KR20140140446A - 안테나 장치 및 이를 구비하는 전자기기 - Google Patents

Abstract

본 개시에 따른 안테나 장치를 구비하는 전자기기는, 전파를 송수신하는 방사체와, 상기 방사체의 일단에 연결되고, 상기 방사체에 흐르는 전류의 반대극성에 해당하는 전류가 흐르는 그라운드부와, 상기 그라운드부의 일부로부터 연장된 확장된 그라운드 및 상기 그라운드부로부터 상기 확장된 그라운드에 인접한 영역에 연장되어, 상기 그라운드부로부터 상기 방사체 길이에 대응하는 전류 패스를 통해 전류가 흐르게 하는 그라운드 패스를 포함한다.

Description

안테나 장치 및 이를 구비하는 전자기기{ANTENNA DEVICE AND ELECTRIC DEVICE HAVING THE SAME}

본 개시는 안테나 장치 및 이를 구비하는 전자기기에 관한 것으로, 특히 전자기기의 제한적 공간구조에서 최적의 배치형태를 가지며, 주변 전기물 및 회로물의 간섭으로 인한 안테나 특성의 왜곡현상을 방지하고 변경된 공진 주파수를 보상할 수 있는 안테나 및 이를 구비하는 전자기기에 관한 것이다.

일반적으로 전자기기는 무선 통신 기능을 수행하기 위하여 다양한 종류의 무선 통신부를 구비하고 있다. 그리고 무선 통신부는 대응되는 안테나를 통해 외부와 무선통신 기능을 수행하게 된다. 예컨대, 현재 휴대단말기는 기지국과 무선 통신을 위한 통신부(예를 들면 LTE, WCDMA 등), 인터넷 망 등과 연결하기 위한 통신부(예를 들면 WiFi, Wibro, Wimax 등), 근거리 통신을 위한 통신부(예를 들면 Bluetooth, NFC 등), GPS 수신부 등을 구비하고 있다. 언급한 전자기기의 통신부는 외부와 무선 통신을 수행하기 위한 안테나들을 구비하여야 한다. 즉, 현재의 휴대단말기는 외부와 무선 통신 기능을 수행하기 위한 복수의 안테나들을 구비하여야 한다. 따라서 휴대단말기에 복수의 안테나들을 장착하기 위하여, 안테나를 소형화하여야 하는 것이 필수적이다.

평면 역 F 안테나(Planner Inverted F Antenna, 이하 PIFA라 칭함)는 소형 안테나의 하나이다. 상기 휴대단말기에 사용되는 PIFA타입의 경우, 사용 주파수의 1/4 파장

이 필요하다. 예를 들면 GPS(1.575GHz 대역) 안테나의 경우 공기 중에서 4.7cm의 물리적인 길이가 필요하며, LTE(700 MHz 대역) 안테나의 경우 10.7cm의 물리적인 길이가 필요하다. 따라서 복수의 안테나들을 구비하여 다양한 무선 통신 기능을 지원해야 하는 현재 휴대 단말기에서, 상기 안테나들이 차지하는 공간이 커지는 문제점이 있었으며, 이로 인해 휴대단말기의 크기를 작게 제조하는 한계가 있었다. 또한 상기 안테나의 공진은 안테나의 물리적 길이가 결정을 하므로 금형 수정 등 개발 진행 시 튜닝을 위해 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.

최근에 출시되는 스마트 폰은 하단에 데이터 전송을 위한 입출력 커넥터(Input/Output connector)를 실장하고 있다. 이는 사용자의 스마트 폰 이용 편의성과 디자인을 고려한 구조로서 여러 가지 장점을 가지나, 이러한 하단에 실장된 커넥터 구조로 인해 하단에 위치하는 안테나의 방사 영역이 전기물 또는 회로물에 막혀 좁아지고, 주변 금속물에 의한 영향으로 오동작이 발생하는 문제가 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 개시의 목적은 전자기기를 설계하는 과정에서 각종 전기물, 회로물 등에 의해 안테나의 기본적인 방사영역이 침해당하여 안테나 성능이 저하되는 문제를 해결할 수 있는, 안테나 장치 및 이를 구비하는 전자기기를 제공하는데 있다.

