KR20100114301A - 다중 대역 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 대역 안테나 장치에 관한 것으로, 일정 두께를 갖는 평판 구조로 이루어지며, 적어도 하나의 유전 플레이트가 적층되어 있는 기판 몸체와, 기판 몸체에 배치되어 있고, 외부 전원에 연결되어 있으며, 외부 전원에서 급전 시, 전자기장을 형성하는 급전 선로와, 기판 몸체에서 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 경계로 급전 선로에 이격되어 배치되어 있고, 적어도 일부를 통해 일 축을 따라 급전 선로에 중첩되어 있으며, 전자기장 형성 시, 일정 주파수 대역에서 공진하는 방사 선로와, 기판 몸체의 양면 중 적어도 어느 하나에 부착되며, 방사 선로와 접촉하여 방사 선로를 접지시키는 접지 플레이트를 포함한다. 본 발명에 따르면, 안테나 장치에서 급전 선로와 방사 선로를 상호 이격되어 중첩된 구조로 구현함으로써, 이용 가능한 주파수 대역을 보다 확장시킬 수 있다.
안테나, 주파수 대역, 인쇄회로기판, 전자기장, 접지

Description

다중 대역 안테나 장치{MULTI-BAND ANTENNA APPARATUS}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 POCA(Pattern Overlapped Capacitor Antenna) 구조의 다중 대역 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템에서 지피에스(GPS; Global Positioning System), 블루투스(bluetooth), 인터넷(internet) 등 각종 멀티미디어(multimedia) 서비스의 제공이 이루어지고 있다. 이 때 무선 통신 시스템에서 멀티미디어 서비스를 원활하게 제공하기 위하여, 멀티미디어 서비스를 위한 방대한 용량의 데이터에 대한 고속의 전송률이 보장되어야 한다. 이를 위해, 통신 단말기에서 안테나 장치의 성능을 향상시키기 위한 연구가 이루어지고 있다. 이는 통신 단말기에서 안테나 장치가 실질적으로 멀티미디어 서비스를 위한 데이터의 송수신을 담당하기 때문이다.
아울러, 무선 통신 시스템에서 통신 단말기의 휴대성을 향상시키기 위하여, 통신 단말기의 경박단소화가 이루어지고 있다. 그리고 로드 안테나(road antenna) 또는 헬리컬 안테나(helical andtenna) 등과 같이 안테나 장치의 적어도 일부가 통신 단말기에서 외부로 돌출되면, 통신 단말기의 휴대가 용이하지 않으며, 안테나 장치의 손상이 빈번해질 수 있다. 이로 인하여, 최근 안테나 장치가 통신 단말기의 내부에 실장되는 내장형 안테나 장치로 구현되고 있다.
그런데, 상기와 같은 통신 단말기에서 안테나 장치는 비교적 좁은 주파수 대역에서 공진한다. 이로 인하여, 통신 단말기에서 다수개의 안테나 소자들을 구비함으로써, 비교적 확장된 주파수 대역을 이용할 수 있으나, 통신 단말기를 소형화하는데 어려움이 있다. 즉 통신 단말기에서 단일 안테나 소자를 통해 다양한 무선 통신 시스템에서 각종 멀티미디어 서비스를 이용하는 것이 불가능하다. 이에 따라, 단일 안테나 소자에서 이용 가능한 주파수 대역을 확장시키기 위한 방안이 요구된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다중 주파수 대역의 이용이 가능한 안테나 장치는, 일정 두께를 갖는 평판 구조로 이루어지며, 적어도 하나의 유전 플레이트가 적층되어 있는 기판 몸체와, 상기 기판 몸체에 배치되어 있고, 외부 전원에 연결되어 있으며, 상기 외부 전원에서 급전 시, 전자기장을 형성하는 급전 선로와, 상기 기판 몸체에서 상기 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 경계로 상기 급전 선로에 이격되어 배치되어 있고, 적어도 일부를 통해 일 축을 따라 상기 급전 선로에 중첩되어 있으며, 상기 전자기장 형성 시, 일정 주파수 대역에서 공진하는 방사 선로와, 상기 기판 몸체의 양면 중 적어도 어느 하나에 배치되며, 상기 방사 선로와 접촉하여 상기 방사 선로를 접지시키는 접지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 안테나 장치는, 상기 방사 선로와 접지 플레이트를 연결하는 접지 선로를 더 포함할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 다중 대역 안테나 장치는, 급전 선로와 방사 선로를 상호 이격되어 중첩된 구조로 구현함으로써, 이용 가능한 주파수 대역을 보다 확장시킬 수 있다. 즉 안테나 장치에서 다수개의 주파수 대역, 다시 말해 고주파 대역 뿐만 아니라 저주파 대역을 이용할 수 있다. 이 때 안테나 장치에서 LTE 통신 대역, CDMA 및 GSM 통신 대역, EGSM 통신 대역, DCS 통신 대역, PCS 통신 대역을 이용 가능한 바, 적어도 다섯 개의 주파수 대역(penta-band)을 이용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 평면 사시도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 배면 사시도이다. 이 때 본 실시예에서 안테나 장치가 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)으로 구현된 경우를 가정하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 다중 대역 안테나 장치(100)는 POCA 구조로 구현되며, 기판 몸체(board body; 110), 안테나 소자(antenna device; 130) 및 접지 플레이트(ground plate; 150)를 포함한다.
