WO2011126305A1 - 안테나 급전 구조체 및 안테나 - Google Patents

안테나 급전 구조체 및 안테나 Download PDF

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WO2011126305A1
WO2011126305A1 PCT/KR2011/002420 KR2011002420W WO2011126305A1 WO 2011126305 A1 WO2011126305 A1 WO 2011126305A1 KR 2011002420 W KR2011002420 W KR 2011002420W WO 2011126305 A1 WO2011126305 A1 WO 2011126305A1
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loop
antenna
capacitive element
power supply
feed
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PCT/KR2011/002420
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전신형
최형철
이재석
조얼
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라디나 주식회사
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/321—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors within a radiating element or between connected radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the present invention relates to an antenna, and more particularly, to a power supply structure for providing an RF signal radiated from an antenna and an antenna using the same.
  • An antenna is a device that receives a public RF signal into the terminal or transmits a signal inside the terminal to the outside, and is an essential element for communicating with the outside in a wireless device.
  • the antenna 10 according to the related art includes a power supply unit 11 and radiators 12a and 12b.
  • the feeder 11 is directly connected to the radiators 12a and 12b, and a signal provided from the feeder 11 is transmitted to the outside through the radiators 12a and 12b.
  • the radiators 12a and 12b may use a ground of a wireless communication device or may be configured as a separate radiator.
  • the part 12a may use a separate radiator, and the part 12b may use the ground plane as the radiator.
  • the antenna according to FIG. 1 provides an electrical signal directly from the power supply unit 11 to the radiators 12a and 12b without an additional power supply structure only by an electric method, performance is reduced compared to an antenna having a power supply structure. there was.
  • the antenna 20 shows an antenna having a power feeding structure according to the prior art.
  • the antenna 20 according to the related art includes a power supply unit 21, radiators 22a and 22b, and a conductive line 24 for forming a power supply loop 25.
  • the antenna 20 according to FIG. 2 forms a feed loop 25 using the conductive line 24, power feeding by magnetic coupling in addition to electric feeding may be performed. It has improved performance over the antenna 10 of FIG. 1 which does not have. However, even if the antenna having the power supply loop 25, there is a problem that the performance is degraded in the high frequency region. This will be described in more detail as follows.
  • Equation 1 Silver length Equivalent magnetic current, where ⁇ is the angular frequency of the RF current, ⁇ is the permeability, S is the area of the feed loop, I ( ⁇ ) is the RF current provided by the feeder.
  • Equivalent magnetic current (I m) is the magnetic flux and the equivalent magnetic current (I m) that occurred can be viewed as a magnetic flux generated in the feed loop 25, a power supply loop (25) generated in the power feeding loop (25) such as equation (2) Have a relationship.
  • Equation 2 ⁇ means the total magnetic flux generated in the feed loop 25.
  • Equation (3) the total magnetic flux generated in the power supply loop 25 can be expressed as shown in Equation (3).
  • Equation 3 it can be seen that as the frequency of the RF current provided from the feed section 21 increases, the total amount of magnetic flux generated in the feed loop 25 decreases. In other words, that the amount of total magnetic flux generated from the power feeding loop 25 decreases means that the equivalent magnetic current (I m) is decreased. Therefore, the high frequencies, the equivalent magnetic current (I m) is reduced efficiently radiating elements so not to feed a RF signal to (22a, 22b), the antenna shown in Figure 3 is degraded at higher frequencies, the bandwidth is narrowed There was a problem.
  • An object of the present invention is to provide a power supply structure that can operate as a wideband antenna while having a simple shape, and an antenna using the same.
  • the present invention provides an antenna feed structure having a low frequency loop, an intermediate frequency loop, and a high frequency loop, in which the resonance occurs between the inductance of the loop itself and the capacitive element, and the resonance frequency is equal to the width of the loop. Control by using the value of the capacitive element.
  • An antenna having a power supply structure according to the present invention has the effect of having a broadband structure while having a simple structure.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an antenna according to the prior art.
  • FIG. 2 shows an antenna having a power feeding structure according to the prior art.
  • FIG 3 is an exemplary view illustrating an antenna to which a power feeding structure according to the present invention is applied.
  • FIG. 4 illustrates embodiments of a power supply structure according to the present invention.
  • Figure 5 (a) shows an example of an antenna to which the power feeding structure according to the prior art is applied.
