KR20050054478A - 유전체 안테나 및 그것을 포함하는 통신 장치 - Google Patents

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KR20050054478A
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가부시키가이샤 요코오
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Abstract

본 발명은 유전체 안테나에 관한 것으로, 상기 유전체 안테나는 제1 면, 상기 제1 면과 대향하는 제2 면, 그리고 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 연결되는 측면들을 갖는 유전체 기판을 포함한다. 상기 제1 면에는 접지 전극이 설치된다. 제1 방사 전극은 제1 주파수를 갖는 전자기파로 공진되도록 구성된다. 상기 제1 방사 전극은 상기 제2 면 및 상기 측면들 중 적어도 하나에 평행하게 연장된다. 급전 전극은 상기 측면들 중 하나에 평행하게 연장되고, 상기 제1 방사 전극과 전자기 결합된다. 제2 방사 전극은 제2 주파수를 갖는 전자기파로 공진되도록 구성된다. 상기 제2 방사 전극은 상기 측면들 중 하나에 평행하게 연장되고, 상기 제1 방사 전극 및 상기 급전 전극 중 적어도 하나와 전자기 결합된다. 상기 급전 전극의 일단부는 상기 제1 방사 전극 및 상기 제2 방사 전극에 대한 급전 단자로서의 기능을 한다.

Description

유전체 안테나 및 그것을 포함하는 통신 장치{DIELECTRIC ANTENNA AND COMMUNICATION DEVICE INCORPORATING THE SAME}
본 발명은 1개의 안테나를 가지고 듀얼 밴드로 통신할 수 있는 유전체 안테나 및 그 유전체 안테나를 포함하는 통신 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화기, 휴대 단말기 등에 탑재되고 LAN(Local Area Network)에 적합한 유전체 안테나에 관한 것이다.
최근, 전자 장치 간에, 예컨대 퍼스널 컴퓨터 간에, 퍼스널 컴퓨터와 휴대 전화기 간에, 전파를 이용하여 데이터를 교환하는 무선 LAN의 이용이 활발해지고 있다. 이 무선 LAN에는 2.4 GHz의 주파수대만이 이용되고, 그 안테나로서는 일반적으로 소형화를 위해 유전체 기판과 도전막으로 형성한 방사 전극을 사용하는 유전체 안테나가 이용되고 있다.
최근 정보 기술의 발전에 따라, 이 무선 LAN을 통해 교환되는 데이터에는 화상 등과 같이 정보량이 큰 데이터도 포함되고 있다. 따라서, 상이한 주파수대, 즉 무선 LAN을 통해 전달되는 데이터 중에 정보량이 큰 데이터를 높은 전송 속도로 전달하는 5.2 GHz의 주파수대와, 통상의 데이터를 전달하는 통신 거리가 긴 2.4 GHz의 주파수대를 사용하는 방법이 생각되고 있다. 그러므로, 전술한 종류의 무선 통신 기능을 갖는 전자 장치에 탑재되는 무선 LAN용 안테나로서는, 2.4 GHz대용의 제1 안테나(크기 : 15 mm(길이) ×7 mm(폭) ×6 mm(높이))와, 5.2 GHz대용의 제2 안테나(크기 : 10 mm(길이) ×4 mm(폭) ×3 mm(높이))를 모두 병치하는 것이 생각되고 있다.
한편, 도전막으로 형성하는 방사 전극을 접어 엘리멘트(미앤더링 형상)로 형성하여, 미앤더링 수나 엘리멘트 간 간격을 조정함으로써, 1개의 안테나를 원하는 2개의 주파수대에서 공진시킬 수 있는 방법이 알려져 있다(예컨대, 일본 특허 공개 평10-13135A호 공보 참조).
또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 듀얼 밴드에 대응한 1칩 타입의 안테나로서, 급전측 방사 전극(53)과 무급전측 방사 전극(54)을 여진 방향 A, B가 직교하도록 장방체의 유전체 기판(51)의 상면에 나란히 형성하는 안테나도 알려져 있다(예컨대, 일본 특허 공개 2001-7639A호 공보 참조).
2개의 안테나를 병치하는 상기 구성에 있어서는, 전자 장치마다 2개의 안테나를 제조해야 하기 때문에, 비용이 상승한다. 또한, 2개의 안테나를 병치해야 하기 때문에, 많은 공간을 차지하여, 전자 장치의 소형화가 요구되는 오늘의 필요성에 적합하지 않다.
한편, 1개의 방사 전극을 어느 한 주파수대가 다른 주파수대의 2배인 듀얼 밴드에서 공진시키기 위해서는, 면밀한 조정이 필요하게 되고, 그 결과, 제조 상의 변동에 대처하기 위해 한쪽의 공진 주파수를 조정하면 다른쪽의 주파수대의 공진 주파수나 정합 특성에도 영향을 주기 때문에 조정 공정수가 많아져 비용이 상승한다.
