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KR101080610B1 - 메타머터리얼 전송선로를 이용한 안테나 및 상기 안테나를 이용한 통신장치 - Google Patents

메타머터리얼 전송선로를 이용한 안테나 및 상기 안테나를 이용한 통신장치 Download PDF

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KR101080610B1
KR101080610B1 KR1020080124571A KR20080124571A KR101080610B1 KR 101080610 B1 KR101080610 B1 KR 101080610B1 KR 1020080124571 A KR1020080124571 A KR 1020080124571A KR 20080124571 A KR20080124571 A KR 20080124571A KR 101080610 B1 KR101080610 B1 KR 101080610B1
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성원모
김기호
지정근
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주식회사 이엠따블유
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Abstract

메타머터리얼 전송선로를 이용한 안테나 및 상기 안테나를 이용한 통신장치를 개시한다. 안테나는, 급전 단자에서 분기되어 1차 공진기 역할을 하는 제2 방사 소자; 일단이 접지 단자와 연결되고 타단이 통신장치의 인쇄회로기판과 연결되는 인덕터; 및 일단이 제2 방사 소자와 연결되고 타단이 접지 단자와 연결되어 0차 공진기 역할을 하는 제1 방사 소자를 포함할 수 있다.
안테나, CRLH(composite right/left handed), 메타머터리얼(metamaterial) 전송선로, 스터브(stub), 0차 공진기, 1차 공진기

