KR20070077094A - 고유전체를 이용한 지상파 ｄｍｂ용 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

소결 공정없이 사출 성형으로 제조 가능한 고유전율 유전체로 제조된 캐리어와 상기 캐리어 상에 형성된 도전성의 방사체를 포함하고, 내장형으로 단말기 내에 삽입되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나가 개시된다. 본 발명에 따른 지상파 DMB용 내장형 안테나에 의하면, 지상파 DMB 방송을 위한 모바일 단말기와 그 외 지상파 DMB 수신기기들의 외장 디자인과 수신기의 크기를 소형, 경량으로 변화시킬 수 있다.

지상파 DMB, 내장형 안테나, 고유전율 유전체, 안테나 패턴

Description

고유전체를 이용한 지상파 ＤＭＢ용 내장형 안테나{INTERNAL ANTENNA FOR TERRESTRIAL DIGITAL MULTIMEDIA BROADCASTING USING HIGH DIELECTRIC CONSTANT MATERIALS}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 1개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 2개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 각 실시예에 따라 설계된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 S11 해석 결과를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 각 실시예에 따라 실제 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 사진을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 S11 측정 결과를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 S11 측정 결과를 도시한 도면이다.

본 발명은 지상파 DMB용 휴대 단말기에 적용되는 지상파 DMB용 내장형 안테나에 관한 것으로서, 특히 고유전체를 이용한 지상파 DMB용 내장형 안테나에 관한 것이다.

DMB(Digital Multimedia Broadcasting)란 기존의 아날로그 TV방송(NTSC)이나 디지털 TV 방송(ATSC)으로는 제공이 불가능한, 이동 중의 비디오, 오디오 및 데이터 서비스를 수신할 수 있는 이동 멀티미디어 방송을 지칭한다.

지상파 DMB(Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting: T-DMB)는 차량용 소형TV, 노트북, PDA, 휴대폰 등과 같은 소형 단말을 이용하여 장소와 시간에 구애받지 않고 고속 이동 중에도 동영상 및 CD 수준의 오디오, 다양한 멀티미디어 데이터 서비스의 안정적 수신이 가능한 이동멀티미디어 방송으로 세계 최초로 국내에서 서비스 표준을 정하고 기술개발을 하여 지난 2005년 12월부터 상용화되었다. 이러한 지상파 DMB는 상대적으로 적은 투자를 통하여, 이동 수신 성능이 탁월한 내 손안의 디지털 TV를 실현하며, 통신, 방송, 융합 서비스가 본격적으로 시도될 플랫폼으로 여겨지고 있다.

현재 사용되고 있는 지상파 DMB용 안테나는 단일 밴드 안테나로서, 탑 로딩 방식의 리트랙터블 안테나 또는 헬리컬 안테나를 외장형 또는 착탈식으로 사용한다.

그런데, 이러한 지상파 DMB에 사용되는 리트랙터블 안테나나 헬리컬 방식의 안테나는 100 - 300 mm 이상의 길이와 외장형 또는 착탈식으로 장착되는 디자인의 한계성으로 인하여 모바일 단말기 안테나 등 지상파 DMB 수신기의 휴대성이나 이동성에 맞지 않는 문제점이 있다.

또한, 소형 안테나로서 세라믹을 기판으로 사용한 안테나가 알려져 있으나, 세라믹은 충격에 의하여 파손되기가 쉬우며, 소결에 의하여 제조하여야 하므로 제조 비용이 높은 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 소형, 경량이며 장착하기 쉬운 지상파 DMB용 내장형 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존의 외장형이나 착탈식 안테나와 달리, 고유전율 유전체를 이용하여 내장형으로 삽입이 가능한 구조를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 지상파 DMB 방송을 위한 모바일 단말기와 그 외 지상파 DMB 수신기기들의 외장 디자인과 수신기의 크기를 소형, 경량으로 변화시킬 수 있는 지상파 DMB용 내장형 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 소결 공정없이 사출 성형으로 제조 가능한 고유전율 유전체로 제조된 캐리어와 상기 캐리어 상에 형성된 도전성의 방사체를 포함하고, 내장형으로 단말기 내에 삽입되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공된다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 고유전율 유전체는 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulphide: PPS)를 함유하는 재질인 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 고유전율 유전체는 유전율이 20 내지 25 인 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 방사체는 단일 패스(Path) 2개를 이용하여 각각 시계방향과 반시계방향으로 나선(Spiral) 형태로 감겨진 패턴 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공된다. 이 경우, 상기 캐리어의 일면 상에 상기 단일 패스 2개의 종단 부분이 위치할 수 있고, 급전부에서 들어가는 패스를 분기(Split)하여 상기 시계방향에 따른 패턴과 상기 반시계방향에 따른 패턴이 대칭 구조를 이룰 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 방사체는 모노폴(Monopole)에 나선 구조를 적용하여 구성되며, 전류분포가 위상에 따라 동일하게 유기되어 무지향성의 방사 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 고유전율 유전체를 이용하여 내장형으로 삽입되는 구조로서 1개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 것과 같이, 본 실시예에 따른 상기 지상파 DMB용 내장형 안테 나는 소결 공정없이 사출 성형으로 제조 가능한 고유전율 유전체로 제조된 캐리어(10) 및 캐리어 상에 형성된 도전성의 방사체(12)를 포함한다.

