KR20040047047A - 다중 밴드 내장형 안테나 및 이를 구비하는 무선 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내장 안테나 및 이를 구비하는 무선 통신 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 안테나는 제 1 및 제 2 주면(main surface) 및 상기 주면들 사이를 연결하는 적어도 하나의 연결면을 가지며, 유전률이 1 내지 200 사이의 재질로 형성되는 기본체와 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극으로 형성되는 방사체 전극과 방사체 전극과 전기적으로 연결되는 패턴으로 형성되며 외부의 접지(ground)와 연결되며, 상기 제 2주면 또는 상기 연결면 상에 형성되는 접지 전극과 방사체 전극 및 상기 접지 전극과 전기적으로 절연되어 독립적인 패턴으로 상기 제 2 주면 상에 형성되는 피딩 전극 및 방사체 전극 상의 제 1 주면의 길이 방향으로 "ㅓ" 형상으로 형성되는 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 밴드 내장형 안테나 및 이를 구비하는 무선 통신 장치{MULTI-BAND BUILT-IN ANTENNA AND WIRELESS COMMUNICATION APPARATUS}

본 발명은 내장 안테나 및 이를 구비하는 무선 통신 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방사체 전극부에 'ㅓ'자형 슬롯을 구비하는 내장 안테나 및 이를 구비하는 무선 통신 장치에 관한 것이다.

셀룰러 이동통신 서비스에 있어서 사용 지역 및 사용 서비스 방식에 따라 Cellular CDMA (Code Division Multiple Access), GSM (Global System for Mobile Telecommunication), PCS (Personal Communication System), 3세대 이동통신 (IMT-2000) 등의 다양한 종류가 있는데, 이러한 이동통신 서비스의 다양성으로 인하여 다중 밴드 안테나가 요구된다.

즉 셀룰러와 PCS, PCS와 IMT-2000 등과 같이 동일한 지역에서 동시에 제공되는 서로 다른 이동통신 서비스를 하나의 단말기로 이용할 수 있는 다중 모드 단말기를 이용하게 됨에 따라 다중 밴드의 안테나가 사용되게 되었다. 트래픽 및 제어 채널들 상에서 기지국에 의해 다운링크로 송신된 신호는 이동 또는 휴대형 터미널(각각이 적어도 하나의 안테나를 가짐)에 의해 수신된다. 휴대형 터미널은 에어 인터페이스 상에서 신호를 수신하고 송신하기 위해 다수의 상이한 타입의 안테나들을 채용하여 왔다. 예를 들어, 도전면에 수직하게 장착된 모노폴 안테나는 양호한 방사 특성, 바람직한 구동점 임피던스 및 비교적 단순한 구성을 제공하는 것으로 판명되어 왔다. 모노폴 안테나는 다양한 물리적 형태로 생성될 수 있다. 예를 들어, 로드 안테나(rod antenna), 휩 안테나(whip antenna)가 종종 휴대형 터미널에설치되어 사용되어 왔다. 안테나 길이가 최소화되는 고주파 응용분야에 있어서서, 다른 선택이 나선형 안테나(helical antenna)이다.

이러한 요구에 따라 광범위하게 상이한 주파수 대역(예, 900㎒ 영역에 위치한 대역 및 1800㎒ 영역에 위치한 대역)에서 동작할 수 있는 휴대형 터미널이 필요하게 되었다. 현재 널리 상용화 되고 있는 듀얼 모드 형태는 유럽 방식의 GSM 900과 DCS 1800 공용 단말기 및 미국의 Cellular (800 MHz)와 US PCS (1900 MHz) 공용 단말기가 대표적이다. 이러한 이중 및 다중 모드 휴대형 단말기에 있어서 양쪽 모두의 주파수 대역에서 적합한 게인 및 대역폭을 제공하는 안테나가 제공어야 한다.

현재, 이동 전화기 같은 무선 통신 장치를 위한 안테나는 전화기 몸체에 직접 장착되어 있다. 그러나, 휴대형 터미널의 사이즈 및 중량이 감소함에 따라, 상술된 안테나는 그 크기로 인해 점점 그 장점을 잃고 있다. 더우기, 이들 미래의 컴팩트 휴대형 터미널의 기능성이 증가함에 따라, 다수의 주파수 대역에서 공진할 수 있는 내장 안테나에 대한 필요성이 대두되었다.

