KR100735356B1 - 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

서로 다른 주파수 대역을 사용하는 복수의 무선 통신 서비스를 이용하기 위한 단말기에 채용될 수 있는 광대역 안테나가 개시된다. 본 발명은, 적어도 하나의 방사패치를 갖는 제1 안테나부부; 상기 제1 안테나부부의 방사패치 중 적어도 하나와 인접하여 형성된 방사패치를 갖는 제2 안테나부; 및 상기 서로 인접한 제1 안테나부부의 방사패치와 제2 안테나부의 방사패치에 동시에 인접하도록 형성된 소정 길이의 커플링 패턴을 포함하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나를 제공한다. 본 발명에 따르면, 안테나의 대역폭을 확장할 수 있고, 안테나의 방사특성이 인체에 의해 민감하게 영향을 받는 문제를 해결할 수 있다.

안테나, 역F, 역L, 방사, 커플링, 방사패치, 슬롯, 급전핀, 접지핀

Description

커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나{BROADBAND ANTENNA COMPRISING COUPLING PATTERN}

도 1은 종래의 역F 안테나의 일례를 도시한 평면도이다.

도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일실시형태에 따른 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나의 사시도 및 평면도이다.

도 3의 (a) 및 (b)는 커플링 패턴을 구비하지 않은 안테나와 본 발명에 따른 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나의 CDMA/PCS 대역에서의 주파수 특성을 각각 도시한 그래프이다.

도 4의 (a) 및 (b)는 커플링 패턴을 구비하지 않은 안테나와 본 발명에 따른 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나의 GPS 대역에서의 주파수 특성을 각각 도시한 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

P1, P2, P3: 방사패치 S1, S2: 슬롯

21: 역F 안테나(제1 안테나부) 22: 역L 안테나부(제2 안테나부)

211, 221: 급전핀 212: 단락핀

23: 커플링 패턴 24: 기판

본 발명은 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 복수의 무선 통신 서비스를 이용하기 위한 단말기에 채용될 수 있는 광대역 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역F 안테나와 역L 안테나에 동시에 인접하여 형성된 커플링 패턴을 구비함으로써 상기 역F 안테나 및 역L 안테나의 단점을 보완할 수 있는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나에 관한 것이다.

최근 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되면서도, 서로 다른 주파수 대역의 이동통신 서비스를 하나의 단말기를 이용하여 제공받을 수 있는 기능이 요구되고 있다. 예를 들어, 한국에서 상용화된 824~894 MHz 대역의 CDMA 서비스와, 1750~1870 MHz 대역의 PCS 서비스, 일본에서 상용화된 832~925 MHz 대역의 CDMA 서비스, 미국에서 상용화된 1850~1990 MHz 대역의 PCS 서비스, 유럽, 중국 등에 상용화된 880~960 MHz 대역의 GSM 서비스 및 유럽 일부 지역에서 상용화된 1710~1880 MHz 대역의 DCS 서비스 등의 다양한 주파수 대역을 이용한 이동통신 서비스 가운데 필요에 따라 둘 이상의 서비스를 동시에 이용할 수 있는 단말기가 요구되고 있다. 이외에도 블루투스, 지그비, 무선랜, GPS 등과 같은 서비스를 이용할 수 있는 복합 단말기가 요구되고 있는 실정이다. 이와 같은 다중 대역의 서비스를 이용하기 위한 단말기에는 원하는 둘 이상의 대역에서 동작할 수 있는 광대역 안테나가 채용되는 것이 바람직하다.

일반적으로 사용되는 이동통신 단말기의 안테나로는 헬리컬 안테나(helical antenna)와 평면 역F 안테나(Planar Inverted F Antenna: PIFA, "역F 안테나"라 칭함)가 있다. 여기서, 헬리컬 안테나는 단말기 상단에 고정된 외장형 안테나로서 모노폴 안테나와 함께 사용된다. 헬리컬 안테나와 모노폴 안테나가 병용되는 형태는 안테나를 단말기 본체로부터 인출(extended)하면 모노폴 안테나로 동작하고, 삽입(Retracted)하면 λ/4 헬리컬 안테나로 동작한다. 이러한 안테나는 높은 이득을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 무지향성으로 인해 전자파 인체 유해기준인 SAR 특성이 좋지 않다. 또한, 헬리컬 안테나는 단말기의 외부에 돌출된 모양으로 구성되므로, 단말기의 미적외관 및 휴대기능에 적합한 외관 설계가 어려운데, 이에 대한 내장형의 구조는 아직 연구된 바 없다.

