KR20100134268A - 고강도 세라믹 유전체를 구비한 부러짐 방지 안테나 - Google Patents

고강도 세라믹 유전체를 구비한 부러짐 방지 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고강도 세라믹 유전체를 구비한 부러짐 방지 안테나에 관한 것으로서, 헬리컬 소자를 포함하는 안테나에 있어서, 휩(whip) 안테나부 및 상기 휩 안테나부와 전기적으로 연결된 헬리컬(helical) 안테나부를 포함하되, 상기 헬리컬 안테나부는, 코일이 감겨진 유전체가 지르코니아(ZrO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중 어느 하나 이상을 포함하는 고강도 세라믹 복합체로 형성된 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나이며, 이와 같은 본 발명에 의하면, 외부 충격에 의해 파손되기 쉬운 헬리컬 안테나의 유전체를 고강도 세라믹으로 형성시켜 외부 충격에 강인한 부러짐 방지 안테나를 제공할 수 있다.
안테나, 헬리컬, 세라믹, 지르코니아, 알루미나.

Description

고강도 세라믹 유전체를 구비한 부러짐 방지 안테나 {Antenna having ceramic dielectric with high strength for preveting frecture}
본 발명은 고강도 세라믹 유전체를 구비한 부러짐 방지 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헬리컬 안테나부의 코일이 감겨진 유전체를 지르코니아-알루마나 복합체의 고강도 세라믹으로 형성함으로써 부러짐을 방지하는 안테나에 대한 것이다.
이동통신 단말기 또는 방송수신 단말기 등은 기술발전에 따라 점차 슬림화 및 소형화되어 가고 있는데, 크기는 점점 작아지면서도 그 기능은 더욱 다양해지고 있는 실정이며, 특히 무선 통신이나 방송수신과 관련하여 단말기의 소형화에 따라 안테나 구조에 대한 기술도 크게 발전하고 있는 상황이다.
최근에는 대다수의 이동통신단말기가 방송수신 기능을 제공하고 있는데, 방송수신용 안테나로서 안테나 길이를 줄이면서 동시에 전파특성 규격을 맞추기 위하여 전기적 길이를 연장시킬 수 있는 헬리컬 구조체를 이용한 안테나가 다양하게 개 발되고 있는 실정이다.
도 1은 종래기술로서 한국특허등록번호 10-0838128에서 제시한 휴대용 전자기기의 안테나를 도시한다.
종래기술에서의 안테나(10)는 휩 안테나(11)를 포함하는 제1 방사소자, 제1 방사소자에 항시 직접적으로 접속되고, 헬리컬 안테나(25)를 포함하는 제2 방사소자 및 헬리컬 안테나(25)가 감겨지고 휩 안테나(11)의 관통을 차단하는 유전체(22)로 구성이 된다.
이와 같은 종래기술에서는 휩 안테나(11)와 헬리컬 안테나(25)가 항시 직접적으로 접속되고 있으므로, 휩 안테나(11)와 헬리컬 안테나(25)를 일체형으로 제작하거나 또는 휩 안테나(11)의 끝단과 헬리컬 안테나(25)의 끝단이 납땜 등의 방식으로 연결시키는 제작공정상의 불편함을 가지고 있다.
또한 종래기술에서는 유전체(22)가 휩 안테나(11)의 관통을 차단시키는 기능만을 제시하고 있는데, 일반적으로 유전체(22)가 합성 수지나 플라스틱 등의 사출물 보빈으로 형성되어 헬리컬 안테나(25)가 감겨진 유전체(22)를 포함하는 헬리컬 안테나부(20)에 외부로부터 충격이 가해지면 헬리컬 안테나부(20)의 중단이 쉽게 파손되는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 휩 안테나와 헬리컬 안테나로 구성되는 안테나에서 헬리컬 안테나가 감겨지는 유전체가 외부의 충격 등에 의해 쉽게 파손되는 문제점을 해결하고자 한다.
또한 헬리컬 안테나와 휩 안테나를 직접적으로 연결시키기 위하여 헬리컬 안테나와 휩 안테나를 일체형으로 제작하거나 헬리컬 안테나와 휩 안테나의 끝단을 직접 접속시키기 위한 제조공정 상의 불편함을 해결하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, 헬리컬 소자를 포함하는 안테나에 있어서, 휩(whip) 안테나부 및 상기 휩 안테나부와 전기적으로 연결된 헬리컬(helical) 안테나부를 포함하되, 상기 헬리컬 안테나부는, 코일이 감겨진 유전체가 지르코니아(ZrO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중 어느 하나 이상을 포함하는 고강도 세라믹 복합체로 형성된 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나이다.
