KR20090067896A - 광대역 칩 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회로기판의 실장공간을 작게 차지하면서 이동통신 단말기에 내장형으로 설치될 수 있는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전률 1~200을 갖는 유전체 블록 상에 전극을 이용하여 안테나 패턴이 형성된 F형 안테나에 통상의 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩을 내장하여 1920~2170 MHz 주파수대역의 WCDMA 통신신호와 2400~2484MHz 주파수대역의 블루투스 통신신호를 송수신할 수 있도록 구성된 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나에 관한 것이다.

WCDMA, 블루투스, 듀얼 밴드, 안테나

Description

광대역 칩 내장형 안테나{Broadband Chip Embedded Antenna}

본 발명은 회로기판의 실장공간을 작게 차지하면서 이동통신 단말기에 내장형으로 설치될 수 있는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전률 1~200을 갖는 유전체 블록 상에 전극을 이용하여 안테나 패턴이 형성된 F형 안테나에 통상의 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩을 내장하여 1920~2170 MHz 주파수대역의 WCDMA 통신신호와 2400~2484MHz 주파수대역의 블루투스 통신신호를 송수신할 수 있도록 구성된 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신체계중 특히 이동통신 단말기는 1980년대 초에 북미지역에서 서비스 대상지역을 수 km ~ 수 10 km 직경의 육각형 셀로 분할한 후, 지리적으로 떨어진 셀에서 동일한 주파수 채널을 반복적으로 사용하고 가입자의 이동에 따라 셀간에서 무선채널 절체 기능을 구현한 셀룰러폰(cellular-phone;2G)이 최초로 상용화하므로 써 급성장하게 되었고, 그 이후 IMT-2000으로 불리는 제 3 세대 이동통신시스템(3G)이 개발되어 사용되었다. 그런데, 최근에는 WCDMA와 CDMA를 지원하는 단말기(이하, DBDB(DUAL MODE DUAL MODEM))가 개발되어 3G나 2G하에서 서로 사용가능하게 되었으며, 소형화 및 경량화되고 다양한 기능을 수행할 수 있도록 요구되고 있다. 이러한 요구에 대응하는 것으로써 다양한 기능구현을 위한 별도의 블루투스(bluetooth) 장치가 구비된 이동통신 단말기가 등장하는 추세이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0661546호에는 듀얼 안테나가 갖는 디비디엠 단말기시스템에 관한 것으로, 특히 DBDM내의 3G 모뎀과 2G 모뎀에 각각 별개로 안테나를 구비하고 동시에 3G 모뎀과 2G 모뎀을 구동하여 호가 끊이지 않고 즉시 연결되도록 하는 듀얼 안테나가 갖는 디비디엠 단말기시스템이 공지되어 있으며,

동 공개특허공보 제2006-0037700호에는 이동통신 단말기의 케이스 내면에 설치되는 블루투스 안테나부와, 상기 블루투스 안테나부와 접촉되며 상기 이동통신 단말기의 회로기판에 실장되는 접속단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 블루투스 안테나가 공지되어 있고,

동 등록특허공보 제10-0595233호에는 이동통신 단말기의 내장형으로 설치되는 메모리카드 소켓을 이용하여 평면형 안테나의 형태로 구성되는 이동통신 단말기의 블루투스 안테나가 공지되어 있으며,

동 등록특허공보 제10-0442053호에는 개인이동통신(GSM, PCS, DCS, IMT-2000) 및 Bluetooth, 무선랜(WLAN) 등의 무선단말기에 사용되는 칩 안테나에 관한 것으로, 그 형상은 다수의 세라믹 유전체시트를 이용하여 유전체블록을 구성하고, 유전체블록 내, 외부에 미앤더라인 형태의 방사전극인 도체패턴을 다수개의 층에 형성하고, 각 층의 도체패턴은 분리된 계단형 방사전극이 상호 배열된 형태로 구성되고, 각 층간의 방사전극은 비아홀을 통해 전기적으로 연결하여 안테나를 구성한 적층 구조를 갖는 칩 안테나가 공지되어 있고,