기판 몸체(110)는 안테나 장치(100)의 지지(支持)를 위해 제공된다. 이러한 기판 몸체(110)는 적어도 네 개의 모서리들로 각각 구성된 양면을 갖는 평판 구조를 갖는다. 그리고 기판 몸체(110)는 유전체로 이루어진다. 이 때 기판 몸체(110)는 단일 유전 플레이트로 구현될 수 있으며, 다수개의 유전 플레이트들이 적층되어 구현될 수도 있다. 또한 기판 몸체(110)는 전송 선로(도시되지 않음)가 내재되어 있다. 여기서, 전송 선로는 일단부를 통해 안테나 장치(100)의 외부 전원(도시되지 않음)에 연결되어 있다.
이러한 기판 몸체(110)의 상부면은 상부 소자 영역(111)과 상부 그라운드 영역(113)으로 구분된다. 여기서, 상부 소자 영역(111)은 상부면 모서리들 중 어느 두 개를 포함하도록 배치될 수 있다. 그리고 기판 몸체(110)의 하부면은 하부 소자 영역(115)과 하부 그라운드 영역(117)으로 구분된다. 여기서, 하부 소자 영역(115)은 하부면에서 상부 소자 영역(111)에 대응하는 영역에 배치되며, 하부 그라운드 영역(117)은 하부면에서 상부 그라운드 영역(113)에 대응하는 영역에 배치될 수 있다.
안테나 소자(130)는 안테나 장치(100)에서 미리 정해진 주파수 대역의 신호 송수신을 위해 제공된다. 즉 안테나 소자(130)는 일정 주파수 대역에서 공진(共振)하여, 신호를 통과시킬 수 있다. 이 때 안테나 소자(130)는 미리 정해진 기준 임피던스(impedance)에서 공진한다. 그리고 안테나 소자(130)는 기판 몸체(110)의 표 면, 즉 상부 소자 영역(111) 및 하부 소자 영역(115)에 형성된다. 이 때 안테나 소자(130)는 기판 몸체(110)의 표면에서 금속 물질의 패터닝(patterning)을 통해 형성된다. 이러한 안테나 소자(130)는 급전 선로(131), 방사 선로(133) 및 접지 선로(135)를 포함한다. 여기서, 급전 선로(131)와 방사 선로(133)가 중첩됨으로써, 안테나 소자(130)에서 POCA 구조를 구현한다.
급전 선로(131)는 안테나 소자(130)에서 급전(急傳)을 위해 제공된다. 이러한 급전 선로(131)는 기판 몸체(110)의 상부 소자 영역(111)에 배치된다. 이 때 급전 선로(131)는 전송 선로의 타단부에 연결된다. 그리고 급전 선로(131)는 기판 몸체(110)의 상부면에서 전송 선로로부터 연장되는 막대 형태로 구현될 수 있다. 또는 급전 선로(131)는 적어도 하나의 곡절(曲折)부가 형성된 구조로 구현될 수 있다. 여기서, 급전 선로(131)는 미앤더(meander) 타입, 스파이럴(spiral) 타입, 스텝(step) 타입 또는 루프(loop) 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 급전 선로(131)는 일단부를 통해 전송 선로에 연결되며, 타단부를 통해 개방(open)된다. 이에 따라, 외부 전원으로부터 전송 선로를 통해 급전 시, 급전 선로(131)는 일정 거리 이내의 주변 영역에 전자기장(電磁氣場)을 형성한다.
