KR20090111435A - 광대역 안테나 - Google Patents

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KR20090111435A
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유병훈
성원모
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Abstract

본 발명은 비유전율에 비해 상대적으로 높은 비투자율을 갖는 기판을 이용하여 안테나를 구현함으로써 종래 높은 비유전율을 갖는 유전체를 이용한 안테나의 장점인 소형화를 유지하면서 안테나 이득과 효율 및 대역폭을 향상시킬 수 있는 광대역 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 기판, 및 상기 기판 상에 형성되는 방사패치를 포함하는 광대역 안테나에 있어서, 상기 기판은, 비투자율/비유전율 > 1 인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나가 제공된다.
페라이트, 자성체, 투자율, 유전율,

Description

광대역 안테나{BROADBAND ANTENNA}
본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 비유전율에 비해 상대적으로 높은 비투자율을 갖는 기판을 이용하여 안테나를 구현함으로써 종래 높은 비유전율을 갖는 유전체를 이용한 안테나의 장점인 소형화를 유지하면서 안테나 이득과 효율 및 대역폭을 향상시킬 수 있는 광대역 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 단말기(이하 '단말기'라 함)라 함은 휴대폰이나 팜PC, PDA(personal Digital Assistants; 개인용 디지털 보조기) 또는 HPC(Hand Held PC: 휴대용 PC) 등을 총칭하는 것으로서, 장소에 구애 받지 않고 무선통신은 물론 네트워크 접속을 통한 각종 업무를 수행할 수 있는 통신기기를 말한다.
최근 무선 통신의 급격한 발전에 의하여 이동통신 단말기의 보급이 증가하고 있으며, 그에 따라 단말기의 소형화가 급속히 진행되고 있다. 따라서 이동통신 단말기에 구비되는 안테나도 소형화되고 있으며, 특히 근래에는 단말기에 내장되는 형태의 내장형 안테나(internal antenna)가 널리 사용되고 있다.
일반적으로 안테나의 크기는 그 사용 주파수에 따라 달라지게 되는데, 최근에는 이러한 안테나의 소형화 노력에 따라 고유전율을 갖는 유전체를 이용하여 안테나를 구현함으로써 안테나를 소형화시키는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 고유전율을 갖는 유전체를 이용하게 되면, 안테나의 소형화는 가능하지만 안테나의 이득과 대역폭이 현저히 감소하는 문제점이 있었다.
따라서, 종래 고유전율을 갖는 유전체를 이용한 안테나의 장점인 소형화를 유지하면서, 안테나의 이득 및 대역폭을 향상시킬 수 있는 광대역 안테나에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비유전율에 비해 높은 비투자율을 갖는 물질을 이용하여 안테나를 구현함으로써 종래 고유전율을 갖는 유전체를 이용한 안테나의 장점인 소형화를 유지하면서 안테나의 이득 및 대역폭의 향상을 기하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판, 및 상기 기판 상에 형성되는 방사패치를 포함하는 광대역 안테나에 있어서, 상기 기판은, 비투자율/비유전율 > 1 인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나가 제공된다.
상기 기판은 페라이트(ferrite) 자성체, 또는 페라이트 자성체와 유전체의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 기판의 비투자율은 9이고, 비유전율은 1일 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래 고유전율을 갖는 유전체를 이용한 안테나의 장점인 소형화를 유지하면서 이득 및 대역폭이 월등히 향상된 안테나를 얻을 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 광대역 안테나는 기판(110), 및 상기 기판(110) 상에 형성되는 방사 패치(130)를 포함한다.
본 발명의 광대역 안테나는 상기 기판(110)이 높은 비투자율 및 상대적으로 낮은 비유전율을 갖는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 설명하면, 본 발명의 광대역 안테나에 포함되는 기판(110)은 비투자율이 비유전율보다 상대적으로 큰 값을 나타내며, 바람직하게는 비투자율/비유전율 ＞ 1 인 관계를 갖는다. 그러나, 비투자율/비유전율의 값은 약 1이 될 수도 있다. 즉, 비투자율/비유전율 ≥ 1 인 관계를 갖을 수 있다. 한편, 상기 (비투자율/비유전율)의 값이 클수록 대역폭이 넓고 소형화된 안테나를 얻을 수 있으며 이에 대해서는 후술하도록 한다.