또한, 유전체 기판의 표면에 2개의 방사 전극을 형성하는 타입에서는, 유전체 기판의 표면측에 2개의 방사 전극을 나란히 배치하게 되기 때문에 안테나의 표면적이 커지고, 그 결과, 소형화의 요구를 만족시킬 수 없다. 또한, 가령 여진 방향이 직교하도록 이들 방사 전극을 나란히 배치하더라도, 이들 방사 전극 간의 간격이 좁으면 서로 간섭을 하여, 한쪽의 공진 주파수를 조정하면 다른쪽의 주파수대의 정합 특성이나 공진 주파수에도 영향을 주기 때문에, 조정이 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다. 한편, 가능한 한 상기 분리 문제를 피하기 위해서는 이들 방사 전극 간의 간격을 넓혀야 하지만, 이들 방사 전극 간의 간격을 넓히면 안테나의 면적이 더 커진다고 하는 또 다른 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 안테나의 표면적뿐만 아니라 듀얼 밴드 간의 상호 간섭을 증가시키는 일 없이, 1개의 소자를 가지고 듀얼 밴드로 통신할 수 있는 유전체 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 그러한 유전체 안테나를 포함하는 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위해서, 본 발명에 따른 유전체 안테나는,
제1 면, 상기 제1 면과 대향하는 제2 면, 그리고 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 연결되는 측면들을 갖는 유전체 기판과;
상기 제1 면에 설치되는 접지 전극과;
상기 제2 면 및 상기 측면들 중 적어도 하나에 평행하게 연장되고, 제1 주파수를 갖는 전자기파로 공진되도록 구성되는 제1 방사 전극과;
상기 측면들 중 하나에 평행하게 연장되고, 상기 제1 방사 전극과 전자기 결합되는 급전 전극과;
상기 측면들 중 하나에 평행하게 연장되고, 상기 제1 방사 전극 및 상기 급전 전극 중 적어도 하나와 전자기 결합되며, 제2 주파수를 갖는 전자기파로 공진되도록 구성되는 제2 방사 전극을 포함하며,
상기 급전 전극의 일단부는 상기 제1 방사 전극 및 상기 제2 방사 전극에 대한 급전 단자로서의 기능을 한다.
여기서, "전자기 결합"은 직접 접합에 의한 결합, 용량에 의한 결합 및 자계에 의한 결합 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 제1 방사 전극과 제2 방사 전극 간의 간격을 비교적 크게 유지하면서 작은 유전체 기판에 제1 방사 전극과 제2 방사 전극을 배치할 수 있다. 그러면, 이들 방사 전극 간의 간섭이 작아져, 간섭에 의한 공진 주파수 및 정합 특성에 미치는 영향을 억제할 수 있다.
한편, 이들 방사 전극의 급전단은 근접시키더라도 이들 방사 전극 간의 결합에 그다지 큰 영향을 미치지 않기 때문에 근접시킬 수 있다. 따라서, 이들 방사 전극을 동일한 급전 전극에 접속시킬 수 있다. 제2 방사 전극과 급전 전극 간의 간격을 좁게 하여 제2 방사 전극을 급전 전극에 직접 접속시킬 수 있지만, 제2 방사 전극을 제1 방사 전극을 통해 급전 전극과 전기적으로 결합할 수 있다. 그 결과, 이들 방사 전극의 공진 주파수 및 정합 특성을 독립적으로 조정하면서, 2개의 주파수와 관련된 신호를 하나의 급전단을 통해 통신할 수 있다.
그 결과, 2개의 주파수대 간의 분리가 우수한 소형의 안테나를 얻을 수 있어, 무선 LAN을 이용하여 통상의 데이터와 화상 등의 정보량이 큰 데이터를 각각 적합한 2개의 주파수대로 통신할 수 있다는 이점이 있다.
바람직하게는, 상기 제1 방사 전극은 상기 제2 면 및 상기 측면들의 제1 측면 중 적어도 하나에 평행하게 연장된다. 상기 제1 방사 전극은 일단부가 개방되고 타단부가 상기 접지 전극에 접속된다. 상기 급전 전극은 상기 측면들의 제1 측면 및 상기 측면들의 제2 측면 중 하나에 평행하게 연장된다. 상기 제2 방사 전극은 상기 측면들의 제2 측면의 하나에 평행하게 연장된다.
여기서, 상기 제1 방사 전극은 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 제1 부분과, 상기 제1 부분과 상기 접지 전극을 접속시키도록 상기 측면들 중 적어도 하나에 평행하게 연장되는 제2 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 제2 부분의 폭을 변화시킴으로써, 상기 제1 방사 전극의 공진 주파수 및 정합 특성을 조정할 수 있다.
또한, 상기 제2 방사 전극은 일단부가 개방되고 타단부가 상기 접지 전극에 접속되며, 상기 제2 방사 전극은 적어도 하나의 만곡부를 갖도록 연장되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 만곡부의 폭을 좁게 함으로써, 상기 제2 방사 전극의 공진 주파수를 조정할 수 있다.
더욱이, 상기 제2 방사 전극은 미앤더링 형상으로 연장되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 공진 주파수를 유지하면서 상기 제2 방사 전극이 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 게다가, 상기 제1 방사 전극과 상기 제2 방사 전극이 근접 대향하는 부분의 면적을 줄일 수 있다. 따라서, 이들 방사 전극 간의 결합이 약해지기 때문에 이들 방사 전극의 특성을 독립적으로 조정하기 쉬워진다.