동 등록실용신안공보 제20-0352009호에는 서로 다른 주파수 대역에서 듀얼공진을 일으키는 듀얼밴드 안테나에 관한 것으로 특히 단일부재로 형성되어, PCS대역과 블루투스대역에서 듀얼공진을 일으키는 듀얼밴드 안테나가 공지되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 이동통신단말기는 단말기의 안테나가 하나밖에 없기 때문에 2G 와 3G 망으로부터 송출되는 RF신호를 동시에 모두 수신할 수가 없어 3G 모뎀 과 2G 모뎀간의 로밍이 적절히 이루어지지 못하였으며,

또한, 상기 이동통신 단말기가 블루투스 장치를 장착하기 위해서는 블루투스모듈 및 블루투스 안테나가 구비되어야 하므로 그에 따른 별도의 공간이 요구되어 블루투스 장치의 소형화가 요구된다.

이러한 요구에 따라 광범위하게 상이한 주파수 대역(예, 1920~2170 MHz 영역에 위치한 대역 및 2400~2484MHz 영역에 위치한 대역)에서 동작할 수 있는 휴대형 터미널이 필요하게 되며, 양쪽 모두의 주파수 대역에서 적합한 게인 및 대역폭을 제공하는 안테나가 제공되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인이 선출원하여 등록받은 국내등록특허 제10-0538185호 다중 밴드 내장형 안테나 및 이를 구비하는 무선 통신 장치를 개량하여 WCDMA 1920~2170 MHz 주파수대역과 블루투스 2400~2484MHz 주파수 대역의 통신신호를 송수신할 수 있도록 구성된 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나는, 유전체 블록 상에 전극을 이용하여 안테나 패턴이 형성된 F형 안테나로서, 제 1 주면(main surface), 제 2 주면 및 제 1 주면과 제 2 주면 사이를 연결하는 적어도 하나의 연결면을 구비하고, 유전률이 1 내지 200 사이의 재질로 형성되는 유전체 블록, 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극으로 형성되는 방사체 전극, 방사체 전극과 전기적으로 연결되는 패턴으로 형성되며, 외부의 접지(ground)와 연결되고, 제 2 주면 및 연결면 상에 형성되는 접지 전극, 방사체 전극 및 접지 전극과 전기적으로 절연되어 독립적인 패턴으로 적어도 제 2 주면 상의 일부에 형성되는 피딩 전극, 그리고 방사체 전극 상의 제 1 주면의 길이 방향으로 "ㄱ" 자 형상으로 형성되는 제1슬롯을 구비된 안테나에 있어서, 상기 안테나에 통상의 WCDMA 밴드용 칩(1920~2170 MHz)과 블루투스 밴드용 칩(2400~2484MHz)이 각각 접지되어 WCDMA 및 블루투스 통신신호를 송수신할 수 있도록 구성된 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나에 관한 것이다.

본 발명에 따른 안테나는 방사체 전극 상에 "ㄱ"자 슬롯의 형성만으로 인하여 2개 이상의 주파수 특성을 가지며, 얇고 작은 사이즈의 내장형 다중 밴드 안테나가 구현 가능하게 되었다. 또한 WCDMA 및 블루투스 듀얼 밴드에서 주파수 수신 상태가 좋은 전방향성을 가지며, 우수한 게인 특성을 가짐으로서 1920~2170 MHz 주파수대역의 WCDMA 통신신호와 2400~2484MHz 주파수대역의 블루투스 통신신호를 송수신할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부돈 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 안테나를 도시한 것이다. 안테나(100)는 유전률 1~200을 갖는 유전체 블록(50) 상에 전극을 이용하여 안테나 패턴을 형성한 것이며, 안테나 타입은 F형 안테나로서 전자계 커플링(electromagnetic coupling)을 통한 EM(ElectroMagnetic) 피딩 방식을 사용하는 안테나이다. 유전체 블록(50)은 세라믹, 수지(resin) 등과 같은 유전성 재료로 형성되며, 전극은 은(Ag), 구리(Cu), 은과 파라듐의 합금(Ag/Pd) 등의 금속 재질이 사용될 수 있다. 안테나(100)는 유전체 블록(50)과 유전체 블록의 한 면 이상의 면에 3차원적으로 형성되는 전극으로 이루어지는 방사체 전극(30), 방사체 전극(30)과 전기적으로 연결되면서 형성되는 접지 전극(10) 및 상술한 방사체 전극(30) 및 접지 전극(10)과 절연 을 유지하면서 독립적인 패턴 형상으로 형성되는 블루투스피팅전극(20)과 WCDMA피딩전극(20')으로 구성된다. 상기에서 전극의 형상을 기술하면서 전기적으로 절연이라 함은 도 1에 도시된 바와 같이 육안으로 보았을 때 전극이 서로 연결되어 있지 않은 상태를 의미하는 것이다.