본 개시에 따른 안테나 장치를 구비하는 전자기기는, 전파를 송수신하는 방사체와, 상기 방사체의 일단에 연결되고, 상기 방사체에 흐르는 전류의 반대극성에 해당하는 전류가 흐르는 그라운드부와, 상기 그라운드부의 일부로부터 연장된 확장된 그라운드 및 상기 그라운드부로부터 상기 확장된 그라운드에 인접한 영역에 연장되어, 상기 그라운드부로부터 상기 방사체 길이에 대응하는 전류 패스를 통해 전류가 흐르게 하는 그라운드 패스를 포함한다.

본 개시에 따른 안테나 장치는, 전파를 송수신하는 방사체와, 상기 방사체의 일단에 연결되고, 상기 방사체에 흐르는 전류의 반대극성에 해당하는 전류가 흐르는 그라운드부 및 상기 그라운드부의 일부가 확장된 영역에 인접하게 배치되어, 상기 그라운드로부터 흐르는 전류가 상기 확장된 영역에 의해 분산되기 전에 새로운 전류패스로 흐르게 하는 그라운드 패스를 포함한다.

본 개시에 따른 안테나 및 이를 구비하는 전자기기는 타 전기물 및 회로물의 실장을 위해 확장된 그라운드가 안테나에 인접하게 배치된 상황에서, 안테나의 그라운드로부터 연장된 새로운 그라운드 패스를 형성함으로써, 안테나의 그라운드에 흐르는 전류가 확장된 그라운드에 의해 분산되기 전에 새로운 전류패스를 통하여 원활하게 흐르도록 함으로써, 안테나 특성의 왜곡현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 개시에 따르면, 그라운드 패스에 추가된 인덕터 혹은 캐패시터 등의 lumped 소자를 이용하여 그라운드 패스의 길이를 조정함으로써 임피던스를 컨트롤 할 수 있다.

더불어, 본 개시에 따르면 그라운드 패스와 확장된 그라운드 간의 상호작용을 이용하여 공진주파수를 튜닝할 수 있다.

도 1은 일반적인 전자기기 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 각 안테나 구조에 의해 흐르는 전류의 분포를 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 각 안테나의 공진 주파수를 비교한 그래프.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시하는 도면.
도 5는 본 개시의 실시예에 따라 안테나 방사시 전류의 분포를 도시한 도면.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 안테나의 공진 주파수를 종래와 비교한 그래프.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 튜닝에 의한 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프.

이하, 본 개시의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.

또한, 하기 설명에서는 안테나의 길이, 크기 및 주파수 등과 같은 구체적인 특정 사항들이 나타내고 있는데, 이는 본 개시의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 개시가 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 상세한 설명을 생략한다.

본 개시는 다양한 무선통신 기능(LTE, GPS, BT, WIFI 등)을 지원하는 휴대 단말기에서 사용하는 안테나장치에 관한 것이다. 본 개시의 실시예에 따른 안테나장치는 PCB에 프린트되거나 carrier와 같은 기구물 위에 형성된 일정 패턴(프린트되거나 철 구조물로 만들어지거나)의 양단 및/또는 급전점에 전기회로를 접속하는 구조를 가지며, 임피던스 매칭을 위한 lumped 소자를 이용한다. 또한, 공진 주파수 튜닝을 위해 확장된 그라운드와 새로운 그라운드 패스 간의 거리를 조정한다.

본 개시의 실시예에 따른 안테나 장치는 안테나의 그라운드 패스에 lumped element를 연결함으로써, electrical wavelength와 input impedance를 동시에 향상 시켜 안테나 공간을 절약할 수 있다. 또한 상기 안테나의 그라운드 패스에 인접한 확장된 그라운드 간의 이격 거리 조정을 통해 안테나 공진점의 튜닝을 수행함으로써, 별도의 추가 소자 없이 공진 주파수 튜닝을 용이하게 수행할 수 있다.

