KR20030081550A

KR20030081550A - 멀티밴드 내장 안테나

Info

Publication number: KR20030081550A
Application number: KR1020020019824A
Authority: KR
Inventors: 윤종철
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-10-22
Also published as: JP2003318640A; DE10236598B4; US6806834B2; DE10236598A1; CN100373697C; GB2387486A; GB0218064D0; KR100483043B1; GB2387486B; US20030193438A1; CN1450687A

Abstract

본 발명은 소정의 길이를 갖는 LC결합형 급전라인(LC coupled feedline)을 방사패치와 일정한 간격을 두어 형성함으로써 멀티밴드특성을 구현하는 동시에 그 주파수대역폭이 넓은 평면 역 F 안테나(planar inverted F antenna: PIFA)를 제공한다. 본 발명의 평만 역 F 안테나는, 전류를 급전하는 급전핀과 상기 급전핀의 일단에 그 일단이 연결되며 소정의 길이를 갖는 급전라인을 이루어진 급전부; 상기 급전라인과 소정의 간격을 두고 형성되어, 상기 급전부를 통해 공급되는 전류를 유기하는 방사패치; 및 상기 방사패치에 일단이 연결되고 타단은 접지된 단락부를 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 평판 역 F 안테나에 따르면, 급전라인의 길이 및 형상과 오픈스터브 및 매칭패드를 이용하여 안테나를 보다 소형화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 멀티밴드특성을 위한 설계의 자유도를 향상시키면서도 사용주파수의 대역폭을 넓게 확보할 수 있다는 효과가 있다.

Description

멀티밴드 내장 안테나{MULTI BAND BUILT-IN ANTENNA}

본 발명은 이동통신 단말기용 내장 안테나에 관한 것으로, 특히 소정의 길이를 가지면서 방사패치와 일정한 간격을 갖는 LC 결합형 급전라인(LC coupled feedline)을 이용하여, 다중 주파수대역을 확보하면서도 그 사용주파수의 대역폭이 넓은 평면 역 F 안테나(planar inverted F antenna: PIFA)에 관한 것이다.

최근에는, 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되고 다양한 기능을 수행할 수 있도록 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 이동통신 단말기에 채용되는 내장회로 및 부품들은 다기능화를 만족하는 동시에 점차 소형화되는 추세에 있다. 이러한 추세는 이동통신단말기의 주요부품 중 하나인 안테나에서도 동일하게요구되고 있다.

일반적으로 사용되는 이동통신기용 안테나로는 헬리컬 안테나와 평면 역 F 안테나가 있다. 헬리컬 안테나의 경우, 단말기 상단에 고정된 외장형 안테나로 주로 모노폴 안테나와 함께 사용된다. 헬리컬 안테나와 모노폴 안테나가 병용되는 형태는 λ/4 길이를 가지며, 단말기에 내장되어 있다가 외부로 뽑아 헬리컬 안테나와 동시에 안테나 역할을 수행하도록 이루어진다.

이러한 안테나는 높은 이득을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 무지향성으로 인해 전자파 인체 유해기준인 SAR특성이 좋지 않으며, 헬리컬 안테나는 단말기의 미적외관 및 휴대기능에 적합한 외관설계가 어려우며, 모노폴 안테나도 단말기 내에 그 길이에 충분한 내부공간을 별도로 마련해야 하므로, 소형화를 위한 제품설계에 제약이 수반되는 문제가 있다.

한편, 이러한 단점을 극복한 안테나로서, 낮은 프로파일구조를 갖는 평면 역 F 안테나가 있다. 도1은 종래의 평판 역 F 안테나(PIFA)의 구조를 나타낸다. 상기 PIFA는 방사 패치(2), 단락핀(4), 동축선(5) 및, 접지판(9)으로 구성된다. 상기 방사패치(2)는 동축선(5)를 통해 급전되고, 상기 단락핀(4)에 의해 접지판(9)과 단락시켜 임피던스 정합을 이루게 된다. 상기 PIFA는 단락핀(4)의 폭(Wp)과 패치(9)의 폭(W)에 따라 상기 패치(9)의 길이(L)와 안테나의 높이(H)를 고려하여 설계해야 한다.

이러한 PIFA는 상기 방사패치에 유기된 전류에 의해 발생되는 전체 빔 중 접지면측으로 향하는 빔이 재유기되어 인체에 향하는 빔을 감쇠시켜 SAR특성을 개선하는 동시에 방사패치방향으로 유기되는 빔을 강화시키는 지향성을 가지며, 직사각형인 평판형 방사패치의 길이가 절반으로 감소된 직사각형의 마이크로스트립 안테나로서 작동하게 되어 낮은 프로파일구조를 실현할 수 있어 각광을 받고 있다.

이러한 PIFA는 다기능화추세에 따라 개량되고 있다. 특히 서로 다른 사용주파수 대역을 구현할 수 있도록 듀얼밴드 안테나 형태로 적극적으로 개발되고 있다. 이러한 일예로서 도2에 도시된 듀얼밴드 평판 역 F 안테나가 제공되었다.

