KR20070007619A - Antenna using liquid radiator - Google Patents

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KR20070007619A
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김종래
김현학
박일환
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삼성전기주식회사
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Abstract

An antenna using a liquid radiator is provided to implement narrowband and broadband antennas by using an ionization liquid as a radiator. An antenna includes an ionization liquid serving as a radiator, a container(11) accommodating the ionization liquid, and a power feed unit(17) connected to the liquid via the container. The ionization liquid is water or SAR(Specific Absorption Rate) liquid. The ionization liquid is an electrolyte liquid dissolved with at least one kind of an electrolyte. The ionization liquid contains a conductive powder.

Description

액체 방사체를 이용한 안테나{ANTENNA USING LIQUID RADIATOR}ANTENNA USING LIQUID RADIATOR

도 1은 본 발명에 따른 액체 방사체를 이용한 안테나를 나타내는 개략 사시도이다.1 is a schematic perspective view showing an antenna using a liquid radiator according to the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 안테나에서 용기의 충전조건에 따라 반사계수 특성을 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.2A to 2C are simulation graphs showing reflection coefficient characteristics according to charging conditions of a container in the antenna shown in FIG. 1.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 안테나의 공진주파수특성을 확인하기 위해 본 실시예에 따라 제조된 각 안테나에 대한 반사계수특성을 나타내는그래프이다.3A to 3C are graphs showing reflection coefficient characteristics of each antenna manufactured according to the present embodiment in order to confirm the resonance frequency characteristics of the antenna according to the present invention.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 안테나의 공진주파수특성을 확인하기 위해 본 실시예에 따라 제조된 각 안테나에 대한 방사패턴도이다.4A to 4C are radiation pattern diagrams of respective antennas manufactured according to the present embodiment in order to confirm the resonance frequency characteristics of the antenna according to the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 액체 방사체로서 탄산수를 사용한 안테나에 대한 반사계수 특성과 방사패턴도를 나타내는 그래프이다.5A and 5B are graphs showing reflection coefficient characteristics and radiation pattern diagrams for an antenna using carbonated water as a liquid radiator according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 설명><Description of main parts of drawing>

10: 안테나 11: 액체용 용기10: antenna 11: container for liquid

15: 이온성 액체 17: 급전부15: ionic liquid 17: feeding part

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 물과 같은 액체를 방사체로 이용함으로써 공진주파수의 저대역화와 광대역화가 용이한 새로운 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna, and more particularly to a new antenna having a low bandwidth and a wide bandwidth of a resonance frequency by using a liquid such as water as a radiator.

일반적으로, 안테나는 일정한 주파수대역에서 공진하는 도전체를 방사체로 이용하는 방식을 채용한다. 예를 들어, 칩 안테나의 경우에, 유전체 또는 자성체로 이루어진 본체 상에 일정한 패턴의 도전체가 형성된 구조를 갖는다. In general, the antenna adopts a method using a conductor that resonates in a constant frequency band as a radiator. For example, in the case of a chip antenna, it has a structure in which a conductor of a predetermined pattern is formed on a body made of a dielectric or a magnetic body.

이러한 안테나는 도전체의 구조(길이)와/또는 유전체의 유전율에 따라 고유한 공진주파수가 결정된다. 따라서, 특정 도전체 및/또는 유전체의 재질이 정해지면, 상기 도전체 구조를 기하학적으로 변화시키는 방식에 의해서만 공진주파수의 변경이 가능하다. These antennas have a unique resonant frequency determined by the structure (length) of the conductor and / or the dielectric constant of the dielectric. Therefore, when the material of a specific conductor and / or dielectric is determined, the resonance frequency can be changed only by the method of geometrically changing the conductor structure.

