KR20080090063A

KR20080090063A - 이중공진에 의한 광대역 안테나

Info

Publication number: KR20080090063A
Application number: KR1020070033058A
Authority: KR
Inventors: 유병훈; 성원모; 최재훈; 전승길; 류광우
Original assignee: 주식회사 이엠따블유안테나
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-08
Also published as: JP2010524324A; CN101647152A; KR100899293B1; EP2156513A1; WO2008123683A1; EP2156513A4; US20100149049A1

Abstract

본 발명은 이중공진에 의한 광대역 안테나에 관한 것으로, 미앤더(Meander) 패턴의 스트립라인 또는 마이크로스트립라인 등으로 구성된 안테나를 이용하여, 이중공진이 일어나도록 함으로써, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스, 특히, VHF대역 중 지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 서비스대역(174 ~ 216 MHz)의 신호를 수신할 수 있도록 한다.

특히, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스를 이용하면서도, 일반적인 헬리켈(Heliacl) 안테나 또는 수직 모노폴(Monopole) 안테나, 다이폴(Dipole) 안테나 등에 비하여 그 크기(길이 등)를 현저히 줄이고 소형화가 가능하도록 한다.

또한, 본 발명에 의한 소형의 광대역 안테나의 상품성 및 신뢰성을 향상시킴은 물론, 본 발명에 의한 안테나를 사용하는 휴대단말기 및 무선통신용 송수신장치의 상품성을 향상시키는 효과가 있다.

광대역, 이중공진, 미앤더, 발룬칩, 스트립라인

Description

이중공진에 의한 광대역 안테나 {Broadband antenna of dual resonance}

도 1은 본 발명에 따른 이중공진에 의한 광대역 안테나의 일 예를 나타낸 구성도이다.

도 2은 본 발명에 따른 이중공진에 의한 광대역 안테나의 다른 예를 나타낸 구성도이다.

도 3은 도 2의 주요부분 확대도이다.

도 4는 도 2에 나타난 이중공진에 의한 광대역 안테나의 정재파비를 나타낸 그래프이다.

도 5는 도 2에 나타난 이중공진에 의한 광대역 안테나의 공진주파수에 대한 복사패턴을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1 복사체 20 : 제2 복사체

30 : 유전체 40 : 그라운드부

50 : 연결부 51 : 연결부재

61 : 제1 인덕턴스 62 : 제2 인덕턴스

63 : 제3 인덕턴스 64 : 커패시턴스

70 : 급전부 80 : 발룬칩

91 : 제1 동조부 92 : 제2 동조부

93 : 제3 동조부

본 발명은 이중공진에 의한 광대역 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미앤더(Meander) 패턴의 스트립라인 또는 마이크로스트립라인 등으로 구성된 안테나를 이용하여, 이중공진이 일어나도록 함으로써, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스, 특히, VHF(Very High Frequency : 30 ~ 300 MHz)대역 중 지상파 T-DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 서비스대역(174 ~ 216 MHz)의 신호를 수신할 수 있도록 한 것이다.

특히, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스를 이용하면서도, 일반적인 헬리켈(Heliacl) 안테나, 모노폴(Monopole) 안테나 또는 다이폴(Dipole) 안테나 등에 비하여 그 크기를 현저히 줄이고 소형화가 가능하도록 함으로써, 본 발명에 의한 안테나의 상품성 및 신뢰성을 향상시킴은 물론, 본 발명에 의한 안테나를 사용하는 휴대단말기 및 무선통신용 송수신장치의 상품성을 향상시킬 수 있는 것이다.

전자산업의 진보와 더불어 통신기술, 특히 무선통신기술이 발달함에 따라 언제, 어디서나, 누구와도 음성 및 데이터 통신을 수행할 수 있는 다양한 휴대단말기가 개발되어 보편화대고 있다. 또한, 휴대단말기의 휴대성을 향상시키기 위하여, 휴대단말기의 소형화를 위한 다양한 기술(예를 들어, 고밀도 집적회로소자의 개발 또는 전자회로보드의 소형화 방법 등)들이 개발되고 있으며, 휴대단말기를 사용하고자 하는 목적 또한 다양해짐에 따라, 네비게이션용 단말기 또는 인터넷용 단말기 등 다양한 기능을 수행하는 단말기들이 개발되고 있다.

