KR20100029419A - 휴대 단말기용 다중 대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 단말기에 장착되는 이중대역 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 휴대 단말기용 다중 대역 안테나는, 접지면이 형성된 인쇄회로기판; 상기 접지면과 연결된 접지부로부터 연장된 방사부와 상기 방사부의 임의 지점에서 연장된 급전부를 가지고, 상기 인쇄회로기판의 일면에 패터닝된 제1 안테나부; 및 상기 제1 안테나부와 전기적으로 연결되어 상기 인쇄회로기판의 타면에 패터닝된 제2 안테나부;를 포함한다.

인쇄회로기판, 안테나, 비아홀, 접지면, 방사부, 기생선, 루프

Description

휴대 단말기용 다중 대역 안테나{Multi bandwidth antenna for mobile phone}

본 발명은 휴대용 단말기에 장착되는 다중 대역 안테나에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 인쇄회로기판의 양면에 패터닝된 안테나부를 루프 형태로 꼬아 연결함으로써, 추가 공진에 의한 광대역의 다중대역으로 동작하도록 한 휴대 단말기용 다중 대역 안테나에 관한 것이다.

최근의 이동통신 단말기는 휴대의 용이성과 디자인적 요소의 향상 및 사용자의 욕구를 만족시키기 위하여 메인보드와 일체로 형성된 다중대역의 내장형 안테나가 탑재되고 있다.

이와 같이, 이동통신 단말기에 내장되는 인쇄회로기판에 안테나를 일체로 형성하게 되면 인쇄회로기판의 제작 공정에서 안테나가 제작 가능하게 됨으로써, 휴대폰의제작 단가를 줄일 수 있고, 정밀한 패터닝이 가능함에 따라 얇은 선폭이나 복잡한 구조를 쉽게 만들 수 있다.

이와 같은 내장형 안테나로는 마이크로스트립 안테나, 평판 역F형 안테나, 칩 안테나(chip antenna) 등이 주로 사용되고 있으며, 가장 일반적으로 인쇄회로기판(PCB)의 단면에 역F형 안테나를 패터닝하여 임베디드 안테나로 주로 구성된다.

일반적인 안테나는 1/2 파장을 가지고 있음에 비해 역F형 안테나는 1/4 파장의 크기를 가지기 때문에 역F형 안테나가 일반적인 안테나보다 그 크기를 작게 구현할 수 있어 이동통신 단말기에 적용하기가 적합하다.

도 1은 종래 역F형 안테나의 구성도로서, 도시된 바와 같이 종래의 역F형 안테나(10)는 급전부(12)와 접지부(11) 및 방사부(13)가 구성되며, 상기 접지부(11)는 기판에 형성된 접지면(20)과 연결된 구조이다.

이때, 상기 방사부(13)는 안테나의 동작 주파수를 결정하는 것으로, 1/4λ의 길이를 가지며 방사부(13)에서 접지부(11)와 급전부(12)가 연결된 길이(La)가 변화됨에 의해서 안테나의 매칭이 결정된다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 역F형 안테나는 방사부(13) 일측의 오픈 영역에 커패시터(14)를 연결하여 안테나의 크기를 줄여 소형화시키고 이중대역에서 동작 가능하도록 한 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 역F형 안테나는 구조가 간단하고 설계가 용이하기는 하나, 대역폭이 좁은 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하기 위하여 급전부(12)의 일측에 추가적으로 접지면(20)에 연결된 기생선이 추가될 수 있으며, 상기 기생선은 역F형 안테나의 두번째 대역의 공진을 발생시키고, 상기 기생선의 길이를 조절하여 두 번째 공진주파수가 결정 되도록 하고 있으나, 안테나 자체가 평면형으로 구성될 수 밖에 없기 때문에 안테나의 대역폭이 현저하게 좁아지고, 대역 효율이 낮아질 수 밖에 없는 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 종래 역F형 안테나에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 인쇄회로기판의 양면에 패터닝된 안테나부가 상기 인쇄회로기판을 사이에 두고 루프 형태로 꼬여 연결됨으로써, 안테나의 꼬임 구조에 의해 추가 공진이 발생됨에 따라 광대역의 다중 대역으로 동작하도록 한 휴대 단말기용 다중 대역 안테나가 제공됨에 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 접지면이 형성된 인쇄회로기판과, 상기 접지면과 연결된 접지부로부터 연장된 방사부를 가지고 상기 인쇄회로기판의 일면에 패터닝된 제1 안테나부와, 상기 제1 안테나부와 전기적으로 연결되어 상기 인쇄회로기판의 타면에 패터닝된 제2 안테나부를 포함하는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나가 제공됨에 의해서 달성된다.

