KR100714634B1

KR100714634B1 - 공진주파수 가변형 안테나 장치

Info

Publication number: KR100714634B1
Application number: KR1020050078449A
Authority: KR
Inventors: 성재석; 김태성
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-05-07
Also published as: US7486244B2; KR20070024007A; DE102006039645B4; US20070046545A1; DE102006039645A1

Abstract

본 발명은 스위칭소자를 이용한 공진주파수 가변형 안테나에 관한 것으로서, 유전체 또는 자성체를 포함한 본체부와, 상기 본체부의 표면에 형성되며 급전핀이 연결된 제1 방사요소와, 상기 본체부의 다른 표면에 형성된 제2 방사요소와, 상기 제1 및 제2 방사요소 사이에 연결되도록 상기 본체부 상에 형성된 스위칭소자와, 상기 스위칭소자에 전기적으로 연결되며 상기 본체부의 내부를 관통하여 그 하부면까지 연장된 전원인가핀을 포함하는 공진주파수 가변형 안테나를 제공한다.

안테나(antenna), 스위칭소자(switching device), 튜닝(tunning)

Description

공진주파수 가변형 안테나 장치{RESONANCE FREQUENCY VARIABLE ANTENNA APPARATUS}

도1은 종래의 스위칭소자를 이용한 안테나 장치를 나타내는 사시도이다.

도2a 및 도2b는 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나를 나타내는 사시도 및 측단면도이다.

도3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 안테나를 나타내는 분해사시도이다.

도4a 및 도4b는 각각 본 발명의 일실시예에서 스위칭소자에 전압을 인가하기 전/후의 VSWR특성을 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

21: 본체부 31a: 상판부

31b: 케이스형 지지체 22,32: 급전핀

24,34: 접지핀 25a,35a: 제1 방사요소

25b,35b: 제2 방사요소

본 발명은 공진주파수 가변형 안테나에 관한 것으로서, 스위칭소자를 이용하여 전기적 공진길이를 조정함으로써 공진주파수를 원하는 사용주파수대역으로 가변시킬 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.

최근 들어 이동 멀티미디어 방송기술와 같이 새로운 사용주파수를 사용하는 통신분야가 성장함에 따라 안테나의 고성능 특성에 대한 요구가 급증하고 있다. 특히, GSM/DCS 등의 대역과 같은 듀얼밴드 특성이 요구되었으나, 4개 주파수를 담당하는 쿼드밴드(quad band)용 안테나와 그 이상의 다중대역이 요구되는 상황이다.

이러한 요구를 해결하기 위해서, 안테나의 방사요소를 스위칭소자를 사용하여 방사요소의 공진길이를 선택적으로 조절하는 방안이 제안되고 있다. 국내공개특허 2004-0081148호(발명명칭: 무선통신 단말기용 동조가능 안테나)에는 PCB 기판 상에 형성된 확장선로와 스위칭소자를 이용한 다중대역 안테나가 제시되어 있다.

도1은 상기한 종래 문헌에서 제시된 다중대역 안테나 장치의 사시도이다.

도1에 도시된 안테나 장치는, PCB 기판(11) 상에 방사요소(15)를 포함한 안테나가 탑재된 구조를 갖는다. 상기 방사요소(15)는 급전핀(12)과 단락핀(14)에 각각 연결되며, 전송핀(16a)에 의해 PCB 기판(11) 상에 형성된 전송선로(16b)와 연결된다. 또한, PCB 기판(11) 상에 마련된 스위칭소자(17)에 의해 상기 전송선로(16b)는 2개의 확장선로(18a,18b)에 선택적으로 연결될 수 있으며, 선택된 확장선로 (18a,18b)에 따라 상기 안테나 장치는 다른 공진주파수를 구현할 수 있다.

