KR20020031920A - 광대역 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 이동통신용 휴대단말기의 내부에 장착되는 내장형 안테나에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 금속재의 복사소자를 지그재그(zigzag) 형태로 구성하고 이를 절곡함으로써 크기를 소형화함과 동시에 높은 복사효율과 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나에 관한 것이다.

종래의 내장형 안테나는 소형화에 따른 복사효율이 나쁘다는 점과 협대역이라는 근본적인 문제점을 갖는다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 휴대단말기의 접지면과 전기적으로 연결되는 접지면;과 상기 접지면 위로 소정의 간격을 두고 평행하며, 소정의 위치에 급전점을 갖는 지그재그 형상의 복사체;와 상기 복사체를 급전시키기 위해 상기 급전점과 복사체를 연결하는 급전 프로브; 및 안테나를 휴대단말기에 장착시키기 위한 고정수단으로 구성되어 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나는 휴대단말기의 인쇄회로기판 등에 직접 실장할 수 있는 구조로서 자동화 공정에 따른 대량생산과 단말기의 소형화가 가능하고, 복사체와 소정의 간격을 두고 설치된 접지면에 의해 휴대단말기 본체 내부에 대한 영향을 최소화함과 동시에 복사체를 절곡함으로써 안테나의 크기를 줄이고, 상기 복사체와 접지면과의 전자기 결합(coupling)에 의해 광대역 특성을 가진다.

Description

광대역 내장형 안테나{A wideband internal antenna}

본 발명은 각종 이동통신용 휴대단말기의 내부에 장착되는 내장형 안테나에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 금속재의 복사소자를 지그재그(zigzag) 형태로 구성하고 이를 절곡함으로써 크기를 소형화함과 동시에 높은 복사효율과 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나에 관한 것이다.

현재 대부분의 휴대단말기에 사용되고 있는 안테나들은 주로 외장형 안테나로서 사용 주파수의λ/4(λ는 사용 주파수의 파장) 길이를 갖는 모노폴(monopole) 형태의 안테나와 전기적으로 이에 상응하는 길이(λ/4)를 갖는 헬리컬(helical) 형태의 안테나, 또는 상기 두가지 형태의 안테나가 결합된 신축가능형(retractable) 안테나이다. 그런데, 이와같은 안테나들은 근본적으로 휴대단말기의 본체 외부에 장착되는 구조를 가지므로 휴대단말기를 소형화하는데 있어서는 커다란 장해요인이 되고 있다. 따라서, 최근에는 상기와 같은 안테나들의 소형화가 이루어짐과 동시에 안테나의 장착 방법에 있어서도 기존의 외장형을 탈피하여 단말기의 내부에 안테나를 실장할 수 있는 내장형 안테나에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.

최근까지 진행되고 있는 이러한 내장형 안테나의 기술로는 크게 인쇄회로 기술을 이용하는 마이크로스트립 패치(microstrip patch) 안테나 기술, 고유전체의 세라믹 물질을 이용하는 세라믹 칩(chip) 안테나 기술, 그리고 근래까지 시도되었던 역F(Inverted F)형 안테나 기술 등으로 구분할 수 있다. 그러나, 이러한 형태의 내장형 안테나의 경우에는 안테나 크기가 작아짐에 따라 안테나의 제(諸)특성이 열화된다고 하는 설계상의 근본적인 문제에 부딪히고 있다. 즉, 역F형 안테나는 복사체에 프루브 급전(probe feeding) 방법을 이용하는 기술로 대역폭이 매우 협소하여 대역폭이 넓은 서비스의 경우 이용에 제한이 있으며, 세라믹 안테나의 경우에는 안테나 크기를 감소시키기 위해 고유전체 물질을 이용하게 되므로 그에 따른 안테나의 이득에 있어서 손실을 감수해야 하는 단점을 갖는다. 또한, 인쇄회로기판(PCB;Printed Circuit Board)을 이용하는 마이크로스트립 패치 안테나 기술의 경우 다양한 슬롯(slot) 기술과 적층기법을 이용하여 주파수 튜닝(tuning), 대역폭 확장 등이 가능하다고 하는 장점이 있으나 그에 따른 안테나 부피가 크게 증가한다는 단점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 외장형 안테나가 휴대단말기에 장착된 상태를 상태를 나타내는 도면으로서 일반적으로 사용되는 헬리컬 안테나(11) 또는 신축가능형 안테나(12)가 휴대단말기의 외부에 장착되어 있고, 사용 주파수 대역이 협대역이거나 단일 대역이므로 광대역이 필요한 시스템에서는 그 사용이 제한적일 수밖에 없으며, 특히 외부로 돌출된 안테나가 인체에 영향을 주는 전자파 비흡수율(SAR;Specific Absorption Rate)값이 높고 불필요한 복사파가 휴대단말기주위에 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 세라믹 안테나나 마이크로스트립 패치 안테나와 같은 내장형 안테나에 있어서는 안테나의 크기를 줄이기 위해 고유전율을 갖는 유전체를 사용함으로써 이로 인한 손실이 발생하고 있는데, 본 발명에서는 이를 사용하지 않고 절곡된 형태의 금속 도체만으로 복사체를 구성함으로써 복사효율(radiation efficiency)이 매우 높은 내장형 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 상기 복사체와 소정의 간격을 두고 설치된 접지면에 의해 휴대단말기 본체 내부에 대한 영향을 최소화함과 동시에 복사체를 절곡함으로써 안테나의 크기를 줄이고, 또한 상기 복사체와 접지면과의 전자기 결합(coupling)에 의해 광대역 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 대량생산에 적합하여 제조원가를 낮출 수 있도록 한 내장형 안테나를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 외장형 안테나가 휴대단말기에 장착된 상태를 상태를 나타내는 도면.

