KR20100030025A

KR20100030025A - 소형 패치안테나

Info

Publication number: KR20100030025A
Application number: KR1020080088776A
Authority: KR
Inventors: 고동연; 임용성
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-18

Abstract

본 발명은 소형 패치안테나에 관한 것이다.

본 발명은, 소정 형상의 유전체; 상기 유전체와 결합하고, 급전부로부터 전력을 공급받아 외부로 전자기파를 방사하는 도전체; 및 상기 유전체의 하면에 결합되어 상기 유전체를 지지하는 지지부재;를 포함하되, 상기 도전체는, 상기 유전체의 상면에 부착되는 상판; 상기 상판의 단부로부터 연장되고 상기 유전체의 측면에 부착되는 측판; 및 상기 측판의 단부로부터 연장되고 상기 유전체의 하면에 부착되는 하판;을 포함하고, 상기 전자기파의 방사방향은 상기 지지부재의 상면이 상기 지지부재의 하면에 대하여 기울어진 각도 및 기울어진 방향에 따라 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나를 제공한다.

패치안테나, 유전체, 지지부재, 도전체

Description

소형 패치안테나{Small-sized Patch Antenna}

본 발명은 패치안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS(Global Positioning System), PDA, 휴대폰, RFID 시스템의 태그 또는 리더 등의 장치에 장착될 수 있는 패치안테나에 관한 것이다.

최근 무선통신 기술이 발달함에 따라 휴대폰, PDA, GPS, RFID 시스템 등과 같은 정보통신기기의 보편화 및 대중화가 가능하게 되었다. 그리고, 이들 정보통신기기에는 크기가 작고 경량이며 평면형으로 얇게 제조할 수 있고 대량생산이 가능한 패치안테나가 주로 사용된다. 싱기 패치안테나는 일반적으로 소정의 두께로 형성되는 유전체를 사이에 두고 한쪽에는 안테나 역할을 수행하는 평면형태의 패치가 설치되고, 반대쪽에는 접지판이 설치되는 구성으로 형성된다. 상기 패치안테나는 평판 안테나 또는 마이크로스트립 안테나로 불리기도 한다.

한편, 최근에는 작고 가벼운 정보통신기기를 선호하는 소비자가 증가하고 있고, 이와 같은 소비자의 요구에 부응하기 위해 상기 패치안테나의 크기도 점차 작아지고 있는 추세에 있다.

그러나, 일반적으로 패치안테나의 크기는 동작 주파수에 반비례하는 특성을 보유하고 있기 때문에 동작 주파수가 높을 경우 패치 안테나의 크기를 소형화시키는데 한계가 존재한다. 동작 주파수를 높임과 동시에 패치안테나의 크기를 줄이기 위해 상기 패치안테나에 포함된 유전체의 유전율을 높이는 방안을 생각할 수 있으나, 이와 같은 방법에 의하면 패치안테나의 방사효율이 저하되고 제조원가가 상승하는 문제가 발생한다.

한국등록특허 제706185호에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 패치안테나가 개시되어 있다. 상기 패치안테나는 3차원 구조를 갖는 만(卍)자 형태의 패치와, 상기 패치의 하부에 위치하는 유전체와, 상기 유전체의 하부에 위치하는 접지판을 포함한다.

상기 한국등록특허에 개시된 패치안테나는 일반적인 패치안테나에 비해 소형으로 제작될 수 있는 장점이 있으나, 3차원 구조를 갖는 만(卍)자 형태의 패치 내부가 비어 있고 상기 패치의 하부에 유전체가 위치하는 구조로 인해 여전히 안테나의 소형화에 한계가 존재하는 문제를 내포하고 있다.

또한, 상기 한국등록특허에 개시된 패치안테나에 따르면 접지판이 내부에 포함되어 있기 때문에 상기 안테나의 제조 공정에 많은 제약이 따르는 문제가 있다.

또한, 상기 한국등록특허에 개시된 패치안테나에 의하면 상기 접지판에 대하여 상기 패치가 이루는 각도의 조절이 불가능하기 때문에 패치안테나로부터 방사되는 전자기파의 방사방향을 조절할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동일 주파수에서 동작하는 타 패치안테나에 비해 더욱 작게 제작될 수 있고, 제조공정이 비교적 간단하며, 전자기파의 방사방향을 조절할 수 있는 소형 패치안테나를 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 소정 형상의 유전체; 상기 유전체와 결합하고, 급전부로부터 전력을 공급받아 외부로 전자기파를 방사하는 도전체; 및 상기 유전체의 하면에 결합되어 상기 유전체를 지지하는 지지부재;를 포함하되, 상기 도전체는, 상기 유전체의 상면에 부착되는 상판; 상기 상판의 단부로부터 연장되고 상기 유전체의 측면에 부착되는 측판; 및 상기 측판의 단부로부터 연장되고 상기 유전체의 하면에 부착되는 하판;을 포함하고, 상기 전자기파의 방사방향은 상기 지지부재의 상면이 상기 지지부재의 하면에 대하여 기울어진 각도 및 기울어진 방향에 따라 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나를 제공한다.