본 실시예에서 상기 고유전율 유전체는 유전율이 약 20 내지 25 인 고유전체를 사용하는 것이 바람직하며, 일반적인 엔지니어링 플라스틱의 유전율이 3-4 인 것에 비하면 매우 높은 유전율을 갖는다. 아래 표 1에 상기 고유전율 유전체의 다양한 특성을 나타냈다.

이러한 고유전체로서 벤젠 고리와 S 원자가 반복적으로 결합된 중합체인 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulphide: PPS)에 유전율 향상을 위한 첨가제를 혼합한 고분자 물질을 사용할 수 있다. 이러한 고분자 물질은 또한 소결 공정을 거치지 않고도 사출 성형 등에 의한 가공이 용이하고, 충격에 강하며, 유전 손실이 적은 장점이 있다.

방사체(12)는 캐리어(10)의 측면을 따라 형성되며, 모노폴(Monopole)에 나선 구조를 적용한 형태이다. 이에 따라 전류분포가 위상에 따라 동일하게 유기되어 무지향성의 방사 패턴이 나타난다.

도 1에서 그라운드의 크기는 휴대 단말기에 적용이 쉽도록 하기 위해 70 mm × 36 mm로 하였으며, 본 실시예에 따른 상기 지상파 DMB용 내장형 안테나의 크기는 36 mm × 10 mm × 6 mm로 설계하였다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 상기 DMB용 내장형 안테나는 고유전체를 사용함으로써 그 크기를 기존 외장형(100 mm) 안테나에 비해 30% 정도의 크기로 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 고유전율 유전체를 이용하여 내장형으로 삽입되는 구조로서 2개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 도시한 것과 같이, 본 실시예에 따른 상기 지상파 DMB용 내장형 안테나는 소결 공정없이 사출 성형으로 제조 가능한 고유전율 유전체로 제조된 캐리어(미도시) 및 캐리어 상에 형성된 도전성의 방사체(14)를 포함한다.

본 실시예에서도 상기 고유전율 유전체는 유전율이 약 20 내지 25 인 고유전체를 사용하는 것이 바람직하며(표 1 참고), 일반적인 엔지니어링 플라스틱의 유전율이 3-4 인 것에 비하면 매우 높은 유전율을 갖는다.

본 실시예에서도 이러한 고유전체로서 벤젠 고리와 S 원자가 반복적으로 결합된 중합체인 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulphide: PPS)에 유전율 향상을 위한 첨가제를 혼합한 고분자 물질을 사용할 수 있다.

방사체(14)는 안테나의 측면 및 전면에 형성되며, 단일 패스(Path) 2개를 이용하여 각각 시계방향과 반시계방향으로 나선(Spiral) 형태로 감겨진 패턴 형태를 갖는다. 캐리어의 전면에 상기 단일 패스 2개의 종단 부분(16)이 위치한다.

또한, 급전부에서 들어가는 패스를 분기(Split)하여, 상기 시계방향에 따른 제1 패턴과 상기 반시계방향에 따른 제2 패턴이 대칭 구조를 이루도록 하며, 이러한 경우에는 상기 대칭 구조에 기초하여 전류분포가 위상에 따라 시계방향과 반시계방향으로 유기되어 미소다이폴 안테나와 유사한 무지향성 방사 패턴이 나타난다.

본 실시예에 따른 상기 지상파 DMB용 내장형 안테나는 급전부에서 분기된 2 개의 패턴에 나선 구조를 적용한 것으로 각각이 1/4 파장의 전기적 길이를 갖는다.

도 2에서도 그라운드의 크기는 휴대 단말기에 적용이 쉽도록 하기 위해 70 mm × 36 mm로 하였으며, 본 실시예에 따른 상기 지상파 DMB용 내장형 안테나의 크기는 36 mm × 10 mm × 6 mm로 설계하였다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 상기 DMB용 내장형 안테나는 고유전체를 사용함으로써 그 크기를 기존 외장형(100 mm) 안테나에 비해 30% 정도의 크기로 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 3의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따라 설계된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 S11 해석 결과를 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 제2 실시예에 따라 설계된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 S11 해석 결과를 도시한 도면이다.

본 설계 및 해석을 위한 시뮬레이션 툴로는 CST Ver. 5.1을 사용하였으며, 36 mm × 10 mm × 6 mm의 안테나 크기에 적용시키기 위하여 비유전율 εr = 20인 고유전율 유전체를 사용하였다.

도 3의 (a)에 도시한 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따라 설계된 지상파 DMB용 내장형 안테나는 235 MHz에서 공진하며, S11은 약 -12 dB임을 확인할 수 있다.