방사 선로(133)는 안테나 소자(130)에서 방사(放射)를 위해 제공된다. 이러한 방사 선로(133)는 기판 몸체(110)의 하부 소자 영역(115)에 배치된다. 이 때 방사 선로(133)는 적어도 일부를 통해 기판 몸체(110)를 경계로 급전 선로(131)로부터 이격된다. 그리고 방사 선로(133)는 기판 몸체(110)의 상부면에 수직한 일 축을 따라 급전 선로(131)의 타단부에 중첩된다. 또한 방사 선로(133)는 기판 몸체(110) 의 하부면에서 급전 선로(131)로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 방사 선로(133)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 방사 선로(133)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 방사 선로(133)는 일단부를 통해 급전 선로(131)에 중첩되며, 타단부를 통해 개방된다. 이에 따라, 급전 선로(131)에 전자기장 형성 시, 급전 선로(131) 및 방사 선로(133)는 중첩 영역(134)을 통해 여기 상태(勵起 狀態; excited state)로 된다. 즉 급전 선로(131)와 방사 선로(133) 간 전자기 결합이 이루어진다. 이를 통해, 급전 선로(131)에 의해 급전 시, 방사 선로(133)는 일정 주파수 대역에서 공진한다.
접지 선로(135)는 안테나 소자(130)에서 접지(接地)를 위해 제공된다. 이러한 접지 선로(135)는 기판 몸체(110)의 하부 소자 영역(115)에 배치된다. 이 때 접지 선로(135)는 일단부를 통해 방사 선로(133)에 접촉하여, 방사 선로(133)를 접지 플레이트(150)에 연결한다. 그리고 접지 선로(135)는 기판 몸체(110)의 하부면에서 방사 선로(133)로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 접지 선로(135)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 접지 선로(135)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 접지 선로(135)는 일단부를 통해 방사 선로(133)에 접촉하며, 타단부를 통해 접지 플레이트(150)에 접촉한다.
이러한 안테나 소자(130)는 일정 주파수 대역에서 공진하기 위한 고유의 인덕턴스(inductance), 커패시턴스(capacitance) 등을 갖도록 설계된다. 이를 도 3을 이용하여 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 등가 회로를 도시하는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(100)에서 안테나 소자(130)의 등가 회로는 직렬 커패시터(series capacitor; CS), 병렬 인덕터(parallel inductor; LP) 및 병렬 커패시터(parallel capacitor; CP)로 이루어진다. 여기서, 직렬 커패시터(CS)가 외부 전원에 직렬로 접속하고, 병렬 인덕터(LP) 및 병렬 커패시터(CP)가 각각 직렬 커패시터(CS)에 병렬로 접속하도록 배열된다.
이 때 안테나 장치(100)에서 안테나 소자(130)의 사이즈 또는 형상에 따라 등가 회로와 같은 특성이 결정된다. 예를 들면, 안테나 소자(130)의 사이즈, 즉 연장 방향에 따른 길이 및 폭에 따라, 안테나 소자(130)의 병렬 인덕터(LP)의 특성이 결정될 수 있다. 그리고 접지 플레이트(150)에 나란한 안테나 소자(130)의 수평 성분과 접지 플레이트(150)의 간격 및 안테나 소자(130)의 수직 성분의 길이에 따라, 안테나 소자(130)에서 직렬 커패시터(CS)의 특성이 결정될 수 있다. 또한 안테나 소자(130)에서 급전 선로(131)와 방사 선로(133) 간 중첩 영역(134)의 사이즈, 즉 면적 또는 이격 두께, 예컨대 기판 몸체(110)의 두께에 따라 병렬 커패시터(CP)의 특성이 결정될 수 있다.
접지 플레이트(150)는 안테나 장치(100)의 접지를 위해 제공된다. 이러한 접지 플레이트(150)는 기판 몸체(100)의 상부 그라운드 영역(113) 또는 하부 그라운 드 영역(117) 중 적어도 어느 하나에 배치된다. 이 때 접지 플레이트(150)는 상부 그라운드 영역(113) 또는 하부 그라운드 영역(117) 중 적어도 어느 하나를 덮도록 형성될 수 있다. 그리고 접지 플레이트(150)는 안테나 소자(130), 예컨대 접지 선로(135)에 접촉한다. 이에 따라, 안테나 소자(130)에 급전 시, 접지 플레이트(150)가 안테나 소자(130)를 접지시킨다.
이러한 본 실시예의 안테나 장치(100)의 동작 특성을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 동작 특성을 설명하기 위한 도표다. 이 때 도 4는 주파수 대역에 따른 S 파라미터의 변화를 나타낸다. 여기서, S 파라미터는 특정 주파수 대역에서 입출력 간 전압비(출력 전압/입력 전압)를 의미하는 지표로서, dB 스케일로 나타낸다.
