KR20070105036A - 커플패치를 이용한 광대역 안테나 및 그 광대역 특성 구현방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선통신 단말기용 광대역 안테나 및 그 광대역 특성을 구현하는 방법에 관한 것으로, 무선통신 단말기용 PCB 일면에 전기에너지를 공급하는 급전부와 연결되고, 상기 접지와 단락되는 주 방사패치; 및 상기 PCB상에 급전부가 위치한 면의 반대 면에 소정 넓이를 갖고, 상기 접지와 인덕터로 연결된 도체로 이루어진 커플 패치를 포함한다.

이처럼 본 발명에 따른 광대역 안테나를 제공하게 되면, 무선통신 단말기의 디자인이 슬림화, 소형화 되면서 내장형 안테나의 체적확보가 어려워지는 문제점을 해결하여 소형의 안테나체적을 가지고도 다중대역 안테나를 구현하는 것이 가능하게 되고, 공진주파수를 용이하게 조절할 수 있어서 원하는 대역의 다중대역 또는 광대역 안테나를 제공할 수 있게 된다.

주 방사패치, 커플패치(coupled patch), 급전, 인덕터, 내장용 안테나, 공진주파수

Description

커플패치를 이용한 광대역 안테나 및 그 광대역 특성 구현 방법{WIDE BAND ANTENNA OF USING COUPLED PATCH AND WIDE BAND CHARACTERIZING METHOD THEREOF}

도 1은 종래 이동통신 단말기에 내장되는 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 2는 종래의 안테나의 협대역 특성의 문제점을 개선하기 위하여 개발된 종래의 커플링 소자를 이용하여 광대역 특성을 구현하기 위한 커플 패치(coupled patch)로 이루어진 안테나의 구조와 그 공진특성을 예시한 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 광대역 안테나의 구조의 일례를 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 내장형 안테나에 연결되는 급전부 및 커플 패치가 PCB 양면에 형성된 커플 패치 PCB 일체형 안테나와 RF 소자를 포함하는 단말기 PCB가 연결된 광대역 안테나의 구조를 예시한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 단말기 PCB상의 급전단자의 반대 면에 커플패치를 구현한 광대역 안테나를 예시한 사진이고,

도 6은 본 발명에 따른 급전 및 단락 단자가 위치한 면의 반대면의 형성된 커플 패치가 직접 접지 되었을 때와 인덕터를 통한 GND 되었을 때의 사진과 이에 대응되는 공진특성의 나타낸 그래프이고,

도 7은 본 발명에 따른 커플패치를 형성한 광대역 안테나로서, 커플패치의 면적에 따른 공진 특성을 예시한 도면이고,

도 8은 본 발명에 따른 광대역 안테나로서, 커플패치와 접지사이의 칩 인덕터의 연결 위치에 따른 공진특성의 변화를 나타낸 사진 및 그래프이고,

도 9는 본 발명에 따른 안테나 PCB 주 방사패치 급전부 반대 면에 커플 패치를 형성한 구조의 안테나를 예시한 사진과 그에 대한 공진특성의 그래프를 나타낸 도면이고,

도 10은 본 발명에 따른 단말기의 PCB 위에 내장용 안테나를 결합한 구조를 예시한 사진이고, 이에 대한 광대역 특성의 공진특성을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

220: 급전단자, 210: 단락단자,

240: 주 방사패치, 270: 급전부, 280: 단락단자, 250: 접지,

275: 커플 패치(coupled patch), 277: 인덕터

320: 급전단자, 310:단락단자, 340: 주 방사패치, 370: 급전부

380:단락단자, 350:　접지, 390: 안테나 PCB의 커플패치 면

360: 급전단자가 위치한 안테나 PCB 면

355:Main PCB와 안테나 PCB 연결 동축 케이블

365: 단말기 PCB, 375: 커플패치, 377: 인덕터

본 발명은 이동통신 단말기용 광대역 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동통신 단말기에 내장되는 안테나를 커플패치에 의해 개선시켜 소형의 체적공간으로 광대역 특성을 지닌 양질의 이동통신 단말기용 광대역 안테나에 관한 것이다.

