KR101007390B1

KR101007390B1 - 휴대 단말기용 안테나 장치

Info

Publication number: KR101007390B1
Application number: KR1020100018425A
Authority: KR
Inventors: 허문만; 태현식; 배기형
Original assignee: 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-01-13

Abstract

본 발명은, 휴대 단말기용 안테나 장치에 있어서, 제1 기판; 상기 제1 기판의 일면에 제공되는 그라운드 도체; 상기 제1 기판의 타면에 제공되는 방사 도체; 상기 방사 도체에 제공되는 급전점(feeding point); 및 상기 제1 기판을 지나 상기 그라운드 도체와 방사 도체를 단락시키는 단락 배선을 포함하는 제1 안테나 소자를 구비하며, 상기 제1 기판은 유전체 기판이며, 상기 방사 도체는 프랙탈(Fractal) 구조로 이루어진 평면형 방사 도체임이 바람직하다. 상기와 같이 구성된 휴대 단말기용 안테나 장치는, 프랙탈 구조의 방사 도체를 포함하는 평면형 역-F 안테나로 구성되어 소형화에 용이하여 휴대 단말기의 협소한 공간 내에서도 안테나 장치의 설치 공간을 확보하기 용이하다. 또한, 프랙탈 구조를 이용한 또 다른 방사 도체를 이용한 다이폴 안테나 구조를 앞서 구성한 평면형 역-F 안테나와 결합하여 다중 주파수 대역에서의 공진 특성을 확보할 수 있게 된다.

Description

휴대 단말기용 안테나 장치 {ANTENNA DEVICE FOR PORTABLE TERMINAL}

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히, 광대역, 고속 전송이 가능하면서도 소형화가 요구되는 휴대 단말기용 안테나 장치에 관한 것이다.

통상적으로 무선 통신 기기에서는 안테나 장치를 통해 전파 신호를 송수신하게 되는데, 이동통신 서비스가 보편화됨에 따라 휴대 단말기에 장착되는 안테나 장치의 소형화가 필수적으로 요구되고 있다.

최근에는 이동통신 서비스 업자로부터 제공되는 다양한 콘텐츠를 사용자는 휴대 단말기를 통해 내려받아 단말기에 저장하여 사용하거나 온라인 상에서 즐길 수 있을 정도로 이동통신 기술은 획기적인 발전을 거듭하고 있다.

이동통신 서비스 초기에는 단순한 음성 통화나 간단한 문자 메시지를 송수신하는 정도로만 이루어져 왔으나, 이동통신 기술의 발달과 더불어, 각종 게임 콘텐츠, 사진 / 동영상 전송, 화상 통화에 이르기까지 대용량의 정보를 고속으로 송수신할 수 있게 되었다.

또한, 이동통신 서비스는 서비스 업자마다 할당된 주파수 대역이 서로 다른데, 최근에는 이러한 서로 다른 주파수 대역으로 제공되는 이동통신 서비스를 하나의 휴대 단말기를 이용할 수 있게 하기 위한 노력이 경주되고 있다.

하나의 휴대 단말기를 통해 서로 다른 주파수 대역으로 제공되는 이동통신 서비스를 이용하기 위해서는, 각 주파수 대역에서 동작하는 안테나들을 휴대 단말기에 각각 구비해야만 한다. 그러나 안테나 장치의 특성상, 각 주파수 대역에서 동작하는 안테나들 서로 간에 발생되는 간섭으로 인해 소형화된 단말기에 다수의 안테나를 설치하는 것에 많은 어려움이 따르고 있다. 더욱이, 최근에는 단말기의 하우징 내부에 안테나 장치를 수용하는 내장형 안테나가 일반화되는 추세여서, 안테나 설치를 위한 공간을 확보하는데 더 많은 어려움이 따르고 있다.

결국, 서로 다른 주파수 대역을 통해 제공되는 이동통신 서비스를 하나의 단말기로 이용하기 위해서는 다중 주파수 대역에서의 송수신이 가능한 안테나 장치가 필수적으로 요구되고 있지만, 휴대 단말기의 제한된 공간 내에 설치되면서도 다중 대역에서의 동작 특성을 확보할 수 있는 안테나 장치를 구성하는데 많은 어려움이 따르고 있다.

이에, 본 발명은 외형상 하나의 복사 소자 형태를 가지면서도 다중 공진을 일으킴으로써 휴대 단말기의 소형화에 기여할 수 있는 안테나 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 프랙탈 구조의 방사 도체를 구비하는 평면형 역-F 안테나를 제공함으로써, 휴대 단말기에 내장하기 적합한 소형화된 안테나 장치를 제공하고자 한다.

따라서 본 발명은, 휴대 단말기용 안테나 장치에 있어서,

제1 기판;

상기 제1 기판의 일면에 제공되는 그라운드 도체;

상기 제1 기판의 타면에 제공되는 방사 도체;

상기 방사 도체에 제공되는 급전점(feeding point); 및

상기 제1 기판을 지나 상기 그라운드 도체와 방사 도체를 단락시키는 단락 배선을 포함하는 제1 안테나 소자를 구비하며,

상기 제1 기판은 유전체 기판이며, 상기 방사 도체는 프랙탈(Fractal) 구조로 이루어진 평면형 방사 도체임이 바람직하다.

