KR20110125560A - 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나 - Google Patents

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Abstract

확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 그라운드; 급전점과 전자기적으로 결합되어 급전 신호를 제공하는 급전 선로; 상기 급전 선로 하부에 소정 거리 이격되어 구비되며 상기 그라운드로부터 연장되는 확장 그라운드; 상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제1 주파수 신호를 방사하는 제1 방사체; 및 상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제2 주파수 신호를 방사하는 제2 방사체를 포함하되, 상기 확장 그라운드의 사이즈는 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 중간 주파수에 상응하여 설정된다. 개시된 안테나에 따르면, 브랜치 구조를 이용한 광대역 구조에서 보다 넓은 광대역을 확보할 수 있으며, 병렬 공진 모드를 이용하여 인접하는 공진점의 중간 주파수에서 적절한 방사가 이루어질 수 있는 장점이 있다.

Description

확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나{Wide-band Antenna Using Extended Ground}
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 넓은 대역폭을 확보할 수 있는 광대역 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 부담을 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.
이와 같이, 다양한 서비스를 지원하기 위해, 안테나의 광대역 특성은 필수적으로 요구되고 있으며, 광대역 특성을 확보하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다.
광대역 특성을 확보하기 위해 가장 널리 사용되는 방법은 브랜치 구조를 가지는 다중 방사체를 이용하는 방식이다. 이 방식은 서로 인접하는 공진점을 가지는 다중 방사체를 브랜치 구조로 형성하고 인접하는 다중 공진점을 통해 광대역 특성을 확보한다.
이와 같이 인접하는 두 직렬 공진 모드에 의해 광대역 특성을 확보할 때, 두 개의 인접하는 주파수의 차이가 클수록 보다 넓은 대역폭을 확보할 수 있게 되나 양 주파수의 차이가 크게 되면 양 주파수의 중간 지점에서 적절한 방사가 이루어지지 않아 충분한 광대역 특성을 확보할 수 없는 문제점이 있었다.
도 1은 종래의 브랜치 구조를 이용한 광대역 안테나에서 두 개의 공진 주파수가 떨어져 있을 경우의 S11 파라미터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 두 개의 공진 주파수(f1, f2)의 차이가 클 경우 A 지점에서 충분한 방사가 이루어지지 않아 적절한 광대역 특성이 확보되지 않는다.
본 발명은 브랜치 구조를 이용한 광대역 구조에서 보다 넓은 광대역을 확보할 수 있는 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나를 제공한다.
또한, 본 발명은 병렬 공진 모드를 이용하여 인접하는 공진점의 중간 주파수에서 적절한 방사가 이루어질 수 있는 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나를 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 그라운드; 급전점과 전자기적으로 결합되어 급전 신호를 제공하는 급전 선로; 상기 급전 선로 하부에 소정 거리 이격되어 구비되며 상기 그라운드로부터 연장되는 확장 그라운드; 상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제1 주파수 신호를 방사하는 제1 방사체; 및 상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제2 주파수 신호를 방사하는 제2 방사체를 포함하되, 상기 확장 그라운드의 사이즈는 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 중간 주파수에 상응하여 설정되는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나가 제공된다.
상기 급전 선로와 상기 확장 그라운드는 캐패시터 구조를 형성하여 병렬 공진 모드를 발생시킨다.
상기 병렬 공진 모드의 공진 주파수는 상기 캐패시터 구조의 캐패시턴스 성분에 의해 조절된다.
상기 급전 선로 및 상기 확장 그라운드 사이에는 유전체가 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 그라운드; 급전점과 전자기적으로 결합되어 급전 신호를 제공하는 급전 선로; 상기 급전 선로 하부에 소정 거리 이격되어 구비되며 상기 그라운드로부터 연장되는 확장 그라운드; 상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제1 주파수 신호를 방사하는 제1 방사체; 및 상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제2 주파수 신호를 방사하는 제2 방사체를 포함하되, 상기 급전 선로와 상기 확장 그라운드는 캐패시터 구조를 형성하여 병렬 공진 모드를 발생시키는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나가 제공된다.
본 발명의 안테나에 의하면, 브랜치 구조를 이용한 광대역 구조에서 보다 넓은 광대역을 확보할 수 있으며, 병렬 공진 모드를 이용하여 인접하는 공진점의 중간 주파수에서 적절한 방사가 이루어질 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 브랜치 구조를 이용한 광대역 안테나에서 두 개의 공진 주파수가 떨어져 있을 경우의 S11 파라미터를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나는 그라운드(200), 확장 그라운드(202), 급전 선로(204), 제1 방사체(206), 제2 방사체(208) 및 제3 방사체(210) 및 그라운드 핀(212)을 포함할 수 있다.
그라운드(200)는 도전성 재질로 이루어지며 전기적으로 접지 상태를 유지한다. 단말기 내장형 안테나의 경우 단말기 회로 기판의 그라운드가 본 발명의 안테나를 위한 그라운드로 활용될 수 있다. 물론, 그라운드는 회로 기판과는 별개로 구비되는 그라운드일 수도 있다.