바람직하게는, 상기 제1 방사 전극은 상기 측면들의 제1 측면에 설치되고, 상기 제2 방사 전극은 상기 측면들의 제1 측면과 대향하는 상기 측면들의 제2 측면에 설치된다. 이 경우에, 제1 방사 전극과 상기 제2 방사 전극 간의 간격이 더 멀어져, 이들 방사 전극 간의 결합이 더 약해진다. 따라서, 이들 방사 전극의 특성을 독립적으로 조정하기 쉬워진다.
바람직하게는, 상기 제1 방사 전극과 상기 급전 전극은 직접 접속된다.
바람직하게는, 상기 급전 단자는 상기 제1 면에 상기 접지 전극으로부터 분리되어 설치된다. 이 경우에, 상기 안테나를 회로 기판에 실장하는 것만으로, 상기 급전 단자를 상기 회로 기판의 급전부에 쉽게 접속시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면,
외부 통신 장치와 데이터 통신을 행하도록 구성되는 통신 회로와;
상기 통신 회로에 전기적으로 접속되는, 청구항 1에 기재한 유전체 안테나
를 포함하는 통신 장치가 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 특별한 공간을 요구하지 않고, 상기 통신 장치에 설치된 종래의 회로 기판의 구성을 변경하지 않으면서, 전술한 데이터 통신을 행할 수 있다.
전술한 본 발명의 목적 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 그 바람직한 실시예를 상세하게 설명함으로써 보다 명백하게 될 것이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유전체 안테나를 도시한다.
이 실시예에 있어서, 유전체 기판(1)에는 주로 제1 주파수대(f1)용의 제1 방사 전극(2)이 도전막으로서 형성되어 설치된다. 제1 방사 전극(2)의 일단부(21)는 유전체 기판(1)의 상면(11)에 개방단으로서 설치된다. 또한, 제1 방사 전극(2)은 상면(11)과 일측면(12)을 경유하여 연장되어, 상면(11)과 대향하는 하면(16)에 형성되는 접지 전극(5)에 접속되어 있다. 방사 전극(2)의 일단부(21)로부터 타단부(22)까지의 길이 치수(L1+L2)는 원하는 제1 주파수대의 파장(λ1)의 대략 1/4의 전기장이 되도록 형성되어 있다. 이 물리적 길이는 유전체 기판(1)의 비유전률(εr)의 평방근에 역비례(εr -1/2에 비례)하기 때문에, 유전률이 큰 유전체 기판(1)을 이용함으로써 전술한 바와 같이 그 물리적 길이를 짧게 할 수 있다.
구체적으로, 유전체 기판(1)은 예컨대 BaO-TiO2-SnO2, MgO-CaO-TiO2 등의 세라믹스를 이용하는 것이 비유전률이 약 20 이상이 되어 소형화의 점에서 바람직하지만, 비유전률이 약 8인 통상의 세라믹스도 이용할 수 있다. 또한, 이 유전체 기판(1)은 세라믹스 등의 유전체 재료에 의해 일체로 형성된 것도 좋고, 얇은 세라믹 시트에 적절하게 도전막이 설치된 것을 적층 및 소결하여 형성된 것이나 유리 에폭시 필름에 적절하게 도전막이 설치된 것을 적층하여 형성된 것이라도 좋다.
이 실시예에 있어서, 제1 방사 전극(1)의 폭(W)은 유전체 기판(1)의 폭과 거의 동일한 폭(W)으로 형성되어 있다. 제1 방사 전극(1)의 폭(W)은 넓을수록 대역 특성이 넓어지기 때문에 바람직하다.
이 실시예에 있어서, 상면(11)으로부터 제1 측면(12)에 걸쳐 제1 방사 전극(2)이 형성될 뿐만 아니라, 제1 측면(12)과 인접하는 제2 측면(13) 및 제3 측면(14)에도 측부 방사 전극(23, 24)이 형성된다. 또한, 제2 측면(13)에 형성되는 측부 방사 전극(23)은 급전 전극(3)(후술)에 접속되고, 제3 측면(14)에 형성되는 측부 방사 전극(24)은 접지 전극(5)에 직접 접속되어 있다. 제2 및 제3 측면(13, 14)에 형성된 측부 방사 전극(23, 24)의 공진 주파수는 폭(d)를 좁게 함으로써 낮아지며, 후술하는 제2 방사 전극(4)의 영향 하에서 그 공진 주파수가 변화되는 경우에, 측부 방사 전극(23, 24)은 이들의 폭을 변화시킴으로써 조정된다. 방사 전극(2)은 그 구성이 전술한 예에 한정되지 않고, 제2 방사 전극(4)과 밀접하게 결합되지 않는 한은 상면이 아닌 어느 하나의 측면에 설치되는 것도 가능하다.
이 실시예에 있어서, 급전 전극(3)은 제1 방사 전극(2)에 직접 접속되어 있다. 이러한 구조에서는 급전 전극(3)과 방사 전극(2)의 경계가 명확하게 규정되지는 않지만, 여기서는 편의상 폭이 넓은 부분을 제1 방사 전극(2)의 일부(측부 방사 전극(23))로 하고, 폭이 좁은 부분을 급전 전극(3)으로 한다. 그러나, 급전 전극(3)의 폭을 측부 방사 전극(23)의 폭과 일치시킬 수도 있고, 제2 측면(13)에 형성되는 부분의 전체를 급전 전극(3)으로 할 수도 있다. 급전 전극(3)은 소정의 임피던스를 갖는 방사 전극(20) 부분에 접속되어, 역F 안테나를 형성한다.