이때, '프랙탈 구조'란 부분이 전체를 닮은 자기 유사성(self-similarity)과 반복성을 가지는 형상 또는 패턴을 의미하는 것으로서, 패턴의 일부분을 확대했을 때 확대된 일부분이 전체의 패턴과 일치하는 형상을 자기 유사성이라 하며, 자기 유사성을 가진 구조들이 반복적으로 배치된 것을 반복성이라 한다. 이러한 자기 유사성을 가지는 구조로는 칸토르(Cantor) 집합, 고흐 커브(Koch curve), 시어핀스키(Sierpinski) 삼각형 등을 예로 들 수 있으며, 반복성을 가지는 프랙탈 구조를 이용하여 한정된 공간을 채우는 공간 채움(space-filling) 특성이 안테나의 크기를 소형화하는데 유용하다.

상기와 같이 구성된 안테나 장치는 대체로 평면형 역-F 안테나의 형태와 유사하게 동작하게 된다. 본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 방사 도체와 동일한 길이와 폭을 가지되 프랙탈 구조가 아닌 단순 평판 형상을 가지는 통상의 평면형 역-F 안테나와 비교했을 때, 프랙탈 구조를 이용한 평면형 역-F 안테나가 소형화에 유리함을 알 수 있었다.

또한, 상기 안테나 장치를 구성함에 있어서, 상기 제1 안테나 소자에 다이폴 안테나 형태의 제2 안테나 소자를 결합하되, 상기 제2 안테나 소자의 방사 도체 또한 프랙탈 구조를 가짐으로써, 적어도 5개의 주파수 대역에서 공진 특성을 확보할 수 있었다.

상기와 같이 구성된 휴대 단말기용 안테나 장치는, 프랙탈 구조의 방사 도체를 포함하는 평면형 역-F 안테나 형태로 구성되어 소형화에 용이한 장점이 있다. 안테나 장치가 소형화됨에 따라 휴대 단말기의 협소한 공간 내에서도 안테나 장치의 설치 공간을 확보하기 용이하게 된다. 또한, 프랙탈 구조를 이용한 또 다른 방사 도체를 이용한 다이폴 안테나 구조를 앞서 구성한 평면형 역-F 안테나와 결합하여 다중 주파수 대역에서의 공진 특성을 확보할 수 있게 된다. 다시 말해서, 평면형 역-F 안테나와 다이폴 안테나를 조합하되, 각각의 방사 도체는 프랙탈 구조를 이용하여 구성함으로써 서로 다른 주파수 대역에서 제공되는 이동통신 서비스를 하나의 단말기를 통해 이용할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휴대 단말기용 안테나 장치를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 안테나 장치의 프랙탈 구조를 가지는 방사 도체를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 안테나 장치와 통상의 평면형 역-F 안테나의 동작 특성을 비교하여 설명하기 위한 도면,
도 4는 통상의 평면형 역-F 안테나의 동작 특성을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 1에 도시된 안테나 장치의 동작 특성을 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 1에 도시된 안테나 장치의 프랙탈 구조의 변형된 형태들을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 안테나 장치를 나타내는 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 안테나 장치를 나타내는 도면,
도 9는 도 7에 도시된 안테나 장치의 방사 도체의 프랙탈 구조를 설명하기 위한 도면,
도 10은 도 7에 도시된 안테나 장치의 방사 도체의 제2 프랙탈 구조를 설명하기 위한 도면,
도 11은 프랙탈 구조를 이용하여 도 7에 도시된 안테나 장치의 방사 도체를 구현하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 12는 도 7에 도시된 안테나 장치의 동작 특성을 설명하기 위한 도면,
도 13 내지 도 17은 도 7에 도시된 안테나 장치의 동작 특성을 주파수 대역 별로 설명하기 위한 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안테나 장치(100)를 나타내는 도면으로서, 휴대 단말기에 내장 가능한 평면형 역-F 안테나(planar inverted-F antenna)를 예시하고 있다. 상기 안테나 장치(100)는 유전체로 이루어진 기판(101)의 일면에 방사 도체(102)가 설치되고, 상기 기판(101)의 타면에 그라운드 도체(103)가 제공되어 있으며, 상기 기판(101)을 관통하게 급전선(104)이 배선되어 상기 방사 도체(102)에 신호 전력을 제공하게 된다. 이때, 상기 방사 도체(102)에는 급전 패드(141)가 형성되어 상기 급전선(104)에 연결되며, 별도의 단락 배선(131)을 통해 상기 방사 도체(102)가 상기 그라운드 도체(103)에 단락된다. 상기 단락 배선(131)은 상기 기판(101)의 일측면을 감싸게 연장되어 있으며, 그 양단이 각각 상기 방사 도체(102)와 그라운드 도체(103)에 접속되어 있다.

