KR200323260Y1 - 휴대형 소형 수신기를 위한 목걸이 형태의 안테나 - Google Patents

Abstract

본 고안은 사람의 목걸이 형태를 이용한 안테나에 관한 것으로, 지상파 AM, FM 방송, 아날로그 TV방송, 디지털 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)방송, 디지털 TV방송 등 광대역에 걸쳐 방송을 수신할 수 있는 광대역 안테나와 그 장치에 관한 것이다. 본 고안은 도전선을 작은 직경의 헬리컬 형태나 루프 형태로 감아서 부드러운 비 전도성 튜브 속에 삽입하여 목걸이 형태로 안테나를 만들어 이용함으로써 휴대폰이나, PDA등 작은 휴대 단말기용 방송 수신용 안테나로서 VHF대 이하의 비교적 낮은 주파수대에서 우수한 성능을 가지며, 인체에 부착하여 안테나의 성능을 높이고 지향성을 적도록 하며, 소형 휴대 단말기의 분리형 저 가격의 안테나로서의 성능을 극대화 할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

휴대형 소형 수신기를 위한 목걸이 형태의 안테나 {A antenna with type of necklace for the small portable receiver}

본 고안은 휴대형 소형 단말기인 휴대폰이나 PDA등을 이용하여 지상파 방송을 수신하기 위한 안테나에 관한 것이다. 기존에는 단말기의 외부표면에 모노폴 안테나나 다이폴 안테나를 크게 세워서 사용하거나, 이어폰 자체의 도전선을 이용하는 방법 등이 주류를 이루었다.

이러한 기존의 안테나 중 외부의 모노폴 안테나는 부러지기 쉽고, 대역폭이 좁아서 넓은 주파수 대역에서 계속 길이를 조정해야하며, TV방송의 경우 대부분 수평편파를 사용함으로 성능이 떨어진다. 그리고 안테나의 길이가 단말기에 비해 월등히 커서 미관상 수용하기 곤란하며, 사실상 휴대폰이나 PDA등의 소형 단말기에서는 사용할 수 가 없다.

그리고 이어폰 줄을 안테나로 사용하는 경우는 주로 FM방송의 수신에 활용되고 있으나, 형태와 유효길이 등의 값이 예측 불가능하므로 임피던스의 변화가 커서 성능의 변동이 크고 넓은 대역에서 좋은 특성을 갖도록 설계 및 제작할 수 가 없다.

상기와 같은 안테나들이 갖는 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안의 목적은 휴대용 단말 수신기에 있어서 지향성이 적고, AM, FM, DMB, TV등의 모든 방송의 수신이 가능하도록 사용 주파수 대역이 넓으며, 단말기에 안테나형태가 드러나지 않아 외관이 우수하고, 사용 시 사람의 접촉에 의해 성능이 더욱 좋아 지며, 목걸이 형태로 미관이 흉하지 않고, 가격이 저렴하고 성능이 우수한 방송 수신용 안테나를 구현하는데 있다.

도 1은 헬리컬 안테나 구조로 된 본 고안의 안테나 구성도

도 2는 루프 안테나 구조로 된 본 고안의 안테나 구성도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1, 11 : 도전선 보호튜브 2, 12: 안테나 도전선

3, 13 : 임피던스 정합 부 4, 14 : 연장 전송선로

5, 15 : 어뎁터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 헬리컬이나 루프타입의 도전선을 목걸이 형태로 구성하여 신호를 포착하는 안테나 부, 안테나부의 임피던스를 수신기 튜너의 입력임피던스와 같게 변환해주는 임피던스 정합부, 임피던스 정합부를 거쳐 수신기 튜너로 연결되는 연장 전송선로와 컨넥터 부로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 고안은 수신 안테나 부를 만드는 방법에 있어 지름이 가는 도전선을 볼펜의 스프링과 같이 헬리컬(Helical) 형태로 감아서 헬리컬안테나의 축 방향에 노오말(Normal)한 방향으로 전파가 방향성을 가짐을 이용하여, 헬리컬 안테나가 목걸이 형태의 루프(Loop)를 형성케 함으로써 모든 방향으로 방향성을 갖도록 하여 결국 방향성이 적도록 함을 특징으로 한다.

