KR20080095597A - 광대역 내장형 안테나 - Google Patents

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KR20080095597A
KR20080095597A KR1020070040311A KR20070040311A KR20080095597A KR 20080095597 A KR20080095597 A KR 20080095597A KR 1020070040311 A KR1020070040311 A KR 1020070040311A KR 20070040311 A KR20070040311 A KR 20070040311A KR 20080095597 A KR20080095597 A KR 20080095597A
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김종수
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이경호
박재권
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이병제
유병길
조재훈
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주식회사 아모텍
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Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 광대역 내장형 안테나를 제공한다. 이동 통신 단말기에 내장되어 다중 대역 신호를 처리하기 위한 내장형 안테나에 있어서, 소정의 저주파 대역에서 공진하는 제 1방사부와; 상기 제 1방사부와 소정거리 이격하여 평행하게 배열되고, 소정의 고주파 대역에서 공진하는 제 2방사부와; 상기 제 1방사부와 소정거리 이격하여 평행하게 배열되며, 상기 제 2방사부와 소정거리 이격하여 동축선상에서 배열되고, 상기 소정의 고주파 대역 및 상기 소정의 저주파 대역 사이에서 공진하는 제 3방사부를 포함하되, 상기 제 3방사부의 일측 끝단이 상기 제 1방사부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성의 본 발명의 광대역 내장형 안테나는 향상되고 확장된 광대역의 특성을 나타면서도 소형화된 구조로 구현 가능하기 때문에, 갈수록 소형화 및 슬림화되는 글로벌 로밍폰 등에 적용되어 보다 넓은 대역을 효과적으로 담당할 수 있게 된다.
광대역, 내장형, 안테나, 모노폴, 다이폴, 공진 주파수

Description

광대역 내장형 안테나{Internal antenna for broad band}
도 1a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1b 및 도 1c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
도 2a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 2b 및 도 2c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
도 3a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 정압정재파비(VSWR)특성을 도시한 도표이다.
도 3b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 안테나 효율(efficiency)을 도시한 도표이다.
도 3c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 안테나 이득(gain)을 도시한 도표이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
40 : 제 1방사부 43 : 제 2방사부
45 : 급전부 46 : 접지부
본 발명은 이동통신 단말기의 내장형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단말기 내부에 구성되어 광대역의 신호를 처리하는 내장형 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 안테나는 무선통신 단말기(이동 통신 단말기, 개인 휴대 통신 단말기(PCS), 개인용 디지털 단말기(PDA), 차세대 무선 통신 단말기(IMT-2000), 무선랜 단말기, 스마트폰 등)에 구비되어 외부로부터의 수신신호를 수신하고 송신신호를 외부로 방사하는 역할을 하는 소자이다.
최근에는 무선통신 단말기가 점점 소형화, 경량화 되어감에 따라 무선통신 단말기의 가장 큰 부품 중의 하나인 안테나를 수신감도와 전자파의 유해성(SAR) 등을 고려하여 점점 크기가 작은 안테나로 설계하고 있는 추세이다. 또한, 이동 통신 단말기 안테나는 디자인의 우수성과 휴대의 간편함, 다중 대역에서의 서비스 상용화, 경량화, 저가격에 대한 사용자의 요구에 직면하고 있다.
최근 국가간의 이동이 빈번해지고 GSM(Global System for Mobile communication)과 CDMA(Code Division Multiple Access) 혹은 WCDMA(Wideband CDMA)를 이용한 통신 솔루션이 하나의 칩으로 소개됨에 따라 글로벌 로밍폰에 대한 전세계적인 수요가 급증하고, 이에 따라 보다 넓은 대역을 담당할 수 있는 광대역 메인 안테나의 필요성이 대두 되었다.
이러한 추세에 따라, 보다 넓은 대역을 구현할 수 있는 안테나가 적극적으로 개발되고 있는 실정이다. 외장형보다 800MHz 대역을 포함하는 광대역의 내장형을 필요로 하고 있으며, 다양한 구조와 다양한 재질을 이용하여 소형화 요구에 응하고 있다.
이에 따라, 하나의 이동통신 단말기를 이용하여 880~960MHz 대역의 GSM서비스, 1.71~1.88GHz 대역의 DCS(Digital Cordless System)서비스, 1.85~1.99GHz 대역의 PCS(Personal Communication Service)서비스, 2.11~2.17GHz 대역의 CDMA2000 혹은 WCDMA서비스 등 각기 주파수 대역이 다른 서비스 방식 중에서 어느 하나의 주파수 대역을 갖는 서비스 방식을 선택하여 이동통신 서비스를 제공받을 수 있는 멀티밴드(Multi band)이동 통신 단말기가 상용화되고 있다.
