KR20110057109A - 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나 - Google Patents

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Abstract

광대역에 대한 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 기판; 상기 기판과 소정 거리 이격되며 RF 신호를 급전받고 제1 방향으로 소정의 길이를 갖는 급전 부재 및 상기 기판과 소정거리 이격되고, 상기 급전 부재와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 소정 거리 이격되며 제1 방향으로 소정의 길이를 갖는 접지 부재를 포함하는 임피던스 매칭/급전부; 및 상기 접지 부재로부터 연장되어 형성되는 방사체를 포함하되, 상기 임피던스 매칭/급전부는 상기 급전 부재 및 접지 부재 사이의 커플링에 의해 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 방사체는 상기 급전 부재로부터 커플링 급전을 받는다, 개시된 안테나에 의하면, 평면 역-F 안테나의 협대역 문제를 극복할 수 있으며, 커플링 매칭 및 커플링 급전을 이용하는 광대역 내장형 안테나에서 보다 효율적인 공간 활용이 가능한 장점이 있다.

Description

광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나{Internal Antenna Providing Impedance Matching for Wide Band}
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광대역에 대한 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나에 관한 것이다.
최근 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되면서도, 서로 다른 주파수 대역의 이동통신 서비스를 하나의 단말기를 이용하여 제공받을 수 있는 기능이 요구되고 있다. 예를 들어, 한국에서 상용화된 824~894 MHz 대역의 CDMA 서비스와, 1750~1870 MHz 대역의 PCS 서비스, 일본에서 상용화된 832~925 MHz 대역의 CDMA 서비스, 미국에서 상용화된 1850~1990 MHz 대역의 PCS 서비스, 유럽, 중국 등에 상용화된 880~960 MHz 대역의 GSM 서비스 및 유럽 일부 지역에서 상용화된 1710~1880 MHz 대역의 DCS 서비스 등의 다양한 주파수 대역을 이용한 이동통신 서비스 가운데 필요에 따라 다중 대역의 신호를 동시에 이용할 수 있는 단말기가 요구되고 있으며 이러한 다중 대역의 수용을 위해 광대역 특성을 가지는 안테나가 요구되고 있다.
이외에도 블루투스, 지그비, 무선랜, GPS 등과 같은 서비스를 이용할 수 있는 복합 단말기가 요구되고 있는 실정이다. 이와 같은 다중 대역의 서비스를 이용하기 위한 단말기에는 원하는 둘 이상의 대역에서 동작할 수 있는 다중 대역 안테나가 사용되어야 한다. 일반적으로 사용되는 이동통신 단말기의 안테나로는 헬리컬 안테나(helical antenna)와 평면 역-F 안테나(Planar Inverted F Antenna: PIFA)가 주로 사용된다.
여기서, 헬리컬 안테나는 단말기 상단에 고정된 외장형 안테나로서 모노폴 안테나와 함께 사용된다. 헬리컬 안테나와 모노폴 안테나가 병용되는 형태는 안테나를 단말기 본체로부터 인출(extended)하면 모노폴 안테나로 동작하고, 삽입(Retracted)하면 /4 헬리컬 안테나로 동작한다. 이러한 안테나는 높은 이득을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 무지향성으로 인해 전자파 인체 유해기준인 SAR 특성이 좋지 않다. 또한, 헬리컬 안테나는 단말기의 외부에 돌출된 모양으로 구성되므로, 단말기의 미적외관 및 휴대기능에 적합한 외관 설계가 어려운데, 이에 대한 내장형의 구조는 아직 연구된 바 없다.
그리고, 역-F 안테나는 이러한 단점을 극복하기 위하여, 낮은 프로파일 구조를 갖도록 설계된 안테나이다. 역-F 안테나는 상기 방사부에 유기된 전류에 의해 발생되는 전체 빔 중 접지면측으로 향하는 빔이 재유기되어 인체에 향하는 빔을 감쇠시켜 SAR 특성을 개선하는 동시에 방사부 방향으로 유기되는 빔을 강화시키는 지향성을 가지며, 직사각형인 평판형 방사부의길이가 절반으로 감소된 직사각형의 마이크로 스트립 안테나로서 작동하게 되어 낮은 프로파일 구조를 실현할 수 있다.
이러한 역-F 안테나는 인체방향으로 빔의 세기를 감쇠시키며 인체 바깥 방햐으로 빔의 세기를 강하게 해주는 지향성을 갖는 방사 특성을 가지므로 헬리컬 안테나와 비교하였을 때 전자파 흡수율이 우수한 특성을 얻을 수 있다. 그러나, 역F 안테나는 주파수 대역폭이 협소한 문제점이 있다.