그리고 사람의 인체가 안테나 도전선에 가까이 접촉되게 함으로써 안테나의 정합특성이 좋아져서 효율이 증가하여 성능이 좋아지도록 함을 특징으로 한다.

또한 도전선을 헬리컬 형태로 하지 않고 목걸이와 동일한 형태의 루프형태로 구성하는 경우도 VHF대 주파수 이상에서 안테나로서의 기능이 좋으므로 이 경우도 본 고안의 범위에 속하는 특징으로 한다.

또한 본 고안은 헬리컬 형태로 안테나를 구성할 경우 임피던스는 회전수 N의 제곱에 비례하므로 회전수를 조정하여 임피던스를 정합하기 쉽게 할 수 있으며, 임피던스 정합부는 주파수를 고려하여 페라이트 코아(Ferrite core)를 이용한 임피던스 트랜스포머(Transformer)를 이용한 정합 방식을 사용함을 특징으로 한다. 이때 정합할 임피던스는 안테나의 임피던스와 수신기 튜너의 입력 임피던스가 같아지도록 하여야한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 헬리컬 안테나 구조로 된 본 고안의 안테나 구성도를 나타낸 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 안테나는 부드러운 보호 튜브(1)속에 헬리컬 형태로 내장된 안테나 도전선(2) 으로부터 방송신호를 포착하게 한다. 보호튜브는비금속 재질로 전파의 투과가 잘되는 소재 중에서 유연성이 좋은 소재인 실리콘이나 고무, PVC등의 소재가 적당하다.

헬리컬 회전수가 N이고, 헬리컬의 단면적이 S인 경우 이 헬리컬 안테나의 방사 저항R _r 은 식 1과 같다.

여기서 λ는 전파의 파장을 나타낸다. 그리고N는 헬리컬이 목걸이 형태로 구성되어 있으므로 전파가 도래하는 방향에 있어서의 헬리컬 또는 루프의 회전수를 나타낸다. 이 헬리컬이 또한 루프를 형성함으로 루프에 의한 방사 저항이 발생하여 이들을 벡터적으로 더하여 전체방사 저항이 결정되는데 헬리컬의 회전수를 변경하여 안테나 임피던스를 변경 할 수 있으므로 튜너와의 임피던스를 정합을 쉽게 구현할 수 있다.

도전선을 헬리컬 형태로 감을 때는 방향에 따라 유효임피던스가 균일하도록 하는 것이 방향에 따른 특성 변화를 줄이는 방법이 된다. 감는 도전선은 코팅된 원형(Round Wire)의 전도성이 좋은 구리선이 가장 좋다. 그러나 구리선이 아니더라도 금, 은, 철, 알루미늄 등 전도성을 갖는 금속의 재질은 가능하다. 한편 원형 도전선의 경우 도전선의 굵기는 취급의 용이성과 저항이나 손실을 고려하여 직경이 0.3㎜∼0.6㎜ 정도가 적당하나 하나의 단선(Single wire) 보다는 가는 여러 가닥의 도선을 모아서 좀더 유연성과 탄력을 좋게 하는 것이 좋다.

만일 튜너의 입력 임피던스가 75Ω인 것을 사용한다면 앞서의 방사저항을 임피던스 정합부(3)에서 75Ω으로 정합하여주면 되는 것이다. 여기서 튜너의 입력임피던스가 75Ω으로 제한되는 것은 아니다.

예를 들어 200MHz대에서 정합하기 위해 헬리컬의 직경을 a=2㎜로 할 경우, 루프의 S _L =0.05m²,N=1일 경우 헬리컬이 루프를 동시에 형성함으로 루프가 갖는 임피던스와 헬리컬이 갖는 임피던스의 합으로 나타나게 되는데 사실상 루프의 면적으로 임피던스가 결정되며 이때정도가 되어 정합은 페라이트 비드를 이용한 트랜스포머를 사용하여 두 임피던스의 비율에 맞게 감아서 구현하면 된다. 본 예의 경우 시중에서 흔히 구할 수 있는 1:4 트랜스포머를 사용하면 무난할 것이다.

