KR20080006095A - 헬릭스 슬롯 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 소형화된 헬릭스 슬롯 안테나는 DAB/DMB 및 GPS 등 위성 신호 수신 및 갭 필러 신호를 수신하기 위하여 다각형의 세라믹 유전체 블록 표면의 상부에 적어도 하나 이상의 급전선로를 구현하고, 하부의 그라운드에 슬롯을 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 종래의 헬릭스 안테나의 사용에 따른 이용기기의 구조적 문제와 디자인 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 너비를 줄인 헬릭스 안테나를 구현함으로써 안테나의 수신 성능은 유지하면서도 이용기기 등의 수신기 내부 및 외부에 위치시킬 수 있는 안테나의 소형화를 목적으로 한다.

헬릭스 안테나, 슬롯, DAB/DMB, 등방향성 안테나

Description

헬릭스 슬롯 안테나{helix slot antenna}

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 헬릭스 안테나의 일 실시예를 나타내는 사시도 및 전개도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 헬릭스 안테나를 구비하는 DAB를 나타내는 도면이고,

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예를 나타내는 사시도 및 전개도이고,

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 2실시예를 나타내는 사시도 및 전개도이고,

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 3실시예를 나타내는 사시도 및 전개도이다.

본 발명은 위성신호나 지상의 갭 필러(gap filler) 신호를 수신하기 위한 안테나에 대한 것으로, 보다 상세하게는 GPS(Global Positing system), DMB(digital Multimedia Broadcasting), DAB(Digital Audio Broadcasting), 네비게이션 등에 있어서 위성신호나 갭 필러 신호의 수신을 위한 소형 헬릭스 안테나를 구현함으로써 종래의 헬릭스 안테나보다 소형화가 가능한 안테나모듈에 관한 것이다.

최근 무선통신의 이용이 급증하고 있고, 무선통신기기의 휴대성에 부응하기 위해 안테나의 성능을 유지하면서 소형화, 대량생산이라는 요구와 디자인을 중시하는 경향에 따라 송수신기 내부에 장착할 수 있는 슬림형 안테나에 대한 요구가 높아지고 있다.

일반적으로 이동 멀티미디어 정보, 방송서비스 혹은 현재 위치와 전자지도 서비스를 이용하기 위한 차량용 수신기에 있어서 마이크로스트립 패치안테나를 사용한다. 또한, GPS 위성신호 등을 수신하는 경우 전리층의 간섭과 지상에서 반사되는 다중 경로 신호(잡음)의 영향을 최소화할 수 있도록 송신되는 좌현편파(Left Hand Circular Polarization) 혹은 우현편파(Right Hand Circuit Polarization)를 수신하기 위한 원형편파(Circular Polarization) 안테나를 사용하고, 이러한 안테나로서 여러 종류의 안테나 중 값싸고 수신율이 좋은 패치안테나를 주로 사용하고 있다. 패치 안테나는 주어진 공간 내에서 가장 큰 이득과 지향성을 보유할 수 있는 종류의 안테나로서 각종 이동통신 기기 및 휴대성 장치 일체형의 통신 중계 안테나로서 이용되고 있다. 하지만, 점점 소형화 되어가는 세트 내에 장착하기 위하여 외장형의 패치 안테나보다는 보다 소형화된 헬릭스 안테나를 선호하는 추세이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 헬릭스 안테나의 일 실시예의 전개도를 나타낸 도면이다. 종래의 헬릭스 안테나는 세라믹류의 원통형의 유전체 블록(11)에 급전선로(12)를 일정한 간격으로 비스듬히 꼬아 인쇄한 형태로서, 이용기기 내 장착공간을 고려하여 단말기 전체 사이즈를 크게 해야 하기 때문에 본체 내부에 실장하기가 불가능하며, 본체에 실장하더라도 다른 부품들과의 주파수 간섭 때문에 지피에스 위성신호를 잘 수신하기 위해 위성과의 각도를 맞추기가 쉽지 않은 문제점이 발생한다. 또한, 종래의 기술에 따른 헬릭스 안테나는 레이저를 이용하여 원통형의 유전체 블록(11)에 급전선로(12)나 안테나 윗면의 전도물질(13)을 가공하는 방식을 사용하는데, 이 과정에서 불량품이 발생한다는 문제점이 있다.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 헬릭스 안테나를 사용하는 DAB를 나타내는 도면으로서, DAB(21) 상단 위편에 소형화된 안테나 기구물(22)이 위치되어 있고, 그 내부에 상기 헬릭스 안테나를 위치시키는 형태로 상기 헬릭스 안테나의 높이만큼 안테나 기구물(22)이 상단부 위로 돌출되는 형태를 한다.