현재 각종 이동통신 단말기에는 사용 주파수 파장의 1/4 길이 (λ/4, λ는 사용주파수의 파장)를 갖는 모노폴 안테나와 전기적으로 이에 상응하는 길이(λ/4)를 갖는 헬리컬 안테나가 결합된 신축 가능형(Retractable) 안테나가 주로 장착되어 사용되고 있다.

그러나, 신축 가능형 안테나의 경우 안테나의 전기적 성능이 우수하다는 이점은 있으나, 안테나가 전화기의 외부로 돌출 되어 있어 불편할 뿐만 아니라 부품수가 많이 들어가기 때문에 단가가 상승하는 단점도 있다. 또한 SAR(SpecificAbsorption Rate)을 튜닝하기 위해서 휩이 전화기의 내부로 삽입되어 있을 때와 휩이 외부로 인출되어 있을 때, 두 가지의 경우를 고려해야 한다는 단점이 있다.

GSM방식을 사용하는 국가에서는 휴대 전화기에 신축가능형 안테나를 사용하지 않고 신축 가능형 안테나에서 휩(Whip)을 제외하고 전기적으로 λ/4 길이를 갖는 헬리컬 형태의 고정형 안테나를 사용하고 있다. 그러나, 상기 고정형 안테나의 경우 단가가 저렴하다는 이점은 있으나, 고정형 안테나 역시 단말기의 외부로 돌출 되어 있어 휴대시 불편함을 초래하는 단점이 있다.

전술한 신축 가능형 안테나와 고정형 안테나의 경우 근본적으로 안테나가 단말기 외부로 돌출되어 있어 많은 부품이 소요되어 단말기를 소형화하는 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 파손의 위험이 있으며, 특히 휴대가 불편하다는 문제점이 있다.

이로 인해 기존의 외장형을 안테나에서 탈피하여 이동통신 단말기 내부에 안테나를 내장하여 사용할 수 있도록 한 기술연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 연구결과로 여러 종류의 내장형 안테나가 개발되어 사용되고 있다.

현재의 내장형 안테나는 크게 인쇄회로 기술을 이용한 마이크로스트립 패치 안테나(Microstrip Patch Antenna), 고유전체의 세라믹을 이용하는 세라믹 안테나(Ceramics Antenna), 및 역 F형 안테나(Planar Inverted F Antenna)로 구분할 수 있다.

그러나, 마이크로스트립 패치 안테나는 다양한 슬롯(slot)과 적층기법을 이용하여 주파수 튜닝(tuning), 대역폭 확대 등을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있으나 안테나 부피가 크게 증가한다는 단점이 있다. 또한, 세라믹 안테나는 고유전체 물질을 이용하므로 안테나 크기를 감소시킬 수는 있으나, 대역폭이 좁아서 광대역 특성이나 다중 밴드의 특성을 요구하는 시스템에서는 사용하기 어렵다는 단점이 있다.

반면에 역 F형 안테나는 급전점에 인접하여 단락핀을 구비시킴으로서 전체 안테나의 크기가 작아지는 장점이 있어 내장형 안테나로서 널리 사용되고 있다. 상 기 역 F형 안테나는 복사패치와 PCB와의 간격 및 안테나의 크기에 의해 안테나 특성이 크게 좌우되게 되는데, 종래의 역 F형 안테나를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 이동통신 단말기에 내장되는 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 내장형 역 F형 안테나는 접지를 도체층(10)과, 상기 도체층(10)에 고정되는 것으로 소정의 높이를 갖는 유전체(15)와, 상기 유전체(15) 상단에 도전체를 프린팅한 후 식각하여 형성된 'ㄱ'자 형상의 슬롯(13)을 갖는 복사패치(14)와, 상기 복사패치(14)에 전류를 공급하기 위한 급전핀(19)과, 상기 복사패치(14)의 전류를 단락시키기 위한 단락핀(17)을 포함한다.

