KR20080041900A - Small size active antenna using dielectric resonator - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 안테나를 나타낸 예시도.1 is an exemplary view showing a general antenna.
도 2은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RF 수신 안테나의 구성을 도시한 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of an RF receiving antenna according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 코어가 있는 코일, 유전체 공진자 및 증폭기를 이용한 소형 RF 안테나 구성도.3 is a schematic diagram of a small RF antenna using a cored coil, a dielectric resonator, and an amplifier in a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 도 2에 따른 코일과 유전체 공진자가 PCB와 결합된 형태를 도시한 도면.4 is a diagram illustrating a coil and a dielectric resonator coupled to a PCB according to FIG. 2;
도 5는 도 2에 따른 증폭회로가 PCB와 결합된 형태를 도시한 도면.5 is a view illustrating a form in which the amplifying circuit according to FIG. 2 is coupled to a PCB.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 PCB 도면.6 is a PCB diagram according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 신호 수신단 110 : 유전체 공진자100: signal receiving terminal 110: dielectric resonator
120 : 공진회로 200 : 증폭회로120: resonant circuit 200: amplification circuit
300 : PCB 400 : 신호 수신면300: PCB 400: signal receiving surface
500 : 그라운드(GND)500: Ground (GND)
본 발명은 RF 신호를 수신하는 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유전체 공진자와 코어가 있는 코일을 이용한 휴대용 단말기 및 소형 기기에 사용되는 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to an antenna for receiving an RF signal, and more particularly, to an antenna used in a portable terminal and a small device using a coil having a dielectric resonator and a core.
무선 통신 기술의 발달로 인해 무선 통신 기기의 사용이 급증하고 있다. 근래에 들어, 유선 통신 전화의 사용률에 비해 이동통신 전화 및 DMB 등 이동형 전자 기기의 사용률이 대단히 높으며, 종류도 더욱 다양화되고 있다. The development of wireless communication technology is increasing the use of wireless communication devices. In recent years, the use rate of mobile electronic devices such as mobile communication phones and DMBs is much higher than that of wired communication phones, and the types thereof are becoming more diversified.
이러한 무선 통신 기기는 RF 신호를 수신하기 위해 모두 안테나를 구비하고 있다. 이러한 안테나는 해당 무선 통신 기기가 사용하는 주파수 대역에 따라서 다양한 형태를 가지고 있으며, 안테나의 사이즈는 무선 통신 기기가 사용하는 주파수 대역에 따라 달라진다.These wireless communication devices are all equipped with antennas for receiving RF signals. These antennas have various forms according to the frequency bands used by the corresponding wireless communication device, and the size of the antenna depends on the frequency band used by the wireless communication device.
대부분의 무선 통신 기기들은 휴대용 단말기이거나 소형 장치일 것이 요구되나 RF 신호를 수신하기 위한 안테나의 사이즈는 휴대용 단말기 또는 무선 통신 기기의 소형화를 방해하는 중요한 요인 중 하나였다. Most wireless communication devices are required to be portable terminals or small devices, but the size of an antenna for receiving RF signals has been one of the important factors that hinders the miniaturization of portable terminals or wireless communication devices.
특히, 주파수 대역이 다른 통신 주파수에 비해 비교적 저주파 대역인 지상파 DMB,FM. 무선 랜 통신 장치 등의 경우 이러한 문제점은 더욱 심화되었다. In particular, the terrestrial DMB, FM, which is a relatively low frequency band compared to other communication frequencies. In the case of a wireless LAN communication device, such a problem is further exacerbated.
도 1은 일반적인 지상파 DMB 수신용 안테나의 사시도를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a perspective view of a general terrestrial DMB receiving antenna.