듀얼 밴드 PIFA(10)는 도1과 동일한 원리를 이용하여 듀얼밴드특성을 구현한 형태이다. 도2를 참조하면, 듀얼 밴드 PIFA(10)의 구조는, 평판 직사각형인 방사 패치(12)와, 상기 방사패치(12)를 접지시키는 단락핀(14), 상기 방사패치(12)에 급전하는 급전핀(15) 및, 접지판(19)이 형성된 유전체 블럭(11)로 이루어지며, 또한, 듀얼밴드기능을 구현하기 위해 상기 방사패치(10) 내부에 형성된 U자형 슬롯이 형성된다. 이러한 슬롯은 실질적으로 두 방사패치영역으로 구분하여 급전핀(15)을 통해 전류를 상기 슬롯을 따라 서로 다른 주파수대역에서 공진되는 전기적 길이를 갖도록 유기시킴으로써 서로 다른 두 주파수대역(예를 들어, GSM밴드와 DCS밴드)에서 동작할 수 있다.

하지만, 최근에는, 사용주파수대역이 CDMA 대역(약 824-894㎒), GPS 대역(약1570-1580㎒), PCS 대역(약 1750-1870㎒ 또는 1850-1990㎒) 및 블루투스대역(약 2400-2480㎒) 등 보다 다양화되는 추세에서, 듀얼밴드이상의 멀티밴드특성이 요구되나, 상기 슬롯을 이용한 방식만으로 안테나를 설계하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 종래의 PIFA구조는 이동통신단말기 상에 실장되기 위해 낮은 프로파일이 낮아, 주파수 대역폭이 협소해지는 문제가 있다.

특히, PIFA의 설계에서 중요한 요소인 안테나의 높이는, 휴대성과 미적 디자인을 고려한 단말기의 폭 제한으로 인해 크게 제한을 받기 때문에, 협소한 주파수대역의 문제는 더욱 심각해진다.

이를 해결하기 위한 방법으로, 안테나에 칩형 LC소자와 같은 디스트리뷰션(distribution) 회로를 추가적으로 연결하여 임피던스 매칭을 조정함으로써 다소 넓은 주파수대역을 얻을 수 있으나, 이와 같이 안테나의 주파수 조절에 외부회로를 개입시키는 방법은 안테나 효율을 저하하는 또 다른 문제가 야기할 수 있다.

따라서, 당 기술분야에서는, 평면 역 F 안테나가 갖는 낮은 프로파일 구조 등의 장점을 유지하면서 다양한 주파수대역에서 사용가능하며 협대역폭 특성을 개선한 새로운 PIFA 구조가 요구되어 왔다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 소정의 길이를 가지면서 다른 도전패턴(특히, 방사패치)과 일정한 간격을 갖는 LC결합형 급전라인(LC coupled feedline)을 방사패치와 일정한 간격을 두어 형성함으로써 멀티밴드특성을 구현하는 동시에 그 사용주파수 대역폭이 넓은 평면 역 F 안테나(planar inverted F antenna: PIFA)를 제공하는데 있다.

도1는 종래의 평판 역 F 안테나(PIFA)의 동작원리를 설명하기 위한 개략 사시도이다.

도2는 종래의 듀얼밴드 PIFA의 개략사시도이다.

도3a 및 도3b는 각각 본 발명의 제1 실시형태에 따른 PIFA 및 그 급전라인의 개략사시도이다.

도4a 내지 도4c는 각각 본 발명의 다른 제1 실시형태에 따른 PIFA의 평면도, 사시도 및 저면도이다.

도5는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 PIFA에서 주파수대역에 따른 VSWR값을 나타내는 그래프이다.

도6a 및 도6b는 각각 본 발명의 제2 실시형태에 따른 PIFA 및 그 급전라인의 개략사시도이다.

도7은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 PIFA에서 주파수대역에 따른 VSWR값을 나타내는 그래프이다.

도8은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 PIFA의 개략사시도이다.

도9는 본 발명의 제4 실시형태에 의한 PIFA의 개략사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

20,40,60,70,90: 안테나

22,42,62,72,92: 방사패치

23,43,83,93: 연결핀

24,44,64,74,94: 단락핀

25,45,65,75,95: 급전핀

26,46,66,76,86,96a,96b,96c: LC결합형 급전라인

29: 접지부

47: 매칭패드48: 오픈스터브

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 전류를 급전하는 급전핀과 상기 급전핀의 일단에 그 일단이 연결되며 소정의 길이를 갖는 급전라인을 이루어진 급전부; 상기 급전라인과 소정의 간격을 두고 형성되어, 상기 급전부를 통해 공급되는 전류를 유기하는 방사패치; 및 상기 방사패치에 일단이 연결되고 타단은 접지된 단락부를 포함하는 평면 역 F 안테나(PIFA)를 제공한다.

본 발명에 따른 평면 역 F 안테나는 기본적인 안테나 구성 및 급전라인 기능 및 형상에 따라 다양한 실시형태로 구현될 수 있다.