상기 복사패치(14)는 일반적으로 PCB기판과 같은 유전체(15) 상에 도전체를 프린팅하여 형성되는 것으로, 이를 식각하면 'ㄱ'자 형상의 슬롯(13)을 형성할 수 있다. 상기 복사패치(14)는 급전핀(19)의 일측 단부와 연결되어 있으며, 급전핀(19)의 타측 단부는 급전패드(21)와 연결되어 있다. 따라서 급전핀(19)에 의해 복사패치(14)로 전류가 인가된다.

단락핀(17)은 복사패치(14) 및 접지를 위한 도체층(10)과 각각 연결되어 있어 슬롯(13)에 의해 분리되어 흐르는 두경로의 전류를 단락시키게 된다.

보다 구체적으로 상기 내장형 안테나의 작동관계를 설명하면, 급전핀(19)을 통해 복사패치(14)로 전류가 인가되면, 전류는 'ㄱ'자 형태의 슬롯(13)의 내측과 외측 두 경로로 분리되어 흐르게 된다. 상기에서 슬롯(13) 내측의 전류 경로는 고 주파 대역의 주파수를 공진시키고, 슬롯(13) 외측의 전류 경로는 저주파 대역의 주파수를 공진시키게 된다.

즉, 두 가지 경로 중 긴 쪽의 한 신호는 주파수가 낮은 저주파를 공진시키고, 경로가 짧은 쪽의 신호는 고주파를 공진시킨다. 이때, 슬롯(13)의 길이와 위치 및 모양에 따라서 이중대역이나 다중대역 등의 원하는 공진 특성을 얻을 수 있으며, 또한 접지를 위한 도체층(10)과 복사패치(14)의 간격 조절을 통해 커패시턴스(capacitance) 성분을 조절하여 임피던스를 가변할 수 있게 된다.

그러나, 전술한 종래의 내장형 역 F형 안테나는 대역폭이 매우 협소하여 대역폭이 넓은 서비스의 경우 이용에 많은 제한이 있다는 단점이 있다. 특히 복사 패턴상에서 co-polarization 특성은 다소 우수하나 상기 co-polarization과 90ㅀ로 직교하는 cross-polarization 특성이 현저하게 떨어짐에 따라 특정 단방향에서의 전파 수신을 제외한 여러 방향에서의 전파 수신이 불리하게 될 뿐만 아니라 순간적으로 휴대용 이동통신 단말기의 수신전력 레벨이 떨어지는 페이딩 현상이 발생되어 휴대용 이동통신 단말기의 사용에 많은 제약이 따르게 되는 문제점이 있다

그리고 도 2는 이러한 협대역 특성의 문제점을 개선하기 위하여 개발된 종래의 커플링 소자를 이용하여 광대역 특성을 구현하기 위한 커플 패치(coupled patch)로 이루어진 안테나의 구조와 그 공진특성을 예시한 도면이다.

도 2a에 나타낸 바와 같이, 주 방사패치(main patch)(140)는 급전(feeding)부(110)와 단락부1(130)을 연결한 방사체로 구성되고, 커플 패치(coupled patch)(170)는 급전부(110) 근처에 방사체를 배치하여 커플링(coupling) 급전에 의 해 급전되고, 한쪽을 단락시킨 단락부2(120)를 가진다. 이에 대한 공진 특성은 도 2b에 나타난 바와같이, 주 패치에 의한 공진 특성(150)과 커플 패치에 의한 공진특성(160)이 나타나 있음을 알 수 있다.

이처럼 종래의 광대역 또는 다중대역 안테나는 주 패치에 추가로 커플소자를 필요로 하므로 안테나의 크기가 커져 소형의 안테나에는 적합하지 못하다는 단점이 있다.