하지만, 단말기 소형화 및 슬림화에 따라 내장형 안테나 장착 공간이 감소하면서 종래의 광대역 안테나는 최근의 소형화 추세에 따라 전체적인 안테나 성능이 저하된다. 이러한 성능저하로 인해 단말기의 초소형, 초슬림화 구현의 어려움이 발생하였다. 따라서, 다수의 주파수 대역에서 공진할 수 있는 소형화된 내장형 안테나에 대한 필요성이 제기되고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 모노폴 안테나와 다이폴 안테나의 공진모드 합성을 통하여 나타나는 이중공진을 이용하여 단말기의 초소형, 초슬림화 구현에 부합하는 광대역 내장형 안테나를 제공한다.
또한, 본 발명은 안테나 패턴을 대칭 구조로 형성하여 전류 밀도를 좌우 대칭으로 고르게 분포시킴으로써 전자파 인체 흡수율(SAR)을 저감시키고 전방향성의 방사 패턴을 얻을 수 있는 광대역 내장형 안테나를 제공한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 광대역 내장형 안테나는 이동 통신 단말기에 내장되어 다중 대역 신호를 처리하기 위한 내장형 안테나에 있어서, 소정의 저주파 대역에서 공진하는 제 1방사부와; 제 1방사부와 소정거리 이격하여 평행하게 배열되고, 소정의 고주파 대역에서 공진하는 제 2방사부와; 제 1방사부와 소정거리 이격하여 평행하게 배열되며, 제 2방사부와 소정거리 이격하여 동축선상에서 배열되고, 소정의 고주파 대역 및 소정의 저주파 대역 사이에서 공진하는 제 3방사부를 포함하되, 제 3방사부의 일측 끝단이 제 1방사부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제 3방사부와 마주보는 상기 제 2방사부의 일측 끝단은 접지단과 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2방사부와 마주보는 상기 제 3방사부의 일측 끝단은 급전단과 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1방사부와 상기 제 3방사부는 모노폴 안테나로 동작하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2방사부와 상기 제 3방사부는 다이폴 안테나로 동작하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1방사부의 양 끝단과 상기 제 2방사부 및 상기 제 3방사부의 외측 끝단은 어느 일측으로 절곡되어 형성되되, 절곡되는 방향은 상호 일치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 이루어진 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1a 는 본 발명의 제 1실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 제 1실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 제 1방사부(30), 제 2방사부(32), 및 제 3방사부(34)로 구성된다.
제 1방사부(30)는 소정의 폭 및 길이를 갖으며 일자 형상("ㅡ"모양)으로 형성된다.
제 2방사부(32)는 소정의 폭 및 길이를 갖으며 일자 형상("ㅡ"모양)으로 형 성되며, 제 1방사부(30)와 소정거리 이격하여 평행하게 배열된다. 이때, 제 2방사부(32)는 제 1방사부(30)의 소정의 길이 내에서 어느 일측 하부에 이격되게 배열된다.
제 3방사부(34)는 소정의 폭 및 길이를 갖으며 일자 형상("ㅡ"모양)으로 형성된다. 제 3방사부(34)는 제 1방사부(30)와는 소정거리 이격하여 평행하게 배열되고, 제 2방사부(32)와는 동축선상에서 소정거리 이격하여 배열된다. 따라서, 제 3방사부(34)의 일측 끝단이 제 2방사부(32)의 일측 끝단과 마주본다. 여기서, 제 2방사부(32)의 길이와 제 3방사부(34)의 길이를 합친 값은 제 1방사부(30)의 길이를 넘지 않도록 형성된다.
제 3방사부(34)의 내측 끝단, 즉, 제 2방사부(32)와 마주보는 일측의 상단부는 제 1방사부(30)의 중앙 하단부와 연결되며, 제 3방사부(34)의 내측 끝단(35)은 급전단(PCB 기판에 형성됨, 도시생략)과 연결된다. 또한, 제 2방사부(32)의 내측 끝단(36), 즉, 제 3방사부(34)와 마주보는 일측은 접지단(PCB 기판에 형성됨, 도시생략)과 연결된다.
도 1b 및 도 1c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
동작과정을 설명하기 앞서, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 모노폴 안테나(40)로 동작하며, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)는 도 1c에 도시된 바와 같이, 다이폴 안테나(43)로 동작한다. 다시 말해, 본 발명의 광대역 안테나는 "T"형 모노폴 안테나와 "ㅡ"형 다이폴 안테나로 함께 동작하며 광대역 특성을 구현하게 된다.
도 1b 및 도 1c를 참조하면, 제 3방사부(34)의 내측 끝단(35)은 케이블(Cable)의 내부 컨덕터(Inner conductor)를 통해 급전단과 전기적으로 연결되어 전류를 공급받고, 제 2방사부(32)의 내측 끝단(36)은 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 접지단과 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)는 모노폴 안테나(40)로 동작하게 되고, 모노폴 안테나(40)는 1/4파장에서 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사한다.