하지만, 종래의 안테나장치는 스위칭소자와 다양한 길이의 선로를 안테나가 장착된 PCB 기판 상에 구현하므로, PCB 기판의 활용공간이 제한될 뿐만 아니라, 안테나의 측면에 급전핀 및 접지핀 외에 상기 PCB기판 상에 형성되는 선로와 연결하는 추가적인 핀구조가 요구되며, 이로 인해 안테나구성이 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명은 상술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 스위칭 소자를 방사요소가 형성된 칩 본체 상에 형성하고, 상기 스위칭소자를 제어하는 전압을 내부공간에 마련된 연결핀을 통해 공급함으로써 전체 구조를 간소화시킨 새로운 공진주파수 가변형 안테나를 제공하는데 있다.

상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은

유전체 또는 자성체를 포함한 본체부와, 상기 본체부의 표면에 형성되며 급전핀이 연결된 제1 방사요소와, 상기 본체부의 다른 표면에 형성된 제2 방사요소와, 상기 제1 및 제2 방사요소 사이에 연결되도록 상기 본체부 상에 형성된 스위칭소자와, 상기 스위칭소자에 전기적으로 연결되며 상기 본체부의 내부를 관통하여 그 하부면까지 연장된 전원인가핀을 포함하는 공진주파수 가변형 안테나를 제공한다.

바람직하게, 상기 전원인가핀은 상기 제2 방사요소에 연결되며, 상기 제2 방사요소의 일부영역을 통해 상기 스위칭소자가 온/오프되도록 전압을 인가한다.

상기 급전핀은 상기 본체부를 관통하여 적어도 그 하부면까지 연장될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 본체부는, 상기 제1 및 제2 방사요소와 상기 스위칭소자가 형성된 상판부와, 상기 상판부가 상면에 탑재된 지지용 본체를 포함한다. 이 경우에, 상기 상판부는 인쇄회로기판인 것이 바람직하며, 상기 인쇄회로기판인 상판부 상에는 보다 정밀한 튜닝을 위해 적어도 하나의 칩 인덕터 또는 캐패시터와 같은 수동소자가 용이하게 장착될 수 있다. 또한, 상기 지지용 본체부는 하부면이 개방된 케이스구조일 수 있다.

본 발명은 듀얼밴드뿐만이 아니라, 3중대역 이상의 안테나형태로 제공될 수 있다. 이러한 형태는 상기 본체부의 다른 영역에 형성되며, 적어도 하나의 추가적인 스위칭소자에 의해 상기 제1 및 제2 방사소자에 직렬로 연결된 적어도 하나의 제3 방사소자와, 상기 적어도 하나의 스위칭소자에 전기적으로 연결되며 상기 본체부의 내부를 관통하여 그 하부면까지 연장된 적어도 하나의 추가적인 전원인가핀을 더 포함한다.

상기 제1 방사요소는 접지핀이 추가로 연결된 역 F자형 방사요소일 수 있으며, 이 경우에 상기 본체부를 관통하여 적어도 그 하부면까지 연장될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도2a를 참조하면, 본 발명은 유전체 또는 자성체로 이루어진 본체부(21)를 포함한다. 상기 본체부(21) 상면의 일영역에는 접지핀(24) 및 급전핀(22)이 연결된 역 F자형 제1 방사요소(25a)가 형성되며, 상기 본체부(21)의 다른 영역에는 제2 방사요소(25b)가 형성된다. 상기 제2 방사요소(25b)는 선택적으로 제1 방사요소(25a)에 의해 결정된 공진주파수를 단파장화시킴으로써 추가적인 다른 공진주파수를 제공하는 역할을 한다.

상기 제1 및 제2 방사요소(25a,25b) 사이에는 스위칭소자(27)가 형성된다. 상기 스위칭소자(27)는 PIN 다이오드 또는 MOSFET소자와 같은 트랜지스터 소자 등의 다양한 형태가 사용될 수 있다. 본 발명에서, 상기 스위칭소자(27)는 본체부(21)에 직접 실장되며, 상기 스위칭소자(27)는 전원인가핀(29)에 의해 제어된다.