또한 안테나의 체적이 충분히 크지 못할 경우 DCS1800(1710MHz~1880MHz) 내지 UMTS(1920MHz~2120MHz)에 이르는 대역에서 이중 공진을 시켜도 두 공진 폴(pole)간에 결합이 제대로 일어나지 못해 두 공진 폴(pole)사이에 걸친 주파수대에서 전압정재파비(VSWR)특성이 좋지 못한 경우가 많다. 따라서, 이러한 구조의 안테나는 소형의 무선통신 단말기에 적합하지 못하다는 문제점이 있다.

상술한 바와 같이 다중대역 특성의 안테나에 있어서, 커플 패치에 의한 공간 확보의 문제점을 해결함과 함께 다중 대역특성을 갖는 양질의 안테나를 제공하고, 그 안테나의 공진주파수를 용이하게 조절할 수 있게 함으로써, 원하는 대역의 안테나를 제공할 수 있게 하는 것이 목적이다.

본 발명에 따른 제1특징은 무선통신 단말기용 안테나에 있어서, 무선통신 단말기용 PCB 일면에 전기에너지를 공급하는 급전부와 연결되고, 상기 접지와 단락되는 주 방사패치; 및 상기 PCB상에 급전부가 위치한 면의 반대면에 소정 넓이를 갖 고, 상기 접지와 인덕터로 연결된 도체로 이루어진 커플 패치를 포함한다.

또한 상기 인덕터는 칩인덕터인 것이 바람직하고, 상기 커플 패치의 길이 또는 면적에 따라 공진주파수가 조정되는 것이 역시 바람직하다. 더하여, 바람직하게는 상기 커플 패치의 길이 또는 면적에 따라 공진주파수가 조정되고, 상기 인덕터의 위치에 따라 공진주파수가 조정되는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 제2특징은 무선통신 단말기용 안테나에 있어서, 안테나 PCB 일면에 위치하는 급전부와 연결되고, 접지와 단락되는 주 방사패치 및 상기 급전부가 위치한 상기 안테나 PCB의 반대면에 소정 넓이를 갖고, 상기 접지와 인덕터로 연결된 도체로 이루어진 커플 패치를 포함하며, 상기 안테나 PCB는 상기 급전부를 통하여 RF 소자를 구비한 단말기 PCB와 연결되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 안테나 PCB와 단말기 PCB의 연결은 동축 케이블로 연결되는 것이 역시 바람직하고, 상기 인덕터는 칩인덕터인 것이 바람직하다. 또한, 상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 조정되는 것이 가능하고,

상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 조정되고, 상기 인덕터의 위치에 따라 공진주파수가 조정되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 제3특징은 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법으로서, 커플링 소자에 의해 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법에 있어서, 단말기 PCB의 일면에 위치한 주 패치와 연결되는 급전부의 반대면에 위치하고, 소정 넓이를 갖는 도체로 이루어진 커플 패치를 접지와 인덕터로 연결하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 제4특징은 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법으로서, 커플링 소자에 의해 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법에 있어서, 안테나 PCB 일면에 전기에너지를 공급하는 급전부와 연결되고, 접지와 단락되는 주 방사패치 및 상기 급전부가 위치한 PCB의 반대면에 소정 넓이를 갖는 도체로 이루어진 커플 패치를 접지와 인덕터로 연결하고, 상기 안테나 PCB는 상기 급전부를 통하여 RF 소자를 구비한 단말기 PCB와 연결되는 내장용 안테나 PCB인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 변화되는 것이 바람직하고, 상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 조정되고, 상기 인덕터의 위치에 따라 공진주파수가 조정되는 것이 역시 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 광대역 안테나의 구조를 예시한 도면이다. 도 3(a)는 주 방사패치의 일례를 도시한 도면이고, 도 3(b)는 급전단자에 의해 연결되고, 단락단자에 의해 접지와 단락되는 주 방사패치가 위치하는 단말기 PCB의 일면을 예시한 도면이며, 도 3(c)는 도 3(b)와 대응되는 반대면에 커플패치가 형성된 모습을 예시한 도면이다.

