KR20040001030A - 초소형 모노폴 칩안테나 - Google Patents

Abstract

인체의 진동을 이용한 음성인식 무선통신 시스템에서 사용할 수 있도록 초소형화가 가능하게, 급전이 이루어지는 급전부와, 접지가 이루어지는 접지부와, 급전부에 연결되고 중심주파수 파장(λ)의 1/10∼1/40 정도 높이로 수직으로 세워서 설치되는 직선부와 직선부의 위쪽 끝부분으로부터 연결되어 직선부 주위를 소정의 간격을 두고 사각기둥형상으로 감싸면서 접지부쪽으로 헬리컬라인형상 또는 미앤더라인형상으로 감아내려 설치되는 주변부로 이루어지며 직선부와 주변부의 전체 길이가 중심주파수 파장(λ)의 1/2 또는 1/4인 안테나부를 포함하는 초소형 모노폴 칩안테나를 제공한다.

Description

초소형 모노폴 칩안테나 {Miniaturized Monopole Chip Antenna}

본 발명은 초소형 모노폴 칩안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 헬리컬라인형상 또는 미앤더라인형상으로 안테나부를 형성하는 것에 의하여 인체의 진동을 이용한 음성인식 무선통신 시스템에서 사용할 수 있도록 초소형화가 가능한 초소형 모노폴 칩안테나에 관한 것이다.

현대의 통신 시스템은 더욱더 편리한 생활을 목적으로 다양한 무선통신 시스템이 개발되고 있다.

이러한 무선통신 시스템 중에는 통신기기를 손으로 휴대하지 않고, 무선통신을 할 수 있도록 통신기기를 인체에 밀착 또는 삽입시켜 성대의 울림에 의한 떨림을 마이크가 감지하여 통화자의 정보를 무선으로 송신하는 인체 진동 음성인식 무선시스템이 개발되고 있다. 즉 송수신기와 안테나를 하나의 캡슐화 하여 귀에 삽입하는 경우에 인체의 성대 울림을 송수신기에 내장되어 있는 소형 마이크가 쉽게감지할 수 있고, 이러한 정보를 약 5m 이내의 근거리 통신에 이용할 수 있다.

상기한 인체 진동 음성인식 무선통신 시스템에서 가장 중요하게 고려되어야 할 사항은 무선통신기기가 귀와 같은 인체의 한부분에 밀착 또는 삽입되어야 하기 때문에 휴대의 유무도 모를 정도로 소형화되어야 한다는 것이다. 그리고 송수신기를 보청기와 같이 귀에 삽입시킬 경우 송신안테나가 머리의 뇌부분과 인접되어 위치하여 전자파 피해가 예상되므로 가능한 한 사용주파수를 낮게 할 필요성이 있으며, 일반적으로 주파수를 300㎒로 설정한다.

상기와 같이 송수신 시스템을 소형화하기 위해서는 특히 안테나의 소형화가 더욱 절실히 요구되며, 소형화에 따른 광대역화가 문제로 대두된다.

그런데 안테나를 소형화하기 위해서는 유전체를 사용하여 크기를 줄이는 방법과 구조적으로 λ/2 또는 λ/4 등으로 실제 길이를 작은 크기로 변형시키는 방법으로 실효 길이를 증가시키는 방법이 알려져 있다.

상기에서 유전체를 사용하는 방법은 크기를 소형화하는 것은 간단하지만, 제조가 어렵고 제조비용이 많이 소요된다.

따라서 효율면에서는 어느 정도는 구조적으로 소형화를 이루고, 여기에 유전체를 이용하여 안테나의 크기를 소형화시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 유전체를 이용하여 소형화하기 이전에 구조적으로 안테나의 크기를 λ/20로 축소할 수 있는 초소형 모노폴 칩안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 일실시예를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 일실시예에 있어서 급전부와 접지부의 구조를 나타내는 부분확대 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 다른 실시예를 나타내는 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 일실시예에 있어서 반사손실을 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 일실시예에 있어서 X-Z 평면의 E-plane 방사패턴을 나타내는 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 일실시예에 있어서 Y-Z 평면의 E-plane 방사패턴을 나타내는 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 일실시예에 있어서 X-Y 평면의 H-plane 방사패턴을 나타내는 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 다른 실시예에 있어서 반사손실을 나타내는 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 다른 실시예에 있어서 X-Z 평면의 E-plane 방사패턴을 나타내는 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 다른 실시예에 있어서 Y-Z 평면의 E-plane 방사패턴을 나타내는 그래프.

도 11은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 다른 실시예에 있어서 X-Y 평면의 H-plane 방사패턴을 나타내는 그래프.