  • Figure 5 (b) shows a first embodiment of the antenna to which the power feeding structure according to the present invention is applied.
  • FIG. 6 compares the characteristics of the antenna of FIG. 5 (a) and the antenna of FIG. 5 (b).
  • FIG. 7 shows a second embodiment of an antenna to which a feed structure according to the present invention is applied.
  • FIG 8 shows a third embodiment of an antenna to which a feed structure according to the present invention is applied.
  • the present invention includes a first loop including a feeding part and a capacitive element, a second loop and a feeding part including a conductive line directly connecting both ends of the capacitive element and the capacitive element, and the conductive line. It comprises a third loop, wherein the resonant frequency of the second loop is preferably determined by the area of the second loop and the capacitance value of the capacitive element.
  • the antenna according to the present invention includes a feed part 31, radiators 32a and 32b, a feed part 31, and a capacitive element 38. ), A second loop 35 including the capacitive element 38 and the conductive line 34, and a third loop 37 including the feed part 31 and the conductive line 34. It is done by
  • each of the loops 36, 35, and 37 is a structure for feeding the RF signal to the radiators 32a and 32b, and thus may be referred to as a feeding structure.
  • the impedance of the first loop 36 increases, so that current mainly flows toward the third loop 37, and the magnetic flux generated by the third loop 37 is provided to the radiators 32a and 32b. .
  • the impedance of the third loop 37 increases in the high frequency region, current mainly flows toward the first loop 36, and the magnetic flux generated by the first loop is mainly provided to the radiators 32a and 32b.
  • the antenna according to the present invention has three loops for generating strong magnetic flux in different frequency domains, and as a result, it is possible to perform wideband feeding.
  • the resonance occurring in the intermediate frequency region is described in more detail as follows.
  • Equation 4 the frequency at which resonance occurs can be expressed as Equation 4.
  • Equation 4 f is the resonant frequency, L f is the inductance provided by the current loop, C is the capacitance of the capacitive element 38.
  • Equation 5 the inductance provided by the current loop can be represented by Equation 5.
  • Equation 5 ⁇ is the magnetic permeability, S is the area of the current loop.
  • the frequency at which resonance occurs can be determined.
  • the power supply structure according to the present invention when applied, it is possible not only to have a wide band characteristic, but also to adjust a center frequency of a band, so as to have a wide band characteristic in a desired band.
  • FIG. 4 illustrates embodiments of a power supply structure according to the present invention. Referring to FIG. 4, various types of feeding structures are shown, but all have the following features of the present invention.
  • first loop 41 includes a feeder and a capacitive element as a loop corresponding to a high frequency
  • second loop 42 is a loop corresponding to an intermediate frequency
  • the third loop 43 is a loop corresponding to a low frequency
  • a conductive line (or inductive element) connecting both ends of the feeder and the feeder It includes.
  • the matching element is an integrated circuit element (inductor or capacitor) having a reactance component and is connected in series or parallel to the power supply.
  • the second loop 42 corresponding to the intermediate frequency must satisfy the resonance condition at the desired frequency, and the inductance required for the resonance condition is provided only by the current loop, or by the current loop and the lumped circuit element (inductive element). Is provided. At this time, the inductance provided by the current loop is determined by the area of the second loop 42. The total inductance provided by the current loop and the inductive element is given by:
  • Equation 6 L total means total inductance, L f means inductance provided by the current loop, and L lump means inductance provided by the inductive element.
  • Equation 4 regarding the resonance frequency may be expressed as Equation 7.
  • FIG. 5 (a) shows an example of an antenna to which the power feeding structure according to the prior art is applied.
  • the antenna shown in FIG. 5A shows an example of an antenna to which the feed structure shown in FIG. 2 is applied.
  • the antenna 51 to which the power feeding structure according to the related art is applied includes a power supply unit 511, a radiator 512a, a ground plane 512b that not only provides a ground potential, but also acts as a radiator, and a power supply loop 515.
  • Figure 5 (b) shows a first embodiment of the antenna to which the power feeding structure according to the present invention is applied.
  • the antenna shown in FIG. 5 (b) shows an example of an antenna to which the feeding structure shown in FIG. 4 (a) is applied.
  • the antenna according to the present embodiment includes a feeder 521, a radiator 522a, a ground plane 522b that not only provides a ground potential, but also acts as a radiator, the feeder 521 and the capacitive element 528. And a first loop 526 including a second loop 525 including a capacitive element 528 and a conductive line 524, a feeder 521, and a conductive line 524. And a third loop 527.
