KR20110068246A - 광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로, 접지면; 접지면과 평행하게 일정 간격 이격되어 전파를 송수신하는 방사체; 방사체로 전류를 공급하는 급전부; 방사체와 접지면 사이에 병렬로 연결된 N개의 RF 스위치; 및 RF 스위치와 접지면 사이에 RF 스위치와 직렬로 연결된 N개의 커패시터를 포함하며, 커패시터의 크기에 따라 공진 주파수를 변화시킴으로써 광대역의 주파수 중 원하는 대역의 주파수를 선택하여 사용할 수 있도록 한다.

역 F형 안테나, 커패시터, 스위치, 광대역

Description

광대역 안테나{Wideband Antenna}

본 발명은 광대역 안테나에 관한 것이다.

근래 이동통신의 비약적인 발전으로 인해 휴대 단말기는 소형화 및 경량화되어가고 있다.

이와 함께, 휴대 단말기의 기능뿐만 아니라 디자인에도 많은 관심이 기울여지고 있으며, 이에 따라 기존의 바(bar) 형태의 플립(flip) 형 휴대 단말기뿐만 아니라 휴대 단말기 전체의 절첩이 가능한 폴더(folder) 형 단말기, 단말기의 일부가 상하로 이동하는 슬라이드형 단말기가 출시되고 있고, 최근에는 단말기의 일부가 회전하는 형태의 스윙(swing) 형 단말기도 출시되고 있다.

한편, 휴대 단말기의 안테나는 단말기의 외부로 돌출되는 기존의 외장형 안테나에서 단말기의 내부에 실장되는 내장형으로 발전되고 있다.

이때, 내장형 안테나로는 고유전율을 이용하여 SMT 가능한 칩(Chip) 타입의 안테나와 플라스틱 재질의 사출물 위에 방사체 등을 올려놓거나 전도성 물질을 도 포한 형태의 안테나들이 사용된다.

이때, 칩 타입의 안테나는 높은 유전율을 가진 유전체 상부나 내부에 방사체를 구현함으로써 안테나의 크기가 작아지는 장점이 있으나, 협대역(약 2%) 특성을 가지며, 방사체가 유전체 내부에 존재하게 되므로 방사되는 에너지보다 내부적으로 손실되거나 저장되는 양아 많아 방사되는 안테나 특성보다는 단순히 공진 된다.

최근 이런 부분을 개선하기 위해 서로 다른 유전율을 갖는 유전체를 접합하는 섭동법(Perturbation Method)을 이용하는 사례가 있으나, 안테나의 부피가 커지며 작업 공정이 어려운 단점이 있다.

또한, 플라스틱 재질 위에 방사체를 부착하는 방식은 약 5%의 대역폭을 가지며, 광대역 특성을 갖도록 기생소자 등의 구성을 사용하여 구성할 경우 약 7%의 대역폭을 갖게 된다.

그러나, 이와 같은 단일 내장형 안테나는 저전력, 고속처리 및 다양한 멀티미디어 구성을 위해 사용되는 DVB-H(470~750㎒; 약 50% 대역폭), UWB(3.1~10㎓; 약 100% 대역폭) 등의 통신 서비스의 대역폭을 만족시키기 어려운 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명은 커패시터의 크기에 따라 공진 주파수를 변화시킴으로써 광대역의 주파수 중 원하는 대역의 주파수를 선택하여 사용할 수 있는 광대역 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전도체로 형성된 접지면; 상기 접지면과 평행하게 일정 간격 이격되어 전파를 송수신하는 방사체; 상기 방사체와 접지면 사이에 설치되어 상기 방사체로 전류를 공급하는 급전부; 상기 방사체의 종단과 상기 접지면 사이에 병렬로 연결된 N개의 RF 스위치; 및 상기 RF 스위치와 상기 접지면 사이에 상기 RF 스위치와 직렬로 연결된 N개의 커패시터를 포함한다.