특히, 이동통신단말기에 주로 사용되는 칩 안테나는 소형화와 함께 공진주파수의 저대역화가 요구되는 추세이다. 최근에는, 최소화한 자성재질이 개발됨으로써 저주파대역의 소형화 안테나 제작이 시도되고 있으나, 통상의 칩 안테나는 공간상 제약으로 인하여, 여전히 충분한 공진길이를 확보하는데 어려움이 있다.  In particular, chip antennas, which are mainly used in mobile communication terminals, require miniaturization and low-bandwidth of the resonant frequency. In recent years, miniaturization of low frequency band antennas have been attempted by minimizing magnetic materials. However, due to space limitations, conventional chip antennas still have difficulty in securing sufficient resonance lengths.

한편, 통상의 안테나는 일정한 협대역만을 커버하는 경우가 일반적이지만, 이득이 다소 떨어지더라도 광대역이 보다 유리한 것으로 알려져 있다. 이상적으로는 높은 이득을 유지하면서 전대역을 커버할 수 있는 안테나가 가장 유익하다고 할 수 있다. 하지만, 이는 종래의 도전체인 방사체를 이용하는 안테나 방식으로는 거의 불가능하다고 할 수 있다.On the other hand, although a typical antenna generally covers only a narrow narrow band, it is known that a wide band is more advantageous even if the gain is slightly reduced. Ideally, an antenna that can cover the entire band while maintaining a high gain is the most beneficial. However, this can be said to be almost impossible with an antenna method using a radiator which is a conventional conductor.

이와 같이, 칩안테나와 같이 통상의 안테나는 특정 구조인 도전체를 방사체로서 채용한 구조이므로, 공진 주파수 조정이 어려울 뿐만 아니라 광대역화 및 저대역화에도 한계가 있다. As described above, since a common antenna such as a chip antenna employs a conductor having a specific structure as a radiator, the resonance frequency is not only difficult to adjust, but also has a limitation in widening and low banding.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 그 목적은 방사체로서 도전체를 이용하는 종래의 안테나를 대체할 수 있는 새로운 개념의 안테나로서, 저대역화, 나아가 광대역화가 가능하면서도 공진주파수 조정이 보다 용이한 안테나를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, the object of the antenna is a new concept that can replace the conventional antenna using a conductor as a radiator, it is possible to lower the bandwidth, and further wideband, while adjusting the resonance frequency It is to provide an easier antenna.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은In order to achieve the above technical problem, the present invention

방사체로서 작용되는 이온화가능한 액체와, 상기 이온가능한 액체를 수용하는 액체용 용기와, 상기 용기를 통해 상기 액체에 연결된 급전부를 포함하는 안테나를 제공한다.An antenna is provided that includes an ionizable liquid that acts as a radiator, a container for a liquid containing the ionizable liquid, and a feed portion connected to the liquid through the container.

본 발명에 따른 상기 이온화가능한 액체는 물 또는 SAR 용액일 수 있다. 바 람직하게는, 상기 이온화가능한 액체는 적어도 한 종의 전해질이 용해된 전해액일 수 있다. 상기 전해질로는 NaCl이 사용될 수 있다.The ionizable liquid according to the invention may be water or a SAR solution. Preferably, the ionizable liquid may be an electrolyte in which at least one electrolyte is dissolved. NaCl may be used as the electrolyte.

본 발명의 특정실시형태에서는, 상기 이온화가능한 액체는 자력에 영향을 받는 도전체 분말을 포함할 수 있다. 상기 도전체 분말은 금속일 수 있으며, 예를 들어, 철(Fe)일 수 있다.In certain embodiments of the present invention, the ionizable liquid may comprise a conductor powder subject to magnetic force. The conductor powder may be a metal, for example, iron (Fe).

도 1은 본 발명에 따른 액체 방사체를 이용한 안테나를 나타내는 개략 사시도이다.1 is a schematic perspective view showing an antenna using a liquid radiator according to the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 안테나(10)는 이온화 가능한 액체(15)와, 상기 이온화 가능한 액체(15)를 수용하는 액체용 용기(11)와, 상기 용기(11)를 통해 상기 액체(15)에 연결된 급전부(17)로 이루어진다. Referring to FIG. 1, the antenna 10 includes an ionizable liquid 15, a container 11 for containing the ionizable liquid 15, and the liquid 15 through the container 11. It consists of a feed section 17 connected to.