한편, 도 3의 (b)에 도시한 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따라 설계된 지상파 DMB용 내장형 안테나는 제1 실시예의 공진 주파수보다 낮은 200 MHz에서 공진하며, S11은 약 -8 dB임을 확인할 수 있다.

도 4의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따라 실제 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 사진을 도시한 도면으로서, 상기 지상파 DMB용 내장형 안테나는 1개의 방자소자를 갖는다.

한편, 도 4의 (b)는 본 발명의 제2 실시예에 따라 실제 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 사진을 도시한 도면으로서, 상기 지상파 DMB용 내장형 안테나는 상호 반대 방향의 나선 구조인 2개의 방자소자를 갖는다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 1개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나의 S11 측정 결과를 도시한 도면이다. 도 5에 도시한 것과 같이, 174 MHz에서 S11은 약 -7.4 dB의 특성을 나타내며, 그 대역폭(S11 = -6dB 기준)은 약 12%이다.

한편, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 2개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나의 S11 측정 결과를 도시한 도면으로서, 도 5보다 그 대역폭이 넓어져 약 62%이다.

상기의 측정 결과로부터, 같은 크기의 캐리어에 패스가 1개인 형태로 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 대역폭과 비교하여, 패스가 2개인 형태로 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나의 대역폭이 50% 정도 넓으므로 그 효율이 보다 증대되는 것을 확인할 수 있다.

표 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나, 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나, 및 종래 지상파 DMB용 외장형 안테나의 이득 측정 결과를 나타낸 것이다.

측정한 주파수 대역은 채널 7(174 - 180 MHz), 채널 8(180 - 186 MHz), 채널 12(204 - 210 MHz)로서, 상기 각 주파수 대역에서 각 안테나별 방사 패턴을 측정하였으며, 이를 통해 종래 지상파 DMB용 외장형 안테나와 본 발명의 각 실시예에 따라 제작된 지상파 DMB용 내장형 안테나를 비교해 보았다.

비교 측정에 사용된 종래 지상파 DMB용 외장형 안테나는 이중 헬리컬 구조로 이루어져 있으며, 길이 100 mm이고, 174 MHz - 216 MHz 에서 VSWR < 3을 만족하는 안테나이다.

제1 실시예에 따라 제작된 1개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나는 채널 7(174 MHz)을 기준으로 수직편파(V)와 수평편파(H)의 이득이 각각 -12.26 dBi, -6.52 dBi이고, 제2 실시예에 따라 제작된 2개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나는 -13.86 dBi, -13.36 dBi로 종래 지상파 DMB용 외장형 안테나보다 양호한 결과를 얻었다.

1개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나는 대역폭이 좁은 특성이 채널 8, 12번의 이득결과에 반영되었고, 2개의 방사소자를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나는 종래 지상파 DMB용 외장형 안테나에 비해 채널 12를 제외한 나머지 채널에서 양호한 결과를 얻었다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 종래 지상파 DMB용 외장형 안테나에 비해 그 크기는 30% 정도로 줄어들면서도, 외장형 안테나보다 약 5 dBi - 10 dBi 더 나은 S11 파라미터를 얻을 수 있는 매우 효과적인 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 따르면, 기존의 외장형이나 착탈식 안테나와 달리, 소형, 경량이며 장착하기 쉬운 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 고유전율 유전체를 이용하여 내장형으로 삽입이 가능한 구조를 갖는 지상파 DMB용 내장형 안테나가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 지상파 DMB용 내장형 안테나는, 지상파 DMB 방송을 위한 모바일 단말기와 그 외 지상파 DMB 수신기기들의 외장 디자인과 수신기의 크기를 소형, 경량으로 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 안테나의 제조 공정이 단순하고 제조 비용이 절감되는 동시에 외부 충격에 파손되지 않는 안테나를 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 소결 공정없이 사출 성형으로 제조 가능한 고유전율 유전체로 제조된 캐리어; 및

   상기 캐리어 상에 형성된 도전성의 방사체

   를 포함하고,

   내장형으로 단말기 내에 삽입되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고유전율 유전체는 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulphide: PPS) 를 함유하는 재질인 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고유전율 유전체는 유전율이 20 내지 25 인 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 방사체는 단일 패스(Path) 2개를 이용하여 각각 시계방향과 반시계방향으로 나선(Spiral) 형태로 감겨진 패턴 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나.
5. 제4항에 있어서,

   상기 캐리어의 일면 상에 상기 단일 패스 2개의 종단 부분이 위치하는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나.
6. 제4항에 있어서,

   급전부에서 들어가는 패스를 분기(Split)하여, 상기 시계방향에 따른 패턴과 상기 반시계방향에 따른 패턴이 대칭 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 방사체는 모노폴(Monopole)에 나선 구조를 적용하여 구성되며,

   전류분포가 위상에 따라 동일하게 유기되어 무지향성의 방사 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 지상파 DMB용 내장형 안테나.

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