KR20100056094A - 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 안테나는, 기판의 그라운드패턴과; 상기 그라운드패턴과 동일 평면에 위치하는 제1라인패턴과; 상기 제1라인패턴과 평행하게 배열되고 그 일단이 상기 제1라인패턴과 연결된 제2라인패턴과; 상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴의 연결부에 접속되는 급전선을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 다중 대역 신호를 처리하면서 고른 안테나 게인 분포를 얻을 수 있고, 소형화 설계가 가능하여 메인 안테나 혹은 다이버시티 안테나로 사용할 수 있다.

안테나, 다중대역, PCB

Description

안테나{Antenna}

본 발명의 실시예는 안테나에 관한 것이다.

UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)는 제3세대(3G) 모바일 커뮤니케이션 시스템용 기술로 떠오르는 핵심 기술 중 하나로, 셀룰러, 코드리스전화, 무선가입자망 및 무선랜, 위성통신 등 다양한 시스템을 통합하여 세계 어디서나 통화가 가능하도록 국제로밍을 제공하는 통신서비스이다. 또한, 광대역 패킷을 기반으로 텍스트, 디지털 음성, 화상 등의 멀티미디어 데이터를 2Mbps 이상이 고속으로 전송할 수 있는 서비스를 제공한다.

이러한, UMTS는 유럽, 아시아, 북미 및 일본 지역을 모두 커버하는 다양한 주파수 밴드를 사용하고 있어 광범위한 지역에서 사용이 가능하다. 이에, UMTS 단말기는 전 세계 어디서나 동작 가능한 다중밴드 기능이 지원되어야 하며, 현재 사용되고 있는 UMTS 주파수 밴드는 8개이다. 이에, 하나의 단말기에서 다중 주파수 밴드 신호를 송수신 처리하기 위한 안테나에 대한 필요성이 높아지고 있다. 또한, 통신단말기의 크기가 소형화됨에 따라, 통신단말기에 탑재되는 안테나도 소형화하기 위한 연구가 계속되고 있다.

본 발명의 실시예는 다중 대역 신호를 처리하면서 고른 안테나 게인 분포를 얻을 수 있고, 소형화 설계가 가능하여 메인 안테나 혹은 다이버시티 안테나로 사용할 수 있는 안테나를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 안테나는, 기판의 그라운드패턴과; 상기 그라운드패턴과 동일 평면에 위치하는 제1라인패턴과; 상기 제1라인패턴과 평행하게 배열되고 그 일단이 상기 제1라인패턴과 연결된 제2라인패턴과; 상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴의 연결부에 접속되는 급전선을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 안테나는, 다중 대역 신호를 처리하면서 고른 안테나 게인 분포를 얻을 수 있고, 소형화 설계가 가능하여 메인 안테나 혹은 다이버시티 안테나로 사용할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안테나에 대해서 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)는 기판(1)의 그라운드패턴(3)과, 그라운드패턴(3)과 동일 평면에 위치하는 제1라인패턴(12)과, 제1라인패턴(12)과 평행하게 배열되며 그 일단이 제1라인패턴(12)과 연결된 제2라인패턴(14)과, 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)의 연결부에 접속되는 급전선(16)과, 급전선(16)에 전류를 공급하는 급전포트(18)를 포함한다.

기판(1)의 일 면에는 신호처리를 위한 부품(미도시)이 실장되고, 그 반대 면에는 실장된 부품의 그라운드를 위해 그라운드패턴(3) 층이 형성된다. 그라운드패턴(3) 층은 구리(copper) 등의 완전도체(Perfect Electric Conductor, PEC) 물질로 구성될 수 있다.

제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)은 기판(1)의 그라운드패턴(3) 층의 소정 영역을 식각하여 형성되며, 이에, 그라운드패턴(3)과 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)은 동일 평면상에 위치한다. 제1라인패턴(12)과 제2라인패턴(14)은 상호 평행하게 배열되며 각 라인패턴(12, 14)의 일단은 상호 연결되고 그 타단은 오픈된다.

제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14) 연결단에는 급전선(16)이 접속되어, 급전선(16)으로 공급된 전류는 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)으로 분기된다. 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)으로 전류가 공급되면, 각 라인패턴(12, 14)의 길이와 폭, 상호 이격 간격 등의 조건에 따라 전기장과 자기장이 형성되어 특정 주파수 대역에서 공진할 수 있으며, 공급된 전류가 두 개의 라인패턴(12, 14)으로 분기됨으로 다중 공진을 유도할 수 있다.

또한, 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)의 길이와 폭, 상호 이격 간격 등을 조절하여 캐패시턴스 및 인덕턴스 성분을 조절함으로써, 공진점이 하나로 집중되는 광대역 특성을 가진 안테나(10)를 구현할 수 있다. 여기서, 안테나(10)의 소형화 설계를 위해, 각 패턴(12, 14)은 미앤더 타입(meander type)으로 형성될 수 있다.

급전포트(18)는 코플래너 웨이브 가이드(CPW; Co-Planar Waveguide) 방식을 이용함으로써, 급전포트(18)에서의 방사를 최대한 억제하여 방사특성의 열화를 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 기판(1)의 그라운드패턴(3) 층을 식각하여 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)을 형성함으로써 안테나 기능이 수행되도록 한다. 이에, 본 실시예에 따른 안테나(10)는 별도의 안테나 기구물이나 방사체를 추가하지 아니하고도 기판(1)에 형성되는 라인패턴(12, 14)을 이용하여 안테나(10)를 구현할 수 있다. 또한, 부품이 실장된 기판(1)에 일체형으로 구비됨으로, 메인 안테나 혹은 다이버시티 안테나로 활용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)의 공진 주파수신호의 대역을 측정한 그래프이다. 도 2의 그래프에서 y축은 전력 수치(dB)를 나타내고, x축은 주파수 수치(Hz)를 나타낸다.