최근에는 VHF(Very High Frequency : 30 ~ 300MHz)대역을 이용한 지상파방송 서비스가 제공됨에 따라, 이러한 지상파방송을 수신할 수 있는 휴대단말기 및 안테나가 개발되고 있다.

일반적으로, 상기와 같은 지상파방송을 수신할 수 있는 휴대단말기의 안테나를 살펴보면, 주로 헬리켈(Heliacl) 안테나, 모노폴(Monopole) 안테나 또는 다이폴(Dipole) 안테나 등으로 구현되었다.

그러나, 비교적 낮은 대역을 이용하는 지상파방송의 특성을 감안하면, 상기와 같은 안테나들로 지상파방송 서비스를 수신하기에는 안테나의 크기의 제약이 많았으며, 그에 따라 휴대단말기의 크기에도 많은 제약이 있었다.

특히, 광대역 방사 특성을 얻기 위해서는, 안테나의 크기가 커지게 되어, 안테나의 소형화는 물론 해당 안테나가 탑재되는 휴대단말기의 소형화에 걸림돌이 되는 문제점이 있다.

따라서, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신서비스가 가능하고, 광대역 특성을 갖으면서도, 소형화가 가능한 안테나의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의하여 안출된 것으로, 미앤더(Meander) 패턴의 스트립라인 또는 마이크로스트립라인 등으로 구성된 안테나를 이용하여, 이중공 진이 일어나도록 함으로써, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스, 특히, VHF(Very High Frequency : 30 ~ 300 MHz)대역 중 지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 서비스대역(174 ~ 216 MHz)의 신호를 수신할 수 있는 이중공진에 의한 광대역 안테나를 제공하는 데 있다.

또한, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스를 이용하면서도, 일반적인 헬리켈(Heliacl) 안테나, 모노폴(Monopole) 안테나 또는 다이폴(Dipole) 안테나 등에 비하여 그 크기를 현저히 줄임으로써, 소형화가 가능한 이중공진에 의한 광대역 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명에 의한 소형의 광대역 안테나의 상품성 및 신뢰성을 향상시킴은 물론, 본 발명에 의한 안테나를 사용하는 휴대단말기 및 무선통신용 송수신장치의 상품성을 향상시키는 이중공진에 의한 광대역 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중공진에 의한 광대역 안테나는, 유전체의 일측면에 미앤더(Meander) 패턴으로 형성되어, 제1 공진주파수에 대응하는 공진을 발생하기 위한 제1 공진길이를 갖는 제1 복사체; 상기 유전체의 타측면에 미앤더 패턴으로 형성되어, 상기 제1 복사체와의 상호작용하여 제2 공진주파수에 대응하는 공진을 발생하기 위한 제2 공진길이를 갖는 제2 복사체; 상기 유전체의 일측면에 형성되는 그라운드부; 상기 유전체의 일측면에 상기 제2 복사체와 전기적으로 연결되도록 형성되는 연결부; 상기 연결부와 그라운드부를 연결하는 제1 인덕턴스; 및 상기 유전체의 일측면에 상기 제1 복사체 및 제2 복사체와 전기적으로 연결되도록 형성하는 급전부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

따라서, 하나의 안테나, 바람직하게는 미앤더(Meander) 패턴의 안테나를 이용하여 광대역 특성을 갖는 소형안테나를 제공할 수 있도록 한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 이중공진에 의한 광대역 안테나의 가장 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이중공진에 의한 광대역 안테나의 일 예를 나타낸 구성도로서, 제1 복사체(10), 제2 복사체(20), 유전체(30), 그라운드부(40), 연결부(50), 제1 인덕턴스(61), 급전부(70)를 포함하여 구성되며, 상기 제1 복사체(10)와 제2 복사체(20)는 'ㄷ'자형의 패턴이 반복되는 미앤더 패턴으로 형성한다.

