KR20060131073A - 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더형 유전체의 외벽에 감겨진 8개의 나선형 도전체에 진폭이 동일하고 위상이 서로 다른 전력을 공급하여 복사 패턴, 빔폭, 안테나 이득 등의 특성이 우수하면서도 간단히 제작할 수 있는 무선 헬리컬 안테나에 관한 것으로, 실린더형의 유전체의 외벽에 나선형으로 감겨진 수개의 도전체로 구성되는 안테나부와, 진폭이 동일하고 위상이 서로 다른 전력을 발생시키는 전력분배기를 구비하여 상기 전력분배기에 의해 위상이 분리된 전력을 상기 안테나부의 각 도전체에 공급하는 급전부를 포함하여 구성되고, 상기 안테나부는 8개의 도전체가 서로 평행하게 유전체의 양단을 1회전하여 나선형으로 감기고, 상기 급전부는 상기 각 도전체에 진폭이 동일하고 π/4 의 위상차를 가지는 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나에 의하면 구성이 간단하여 제작이 용이하면서도 복사 패턴이나 빔폭, 안테나 이득 등이 우수한 특성을 나타내어, 소형화 및 경량화 되어 가고 있는 휴대용 이동 통신 단말기 등에 용이하게 적용될 수 있다.

안테나, 나선형, 헬리컬, 위상차, 단말기

Description

무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나{Helical Antenna for Mobile Phone}

도 1은 종래의 헬리컬 안테나의 구조를 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 안테나에 있어서 안테나부와 급전부를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 안테나에 있어서 안테나부에 급전부가 연결되는 상태를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신 단말기에 적용될 수 있는 헬리컬 안테나를 나타낸 사시도,

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 안테나의 복사 패턴을 나타낸 도면.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

11 : 실린더형 유전체 12a 내지 12h : 도전체 전극

13 : 매칭 전극 14 : 보호막

21 내지 23 : 전력분배기

본 발명은 무선 통신 기기용 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더형 유전체의 외벽에 감겨진 8개의 나선형 도전체에 진폭이 동일하고 위상이 서로 다른 전력을 공급하여 복사 패턴(Radiation Pattern) 및 안테나 이득(Antenna Gain)의 특성이 우수하면서도 간단히 제작할 수 있는 무선 헬리컬 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 통신은 유선과 무선 통신으로 분류되는 바, 무선 통신에서는 전파를 송신하는 송신기와 송신기에서 송출된 전파를 수신하는 안테나와 안테나로부터 전파를 수신하는 수신기로 이루어져, 상기한 안테나를 통하여 전파를 공중으로 송신하고, 공중을 통해 인가되는 소정의 전파를 수신하고 있다.

최근에는 통신 산업의 발달로 휴대용 이동 통신 단말기 등의 각종 무선 통신 기기가 일반인들에게 보급되어 시간과 장소에 구애 없이 널리 사용되고 있다.

일반적으로 무선 통신 단말기에 적용되고 있는 종래의 안테나는 도1에 도시된 바와 같이 부도체인 안테나 봉(1)에 나선형으로 감겨진 도선(2a,2b)을 권선하여 이루어는 헬리컬 안테나이다. 이러한 헬리컬 안테나는 통상적으로 짧은 길이의 도선(2b)에 의한 850MHz 대역의 전파를 송수신 하기 위한 모드와 긴 길이의 도선(2a)에 의한 1.8GHz 대역의 전파를 송수신하기 위한 모드로 구분되어 셀룰러폰이나 PCS 폰의 공용으로 사용할 수 있도록 되어 있다. 무선 통신에 있어서의 전파의 송수신 은 균일한 복사 패턴에 의해 왜곡이 없는 신호를 전달하여야 하는 것을 특징으로 하는 것으로, 도 1과 같은 구조의 헬리컬 안테나는 단일의 안테나에 의해 이중 대역에 대한 전파를 동시에 송수신 할 수 있는 장점이 있으나 이 경우 복사 패턴이 불규칙하여 전파 수신에 따른 왜곡이 심해지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 별도의 도전체로 이루어지는 매칭 전극을 구비하여 신호의 왜곡이나 잡음을 제거하고 각 공진주파수에 대한 임피던스 정합을 조절하고 있으나, 이 경우 전극 상호간의 영향을 고려하여야 하므로 임피던스의 정확한 조절이 어렵게 되고 안테나의 구조가 복잡해지는 문제점이 발생한다.

