KR20040037918A - Single feed dual band antenna - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A single feeding dual-band antenna for a wireless LAN is provided to reduce a total size and increase the communication capacity by using only one antenna to perform a predetermined operation in different frequency bands. CONSTITUTION: A single feeding dual-band antenna for a wireless LAN includes a ground plate(21), a short circuit pad(25), and a plurality of patch arms(22,23). The ground plate(21) is formed with particular materials to shield electromagnetic waves. The short circuit pad(25) is installed at a predetermined position apart from the ground plate. The short circuit pad is used for short-circuiting the ground pad. The patch arms(22,23) are used for sharing a feeding point to receive the current from the outside. The patch arms have different length and resonate at different resonant frequencies.

Description

무선랜용 단일 급전 이중대역 안테나{Single feed dual band antenna}Single feed dual band antenna for wireless LAN

본 발명은 노트북에 장착되는 무선랜용 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 종래 PIFA형 구조를 이용하여 무선랜용 주파수 대역인 2.4GHz 및 5.2GHz에서공통으로 사용될 수 있는 무선랜용 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless LAN antenna mounted on a notebook, and more particularly, to a wireless LAN antenna that can be commonly used in the 2.4GHz and 5.2GHz frequency band for wireless LAN using the conventional PIFA-type structure.

노트북에서 무선랜 기능은 현재 2.4GHz 및 5.2GHz의 주파수 대역에서 제공되고 있으며 이를 위해서는 각 대역에 맞는 별도의 안테나가 필요하다.Wireless LAN functionality in notebooks is currently available in the 2.4GHz and 5.2GHz frequency bands, which requires a separate antenna for each band.

이로 인해 노트북에서 별도의 안테나에 대한 별도의 내장 공간이 필요하고 또한 소모전력이 증가되어 소형화와 다기능을 추구하는 노트북의 기술발전 방향에 역행하게 된다. 노트북에서의 무선랜용 안테나의 실장은 노트북의 소형화로 인하여 상당히 컴팩트한 구조를 필요로 한다.This requires a separate built-in space for a separate antenna in the notebook, and also increases the power consumption, contrary to the technology development direction of notebooks seeking miniaturization and multifunction. The mounting of the antenna for a wireless LAN in a notebook requires a very compact structure due to the miniaturization of the notebook.

현재 가장 많이 고려되고 있는 안테나의 위치는 노트북의 액정화면의 테두리에 위치하는 프레임 내에 설치되는 형태이다. 이 위치는 노트북 사용중 사용자에 의한 전파간섭이 적으면서 손쉽게 설치가 가능하다. 또한, 내장형으로 설계하는 것이 돌출형보다 이용자가 사용상 편리성을 증대시킨다.The position of the antenna which is currently considered the most is installed in the frame located on the edge of the LCD screen of the notebook. This location can be easily installed with less interference from users while using the notebook. In addition, the built-in design increases the user's convenience in use than the protruding type.

대부분의 공진형 안테나가 동작 주파수의 1/2의 길이인데 반하여 PIFA형의 안테나는 동작 주파수의 1/4의 길이로서 동작 가능하다. 이는 안테나의 한쪽은 개방회로이고 다른 쪽은 단락 상태로서 가능한 기술이다. 이로 인하여 휴대폰이나 PDA 및 본 발명에서와 같은 노트북용 안테나로서 널리 이용된다.While most resonant antennas are one-half of the operating frequency, PIFA antennas can operate as one-fourth the operating frequency. This is a possible technique, with one side of the antenna open circuit and the other side short circuited. For this reason, it is widely used as an antenna for mobile phones, PDAs, and notebooks as in the present invention.

이러한 PIFA 안테나는 패치의 폭과 길이를 제어하여 동작주파수가 결정된다.The PIFA antenna controls the width and length of the patch to determine the operating frequency.

그리고 급전점은 안테나의 반사손실이 가장 작은 위치를 찾아서 프로우브 급전 방식을 이용하는 것이 일반적이다.In addition, the feeding point is generally used to find the position where the antenna has the smallest reflection loss and use the probe feeding method.

PIFA 형 안테나를 이중 대역에서 이용하기 위한 기술로는 여러가지 기술이 제안되었는데 L형의 슬롯을 이용한 것, 패치내에 U형의 슬롯을 이용한 것, 그리고패치에 부가적인 금속 패치를 부착한 것이 제안되었다.Several techniques have been proposed for dual band use of PIFA antennas, using L-shaped slots, U-shaped slots in patches, and attaching additional metal patches to patches.