  • each of the loops 526, 525, and 527 is a structure for feeding RF signals to the radiators 522a and 522b, and thus may be referred to as a feeding structure.
  • Resonant frequency control of the antenna having a power supply structure according to the present invention can be performed in the following manner.
  • Equation 5 the inductance of the second loop is calculated according to Equation 5 as shown in Equation 8.
  • Equation 9 the resonance frequency of the second loop is calculated as in Equation 9.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram comparing the performances of the antenna of FIG. 5A and the antenna of FIG. 5B.
  • the antenna according to the present invention has a broadband characteristics than the antenna according to the prior art.
  • the resonance can actually occur in the vicinity of the resonance frequency 2.47 GHz calculated by the equation (7). Therefore, it can be seen that the antenna having the power supply structure according to the present invention not only has a wide band characteristic but also can easily design an antenna having a desired band by controlling the resonance frequency as necessary. That is, by changing the area of the second loop and the capacitance of the capacitive element, it is possible to design an antenna having a desired band.
  • an antenna having a desired band can be designed.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of an antenna to which a feed structure according to the present invention is applied.
  • the antenna 70 includes a ground 71 and a capacitor 72 operating as a radiator, a clearance 73 which is an area from which the ground 71 is removed, and a power supply structure 700 formed in the clearance 73. It is made, including.
  • the power supply structure 700 includes a first loop 710, a second loop 730, and a third loop 720.
  • the first loop 710 includes a feed part 75 and a capacitive element 74.
  • the second loop 730 includes a capacitive element 74 and a ground 71 serving as a conductive line.
  • the third loop 720 includes a power supply unit 75 and a ground 71 serving as a conductive line.
  • the power supply structure 700 also includes a third loop 720 corresponding to a low frequency loop, a second loop 730 corresponding to an intermediate frequency loop, and a first loop 710 corresponding to a high frequency loop.
  • the resonance frequency is determined by the area of the second loop 730 and the capacitance of the capacitor 74.
  • FIG 8 shows a third embodiment of an antenna to which a feed structure according to the present invention is applied.
  • the antenna 80 shows a case in which the radiators 82a and 82b and the power feeding structure 800 are spaced apart from each other. That is, although the radiators 82a and 82b are spaced apart from each other, the radiator loop 84 connected to the radiators 82a and 82b (or the radiators 82a and 82b) by the magnetic flux generated from the feed structure 800. ) And the power feeding structure 800 are coupled. Thus, the feed structure 800 can feed the RF signals to the radiators 82a and 82b in an electromagnetic manner.
  • the power feeding structure 800 of the antenna 80 includes a first loop 810 including a power feeding portion 81 and a capacitive element 83, a capacitive element 83, and a conductive line. And a second loop 820 formed of a second loop 820 and a third loop 830 formed of a power feeding unit 81 and a conductive line.
  • the power supply structure 800 also includes a third loop 830 corresponding to a low frequency loop, a second loop 820 corresponding to an intermediate frequency loop, and a first loop 810 corresponding to a high frequency loop.
  • the resonance frequency is determined by the area of the second loop 820 and the capacitance of the capacitor 83.
  • the present invention basically relates to a power supply structure for transmitting an RF signal input from a power supply unit to a radiator more efficiently in an antenna structure including a power supply unit and a radiator. Therefore, in the description of the present invention, the power supply unit includes a power supply and a matching circuit for impedance matching.
  • a reactance element for impedance matching may be connected to a supply power supply.
  • the supply power supply and the reactance element may be referred to as a supply power supply.
  • the impedance matching circuit may be similar in structure to the feeding structure of the present invention, it is obvious to those of ordinary skill in the art that the present invention is merely for impedance conversion and not a feeding structure for exciting the antenna radiator. Do. That is, the present invention relates to a power supply structure that can more easily control the characteristics of the antenna by adjusting the loop area and the capacitance of the capacitor included in the loop.
  • the present invention can be used for an antenna of a wireless communication device.

