KR100979746B1 - 소형 ａ－ｇｐｓ 세라믹 커플링 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초소형으로 구현할 수 있으면서, 안정된 특성과 넓은 대역폭을 확보할 수 있는 세라믹 안테나에 관한 것으로서, 상면과, 하면, 그리고 상기 상면과 하면을 연결하는 적어도 하나의 측면을 포함하는 세라믹 블록에 제1 방사 패턴과 제1 그라운드 패턴과, 상기 제1 방사 패턴의 양단에 전자기적으로 연결되는 제1,2 커플링 패턴을 형성하고, 회로 기판상에 신호를 전달하는 신호 라인과, 제2 방사 패턴과, 그라운드 라인과, 상기 신호 라인과 제2 방사 패턴과 그라운드 라인에 각각 연결되는 제1~제3 본딩 패드와, 제4 본딩패드를 형성한 후, 상기 제1 그라운드 패턴의 양단과 제1,2 커플링 패턴이 제1~제4 본딩 패드에 본딩됨에 의하여, 상기 회로 기판상의 신호 라인과 제2 방사패턴과 그라운드 라인이 각각 제1 커플링 패턴과 제2 커플링 패턴과 제1 그라운드 패턴이 전자기적으로 연결되도록 구현된다.

세라믹 안테나, GPS 안테나, 방사 패턴, 그라운드 패턴, 커플링 패턴

Description

소형 Ａ－ＧＰＳ 세라믹 커플링 안테나{Small sized ceramic coupling antenna for A-GPS}

본 발명은 초소형으로 구현할 수 있으면서, 안정된 특성과 넓은 대역폭을 확보할 수 있는 소형 A-GPS 세라믹 커플링 안테나에 관한 것이다.

최근 위치 기반 서비스(location-based services, LBS)가 활성화되고 있다.

LBS는 어떤 정보 기기 사용자가 어디에 있는지에 관한 정보를 활용하는 서비스로서, 사용자에게 그 사람의 현재 위치에 기초하여 여행 정보나 광고 등 다양한 정보를 실시간으로 제공할 수 있도록 있다. 이를 가능케 하기 위해서는 사용자의 위치를 실시간으로 파악할 수 있는 기술이 요구되는데, 통상적으로 GPS(Global Positioning System) 기술을 사용한다. 더불어, 최근 기술적 및 사회적 요인으로 인해 휴대폰의 현대인의 생활 중심에 자리 잡게 되면서, LBS도 휴대폰을 기반으로 하여 개발되고 있다. 특히, 위성뿐만 아니라 휴대전화망을 이용하여 정확한 위치를 산출하는 A-GPS(Assisted GPS)의 기술이 개발되면서, 휴대폰을 이용한 LBS 서비스 가 더 활성화되고 있다.

한편, LBS 서비스를 이용하기 위해서는 위치 파악할 수 있는 GPS 수신기가 휴대 장치에 내장되어야 하므로, LBS의 활성화와 더불어 GPS 안테나에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히 소형화 및 다기능화되어 가고 있는 휴대폰의 공간적 제약으로 인해, GPS 안테나의 소형화가 요구되고 있다.

그런데 GPS 안테나의 경우, 1.5 GHz 대의 높은 주파수 대역을 사용하기 때문에, 공진 길이 축소에 따른 성능 문제로 인해 소형화에 한계가 있었다.

본 발명은 GPS 안테나의 소형화 요구에 맞추어, 휴대폰과 같이 공간적 제약을 갖는 휴대 장치에 적용할 수 있도록 초소형화된 GPS 안테나를 제공하고자 한 것으로서, 소형화시의 공진 길이 축소에 따른 성능 저하 문제를 보드 공진을 통해 해결한 소형 A-GPS 세라믹 커플링 안테나를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 상면과, 하면, 그리고 상기 상면과 하면을 연결하는 적어도 하나의 측면을 포함하는 세라믹 블록; 상기 세라믹 블록의 상면에 형성되는 제1 방사 패턴; 상기 세라믹 블록의 상면과 측면 및 하면에 걸쳐 형성되는 제1 그라운드 패턴; 상기 세라믹 블록의 측면 및 하면에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 방사 패턴의 양단으로부터 일정 간격 떨어져 형성되어, 제1 방사 패턴과 전자기적으로 연결되는 제1,2 커플링 패턴; 회로 기판상에 형성되며, 신호를 전달하는 신호 라인; 상기 회로 기판상에 형성되는 제2 방사 패턴; 상기 회로 기판상에 형성되는 그라운드 라인; 상기 회로 기판상에 상기 신호 라인의 일단에 연결되도록 형성되고, 상기 제1 커플링 패턴과 본딩됨에 의하여, 상기 신호 라인과 상기 제1 커플링 패턴을 전기적으로 연결하는 제1 본딩 패드; 상기 회로 기판상에 상기 제2 방사 패턴의 일단에 연결되도록 형성되고, 상기 제2 커플링 패턴과 본딩됨에 의하여, 상기 제2 방사 패턴과 상기 제2 커플링패턴을 전기적으로 연결하는 제2 본딩 패드; 상기 회로 기판상에 상기 그라운드 라인의 일단이 연결되도록 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 일단이 본딩됨에 의하여 상기 그라운드 라인과 제1 그라운드 패턴의 일단을 전기적으로 연결하는 제3 본딩 패드; 및 상기 회로 기판상에 형성되며, 상기 제1 그라운드 패턴의 타단이 본딩되는 제4 본딩 패드를 포함하는 세라믹 안테나를 제공한다.

