KR20110120154A - 광대역 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

광대역 내장형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 일단이 급전점과 전기적으로 연결되는 커플링 부재; 적어도 일부가 상기 커플링 부재와 소정 거리 이격되어 배치되며 일단이 접지와 전기적으로 연결되는 방사체; 및 상기 커플링 부재의 소정 지점으로부터 분기되어 형성되는 브랜치 부재를 포함하되, 상기 커플링 부재로부터 상기 방사체로의 커플링이 이루어진다. 개시된 안테나에 따르면, 전자기 결합을 이용하면서 보다 넓은 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

광대역 내장형 안테나{Wide-band Embedded Antenna}

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.

다양한 서비스의 제공을 위해 광대역 특성의 확보는 필수적인 것이며, 이를 위해 전자기 결합을 이용한 안테나와 같이 다양한 형태의 안테나가 연구되고 있다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 전자기 결합을 이용하면서 보다 넓은 광대역 특성을 확보할 수 있는 내장형 안테나를 제안한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 일단이 급전점과 전기적으로 연결되는 커플링 부재; 적어도 일부가 상기 커플링 부재와 소정 거리 이격되어 배치되며 일단이 접지와 전기적으로 연결되는 방사체; 및 상기 커플링 부재의 소정 지점으로부터 분기되어 형성되는 브랜치 부재를 포함하되, 상기 커플링 부재로부터 상기 방사체로의 커플링이 이루어지는 광대역 내장형 안테나가 제공된다.

상기 브랜치 부재는 전기적 길이에 상응하여 직접 급전에 의한 방사체로 동작한다.

상기 브랜치 부재는 방사체와 반대 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 커플링 부재 및 상기 방사체 사이의 커플링 구간은 사용 주파수의 0.1

이상인 것이 바람직하다.

상기 커플링 부재 및 상기 방사체 사이의 이격 거리는 부분적으로 변화되는 것이 바람직하다.

본 발명의 안테나에 의하면, 전자기 결합을 이용하면서 보다 넓은 광대역 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 보다 구체적인 실시예를 도시한 도면.
도 3은 분리된 제1 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 4는 분리된 제2 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나, 제1 안테나 및 제2 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 제1 안테나에서 제1 안테나의 공진점에 상응하는 주파수의 전류 분포를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 제2 안테나에서 제2 안테나의 공진점에 상응하는 주파수의 전류 분포를 도시한 도면.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 광대역 내장형 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 내장형 안테나는 커플링 부재(100), 방사체(102), 급전점(104) 및 브랜치 부재(106)를 포함할 수 있다.

커플링 부재(100)는 급전점(104)과 결합되어 RF 신호를 제공받으며, 방사체(104)와는 소정 거리 이격되어 구비된다. 커플링 부재(100)는 소정 길이를 가지며, 이때 커플링 부재(100)의 길이는 0.1

이상인 것이 바람직하다.

방사체(102)는 접지와 전기적으로 연결된다. 방사체는 커플링 부재(100)를 통해 커플링 급전을 통해 급전을 받으며 RF 신호를 방사하는 기능을 한다. 방사체(102)의 공진 주파수는 방사체의 길이에 의해 정해지며 방사체의 형태는 방사체가 수용되는 공간에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

방사체(102)와 커플링 부재(100) 사이의 이격된 공간을 통해 커플링이 이루어지며, 방사체(102)와 커플링 부재(100) 사이의 이격 거리는 사용 주파수에 기초하여 설정될 수 있다.

커플링 부재(100)와 방사체(102) 사이의 커플링은 일반적인 커플링 급전과는 달리 특정 포인트에서 이루어지지 않고 비교적 긴 구간에서 이루어진다. 전술한 바와 같이, 커플링 부재(100)는 약 0.1

이상의 길이를 가져 긴 구간에서커플링 부재(100)로부터 방사체(102)로 커플링이 이루어진다. 이때, 방사체(102)와 커플링 부재(100)에는 진행파가 발생할 수 있다.

본 발명자의 연구에 의하면, 커플링 부재(100)와 방사체(102) 사이의 커플링 구간이 길어질수록 보다 큰 광대역 특성을 확보할 수 있게 되며, 커플링 부재(100)와 방사체(102) 사이의 커플링 구간의 길이를 증가시키기 위해 지연파(Slow Wave) 구조가 커플링 부재(100) 및 방사체(102) 사이의 공간에 적용될 수도 있다.