도 1은 일반적인 전자기기 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 각 안테나 구조에 의해 흐르는 전류의 분포를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 각 안테나의 공진 주파수를 비교한 그래프이다.

도 1의 (a)를 참조하면, 일반적으로 전자기기는 각종 회로물 및 전기물을 실장하기 위한 PCB 기판(100)을 구비하고, PCB 기판(100)의 하단에 빈 공간을 활용하여 안테나 장치(120)를 배치하는 방안으로 좁은 전자기기 내부의 공간을 활용하였다. 그러나 최근 출시되는 스마트 폰의 경우, 사용자의 이용 편의성과 디자인을 고려하여 PCB 기판(100)의 하단에 데이터 전송을 위한 커넥터를 실장하는 구조를 채택하고 있다. 이러한 커넥터의 실장을 위해 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 PCB 기판(100)의 그라운드부(110)가 하단으로 확장된 그라운드(140)가 추가된다.

도 1(a)에 도시된 안테나에 급전시 방사체(120)와 그라운드부(110)에 흐르는 전류의 분포는 도 2의 좌측의 전류 분포도(210)와 같다.

여기서, 방사체(120)에 전류가 흐르면 그라운드부(110)에도 전파효과(propagation effect), 즉 표피효과(skin effect)로 인해 전류가 흐르게 된다. 표피효과란, 전도성이 강한 방사체(120)와 같은 물질에서 유도검층(induction logging)이 수행될 때 관찰되는 전기비저항의 증가현상을 말한다. 표피효과는 인접한 매질 루프들이, 높은 전도성 때문에 상당한 크기의 유도전류를 흘릴 때 그들 사이의 상호작용에 의해 생길 수 있다. 매질 루프의 전류에 의해 생성된 유도 자기장은 주위 매질 루프에 추가적인 와전류(eddy currents)를 유도하며, 이는 송신 코일에 의한 유도 자기장과 중첩되어 나타날 수 있다.

이와 같은 현상에 의해 방사체(120)에 흐르는 전류의 반대 극성에 해당하는 만큼의 전류가 그라운드부(110)에 흐르게 되고, 반대 극성 전류가 흐르는 그라운드부(110)가 안테나 방사체 길이 값만큼의 역할을 하게 된다. 이로 인해 모노폴 안테나는 다이폴 안테나와 비교하여 절반의 길이로만 안테나 구현이 가능하게 되고 공간이 절반만 필요하게 되어 안테나의 소형화를 구현할 수 있다.

도 1(b)에 도시된 안테나에 급전시 방사체(120)와 그라운드부(110)에 흐르는 전류의 분포는 도 2의 우측 전류 분포도(220)와 같다. 즉, 전자기기의 하단부에 커넥터 실장을 위해 그라운드부(110)가 안테나가 구비된 영역으로 확장될 경우, 그라운드부(110)를 통해서 흐르던 전류가 확장된 그라운드(140)에서 분산되어, 그라운드부(110)를 통해 연속적으로 원활히 흐르지 못하게 된다. 다시 말해, 그라운드부(110)를 통해 흐르던 전류에 의한 안테나 길이 값에 변화가 생긴다. 이로 인해, 안테나가 미리 설정된 공진 주파수에서 공진하지 못하고, 해당 주파수 대역에서 반사 계수가 커지는 문제가 발생한다.

도 1(a)에 도시된 안테나의 반사계수는 도 3의 점선 그래프로 나타나고, 도 1(b)에 도시된 안테나의 반사계수는 도 3의 실선 그래프로 나타난다. 즉, 점선 그래프는 인접한 영역에 그라운드가 확장되지 않은 경우의 안테나의 반사계수를 나타내고, 실선 그래프는 인접한 영역에 그라운드(140)가 확장된 경우의 안테나의 반사계수를 나타낸다.

