KR20080038061A

KR20080038061A - 모노폴 안테나

Info

Publication number: KR20080038061A
Application number: KR1020070108543A
Authority: KR
Inventors: 윤재훈; 엄순영; 김종면; 조용희; 함영권; 김대영; 전순익
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2008-05-02
Also published as: US20100085267A1; WO2008051055A1; US8665169B2; KR100989065B1

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

소형 모노폴 안테나에 관한 것임.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

다수의 공진주파수가 발생되고, 안테나 효율이 높고, 설치가 용이한 소형 모노폴 안테나를 제공함.

3. 발명의 해결방법의 요지

동축케이블로 구현되는 제1안테나소자 상기 제1안테나소자를 밀봉하며, 상기 제1안테나소자와 급전점을 공유하는 제2안테나소자 및 상기 급전점으로 전원을 공급하는 급전케이블을 포함하는 안테나를 제공함.

4. 발명의 중요한 용도

소형 안테나에서 이용됨.

안테나, 모노폴 안테나, 케이블 안테나, 헬리컬 안테나, 다중 급전, 스터비 타입, 내장형 안테나

Description

모노폴 안테나 {Monopole Antenna}

본 발명은 소형 모노폴 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부안테나소자 또는 유전체 내부에 안테나를 설치하고, 안테나 끝단을 단락하거나 개방하여, 다수의 공진주파수가 발생되고, 안테나 효율이 높으며, 단말기에 설치가 용이한 소형 모노폴 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 과학기술부의 안테나 측정 시스템 고도화 기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제명: 안테나 측정 시스템 고도화 기술개발(Development of Antenna Measurement System Technology)].

최근에 디지털텔레비젼(digital television, DTV)에 이어 지상파 DMB(Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting, T-DMB), DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld), 위성 DMB(Satellite Digital Multimedia Broadcasting, S-DMB), DAB(digital audio broadcasting) 등과 같은 극초단파(ultrahigh frequency, UHF) 대역을 이용한 음성, 영상 및 방송 서비스가 있는데, 상기 서비스의 사용주파수 대역의 파장은 휴대폰의 길이보다 길다. 따라서, 종래 1/4파장의 모노폴 안테나(예를 들어, T-DMB는 약40cm)가 이용되는 경우, 안테나가 휴대폰보다 매우 커서, 이용이 불편할 뿐만 아니라, 휴대폰 내부에 안테나가 설치되기 어려운 문제점이 발생한다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 내장형 혹은 스터비 타입의 안테나로 구현되는 소형 안테나 개발이 가속화되고 있다.

여기서, 종래 내장형 안테나인 평판 역F형 안테나, 마이크로스트립 패치 안테나, 유전체 안테나의 경우, 유전체를 이용하거나 또는 안테나 소자의 모양을 변화시켜 전기적인 길이를 줄임으로써, 안테나가 소형화된다. 그러나, PCB 회로에서만 설치되므로, 휴대폰에서 수직으로 설치된 PCB 회로에 의해 수직편파의 전방향 복사패턴이 유지되기 어려운 문제점이 발생한다.

또한, 종래 루프안테나에 갭 캐패시터를 추가하는 안테나 소형 기술은, 안테나소자 자체의 공진특성을 이용하지 않으므로, 높은 안테나효율을 유지하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 모노폴 안테나란, 안테나 접지면의 이미지효과를 이용하여 안테나의 크기를 1/2파장에서 1/4파장으로 줄여 공진을 발생시키는 안테나이다. 예를 들어, 휩 안테나, 헬리컬 안테나, 슬리브 안테나, N형 안테나 등이 있으며, 대부분 외장 형 구조로서, 1/4파장이다.

도 1은 종래 모노폴 안테나를 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 안테나도선(101), 급전용케이블(103), 접지면(105, GND)로 구성된다.

상기 안테나 도선(101)은 접지면(105)으로부터 안테나 도선(101) 끝단까지의 거리가 L이 되도록 설치된다. 상기 급전용케이블(103)는 안테나 도선(101)으로 전원을 공급한다.

상기 안테나 도선(101)의 길이(도 1에서는 L)가 특정 주파수의1/4파장이 되는 특정주파수가 공진주파수이다.

상기 공진주파수에서, 안테나 도선(101) 내부에 큰 전류가 발생되고, 전류에 의해 전기장 및 자기장이 유도되어 안테나의 역할이 가능해진다.

그러나, 공진주파수가 낮아질수록, 안테나 도선의 길이가 길어져야 하는 문제점이 발생한다.

도 2는 종래 유전체 내부에 설치된 헬리컬 모노폴 안테나를 나타내는 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 도선(201), 급전용케이블(203), 접지면(205), 유전체(207)로 구성된다.

상기 안테나 도선(201)은 유전체(207) 내부에 설치되며, 접지면(205)으로부터 안테나 도선(201) 끝단까지 일정한거리를 두고 설치된다. 상기 급전용케이블(203)는 안테나 도선(201)으로 전원을공급한다.

도 1과 마찬가지로, 상기 안테나 도선(201)의 길이가 특정 주파수의 1/4파장이 되는 특정 주파수가 공진주파수이며, 상기 공진주파수에서, 안테나 도선(201) 내부에 큰 전류가 발생되고, 전류에 의해 전기장 및 자기장이 유도되어 안테나의 역할이 가능해진다.