지연파 구조는 주기적인 형태가 반복되는 구조로서 예를 들어 직사각형 형태의 스터브가 커플링을 위한 이격 공간으로 커플링 부재(100) 및 방사체(102)로부터 주기적으로 돌출되는 구조가 한 예가 될 수 있다.

지연파 구조 이외에도 커플링 구간의 전기적 길이 증가를 위한 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 이와 같은 전기적 길이의 증가는 광대역 특성을 보다 양호하게 개선시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 커플링 부재(100)와 방사체(102) 사이의 이격 거리는 부분적으로 다르게 설정될 수 있다. 이와 같이 커플링 부재(100)의 방사체(102) 사이의 거리가 부분적으로 다르게 설정될 때 커플링과 연관된 캐패시턴스 성분이 다양화되면서 보다 양호한 광대역 특성이 확보될 수 있다. 그러나, 필요에 따라 커플링 부재(100)와 방사체(102) 사이의 이격 거리는 동일하게 설정될 수도 있다.

커플링 부재(100)와 방사체(102) 사이의 커플링 구간에서는 커플링 급전뿐만 아니라 임피던스 매칭이 수행되며, 비교적 긴 구간에서의 임피던스 매칭은 특정 포인트에서 임피던스 매칭이 이루어지는 PIFA 안테나에 비해 광대역에서 양호한 임피던스 매칭 특성을 확보하는 것이 가능하다.

브랜치 부재(106)는 커플링 부재(100)의 소정 지점으로부터 분기되며 커플링 부재(100) 및 방사체(102)와 같이 도전성 재질로 이루어진다. 브랜치 부재(106)로 인해 RF 신호가 인가될 때 형성되는 전류 경로는 분기된다.

브랜치 부재(106)가 커플링 부재(100)의 소정 지점으로부터 분기될 때 방사체(102)에서 방사되는 주파수 신호는 보다 넓은 광대역 특성을 확보하게 된다. 브랜치 부재(106)가 소정 지점으로부터 분기될 때, 급전점으로부터 분기 지점까지에서 발생하는 커플링 및 급전점으로부터 커플링 부재의 종단점까지에서 발생하는 커플링이 서로 독립적으로 발생하는 것과 같은 효과가 발생하면서 방사체(102)의 광대역 특성이 개선되게 된다.

브랜치 부재(106)는 분기 경로를 위한 형성하기 위한 역할만을 수행할 수도 있으며, 분기 경로를 형성함과 그 자체로서 또 다른 대역에서의 방사체로 동작할 수도 있다.

브랜치 부재(106)가 방사체로 동작할 때 브랜치 부재(106)는 방사체(102)와는 달리 직접 급전에 의한 방사를 수행하게 된다. 브랜치 부재(106)에서의 공진 주파수는 브랜치 부재(106)의 길이에 의해 정해진다.

브랜치 부재(106)가 방사체로 동작하게 되면, 브랜치 부재로 인해 다중 대역 특성을 구현하면서 방사체(102)의 대역을 확장하는 효과를 함께 달성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 보다 구체적인 실시예를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 안테나는 캐리어와 같은 유전체 구조물에 결합되어 도 2와 같은 형태를 가질 수도 있으나, 유전체 구조물의 사용이 필수적인 것은 아니다.

커플링 부재(100)는 단말기의 회로 기판(200)에 형성된 급전점(104)과 전기적으로 결합된다. 커플링 부재(100)는 기판의 수직 방향으로 형성되며, 소정 지점에서 절곡되어 기판과 평행한 방향으로 형성된다.

브랜치 부재(106)는 커플링 부재의 소정 지점으로부터 분기되며, 도 2에는 특정 대역에서 RF 신호를 방사하는 기능을 하는 브랜치 부재(106)가 도시되어 있다. 브랜치 부재(106)는 방사체(102)와는 반대 방향으로 연장된다.