그래프의 GSM 900MHz 대역을 살펴보면, 도 1(a)의 안테나보다 실선 그래프인 도 1(b)의 안테나의 반사가 더 크다. 이는 확장된 그라운드(140)의 추가 구조로 인해 그라운드부(110)에 흐르던 전류가 원활히 흐르지 못하고 분산되어 안테나가 미리 설정된 공진 주파수에서 공진하지 못하여 반사가 발생하기 때문이다. 따라서, 도 1(a)의 안테나와 비교했을 때 도 1(b)의 안테나 구조에 대응하는 안테나 이득이 저하됨을 알 수 있다.

이와 같이 확장된 그라운드(140) 구조로 인한 문제점을 해결하기 위해서 방사체(120)의 길이를 변경하거나 안테나와 트랜스미션 라인의 임피던스를 맞춰주는 매칭단을 아무리 튜닝해도 안테나의 반사계수는 크게 개선되지 않는다.

그 이유는 방사체의 길이 변화와 매칭단의 튜닝을 통해서 얻어질 수 있는 임피던스 매칭 제어 기능을 넘어서는 큰 요인이 안테나의 전류 흐름을 지배하고 있기 때문이다. 안테나의 전류 흐름을 지배하는 큰 요인은 바로 전기물과 회로물을 실장하기 위해 추가된 확장된 그라운드(140)이다.

보통의 경우, 확장된 그라운드(140)에는 데이터 입출력용 커넥터가 실장되게 되는데 이 커넥터는 사용자의 이용 편의성 및 디자인을 이유로 거의 정확히 전자기기 하단의 한 가운데 배치되며, 이는 안테나의 성능 등을 위해 위치를 이동하기 힘든 요소이다.

따라서 본 개시는 커넥터를 전자기기의 하단에 실장하면서도 안테나의 배치를 이동하지 않으면서, 안테나 특성의 왜곡현상을 방지할 수 있는 안테나 구조를 개시한다.

도 4는 본 개시의 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시하는 도면이고, 도 5는 본 개시의 실시예에 따라 안테나 방사시 전류의 분포를 도시한 도면이며, 도 6은 본 개시의 실시예에 따른 안테나의 공진 주파수를 종래와 비교한 그래프이고, 도 7은 본 개시의 실시예에 따른 튜닝에 의한 공진 주파수의 변화를 도시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 안테나는 PCB 기판(100)에 인접한 비접지 영역에 실장될 수 있다. 예컨대, 전자기기의 하단 영역에 실장될 수 있다.

PCB 기판(100)은 유전체층과 금속 도금층이 교차로 반복되어 적층된 적층 구조의 기판일 수 있고, 그라운드부(110)는 최상위 금속 도금층으로 구성될 수 있으며, 상기 비접지 영역은 PCB 기판(100)의 최상위 도금층의 일부를 제거한 필컷(Fill cut) 영역일 수 있다. 상기 금속 도금층으로서, 금, 은, 니켈, 구리 및 알루미늄 등과 같은 금속 재료가 이용될 수 있고, 이중에서 비용적인 이유로 구리(copper)가 많이 쓰이고 있다.

본 개시의 안테나는 예컨대, 피파 안테나(Planar Inverted-F Antenna, PIFA)로 구성될 수 있다. 피파 안테나란 인쇄회로기판으로부터 공급된 전기 신호가 급전부를 통하여 방사체에 전달되고, 상기 방사체에 전달된 전기신호가 접지부를 통하여 인쇄회로기판으로 돌아옴으로써 형성되는 회로전송라인을 이용하여 공기 중의 전파를 수신하거나, 공기 중으로 전파를 방사할 수 있는 안테나를 말한다. 피파 안테나는 전체 형상이 F자 형태를 가지고, 커버할 수 있는 대역폭을 이동통신 대역(3G, 4G) 대역 및 부가 통신 대역(GPS, WiFi, Bluetooth 등)으로 맞출 수 있다.

