KR20130023858A - 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의하면 유전체 블록; 상기 유전체 블록의 상면에 형성되는 제1 방사부; 상기 제1 방사부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장 형성되는 급전부; 상기 제1 방사부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장되되 상기 급전부와 이격하여 형성되는 제1 접지부; 상기 유전체 블록의 상면에 상기 제1 방사부로부터 이격 형성되는 접속부; 상기 접속부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장되는 제2 접지부; 및 상기 접속부에는 전기적으로 접속되고 상기 제1 방사부에는 전자기적으로 결합되는 제2 방사부를 포함하는 안테나가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 직접 급전에 의한 공진 및 전자기적 급전에 의한 공진을 포함하여 다중 대역에서 공진하는 안테나를 구현할 수 있는 장점이 있다.

Description

안테나{ANTENNA}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직접 급전에 의한 공진과 커플링 급전에 의한 공진을 이용한 다중 공진 안테나에 관한 것이다.

최근 다양한 무선 통신 기기가 출현함에 따라 안테나의 수요가 급격히 늘어나고 있다. 특히 무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 안테나도 소형화되기에 이르렀고, 소형으로 제작되면서도 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는 안테나의 개발이 요구되어 왔다.

초기에는 외장형 안테나가 주를 이루었으나, 점차 내장형 안테나의 개발이 진행되어 왔고, 최근에는 칩 형태의 내장형 안테나도 보급되어 왔다. 칩 형태의 안테나는 소형으로 제작할 수 있는 장점은 있지만, 방사체를 형성할 수 있는 공간이 좁기 때문에 다중 대역을 만족하도록 제작하기는 어려웠다. 따라서 주로 블루투스(BT), 와이파이(Wi-Fi) 대역에서만 동작되는 것이 대부분이었다. 뿐만 아니라, 안테나의 사이즈가 줄어들면 이득이 감소하는 한계도 존재했다.

따라서 안테나 업계에서는 칩 안테나를 변형한 새로운 구조의 안테나 개발이 요구되어 왔다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 다중 대역에서 동작하는 안테나를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 일 목적은 크기를 소형화하면서도 이득과 효율의 저하를 방지하는 안테나를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 유전체 블록; 상기 유전체 블록의 상면 일부에 형성되는 제1 방사부; 상기 제1 방사부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장 형성되는 급전부; 상기 제1 방사부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장되되 상기 급전부와 이격하여 형성되는 제1 접지부; 상기 유전체 블록의 상면 일부에 상기 제1 방사부로부터 이격 형성되는 접속부; 상기 접속부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장되는 제2 접지부; 및 상기 접속부에는 전기적으로 접속되고 상기 제1 방사부에는 전자기적으로 결합되는 제2 방사부를 포함하는 안테나가 제공된다.

여기서, 상기 제2 방사부는, 전도성 층; 상기 전도성 층의 상면에 부착되는 제1 유전체 층; 및 상기 전도성 층의 하면에 부착되는 제2 유전체 층을 포함하되, 상기 제2 유전체 층의 일부에 비아홀이 형성되어 상기 전도성 층과 상기 접속부가 직접 맞닿게 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 급전부는 상기 제1 방사부의 일측으로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하면까지 연장 형성되고, 상기 제1 접지부는 상기 제1 방사부의 일측으로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하면까지 연장되되 상기 급전부와 이격하여 형성되며, 상기 제2 접지부는 상기 접속부의 일측으로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하면까지 연장 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 급전부는 상기 제1 방사부의 양측으로부터 상기 유전체 블록의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성되고, 상기 제1 접지부는 상기 제1 방사부의 양측으로부터 상기 유전체 블록의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성되며, 상기 제2 접지부는 상기 접속부의 양측으로부터 상기 유전체 블록의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성될 수도 있다.

