KR20060092390A - 광대역 모노폴 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나 커넥터가 구비된 기판과, 상기 기판에 구비된 모노폴 안테나에 있어서, 상기 기판의 후면에 상기 안테나와 전기적으로 연결되는 부분을 소정의 각도로 절곡시키고, 상기 안테나를 지지하는 급전부로 구성되어짐을 특징으로 하며, 이에 따라, 기존의 급전부분보다 짧게 하여 안테나의 크기를 줄여 소형화 할 수 있고, 금속재로 이루어져 안테나의 지지력을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

모노폴 안테나, 기판, 급전부,

Description

광대역 모노폴 안테나{WIDEBAND MONOPOLE ANTENNA}

도 1은 종래의 모노폴 안테나를 나타낸 도면.

도 2는 종래의 모노폴 안테나의 Y-타입 급전라인을 나타낸 저면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 구성을 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 결합상태를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 구성을 나타낸 정면도.

도 6은 도 5의 A부 확대 정면도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 구성 중 급전부를 나타낸 확대 도면.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 0.8 GHz에서의 전기장(E-field)의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 나타낸 도면,

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 0.8 GHz에서의 자기장(H-field)의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 나타낸 도면,

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 1.6 GHz에서의 전기장(E-field)의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 나타낸 도면,

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 1.6 GHz에서의 자기장(H-field)의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 나타낸 도면,

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 2.4 GHz에서의 전기장(E-field)의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 나타낸 도면,

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 모노폴 안테나의 2.4 GHz에서의 자기장(H-field)의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 나타낸 도면,

본 발명은 광대역 모노폴 안테나에 관한 것으로, 특히, 안테나와 연결되는 부분을 소정의 각도로 절곡시킨 급전부를 구성한 광대역 모노폴 안테나에 관한 것이다.

통상적으로, 최근 소비자의 욕구에 따라 다기능화 되며, 그 크기는 소형화되고, 다기능 중에서 음성 통신, 라디오 청취 및 인터넷에 연결하여 MP3 뮤직을 다 운받아 들으며, 또한, 다양한 데이터와 화상 등의 정보를 데이터의 디지털화에 따라 휴대폰, PDA, 컴퓨터 및 노트북으로부터 용이하게 얻을 수 있다.

이러한 정보는 음성 기술 또는 화상 기술을 이용하여 대역 압축되어, 디지털 무선 통신이나 디지털 무선 방송에 의해 다양한 휴대용 통신 장치로 용이하게 그리고 효율적으로 이송된다.

여기서, 상기 휴대용 통신 장치는 사용자가 휴대하면서 상대방과 무선통신을 수행할 수 있는 장치를 의미한다. 이러한 휴대용 통신 장치로는 HHP, CT-2 셀룰라 폰, 스마트 폰, 디지털 폰, PCS 폰, PDA 및 노트북등를 칭하며, 외형상으로 여러 타입으로 분류된다

이와 같이, 정보화 사회로 발전해가면서 다양하고, 신속한 대용량의 정보 교환이 필요하게 되었고, 이에 따라 기존의 시스템보다 더 넓은 주파수 대역을 갖는 새로운 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 기술적 추세에 대응하기 위해 새로운 서비스들도 급격히 증가하고, 있는데 이로 말미암아 새로운 기지국과 중계기의 설치에 따른 중복적 비용증가와 추가 적인 장소 제공에 대한 문제점들이 발생되었다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 기존의 셀룰라 이동 전화 서비스와 PCS 서비스 그리고 2.4GHz 대역의 무선 랜 서비스(802.11.b/g)를 모두 사용가능한 안테나가 필요하고, 이를 설계하기 위해서는 0.7GHz~2.5GHz의 대역을 만족시키는 광대역 안테나가 필요하다. 기존의 복수 서비스를 위한 다중 광대역 안테나의 대표적인 예로는 초광대역 안테나(Ultra WideBand : UWB)가 있다.

이러한 다중 초광대역 안테나 장치는 안테나 효율의 증대라는 기본 목적과 최근에 문제화 되고 있는 전자파 흡수율의 감소가 가장 큰 당면과제가 되고 있다.