본 발명은 상기의 필요성을 충족시키기 위하여 대두 된 것으로서, 하나의 내장 안테나로 크기가 소형이면서 SMT (Surface Mount Technology)가 가능하며, 다중 주파수를 수신하기 위한 F형 내장 안테나 및 이를 이용하는 무선 통신 장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 제 1 및 제 2 주면(main surface) 및 주면들 사이를 연결하는 적어도 하나의 연결면을 가지며, 유전률이 1 내지 200 사이의 재질로 형성되는 기본체와 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극으로 형성되는 방사체 전극과 방사체 전극과 전기적으로 연결되는 패턴으로 형성되며 외부의 접지(ground)와 연결되며, 상기 제 2주면 또는 상기 연결면 상에 형성되는 접지 전극과 방사체 전극 및 접지 전극과 전기적으로 절연되어 독립적인 패턴으로 제 2 주면 상에 형성되는 피딩 전극 및 방사체 전극 상의 제 1 주면의 길이 방향으로 "ㅓ" 형상으로 형성되는 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나에 의해서 달성 가능하다.

보다 바람직하게는 본 발명의 안테나 장치는 "ㅓ"를 형성하는 "-"와 "ㅣ"가 만나서 이루는 사이각 중 예각을 형성하는 사이각이 20도 내지 90도 사이로 구비되는 것이 좋다.

보다 바람직하게는 본 발명의 안테나 장치는 "ㅓ" 슬롯에 있어서, "ㅣ"의 양쪽 끝부분에서 연장되어 형성되는 적어도 하나의 연장 슬롯을 더 구비하는 것이 좋다.

보다 바람직하게는 본 발명의 안테나 장치는 연장 슬롯이 "ㅓ"형 슬롯을 구성하는 "-"와 평행하게 형성되는 것이 좋다.

보다 바람직하게는 본 발명의 안테나 장치는 기본체의 표면에 상기 피딩 전극, 접지 전극 및 방사체 전극과 전기적으로 연결되지 않으므로서 절연상태를 유지하면서 형성되며, 미세한 전자기적 변화의 조절이 가능하기 위한 도전성 패턴을 더 구비하는 것이다.

보다 바람직하게는 본 발명의 안테나 장치는 방사체 전극이 제 1 주면의 적어도 일부면과 상기 연결면에 걸쳐서 형성되도록 하는 것이다.

보다 바람직하게는 본 발명의 안테나 장치는 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극의 경계면이 직선 형상으로 구비되도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 송신기와 수신기 중 적어도 하나 및

상기 송신기와 수신기 중 적어도 하나에 결합된 내장 안테나를 포함하는 무선 통신 장치로서, 내장 안테나는 제 1 및 제 2 주면(main surface) 및 상기 주면들 사이를 연결하는 적어도 하나의 연결면을 가지며, 유전률이 1 내지 200 사이의 재질로 형성되는 기본체와 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극으로 형성되는 방사체 전극과 방사체 전극과 전기적으로 연결되는 패턴으로 형성되며 외부의 접지(ground)와 연결되며, 상기 제 2주면 또는 상기 연결면 상에 형성되는 접지 전극과 방사체 전극 및 상기 접지 전극과 전기적으로 절연되어 독립적인 패턴으로 상기 제 2 주면 상에 형성되는 피딩 전극 및 방사체 전극 상의 제 1 주면의 길이 방향으로 "ㅓ" 형상으로 형성되는 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치에 의해서 달성 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시례의 안테나 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 안테나에 형성된 슬롯에 의한 주파수 특성을 설명하기 위한 슬롯 형상도이다.

도 3은 본 발명에 따른 안테나에 형성되는 슬롯을 구성하는 각도를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시례의 안테나 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시례의 안테나 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 일 실시례의 안테나에 전자계파를 미세 조정하는 패턴이 인가된 안테나 사시도이다.

도 7 내지 도 9는 본 발명에서 제안한 안테나의 방향성을 포함한 방사특성을 도시하는 그래프이다.

도 10은 본 발명에서 제안한 안테나의 주파수에 따른 반사특성을 보여주는 그래프이다.

도 11은 본 발명에 따른 안테나를 채용하는 무선 통신 장치의 사시도이다.

