KR20110109383A - 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나 - Google Patents

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Abstract

개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 일단이 급전점과 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되며 접지와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재; 상기 제2 도전 부재로부터 연장되는 방사체; 및 상기 제1 도전 부재의 타단과 결합되는 접지판을 포함한다. 개시된 안테나에 따르면, 광대역 특성 및 다중 대역 특성을 적절히 확보하면서 임피던스 매칭 특성을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Description

개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나{Wide-band Embedded Antenna with Improved Impedance Matching Using Electromagnetic Coupling}
본 발명은 내장형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나에 관한 것이다.
최근 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되면서 그 구조에 있어서도 슬림화가 요구되고 있다. 이와 같은 사이즈의 소형화가 계속적으로 요구되는 것에 비해 이동통신 단말기의 기능은 더욱 다양화될 것이 요구되고 있다.
이와 같이, 이동통신 단말기의 소형화 및 다기능화에 따라 이동통신 단말기 내에서 안테나가 차지하는 공간이 최소화될 것이 요구되고 있으며, 이는 안테나의 설계에 대한 부다을 가중시키고 있다.
아울러, 근래에는 다양한 주파수 대역에 대한 서비스를 하나의 단말기에서 수용할 수 있는 컨버전스(Convergence) 단말기로 발전하는 추세이며, 이에 따라 안테나는 광대역 특성 및 다중 대역 특성이 가장 주요한 요소로 작용하고 있다. 예를 들어, 하나의 안테나로 블루투스와 같은 근거리 통신 서비스, 이동통신 서비스 및 무선 랜 서비스와 같은 다양한 대역의 서비스를 지원할 수 있는 안테나가 요구되고 있다.
일반적으로 사용되는 이동통신 단말기의 안테나로는 헬리컬 안테나(helical antenna)와 평면 역F 안테나(Planar InvertedF Antenna: PIFA)가 주로 사용된다.
헬리컬 안테나의 경우 단말기의 외부에 돌출된 모양으로 구성되므로, 단말기의 미적외관 및 휴대기능에 적합한 외관 설계가 어려운데, 이에 대한 내장형의 구조는 아직 연구된 바 없어서 내장형 안테나를 요구와는 현재의 추세에는 사용하기 적합하지 않다.
역-F 안테나는 단말기에 내장이 가능하도록 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.
이와 같은 역-F 안테나는 소형화 및 방사 특성에 있어서 많은 장점을 제공하는 안테나이고 현재 가장 많이 사용되는 내장형 안테나이기는 하나, 협대역 특성을 가지는 문제로 인해 다중 대역 및 광대역 특성을 가지도록 설계하기 어려운 문제점이 있었다.
이와 같은 역-F 안테나의 문제점을 극복하기 위해, 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나가 제안된 바 있으며, 도 1은 기존에 제안된 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1과 같은 구조의 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나는 역-F 안테나에 비해 광대역 특성을 확보할 수 있으나 다중 대역 특성을 가지도록 설계될 때 특정 대역에서 임피던스 매칭이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 광대역 특성 및 다중 대역 특성을 적절히 확보하면서 임피던스 매칭 특성을 개선할 수 있는 광대역 내장형 안테나를 제안하고자 한다.
또한, 본 발명은 전자기 결합을 이용하여 광대역 특성을 확보하면서 다중 대역을 용이하게 구현할 수 있는 내장형 안테나를 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일단이 급전점과 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되며 접지와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재; 상기 제2 도전 부재로부터 연장되는 방사체; 및 상기 제1 도전 부재의 타단과 결합되는 접지판을 포함하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나가 제공된다.
상기 안테나는 상기 제1 도전 부재, 제2 도전 부재 및 접지판이 결합되는 유전체 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 접지판은 상기 유전체 구조물상에서 상기 방사체와 반대편에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재에는 진행파가 발생하는 것을 특징으로 하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
상기 안테나는 상기 제1 도전 부재로부터 상기 제1 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제1 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 안테나는 상기 제2 도전 부재로부터 상기 제1 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제2 돌출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 일단이 급전점과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되며 접지와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재; 및 상기 제2 도전 부재로부터 연장되는 방사체를 포함하되, 상기 제1 도전 부재 및 제2 도전 부재의 소정 영역에서는 제1 도전 부재로부터 제2 도전 부재로의 전자기 결합이 발생하며, 상기 제1 도전 부재는 루프 방사체로 동작하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나가 제공된다.
본 발명의 안테나에 의하면, 광대역 특성 및 다중 대역 특성을 적절히 확보하면서 임피던스 매칭 특성을 개선할 수 있는 광대역 내장형 안테나를 제안하고자 한다.
도 1은 본 발명자에 의해 제안된 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 유전체 구조물에 결합되어 형성된 일례를 도시한 도면.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 스파이럴 구조의 전자기 결합을 이용한 광대역 내장형 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 결합 결합을 이용한 내장형 안테나는 제1 도전 부재(200), 제2 도전 부재(202), 방사체(204), 및 접지판(206)을 포함할 수 있다.
제1 도전 부재(200)는 급전점과 전기적으로 연결된다. 제1 도전 부재(200)는 소정 영역에서 제2 도전 부재(202)와 전자기 결합이 가능한 거리로 이격된다.
제2 도전 부재(202)는 접지와 전기적으로 연결되며, 제1 도전 부재(200)와 이격된다. 제1 도전 부재(200)의 일단은 전술한 바와 같이 급전점과 연결되고, 타단은 접지판(206)과 전기적으로 결합된다.
제1 도전 부재(200)로는 급전점을 통해 RF 신호가 인가되며, 제1 도전 부재(200)로부터 제2 도전 부재(202)로의 전자기 결합이 발생한다. RF 신호는 전자기 결합을 통해 제2 도전 부재(202)로 인가된다. 제1 도전 부재(200)로부터 제2 도전 부재(202)로의 전자기 결합 시 진행파(Traveling Wave)가 발생할 수 있다.
