KR100304151B1 - 무선통신장치용안테나 - Google Patents

Abstract

무선 통신용 안테나는 전자기 신호를 수신하는 텔리스코핑 안테나부를 포함한다. 텔리스코핑 안테나부는 전자기 신호를 전달하는 안테나 마스트에 의해 부착된다. 유전체 스페이서와 인덕터는 안테나 마스트에 전기적으로 접촉된다. RF 커넥터는 유전체 스페이서와 전기적으로 접촉하고 안테나 마스트에 대향하게 위치하여 커패시터를 형성한다. 또 RF 커넥터는 인덕터와 전기적으로 접촉함으로써, 커패시터와 인덕터가 LC 회로를 형성하게 된다. 이 LC 회로는 안테나의 다른 부분과 정합하는 소정의 임피던스를 제공하도록 선택된 값을 갖는다.

Description

무선 통신 장치용 안테나{ANTENNA FOR A RADIO TELECOMMUNICATIONS DEVICE}

최근 무선(전지식) 및 셀룰러 전화와 함께 페이저(pager)와 같은 아이템을 가진 무선 통신 분야가 급격히 발전하고 있다. 디지털 형태로 변조된 신호를 이용하여 데이터를 전송하는데도 또한 무선 모뎀이 사용되고 있다. 이들 장치에 있어서, 데이터 전송의 완전성을 유지하기 위해서는 깨끗하고 강력한 신호를 갖는 것이 중요하다.

기존의 무선 모뎀과 함께 사용된 다양한 안테나는 많은 문제점을 안고 있다. 종래의 무선 모뎀용 안테나는 통상적으로 이득이 낮고, 이로 인해 동작 범위가 작아지며, 내장 성능이 불량하기 때문에 무선 모뎀의 효율성을 심각하게 제한하게 된다.

또 종래의 무선 모뎀용 안테나는 사용자에 민감하게 반응한다. 인간의 신체는 본래 많은 양의 전하를 갖고 있어 일종의 커패시터가 되기 때문에, 사용자가 안테나에 가까이 가게 되면, 그 커패시터적인 영향에 의해 안테나의 전류 흐름이 영향을 받게 되고, 이에 의하여 이득이 낮아지고 안테나 회로의 동조가 어렵게 된다. 이러한 현상을 일컬어 "기생 용량(parasitic capacitance)"이라 하며, 어떠한 물체(예컨대, 금속 물체)나 다양한 지면 조건에 의해서도 유발된다.

또, 종래의 무선 모뎀용 안테나는 부피가 크기 때문에 장치의 휴대성이 떨어지게 된다. 더욱이, 종래의 안테나는 고정적으로 장착되어 있기 때문에 다양한 동작 범위를 가질 수 없다. 이러한 여러 이유에 의해, 종래의 시스템에 사용된 안테나는 디지털 신호의 전송 및 수신에 필요한 신뢰성 있고 효율적인 동작을 제공하지 못한다.

본 발명은 무선 통신 장비에 사용되는 안테나에 관한 것이다. 더 상세히 말하자면, 모뎀 등과 같이 디지털 신호를 전송 및 수신하는데 사용되는 무선 통신 장치용 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하겠다. 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 가리킨다.

도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 안테나 회로의 구성 요소와 구성 요소들의 배치를 나타내는 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 조립된 안테나 회로의 구성을 나타낸 단면도.

종래의 안테나가 안고 있는 문제점을 고려하여, 신뢰성이 있고 효율적인 안테나 설계를 제공하면서 종래의 문제점을 해결하는 안테나를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

그러므로, 동작 범위가 넓은 안테나가 필요하게 된다.

또, 내장 성능이 개선된 안테나가 필요하다.

또, 기생 용량을 발생시킬 수 있는 사용자나 다른 발생원에 덜 민감한 안테나가 필요하다.

또, 소형이며 장착이 용이한 안테나가 필요하다.

또한, 넓은 범위의 방향 설정능이 있는 안테나가 필요하다.

이러한 필요성들은 전자기 신호를 수신하기 위한 안테나부(部)를 포함하는 본 발명의 무선 통신용 안테나에 의해 구현된다. 안테나부는 전자기 신호를 도통하여 전달하는 안테나 마스트(mast)에 부착된다. 이 안테나 마스트에는 유전체 스페이서와 인덕터가 서로 평행하게 전기적으로 접촉되어 있다. RF 커넥터는 유전체 스페이서와 전기적으로 접촉하고 그 위치는 안테나 마스트와 대향하도록 되어 커패시터를 형성하게 된다. RF 커넥터는 인덕터에도 전기적으로 접촉하여, 커패시터와 인덕터로서 LC 회로를 형성하게 된다. 이 LC 회로는 안테나의 다른 부분과 소정의 임피던스 정합을 제공하도록 선택된 값을 갖는다.