본 발명의 상술한 목적 및 특성들은 첨부 도면들을 참조로 하여 바람직한 실시예의 후술된 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시례의 안테나 사시도를 도시한 것이다. 안테나(100)는 유전률 1~200을 갖는 유전체 블록(50) 상에 전극을 이용하여 안테나 패턴을 형성한 것이며, 안테나 타입은 F형 안테나로서 전자계 커플링(electromagnetic coupling)을 통한 EM(ElectroMagnetic) 피딩 방식을 사용하는 안테나이다. 유전성 블록(50)는 세라믹, 수지(resin) 등과 같은 유전성 재료로 형성되며, 전극은 은(Ag), 구리(Cu), 은과 파라듐의 합금(Ag/Pd) 등의 금속 재질이 사용될 수 있다. 안테나(100)는 유전체 블록(50)과 유전체 블록의 한 면 이상의 면에 3차원적으로 형성되는 전극으로 이루어지는 방사체 전극(30), 방사체 전극(30)과 전기적으로 연결되면서 형성되는 접지 전극(10) 및 상술한 방사체 전극(30) 및 접지 전극(10)과 절연을 유지하면서 독립적인 패턴 형상으로 형성되는 피딩전극(20)으로 구성된다. 상기에서 전극의 형상을 기술하면서 전기적으로 절연이라 함은 도 1에 도시된 바와 같이 육안으로 보았을 때 전극이 서로 연결되어 있지 않은 상태를 의미하는 것이다.

접지 전극(10)은 접지(11)와 연결되는 전극이며, 피딩전극(20)은 감지된 전파를 신호소스(21)와 연결하기 위한 전극이다. 본 발명에 따른 안테나(100)는 다중 밴드의 특성을 얻기 위해서 방사체 전극면에 길이 방향으로 'ㅓ'자형 슬롯(60)을 형성하였다. 슬롯(60)이란 소정의 폭을 갖는 홈으로서 방사체 전극면에 형성된 슬롯(60) 영역에는 유전체가 노출되게 된다.

다중 밴드의 특성은 도 2에 도시된 바와 같이 안테나의 방사체 전극(30) 상에 형성된 "ㅓ"자 슬롯의 전체 외곽선을 두르는 A 루트를 따라서 제 1 주파수로 동작하게 되고, "ㅓ"자 슬롯 중 일부의 슬롯을 따라(예로서 "B1 루트" 또는 "B2 루트") 제 2 주파수 대역에서 동작되는 것으로 나타나는 것이다.

이때 방사체 전극(30)에 형성되는 "ㅓ"자형은 도 3에 도시된 바와 같이 반드시 직각일 필요는 없으며, 예각을 이루는 사이각( )이 20도 내지 90도 사이를 갖도록 하면 된다. 바람직하게로는 90도의 각도를 갖는 것이 좋다. 또한 "ㅓ"자를 이루는 두 개의 직선 "-"와 "ㅣ"는 완벽한 직선일 필요는 없으며 다소 구불구불한 선으로 구성되어도 다중 밴드 특성을 얻을 수 있었으며, "ㅓ" 형 슬롯은 유전체 블록의 두면 이상에 걸쳐 형성되어도 무방하였다.

또한 도3에 도시된 바와 같이 "ㅓ"자 형상의 슬롯을 이루는 직선 중 "ㅡ"자 직선은 방사체 전극면(30)과 평행을 이루는 것이 일반적이나, 방사체 전극면(30)과 평행하지 않아도 무방하였다.

방사체 전극면(30)에 형성되는 "ㅓ"자 중 "ㅣ"의 양쪽 끝마디에는 도 4 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 연장 형성되는 슬롯(61,62)을 형성함으로써 주파수 및 안테나 특성을 조절할 수 있었다. 이때 연장 형성되는 슬롯(61,62)은 "ㅓ"자를 구성하는 "ㅣ"와 직각을 이루는 것이 바람직하나 직각을 이루지 않아도 무방하였다. 또한 연장 형성되는 슬롯(61,62)은 동일한 유전체 면에 형성되는 방사체 전극(30)의 외곽선과 나란하게 형성하지 않아도 무방하다.

상기 연장 형성되는 슬롯(61,62)은 양쪽 연장 슬롯 모두 또는 한쪽만 형성될 수도 있으며, 직선 또는 곡선, 각을 이룬 두 개 이상의 직선으로 구성될 수 있다.

상술한 방사체 전극(30) 상의 "ㅓ"형 슬롯(60) 및 여기에 연장 형성되는 슬롯(61,62)은 도 5에 도시된 바와 같이 각 슬롯 끝마디에 다각형 또는 원형 등의 패턴(63)이 붙어도 무방하였다. 또한 "-"형 및 "ㅣ"형 슬롯 및 연장 형성된 슬롯은부분적으로 슬롯의 폭이 다르게 형성되어도 무방하였다..