본 발명이 제안하는 초소형 모노폴 칩안테나는 급전이 이루어지는 급전부와, 접지가 이루어지는 접지부와, 상기한 급전부에 연결되고 중심주파수 파장(λ)의 1/10∼1/40 정도 높이로 수직으로 세워서 설치되는 직선부와 상기한 직선부의 위쪽 끝부분으로부터 연결되어 직선부 주위를 소정의 간격을 두고 사각기둥형상으로 감싸면서 접지부쪽으로 나선형상으로 감아내려 설치되는 주변부로 이루어지며 직선부와 주변부의 전체 길이가 중심주파수 파장(λ)의 1/2 또는 1/4인 안테나부를 포함하여 이루어진다.

상기에서 주변부는 헬리컬라인(helical line)형상 또는 미앤더라인(meander line)형상으로 사각기둥을 감아내려오는 형상으로 형성한다.

다음으로 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 급전이 이루어지는 급전부(10)와, 접지가 이루어지는 접지부(20)와, 상기한 급전부(10)에 연결되고 중심주파수 파장(λ)의 1/10∼1/40 정도 높이로 수직으로 세워서 설치되는 직선부(32)와 상기한 직선부(32)의 위쪽 끝부분으로부터 연결되어 직선부(32) 주위를 소정의 간격을 두고 사각기둥형상으로 감싸면서 접지부(20)쪽으로 나선형상으로 감아내려 설치되는 주변부(34)로 이루어지며 직선부(32)와 주변부(34)의 전체 길이가 중심주파수 파장(λ)의 1/2 또는 1/4인 안테나부(30)를 포함하여 이루어진다.

상기한 급전부(10)와 접지부(20)는 서로 절연상태를 유지하도록 절연층(18)이 급전부(10)와 접지부(20) 사이에 형성된다.

상기한 급전부(10)에는 급전선(도면에 나타내지 않음)이 연결되고, 상기한 접지부(20)에는 접지선(도면에 나타내지 않음)이 연결된다.

상기한 안테나부(30)에 있어서, 주변부(34)의 내부는 유전체로 채워진다.

상기한 실시예에 있어서는 주변부(34)의 내부에 채워지는 유전체로 비유전율(ε_r)이 1.0인 공기층을 이용한다.

상기에서 유전체로 공기층을 이용하는 경우에는 상기한 안테나부(30)에 있어서 사각기둥형상을 가상으로 설정하여 주변부(34)를 형성한다.

상기한 유전체로는 공기층 이외에도 테프론, 세라믹, 유리, 에폭시 등과 같은 다양한 재질이 사용 가능하다.

상기에서 중심주파수를 300㎒로 설정하는 경우에는 상기한 안테나부(30)가 형성되는 사각기둥형상을 높이 50㎜×폭 10㎜×두께 2㎜로 형성하는 것이 바람직하다. 즉 중심주파수가 300㎒인 경우에는 파장(λ)이 1m이므로, 파장(λ)의 1/20인 50㎜를 높이로 하는 사각기둥형상을 가상하여 안테나부(30)를 형성한다.

상기한 안테나부(30)의 전체 길이(직선부(32)의 길이와 주변부(34)를 펼친 길이의 합)는 λ/2 또는 λ/4로 설정한다.

상기에서 안테나부(30)의 전체 길이를 λ/4(중심주파수가 300㎒인 경우에는 250㎜)로 설정하는 경우에는 상기한 직선부(32)의 길이(높이)를 50㎜로 형성하고, 주변부(34)를 200㎜의 길이가 높이 50㎜×폭 10㎜×두께 2㎜인 사각기둥의 표면을나선형상으로 감으면서 접지부(20)쪽으로 내려오는 형상으로 형성한다.

상기와 같이 주변부(34)를 나선형상으로 형성하면, 전체 길이에 의한 공진 주파수 및 소형화에 따른 커패시턴스 성분을 나선구조에 의한 리액턴스 성분으로 임피던스 정합되어 또 다른 공진 주파수를 활용할 수 있어 광대역화가 이루어진다.

그리고 주변부(34)의 나선형상을 급전방향의 역방향으로 위치시키는 것에 의하여 소형화가 이루어진다.

상기에서 사각기둥(직육면체)형상으로 안테나부(30)를 형성하면, 초소형화를 위한 적층형이나 벌크형의 유전체 공정에 있어서 제작 및 표면장착이 용이하다.

상기에서는 안테나부(30)의 주변부(34)를 사각기둥형상으로 감아내려오는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 원기둥이나 육각기둥형상 등으로 감아내려오는 것도 가능하다.

상기한 주변부(34)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 헬리컬라인(helical line)형상으로 사각기둥을 감아내려오는 형상으로 형성한다.

또 상기한 주변부(34)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 미앤더라인(meander line)형상으로 사각기둥을 감아내려오는 형상으로 형성하는 것도 가능하다.

도 4∼도 7은 도 1에 나타낸 바와 같이 상기한 주변부(34)를 헬리컬라인형상으로 형성한 실시예에 있어서 반사손실과 방사패턴을 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 8∼도 11은 도 3에 나타낸 바와 같이 상기한 주변부(34)를 미앤더라인형상으로 형성한 실시예에 있어서 반사손실과 방사패턴을 측정하여 나타낸 그래프이다.