역-F 안테나가 주파수 대역폭이 협소해지는 것은 방사체와의 매칭 시 특정 포인트에서 매칭이 이루어지는 포인트 매칭에 기인한다.
이와 같은 포인트 매칭에 의한 협대역을 극복하기 위해 본 발명자에 의해 한국출원 제호가 제안되었으며, 이 출원은 비교적 긴 구간에서의 커플링 매칭 및 커플링 급전을 통해 기존 역-F 안테나의 좁은 대역폭을 극복할 수 있는 구조를 제안한다.
그러나, 이와 같은 커플링 매칭 및 커플링 급전을 위한 별도의 임피던스 매칭부가 비교적 큰 공간을 차지하면서 안테나의 사이즈가 커지는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 평면 역-F 안테나의 협대역 문제를 극복하기 위한 광대역 내장형 안테나를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 커플링 매칭 및 커플링 급전을 이용하는 광대역 내자여 안테나에서 보다 효율적인 공간 활용이 가능한 광대역 내장형 안테나를 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판과 소정 거리 이격되며 RF 신호를 급전받고 제1 방향으로 소정의 길이를 갖는 급전 부재 및 상기 기판과 소정거리 이격되고, 상기 급전 부재와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 소정 거리 이격되며 제1 방향으로 소정의 길이를 갖는 접지 부재를 포함하는 임피던스 매칭/급전부; 및 상기 접지 부재로부터 연장되어 형성되는 방사체를 포함하되, 상기 임피던스 매칭/급전부는 상기 급전 부재 및 접지 부재 사이의 커플링에 의해 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 방사체는 상기 급전 부재로부터 커플링 급전을 받는 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나가 제공된다.
상기 안테나는 상기 기판으로부터 수직으로 형성되며 급전점 및 상기 급전 부재와 전기적으로 연결되는 급전핀을 더 포함할 수 있다.
상기 안테나는 상기 기판으로부터 수직으로 형성되며 접지 및 상기 접지 부재와 전기적으로 연결되는 접지핀을 더 포함할 수 있다.
상기 접지 부재 및 급전 부재의 제1 방향으로의 길이는 약 파장의 0.1인 것이 바람직하다.
상기 안테나는 상기 급전 부재, 접지 부재 및 방사체가 결합되어 고정되는 캐리어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나.
상기 캐리어는 평면 상부 및 복수의 측벽부를 포함하며, 상기 복수의 측벽부는 상기 기판상에 결합된다.
상기 급전 부재는 상기 복수의 측벽부 중 하나의 측벽부의 제1 면에 결합되며, 상기 접지 부재는 상기 제1 면에 대향하는 제2 면에 결합되어 소정 거리 이격된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판; 상기 기판상에 결합되는 캐리어; 상기 캐리어의 측벽들 중 어느 하나의 측벽의 제1 면에 결합되며 접지와 전기적으로 연결되는 접지 부재 및 상기 제 1면과 대향하는 제2 면에 결합되며 RF 신호를 급전받는 급전 부재를 포함하는 임피던스 매칭/급전부; 및 상기 접지 부재로부터 연장되어 상기 캐리어에 결합되는 방사체를 포함하는 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나가 제공된다.
본 발명에 의하면, 본 발명에 의하면, 평면 역-F 안테나의 협대역 문제를 극복할 수 있으며, 커플링 매칭 및 커플링 급전을 이용하는 광대역 내장형 안테나에서 보다 효율적인 공간 활용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 사시도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나를 다른 방향에서 바라본 사시도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 평면도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 부재 및 접지 부재의 형태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 결합되는 안테나 캐리어의 일례를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 안테나 캐리어에 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 결합된 사시도를 도시한 도면.
도 7은 도 6과는 다른 방향에서 도 5에 도시된 안테나 캐리어에 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 결합된 사시도를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 캐리어의 제1 측벽부의 정면도를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 캐리어의 제1 측벽부의 배면도를 도시한 도면.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나는 캐리어를 이용하여 구현될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 캐리어를 생략한 구조의 안테나를 도 1 내지 도 3을 참조하여 먼저 설명하고 캐리어에 구현된 구조를 후에 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 사시도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나를 다른 방향에서 바라본 사시도를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 평면도를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나는 기판(100), 급전점(102), 임피던스 매칭/급전부(104), 접지핀(106), 방사체(108) 및 급전핀(110)을 포함할 수 있다. 또한, 임피던스 매칭/급전부(104)는 급전 부재(200) 및 접지 부재(300)를 포함한다.