그러나, 헬리컬 모노폴 안테나의 경우에도 공진주파수가 낮아질수록, 안테나 도선의 길이가 길어져야 하는 문제점이 발생한다.

따라서, 다수의 공진주파수를 발생시키고, 안테나의 크기를 일정하게 유지할 수 있는 1/4 파장 이하의 소형 모노폴 안테나가 요구된다.

상기 모노폴 안테나의 크기를 줄이기 위하여, 디스크 모노폴 안테나에 헬리컬 안테나와 같은 인덕턴스 소자를 추가하는 기술이 있다. 상기 기술은 광대역 특성을 유지하지만, 안테나 설치가 복잡하고, 안테나의 폭과 높이가 크기 때문에 휴대폰 내부에서 구현되기 어렵다.

따라서, 광대역 특성이 유지되면서, 휴대폰 등에서 구현될 수 있는 소형 안테나가 요구된다.

한편, 소형안테나는 물리적으로 차지하는 공간이 작기 때문에, 안테나효율(antenna efficiency)을 좋게 유지하기 위해서 소형안테나의 대역폭이 제한된다. 여기서, 안테나효율이란, 안테나로부터 복사되는 전력과 안테나로 공급되는 전력의 비를 의미한다.

따라서, 다양한 주파수 대역을 이용하여 서비스를 제공하는 T-DMB폰, DVB-H폰 또는 UHF대역 통신용 단말기, 또는 T-DMB겸용 셀룰러 복합폰, T-DMB PCS복합폰, DVB-H 겸용 GSM 복합폰 등에는 소형안테나의 활용이 제한된다.

따라서, 다수의 공진주파수를 발생시킴으로써, 다중 공진, 즉 광대역 송수신이 가능한 소형 안테나가 요구된다.

상기한 바와 같이, 안테나의 크기를 줄이면서, 휴대폰 등에서 전방향성을 유지하며, 설치가 용이하고, 안테나 효율이 높고, 광대역 특성을 갖는 소형 안테나가 요구된다.

본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 외부안테나소자 또는 유전체 내부에 안테나를 설치하고, 안테나 끝단을 단락하거나 개방함으로써, 다수의 공진주파수가 발생되고, 안테나 효율이 높고, 설치가 용이하며, 1/4 파장 이하로 구현될 수 있는 소형 모노폴 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 안테나에 있어서, 동축케이블로 구현되는 제1안테나소자 상기 제1안테나소자를 밀봉하며, 상기 제1안테나소자와 급전점을 공유하는 제2안테나소자 및 상기 급전점으로 전원을 공급하는 급전케이블을 포함하는 안테나를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 안테나에 있어서, 동축케이블로 구현되는 제1안테나소자 상기 제1안테나소자와 직렬 연결되며 도선으로 구현되는 제2안테나소자 및 상기 제2안테나소자로 전원을 공급하는 급전케이블을 포함하는 안테나를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 안테나에 있어서, 기판에 마이크로스트립라인로 구현되는 제1안테나소자 상기 제1안테나소자와 직렬 연결되며 상기 기판에 에칭도선으로 구현되는 제2안테나소자 및 상기 제2안테나소자로 전원을 공급하는 급전케이블을 포함하는 안테나를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 안테나에 있어서, 동축케이블로 구현되는 제1안테나소자 상기 제1안테나소자의 서로 다른 지점과 직렬 연결되며, 도선으로 구현되는 제2안테나소자 상기 제1안테나소자와 직렬 연결되되, 제1안테나소자와 제2안테나소자가 연결된 단부의 타단에 직렬 연결되고 도선으로 구현되 는 제3안테나소자 및 상기 제2안테나소자로 전원을 공급하는 급전케이블을 포함하는 안테나를 제공한다.

본 발명은 소형 모노폴 안테나를 제공함으로써, 스터비 타입으로 설치하거나 휴대폰 내부에 설치하는 것이 용이하고, 다수의 공진주파수가 발생되어 광대역 수신이 가능하고, 안테나 효율이 높으며, 1/4 파장 이하로 구현될 수 있는 소형 모노폴 안테나를 제공할 수 있다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 케이블 모노폴 안테나를 나타내는 일실시예 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안테나 도선(301), 급전용케이블(303), 접지면(305), 동축케이블(307), 외부안테나소자(309)를 포함한다. 여기서, 동축케이블(307)은 동축케이블 외부도체 및 동축케이블 내부도체로 구성된다.

한편, 안테나 소자란, 공진주파수가 결정되는 전기적 길이를 갖는 소자를 의 미한다.

상기 동축케이블(307)은 외부안테나소자(309) 내부에 감아 올려진 스프링 형태로 설치되며, 외부안테나소자(309) 외부로 드러난 동축케이블 내부도체는 안테나 도선(301)과 연결된다.

외부안테나소자(309) 내부에서, 동축케이블(307)의 한쪽 끝단은 단락되고, 반대편 끝단은 외부안테나소자(309)와 연결된다. 상기 외부안테나소자(309)와 연결된 끝단으로부터 동축케이블 내부도체만 외부안테나소자(309) 외부로 드러나 상기 안테나 도선(301)과 연결된다. 여기서, 동축케이블(307)의 끝단을 개방하여도 유사한 특성을 얻을 수 있다.

즉, 동축케이블(307)의 끝단이 단락된 경우와 동축케이블(307)의 끝단이 개방된 경우, 동축케이블 끝단의 반사율은 동일하며, 다만 반사되는 신호의 위상이 180도 차이를 갖는다.