도 1에 도시된 바와 같이, 지상파 DMB 방송에 사용되는 안테나는 상하로 연장된 다이폴 형태의 안테나이며, 방송을 시청할 경우 안테나를 길게 뽑아야 하므로 사용하기에 상당히 불편한 점이 있다. 안테나의 길이는 파장에 비례하며, 통상적으로 안테나의 길이는 파장을 4로 나눈 λ/4 값에 의해 결정된다. 지상파 DMB 주파수 대역인 170MHz의 주파수를 사용하는 경우 정상적인 안테나 길이는 20cm가 되며, 이러한 안테나의 길이는 장치를 소형화하는데 상당한 장애가 될 수밖에 없었다.As shown in FIG. 1, an antenna used for terrestrial DMB broadcasting is a dipole type antenna that extends up and down, and it is quite inconvenient to use because the antenna must be pulled out long when watching a broadcast. The length of the antenna is proportional to the wavelength, and typically the length of the antenna is determined by the value of λ / 4 divided by the wavelength. When using a frequency of 170MHz, the terrestrial DMB frequency band, the normal antenna length is 20cm, and the length of the antenna is a significant obstacle to miniaturizing the device.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 지상파 DMB와 같은 비교적 저주파 대역에서 사용될 수 있는 소형 안테나를 제공함을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a small antenna that can be used in a relatively low frequency band, such as terrestrial DMB.
또한, 본 발명의 다른 목적은 코일, 유전체 공진자 및 증폭기를 이용한 저주파 대역에서의 사이즈를 소형화한 RF 수신 안테나를 제안하는 것이다. Another object of the present invention is to propose an RF receiving antenna having a small size in a low frequency band using a coil, a dielectric resonator, and an amplifier.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 장치에 내장되면서 사이즈가 소형화될 뿐만 아니라 수신감도도 제고될 수 있는 RF 수신 안테나를 제안하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to propose an RF receiving antenna capable of improving the reception sensitivity as well as miniaturization in size in a wireless communication device.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 미리 설정된 주파수 대역의 신호를 공진시키는 유전체 공진자; 및 상기 유전체 공진자에 결합되어 상기 유전체 공진자의 공진 주파수 대역을 천이시키는 공진회로;를 포함하되, 상기 공진회로는 사용자의 조작에 따라 상기 공진 주파수 대역의 천이범위가 결정되는 코어(core)가 있는 코일로 구성되는 것을 특징으로 하는 유전체 공진자를 이용한 능동형 안테나가 제공된다.In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, a dielectric resonator for resonating a signal of a predetermined frequency band; And a resonant circuit coupled to the dielectric resonator to shift the resonant frequency band of the dielectric resonator, wherein the resonant circuit includes a core having a transition range of the resonant frequency band determined by a user's manipulation. There is provided an active antenna using a dielectric resonator, characterized in that it is composed of a coil.
보다 바람직하게, 상기 유전체 공진자 및 상기 공진회로는 PCB(Printed Circuit Board) 상에 형성될 수 있다.More preferably, the dielectric resonator and the resonant circuit may be formed on a printed circuit board (PCB).
또한, 보다 바람직하게, 상기 유전체 공진자를 이용한 능동형 안테나는, 상기 유전체 공진자와 상기 공진회로가 형성된 상기 PCB(Printed Circuit Board)의 동일면 상에 형성되어 전계형성을 쉽게하는 접지(GND)면을 더 포함할 수 있다.More preferably, the active antenna using the dielectric resonator may further include a ground (GND) surface formed on the same surface of the printed circuit board (PCB) on which the dielectric resonator and the resonant circuit are formed to facilitate electric field formation. It may include.
또한, 보다 바람직하게, 유전체 공진자를 이용한 능동형 안테나는, 상기 PCB(Printed Circuit Board) 상에 형성되며, 상기 유전체 공진자를 통해 수신된 신호를 증폭하여 출력하는 증폭회로를 더 포함할 수 있다. Further, more preferably, the active antenna using the dielectric resonator may further include an amplifier circuit formed on the printed circuit board (PCB) and amplifying and outputting a signal received through the dielectric resonator.