상기 방사 도체(102)는 프랙탈 구조로 이루어지며, 상기 방사 도체(102)를 구성하는 프랙탈 구조는 도 2에 더 상세하게 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 상기 방사 도체(102)를 구성하는 프랙탈 구조는 사각형 형상의 복사 패턴(radiation pattern)의 내부에 동일한 형상의 또 다른 사각형들을 형성하는 과정을 반복하여 완성된 구조로서, 구체적으로, 제1-1 사각형 형상의 1-1차 복사 패턴(radiation pattern)(121)과, 상기 1-1차 복사 패턴(121)에 의해 형성된 제1-1 사각형을 4개의 제1-2 사각형들로 분할하는 1-2차 복사 패턴(123)과, 상기 1-2차 복사 패턴(123)에 의해 형성된 제1-2 사각형들을 각각 4개의 제1-3 사각형들로 분할하는 1-3차 복사 패턴(125)과, 상기 1-3차 복사 패턴(125)에 의해 형성된 제1-3 사각형들 내에 각각 제공되는 '+'자 형상의 1-4차 복사 패턴(127)으로 이루어진다. 이때, 상기 1-4차 복사 패턴(127)은 상기 제1-3 사각형들 내에 각각 한 쌍씩 제공되며, 그의 어느 한 단부는 상기 제1-2 사각형들의 한 변에 접하게 배치된다.

상기 방사 도체(102)는 상기와 같은 프랙탈 구조를 1열로 다수 배치함으로써 완성된다.

한편, 상기한 프랙탈 구조를 형성함에 있어서, 상기 복사 패턴들에 의한 사각형 형상은 특별히 한정될 필요는 없으나, 본 실시 예에서는 정사각형 형상들로 이루어진 구조를 예시하고 있다. 또한, 상기 프랙탈 구조가 사각형 형상들의 자기 유사성, 반복성으로 이루어질 필요는 없으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 다양한 다른 형태의 패턴들로 이루어질 수 있음에 유의한다.

도 3은 도 1에 도시된 안테나 장치(100)와, 방사 도체를 단순 평판 형상으로 제작하되 상기 안테나 장치(100)의 규격과 동일한 규격으로 제작된 통상의 평면형 역-F 안테나의 방사 특성을 비교한 그래프를 도시하고 있다.

참조번호 '11'로 지시된 그래프는 통상의 평면형 역-F 안테나의 방사 특성을 도시한 것으로서 그의 동작 중심 주파수를 알 수 있으며, 참조번호 '12'로 지시된 그래프는 상기 안테나 장치(100)의 방사 특성을 도시한 것으로서 그의 동작 중심 주파수를 알 수 있다. 즉, 통상의 평면형 역-F 안테나는 대략 890MHz의 동작 중심 주파수를 가지며, 상기 안테나 장치(100)의 동작 중심 주파수는 대략 820MHz임을 알 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 평면형 역-F 안테나를 동일한 크기로 제작하되 방사 도체를 본 발명에서와 같이 프랙탈 구조로 구성할 경우, 동작 중심 주파수를 낮출 수 있다.

낮은 주파수 대역에서 동작하는 안테나 장치가 더 커지는 점을 고려할 때, 본 발명에 따른 안테나 장치가 소형화에 용이함을 알 수 있다.

아울러, 도 4는 상기한 통상의 평면형 역-F 안테나의 동작 중심 주파수인 890MHz에서 3차원 복사 패턴(a)을 측정한 모습과, 최대 이득을 갖는 평면에서의 2차원 복사 패턴(b)을 각각 도시하고 있으며, 도 5는 상기 안테나 장치(100)의 동작 중심 주파수인 820MHz에서 3차원 복사 패턴(a)을 측정한 모습과, 최대 이득을 갖는 평면에서의 2차원 복사 패턴(b)을 각각 도시하고 있다. 동작 중심 주파수 대역이 다소 다르기는 하지만, 안테나 장치의 지향성이나 이득에 있어서, 상기 안테나 장치(100)가 통상의 평면형 역-F 안테나보다 개선됨을 알 수 있으며, 상기 안테나 장치(100)를 휴대 단말기에 적용하였을 때, 그 실장 공간이나 성능의 확보에 있어서 통상의 평면형 역-F 안테나보다 더 용이함은 자명하다.

도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 휴대 단말기용 안테나 장치(200)를 나타내는 사시도이며, 도 8은 도 7에 도시된 안테나 장치(200)의 제1, 제2 안테나 소자(201, 202) 각각의 양면을 도시하고 있다. 도면을 간결하게 도시하기 위하여, 도 7에서는 상기 제1, 제2 안테나 소자(201, 202)의 양면에 각각 제공된 방사 도체나 그라운드 도체를 도시하지 않고 있으며, 방사 도체나 그라운드 도체는 도 8에서 개략적으로 도시하고 있음에 유의한다.