상기와 같은 방법으로, 동축케이블(307)의 전기적 길이가 더 크게 확장될 수 있다.

상기 안테나도선(301)은 상기 급전용케이블(303)과 연결된다. 상기 급전용케이블(303)은 상기 안테나 도선(301)으로 전원을 공급한다.

도 4는 도 3의 모노폴 안테나와 도 1의 종래 모노폴 안테나의 S11 값을 나타 내는 그래프이다.

안테나는 끊어진 선로로서, 그 끝 단이 특정 주파수에서 공진하도록 함으로써, 신호가 전반사 되지 않고, 특정 자기장 에너지로 외부에 전송되도록 한다. 즉, 기본적으로 안테나는 입력 포트가 1개인 1 포트장치(1 port device)이다. 따라서, 안테나에서는 입력 반사계수를 의미하는 S11 값만을 가지며, 안테나가 동작되는 주파수에서의 S11 값(dB)이 최소가 되며, S11 값이 최소인 주파수에서는 안테나로 입력된 신호전력이 외부로 최대 복사된다. 즉, S11 값이 최소인 지점에서 임피던스 정합이 가장 잘된다.

도 4에 도시된 바와 같이, A 그래프는 본 발명에따른 모노폴 안테나의 S11 값을, B 그래프는 종래 모노폴 안테나의 S11 그래프를 나타낸다. 본 발명에 따른 모노폴안테나(A 그래프)에서는 제1공진주파수(A-1) 및 제2공진주파수(A-2)가 나타나며, 종래 모노폴 안테나(B 그래프)에서는 제2공진주파수(B-2)만 나타난다.

여기서, A 그래프는 동축케이블(307)의 길이를 외부안테나소자(309) 길이의 약 2배로 제작한 경우, S11 값을 나타낸다. 약 1/8파장에서 제1공진주파수(A-1)가 발생되며, 제2공진주파수(A-2)는 안테나 전체 길이에 의해 발생되는 공진주파수(B-2, 동축케이블이 없는 종래 모노폴 안테나의 공진주파수)와 동일하다.

따라서, 동축케이블(307)의 길이가 길어지면, 보다 낮은 주파수에서 공진이 발생하며, 또한 동시에 안테나 전체길이에 의한 공진(A-2)이 유지되므로, 2가지 이상의 공진주파수를 이용하는 무선서비스 송수신을 위한 안테나가 구현될 수 있다.

도 5는 도 3에 따른 모노폴 안테나의 공진주파수에서의 이득 패턴을 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 앙각 변화에 따른 수직편파 성분의 이득 패턴을나타내는 그래프(5-1) 및 방위각 변화에 따른 수직편파 성분의 이득 패턴을 나타내는 그래프(5-2)이다. 여기서, 앙각(Elevation angle)이란, 지면을 기준으로 수직으로 방사되는 각을 의미하고, 방위각(Azimuth angle)이란, 지면을 기준으로 수평하게 방사되는 각을 의미한다.

방위각 변화에 따른수직편파 성분의 이득 패턴을 나타내는 그래프(5-2)를보면, 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 전방향성 수직편파 패턴을 유지하고 있음을 알 수 있다. 즉, 휴대이동통신 또는 어느곳에서나 송수신이 가능한 단말기에서 이용되는 안테나인지알 수 있다.

하기 표 1은 본 발명에 따른 모노폴 안테나와 종래 모노폴 안테나의 특성을 비교한다. 여기서, 비교되는 안테나들은 동일한 안테나 전체길이를 갖는다.

상기 표 1에서와 같이, 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 종래 모노폴 안테나 전체길이에 의한 제2공진주파수(A-2)를 유지하면서, 제1공진주파수(A-1)도 발생시킨다. 또한 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 제2공진주파수(A-2)에서 안테나 효율도 높고, 임피던스 정합이 잘 이루어져 제2공진주파수에 대해 사용이 가능하며, 제1공진주파수(A-1)에서도 안테나 효율은 떨어지나, 안테나 이득과 복사패턴 특징으로 보아 방송용 서비스 송수신이 가능한 안테나이다.

도 6은 도 3의 모노폴 안테나의 외부안테나소자(309)의 길이변화에 따른 S11 값을 나타내는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 외부안테나소자(309)의 길이가 15cm인 경우(C 그래프), 외부안테나소자(309)의 길이가 20cm인 경우(D 그래프), 외부안테나소자(309)의 길이가 25cm인 경우(E 그래프), 제1공진주파수 및 제2공진주파수를 나타낸다.

여기서, 동축케이블(307)의 길이는 일정하게 유지된다. 따라서, 외부안테나소자(309)의 길이변화는 안테나 전체길이가 변화를 의미한다.

제1공진주파수의 경우, 외부안테나소자(309)의 길이변화에 따른 공진주파수가 거의 없다. 즉, 제1공진주파수는 동축케이블(307)의 전기적 길이에 의해 결정됨을 알 수 있다.

한편, 제2공진주파수의 경우, 외부안테나소자(309)의 길이가 15cm인 경우(C 그래프)에서 공진주파수가 가장 높고, 외부안테나소자(309)의 길이가 25cm인 경우(E 그래프)에서 공진주파수가 가장 낮다. 즉, 외부안테나소자(309)가 길수록, 공진 길이가 길어져 공진주파수가 낮아진다. 따라서, 외부안테나소자(309)를 변화시킴으로써, 제2공진주파수 제어가 가능하다.