Abstract

본 발명은 본 발명은 저주파 루프, 중간 주파수 루프 및 고주파 루프를 가지는 안테나 급전 구조체를 제공하고, 상기 중간 주파수 루프에서 루프 자체의 인덕턴스와 용량성 소자 사이에 공진을 일으키되, 그 공진 주파수를 상기 루프의 넓이와 용량성 소자의 값을 이용하여 제어할 수 있도록 함으로써, 안테나가 광대역 특성을 가지도록 하며, 나아가 원하는 대역의 안테나를 용이하게 설계할 수 있도록 한다.

Description

안테나 급전 구조체 및 안테나
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나로부터 방사되는 RF 신호를 제공하기 위한 급전 구조체 및 이를 이용한 안테나에 관한 것이다.
안테나는 공중의 RF 신호를 단말기 내부로 수신하거나, 단말기 내부의 신호를 외부로 송신하는 장치이며, 무선 기기에 있어서 외부와의 통신을 위해 필수적인 요소이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 안테나를 나타낸 구성도이다. 도 1 을 참조하면, 종래 기술에 따른 안테나(10)는 급전부(11)와, 방사체(12a, 12b)로 이루어진다. 종래 기술에 따른 안테나(10)에 있어서, 급전부(11)는 직접 방사체(12a, 12b)에 연결되며, 급전부(11)에서 제공되는 신호가 방사체(12a, 12b)를 통해 외부로 전송된다. 이때, 방사체(12a, 12b)는 무선통신 기기의 그라운드를 이용하거나, 별도의 방사체로 구성될 수 있다. 한편, 일부(12a)는 별도의 방사체를 이용하고, 일부(12b)는 그라운드 면을 방사체로 이용할 수 있다.
도 1 에 따른 안테나는 별도의 급전 구조체 없이 급전부(11)로부터 전기적인 신호를 전기적인 방식만으로 직접 방사체(12a, 12b)에 제공하게 되므로, 급전 구조체를 가지는 안테나에 비해 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
도 2 는 종래 기술에 따른 급전 구조를 가지는 안테나를 나타낸 것이다. 도 2 를 참조하면, 종래 기술에 따른 안테나(20)는 급전부(21)와, 방사체(22a, 22b)와, 급전 루프(25)를 형성하기 위한 도전 선로(24)로 이루어진다.
도 2 에 따른 안테나(20)는 도전 선로(24)를 이용하여 급전 루프(25)를 형성함으로써, 전기적인 급전 이외에 자기적인 커플링에 의한 급전을 수행할 수 있게 되므로, 급전 루프(25)를 가지지 않는 도 1 의 안테나(10)에 비해서 향상된 성능을 가진다. 그러나, 급전 루프(25)를 가지는 안테나라고 하더라도, 높은 주파수 영역에서 성능이 저하된다는 문제점이 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
급전부(21)로부터 제공된 RF 전류가 급전 루프(25)에 흐르게 되면, 등가 자기 전류가 생성된다. 등기 자기 전류(Im)는 수학식 1 과 같이 표현된다.
수학식 1
Figure PCTKR2011002420-appb-M000001
수학식 1 에서,
Figure PCTKR2011002420-appb-I000001
은 길이
Figure PCTKR2011002420-appb-I000002
을 가지는 등가 자기 전류, ω 는 RF 전류의 각주파수, μ 는 투자율, S 는 급전 루프의 면적, I(ω) 는 급전부에 의해 제공되는 RF 전류를 의미한다.
급전 루프(25)에 발생한 등가 자기 전류(Im)는 급전 루프(25)에 발생한 자속으로 볼 수 있으며, 급전 루프(25)에 발생한 자속과 등가 자기 전류(Im)는 수학식 2 와 같은 관계를 가진다.
[규칙 제91조에 의한 정정 24.06.2011]　
수학식 2
Figure WO-DOC-MATHS-2
수학식 2 에서, ψ 는 급전 루프(25)에 발생한 총 자속을 의미한다.
한편, 급전 루프(25)에 발생한 총 자속은 수학식 3 과 같이 표현할 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 24.06.2011]　
수학식 3
Figure WO-DOC-MATHS-3
수학식 3 에 따르면, 급전부(21)에서 제공되는 RF 전류의 주파수가 증가함에 따라, 급전 루프(25)에서 발생하는 총 자속의 양은 감소한다는 것을 알 수 있다. 즉, 급전 루프(25)에서 발생하는 총 자속의 양이 감소한다는 것은 등가 자기 전류(Im)가 감소한다는 것을 의미한다. 따라서, 높은 주파수에서는 등가 자기 전류(Im)가 줄어들어 효율적으로 방사체(22a, 22b)에 RF 신호를 급전할 수 없으므로, 도 3 에 도시한 안테나는 높은 주파수에서 성능이 저하되므로, 대역이 좁아지는 문제점이 있었다.