우선, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 평면 역 F 안테나는, 전류를 급전하기 위한 급전핀과, 일단이 상기 급전핀의 일단에 연결되며 소정의 길이를 갖는 형성된 급전라인과, 일단이 상기 급전라인의 타단에 연결된 연결핀과, 상기 급전라인과 소정의 간격으로 이격된 평면 상에 형성되며 상기 연결핀의 타단에 연결되어 공급받은 전류를 유기하며, 일단이 일 경계에서 시작하여 타단이 패치의 내부영역에 포함되는 슬롯이 형성된 방사패치와, 상기 방사패치에 일단이 연결되고 타단이 접지된 단락부로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 평면 역 F 안테나는, 전류를 급전하기 위한 급전핀; 일단이 상기 급전핀의 일단에 연결되며 소정의 길이를 갖는 급전라인; 상기 급전라인과 소정의 간격을 두고 형성되며, 상기 급전핀을 통해 공급된 전류를 유기시키는 방사패치; 및 상기 방사패치에 일단이 연결되고 타단에는 상기 안테나가 탑재될 이동통신단말기에 마련된 접지판과 연결하기 위한 연결패드가 형성되며, 상기 연결패드에는 상기 급전라인의 타단이 연결되는 단락부로 이루어질 수 있다.

나아가, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 평면 역 F 안테나는, 전류를 급전하기 위한 급전핀; 일단이 상기 급전핀의 일단에 연결되며, 제1 길이를 갖는 급전라인; 상기 급전핀의 일단에 그 일단이 연결되어 상기 제1 급전라인과 병렬로 형성되며 제2 길이를 갖는 제2 급전라인; 상기 제1 및 제2 급전라인과 각각 소정의 간격을 두고 형성되며, 일 경계로부터 시작하여 다른 경계로 연장된 슬롯에 의해 상기 급전핀의 타단을 통해 급전되는 제1 패치영역과 상기 제2 급전라인의 타단에 연결되어 급전되는 제2 패치영역으로 분할된 방사패치;및, 일단에는 상기 안테나가 탑재될 이동통신단말기에 마련된 접지판과 연결하기 위한 연결패드가 형성되고, 타단은 상기 제1 패치영역과 연결되며, 상기 연결패드에는 상기 제1 급전라인의 타단이 연결되는 단락부로 이루어질 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 특징은 소정의 길이를 갖는 급전라인을 방사패치와 일정한 간격을 두어 형성함으로써 상기 급전라인의 길이를 통해 인덕턴스가 조절되고 상기 방사패치와 간격 및 그 급전라인의 면적을 통해 커패시턴스가 조절가능한 LC커플링부분을 안테나구조 자체에 부가할 수 있다는데 있다. 이로써, 본 발명의 PIFA는 사용주파수대역을 확장할 뿐만 아니라, 멀티밴드를 구현하는 안테나를 보다 다양하게 설계할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

이러한 급전라인은 일단이 모두 급전핀과 연결되는 구조를 갖고 있으나, 상술된 실시형태와 같이 급전라인 타단의 연결구조에 따라 크게 두가지 형태가 있을 수 있다.

즉, 상기 제1 실시형태와 같은 타단이 방사패치와 연결된 구조를 가짐으로써 그 방사패치에 직접 전류를 공급하면서 그 방사패치와 조합되어 전기적 공진길이를 형성하는 형태이며, 다른 한 형태는 상기 제2 실시형태와 같은 일단이 타단이 단락핀(또는 단락핀 하부의 연결패드)와 연결되어 그 자체만으로 전기적 공진길이를 형성하는 형태가 있다. 나아가, 상기 두 형태는 결합되어 상기 제3 실시형태와 같은 하나의 안테나로 구현될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 LC결합형 급전라인은 소정의 길이를 갖고 다른 도전패턴(특히, 방사패치)과 일정한 간격을 갖는 구조이며, 이러한 범위 내에서 다양한 형태로 부가될 수 있다. 즉, 상기 급전라인은 단순 루프형상, 민더라인형상 및 그 조합된 형태로는 물론, 적어도 급전라인의 일부가 다른 평면공간 상으로 연장된 구조로도 형성될 수도 있다. 특히, 본 발명의 안테나가 적어도 2개의 유전체층이 적층된 구조물로 형성되고, 각 요소들이 각 표면에 도전성 패턴으로 형성될 때에는, 상기 급전라인이 적어도 그 일부가 다른 유전체층의 표면 또는 동일한 유전체층의 다른 표면에 형성될 수 있다. 이러한 급전라인의 형태는 작은 프로파일에서 보다 그 길이를 충분히 확보할 수 있는 등의 새로운 안테나 특성을 기대할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도3a는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 PIFA구조(20)를 도시한 개략사시도이다. 이해의 편의를 위해 방사패치(22)가 형성된 면을 분리하여 도시되어 있다.

도3a을 참조하면, 상기 PIFA(20)는 유전체블럭(21) 상면과 하면에 각각 형성된 직사각형 방사패치(22)와 접지부(29), 상기 방사패치(22)를 상기 접지부(29)에 연결하는 단락핀(24), 급전핀(25) 및 급전라인(26)으로 이루어진다. 상기 방사패치에는 도2와 같이 슬롯(S)이 형성되어 원하는 두 주파수대역에서 λ/ 4정도의 전기적 공진길이가 형성된다. 이러한 슬롯(S)은 충분한 공진길이가 확보되도록 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 도2에 도시된 바와 같이 일단의 일 경계로부터 시작하여 급전되는 패치영역 내에 포함되도록 U자형으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 급전라인(26)은 소정의 길이를 가지며, 상기 방사패치(22)와 상기 접지부(29) 사이에 형성된 루프형 구조로 이루어져 있다. 도3b는 도3a에 포함된 루프형 급전라인(26)의 개략사시도이다. 루프형 급전라인(26)은 일단이 상기 급전핀(25)에 연결되고 타단은 연결핀(23)을 통해 방사패치(22)와 연결되며, 방사패치(22)와 일정한 간격을 두고 루프형상의 라인으로 형성되어 있다. 이러한 루프형 급전라인(26)은 그 길이로 정해지는 인덕턴스값(L)과 방사패치(22)와의 간격 및 라인면적 등으로 정해지는 캐패시턴스값(C)을 갖는다. 또한, 방사패치(22)와 사이에 배치된 유전체재료에 따라 달라질 수도 있다. 따라서, 외부매칭회로의 추가없이도 안테나에 포함되어 임피던스를 매칭하는 LC커플회로와 동일한 기능을 하여, 안테나 효율을 저하시키지 않으면서, 보다 넓은 주파수대역을 확보할 수 있다.