방사체(102)의 일단은 단말기의 회로 기판(200)에 형성된 접지와 전기적으로 연결되며, 방사체(102)의 타단은 오픈된 상태이다. 방사체의 오른쪽 사이드에서 커플링 부재(100)와의 커플링이 이루어지며, 이때 커플링 부재와의 적절한 커플링을 위해 방사체(102)의 오른쪽 사이드 역시 회로 기판(200)과 수직으로 상승하다가 소정 지점에서 회로 기판(200)과 평행하게 절곡된다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 브랜치 부재(106)에 의해 광대역 특성을 구현하는 원리에 대해 살펴보기로 한다.

설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 브랜치 부재(106)의 분기 지점을 기준으로 제1 안테나 및 제2 안테나로 분리하여 설명하며, 도 3은 분리된 제1 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 분리된 제2 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 3의 제1 안테나는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 분기 지점까지의 커플링 경로 및 브랜치 부재를 포함하는 안테나이고 도 4의 제2 안테나는 브랜치 부재(106)가 제외된 안테나이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프이고, 도 6은 제1 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프이며, 도 7은 제2 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 제1 안테나는 로우 밴드 및 하이 밴드 두 개의 대역에서 공진점을 형성하며, 제1 안테나의 로우 밴드 공진점은 제2 안테나에 비해 비교적 주파수가 높은 지점에서 형성된다.

도 7을 참조하면, 제2 안테나는 브랜치 부재를 구비하지 않으므로 로우 밴드에서만 공진점을 형성하며, 제2 안테나의 로우 밴드 공진점은 제1 안테나에 비해 낮은 주파수 대역에서 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 로우 밴드 및 하이 밴드에서 공진점을 형성하되 로우 밴드에서의 공진점은 제1 안테나의 공진점 및 제2 안테나의 공진점이 모두 포함되도록 공진점이 형성되어 광대역 특성을 확보되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 브랜치 부재를 커플링 부재에서 분기시킴으로써 분기 지점까지 커플링이 발생할 경우의 공진점 및 커플링 부재 전 구간에서 커플링 경우의 공진점에서 모두 공진이 이루어지도록 동작하게 되며, 이를 통해 동일한 방사체를 사용하면서 보다 양호한 광대역 특성을 확보하는 것이 가능하다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 제1 안테나에서 제1 안테나의 공진점에 상응하는 주파수의 전류 분포를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 제2 안테나에서 제2 안테나의 공진점에 상응하는 주파수의 전류 분포를 도시한 도면이다.

도 8에서, [A]는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 전류 분포이고 [B]는 제1 안테나의 전류 분포이다.

도 8을 참조하면, 제1 안테나의 공진점에 상응하는 주파수의 전류 분포는 제1 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 거의 유사함을 확인할 수 있다.

도 9에서, [A]는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 전류 분포이고 [C]는 제2 안테나의 전류 분포이다.

도 9를 참조하면, 제2 안테나의 공진점에 상응하는 주파수의 전류 분포는 제2 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나가 거의 유사함을 확인할 수 있다.

도 8 및 도 9의 전류 분포를 통해서도 커플링 부재에서 브랜치 부재를 분기시킴으로써 제1 안테나에 따른 공진점과 제2 안테나에 따른 공진점이 포함되도록 광대역을 구현하는 것이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 안테나는 방사체의 형태를 변경하지 않으면서 커플링 부재의 적절한 지점에 분기 경로를 형성함으로써 대역폭을 확장할 수 있어 안테나 설계가 용이한 장점이 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 (5)

1. 일단이 급전점과 전기적으로 연결되는 커플링 부재;
   적어도 일부가 상기 커플링 부재와 소정 거리 이격되어 배치되며 일단이 접지와 전기적으로 연결되는 방사체; 및
   상기 커플링 부재의 소정 지점으로부터 분기되어 형성되는 브랜치 부재를 포함하되,
   상기 커플링 부재로부터 상기 방사체로의 커플링이 이루어지는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 브랜치 부재는 전기적 길이에 상응하여 직접 급전에 의한 방사체로 동작하는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 브랜치 부재는 방사체와 반대 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
4. 제3항에 있어서,
   상기 커플링 부재 및 상기 방사체 사이의 커플링 구간은 사용 주파수의 0.1

   

   이상인 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
5. 제1항에 있어서,
   상기 커플링 부재 및 상기 방사체 사이의 이격 거리는 부분적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.

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