전술한 바와 같이, 최근에는 DAB, DMB등의 이용기기 자체가 소형화되고 디자인이 중시되는 추세이므로, 기기 내부에 장착할 수 있는 내장형 안테나가 주를 이룬다. 그러나, 상기 내장형 안테나를 구비한 이용기기는 외장형 안테나와 비교할 때, 수신감도가 약하다는 문제점이 있으며, 대체로 동일시스템을 비교했을 때, 내장형안테나와 외장형 안테나를 채택한 경우 2dB 내지 3dB 정도의 수신감도 차이를 보이고 있다.

따라서, 휴대용으로의 슬림화 밑 소형화 추세와 제품들의 기능이 복합화 되면서 예를 들어 휴대용 DAB, DMB, mp3업체에서는 소형화가 가능한 DAB등의 개발이 필요한 상태이고, 현재 시장에서는 수신 성능이 기존의 안테나만큼 유지되거나 그 이상이면서도 소형화 및 휴대성을 만족하도록 내장이 가능한 내장용 안테나의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 종래의 헬릭스 안테나의 사용에 따른 이용기기의 구조적 문제와 디자인 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로 너비를 줄인 헬릭스 안테나를 구성함으로써 안테나의 수신 성능은 유지하면서도 이용기기 등의 수신기 내부 및 외부에 위치시킬 수 있는 소형화된 슬롯 헬릭스 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 소형화된 헬릭스 슬롯 안테나는 DAB/DMB 및 GPS 등 위성 신호 수신 및 갭 필러 신호를 수신하기 위하여, 다각형의 세라믹 유전체 블록의 표면의 상부에 적어도 하나 이상의 급전선로를 구현하고, 하부의 그라운드에 슬롯을 주어 안테나의 전기적 길이문제를 해결하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 급전선로는 상기 다각형의 세라믹 유전체 블록의 표면의 상부에 후막인쇄방식으로 형성하며, 상기 하부의 그라운드 높이를 조절함으로써, 상기 안테나에 미치는 임피던스 매칭을 조절하고 노이즈를 줄일 수 있다. 한편, 상기 슬롯은, ㄴ자 형태로 상기 급전선로와 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되어 격으로 위치하는 급전선로의 양 가장자리에 형성되고, 급전선로의 왼쪽 ㄴ형 슬롯이 상기 급전선로의 오른쪽 ㄴ형 슬롯을 포함하는 형태이거나, 상기 급전선로와 평행하게 위치하는 사선 형태로 상기 급전선로와 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되며 각각의 슬롯의 길이는 일정치 않는 형태이거나, 상기 급전선로와 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되며 격으로 위치하는 급전선로의 양쪽에서 상기 급전선로와 평행하는 사선의 형태로서, 각각의 급전선로의 왼쪽에 위치하는 슬롯은 사선으로 내려오다 오른쪽 슬롯과 같은 높이에서부터는 꺽여서 수직으로 내려오는 형태일 수 있다.