급전점(102)으로는 RF 신호가 인가되며, 급전핀(110)은 급전점(102)과 전기적으로 연결되어 기판에 수직으로 형성된다. 접지핀(106)은 단말기의 접지와 전기적으로 연결되며 기판과 수직으로 형성되는 구조이다.
임피던스 매칭/급전부(104)는 급전핀(110)과 전기적으로 연결되며 소정의 길이를 가지고 기판(100)과 수직으로 형성되는 급전 부재(200) 및 접지핀(106)과 전기적으로 연결되며 소정 길이를 가지고 기판(100)과 수직으로 형성되는 접지 부재(300)을 포함한다.
도 1 내지 도 3에서, 급전 부재(200) 및 접지 부재(300)는 라인 형태를 가지고 있으나, 급전 부재 및 접지 부재의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태를 가질 수 있고, 급전 부재 및 접지 부재의 또 다른 형태는 별도의 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 임피던스 매칭/급전부를 구성하는 급전 부재(200) 및 접지 부재(300)는 소정 거리 이격되어 배치된다.
종래의 평면 역-F 안테나는 급전핀과 접지핀에 수직으로 방사체가 결합되나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나는 접지핀으로부터 연장되는 접지 부재(300) 및 급전핀으로부터 연장되는 급전 부재(200)를 추가적으로 포함하며, 급전 부재 및 접지 부재(300)는 광대역에 대한 임피던스 매칭 및 커플링 급전을 수행하게 된다.
급전핀으로부터 급전 부재(200)에 제공되는 RF 신호는 소정 거리 이격된 접지 패치(300)로 커플링되며, 소정의 길이를 가지는 영역에서 이루어지는 이와 같은 커플링은 기존의 평면 역-F 안테나에 비해 보다 광대역에 대한 임피던스 매칭이 가능하도록 한다.
광대역에 대한 임피던스 매칭을 위해 급전 부재(200) 및 접지 부재(300)의 길이는 약 0.1 파장으로 설정될 수 있으나, 이는 주파수 대역 및 사용 주파수에 따라 적절히 변경될 수 있다.
또한, 커플링에 의해 RF 신호는 급전 부재(200)로부터 접지 부재(300)로 전달되는 커플링 급전이 임피던스 매칭/급전부에서 이루어진다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 급전 부재(200)가 접지 부재(300)에 비해 보다 높은 위치에서 형성되는 경우가 도시되어 있으나, 급전 부재(200)와 접지 부재(300)는 동일 높이에서 서로 마주보도록 형성될 수도 있으며, 접지 부재(300)의 높이가 급전 부재(200)에 비해 높게 형성될 수도 있다.
즉, 급전 부재(200) 및 접지 부재(300)는 요구되는 커플링량에 따라 그 높이가 적절하게 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급전 부재 및 접지 부재의 형태를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 급전 부재 및 접지 부재는 도 1 내지 도 3에 도시된 라인 형태와는 다른 라인에 상하로 다수의 돌출부(400)가 형성된 접지 부재 또는 급전 부재가 사용될 수 있다.
이와 같이 다수의 돌출부(400)를 라인 형태에 추가적으로 형성함으로써 커플링에 필요한 보다 큰 캐패시턴스를 확보할 수 있으며, 이를 통해 보다 광대역에 대한 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 또한, 보다 광대역에 대한 임피던스 매칭을 위해 캐패시턴스값이 다변화될 필요가 있으며, 도 4와 같이 라인 형태에 상하로 돌출부가 형성된 구조는 커플링을 위한 캐패시턴스의 다변화를 도모할 수 있다.
물론, 도 4에 도시된 형태 이외에도 소정의 길이를 가진 영역에서 커플링을 유도할 수 있는 구조라면 급전 부재 및 접지 부재가 보다 다양한 형태로 구현될 수 있다는 점을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
방사체(108)는 접지 부재(300)로부터 연장된다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 방사체(108)는 접지 부재(130)로부터 수직으로 연장된 후 절곡되어 기판과 평행하게 형성되는 구조가 도시되어 있으나, 방사체의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 형성될 수 있을 것이다.