상기 전원인가핀(29)은 종래와 같이 본체부(21)의 측면을 따라 형성된 패턴이 아니라, 상기 본체부(21)의 내부를 관통하여 그 하부면까지 연장된 구조이며, 상기 제2 방사요소(25b)의 일부영역을 통해 스위칭소자(27)를 온오프시킬 수 있는 전압을 제공할 수 있다.

이와 같이, 본체부(21)의 내부를 관통한 전원인가핀(29)은 본체부(21)의 측면을 이용해야 한다는 제한사항이 없으므로, 제1 및 제2 방사요소(25a,25b) 등의 패턴설계를 보다 자유롭게 구현할 수 있다. 본 실시형태와 같이, 이러한 연결방식은 기존의 급전핀(22)과 접지핀(24)에도 적용될 수 있다. 즉, 도2b에 도시된 바와 같이, 전원인가핀(29)과 함께 하부면이 개방된 케이스구조물인 본체부(21)를 관통하도록 급전핀(22)과 접지핀(24)도 형성될 수도 있다.

본 발명은 보다 바람직하게 인쇄회로기판을 부분적으로 채용한 구조로 실시될 수 있다. 도3은 이러한 바람직한 실시형태를 도시한다.

도3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 안테나는 지지체(31b)와 그 상면에 형성된 상판부(31a)로 이루어진 본체를 포함한다. 상기 상판부(31a)는 바람직하게 인쇄회로기판일 수 있으며, 상기 지지체(31b)는 도2b에 예시된 구조물과 같이 하부가 개방된 케이스 구조물일 수 있다.

상기 상판부(31b) 상면영역에는 제1 방사요소(35a) 및 제2 방사요소(35b)가 형성된다. 상기 제1 방사요소(35a)는 앞선 실시형태와 유사하게, 접지핀(34) 및 급전핀(32)이 연결된 역 F자형 안테나로서 제공될 수 있다.

상기 제1 및 제2 방사요소(35a,35b) 사이를 연결하는 스위칭소자(37)는 상기 상판부(31a)의 상면에 직접 실장되며, 상기 상판부(31a) 및 지지체(31b)를 관통하여 형성된 전원인가핀(39)에 전기적으로 연결될 수 있다.상기 전원인가핀(39)은 상기 제2 방사요소(35b)의 일부영역을 통해 스위칭소자(37)를 온오프시킬 수 있는 전압을 제공할 수 있다.

본 실시형태에서도, 상기 전원인가핀(39)과 유사하게, 상기 급전핀(32)과 접지핀(34)도 상기 상판부(31a)와 지지체(31b)를 관통하도록 형성될 수 있다.

본 실시형태는 상판부(31a)로서 인쇄회로기판을 채용하므로, 다양한 장점을 제공한다. 즉, 도체패턴인 제1 및 제2 방사요소(35a,35b)의 설계 및 제조가 용이할 뿐만 아니라, 스위칭소자(37)의 실장이 매우 용이하다. 나아가, 보다 정밀한 튜닝을 위해서, 칩 인덕터 및 캐패시터와 같은 수동소자(미도시)를 제1 및 제2 방사요소(35a,35b)가 형성된 영역에 보다 용이하게 탑재시킬 수 있다.

도3에 도시된 구조와 유사한 구조를 갖는 안테나를 제조하여 전원인가핀을 통해 DC 전압을 인가하여 스위칭 소자를 온/오프시키고, 각 안테나의 VSWR특성을 측정하였다. 그 결과는 도4a 및 도4b의 그래프를 도시하였다.

도4a와 같이, 스위칭 소자가 오프된 상태에서, 즉 제1 방사요소에 의한 안테나특성에 따르면, 공진주파수는 1.92 ㎓에서 측정되었으나, 전원인가핀을 통해 스위칭소자를 온시킨 후에는, 도4b와 같이 880㎒에서 추가적인 공진주파수가 발생된 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 본 발명에 따른 안테나구조를 통해서도 스위칭소자의 온/오프에 따른 공진주파수 조정효과를 얻을 수 있었다.