또한, 상기 급전부가 상기 제1 접지부와 상기 제2 접지부 사이에 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 직접 급전에 의한 공진 및 전자기적 급전에 의한 공진을 포함하여 다중 대역에서 공진하는 안테나를 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이득과 효율의 저하를 줄이면서 안테나의 크기를 소형화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나에 있어서 제2 방사부를 제외한 구조의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나에 있어서 제2 방사부를 제외한 구조의 전개도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 안테나에 있어서 제2 방사부를 제외한 구조의 전개도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나에 있어서 제2 방사부를 제외한 구조의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나에 있어서 제2 방사부를 제외한 구조의 전개도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 발명에 따른 다양한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지기술 및 그 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 상하좌우의 기준은 절대적인 것이 아니며 본 발명을 용이하게 설명하기 위해 도면을 기준으로 설명하는 상대적인 기준에 불과하다. 또한, 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나에서 제2 방사부를 제외한 구조의 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예는 유전체 블록(10) 상부에 부착된 제2 방사부(16)를 포함한다. 유전체 블록(10)의 상면 일부에는 제1 방사부(11)가 형성되는데, 제1 방사부(11)는 전도성을 띠는 소재로 구성된다. 유전체 블록(10)의 측면에는 제1 방사부(11)로부터 연장되는 2개의 전도성 선로(12, 13)가 형성된다. 이 중 하나는 외부의 전기적 신호를 제1 방사부(11)로 직접 전달하는 급전부(12)이고, 다른 하나는 외부의 접지와 접속하는 제1 접지부(13)이다. 즉, 급전부(12) 및 제1 접지부(13)는 제1 방사부로(11)부터 유전체 블록(10)의 측면을 따라 하방으로 연장 형성되는데, 급전부(12) 및 제1 접지부(13)는 서로 이격하여 형성된다. 도면에 직접 도시되지는 않았으나, 급전부(12)는 외부의 메인 회로 기판(미도시)의 급전으로부터 전기적으로 접속되고, 제1 접지부(13)는 외부의 메인 회로 기판(미도시)의 접지면과 접속될 수도 있다.

유전체 블록(10)의 상면 일부에는 제1 방사부(11)로부터 이격되어 접속부(14)가 형성된다. 즉, 접속부(14)는 제1 방사부(11)가 형성되지 않은 영역에 형성되되 제1 방사부(11)와 전기적으로 직접적인 접속이 되지 않게끔 이격 형성되는 것이다. 유전체 블록(10)의 측면에는 접속부(14)로부터 연장되는 1개의 전도성 선로(15)가 형성된다. 이 선로(15)는 외부의 접지와 접속하는 제2 접지부(15)이다. 즉, 제2 접지부(15)는 접속부(14)로부터 유전체 블록(10)의 측면을 따라 하방으로 연장 형성된다. 도면에 직접 도시되지는 않았으나, 제2 접지부(15)는 외부의 메인 회로 기판(미도시)의 접지면과 접속될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나는 도 1에 도시되는 것처럼, 유전체 블록(10)의 상부에 제2 방사부(16)를 포함하는데, 제2 방사부(16)는 접속부(14)와는 전기적으로 접속되면서, 제1 방사부(11)와는 전자기적으로 결합되는 구조이다. 여기서 전기적 접속이란 전도성 소재가 직접 접촉되어 전류가 흐를 수 있도록 구성되는 것을 의미하고, 전자기적 결합이란 전기적으로 직접 접속되지는 않았으나 교류 전류의 커플링에 의해 전류가 전달되는 것을 의미한다.

이처럼 제2 방사부(16)가 접속부(14)에는 전기적으로 접속되면서 제1 방사부(11)에는 전자기적으로 결합되도록 하기 위한 한 가지 예를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나의 단면도이다. 도 3에 의하면, 제2 방사부(16)가 층상 구조로 형성됨을 알 수 있다. 전도성 층(16a)을 가운데에 둔 상태에서, 상측에는 제1 유전체 층(16b)을 부착하고, 하측에는 제2 유전체 층(16c)을 부착할 수 있다. 예를 들어, 전도성 층(16a)은 금속 판 또는 금속 박막 등으로 구성될 수 있다. 전도성 층(16a)이 접속부(14)와 직접 전기적으로 접속하기 위해서는 제2 유전체 층(16c)의 일부를 노출시켜 전도성 층(16a)이 접속부(14)에 직접 맞닿게 부착하거나, 도 3에 도시된 것처럼 비아홀(17)을 형성하여 부착할 수도 있을 것이다.