한편, 제 2방사부(32)의 내측 끝단(36)은 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 접지단과 전기적으로 연결됨에 따라, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)는 다이폴 안테나(43)로 동작하게 되고, 다이폴 안테나(43)는 1/2파장에서 소정의 고주파 신호에 대한 전파를 방사한다. 이때, 제 3방사부(32)는 모노폴 안테나(40)와 다이폴 안테나(43) 모두에 속하여 이중모드로 동작하게 되고, 1/2파장과 1/4파장에서 모두 공진하며 소정의 고주파 신호 및 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사하게 된다. 즉, 본 발명의 1실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 이중모드로 동작하는 제 3방사부(34)를 이용하여 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나를 구현하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 중앙에서 급전이 이루어짐에 따라 제 1방사부(30), 제 2방사부(32), 및 제 3방사부(34)를 포함한 전체 방사부의 전류 흐름이 좌우 대칭적인 구조를 이룬다. 따라서, 접지면 에 전류를 좌우 대칭으로 흐르게 하여 표면전류밀도(Current density distribution)의 왜곡을 감소시키게 된다. 표면전류밀도는 방사패턴에 직접적으로 영향을 미치며, 좌우 대칭적으로 고른 전류 분포는 전자파 인체 흡수율(SAR)을 낮출 수 있으므로, 이로 인하여 본 발명에 따른 안테나는 고주파 대역에서 얻기가 어려운 전방향성 방사 패턴을 얻을 수 있고, 그와 더불어 전자파 인체 흡수율(SAR)을 저감시킬 수 있게 된다.
도 2a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 2a에 도시된 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나를 도 1a의 발명과 비교하면, 도 2a의 발명은 제 1방사부(30)의 양 끝단, 제 2방사부(32)의 외측 끝단, 및 제 3방사부(34)의 외측 끝단에 각각 로딩라인(loading line)이 형성되어 있다. 로딩라인은 설치장소보다 안테나의 길이가 너무 길 때 이용되며, 안테나에서 전계의 세기가 강한 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 로딩라인은 제 1방사부(30)의 양 끝단, 제 2방사부(32)의 외측 끝단, 및 제 3방사부(34)의 외측 끝단에서 어느 일측으로 절곡되어 형성된다. 이때, 제 1방사부(30), 제 2방사부(32), 및 제 3방사부(34)의 로딩라인이 절곡되는 방향은 상호 일치하여 형성되며, 서로 평행하게 형성된다. 이때, 로딩라인의 길이를 조절하거나 제 1방사부(40)의 선폭(W) 및 길이(L)를 조절하여 구현하고자 하는 공진 주파수를 조절할 수가 있다.
도 2b 및 도 2c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 동작을 설명하기 위한 구조도이다.
동작과정을 설명하기 앞서, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 모노폴 안테나(40)로 동작하며, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)는 도 1c에 도시된 바와 같이, 다이폴 안테나(43)로 동작한다. 다시 말해, 본 발명의 광대역 안테나는 "T"형 모노폴 안테나와 "ㅡ"형 다이폴 안테나로 함께 동작하며 광대역 특성을 구현하게 된다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 제 3방사부(34)의 내측 끝단(35)은 케이블(Cable)의 내부 컨덕터(Innerer conductor)를 통해 급전단과 전기적으로 연결되어 전류를 공급받고, 제 2방사부(32)의 내측 끝단(36)은 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 접지단과 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1방사부(30) 및 제 3방사부(34)는 모노폴 안테나(40)로 동작하게 되고, 모노폴 안테나(40)는 1/4파장에서 소정의 저주파 신호에 대한 전파를 방사한다.
한편, 제 2방사부(32)의 내측 끝단(36)은 케이블의 외부 컨덕터(Outer conductor)를 통해 접지단과 전기적으로 연결됨에 따라, 제 2방사부(32) 및 제 3방사부(34)는 다이폴 안테나(43)로 동작하게 되고, 다이폴 안테나(43)는 1/2파장에서 소정의 고주파 신호에 대한 전파를 방사한다. 이때, 제 3방사부(32)는 모노폴 안테나(40)와 다이폴 안테나(43) 모두에 속하여 이중모드로 동작하게 되고, 1/2파장과 1/4파장에서 모두 공진하여 소정의 고주파 신호 및 소정의 저주파 신호에 대한 전 파를 방사하게 된다. 즉, 본 발명의 1실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 이중모드로 동작하는 제 3방사부(34)를 이용하여 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나를 구현하게 된다.