제1 도전 부재(200)는 전자기 결합을 통해 제2 도전 부재(202)에 RF 신호를 인가하는 역할을 함과 동시에 그 자체로서 루프 방사체로 동작한다. 제1 도전 부재(200)의 타단은, 도 2에 도시된 바와 같이, 접지판(206)과 결합되어 일단이 접지되는 루프 방사체로서 동작하게 된다.
이때, 루프 방사체의 방사 주파수는 제1 도전 부재(200)의 길이에 의해 정해진다. 접지판(206)은 방사체(204)와 반대되는 위치(유전체 구조물상에 안테나가 형성될 때 방사체가 형성된 부분과는 반대편)에 형성되어 제1 도전 부재(200)와 결합된다.
본 발명자의 연구에 의하면, 소정 거리 이격된 제1 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(202) 사이에 충분한 커플링을 확보하기 위해 제1 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(202)가 비교적 길게 설정될 때 보다 광대역 특성을 확보할 수 있다.
그러나, 제1 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(202)가 길게 설정될 경우 안테나의 소형화에 문제가 발생하므로 본 발명에서는 제1 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(202)의 길이가 비교적 짧게 설정되더라도 충분한 커플링을 확보할 수 있도록 지연파 구조를 형성하는 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)가 구비된다.
제1 돌출부(220)는 제1 도전 부재(200)로부터 제2 도전 부재(202) 방향으로 다수개가 돌출되며, 제2 돌출부(230)는 제2 도전 부재(202)로부터 제1 도전 부재(200) 방향으로 다수개가 돌출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)는 교대로 돌출되어 맞물리는 형태를 가지는 것이 바람직하다. 제1 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(202)로부터 돌출되는 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)는 오픈 스터브와 같이 돌출되며 제1 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(202)의 전기적 길이를 실질적으로 증가시켜 보다 넓은 광대역 특성을 확보하는 것을 가능하게 한다.
도 2에는 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 돌출 길이 및 폭이 동일한 경우가 도시되어 있으나, 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 폭 및 길이가 부분적으로 다르게 설정될 수도 있다. 또한, 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)의 형상이 직사각형인 경우가 도 2에 도시되어 있으나, 돌출부의 형상 역시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 도전 부재(200) 및 제2 도전 부재(202)는 전자기 결합에 의한 급전부 및 임피던스 매칭부로서 동작하며, 제2 도전 부재(202)로부터 연장되는 방사체(204)는 RF 신호를 방사하는 기능을 한다.
안테나의 방사 주파수는 제2 도전 부재(202) 방사체(204)의 길이에 의해 정해진다. 전술한 바와 같이, 방사체(204)는 접지판과는 반대편에 위치한다.
도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서는 제1 도전 부재(200)에 의한 제1 방사 및 방사체(204)에 의한 제 2 방사가 이루어지며, 상대적으로 짧은 전기적 길이를 가진 제1 도전 부재에 의해 로우 밴드에서 제1 방사가 이루어지고 상대적으로 긴 전기적 길이를 가진 방사체(204)에 의해 하이 밴드에서 제2 방사가 이루어진다. 접지판(206)과 방사체(204)가 서로 반대편에 위치하므로 제1 방사와 제2 방사간의 간섭은 발생하지 않으며, 방사를 위한 전류 경로 역시 독립적으로 형성된다.
종래의 전자기 결합을 이용한 안테나에서 다중 대역 특성은 제2 도전 부재로부터 연장되는 방사체를 브랜치 구조로 형성하여 구현하는 것이 일반적이었다. 그러나, 제2 도전 부재로부터 연장되는 브랜치 구조로 구현할 때 특정 대역에서는 충분한 임피던스 매칭이 이루어지지 않아 방사 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 커플링 급전 및 매칭의 용도로 사용되던 제1 도전 부재(200)를 방사체와는 반대 방향으로 접지판(206)과 연결하여 루프 방사체로 활용함으로써 특정 대역에서 임피던스 매칭 저하를 보상하고 방사체(204)의 구조를 보다 단순하게 구현할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 구성 요소들은 캐리어, 기판과 같은 유전체 구조물상에 결합되어 안테나로 동작할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 유전체 구조물에 결합되어 형성된 일례를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 유전체 구조물의 상부 및 측부에 결합되어 다중 대역 특성을 구현하면서 제1 도전 부재가 루프 방사체로 동작할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 일단이 급전점과 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재;
    상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되며 접지와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재;
    상기 제2 도전 부재로부터 연장되는 방사체; 및
    상기 제1 도전 부재의 타단과 결합되는 접지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전 부재, 제2 도전 부재 및 접지판이 결합되는 유전체 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접지판은 상기 유전체 구조물상에서 상기 방사체와 반대편에 위치하는 것을 특징으로 하는 개서된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재에는 진행파가 발생하는 것을 특징으로 하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전 부재로부터 상기 제1 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제1 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 도전 부재로부터 상기 제1 도전 부재 방향으로 돌출되는 다수의 제2 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
  7. 일단이 급전점과 전기적으로 연결되며 타단이 접지와 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재;
    상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되며 접지와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재; 및
    상기 제2 도전 부재로부터 연장되는 방사체를 포함하되,
    상기 제1 도전 부재 및 제2 도전 부재의 소정 영역에서는 제1 도전 부재로부터 제2 도전 부재로의 전자기 결합이 발생하며, 상기 제1 도전 부재는 루프 방사체로 동작하는 것을 특징으로 하는 개선된 임피던스 매칭을 지원하는 전자기 결합을 이용한 내장형 안테나.
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