본 실시 예에 따른 안테나 장치는 선행 실시 예에 개시된 바 있는 프랙탈 구조의 방사 도체를 이용한 평면형 역-F 안테나로 상기 제1 안테나 소자(201)를 구성하였으며, 또 다른 형태의 프랙탈 구조의 방사 도체들을 구비하는 다이폴 안테나로 상기 제2 안테나 소자(202)를 구성하였다. 상기 제2 안테나 소자(202)는 상기 제1 안테나 소자(201)의 일측면에 접하게 설치되며, 상기 제1 안테나 소자(201)의 일면에 대하여 수직 방향으로 배열된다.

우선, 상기 제1 안테나 소자(201)는 유전체 재질의 제1 기판(219) 일면에 그라운드 도체(211)가 제공되어 있으며, 타면에는 방사 도체(213)가 제공되어 있다.

도 8의 (d)를 참조하면, 상기 그라운드 도체(211)는 단순한 평판 형태의 패턴으로 형성되어 있다. 상기 방사 도체(213)는 프랙탈 구조를 가지는데, 그 패턴의 형태에 따라 제1, 제2, 제3 방사부(431, 433, 435)로 구분할 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 방사부(431, 433, 435)의 형태에 대해서는 도 9 내지 도 11을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.

상기 그라운드 도체(211)와 방사 도체(213)는 단락 배선(215)을 통해 서로 접속되어 있다. 상기 단락 배선(215)은 동 테이프(cooper tape)를 이용하여 구성할 수 있으며, 상기 제1 기판(219) 상에서, 상기 제2 안테나 소자(202)의 제2 기판(221)이 설치된 측면에 대향하는 측면을 감싸게 부착되어 있다. 상기 단락 배선(215)의 양단은 각각 상기 제1 기판(219)의 양면까지 연장되어 상기 그라운드 도체(211)와 방사 도체(213)에 연결되어 있다.

상기 제1 기판(213)에는 일측의 가장자리에 인접하게 급전점(213a)이 제공되어 있으며, 상기 급전점(213a)은 상기 제2 안테나 소자(202)에 접속되어 상기 방사 도체(213)에 신호 전력을 공급하게 된다.

이로써, 상기 제1 안테나 소자(201)는 상기 방사 도체(213)가 프랙탈 구조로 이루어진 평면형 역-F 안테나로 구성된다.

상기 제2 안테나 소자(202)는 도 8의 (a), (c)를 통해 도시되고 있다. 상기 제2 안테나 소자(202)는 유전체 재질로 제작된 상기 제2 기판(221)의 양면에 각각 방사 도체가 제공된 다이폴 안테나의 형태를 가지고 있다. 상기 제2 기판(221)의 일면에는 제4, 제5, 제6 방사부(223a, 223b, 223c)로 이루어진 제2 방사 도체가 배치되어 있으며, 타면에는 제7 방사부(225)로 이루어진 또 다른 방사 도체가 배치되어 있다. 상기 제4 내지 제7 방사부(223a, 223b, 223c, 225)는 각각 프랙탈 구조 또는 단순한 평판 형태의 패턴으로 이루어져 있다.

구체적으로서, 상기 제2 기판(221)의 일면에서, 상기 제4, 제5 방사부(223a, 223b)는 각각 프랙탈 구조로 이루어져 있으며, 상기 제6 방사부(223c)는 도체판, 다시 말해서, 단순한 평판 형상으로 이루어지면서, 동 테이프를 통해 상기 제5 방사부(223b)와 연결되어 있다. 상기 제5 방사부(223b)를 사이에 두고 상기 제4, 제6 방사부(223a, 223c)가 배치되어 있으며, 상기 제5 방사부(223b) 상에 상기 제2 안테나 소자(202)의 급전점(291)이 제공된다. 상기 제2 방사 도체는 상기 제2 기판(221)의 일면의 거의 전체 면적에 분포되어 있다. 아울러, 상기 제2 안테나 소자(202)가 상기 제1 안테나 소자(201)에 결합되면, 상기 제6 방사부(223c)가 상기 제1 안테나 소자(201)의 급전점(213a)에 인접하게 위치된다. 상기 급전점(213a)을 통해 신호 전력을 공급하기 위해, 상기 안테나 장치(200)는 급전 배선(229)을 구비하며, 상기 급전 배선(229)은 상기 제6 방사부(223c)로부터 상기 급전점(213a)으로 연결되는 동 테이프로 구성될 수 있다.

상기 제2 기판(221)의 타면에서, 상기 제7 방사부(225)는 프랙탈 구조로 이루어져 있으며, 대체로, 상기 제5 방사부(223b)와 제6 방사부(223c) 각각의 일부분에 대응되는 위치에 배치된다.

상기 안테나 장치(200)는 상기 제2 안테나 소자(202)에 접속되는 급전선(209)에 의해 신호 전력이 공급된다. 상기 제2 안테나 소자(202)로 공급된 신호 전력의 일부는 상기 급전 배선(229)을 통해 상기 제1 안테나 소자(201)로 공급된다. 이로써, 상기 안테나 장치(200)는 상기 제1, 제2 안테나 소자(201, 202)가 동시에 동작할 수 있게 된다.