이때, 상기 인쇄회로기판의 타면에 형성된 제2 안테나부의 일측에는 기생선이 형성되고, 상기 기생선은 일측 단부가 상기 접지면에 비아홀을 통해 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 제1 안테나부와 제2 안테나부는 상기 인쇄회로기판에 형성된 비아홀을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 제2 안테나부는 인쇄회로기판의 타면에서 일방향으로 루프 형태를 이루어 절곡 형성된다.

이때, 상기 제2 안테나부는 시계 방향으로 절곡되거나 반시계 방향으로 절곡될 수 있으며, 그 절곡 단부가 상기 인쇄회로기판의 일면에 형성된 제1 안테나부와 비아홀을 통해 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 제2 안테나부의 절곡 형상은 원형을 비롯한 사각형, 삼각형 등의 루프 형태로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 제1 안테나부와 제2 안테나부가 패터닝되는 인쇄회로기판은 주로 양면 인쇄회로기판으로 제작되나, 다층 구조로 제작되어 상기 안테나부가 패터닝되는 면 사이에 유전체가 형성되어 상기 안테나부를 제외한 기생선 등이 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대 단말기용 다중 대역 안테나는, 인쇄회로기판의 양면에 패터닝된 안테나부가 상기 인쇄회로기판을 사이에 두고 루프 형태로 꼬여 비아홀을 통해 연결됨으로써, 제한된 공간 내에서 초소형화 및 광대역화의 안테나 구성이 가능한 이점이 있으며, 동작 주파수를 낮게 하면서도 대역폭이 큰 다중 대역 공진을 형성할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 휴대 단말기용 다중 대역 안테나의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면 을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 3은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 다른 실시예 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 제1 안테나부 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 제2 안테나부 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일실시예의 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110) 상에 형성된 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130) 및 상기 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)를 전기적으로 연결하는 비아홀(140)로 구성된다.

상기 인쇄회로기판(110)은 양면에 접지면(150)이 형성된 양면 인쇄회로기판으로 구성될 수 있으며, 주로 상기 인쇄회로기판(110)의 상부측에 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)가 패터닝된다.

또한, 상기 인쇄회로기판(110)의 상부에 형성되는 제1 안테나부(120)는 인쇄회로기판(110)의 일면에 도체로 패터닝되며, 접지부(121)와 급전부(122) 및 방사부(123)를 갖는 역F형으로 형성된다.

상기 제1 안테나부(120)는 접지부(121)가 인쇄회로기판(110)에 형성된 접지면(150)과 연결되며, 상기 접지부(121)로부터 일측으로 방사부(123)가 절곡 형성되고, 상기 방사부(123)의 임의 지점에서 급전부(122)가 형성된다.

상기 제1 안테나부(120)는 상기 급전부(122)에서 일측으로 연장된 방사 부(121)의 길이의 조절에 의해서 원하는 공진주파수 대역을 설계할 수 있으며, 상기 급전부(122)와 접지부(121) 사이의 거리 조절에 의해 안테나의 매칭이 이루어지도록 한다.

이때, 상기 제1 안테나부(120)는 방사부(123)의 길이에 의해서 공진 주파수가 결정되며, 이에 따라 단일 대역의 주파수 영역에서 안테나의 동작이 가능할 수 있다.

또한, 상기 제2 안테나부(130)는 인쇄회로기판(110)의 타면, 즉 제1 안테나부(120)가 형성된 면의 반대면에 제1 안테나부(120)와 마찬가지로 도체로 패터닝되며, 도 6에 도시된 바와 같이 일측 방향으로 다수 절곡 형성된다.

즉, 상기 제2 안테나부(130)는 상기 인쇄회로기판(110)의 후면에 다수의 절곡에 의해 평면 상태에서 루프 상태로 꼬인 구조로 구성되는 바, 작은 면적에 충분한 길이의 안테나를 형성할 수 있다.

상기 제2 안테나부(130)는 제1 안테나부(120)를 통해 발생되는 공진 외에 추가적인 공진이 발생되어 이중 대역이 가능한 주파수의 방사가 가능하도록 한다. 이때, 상기 제2 안테나부(130)에서 발생된 공진에 의해서 제2 안테나부(130)는 비교적 높은 주파수에서 동작하는 안테나로 사용 가능하며, 평면 상에서 꼬인 정도의 루프 크기 또는 꼬인 길이에 의해서 공진 주파수가 결정된다.

상기 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)는 인쇄회로기판(110)에 형성된 비아홀(140)을 통해 전기적으로 연결되어 상기 인쇄회로기판(110)을 사이에 두고 단일의 안테나로 형성됨과 동시에 상기 제2 안테나부(130)를 통해 발생되는 공진에 의해서 이중 대역이 형성된다.