본 발명에서 채용된 이온화 가능한 액체(15)는 새로운 방사체로서 도입된다. 이온화 가능한 액체(15)는 이온결합 또는 분자결합을 기초한 일정한 도전성과 함께 높은 유전율을 가지며, 이에 의해 다양한 전류원 분포를 가질 수 있다. 따라서, 상기 이온화 가능한 액체(15)는 급전부(17)를 통해 공급되는 전류에 의해 특정 공진파수를 갖는 방사체로 작용할 수 있다. 예를 들어, 물인 경우에는 약 80의 유전율과 약 3 S/m의 전도율을 갖는 것으로 알려져 있다. 이와 같이, 이온화 가능한 액체(15)는 통상의 유전체와 금속 도전체와 다른 전자기적 특성을 가지므로, 공진주파수 특성측면에서도 통상의 안테나에서 기대할 수 없던 광대역화 또는 저대역화를 얻는 것으로 확인되었다.The ionizable liquid 15 employed in the present invention is introduced as a new radiator. The ionizable liquid 15 has a high dielectric constant with constant conductivity based on ionic or molecular bonds, thereby allowing various current source distributions. Accordingly, the ionizable liquid 15 may act as a radiator having a specific resonance wave by the current supplied through the feed section 17. For example, water is known to have a dielectric constant of about 80 and a conductivity of about 3 S / m. As described above, since the ionizable liquid 15 has electromagnetic characteristics different from those of ordinary dielectrics and metal conductors, it has been confirmed that even in terms of resonance frequency characteristics, widening or low banding that cannot be expected from conventional antennas is obtained.

이러한 이온화 가능 액체(15)로는 물 외에도, SAR 용액, 전해액 또는 합성용액 등의 다양한 형태일 수 있다. 특히, 이온화 가능한 액체(15)는 다른 전해질을 용해시켜 해리된 이온을 통해 전도율을 변화시킴으로써 종래의 안테나에서 기대할 수 없는 수준으로 저대역화 또는 광대역화를 실현시킬 수 있다. 또한, 이와 달리, 전해질이 아니더라도 자력에 영향을 받는 도전체 분말, 예를 들어 철과 같은 금속분말을 액체 중에 혼합시킴으로써 이와 유사한 효과를 얻을 수 있다.The ionizable liquid 15 may be in various forms such as SAR solution, electrolyte solution, or synthetic solution in addition to water. In particular, the ionizable liquid 15 can realize low-bandwidth or wideband at a level unprecedented in conventional antennas by dissolving other electrolytes to change the conductivity through dissociated ions. Alternatively, similar effects can be obtained by mixing a conductive powder, such as iron, for example, a metal powder, such as iron, in a liquid even if it is not an electrolyte.

이하, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, 본 발명에 따른 작용과 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션결과다. Hereinafter, with reference to Figures 2a to 2c, it is a simulation result for explaining the operation and effect according to the present invention.

도 2a는 도 1에 도시된 구조와 같이 실린더형 용기에 급전부를 연결시킨 후에 반사계수특성을 계산한 결과이다. 여기서, 실린더형 용기에는 공기만이 충전된 상태이다. 도 2a와 같이, 공기(εr=1)만 충전된 경우에, 약 4.1㎓의 공진주파수를 가지며, 반사계수가 -10 dB이하인 영역이 3.4∼4.4 ㎓로서 그 대역폭이 약 1 ㎓인 것으로 나타났다. 2A is a result of calculating the reflection coefficient characteristic after connecting the feeder to the cylindrical container as shown in FIG. Here, only the air is filled in the cylindrical container. As shown in FIG. 2A, when only air (ε r = 1) is charged, the region having a resonance frequency of about 4.1 Hz and a reflection coefficient of -10 dB or less is 3.4 to 4.4 Hz and its bandwidth is about 1 Hz. .