도 4를 참조하면, 안테나 장치(100)는 다수개의 주파수 대역에서 공진한다. 이 때 안테나 장치(100)는, 746 ㎒ 내지 787 ㎒에 해당하는 LTE(Long Term Evolution) 통신 대역, 824 ㎒ 내지 894 ㎒에 해당하는 CDMA(Code Division Multiple Access) 및 GSM(Global System for Mobile communications) 통신 대역, 880 ㎒ 내지 960 ㎒에 해당하는 EGSM(Extension of GSM) 통신 대역을 포함하는 저주파 대역(P1 내지 P2)에서 공진할 수 있다. 뿐만 아니라, 안테나 장치(100)는, 1710 ㎒ 내지 1880 ㎒에 해당하는 DCS(Digital Cordless System) 통신 대역, 1850 ㎒ 내지 1990 ㎒에 해당하는 PCS(Personal Communication System) 통신 대역을 포함하는 고주파 대역(P3 내지 P4)에서 공진할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 동작 특성을 설명하기 위한 도표다. 이 때 도 5는 스미스 차트(smith chart)다. 여기서, 스미스 차트는 임피던스와 반사 계수 간 관계를 나타내는 지표로서, 중심점(1.00)에 근접할수록 성능이 높음을 의미한다.
도 5를 참조하면, 안테나 장치(100)는 다수개의 주파수 대역에서 공진한다. 이 때 안테나 장치(100)는 저주파 대역(P1 내지 P2) 및 고주파 대역(P3 내지 P4)에서 비교적 높은 성능으로 공진한다. 즉 안테나 장치(100)는, 예컨대 746 ㎒ 내지 960 ㎒에 해당하는 저주파 대역(P1 내지 P2) 및 1710 ㎒ 내지 1990 ㎒에 해당하는 고주파 대역(P3 내지 P4) 각각에서 비교적 높은 성능으로 동작한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 동작 효율을 설명하기 위한 도표다.
도 6을 참조하면, 안테나 장치(100)는 다수개의 주파수 대역에서 공진한다. 이 때 안테나 장치(100)는 저주파 대역(P1 내지 P2) 및 고주파 대역(P3 내지 P4)에서 비교적 높은 동작 효율로 공진한다. 즉 안테나 장치(100)는, 예컨대 746 ㎒ 내지 960 ㎒에 해당하는 저주파 대역(P1 내지 P2) 및 1710 ㎒ 내지 1990 ㎒에 해당하는 고주파 대역(P3 내지 P4) 각각에서 대략 50 % 이상의 동작 효율로 공진한다.
아울러, 본 실시예에서 안테나 장치(100)의 튜닝을 통해, 동작 특성의 미세 조정이 가능하다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 튜 닝에 따른 동작 특성의 변화를 설명하기 위한 도표들이다. 이 때 도 7a 및 도 7b는 주파수 대역에 따른 S 파라미터의 변화를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(100)에서, 급전 선로(131) 및 방사 선로(133) 간 중첩 영역(134)을 조절함에 따라, 저주파 대역(P1 내지 P2)을 조정할 수 있다. 이 때 안테나 장치(100)에서, 중첩 영역(134)의 면적을 확대 또는 축소하여, 병렬 커패시터(CP)의 특성을 변화시킬 수 있다. 이를 통해, 안테나 장치(100)에서, 저주파 대역(P1 내지 P2)의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있다. 이 때 급전 선로(131) 및 방사 선로(133) 간 중첩 영역(134)을 조절하더라도, 고주파 대역(P3 내지 P4)은 변화없이 유지될 수 있다.
그리고 도 7b를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(100)에서 방사 선로(133)의 사이즈를 조절함에 따라, 고주파 대역(P3 내지 P4)을 조정할 수 있다. 이 때 안테나 장치(100)에서, 방사 선로(133)의 길이 또는 폭을 확대 또는 축소하여, 병렬 인덕터(LP) 또는 직렬 커패시터(CS)의 특성을 변화시킬 수 있다. 이를 통해, 안테나 장치(100)에서, 고주파 대역(P3 내지 P4)의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있다. 이 때 방사 선로(133)의 사이즈를 조절하더라도, 저주파 대역(P1 내지 P2)은 변화없이 유지될 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서 기판 몸체의 표면에 안테나 소자가 형성된 예를 개 시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 기판 몸체의 내부에 안테나 소자의 적어도 일부가 삽입되더라도, 본 발명의 구현이 가능하다. 예를 들면, 기판 몸체는 다수개의 유전 플레이트들로 이루어지는 바, 안테나 소자의 적어도 일부가 유전 플레이트들 사이에 삽입될 수 있다. 그리고 전술한 실시예에서 방사 선로가 일체형(一體形)으로 이루어진 예를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 방사 선로가 다수개의 부분 선로들로 이루어지더라도, 본 발명의 구현이 가능하다. 예를 들면, 부분 선로들이 상호 이격되더라도, 부분 선로들이 전기적으로 연결됨으로써, 방사 선로로 동작할 수 있다. 도 8 및 도 9는 그러한 예로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 평면도이다. 그리고 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 분해도이다. 이 때 본 실시예에서 안테나 장치가 인쇄회로기판으로 구현된 경우를 가정하여 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예의 다중 대역 안테나 장치(200)는 기판 몸체(210), 안테나 소자(230) 및 접지 플레이트(250)를 포함한다.