상기에서 본 바와 같이, 제1공진주파수 및 제2공진주파수는 서로 독립적이다. 따라서, 동축케이블(307)의 길이 및 외부안테나소자(309)의 길이를 각각 조절하여 주파수 조절이 가능하다.

따라서, 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 이중대역의 안테나 설계가 용이하고, 이중대역 주파수간의 간격을 좁혀 인접 주파수 사이에 공진이 발생하도록 함으로써 광대역의 특성을 얻을 수 있다.

또한, 헬리컬 안테나에서도 별개의 공진주파수를 발생시키며, 공진주파수 간극을 조절할 수 있다. 헬리컬 안테나에서 도선의 감는 수를 조밀하게 하는 경우, 안테나 전체길이와 공진주파수의 정비례 관계가 유지되지 못하므로, 이러한 특성을 이용하여 공진주파수의 간극 조절이 가능하다.

도 7은 본 발명에 따른 헬리컬 타입의 케이블 모노폴 안테나를 나타내는 일실시예 구성도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안테나 도선(701), 급전용케이블(703), 접지면(705), 동축케이블(707), 유전체(709)를 포함한다.

상기 안테나 소자는 유전체(709) 내부에 설치되며, 유전체(709) 내부에서, 상기 안테나 도선(701)은 감아 올려지다가, 상기 접지면(705)으로부터 H만큼 떨어진 거리부터는 동축케이블(707)이 감아 올려진다. 즉, 상기 접지면(705)으로부터 H만큼 떨어진 지점에서, 안테나도선(701)과 동축케이블(707)의 내부도체가 연결된다. 여기서, 안테나 도선(701)만 유전체(709) 외부로 드러나 상기 급전용케이블(703)과 연결된다.

상기 급전용케이블(703)은 상기 안테나 도선(701)으로 전원을공급한다.

유전체(709) 내부에서, 안테나 도선(701)과 함께 감아 올린 상기 동축케이블(707)의 끝단은 단락된다. 여기서, 동축케이블(707)의 끝단을 개방하여도 유사한 특성을 얻을 수 있다.

도 8은 도 7의 헬리컬 안테나와 도 2의 종래 헬리컬 안테나의 S11 값을 나타내는 그래프이다. 여기서, 비교되는 안테나들의 안테나 전체길이는 동일하다.

도 8에 도시된 바와 같이, F 그래프는 본 발명에따른 헬리컬 안테나의 S11 값을, G 그래프는 종래 헬리컬 안테나의 S11 그래프를 나타낸다. 본 발명에 따른 헬리컬안테나(F 그래프)에서는 제1공진주파수(F-1), 제2공진주파수(F-2) 및 제3공진주파수(F-3)가 나타나며, 종래 헬리컬 안테나(G 그래프)에서는 제1공진주파수(G-1)만 나타난다. 여기서, 본 발명에 따른 헬리컬 안테나에서, 제1공진주파수(F-1)는 안테나 전체 길이에 의해 발생되는 공진주파수(G-1, 동축케이블이 없는 종래 헬리컬 안테나의 공진주파수)와 동일하다.

따라서, 동축케이블(707)에 의해 제2공진주파수(F-2) 및 제3공진주파수(F-3)가 발생하며, 또한 동시에 안테나 전체길이에 의한 공진(F-1)이 유지되므로, 2가지 이상의 공진주파수를 이용하는 무선서비스 송수신을 위한 안테나가 구현될 수 있다.

도 9는 도 7에 따른 헬리컬 안테나의 공진주파수에서의 이득 패턴을 나타내는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 앙각 변화에 따른 수직편파 성분의 이득 패턴을 나타내는 그래프(9-1) 및 방위각 변화에 따른 수직편파 성분의 이득 패턴을 나타내는 그래프(9-2)이다.

방위각 변화에 따른 수직편파 성분의 이득 패턴을 나타내는 그래프(9-2)를 보면, 본 발명에 따른 헬리컬 안테나가 제1공진주파수(F-1), 제2공진주파수(F-2) 및 제3공진주파수(F-3)에 대하여 전방향성 수직편파 패턴을 유지하고 있음을 알 수 있다.

하기 표 2은 본 발명에 따른 헬리컬 안테나의 특성을 나타낸다.

상기 표 2에서와 같이, 본 발명에 따른 헬리컬 안테나는 제1공진주파수(F-1)에서 안테나 효율도 높고, 임피던스 정합이 잘 이루어져 제1공진주파수에 대해 사용이 가능하며, 제2공진주파수(F-2)에서도 안테나 효율은 떨어지나, 높은 안테나 이득을 갖고, 단말기 안테나로서 사용가능한 전방향성을 갖는다.

또한, 제1공진주파수(F-1)와 제2공진주파수(F-2) 사이의 간격 조절이 헬리컬 안테나에서 가능하다. 이하 도 10 및 도 11에서 상세하게 설명한다.

도 10은 높이 7cm의 T-DMB수신용 안테나에서 도 7의 헬리컬 안테나와 도 2의 종래 헬리컬 안테나의 S11 값을 나타내는 그래프이다.

도 10에 도시된 바와 같이, T-DMB수신용 안테나는 접지면으로부터 높이 7cm로서, 1/24파장 크기의 안테나이며, 10-1 그래프는 본 발명에따른 헬리컬 안테나의 S11 값을, 10-2 그래프는 종래 헬리컬 안테나의 S11 그래프를 나타낸다.

