KR20040004217A - 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 랜 장치에 사용되는 안테나로서, 서로 다른 주파수대역에서 동작할 수 있는 듀얼 밴드 동작특성과 방사패턴 특성이 향상된 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나를 개시한다.

상기 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나는, PCB 보드의 급전기판상에 대략 직육면체의 세라믹 유전체 블록이 장착되며, 그 세라믹 유전체 블록과 급전기판상에 3중 공진이 발생될 수 있도록 역 에프형 안테나 패턴을 포함하는 방사소자가 배치된다.상기 세라믹 유전체 블록의 안테나 패턴은 상부면을 축으로 하여 상호 대칭적으로 역 에프형 안테나 패턴이 배열되어 2중 공진을 일으키고, 상기 급전기판의 방사소자에 의해 공진이 발생되도록 한다. 상기 방사소자는 고 주파수 대역 바람직하게 5.725-5.825㎓ 범위에서 동작되며 저 주파수 대역 바람직하게 2.4-2.5㎓ 범위에서 동작된다.

그리고, 상기 PCB 보드 상에는 상기 세라믹 유전체 블록과 수직 방향(90°)에 급전기판이 형성되어 다이버시티(Diversity) 기능을 제공한다.

Description

무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나{Dual band chip antenna for wireless LAN}

본 발명은 무선 랜 장치의 안테나에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 두개의 주파수 대역에서 동작할 수 있는 듀얼밴드 동작 특성과 각 주파수 대역에서 전방향성 방사 특성을 갖는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 휴대 전화기 등에 사용되는 안테나는 직선 형태의 금속 선재에 의한 휩(whip) 안테나 또는 금속 선재를 나선형으로 감은 헬리컬 안테나, 그리고 신축 가능형 안테나 등이 사용되었으나, 휴대에 불편하고 작은 부피의 단말기를 갖고자 하는 소비자의 욕구를 만족시키기 위한 단말기의 소형화 추세에 따라 단말기 내부에 내장되는 내장형 안테나로 전환되고 있다.

상기 내장형 안테나로서는 대략 'ㄱ'자 형태의 금속 소자의 소정 위치에 급전선로가 형성된 역 에프(F)형 안테나(IFA; Inverted F antenna)가 사용되고 있으나, 그 역 에프형 안테나는 단일 주파수 대역에서만 동작하는 협대역일 뿐만 아니라 안테나 자체의 크기도 크고, 안테나 제조시에 안테나의 고유특성을 유지하기 위한 공정과 시험절차가 있다는 단점이 있었다.

다시말해, 오늘날 이동통신기기의 사용 주파수대가 높아지고 다양한 통신 서비스가 제공됨에 따라 안테나에 있어서도 소형화 및 다기능화가 요구되고 있지만, 현재 사용되는 대부분의 안테나는 단일 주파수 대역에서만 사용되고 있는 것이다.

이는 무선 통신 장치를 이용하여 빌딩 내부 지역들간, 빌딩과 다른 빌딩간 또는 빌딩과 외부 지역간에 디지털 데이터(digitally-formatted data)를 무선으로 송·수신하는데에 사용되는 무선 랜(WLAN : Wireless Local Area Networks)이 제공되는 환경에서는 적합하지 않게 되었고, 따라서 다중 주파수 대역에서 동작하는 안테나가 무선 랜 시스템 환경하에서 무선 통신 장치용으로 필요하게 된다.

상기 무선 랜은 사용 주파수에 관한 국제 표준에 의거하여 그 사용 주파수가 2.4㎓로 대표되는 IEEE802.11b 시스템과 사용 주파수가 5.725㎓로 대표되는 IEEE802.11a 시스템으로 분리되어 있다.

이에, 현재 무선 랜 시스템에서 사용되고 있는 장치에는 두 개의 안테나가 제공된다. 즉, 2㎓ 대의 주파수 대역에서 동작하는 안테나와 5㎓대의 주파수 대역에서 동작하는 안테나가 별도로 제공되는 것이다.

그러나, 상기 두개의 안테나 체계는 무선 랜 장치를 양 시스템에 호환적으로 사용할 수 있도록 하는 것이지만, 구조적 및 경제적으로 매우 불리한 구조를 가지고 있다. 따라서, 양 시스템에서 공용될 수 있는 안테나 즉 양 시스템에서 각각 사용되는 서로 다른 주파수 대역에서 모두 동작할 수 있는 듀얼 밴드 안테나의 개발이 절실히 요구되고 있다.

상기 듀얼 밴드 안테나로서 듀얼밴드 동작특성을 갖도록 세라믹 패치 안테나가 개시된 바 있다.

상기 패치 안테나는 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 일측 표면 상에 형성되는 금속성 패치(Metalized patch)와, 상기 세라믹 기판의 반대쪽 표면에 배치되는 그라운드 면(Ground plane)을 포함한다. 그러한 세라믹 패치안테나는 실제적으로 소형화가 가능하지만 다이폴 안테나에 비하여 가격이 고가이고, 또한 특수한 컨넥터 및 케이블 등이 필요하기 때문에 설치 비용의 추가 부담이 수반된다.

그리고, 상기 세라믹 패치안테나는 지향성 방사 특성을 갖기 때문에 전방향성 방사 특성을 필요로 하는 무선 랜용 안테나로 사용하기에는 적합하지가 않다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세라믹 유전체에 역 에프형 안테나를 다수개 패턴화 시켜 서로 다른 주파수 대역의 무선 통신 서비스를 제공하고자 하는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 세라믹 유전체 기판이 세 면을 모두 활용하여 방사 효율을 향상시키도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나가 PCB 보드상에 장착된 것을 보인 사시도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나가 장착되는 분리 사시도,

도 4는 본 발명의 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나가 장착되는 PCB 기판의 평면도,

도 5는 도 4의 배면도,

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나의 변형된 구조를 보인 도면,

도 7는 2.3㎓에서 6㎓까지의 전 대역에서 도 1의 안테나의 정재파비(VSWR)를 측정한 결과를 보여주는 그래프,

도 8은 2.4㎓에서 도 1의 안테나의 방사패턴을 측정하여 나타낸 도면으로, (a)는 수평 패턴을, (b)는 수직 패턴을 보여주는 도면,

도 9는 4.9㎓에서 도 1의 안테나의 방사패턴을 측정하여 나타낸 도면으로, (a)는 수평 패턴을, (b)는 수직 패턴을 보여주는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10. PCB 보드 100. 세라믹 유전체 블록

102,104. 급전기판 110. 방사소자

100a, 110c.고주파용 방사소자

100b.저주파용 방사소자 130. 급전홀

140. 그라운드부 150. 급전라인

무선 랜 시스템에서 무선 통신 장치와 함께 사용되는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나를 개시한다.

본 발명의 무선랜 듀얼밴드 칩 안테나는 PCB보드의 소정 위치에 형성된 급전기판 상에 안착 고정되는 직육면체의 세라믹 유전체 블럭과; 3중 공진을 위하여 그 세라믹 유전체 블럭과 급전기판상에 배열된 도전패턴을 갖는다.

상기 도전 패턴을 상기 세라믹 유전체 블럭의 상부 중심을 축으로 하여 상호 대칭적으로 방사소자가 배열되며 상기 급전기판상는 다른 하나의 방사소자가 배열된 구조를 갖는다.

그리고, 급전홀이 상기 급전기판상에 형성된 방사소자와 상기 세라믹 유전체 블럭의 방사소자가 접촉되는 부분에 형성되며, 상기 세라믹 유전체 블럭의 방사소자의 일단은 PCB 기판의 그라운드면과 접촉하도록 제공된다.

상기 세라믹 유전체 블럭의 두개 면에 배열된 방사소자는 그 길이를 서로 교환하여 배치할 수 있도록 한다.

상기 PCB 보드에는 다이버시티(Diversity)를 위하여 상기 세라믹 유전체 블럭이 배치된 방향과 수직방향(90°)으로 배치되면 소정 이격된 개소에 급전기판이 형성된다.

상기 안테나는 두 개의 서로 다른 주파수 대역에서 동작되도록 듀얼밴드 동작 특성과 각 주파수 대역에서 전방향성 방사 특성을 갖는다.

상기에서 전술되거나 또는 기재되지 않은 본 발명에 따른 무선랜 광대역 안테나의 특성과 효과는 이하에서 도면을 참조하여 설명하는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나가 PCB 보드상에 장착된 것을 보인 사시도, 도 2는 도 1의 평면도, 도 3은 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나가 장착되는 분리 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나는, PCB보드(10)의 소정 위치에 관통홀(도면 미도시)을 매개로 장착되는 대략 직육면체의 세라믹 소재로 이루어진 유전체 블럭(100)을 구비한다.

상기 유전체 블럭(100)의 표면에는 도전 패턴(Conductive pattern)이 배치되며, 그 도전 패턴은 3중 공진이 이루어지도록 세 개의 역 에프형 안테나 패턴이 배열된다. 상기 역 에프형 안테나 패턴은 상기 PCB 보드(10)와 접촉되는 일 면을 제외하고 상기 유전체 블럭(100)의 세개면과 상기 PCB 보드(10)의 일정 부분에 패턴 형성되도록 굴절된 형상을 갖는다.

바람직하게, 상기 유전체 블럭(100)에서 2개의 방사소자에 의한 2중 공진과 급전기판(102)에서 1개의 방사소자에 의한 공진으로 3중 공진을 시키도록 된다.

그리고, 상기 역 에프형 안테나 패턴은 고주파수 대역에서 동작하도록 설계된 방사소자(110a, 110c)와, 저 주파수 대역에서 동작하도록 설계된방사소자(110b)가 형성된다. 즉, 고 주파수 대역 실제로는 5.725-5.825㎓에서 동작할 수 있도록 설계된 두 개의 고주파용 방사소자(110a, 110c)와, 저 주파수 대역 실제로는 2.4-2.5㎓에서 동작할 수 있도록 설계된 한 개의 저주파용 방사소자(110b)를 포함한다.

그리고, 상기 방사소자(110)들은 일정 폭을 가지며, 저 주파수 대역에서 동작하는 저주파용 방사소자(110b)가 고 주파수 대역에서 동작하는 고주파용 방사소자(100a)에 비하여 보다 길게 설계된다. 여기서, 상기 고주파용 방사소자는 상기 PCB 보드(10)상에 패턴 형성된 소자가 이용된다.

물론, 상기 방사소자는 3중 공진을 기본으로 하게 되며, 저주파 방사소자(100b)와 고주파 방사소자(100a,110c)의 길이 배치는 다양한 방식으로 배치된다. 예컨대, 본 발명의 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나의 변형된 구조를 보인 도 6a 및 도 6b와 같이, 어느 하나의 방사소자의 길이가 보다 길게 형성된 방사소자가 유전체 블럭의 상부면에 형성될 수도 있고, 짧게 형성된 방사소자가 유전체 블럭의 상부면에 형성될 수 있다.

상기 방사소자는 역 'ㄱ'자 모양으로 3개의 도전 패턴이 배열된다.

그리고, 참조부호 120은 접지 단락(Groun short) 상태를 나타내며, 130은 세 개의 도전패턴에 후술하는 50Ω 급전라인을 통해 인가되는 전력을 급전하기 위한 급전홀로서 고주파용 방사소자의 굴절부분에 형성되고, 140는 그라운드부이다.

한편, 안테나로서 효율적인 기능을 수행하도록 페이딩을 제거하고 수신감도를 개선하는 등의 다이버시티(Diversity)를 위하여 상기 PCB 보드의 급전기판에 장착된 유전체 블럭과 수직방향(90°)으로 급전기판(104)이 형성된다.

여기서, 상기 도전 패턴은 유전체 블럭의 표면에 일정 두께의 동박을 입힌 다음 불필요한 부분을 화학적으로 부식시켜 제거하고 필요한 패턴만을 기판상에 남기는 에칭 기법으로 형성하고 있으나, 일반적인 와이어 도체를 이용하여 배칠될 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명의 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나가 장착되는 PCB 기판의 평면도이고, 도 5는 도 4의 배면도이다.

이를 참조하면, 전술한 바와 같이 PCB 보드상에 안테나의 다이버시티를 위하여 급전기판이 서로 수직방향으로 배치된다.

그리고, 상기 PCB 보드(10)의 배면에는 급전라인(150)이 형성되어 있다.

도 7는 2.3㎓에서 6㎓까지의 전 대역에서 도 1의 안테나의 정재파비(VSWR)를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.

이를 참조하면, 마커는 주파수 2.40㎓, 2.50㎓, 5.725㎓, 5.825㎓에 각각 위치하고 있으며, 2.40㎓ - 2.50㎓ 및 5.725 ㎓- 5.825㎓ 범위의 주파수 대역에서 1.5: 1의 정재파비(VSWR)가 나타나는 것을 측정되었다.

그리고, 그 측정 결과 본 발명의 안테나는 전방향성 특성을 갖는다.

도 8은 2.4㎓에서 도 1의 안테나의 방사패턴을 측정하여 나타낸 도면으로, (a)는 수평 패턴을, (b)는 수직 패턴을 보여주는 도면이다.

이를 참조하면, 수평패턴(도 8a)이 대략의 원형 패턴으로 나타나고, 또한 수직패턴(도 8b)이 주파수 전용 안테나의 전방향 특성인 8-형 패턴으로 나타남으로써, 전방향성 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.

도 9는 4.9㎓에서 도 1의 안테나의 방사패턴을 측정하여 나타낸 도면으로, (a)는 수평 패턴을, (b)는 수직 패턴을 보여주는 도면이다.

마찬가지로, 수평패턴(도 9a)이 대략의 원형 패턴으로 나타나고, 또한 수직패턴(도 9b)이 주파수 전용 안테나의 전방향 특성인 8-형 패턴으로 나타남으로써, 전방향성 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나에 따르면, 서로 다른 두개의 주파수 대역에서 동작할 수 있는 듀얼밴드 동작 특성으로 인하여 무선 랜 시스템들에 대하여 공용으로 사용될 수 있는 경제적 효과가 있다.

그리고, PCB 보드상에 안착되는 세라믹 유전체 블록면의 양 면과 급전기판에 방사소자를 패턴화시킴으로써, 방사패턴 특성을 극대화 시킬 수 있다.

이상에서, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 수정 및 변경될 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. PCB보드의 소정 위치에 형성된 급전기판 상에 안착 고정되는 직육면체의 세라믹 유전체 블럭과;

   상기 세라믹 유전체 블럭의 상부면을 중심으로 역 에프형 안테나 패턴 소자가 하나 이상 상호 대칭적으로 배치되며, 그 세라믹 유전체 블럭 및 상기 급전기판상에 배치되고, 일부는 고 주파수 대역에서 다른 일부는 저 주파수 대역에서 동작하도록 설계된 다수의 방사 소자를 포함하는 도전패턴이 제공되며;

   상기 방사소자에게로 RF 신호를 급전하기 위하여 급전홀이 상기 급전기판상에 형성된 방사소자와 상기 세라믹 유전체 블럭의 방사소자가 접촉되는 부분에 형성되며, 상기 세라믹 유전체 블럭의 방사소자의 일단은 PCB 기판의 그라운드면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 세라믹 유전체 블럭의 두개 면에 배열된 방사소자는 그 길이를 서로 교환하여 배치할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 고 주파수 대역은 5.725-5.825㎓ 범위이고, 상기 저 주파수 대역은 2.4-2.5㎓ 범위인것을 특징으로 하는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 방사소자들은 저 주파수 대역에서 동작하는 저주파용 방사소자가 고 주파수 대역에서 동작하는 고주파용 방사소자에 비하여 보다 길게 설계된 것을 특징으로 하는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 PCB 보드의 급전기판에 장착된 세라믹 유전체 블럭이 배치된 방향과 수직방향(90°)으로 급전기판이 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 랜 듀얼밴드 칩 안테나.