도 2a는 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나의 일실시예를 나타내는 외관 사시도.

도 2b는 상기 도 2a의 분해도.

도 3은 상기 도 2a의 안테나가 휴대단말기에 장착된 상태를 나타내는 도면.

도 4는 상기 도 2a 실시예의 전압정재파비 특성.

도 5a는 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나의 다른 실시예를 나타내는 외관 사시도.

도 5b는 상기 도 5a의 분해도.

도 6a는 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나의 또다른 실시예를 나타내는 외관 사시도.

도 6b는 상기 도 6a의 분해도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11. 헬리컬 안테나 12. 신축가능형 안테나

21, 32, 51, 61. 고정수단 22, 52, 62. 걸림턱

23, 53, 63. 급전점 24, 32, 54, 64. 복사체

25, 34, 55, 65. 접지면 26, 35, 56, 66. 절곡부

27, 57, 67. 급전 프로브 31. 휴대단말기

58. 지지수단 68. 절연체

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나는, 휴대단말기의 접지면과 전기적으로 연결되는 접지면;과 상기 접지면 위로 소정의 간격을 두고 평행하며, 소정의 위치에 급전점을 갖는 지그재그 형상의 복사체;와 상기 복사체를 급전시키기 위해 상기 급전점과 복사체를 연결하는 급전 프로브; 및 안테나를 휴대단말기에 장착시키기 위한 고정수단;을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 높은 복사효율과 광대역 특성을 갖는 내장형 안테나의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나의 일실시예를 나타내는 외관 사시도와 분해도이다. 단말기의 내부회로로부터 급전점(23)을 통해 연결된 급전 프로브(feeding probe)(27)는 복사체(24)의 소정 위치에 접속되어 안테나에 신호를 공급한다. 이때, 상기 복사체는 금속재로써 지그재그(zigzag) 형태로 구성되되 안태나의 전체적인 크기를 줄이기 위해 양측면이 수직으로 절곡된 절곡부(26)를 구비한다.

또한, 고정수단(21)은 일측에 걸림턱(22)이 형성되어 있으며, 상기 접지면이 상기 고정수단에 연결되고, 상기 고정수단은 휴대단말기 내부의 인쇄회로기판(PCB;Printed Circuit Board) 등에 장착되어 상기 걸림턱에 의해 고정된다. 이와함께 복사체(24)와 접지면(25) 사이는 밀착되지 않고 간극(間隙)이 형성되어 있어 전자기 결합(coupling) 효과에 의해 광대역화를 구현하도록 되어 있다. 도 3은 상기 도 2a의 안테나가 휴대단말기에 장착된 상태를 나타내는 도면이다.

도 4는 상기 도 2a 실시예의 전압정재파비 특성을 나타낸다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 전압정재파비(VSWR;Voltage Standing Wave Ratio) 1.9:1을 기준할때 안테나는 약 980MHz(1.53∼2.51GHz) 정도의 넓은 대역폭을 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나의 다른 실시예를 나타내는 외관 사시도와 분해도이다. 상기 도 2a의 실시예와의 차이점은 지지수단(58)이 부가되어 복사체(54)와 접지면(55)이 결합된 상태에서 안테나가 좀더 견고하게 장착되도록 한 것이다.

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나의 또다른 실시예를 나타내는 외관 사시도와 분해도이다. 상기 도 2a 및 도 5a와의 차이점은 상기 지지수단(58)을 구비하는 대신에 복사체(64)와 접지면(65) 사이의 공간에 절연체(68)를 사용함으로써 안테나가 기구적으로 안정화되도록 한 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 광대역 내장형 안테나는 휴대단말기의 인쇄회로기판 등에 직접 실장할 수 있는 구조로 자동화 공정에 따른 대량생산과 단말기의 소형화가 가능하다고 하는 효과를 갖는다.

또한, 복사체와 소정의 간격을 두고 설치된 접지면에 의해 휴대단말기 본체 내부에 대한 영향을 최소화함과 동시에 복사체를 절곡함으로써 안테나의 크기를 줄이고, 상기 복사체와 접지면과의 전자기 결합에 의해 광대역 효과를 얻을 수 있다고 하는 또다른 효과를 가진다.

Claims (5)

1. 각종 휴대단말기의 인쇄회로기판 등에 실장되는 내장형 안테나에 있어서,

   상기 휴대단말기의 접지면과 전기적으로 연결되는 접지면;

   상기 접지면 위로 소정의 간격을 두고 평행하며, 소정의 위치에 급전점을 갖는 지그재그 형상의 복사체;

   상기 복사체를 급전시키기 위해 상기 급전점과 복사체를 연결하는 급전 프로브; 및 안테나를 휴대단말기에 장착시키기 위한 고정수단을 포함하는 광대역 내장형 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   안테나의 크기를 감소시키기 위해 상기 복사체의 양측면을 소정의 위치에서 절곡하는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복사체와 접지면이 소정의 간극을 갖도록 함으로써 상기 복사체와 접지면과의 전자기 결합에 의해 안테나를 광대역화하는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,

   안테나가 견고하게 장착되도록 하기 위해 상기 복사체와 접지면이 결합된 상태에서 지지수단이 더 부가되는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.
5. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,

   안테나가 기구적으로 안정화되도록 하기 위해 상기 복사체와 접지면 사이의 공간에 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 광대역 내장형 안테나.