상술된 실시형태에서는 하나의 방사요소가 하나의 스위칭소자와 연결된 형태만을 예시하였으나, 2개 이상의 방사요소와 스위칭소자가 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 제3 방사소자가 상기 본체부의 다른 영역에 형성되면서 적어도 하나의 추가적인 스위칭소자에 의해 상기 제1 및 제2 방사소자에 직렬로 연결될 수 있으며, 이 경우에 추가된 방사요소에 대응하는 적어도 하나의 전원인가핀이 추가로 형성될 수 있다.

또한, 상기한 실시형태에서는 제1 방사요소가 급전핀과 함께 접지핀을 구비한 역 F자형 방사요소로 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 제1 방사요소는 단지 급전핀만을 구비한 모노폴 등의 다른 형태의 안테나일 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공진주파수 가변형 안테나는 스위칭 소자를 방사요소가 형성된 본체부 상면에 형성하고, 상기 스위칭소자를 제어하는 전압을 내부공간에 마련된 연결핀을 통해 공급함으로써 전체 구조를 간소화시킬 수 있 다. 특히, 방사요소 및 스위칭소자가 형성되는 부분은 인쇄회로기판을 대체함으로써 설계 및 제조를 보다 간소화하고, 추가적인 튜닝을 위한 수동소자의 실장을 용이하게 할 수 있다.

Claims

유전체 또는 자성체를 포함한 본체부;

상기 본체부의 표면에 형성되며 급전핀이 연결된 제1 방사요소;

상기 본체부의 표면의 다른 영역에 형성된 제2 방사요소;

상기 제1 및 제2 방사요소 사이에 연결되도록 상기 본체부 상에 형성된 스위칭소자; 및

상기 스위칭소자에 전기적으로 연결되며 상기 본체부의 내부를 관통하여 그 하부면까지 연장된 전원인가핀을 포함하며,

상기 전원인가핀은 상기 제2 방사요소에 연결되며, 상기 제2 방사요소의 일부를 통해 상기 스위칭소자에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 공진주파수 가변형 안테나.
삭제
제1항에 있어서,

상기 급전핀은 상기 본체부를 관통하여 적어도 그 하부면까지 연장된 것을 특징을 하는 공진주파수 가변형 안테나.
제1항에 있어서,

상기 본체부는, 상기 제1 및 제2 방사요소와 상기 스위칭소자가 형성된 상판부와, 상기 상판부가 상면에 탑재된 지지용 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진주파수 가변형 안테나.
제4항에 있어서,

상기 상판부는 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 공진주파수 가변형 안테나.
제5항에 있어서,

상기 인쇄회로기판인 상판부 상에는 적어도 하나의 칩 인덕터 또는 캐패시터가 장착된 것을 특징으로 하는 공진주파수 가변형 안테나.
제4항에 있어서,

상기 지지용 본체부는 하부면이 개방된 케이스구조인 것을 특징으로 하는 공진주파수 가변형 안테나.
제1항에 있어서,

상기 본체부의 다른 영역에 형성되며, 적어도 하나의 추가적인 스위칭소자에 의해 상기 제1 및 제2 방사소자에 직렬로 연결된 적어도 하나의 제3 방사소자와,

상기 적어도 하나의 스위칭소자에 전기적으로 연결되며 상기 본체부의 내부 를 관통하여 그 하부면까지 연장된 적어도 하나의 추가적인 전원인가핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진주파수 가변형 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1 방사요소는 접지핀이 추가로 연결된 역 F자형 방사요소인 것을 특징으로 하는 공진주파수 가변형 안테나.
제9항에 있어서,

상기 접지핀은,

상기 본체부를 관통하여 적어도 그 하부면까지 연장된 것을 특징을 하는 공진주파수 가변형 안테나.