상기 특징을 가지는 기판(110)은 페라이트(ferrite) 자성체로 구현될 수 있으며, 페라이트 자성체와 낮은 비유전율을 갖는 유전체와의 혼합물로도 구현이 가능하다.
기판(110)의 전체 크기는 80mm×80mm×6mm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 구현하고자 하는 안테나의 크기 및 그 위에 형성되는 방사 패치(130)의 크기에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
방사 패치(130)는 기판(110) 상부에 형성되며, 전도성 금속으로 구현될 수 있다. 그 크기는 50mm×50mm 일 수 있으나, 이 역시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원인은 본 발명에 따른 광대역 안테나의 성능을 실험하기 위해, 다양한 비유전율과 비투자율을 가지는 기판들을 이용하여 그 반사손실, 정재파비(VSWR), 및 이득을 비교하여 보았다.
제 1 기판으로는 비유전율이 1, 비투자율이 9인 기판을 이용하였고, 제 2 기판으로는 비유전율과 비투자율이 모두 3인 기판을 이용하였으며, 제 3 기판으로는 비유전율이 9이고 비투자율이 1인 기판을 이용하였다.
도 2 내지 도 4는 상기 3 가지 기판을 이용하여 안테나를 구현한 경우의 반사손실, 정재파비 및 이득을 각각 나타낸다.
도 2 내지 도 4의 그래프 상에서 도면부호 (1), (2), (3)은 각각 제 1 기판, 제 2 기판, 및 제 3 기판을 사용하여 안테나를 구현한 경우의 특성을 나타내는 것이다.
도 2 내지 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, (비투자율/비유전율)의 값이 가장 큰 제 1 기판이 넓은 대역에서 가장 낮은 반사손실을 나타내며, 전 대역에 걸쳐 고루 낮은 정재파비를 보이며, 전 대역에서 고루 높은 이득을 보여 3 개의 기판들 중 최적의 성능을 보이는 것을 알 수 있다.
한편, 이하의 표 1은 상기 3 가지 기판을 이용하여 안테나를 구현하였을 경우 그 안테나의 크기, 대역폭, 및 이득을 비교한 것이다.
Patch size ( lambda0 ) Bandwidth (%) (-10 dB ) Peak Gain ( dBi )
제 1 기판 0.17 8.82 -1.48
제 2 기판 0.16 3.38 -1.13
제 3 기판 0.15 0.98 -1.12
패치 사이즈(Patch size) 라는 것은 각 기판 상에 형성되는 방사 패치(130)의 크기를 나타내는 것으로 공기 중에서의 파장(lamnda0)에 대한 비율로서 나타내었다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 기판, 제 2 기판, 및 제 3 기판이 유사한 안테나 크기 및 최대 이득을 보이는 한편, 가장 높은 (비투자율/비유전율) 값을 보이는 제 1 기판이 다른 기판들에 비해 월등히 향상된 대역폭 특성을 보인다.
이상에서 설명한 바와 같이, 기판 및 상기 기판 위에 형성되는 방사 패치를 포함하는 광대역 안테나에 있어서, 비유전율에 대한 비투자율의 비가 높은 페라이트 자성체와 같은 물질 또는 혼합물 등을 기판으로 사용함으로써, 안테나의 소형화와 동시에 월등히 향상된 대역폭 특성을 얻을 수 있게 된다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 안테나의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 각기 다른 비투자율 및 비유전율을 갖는 3 가지 기판을 이용하여 안테나를 구현한 경우의 반사손실, 정재파비(VSWR) 및 이득을 각각 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 기판
130: 방사 패치

Claims (3)

  1. 기판, 및 상기 기판 상에 형성되는 방사패치를 포함하는 광대역 안테나에 있어서,
    상기 기판은, 비투자율/비유전율 ≥ 1 인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 페라이트(ferrite) 자성체, 또는 페라이트 자성체와 유전체의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 비투자율은 9이고, 비유전율은 1인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
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