그리고, 역F 안테나는 이러한 단점을 극복하기 위하여, 낮은 프로파일 구조를 갖도록 설계된 안테나이다. 역F 안테나는 상기 방사부에 유기된 전류에 의해 발생되는 전체 빔 중 접지면측으로 향하는 빔이 재유기되어 인체에 향하는 빔을 감쇠시켜 SAR 특성을 개선하는 동시에 방사부 방향으로 유기되는 빔을 강화시키는 지향성을 가지며, 직사각형인 평판형 방사부의 길이가 절반으로 감소된 직사각형의 마이크로 스트립 안테나로서 작동하게 되어 낮은 프로파일 구조를 실현할 수 있다.

도 1은 종래의 역F 안테나의 일례를 도시한 평면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 역F 안테나(10)는 방사부(P1+P2+S1+S2)와 상기 방사부에 연결된 급전핀(11) 및 접지핀(12)으로 이루어진다. 상기 방사부(P1+P2+S1+S2)는 적어도 하나의 슬롯(S1, S2)과 상기 슬롯(S1, S2)으로 구분된 적어도 하나의 방사패치(P1, P2)로 이루어진다. 도 1에 도시된 예에서 방사패치는, 슬롯(S1)에 의해 급전핀(11)의 좌측(도면상에서)으로 짧게 감긴 형상으로 형성되는 고대역 방사패치(P1)와, 슬롯(S2)에 의해 접지핀(12)의 우측(도면상에서)으로 길게 감긴 형상으로 형성되는 저대역 방사패치(P2)를 포함한다. 상기 방사패치(P1, P2)는 급전핀(11)을 통해 역F 안테나의 하부에 위치한 기판(미도시) 등으로부터 전류를 인가받아 급전되고, 상기 단락핀(12)을 통해 상기 기판(미도시) 상에 형성된 접지면과 연결된다.

이러한, 역F 안테나는 인체방향으로 빔의 세기를 감쇠시키며 인체 바깥 방햐으로 빔의 세기를 강하게 해주는 지향성을 갖는 방사 특성을 가지므로 헬리컬 안테나와 비교하였을 때 전자파 흡수율이 우수한 특성을 얻을 수 있다.

그러나, 다중 대역에서 동작하도록 설계하였을 때 주파수 대역폭이 협소한 문제점이 있다.

한편, 도 1에 도시된 역F 안테나에서 접지핀을 생략한 구조를 갖는 역L 안테나가 있다. 상기 역L 안테나는 접지면과 방사부의 이격 거리에 따라서 성능이 좌우되므로 방사부와 접지면의 가능한 멀리 이격시키도록 설계된다. 이에 따라 상기 역 L 안테나는 대역폭이 증가하게 되고 안테나 방사효율이 개선되는 특징을 갖는다.

그러나, 상기 역L 안테나는 전자파 흡수율이 증가하게 되고, 인체에 민감한 특성을 갖는 문제점이 있다.

따라서, 당 기술분야에서는 역F 안테나가 갖는 협소한 대역폭에 대한 문제와 역L 안테나가 갖는 인체에 민감한 문제를 해결함으로써 광대역에서 사용할 수 있는 안테나 구조가 요구되어 왔다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 역F 안테나와 역 L 안테나의 방사패치를 서로 인접하게 형성하고 상기 두 안테나의 방사패치의 일부 영역에 동시에 인접하도록 형성된 커플링 패턴을 구비함으로써, 두 안테나의 방사패치와 커플링 패턴과의 전자기적 커플링에 의해 각 안테나의 문제를 상호 보완할 수 있는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서, 본 발명은,

적어도 하나의 방사패치를 갖는 제1 안테나부부;

상기 제1 안테나부부의 방사패치 중 적어도 하나와 인접하여 형성된 방사패치를 갖는 제2 안테나부; 및

상기 서로 인접한 제1 안테나부부의 방사패치와 제2 안테나부의 방사패치에 동시에 인접하도록 형성된 소정 길이의 커플링 패턴

을 포함하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나를 제공한다.