L자 슬롯을 이용한 형태는 이중대역에 모두 만족하는 하나의 급전점을 얻기가 힘들고 튜닝이 용이하지 않다는 것이 단점이다. U자 슬롯을 이용한 것은 패치의 크기가 커지기 때문에 소형을 필요로 하는 노트북에서는 적합하지 않다.The L-shaped slot is disadvantageous in that it is difficult to obtain a single feed point that satisfies all of the dual bands and is not easy to tune. Using the U-shaped slot is not suitable for notebooks that require small size because of the larger patch size.

그리고 추가적인 금속 패치를 덧붙이는 것은 기계적 안정성이 저하되고 공정이 추가적으로 필요하다는 것이 단점이다.And the addition of additional metal patches has the disadvantage that the mechanical stability is lowered and an additional process is required.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하나의 PIFA 안테나의 패치에서 고주파와 저주파의 안테나가 독립적으로 동작이 가능하고 안테나의 반사손실과 동작 대역폭의 특성이 우수한 단일 급전 이중 대역 안테나를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a single-feed dual band antenna capable of independently operating high frequency and low frequency antennas in a patch of one PIFA antenna and having excellent characteristics of return loss and operating bandwidth of the antenna. To provide.

도 1은 본 발명의 무선랜용 이중대역 안테나가 노트북에 실제 설치되는 모습을 보여주는 도면.1 is a view showing the actual installation in a notebook dual band antenna for a wireless LAN of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 무선랜용 이중대역 안테나의 구조를 보다 상세하게 나타낸 사시도.Figure 2 is a perspective view showing in more detail the structure of a dual band antenna for a wireless LAN according to the present invention.

도 3a는 본 발명에 따른 무선랜용 이중대역 안테나 패치의 평면도.Figure 3a is a plan view of a dual band antenna patch for WLAN according to the present invention.

도 3b는 도 3a의 패치 중 제 1주파수 대역에서 공진하는 제 1패치암을 나타내는 도면.FIG. 3B illustrates a first patch arm resonating in a first frequency band of the patch of FIG. 3A; FIG.

도 3c는 도 3a의 패치 중 제 2주파수 대역에서 공진하는 제 2패치암을 나타내는 도면.3C illustrates a second patch arm resonating in a second frequency band of the patch of FIG. 3A;

도 4는 본 발명에 따른 이중대역 안테나에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.4 is a diagram showing a simulation result for a dual band antenna according to the present invention;

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선랜용 이중대역 안테나는 전자파 차폐물로 이루어져 전자파를 차폐하는 접지판 및 접지판과 일정 간격 이격되어 설치되며 접지판과의 접속을 단락시키는 단락패드와 외부로부터 전류를 공급받는 하나의 급전점을 공유하는 서로 다른 길이의 패치암으로 이루어진 패치를 구비한다.The dual band antenna for wireless LAN of the present invention for achieving the above object is made up of electromagnetic shielding and installed at a predetermined distance apart from the grounding plate and the grounding plate to shield the electromagnetic wave, and a short circuit to short the connection to the grounding plate and the current from the outside It is provided with a patch consisting of patch arms of different lengths to share a feed point receiving the.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 이중대역 안테나가 노트북에 실제 설치되는 모습을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a state in which the dual-band antenna of the present invention is actually installed in a notebook.

이중대역 안테나(20)는 노트북 화면(10)의 일측 테두리에 설치되어 서로 다른 주파수 대역의 무선랜 신호를 수신하여 이를 동축선(30)을 통해 노트북 본체(미도시)로 전달하거나 반대로 노트북 본체(미도시)로부터의 무선랜 신호를 외부로 송신한다.The dual band antenna 20 is installed at one edge of the notebook screen 10 to receive wireless LAN signals of different frequency bands and transmit them to the notebook body (not shown) through the coaxial line 30 or vice versa. The wireless LAN signal from the terminal (not shown) is transmitted to the outside.

도 2는 본 발명에 따른 이중대역 안테나(20)의 구조를 보다 상세하게 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing in more detail the structure of a dual band antenna 20 according to the present invention.

본 발명의 이중대역 안테나(20)는 접지판(21), 패치(patch)(22, 23), 급전 프로우브(24) 및 단락 패드(25)를 구비한다.The dual band antenna 20 of the present invention includes a ground plate 21, patches 22 and 23, a feed probe 24 and a shorting pad 25.

접지판(21)은 전자파 차폐물로 이루어져 노트북 내부의 부품이 부착되어 있는 PCB 또는 RF 부품에 대한 전자파 차폐를 위해 설치된다.The ground plate 21 is made of electromagnetic shielding and is installed for electromagnetic shielding for PCB or RF components to which components inside the notebook are attached.