기판 몸체(210)는 안테나 장치(200)의 지지를 위해 제공된다. 이러한 기판 몸체(210)는 적어도 네 개의 모서리들로 각각 구성된 양면을 갖는 평판 구조로 이루어진다. 그리고 기판 몸체(210)는 유전체로 이루어진다. 이 때 기판 몸체(210)는 다수개의 유전 플레이트(221, 223, 225 및 227)들, 예컨대 제 1 플레이트(221), 제 2 플레이트(223), 제 3 플레이트(225) 및 제 4 플레이트(227)가 적층되어 구현된 다. 여기서, 제 1 플레이트(221)는 제 2 플레이트(223) 상에 적층되고, 제 2 플레이트(223)는 제 3 플레이트(225) 상에 적층되며, 제 3 플레이트(225)는 제 4 플레이트(227)에 적층된다. 또한 기판 몸체(210)는 전송 선로(도시되지 않음)가 내재되어 있다. 여기서, 전송 선로는 일단부를 통해 안테나 장치(200)의 외부 전원(도시되지 않음)에 연결되어 있다.
이러한 기판 몸체(210)에서, 각각의 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)의 상부면은 상부 소자 영역(211)과 상부 그라운드 영역(213)으로 구분된다. 여기서, 상부 소자 영역(211)은 상부면 모서리들 중 어느 두 개를 포함하도록 배치될 수 있다. 그리고 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)의 상부 소자 영역(211)은 기판 몸체(210)의 상부면에 수직하게 대응하는 영역에 배치된다. 또한 각각의 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)의 하부면은 하부 소자 영역(215)과 하부 그라운드 영역(217)으로 구분된다. 여기서, 하부 소자 영역(215)은 하부면에서 상부 소자 영역(211)에 대응하는 영역에 배치되며, 하부 그라운드 영역(217)은 하부면에서 상부 그라운드 영역(213)에 대응하는 영역에 배치될 수 있다.
안테나 소자(230)는 안테나 장치(200)에서 미리 정해진 주파수 대역의 신호 송수신을 위해 제공된다. 즉 안테나 소자(230)는 일정 주파수 대역에서 공진하여, 신호를 통과시킬 수 있다. 이 때 안테나 소자(230)는 미리 정해진 기준 임피던스에서 공진한다. 그리고 안테나 소자(230)는 기판 몸체(210)의 표면에 형성되거나, 내부에 삽입될 수 있다. 이 때 안테나 소자(130)는 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)들 중 적어도 어느 하나의 표면에서 금속 물질의 패터닝을 통해 형성된다. 이 러한 안테나 소자(230)는 급전 선로(231), 방사 선로(233), 접지 선로(235) 및 브랜치 선로(237)를 포함한다.
급전 선로(231)는 안테나 소자(230)에서 급전을 위해 제공된다. 이러한 급전 선로(231)는 기판 몸체(210)의 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)들 중 어느 하나, 예컨대 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 제 1 플레이트(221)의 상부 소자 영역(211)에 배치된다. 이 때 급전 선로(231)는 전송 선로의 타단부에 연결된다. 그리고 급전 선로(231)는 기판 몸체(210)의 상부면에서 전송 선로로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 급전 선로(231)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 급전 선로(231)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 급전 선로(231)는 일단부를 통해 전송 선로에 연결되며, 타단부를 통해 개방된다. 이에 따라, 외부 전원으로부터 전송 선로를 통해 급전 시, 급전 선로(231)는 일정 거리 이내의 주변 영역에 전자기장을 형성한다.