도 3(a)에서 도시한 바와 같이 주 방사패치(240)는 급전부를 통하여 급전(220)되고, 접지와 단락(210)되는 구조로 연결되어 있다. 이러한 구조의 예는 하 나의 예시로서 다양한 형태의 안테나 모양을 형성할 수 있음은 자명하다.

이러한 본 발명에 따른 안테나 구조는 커플 소자를 안테나의 주 방사체 근처에 구현하지 않고, 무선통신 단말기 또는 휴대폰 등의 PCB에 구현하되 급전단자가 위치한 면(260)의 반대면(265)에 형성하여, 이 급전단자(270)와는 연결됨이 없이 접지(250)와 인덕터(277)로 연결되는 구조를 갖는다.(도 3(c) 참조)

여기서 커플패치(275)의 위치는 급전단자(270)가 있는 위치의 반대면(265)에 겹쳐 형성함으로써, 전자기적 커플링에 의해 공진이 일어나도록 한다. 즉, 주 방사패치의 급전단자(270)와 커플 패치(275)간 일정한 두께와 유전율을 갖는 PCB 기판(290)을 통하여 전자기적 커플링을 형성하도록 구조화 한 것이다. 여기서 PCB 기판의 유전율이 4.4 정도의 PCB 기판을 사용한다.

이렇게 커플 패치(275)를 단말기 PCB의 급전단자(270)의 반대면(265)에 위치시킴으로써, 주 방사패치의 동일한 면상의 부근에 나란히 위치시키는데 대한 공간적 제약과 안테나 체적의 증가로 인한 상대적인 전압정재파비(VSWR)의 저하에 대한 문제를 해결할 수 있다.

그리고, 커플 패치에 의한 공진주파수는 기본적으로 커플 패치의 길이, 또는 면적 등으로 조정하는 것이 가능 하다. 즉, 커플 패치의 면적이 커지면 공진 주파수가 저주파로 이동하게 된다.

또한 본 발명의 중요한 요소로서, 커플패치와 접지의 연결 위치에 따라 커플패치의 공진 주파수를 이동시키는 것이 가능하다. 즉 인덕터의 연결위치를 변화시킴으로써, 급전단자와 단락 위치의 거리변화에 따른 공진 주파수의 변경을 유도할 수 있게 된다.

여기서 인덕터(277)는 칩인덕터를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 칩 인덕터의 크기가 소형이라는 점 및 이 칩의 연결과 이동이 간편하다는 점에서 주파수 조정을 쉽게 할 수 있다는 장점을 갖게 된다.

도 3(c)에 나타낸 바와 같이 칩인덕터(277)의 위치에 따라 커플 패치(275)의 공진주파수를 이동시킬 수 있는데, 칩인덕터(277)가 접지(250)에 단락되는 부분과 급전단자와의 거리에 따라 공진주파수가 상당량 변화한다는 점에서 원하는 대역의 공진주파수로 용이하게 조정할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 내장용 안테나와 연결되는 급전부 및 커플 패치가 안테나 PCB 양면에 형성된 안테나 PCB와 RF 소자를 포함하는 단말기 PCB가 연결된 광대역 안테나의 구조를 예시한 도면이다.

도 4(a)는 주 방사패치의 일례를 도시한 것이고, 도 4(b)는 내장용 안테나에 형성된 주 방사패치가 연결되는 안테나 고정용 PCB와 단말기 PCB가 연결된 광대역 안테나의 구조를 예시한 도면이다. 도 4(c)는 도 4(b)의 안테나 PCB상의 급전부가 위치한 면의 반대면에 커플패치가 구현된 구조를 예시한 도면이다.