본 발명의 일실시형태에서, 상기 제1 안테나부부는 적어도 하나의 슬롯에 의해 구분된 복수의 방사패치를 구비한 역F 안테나이며, 상기 제2 안테나부는 상기 제1 안테나부의 방사패치 중 하나와 서로 인접하여 나란히 형성된 방사패치를 구비한 역L 안테나인 것이 바람직하다.

이 실시형태에서, 상기 역L 안테나는 상기 역F 안테나의 슬롯 내에 형성된 방사패치를 갖는 구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 커플링 패턴은, 상기 서로 인접한 제1 안테나부의 방사패치와 제2 안테나부의 방사패치의 측방향으로 동시에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다. 더하여 상기 커플링 패턴은, 상기 제1 안테나부 또는 상기 제2 안테나부에 의한 송수신 신호의 1/4 파장 길이를 갖는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.

도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일실시형태에 따른 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나의 사시도 및 평면도이다.

도 2의 (a) 및 (b)를 동시에 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나(20)는, 제1 안테나부부(21), 제2 안테나부부(22) 및 커플링 패턴(23)을 포함하여 구성된다. 본 실시형태에 따른 안테나는, 제1 안테나부부(21)는 가장 낮은 주파수 대역 및 가장 높은 주파수 대역의 신호 송수신에 이용되고, 제2 안테나부부는 그 중간 주파수 대역의 신호 송수신에 사용되는 3중 대역 안테나의 일례이다.

본 실시형태에서, 제1 안테나부부(21)는 복수의 슬롯(S1, S2)과, 이 슬롯(S1, S2)에 의해 구분되는 두 개의 방사패치(P1, P2)를 포함하는 방사부와, 상기 방사부에 연결된 급전핀(211) 및 접지핀(212)으로 이루어진 역F 안테나이다.

상기 두개의 방사패치(P1, P2)는, 슬롯(S1)에 의해 급전핀(211)의 좌측(도면상에서)으로 짧게 감긴 형상으로 형성되어 가장 높은 주파수 대역 신호의 송수신을 담당하는 고대역 방사패치(P1)와, 슬롯(S2)에 의해 접지핀(212)의 우측(도면상에서)으로 길게 감긴 형상으로 형성되어 가장 낮은 주파수 대역 신호의 송수신을 담당하는 저대역 방사패치(P2)를 포함한다.

급전핀(211)과 단락핀(212)은 기판(24) 상의 신호라인(미도시) 및 접지면(미도시)과 각각 연결될 수 있다. 상기 급전핀(211)은 방사패치에 전류를 인가하여 급전하는 통로가 된다.

본 실시형태에서, 제2 안테나부부(22)는 급전핀(221)을 구비하고, 접지핀을 구비하지 않는 역L 안테나로 구현될 수 있다. 상기 역L 안테나(22)는 방사부와 급전핀(221)을 구비하며, 상기 방사부는 슬롯(S3)과 상기 슬롯(S3)에 의해 급전핀(221)의 우측(도면 상에서)으로 감기는 형상으로 형성된 방사패치(P3)로 이루어진다.