방사 선로(233)는 안테나 소자(230)에서 방사를 위해 제공된다. 이러한 방사 선로(233)는 다수개의 부분 선로(241, 243 및 245)들, 예컨대 제 1 부분 선로(241), 제 2 부분 선로(243) 및 제 3 부분 선로(245)로 이루어진다. 이 때 부분 선로(241, 243 및 245)들은 각기 상이한 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)에 분산되어 배치된다. 여기서, 부분 선로(241, 243 및 245)들 중 어느 하나는 이웃하는 다른 하나와 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)들 중 적어도 어느 하나를 경계로 이격된다. 그리고 부분 선로(241, 243 및 245)들 중 어느 하나는 이웃하는 다 른 하나와 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)들 중 적어도 어느 하나에 기판 몸체(210)의 상부면에 수직한 일 축을 따라 상호 중첩될 수 있다. 또는 부분 선로(241, 243 및 245)들 중 어느 하나는 이웃하는 다른 하나와 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)들 중 적어도 어느 하나를 관통하여 상호 접촉할 수 있다.
예를 들면, 제 1 부분 선로(241)는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 제 2 플레이트(223)의 상부 소자 영역(211)에 배치된다. 이 때 제 1 부분 선로(241)는 적어도 일부를 통해 제 1 플레이트(221)를 경계로 이격되어, 급전 선로(231)의 타단부에 중첩된다. 그리고 제 1 부분 선로(241)는 급전 선로(231)로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 제 1 부분 선로(241)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 1 부분 선로(241)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 제 1 부분 선로(241)는 일단부를 통해 급전 선로(231)에 중첩되며, 타단부를 통해 개방된다. 이에 따라, 급전 선로(231)에 전자기장 형성 시, 급전 선로(231) 및 제 1 부분 선로(241)는 중첩 영역을 통해 여기 상태로 된다. 즉 급전 선로(231)와 제 1 부분 선로(241) 간 자성 결합이 이루어진다.
그리고 제 2 부분 선로(243)는 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 제 3 플레이트(225)의 상부 소자 영역(211)에 배치된다. 이 때 제 2 부분 선로(243)는 적어도 일부를 통해 제 2 플레이트(223)를 경계로 이격되어, 제 1 부분 선로(241)의 타단부에 중첩된다. 또한 제 2 부분 선로(243)는 제 1 부분 선로(241)로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 제 2 부분 선로(243)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 2 부분 선로(243)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 제 2 부분 선로(243)는 일단부를 통해 제 1 부분 선로(241)에 중첩되며, 타단부를 통해 개방된다. 이에 따라, 제 1 부분 선로(241)에 전자기장 형성 시, 제 1 부분 선로(241) 및 제 2 부분 선로(243)는 중첩 서브 영역(244)을 통해 여기 상태로 된다. 즉 제 1 부분 선로(241) 및 제 2 부분 선로(243) 간 자성 결합이 이루어진다.
또한 제 3 부분 선로(245)는 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 제 4 플레이트(227)의 상부 소자 영역(211)에 배치된다. 이 때 제 3 부분 선로(245)는 일단부에 제 3 플레이트(225)를 관통하여 제 2 부분 선로(243)의 타단부에 접촉하기 위한 방사 비아(246)를 구비한다. 게다가, 제 3 부분 선로(245)는 방사 비아(246)로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 제 3 부분 선로(245)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 3 부분 선로(245)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 제 3 부분 선로(245)는 일단부를 통해 제 2 부분 선로(243)에 접촉하며, 타단부를 통해 개방된다. 이에 따라, 제 1 부분 선로(241) 및 제 2 부분 선로(243) 간 자성 결합 시, 제 2 부분 선로(243)를 통해 제 3 부분 선로(245)에 급전이 이루어진다.
접지 선로(235)는 안테나 소자(230)에서 접지를 위해 제공된다. 이러한 접지 선로(235)는 기판 몸체(210)의 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)들 중 어느 하 나, 예컨대 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 제 1 플레이트(221)의 상부 소자 영역(211)에 배치된다. 이 때 접지 선로(235)는 일단부를 통해 방사 선로(233)에 접촉하여, 방사 선로(233)를 접지 플레이트(250)에 연결한다. 그리고 접지 선로(235)는 기판 몸체(210)의 하부면에서 방사 선로(233)로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 접지 선로(235)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 접지 선로(235)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 접지 선로(235)는 일단부를 통해 방사 선로(133)에 접촉하며, 타단부를 통해 접지 플레이트(250)에 접촉한다.
여기서, 방사 선로(233)와 상이한 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)에 배치되어 있으면, 접지 선로(235)는 일단부에 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217), 예컨대 제 2 플레이트(213)를 관통하여 제 2 부분 선로(243)에 접촉하기 위한 접지 비아(236)를 구비할 수 있다. 또는 도시되지 않았으나, 접지 플레이트(250)와 상이한 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)에 배치되어 있으면, 접지 선로(235)는 타단부에 유전 플레이트(211, 213, 215 및 217)들 중 적어도 어느 하나를 관통하여 접지 플레이트(250)에 접촉하기 위한 접지 비아를 구비할 수도 있다.