또한, 보다 바람직하게, 상기 유전체 공진자, 상기 공진회로, 상기 증폭회로 및 상기 접지면은 상기 PCB(Printed Circuit Board) 상에 일체형으로 형성될 수 있다.Further, more preferably, the dielectric resonator, the resonant circuit, the amplifying circuit, and the ground plane may be integrally formed on the printed circuit board (PCB).
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 표면 실장형 코일을 이용한 알에프 안테나에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the RF antenna using a surface-mount coil.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RF 수신 안테나의 구성을 도시 한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 코어가 있는 코일, 유전체 공진자 및 증폭기를 이용한 초소형 RF 안테나 구성도이다.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of an RF receiving antenna according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a micro RF antenna using a coil, a dielectric resonator and an amplifier with a core in a preferred embodiment of the present invention It is a block diagram.
도 2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 공진자를 이용한 알에프 안테나는 신호 수신단(100), 증폭회로(200) 및 PCB(300)를 포함할 수 있다. 2 and 3, an RF antenna using a dielectric resonator according to an exemplary embodiment may include a
또한, 보다 바람직하게, 본 발명에 따른 신호 수신단(100)은 유전체 공진자(110) 및 공진회로(120)로 구성될 수 있다. Further, more preferably, the
유전체 공진자(110)는 수신된 RF 신호를 특정 주파수에서 공진시키는 기능을 한다. 유전체 공진자(110)에서의 공진 주파수는 유전체 공진자(110)의 형상 및 크기에 의해 결정된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 안테나에 사용되는 유전체 공진자(110)는 안테나에서 수신하려는 주파수보다 높은 주파수 공진하는 유전체 공진자이다. 유전체 공진자(110)의 사이즈 역시, 안테나와 마찬가지로, 주파수에 반비례한다.The
예를 들어, 900MHz 대의 공진 주파수를 가지는 유전체 공진자(110)는 200MHz대의 공진 주파수를 가지는 유전체 공진자(110)보다 사이즈가 작다. 유전체 공진자(110)를 사용하면서 그 사이즈를 최소화하기 위해 유전체 공진자 자체는 안테나를 통해 수신하려는 주파수보다 큰 공진 주파수를 가지는 유전체 공진자(110)를 사용하는 것이다. For example, the
본 발명은 다른 통신 방식 보다 비교적 주파수 대역이 낮은 DMB 신호, FM 신호의 수신에 유용하게 적용될 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 200MHz 대의 DMB 주파수 신호를 수신하기 위해 900MHz대의 유전체 공진자(110)가 이용된다. The present invention can be usefully applied to receiving DMB signals and FM signals having a relatively lower frequency band than other communication methods. According to an embodiment of the present invention, a dielectric resonator of 900 MHz band may be used to receive DMB frequency signals of 200 MHz band. 110) is used.
이때, 유전체 공진자(110)의 형상은 일반적으로 직육면체이며, 약 가로 3mm, 세로 3mm, 높이 7mmm 정도의 사이즈를 가진다. 이러한 900MHz대의 유전체 공진자(110)는 200MHz대의 유전체 공진자(110)보다 사이즈가 작을 뿐만 아니라 통상적인 200MHz대를 수신하는 다이폴 안테나에 비해서도 사이즈가 현저하게 줄어든다. In this case, the shape of the
