안테나가 사용되고 있다.Hereinafter, the characteristics and operating principles of each part of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is an external view of a portable wireless communication terminal equipped with an external antenna according to the prior art. In FIG. 1, the external antenna 11 is mounted outside the terminal 12, and a stretchable antenna or a helical antenna is generally used.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 스트립 안테나의 일실시예인 외관 사시도, 일측면도, 평면도이다. 도 2a에서 본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나는 기판에 신호를 송수신하기 위해 소정 크기의 사각 금속 판재에 meander line 형태의 슬롯을 갖는 복사소자(21), 상기 복사소자의 하단에 위치하되 상기 복사소자의 시작점과 수직으로 교차되도록 형성되어 전기적 신호를 급전하기 위한 급전선로(24), 상기복사소자와 동일한 판재에 형성되되 상기 복사소자의 슬롯을 제외한 접지면(22)의 세가지 구성 요소가 평면구조로 되어 있는데 , 본 발명의 실시예에 따르면 그 전체 크기는 12×46×0.8[mm]이며 1800MHz대의 개인휴대통신(PCS: Personal Communication Service) 대역에서 동작 특성을 만족시킬 수 있다. 도 2a에서 phi=0°와 phi=90°는 도 2e에서 후술하는 안테나의 복사패턴을 측정하는 기준면으로써 안테나의 급전면을 기준으로 하는 방위각을 나타낸다.2A to 2C are a perspective view, a side view, and a plan view of an embodiment of an electromagnetic coupling printed slot strip antenna according to the present invention, respectively. In FIG. 2A, the electromagnetically coupled printed slot microstrip antenna according to the present invention has a radiating element 21 having a meander line-shaped slot on a square metal plate having a predetermined size to transmit and receive a signal to a substrate, and located at the bottom of the radiating element. Three components of the feed line 24 formed to intersect the starting point of the radiating element perpendicularly to the start point of the radiating element and formed on the same plate as the radiating element, except for the slot of the radiating element, Planar structure, according to an embodiment of the present invention, the total size is 12 × 46 × 0.8 [mm] and can satisfy the operating characteristics in the Personal Communication Service (PCS) band of 1800MHz band. In FIG. 2A, phi = 0 ° and phi = 90 ° are reference planes for measuring the radiation pattern of the antenna, which will be described later with reference to FIG. 2E.
도 2b 는 상기 도 2a의 일측면도이고, 도 2c는 상기 도 2a 의 평면도로서 각 구성 요소별로 좀 더 상세히 살펴보면, 먼저 복사소자 의 경우 본 발명에 따른 안테나 구조는 meander line 형태의 슬롯을 갖는 복사구조와 상기 복사소자에 전기적인 신호를 효과적으로 전자기 결합(EMC : Electromagnetic Coupling) 되도록 복사소자 아랫면에 급전선로를 배치하였다. 또한, 본 발명에 따른 안테나는 기본적으로 공진 특성을 이용한 안테나 구조이므로 슬롯의 폭과 길이를 변화시킴으로써 안테나만으로 동작 주파수 대역을 쉽게 조절할 수 있으며, 상기 슬롯과 결합되는 급전선로의 위치를 변화시킴으로써 안테나의 제(諸) 특성(정재파비, 복사패턴, 이득)을 개선할 수 있는 장점이 있다.FIG. 2B is a side view of FIG. 2A, and FIG. 2C is a plan view of FIG. 2A. In detail, each antenna includes a radiation structure having a slot of a meander line. And a feed line is disposed on the lower surface of the radiating element so as to effectively couple the electromagnetic signal (EMC: Electromagnetic Coupling) to the radiating element. In addition, since the antenna according to the present invention is basically an antenna structure using a resonance characteristic, it is possible to easily adjust the operating frequency band only by changing the width and length of the slot, and by changing the position of the feed line coupled to the slot of the antenna. There is an advantage to improve the characteristics (standing wave ratio, radiation pattern, gain).
안테나의 제작은 유전체의 양면에 금속도체가 도포된 인쇄회로기판에 구현하거나 박막 필름에 각각 복사소자와 급전선로를 구성하고, 상기 복사소자와 급전선로 사이에 유전체를 밀착 삽입하여 구현하는 것을 특징으로 하는 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나이다.The fabrication of the antenna is implemented on a printed circuit board coated with metal conductors on both sides of the dielectric or a thin film film, respectively, which comprises a radiating element and a feed line, and inserts and inserts a dielectric between the radiating element and the feed line. It is an electromagnetically coupled printed slot microstrip antenna.