또한 최근에는 무선 통신 기기들이 소형화 및 경량화 됨에 따라 이들 기기에 포함되는 안테나의 크기도 더욱 작아지고 있고, 무선 통신을 이용하는 주파수 대역도 다양화 지고 있어, 각 주파수 대역에 따른 전파의 복사 패턴과 이득 등의 특성이 우수하면서도 소형화에 적합한 구조를 가지는 안테나가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안 된 것으로, 실린더형의 유전체 외벽에 8개의 도전체가 나선형으로 감겨지고 각 도전체에는 진폭이 동일하고 위상이 각각 π/4 의 차이를 가지는 전력을 공급함으로써, 복사 패턴을 향상시키고 간단히 제작할 수 있는 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나는 실린더형의 유전체의 외벽에 나선형으로 감겨진 수개의 도전체로 구성되는 안테나부와, 진폭이 동일하고 위상이 서로 다른 전력을 발생시키는 전력분배기를 구비하여, 상기 전력분배기에 의해 위상이 분리된 전력을 상기 안테나부의 각 도전체에 공급하는 급전부를 포함하여 구성되고, 상기 안테나부는 8개의 도전체가 서로 평행하게 유전체의 양단을 1 내지 2회전하여 나선형으로 감기고, 상기 전력분배기는 상기 각 도전체에 진폭이 동일하고 π/4 의 위상차를 가지는 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나는 상기 안테나부의 각 도전체의 일측에 임피던스 정합을 위한 매칭 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 안테나에 있어서 안테나부(가)와 급전부(나)를 각각 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 헬리컬 안테나에 있어서 안테나부(10)는 실린더형의 유전체(11) 외벽에 금속 재질의 도전체 전극(12a 내지 12h, 이하 12라 한다.)이 나선형으로 감겨져 있고, 안테나부(10)의 하측에는 각 도전체 전극(12)에 전력을 공급하기 위한 전력분배기로 이루어진 급전부(20)가 구비된다.

본 발명의 실시예에 있어서 도전체(12)는 8개로 구성되고 각 도전체 전극(12)의 폭은 1.5mm으로 하여 서로 평행하게 유전체(11)의 외벽을 따라 유전체(11)의 양 끝단을 오른나사 방향으로 1회전하여 감겨 있다. 또한 도전체 전극(12)은 유전체(11)에 형성된 홈에 함입되는 얇은 판 형상으로 감겨져 있다. 그러나 이러한 전극(12)의 폭과 회전 수는 방사빔폭에 따라 적절하게 변형될 수 있는 것이며, 가는 선의 도전체로 유전체에 권선되는 형태로 구성될 수도 있다.

실린더형 유전체(11)는 일반적으로 폴리스틸렌(polystyrene)이나 아크릴 수지 등과 같은 재질의 필름 형태로 구성되고, 유전체(11)의 직경은 일반적으로 파장의 약 1/10크기로 구성되는 것으로 본 발명의 실시예에서는 직경은 1.1cm, 유전체(11)의 높이는 10.3cm으로 구성되었다. 이러한 실린더형 유전체(11)의 형태도 도전체 전극(12)과 함께 적절하게 변형되어 구성될 수 있다.

실린더형 유전체(11)의 하측에는 급전부(20)가 구비되어 유전체(11)에 감겨진 8개의 전극(12)에 전력을 공급하게 된다. 본 발명의 실시예에 있어서 급전부(20)는 8개의 각 전극(12)에 진폭이 동일하고 위상이 서로 다른 전력을 공급하기 위한 것으로 급전부(20)에서는 π/4 의 위상차 즉, 0°, 45°, 90°,135°, 180°, 225°, 270°, 315°의 위상을 가지는 전력을 각 전극(12)으로 공급할 수 있도록 구성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 안테나에 있어서 안테나부에 급전부가 연결되어 전력이 공급되는 상태를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 실린더형 유전체(11)에는 8개의 도전체 전극(12)이 실린더 의 하측에서 상측으로 나선형으로 감겨지고, 급전부(20)에서는 각 전극(12)에 위상이 서로 다른 전력을 공급하고 있다. 또한, 공진주파수에 따른 임피던스 정합을 위해 각 도전체 전극(12)의 일단에는 매칭 전극(13)을 더 구비할 수 있다.

각 도전체 전극(12)은 일정한 간격으로 서로 평행을 이루면서 감겨져 있으며, 급전부(20)로부터 차례대로 π/4의 위상차를 가지는 전력이 공급된다.