상기 급전선(209)은 상기 제2 기판(221)의 타면으로 연결되어 상기 제7 방사부(225)와 접속됨과 아울러, 상기 제2 기판(221)을 관통하여 상기 제5 방사부(223b)에도 접속된다. 상기 급전선(209)이 접속되는 지점, 즉, 상기 제2 안테나 소자(202)의 급전점(291)으로부터 상기 제4 방사부(223a)와 제7 방사부(225)는 서로 멀어지는 방향으로 배치된다. 이로써, 상기 제2 안테나 소자(202)는 다이폴 안테나의 형태를 가지게 된다.

이하에서는, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 상기 제1, 제2 안테나 소자(201, 202)의 방사 도체들을 구성하는 프랙탈 구조를 상세하게 살펴보기로 한다.

도 9는 제1의 프랙탈 구조(302)를, 도 10은 제2의 프랙탈 구조(303)를 각각 도시하고 있으며, 도 11은 상기 제1, 제2 프랙탈 구조(302, 303)를 조합하여 상기한 방사부들을 구성한 모습을 도시하고 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 프랙탈 구조(302)는 선행 실시 예의 방사 도체를 구성하는 프랙탈 구조와 사실상 동일하다. 즉, 상기 제1 프랙탈 구조(302)는 제1-1 사각형 형상의 1-1차 복사 패턴(radiation pattern)(321)과, 상기 1-1차 복사 패턴(321)에 의해 형성된 제1-1 사각형을 4개의 제1-2 사각형들로 분할하는 1-2차 복사 패턴(323)과, 상기 1-2차 복사 패턴(323)에 의해 형성된 제1-2 사각형들을 각각 4개의 제1-3 사각형들로 분할하는 1-3차 복사 패턴(325)과, 상기 1-3차 복사 패턴(325)에 의해 형성된 제1-3 사각형들 내에 각각 제공되는 '+'자 형상의 1-4차 복사 패턴(327)으로 이루어지고, 상기 1-4차 복사 패턴(327)은 상기 제1-3 사각형들 각각의 내부에 한 쌍씩 제공되면서 그의 어느 한 단부는 상기 제1-2 사각형들의 한 변에 접하게 배치되어 있다.

상기 제2 프랙탈 구조(303)는 제2-1 사각형 형상의 2-1차 복사 패턴(331)과 상기 2-1차 복사 패턴(331)에 의해 형성된 제2-1 사각형 내에 각각 제공되는 알파벳 'Z'자 형상의 2-2차 복사 패턴(333)으로 이루어진 구조이다. 상기 방사부들은 각각 상기와 같은 제1, 제2 프랙탈 구조(302, 303)의 조합으로 이루어져 있으며, 그 조합 예가 도 11을 통해 도시된다.

우선, 상기 방사부들을 구성하기 전에, 상기 제1, 제2 프랙탈 구조(302, 303)를 조합한 예를 살펴보기로 한다. 도 11의 (a)는 상기 제1, 제2 프랙탈 구조(302, 303)를 단순히 연결한 제1 방사 패치(401)를 도시하고 있다. 상기 제1 방사 패치(401)는 하나의 상기 제1 프랙탈 구조(302)와 다수의 상기 제2 프랙탈 구조(303)들을 조합한 것으로서, 상기 제2 프랙탈 구조(303)는 3열 4행으로 배열되어 있다. 상기 제2 프랙탈 구조(303)들 중 제1 행의 한 변은 상기 제1 프랙탈 구조(302)의 한 변에 접하게 배치된다.

도 11의 (b)는 상기 제1 프랙탈 구조(302)들로 이루어진 제2 방사 패치(402)를 도시하고 있다. 상기 제2 방사 패치(402)는 다수의 상기 제1 프랙탈 구조(302)들을 1열로 배열한 구조이다. 상기 제1, 제2 방사 패치(401, 402)를 서로 중첩되게 배치하여 구성된 제3의 방사 패치(403)가 도 11의 (c)에 도시되어 있으며, 상기 제3 방사 패치(403)의 선택된 일부분을 이용하여 상기 방사부들을 구성하게 된다.

도 11의 (c)를 참조하면, 상기 제3 방사 패치(403)는 상기 제1 프랙탈 구조(302)만으로 이루어지는 제1 방사부(431), 상기 제1 방사 패치(401)의 제1 프랙탈 구조(302)가 상기 제2 방사 패치(402)에 중첩되어 이루어진 제2 방사부(433), 상기 제1 방사 패치(401)의 제2 프랙탈 구조(303)가 상기 제2 방사 패치(402)에 중첩되어 이루어진 제3 방사부(435)로 구분할 수 있다.