이하, 도 3내지 도 5에 도시된 다양한 실시예들을 참조하여 본 발명에 따른 소형화된 헬릭스 슬롯 안테나에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 소형화된 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 헬릭스 슬롯 안테나는 그 너비가 6.7mm, 높이가 18mm로 종래의 안테나에 비하여 너비가 좁아지며, 인쇄를 용이하게 하기 위해 유전체 블록(31)을 세라믹류의 다각형 기둥으로 하면서, 급전선로(32)를 일정한 간격으로 비스듬히 꼬아 인쇄한 형태이다. 또한, 오른쪽의 전개도를 도시된 바와 같이 그라운드(33)에 슬롯(34,35)을 형성한다. 이 때, 급전선로(32)나 다각형의 유전체 블록 윗면의 전도성 물질(36) 등의 인쇄는 후막인쇄방식을 이용하는데, 이 경우 종래의 레이저를 이용하는 인쇄방식을 사용하는 경우보다 불량품의 발생률을 줄이는 반면 특성이 달라진다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여, 그라운드(33)의 높이를 조절하여 안테나의 임피던스 매칭 문제와 노이즈 영향을 줄이도록 한다. 또한, 상기 그라운드에 슬롯(34,35)을 줌으로써 안테나의 전기적 길이 문제도 해결할 수 있는데, 상기 슬롯은 ㄴ자 형태로 급전선로(32)와 그라운드(34)가 연결되는 부분에서 시작되어 격으로 위치하는 상기 급전선로의 양 가장자리에 형성되고, 상기 급전선로의 왼쪽 ㄴ형 슬롯(35)이 상기 급전선로의 오른쪽 ㄴ형 슬롯(34)을 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 이때 상기 슬롯의 길이, 모양, 개수, 폭, 및 두께 중 하나 이상을 조절하여 안테나 임피던스를 조절할 수 있으며, 수평방향의 슬롯은 원형편파(CP)특성과 이득 향상을 위해 급전선로(32)의 방향과 동일하게 하고, 상기 슬롯의 영향으로 전류가 원활하게 흘러 안테나의 이득을 보다 높이기 위한 것이다.

본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예는 세라믹 유전체 안테나이다. 세라믹 안테나의 경우 고 유전율에 따른 소형화로 성능(이득×대역폭∝체적)은 하락하지만 소형이면서 낮은 프로파일로 통신기기의 소형화에 기여하고 내장형이기 때문에 기기에 대한 외부 충격에 따른 파손위험이 적다. 게다가, 세라믹 안테나가 충분한 성능을 발휘할 수 있는 주파수 범위는 수백 ㎒~수㎓ 사이이고, 무선통신이나 휴대폰 등의 대부분의 시스템이 이 주파수 범위에 포함되어 있으므로, 앞으로 사용영역이 광범위해질 것이다.

또한, 슬롯을 가미하는 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예는 종래의 헬릭스 안테나에 비해 안테나 모듈의 크기를 축소함으로써, 수신기 내부에 장착할 수 있을 뿐만 아니라, 수신 성능은 유지하면서 디자인 요구에도 만족시킬 수 있다는 효과를 갖는다. 아래 표 1은 종래의 헬릭스 안테나와 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯안테나의 제 1실시예의 전기적 특성을 비교한 것이다.

	Helix Antenna	Helix Slot Antenna
Operating frequency	2338±12.5 MHz	2388±15 MHz
Gain@Zenith	0 dBi	-2 dBi
Polarization	LHCP	LHCP
Size	width=10mm, height=18mm	width=6.7mm, height=18mm