제2 방사부(16)가 제1 방사부(11)의 상측에 대면하도록 형성되는 이유는 이들의 전자기적 결합을 강하게 하기 위함이다. 다시 말해, 제1 방사부(11)가 형성된 상면 위에 제2 방사부(16)를 위치시킬 경우, 제1 방사부(11) 및 제2 방사부(16)가 면 대 면으로 대향하도록 구성됨으로써 전자기적 결합이 강하게 유도되는 것이다.

한편, 상술한 제2 방사부(16)를 구성하기 위한 한 가지 예로써 연성인쇄회로기판(FPCB)을 SMT 결합하여 사용할 수도 있을 것이다. 연성인쇄회로기판(FPCB)을 사용할 경우 제2 방사부(16)가 절곡될 수 있으므로 다른 부품과의 구조적 간섭을 극복할 수 있는 장점도 있다. 또한 무선 통신 기기의 내부에 포함되는 임의의 연성인쇄회로기판(FPCB)의 접지면을 활용하여 제2 방사부(16)로 사용할 수 있는 이점도 있다.

도 4에 의하면 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나에서 제2 방사부를 제외한 구조의 전개도가 도시된다. 급전부(12)는 제1 방사부(11)의 일측으로부터 유전체 블록(10)의 측면을 따라 하면까지 연장 형성된다. 제1 접지부(13)는 제1 방사부(11)의 일측으로부터 유전체 블록(10)의 측면을 따라 하면까지 연장되되 급전부(12)와는 이격하여 형성된다. 제2 접지부(15)는 접속부(14)의 일측으로부터 유전체 블록(10)의 측면을 따라 하면까지 연장 형성된다.

이처럼, 급전부(12), 제1 접지부(13), 제2 접지부(15)를 유전체 블록(10)의 하면까지 연장하여 형성하게 되면, 유전체 블록(10)의 하면을 메인 회로 기판(미도시)에 SMT 공정을 통해 용이하게 결합할 수 있는 이점이 있다. 물론, 경우에 따라서 도면에 도시된 것과 달리, 급전부(12), 제1 접지부(13), 제2 접지부(15)를 유전체 블록(10)의 하면까지 연장하지 않고서 측면에만 형성하여 유전체 블록(10)의 측면을 메인 회로 기판(미도시)에 SMT 공정을 통해 결합할 수도 있다.

도 5에 의하면 본 발명의 제2 실시예에 의한 안테나에서 제2 방사부를 제외한 구조의 전개도가 도시된다. 제2 방사부에 대한 설명은 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 구조로 이해할 수 있으므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

도 5에 의하면 급전부(12), 제1 접지부(13), 제2 접지부(15)가 유전체 블록(10)의 양측면 및 하면을 연장하며 형성된다. 즉, 급전부(12)는 제1 방사부(11)의 양측으로부터 유전체 블록(10)의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성되고, 제1 접지부(13)는 제1 방사부(11)의 양측으로부터 유전체 블록(10)의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성된다. 또한, 제2 접지부(15)는 접속부(14)의 양측으로부터 유전체 블록(10)의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성될 수 있다.

도 6에 의하면 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나에서 제2 방사부를 제외한 구조의 사시도가 도시되고, 도 7에 의하면 그 전개도가 도시된다. 제2 방사부에 대한 설명은 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 구조로 이해할 수 있으므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 의하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 안테나와 달리 제1 방사부(11)가 유전체 블록(10)의 상면에만 형성된 것이 아니라 측면까지 연장 형성될 수도 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서 설명하는 제1 방사부(11)는 유전체 블록(10)의 상면에만 형성되는 것을 의미하는 것이 아니라, 적어도 상면의 일부를 포함하여 형성된다고 이해함이 바람직하다. 물론, 도시된 형태와 달리 제1 방사부(11)가 유전체 블록(10)의 상면 일부에만 형성되고 급전부(12)와 제1 접지부(13)가 유전체 블록(10)의 상면까지 연장되는 구조도 구성 가능할 것이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 것처럼 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나의 유전체 블록(10)을 길이(L)가 6mm, 폭(W)이 4.3mm, 높이(H)가 1.1mm가 되게 구성하여 시뮬레이션을 실시하였다. 본 발명의 제3 실시예에 의한 안테나가 실장되는 메인 회로 기판의 그라운드 두께는 0.8mm, 크기는 40mm×40mm가 되도록 하였다. 안테나가 실장될 비 그라운드 영역은 비유전율이 4.9인 FR4 기판으로 구성하되 그 영역의 크기를 6mm×3.9mm로 구성하였다.