이와 함께, 본 실시형태에서는, 상기 루프형 급전라인(26)은 그 타단이 방사패치에 연결되어 전류를 공급함으로써, 자체적으로 하나의 전기적인 공진길이를 가질 뿐만 아니라, 슬롯(S)이 형성된 방사패치(22)와 조합되어 추가적인 전기적 공진길이를 형성한다. 이와 같이, 상기 루프형 급전라인(26)과 슬롯(S)이 형성된 방사패치(22)를 통해 서로 다른 주파수대역에서 공진하는 트리플 안테나 구조를 용이하게 구현할 수 있다. 이 때, 각각의 주파수대역은 방사패치의 슬롯(S)과 상기 급전라인(26)의 형상을 조정함으로써 설정할 수 있다.

이와 같이, 상기 루프형 급전라인은 자신의 전기적 길이와 형상에 따라서 임피던스 매칭 및 주파수 튜닝이 가능하나, 이러한 조정을 보다 용이하게 구현하기 위해, 도4a 내지 4c에서 도시된 형태와 같이, 추가적인 요소를 더 포함할 수 있다.

도4a 내지 4c는 도3과 유사한 구조를 가지면서 임피던스 매칭과 주파수튜닝기능이 향상된 실시형태에 따른 PIFA(40)를 도시한다. 도4a 내지 4c는 각각 상기 PIFA(40)의 평면도, 아래에서 본 개략사시도 및 저면도이다.

특히, 도4a 내지 4c에 도시된 PIFA는 도2 및 도3과 같이 유전체블럭으로 이루어지지 않고, 안테나 자체에 형성된 접지부 없이 이동통신단말기의 하우싱에 마련된 접지판(미도시)에 연결된 형태를 도시한 예이다. 특히, 본 실시형태에 따른 PIFA는 절연체로 이루어진 케이스(41)로 구현된 형태이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 본 실시형태에 채용된 절연체 구조물은 플라스틱재질로 이루어진 케이스이다.

도4a에 도시된 PIFA(40)는 그 상면에 방사패치(42)가 구비되어 있다. 상기 방사패치(42)는 슬롯(S)이 형성하여 도3a의 PIFA(20)와 같이 원하는 두 주파수대역에서 λ/ 4정도의 전기적 공진길이를 형성한다. 상기 방사패치(42) 상에 점으로 표시된 지점(P1)은 각각 도4b 및 도4c와 같이 급전라인(46)의 타단과 연결되는 지점을 지시한다. 이러한 연결은 도시된 바와 같이 케이스상인 절연체 구조물을 관통시켜 구현할 수 있다. 또한, 단락부(44)는 상기 방사패치(42)에 연결되어 그 측벽의 외측을 따라 형성된다.

도4b를 참조하면, 상기 PIFA에 채용된 절연체 구조물(41)은 상기 케이스 형상으이며, 측벽부로 둘러싸인 내부면과 그 내부면에 대응하는 외부면을 갖는 구조임을 알 수 있다. 상기 절연체 구조물(41)의 측벽 외측을 따라 형성된 단락핀(44)은 단말기 하우징에 마련된 접지판(미도시)과 연결되어 방사패치(42)를 단락시킨다. 이를 위해 소정의 면적을 갖는 접지용 연결패드를 추가할 수도 있다. 또한, 상기 절연체구조물(41)의 내부면에는 일단이 급전핀(45)과 연결되고 타단이 연결핀(43)을 통해 방사패치(42)와 연결되는 루프형 급전라인(46)이 형성되어 있다. 상기 루프형 급전라인(46)은 소정의 길이를 갖도록 크게 둘러싼 형상을 갖지만, 당업자에게 자명한 바와 같이, 이에 한정되지 않으며 원하는 매칭에 적합한 LC 구조를 갖도록 다양한 형태, 즉 민더라인형상이나 다른 평면공간 상에 일부가 형성된 입체적 형상으로 변형될 수 있다. 한편, 본 실시형태와 같이, PIFA(40)는 임피던스매칭과 주파수튜닝을 보다 용이하게 조절하기 위한 매칭패드(matching pad: 47)와 오픈스터브(open stub:48)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 급전핀(45)은 급전라인(46)으로부터 측벽을 관통하여 그 측벽의 외측을 따라 형성된다. 여기서, 상기 급전핀(45)과 단락핀(44)은 가능한 측벽의 높이보다 길게 하여 밴딩된 상태에서 이동통신단말기 내의 외부급전회로와 접지판에 연결할 수 있도록 형성한다,

도4c를 참조하면, 상기 매칭패드(47)와 오픈스터브(48)의 구조가 상세하게 도시되어 있다. 즉, 상기 매칭패드(47)는 급전핀(45)과 인접한 급전라인(46)부분에 형성되며, 상기 오픈스터브(48)는 일단이 상기 급전핀(45)에 연결되어 상기 루프형 급전라인(46)과 병렬로 형성된다.