도 4a에 나타낸 바와 같이, 주 방사패치(340)는 내장용 안테나에 형성된 것으로서, 금속재질의 물질로 소정 모양으로 형성할 수 있고, 이 방사체(340)는 급전단자를 통해 급전(320)되고, 단락단자를 통해 접지와 연결(310)된다.

그리고 도 4b에서처럼 급전단자(370)는 RF 소자가 있는 단말기 PCB(365)와 동축 케이블(355) 등 RF 케이블로 연결할 수 있고, 단락단자(380)를 통해 주 방사 패치는 접지(350)와 연결된다.

도 4c는 도 4b의 반대면의 구조를 예시한 도면이고, 도 4c에서 나타낸 바와 같이 주 방사패치가 있는 내장용 안테나와 연결된 안테나 PCB의 급전단자(370)가 위치한 면의 반대면(365)에 소정 넓이를 갖는 커플패치(375)를 형성하고, 이 커플패치는 인덕터(377)에 의해 접지(350)와 연결된다.

커플 패치(375)는 주변의 접지면(350)과 오픈(open)되며, 또한 반대쪽에 위치한 급전부와도 당연히 오픈(open)되야 하는데, 이것은 커플 패치가 접지면(350)에 바로 접지될 경우 공진을 하지 못하게 되며, 단지 접지면(350)이 연장된 효과만 있기 때문이다. 그러므로 커플패치(375)가 접지면(350)과 인덕터(377)로 연결될 경우, 커플패치(375)에 의해 특정주파수에서 공진하게 되며, 이 공진 주파수에서 안테나로 방사하게 된다.

여기서 인덕터(377)는 칩 인덕터인 것이 바람직한데, 이것은 단락단자와 급전부 사이의 거리를 통한 공진 주파수의 조정을 원할히 하기 위함이고, 소형소자를 사용함으로써, 단말기의 소형화에 기여 할 수 있기 때문이다.

역시, 커플 패치에 의한 공진주파수는 기본적으로 커플 패치의 길이, 또는 면적 등으로 조정하는 것이 가능 하다. 즉, 커플 패치의 면적이 커지면 공진 주파수가 저주파로 이동하게 된다. 또한, 커플패치와 접지의 연결 위치에 따라 커플패치의 공진 주파수를 이동시키는 것이 가능하게 된다.

이처럼, 도 4에 나타낸 바와 같이, 급전 및 단락 단자(370,380)를 RF 단말기 PCB(365)에 구현하지 않고, 따로 제작된 독립된 안테나 PCB(360)에 구현하고, 이 안테나 PCB는 소형의 크기로서, 여기에 안테나의 급전단자 및 단락 단자가 구현되고 이 안테나 PCB 위에 주 방사패치가 형성된 내장형 안테나가 결합되는 구조를 가진다.

그리고 커플패치(375)는 안테나 PCB(360)의 급전 및 단락 단자(370,380)의 반대면(390)에 위치하며, 급전 및 단락 단자가 오픈된 영역에 커플패치가 위치하여 급전단자(370)와 서로 겹치게 됨으로써, 전자기적 커플링에 의한 공진을 구현하게 된다.

여기서 커플 패치의 크기는 역시, 구현하고자 하는 안테나의 공진주파수에 의해 결정되며, 접지(350)와 인덕터(377)로 연결하여 그 연결 위치에 따라 공진주파수를 조정하게 된다. 더하여, 이 안테나 PCB(360)는 단말기 PCB(365)와 RF 케이블(355)로 연결하여 사용하게 된다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 광대역 안테나 구조의 사진을 예시하고, 그 공진 특성에 대한 데이터와 함께 본 발명의 효과를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 단말기 PCB상의 급전단자의 반대면에 커플패치를 구현한 광대역 안테나를 예시한 사진이다.