상기 역L 안테나(22)의 방사패치(P3)는 상기 역F 안테나(21)의 방사패치 중 하나(P2)와 인접하여 나란하게 형성된다. 본 실시형태는 상기 역L 안테나(22)의 방사패치(P3)가 상기 역F 안테나(21)의 저대역 방사패치(P2)에 인접한 구조를 가지나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

하나의 안테나를 형성하기 위한 효율적 공간적 배치를 위해, 상기 역L 안테나(22)의 방사패치(P3)는 상기 역F 안테나(21) 방사부의 슬롯(S2) 내에 위치한 구조를 갖는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서, 커플링 패턴(23)이 서로 인접한 역F 안테나(21)의 방사패치(P2)와 역L 안테나(22)의 방사패치(P3)에 동시에 인접하도록 형성될 수 있다. 바람직하게, 커플링 효과의 극대화를 위해 상기 커플링 패턴(23)은, 상기 역F 안테나 (21)의 방사패치(P2) 및 역L 안테나(22)의 방사패치(P3)의 측방향으로 인접한 형태로 형성된다. 그러나, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 커플링 패턴(23)의 형상, 위치는 본 발명을 한정하지 않으며, 상기 역F 안테나(21)의 방사패치(P2) 및 역L 안테나(22)의 방사패치(P3)에 인접하여 연속 형성된 여러가지 다른 변형 및 개조가 가능할 것이다.

또한, 도 2의 (a)는 상기 커플링 패턴(23)이 기판 상에 부착된 구조로 도시하고 있으나, 안테나부(21, 22)의 방사 패치(P1, P2, P3)와 기판(24) 사이에 적절한 유전율을 가지며 방사패치(P1, P2, P3)를 지지하기 위한 사출물이 형성되는 경우, 상기 커플링 패턴(23)은 이 사출물과 일체형으로 제작될 수도 있다.

본 발명에 의한 안테나는 상기 커플링 패턴(23)에 의해, 제1 안테나부부(21)와 제2 안테나부부(22) 사이에 일어나는 부정적인 효과의 커플링을 저감시킬 수 있다. 즉, 각 안테나부(21, 22)가 서로의 대역에 영향을 주면서 각 안테나부의 특성을 저하시키는 문제를 해결할 수 있다.

특히, 커플링 패턴(23)이 상기 역F 안테나(21)의 방사패치(P2)와 역L 안테나(22)의 방사패치(P3)에 동시에 인접하여 연속 형성됨으로써, 각각의 안테나가 갖는 종래의 문제점을 서로 보완 해결할 수 있다. 즉, 상기 커플링 패턴(23)을 통해, 역F 안테나(21)가 갖는 좁은 대역폭의 문제를 해결할 수 있으며, 역L 안테나(22)가 갖는 인체에 민감한 문제를 해결할 수 있다.

더욱 상세히 설명하면, 역F 안테나(21)는 커플링 패턴(23)의 형성에 의해 마 치 역L 안테나와 같이 광대역화가 가능하며, 이러한 효과는 특히 고주파수 대역에서 크게 나타난다. 또한, 역L 안테나(22)는 그 특성상 접지면에서 멀리 이격되지 않을 경우 특성 열화가 나타나는데, 상기 커플링 패턴(23)을 추가함으로써 마치 접지면을 활용하는 역F 안테나와 같이 동작을 하게 되어, 접지면이 가까지 존재하더라도 역F 안테나와 같이 인체에 둔감하고 전자파 흡수율이 감소되는 특징을 갖게 된다.

본 발명의 커플링 패턴(23)은, 그 폭과 길이 및 각 안테나부(21, 22)의 방사패치(P2, P3)와의 이격 거리 등에 의해 상기와 같은 특성이 변동될 수 있다. 본 발명자는 반복적인 실험을 통해, 상기 커플링 패턴(23)의 길이가 상기 제1 안테나부부(21) 또는 상기 제2 안테나부(22)에 의해 송수신되는 신호의 1/4 파장 길이를 갖는 경우, 가장 우수한 효과를 나타내는 것을 발견하였다. 특히, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이, 제1 안테나부(21)의 슬롯(S2) 내에 제2 안테나부(22)의 방사패치(P3)가 위치하도록 형성된 경우, 이 커플링 패턴(23)의 길이는 상기 제2 안테나부(22)에 의해 송수신되는 신호의 1/4 파장 길이를 갖는 것이 바람직하다.