도 4에 나타낸 바와 같이 상기한 주변부(34)를 헬리컬라인형상으로 형성한경우에 있어서는 중심주파수 300㎒에서 반사손실 특성이 -10.0dB로 나타나고, -3dB 대역폭은 65㎒(21.67%)로 나타난다.

상기에서 -3dB 대역폭은 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나가 대략 5m 이내의 근거리 통신용으로 사용되어 안테나의 이득이 크게 요구되지 않기 때문에 설정하였다.

그리고 인체 진동 음성인식 무선통신 시스템에 있어서는 대략 60㎒의 -3dB 대역폭을 설정하므로, 본 실시예는 이러한 대역폭을 충분하게 만족시키고 있다.

도 5∼도 7에 나타낸 바와 같이 헬리컬라인형상으로 상기한 주변부(34)를 형성한 경우의 방사패턴은 일반적인 모노폴 안테나의 특성과 유사하다.

즉 X-Z 평면 및 Y-Z 평면의 E-plane은 중심주파수 300㎒에 있어서 최대 이득이 -6dBd의 전형적인 8자형 방사패턴 특성을 나타내고, -3dB 빔폭은 대략 74°를 나타낸다. 그리고 X-Y 평면의 H-plane은 일반적인 모노폴 안테나와 마찬가지로 전방향성을 나타내고, 중심주파수 300㎒에서 평균 -8.5dBd를 나타낸다.

도 8에 나타낸 바와 같이 상기한 주변부(34)를 미앤더라인형상으로 형성한 경우에 있어서는 중심주파수 300㎒에서 반사손실 특성이 -6.4dB로 나타나고, -3dB 대역폭은 65㎒(21.67%)로 나타난다. 즉 반사손실 특성이 헬리컬라인형상으로 형성한 경우에 비하여 중심주파수에서 -3.6dB 크게 나타나고, 대역폭 특성은 거의 같은 것으로 나타난다.

도 9∼도 11에 나타낸 바와 같이 미앤더라인형상으로 상기한 주변부(34)를 형성한 경우의 방사패턴은 상기한 헬리컬라인형상으로 형성한 경우의 방사패턴과유사하다.

즉 X-Z 평면 및 Y-Z 평면의 E-plane은 중심주파수 300㎒에 있어서 최대 이득이 -5dBd의 전형적인 8자형 방사패턴 특성을 나타내고, -3dB 빔폭은 대략 66°를 나타낸다. 그리고 X-Y 평면의 H-plane은 일반적인 모노폴 안테나와 마찬가지로 전방향성을 나타내고, 중심주파수 300㎒에서 평균 -8dBd를 나타낸다.

상기에서는 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나에 의하면, 인체 진동 음성인식 무선통신 시스템에서 설정된 대역폭인 -3dB 대역폭 60㎒(20%)를 충분하게 만족하는 -3dB 대역폭 65㎒(21.67%)를 나타내므로, 인체에 부착 또는 삽입한 상태에서 성대의 떨림을 감지하여 무선통신을 행하는 300㎒ 대역의 인체 진동 음성인식 무선통신 시스템에 적용할 수 있도록 소형화된 안테나를 제공하는 것이 가능하다.

더욱이 본 발명에 따른 초소형 모노폴 칩안테나에 있어서는 유전체를 사용하여 소형화를 행하는 경우에는 더욱 초소형화가 가능해진다. 따라서 귓속에 삽입하여 근거리 통신의 송수신용 안테나로서 사용이 가능하다.

Claims (4)

1. 급전이 이루어지는 급전부와,

   접지가 이루어지는 접지부와,

   상기한 급전부에 연결되고 중심주파수 파장(λ)의 1/10∼1/40 정도 높이로 수직으로 세워서 설치되는 직선부와 상기한 직선부의 위쪽 끝부분으로부터 연결되어 직선부 주위를 소정의 간격을 두고 사각기둥형상으로 감싸면서 접지부쪽으로 나선형상으로 감아내려 설치되는 주변부로 이루어지며 직선부와 주변부의 전체 길이가 중심주파수 파장(λ)의 1/2 또는 1/4인 안테나부를 포함하는 초소형 모노폴 칩안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기한 주변부는 헬리컬라인형상 또는 미앤더라인형상으로 감아내려오는 형상으로 형성하는 초소형 모노폴 칩안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기한 주변부의 내부는 유전체로 채워지며,

   상기한 유전체로는 공기층, 테프론, 세라믹, 유리, 에폭시 중에서 선택하여 사용하는 초소형 모노폴 칩안테나.
4. 제1항에 있어서,

   중심주파수를 300㎒로 설정하고,

   상기한 안테나부가 형성되는 사각기둥형상을 높이 50㎜×폭 10㎜×두께 2㎜로 설정하고,

   상기한 안테나부의 직선부 높이를 중심주파수 파장의 1/20로 설정하고,

   상기한 안테나부의 전체 길이를 중심주파수 파장의 1/4로 설정하는 초소형 모노폴 칩안테나.