도 5a는 급전 및 단락단자(470,480)가 위치한 면을 나타낸 것이고, 도 5b는 급전 및 단락 단자의 반대면에 있는 접지면(490)을 예시한 것이며, 도 5c는 급전부 반대쪽의 접지면이 단말기 PCB의 전체 접지면으로부터 오픈시킨 커플 패치 영 역(490)을 나타낸 사진이다. 이러한 커플패치는 칩인덕터(377)에 의해 접지와 연결된다.

도 6은 본 발명에 따른 급전 및 단락 단자가 위치한 면의 반대면의 형성된 커플 패치를 나타낸 사진과 이에 대응되는 공진특성의 나타낸 그래프이다.

도 6a는 커플패치의 영역에 해당하는 접지면이 단말기의 PCB 전체 접지면에 접지된 상태를 나타낸 도면과, 그에 대한 공진특성의 그래프이다. 도 6a에 나타낸 바와 같이 공진이 일어나지 않는다.

도 6b는 커플패치가 단말기의 PCB 전체 접지면과 오픈되 있고, 칩 인덕터에 의해 단락된 상태를 나타낸 사진이고, 이에 대응되는 공진특성의 그래프이다. 도 6b에 나타낸 바와 같이 공진이 일어남을 알 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 커플패치를 형성한 광대역 안테나로서, 커플패치의 면적에 따른 공진 특성을 예시한 도면이다.

도 7a 및 도 7b에 나타난 공진주파수의 이동을 통해, 커플패치의 면적이 줄어들수록 공진주파수가 고주파 영역으로 이동함을 알 수 있다. 즉 커플패치의 면적을 조정하여 공진주파수를 용이하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 광대역 안테나로서, 커플패치와 접지사이의 칩인덕터의 연결 위치에 따른 공진특성의 변화를 나타낸 사진 및 그래프이다.

도 8a 내지 도 8c에 나타난 커플패치와 접지사이의 칩인덕턱의 연결 위치에 따라 공진주파수가 이동하고 있음을 알 수 있다. 즉, 급전단자와 칩인덕터의 연결위치에 따른 거리에 따라 공진주파수를 용이하게 조절할 수 있음을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 안테나 PCB에 주 방사패치의 급전부의 반대면에 커플 패치를 형성한 구조를 갖는 안테나를 예시한 사진과 그에 대한 공진특성의 그래프를 나타낸 도면이다.

도 9a는 안테나 PCB상의 급전 및 단락단자가 위치한 면을 나타낸 사진이고, 도 9b는 급전부의 반대면에 커플 패치(575)가 접지와 인덕터(577)에 의해 연결되어 형성된 안테나 PCB를 나타낸 사진이며, 도 9c는 안테나 PCB에 커플패치가 형성된 안테나의 공진특성의 그래프를 나타낸 도면이다. 도 9c에 나타낸 바와 같이 커플 패치에 의하여 공진특성(550)이 잘 나타나 있음을 알 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 단말기의 PCB 위에 내장용 안테나를 결합한 구조를 예시한 사진이고, 이에 대한 광대역 특성의 공진특성을 나타낸 그래프이다.

도 10a 안테나 PCB상에 커플패치가 형성된 구조를 예시한 사진이고, 도 10b는 커플패치(Coupled Patch)가 형성된 단말기 PCB에 내장형 인테나를 결합한 광대역 안테나의 구조를 나타낸 사진이며, 도 10c는 본 발명에 따른 커플 패치가 형성된 단말기 PCB 위에 내장형 안테나를 장착한 상태의 광대역 안테나의 공진특성을 나타낸 그래프이다.