본 발명에는 다양한 실시예가 있을 수 있으며, 본 발명을 벗어나는 일이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 도면과 이하 기재되는 상세한 설명은 예시를 위한 것이며 제한을 하려는 것은 아니다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 양호한 실시예만을 예시하고 본 발명을 제한하는 것은 아니며, LC 임피던스-정합 회로를 갖는 단극형 안테나를 도시하고 있다. 본 발명의 안테나는 400 내지 1000 MHz로 신호를 전송 및 수신하는 데 특히 적합하며,접을 수 있어서 표준 PCMCIA(Personal Computer Memory Card Interface Association) 슬롯에 삽입하기에 적당한 모뎀 케이스에 집어 넣을 수 있다.

도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명의 LC 안테나(10)는 전자기 신호를 전송 및 수신하기 위한 텔리스코핑부(telescoping portion; 축방향으로 빼고 넣고 할 수 있는 구조 부분)(12)를 포함한다. 이 텔리스코핑부(12)는 그 저장된 상태에서는 길이가 약 6 cm 인 것이 양호하며, 완전하게 신장시킨 동작 상태에서는 약 16 cm 까지 신장될 수 있는 것이 좋다. 텔리스코핑부(12)는 안테나 마스트, 바람직하게는 금속 힌지(18)에 나사(14)와 이에 따른 와셔(washer)에 의해 고정된다. 이 힌지(18)는 조립된 부품 전체를 포함하여 보호하는 플라스틱 하우징(16)을 통해 위쪽으로 연장된다. 힌지(18)는 구리 스프링(20)과 접촉되어 있는데, 이 구리 스프링(20)은 힌지(18)를 통해 텔리스코핑부(12)와의 전기적 접촉이 유지되도록 충분한 힘을 인가한다. 스페이서(24)는 사각형이며 중앙 홀이 있고 "집중(lumped)" 소자인 인덕터(22)를 포함하고 있다. 인덕터(22)와 스페이서(24)는 안테나(10)를 통해 전달된 신호를 수신하는 RF 커넥터(26)와 전기적으로 접촉된다. RF 커넥터(26)는 무선 모뎀 조립체에 접속되어 이 모뎀 조립체를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 조립체에 따라, 조립된 안테나(10)의 바닥부는 구성 부분들이 기계적으로 분해되는 것에 대비하여 구성 부분들을 제위치에 유지시키는 유전체 에폭시(430)에 고정된다.

RF 커넥터(26)는 복수 개, 바람직하게는 4 개의 포스트(28)를 포함한다. 이들 포스트(28)는 유전체 스페이서(24)를 고정되게 체결하여 끼워맞추는 기능을 한다. RF 커넥터(26)와 금속 힌지(18)는 모두 금속 표면을 가지고 있어서, 유전체 스페이서(24) 및 유전체 에폭시(30)와 함께 커패시터를 형성하게 된다. 스페이서(24)는 유전 상수가 약 4인 유리로 채워진 나일론 재료로 만들어진다. 에폭시(30)는 유전 상수가 약 4인 중합체 재료로 만들어진다. 이들 재료들은 커패시터에 양호한 용량을 제공한다.

힌지-스페이서-에폭시-커넥터 조합으로 형성된 커패시터에는 인덕터(22)가 포함되어 있어서 안테나(10)의 임피던스를 무선 모뎀에 정합시키는 LC 회로를 형성하게 된다. RF 커넥터(26)의 금속 포스트(28)는 커패시터에 추가로 용량을 제공한다. 이 용량은 일차적으로 포스트(28)의 길이를 절단함으로써 조절 가능한데, 천분의 2 인치(약 5.08×10^-3cm)의 공차(tolerance)로 절단될 수 있다. 또 이 용량은 하우징(16), 스페이서(24) 또는 에폭시(30)의 재료를 다른 것으로 바꿈으로써 이차적으로 변경될 수 있다. 이러한 방식으로, 용량을 매우 정확하게 변경시킬 수 있다. 인덕터(22)는 소형이고, 22 나노헨리의 일정한 인덕턴스를 갖는 Toko LL 1608-F22NV와 같이 투자율이 높은 성분이 바람직하다.