브랜치 선로(237)는 안테나 소자(230)에서 성능 미세 조정을 위해 제공된다. 이러한 브랜치 선로(237)는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 급전 선로(231) 또는 방사 선로(233)에서 돌출되도록 형성된다. 그리고 브랜치 선로(237)는 유전 플레이 트(211, 213, 215 및 217)들 중 어느 하나에서 급전 선로(231) 또는 방사 선로(233)로부터 연장되는 막대 형태로 형성될 수 있다. 또는 브랜치 선로(237)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 브랜치 선로(237)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 즉 브랜치 선로(237)는 일단부를 통해 급전 선로(231) 또는 방사 선로(233)에 연결되며, 타단부를 통해 개방된다. 이에 따라, 급전 선로(231) 또는 방사 선로(233)를 통해 급전 시, 브랜치 선로(237)는 방사 선로(233)와 함께 공진한다.
접지 플레이트(250)는 안테나 장치(200)의 접지를 위해 제공된다. 이러한 접지 플레이트(250)는 기판 몸체(200) 표면, 예컨대 제 1 플레이트(221)의 상부 그라운드 영역(213) 또는 제 4 플레이트(227)의 하부 그라운드 영역(217) 중 적어도 어느 하나에 배치된다. 이 때 접지 플레이트(250)는 상부 그라운드 영역(213) 또는 하부 그라운드 영역(217) 중 적어도 어느 하나를 덮도록 형성될 수 있다. 그리고 접지 플레이트(250)는 안테나 소자(230), 예컨대 접지 선로(235)에 접촉한다. 이에 따라, 안테나 소자(230)에 급전 시, 접지 플레이트(250)가 안테나 소자(230)를 접지시킨다.
이러한 본 실시예의 안테나 장치(200)의 동작 특성은 전술한 실시예와 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다. 즉 안테나 장치(200)는 다수개의 주파수 대역에서 공진한다. 이 때 안테나 장치(200)는 LTE 통신 대역, CDMA 및 GSM 통신 대역, EGSM 통신 대역을 포함하는 저주파 대역에서 공진할 수 있다. 뿐만 아니라, 안테나 장치(200)는 DCS 통신 대역, PCS 통신 대역을 포함하는 고주파 대역에서 공진할 수 있다. 여기서, 안테나 장치(200)는 저주파 대역 및 고주파 대역 각각에서 비교적 높은 성능으로 공진할 수 있으며, 비교적 높은 동작 효율을 유지할 수 있다.
아울러, 본 실시예에서 안테나 장치(200)의 튜닝을 통해, 동작 특성의 미세 조정이 가능하다. 도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d 및 도 10e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 튜닝에 따른 동작 특성의 변화를 설명하기 위한 도표들이다. 이 때 도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d 및 도 10e는 주파수 대역에 따른 S 파라미터의 변화를 나타낸다.
도 10a를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(200)에서, 급전 선로(231) 및 방사 선로(233) 간 중첩 영역(234)을 조절함에 따라, 저주파 대역을 조정할 수 있다. 이 때 안테나 장치(200)에서, 중첩 영역(134)의 면적을 확대 또는 축소하여, 병렬 커패시터의 특성을 변화시킬 수 있다. 이를 통해, 안테나 장치(200)에서, 저주파 대역의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있다. 이 때 급전 선로(231) 및 방사 선로(233) 간 중첩 영역(234)을 조절하더라도, 고주파 대역은 변화없이 유지될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(200)에서, 브랜치 선로(237)의 사이즈를 조절함에 따라, 고주파 대역을 조정할 수 있다. 이 때 안테나 장치(200)에서, 브랜치 선로(237)의 길이 또는 폭을 확대 또는 축소하여, 병렬 인덕터 또는 직렬 커패시터의 특성을 변화시킬 수 있다. 이를 통해, 안테나 장치(200)에서, 고주파 대역의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있다. 이 때 브랜치 선로(237)의 사이즈를 조절하더라도, 저주파 대역은 변화없이 유지될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(200)에서 방사 선로(233)의 사이즈를 조절함에 따라, 고주파 대역을 조정할 수 있다. 이 때 안테나 장치(200)에서, 방사 선로(233)의 길이 또는 폭을 확대 또는 축소하여, 병렬 인덕터 또는 직렬 커패시터의 특성을 변화시킬 수 있다. 이를 통해, 안테나 장치(200)에서, 고주파 대역의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있다. 이 때 방사 선로(233)의 사이즈를 조절하더라도, 저주파 대역은 변화없이 유지될 수 있다.