급전 전극(3)의 단부는 도 1b에 도시한 바와 같이 접지 전극(5)으로부터 분리되어 설치되어 급전 단자(31)가 된다. 그 단부를 회로 기판(도시 생략)에 실장하는 경우에는, 회로 기판의 급전부와 직접 납땜 등에 의해 접속된다. 이 급전 전극(3)도 후술하는 바와 같이 여러 곳에 설치된다.
제2 방사 전극(4)은 주로 제2 주파수대(f2)용의 방사 전극으로서, 급전 전극(3) 및/또는 제1 방사 전극(2)과 전자기 결합되어 제2 주파수대에서 공진하도록 유전체 기판(2)의 제2 측면(13)에 형성된다. 이 실시예에 있어서, 제2 방사 전극(4)은 급전 전극(3)과의 결합이 강해지도록 급전 전극(3) 가까이에 형성된다. 바꿔 말하면, 제2 방사 전극(4)은 유전체 기판(1)의 상면(11)에 형성된 제1 방사 전극(2)의 주요부와의 결합은 약해지도록 가능한 한 제1 방사 전극(2)과의 간격(B)이 커지도록 형성된다. 이와 같이 형성함으로써, 제1 방사 전극(2)과 제2 방사 전극(4)을 서로 독립적으로 공진 주파수 및 정합 특성(정재파비(voltage standing wave ratio) : VSWR)을 조정을 할 수 있기 때문에, 유전체 안테나의 제조가 용이하다.
제2 방사 전극(4)은 길이 방향으로 연장되다가 접지 전극(5)을 향해서 만곡되어 그 길이(L3)가 제2 주파수대의 파장(λ2)의 대략 1/4의 전기장이 되도록 형성된다. 이 경우에도, 만곡부(41)를 깎아 폭(h)을 줄이고 길이(L3)를 늘림으로써, 공진 주파수를 낮게 할 수 있다. 제2 방사 전극(4)이 제1 방사 전극(2)과의 결합에 의해 공진 주파수나 정합 특성이 변화되는 경우에는 만곡부(41)의 폭(h)을 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
제2 주파수대의 주파수가 낮아 제2 방사 전극(4)이 길어지는 경우에는, 제2 방사 전극(4)은 제2 측면(13)으로부터 제1 측면(12)과 대향하는 제4 측면(15)에 걸쳐서 형성되더라도 좋고, 후술하는 바와 같이 미앤더링 형상으로 형성되어도 좋다. 또한, 제2 방사 전극(4)을 제3 측면(14)에 형성하여, 제2 방사 전극(4)이 급전 전극(3)과 직접적으로는 결합하지 않고 제1 방사 전극(2)을 통해 급전 전극(3)과 결합하도록 형성되더라도 좋다.
접지 전극(5)은 하면(16)에서 급전 단자(31)가 설치되는 부분을 제외한 거의 전면에 설치된다. 접지 전극(5)의 일부는 고정용 단자(51)로서, 제2 및 제3 측면(13, 14)의 일부에도 연속하여 설치된다. 접지 전극(5)을 회로 기판(도시 생략)에 실장할 때에, 그것을 회로 기판의 어스 라인에 납땜하여 고정함으로써, 안테나의 고정과 접지 전극(5)의 전기적 접속을 동시에 행할 수 있다.
접지 전극(5), 제1 및 제2 방사 전극(2, 4) 및 급전 전극(3) 등은 은막 등의 도전막을 인쇄 또는 진공 증착과 패터닝 등에 의해 각각 유전체 기판(1)의 소정의 위치에 설치하면 쉽게 형성할 수 있어 바람직하지만, 이러한 형성 방법에 한정하지 않고, 구리 등의 도전선 또는 도전판을 유전체 기판(1)의 소정의 위치에 설치하더라도 좋다. 또한, 유전체 시트의 일부에 도전막 패턴을 형성하여 이 유전체 시트를 적층하고 소결함으로써, 제1 및 제2 방사 전극(2, 4), 급전 전극(3) 및 접지 전극(5), 또는 이들 중 어느 하나의 적어도 일부를 유전체 기판(1)의 내부에 형성할 수도 있다.
제2 방사 전극(4)이나 급전 전극(3)과 같이 유전체 기판(1)의 측면 또는 측면에 따라서 설치되는 전극의 경우에는, 각각의 유전체 시트에 띠형의 비어 컨택트를 형성하여 이 유전체 시트를 적층함으로써 세로 방향으로 도전막을 형성하고 유전체 시트의 적층체를 형성한 후에 측면에 유전막을 설치함으로써 전극을 형성할 수도 있다. 또한, 그러한 전극을 그 표면을 유전체 시트로 덮어 내면에 형성할 수도 있다.