상기 표 1에서, 안테나 이득(gain)이란 방향성 안테나라고 하는 논리 안테나와 비교했을 때의 측정값을 말한다. 즉, 주어진 방향의 같은 거리에서 같은 전계 강도를 얻기 위해 주어진 안테나의 입력부에 공급되는 전력과 기준 안테나의 입력부에 필요한 전력의 비율을 뜻한다. 단위는 데시벨(dB)이다. 등방성(isotropic) 안테나를 기준으로 하는 보통의 경우에는 dBi라는 단위를 사용하고, 쌍극(dipole) 안테나를 기준으로 이득을 계산할 때는 dBd라는 단위를 사용한다. 안테나 이득이 높다는 것은 전자파 전달을 원하는 특정한 방향으로 더욱 강한 전자차를 보낼 수 있다는 의미이다. 종래의 헬릭스 안테나의 이득은 0dBi인 반면에 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예의 이득은 -2dB이다. 본 발명 고유의 이득보다 종래의 헬릭스 안테나의 이득이 더 높으나, 저 잡음 증폭기를 부착시킬 경우 안테나 모듈의 이득은 상호 동일해지므로, 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예를 사용하더라도 종래의 헬릭스 안테나에 비하여 크기는 소형화하면서도 수신 성능 면에서 뒤쳐지지 않는다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예가 전술한 효과를 갖도록 하는 가장 바람직하는 형태는 가로는 6.7mm, 세로는 8.7mm의 약간 납작한 형태의 육각형 유전체 블록으로, 정육각형의 안테나보다 이용기기 내부에 장착이 용이하게끔 하기 위해서이다. 그러나, 상기 안테나의 형태를 정육각형, 정오각형, 사각형 등의 다각형의 형태를 하더라도 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 1실시예와 동일한 효과를 갖는다면 상기 육각형의 형태에 한정되지 않을 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 2실시예를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 헬릭스 슬롯 안테나 역시 그 너비가 6.7mm, 높이가 18mm로 종래의 안테나에 비하여 너비가 좁아지며, 인쇄를 용이하게 하기 위하여 유전체 블록(41)을 세라믹류의 다각형 기둥으로 하면서, 급전선로(42)를 일정한 간격으로 비스듬히 꼬아 인쇄한 형태이다. 또한, 오른쪽의 전개도를 도시된 바와 같이 그라운드(43)에 슬롯(44)을 형성한다. 상기 슬롯은 상기 급전선로와 평행하게 위치하는 사선 형태로 상기 급전선로와 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되며 각각의 슬롯의 길이는 일정치 않을 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 2실시예는 제 1실시예와 동일한 효과를 갖는다.

도 5는 본 발명에 따른 소형화된 헬릭스 슬롯 안테나의 제 3실시예를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 헬릭스 슬롯 안테나 역시 그 너비가 6.7mm, 높이가 18mm로 종래의 안테나에 비하여 너비가 좁아지며, 인쇄를 용이하게 하기 위하여 유전체 블록(51)을 세라믹류의 다각형 기둥으로 하면서, 급전선로(52)를 일정한 간격으로 비스듬히 꼬아 인쇄한 형태이다. 또한, 오른쪽의 전개도를 도시된 바와 같이 그라운드(53)에 슬롯(54,55)을 형성한다. 상기 슬롯은 상기 급전선로와 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되며 격으로 위치하는 급전선로의 양쪽에서 상기 급전선로와 평행하는 사선의 형태로서, 각각의 급전선로의 왼쪽에 위치하는 슬롯(55)은 사선으로 내려오다 오른쪽 슬롯(54)과 같은 높이에서부터는 꺽여서 수직으로 내려오는 형태일 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 헬릭스 슬롯 안테나의 제 3실시예는 제 1실시예와 동일한 효과를 갖는다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 슬롯 형태에 한정되지 아니하며, 실시예들와 동일한 효과를 가질 수 있다면 설계자 임의대로 슬롯을 디자인 할 수 있다. 또한, 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따른 소형화된 헬릭스 슬롯안테나는 종래의 원통형의 헬릭스 안테나보다 소형화된 안테나로서, 이용기기의 내부에 장착할 수 있도록 소형화 요구를 만족시킴에 따라 이용기기의 슬림화 및 디자인 문제를 해결할 수 있다.