도 2d 내지 도 2e 는 본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나의 전기적 특성을 나타내는 것으로써 도 2d는 반사손실, 도 2e는 복사패턴이다. 도 2d에서 기호 3과 기호 4는 각각 1727.5MHz와 1883.2MHz로서 개인휴대통신(PCS)의 사용 주파수대인 1750∼1870MHz의 주파수 대역내에서 전압정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)가 1.9(도 2d에서 반사손실로 환산하면 -10dB)이하를 만족하는 것을 알 수 있다.2d to 2e show electrical characteristics of the electromagnetically coupled printed slot microstrip antenna according to the present invention. FIG. 2d is a reflection loss and FIG. 2e is a radiation pattern. In FIG. 2D, symbols 3 and 4 are 1727.5 MHz and 1883.2 MHz, respectively, and the voltage standing wave ratio (VSWR) is 1.9 (FIG. 2D in the frequency band of 1750 to 1870 MHz, which is a frequency band used for personal mobile communication (PCS)). In terms of the return loss at, it can be seen that less than -10dB) is satisfied.
도 2e에서 phi=0°일 때 복사패턴은 좌우가 대칭임을 나타내며, phi=90°일 때는 안테나의 급전점 부분이 상대적으로 복사량이 적은 것을 나타낸다. 따라서, 안테나의 입체적인 복사패턴은 meander line 슬롯의 진행방향으로 복사량이 최대가 되되 좌우가 대칭되는 형태이므로, 안테나를 휴대용 무선통신 단말기에 장착했을 때 인체쪽으로는 복사량이 적어 인체에 대한 영향을 감소시킬 수 있다.In FIG. 2E, when phi = 0 °, the radiation pattern indicates symmetry, and when phi = 90 °, the feed point portion of the antenna has relatively low radiation amount. Therefore, the three-dimensional radiation pattern of the antenna is the maximum amount of radiation in the direction of the meander line slot, but the left and right are symmetrical, so when the antenna is mounted in a portable wireless communication terminal, the amount of radiation is less toward the human body to reduce the effect on the human body. Can be.
도 3은 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나를 장착한 휴대전화기의 외관도로서 플립(Flip)형 전화기에 안테나가 내장된 구조를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시예는 도 3에서와 같은 플립형 단말기에만 한정되지 않고 폴더(Folder)형 및 바(Bar)형 단말기에도 적용이 가능함은 본 발명이 속하는 분야에 있어서 통상의 지식을 지닌 자에게 있어 명백한 것이다.FIG. 3 is an external view of a mobile phone equipped with an electromagnetic coupling printed slot microstrip antenna, and shows a structure in which an antenna is incorporated in a flip type telephone. In addition, the embodiment of the present invention is not limited to the flip-type terminal as shown in FIG. 3, and can be applied to a folder-type and bar-type terminal, for those skilled in the art. It is obvious.
따라서, 본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나는 PCB 기판 제조시 단말기 회로와 안테나가 동시에 제작되기 때문에 추가 부품 및 제조공정이 불필요하다는 장점이 있으며, 또한 이러한 장점으로 인해 종래의 외장형 안테나 사용시에 단말기의 크기를 줄이는데 제약이 있었던 단점을 매우 효과적으로 해결할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 전자결합 인쇄 슬롯 마이크로스트립 안테나는 슬롯안테나 형태가 갖는 광대역특성과 마이크로스트립 안테나가 갖는 고이득 특성을 결합하여 기존의 안테나에서 대역폭 특성과 이득 특성을 개선하였다Therefore, the electronic coupling printed slot microstrip antenna according to the present invention has the advantage that additional components and manufacturing processes are unnecessary because the terminal circuit and the antenna are manufactured at the same time when manufacturing the PCB substrate. It is very effective to solve the disadvantage of the limitation of reducing the size of the terminal. In addition, the electromagnetic coupling printed slot microstrip antenna according to the present invention combines the broadband characteristics of the slot antenna type and the high gain characteristics of the microstrip antenna to improve the bandwidth characteristics and gain characteristics of the conventional antenna.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |