KR20040056425A - Helical antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 단말기용 나선형 안테나에 관한 것으로, 특히 나선형 안테나를 변형하여 소형 단말기에 적합한 안테나의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a spiral antenna for a wireless terminal, and more particularly, to a structure of an antenna suitable for a small terminal by modifying the spiral antenna.
안테나는 통신 시스템의 말단에서 변조된 신호를 전파 형태로 복사하여 신호의 전송 및 수신을 가능하도록 하는 장치이다.An antenna is a device for transmitting and receiving a signal by copying a modulated signal in the form of radio waves at the end of a communication system.
이러한 기능을 갖는 안테나는 선 없이도 통신이 가능하여 이동성이 많은 사용자들을 위한 통신 단말기에 반드시 필요한 장치가 되었다.An antenna having such a function can be communicated without a wire, thereby becoming an essential device for a communication terminal for mobile users.
이러한 무선 단말기용의 안테나로는 여러 형태가 고안되어 이용되어 왔는데, 대표적인 형태로는 다이폴(dipole), 모노폴(monopole) 및 나선형(helical) 등이 있다.Various forms have been devised and used as the antenna for the wireless terminal, and typical forms include dipoles, monopoles, and helicals.
상기 다이폴 안테나는 가장 간단하면서도 복사 효율이 뛰어나고 입력 임피던스가 75Ω으로 단말기에 정합시키기 편리하여 다양한 용도로 쓰이고 있다.The dipole antenna is the simplest and has excellent radiation efficiency, and has an input impedance of 75Ω.
그러나 이런 다이폴 안테나는 길이가 사용 주파수의 반파장 정도는 되어야 하기 때문에 크기가 상당히 커지는 문제를 가지고 있으며, 이에 따라 최근 소형화 추세에 있는 무선 단말기에 사용하기에는 제약이 따른다.However, such a dipole antenna has a problem in that its size becomes considerably large because its length should be about half the wavelength of the use frequency. Accordingly, the dipole antenna has a limitation in being used in a wireless terminal which has recently been miniaturized.
그리고 상기 모노폴 안테나는 그라운드 면이 이미지 면으로 작용한다는 점을 이용하여 다이폴 안테나의 크기를 반으로 줄인 것으로 크기가 좀더 작은 용도로 다양하게 쓰이고 있다.In addition, the monopole antenna is reduced in half by using a ground plane acting as an image plane and is used in various applications for smaller sizes.
그리고 상기 나선형 안테나는 모노폴 안테나의 형태를 이용하면서도 크기를 더욱 줄이기 위해 모노폴을 나선형태로 만든 것이다.In addition, the spiral antenna is a spiral shape of the monopole to further reduce the size while using the form of the monopole antenna.
따라서 상기 나선형 안테나가 상기 세 가지 안테나 중에 크기가 가장 작지만 여전히 단말기 외부에 볼록한 형태로 튀어나오는 구조를 갖고 있어 소형 무선 단말기에 사용하는데는 그 한계가 있다.Therefore, the spiral antenna has the smallest size among the three antennas, but still has a structure that protrudes in a convex shape to the outside of the terminal.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 소형 단말기 본체에 평행하게 붙어 있을 수 있도록 종래의 나선형 안테나 타입을 보완하여 우수한 복사특성을 갖도록 하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to complement the conventional spiral antenna type to be attached to the body of the small terminal to have excellent radiation characteristics.
도 1 은 본 발명에 따른 나선형 안테나를 나타낸 도면1 is a view showing a spiral antenna according to the present invention
도 2a 는 본 발명에 따른 적층 구조의 나선형 안테나를 적층 구조로 설계한 도면Figure 2a is a diagram of a laminated structure of the spiral structure of the laminated structure according to the present invention
도 2b는 본 발명에 따른 나선형 안테나에서 2개의 안테나를 조합한 형태를 나타낸 도면Figure 2b is a view showing a combination of two antennas in a spiral antenna according to the present invention
도 3a는 본 발명에 따른 나선형 안테나에서 사각형 코일을 그라운드 판에 부착한 형태를 나타낸 도면Figure 3a is a view showing a form in which the square coil is attached to the ground plate in the spiral antenna according to the present invention
도 3b는 본 발명에 따른 나선형 안테나를 무선 단말기 몸체에 부착되어 있는 구조를 나타낸 도면3b is a view showing a structure in which the spiral antenna according to the present invention is attached to the wireless terminal body
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 그라운드 판 20 : 나선형 안테나10: ground plate 20: spiral antenna
30 : 절연부 40 : 블라인드 비아30: insulation 40: blind via
50 : 무선 단말기 60 : 하판50: wireless terminal 60: lower plate
70 : 상판 80 : 안테나의 피드부70: top plate 80: feed section of the antenna
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나선형 안테나의 특징은 나선형으로 형성되어 외부의 전파를 방사 또는 흡수하는 나선형 안테나와, 상기 나선형 안테나의 한쪽에 소정 간격을 두고 형성되어 상기 나선형 안테나에서 발생되는 전파를 반사하여 증폭시키는 그라운드 판과, 상기 나선형 안테나의 피드(feed)부와 그라운드 판이 단락(short)되는 영역에 형성되어 단자간을 절연시키는 절연부를 포함하여 구성되는데 있다.Features of the spiral antenna according to the present invention for achieving the above object is a spiral antenna formed in a spiral to radiate or absorb external radio waves, and formed at a predetermined interval on one side of the spiral antenna to occur in the spiral antenna And a ground plate for reflecting and amplifying the radio waves, and an insulation portion formed in an area in which the feed portion and the ground plate of the spiral antenna are shorted to insulate the terminals.
이때, 상기 나선형 안테나는 소정 패턴이 형성된 상판과 하판과, 상기 상판과 하판의 패턴을 연결하는 홀이 형성된 블라인드 비아와, 상기 블라인드 비아에 도전 물질을 삽입하여 상판과 하판을 연결하는 연결부를 포함하여 구성되는데 다른 특징이 있다.In this case, the spiral antenna includes a top plate and a bottom plate formed with a predetermined pattern, a blind via in which a hole connecting the top plate and the bottom plate is formed, and a connection part connecting the top plate and the bottom plate by inserting a conductive material into the blind via. It is composed of different features.
그리고 상기 상판과 하판의 두께 및 안테나의 피드부의 두께를 조절하여 나선형 안테나의 입력 임피던스가 50Ω에 맞도록 조절하는 것이 바람직하다.And it is preferable to adjust the input impedance of the spiral antenna to 50Ω by adjusting the thickness of the upper plate and the lower plate and the feed portion of the antenna.
상기 그라운드 판과 안테나의 피드부가 마이크로 스트립 형태로 구성되는데 또 다른 특징이 있다.The feed plate of the ground plate and the antenna is configured in the form of a micro strip, which is another feature.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명에 따른 나선형 안테나의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the spiral antenna according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 나선형 안테나를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a spiral antenna according to the present invention.
도 1과 같이, 나선형으로 형성되어 외부의 전파를 방사 또는 흡수하는 나선형 안테나(20)와, 상기 나선형 안테나(20)의 한쪽에 소정 간격을 두고 형성되어 상기 나선형 안테나(20)에서 발생되는 전파를 반사하여 증폭시키는 그라운드 판(10)과, 상기 나선형 안테나(20)의 피드(feed)부(80)와 그라운드 판(10)이 단락(short)되는 영역에 형성되어 단자간을 절연시키는 절연부(30)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the spiral antenna 20 is formed in a spiral shape to radiate or absorb external radio waves, and is formed at one side of the spiral antenna 20 at a predetermined interval to generate radio waves generated in the spiral antenna 20. A ground plate 10 that reflects and amplifies, and an insulation portion that is formed in an area in which the feed portion 80 and the ground plate 10 of the spiral antenna 20 are shorted to insulate the terminals; 30).
이때, 상기 절연부(30)는 유전체를 사용한다.At this time, the insulating portion 30 uses a dielectric.
도 1에서와 같이 나선형 안테나(20)가 도체판인 그라운드 판(10)에 근접하여 위치하기 때문에 기존의 나선형 안테나와는 달리 단말기에 장착하였을 때, 밖으로 튀어나오는 부분이 없어지게 되며, 또한 상기 나선형 안테나(20)가 전자기적으로 자성을 띤 모노폴(monopole)의 특성을 갖기 때문에 그라운드 판(10)의 이미지(image)효과에 의하여 복사 효율이 배가된다는 장점을 가진다.As shown in FIG. 1, since the spiral antenna 20 is located close to the ground plate 10, which is a conductive plate, unlike the conventional spiral antenna, when the spiral antenna 20 is mounted on the terminal, no part of the spiral antenna 20 protrudes out. Since the antenna 20 has the characteristics of a magnetically monopole, the radiation efficiency is doubled by the image effect of the ground plate 10.
즉, 기존의 모노폴 안테나는 그 형상이 일직선의 모양을 갖고 있어 도체면에 근접하여 수평으로 위치한 경우 이미지(image) 효과 때문에 복사가 거의 일어나지않는 단점을 갖고 있는데 이를 보완하고 있다.That is, the conventional monopole antenna has a straight shape, and when the horizontally positioned close to the conductor surface has a disadvantage that almost no radiation occurs due to the image effect (complementary).
상기 도 1에 제시된 본 발명에 따른 나선형 안테나(20)의 설계 방법은 기존 나선형 안테나의 설계 방법을 기초로 하여 무선 단말기의 사용 주파수 대역에서 입력 임피던스의 저항 성분이 50Ω에 가깝게 가고, 리액턴스 성분이 0(zero)에 근접하도록 코일의 피치와 전체 길이, 그리고 그라운드 판(10)과 코일과의 거리를 조정하여 만든다.The design method of the spiral antenna 20 according to the present invention shown in FIG. 1 is based on the existing design method of the spiral antenna, the resistance component of the input impedance is close to 50Ω in the frequency band of use of the wireless terminal, and the reactance component is 0. It is made by adjusting the pitch and overall length of the coil and the distance between the ground plate 10 and the coil to approach zero.
이때, 상기 나선형 안테나(20)가 갖는 특성은 기존의 나선형 안테나가 갖는 특성과 유사하여 코일 피치와 코일의 1턴(turn)이 갖는 면적의 비로서 축 비율(axial ratio)이 정해진다.In this case, the characteristic of the spiral antenna 20 is similar to that of the conventional spiral antenna, and the axial ratio is determined as the ratio of the coil pitch and the area of one turn of the coil.
즉, 코일의 피치가 작을수록 원편파 성분이 커지고 축 비율이 작아진다.That is, the smaller the pitch of the coil, the larger the circularly polarized wave component and the smaller the axial ratio.
그리고 본 발명에 따른 나선형 안테나(20)는 자성을 띤 모노폴(monopole) 형태로 이용하므로 리니어 성극(linear polarization)보다 원의 성극(circular polarization) 용도로 쓰이는 것이 효율적이다.In addition, since the spiral antenna 20 according to the present invention is used in the form of a magnetic monopole, it is more efficient to be used for circular polarization than for linear polarization.
다른 실시예로 코일의 형태를 적층 구조로 설계하면 안테나가 차지하는 부피를 대폭적으로 줄일 수 있다.In another embodiment, the coil may be designed in a stacked structure to significantly reduce the volume of the antenna.
도 2a 는 본 발명에 따른 적층 구조의 나선형 안테나를 적층 구조로 설계한 도면이다.2A is a diagram illustrating a laminated structure of a spiral antenna having a stacked structure according to the present invention.
도 2a와 같이, 상판(70)과 하판(60)에 패턴을 형성하고, 상기 상판(70)과 하판(60)의 패턴이 연결되도록 블라인드 비아(40)를 형성한다. 그리고 상기 블라인드 비아(40)에 도전 물질을 삽입하여 상판(70)과 하판(60)이 나선형으로 이어진 나선형 안테나(20)를 형성하게 된다.As shown in FIG. 2A, a pattern is formed on the upper plate 70 and the lower plate 60, and a blind via 40 is formed to connect the pattern of the upper plate 70 and the lower plate 60. The conductive material is inserted into the blind via 40 to form the spiral antenna 20 in which the upper plate 70 and the lower plate 60 are spirally connected.
이때, 상기 상판(70)과 하판(60)의 두께를 조절하여 나선형의 깊이를 조절하고, 또한 안테나의 피드부(80)의 두께를 조절하거나, 상기 안테나의 피드부(80)에 매칭 회로를 첨가하여 입력 임피던스가 50Ω에 맞도록 조절함으로써, 최대의 복사효율을 얻을 수 있게 된다.At this time, by adjusting the thickness of the upper plate 70 and the lower plate 60 to adjust the depth of the spiral, and also to adjust the thickness of the feed unit 80 of the antenna, or to provide a matching circuit to the feed unit 80 of the antenna In addition, by adjusting the input impedance to 50Ω, the maximum radiation efficiency can be obtained.
그리고 그라운드 판(10)과 나선형 안테나의 피드부(80)가 마이크로 스트립 형태를 이루고 있기 때문에 고주파 회로의 출력을 쉽게 연결할 수 있다.Since the ground plate 10 and the feed part 80 of the spiral antenna form a micro strip, the output of the high frequency circuit can be easily connected.
상기 하판(60) 및 상판(70)은 나선형 안테나(20) 전체의 크기를 줄이기 위해서 유전율이 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.The lower plate 60 and the upper plate 70 preferably use a material having a high dielectric constant to reduce the size of the entire spiral antenna 20.
이와 같이 본 발명에 따른 적층구조의 나선형 안테나는 크기가 대폭적으로 줄어들어 크기가 적어진다는 장점이 있는 반면에, 코일의 단면적이 작아져서 효율은 그다지 높지 않게 된다.As described above, the spiral antenna of the laminated structure according to the present invention has a merit that the size is drastically reduced and the size is smaller. On the other hand, the efficiency is not so high due to the small cross-sectional area of the coil.
따라서 도 2b와 같이 나선형 안테나(20)를 여러 개 써서 다양한 효과를 얻는 것도 가능하다.Therefore, various effects can be obtained by using several spiral antennas 20 as shown in FIG. 2B.
도 2b는 본 발명에 따른 나선형 안테나에서 2개의 안테나를 조합한 형태를 나타낸 도면이다.Figure 2b is a view showing a combination of two antennas in a spiral antenna according to the present invention.
또 다른 실시예로 효율을 높게 하고 크기를 작게 하기 위해 도 1에서 나타내고 있는 원형 코일을 도 3과 같이 나선형 안테나(20)를 사각형의 코일로 생산할 수도 있다.In another embodiment, in order to increase the efficiency and reduce the size, the spiral coil 20 shown in FIG. 1 may be manufactured as a spiral coil as shown in FIG. 3.
도 3a는 본 발명에 따른 나선형 안테나에서 사각형 코일을 그라운드 판에 부착한 형태를 나타낸 도면이다.Figure 3a is a view showing a form in which the square coil is attached to the ground plate in the spiral antenna according to the present invention.
그리고 도 3b는 본 발명에 따른 나선형 안테나를 무선 단말기 몸체에 부착되어 있는 구조를 나타낸 도면이다.3b is a view showing a structure in which the spiral antenna according to the present invention is attached to the wireless terminal body.
도 3b에서 나타내고 있는 것과 같이, 나선형 안테나(20)를 무선 단말기(50)에 부착하였을 때, 나선형 안테나(20)에 의해 무선 단말기(50) 밖으로 불쑥 튀어나온 부분이 없는 장점을 가지게 된다.As shown in FIG. 3B, when the spiral antenna 20 is attached to the wireless terminal 50, there is no advantage that the spiral antenna 20 protrudes out of the wireless terminal 50.
또한, 도체판인 그라운드 판(10)이 사용자와 나선형 안테나(20) 사이에 위치하기 때문에, 상기 나선형 안테나(20)에서 발생되는 전자기파는 상기 그라운드 판(10)에서 반사되어, 사용자가 있는 무선 단말기(50) 밖으로 투과하지 않게 되므로 상기 나선형 안테나(20)에서 발생되는 전자기파가 사용자에게 직접적으로 영향을 미치는 것을 차단할 수 있게 된다.In addition, since the ground plate 10, which is a conductor plate, is located between the user and the spiral antenna 20, the electromagnetic waves generated by the spiral antenna 20 are reflected from the ground plate 10, so that the user has a wireless terminal. Since it does not penetrate out of 50, the electromagnetic wave generated from the spiral antenna 20 can be prevented from directly affecting the user.
이와 같이 본 발명에 따른 나선형 안테나는 기존의 모노폴 및 나선형 안테나가 갖는 단점인 단말기 외부로 불쑥 튀어나온 형태에서 벗어나 몸체에 평행하게 붙어있는 형태의 안테나 형태를 취하여 로우 프로파일(low profile)한 단말기를 가능하게 한다.As described above, the spiral antenna according to the present invention can be a low profile terminal by taking the form of an antenna that is attached to the body in parallel to the body, instead of protruding from the outside of the terminal, which is a disadvantage of the conventional monopole and the spiral antenna. Let's do it.
또한 접지면을 이용하여 앞뒤의 비율을 크게 함으로써, 단말기 사용자 쪽으로 향하는 전자파의 복사를 감소시킨다.In addition, by using the ground plane to increase the ratio of the front and rear, it reduces the radiation of the electromagnetic wave toward the terminal user.
그리고 기존의 모노폴 안테나가 갖는 단점인 안테나가 도체면에 평행하게 있는 경우 복사 효율이 급격히 감소하는 단점을 극복할 수 있으며, 또한 그라운드 판을 이미지 판으로 이용하여 나선형 안테나의 효율을 증가시킴으로써, 우수한 복사특성을 얻게 하였다.In addition, when the antenna, which is a disadvantage of the conventional monopole antenna, is parallel to the conductor surface, it is possible to overcome the disadvantage that the radiation efficiency decreases rapidly. Also, by using the ground plate as the image plate, the efficiency of the spiral antenna is increased, thereby providing excellent radiation. Properties.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 나선형 안테나는 다음과 같은 효과가 있다.The spiral antenna according to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 몸체에 평행하게 붙어있는 형태의 안테나 형태를 취하여 로우 프로파일(low profile)한 단말기의 제작이 가능하다.First, a low profile terminal can be manufactured by taking the form of an antenna attached to the body in parallel.
둘째, 단말기 사용자 쪽으로 향하는 전자파의 감소시킨다.Secondly, the electromagnetic wave directed toward the terminal user is reduced.
셋째, 그라운드 판을 이미지 판으로 이용하여 나선형 안테나의 효율을 증가시켜 우수한 복사 특성을 얻게 하였다.Third, the ground plate is used as the image plate to increase the efficiency of the spiral antenna to obtain excellent radiation characteristics.
넷째, 구조상 여러 개의 안테나로 다양한 구조를 만들기에 편리하므로 데이터 통신용 무선 단말기에도 적합한 구조이다.Fourth, because it is convenient to make a variety of structures with a number of antennas in structure, it is also suitable for data communication wireless terminals.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
Claims (5)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020020082518A KR20040056425A (en) | 2002-12-23 | 2002-12-23 | Helical antenna |
Publications (1)
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| KR20040056425A true KR20040056425A (en) | 2004-07-01 |
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ID=37349109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020020082518A KR20040056425A (en) | 2002-12-23 | 2002-12-23 | Helical antenna |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2002
- 2002-12-23 KR KR1020020082518A patent/KR20040056425A/en not_active Application Discontinuation
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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 |