바람직하게는 상기 세라믹 복합체는, 지르코니아 및 알루미나로 구성된 지르코니아-알루미나 복합체가 될 수 있다.
여기서 상기 지르코니아-알루미나 복합체는, 지르코니아가 50 내지 95 중량% 으로 형성될 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 지르코니아-알루미나 복합체는, 지르코니아가 75 내지 85 중량%인 알루미나 강화 지르코니아(ATZ)로 형성될 수 있다.
나아가서 상기 헬리컬 안테나부는 상기 휩 안테나부의 상단부, 하단부 또는 중단부 중 어느 하나에 위치될 수 있다.
여기서 상기 헬리컬 안테나부는, 상기 유전체에 감겨진 코일의 양 끝단이 각각 전도성 소재로 형성된 상부 슬리브와 하부 슬리브에 연결되며, 상기 상부 슬리브 또는 하부 슬리브 중 어느 하나 이상이 상기 휩 안테나와 연결될 수 있다.
바람직하게는 상기 헬리컬 안테나부는, 상기 유전체에 감겨진 코일의 외부가 절연체 물질로 코딩될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 헬리컬 안테나의 코일이 감겨지는 유전체를 고강도의 세라믹인 지르코니아-알루미나 복합체로 구성시킴으로써 헬리컬 안테나가 외부 충격에도 강인한 헬리컬 안테나를 제공할 수 있다.
나아가서 휩 안테나와 헬리컬 안테나를 용이하게 전기적으로 연결시킬 수 있는 구조를 제공한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
본 발명은 외부 충격에도 강인한 부러짐 방지 안테나로서, 헬리컬 안테나부의 코일이 감겨진 유전체가 굴곡 강도가 낮음으로 인하여 쉽게 파손되는 문제점을 해결하고자 유전체로서 고강도 세라믹을 적용한다.
본 발명에서는 헬리컬 코일이 감겨진 유전체가 지르코니아(ZrO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중 어느 하나 이상을 포함하는 고강도 세라믹 복합체로 형성된다.
지르코니아는 높은 용융온도를 갖는 내열성 재료로서 낮은 열전도도, 다른 세라믹에 비하여 내마모성이 우수하며, 낮은 열 팽창성, 고강도와 고인성 및 고경도의 내마찰성, 자성을 띄지 않는 등 우수한 재료적 특성 때문에 19세기 초부터 내열 재료로 사용되어 왔지만, 세라믹 재료가 갖고 있는 취성 때문에 그 활용 범위가 제한되어 왔다.
하지만 1980년대를 전후로 상변태에 의하여 강도가 증진되며 세라믹스의 단점인 취성을 개선할 수 있음이 밝혀진 후, 고강도 및 고인성의 지르코니아 세라막스 제조의 대한 연구가 활발하게 진행되어 현재는 광범위한 세라믹스, 산소 센서, 도료, 안료, 의약품 및 식료품 재료 분쇄 및 분산용 밀링 미디어 등 다양한 분야에 활용되고 있다.
이와 같은 지르코니아의 기계적 특성은 하기 [표 1]과 같다.
Item 지르코니아(ZrO₂)
Appearance Dense
Bulk Density kg/㎥ 56x103 6.0x103 6.0x103 5.6x103
Water Absorption % 0 0 0 0
Vickers Hardness Load 500g (GPa) 10.7 13.2 12.7 10.8
Flexural Strength MPa 750 1000 1470 710
Compressive Strength MPa - 5690 - -
Young's Modulus of Elasticity GPa 200 200 220 210
Poisson's Ratio - 0.31 0.31 0.31 -
Fracture Toughness MPa 7~8 4~5 4~5 3~4
상기 [표 1]에서 보는 바와 같이 지르코니아의 굴곡 강도가 1000Mpa이상에 이르는 것을 알 수 있다.
또한 알루미나는 내화성이 크고, 어느 온도에서나 화학작용에 대한 저항성이 강하며, 기계적 강도가 크고, 마모에 대한 저항성이 강할 뿐만아니라 경도가 높고 열충격에 대한 저항성도 우수한 특징을 가지고 있어서, 광학재료나 인공치근, 인공관절 등 생체, 생화학재료로 이용되고 있다.