도 9에 의하면 전술한 구조의 시뮬레이션 결과가 S-Parameter 값으로 나타난다. 도 9에 도시된 것처럼 1.575GHz와 2.4401GHz를 중심으로 2중 대역의 공진이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 2.4401GHz에서 형성되는 공진은 급전부(12), 제1 방사부(11), 및 제1 접지부(13)을 통해 형성되는 공진으로 이해할 수 있다. 이 때의 공진은 급전부(12), 제1 방사부(11), 및 제1 접지부(13)로 연결되는 역 F 안테나 형태의 공진으로 이해할 수 있을 것이다. 한편, 1.575GHz에서 형성되는 공진은 제2 방사부(16)에서 형성되는 공진으로 이해할 수 있다. 이 때의 공진은 급전부(12)에서 수신한 전류가 제1 방사부(11)를 통해 제2 방사부(12)로 전자기적으로 전달되어 형성되는 공진으로 이해할 수 있을 것이다. 제2 방사부(12)의 방사체 크기가 더 크기 때문에 낮은 주파수 대역에서 공진하는 것으로 이해할 수 있다. 아울러, 전자기적 결합, 즉 커플링 급전에 의한 방사가 발생함에 따라 1.575GHz에서 더 넓은 대역폭이 형성됨을 확인할 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 실시예들에 의하면 급전부(12), 제1 접지부(13), 및 제2 접지부(15)의 상대적인 위치에 대해서 설명하진 않았으나, 도면에 도시된 형태처럼 급전부(12)가 제1 접지부(13)와 제2 접지부(15) 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 제1 접지부(13)가 급전부(12)와 제2 접지부(15) 사이에 형성될 수도 있지만, 이렇게 되면 급전부(12)와 제2 접지부(15) 사이의 전자기적 결합 효과가 저하되는 단점이 있다. 따라서 급전부(12)와 제2 접지부(15) 사이의 전자기적 결합 효과를 증대하기 위해서는 급전부(12)가 제1 접지부(13) 및 제2 접지부(15) 사이에 위치할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 유전체 블록
11: 제1 방사부
12: 급전부
13: 제1 접지부
14: 접속부
15: 제2 접지부
16: 제2 방사부
17: 비아홀

Claims (5)

1. 유전체 블록;
   상기 유전체 블록의 상면 일부에 형성되는 제1 방사부;
   상기 제1 방사부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장 형성되는 급전부;
   상기 제1 방사부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장되되 상기 급전부와 이격하여 형성되는 제1 접지부;
   상기 유전체 블록의 상면에 일부에 상기 제1 방사부로부터 이격 형성되는 접속부;
   상기 접속부로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하방으로 연장되는 제2 접지부; 및
   상기 접속부에는 전기적으로 접속되고 상기 제1 방사부에는 전자기적으로 결합되는 제2 방사부를 포함하는 안테나.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제2 방사부는,
   전도성 층;
   상기 전도성 층의 상면에 부착되는 제1 유전체 층; 및
   상기 전도성 층의 하면에 부착되는 제2 유전체 층을 포함하되,
   상기 제2 유전체 층의 일부에 비아홀이 형성되어 상기 전도성 층과 상기 접속부가 직접 맞닿게 구성되는 안테나.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 급전부는 상기 제1 방사부의 일측으로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하면까지 연장 형성되고,
   상기 제1 접지부는 상기 제1 방사부의 일측으로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하면까지 연장되되 상기 급전부와 이격하여 형성되며,
   상기 제2 접지부는 상기 접속부의 일측으로부터 상기 유전체 블록의 측면을 따라 하면까지 연장 형성되는 안테나.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 급전부는 상기 제1 방사부의 양측으로부터 상기 유전체 블록의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성되고,
   상기 제1 접지부는 상기 제1 방사부의 양측으로부터 상기 유전체 블록의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성되며,
   상기 제2 접지부는 상기 접속부의 양측으로부터 상기 유전체 블록의 양측면 및 하면을 따라 연장 형성되는 안테나.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 급전부가 상기 제1 접지부와 상기 제2 접지부 사이에 형성되는 안테나.

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