KR20190086183A - 다중대역 슬롯 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GSM850 (824-894 MHz), GSM900 (880-960 MHz), DCS (1710 MHz - 1880 MHz), PCS (1850 MHz - 1990 MHz), UMTS (1920 MHz - 2170 MHz), LTE2300 (2305 MHz - 2400 MHz), and LTE2500 (2500 MHz - 2690 MHz)대역에서 동작하는 용량성 결합 급전구조를 이용한 다중대역 슬롯 안테나이다. 이동통신 단말기 통신 기술의 급격한 발전과 단말기 이용자의 다양한 수요에 따라 다중대역 안테나는 단말기 통신 시스템에서 필수적으로 요구된다. 하지만 PCB기판 내에서 안테나를 설계할 수 있는 공간은 한정적이므로 단일 안테나 구조만을 이용하여 다중대역 특성을 만족하기는 매우 어렵다. 이러한 이유로 단말기 안테나는 낮은 높이를 갖는 소형화된 구조에서 성능의 저하 없이 설계 되어야 한다. 슬롯 안테나는 낮은 높이를 가지는 간단한 구조, 다른 안테나 장치와의 쉬운 집적도의 장점을 가지므로 다중대역 안테나 설계에 매우 적합한 이동통신 단말기 안테나 구조이다. 하지만 슬롯안테나의 단일 공진만으로는 GSM850, GSM900 대역을 포함하는 저주파대역을 만족시키기 어려우며, 슬롯 구조만으로 저주파 대역을 만족시키는 안테나를 설계한다 해도 크기가 매우 커지게 되므로 추가적으로 소형화 기술도 요구된다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 칩 인덕터와 용량성 결합 급전 기술을 통해 제한적인 설계 공간 내에서 저주파 대역의 공진을 추가 형성하여 소형화 기술과 광대역 기술을 동시에 만족하였다.

Description

다중대역 슬롯 안테나{MULTI-BAND SLOT ANTENNA}

본 발명의 기술적 사상은 다중대역 슬롯 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용량성 결합 급전 구조를 이용하여 다중대역에서 동작할 수 있는 슬롯 안테나에 관한 것이다.

기존의 이동통신 단말기는 다중대역 특성을 만족하기 위해 여러 개의 슬롯 안테나로 구현하여 안테나의 크기가 커지게 된다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제는 용량성 결합 급전 구조를 이용하여 다중대역에서 동작할 수 있는 슬롯 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 다중대역 슬롯 안테나는, 그라운드 기판, 상기 그라운드 기판 상에 형성되어 신호를 방사하는 복수의 슬롯들 및 상기 그라운드 기판과 별개의 층에 형성되어 용량성 결합 급전방식으로 상기 복수의 슬롯들을 급전하는 급전부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 용량성 결합급전을 통해 제한적인 설계공간 내에서 저주파대역의 공진을 추가 형성하여 안테나의 소형화와 광대역 특성을 동시에 만족하였다. 제안된 안테나는 이 광대역 특성으로 단말기 통신대역인 GSM850, GSM900, DCS, PCS, UMTS, LTE2300, LTE2500 대역에 적용가능하며, 전방향성 방사패턴 특성에 의해 외부안테나와 원활한 통신이 가능하다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 안테나 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 슬롯 안테나의 일 실시 예에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 슬롯 안테나에서 길이(L4) 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 슬롯 안테나에서 길이(L5) 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 슬롯 안테나에서 길이(L6) 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1의 슬롯 안테나에서 칩 인덕터(La)의 인덕턴스 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1의 슬롯 안테나의 동작 주파수 변화에 따른 표면전류 분포를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 슬롯 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1의 슬롯 안테나의 최대이득과 효율을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에 기재된 "~부(유닛)", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 차례로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 안테나 구조를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 슬롯 안테나의 일 실시 예에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 도 3은 도 1의 슬롯 안테나에서 길이(L4) 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4는 도 1의 슬롯 안테나에서 길이(L5) 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5는 도 1의 슬롯 안테나에서 길이(L6) 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6은 도 1의 슬롯 안테나에서 칩 인덕터(La)의 인덕턴스 변화에 따른 반사손실 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7은 도 1의 슬롯 안테나의 동작 주파수 변화에 따른 표면전류 분포를 나타낸 그래프이다. 도 8은 도 1의 슬롯 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 1의 슬롯 안테나의 최대이득과 효율을 나타낸 그래프이다.

본 발명에서는 고주파 대역을 만족시키는 기존 슬롯 안테나 구조에 용량성 결합 급전 기술을 적용하여 저주파 대역을 동시에 만족하는 광대역 특성 안테나를 구현하였다. 또한, 용량성 결합 급전 기술은 기존과 동일한 이동통신 단말기 안테나의 제한적인 설계 공간 내에서 이루어졌다.