본 발명에서는 이와 같은 지르코니아나 알루미나, 보다 바람직하게는 지르코니아와 알루미나의 복합체를 헬리컬 안테나부의 유전체로서 적용하여 헬리컬 안테나부가 외부 충격에 쉽게 파손되는 문제점을 해결한다.
이와 같은 지르코니아의 기계적 특성은 하기 [표 2]과 같다.
Item 알루미나(Al2O₃)
Appearance Dense
Alumina content(%) 99 99.5 99.5 99.7
Bulk Density kg/㎥ 3.8x103 3.9x103 3.9x103 3.9x103
Water Absorption % 0 0 0 0
Vickers Hardness Load 500g (GPa) 15.2 16.0 15.7 17.2
Flexural Strength MPa 310 360 370 380
Compressive Strength MPa 2160 2350 - -
Young's Modulus of Elasticity GPa 360 370 370 380
Poisson's Ratio - 0.23 0.23 0.23 0.23
Fracture Toughness MPa 3~4 4 - -
상기 [표 2]에서 보는 바와 같이 알루미나의 굴곡 강도가 거의 300MPa의 후반대에 이르는 것을 알 수 있다.
헬리컬 안테나의 경우에 크기를 더욱 소형화시키기 위하여 안테나의 단면은 더욱 작아지고 있는데, 이와 같은 경우에 안테나에 가해지는 외력에 대한 안테나의 강인성은 굴곡 강도에 달려있다.
본 발명에서는 굴곡 강도가 보다 높은 고강도 세라믹을 헬리컬 안테나부의 유전체에 적용시키기 위하여 지르코니아-알루미나 복합체에 대한 강도 테스트를 수행한 결과 하기 [표 3]의 결과를 얻었다.
종류 함유율(%) 굴곡 강도(MPa)
지르코니아 알루미나
ZTA
(지르코니아 강화 알루미나)
10 90 450
20 80 600
30 70 850
ATZ
(알루미나 강화 지르코니아)
70 30 1950
80 20 2000
90 10 1800
상기 [표 3]에서 보는 바와 같이 단순 알루미나보다는 알루미나에 지르코니아가 첨가될 수도록 굴곡 강도가 더욱 높아짐을 알 수 있고, 알루미나에 지르코니아를 첨가하는 지르코니아 강화 알루미나(ZTA)의 경우에 알루미나에 지르코니아를 더욱 첨가할 수록 굴곡 강도가 높아짐을 알 수 있다.
또한 지르코니아에 알루미나를 첨가하는 알루미나 강화 지르코니아(ATZ)의 경우에 지르코니아가 80%이고 알루미나가 20%일때에 최고의 굴곡 강도가 나타났음을 알 수 있다.
따라서 본 발명에서는 헬리컬 안테나부의 유전체로 적용하는 고강도 세라믹을 지르코니아-알루미나 복합체로 형성시키는데, 지르코니아의 함유율이 알루미나 보다 높게 되도록 지르코니아가 50~95 중량%인 고강도 세라믹을 적용한다.
보다 바람직하게는 지르코니아의 함유율이 80%에서 가장 높은 굴곡 강도가 나타나므로, 지르코니아-알루미나 복합체를 지르코니아가 75~85 중량%인 알루미나 강화 지르코니아(ATZ)로 형성시킨다.
그럼 이하에서는 본 발명에 따른 지르코니아-알루미나 복합체의 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나의 구성을 실시예를 통해 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 휩 안테나부와 헬리컬 안테나부로 구성되는 안테나의 실시예에 대한 사시도를 나타낸다.
도 2의 실시예의 안테나(100)에서는 휩 안테나부(110)가 복수개의 도전체 원통이 다단의 텔레스코프 타입으로 형성되어 길이조절이 가능한 로드 안테나 형태로 구성되고, 휩 안테나부(110)의 하단에 헬리컬 안테나부(200)가 연결되어 있다.
도 3은 도 2의 실시예에 대한 단면도를 도시한다.
헬리컬 안테나부(200)는 안테나의 물리적 길이를 줄이면서 동시에 전파특성 규격을 맞추기 위하여 전기적 길이를 연장시킬 수 있는 헬리컬 구조체로서 유전체(220)에 코일(250)이 감겨져 형성되어 있다.