전술한 구조의 제1 방사 전극(2)은 도 1c의 등가 회로도로 나타낸 바와 같이 역F 안테나의 기능을 한다. 제2 방사 전극(4)은 급전 전극(3)과의 간격 A 및 제1 방사 전극(2)과의 간격 B에 의해 급전 전극(3), 즉 급전 단자(31)와 전자기 결합된다. 제2 방사 전극(4)과 급전 전극(3) 및 제1 방사 전극(2)과의 결합의 정도에 따라 제1 및 제2 방사 전극(2, 4)의 공진 주파수 및 정합 특성이 변화되고, 이 양자가 최적화되도록 간격 A, B를 설정함으로써, 듀얼 밴드에서의 공진 주파수 및 정합 특성을 조정할 수 있다.
상기 구조에서, 유전체 기판(1)으로서 SiO2+MgO로 이루어지는 세라믹스(비유전률 εr=8)를 이용하여 15 mm(길이) ×7 mm(폭) ×6 mm(높이 또는 두께)로 형성하고, 제1 주파수대(f1)로서 2.4 GHz용의 제1 방사 전극(2)을 유전체 기판(1)의 폭과 동일한 폭 L1=11.8 mm 정도로, 폭 L2=7.8 mm(유전체 기판(1)의 두께) 정도로 형성하며, 제2 주파수대(f2)로서 5.2 GHz용의 제2 방사 전극(4)을 폭 L3=5 mm로, 간격 A를 1.5 mm, 간격 B를 2 mm로 형성하였다. 그 결과, 도 2에 도시한 바와 같이, 2.4 GHz 근방과 5.2 GHz 근방에서 VSWR가 작은 VSWR 주파수 특성의 안테나를 얻을 수 있었다. 이 안테나를 얻을 때에, 간격 A는 제2 방사 전극(4)의 급전 전극(3)의 측단부를 깎아 그 간격을 넓힘으로써 조정하였고, 간격 B는 제2 방사 전극(4)의 상단부를 깎아 그 간격을 넓힘으로써 조정하였으며, 그 최량의 결과가 얻어진 상태가 전술한 치수이다.
전술한 치수예에서, 간격 B를 2 mm로 유지한 채로 간격 A를 변화시켰을 때의 2.4 GHz대 및 5.2 GHz대에서의 공진 주파수 및 VSWR의 변화를 조사한 결과를 도 3a 및 도 3b에 도시하였다. 간격 A는 전술한 바와 같이 급전 전극(3)의 측단부를 깎음으로써 변화시켰다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 2.4 GHz대에서는 VSWR의 변화가 거의 없고, 5.2 GHz대에서는 간격 A가 1.5 mm일 때에 최량의 결과가 나타난다는 것을 알 수 있다.
또한, 간격 A를 1.5 mm로 유지한 채로 간격 B만을 변화시켰을 때의 2.4 GHz대 및 5.2 GHz대에서의 공진 주파수 및 VSWR의 변화를 조사한 결과를 도 4a 및 도 4b에 도시하였다. 이 경우에, 간격 B는 제2 방사 전극(4)의 상단부를 깎아 제1 방사 전극(2)과의 간격을 점점 크게 함으로써 변화시켰다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 2.4 GHz대 및 5.2 GHz대 모두 간격 B를 크게 하는 경우에 최량의 결과가 나타난다는 것을 알 수 있다.
요약하자면, 제1 방사 전극(2)은 일단부(21)가 유전체 기판(1)의 상면(11)의 단부측에 개방단으로서 설치되고, 타단부(22)가 유전체 기판(1)의 상면(11)에 길이 방향을 따라서 연장되어 제1 측면(12)을 경유하여 접지 전극(5)에 접속되며, 급전 전극(3)은 소정의 임피던스가 되는 타단부(22)에 가까운 부분에서 제1 방사 전극(2)에 접속되어, 도 1c의 등가 회로도에 도시한 바와 같은 역F 안테나를 형성한다.
그 결과, L1+L2=λ1/4의 전기장으로 파장(λ1)의 제1 주파수대(f 1)에서 공진시킬 수 있다. 한편, 제2 방사 전극(4)은 유전체 기판(1)의 측면의 길이 방향으로 연장되어 제2 측면(13)에 형성된다. 제2 방사 전극(4)의 일단부(42)는 개방단으로서 설치되고 타단부(43)는 접지 전극에 접속되며, 접지 전극(5)에 접속되는 부분의 근방에서 급전 전극(3)과 자기 결합되기 때문에, 제2 방사 전극(4)도 마찬가지로 역F 안테나로서 동작함으로써, 길이 L3=λ2/4의 전기장으로 파장(λ2)의 제2의 주파수대(f2)에서 공진시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 제1 방사 전극(2)과 제2 방사 전극(4)은 서로 적지 않게 결합하여, 서로 영향을 준다. 그러나, 제1 방사 전극(2)과 제2 방사 전극(4)이 유전체 기판(1)의 서로 직교하는 면에 설치되기 때문에, 서로 결합하는 이들 방사 전극 간의 간격이 커진다. 그 결과, 도 3a 내지 도 4b에 도시한 바와 같이 주파수와 VSWR이 약간 변화되는데, 이 경우 제1 방사 전극의 제2 또는 제3 측면(13, 14)에 설치되는 측부 방사 전극(23, 24)의 폭을 조정하거나, 제2 방사 전극(4)의 세로 부분의 폭을 변화시킴으로써 이들 방사 전극(2, 4)의 공진 주파수 및 VSWR을 서로 독립적으로 조정할 수 있다.