패치(22, 23)는 평판형 역 에프 안테나(PIFA: Planar Inverted F Antenna)로 후술되는 급전 플로우브(24)와 접촉되는 단일의 급전점(26)을 공통 영역으로 하며 동일한 폭으로 서로 다른 특정 주파수 대역에서 공진되기 위해 서로 다른 길이(일반적으로 공진되도록 하고자 하는 주파수 대역의 1/4 파장)를 갖는 제 1 패치암(22)과 제 2패치암(23) 두 부분으로 이루어진다.Patches 22 and 23 are planar inverted F antennas (PIFAs), each having a single feed point 26 in contact with a feed flow 24, which will be described later, as a common area, and having different specific widths. It consists of two parts, the first patch arm 22 and the second patch arm 23 having different lengths (generally 1/4 wavelength of the frequency band to be resonated) to be resonant in the frequency band.

즉, 하나의 급전점(26)을 공통으로 가지는 서로 다른 길이의 패치암(22, 23)으로 이루어진다. 특히, 두 패치암(22, 23)은 경로의 중간을 직각으로 구부려 장축의 일부가 단락된 사각띠 형상을 이루는 하나의 구조물이 되도록 형성됨으로써 노트북에 장착하기 용이하도록 이루어진다.That is, it consists of patch arms 22 and 23 of different lengths having one feed point 26 in common. In particular, the two patch arms (22, 23) is formed to be easily mounted on the notebook by bending the middle of the path at a right angle so that a portion of the long axis forms a short-circuit rectangular shape.

급전 플로우브(24)는 제 1패치암(22)과 제 2패치암(23)의 공통되는 부분에 위치하는 단일의 급전점(26)을 통해 각 패치암(22, 23)에 전류를 급전하여 패치암(22, 23)에서 전류가 유기되도록 한다.The feeding flow 24 feeds current to each patch arm 22, 23 through a single feed point 26 located at a common portion of the first patch arm 22 and the second patch arm 23. Current is induced in the patch arms 22 and 23.

이러한 급전 플로우브(24)는 도체 스트립을 이용하여 구현될 수 있다.Such feed flutes 24 may be implemented using conductor strips.

단락 패드(25)는 패치(22, 23)와 접지판(21)을 단락시켜 임피던스 정합이 이루지도록 한다.The shorting pad 25 shorts the patches 22 and 23 and the ground plate 21 to achieve impedance matching.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 이중대역 안테나에서의 공진 기능을 설명하기 위하여 도 2에서의 패치(22, 23)를 주파수 대역별로 세부적으로 구분한 모습을 나타내는 도면이다.3A to 3C are diagrams showing the state in which the patches 22 and 23 in FIG. 2 are divided in detail according to frequency bands in order to explain the resonance function of the dual band antenna according to the present invention.

도 3a는 본 발명에 따른 패치(22, 23)의 평면도로 상술한 바와 같이 하나의 급전점(26)과 단락패드(25)를 공유하는 서로 다른 길이의 패치암(22, 23)이 적어도 한곳에서 직각으로 구부러져 일측이 개방된 사각띠 형상을 이루고 있는 모습을 보여준다.3A is a plan view of patches 22 and 23 according to the present invention, as described above, at least one patch arm 22 and 23 of different lengths sharing one feed point 26 and shorting pad 25. It is bent at right angles and shows the shape of a square band open on one side.

도 3b 및 도 3c는 각각 서로 다른 길이를 가지며 서로 다른 주파수 대역에서 공진되도록 이루어진 제 1패치암(22) 및 제 2패치암(23)으로 구분된 모습을 보여준다.3B and 3C show the first patch arm 22 and the second patch arm 23 having different lengths and resonating in different frequency bands, respectively.

도 3b 및 도 3c에서와 같이 두 부분은 단일의 급전점(26)과 단락 패드(25)를 공통으로 하고 있으며 그 폭은 동일하고 그 길이는 공진되도록 하고자 하는 주파수 대역의 1/4 파장을 이룬다.As shown in FIGS. 3B and 3C, the two parts have a single feed point 26 and a shorting pad 25 in common, their widths are the same, and their lengths constitute a quarter wavelength of the frequency band to be resonated. .

이때, 각 패치암(22, 23)의 길이를 조절함으로써, 본 발명의 이중대역 안테나(20)는 사용자가 원하는 서로 다른 주파수에 대해 공진되도록 할 수 있으며 어떠한 주파수에 대해서도 공진되도록 할 수 있다.At this time, by adjusting the length of each patch arm (22, 23), the dual-band antenna 20 of the present invention can be made to resonate with respect to different frequencies desired by the user can be made to be resonated for any frequency.

도 3b 및 도 3c에서 점선(27, 28)은 각 패치암(22, 23)에서의 공진경로를 나타내는 것으로 서로 다른 주파수 예컨대, 고주파와 저주파에 대해 서로 다른 경로를 이용하게 됨을 알 수 있다.In FIGS. 3B and 3C, the dotted lines 27 and 28 represent resonance paths of the patch arms 22 and 23, and it can be seen that different paths are used for different frequencies, for example, high frequency and low frequency.