이와 같이, 본 실시형태의 경우, 루프형 급전라인(46)의 길이와 형상에만 의존하지 않는 설계의 다양성을 기대할 수 있으며, 특히, 안테나의 전체 프로파일을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 광대역 매칭도 보다 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 매칭패드(47) 및 오픈스터브(48)는 이하 실시형태에서 특별한 언급이 없어도 선택적으로 또는 조합으로 본 발명의 어떤 실시형태와도 결합되어 구현될 수 있다는 것은 자명하다.

이와 같이, 본 발명은, 종래의 PIFA와 유사하거나 보다 작은 크기로 제조할 수 있으면서도, 보다 넓은 주파수대역폭을 확보할 수 있다. 도5는 도3 및 도4의 실시형태에 대한 VSWR(voltage standing wave ratio)그래프이다. 도5의 그래프는 상기 도3 및 도4의 실시형태로 따라 제조된 GSM대역(890-960㎒), DSC대역(1.71-1.88㎓) 및 블루투스대역(2.4-2.45㎓)에서 사용가능한 트리플밴드 안테나에 대한 결과이다.

도5에서 도시된 바와 같이, 상기 3개 주파수대역에서 모두 VSWR값이 2.5보다 낮은 값으로 나타나 있다. 이와 같이, 사용주파수에서 VSWR값이 2.5이하라는 사실인 안테나가 효율적으로 작동하고 있음을 나타낸다. 즉, 본 발명은 트리플밴드 안테나로 구현된 형태에서도 사용주파수에 대한 충분한 대역폭을 확보할 수 있다. 도3의 실시형태의 경우에 GSM대역(890㎒부근)에서 다소 높은 VSWR값을 나타내고 있으나, 이는 도4의 실시형태와 같이, 매칭패드 및(또는) 오픈스터브를 부가하여 임피던스를 매칭함으로써 쉽게 해결할 수 있다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 도3 및 도4에 도시된 제1 실시형태에서 채용된 루프형 급전라인과 다른 제2 실시형태에 따른 PIFA를 제공될 수 있다. 제2 실시형태의 PIFA에 따르면, 루프형 급전라인의 타단을 단락핀부분 또는단락핀에 형성된 접지용 연결패드에 연결하여 형성할 수도 있다. 이러한 제2 실시형태에서는, 제1 실시형태와 달리 방사패치를 위한 급전은 종래의 방식과 같이 급전핀을 통해 이루어지긴 하나. 소정의 길이로 형성되고 방사패치와 이격되어 LC결합형 급전라인을 형성한다는 점은 동일하다.

도6a 및 6b는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 PIFA(60) 및 그 루프형 급전라인(66)의 개략사시도이다.

도6a를 참조하면, 상기 PIFA(60)는 거의 직육면체상인 세라믹소체(61)를 이용하여 구현된 형태이자, 탑재될 인쇄회로기판 부위에 접지부가 제거된 상태에서 적용되는 안테나 구조의 예이다. 상기 PIFA(60)는 방사패치(62), 단락핀(64), 및 루프형 급전라인(66)이 각 면에 형성된 세라믹소체로 이루어진다. 상기 급전핀(65)은 방사패치(62)와 소정의 간격으로 이격되어 전자기적 결합(Electro-Magnetic Coupling)을 통해 급전하는 구조를 채택하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 직접 연결되어 급전할 수도 있다. 또한, 단락핀(64)은 상기 방사패치(62)를 단락시키기 위해 일단이 연결되어 있으며, 상기 루프형 급전라인(66)의 일단은 급전핀(65)의 일단에 연결되고 상기 단락핀(64)의 타단까지 연결되는 구조를 갖는다. 도6b와 같이, 상기 단락핀(64)의 타단은 이동통신단말기의 하우징에 마련된 접지판과 연결하기 위한 연결패드(64')가 마련될 경우에, 상기 루프형 급전라인(66)은 그 연결패드(64')에 연결되어 접지되는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 따른 루프형 급전라인(66)은 도6b에 별도로 도시되어 있다.도6b와 같이, 루프형 급전라인(66)은 접지된 단락핀(64: 특히, 연결패드(64'))과 전류를 공급하는 급전핀(65)의 각 단부에 연결되어, 자체적으로 소정의 주파수대역에서 공진되는 전기적 길이를 갖는다. 또한, 급전핀(65)을 통해 방사패치(62)에 전류를 유기시켜 다른 주파수 대역에서 사용될 수 있다. 이와 같이, 도6a 및 6b의 실시형태는 듀얼밴드 안테나로서 작동한다. 본 실시형태에서도, 상기 방사패치(62)에 앞선 실시형태들과 같이 소정의 슬롯을 형성하는 경우에는 트리플밴드 안테나의 구현도 가능하다는 것은 본 명세서 설명 전반을 통해 당업자에게 자명해진 사실이다.