도 10d를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(200)에서, 급전 선로(231) 및 방사 선로(233) 간 중첩 영역(234)을 조절함에 따라, 저주파 대역을 조정할 수 있다. 이 때 안테나 장치(200)에서, 중첩 영역(134)의 이격 두께를 확대 또는 축소하여, 병렬 커패시터의 특성을 변화시킬 수 있다. 이를 통해, 안테나 장치(200)에서, 저주파 대역의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있다. 이 때 급전 선로(231) 및 방사 선로(233) 간 중첩 영역(234)을 조절하더라도, 고주파 대역은 변화없이 유지될 수 있다.
도 10e를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(200)에서, 방사 선로(233)의 중첩 서브 영역(244)을 조절함에 따라, 저주파 대역 및 고주파 대역을 조정할 수 있다. 이 때 안테나 장치(200)에서, 중첩 서브 영역(244)의 면적을 확대 또는 축소하여, 병렬 커패시터, 병렬 인덕터 또는 직렬 커패시터의 특성을 변화시킬 수 있 다. 이를 통해, 안테나 장치(200)에서 저주파 대역의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있으며, 고주파 대역의 대역폭을 확대 또는 축소시키거나, 공진 성능을 향상 또는 저하시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나 장치에서 급전 선로와 방사 선로를 상호 이격되어 중첩된 구조로 구현함으로써, 안테나 장치에서 이용 가능한 주파수 대역을 보다 확장시킬 수 있다. 즉 안테나 장치에서 다수개의 주파수 대역, 다시 말해 고주파 대역 뿐만 아니라 저주파 대역을 이용할 수 있다. 이 때 안테나 장치에서 LTE 통신 대역, CDMA 및 GSM 통신 대역, EGSM 통신 대역, DCS 통신 대역, PCS 통신 대역을 이용 가능한 바, 적어도 다섯 개의 주파수 대역을 이용할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 평면 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 배면 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 등가 회로를 도시하는 회로도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 동작 특성을 설명하기 위한 도표,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 동작 특성을 설명하기 위한 도표,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 동작 효율을 설명하기 위한 도표,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 튜닝에 따른 동작 특성의 변화를 설명하기 위한 도표들,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 평면도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 분해도, 그리고
도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d 및 도 10e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치의 튜닝에 따른 동작 특성의 변화를 설명하기 위한 도표들이다.

Claims (8)

  1. 다중 주파수 대역의 이용이 가능한 안테나 장치에 있어서,
    일정 두께를 갖는 평판 구조로 이루어지며, 적어도 하나의 유전 플레이트가 적층되어 있는 기판 몸체와,
    상기 기판 몸체에 배치되어 있고, 외부 전원에 연결되어 있으며, 상기 외부 전원에서 급전 시, 전자기장을 형성하는 급전 선로와,
    상기 기판 몸체에서 상기 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 경계로 상기 급전 선로에 이격되어 배치되어 있고, 적어도 일부를 통해 일 축을 따라 상기 급전 선로에 중첩되어 있으며, 상기 전자기장 형성 시, 일정 주파수 대역에서 공진하는 방사 선로와,
    상기 기판 몸체의 양면 중 적어도 어느 하나에 배치되며, 상기 방사 선로와 접촉하여 상기 방사 선로를 접지시키는 접지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방사 선로는,
    상기 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 경계로 분산되어 배치되는 다수개의 부분 선로들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 부분 선로는,
    상기 부분 선로들 중 이웃하는 다른 하나와 상기 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 경계로 상기 일 축을 따라 상호 중첩되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 부분 선로는,
    상기 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 관통하여 상기 부분 선로들 중 이웃하는 다른 하나와 접촉하기 위한 방사 비아를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 선로와 접지 플레이트를 연결하는 접지 선로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 접지 선로는,
    상기 유전 플레이트 중 상기 방사 선로와 상이한 어느 하나에 배치되며, 상기 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 관통하여 상기 방사 선로에 접촉하기 위한 연결 비아를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 접지 선로는,
    상기 유전 플레이트 중 상기 접지 플레이트와 상이한 어느 하나에 배치되며, 상기 유전 플레이트 중 적어도 어느 하나를 관통하여 상기 접지 플레이트에 접촉하기 위한 접지 비아를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 급전 선로 또는 방사 선로에서 돌출되어, 상기 방사 선로와 함께 공진하는 브랜치 선로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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