유전체 공진자(110)에는 공진회로(120)가 구비된다. 공진회로(120)는 직렬 또는 병렬로 결합된 유전체 공진자(110)의 공진 주파수를 천이시키는 기능을 수행한다. 예를 들어, 유전체 공진자(110) 자체는 900MHz에서 공진하는 형상 및 사이즈의 공진기이나, 공진회로(120)를 이용하여 이러한 유전체 공진자(110)의 공진 주파수를 200MHz 대역으로 천이시킬 수 있다.The
이러한 공진회로(120)는 적어도 하나 이상의 코어가 있는 코일(인덕터 성분) 및/또는 적어도 하나 이상의 캐패시터의 조합으로 구성될 수 있다.The
공진회로(120)를 구성하는 캐패시터 및/또는 인덕터(코일)는 그 값에 상응하여 유전체 공진자에서의 공진 주파수를 천이시킨다. 통상적으로 캐패시터 및/또는 인덕터는 필터와 같은 회로에서 회로의 특성 주파수의 값을 결정하는 역할을 하게 되는데, 여기서 캐패시터 및 인덕터는 유전체 공진자를 통해 공진되는 주파수를 인덕터 및 캐패시터의 가용 주파수 결정 특성을 통해 변경시킨다.The capacitor and / or inductor (coil) constituting the
공진회로(120)는 본 발명의 가장 핵심적인 구성 요소로서, 사이즈가 작은 고주파대의 유전체 공진자(110)가 저주파대의 신호를 수신하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 공진회로(120)는 PCB 보드(300)에 형성되며, 공진회로가 형성된 PCB 보드(300)가 유전체 공진자에 결합하는 형태로본 발명에 의한 안테나가 구현될 수 있을 것이다. 물론, 본 발명의 공진회로가 PCB 보드(300)에 형성되는 것에 한정되는 것은 아니며, 다른 다양한 형태를 가질 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. The
본 발명에 따른 공진회로(120)는 보다 바람직하게 코어(core)가 있는 코일을 이용하여 구성될 수 있다. 코일은 전기회로에서는 그 기본적인 상수(常數)의 하나인 인덕턴스를 실현하는 구체적인 부품이며, 본 발명에서 이용되는 코어가 있는 코일이란, 코어부를 중심으로 코일이 감긴것을 의미하며, 사용자의 조작에 따라 코어가 코일에 들어가거나, 나오기도 하는 것을 의미한다. 따라서 코어의 상하 움직임에 따라 코일의 인덕턴스값이 변화하게 되며, 사용자는 이러한 코일의 코어를 조절하여 원하는 유전체 공진자(110)가의 공진점을 원하는 대로 설정할 수 있게 된다.The
또한, 본 발명은 유전체 공진자(110)와 코어가 있는 코일(120)을 이용하여 신호 수신단(100)을 구성하고, 상술한 신호 수신단(100)을 통해 수신된 신호를 증폭하는 증폭회로(200)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.In addition, the present invention configures the
즉, 본 발명에 의한 증폭회로(200)는 유전체 공진자(110) 및 공진회로(120)로 이루어진 본 발명의 신호 수신단(100)으로부터 RF 신호를 수신하며, 신호 변환, 주파수의 변/복조 및 신호증폭과 같은 일반적인 신호 처리를 수행하도록 구성된다.That is, the
전파는 주위의 환경에 따라 전송되는 거리나 세기가 다르므로 이때 전파 환 경이 열악한 지역에서 전파를 수신하면 수신된 전파의 세기가 미약하여 전자기기에서 신호처리를 할 수 없게 된다. 이에 증폭회로(200)를 사용하여 수신된 신호를 증폭하여 충분한 크기로 신호를 증폭한 다음 전자기기의 신호 처리부로 전달한다. Radio waves are different in distance or strength depending on the surrounding environment. At this time, if the radio wave is received in an area with a poor radio wave environment, the received radio wave is weak in strength and signal processing cannot be performed by the electronic device. The
증폭회로(200)는 표면실장형 코일, 저항, 캐패시터, 증폭용 FET(Field Effect Transistor)로 구성 되어지며 수신된 신호의 주파수에 따라 코일 값 과 FET는 바뀔 수 있다. 즉 코일은 주파수의 높고 낮음에 따라 값이 변하는데 수신된 주파수가 낮을 경우에는 코일 값이 높고 수신된 주파수가 높을 경우에는 코일 값이 낮다.The
일반적인 예를 들면 200MHz 대역의 주파수를 증폭할 경우 코일 값은 대략 100 - 120nH를 사용하고 900MHz의 경우는 10-15nH를 사용한다. FET는 증폭하고자 하는 주파수 대역에 맞는 것으로 선정하여야 한다.As a general example, for amplifying frequencies in the 200 MHz band, coil values should be approximately 100-120 nH, and for 900 MHz, use 10-15 nH. The FET should be selected to match the frequency band to be amplified.