도7은 도6a에 도시된 제2 실시형태에 따른 PIFA의 VSWR값을 나타내는 그래프이다. 도7의 그래프는 상기 제2 실시형태에 따라 제조된, GPS대역(1.57-1.58㎓)과 PCS대역(1.75-1.87㎓)에서 동작하는 PIFA의 결과이다.

도7에 도시된 바와 같이, 상기 PIFA는 VSWR값이 2.5이하가 600㎒의 넓은 대역폭을 나타냈으며, 그 대역폭에는 원하는 사용주파수대역인 GPS대역과 PCS대역이 모두 포함되어 있음을 알 수 있다. 본 실시형태보다 소형화시킬 경우에는 WCDMA(IMT-2000)대역에서 사용가능한 안테나를 설계할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은 루프형 급전라인을 채용함으로써 다양한 형태로 멀티밴드 안테나를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 그 주파수대역도 보다 넓게 확보할 수 있음을 알 수 있다.

나아가, 본 발명의 제1 실시형태와 제2 실시형태에 따른 급전라인은 결합하여 하나의 안테나에 적용한 제3 실시형태를 제공할 수도 있다. 도8은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 두 형태의 급전라인을 결합한 PIFA의 개략사시도이다.

도8을 참조하면, 전체적으로는 도6과 유사하게 세라믹 소체(71)에 단락핀(74)과 급전핀(75)이 형성되며, 루프형의 급전라인(76,86)을 채용하고 있으나, 도6의 루프형 급전라인(66)의 연결구조와 유사한 제1 길이를 갖는 제1 루프형 급전라인(76) 외에도 추가적으로 제2 길이를 갖는 제2 루프형 급전라인(86)이 형성되어 있다. 상기 제2 루프형 급전라인(86)은 상기 급전핀의 일단에 연결되어 상기 제1 루프형 급전라인(76)과 병렬로 형성된다.

또한, 방사패치는 일 경계로부터 시작하여 다른 경계로 연장된 슬롯(S)에 의해 상기 급전핀(75)의 타단을 통해 급전되는 제1 패치영역(72)과 상기 제2 루프형 급전라인(86)의 타단에 연결되어 급전되는 제2 패치영역(82)으로 분할되어 있다. 이와 같이 제1 실시형태와 제2 실시형태에서 사용된 루프형 급전라인의 두 형태를 결합하여 구현할 수도 있다. 상기 PIFA(70)은 두 루프형 급전라인(76,86)에 대한 전기적 공진길이와 두 방사패치영역(72,82)에 대한 전기적 공진길이을 달리 형성하여 4개의 주파수대역에서 작동하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 루프형 급전라인을 예시하였으나, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 급전라인은 민더라인형상 등의 다양한 형상으로 변경할 수 있다. 이러한 다른 급전라인 구조를 채용한 PIFA(90)구조는 도9에 도시되어 있다. 도9에 도시된 급전라인(96a,96b,96c)은 일부(96b)가 다른 평면공간 상에 형성된 형태이다. 본 실시형태에서는, 이러한 급전라인 구조를 용이하게 구현하기 위해, 2개의 유전체층(91a,91b)을 적층된 구조를 채용하고 있다.

도9의 PIFA(90)는 방사패치(92), 급전핀(95), 그로부터 연장된 급전라인(96a,96b,96c), 그 급전라인의 단부에 형성되어 방사패치와 연결하는 연결핀(63) 및 방사패치를 접지시키는 단락핀(94)로 구성된다. 급전라인의 구조는 도3에 도시된 제1 실시형태와 유사한 연결구조를 갖고 있으나, 2개의 유전체층을 이용하여 입체적인 형상을 갖는다. 즉, 본 실시형태에 따른 급전라인은 제1 유전체층(96a)의 하면에 급전핀의 일단과 연결되어 형성된 라인부분(96a)과, 그와 연결되어 제1 유전체층 상면(또는 제2 유전체 하면)에 형성된 라인부분(96b)과 상기 라인부분(96b)에 연결되고 다시 제1 유전체층 하면 상에 형성되어 연결핀을 통해 방사패치와 연결되는 부분(96c)으로 이루어질 수 있다. 이러한 다른 평면공간 상에 일부를 형성하여 입체적인 급전라인구조를 형성하는 방식은 다양하게 구현될 수 있으며, 이러한 형태에 따른 라인의 길이, 면적 및 다른 도전패턴과 간격 등을 달리하는 설계의 자유도를 증대시킬 수 있다. 이와같이, 급전라인은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 본 실시형태와 같은 다른 평면상에 일부를 형성하는 입체적 형상 외에도, 민더라인형상을 급전라인의 전체 또는 부분으로 채용할 수도 있으며, 상기 입체적형상과 결합하여 구현될 수도 있다.