그럼에도 불구하고, 종래 기술의 안테나들은 안테나 성능을 향상시키기 위한 효율적인 급전 구조체를 제시하지 못하고, 주로 방사체의 설계를 변경함으로써 좋은 특성을 가지는 안테나를 설계하려고 노력하였다.
그러나, 안테나의 특성을 향상시키기 위해 방사체의 모양을 복잡하게 변화시킬수록 제조 비용이 증가할 뿐 아니라, 방사체의 어떤 요소에 의해 안테나의 어떤 특성이 변화하는지 정확하게 파악하지 못함으로써, 안테나 설계 자체가 복잡하고 어려워지는 문제점이 있었다.
본 발명은, 간단한 모양을 가지면서도 광대역 안테나로 동작이 가능하도록 하는 급전 구조체와, 이를 이용한 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 저주파 루프, 중간 주파수 루프 및 고주파 루프를 가지는 안테나 급전 구조체를 제공하고, 상기 중간 주파수 루프에서 루프 자체의 인덕턴스와 용량성 소자 사이에 공진을 일으키되, 그 공진 주파수를 상기 루프의 넓이와 용량성 소자의 값을 이용하여 제어할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 급전 구조체를 가지는 안테나는 간단한 구조를 가지면서도 광대역 특성을 가지는 효과가 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 안테나를 나타낸 구성도이다.
도 2 는 종래 기술에 따른 급전 구조를 가지는 안테나를 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명에 따른 급전 구조체를 적용한 안테나를 나타낸 일실시예 설명도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 급전 구조체의 실시예들을 나타낸 것이다.
도 5(a) 는 종래 기술에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 일례를 나타낸 것이다.
도 5(b) 는 본 발명에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 제 1 실시예를 나타낸 것이다.
도 6 은 도 5(a) 에 따른 안테나와 도 5(b)에 따른 안테나의 특성을 비교한 것이다.
도 7 은 본 발명에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 제 2 실시예를 나타낸 것이다.
도 8 은 본 발명에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 제 3 실시예를 나타낸 것이다.
본 발명은, 급전부와 용량성 소자를 포함하는 제 1 루프와, 용량성 소자와 상기 용량성 소자의 양단을 직접 연결하는 도전 선로를 포함하는 제 2 루프 및 급전부와 상기 도전 선로를 포함하는 제 3 루프를 포함하여 이루어지되, 상기 제 2 루프의 공진 주파수는 상기 제 2 루프의 면적 및 상기 용량성 소자의 캐패시턴스 값에 의해 정해지는 것이 바람직하다.
도 3 은 본 발명에 따른 급전 구조체를 적용한 안테나를 나타낸 일실시예 설명도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나는 급전부(31)와, 방사체(32a, 32b)와, 급전부(31)와 용량성 소자(38)를 포함하여 이루어지는 제 1 루프(36)와, 용량성 소자(38)와 도전 선로(34)를 포함하여 이루어지는 제 2 루프(35)와, 급전부(31)와 도전선로(34)를 포함하여 이루어지는 제 3 루프(37)를 포함하여 이루어진다.
이때, 각 루프들(36, 35, 37)은 방사체(32a, 32b)에 RF 신호를 급전하기 위한 구조체 이므로, 이를 급전 구조체라고 할 수 있다.
도 3 에 따른 안테나의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
저주파 영역에서는 제 1 루프(36) 쪽의 임피던스가 증가하므로, 주로 제 3 루프(37) 쪽으로 전류가 흐르게 되고, 주로 제 3 루프(37)에 의해 발생한 자속이 방사체(32a, 32b)에 제공된다.
또한, 고주파 영역에서는 제 3 루프(37) 쪽의 임피던스가 증가하므로, 주로 제 1 루프(36) 쪽으로 전류가 흐르게 되고, 주로 제 1 루프에 의해 발생한 자속이 방사체(32a, 32b)에 제공된다.