제1라인패턴(12)은 전체 길이가 40.5mm, 폭이 6.7mm인 미엔더 타입으로 설계되고, 제2라인패턴(14)은 길이가 24mm, 폭이 5mm인 미엔더 타입으로 설계된다. 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14) 간 이격 간격은 10.3mm 이고, 제2라인패턴(14)과 인접한 그라운드패턴(3)과의 간격은 8.4mm로 설계될 수 있다.

상술한 예에 따라 구성된 안테나(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 약 1.6252GHz에서 약 2.2004GHz대역 사이에서 공진 특성을 나타낸다. 이에, WCDMA UMTS Band ⅳ(AWS 1800MHz), UMTS Band Ⅱ(1900MHz), UMTS Band Ⅰ(2100MHz)의 3개의 대역을 수용하는 안테나(10)로 사용이 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)가 제1주파수 대역에서 공진하는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면으로서, 1.7GHz 대역에서 공진하는 경우를 예시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 급전선(16)으로 전류가 공급되면 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)으로 전류가 분기되어 공급된다. 제2라인패턴(14)은 제1라인패턴(12)보다 길이 및 폭이 작게 설계되어 더 많은 량의 표면 전류가 여기되며 오픈된 상태인 제1라인패턴(12)의 끝단에는 전류가 거의 흐르지 않는다. 이에, 제2라인패턴(14)과 제2라인패턴(14) 및 제1라인패턴(12)이 상호 인접한 영역에서 전류의 세기가 강해지는 것을 관찰할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)가 제1주파수 대역에서 공진하는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면으로서, 1.7GHz 대역에서 공진하는 경우를 예시하고 있다.

도 4에 도시된 방사 패턴은, 실시예에 따른 안테나(10)를 위치시킨 후 신호 발생원을 각 축 방향으로 각도(θ, Φ)를 0ㅀ부터 90ㅀ까지 순차적으로 이동하면서 측정한 것인데, 방사 패턴상에 표시된 영역들은 전력 이득(dB)의 차이를 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같은 설계 조건을 갖는, 본 실시예에 따른 안테나(10)의 지향성(directivity)는 3.357dB로 측정되어, 안테나 지향성에 따른 안테나 게인이 우수한 것으로 측정되었으며, 방사 패턴의 형태가 구에 가까움을 확인할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)는 1.7GHz 대역의 UMTS 안테나 기능을 수행할 수 있음을 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)가 제2주파수 대역에서 공진하는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면으로서, 2.1GHz 대역에서 공진하는 경우를 예시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 2.1GHz 대역에서도 제2라인패턴(14)의 표면 전류가 강하게 측정되는 것을 관찰할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)는 공진점이 하나로 집중되는 광대역 특성을 가지며, 이는 제1라인패턴(12) 및 제2라인패턴(14)의 길이와 폭, 상호 이격 간격 등을 조절하여 캐패시턴스 및 인덕턴스 성분을 조절함으로써 구현이 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)가 제2주파수 대역에서 공진하는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면으로서, 1.9GHz 대역에서 공진하는 경우를 예시한 것이다.

도 6에 도시된 방사 패턴은, 실시예에 따른 안테나(10)를 위치시킨 후 신호 발생원을 각 축 방향으로 각도(θ, Φ)를 0ㅀ부터 90ㅀ까지 순차적으로 이동하면서 측정한 것인데, 방사 패턴상에 표시된 영역들은 전력 이득(dB)의 차이를 나타낸다.

본 실시예에 따른 안테나(10)의 지향성(directivity)은 1.879dB로 측정되어, 안테나 지향성에 따른 안테나 게인이 우수한 것으로 측정되었으며, 방사 패턴의 형 태가 구에 가까움을 확인할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)는 1.9GHz 대역의 UMTS 안테나 기능을 수행할 수 있음을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 각 주파수 별로 방사패턴이 일정하고 고른 안테나 게인 분포를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 평면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 공진 주파수신호 대역을 측정한 그래프.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나가 제1주파수 대역에서 공진하는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나가 제1주파수 대역에서 공진하는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나가 제2주파수 대역에서 공진하는 경우 표면 전류의 형태를 모식화한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나가 제2주파수 대역에서 공진하는 경우 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면.

Claims (8)

1. 기판의 그라운드패턴과;

   상기 그라운드패턴과 동일 평면에 위치하는 제1라인패턴과;

   상기 제1라인패턴과 평행하게 배열되고 그 일단이 상기 제1라인패턴과 연결된 제2라인패턴과;

   상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴의 연결부에 접속되는 급전선을 포함하는 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 그라운드패턴과 상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴은 완전도체(Perfect Electric Conductor, PEC) 물질로 형성되는 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴은 미앤더 타입(meander type)으로 형성되는 안테나.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴은 비대칭적으로 형성되는 안테나.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴의 어느 한 영역으로 공진점이 집중되는 안테나.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴의 끝단은 상기 기판상에서 오픈되도록 형성되는 안테나.
7. 제1항에 있어서,

   상기 급전선에 전류를 공급하는 급전포트를 포함하는 안테나.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1라인패턴은 전체 길이가 40.5mm, 폭이 6.7mm인 미엔더 형상을 갖고;

   상기 제2라인패턴은 전체 길이가 24mm, 폭이 5mm인 미엔더 형상을 갖고;

   상기 제1라인패턴 및 제2라인패턴 간 이격 간격은 10.3mm이고;

   상기 제2라인패턴과 상기 그라운드패턴과의 간격은 8.4mm인 안테나.

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