급전 선로(204)는 급전점과 전기적으로 결합되며 급전 신호를 방사체들(206, 208, 210)에 제공한다. 도 2에는 급전 선로로 마이크로스트립 형태의 급전 선로가 도시되어 있으나, 급전 선로의 형태가 이에 한정되지는 않으며 다양한 형태의 급전 선로가 사용될 수 있다.
급전 선로(204)의 하부에는 확장 그라운드(202)가 구비된다. 확장 그라운드(202)는 그라운드(200)로부터 연장되며, 급전 선로(204)와는 상하로 소정 거리 이격된다. 상하로 소정 거리 이격된 급전 선로(204)와 확장 그라운드(202)는 일종의 캐패시터 구조를 형성하게 된다.
제1 방사체 내지 제3 방사체(206, 208, 210)는 RF 신호를 방사한다. 제1 방사체 내지 제3 방사체(206, 208, 210)는 각각 독립적으로 서로 다른 주파수의 RF 신호를 방사한다. 제1 방사체 내지 제3 방사체(206, 208, 210)에서 방사하는 주파수는 각 방사체의 길이에 의해 결정된다.
도 2에서, 제3 방사체(210)는 가장 길이가 길며 상대적으로 저주파 대역의 신호를 방사한다. 제1 방사체(206) 및 제2 방사체(208)는 제3 방사체(210)에 비해 상대적으로 길이가 짧으며, 제1 방사체(206) 및 제2 방사체(208)는 상대적으로 고주파 대역의 신호를 방사하고, 제1 방사체(206)의 방사 주파수와 제2 방사체(208)의 방사 주파수는 인접하며 이를 통해 고주파 대역에서 광대역 특성이 구현되도록 한다.
제1 방사체(206) 및 제2 방사체(208)가 인접한 주파수에서 방사를 하므로 제1 방사체(206) 및 제2 방사체(208)의 길이는 유사하며, 도 2에는 제1 방사체(206)가 상대적으로 더 짧은 경우가 도시되어 있다. 제1 방사체(206)는 인접한 주파수 중 상대적으로 높은 주파수 대역에서 주파수 신호를 방사하고 제2 방사체(208)는 인접한 주파수 중 상대적으로 낮은 주파수 대역에서의 주파수 신호를 방사한다.
그라운드 핀(212)은 방사체와 그라운드(200) 사이를 연결하며, 도 2에는 제2 방사체(208)와 그라운드(200) 사이를 그라운드 핀(212)이 연결한다. 그라운드 핀(212)은 본 발명의 안테나가 PIFA 안테나에 적용될 때 구비되며, 모노폴 또는 다른 형태의 안테나에 적용될 때에는 구비되지 않아도 무방하다.
앞서 살펴본 바와 같이, 두 개의 방사체가 인접한 주파수를 방사하여 광대역 특성을 구현할 때, 인접한 주파수의 차이가 클수록 광대역을 확보할 수 있으나, 이와 같이 인접한 주파수의 차이가 클 때 인접한 주파수의 중간 주파수에서 적절한 방사가 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 급전 선로(204)와 상하로 소정 거리 이격되어 있는 확장 그라운드를 통해 인접한 주파수 대역에서 적절한 방사가 이루어지지 않는 문제점을 해결한다.
급전 선로(204)와 확장 그라운드(202)는 캐패시터 구조를 형성하며, 확장 그라운드의 면적 및 급전 선로(204)의 면적과 양 구성 요소의 이격 거리에 상응하는 캐패시턴스 성분이 발생한다. 이를 통해 급전 라인과 접지판 사이의 전하들에 의해
Figure pat00001
만큼의 전계 에너지가 저장되고 에너지들은 반복적으로 제1 방사체 및 제2 방사체에 에너지를 공급하여 특정 주파수에서의 공진 특성을 향상시킨다.
이와 같은 병렬 모드 공진은 제1 방사체 및 제2 방사체의 방사 주파수의 중간 주파수에서 공진이 발생할 때 인접한 주파수의 중간 주파수에서 적절한 방사가 이루어지지 않는 문제점을 해결할 수 있다.
이때, 급전 선로(204)와 확장 그라운드(202) 사이의 캐패시턴스 성분을 조절함으로써 인접한 주파수의 중간 주파수에서 방사 특성을 향상시키는 것이 가능하다. 캐패시턴스 성분은 급전 선로(204)의 폭과 길이 및 확장 그라운드(202)의 폭과 길이를 변경시킴으로써 조절하는 것이 가능하다. 또한, 확장 그라운드(202)와 급전 선로(204)의 이격 거리를 조절함으로써 캐패시턴스 성분을 조절할 수 있다. 아울러, 안테나 사이즈로 인해 확장 그라운드(202)와 급전 선로(204)의 폭과 길이 및 이격 거리를 조절하는 것이 어려운 경우 확장 그라운드(202)와 급전 선로(204) 사이의 이격 공간에 적절한 유전율을 가지는 유전체를 삽입하거나 적절한 유전율을 가진 기판을 사용하여 캐패시턴스 성분을 조절할 수도 있다.
병렬 모드 공진은 인덕턴스 성분에 의해서도 조절될 수 있으며, 이는 급전 선로(204) 및 그라운드 핀(212)의 폭 또는 길이를 조절함으로써 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 확장된 그라운드를 이용한 광대역 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예와 비교할 때 확장 그라운드의 형태가 상이하다. 도 2에는 확장 그라운드의 형태가 직사각형이나 도 3에는 확장 그라운드가 직사각형의 양 옆에 날개부(300, 302)가 형성된 구조를 가지고 있다.
도 3의 실시예와 같이 확장 그라운드는 원하는 캐패시턴스 성분을 확보하기 위해 다양한 형태를 가질 수 있으며, 특정 캐패시턴스 성분 확보를 위한 확장 그라운드의 형태 변경은 본 발명의 범주에 포함된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면이다.
도 4에서, 실선은 확장 그라운드를 사용하지 않은 경우의 S11 파라미터이고, 큰 점선은 확장 그라운드의 길이를 4mm로 설정하였을 경우의 S11 파라미터이며, 작은 점선은 확장 그라운드의 길이를 8mm로 설정하였을 경우의 S11 파라미터이다.
도 4에서, 확장 그라운드가 없을 경우, 0.8GHz에서 저주파 공진 대역이 형성되고, 1.8GHz 및 2.2GHz에서 고주파 공진 대역이 형성되는데, 1.8GHz 및 2.2GHz의 중간 주파수 대역에서 적절한 방사가 이루어지지 않아 양호한 광대역 특성이 확보되지 않는 것을 확인할 수 있다.
반면, 확장된 그라운드가 있는 경우에 동일한 위치에서 공진점이 형성되나, 중간 주파수 대역에서 양호한 방사 특성이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 확장 그라운드의 크기가 달라짐에 따라 병렬 공진 모드의 공진점이 달라지는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 급전 선로 하부에 확장 그라운드에 의한 캐패시터 구조를 형성함으로써 병렬 공진 모드에 의한 공진 특성을 향상시키고 캐패시턴스 성분을 조절함으로써 광대역을 위한 인접한 공진 주파수의 중간 주파수에서 병렬 모드 공진이 이루어지도록 함으로써 양호한 광대역 특성을 확보하는 것이 가능하다.
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 (8)