이와 같이, 표면적이 작은 1개의 유전체 기판을 이용한 안테나로 예컨대 2.4 GHz와 5.2 GHz의 듀얼 밴드로 통신할 수 있기 때문에, 무선 LAN을 이용하여 화상 등의 정보량이 큰 데이터를 포함하는 데이터를 수신하는 경우에도, 상이한 주파수대, 즉 정보량이 큰 데이터를 높은 전송 속도로 전달하는 5.2 GHz의 주파수대와, 긴 거리의 통신에 적합한 통상의 데이터를 전달하는 2.4 GHz의 주파수대를 사용함으로써, 무선 LAN을 유효하게 활용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 실시예에 있어서는, 제1 방사 전극(2)은 제4 측면(15)에까지 연장되어 제4 측면(15)에 개방단(21)이 설치된다. 이러한 구조의 경우, 단지 제4 측면(15) 부분에서의 제1 방사 전극(2)의 길이(L4)와 유전체 기판(1)의 세로 방향의 길이(L5)와 제1 측면(12)의 길이(L2)의 합(L4+L5+L2)이 λ1/4의 전기장과 같으면 되기 때문에 유전체 기판(1)의 길이(L5)를 짧게 할 수 있어, 안테나의 소형화를 도모할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다. 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 실시예에 있어서는, 제1 방사 전극(2)의 타단부(22)가 제1 측면(12)을 경유하여 접지 전극(5)에 접속되는 동시에, 그 제1 측면(12) 상의 방사 전극(2)의 일부는 접지 전극(5)에는 접속되지 않고 급전 전극(3)에 접속된다. 구체적으로, 제2 측면(13)에 가까운 방사 전극(2)의 일부는 접지 전극(5)에는 접속되지 않고 제1 측면(12)에 형성되는 급전 전극(3)에 접속되며, 방사 전극(2)의 나머지 부분은 접지 전극(5)에 접속된다. 그 결과, 방사 전극(2)과 결합 전극(3)의 결합 구조는 전술한 구조와 같은 구조로 되어 있다. 이러한 구조로 해도, 급전 전극(3)과 방사 전극(2)의 접속점이 소정의 임피던스가 되는 부분에 위치하도록 방사 전극(2)의 접지 전극(5)에의 접속부와 급전 전극(3) 간의 거리를 설정하면, 전술한 실시예들과 같이 역F 안테나로서 동작하게 된다.
급전 전극(3)과 제2 방사 전극(4)은 상이한 면에 형성되지만, 급전 전극(3)과 제2 방사 전극(4)은 자계에 의해 서로 강하게 결합되기 때문에, 제2 방사 전극(4)과 급전 전극(3) 간의 거리를 가깝게 하면 거의 마찬가지로 결합시킬 수 있다. 또한, 급전 단자(31)는 제1 측면(12)에 가까운 위치의 하면(16)에 형성되고, 접지 전극(5)으로 둘러싸여 있다. 이러한 구조는 제2 측면(13) 또는 제3 측면(14) 측으로부터 급전할 수 없는 경우에 대처할 수 있는 구조이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예를 도시한다. 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 실시예에 있어서는, 제3 실시예의 구조에서 측부 방사 전극(24)이 제거되어 있다. 전술한 바와 같이, 제1 방사 전극과 제2 방사 전극 간의 결합에 의해 공진 주파수 및 VSWR이 변화되더라도, 측부 방사 전극(24)을 설치하여 그 폭을 변화시킴으로써 상기 공진 주파수 및 VSWR의 변화를 조정할 수 있다. 일단 조정한 설계에서는, 동일한 구조의 것을 제작하면 동일한 주파수 특성 및 VSWR 특성을 얻을 수 있고, 회로 기판에 의해 변화되는 임피던스 조정이 완료되면, 그 회로 기판을 규정된 구성으로 형성할 수 있다. 그러므로, 측부 방사 전극을 설치하지 않고 상기 조정을 행할 수 있으면, 측부 방사 전극은 요구되지 않는다.
상기 구조에 의하면, 접지 전극(5)에 접속되지 않는 부분의 방사 전극의 길이를 길게 할 수 있기 때문에, 유전체 기판(1)의 길이 방향의 길이(L)를 짧게 할 수 있어, 안테나의 소형화를 도모할 수 있다. 이러한 구성은 전술한 실시예들에도 적용 가능하다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제5 및 제6 실시예를 도시한다. 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 실시예에 있어서는, 제2 방사 전극(4)이 미앤더링 형상(크랭크형 또는 곡선형)으로 연장되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 길이 방향의 물리적 길이(L6)를 짧게 하면서, 요구되는 전기장(공진 주파수의 파장의 1/4)을 얻을 수 있다. 그 결과, 제2 주파수대가 비교적 낮아 제2 방사 전극(4)의 길이를 길게 할 필요가 있는 경우에도 제2 측면(13)에 미앤더링 형상을 쉽게 형성할 수 있다.