한편, 상기 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)를 통한 이중 대역의 공진 외에 추가적인 공진에 의해서 다중 대역으로 동작할 수 있도록 도4에 도시된 바와 같은 기생선(160)을 형성한다.

상기 기생선(160)은 제2 안테나부(130)가 패터닝된 인쇄회로기판(110)의 후면에 형성되며, 상기 기생선(160)의 일측 단부는 상기 접지면(150)과 비아홀(161)을 통해 전기적으로 연결된다. 이때 상기 기생선(160)의 길이에 의해서 추가적으로 발생되는 공진에 의한 공진주파수가 결정된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110)의 전, 후면에 형성된 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130) 및 기생선(160)에 의해서 총 3개의 공진이 발생되며, 제2 안테나부(130)에 의한 두번째 공진과 기생선(160)에 의한 세번째 공진의 발생 지점이 인접하게 위치하게 되면 광대역 특성이 얻어지게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 안테나(100)에 대한 설계 구조에 대하여 좀 더 살펴보면 다음과 같다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110)의 전, 후면에 에칭에 의해서 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)가 패터닝되고, 상기 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)가 비아홀(140)을 통해 연결된다.

이때, 상기 제2 안테나부(130)는 평면상에서 일측으로 다수 절곡되어 루프 형태로 꼬인 구조로 형성되며, 그 절곡 단부가 비아홀(140)을 통해 제1 안테나부(120)의 방사부(123) 단부측과 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 루프 형태로 꼬인 제2 안테나부(130)의 일측에 형성된 기생선(160)은 일측 단부가 인쇄회로기판(110)의 접지면(150)과 비아홀(161)을 통해 연결되어 '┏┓'형태로 에칭에 의해 패터닝된다.

이때, 상기 기생선(160)을 포함한 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)의 폭은 모두 0.5㎜로 동일하게 형성되고, 상기 접지면(150)을 제외하고 상기 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130) 및 기생선(160)이 형성되는 안테나는 35×8㎜로 구성되도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 다중 대역 안테나(100)의 공진 발생시 전류 분포를 도 7 내지 도 9에 도시된 도면을 통해 살펴보면, 먼저 도 7과 같이 제1 안테나부(120)와 이에 비아홀(140)을 통해 연결된 제2 안테나부(130)를 통해 전류가 한 방향으로 형성되면서 첫번째 공진이 발생된다.

이때, 비아홀(140)을 통해 연결된 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)의 길이에서 1/4λ에 해당되면 공진이 발생하게 되고, 1/4λ의 길이에서 GSM 대역, 즉 930㎒의 공진주파수가 형성된다.

다음, 도 8과 같이 제1 안테나부(120)와 비아홀(140)을 통해 연결된 제2 안테나부(130)에서 상기 비아홀(140)과 연결된 부위에서 제2 안테나부(130)의 전류 방향이 반대 방향으로 바뀌어 형성됨에 따라 두번째 공진이 발생된다.

루프 형태로 꼬인 구조의 제2 안테나부(130)를 통해 흐르는 전류는 제2 안테 나부(130)의 절곡된 단부를 향해 흐르는 전류가 제1 안테나부(120)와 동일한 방향으로 이동되기 때문에 보다 많은 방사가 발생된다.

이때, 제2 안테나부(130)를 통해 발생되는 공진에 해당되는 주파수는 DCS 대역, 즉 1.66㎓의 공진주파수가 발생된다.

그리고, 도 9와 같이 상기 제2 안테나부(130)의 일측에 형성된 기생선(160)을 통해 세번째 공진이 발생된다. 상기 기생선(160)도 제1 안테나부(120)와 마찬가지로 1/4λ의 길이에 해당하는 지점에서 공진이 발생되며, 상기 기생선(160)의 단부가 접지면(150)에 연결됨에 따른 커플링에 의해서 공진이 발생하게 된다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이 제2 안테나부(130)와 기생선(160)을 통해 발생되는 공진은 유사한 주파수에서 발생되기 때문에 상기 제2 안테나부(130)와 기생선(160)을 인접하게 위치시키면 DCS 대역의 대역폭을 확장할 수 있다.

한편, 이와 같이 설계된 본 실시예의 다중 대역 안테나(100)의 각 주파수 발생에 따른 반사손실에 대하여 아래 도시된 도 10을 통해 살펴보면 다음과 같다.

도 10에 도시된 바와 같이, 각 주파수 대역별로 반사손실이 저하되는 지점이 각 대역별 안테나로 동작되도록 공진이 발생되는 지점이다.