바람직하게 상기 유전체와 상기 지지부재의 결합은 상기 유전체의 하면에 형성된 홈에 상기 지지부재의 상면에 형성된 돌기가 삽입됨으로써 이루어진다. 이와 같은 경우, 상기 유전체와 상기 지지부재의 결합 및 분리가 용이하므로 전자기파의 방사방향을 용이하게 변경할 수 있다.

바람직하게 상기 도전체로의 전력 공급은 상기 급전부와 상기 상판을 상기 유전체를 관통하여 전기적으로 연결하는 급전라인에 의해 이루어지고, 상기 도전체의 형태 및 기하학적 파라미터는 전자기파의 편파특성 및 안테나의 공진 주파수에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

바람직하게 상기 도전체는 도금법 또는 이중사출법에 의해 상기 유전체에 부착된다. 이와 같은 경우, 상기 도전체를 상기 유전체에 견고하게 부착할 수 있다.

바람직하게 상기 도전체와 상호 작용하는 접지판은 상기 급전부가 형성된 인쇄회로기판(PCB)에 형성된다. 이와 같은 경우, 패치안테나를 내부에 포함하는 휴대폰, PDA, GPS, RFID 시스템의 리더 또는 태그 등과 같은 정보통신기기에 접지판이 마련되기 위한 공간과 접지판을 고정하기 위한 물리적 구조가 불필요한 장점이 있다.

본 발명에 의하면, 첫째, 유전체가 3차원 형상의 도전체 내부에 위치하기 때문에 패치안테나가 동일 주파수에서 동작하는 타 패치안테나에 비해 더욱 작게 제작될 수 있는 효과와, 둘째, 외부에 별도로 마련된 도전판을 접지판으로 사용하기 때문에 패치안테나의 제조공정이 비교적 간단한 효과와, 셋째, 상면과 하면이 이루는 각도가 다양한 지지부재를 통해 패치안테나의 방사방향을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 발생한다.

이하, 본 발명에 따른 소형 패치안테나의 바람직한 실시예들을 도면을 참조 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소형 패치안테나의 일실시예를 도시한 상부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 패치안테나의 하부 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 패치안테나의 도전체를 도시한 사시도이고, 도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 도전체의 변형예를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 1에 도시된 패치안테나의 유전체를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 1에 도시된 패치안테나의 지지부재를 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 소형 패치안테나(100)는 도전체(110)와, 유전체(130)와, 지지부재(150)를 포함한다.

상기 도전체(110)는 급전부로부터 전력을 공급받아 외부로 전자기파를 방사하기 위한 것으로, 상판(112)과 측판(114)과 하판(116)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상판(112)은 만(卍)자 형태로 형성되어 유전체(130)의 상면(132)에 부착되고, 상기 측판(114)은 상기 상판(112)의 단부로부터 연장되어 상기 유전체(130)의 측면(132)에 부착되며, 상기 하판(116)은 상기 측판(114)의 단부로부터 연장되어 상기 유전체(130)의 하면(136)에 부착된다.

상기 도전체(110)는 앞서 설명한 바와 다르게 도 4 및 도 5에 도시된 형태 등과 같이 다양하게 형성될 수 있다. 이때, 상기 도전체(110)의 형태는 방사시키고자 하는 전자기파의 편파특성 및 안테나의 동작(공진) 주파수에 의해 결정된다. 예컨대, 전자기파의 편파특성을 원형편파로 하고자 할 경우에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 도전체(110)는 그 중심점으로 기준으로 대칭되는 형태로 형성되 고, 전지기파의 편파특성을 직선편파로 하고자 할 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 도전체(110)는 그 중심점을 기준으로 대칭되지 않는 형태로 형성된다. 그리고, 상기 도전체(110)의 기하학적 파라미터 또한 전자기파의 편파특성 및 안테나의 동작 주파수에 의해 결정된다.

상기 도전체(110)는 도금법 또는 이중사출법에 의해 상기 유전체(130)에 부착된다. 이와 같은 경우 상기 도전체(110)를 상기 유전체(130)에 견고하게 부착할 수 있다.

상기 유전체(130)는 상기 도전체(110)가 용이하게 결합될 수 있는 형태로 형성된다. 예컨대 상기 도전체(110)가 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 형태로 형태로 형성될 경우 상기 유전체(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 직육면체 형태로 형성된다. 그러나, 상기 유전체(130)의 형태는 이에 한정되지 아니하고 상기 도전체(110)의 형태에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 유전체(130)의 유전율은 패치안테나(100)의 크기, 방사효율, 공진 주파수 등을 모두 고려하여 적절하게 선택된다.