안테나 특성을 미세하게 조절하는 또 다른 방법으로는 도 6에 도시된 바와 같이 방사체 전극(30)의 외곽면에 톱니 모양 또는 다각형 모양을 형성하거나 또는 방사체 전극(30) 및 피딩전극(20)이 형성되어 있지 않은 유전체 블록 상에 원형 또는 다각형의 커플링 패턴(coupling pattern, 70)을 넣는 것이다. 커플링 패턴(70)의 형상은 예시된 원형 또는 다각형 외에도 여러가지 형상을 가질 수 있음은 물론이다. 변형된 방사체 전극(30) 패턴 또는 커플링 패턴에 의해서 유도되는 전자계 특성이 변하기 때문이다. 특성을 비교적 많이 조절할 필요가 있을 경우에는 접지전극(10)과 피딩 전극(20) 사이의 간격을 조절하는 것이다.

접지 전극(10)의 경우는 반드시 피딩 전극(20)이 형성되는 면에 형성할 필요가 없는 것이며, 신호선 및 접지선의 연결을 용이하게 하기 위하여 원하는 면에 구비되도록 할 수 있음은 물론이다.

피딩 전극(20)의 경우, 도 1, 도 4 내지 도 6에 도시된 바로는 바닥면 (제2주면)의 일부분에만 형성되는 것으로 도시하였으나, 바닥면의 일부분 또는 바닥면을 포함하여 연결되는 두 면 이상의 면에 연장되어 형성될 수도 있다. 또한 피딩 전극(20)은 방사체 전극(30)과 평행하게 형성되고 유전체 블록(50)의 길이보다 짧은 직사각형 형상을 기본으로 하나, 다각형 형상으로 형성하여도 무방하다.

도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 안테나 특성을 나타내는 그래프로서, 측정에 사용하기 위해 제작한 안테나는 두께가 3mm 인 세라믹 유전체 본체 위에은(Ag)을 이용하여 도 4와 같은 형상의 슬롯 및 전극을 형성한 것이다. 이하 도 7 내지 도 10을 이용하여 본 발명에 따른 안테나의 특성을 설명하기로 한다.

도 7 내지 도 9는 각각 XY 평면(PLANE)의 방사패턴 아지무드(Azimuth;방위각), XZ 평면(PLANE)의 방사패턴 엘리베이션(Elevation) 1 및 YZ 평면(PLANE) 방사패턴 엘리베이션(Elevation) 2를 도시한다. 도 7 내지 도 9의 그래프에서 구형 축은 회전각(0도 내지 360도)을 그래프는 게인(Gain)값을 도시한다. 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 안테나는 모든 방향에서 주파수 수신 상태가 좋은 전방향성을 가지며, 우수한 게인 특성을 가짐을 알 수 있다.

도 10은 본 발명에서 제안한 안테나의 주파수 특성을 도시하는 그래프이다. 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 정재파비(SWR, Standing Wave Ratio)를 나타낸다. 상술한 그래프는 주파수 특성을 500MHz 부터 2,500 MHz 까지를 도시한 것으로서, 정재파비 3인 지점을 기준으로 살펴보면, 본 발명에 따른 내장 안테나는 900 MHz 영역에서 폭이 100 MHz인 제 1영역의 주파수 특성을 가지며, 1,800 MHz 영역에서 폭이 400MHz인 제 2영역의 주파수 특성을 가짐을 알 수 있다. 도 10의 그래프에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 안테나가 동작되는 제 2영역의 주파수 대역이 비교적 넓음(400MHz)으로 인하여 제 2영역에서 2개 이상이 주파수 밴드 영역에서 동작할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 안테나는 3중 밴드(Triple Band) 이상의 안테나로서 동작할 수 있음을 알 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 내장 안테나를 채용하는 무선 통신 장치들 중에 휴대폰(40)의 경우를 도시한다. 도 8의 휴대폰은 상술한 실시예의 안테나 장치(100)및 다른 회로 소자(도시되지 않음)가 탑재되고, 회로 패턴이 인쇄된 모기판(mother board, 41)의 케이스(42) 내에 수납된다. 상기 회로 기판은 송신기(transmitter)/수신기(receiver) 회로를 포함한다.