여기서 유전체(220)로는 앞서 자세히 살펴보았던 지르코니아-알루미나 복합체인 고강도 세라믹이 적용된다.
다단의 텔레스코프 타입으로 형성된 휩 안테나부(110)와 헬리컬 안테나부(200)는 전기적으로 연결되는데, 보다 용이하게 헬리컬 안테나부(200)의 코일(250)과 휩 안테나부(110)를 연결시키기 위하여 코일(250)의 상단부에 전도성 소재로 형성된 상부 슬리브(270)가 연결되어 코일(250)과 상부 슬리브(270)가 전기적으로 연결되며, 또한 상부 슬리브(270)는 휩 안테나부(110)와 연결되어 헬리컬 안테나부(200)의 코일(250)과 휩 안테나부(110)가 전기적으로 연결되게 된다.
나아가서 코일(250)의 하단부에 전도성 소재로 형성된 하부 슬리부(280)가 연결되어 통신기기의 본체 피딩부와 연결되게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 헬리컬 안테나부의 실시예에 대한 단면도를 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이 헬리컬 안테나부(200)는 상부 슬리부(270)와 하부 슬리부(280)를 포함하여, 상부 슬리부(270)와 하부 슬리부(280)를 통해 헬리컬 안테나부(200)의 코일(250)을 전기적으로 연결시킨다. 여기서 상부 슬리부(270)와 하부 슬리브(280)는 유전체(220)의 각 끝단이 각각 삽입되어 고정되게 되며, 유전체(220)에 감겨진 코일(250)을 보호하기 위하여 유전체(220)에 감겨진 코일의 외부가 절연체 물질로 코딩된다.
이와 같은 본 발명에 의하면 헬리컬 안테나의 코일이 감겨지는 유전체를 고강도의 세라믹인 지르코니아-알루미나 복합체로 구성시킴으로써 헬리컬 안테나가 외부 충격에도 강인한 헬리컬 안테나를 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 휩과 헬리컬 안테나로 구성된 안테나를 나타내며,
도 2는 본 발명에 따른 휩 안테나부와 헬리컬 안테나부로 구성되는 안테나의 실예에 대한 사시도를 나타내고,
도 3은 도 2의 실시예에 대한 단면도를 나타내고,
도 4는 본 발명에 따른 고강도 세라믹 유전체가 구비된 헬리컬 안테나부의 단면도를 나타낸다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
100 : 안테나, 110 : 휩 안테나부,
120 : 안테나 지지부, 200 : 헬리컬 안테나부,
220 : 고강도 세라믹, 250 : 코일,
270 : 상부 슬리부, 280 : 하부 슬리브.

Claims (7)

  1. 헬리컬 소자를 포함하는 안테나에 있어서,
    휩(whip) 안테나부 및 상기 휩 안테나부와 전기적으로 연결된 헬리컬(helical) 안테나부를 포함하되,
    상기 헬리컬 안테나부는, 코일이 감겨진 유전체가 지르코니아(ZrO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중 어느 하나 이상을 포함하는 고강도 세라믹 복합체로 형성된 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 복합체는, 지르코니아 및 알루미나로 구성된 지르코니아-알루미나 복합체인 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지르코니아-알루미나 복합체는, 지르코니아가 50 내지 95 중량%인 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 지르코니아-알루미나 복합체는, 지르코니아가 75 내지 85 중량%인 알루 미나 강화 지르코니아(ATZ)인 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헬리컬 안테나부는 상기 휩 안테나부의 상단부, 하단부 또는 중단부 중 어느 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헬리컬 안테나부는, 상기 유전체에 감겨진 코일의 양 끝단이 각각 전도성 소재로 형성된 상부 슬리브와 하부 슬리브에 연결되며,
    상기 상부 슬리브 또는 하부 슬리브 중 어느 하나 이상이 상기 휩 안테나와 연결된 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헬리컬 안테나부는, 상기 유전체에 감겨진 코일의 외부가 절연체 물질로 코딩된 것을 특징으로 하는 고강도 세라믹 유전체를 구비한 안테나.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101236947B1 (ko) * 2011-01-05 2013-02-25 주식회사 와이에스테크 안테나 및 그 제조방법
KR101347208B1 (ko) * 2012-06-25 2014-01-03 주식회사 와이에스테크 단말기용 디엠비 안테나

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