이때, 상기 제1 방사 패치(401)의 제1 프랙탈 구조(302) 중, 1-1차 복사 패턴(321)의 한 변은 상기 제2 방사 패치(402)의 제1 프랙탈 구조(302) 중 1-3차 복사 패턴(325)의 한 변에 중첩되게 배치된다. 이로써, 상기 제3 방사 패치(403)의 상단과 하단에는 각각 상기 제1 프랙탈 구조(302)만으로 이루어진 상기 제1 방사부(431)가 형성되며, 상기 제3 방사 패치(403)의 중간 부분에는 상기 제2, 제3 방사부(433, 435)가 형성되는 것이다.

여기서, 도 9 내지 도 11은 상기 방사부들을 이루는 프랙탈 구조를 설명하기 위하여 상기 방사 패치(401, 402, 403)들이 형성되는 과정을 단계적으로 설명하고 있으나, 상기 안테나 장치(200)의 방사 도체들은 실질적으로 상기 제1, 제2 기판(219, 221)의 양면에 각각 방사 패턴을 인쇄하거나 기 제작된 패턴을 부착하는 등의 방법으로 형성되는 것임을 당업자에게 자명할 것이다.

우선, 상기 제1 안테나 소자(201)의 방사 도체(213)는 상기 제3 방사 패치(403)의 구성으로 이루어진다. 즉, 일단에는 상기 제1 방사부(431)가, 중앙부에는 상기 제2 방사부(433)가, 타단에는 상기 제3 방사부(435)가 각각 배치되어 있다. 상기 급전점(213a)은 상기 제1 방사부(431) 상에 위치되어 있으며, 상기 단락 배선(215)은 상기 제2 방사부(433)에 연결된다. 상기 제1 안테나 소자(201)의 그라운드 도체(211)는 단순한 평판 형상으로 이루어짐을 앞서 언급한 바 있다.

상기 제2 안테나 소자(202)의 방사부들은 상기 제1 내지 제3 방사부(431, 433, 435)의 패턴들을 이용하여 구성할 수 있다. 구체적으로, 본 실시 예에서, 상기 제4 방사부(223a)는 상기 제2 방사부(433)와 동일한 패턴으로 형성되며, 상기 제5 방사부(223b)는 상기 제1 방사부(431)와 동일한 패턴으로 형성되고, 상기 제7 방사부(225)는 상기 제2 방사부(433)와 동일한 패턴으로 형성된다. 상기 제6 방사부(223c)는 단순한 평판 형상임을 앞서 언급한 바 있다.

이로써, 상기 제1, 제2 안테나 소자(201, 202)가 완성되며, 상기 급전선(209)을 통해 공급되는 신호 전력은 그 주파수 대역에 따라 상기 제2 안테나 소자(202)에서 송출되거나 상기 급전 배선(229)을 통해 상기 제1 안테나 소자(201)로 공급되어 상기 제1 안테나 소자(201)에서 송출된다.

선행 실시 예에서 살펴본 바와 같이, 프랙탈 구조를 이용하여 방사 도체를 구성한 평면형 역-F 안테나의 구조를 가지는 상기 제1 안테나 소자(201)는 이동통신용 송수신 주파수 대역 중, 비교적 낮은 주파수 대역(예를 들면, 대략 800~950MHz)에서 동작하게 된다. 반면에, 상기 안테나 장치(200) 중, 다이폴 안테나 구조를 가지는 상기 제2 안테나 소자(202)는 비교적 높은 주파수 대역(예를 들면, 대략 1700~2200MHz 대역)에서 동작하게 된다.

상기 안테나 장치(200)의 반사 손실을 주파수 대역별로 측정한 결과가 도 12에 도시되고 있다. 일반적으로, 휴대 단말기의 안테나, 특히, 내장형 안테나에 요구되는 반사 손실은 -6dB 이내로 제한되는데, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 안테나 장치(200)는 대략 800~950MHz, 1700~2200MHz의 주파수 대역에서 이러한 조건을 만족하게 된다. 또한, 2300MHz 이상의 주파수 대역에서도 이러한 조건을 만족하는 동작 특성이 나타나기도 하는데, 본 실시 예에서는 현재 상용화된 이동통신 서비스에 이용되고 있는 800~950MHz, 1700~2200MHz의 주파수 대역에서의 상기 안테나 장치(200)의 동작 특성을 살펴보기로 한다.

상기와 같은 동작 주파수 대역에서 제공되는 이동통신 서비스 방식을 살펴보면, 824~894MHz(송신 824~849MHz, 수신 869~894MHz) 대역에서 제공되는 CDMA/DCN/GSM850/CDPD 방식, 880~960MHz(송신 880~915MHz, 수신 925~960MHz) 대역에서 제공되는 GSM900(GPRS)/EDGE 방식이 앞서 언급한 비교적 낮은 주파수 대역에서 제공되는 이동통신 서비스 방식이 있고, 비교적 높은 주파수 대역에서 제공되는 이동통신 서비스 방식으로는 1710~1880MHz(송신 1710~1785MHz, 수신 1805~1880MHz) 대역에서 제공되는 DCS1800 방식, 1850~1990MHz(송신 1850~1910MHz, 수신 1930~1990MHz) 대역에서 제공되는 US-PCS/GSM1900 방식, 1710~2155MHz(송신 1710~1755MHz, 수신 2110~2155MHz) 대역에서 제공되는 AWS 방식이 있다.