또한, 제2 방사 전극(4)을 미앤더링 형상으로 형성하여 제2 방사 전극(4)의 길이 방향의 전체 길이(L6)를 줄일 수 있기 때문에, 상면(11)의 제1 방사 전극(2)과 대향하는 부분의 제2 방사 전극(4)의 길이를 줄일 수 있어, 용량을 작게 할 수 있고, 또한 이들 방사 전극 간의 결합도를 낮게 할 수 있다. 그러므로, 도 1a에 도시한 구조에서 방사 전극(2, 4) 간의 간격(B)을 크게 한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 이들 방사 전극 간의 간격은 주기적으로 작아지거나 커지기 때문에, 멀어진 부분(44)의 용량이 더 작아져, 이들 방사 전극 간의 결합도를 전체적으로 낮게 할 수 있다. 이 경우에, 제1 방사 전극(2) 또는 제1 및 제2 방사 전극을 모두 미앤더링 형상으로 형성할 수도 있다. 이러한 구조도 전술한 각 실시예에 적용 가능하다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예를 도시한다. 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
이 실시예에서는, 상면(11)에는 방사 전극이 형성되어 있지 않다. 대신에, 제1 방사 전극(2)은 제3 측면(14)에서부터 제1 측면(12)을 경유하여 제2 측면(13)까지 연장되고, 제2 측면(13)에 형성되는 급전 전극(3)에 접속된다. 그리고, 제1 측면(12)에 형성된 제1 방사 전극(2)의 일부가 접지 전극(5)에 접속된다. 그 결과, 방사 전극(2)이 접지 전극(5)에 접속되는 부분으로부터 소정의 거리만큼 떨어져 임피던스가 소정의 값이 되는 위치에 급전 전극(3)이 형성됨으로써, 전술한 각 실시예와 같이 역F 안테나를 형성할 수 있다. 물론, 제1 방사 전극(2)의 선형으로 연장되어 있는 부분 전체의 길이는 제1 주파수대(f1)에서 공진하도록 조정되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 급전 전극(3)이 제1 방사 전극(2) 및 제2 방사 전극(4)과 전자기 결합되어, 1개의 안테나로 듀얼 밴드에 대처할 수 있다. 이 경우, 제1 방사 전극(2) 및 제2 방사 전극(4)이 유전체 기판(1)의 대향하는 측면에 각각 설치되기 때문에, 이들 방사 전극 간의 거리가 매우 멀어져, 이들 방사 전극 간의 결합이 덜 됨으로써, 각각의 공진 주파수 및 정합 특성을 독립적으로 조정할 수 있다. 더욱이, 상면(11)에는 전극을 형성하기 위한 도전막의 인쇄가 필요 없어, 한 공정 단계를 줄일 수 있다.
전술한 실시예들에서는, 유전체 기판(1)의 상면(11)의 전체 폭에 걸쳐 제1 방사 전극(2)이 형성된다. 그러나, 방사 전극(2)의 폭을 유전체 기판(1)의 전체 폭보다 좁게 할 수도 있다. 이러한 경우에는, 제1 방사 전극(2)과 제2 방사 전극(4) 간의 간격이 커져, 이들 방사 전극 간의 결합이 약해지기 때문에 바람직하다.
또한, 전술한 실시예들에서는, 제2 방사 전극(4)이 직접 급전 전극(3)과 결합하도록 제2 방사 전극(4)이 급전 전극(3)의 근방에 설치된다. 그러나, 제2 방사 전극(4)이 제2 측면(13)과 대향하는 제3 측면(14)에 형성될 수도 있다. 이 경우에는, 제2 방사 전극(4)이 급전 전극(3)으로부터 멀어지기 때문에 제2 방사 전극(4)을 급전 전극(3)과 직접 결합할 수는 없지만, 제2 방사 전극(4)과 제1 방사 전극(2)을 서로 가까이 하여 배치함으로써 제2 방사 전극(4)을 제1 방사 전극(2)을 경유하여 급전 전극(3)과 결합시킬 수 있다. 이 경우, 제2 주파수대에 대해서도 제1 방사 전극(2)이 기여하기 때문에, 공진 주파수 및 VSWR이 제1 방사 전극과도 관련되어 복잡한 문제가 생긴다. 그러나, 한번의 조정으로, 동일한 구조를 재현할 수 있기 때문에 동일한 안테나를 양산할 수 있다.
도 11은 LAN을 구성하기 위해서 안테나를 탑재한 퍼스널 컴퓨터의 일례를 도시한다. 안테나(7)가 퍼스널 컴퓨터(6)의 측벽(61) 내부에 탑재되어, 퍼스널 컴퓨터(6) 내에 설치된 통신 회로(도시 생략)에 접속됨으로써, 동일한 통신 기능을 갖는 다른 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화기 등과 무선으로 통신을 할 수 있게 되어 있다. 이 경우에, 안테나(7)는 제2 방사 전극(4)이 위를 향하도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 안테나(7)를 탑재하는 장소는 도 11에 표시되는 위치에 한정되는 것이 아니라, 퍼스널 컴퓨터(6)의 다른 측면이나 뒤쪽의 측면 또는 덮개부(62) 등에 설치할 수도 있다. 휴대 전화기의 경우에는, 안테나(7)의 접지 전극을 전술한 고정용 단자(51)를 이용하여 휴대 전화기에 내장되는 회로 기판의 상측 모서리에 납땜하여 탑재할 수 있다.