한편, 중간 주파수 영역에서는 제 2 루프(35) 자체에 의해 제공되는 인덕턴스와 용량성 소자(38)에 의해 제공되는 캐패시턴스로 인해 공진이 발생하게 되고, 주로 공진에 따라 발생한 자속이 방사체(32a, 32b)에 제공된다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 안테나는, 서로 다른 주파수 영역에서 강한 자속을 발생시키는 3 개의 루프를 가지므로, 결과적으로 광대역 급전을 수행할 수 있게 된다.
중간 주파수 영역에서 발생하는 공진에 관해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공진이 발생하는 주파수는 수학식 4 와 같이 나타낼 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 24.06.2011]　
수학식 4
Figure WO-DOC-MATHS-4
수학식 4 에서, f 는 공진주파수, Lf 은 전류 루프에 의해 제공되는 인덕턴스, C 는 용량성 소자(38)의 캐패시턴스를 의미한다.
한편, 전류 루프에 의해 제공되는 인덕턴스는 수학식 5 와 같이 나타낼 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 24.06.2011]　
수학식 5
Figure WO-DOC-MATHS-5
수학식 5 에서, μ 는 투자율, S 는 전류 루프의 면적을 의미한다.
따라서, 중간 주파수 대역의 전류 루프에 해당하는 제 2 루프(35)의 면적과 용량성 소자(38)의 캐패시턴스를 조절함으로써, 공진이 발생되는 주파수를 결정할 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 급전 구조체를 적용하면, 광대역 특성을 가질 뿐 아니라, 대역의 중심 주파수를 조절 가능 함으로써, 원하는 대역에서 광대역 특성을 가지도록 할 수 있게 된다.
도 4 는 본 발명에 따른 급전 구조체의 실시예들을 나타낸 것이다. 도 4 를 참조하면, 여러가지 형태의 급전 구조체들이 도시되어 있으나, 모두 다음과 같은 본 발명의 특징을 가진다.
즉, 세 개의 루프를 형성하되, 제 1 루프(41)는 고주파에 해당하는 루프로서 급전부와 용량성 소자를 포함하고, 제 2 루프(42)는 중간 주파수에 해당하는 루프로서 용량성 소자와 용량성 소자의 양단을 연결하는 도전 선로(혹은 유도성 소자)를 포함하고, 제 3 루프(43)는 저주파에 해당하는 루프로서 급전부와 급전부 양단을 연결하는 도전 선로(혹은 유도성 소자)를 포함한다.
도 4 에는 급전원과 연결된 매칭 소자가 없는 경우의 예들을 도시하였으나, 급전원과 매칭소자가 연결될 수 있다. 이때 매칭소자는 리액턴스 성분을 가지는 집중회로 소자(인덕터 혹은 캐패시터)이며, 급전원에 직렬 또는 병렬로 연결된다.
한편, 중간 주파수에 해당하는 제 2 루프(42)는 원하는 주파수에서 공진 조건을 만족하여야 하는데, 공진 조건에 필요한 인덕턴스는 전류 루프에 의해서만 제공되거나, 전류 루프 및 집중회로 소자(유도성 소자)에 의해서 제공된다. 이때, 전류 루프에 의해 제공되는 인덕턴스는 제 2 루프(42)의 면적에 의해 결정된다. 전류 루프 및 유도성 소자에 의해 제공되는 전체 인덕턴스는 수학식 6 과 같다.
수학식 6
Figure PCTKR2011002420-appb-M000006
수학식 6 에서, Ltotal 은 전체 인덕턴스를 의미하고, Lf 는 전류 루프에 의해 제공되는 인덕턴스를 의미하며, Llump 는 유도성 소자에 의해 제공되는 인덕턴스를 의미한다.
따라서, 전류 루프 뿐 아니라 집중회로 소자(유도성 소자)에 의해서도 인덕턴스가 제공되는 경우, 공진 주파수에 관한 수학식 4 는 수학식 7 과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2011002420-appb-M000007
도 5(a) 는 종래 기술에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 일례를 나타낸 것이다. 도 5(a) 에 도시된 안테나는 도 2 에 도시된 급전 구조체가 적용된 안테나의 일예를 나타낸 것이다.
종래 기술에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나(51)는 급전부(511)와, 방사체(512a)와, 접지 전위를 제공할 뿐 아니라 방사체로서 동작하는 접지면(512b)과, 급전 루프(515)를 형성하기 위한 도전 선로(514)로 이루어진다.
도 5(b) 는 본 발명에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 제 1 실시예를 나타낸 것이다. 도 5(b) 에 도시된 안테나는 도 4(a) 에 도시된 급전 구조체가 적용된 안테나의 일예를 나타낸 것이다.