접지 전극(10)은 접지와 연결되는 전극이며, 상기 블루투스피딩전극(20)은 통상의 블루투스 밴드용 칩(21)과 접지되어 1920~2170 MHz 주파수대역에서 감지된 전파를 신호소스와 연결하기 위한 전극이고, 상기 WCDMA피딩전극(20')은 통상의 WCDMA 밴드용 칩(21')과 접지되어 2400~2484MHz 주파수대역에서 감지된 전파를 신호소스와 연결하기 위한 전극이다.

상기 안테나(100)는 다중 밴드의 특성을 얻기 위해서 방사체 전극면에 길이 방향으로 'ㄱ'자형 슬롯(60)을 형성하였다. 슬롯(60)이란 소정의 폭을 갖는 홈으로서 방사체 전극면에 형성된 슬롯(60) 영역에는 유전체가 노출되게 된다.

상기 접지 전극(10)의 경우는 반드시 피딩 전극(20)이 형성되는 면에 형성할 필요가 없는 것이며, 신호선 및 접지선의 연결을 용이하게 하기 위하여 원하는 면에 구비되도록 할 수 있음은 물론이다.

상기 피딩 전극(20,20')의 경우 바닥면의 일부분 또는 바닥면을 포함하여 연결되는 두 면 이상의 면에 연장되어 형성될 수도 있다. 또한 상기 피딩 전극(20,20')은 방사체 전극(30)과 평행하게 형성되고 유전체 블록(50)의 길이보다 짧은 직사각형 형상을 기본으로 하나, 다각형 형상으로 형성하여도 무방하다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 안테나의 WCDMA 밴드 특성을 나타내는 그래프로서, 측정에 사용하기 위해 제작한 안테나는 두께가 3mm 인 세라믹 유전체 본체 위에 은(Ag)을 이용하여 도 1과 같은 형상의 슬롯 및 전극을 형성한 것이다.

이하 도 2 내지 도 9를 이용하여 본 발명에 따른 안테나의 특성을 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 안테나 WCDMA 밴드의 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio)를 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸 것으로 주파수 1.92GHz에서 VSWR이 1.70로 나타났으며, 주파수 2.17GHz일 경우 VSWR이 2.02로 측정되었다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 안테나 WCDMA 밴드의 스미스차트(smith chart)를 나타낸 것이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 안테나 블루투스 밴드의 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio)를 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸 것으로 주파수 2.40GHz에서 VSWR이 1.22로 나타났으며, 주파수 2.50GHz일 경우 VSWR이 1.20로 측정되었다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 안테나 블루투스 밴드의 스미스차트(smith chart)를 나타낸 것이다.

상기와 같이 WCDMA, Bluetooth(dual feeding dual band) 용 칩 안테나를 구 현 하기위해 시뮬레이션 데이터를 근거로 프로토타입(Prototype)을 구현하여 네트웍 아날라이져(Network analyzer)로 확인하였다. Simulation과 Prototype 두 가지 경우 모두 Target으로 정한 정재파비 3:1이하를 만족하였다. 또한, WCDMA, Bluetooth Daul band에서 정재파 및 임피던스데이터 측정에서도 Simulation과 유사한 경향을 나타내었다.