방사체(108)의 길이는 사용 주파수 대역에 따라 설정되며, 방사체의 형태 역시 다양하게 설정될 수 있다. 도 2 및 도 3에는 방사체에서 기판과 평행한 부분이 한번 절곡된 L자형이나 기판과 평행한 부분이 라인 형태 및 미앤더 형태로 구현되는 경우도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
일반적인 평면 역-F 안테나에서 방사체는 직접 급전을 받으므로 급전핀과 전기적으로 연결되나, 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 방사체(108)는 커플링 급전에 의해 급전을 받으며 접지 패치로부터 연장되는 구조이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 결합되는 안테나 캐리어의 일례를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 결합되는 안테나 캐리어는 평면 상부(500)및 다수의 측벽부(502, 504, 506)를 포함할 수 있다.
평면 상부(500)는 안테나의 방사체가 결합되는 부분으로서 소정의 면적을 가지고 있다.
다수의 측벽부(502, 504, 506)는 평면 상부(500)를 지지하며 기판과 결합된다. 다수의 측벽부(502, 504, 506) 중 비교적 길이가 긴 제1 측벽부(502)에는 임피던스 매칭/급전부의 급전 부재(200) 및 접지 부재(300)가 결합되며, 제2 측벽부(504) 및 제3 측벽부(506)는 제1 측벽부(502)와 함께 지지 역할을 수행한다.
도 6은 도 5에 도시된 안테나 캐리어에 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 결합된 사시도를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6과는 다른 방향에서 도 5에 도시된 안테나 캐리어에 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 결합된 사시도를 도시한 도면이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 캐리어의 제1 측벽부의 정면도를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 캐리어의 제1 측벽부의 배면도를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 안테나 캐리어(300)는 기판상에 결합되며, 측벽부(502, 504, 506)는 기판 상부에 결합된다.
도 8을 참조하면, 기판으로부터 수직으로 형성되는 접지핀(106)은 제1 측벽부(502)의 제1 면(502a)을 따라 수직으로 형성되며, 접지 부재(300)는 접지핀(106)으로부터 연장되어 제1 측벽부(502)의 제1 면(502a)에 형성된다.
또한, 방사체(108)는 접지 부재(300)로부터 수직으로 연장된다.
한편, 도 9를 참조하면, 제1 측벽부(502)의 제1 면(502a)에 대향하는 면인 제2 면(502b)에는 기판으로부터 수직으로 형성되는 급전핀(110) 및 급전핀(110)으로부터 연장되는 급전 부재(120)가 결합된다.
즉, 급전 부재(120) 및 접지 부재(130)는 제1 측벽부(502)를 사이에 두고 소정 거리 이격되며, 접지 부재(130)는 제1 측벽부(502)의 제1 면(502a)에 결합되고 급전 부재(120)는 제1 측벽부(502)의 제2 면(502b)에 결합되며, 접지 부재(130) 및 급전 부재(120)의 이격 거리는 제1 측벽부(502)의 두께에 상응한다.
본 발명에서는 급전 부재(120) 및 접지 부재(130)의 커플링을 이용한 광대역 임피던스 매칭 구조를 구현하기 위해 캐리어 측벽부의 양면을 이용한다.
이와 같이, 임피던스 매칭 및 급전을 위한 엘리먼트가 캐리어 측벽부의 양면에 형성되는 구조는 기존의 급전 및 임피던스 매칭을 위한 엘리먼트가 캐리어의 평면 상부에 형성되는 구조에 비해 안테나의 사이즈를 줄일 수 있다.
캐리어의 평면 상부(500)에는 제1 측벽부(502)로부터 연장되는 방사체(108)가 결합된다.

Claims (2)

  1. 기판;
    상기 기판과 소정 거리 이격되며 RF 신호를 급전받고 제1 방향으로 소정의 길이를 갖는 급전 부재 및 상기 기판과 소정거리 이격되고, 상기 급전 부재와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 소정 거리 이격되며 제1 방향으로 소정의 길이를 가지고 일단이 접지와 전기적으로 연결되는 접지 부재를 포함하는 임피던스 매칭/급전부; 및
    상기 접지 부재의 타단으로부터 연장되며 단부가 전기적으로 오픈 상태인 방사체를 포함하되,
    상기 임피던스 매칭/급전부는 상기 급전 부재 및 접지 부재 사이의 커플링에 의해 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 방사체는 상기 급전 부재로부터 커플링 급전을 받는 것을 특징으로 하는 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접지 부재 및 급전 부재의 제1 방향으로의 길이는 약 파장의 0.1인 것을 특징으로 하는 광대역 임피던스 매칭을 지원하는 내장형 안테나.
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