제1공진주파수와 제2공진주파수 사이의 간격을 조절함으로써, T-DMB 방송 주파수 대역(한국T-DMB: 176MHz~216MHz)에서 제1공진주파수 및 제2공진주파수가 모두 발생되도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 헬리컬 안테나는 접지면으로부터의 높이가 1/8파장 이하인 경우에도, 다수의 공진주파수를 발생시켜 광대역 송수신이 가능하다.

헬리컬 안테나에서 도선의 감는 수를 조밀하게 하는 경우, 안테나 전체길이와 공진주파수의 정비례 관계가 유지되지 못하므로, 이러한 특성을 이용하여 공진주파수의 간극 조절이 가능하다.

도 11은 도 7의 헬리컬 안테나와 도 2의 종래 헬리컬 안테나의 스마트 차트 비교를 나타내는 그래프이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 11-1 그래프는 본 발명에 따른 헬리컬 안테나를, 11-2 그래프는 종래 헬리컬 안테나의 스마트 차트 비교를 나타낸다. 여기서, 각 안테나는 접지면으로부터 높이 7cm로서, 1/24파장 크기의 안테나이다.

도 11-2에 도시된 바와 같이, 작은네모가 1에 근접할수록 임피던스 정합이 잘 이루어지는 것이므로, 제1공진주파수보다 제2공진주파수에서, 임피던스 정합이 잘 이루어진다. 따라서, 헬리컬 안테나에서, 공진주파수 간극이 용이하게 조절될 수 있다.

도 12는 도 7의 헬리컬 안테나를 나타내는 다른 일실시예 구성도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안테나 도선(701), 급전용케이블(703), 접지면(705), 동축케이블(707), 유전체(709)를 포함한다.

도 7과 달리, 유전체(709) 시작부분에서부터 동축케이블(707)이 감아 올려진다. 즉, 유전체(709) 내부에는 안테나 도선(701)만 감아 올려진 부분이 존재하지 않으며, 유전체(709) 외부에서, 동축케이블(707) 내부도체와 안테나 도선(701)이 연결되고, 상기 안테나 도선(701)은 급전용케이블(703)과 연결된다.

도 13은 도 7의 헬리컬 안테나를 나타내는 또 다른 일실시예 구성도이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안테나 도선(701), 급전용케이블(703), 접지면(705), 동축케이블(707), 유전체(709)를 포함한다.

도 7과 달리, 유전체(709) 내부에서, 상기 안테나 도선(701)은 감아 올려지다가, 임의지점부터 동축케이블(707)이 올려진다. 그 다음, 동축케이블(707)의 끝단이 단락되고, 동축케이블(707) 단락지점부터 다시 안테나 도선(701)이 감아 올려진다. 즉, 유전체(709) 내부에 동축케이블(707)이 감아 올려진 부분이임의의 구간에 한정되고, 동축케이블(707)의 양 끝은 안테나 도선(701)과 연결된다.

상기 도 7, 도 12 및 도 13과 같이, 동축케이블(707)이 감아 올려지는 구간이 각각 상이한 것(전부 또는 임의의 일부 구간)은 각 매칭 조건이 달라지기 때문이다. 예를 들어, 원하는 공진주파수, 공정과정, 제조가격 등을 고려하여 각각 상이한 구간에 동축케이블(707)이 설치될수 있다.

도 14는 도 3의 모노폴 안테나를 나타내는 또 다른 일실시예 구성도이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안테나 도선(301), 급전용케이블(303), 접지면(305), 동축케이블(307), 외부안테나소자(309)를 포함한다.

도 3과 달리, 접지면(305)으로부터 H 만큼 떨어진 거리부터 상기 외부안테나소자(309)가 설치된다. 즉, 외부안테나소자(309), 동축케이블(307) 및 안테나 도선(301)이 연결되는 지점이 접지면(305)으로부터 H 만큼 떨어진 거리에 존재한다.

안테나소자 전체 길이가, 도 3의 모노폴 안테나의 안테나 소자보다 더 짧으므로, 더 높은 주파수 대역의 공진주파수가 발생된다.

도 15는 도 12의 헬리컬 안테나를 나타내는 또 다른 일실시예 구성도이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명은 안테나 도선(701), 급전용케이블(703), 접지면(705), 동축케이블(707), 유전체(709)를 포함한다.

도 12와 달리, 접지면(705)으로부터 H 만큼 떨어진 거리부터 상기 유전체(709)가 설치된다. 즉, 상기 동축케이블(707)이 감아 올려지는 유전체(709) 시작부분이 접지면(305)으로부터 H 만큼 떨어진 거리에 존재한다.

도 16는 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 폴더형 휴대폰 내부에 설치되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 폴더형 휴대폰은 안테나 도선(1601), 동축케이블(1603), PCB(1605, printed circuit board), 휴대폰 본체(1607), 휴대폰 덮개(1609), 휴대폰 전지(1611)를 포함하면, 스터비 타입으로 제작된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(16-1) 또는 휴대폰 덮개에 설치된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(16-2)로 설치될 수 있다.

스터비 타입으로 제작된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(16-1)는 휴대폰 본체(1607) 뒷면의 휴대폰 전지(1611)와 나란히 설치되고, 안테나 도선(1601)은 휴대폰 전지(1611)와 연결된 PCB(1605)와 연결되어, 전원을 공급받을 수 있다.