그 결과, 퍼스널 컴퓨터에 의해 정보 처리를 행하면서, 다른 전자 장치와의 사이에서 정보를 교환을 할 수 있다. 더욱이, 화상과 같은 정보량이 큰 통신에는 주파수가 높은 제2 주파수대를 이용할 수 있기 때문에, 매우 단시간에 대량의 정보를 무선으로 교환할 수 있다.
본 발명에 대해서는 특정한 바람직한 실시예를 참조하여 도시 및 기재하였지만, 당업자라면 다양하게 변경 및 변형시킬 수 있을 것이다. 이러한 변경예 및 변형예는 청구 범위에서 규정되는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 것은 당연한 것이다.
본 발명의 유전체 안테나에 의하면, 안테나의 표면적뿐만 아니라 듀얼 밴드 간의 상호 간섭을 증가시키는 일 없이, 1개의 소자를 가지고 듀얼 밴드로 통신할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유전체 안테나의 상부 투시도.
도 1b는 도 1a의 유전체 안테나의 하부 투시도.
도 1c는 도 1a의 유전체 안테나의 등가 회로도.
도 2는 주파수 변화와 관련된 VSWR 특성을 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 통신 주파수마다 도 1a에서 간격 A의 변화와 관련된 공진 주파수 특성 및 VSWR 특성을 도면.
도 4a 및 도 4b는 통신 주파수마다 도 1a에서 간격 B의 변화와 관련된 공진 주파수 특성 및 VSWR 특성을 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유전체 안테나의 투시도.
도 6a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유전체 안테나의 상부 투시도.
도 6b는 도 6a의 유전체 안테나의 하부 투시도
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유전체 안테나의 투시도.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유전체 안테나의 투시도.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 유전체 안테나의 투시도.
도 10a는 본 발명의 제7 실시예에 따른 유전체 안테나의 상부 투시도.
도 10b는 도 10a의 유전체 안테나의 하부 투시도.
도 11은 본 발명의 유전체 안테나를 포함하는 퍼스널 컴퓨터의 투시도.
도 12는 종래의 유전체 안테나의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 유전체 기판
2: 제1 방사 전극
3: 급전 전극
4: 제2 방사 전극
5: 접지 전극

Claims (9)

  1. 제1 면, 상기 제1 면과 대향하는 제2 면, 그리고 상기 제1 면 및 상기 제2 면에 연결되는 측면들을 갖는 유전체 기판과;
    상기 제1 면에 설치되는 접지 전극과;
    상기 제2 면 및 상기 측면들 중 적어도 하나에 평행하게 연장되고, 제1 주파수를 갖는 전자기파로 공진되도록 구성되는 제1 방사 전극과;
    상기 측면들 중 하나에 평행하게 연장되고, 상기 제1 방사 전극과 전자기 결합되는 급전 전극과;
    상기 측면들 중 하나에 평행하게 연장되고, 상기 제1 방사 전극 및 상기 급전 전극 중 적어도 하나와 전자기 결합되며, 제2 주파수를 갖는 전자기파로 공진되도록 구성되는 제2 방사 전극
    을 포함하는 유전체 안테나로서,
    상기 급전 전극의 일단부는 상기 제1 방사 전극 및 상기 제2 방사 전극에 대한 급전 단자로서의 기능을 하는 것인 유전체 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 방사 전극은 상기 제2 면 및 상기 측면들의 제1 측면 중 적어도 하나에 평행하게 연장되고,
    상기 제1 방사 전극은 일단부가 개방되고 타단부가 상기 접지 전극에 접속되며,
    상기 급전 전극은 상기 측면들의 제1 측면 및 상기 측면들의 제2 측면 중 하나에 평행하게 연장되고,
    상기 제2 방사 전극은 상기 측면들의 제2 측면의 하나에 평행하게 연장되는 것인 유전체 안테나.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 방사 전극은 일단부가 개방되고 타단부가 상기 접지 전극에 접속되며,
    상기 제2 방사 전극은 적어도 하나의 만곡부를 갖도록 연장되는 것인 유전체 안테나.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 방사 전극은 상기 제2 면에 평행하게 연장되는 제1 부분과, 상기 제1 부분과 상기 접지 전극을 접속시키도록 상기 측면들 중 적어도 하나에 평행하게 연장되는 제2 부분을 포함하는 것인 유전체 안테나.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 방사 전극은 미앤더링 형상으로 연장되는 것인 유전체 안테나.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 방사 전극은 상기 측면들의 제1 측면에 설치되고, 상기 제2 방사 전극은 상기 측면들의 제1 측면과 대향하는 상기 측면들의 제2 측면에 설치되는 것인 유전체 안테나.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 방사 전극과 상기 급전 전극은 직접 접속되는 것인 유전체 안테나.
  8. 제1항에 있어서, 상기 급전 단자는 상기 제1 면에 상기 접지 전극으로부터 분리되어 설치되는 것인 유전체 안테나.
  9. 외부 통신 장치와 데이터 통신을 행하도록 구성되는 통신 회로와;
    상기 통신 회로에 전기적으로 접속되는, 청구항 1에 기재한 유전체 안테나
    를 포함하는 통신 장치.
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