상기 세라믹 안테나는, 상기 그라운드 라인과 상기 회로기판의 그라운드를 연결하며 임피던스를 매칭시키는 매칭 수단을 더 포함한다.

상기 세라믹 안테나에 있어서, 상기 세라믹 블록은 직육면체 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세라믹 안테나에 있어서, 상기 제1,2 방사 패턴과, 제1,2 그라운드 패턴은 라인 형상인 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 제1 방사 패턴 및 그라운드 라인의 길이 또는 폭 또는 형상을 조정하여 안테나 임피던스를 50Ω으로 조정할 수 있다.

본 발명에 의한 세라믹 안테나는, 신호 라인과 방사 패턴을 간접적으로 연결함으로써, 주파수 대역폭을 더 넓히고, 더하여 회로 기판에 제2의 방사 패턴 및 그라운드 라인을 형성함으로써 공진 길이를 연장함으로써, 안테나의 초소형화를 도모할 수 있으며, 또한, 상기 회로 기판에 형성된 제2 방사 패턴 및 그라운드 라인의 변경을 통하여 다양한 환경에서도 튜닝 가능하다는 우수한 효과가 있으며, 이를 통하여, 안테나와 제품과의 결합력을 극대화할 수 있는 우수한 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한 다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명에 의한 세라믹 안테나의 실시 예를 도시한 분해 사시도이다.

본 발명에 의한 세라믹 안테나의 구조는, 세라믹으로 이루어지는 유전체부와 회로기판상에 형성되는 회로부로 나누어진다.

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도 1을 참조하면, 상기 유전체부는, 상면 및 하면, 상기 상면 및 하면을 연결하는 적어도 하나의 측면을 포함하는 세라믹 블록(10)과, 상기 세라믹 블록(10)의 상면에 형성되는 제1 방사 패턴(11)과, 상기 세라믹 블록(10)의 측면 및 하면에 걸쳐 형성되며 상기 제1 방사 패턴(11)의 양단에서 각각 소정 간격 떨어져 형성되는 제1,2 커플링 패턴(12,13)과, 상기 세라믹 블록(10)의 상면에서 측면을 거쳐 하면까지 연장형성되는 제1 그라운드 패턴(14)으로 형성된다.

그리고 상기 회로부는, 세라믹 안테나가 장착될 회로기판상에 형성되며, 상기 세라믹 블록(10)의 하면에 형성된 제1,2 커플링 패턴(12,13) 및 제1 그라운드 패턴(14)과 각각 본딩되는 제1~제4 본딩 패드(15a~15d)와, 상기 제1 본딩 패드(15a)에 연결되도록 상기 회로기판상에 형성되며 신호를 전달하는 신호 라인(16)과, 일단은 상기 제2 본딩패드(15a)에 연결되고 타단은 개방되도록 상기 회로기판상에 형성되는 제2 방사 패턴(17)과, 상기 제3 본딩 패드(15c)에 연결되며 접지되도록 상기 기판상에 형성된 그라운드 라인(18)을 포함한다. 상기 제1 본딩 패드(15a)에서 제2 본딩 패드(15b)로의 커플링에 의해 +전계가 형성되고, 제4 본딩패드(15d)에서 제3 본딩패드(15c)로의 커플링에 의해 -전계가 형성된다.

이러한 구조에 있어서, 상기 제1 커플링 패턴(12)은 제1 본딩 패드(15a)에 연결되고, 제2 커플링 패턴(13)은 제2 본딩 패드(15b)에 연결되고, 제1 그라운드 패턴(14)의 양단은 제3,4 본딩패드(15c,15d)에 연결된다.

상기 제1,2 방사 패턴(11,17)과 제1,2 그라운드 패턴(14,18)은 라인 형상으로 형성된다.