도 1은 본 발명에서 제안한 용량성 결합급전이 적용된 슬롯 안테나의 도면을 나타낸다. 슬롯 안테나의 뒷면에는 2개의 용량성 결합 급전 스트립과 칩 인덕터로 구성되어있으며, 앞면에는 단락 종단 슬롯, 역 T형 개방 종단 슬롯, 그라운드면으로 구성되어있다. 안테나는 50 mm × 115 mm × 1 mm 의 크기를 갖는 FR-4 기판 위에 제작되었다. 안테나의 크기는 15 mm × 50 mm × 1 mm 이며 기판 앞면 상단에 위치한다.

도 2는 용량성 결합 급전 방식이 적용된 슬롯 안테나의 모의실험 및 측정된 반사 계수를 보여준다. 모의 실험은 ANSYS사의 HFSS툴을 이용하여 수행되었다. 안테나의 -6dB 만족 반사 계수 대역폭은 GSM850, GSM900 대역을 포함하는 저주파대역에서 260 MHz (0.77 GHz - 1.03 GHz)의 대역폭을 가지며 DCS, PCS, UMTS, LTE2300, LTE2500대역을 포함하는 고주파대역에서 1040 MHz (1.66 GHz - 2.70 GHz)의 대역폭을 갖는다. 따라서, 제안된 안테나는 모든 대역에서 -6dB 반사 계수 대역폭을 만족한다.

도 3 내지 도 6은 슬롯 길이(L4, L5, L6) 및 칩 인덕터 값 변화에 따른 반사 계수의 변화를 보여준다. 도 3은 슬롯 길이 L4가 길어질수록 전체적인 주파수 대역이 저주파 대역쪽으로 이동하는 확인할 수 있으며, 특히 GSM900, DCS, LTE 대역에 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있다. 도 4는 슬롯 길이 L5가 길어질수록 고주파수 대역이 저주파 대역쪽으로 이동하는 확인할 수 있으며, 특히 GSM900, UMTS, LTE 대역에 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있다. 도 5는 역 T형 개방 종단 슬롯의 길이 L6가 길어질수록 고주파수 대역이 저주파 대역쪽으로 이동하는 확인할 수 있으며, 특히 GSM900, UMTS, LTE 대역에 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있다. 도 6은 칩 인덕터의 값이 증가할수록 저주파 대역이 더 낮은 저주파 대역쪽으로 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 GSM900 대역에 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있다.

도 7은 주파수 0.85, 0.98, 1.73, 2.06, 2.50 GHz에서 모의실험된 안테나의 표면 전류 분포를 나타낸다. 이 도면에서는 0.85 GHz에서 안테나가 λ/2 길이에서 동작하는 다이폴임을 보여주며 1.73 GHz가 0.85 GHz의 고조파 성분임을 알 수 있다. 그리고 역T형 슬롯 안테나가 2.06, 2.50 GHz인 고주파 대역에 영향을 주는 것을 알 수 있다.

도 8은 용량성 결합 급전 방식이 적용된 슬롯 안테나의 7대역 중심주파수에서 모의실험 및 측정된 2D 방사패턴들을 보여준다. 저주파대역인 GSM850, GSM900 대역에서는 x-z 평면에서 전방향성을 가진 다이폴과 유사한 방사패턴을 보여주며, x-y 평면에서 전방향성 방사 패턴을 보여준다. 고주파대역인 DCS, PCS, UMTS, LTE2300, LTE2500 대역에서는 준 전방향성을 가진 방사 패턴들을 보여준다.

도 9는 용량성 결합 급전 방식이 적용된 슬롯 안테나의 모의실험 및 측정된 최대이득과 효율을 나타낸다. 하위대역에서 측정된 최대이득과 효율은 0.8-0.93 dBi, 51.8-54.6% 범위 내에 있으며, 상위대역에서는 2.24-3.02 dBi, 49.5-71.1% 범위 내에 있다.

실시 예에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 다중대역 슬롯 안테나는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 이동통신 단말기에 폭 넓게 적용될 수 있다.

이상, 본 발명의 기술적 사상을 다양한 실시 예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (1)

1. 그라운드 기판;
   상기 그라운드 기판 상에 형성되어 신호를 방사하는 복수의 슬롯들; 및
   상기 그라운드 기판과 별개의 층에 형성되어 용량성 결합 급전방식으로 상기 복수의 슬롯들을 급전하는 급전부를 포함하는 다중대역 슬롯 안테나.

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