따라서, 도 2 내지 도 9에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 안테나는 WCDMA 및 블루투스 듀얼 밴드에서 주파수 수신 상태가 좋은 전방향성을 가지며, 우수한 게인 특성을 가짐을 알 수 있다. 또한 본 발명에 의한 안테나가 동작되는 제 2영역의 주파수 대역이 비교적 넓음으로 인하여 제 2영역에서 2개 이상이 주파수 밴드 영역에서 동작할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나 구성도

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 안테나 WCDMA 밴드의 정재파비에 대한 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸 그래프

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 안테나 WCDMA 밴드의 스미스차트

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 안테나 블루투스 밴드의 정재파비에 대한 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸 그래프

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 안테나 블루투스 밴드의 스미스차트

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

접지 전극(10), 블루투스피팅전극(20), WCDMA피딩전극(20'), 블루투스 밴드용 칩(21), WCDMA 밴드용 칩(21'), 방사체 전극(30), 유전체 블록(50), 'ㄱ'자형 슬롯(60), 안테나(100)

Claims (6)

1. WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나에 있어서, 유전체 블록 상에 전극을 이용하여 안테나 패턴이 형성된 F형 안테나로서, 제 1 주면(main surface), 제 2 주면 및 제 1 주면과 제 2 주면 사이를 연결하는 적어도 하나의 연결면을 구비하고, 유전률이 1 내지 200 사이의 재질로 형성되는 유전체 블록, 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극으로 형성되는 방사체 전극, 방사체 전극과 전기적으로 연결되는 패턴으로 형성되며, 외부의 접지(ground)와 연결되고, 제 2 주면 및 연결면 상에 형성되는 접지 전극, 방사체 전극 및 접지 전극과 전기적으로 절연되어 독립적인 패턴으로 적어도 제 2 주면 상의 일부에 형성되는 피딩 전극, 그리고 방사체 전극 상의 제 1 주면의 길이 방향으로 "ㄱ" 자 형상으로 형성되는 제1슬롯을 구비된 안테나와, 상기 안테나에 통상의 WCDMA 밴드용 칩(1920~2170 MHz)과 블루투스 밴드용 칩(2400~2484MHz)이 각각 접지되어 WCDMA 및 블루투스 통신신호를 송수신할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나(100)는 유전률 1~200을 갖는 유전체 블록(50) 상에 전극을 이용하여 안테나 패턴을 형성한 것이며, 안테나 타입은 F형 안테나로서 전자계 커플링(electromagnetic coupling)을 통한 EM(ElectroMagnetic) 피딩 방식을 사용함을 특징으로 하는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테 나.
3. 제 1항 또는 제2항에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체 블록은 세라믹, 수지(resin) 등과 같은 유전성 재료로 형성됨을 특징으로 하는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나.
4. 제 1항에 있어서, 상기 안테나(100)는 유전체 블록(50)과 유전체 블록의 한 면 이상의 면에 3차원적으로 형성되는 전극으로 이루어지는 방사체 전극(30), 방사체 전극(30)과 전기적으로 연결되면서 형성되는 접지 전극(10) 및 상술한 방사체 전극(30) 및 접지 전극(10)과 절연을 유지하면서 독립적인 패턴 형상으로 형성되는 블루투스피팅전극(20)과 WCDMA피딩전극(20')으로 구성됨을 특징으로 하는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나.
5. 제 4항에 있어서, 상기 접지 전극(10)은 접지와 연결되고, 상기 블루투스피딩전극(20)은 통상의 블루투스 밴드용 칩(21)과 접지되며, 상기 WCDMA피딩전극(20')은 통상의 WCDMA 밴드용 칩(21')과 접지됨을 특징으로 하는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 다중 밴드의 특성을 얻기 위해서 방사체 전극면에 길이 방향으로 'ㄱ'자형 슬롯이 형성되어 있으며, 상기 슬롯은 소정의 폭을 갖는 홈으로서 방사체 전극면에 형성된 슬롯 영역에는 유전체가 노출되도록 구성됨을 특징으로 하는 WCDMA/블루투스 듀얼 밴드용 광대역 칩 내장형 안테나.

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