또한, 물과 유사한 유전율(εr=80)을 갖는 고체 유전체를 상기 실린더형 용기에 충전한 후에, 동일한 방식으로 계산한 결과, 도 2b와 같이, 약 2.1㎓의 공진 주파수를 가지며, 반사계수가 -10 dB이하인 영역이 2.07∼2.11 ㎓로서 그 대역폭이 약 0.04 ㎓인 것으로 나타났다. In addition, after filling the cylindrical container with a solid dielectric having a dielectric constant similar to that of water (ε r = 80), it was calculated in the same manner, and as shown in FIG. The range below -10 dB is 2.07∼2.11 GHz, and the bandwidth is about 0.04 4.

이에 반해, 물과 동일한 조건으로 유전율(εr=80)과 전도율(8 s/m)을 갖는 물질을 동일한 실린더형 용기에 충전하였다고 가정하고, 반사계수를 계산하였다. 그 결과, 도 2c와 같이, 약 0.87 ㎓의 공진주파수를 가지며, 반사계수가 -10 dB이하인 영역이 0.831∼0.894 ㎓로서 그 대역폭이 약 0.056 ㎓인 것으로 나타났다. In contrast, the reflection coefficient was calculated assuming that a material having a dielectric constant (ε r = 80) and a conductivity (8 s / m) was filled in the same cylindrical container under the same conditions as water. As a result, as shown in FIG. 2C, the region having a resonance frequency of about 0.87 kHz and a reflection coefficient of -10 dB or less is 0.831 to 0.894 kHz, and the bandwidth is about 0.056 kHz.

이와 같이, 물과 동일한 전자기적 특성을 갖는 물질을 실린더형 용기에 충전시키고, 급전한 것으로 가정한 결과, 저대역화되면서 광대역화된 공진주파수를 갖는 것으로 확인할 수 있다.In this way, a material having the same electromagnetic characteristics as water is filled into the cylindrical container and assumed to be fed, and as a result, it can be confirmed that it has a low-bandwidth and wideband resonance frequency.

이하, 본 발명에 따른 안테나의 작용을 확인하기 위해서 실제 실시된 실시예를 기초하여 설명한다. It will be described below on the basis of the embodiment actually carried out in order to confirm the action of the antenna according to the present invention.

(( 실시예Example 1) One)

우선, 3개의 실린더형 용기 각각에 내부까지 연결된 급전라인을 설치하여, 3개의 안테나구조를 제조하였다. 각각의 실린더형 용기는 약 4.5㎖로 하였으며 상기 급전라인는 1.8㎝길이의 구리라인을 사용하였으며, 동일한 조건으로 설치하였다.First, three antenna structures were manufactured by installing a feeding line connected to each of the three cylindrical containers to the inside. Each cylindrical vessel was about 4.5 ml, and the feed line used a 1.8 cm long copper line and was installed under the same conditions.

이어, 제1 안테나 구조물의 실린더형 용기에는 다른 물질 없이 공기만을 충전시켰으며, 제2 안테나 구조물의 용기에는 물을 가득 충전시켰다. 또한, 제3 안테나 구조물의 용기에는 SAR용액(유전율: 80, 전도율: 0.8 s/m)을 가득 충전시켰다.Subsequently, the cylindrical container of the first antenna structure was filled with only air without any other material, and the container of the second antenna structure was filled with water. In addition, the vessel of the third antenna structure was filled with SAR solution (dielectric constant: 80, conductivity: 0.8 s / m).

이와 같이 제조된 제1 내지 제3 안테나구조물의 각 급전부에 일정한 전류를 공급하여 반사계수 및 방사패턴을 측정하였다.The reflection coefficient and the radiation pattern were measured by supplying a constant current to each feeder of the first to third antenna structures manufactured as described above.