이처럼, 본 발명의 이중대역 안테나(20)가 제작된 후 튜닝시 제 1패치암(22) 및 제 2패치암(23)은 서로 다른 주파수 대역에서 서로 독립적으로 동작하므로 폭이 일정한 상태에서 길이를 제어하여 중심 주파수를 이중 대역에 대하여 용이하게 조정할 수 있다.As such, when the dual band antenna 20 of the present invention is manufactured, the first patch arm 22 and the second patch arm 23 operate independently of each other in different frequency bands, so that the length of the dual band antenna 20 is fixed in a constant state. By controlling, the center frequency can be easily adjusted for the dual band.

도 4는 본 발명에 따른 이중대역 안테나(20)가 서로 다른 주파수 대역에 대해 동작하는 모습을 보여주는 시뮬레이션 결과를 나타낸다.4 shows a simulation result showing that the dual band antenna 20 according to the present invention operates for different frequency bands.

도 4의 시뮬레이션에 사용된 이중대역 안테나(20) 구조의 치수는 도 2 및 도 3a에 나타내었으며(단위 mm), 접지판(21), 패치(22, 23) 및 단락패드(25)의 금속두께는 0.2 mm로 하였다.The dimensions of the structure of the dual band antenna 20 used in the simulation of FIG. 4 are shown in FIGS. 2 and 3A (in mm), the metals of the ground plates 21, patches 22, 23 and the shorting pad 25. The thickness was 0.2 mm.

도 4에서는 2.4GHz 및 5.2GHz의 이중대역 주파수에서 이중대역 안테나(20)에 의해 반사율이 급격히 낮아지고 있음을 보여주고 있다.4 shows that the reflectance is drastically lowered by the dual band antenna 20 at the dual band frequencies of 2.4 GHz and 5.2 GHz.

이러한 본 발명의 이중대역 안테나(20)의 공진 주파수 및 대역폭은 패치(22, 23)의 면적 및 두께, 패치(22, 23)를 이루는 유전체 재료의 타입(즉, 유전 상수)에 의존한다.The resonant frequency and bandwidth of the dual band antenna 20 of this invention depends on the area and thickness of the patches 22, 23, and the type of dielectric material (ie, the dielectric constant) that makes up the patches 22, 23.

상술한 바와 같이, 본 발명의 이중대역 안테나는 평판형 패치를 일측이 개방된 사각띠 형상으로 구현하여 단일 급전의 하나의 안테나로 서로 다른 주파수 대역에 대해 동작이 가능함으로써 안테나의 소형화 및 통신 채널 용량이 증대를 꾀할 수 있다.As described above, the dual-band antenna of the present invention implements a flat patch in a square band shape with one side open, and can operate in different frequency bands with one antenna of a single feed, thereby miniaturizing the antenna and communication channel capacity. This increase can be achieved.

Claims (4)

전자파 차폐물로 이루어져 전자파를 차폐하는 접지판;A ground plate made of an electromagnetic shield to shield electromagnetic waves; 상기 접지판과 일정 간격 이격되어 설치되고, 상기 접지판과의 접속을 단락시키는 단락패드와 외부로부터 전류를 공급받는 하나의 급전점을 공유하며 서로 다른 공진 주파수에서 공진되는 서로 다른 길이의 패치암들로 이루어진 패치를 구비하는 무선랜용 단일 급전 이중대역 안테나.Patch arms of a different length, which are installed at a predetermined distance from the ground plate, share a shorting pad shorting a connection with the ground plate, and a feed point receiving current from the outside, and resonating at different resonance frequencies. Single feed dual band antenna for WLAN having a patch consisting of. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서로 다른 길이의 패치암들 각각은 기 설정된 공진 주파수의 1/4 파장 길이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선랜용 단일 급전 이중대역 안테나.The patch arms of different lengths each of the single-feed dual-band antenna for a wireless LAN, characterized in that made of a quarter wavelength of a predetermined resonance frequency. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 패치는 평판형 역 에프 안테나(PIFA)인 것을 특징으로 하는 무선랜용 단일 급전 이중대역 안테나.And said patch is a planar inverted F antenna (PIFA). 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 각 패치암은 공진경로가 적어도 한곳에서 직각으로 구부러져 장축의 일부가 절단된 평판 사각띠 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 무선랜용 단일 급전 이중대역 안테나.Each patch arm is a single-feed dual-band antenna for a wireless LAN, characterized in that the resonant path is bent at a right angle at at least one place to form a flat rectangular band cut part of the long axis.
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