상기 제1 복사체(10)는 도 4에 나타난 (가)에 해당하는 제1 공진주파수, 예를 들어 VHF(Very High Frequency) 대역에 포함된 174MHz에서 공진을 발생시키기 위한 것으로, 상기 제1 인덕턴스(61)와 상호작용하여 상기 제1 공진주파수에서 공진을 발생시킨다. 여기서, 상기 상호작용은 전기적 및 자기적으로 상호간에 영향을 주게되는 모든 현상 중 적어도 하나를 말한다.

한편, 통상적으로 174MHz에서 공진을 발생하기 위해서는 다이폴 형태의 안테나의 경우 λ/2인 약 76cm의 크기를 갖게 되고, 모노폴 형태의 안테나의 경우에도 λ/4인 약 38cm의 크기를 갖게 되나, 본 발명에서는 'ㄷ'자형의 미앤더 패턴으로 제1 복사체(10)를 형성하여 전기적 패턴의 길이는 모노폴 안테나와 동일하나 전체 안테나의 크기는 13cm인 제1 공진길이로도 구현이 가능하다.

또한, 'ㄷ'자형의 미앤더 패턴을 형성하는 미앤더링 횟수에 따라 공진주파수 및 광대역 특성을 조절할 수 있다.

상기 제2 복사체(20)는 도 4에 나타난 (나)에 해당하는 제2 공진주파수, 예를 들어 VHF(Very High Frequency) 대역에 포함된 216MHz에서 공진을 발생시키기 위한 것으로, 상기 제1 복사체(10)와 상호작용하여 상기 제2 공진주파수에서 공진을 발생시킨다. 이때, 상기 제1 복사체(10)와 제2 복사체(20)가 하나의 다이폴 형태의 안테나와 같은 역할을 하게 된다.

따라서 본 발명에 의한 안테나는, 상기와 같이 제1 복사체(10) 및 제2 복사체(20)에서 발생하는 이중공진을 이용하여, 도 4에 나타난 바와 같이 -10dB 이하의 구간, 다시 말해, 도 4의 점 'A'의 주파수와 'B'의 주파수 사이에 해당하는 주파수 대역을 이용할 수 있는 광대역 특성을 갖게 된다.

상기 유전체(30)는 상기 제1 복사체(10) 및 제2 복사체(20)의 사이에 구성되며, 상기 유전체(30)의 종류는 당업자의 요구에 따라 다양한 것을 적용할 수 있다. 또한, 유전체(30)와 상기 제1 복사체(10) 및 제2 복사체(20)의 상호작용에 의하여, 전기적인 길이를 축소할 수 있는 효과를 얻을 수 있음은 당연하다.

상기 그라운드(Ground)부(40) 및 연결부(50)는 상기 유전체(30)의 일측면, 바람직하게는 상기 제1 복사체(10)와 동일면에 형성되며, 상기 그라운드부(40)는 상기 연결부(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 연결부(50)는 제2 복사체(20)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 연결부(50)와 제2 복사체(20)는 금속재의 연결부재(Via)(51)에 의해 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 그라운드부(40) 및 연결부(50)는 상기 제1 인덕턴스(61)에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 급전부(70)는 동축케이블 등과 같은 급전수단(도시하지 않음)과 연결되어 신호의 송수신을 위한 전송라인을 형성한다.

한편, 상기 그라운드부(40)는 안테나의 설계시 무한한 크기를 갖는 상태로 설계가 되나, 실제로는 휴대단말기에 연결됨으로 인해, 그 크기에 제약을 받는다. 이러한 경우, 상기 제1 복사체(10) 및 제2 복사체(20)에 그라운드부(40)의 영향이 미칠 수 있게 된다.