도 3과 도 4는 역F 안테나와 역L 안테나를 도 2에 도시한 것과 같이 배치한 후 커플링 패턴을 형성하지 않은 안테나와 상기 커플링 패턴을 형성한 안테나의 주파수 특성을 도시한다.

특히, 도 3의 (a) 및 (b)는 커플링 패턴을 구비하지 않은 안테나와 본 발명에 따른 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나의 CDMA/PCS 대역에서의 주파수 특성 을 각각 도시한 그래프이다. 도 3의 (a)에 도시된 것과 같이, 커플링 패턴을 형성하지 않은 안테나는 특히 고주파수 대역에서 이득이 작고 대역폭이 좁게 나타났으나, 커플링 패턴을 구비한 경우에는 도 3의 (b)에 도시된 것과 같이 고주파수 대역에서 이득이 크고 대역폭이 넓게 개선되었다.

또한, 도 4의 (a) 및 (b)는 커플링 패턴을 구비하지 않은 안테나와 본 발명에 따른 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나의 GPS 대역에서의 주파수 특성을 도시한 그래프이다. 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이, 커플링 패턴을 형성하지 않은 안테나는 원하는 대역(마크로 표시된 부분, 1575MHz)에서 공진특성을 얻을 수 없었으나, 커플링 패턴을 구비한 경우에는 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이 해당 대역에서 공진특성을 얻어 GPS 대역의 안테나로 사용할 수 있게 대역폭이 확장되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 역F 안테나와 역 L 안테나의 방사패치를 서로 인접하게 형성하고 상기 두 안테나의 방사패치의 일부 영역에 동시에 인접하도록 형성된 커플링 패턴을 구비함으로써, 두 안테나의 방사패치와 커플링 패턴과의 전자기적 커플링에 의해 각 안테나의 문제를 상호 보완할 수 있는 효과가 있다.

즉, 역F 안테나의 좁은 대역폭 문제를 해결하여, 안테나의 대역폭을 확장할 수 있으며, 역L 안테나가 갖는 인체에 민감한 문제 및 전자파 흡수율이 높은 문제 를 해결하여, 안테나의 방사특성이 인체의 영향에 둔감하며 안테나의 전자파 흡수율을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 적어도 하나의 방사패치를 갖는 제1 안테나부;

   상기 제1 안테나부의 방사패치 중 적어도 하나와 인접하여 형성된 방사패치를 갖는 제2 안테나부; 및

   상기 서로 인접한 제1 안테나부의 방사패치와 제2 안테나부의 방사패치에 동시에 인접하도록 형성된 소정 길이의 커플링 패턴

   을 포함하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 안테나부는 적어도 하나의 슬롯에 의해 구분된 복수의 방사패치를 구비한 역F 안테나이며,

   상기 제2 안테나부는 상기 제1 안테나부의 방사패치 중 하나와 서로 인접하여 나란히 형성된 방사패치를 구비한 역L 안테나인 것을 특징으로 하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나.
3. 제2항에 있어서,

   상기 역L 안테나는 상기 역F 안테나의 슬롯 내에 형성된 방사패치를 갖는 것 을 특징으로 하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커플링 패턴은,

   상기 서로 인접한 제1 안테나부의 방사패치와 제2 안테나부의 방사패치의 측방향으로 동시에 인접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커플링 패턴은,

   상기 제1 안테나부 또는 상기 제2 안테나부에 의한 송수신 신호의 1/4 파장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나.
6. 적어도 하나의 슬롯에 의해 구분된 복수의 방사패치를 구비한 역F 안테나;

   상기 슬롯 내에 상기 역F 안테나의 방사패치 중 하나와 서로 인접하여 나란히 형성된 방사패치를 갖는 역L 안테나; 및

   상기 서로 인접한 역F 안테나의 방사패치와 역L 안테나의 방사패치의 측방향으로 동시에 인접하도록 형성된 커플링 패턴

   을 포함하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나.
7. 제6항에 있어서, 상기 커플링 패턴은,

   상기 역L 안테나에 의한 송수신 신호의 1/4 파장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커플링 패턴을 구비한 광대역 안테나.

Images