  1. 그라운드;
    급전점과 전자기적으로 결합되어 급전 신호를 제공하는 급전 선로;
    상기 급전 선로 하부에 소정 거리 이격되어 구비되며 상기 그라운드로부터 연장되는 확장 그라운드;
    상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제1 주파수 신호를 방사하는 제1 방사체; 및
    상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제2 주파수 신호를 방사하는 제2 방사체를 포함하되,
    상기 확장 그라운드의 사이즈는 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 중간 주파수에 상응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 급전 선로와 상기 확장 그라운드는 캐패시터 구조를 형성하여 병렬 공진 모드를 발생시키는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 병렬 공진 모드의 공진 주파수는 상기 캐패시터 구조의 캐패시턴스 성분에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 급전 선로 및 상기 확장 그라운드 사이에는 유전체가 구비되는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
  5. 그라운드;
    급전점과 전자기적으로 결합되어 급전 신호를 제공하는 급전 선로;
    상기 급전 선로 하부에 소정 거리 이격되어 구비되며 상기 그라운드로부터 연장되는 확장 그라운드;
    상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제1 주파수 신호를 방사하는 제1 방사체; 및
    상기 급전 선로와 결합되며 소정의 제2 주파수 신호를 방사하는 제2 방사체를 포함하되,
    상기 급전 선로와 상기 확장 그라운드는 캐패시터 구조를 형성하여 병렬 공진 모드를 발생시키는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 병렬 공진 모드의 공진 주파수는 상기 캐패시터 구조의 캐패시턴스 성분에 의해 조절되며, 상기 병렬 공진 모드의 공진 주파수는 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호의 중간 주파수가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 확장 그라운드의 사이즈는 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호의 중간 주파수에 상응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 급전 선로 및 상기 확장 그라운드 사이에는 유전체가 구비되는 것을 특징으로 하는 확장 그라운드를 이용한 광대역 안테나.
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