도 13 내지 도 17은 상기 안테나 장치(200)를 실제 작동하는 휴대 단말기에 장착하고 각 이동통신 서비스 방식에 따른 동작 중심 주파수에서의 송수신 특성을 측정하여 3차원 복사 패턴으로 나타낸 것이다. 이러한 주파수 대역에서 상기 안테나 장치(200)의 반사 손실은 이미 도 12를 통해 살펴본 바 있으며, 도 13 내지 도 17에서는 실제 휴대 단말기에 장착된 상태에서 상기 안테나 장치(200)의 지향성을 살펴보기 위한 것이다. 도 13 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 안테나 장치(200)는 각각의 동작 중심 주파수에서 전방향으로 비교적 균일한 방사 특성을 보이고 있다.

아울러, 하기의 [표 1]은 상기 안테나 장치(200)의 최대 이득과 효율을 측정한 값들을 나타내고 있다.

서비스	주파수 대역 (MHz)			이득 (dBi)	효율 (%)
CDMA/DCN/GSM850/CDPD	TX	Low	824.0	-3.53	19.74
		Middle	836.5	-2.81	22.51
		High	849.0	-2.24	26.64
	RX	Low	869.0	-2.04	29.10
		Middle	881.5	-2.09	28.70
		High	894.0	-2.13	27.54
GSM900(GPRS)/EDGE	TX	Low	880.0	-2.10	28.74
		Middle	897.5	-2.32	26.55
		High	915.0	-2.94	23.19
	RX	Low	925.0	-3.45	21.11
		Middle	942.5	-3.76	19.31
		High	960.0	-4.43	16.84
DCS1800	TX	Low	1710.0	-2.20	30.71
		Middle	1747.5	-1.83	34.15
		High	1785.0	-1.92	34.91
	RX	Low	1805.0	-2.25	33.36
		Middle	1842.5	-1.68	37.01
		High	1880.0	-0.77	39.88
US-PCS/GSM1900	TX	Low	1850.0	-1.59	36.08
		Middle	1880.0	-0.77	39.88
		High	1910.0	-0.70	37.93
	RX	Low	1930.0	-1.46	36.30
		Middle	1960.0	-1.17	38.92
		High	1990.0	-1.49	36.90
AWS	TX	Low	1710.0	-2.20	30.71
		Middle	1732.5	-1.74	34.24
		High	1755.0	-1.77	35.19
	RX	Low	2110.0	-1.20	35.73
		Middle	2132.5	-1.66	32.09
		High	2155.0	-1.98	30.11

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

예를 들면, 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에서는 방사 도체의 프랙탈 구조에 대하여 대체로 사각형 형상을 언급하고 있으나, 도 6에 도시된 다양한 다른 형태의 프랙탈 구조를 이용하여 구성할 수 있다.

100, 200: 안테나 장치 102, 213: 방사 도체
103, 211: 그라운드 도체 131, 215: 단락 배선
201: 제1 안테나 소자 202: 제2 안테나 소자
301: 제1 프랙탈 구조 302: 제2 프랙탈 구조