또한, 본 실시형태에서는 2개의 유전체층을 사용하였으나, 이에 한정되지는 아니하며, 즉, 유전체층의 수를 달리할 수도 있으며 이층구조를 갖는 유전체케이스를 사용할 수 있다. 나아가, 다른 평면상에 급전라인부분의 연결을 측면에 형성된도전패턴을 통해 연결하나, 도전성 비아홀방식으로 연결할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 평판 역 F 안테나에 따르면, 급전라인의 길이 및 형상과 오픈스터브 및 매칭패드를 이용하여 안테나를 보다 소형화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 멀티밴드특성을 위한 설계의 자유도를 향상시키면서도 사용주파수의 대역폭을 넓게 확보할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

외부회로에 연결하기 위한 급전핀과, 상기 급전핀에 일단이 연결되며 소정의 길이를 갖는 급전라인으로 이루어진 급전부;

상기 급전부와 소정의 간격으로 이격된 공간 상에 형성되며, 상기 급전부의 일부와 연결되어 그로부터 공급되는 전류를 유기하는 방사패치; 및

상기 방사패치에 일단이 연결되고 타단은 접지되는 단락부를 포함하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서,

상기 급전라인은 루프형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서,

상기 급전라인은 민더라인형상으로 이루어진 것을 특징을 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서,

상기 안테나는 적층된 복수개의 유전체층의 각 표면에 도전성 패턴으로 형성되고,

상기 급전라인은 적어도 그 일부가 다른 유전체층의 표면 또는 동일한 유전체층의 다른 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서,

상기 방사패치에 연결된 상기 급전부의 일부는 상기 급전라인의 타단인 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제5항에 있어서, 상기 급전라인은,

그 타단과 상기 방사패치를 연결하기 위한 연결핀을 더 포함하는 것을 평면 역 F 안테나.
제5항에 있어서, 상기 방사패치는,

일단이 일 경계에서 시작하여 타단이 상기 방사패치의 내부영역에 포함되도록 형성된 슬롯을 포함하고, 상기 슬롯에 의해 실질적으로 두 패치영역으로 구분되어 서로 다른 주파수대역에서 공진되도록 전기적 길이를 상이한 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제7항에 있어서,

상기 슬롯은 상기 방사패치의 내부영역에 포함된 타단이 급전되는 영역과 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제7항에 있어서,

상기 급전라인은 상기 방사패치에 형성된 슬롯과 거의 중첩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서,

상기 급전라인는 일단이 상기 급전부의 양단 사이 부분에 연결되며, 타단이 상기 단락부의 접지된 타단에 연결되며,

상기 방사패치는 상기 급전핀의 타단을 통해 전류를 공급받는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제10항에 있어서, 상기 방사패치는,

일단이 일 경계로부터 시작하여 타단이 다른 경계까지 연장되어 형성된 슬롯을 포함하며, 상기 슬롯에 의해 상기 단락부의 일단과 연결된 제1 패치영역과 제2 패치영역으로 분할되고,

상기 안테나는, 일단이 상기 급전핀의 일단에 연결되며 타단이 상기 제2 패치영역과 연결된 추가적인 급전라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제11항에 있어서,

상기 슬롯의 양 단은 방사패치의 동일한 변에 인접하여 위치한 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제10항에 있어서,

상기 급전핀의 타단은 상기 방사패치와 소정의 거리로 이격되어 전자기적 결합(electro-magnetic coupling)을 형성하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제10항에 있어서,

상기 급전핀의 타단은 상기 방사패치에 연결된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서,

상기 단락부의 접지된 타단은 상기 안테나가 탑재될 이동통신단말기에 마련된 접지판과 연결하기 위한 연결패드가 마련된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 방사패치와 대향하는 면에 형성되어 상기 단락부의 타단과 연결된 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서,

상기 급전라인은 그 길이 및 면적에 의해 인덕턴스값 및 캐패시턴스값이 조절가능한 LC결합형 급전라인인 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 급전라인 중 상기 급전핀과 인접한 부분에 형성되어 그 급전라인의 공진 임피던스를 조절하기 위한 매칭패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제1항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 급전핀의 일단에 연결되어 상기 급전라인과 병렬로 형성된 소정의 길이를 갖는 오픈 스터브(open stub)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
전류를 급전하기 위한 급전핀;

일단이 상기 급전핀의 일단에 연결되며, 소정의 길이를 갖는 형성된 급전라인;

일단이 상기 급전라인의 타단에 연결된 연결핀;

상기 급전라인과 소정의 간격으로 이격된 평면 상에 형성되며 상기 연결핀의 타단에 연결되어 공급받은 전류를 유기하며, 일단이 일 경계에서 시작하여 타단이패치의 내부영역에 포함되는 슬롯이 형성된 방사패치; 및

상기 방사패치에 일단이 연결되고 타단이 접지된 단락부를 포함하는 평면 역F 안테나.
제20항에 있어서,

상기 안테나는 거의 케이스형상인 절연체 구조물 상에 도전체로 이루어지며, 상기 케이스형상인 절연체 구조물은 측벽부로 둘러싸인 내부면과 그 내부면에 대응하는 외부면을 가지며,

상기 방사패치는 상기 케이스형상인 절연체 구조물의 외부면에 형성되며, 상기 급전라인은 상기 케이스형상인 절연체 구조물의 내부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제21항에 있어서,

상기 방사패치와 상기 급전라인을 연결하는 상기 연결핀은 상기 절연체 구조물을 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제21항에 있어서,

상기 급전핀은 상기 급전라인의 일단으로부터 연장되어 적어도 측벽부의 높이보다 길게 형성된 도전체인 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제21항에 있어서,

상기 단락부는 상기 방사패치로부터 연장되어 적어도 측벽부의 높이보다 길게 형성된 도전체인 것을 특징으로 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서,