또는, 본 개시의 안테나는 안테나 회로가 PCB 기판에 에칭되어 형성된 안테나, 적층 구조의 PCB 기판 층과 비아 홀(Via hole) 연결에 의해 PCB의 Z축 방향으로 형성된 방사체를 통해 방사하는 안테나, 캐리어에 금속패턴 도금으로 형성된 안테나, 리어(rear) 융착에 의해 생성된 안테나, FPCB(Flexible PCB)를 이용하여 형성된 안테나, LDS(Laser Direct Structuring) 안테나, 이종사출에 의해 생성된 안테나 중 적어도 하나의 안테나일 수 있다.

본 개시의 안테나는 BT(Blue Tooth), GPS(Global Positioning System) 및 와이파이(WiFi)와 같이 1.56GHz 이상의 주파수 대역을 가지는 안테나와 GSM( Global System for mobile communication), CDMA(Code Division Multiple Access) 및 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)의 통신을 담당하는 안테나 중 적어도 하나일 수 있다.

본 개시의 안테나는 방사체(120), 급전부(130), 그라운드부(110), 그라운드 패스(200) 및 임피던스 매칭 소자(210)를 포함하여 구성될 수 있다.

방사체(120)는 안테나 패턴, 안테나 방사체 및 방사체 패턴과 동일한 개념으로 설명될 수 있다. 예컨대, 방사체(120)는 전자기기의 리어 케이스의 일면에 실장되거나, 배터리로부터 안테나 이득에 영향을 미치지 않는 소정 간격으로 이격 배치됨이 바람직하다. 방사체(120)는 PCB 기판 또는 캐리어에 융착 또는 인몰드(In mold) 타입으로 실장 가능하고, 은(Ag) 페이스트 또는 구리 페이스트 또는 이들의 합성물질 등 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

또한, 방사체(120)는 접지선이 연결되어 있지 않은 모노폴 안테나의 형태를 갖는 싱글밴드 안테나 또는 급전선 부근의 위치에서 접지선이 연결된 PIFA 형태의 싱글밴드 안테나를 구현할 수 있다.

급전부(130)는 PCB 기판(100)과 방사체(120) 사이에 연결되어 PCB 기판(100)으로부터 전원을 방사체(120)에 공급하는 역할을 한다. 상기 전원 공급에 의해 전류가 급전부(130)를 통해 방사체(120)에 전달될 수 있다. 이때, 상기 안테나 장치는 급전부(130)에서 공급되는 전류에 의해 방사체(120), 그라운드부(110) 및 그라운드 패스(200)로 이루어지는 전송라인을 형성한다. 그리고 상기와 같이 순환되는 전송라인에 의해 방사체(120)는 공기 중의 전파를 수신하거나, 또는 공기 중으로 전파를 방사하게 된다.

특히, 본 개시의 방사체(120)는 커넥터와 같은 전기물 또는 회로물을 실장하기 위해 확장된 그라운드(140)와 오버랩되어 실장된다. 즉, 전자기기의 하단에 평면상 또는 수직선상으로 방사체(120)와 확장된 그라운드(140)의 일부가 오버랩되어 제공될 수 있다. 이와 같은 구조에 의해 그라운드부(110)에 흐르는 전류의 흐름에 변화가 발생하는 문제를 방지하기 위해, 그라운드 패스(200)를 채용한다.

즉, 본 개시는 그라운드부(110)에 흐르는 전류가 확장된 그라운드(140)에 의해 분산되기 전에 상기 전류를 새로운 전류패스로 흐르게 하는 그라운드 패스(200)를 채용한다.

그라운드 패스(200)는 그라운드부(110)로부터 확장된 그라운드(140)에 인접한 영역에 연장될 수 있고, 예컨대 그라운드부(110)에 인접한 필컷 영역에 위치할 수 있다. 그라운드 패스(200)는 그라운드부(110)와 같은 적층 구조의 인쇄회로기판의 최상단의 금속 도전층으로 구성되거나, 인쇄회로기판에 프린트된 금속 도전층으로 구성되거나, 캐리어에 실장된 금속 도전층으로 구성될 수 있으며, 그라운드 패스(200)의 구성에 대해 이에 한정하지 않을 수 있다.