본 실시예에 따른 안테나는 급전부(521)와, 방사체(522a)와, 접지 전위를 제공할 뿐 아니라 방사체로서 동작하는 접지면(522b)과, 급전부(521)와 용량성 소자(528)를 포함하여 이루어지는 제 1 루프(526)와, 용량성 소자(528)와 도전 선로(524)를 포함하여 이루어지는 제 2 루프(525)와, 급전부(521)와 도전선로(524)를 포함하여 이루어지는 제 3 루프(527)를 포함하여 이루어진다.
이때, 각 루프들(526, 525, 527)은 방사체(522a, 522b)에 RF 신호를 방사체에 급전하기 위한 구조체 이므로, 이를 급전 구조체라고 할 수 있다.
본 발명에 따른 급전 구조체를 가지는 안테나의 공진 주파수 제어는 다음과 같은 방식으로 수행할 수 있다.
먼저, 도 5(b)에 도시된 안테나에 대하여, 수학식 5 에 따라, 제 2 루프에 의한 인덕턴스를 산출하면 수학식 8 과 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 24.06.2011]　
수학식 8
Figure WO-DOC-MATHS-8
또한, 수학식 4 에 따라, 제 2 루프에 의한 공진 주파수를 산출하면, 수학식 9 와 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 24.06.2011]　
수학식 9
Figure WO-DOC-MATHS-9
도 6 은 도 5(a) 에 따른 안테나와 도 5(b)에 따른 안테나의 성능을 비교한 설명도이다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나는 종래 기술에 따른 안테나보다 광대역 특성을 가진다는 것을 알 수 있다. 또한, 수학식 7 에 의해 계산된 공진 주파수 2.47 GHz 부근에서 실제로 공진이 일어날 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 급전 구조체를 가지는 안테나는 광대역 특성을 가질 뿐 아니라, 필요에 따라 공진 주파수를 제어함으로써, 원하는 대역을 가지는 안테나를 용이하게 설계할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 제 2 루프의 면적과, 용량성 소자의 캐패시턴스를 변화시킴으로써 원하는 대역을 가지는 안테나를 설계할 수 있게 된다. 또한, 제 2 루프의 면적에서 발생하는 인덕턴스가 작은 경우에는, 제 2 루프에 유도성 소자를 추가함으로써, 원하는 대역을 가지는 안테나를 설계할 수 있게 된다.
도 7 은 본 발명에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 제 2 실시예를 나타낸 것이다.
본 실시예에 따른 안테나(70)는 방사체로서 동작하는 그라운드(71) 및 캐패시터(72)와, 그라운드(71)를 제거한 영역인 클리어런스(73)와, 클리어런스(73) 내에 형성된 급전 구조체(700)을 포함하여 이루어진다.
한편, 급전 구조체(700)는 제 1 루프(710), 제 2 루프(730) 및 제 3 루프(720)를 포함하여 이루어진다. 제 1 루프(710)는 급전부(75)와 용량성 소자(74)를 포함하여 이루어진다. 한편, 제 2 루프(730)는 용량성 소자(74)와, 도전 선로의 역할을 수행하는 그라운드(71)를 포함하여 이루어진다. 또한, 제 3 루프(720)는 급전부(75)와 도전선로의 역할을 수행하는 그라운드(71)를 포함하여 이루어진다.
본 실시예에 따른 급전 구조체(700)도 저주파 루프에 해당하는 제 3 루프(720)와, 중간 주파수 루프에 해당하는 제 2 루프(730)와, 고주파 루프에 해당하는 제 1 루프(710)로 이루어지며, 공진 주파수는 제 2 루프(730)의 면적과 캐패시터(74)의 캐패시턴스에 의해 결정된다.
도 8 은 본 발명에 따른 급전 구조체가 적용된 안테나의 제 3 실시예를 나타낸 것이다.
본 실시예에 따른 안테나(80)는 방사체(82a, 82b)와 급전구조체(800)가 이격되어 있는 경우를 나타낸 것이다. 즉, 방사체(82a, 82b)와 급전구조체(800)는 이격되어 있으나, 급전 구조체(800)로부터 발생한 자속에 의해 방사체(82a, 82b) (또는 방사체(82a, 82b)에 연결된 방사체 루프(84))와 급전 구조체(800)가 커플링된다. 따라서, 급전 구조체(800)가 전자기적인 방식으로 방사체(82a, 82b)에 RF 신호를 급전할 수 있다.