종래 DAB/DMB등의 단말기에 종래 기술에 따른 원통형의 헬릭스 안테나를 사용하면서 상기 안테나를 위치시킬 수 있도록 별도의 기구물을 장착하는 디자인상의 불편함을 감수했던 것은 종래 기술에 따른 헬릭스 안테나의 이득이 높다는 장점 때문이었다. 생산업체의 안테나 소형화 요구에 따른 슬림화된 안테나가 출시되더라도 수신 성능면에서 떨어지거나 안테나 특성이 변하는 문제점이 있어왔다.

그러나, 본 발명에 따른 소형화된 헬릭스 슬롯 안테나는 종래의 안테나와 비교하여 수신 성능이나 이득면에서 크게 차이나지 않으며, 안테나의 유전체 블록을 원통형이 아닌 다각형으로 함으로써 인쇄를 용이하게 할 수 있고, 후막인쇄방식을 적용함으로써 불량품을 발생률을 감소시킬 수 있다. 또한, 그라운드의 높이조절을 통한 주파수 이동으로 후막인쇄방식을 이용하는 경우 발생할 수 있는 안테나의 특성변화를 방지함으로써, 타이밍 조절로 한 주파수에서 두 개 이상의 채널을 송수신할 수 있고 편파 손실이 적은 원형편파 안테나의 장점을 살릴 수 있다. 게다가, 그라운드의 높이조절은 안테나에 미치는 노이즈 영향력을 해결할 수 있으며, 그라운드에 슬롯을 형성할 경우 안테나의 전기적 길이문제도 해결할 수 있을 뿐만 아니 라, 상기 슬롯의 길이, 모양, 개수, 폭, 및 두께 중 하나 이상을 조절하여 안테나 임피던스를 조절할 수도 있다.

더 나아가서는, 상기 소형화된 헬릭스 슬롯 안테나는 단말기 디자인에 따라 내부/외부에 위치할 수 있어 다양한 활용이 가능하다.

Claims (7)

1. DAB/DMB 및 GPS 등 위성 신호 수신 및 갭필러신호를 수신하기 위하여, 다각형의 세라믹 유전체 블록 표면의 상부에 적어도 하나 이상의 급전선로를 구현하고, 하부의 그라운드에 슬롯을 형성하는 것을 특징으로 하는 헬릭스 슬롯 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 급전선로는 상기 다각형의 세라믹 유전체 블록의 표면의 상부에 후막인쇄방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 헬릭스 슬롯 안테나.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 안테나는 하부의 그라운드 높이를 조절함으로써, 상기 안테나에 미치는 임피던스 매칭을 조절하고 노이즈를 줄이는 것을 특징으로 하는 헬릭스 슬롯 안테나.
4. 제 1항에서,

   상기 슬롯은 ㄴ자 형태로 상기 급전선로과 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되어 격으로 위치하는 급전선로의 양 가장자리에 형성되고, 급전선로의 왼쪽 ㄴ형 슬럿이 상기 급전선로의 오른쪽 ㄴ형 슬롯을 포함하는 형태인 것을 특징으로 하는 헬릭스 슬롯 안테나.
5. 제 1항에서,

   상기 슬롯은 상기 급전선로와 평행하게 위치하는 사선 형태로 상기 급전선로와 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되며 각각의 슬롯의 길이는 일정치 않는 것을 특징으로 하는 헬릭스 슬롯 안테나.
6. 제 1항에서,

   상기 슬롯은 상기 급전선로와 상기 그라운드가 연결되는 부분에서 시작되며 격으로 위치하는 급전선로의 양쪽에서 상기 급전선로와 평행하는 사선의 형태로서, 각각의 급전선로의 왼쪽에 위치하는 슬롯은 사선으로 내려오다 오른쪽 슬롯과 같은 높이에서부터는 꺽여서 수직으로 내려오는 형태인 것을 특징으로 하는 헬릭스 슬롯 안테나.
7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 슬롯의 길이, 모양, 개수, 폭, 및 두께 중 하나 이상을 조절하여 안테나 임피던스를 조절하는 것을 특징으로 하는 헬릭스 슬롯 안테나.

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