도 10에 나타낸 바와 같이 주 패치와 커플패치에 의한 이중 공진으로 광대역 특성이 잘 나타나 있음을 알 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 광대역 안테나를 제공하게 되면, 무선통신 단말기의 디자인이 슬림화, 소형화 되면서 내장형 안테나의 체적확보가 어려워지는 문제점을 해결하여 소형의 안테나체적을 가지고도 다중 또는 광대역 안테나를 구현하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 또다른 특징으로서 상술한 바와 같이 커플패치를 PCB상의 급전부가 위치한 면의 반대면에 커플패치를 형성하고 인덕터로 접지 시키는 방법으로 광대역 특성을 구현할 수 있다는 것을 명확히 알 수 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이처럼 본 발명에 따른 광대역 안테나를 제공하게 되면, 무선통신 단말기의 디자인이 슬림화, 소형화 되면서 내장형 안테나의 체적확보가 어려워지는 문제점을 해결하여 소형의 안테나체적을 가지고도 다중대역 안테나를 구현하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 커플패치의 면적 또는 길이를 조정하여 공진주파수를 용이하게 조정할 수 있을 뿐 아니라, 커플패치와 접지 간 인덕터의 연결위치의 조정을 통해 역시 공진주파수를 용이하게 조정할 수 있어서, 원하는 대역의 안테나 특성을 갖는 광대역 또는 다중대역 안테나를 제공하게 할 수 있다.

Claims (13)

1. 무선통신 단말기용 안테나에 있어서,

   무선통신 단말기용 PCB 일면에 전기에너지를 공급하는 급전부와 연결되고, 상기 접지와 단락되는 주 방사패치; 및

   상기 PCB상에 급전부가 위치한 면의 반대면에 소정 넓이를 갖고, 상기 접지와 인덕터로 연결된 도체로 이루어진 커플 패치를 포함하는 광대역 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인덕터는 칩 인덕터인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 커플 패치의 길이 또는 면적에 따라 공진주파수가 조정되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 커플 패치의 길이 또는 면적에 따라 공진주파수가 조정되고, 상기 인덕터의 위치에 따라 공진주파수가 조정되는 것을 특징으로 광대역 안테나.
5. 무선통신 단말기용 안테나에 있어서,

   안테나 PCB 일면에 위치하는 급전부와 연결되고, 접지와 단락되는 주 방사패치 및 상기 급전부가 위치한 상기 안테나 PCB의 반대면에 소정 넓이를 갖고, 상기 접지와 인덕터로 연결된 도체로 이루어진 커플 패치를 포함하며,

   상기 안테나 PCB는 상기 급전부를 통하여 RF 소자를 구비한 단말기 PCB와 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
6. 제5항에 있어서,

   상기 안테나 PCB와 단말기 PCB의 연결은 동축 케이블로 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
7. 제5항에 있어서,

   상기 인덕터는 칩 인덕터인 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
8. 제5항에 있어서,

   상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 조정되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
9. 제5항에 있어서,

   상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 조정되고, 상기 인덕터의 위치에 따라 공진주파수가 조정되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
10. 커플링 소자에 의해 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법에 있어서,

    단말기 PCB의 일면에 위치한 주 패치와 연결되는 급전부의 반대면에 위치하고, 소정 넓이를 갖는 도체로 이루어진 커플 패치를 접지와 인덕터로 연결하는 것을 특징으로 하는 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법.
11. 커플링 소자에 의해 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법에 있어서,

    안테나 PCB 일면에 전기에너지를 공급하는 급전부와 연결되고, 접지와 단락되는 주 방사패치 및 상기 급전부가 위치한 PCB의 반대면에 소정 넓이를 갖는 도체로 이루어진 커플 패치를 접지와 인덕터로 연결하고,

    상기 안테나 PCB는 상기 급전부를 통하여 RF 소자를 구비한 단말기 PCB와 연결되는 내장용 안테나 PCB인 것을 특징으로 하는 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 변화되는 것을 특징으로 하는 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 커플 패치의 면적에 따라 공진주파수가 조정되고, 상기 인덕터의 위치 에 따라 공진주파수가 조정되는 것을 특징으로 하는 안테나의 광대역 특성을 구현하는 방법.

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