도 3a 내지 도 3c는 본 실시예에 따라 제조된 각 안테나에 대한 반사계수특성을 나타내는 그래프이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 실시예에 따라 제조된 각 안테나에 대한 방사패턴도이다.3A to 3C are graphs showing reflection coefficient characteristics of each antenna manufactured according to the present embodiment, and FIGS. 4A to 4C are radiation pattern diagrams of each antenna manufactured according to the present embodiment.

도 3a에 대비하여, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 물 또는 SAR 용액을 방사체로 이용한 제2 및 제3 안테나는 다양한 공진주파수를 갖는 것을 확인할 수 있다.이는 이온화 가능한 액체를 방사체로 이용할 경우에 높은 수준의 광대역화가 구현될 수 있음을 확인시켜주는 결과이다. 또한, 제2 및 제3 안테나는 1 ㎓이하의 저주파대역에서도 공진주파수를 갖는 것으로 확인되었다. In contrast to FIG. 3A, referring to FIGS. 3B and 3C, it can be seen that the second and third antennas using water or a SAR solution as a radiator have various resonance frequencies. This confirms that a high level of broadband can be realized. In addition, it has been confirmed that the second and third antennas have resonance frequencies even in a low frequency band of 1 kHz or less.

이와 같이, 동일한 안테나구조에서 용기 내에 충전된 물질에 따라 다양한 공진주파수의 변화가 발생된다. 특히, 물 또는 SAR 용액과 같이 이온화 가능한 액체를 방사체로 이용할 경우에, 공진주파수의 저대역화 및 광대역화를 기할 수 있다는 것을 확인하였다As such, various resonance frequencies are generated according to the material charged in the container in the same antenna structure. In particular, when using ionizable liquids, such as water or SAR solutions, as the emitter, it was confirmed that the low band and wide band of the resonance frequency can be achieved.

또한, 안테나로서 실용가능한 측면을 확인하기 위해서, 방사패턴도 및 이득을 측정하였으며, 그 결과를 도 4a 내지 도 4c에 나타내었다. 그 결과, 공기만 충 전된 제1 안테나구조에 비해, 제2 및 제3 안테나구조에서 보다 다양한 방사특성을 확인할 수 있었다. 특히, 이득측면을 살펴보면, 물 또는 SAR 용액을 충전한 제2 및 제3 안테나의 경우에, 도3a 및 도3b에서 나타난 공진주파수에서 -4∼8.6dBi의 비교적 높은 이득을 나타내었다.In addition, in order to confirm the practical aspects as an antenna, radiation pattern and gain were measured, and the results are shown in FIGS. 4A to 4C. As a result, more diverse radiation characteristics were observed in the second and third antenna structures than in the air-only first antenna structures. In particular, looking at the gain side, in the case of the second and third antennas filled with water or SAR solution, a relatively high gain of -4 to 8.6 dBi was shown at the resonance frequency shown in FIGS. 3A and 3B.

이와 같이, 이온 가능한 액체를 방사체로 이용한 안테나는 저대역 또는 광대역 안테나로서 실용가능함을 확인할 수 있다.In this way, it can be seen that the antenna using the ionizable liquid as the radiator can be used as a low band or wide band antenna.

본 발명에 따른 액체 안테나는 방사체로 사용되는 이온가능한 액체에 NaCl과 같은 전해질 또는 도전체 분말을 혼합함으로써 추가적인 안테나특성변화를 기대할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이온화 가능한 액체의 특성에 따라 다른 공진주파수 특성을 얻을 수 있다. The liquid antenna according to the present invention has an advantage that an additional antenna characteristic change can be expected by mixing an electrolyte or a conductor powder such as NaCl with an ionizable liquid used as a radiator. Also, different resonant frequency characteristics can be obtained depending on the characteristics of the ionizable liquid.