상기 급전라인은 루프형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서,

상기 급전라인은 민더라인형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서,

상기 안테나는 적층된 적어도 2개의 유전체층의 각 표면 상에 도전패턴으로 형성되고,

상기 급전라인은 적어도 그 일부가 다른 유전체층의 표면 또는 동일한 유전체층의 다른 표면상에 형성된 것을 특징으로 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서,

상기 슬롯은 상기 방사패치의 내부영역에 포함된 타단이 급전되는 영역과 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서,

상기 단락부의 일단이 연결된 방사패치영역과 상기 급전라인에 연결된 방사패치영역은 동일한 변상에 인접하여 위치한 것을 특징으로 하는 평면 역F 안테나.
제20항에 있어서,

상기 단락부의 접지된 타단은 상기 안테나가 탑재될 이동통신단말기에 마련된 접지판과 연결하기 위한 연결패드가 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 단락부의 타단과 연결된 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 급전라인 중 상기 급전핀과 인접한 부분에 형성되어 상기 급전라인의 공진 임피던스를 조절하기 위한 매칭패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제20항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 급전핀의 타단에 연결되어 상기 급전라인과 병렬로 형성된 소정의 길이를 갖는 오픈 스터브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
일단에 급전패드를 구비하며 전류를 급전하기 위한 급전핀;

일단이 상기 급전핀에 연결되며 소정의 길이를 갖는 급전라인;

상기 급전라인과 소정의 간격으로 이격된 공간에 형성되며, 상기 급전부로부터 공급된 전류를 유기시키는 방사패치; 및

일단이 상기 방사패치에 연결되고 타단이 상기 급전라인의 타단이 연결되며, 그 타단에는 상기 안테나가 탑재될 이동통신단말기에 마련된 접지판과 연결하기 위한 연결패드를 갖는 단락핀을 포함하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서,

상기 급전라인은 루프형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서,

상기 급전라인은 민더라인형상으로 이루어진 것을 특징을 하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서,

상기 안테나는 적층된 적어도 2개의 유전체층의 각 표면에 도전성 패턴으로 형성되고,

상기 급전라인은 적어도 그 일부가 다른 유전체층의 표면 또는 동일한 유전체층의 다른 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서, 상기 방사패치는,

일단이 일 경계에서 시작하여 타단이 상기 방사패치의 내부영역에 포함되도록 형성된 슬롯을 포함하고, 상기 슬롯에 의해 실질적으로 구분된 두 패치영역이 서로 다른 주파수대역에서 공진되도록 전기적 길이를 상이한 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제38항에 있어서,

상기 슬롯은 상기 방사패치의 내부영역에 포함된 타단이 급전되는 영역과 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서,

상기 급전핀의 타단은 상기 방사패치와 소정의 거리로 이격되어 전자기적 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서,

상기 급전핀의 타단은 상기 방사패치에 연결된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 급전라인 중 상기 급전핀과 인접한 부분에 형성되어 그 급전라인의 공진 임피던스를 조절하기 위한 매칭패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제34항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 급전핀의 타단에 연결되어 상기 급전라인과 병렬로 형성된 소정의 길이를 갖는 오픈 스터브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
전류를 급전하기 위한 급전핀;

일단이 상기 급전핀의 일단에 연결되며, 제1 길이를 갖는 제1 급전라인;

상기 급전핀의 일단에 그 일단이 연결되어 상기 제1 급전라인과 병렬로 형성되며 제2 길이를 갖는 제2 급전라인;

상기 제1 및 제2 급전라인과 각각 소정의 간격을 두고 형성되며, 일 경계로부터 시작하여 다른 경계로 연장된 슬롯에 의해 상기 급전핀의 타단을 통해 급전되는 제1 패치영역과 상기 제2 급전라인의 타단에 연결되어 급전되는 제2 패치영역으로 분할된 방사패치;및

일단에는 상기 안테나가 탑재될 이동통신단말기에 마련된 접지판과 연결하기 위한 연결패드가 형성되고, 타단은 상기 제1 패치영역과 연결되며, 상기 연결패드에는 상기 제1 급전라인의 타단이 연결되는 단락부를 포함하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서,

상기 제1 및 제2 급전라인 중 적어도 하나는 루프형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서,

상기 제1 및 제2 급전라인 중 적어도 하나는 민더라인형상으로 이루어진 것을 특징을 하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서,

상기 안테나는 적층된 적어도 2개의 유전체층의 각 표면에 도전성 패턴으로 형성되고,

상기 제1 및 제2 급전라인 중 적어도 하나는 적어도 그 일부가 다른 유전체층의 표면 또는 동일한 유전체층의 다른 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서,상기 급전라인은,

그 타단과 상기 방사패치를 연결하기 위한 연결핀을 더 포함하는 것을 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서,

상기 방사패치에 형성된 슬롯의 양 단은 방사패치의 동일한 변 상에 위치한 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서,

상기 급전핀의 타단은 상기 방사패치와 소정의 거리로 이격되어 전자기적 결합을 형성하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서,

상기 급전핀의 타단은 상기 방사패치에 연결된 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 제1 및 제2 급전라인 중 적어도 하나에는 상기 급전핀과 인접한 부분에 형성되어 공진 임피던스를 조절하기 위한 매칭패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.
제44항에 있어서, 상기 안테나는,

상기 급전핀의 일단에 연결되어 상기 제1 및 제2 급전라인과 병렬로 형성된 소정의 길이를 갖는 오픈 스터브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 역 F 안테나.