이를 방지하기 위하여, 본 발명은 상기 제1 복사체(10)와 연결부(50)를 인덕턴스성분에 의해 전기적으로 연결하고, 상기 그라운드부(40)와 급전부(70)를 인덕턴스성분에 의해 전기적으로 연결하여, 불평형선로를 평형선로로 변환하도록 하는 발룬칩(Balun Chip)(80)을 구성한다.

여기서, 상기 발룬칩(80)은 동축케이블과 평형선로를 연결하기 위해 처음 사용된 것으로, 불평형 선로를 평형선로로 변환하거나 평형선로를 불평형 선로로 변환하기 위해 사용되며, 본 발명에서는 상기 그라운드부(40)의 영향을 제거하기 위하여 사용된다.

다시 말해, 상기 제1 복사체(10)는 발룬칩(80)과 연결부(50) 및 제1 인덕턴스(61)를 통해 그라운드부(40)와 전기적으로 연결되며, 상기 제2 복사체(10)는 연결부재(51)와 연결부(50) 및 제1 인덕턴스(61)를 통해 그라운드부(40)와 전기적으로 연결된다.

따라서, 상기 도1의 제1 공진길이(L1)를 갖는 제1 복사체(10)과 제1 인덕턴 스(61)에 의해 제1 공진주파수에서 공진을 발생시키고, 상기 도 1의 제2 공진길이(L2)를 갖는 제2 복사체(20)와 상기 제1 복사체(10)에 의해 제2 공진주파수에서 공진을 발생시킨다.

한편, 상기 제1 복사체(10) 및 제2 복사체(20)를 포함하여 구성된 안테나가 휴대단말기에 연결되어 구성될 경우, 상기 휴대단말기와의 임피던스매칭 또는 결합시의 여러 요인 등으로 인하여, 공진주파수가 변화하는 등의 현상이 발생될 수 있으며, 이러한 공진주파수의 변화를 동조하고 반사손실 감소하는 등의 튜닝(Tuning)과정을 거치게 된다.

상기 튜닝과정을 위하여 도 1에 나타난 바와 같이 유전체(30)의 일측면에는 제1 동조부(91) 및 제2 동조부(92)가 형성되고, 다른 일측면에는 제3 동조부(93)가 형성되어 있다.

따라서, 당업자의 요구에 따라 상기 제1 동조부(91) 내지 제3 동조부(93)의 길이 등을 조절하여 튜닝과정을 수행하게 된다.

상기와 같이 다수의 동조부를 형성한 이유는, 서로 다른 다양한 휴대단말기에 안테나를 구성함에 있어, 당업자의 요구에 따라 보다 효과적인 튜닝과정을 수행할 수 있도록 융통성을 부여하기 위한 것이다.

따라서, 특정 휴대단말기에 본 발명에 의한 안테나를 적용하고자 하는 경우, 하나의 안테나에 구성된 다수의 동조부에 의해 보다 효과적으로 튜닝과정을 수행할 수 있어, 서로 다른 휴대단말기에 본 발명의 안테나를 적용함이 보다 용이해지는 것이다.

한편, 본 발명에서는 당업자의 요구에 따라 본 발명에 의한 안테나의 이중공진을 이동함으로써, 다양한 대역폭을 이용하여 신호를 송수신할 수 있도록 함이 가능하다.

다시 말해, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 제1 복사체(10)의 일측에 제2 인덕턴스(62)를 구성하고, 상기 제2 인덕턴스(62)의 크기에 따라 제1 공진주파수와 제2 공진주파수의 대역을 조절함으로써, 서로 다른 서비스대역을 갖는 휴대단말기에 적용이 가능해 지는 것이다.

이와 더불어, 본 발명에 의한 안테나의 임피던스 매칭(통상적으로, 50Ω 매칭)을 위하여, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 그라운드부(40)와 급전부(70)의 사이에 제3 인덕턴스(63)를 구성하고, 상기 급전부(70)에는 커패시턴스(64)를 구성한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 다중대역 안테나의 정재파비에 대한 시뮬레이션 및 측정 데이터는 도 4에 나타난 바와 같으며, 상기 본 발명에 의한 다중대역 안테나의 복사패턴은 도 5에 나타난 바와 같이, 전방향 방사패턴이 가능함을 알 수 있다.