도 4는 도 3에 따른 PCB에 회로를 형성한 형태를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전체 안테나 구성도이다. 4 is a diagram illustrating a form in which a circuit is formed on a PCB according to FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram illustrating an entire antenna configuration according to an exemplary embodiment of the present invention.
첨부된 도 4 및 도 5에 따르면, 본 발명에 따른 유전체 공진자를 이용한 능동형 안테나는 상술한 유전체 공진자(110) 및 공진회로(120)가 형성된 PCB 보드(300)의 동일면 상에 신호 수신면(400)과 접지면(500)을 배치하여 전계 형성을 용이하게 하였으며, 이때 PCB(300) 상에 형성되는 접지면(500)의 크기나 모양이 주파수 대역에 따라 다르게 형성되는 것은 당업자에 의하여 자명할 것이다.4 and 5, the active antenna using the dielectric resonator according to the present invention has a
신호 수신면(400)은 유전체 공진자에서 수신된 신호를 공진회로를 거쳐 증폭 단의 입력부로 신호를 전달하는 역할을 한다. 또한 접지면(500)은 일반적인 monopole 안테나에서는 접지면이 지면(땅)으로 되어 있어 전계형성이 상황에 따라일정하지 않으므로 수신된 신호의 전계강도가 약할 수 있으므로 이 문제를 극복하기 위하여 PCB 보드(300)에 만들어 전계 강도가 일정하게 형성되도록 한 것이다. The
이와 같이, 안테나의 사이즈를 현저히 줄일 수 있는 발명의 사상은 다양한 장치에 이용될 수 있을 것이다. 이러한 본 발명은 지상파 DMB 단말기, 지상파 DMB USB 드라이버 및 지상파 DMB 휴대폰과 같은 비교적 저주파의 통신 단말 장치는 물론 셀룰러나 PCS를 이용하는 휴대폰 단말기의 소형화에도 크게 기여할 수 있다. As such, the idea of the invention, which can significantly reduce the size of the antenna, may be used in various devices. The present invention can greatly contribute to the miniaturization of a relatively low frequency communication terminal device such as a terrestrial DMB terminal, a terrestrial DMB USB driver, and a terrestrial DMB cell phone, as well as cellular or PCS.
또한, 일반적인 다이폴 안테나가 Q값이 낮아 안테나의 길이를 정확히 정하지 않을 경우 공진점이 틀어져 안테나의 이득이 현저히 감소되는 문제점이 있으나, 본 발명에 의한 경우, 보다 높은 Q값을 가지는 코일과 유전체 공진자를 포함하여 이에 따라 보다 넓은 수신 대역폭을 가질 수 있다. In addition, if the general dipole antenna has a low Q value and the length of the antenna is not accurately determined, the resonance point may be distorted, thereby significantly reducing the gain of the antenna. However, according to the present invention, a coil having a higher Q value and a dielectric resonator may be included. Therefore, it can have a wider reception bandwidth.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유전체 공진자를 이용한 능동형 안테나에 의하면, 지상파 DMB와 같은 비교적 저주파 대역에서도 소형 안테나를 구현할 수 있으며, 이에 따라 지상파 DMB는 물론 각종 RF 단말기 및 기기의 소형화에 크게 기여할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the active antenna using the dielectric resonator according to the present invention, it is possible to implement a small antenna in a relatively low frequency band such as terrestrial DMB, which will greatly contribute to miniaturization of various RF terminals and devices as well as terrestrial DMB. There are advantages to it.
또한, 본 발명에 따르면 초소형 안테나를 이용하여도 종래의 다이폴 형태의 안테나에 비하여 수신감도가 제고된다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, the reception sensitivity is improved compared to the conventional dipole type antenna even when the micro antenna is used.
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