또한, 본 발명에서 상기 N개의 커패시터 각각은 서로 다른 정전용량 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 N개의 커패시터 각각은 동일한 정전용량 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 커패시터의 정전용량 값의 변화에 따라 안테나의 공진 주파수가 변하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방사체와 접지면 사이에 설치되어 상기 방사체로부터의 전류를 접지면에 제공하는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 RF 스위치를 온/오프시키기 위한 구동회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 의하면, 방사체의 종단과 접지면 사이에 다수의 RF 스위치와 커패시터가 연결되고, 사용자가 원하는 주파수에 해당하는 커패시터가 방사체의 종단에 연결되도록 RF 스위치가 온/오프 되어 커패시터 크기가 조절되고, 커패시터 크기에 의해 공진 주파수가 변화되므로 광대역의 주파수 중 원하는 주파수 대역을 선택하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 이 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 방사체 종단에 커패시터가 존재하지 않을 때의 광대역 안테나의 특성을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 방사체 종단에 1.8㎊의 커패시터가 존재할 경우의 광대역 안테나의 특성을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 방사체 종단에 0.1㎊의 커패시터가 부착될 때의 공진 주파수를 나타내는 그래프이며, 도 5는 도 1에 도시된 방사체 종단에 0.75㎊의 커패시터가 부착될 때의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.

여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나는 역 F형 안테나 구조로 나타내었으나, 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나는 역 F형 안테나 구조뿐만 아니라 역 L형 안테나 구조로 구성될 수도 있다.

이와 같은 역 F형 안테나 또는 역 L형 안테나 구조로 이루어진 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나는 도 2와 같이 안테나의 종단에 장착되는 커패시터의 존재 여부에 따라 공진 주파수가 변할 뿐만 아니라 안테나 종단에 장착되는 커패시터의 크기에 따라 도 3과 같이 공진 주파수가 변하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나는 안테나의 종단에 커패시터의 크기를 변화시킬 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이 접지면(2), 방사 체(4), 연결부(6), 급전부(8), RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d) 및 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)를 포함하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나는 상기 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)를 온/오프 시키기 위한 구동회로(14)를 더 포함하도록 구성될 수도 있다.

접지면(2)은 유한 평면을 가지도록 전도체로 형성된다.

이러한, 접지면(2)은 일반적으로 인쇄회로기판이 사용되는데, 상기 접지면(2)의 상부에는 상기 접지면(2)과 일정 간격을 유지하며 전파를 송수신하는 방사체(4)가 상기 접지면(2)과 평행하게 설치된다.

상기 방사체(4)는 상기 접지면(2)의 상부에 상기 접지면(2)과 일정 거리 이격되어 일 측단이 연결부(6)로 연결된다.

이러한, 방사체(4)는 급전부(8)를 통해 전원을 공급받고, 연결부(6)에 의해 접지면(2)과 단락되어 임피던스 정합을 이루게 된다.

연결부(6)는 방사체(4)와 접지면(2)을 연결하기 위해 방사체(4)의 일 측단과 접지면(2) 사이에 설치되고, 방사체(4)로부터의 전류를 접지면(2)에 제공한다.

이때, 연결부(6)는 방사체(4)에서 방사되고 남은 전류를 접지면(2)에 제공한다.

급전부(8)는 상기 방사체(4)와 접지면(2) 사이에 설치되어 상기 방사체(4)로 전류를 공급한다.

RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)와 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)는 방사 체(4)의 종단(즉, 연결부(6)가 연결되는 단과 반대 쪽에 위치하는 단)과 접지면(2) 사이에 직렬로 연결되고, RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)들 각각은 서로 병렬 연결된다.

또한, RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)와 각각 직렬로 연결된 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)들도 서로 병렬 연결된다.

도 1에는 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)와 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)가 4개만 도시되었으나, 상기 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)와 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)는 공진 주파수에 따라 N개로 이루어질 수 있다.

이때, RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d) 각각은 PWM(Pulse Width Modulation) 등의 하드웨어에 의한 제어가 가능할 뿐만 아니라 GPIO(General Purpose Input/Output)에 의한 소프트웨어적인 제어도 가능하다.

이러한, RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)로는 RF MEMS(Micro Electro Mechanical System)나 SPDT(Single Pole Double Throw)(또는 SP4T) 등의 스위치가 사용된다.