휴대폰 덮개에 설치된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(16-2)는 휴대폰 본체(1607) 뒷면과 휴대폰 덮개(1609)에 걸쳐 설치되고, 안테나 도선(1601)은 휴대폰 전지(1611)와 연결된 PCB(1605)와 연결되어, 전원을 공급받을 수 있다. 또한, 휴대폰 덮개(1609)를 열었을 때도 전기적으로 연결될 수 있다. 상기와 같은 설치 방법은, T-DMB, DVB-H처럼 영상신호를 보기 위해 휴대폰 덮개(1609)를 열어야 하는 휴대폰에서 유용하다. 왜냐하면, 힌지를 여닫는 횟수 증가에 의해 발생되는 안테나의 파손 및 변형으로 인해 안테나 특성이 달라지는 문제점을 해결할 수 있기 때문이다.

도 17는 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 슬라이드형 휴대폰 내부에 설치되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 슬라이드형 휴대폰은 안테나 도선(1701), 동축케이블(1703), PCB(1705, printed circuit board), 휴대폰 본체(1707), 휴대폰 덮개(1709), 휴대폰 전지(1711)를 포함하면, 스터비 타입으로 제작된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(17-1) 또는 휴대폰 덮개에 설치된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(17-2)로 설치될 수 있다.

스터비 타입으로 제작된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(17-1)는 휴대폰 본체(1707) 뒷면의 휴대폰 전지(1711)와 나란히 설치되고, 안테나 도선(1701)은 휴대폰 전지(1711)와 연결된 PCB(1705)와 연결되어, 전원을 공급받을 수 있다.

휴대폰 덮개에 설치된 헬리컬 타입의 모노폴 안테나(17-2)는 휴대폰 본체(1707) 뒷면과 휴대폰 덮개(1709)에 걸쳐 설치되고, 안테나 도선(1701)은 휴대폰 전지(1711)와 연결된 PCB(1705)와 연결되어, 전원을 공급받을 수 있다. 또한, 휴대폰 덮개(1709)를 열었을 때도 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 도 16 및 도 17에 따른 폴더형 휴대폰 및 슬라이드 휴대폰에 있어서, 휴대폰 본체(1607)에 설치되는 안테나 소자가 독립적으로 동작될 수 있도록, W-LAN, PCS, Wibro 등과 같은 고주파 통신 전용 안테나로 활용될 수 있다. 또한, 상기 도 3 내지 도 14에서 구현된 안테나를 휴대폰 본체(1607)에 설치함으로써, 다중 대역 통신이 가능하고, 다양한 서비스를 송수신할 수 있는 복합폰도 가능하다.

도 18은 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 슬라이드형 휴대폰 내부에 조립식으로 설치되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 슬라이드형 휴대폰은 안테나소자1(18-1), 안테나소자2(18-2), 안테나소자3(18-3), PCB 회로(1705)를 포함한다.

본 발명에 따른 모노폴 안테나를 탄력성 있는 유전체(예를 들어, 고무) 내부에 설치함으로써, 안테나 성능을 유지하면서도 설치가 간편한 안테나가 구현될 수 있다.

또한, 안테나를 3가지 소자(18-1, 18-2 18-3)로 나누어 조립식 안테나로 구현함으로써, 다양한 크기의 안테나 제작이 가능하고, 안테나 제작 및 설치가 용이해진다.

즉, 길이가 서로 다른 안테나 도선을 길이가 서로 다른 탄력성 있는 유전체 내부에 설치하여 다수의 안테나 소자(18-1, 18-2, 18-3)를 제작하고, 휴대폰 내부의 PCB 회로(1705)와 연결되는 안테나소자1(18-1)를 안테나소자2(18-2)와 연결한다. 안테나소자2(18-2)는 안테나소자3(18-3)과 연결된다.

상기 휴대폰 내부의 PCB 회로(1705)와 연결되는 안테나소자(예를 들어, 안테나소자1)의 한쪽 끝단은 접촉연결용도전체(1801)를 포함하며, 상기 휴대폰 내부의 PCB 회로(1705)와 연결되는 안테나소자와 연결되는 안테나소자(예를 들어, 안테나소자2) 한쪽 끝단도 접촉연결용도전체(1801)를 포함함으로써, 안테나소자끼리 연결될수 있다.

상기 휴대폰 내부의 PCB 회로(1705)와 연결되지 않는 안테나소자(예를 들어, 안테나소자2, 안테나소자3)의 동축케이블 끝단은 단락 혹은 개방되는 구조를 지닌다.

안테나소자 사이를 연결하는 안테나소자(예를 들어, 안테나 소자2)의 한쪽 끝단은 나사연결용도전체(1803)를 포함함으로써, 접촉연결용도전체를 포함하는 또 다른 안테나소자와 연결될 수 있다.

안테나의 끝단을 구성하는 안테나소자(예를 들어, 안테나소자3)의 한쪽 끝단은 또 다른 안테나소자와 연결되지 않으므로, 접촉연결용도전체(1801) 또는 나사연결용도전체(1803)를 포함하지 않는다. 여기서, 안테나의 끝단을 구성하는 안테나소자 의 동축케이블 끝단은 단락 혹은 개방되는 구조이다.

도 19는 본 발명에 따른 헬리컬 타입의 모노폴 안테나가 PCB로 구현되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도이다.