본 실시예에 따른 안테나(80)의 급전 구조체(800)는 급전부(81)와 용량성 소자(83)를 포함하여 이루어지는 제 1 루프(810)와, 용량성 소자(83)와 도전선로로 이루어지는 제 2 루프(820)와, 급전부(81)와 도전선로로 이루어지는 제 3 루프(830)를 포함하여 이루어진다.
본 실시예에 따른 급전 구조체(800)도 저주파 루프에 해당하는 제 3 루프(830)와, 중간 주파수 루프에 해당하는 제 2 루프(820)와, 고주파 루프에 해당하는 제 1 루프(810)으로 이루어지며, 공진 주파수는 제 2 루프(820)의 면적과 캐패시터(83)의 캐패시턴스에 의해 결정된다.
본 발명은, 기본적으로, 급전부와 방사체로 이루어진 안테나 구조에 있어서, 급전부로부터 입력되는 RF 신호를 보다 효율적으로 방사체에 전달하기 위한 급전 구조체에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 설명에 있어서 급전부는 급전원과 임피던스 매칭을 위한 매칭회로를 포함한다. 예를 들어, 급전원에 임피던스 매칭을 위한 리액턴스 소자를 연결할 수 있는데, 이러한 경우에 급전원과 리액턴스 소자를 급전원이라고 할 수 있다.
임피던스 매칭회로가 구조상 본 발명의 급전 구조체와 유사할 수도 있으나, 이는 임피던스 변환을 위한 것일 뿐, 안테나 방사체를 여기시키기 위한 급전 구조체가 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 자명하다. 즉, 본 발명은 루프 면적 및 루프에 포함된 캐패시터의 캐패시턴스를 조절함으로써 보다 용이하게 안테나의 특성을 제어할 수 있는 급전 구조체에 관한 것이다.
본 발명은 무선통신 기기의 안테나에 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 안테나 방사체를 여기시키기 위한 안테나 급전 구조체에 있어서,
    급전부와 용량성 소자를 포함하는 제 1 루프;
    용량성 소자와 상기 용량성 소자의 양단을 직접 연결하는 도전 선로를 포함하는 제 2 루프; 및
    급전부와 상기 도전 선로를 포함하는 제 3 루프
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 제 2 루프의 공진 주파수는 상기 제 2 루프의 면적 및 상기 용량성 소자의 캐패시턴스 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 루프의 면적에 따라, 상기 공진 주파수 형성을 위한 인덕턴스 값이 정해지는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 루프는 고주파 전류 루프로 동작하는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 루프는 저주파 전류 루프로 동작하는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  5. 안테나 방사체를 여기시키기 위한 안테나 급전 구조체에 있어서,
    급전부과 용량성 소자를 포함하는 제 1 루프;
    용량성 소자와 상기 용량성 소자의 양단에 연결되는 유도성 소자를 포함하는 제 2 루프; 및
    급전부과 상기 도전 선로를 포함하는 제 3 루프
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 제 2 루프의 공진 주파수는 상기 제 2 루프의 면적과 상기 유도성 소자의 인덕턴스 값 및 상기 용량성 소자의 캐패시턴스 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 루프의 상기 공진을 위한 인덕턴스는 상기 제 2 루프의 면적과 상기 유도성 소자의 인덕턴스 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 루프는 고주파 전류 루프로 동작하는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 루프는 저주파 전류 루프로 동작하는 것을 특징으로 하는 안테나 급전 구조체.
  9. 안테나 방사체를 여기시키기 위한 안테나 급전 구조체를 가지는 안테나에 있어서,
    급전부;
    안테나 방사체; 및
    안테나 급전 구조체
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 안테나 급전 구조체는,
    급전부과 용량성 소자를 포함하는 제 1 루프;
    용량성 소자와 상기 용량성 소자의 양단을 직접 연결하는 도전 선로를 포함하는 제 2 루프; 및
    급전부과 상기 도전 선로를 포함하는 제 3 루프
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 안테나의 대역은 상기 제 2 루프의 면적에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 안테나의 대역은,
    상기 제 2 루프 면적에 따른 인덕턴스와 상기 용량성 소자의 캐패시턴스 값에 따른 공진 주파수에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 안테나.
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