이러한 방식으로 휴대폰(40)은 본 발명에 따른 내장 안테나 장치(100)를 탑재함으로써 보다 다중 대역을 커버할 수 있고, 예를 들어 GSM 방식에서 사용하는 1.8 GHz 또는 900 MHz를 커버하는 다중 대역으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 안테나는 방사체 전극 상에 "ㅓ"자 슬롯의 형성만으로 인하여 2개 이상의 주파수 특성을 가지며, 얇고 작은 사이즈의 내장형 다중 밴드 안테나가 구현 가능하게 되었다.

또한 피딩 단자 및 접지 단자를 갖는 F형 안테나로서 SMT (Surface Mount Technology)가 가능한 장점을 갖는다.

또한 수신 가능한 주파수 대역이 광대역이므로 3중 밴드 이상에서도 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 방향에 따라서도 영향을 받지 않는 전방향성을 갖는 안테나 및 이를 이용하는 무선 통신 장치를 가능하게 하였다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (11)

1. 제 1 및 제 2 주면(main surface) 및 상기 주면들 사이를 연결하는 적어도 하나의 연결면을 가지며, 유전률이 1 내지 200 사이의 재질로 형성되는 기본체;

   상기 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극으로 형성되는 방사체 전극;

   상기 방사체 전극과 전기적으로 연결되는 패턴으로 형성되며 외부의 접지(ground)와 연결되며, 상기 제 2주면 또는 상기 연결면 상에 형성되는 접지 전극;

   상기 방사체 전극 및 상기 접지 전극과 전기적으로 절연되어 독립적인 패턴으로 적어도 상기 제 2 주면 상의 일부에 형성되는 피딩 전극; 및

   상기 방사체 전극 상의 제 1 주면의 길이 방향으로 "ㅓ" 형상으로 형성되는 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 "ㅓ"를 형성하는 "-"와 "ㅣ"가 만나서 이루는 사이각 중 예각을 형성하는 사이각이 20도 내지 90도 사이로 구비되는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 "ㅓ" 슬롯에 있어서, "ㅣ"의 양쪽 끝부분에서 연장되어 형성되는 적어도 하나의 연장 슬롯을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 "ㅓ"형 슬롯 및/또는 상기 연장 슬롯을 형성하는 슬롯의 폭이 부분적으로 다르게 구비되는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 연장 슬롯은 "ㅓ"형 슬롯을 구성하는 "-"와 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 기본체의 표면에 상기 피딩 전극, 접지 전극 및 방사체 전극과 전기적으로 연결되지 않으므로서 절연상태를 유지하면서 형성되며, 미세한 전자기적 변화의 조절이 가능하기 위한 도전성 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 방사체 전극이 제 1 주면의 적어도 일부면과 상기 연결면에 걸쳐서 형성되는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 방사체 전극 상에 형성되는 상기 "ㅓ" 형 슬롯 및/또는 상기 연장 슬롯이 상기 제 1 주면과 상기 연결면에 걸쳐서 형성되는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 방사체 전극 패턴 형성되는 전도성 전극의 경계면이 직선 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
10. 제 3항에 있어서,

    상기 "ㅓ" 슬롯 및/또는 상기 연장 슬롯 상에 형성되는 원형 또는 다각형 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내장 안테나.
11. 송신기와 수신기 중 적어도 하나; 및

    상기 송신기와 수신기 중 적어도 하나에 결합된 내장 안테나를 포함하는 무선 통신 장치로서,

    상기 내장 안테나는

    제 1 및 제 2 주면(main surface) 및 상기 주면들 사이를 연결하는 적어도 하나의 연결면을 가지며, 유전률이 1 내지 200 사이의 재질로 형성되는 기본체;

    상기 제 1 주면의 적어도 일부면 상에 패턴 형성되는 전도성 전극으로 형성되는 방사체 전극;

    상기 방사체 전극과 전기적으로 연결되는 패턴으로 형성되며 외부의 접지(ground)와 연결되며, 상기 제 2주면 또는 상기 연결면 상에 형성되는 접지 전극;

    상기 방사체 전극 및 상기 접지 전극과 전기적으로 절연되어 독립적인 패턴으로 상기 제 2 주면 상에 형성되는 피딩 전극; 및

    상기 방사체 전극 상의 제 1 주면의 길이 방향으로 "ㅓ" 형상으로 형성되는 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.