상기 초광대역 안테나는 주로 RF 반송파 대신에 1nsec이하의 폭이 좁은 펄스를 이용하여 정보를 전송하는 기술로 펄스의 성질에 의해 광대역에 걸쳐 기저대역 잡음과 같이 낮은 전력 스펙트럼이 존재하므로 현지 사용하고 있는 타 무선 통신 시스템에 간섭을 주지 않고 송신이 가능하고 대역폭 또한 광대역으로 취할 수 있기 때문에 전송속도에 있어서도 기존 시스템에 비해 유리한다.

또한, 매우 짧은 펄스를 사용하기 때문에 직접파와 반사파의 경로 도달거리가 차이가 나도 두 신호를 구별할 수 있고, 즉 다중 경로에 강한 장점을 지니며 짧은 펄스에 의해 분해능을 이용하여 cm단위의 정밀도를 구현가능하고, 광대역 특성에 의한 장애물 투과 특성이 우수하여 지반 침투 레이더등과 위치추적 시스템등에도 응용이 가능하다.

이러한 초광대역 안테나는 UWB 시스템에서 요구하는 광대역의 대역폭 및 군지연 특성 등의 성능을 만족시키며 단말 등에 장착이 가능하도록 소형, 경량으로 제작되어야 한다.

상기 초광대역 안테나는 직사각형의 형상의 방사체로 이루어진 모노폴 안테나(monople antenna)가 사용된다.

안테나의 대역폭을 늘기기 위해서는 하나의 급전라인을 사용하는 것 보다는 복수의 급전라인을 사용하는 것이 유리하다.

도 1 및 도 2와 같이, 상기 모노폴 안테나(3)는 그라운드면(2)을 제공한 기 판(1) 후면에 상기 안테나의 접속부(3a)와 전기적으로 연결되는 Y-타입 급전라인(4)을 구성한다.

상기 기판(1)에는 상기 Y-타입 급전라인(4)과 연결되는 안테나 커넥터(5)가 구비된다.

그러나, 상기 모노폴 안테나는 기판의 후면에 Y-타입 급전라인을 구비할 경우 상기 급전 라인의 크기를 맞추기 위해 상기 기판이 커지고, 이로 인해 안테나의 방사체도 같이 커져 전체적으로 안테나의 크기가 커지는 단점이 있었다.

또한, 상기 Y-타입 급전라인은 연성의 와이어로 이루어져 지지력이 없으므로, 외부 환경(바람, 충격)에 의해 안테나의 외형이 심하게 흔들릴 경우 급전 라인의 접점부분도 같이 흔들려 안테나 방사 특성 및 정합 대역이 쉽게 바꾸게 되어 안테나의 기능을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 안테나의 크기를 줄이기 위하여 급전부분을 짧게 할 경우 대역폭이 줄어드는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 안테나와 전기적으로 연결되는 부분을 소정의 각도로 절곡시킨 급전부를 구성함으로써, 기존의 급전부분보다 짧게 하여 안테나의 크기를 줄여 소형화할 수 있도록 한 광대역 모노폴 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 안테나의 급전부를 금속재로 구성함으로써, 안테나 의 지지력을 향상시키고, 이로 인해 안테나의 흔들림을 방지할 수 있도록 한 광대역 모노폴 안테나를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 안테나 커넥터가 구비된 기판과, 상기 기판에 구비된 모노폴 안테나에 있어서,

상기 기판의 후면에 상기 안테나와 전기적으로 연결되는 부분을 소정의 각도로 절곡시키고, 상기 안테나를 지지하는 급전부로 구성되어짐을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4와 같이, 광대역 모노폴 안테나(10)는 그라운드면(2)이 제공된 기판(1)과, 상기 기판(2)의 후면에 상기 안테나(10)와 전기적으로 연결되는 부분을 소정의 각도로 절곡시키고, 상기 안테나(10)를 지지하도록 급전부(20)로 이루어져 있다.