그라운드 패스(200)는 예컨대, 루프(loop), 미앤더(meander) 선로, 스파이럴(spiral) 선로와 같은 형태 중 적어도 하나로 구성될 수 있고, 이외에도 그라운드부(110)에 흐르는 전류를 분산되지 않도록 새로운 전류 패스로 흐르게 하기 위한 구조라면 어떠한 구조라도 채용될 수 있다.

그라운드부(110)는 방사체(120)의 타단에 연결되어 방사체(120)를 접지시키는 역할을 할 수 있다.

한편, 안테나는 특정 주파수에서 공진이 발생하는데, 공진이 발생되는 안테나 장치의 공진 주파수는 방사체(120)의 물리적인 길이에 큰 영향을 받는다.

이에 따라, 본 개시는 안테나의 공진 주파수를 튜닝하기 위해 방사체(120)의 물리적인 길이에 영향을 미치는 임피던스 매칭 소자(210)를 채용할 수 있다.

즉, 본 개시는 임피던스 매칭 소자(210)를 이용하여 방사체(120)에 추가되는 길이를 가변시켜 물리적인 방사체(120)의 길이에서 electrical length를 증가시켜 공진 주파수를 이동시킬 수 있다. 임피던스 매칭 소자(210)에 의한 길이는 설계자에 의해 조정될 수 있다.

임피던스 매칭 소자(210)는 그라운드 패스(200)의 일단에 연결될 수 있다. 예컨대, 그라운드부(110)로부터 루프 형태로 연장된 부분과 반대 부분인 그라운드 패스(200)의 일단과 그라운드부(110) 사이에 구비될 수 있다.

임피던스 매칭 소자(210)는 interdigital 회로, lumped element, chip element 등으로 구성될 수 있고, 구체적으로 캐패시터나 인덕터 혹은 인덕터와 캐패시터의 조합으로 구성된 회로이거나, active 소자인 Diode, FET, BJT로 구성된 회로 혹은 RF passive와 active 소자의 조합 혹은 interdigital 회로의 조합으로 구성될 수 있다.

예를 들면, 그라운드 패스(200)의 일단에 연결된 캐패시터의 캐패시턴스(capacitance)가 증가하면 안테나의 하위대역 공진 주파수가 높은 쪽으로 이동할 수 있고, 이를 통해 캐패시터의 연결 구조 및 캐패시턴스의 값을 조절함으로써 안테나의 하위 대역의 공진주파수를 조절할 수 있게 된다. 이러한 캐패시터는 복수의 캐패시터가 직렬 또는 병렬로 연결된 구조일 수 있고, 서로 다르거나 또는 동일한 캐패시턴스를 가진 캐패시터가 연결된 구조일 수 있다.

그리고 본 개시에 따른 안테나는 그라운드 패스(200)와 확장된 그라운드(140) 간의 간격(L) 조정을 활용하여, 설정된 공진 주파수에 대해 추가적으로 튜닝할 수 있다. 즉, 확장된 그라운드(140)와 그라운드 패스(200) 간의 이격 거리(L) 조정에 따라 안테나의 공진 주파수를 조절할 수 있다.

이를 테면, 확장된 그라운드(140)의 유전체 성분의 영향으로 인해 방사체(120) 고유의 유전율이 변경됨으로써 공진 주파수가 변경된 현상을 그라운드 패스(200)와 확장된 그라운드(140)에 실장되는 유전체 간의 간격(L)을 조정함으로써, 보상할 수 있다. 즉, 확장된 그라운드(140)의 유전체 성분과 그라운드 패스(200)의 유전체 성분 간의 상호작용을 이용하여 공진주파수를 튜닝하는 방법을 채용한다.

이를 위해, 그라운드 패스(200)는 주변 환경 변화에 의해 변경된 안테나의 공진 주파수를 다시 소정의 기 설정된 공진 주파수로 변경되도록 유도하는 위치에 배치될 수 있다.