도 5는 도 4에 나타난 (가)에 해당하는 제1 공진주파수(174MHz)와 (나)에 해당하는 제2 공진주파수(216MHz)에서의 안테나 복사패턴을 각각 나타낸다.

이상에서 본 발명에 의한 이중공진에 의한 광대역 안테나에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실 시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 이중공진에 의한 광대역 안테나를 이용하는 다양한 휴대단말기 및 무선통신용 송수신장치 등이 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있음은 당연하다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 권리범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 미앤더(Meander) 패턴의 스트립라인 또는 마이크로스트립라인 등으로 구성된 안테나를 이용하여, 이중공진이 일어나도록 함으로써, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스(특히, VHF대역을 이용하는 지상파 T-DMB)의 신호를 수신할 수 있는 것이다.

또한, 비교적 낮은 대역에서의 무선통신 서비스를 이용하면서도, 일반적인 헬리켈(Heliacl) 안테나, 수직 모노폴(Monopole) 안테나 또는 다이폴(Dipole) 안테나 등에 비하여 그 크기를 현저히 줄임으로써, 소형화가 가능한 이중공진에 의한 광대역 안테나를 제공할 수 있는 것이다.

특히, 하나의 안테나에 다수의 동조부를 구성함으로써, 해당 안테나를 서로 다른 휴대단말기에 적용함이 보다 용이해지는 것이다.

Claims

유전체의 일측면에 미앤더(Meander) 패턴으로 형성되어, 제1 공진주파수에서 공진을 발생시키도록 제1 공진길이를 갖는 제1 복사체;

상기 유전체의 타측면에 미앤더 패턴으로 형성되며, 상기 제1 복사체와 상호작용하여 제2 공진주파수에서 공진을 발생시키도록 제2 공진길이를 갖는 제2 복사체;

상기 유전체의 일측면에 형성되는 그라운드부;

상기 유전체의 일측면에 상기 제2 복사체와 전기적으로 연결되도록 형성되는 연결부;

상기 연결부 및 그라운드부와 연결되도록 구성된 제1 인덕턴스; 및

상기 유전체의 일측면에 상기 제1 복사체와 전기적으로 연결되도록 형성된 급전부를 포함하는 이중공진에 의한 광대역 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 제1 복사체의 일측에는,

상기 제1 복사체 및 제1 인덕턴스와 상호작용하여 제1 공진주파수에서 주파수동조가 이루어지도록 제2 인덕턴스가 형성되는 이중공진에 의한 광대역 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 제1 복사체의 일측에는,

상기 제1 복사체 및 제2 복사체와 상호작용하여 제2 공진주파수에서 주파수동조가 이루어지도록 제2 인덕턴스가 형성되는 이중공진에 의한 광대역 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 급전부 및 그라운드부와 연결되도록 제3 인덕턴스가 구성되고,

상기 급전부의 일측에 커패시턴스가 구성되며,

상기 제3 인덕턴스 및 커패시턴스에 의해 임피던스 대역폭이 만족되도록 구성되는 이중공진에 의한 광대역 안테나.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 복사체와 연결부 및 급전부와 그라운드부는 불평형선로를 평형선로로 변환하는 발룬칩(Balun Chip)에 의해 각각 연결된 이중공진에 의한 광대역 안테나.
제 5항에 있어서,

제1 공진주파수 및 제2 공진주파수와 주파수동조하기 위한 제1 동조부 내지 제3 동조부 중 적어도 하나가 형성되되,

상기 제1 동조부 또는 제2 동조부는 상기 유전체의 일측면에 형성되고,

상기 제3 동조부는 상기 유전체의 타측면에 형성되는 이중공진에 의한 광대 역 안테나.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 이중공진에 의한 광대역 안테나가 구성되는 무선통신장치.