Description

메타머터리얼 전송선로를 이용한 안테나 및 상기 안테나를 이용한 통신장치{ANTENNA USING METAMATERIAL TRANSMISSION LINE AND COMMUNICATION APPARATUS USING THE ANTENNA}
본 발명은 안테나 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변 환경에 대하여 둔감한 성능을 가지는 안테나 및 상기 안테나를 이용한 통신장치에 관한 것이다.
전자산업의 진보와 더불어 통신기술, 특히 무선 통신기술이 발달함에 따라 언제, 어디서나, 누구와도 음성 및 데이터 통신을 수행할 수 있는 다양한 휴대 단말기가 개발되어 보편화되고 있다.
또한, 휴대 단말기의 휴대성을 향상시키기 위하여 휴대 단말기의 소형화를 위한 다양한 기술, 예를 들어 고밀도 집적회로 소자의 개발, 전자 회로보드의 소형화 방법 등이 연구되고 있으며, 휴대 단말기를 사용하고자 하는 목적 또한 다양해짐에 따라 내비게이션용 단말기, 인터넷용 단말기 등 다양한 기능을 수행하는 단말기들이 개발되고 있다.
한편, 무선 통신기술에서 중요한 기술 중 하나는 안테나에 관한 기술이며, 현재 동축 안테나, 로드 안테나, 루프 안테나, 빔 안테나, 슈퍼게인 안테나 등 다양한 기법에 의한 안테나들이 사용되고 있다.
특히, 휴대 단말기 등에 사용되는 초소형 안테나의 경우 안테나의 전기적 길이에 비해 물리적 길이가 매우 작기 때문에 원하는 주파수 대역에서 안테나를 동작시키기가 어려울 뿐 아니라, 주변 환경에 따라 전파수신거리 등 안테나 성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 서로 다른 주파수 대역에서 상호 영향 없이 공진하고 주변 환경에 대하여 둔감한 특성의 성능을 구현하기 위한 안테나 및 통신장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 안테나는, 급전 단자에서 분기되어 1차 공진기 역할을 하는 제2 방사 소자; 일단이 접지 단자와 연결되고 타단이 통신장치의 인쇄회로기판과 연결되는 인덕터; 및 일단이 제2 방사 소자와 연결되고 타단이 접지 단자와 연결되어 0차 공진기 역할을 하는 제1 방사 소자를 포함할 수 있다. 이때, 제1 방사 소자는, 제1 방사 소자의 길이에 의해 직렬 인덕턴스 성분(LR)이 형성되고, 제1 방사 소자와 인쇄회로기판 간의 간격으로 인해 병렬 커패시턴스 성분(CR)이 형성되며, 인덕터에 의해 병렬 인덕턴스 성분(LL)이 형성되는 CRLH-TL(Composite Right and Left Handed Transmission Line) 구조를 통해 0차 공진을 발생시킬 수 있다.
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본 발명에 따르면, 비공진 전송선로로 구성된 방사 소자를 이용함으로써 그라운드 크기 및 주변 환경에 매우 둔감한 특성을 갖는 안테나를 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 그라운드 측에 균일한 전류 분포를 갖도록 설계함으로써 전자파 흡수율(SAR) 등에 더욱 유리한 안테나를 구현할 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 메타머터리얼 전송선로를 이용한 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나는 0차 공진기 역할을 하는 제1 방사 소자(120)와, 1차 공진기 역할을 하는 제2 방사 소자(130)를 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명에서, 상기 제2 방사 소자(130)는 급전(feed) 단자(140)에서 분기된 전송 선로로 구성되고 1차 공진기 역할을 한다. 다시 말해, 상기 급전 단자(140)에서 분기되어 구성된 제2 방사 소자(130)는 1차 공진 회로 역할을 한다.
그리고, 본 발명에 따른 안테나는 접지(ground) 단자(150) 이후에 인덕터(160)를 직렬로 연결하여 구성할 수 있다. 이때, 상기 인덕터(160)는 일단이 접지 단자(150)와 연결되고 타단이 통신장치의 인쇄회로기판(PCB)(110)과 연결됨으로써 제1 방사 소자(120)가 CRLH 메타머터리얼 전송선로 회로로서 기능할 수 있도록 제1 방사 소자(120)에 없는 병렬 인덕턴스 성분(LL)을 형성하기 위한 필수 구성요소로 구성된다.
한편, 상기 제1 방사 소자(120)는 일단이 제2 방사 소자(130)와 연결되고 타단이 접지 단자(150)와 연결될 수 있다.
상기한 구성에 의하면, 상기 제1 방사 소자(120)는 CRLH(composite right/left handed) 메타머터리얼(metamaterial) 전송 선로로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 CRLH 메타머터리얼은 RH(right-handed) 및 LH(left-handed)의 조합인 CRLH의 특성을 갖는 구조를 의미할 수 있으며, 상기 CRLH 메타머터리얼 전송 선로는 상기한 CRLH 메타머터리얼의 구조를 기반으로 한 전송선 방식의 선로를 의미할 수 있다.
본 발명에서는 도 2에 도시한 바와 같이 제1 방사 소자(120)의 길이가 직렬 인덕턴스 성분(LR)을 형성하고, 제1 방사 소자(120)와 접지면(즉, 인쇄회로기판(110)) 간의 간격이 병렬 커패시턴스 성분(CR)을 형성하며, 접지 단자(150)와 인쇄회로기판(110)의 접지면 사이에 연결된 인덕터(160)가 병렬 인덕턴스 성분(LL)을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에서의 CRLH 메타머터리얼 전송선로 회로는 직렬 인덕터(LR), 병렬 커패시터(CR), 병렬 인덕터(LL)를 포함하는 것으로 등가화 될 수 있으며, 이러한 구조의 회로에 의해 제1 방사 소자(120)가 CRLH 메타머터리얼 전송선로 회로로서 기능할 수 있게 된다. 다시 말해, 본 발명에서의 CRLH 메타머터리얼 전송선로 구조는 직렬 커패시터로서 기능하는 구성요소가 없어 0차 공진을 발생시키게 된다.
즉, 상기 제1 방사 소자(120)는 상기한 구조의 CRLH 메타머터리얼 전송선로로 구성되므로 비공진 즉, 0차 공진 회로로 구성될 수 있다.
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상기한 구조로 구현된 안테나는 무선 통신방식을 기반으로 한 통신 장치의 안테나로 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 안테나에서의 공진시 스미스 차트 및 정재파비를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 안테나를 적용한 테스트용 인쇄회로기판 및 실제 통신장치(phone set)에서의 주파수 별 이득과 변화량을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명과 같이 CRLH 메타머터리얼 구조의 제1 방사 소자(120)가 0차 공진기 역할을 함으로써 공진시 그라운드 크기와 주변 환경에 매우 둔감한 특성을 갖는 방사 패턴을 얻을 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명과 같이 상기 접지 단자(150) 이후에 인덕터(160)를 직렬로 연결할 경우 상기 접지 단자(150) 측에 균일한 전류 분포를 가지므로 실제 통신장치(phone set)에서의 공진시 테스트용 인쇄회로기판에서의 공진 결과와 비교할 때 주파수 별 이득의 차이(변화량)가 크지 않은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 CRLH 메타머터리얼 구조로 0차 공진기 역할을 하는 제1 방사 소자(120)와 1차 공진기 역할을 하는 제2 방사 소자(130)를 포함한 안테나를 구현함으로써 서로 다른 대역에서의 공진 주파수를 효율적으로 조정할 수 있다.
또한, 본 발명은 접지 단자 측에 연결된 인덕터를 통해 균일한 전류 분포를 갖는 안테나를 구현함으로써 주변 환경의 영향을 최소화하여 우수한 전파 특성을 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 메타머터리얼 전송선로를 이용한 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 안테나에서의 공진시 스미스 차트 및 정재파비를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 안테나를 적용한 테스트용 인쇄회로기판 및 실제 통신장치에서의 주파수 별 이득과 변화량을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 인쇄회로기판
120: 제1 방사 소자
130: 제2 방사 소자
140: 급전 단자
150: 접지 단자
160: 인덕터

Claims (8)

  1. 급전 단자에서 분기되어 1차 공진기 역할을 하는 제2 방사 소자;
    일단이 접지 단자와 연결되고 타단이 통신장치의 인쇄회로기판과 연결되는 인덕터; 및
    일단이 상기 제2 방사 소자와 연결되고 타단이 상기 접지 단자와 연결되어 0차 공진기 역할을 하는 제1 방사 소자
    를 포함하고,
    상기 제1 방사 소자는,
    상기 제1 방사 소자의 길이에 의해 직렬 인덕턴스 성분(LR)이 형성되고, 상기 제1 방사 소자와 상기 인쇄회로기판 간의 간격으로 인해 병렬 커패시턴스 성분(CR)이 형성되며, 상기 인덕터에 의해 병렬 인덕턴스 성분(LL)이 형성되는 CRLH-TL(Composite Right and Left Handed Transmission Line) 구조를 통해 0차 공진을 발생시키는 것
    을 특징으로 하는, 안테나.
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  8. 제 1항의 안테나를 포함하는 통신장치.
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