상기 제1,2 커플링패턴(12,13)은, 제1 방사 패턴(11)을 신호 라인(16) 및 제2 방사 패턴(17)과 전자기적으로 연결하기 위한 것으로서, 캐패시턴스 커플링을 통해 신호를 전달한다.

상기 제1~제4 본딩 패드(15a~15d)는 본 발명에 의한 세라믹 안테나의 유전체부와 회로부를 연결하며, 상기 세라믹 블록(10)을 회로기판에 고정하며, 제1 커플링 패턴(12)과 신호라인(16), 제2 커플링 패턴(13)과 제2 방사 패턴(17), 및 제1 그라운드 패턴(14)과 그라운드 라인(18)을 전기적으로 연결한다.

더하여, 상술한 구조의 세라믹 안테나는, 도 1의 A,B,C,D로 표시된 영역에 임피던스 매칭을 위한 매칭 수단을 더 구비할 수 있다. 즉, 상기 신호 라인(16)의 종단과 회로기판상에 형성된 회로 사이에, 제2 방사 패턴(17)과 그라운드 사이에, 제4 본딩 패드(15d)와 그라운드 사이에, 그라운드 라인(18)의 종단과 그라운드 사이에 각각 매칭 수단을 구비하여, 임피던스 매칭을 구현한다. 이때, 상기 B, C 영역의 매칭 수단에 필요에 따라서 선택적으로 사용될 수도 있고, 사용되지 않을 수 도 있으나, 상기 D 영역, 즉, 그라운드 라인(18)의 종단과 그라운드 사이에는 매칭 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성된 세라믹 안테나의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

신호패턴(16)으로 인가된 전기 신호는, 신호 라인(16)과 제1 본딩 패드(15a)와 제1 커플링 패턴(12)과 제1 방사 패턴(11)과 제2 커플링 패턴(13)과 제2 본딩 패드(15b)를 거쳐 제2 방사 패턴(17)까지 전달되며, 제2 방사 패턴(17)의 종단에서 방사된다.

또한, 상기 전기 신호는 그라운드 라인(18)과 제3 본딩 패드(15c)와 제1 그라운드 패턴(14)을 거쳐 제4 본딩 패드(15d)까지 전달되어 제4 본딩 패드(15d)의 종단에서 방사된다.

따라서, 상기 제2 방사 패턴(17) 측이 +단이 되고, 제4 본딩 패드(15d) 측이 - 단이 되어, 본 발명에 의한 세라믹 안테나는 역 다이폴 안테나로서 동작하며, 신호 라인(16)과 제1 본딩 패드(15a)와 제1 커플링 패턴(12)과 제1 방사 패턴(11)과 제2 커플링 패턴(13)과 제2 본딩 패드(15b)를 거쳐 제2 방사 패턴(17)까지 연결되고, 그라운드 라인(18)과 제3 본딩 패드(15c)와 제1 그라운드 패턴(14)을 거쳐 제4 본딩 패드(15d)까지 연결되는 공진 길이를 갖는다.

따라서, 본 발명의 세라믹 안테나는, 제1,2 커플링 패턴(12,13)을 통해 신호 라인(16)과, 제1,2 방사 패턴(11,17)을 간접 연결함으로써, 공진 길이를 연장함으로써, 필요한 주파수 대역에 맞는 공진 길이를 확보할 수 있다.

더하여, 본 발명의 세라믹 안테나는, 제1 방사 패턴(11)이 신호 라인(16) 및 제2 방사 패턴(17)과 C 커플링을 통해 전자기적으로 간접 연결됨으로써, 동작 주파수의 대역폭을 확장하여, 안정된 동작 특성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 세라믹 안테나는, 상기 회로부의 디자인, 더 구체적으로는 제2 방사 패턴(17) 및 그라운드 라인(18)의 길이 또는 폭 또는 형상을 변경할 수 있기 때문에, 안테나 소자가 장착되는 해당 제품의 환경에 맞추어 안테나 임피던스를 50Ω으로 조정하고, 임피던스 매칭이 이루어지도록 튜닝이 가능하며, 이를 통해 안테나 소자와 제품 간의 결합력을 극대화할 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 의해 구현된 GPS 안테나와 종래 GPS 안테나 간의 특성을 비교한 그래프이다. 여기서, 종래 GPS 안테나는, 일반적인 구조, 즉, 방사 패턴과 신호 라인이 직접 연결되는 구조로 이루어진 것이다.

도 2의 그래프와 도 3의 그래프를 비교하여 보면, 종래 안테나의 최대 감쇄 이득이 본 발명에 의한 안테나가 공진 주파수에서 더 작은 이득 값을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 공진 주파수의 이득이 더 작아진다는 것은 안테나의 복사 효율이 좋아지고, 매칭이 잘 됨을 의미한다.