본 개시의 실시예에서는 그라운드 패스(200)가 확장된 그라운드(400)의 일측면에 배치된 예를 개시하나, 경우에 따라 타측면 또는 양측면에 배치될 수 있음에 한정하지 않을 수 있다.

도 5는 본 개시의 안테나에서 공진 발생시 안테나의 전류 흐름을 도시하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 급전점(130)에 전류가 공급되면, 상기 전류는 급전점(130) 및 방사체(120)를 통해 안테나에 유입되며, 안테나를 통해 흐르는 전류는 방사체(120)에서 방사될 수 있다. 그리고 안테나는 급전점(130)에 공급되는 전류에 의해 방사체(120), 그라운드부(110), 그라운드 패스(200) 및 임피던스 매칭 소자(210)를 순환하는 전송라인을 형성할 수 있다. 그리고 방사체(120)의 길이와, 임피던스 매칭 소자(210)와, 그라운드 패스(200)와 확장된 그라운드(140) 간의 간격(L)에 의해 결정되는 공진 주파수를 발생하게 된다.

특히 본 개시는 안테나가 실장된 영역에 그라운드가 확장된 경우, 새로운 전류패스인 그라운드 패스(200)를 채용함으로써, 그라운드부(110)를 통해서 흐르던 전류가 확장된 그라운드(140)에서 분산되기 전에 그라운드 패스(200)를 통해 원활히 흐르게 할 수 있다. 이에 따라 안테나가 그라운드부(110)를 통해 흐르던 전류에 의한 안테나 길이 값을 유지할 수 있고, 안테나가 미리 설정된 공진 주파수에서 공진하게 할 수 있다.

도 6은 도 4에 도시된 바와 같은 확장된 그라운드에 인접한 그라운드 패스를 채용하는 안테나의 반향 손실(return loss)을 도시한다.

도 6을 참조하여 본 개시의 실시예에 따른 안테나의 공진 주파수를 종래와 비교한 그래프의 GSM 900MHz 대역을 살펴보자. 확장된 그라운드가 추가되지 않은 영역에 위치하는 안테나에 대응하는 그래프(620)의 반사 계수가 이상적으로 가장 작고, 확장된 그라운드가 추가된 영역에 위치하는 안테나에 대응하는 그래프(600)의 반사 계수가 가장 크다. 이는 확장된 그라운드로 인하여 안테나의 미리 설정된 공진 주파수가 변형되는 문제를 나타낸다.

확장된 그라운드에 인접한 영역에 안테나의 그라운드 패스를 채택한 본 개시에 따른 안테나에 대응하는 그래프(610)는 그라운드 패스를 적용하지 않은 안테나에 대응하는 그래프(620) 보다 반사 계수가 작아짐을 알 수 있다.

이는 앞서 언급한 바와 같이 확장된 그라운드가 추가된 상태에서 이에 인접한 안테나의 그라운드부에 새로운 전류 패스인 그라운드 패스를 채용함으로써, 전류의 흐름을 원활하게 하기 때문이다. 즉, 그라운드부와 그라운드 패스를 통해 안테나에 흐르는 전류의 반대 극성에 해당하는 만큼의 전류가 흐르게 하여 그라운드부와 그라운드 패스를 안테나 길이값 만큼의 역할을 하게 함으로써, 이로 인해 다이폴 안테나와 비교하여 절반의 길이만 필요로 하는 모노폴 안테나를 정상 구동할 수 있게 한다.

도 7은 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 안테나의 그라운드 패스(200)와 확장된 그라운드(140) 간의 이격 거리 변경에 따른 공진점의 변화 특성을 도시한다.

도 7을 참조하면, 본 개시에 따라 그라운드 패스(200)와 확장된 그라운드(140) 간의 간격(L)을 0에서 3.0mm 까지 0.1mm 간격으로 변화시킬 경우 도 7에 도시된 그래프와 같이 공진 주파수의 튜닝이 가능함을 알 수 있다.