도 3a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 전압정재파비(VSWR)특성을 도시한 도표이다. 도표에서 가로축은 주파수(frequency), 세로축은 전압정재파비(VSWR)를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 모노폴 안테나로 동작하는 제 1방사부(30)는 저주파대역(900MHz)에서 공진하고, 다이폴 안테나로 동작하는 제 2방사부(43)는 고주파대역(2GHz)에서 공진한다. 이때, 제 3방사부(34)는 제 1방사부(30)와 연결되어 모노폴 안테나로 동작하는 동시에 제 2방사부(32)와 함께 다이폴 안테나로 동작하게 된다. 따라서, 제 3방사부(34)는 이중모드 공진을 통해 900MHz~와 2GHz 대역 사이에서 1/2 및 1/4파장으로 소정의 주파수대역에서 공진하게 되고, 도 4a도시한 바와 같이 870MHz에서 2GHz까지의 광대역 특성을 얻을 수 있게 된다.
도 3b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 안테나 효율(efficiency)을 도시한 도표이다. 도표에서 가로축은 주파수(frequency), 세로축은 안테나 효율(efficiency)를 나타낸다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 870MHz에서 2GHz까지의 대역에서, 안테나의 복사되는 전력(Pr)과 안테나에 공급되 는 전력(P)과의 비가 약 1.1GHz 대역에서 가장 좋고 전체적으로는 40%이상의 효율을 나타낸다. 따라서, 광대역에서 우수한 특성을 나타내는 내장형 안테나가 구현된다.
도 3c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 안테나 이득(gain)을 도시한 도표이다. 도표에서 가로축은 주파수(frequency), 세로축은 안테나 이득(gain)를 나타낸다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 870MHz에서 2GHz까지의 대역에서 2dB 이상의 안테나 이득을 보여준다. 따라서, 본 발명에 따른 안테나를 이용하여 전파 빔을 원하는 방향으로 모아서 보낼 때 전파를 수신하는 영역에서 높은 전력 밀도를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나는 880~960MHz 대역의 GSM서비스, 1.71~1.88GHz 대역의 DCS서비스, 1.85~1.99GHz 대역의 PCS서비스 대역을 담당할 수 있는 메인 안테나로서 동작할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서는 급전단이 제 3방사부(34)의 내측 끝단(35)과 연결되었지만, 제 1방사부(30)의 중앙부와 전기적으로 연결되어도 전술한 바와 같은 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제 2방사부(32) 내측 끝단(35)의 상단부가 제 1방사부(30)의 중앙 하단부와 연결패턴을 통해 전기적으로 연결되어 있다. 하지만, 서로 분리되어 있는 상태에서 케이블의 내부 컨덕터(Innerer conductor)를 통해 제 1방사부(30)의 중앙과 제 2방사부(34)의 내측 끝단이 전기적으로 연결되어도 무방하다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나에서 방사부와 단자부는 전기가 통하는 전도체로서 판금, 페이스트, 또는 도금 등의 방법에 의하여 구현될 수 있다. 그리고, 본 발명의 안테나를 지지하는 성형체는 다양한 유전체로서 구현할 수가 있다. 또한, 상기 유전체 세라믹 또는 폴리머의 구조는 직육면체, 원기둥뿐만이 아니라 다양한 형태의 구조를 갖을 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져는 안될 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나는 향상되고 확장된 광대역의 특성을 나타면서도 소형화된 구조로 구현 가능하기 때문에, 갈수록 소형화 및 슬림화되는 글로벌 로밍폰 등에 적용되어 보다 넓은 대역을 효과적으로 담당할 수 있게 된다.
또한, 방사패턴의 구조를 좌우 대칭적인 구조로 적용함으로써, 전류밀도분포를 고르게하여 전자파 인체 흡수율(SAR)을 저감시키고, 안테나의 동작 주파수 전체(저주파 대역 및 고주파 대역)에 대해 전방향성의 방사패턴을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 이동 통신 단말기에 내장되어 다중 대역 신호를 처리하기 위한 내장형 안테나에 있어서,
    소정의 저주파 대역에서 공진하는 제 1방사부;
    상기 제 1방사부와 소정거리 이격하여 평행하게 배열되고, 소정의 고주파 대역에서 공진하는 제 2방사부;
    상기 제 1방사부와 소정거리 이격하여 평행하게 배열되며, 상기 제 2방사부와 소정거리 이격하여 동축선상에서 배열되고, 상기 소정의 고주파 대역 및 상기 소정의 저주파 대역 사이에서 공진하는 제 3방사부를 포함하되,
    상기 제 3방사부의 일측 끝단이 상기 제 1방사부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 3방사부와 마주보는 상기 제 2방사부의 일측 끝단은 접지단과 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2방사부와 마주보는 상기 제 3방사부의 일측 끝단은 급전단과 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1방사부와 상기 제 3방사부는 모노폴 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2방사부와 상기 제 3방사부는 다이폴 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1방사부의 양 끝단과 상기 제 2방사부 및 상기 제 3방사부의 외측 끝단은 어느 일측으로 절곡되어 형성되되, 절곡되는 방향은 상호 일치하는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
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