앞서 설명된 본 실시예의 다중 대역 안테나(100)는 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130) 및 기생선(160)을 통해 총 3개의 공진이 발생됨을 알 수 있으며, 가장 낮은 주파수 대역에서 발생되는 첫번째 공진은 비아홀(140)을 통해 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)의 전체 길이에 의해서 공진이 발생된다.

이때, 공진에 의해 발생되는 주파수는 제1 안테나부(120)에 전기적으로 연결 된 제2 안테나부(130)에 적용되는 꼬인 형태의 루프 크기나 도선의 두께 및 상기 인쇄회로기판(110)의 두께에 의해 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130)가 형성된 간격에 의해서 결정된다.

다음, 두번째 공진은 주로 제2 안테나부(130)에 의해서 결정되는 데, 제2 안테나부(130)의 비아홀(140) 연결 지점이 접지면(150)과의 이격 간격이나 루프 형태로 꼬임이 시작되는 위치와 루프의 크기 등에 따라서 공진주파수가 달라지게 되며, 주로 DCS 대역의 주파수 대역을 커버하게 된다.

그리고, 세번째 공진은 기생선(160)에 의해서 독립적으로 결정되는 바, 이때 기생선의 길이를 길게하면 공진주파수가 떨어지게 되고, 기생선의 길이를 짧게 하면 공진주파수가 증가하게 된다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 다중 대역 안테나(100)는 도 10에 도시된 바와 같이 제1 안테나부(120)와 제2 안테나부(130) 및 기생선(160)을 통해 GSM(900㎒) 대역과 DCS(1.8㎓) 대역 및 PCS(1.9㎓)의 대역을 모두 커버하게 됨에 따라 하나의 안테나를 통해 다양한 수신 서비스가 가능하다.

한편, 본 발명의 다중 대역 안테나(100)에 적용되는 인쇄회로기판(110)은 주로 FR4의 기판이 적용되며, 상기 인쇄회로기판(110)을 이용하여 안테나가 구현되도록 할 수도 있지만 인쇄회로기판(110) 없이 각 안테나부를 형성하는 도체선으로 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 다중 대역 안테나(100)는 인쇄회로기판(110)이 다층 구조로 형성되어 기판의 전, 후면만 이용하여 안테나를 구성되도록 할 수 있으며, 다층 구조의 인쇄회로기판 이용시에는 기판 전, 후면에 형성된 제1 안테나부와 제2 안테나부의 간격 조절에 의해서 공진주파수를 조절할 수 있으며, 인쇄회로기판을 형성하는 층 사이에 기생선이 형성되도록 할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1과 도 2는 종래 역F형 안테나의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 다른 실시예 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 제1 안테나부 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 제2 안테나부 구성도.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 공진 발생시 전류 분포 구성도.

도 10은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나의 각 주파수 발생에 따른 반사손실이 도시된 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110. 인쇄회로기판 120. 제1 안테나부

130. 제2 안테나부 140. 비아홀

150. 접지면 160. 기생선

Claims (10)

1. 접지면이 형성된 인쇄회로기판;

   상기 접지면과 연결된 접지부로부터 연장된 방사부와 상기 방사부의 임의 지점에서 연장된 급전부를 가지고, 상기 인쇄회로기판의 일면에 패터닝된 제1 안테나부; 및

   상기 제1 안테나부와 전기적으로 연결되어 상기 인쇄회로기판의 타면에 패터닝된 제2 안테나부;

   를 포함하는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 안테나부와 제2 안테나부는, 상기 인쇄회로기판에 형성된 비아홀을 통해 전기적으로 연결된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 안테나부는 상기 인쇄회로기판의 타면에서 루프 형태의 꼬인 구조로 다수 절곡 형성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2 안테나부는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 절곡되고, 그 절곡 단부가 상기 비아홀을 통해 상기 제1 안테나부와 전기적으로 연결된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2 안테나는, 평면 상에서 꼬여 있는 형상의 루프 크기 또는 꼬인 길이에 의해서 공진 주파수가 결정되는 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제2 안테나부는 원형을 비롯한 사각형 또는 삼각형의 루프 형태로 형성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제2 안테나부의 일측에는 독립적으로 공진이 발생되는 기생선이 형성되고, 상기 기생선은 일측 단부가 상기 인쇄회로기판의 접지면에 비아홀을 통해 전기 적으로 연결된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
8. 제7항에 있어서,

   상기 기생선은, '┏┓'형태로 에칭에 의해 패터닝된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
9. 제1항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판은, 다층 인쇄회로기판으로 구성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.
10. 제9항에 있어서,

    상기 다층 인쇄회로기판의 전, 후면에 상기 제1 안테나부와 제2 안테나부가 형성되고, 상기 다층 인쇄회로기판의 전, 후면 사이의 층간에 기생선이 형성된 휴대 단말기용 다중 대역 안테나.

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