Claims

휴대 단말기용 안테나 장치에 있어서,
유전체로 이루어진 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일면에 제공되는 그라운드 도체와, 상기 제1 기판의 타면에 제공되는 프랙탈(Fractal) 구조의 평면형 방사 도체와, 상기 방사 도체에 제공되는 급전점(feeding point)과, 상기 제1 기판을 지나 상기 그라운드 도체와 방사 도체를 단락시키는 단락 배선을 포함하는 제1 안테나 소자; 및
일면이 상기 제1 기판의 일면과 인접하게 배치되는 제2 기판과, 상기 제2 기판의 타면에 제공되며 프랙탈 구조로 이루어지는 제2 방사 도체와, 상기 제2 방사 도체로부터 연장되며 적어도 상기 제2 기판의 어느 한 측면의 일부분을 감싸게 부착되면서 상기 급전점에 연결되는 급전 배선과, 상기 제2 기판을 관통하여 상기 제2 방사 도체에 연결되는 급전선을 포함하는 제2 안테나 소자를 구비하고,
상기 제2 안테나 소자는 상기 제1 기판의 일측면에 제공되며, 상기 제1 기판의 일면에 대하여 수직 방향으로 배치됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제1 항에 있어서, 상기 방사 도체의 프랙탈 구조는,
제1-1 사각형 형상의 1-1차 복사 패턴(radiation pattern); 상기 1-1차 복사 패턴에 의해 형성된 제1-1 사각형을 4개의 제1-2 사각형들로 분할하는 1-2차 복사 패턴; 상기 1-2차 복사 패턴에 의해 형성된 제1-2 사각형들을 각각 4개의 제1-3 사각형들로 분할하는 1-3차 복사 패턴; 및 상기 1-3차 복사 패턴에 의해 형성된 제1-3 사각형들 내에 각각 제공되는 '+'자 형상의 1-4차 복사 패턴으로 이루어진 제1 프랙탈 구조를 포함하며,
상기 1-4차 복사 패턴의 어느 한 단부는 상기 제1-2 사각형들의 한 변에 접하게 배치됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제2 항에 있어서, 상기 1-4차 복사 패턴은 상기 제1-3 사각형들 내에 각각 한 쌍씩 제공됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제2 항에 있어서, 상기 방사 도체의 프랙탈 구조는,
제2-1 사각형 형상의 2-1차 복사 패턴; 및 상기 2-1차 복사 패턴에 의해 형성된 제2-1 사각형 내에 각각 제공되는 알파벳 'Z'자 형상의 2-2차 복사 패턴으로 이루어진 제2 프랙탈 구조를 더 포함하며,
상기 2-2차 복사 패턴의 어느 한 단부는 상기 제2-1 사각형의 한 변에 접하게 배치됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제4 항에 있어서, 상기 방사 도체는 상기 제1 프랙탈 구조와, 상기 제2 프랙탈 구조들이 3열, 4행으로 배열되어 이루어진 제1 방사 패치를 포함하고,
상기 제2 프랙탈 구조들의 제1 행의 한 변이 상기 제1 프랙탈 구조의 한 변에 접함을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제5 항에 있어서, 상기 방사 도체는,
다수의 상기 제1 프랙탈 구조들이 1열로 배열된 제2 방사 패치를 더 포함하고,
상기 제1 방사 패치가 상기 제2 방사 패치에 중첩된 형태임을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제6 항에 있어서, 상기 방사 도체는,
상기 제1 방사 패치의 제1 프랙탈 구조 중, 1-1차 복사 패턴의 한 변은 상기 제2 방사 패치의 제1 프랙탈 구조 중 1-3차 복사 패턴의 한 변에 접하게 배치됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제6 항에 있어서, 상기 제1 방사 패치가 상기 제2 방사 패치에 중첩됨에 따라, 상기 방사 도체는 상기 제1 프랙탈 구조의 일부분만으로 이루어지는 제1 방사부, 상기 제1 프랙탈 구조들이 중첩되어 이루어지는 제2 방사부 및 상기 제1 프랙탈 구조와 제2 프랙탈 구조가 중첩되어 이루어지는 제3 방사부로 구분됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제1 항에 있어서, 상기 단락 배선은 상기 제1 기판의 어느 한쪽 면을 감싸게 연장되는 동 테이프(cooper tape)임을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 단락 배선은 상기 제1 기판상에서 상기 제2 안테나 소자가 배치된 측면에 대향하는 측면에 배치됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 제2 방사 도체는,
제3-1 사각형 형상의 3-1차 복사 패턴(radiation pattern), 상기 3-1차 복사 패턴에 의해 형성된 제3-1 사각형을 4개의 제3-2 사각형들로 분할하는 3-2차 복사 패턴, 상기 3-2차 복사 패턴에 의해 형성된 제3-2 사각형들을 각각 4개의 제3-3 사각형들로 분할하는 3-3차 복사 패턴 및 상기 3-3차 복사 패턴에 의해 형성된 제3-3 사각형들 내에 각각 제공되는 '+'자 형상의 3-4차 복사 패턴으로 이루어진 제3 프랙탈 구조들을 포함함을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제13 항에 있어서, 상기 제2 방사 도체는,
상기 제3 프랙탈 구조만으로 이루어지는 제4 방사부; 및
상기 제3 프랙탈 구조들을 서로 중첩하되, 상기 제3 프랙탈 구조들 중 하나의 제3-1 사각형의 한 변은 다른 하나의 제3 프랙탈 구조 중 3-3차 복사 패턴의 한 변에 접하게 배치된 형태의 제5 방사부를 포함함을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제14 항에 있어서, 상기 제2 방사 도체는 상기 제4 방사부에 연결되는 제6 방사부를 포함하며, 상기 제6 방사부는 평판 형상임을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제14 항에 있어서, 상기 급전선은 상기 제5 방사부로 접속됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제14 항에 있어서, 상기 제3 프랙탈 구조들을 서로 중첩하되, 상기 제3 프랙탈 구조들 중 하나의 제3-1 사각형의 한 변은 다른 하나의 제3 프랙탈 구조 중 3-3차 복사 패턴의 한 변에 접하게 배치된 형태의 프랙탈 구조로 이루어진 제7 방사부가 상기 제2 기판의 일면에 제공되며, 상기 급전선이 상기 제7 방사부를 지나게 배선됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.
제17 항에 있어서, 상기 제2 기판의 일면에 제공되는 제7 방사부는 상기 급전선에 접속된 위치로부터 상기 제4 방사부가 연장된 방향에 대향되는 방향으로 연장됨을 특징으로 하는 휴대 단말기용 안테나 장치.