도 5 및 도 6과 같이, 상기 급전부(20)는 상기 안테나(10)와 전기적으로 연결되도록 T자형으로 이루어져 있고, 상기 급전부(20)는 제 1, 2 연결 지지편(21)(22)으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 연결 지지편(21)은 상기 기판(2)에 제공된 안테나 커넥터(5)와 연결되고, 상기 제 2 연결 지지편(22)은 상기 안테나(10)의 접속부(10a)와 연결되도록 되어 있다.

도 6과 같이, 상기 제 2 연결 지지편(22)은 적어도 하나 이상으로 이루어지고, 상기 급전부의 본체로부터 90도로 절곡되어 있고, 상기 급전부(20)는 상기 안테나(10)의 공진 높이를 일정하게 제공하도록 되어 있고, 상기 공진 높이(H)는 1.6mm로 제공되어 있다.

도 3 및 도 4와 같이, 상기 안테나(10)의 상부에는 유전체(30)를 구비함과 아울러 감싸고, 상기 안테나(10)의 유전율을 1이상으로 이루어진다. 상기 급전부(20)는 금속재로 이루어져 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 광대역 모노폴 안테나의 동작과정을 첨부된 도 3 내지 도 14를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4와 같이, 기판(1)의 후면에 급전부(20)를 구성하고, 상기 기판(1)의 상부에 모노폴 안테나(10)를 구성한다.

도 3과 같이, 상기 모노폴 안테나(10)의 상부에는 유전체(30)를 구비함과 아울러 상기 안테나(10)를 감싼다.

이때, 도 4 및 도 5와 같이, 상기 급전부(20)는 상기 기판(1)과 상기 안테나(10)의 공진 높이(H)를 일정하게 유지시킨다. 상기 공진 높이(H)는 1.6mm로 제공한다

도 3 및 도 7과 같이, 상기 급전부(20)의 일단은 상기 기판(1)에 구비된 안테나 커넥터(5)와 연결되는 제 1 연결 지지편(21)이 형성된다.

상기 급전부(20)의 타일단은 상기 안테나(10)의 접속부(10a)와 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 제 2 연결 지지편(22)이 형성된다.

도 7과 같이, 상기 제 2 연결 지지편(22)은 상기 기판(1), 안테나(10) 및 유전체(30)의 크기를 줄이기 위해 상기 급전부(20)의 본체로부터 90도로 절곡된다..

상기 안테나(10)는 직사각형의 판형으로 이루어진다.

상기 안테나(10)의 방사 소자의 길이(L)는 대역폭의 최저 주파수를 좌우하며 안테나(10)의 총 높이는 최저 주파수의 파장 1/4배 보다 조금 작은 길이에 해당된다.

상기 기판(1)의 그라운드면(2)의 위부분에 상기 급전부(20)를 구비하고, 상기 그라운드면(2)과 상기 급전부(20)의 사이를 안테나(10)의 공진 높이(H)라 하고, 상기 공진 높이(H)는 방사 구조에 안테나(10)의 임피던스 대역폭과 방사 특성을 왜곡시키는 수평 전류를 피하면서 순수한 수직 전류를 제공하는 기능을 한다.

도 5와 같이, 상기 안테나(10)는 상기 급전부(20)의 제 1, 2 연결 지지편(21)(22)에 의해 기본적으로 세 개의 공진 점을 갖는다. 안테나(10)의 공진 높이(H)의 변화에 매우 민감한 특성을 갖고 있으며, 안테나(10)의 길이(L)이나 폭(W)과는 달리 대역폭의 최저 및 최고 주파수에 영향을 미친다.

도 8과 같이, 상기 공진 높이(H)에 따라서 임피던스 대역폭에서의 최저 주파수가 감소하게 되나 동시에 최고 주파수도 감속하게 되어 대역폭의 향상을 얻을 수 없었다.

또한, 상기 본 발명의 광대역 모노폴 안테나를 800MHz, 1.6GHz 및 2.4GHz에서의 방사 패턴을 살펴보면 다음과 같다.