(( 실시예Example 2) 2)

본 실시예는 다양한 형태의 이온화 가능한 액체가 고유한 공진주파수 특성을 갖는다는 것을 확인하기 위해서 실시되었다.This embodiment was carried out to confirm that various types of ionizable liquids have inherent resonant frequency characteristics.

실시예1과 동일한 조건으로서 실린더형 용기에 내부까지 연결된 급전라인을 설치하여 안테나구조를 제조한 후에, 실린더 용기에 탄산수를 충전시킨 후에, 반사계수과 방사특성을 측정하였다.Under the same conditions as in Example 1, after the feed line connected to the inside of the cylindrical container was installed to manufacture the antenna structure, the carbon dioxide was filled in the cylinder container, and then the reflection coefficient and the radiation characteristics were measured.

도 5a 및 도 5b는 본 실시예, 즉 탄산수화합물을 방사체로 사용한 안테나에 대한 반사계수 특성과 방사패턴도를 나타내는 그래프이다.5A and 5B are graphs showing reflection coefficient characteristics and radiation pattern diagrams of the present embodiment, that is, an antenna using a carbonated water compound as a radiator.

도 5a에서 확인되는 바와 같이, 공진주파수가 950㎒로 매우 낮게 나타났으 며, 특정 반사계수 이하의 주파수범위도 광범위한 대역으로 나타났다. 또한, 도 5b와 같이, 다양한 방사특성을 나타냈으며, 최고이득은 1.42dBi이며, 평균이득은 -2.82dBi인 것으로 나타났다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 안테나는 우수한 이득을 갖는 저대역 및 광대역 안테나로서 실용화가능함을 확인할 수 있었다.As can be seen in Figure 5a, the resonant frequency is very low as 950MHz, and the frequency range below a certain reflection coefficient also appeared in a wide band. In addition, as shown in Figure 5b, it showed various radiation characteristics, the highest gain was 1.42dBi, the average gain was found to be -2.82dBi. As such, it was confirmed that the antenna according to the present embodiment can be practically used as a low band and wide band antenna having excellent gain.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이온화 가능한 액체를 방사체로 이용하는 새로운 안테나를 제공한다. 본 발명에 따른 안테나는 금속성 패턴의 안테나에서 기대할 수 없는 저대역화 및 광대역화 안테나를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 액체성분, 전해질의 농도 및 종류, 도전체 분말의 함량 및 종류를 이용하여 안테나의 특성을 광범위하게 설계할 수 있는 방안으로 제공될 수 있다. As described above, according to the present invention, a novel antenna using an ionizable liquid as a radiator is provided. The antenna according to the present invention can implement a low band and wide band antenna which can not be expected from the antenna of the metallic pattern, as well as using various liquid components, concentration and type of electrolyte, content and type of the conductor powder. It can be provided as a way to design a wide range of features.

Claims (6)

방사체로서 작용되는 이온화가능한 액체;Ionizable liquids acting as emitters; 상기 이온가능한 액체를 수용하는 액체용 용기; 및A container for liquid containing the ionizable liquid; And 상기 용기를 통해 상기 액체에 연결된 급전부를 포함하는 안테나.And a feeder connected to the liquid through the container. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온화가능한 액체는 물 또는 SAR 용액인 것을 특징으로 하는 안테나.And said ionizable liquid is water or a SAR solution. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온화가능한 액체는 적어도 한 종의 전해질이 용해된 전해액인 것을 특징으로 하는 안테나.And said ionizable liquid is an electrolyte in which at least one electrolyte is dissolved. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 전해질은 NaCl을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.And the electrolyte comprises NaCl. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온화가능한 액체는 자력에 영향을 받는 도전체 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.And said ionizable liquid comprises a conductor powder subject to magnetic force. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도전체 분말은 철(Fe)인 것을 특징으로 하는 안테나.The conductor powder is characterized in that the iron (Fe).
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