용량을 변경시킴으로써, 안테나(10)의 임피던스는 측정된 모뎀의 임피던스와 정합되도록 조절하는 것이 가능하다. 예를 들어, 50 ohm 의 무선 모뎀의 경우, 안테나의 임피던스를 50 ohm 으로 동조시키는 것이 가능하다. 이러한 임피던스 정합에 의해 회로에서의 내부 신호 반사를 감소시킴으로써 안테나 이득을 크게 개선할 수 있다. 방사 모드에 있어서, 본 발명의 안테나는 거의 모든 방사 신호를 전송하고 매우 조금 반사하는데, 이는 종래의 시스템과 비교해볼 때 반사량을 거의 절반으로 감소시킨 것이며, 또 모뎀에 의해 생성된 신호 세기의 절반만으로 신호를 전송할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 안테나는 이득에 있어서 상당히 향상되고, 효율적인 동작 범위를 크게 증가시키며, 내장 성능을 개선한다.

본 발명의 다른 이점은 정합 회로가 매우 소형이라는 점이다. 이에 의하여, 안테나가 기생 용량에 기인하여 동조가 어렵게될 가능성이 감소된다. 본 발명의 안테나는 종래의 시스템에서 사용된 안테나와는 달리, 신체에 매우 근접해서도 만족스럽게 기능을 수행할 수 있다.

상기 설명된 이점 외에도, 본 발명의 안테나는 소형이고 용이하게 접을 수 있어서, 사용하지 않을 때 쉽게 저장할 수 있는 것이 가능하다. 또한, 안테나를 장착할 때 수직 평면에 대해 0°내지 90°로 축을 중심으로 선회할 수 있고, 또한 360°까지 회전할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 안테나가 안고 있었던 많은 문제점을 해결하고, 개선된 효율성 및 동작성을 제공한다. 그러나, 본 발명의 특성을 설명하기 위해 기술되고 예증된 부품들의 세부, 재료 및 배치는 첨부된 청구 범위에 표현된 바와 같이 본 발명의 원리와 범위 내에서 본 기술 분야의 당업자에 의해 다양하게 변형될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 무선 통신 장치용 안테나에 있어서,

   안테나부와;

   상기 안테나부와 전자기적으로 접촉하는 전기 전도성 소자와;

   상기 전기 전도성 소자와 전자기적으로 접촉하는 유전체 스페이서와;

   상기 전기 전도성 소자와 상기 유전체 스페이서에 전자기적으로 접촉하는 인덕터와;

   상기 유전체 스페이서와 전자기적으로 접촉하여, 상기 전기 전도성 소자 및 유전체 스페이서와 함께 커패시터를 형성하는 RF 커넥터를 구비하며,

   상기 커패시터와 인덕터는 접속되어 LC 회로를 형성하고, 상기 RF 인덕터는 상기 유전체 스페이서를 고정시키며 커패시터의 용량을 증가시키는 복수 개의 포스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 인덕터는 상기 유전체 스페이서의 홀 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 포스트는 용량을 조절하기 위해 원하는 길이로 절단될 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
4. 제3항에 있어서, 상기 복수 개의 포스트는 4 개인 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
5. 제4항에 있어서, 상기 인덕터와 커패시터의 값은 상기 무선 통신용 장치의 임피던스와 정합하는 임피던스를 갖는 안테나 회로를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 인덕터와 커패시터의 값은 상기 무선 통신용 장치의 임피던스와 정합하는 임피던스를 갖는 안테나 회로를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
7. 제1항에 있어서, 상기 안테나부는 길이가 최소에서 최대로 신장 가능하게 변경될 수 있는 텔리스코핑 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
8. 제7항에 있어서, 상기 텔리스코핑 안테나부의 신장 가능한 길이는 6 내지 16 cm 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
9. 제1항에 있어서, 상기 안테나 회로 구성 부분을 수용 및 고정하여 조립체로 형성하는 하우징을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
10. 제9항에 있어서, 상기 안테나 회로 구성 부분은 상기 커패시터에 용량을 추가로 제공하는 유전체 에폭시에 고정되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
11. 제1항에 있어서, 상기 안테나 회로 구성 부분은 상기 커패시터에 용량을 추가로 제공하는 유전체 에폭시에 고정되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
12. 제9항에 있어서, 상기 조립체는 축을 중심으로 360°회전이 가능한 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
13. 제1항에 있어서, 상기 안테나 회로 구성 부분은 소형이어서 기생 용량의 영향을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.