일반적인 PCB 회로 위에 RF 스위치를 설치하고, RF 스위치가 채널 정보에 따라 자동으로 스위칭되도록 함으로써, 안테나로 공급되는 전원을 제어할 수 있다 또한, 다수의 급전지점이 존재하는 안테나의 경우, RF 스위치 제어를 통해 급전지점을 선택할 수 있으므로, 급전지점부터 안테나 끝단까지의 길이, 즉, 안테나의 총 길이를 상이하게 하여 공진주파수를 다양하게 제어할 수 있다.

도 19에 도시된 바와 같이, PCB 회로(1901), 급전용마이크로스트립라인(1903), 에칭(etching)안테나도선(1905), 비아(1907), 안테나용마이크로스트립라인(1909)를 포함하고, 다수의 급전지점이 존재하는 경우, 제1분기용에칭안테나도선(1911) 및 제2분기용에칭안테나도선(1913)을 더 포함한다. 여기서 PCB 회로(1901)는 에칭안테나도선(1905), 비아(via, 1907), 안테나용마이크로스트립라인(1909)을 포함하며, 상기 비아(1907)는 앞뒷면의 도선을 연결함으로써, 스프링 타입으로 도선이 꼬인 것과 같은 효과를 갖는다.

여기서, 안테나용마이크로스트립라인은 전송선로(transmission line)로서, 동축케이블과 같은 역할을 한다.

즉, 에칭안테나도선(1905), 급전용마이크로스트립라인(1903), 안테나용마이크로스트립라인(1909)은 도 7의 안테나 도선(701), 급전용케이블(703), 동축케이블(707)에 각각 대응된다.

하나의 급전지점을 가지며 안테나용마이크로스트립라인(1909)이 안테나 끝단에 설치되는 경우(19-1), 상기 PCB 회로(1901)는 급전용마이크로스트립라인(1903)과 연결된다. 급전용마이크로스트립라인(1903)은 상기 에칭안테나도선(1905)과 연결되고, 상기 에칭안테나도선(1905)은 안테나용마이크로스트립라인(1909)과 연결된다. 급전용마이크로스트립라인(1903)로부터 공급된 전원은 안테나용마이크로스트립라인(1909)까지 전달된다. 여기서, 안테나용마이크로스트립라인(1909)의 끝단은 단락되거나 개방된다.

하나의 급전지점을 가지며 안테나용마이크로스트립라인(1909)이 안테나 중간에 설치되는 경우(19-2), 상기 PCB 회로(1901)는 급전용마이크로스트립라인(1903)과 연결되고, 급전용마이크로스트립라인(1903)은 상기 에칭안테나도선(1905)과 연결되고, 상기 에칭안테나도선(1905) 중간에 안테나용마이크로스트립라인(1909) 설치된다. 따라서, 안테나 끝단에는 다시 에칭안테나도선(1905)이 설치된다.

다수의 급전지점을 가지며 안테나용마이크로스트립라인(1909)이 안테나 끝단에 설치되는 경우(19-3), 상기 PCB 회로(1901)는 급전용마이크로스트립라인(1903)과 연결되며, 급전용마이크로스트립라인(1903)로부터 공급되는 전원은 제어신호에 의해 에칭안테나도선(1905), 제1분기용에칭안테나도선(1911) 및 제2분기용에칭안테나도선(1913) 중 1개의 도선으로 공급된다. 그림19-2와 마찬가지로, 안테나용마이크로스트립라인(1909)의 끝단은 단락되거나 개방된다.

상기와 같은 방법으로, PCB 회로 위에 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 구현되면, 제작단가를 낮출 수 있고, 대량생산이 유리해진다.

상기한 바와 같이, 도 3 내지 도 19에 따른, 소형 모노폴 안테나는 1/4파장 이하의 크기로 구현될 수 있으며, 접지면으로부터 높이가 1/8파장 이하의 크기로도 구현될 수 있으며, 휩 안테나(whip antenna), 헬리컬 안테나, 슬리브 안테나(sleeve antenna), N형 안테나 등에도 적용될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래 모노폴 안테나를 나타내는 일실시예 구성도.

도 2는 종래 유전체 내부에 설치된 헬리컬 모노폴 안테나를 나타내는 일실시예 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 케이블 모노폴 안테나를 나타내는 일실시예 구성도.

도 4는 도 3의 모노폴 안테나와 도 1의 종래 모노폴 안테나의 S11 값을 나타내는 그래프.

도 5는 도 3에 따른 모노폴 안테나의 공진주파수에서의 이득 패턴을 나타내는 도면.

도 6은 도 3의 모노폴 안테나의 외부안테나소자(309)의 길이변화에 따른 S11 값을 나타내는 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 헬리컬 타입의 케이블 모노폴 안테나를 나타내는 일실시예 구성도.

도 8은 도 7의 헬리컬 안테나와 도 2의 종래 헬리컬 안테나의 S11 값을 나타내는 그래프.

도 9는 도 7에 따른 헬리컬 안테나의 공진주파수에서의 이득 패턴을 나타내는 도면.

도 10은 높이 7cm의 T-DMB수신용 안테나에서 도 7의 헬리컬 안테나와 도 2의 종래 헬리컬 안테나의 S11 값을 나타내는 그래프.

도 11은 도 7의 헬리컬 안테나와 도 2의 종래 헬리컬 안테나의 스마트 차트 비교를 나타내는 그래프.