상기 도전체(110)로 전력을 공급하는 급전부는 패치안테나(100)와 별도로 마련된 인쇄회로기판(PCB)(미도시)에 형성되고, 상기 급전부로부터 상기 도전체(110)로의 전력 공급은 상기 급전부와 상기 도전체(110)의 상판(112)을 상기 유전체(130)를 관통하여 전기적으로 연결하는 급전라인(170)에 의해 이루어진다. 상기 급전라인(170)은 상기 유전체(130)에 형성된 홀(138)을 통과함으로써 상기 유전체(130)를 관통하고, 상기 도전체(110)의 측판(114) 및 하판(116)과는 전기적으로 접촉하지 않는다. 상기 급전라인(170)과 상기 상판(112)과의 접촉점(Feeding Point)은 상기 패치안테나(100)의 동작 주파수에 따라 그 위치를 달리할 수 있다.

상기 지지부재(150)는 상기 유전체(130)의 하면(136)에 결합되어 상기 유전체(130)를 지지하고, 상기 도전체(110)로부터 방사되는 전자기파의 방사방향을 조절한다.

상기 전자기파의 방사방향은 상면(152)과 하면(154)이 이루는 각도가 다양한 지지부재(150)를 상기 유전체(130)의 하면(136)에 결합함으로써 조절될 수 있다. 예컨대, 전자기파를 상기 지지부재(150)의 하면(152)에 수직한 방향으로 방사시키고자 할 경우에는 상기 유전체(130)의 하면(136)에 상면(152)과 하면(154)이 평행한 지지부재(150)(도 7의 (a)에 도시됨)를 결합하고, 전자기파를 상기 지지부재(150)의 하면(152)에 대하여 경사진 방향으로 방사시키고자 할 경우에는 상기 유전체(130)의 하면(136)에 하면(154)에 대하여 상면(152)이 경사진 지지부재(150)(도 7의 (b)에 도시됨)를 결합한다.

상기 유전체(130)와 상기 지지부재(150)의 결합은 상기 유전체(130)의 하면에 형성된 홈(미도시)에 상기 지지부재(150)의 상면에 형성된 돌기(156)가 삽입됨으로써 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 상기 유전체(130)와 상기 지지부재(150)의 결합 및 분리가 용이하므로 전자기파의 방사방향을 용이하게 변경할 수 있다.

상기 패치안테나(100)는 상기 도전체와 전자기적으로 상호 작용하는 접지판을 내부에 포함하고 있지 않고, 별도로 마련된 도전판을 접지판으로 사용한다. 이 와 같은 경우, 상기 패치안테나(100)의 제조 시 필요한 공정수가 줄어들기 때문에 패치안테나 제조업체는 더욱 간단하게 그리고 더 높은 생산효율로 패치안테나(100)를 제조할 수 있다.

이때, 상기 접지판은 상기 인쇄회로기판에 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 상기 패치안테나(100)를 내부에 포함하는 휴대폰, PDA, GPS, RFID 시스템의 리더 또는 태그 등과 같은 정보통신기기에 상기 접지판이 마련되기 위한 공간과 상기 접지판을 고정하기 위한 물리적 구조가 불필요한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 소형 패치안테나의 일실시예를 도시한 상부 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 패치안테나의 하부 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 패치안테나의 도전체를 도시한 사시도이다.

도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 도전체의 변형예를 도시한 사시도이다.

도 6은 도 1에 도시된 패치안테나의 유전체를 도시한 사시도이다.

도 7은 도 1에 도시된 패치안테나의 지지부재를 도시한 사시도이다.

Claims

소정 형상의 유전체;

상기 유전체와 결합하고, 급전부로부터 전력을 공급받아 외부로 전자기파를 방사하는 도전체; 및

상기 유전체의 하면에 결합되어 상기 유전체를 지지하는 지지부재;를 포함하되,

상기 도전체는,

상기 유전체의 상면에 부착되는 상판;

상기 상판의 단부로부터 연장되고 상기 유전체의 측면에 부착되는 측판; 및

상기 측판의 단부로부터 연장되고 상기 유전체의 하면에 부착되는 하판;을 포함하고,

상기 전자기파의 방사방향은 상기 지지부재의 상면이 상기 지지부재의 하면에 대하여 기울어진 각도 및 기울어진 방향에 따라 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나.
제1항에 있어서,

상기 유전체와 상기 지지부재의 결합은 상기 유전체의 하면에 형성된 홈에 상기 지지부재의 상면에 형성된 돌기가 삽입됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나.
제1항에 있어서,

상기 도전체로의 전력 공급은 상기 급전부와 상기 상판을 상기 유전체를 관통하여 전기적으로 연결하는 급전라인에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나.
제1항에 있어서,

상기 도전체의 형태 및 기하학적 파라미터는 전자기파의 편파특성 및 안테나의 공진 주파수에 따라 다양하게 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나.
제1항에 있어서,

상기 도전체는 도금법 또는 이중사출법에 의해 상기 유전체에 부착되는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나.
제1항에 있어서,

상기 도전체와 상호 작용하는 접지판은 상기 급전부가 형성된 인쇄회로기판(PCB)에 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 패치안테나.