그라운드 패스(200)와 확장된 그라운드(140) 간의 간격(L)이 0.0~0.1mm일 때, 안테나의 공진 주파수는 1GHz 정도이고, 간격(L)이 0.2mm일 때, 안테나의 공진 주파수는 0.7GHz 정도가 되며, 간격(L)이 0.2mm보다 더 커질수록 안테나의 공진 주파수는 간격(L)이 0.0mm일 때의 공진 주파수에 가까워짐을 알 수 있다.

이를 통해, 본 개시의 안테나 장치는 물리적인 길이나 전기회로(lumped element)의 이용뿐만 아니라 그라운드 패스(200)와 확장된 그라운드(140) 간의 간격(L)을 조정하여 공진 주파수를 변경할 수 있음을 알 수 있다. 그리고, 그라운드 패스(200)의 채용으로 인해 공진 주파수의 반향 손실을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시 된 본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100: 기판 120: 방사체
130: 급전부 110: 그라운드부
200: 그라운드 패스 210: 임피던스 매칭 소자

Claims (11)

1. 안테나 장치를 구비하는 전자기기에 있어서,
   전파를 송수신하는 방사체;
   상기 방사체의 일단에 연결되고, 상기 방사체에 흐르는 전류의 반대극성에 해당하는 전류가 흐르는 그라운드부;
   상기 그라운드부의 일부로부터 연장된 확장된 그라운드; 및
   상기 그라운드부로부터 상기 확장된 그라운드에 인접한 영역에 연장되어, 상기 그라운드부로부터 상기 방사체 길이에 대응하는 전류 패스를 통해 전류가 흐르게 하는 그라운드 패스를 포함하는, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
2. 제1항에 있어서, 상기 그라운드부는,
   유전체층과 금속 도금층이 교차로 반복되어 적층된 적층구조 기판의 최상위 금속 도금층으로 구성된, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
3. 제1항에 있어서, 상기 확장된 그라운드부는,
   상기 그라운드부로부터 상기 그라운드부에 인접한 필 컷(fill cut) 영역으로 연장된, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
4. 제1항에 있어서, 상기 그라운드 패스는,
   상기 그라운드에 인접한 필 컷 영역 중 상기 확장된 그라운드의 일측면에 인접하게 구비된, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
5. 제1항에 있어서, 상기 그라운드 패스는,
   루프(loop) 형태, 미앤더(meander) 선로 형태, 스파이럴(spiral) 선로 형태 중 적어도 하나로 구비된, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
6. 제1항에 있어서, 상기 그라운드 패스는,
   일단에 상기 안테나의 공진 주파수를 튜닝하기 위한 임피던스 매칭 소자를 더 구비하는, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 그라운드 패스와 상기 확장된 그라운드 간의 간격은 상기 안테나의 미리 설정된 공진 주파수에 따라 조정된, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
8. 제1항에 있어서, 상기 안테나 장치는,
   모노폴 안테나인, 안테나 장치를 구비하는 전자기기.
9. 안테나 장치에 있어서,
   전파를 송수신하는 방사체;
   상기 방사체의 일단에 연결되고, 상기 방사체에 흐르는 전류의 반대극성에 해당하는 전류가 흐르는 그라운드부; 및
   상기 그라운드부의 일부가 확장된 영역에 인접하게 배치되어, 상기 그라운드로부터 흐르는 전류가 상기 확장된 영역에 의해 분산되기 전에 새로운 전류패스로 흐르게 하는 그라운드 패스를 포함하는, 안테나 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 그라운드 패스는,
    상기 안테나 장치의 공진 주파수를 튜닝하기 위한 임피던스 매칭 소자를 일단에 더 구비하는, 안테나 장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 그라운드 패스와 상기 그라운드부의 일부가 확장된 영역 간의 간격은 상기 안테나 장치의 미리 설정된 공진 주파수에 따라 조정된, 안테나 장치.

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