도 9 및 도 10과 같이, 상기 모노폴 안테나(10)를 800MHz에서의 전기장(E(electric)-field)의 방사패턴은 안테나(10)의 그라운드면(2)이 상대적으로 작게 보이므로 그라운드면(2) 뒷부분으로도 방사가 잘되어지고 있음을 알 수 있으며, 자기장(H(magnetic)-field)은 모노풀 주변으로 전방향성 방사 특성을 형성하게 됨을 알 수 있다.

또한, 도 11 및 도 12와 같이, 상기 모노폴 안테나(10)를 1.6GHz에서의 방사 패턴을 살며보면, 주파수가 올라감에 따라 그라운드면(2)에 대한 전기적인 크기가 커지게 됨으로 방사패턴은 그라운드면(2) 윗부분으로 점차 쏠리는 경향을 나타나게 되며 phi=90 degree 에서의 null(0) 점이 생기게 된다. 또한 800MHz에서의 전기장(E-field)패턴일 때 보다 더 깊이 생기게 된다.

또한, 도 13 및 도 14와 같이. 상기 모노폴 안테나(10)를 2.4GHz에서의 방사 패턴을 살펴보면, 그라운드면(2)의 크기와 더불어 안테나(10)의 폭(W)의 전기적 길이가 2.4GHz에서의 파장에 비해 크게 보이므로, 전기장(E-field) 패턴은 그라운드면(2) 윗부분으로 방사되는 특성을 갖게 되며 자기장(H-field) 패턴에서 방사소자의 폭(W)의 양끝 부분에서 null(0)점이 생기게 된다.

상기와 같이, 평면 형태의 모노폴 안테나(10)에 T형태의 수직방향의 적어도 하나 이상의 연결 지지편(21)(22)을 구비한 급전부(20)를 구성하여 셀룰라, PCS 무선 랜(802.11b/g)의 대역을 모두 포함하여 0.8~2.5GHz의 임피던스 대역폭을 갖고, 직사각형 형태의 평면형 모노폴 안테나(10)는 원형 형태의 모노폴 안테나(10)보다 임피던스 대역폭이 작다는 단점이 있으나 대역폭내에서 방사 패턴의 왜곡이 작다는 장점이 있고, T형태의 급전부(20)는 매우 넓은 임피던스 대역폭에 걸쳐 매우 작은 리액턴스 성분만 생기므로, 정합에 상단히 용이한 구조이다.

또한, 그라운드면(2) 아래에 위치시 발생되는 방사 손실을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 광대역 모노폴 안테나에 의하면,

안테나와 전기적으로 연결되는 부분을 소정의 각도로 절곡시킨 급전부를 구성함으로써, 기존의 급전부분보다 짧게 하여 안테나의 크기를 줄여 소형화할 수 있고, 안테나의 급전부를 금속재로 구성하여 안테나의 지지력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 안테나 커넥터가 구비된 기판과, 상기 기판에 구비된 모노폴 안테나에 있어서,

   상기 기판의 후면에 상기 안테나와 전기적으로 연결되는 부분을 소정의 각도로 절곡시키고, 상기 안테나를 지지하는 급전부로 구성되어짐을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 급전부는 T자형으로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 급전부는 상기 안테나 커넥터와 연결되는 제 1 연결 지지편이 형성되고,

   상기 안테나의 접속부와 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 제 2 연결 지지편이 제공되어짐음을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 연결 지지편은 상기 급전부의 본체로부터 90도 로 절곡되어짐을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 급전부는 상기 기판과 상기 안테나의 공진높이를 일정하게 유지시킴을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 공진 높이는 1.6mm로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나의 상부에는 유전체를 구비함과 아울러 감싸고, 안테나의 유전률을 1 이상으로 함을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 급전부는 금속재로 이루어짐을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.
9. 기판의 후면에 상기 안테나와 서로 전기적으로 연결되는 급전부분을 소정의 각도로 절곡시킴과 아울러 상기 기판과의 사이 공간 높이를 일정하게 유지시키는 급전부로 구성되어짐을 특징으로 하는 광대역 모노폴 안테나.

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