급전부(20)는 상기 8개의 각 도전체(12)에 진폭이 동일하고 π/4의 위상차를 가지는 전력을 공급하기 위한 전력 분배기(Power Divider, 21 내지 23)로 구성된다. 본 발명의 실시예에 있어서는 최초의 기준 전력을 180°위상으로 분리하는 180°전력 분배기(21)와, 180°의 위상으로 분리된 2개의 각 전력을 다시 90°의 위상으로 분리하는 2개의 90°전력 분배기(22)와, 90°의 위상으로 분리된 4개의 각 전력을 다시 45°의 위상으로 분리하는 4개의 45°전력 분배기(23)로 구성된다.

따라서 급전부(20)에서는 0°의 위상을 가지는 기준 전력과 45°, 90°,135°, 180°, 225°, 270°, 315°의 위상을 가지는 전력이 매칭 전극(13)을 통하여 각 도전체 전극(12)에 공급되고 인접한 도전체 전극(12) 사이에 공급되는 전력은 π/4의 위상차를 가지게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 무선 통신 단말기에 적용될 수 있는 헬리컬 안테나를 나타낸 사시도이다.

도 4를 참조하면, 안테나부(10)는 외부로부터의 보호와 전기적 절연을 위해 절연재질의 보호막(14)으로 싸여지고, 안테나부(10)의 하측에는 무선 통신 단말기(미도시)와의 연결을 위한 연결부(30)가 구비되어 무선 통신 단말기에 용이하게 접 속할 수 있도록 구성되었다. 그러나 본 발명에 있어서 연결부(30)는 본 발명의 헬리컬 안테나가 적용되는 무선 통신 단말기에 따라 다양하게 변경된 형태로 구성되는 것으로, 안테나가 단말기에 내장되는 경우에는 연결부(30)를 포함하지 아니하고 구성될 수도 있는 것이다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 안테나의 복사 패턴을 나타낸 도면으로, 실린더형의 폴리스틸렌 유전체에 8개의 각 도전체를 오른 나사방향으로 1회전 하였으며, 실린더의 높이는 10.3cm, 직경은 1.1cm, 각 도전체의 폭은 1.5mm 에서의 실시예에 대한 안테나의 특성을 나타내었다.

도 5는 수평 복사 패턴을, 도 6은 수직 복사 패턴을, 도 7은 안테나 이득을 각각 나타낸 것으로, 본 발명의 실시예에 의하면 1.55GHz 내지 1.66GHz의 주파수 대역에 대해 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 불규칙한 경계면의 적어 왜곡률이 거의 없는 수평 및 수직 복사 패턴이 나타남을 알 수 있다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이 -50 ~ 50 Deg 의 반전력 빔폭(Half Power Beam Width)에 대해 5dB 이상의 안테나 이득을 나타내었다.

따라서 본 발명의 헬리컬 안테나는 그 구조가 간단하면서도 복사 패턴이나 안테나 이득 등의 특성이 저하되지 않음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나에 의하면 실린더형의 유전체에 8개의 도전체가 감겨지고 각 도전체에 진폭이 동일하 고 위상차가 π/4인 전력을 공급하는 간단한 구성으로, 제작이 용이하면서도 복사 패턴이나 빔폭이 넓으면서, 안테나 이득이 비교적 크고 광대역 특성을 가지며, 소형화되고 있는 이동 통신 단말기 등에 용이하게 적용될 수 있다.

Claims (4)

1. 무선 통신 기기용 안테나에 있어서,

   실린더형의 유전체의 외벽에 나선형으로 감겨진 N개의 도전체로 구성되는 안테나부;

   진폭이 동일하고 위상이 서로 다른 전력을 발생시키는 전력분배기를 구비하여, 상기 전력분배기에 의해 위상이 분리된 전력을 상기 안테나부의 각 도전체에 공급하는 급전부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나부의 각 도전체의 일측에는 임피던스 정합을 위한 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나.
3. 제 1항에 있어서, 상기 안테나부는 실린더형의 유전체 외벽에 8개의 도전체가 나선형으로 감기고, 상기 급전부는 상기 각 도전체에 진폭이 동일하고 π/4 의 위상차를 가지는 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나.
4. 제 1항에 있어서, 상기 도전체는 실린더형 유전체의 일단에서 타단으로 나선형으로 1 내지 2회전하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기용 헬리컬 안테나.

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