도 12는 도 7의 헬리컬 안테나를 나타내는 다른 일실시예 구성도.

도 13은 도 7의 헬리컬 안테나를 나타내는 또 다른 일실시예 구성도.

도 14는 도 3의 모노폴 안테나를 나타내는 또 다른 일실시예 구성도.

도 15는 도 12의 헬리컬 안테나를 나타내는 또 다른 일실시예 구성도.

도 16는 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 폴더형 휴대폰 내부에 설치되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도.

도 17는 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 슬라이드형 휴대폰 내부에 설치되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도.

도 18은 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 슬라이드형 휴대폰 내부에 조립식으로 설치되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도.

도 19는 본 발명에 따른 헬리컬 타입의 모노폴 안테나가 PCB로 구현되는 경우를 나타내는 일실시예 구성도.

Claims

안테나에 있어서,

동축케이블로 구현되는 제1안테나소자;

상기 제1안테나소자를 밀봉하며, 상기 제1안테나소자와 급전점을 공유하는 제2안테나소자; 및

상기 급전점으로 전원을 공급하는 급전케이블

을 포함하는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1안테나소자 및 제2안테나소자는

안테나가 복수의 공진주파수를 갖도록, 임의의 전기적 길이를 갖는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 안테나는

1/4 파장 이하의 크기로 구현되는 모노폴 안테나인

안테나.
제3항에 있어서,

상기 모노폴 안테나는

접지면으로부터 1/8파장 이하의 크기로 구현되는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1안테나소자의 전기적 길이는

상기 제2안테나소자의 전기적 길이보다 더 긴

안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1안테나소자 및 제2안테나소자는

헬리컬 안테나 소자인

안테나.
안테나에 있어서,

동축케이블로 구현되는 제1안테나소자;

상기 제1안테나소자와 직렬 연결되며 도선으로 구현되는 제2안테나소자; 및

상기 제2안테나소자로 전원을 공급하는 급전케이블

을 포함하는 안테나.
제7항에 있어서,

상기 제1안테나소자 및 제2안테나소자는

상기 안테나가 복수의 공진주파수를 갖도록, 임의의 전기적 길이를 갖는

안테나.
제7항에 있어서,

상기 안테나는

1/4 파장 이하의 크기로 구현되는 모노폴 안테나인

안테나.
제9항에 있어서,

상기 모노폴 안테나는

접지면으로부터 1/8파장 이하의 크기로 구현되는

안테나.
제7항에 있어서,

상기 제1안테나소자 및 제2안테나소자를 감싸는 형태로 배치되는 유전체

를 더 포함하는 안테나.
제7항에 있어서,

상기 제1안테나소자 및 제2안테나소자는

헬리컬 안테나 소자인

안테나.
안테나에 있어서,

기판에 마이크로스트립라인으로 구현되는 제1안테나소자;

상기 제1안테나소자와 직렬 연결되며 상기 기판에 에칭도선으로 구현되는 제2안테나소자; 및

상기 제2안테나소자로 전원을 공급하는 급전케이블

을 포함하는 안테나.
제13항에 있어서,

상기 제1안테나소자 및 제2안테나소자는

상기 안테나가 복수의 공진주파수를 갖도록, 임의의 전기적 길이를 갖는

안테나.
제13항에 있어서,

상기 안테나는

1/4 파장 이하의 크기로 구현되는 모노폴 안테나인

안테나.
제15항에 있어서,

상기 모노폴 안테나는

접지면으로부터 1/8파장 이하의 크기로 구현되는

안테나.
제13항에 있어서,

상기 급전케이블은

상기 제2안테나소자의 임의의 지점과 연결되는 복수의 급전케이블

을 포함하되,

상기 제2안테나소자의 임의의 지점은 적어도 1개 이상인

안테나.
제13항에 있어서,

상기 제1안테나소자와 직렬 연결되되, 상기 제1안테나소자와 제2안테나소자가 연결된 단부의 타단에 직렬 연결되고, 상기 기판에 에칭도선으로 구현되는 제3안테나소자

를 더 포함하는 안테나.
안테나에 있어서,

동축케이블로 구현되는 제1안테나소자;

상기 제1안테나소자의 서로 다른 지점과 직렬 연결되며, 도선으로 구현되는 제2안테나소자;

상기 제1안테나소자와 직렬 연결되되, 제1안테나소자와 제2안테나소자가 연결된 단부의 타단에 직렬 연결되고 도선으로 구현되는 제3안테나소자; 및

상기 제2안테나소자로 전원을 공급하는 급전케이블

을 포함하는 안테나.
제19항에 있어서,

상기 제1안테나소자, 제2안테나소자 및 제3안테나소자는

안테나가 복수의 공진주파수를 갖도록, 임의의 전기적 길이를 갖는

안테나.
제19항에 있어서,

상기 안테나는

1/4 파장 이하의 크기로 구현되는 모노폴 안테나인

안테나.
제21항에 있어서,

상기 모노폴 안테나는

접지면으로부터 1/8파장 이하의 크기로 구현되는

안테나.
제19항에 있어서,

상기 제1안테나소자, 제2안테나소자 및 제3안테나소자를 감싸는 형태로 배치되는 유전체

를 더 포함하는 안테나.
제19항에 있어서,

상기 제1안테나소자, 제2안테나소자 및 제3안테나소자는

헬리컬 안테나 소자인

안테나.