한편, 상기 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)는 각각 서로 다른 정전용량 값을 갖거나 동일한 정전용량 값을 갖는다.

구동회로(14)는 사용자가 선택한 주파수에 해당하는 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)가 상기 방사체(4)와 접지면(2) 사이에 연결되도록 상기 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)를 온/오프 시킨다.

이러한, 구동회로(14)는 상기 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)의 정전용량 값 에 따라 서로 다른 방법으로 상기 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)를 제어한다.

즉, 상기 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)가 서로 다른 정전용량 값을 가질 경우 상기 구동회로(14)는 사용자가 원하는 주파수에 해당하는 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)와 직렬 연결된 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)만 온 시키고, 나머지 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)들은 모두 오프 시킨다.

그러나, 상기 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)가 서로 동일한 정전용량 값을 가질 경우 상기 구동회로(14)는 병렬 연결된 커패시터의 정전용량 값의 합이 사용자가 원하는 주파수에 해당하는 정전용량 값이 되도록 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)를 온/오프 시킨다.

즉, 구동회로(14)는 하나의 커패시터(12a)의 정전용량 값이 원하는 주파수에 해당할 경우에는 하나의 커패시터(12a)만 방사체(4)의 종단과 접지면 사이에 존재하도록 하나의 RF 스위치(10a)만 온 시키고, 나머지 RF 스위치(10b, 10c, 10d)들을 오프 시키며, 두 개의 커패시터(12c, 12d)의 정전용량 값의 합이 사용자가 원하는 주파수에 해당할 경우 두 개의 커패시터(12c, 12d)가 방사체(4)의 종단과 접지면 사이에 병렬 연결되도록 두 개의 RF 스위치(10c, 10d)는 온 시키고, 나머지 RF 스위치(10a, 10b)들은 오프 시킨다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나는 방사체(4)의 종단과 접지면(2) 사이에 다수의 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)와 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)를 연결하여 사용자가 원하는 주파수에 해당하는 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)가 방사체(4)의 종단에 연결되도록 RF 스위치(10a, 10b, 10c, 10d)를 온/ 오프 시키기 때문에 커패시터(12a, 12b, 12c, 12d)의 크기에 따라 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 공진 주파수를 변화시킬 수 있어 광대역의 주파수 중 원하는 대역의 주파수를 선택하여 사용할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 안테나를 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 방사체 종단에 커패시터가 존재하지 않을 때의 광대역 안테나의 특성을 나타내는 도면이다.

도 3은 도 1에 도시된 방사체 종단에 1.8㎊의 커패시터가 존재할 경우의 광대역 안테나의 특성을 나타내는 도면이다.

도 4는 도 1에 도시된 방사체 종단에 0.1㎊의 커패시터가 부착될 때의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.

도 5는 도 1에 도시된 방사체 종단에 0.75㎊의 커패시터가 부착될 때의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 접지면 4 : 방사체

6 : 연결부 8 : 급전부

10a, 10b, 10c, 10d : RF 스위치 12a, 12b, 12c, 12d : 커패시터

14 : 구동회로

Claims (6)

1. 전도체로 형성된 접지면;

   상기 접지면과 평행하게 일정 간격 이격되어 전파를 송수신하는 방사체;

   상기 방사체와 접지면 사이에 설치되어 상기 방사체로 전류를 공급하는 급전부;

   상기 방사체의 종단과 상기 접지면 사이에 병렬로 연결된 N개의 RF 스위치; 및

   상기 RF 스위치와 상기 접지면 사이에 상기 RF 스위치와 직렬로 연결된 N개의 커패시터를 포함하는 광대역 안테나.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 N개의 커패시터 각각은 서로 다른 정전용량 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 N개의 커패시터 각각은 동일한 정전용량 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 커패시터의 정전용량 값의 변화에 따라 안테나의 공진 주파수가 변하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 방사체와 접지면 사이에 설치되어 상기 방사체로부터의 전류를 접지면에 제공하는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 RF 스위치를 온/오프시키기 위한 구동회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.

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