또한, 본 발명에 의한 안테나는, 종래 안테나에 비하여, 공진 주파수의 대역폭이 종래보다 훨씬 넓음을 알 수 있으며, 대역폭이 넓어짐으로써 주변 환경에 의한 영향력이 감소하여, 안테나가 더 안정되게 동작할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 세라믹 안테나의 성능을 확인하기 위하여, 주파수별 이득 및 방사패턴을 측정하였다.

아래의 표 1은 본 발명에 의한 세라믹 안테나에 있어서, 1560MHz ~ 1600MHz 범위에서의 각 주파수별 이득을 측정하여 나타낸 것이다.

frequency [MHz]	Efficiency [%]	Average Gain [dBi]			Max Gain [dBi]			Max Position (Theta/Pie)	Directivity [dB]
		Ver	Hor	Total	Ver	Hor	Total
1560	40.8	-10.5	-4.9	-3.9	-3.6	-1.0	-0.9	105/60	1.97
1575	42.0	-10.6	-4.8	-3.8	-3.5	-0.8	-0.7	105/60	3.09
1580	42.6	-10.6	-4.7	-3.7	-3.5	-0.7	-0.5	105/60	3.15
1590	45.5	-10.4	-4.4	-3.4	-3.1	-0.4	-0.2	105/60	3.25
1600	45.9	-10.6	-4.3	-3.4	-3.0	-0.3	-0.1	105/60	3.26

더하여, 도 4는 상술한 측정 결과에 근거하여, 1560MHz, 1575MHz, 1580MHz, 1590MHz, 1600MHz 주파수에서의 방사 패턴을 측정하여 나타낸 그래프이다.

상기 표 1 및 도 4의 측정 데이터에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 세라믹 안테나는, 안테나의 크기를 초소형화하면서도, 안정되고 향상된 안테나 성능을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 안테나의 분해 사시도이다.

도 2는 종래 GPS 안테나의 공진 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 의한 세라믹 안테나로 구현된 GPS 안테나의 공진 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 의한 세라믹 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것이다.

Claims (5)

1. 상면과, 하면, 그리고 상기 상면과 하면을 연결하는 적어도 하나의 측면을 포함하는 세라믹 블록;

   상기 세라믹 블록의 상면에 형성되는 제1 방사 패턴;

   상기 세라믹 블록의 상면과 측면 및 하면에 걸쳐 형성되는 제1 그라운드 패턴;

   상기 세라믹 블록의 측면 및 하면에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 방사 패턴의 양단으로부터 일정 간격 떨어져 형성되어, 제1 방사 패턴과 전자기적으로 연결되는 제1,2 커플링 패턴;

   회로 기판상에 형성되며, 신호를 전달하는 신호 라인;

   상기 회로 기판상에 형성되는 제2 방사 패턴;

   상기 회로 기판상에 형성되는 그라운드 라인;

   상기 회로 기판상에 상기 신호 라인의 일단에 연결되도록 형성되고, 상기 제1 커플링 패턴과 본딩됨에 의하여, 상기 신호 라인과 상기 제1 커플링 패턴을 전기적으로 연결하는 제1 본딩 패드;

   상기 회로 기판상에 상기 제2 방사 패턴의 일단에 연결되도록 형성되고, 상기 제2 커플링 패턴과 본딩됨에 의하여, 상기 제2 방사 패턴과 상기 제2 커플링패턴을 전기적으로 연결하는 제2 본딩 패드;

   상기 회로 기판상에 상기 그라운드 라인의 일단이 연결되도록 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 일단과 본딩됨에 의하여, 상기 그라운드 라인과 제1 그라운드 패턴의 일단을 전기적으로 연결하는 제3 본딩 패드;

   상기 회로 기판상에 형성되며, 상기 제1 그라운드 패턴의 타단과 본딩되는 제4 본딩 패드를 포함하는 세라믹 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   임피던스 매칭을 위해 상기 그라운드 라인과 상기 회로 기판의 그라운드 사이에 구비되는 매칭 수단을 더 포함하는 세라믹 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 세라믹 블록은 직육면체 형상인 것을 특징으로 하는 세라믹 안테나.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1,2 방사 패턴과 제1,2 그라운드 패턴은 라인 형상인 것을 특징으로 하는 세라믹 안테나.
5. 제1항에 있어서,

   상기 회로 기판상에 형성되는 제2 방사 패턴 및 그라운드 라인의 길이 또는 폭 또는 형상을 조정하여 안테나 임피던스를 50Ω으로 조정하는 것을 특징으로 하는 세라믹 안테나.

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