임피던스 정합부(3)에서 튜너와의 접속을 위한 컨넥터(5)에 이르는 연장 전송선로(4)는 튜너의 입력 임피던스와 같은 특성 임피던스를 갖는 동축케이블을 사용할 수도 있고, 동일한 특성 임피던스를 갖는 평행 선로를 사용할 수 있다. 평행선로는 유연성이 좋은 특징을 갖지만 UHF대에서는 손실이 큰 단점도 갖는다. 평행 선로의 경우 두 평행한 둥근 전선이 갖는 임피던스는 식 2와 같다.

여기서는 공기중의 특성임피던스로 377Ω을 가지며,은 두 전선 사이의 상대 유전율이며, D는 두 전선 사이의 중심 거리이고, d는 둥근 전선의 직경을 나타낸다. 식 2는 다시 두 전선 사이의 상대유전율이 1에 가까울 경우 식 3과 같이 된다.

그러므로 D=1.86d인 경우 특성 임피던스 75Ω를 얻을 수 있다.

연장 전송선로를 수신기의 튜너부에 접속하기 위해서는 컨넥터(5)를 사용하여야한다. 컨넥터는 수신기가 제공하는 컨넥터 타입에 맞추어야 할 것이다.

도 2는 루프안테나 구조로 된 본 고안의 안테나를 나타낸 것이다.

보호 투브(11) 내부에 안테나 도전선(12)을 1∼6바퀴 감아서 사용하면 된다. 예를 들어 루프의 면적 S=0.03㎡, 주파수는 200MHz를 기준으로 할 경우 λ=1.5m, 원하는 임피던스를 75Ω으로 하게 되면, 회전수N=3.5를 얻게 된다. 따라서 이 경우 4번 회전하여 루프를 구성하게 되면 별도의 임피던스 정합 없이도 200MHz 대에서 좋은 안테나가 되는 것이다. 여기에 사용하는 도전선도 상기 헬리컬 안테나의 경우와 마찬가지로 여러 가는 도전선 들을 여러 겹으로 사용하여 유연성과 탄력이 좋도록 하는 것이 좋다. 회전수가 1회 이거나 임피던스 차이가 많이 나는 경우는 상기 헬리컬 안테나와 같이 임피던스 정합(13)을 하여 주면 된다. 그리고 임피던스 정합부(13) 이후의 과정은 상기 헬리컬 안테나의 경우와 동일하다.

상기와 같이 목걸이 형태로 헬리컬 타입이나, 루프 타입으로 도전선을 구성하여 외장형 안테나를 휴대폰이나, PDA등 휴대형 단말기용 방송 수신용 안테나로 활용함으로써 우수한 성능을 가지며, 인체에 근접하여 안테나의 성능을 높이고 지향성이 적도록 하며, 소형 단말기의 외관을 해치지 않으며, 분리형 저 가격 안테나로서의 성능을 극대화 할 수 있다.

이상에서 본 고안의 목걸이 형태로 헬리컬 타입이나, 루프 타입으로 구성한안테나에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 고안의 가장 양호한 예를 설명한 것이지 본 고안을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 고안의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (5)

1. 목걸이 형태로 구성하여 신호를 포착하는 도전선, 상기 도전선의 임피던스를 수신기 튜너의 입력임피던스와 같게 변환해주는 임피던스 정합부, 상기 임피던스 정합부를 거쳐 상기 수신기 튜너로 연결되는 연장 전송선로와 컨넥터 부로 구성됨을 특징으로 하며, 인체에 근접 접촉토록 하여 성능을 높이고 지향성이 적도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 단말기용 방송 수신 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전선을 헬리컬 형태로 감아서 가늘고 유연한 튜브 속에 넣어 목걸이 형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 소형 단말기용 방송 수신 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전선을 루프 형태로 가늘고 유연한 튜브 속에 1회 이상 감아 넣어 목걸이 형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 소형 단말기용 방송 수신 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전선은 회전수와 루프의 면적에 따라서 임피던스가 달라짐을 이용하여 상기 수신기 튜너의 입력 임피던스에 정합하는 것을 특징으로 하는 소형 단말기용 방송 수신 안테나.

   수신 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 임피던스 정합부를 거쳐 상기 수신기 튜너로 연결되는 상기 연장 전송선로를 구현함에 있어서, 상기 수신기 튜너의 입력 임피던스와 같은 특성 임피던스를 갖는 유연한 평행 선로 또는 동축케이블을 사용함을 특징으로 하는 소형 단말기용 방송 수신 안테나.