WO2013100676A1 - 다중 대역 안테나 장치 - Google Patents

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WO2013100676A1
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김태환
이현영
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VAKEN CO Ltd
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    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits

Definitions

  • Embodiment of the present invention relates to a multi-band antenna device, and more particularly to a multi-band antenna device capable of frequency adjustment.
  • wireless communication devices have been manufactured to perform various functions such as global positioning system (GPS), digital multimedia broadcasting (DMB), internet, authentication, payment, MP3, as well as basic wireless communication functions such as voice call and data communication. Accordingly, in the case of an antenna mounted on a wireless communication device, an antenna capable of transmitting and receiving multiple frequency bands is required in an existing antenna capable of transmitting and receiving a single frequency band.
  • GPS global positioning system
  • DMB digital multimedia broadcasting
  • MP3 MP3
  • basic wireless communication functions such as voice call and data communication. Accordingly, in the case of an antenna mounted on a wireless communication device, an antenna capable of transmitting and receiving multiple frequency bands is required in an existing antenna capable of transmitting and receiving a single frequency band.
  • Frequencies used in wireless communications include, for example, the 174-216 MHz band used for terrestrial DMB, the 820-960 MHz band used for CDMA, GSM 850, GSM 900, etc., K-PCS, DCS 1800, PCS 1900, US -1710 ⁇ 1990 MHz band used for PCS, 2GHz band used for UTMS, 2.4 GHz band used for WLL, WLAN, Blue Tooth, etc., and 1 ⁇ 2 GHz and 2 ⁇ 4 GHz band used for satellite DMB, etc.
  • the development of a multi-band antenna is essential.
  • the antenna when implementing a multi-frequency band with one antenna, is a low frequency band (for example, CDMA, GSM 850, GSM 900, etc.) and a high frequency band (for example, K-PCS, DCS 1800, PCS 1900 , US-PCS, etc.) is designed to transmit and receive signals in a frequency band having a large frequency band difference.
  • a low frequency band for example, CDMA, GSM 850, GSM 900, etc.
  • a high frequency band for example, K-PCS, DCS 1800, PCS 1900 , US-PCS, etc.
  • An embodiment of the present invention is to provide a multi-band antenna device capable of moving the resonant frequency while implementing a multi-band.
  • the multi-band antenna device the first radiator and the second frequency band connected to the power supply pad and the ground pad on the non-grounded surface of the main board of the wireless communication device, respectively, and transmit and receive the first frequency band
  • An antenna radiator including a second radiator transmitting and receiving; A frequency adjusting element formed on the non-grounded surface and connecting the ground pad to the ground of the main board; And a switch unit formed on the non-grounded surface, the switch unit electrically shorting or opening the ground of the ground pad and the main board according to an input switching control signal, wherein the resonant frequency of the antenna radiator is changed by a switching operation of the switch unit. Moves.
  • the resonant frequencies of the first radiator and the second radiator can be moved through the frequency adjusting element and the switch unit.
  • the second radiator can move the resonant frequency in the low frequency band, it is possible to implement wideband in the low frequency band, for example, adjacent to each other, such as GSM 850 and GSM 900, but different wireless communication scheme All will be supported.
  • a single antenna device can cover both low frequency bands such as GSM 850 and GSM 900 and high frequency bands such as PCS, DCS 1800 and WCDMA, thereby reducing the volume of the antenna device in wireless communication devices. do.
  • FIG. 1 is a plan view showing a multi-band antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an antenna of a multi-band antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a resonant frequency of an antenna radiator is adjusted in a multi-band antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a multi-band antenna device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a voltage standing wave ratio (VSWR) when a switch electrically connects a ground pad to a short line in a multi-band antenna device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • VSWR voltage standing wave ratio
  • FIG. 6 is a graph showing a VSWR when a switch electrically connects a ground pad to an open line in a multi-band antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 6 specific embodiments of the multi-band antenna device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • this is only an exemplary embodiment and the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a plan view showing a multi-band antenna device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing an antenna of the multi-band antenna device according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-band antenna device 100 includes a main board 102, an antenna carrier 104, an antenna radiator 106, a frequency adjusting element 108, and a switch unit 110. do.
  • the antenna carrier 104 is mounted on the main board 102, but the antenna carrier 104 is omitted in FIG. 1 for convenience of description.
  • An ungrounded surface 102-1 is formed in a portion of the main board 102.
  • the ground 102-2 may be formed in a region other than the region where the non-grounding surface 102-1 of the main board 102 is formed.
  • Various circuits and electronic components of a wireless communication device in which the multi-band antenna device 100 is built may be mounted in the ground 102-2.
  • the antenna carrier 104 is mounted on an ungrounded surface 102-1 of the main board 102.
  • the antenna carrier 104 spaces the antenna radiator 106 from the main board 102 at regular intervals to improve the radiation characteristics of the antenna radiator 106 and to reduce the SAR (Spacific Absorption Rate).
  • the antenna radiator 106 is formed on the surface of the antenna carrier 104.
  • the antenna radiator 106 includes a first radiator 111 for transmitting and receiving a first frequency band and a second radiator 113 for transmitting and receiving a second frequency band.
  • the first radiator 111 may receive a signal having a frequency band higher than that of the signal received by the second radiator 113.
  • the first radiator 111 may transmit and receive signals of 1.7 to 2.2 GHz which are frequency bands of K-PCS, DCS 1800, PCS 1900, US-PCS, and WCDMA, and the second radiator 113 may be an example.
  • the first radiator 111 since the first radiator 111 is designed to generate resonance in the high frequency band, the first radiator 111 may be implemented in a wide band.
  • the first radiator 111 may cover one or more frequency bands of K-PCS, DCS 1800, PCS 1900, US-PCS, and WCDMA.
  • the second radiator 113 since the second radiator 113 is designed to generate resonance in the low frequency band and is difficult to implement in a wide band, the second radiator 113 may cover only the frequency band of the GSM 900 through the second radiator 113. Meanwhile, frequency bands of the first radiator 111 and the second radiator 113 are not limited thereto, and the first radiator 111 and the second radiator 113 may transmit and receive signals in various other frequency bands. Can be implemented.
  • the antenna radiator 106 is formed to be connected to the feeding pad 115 and the ground pad 117, respectively.
  • one side of the first radiator 111 and the second radiator 113 may be connected to the feeding pad 115, and the other side of the second radiator 113 may be connected to the ground pad 117.
  • the feeding pad 115 receives power from the main board 102 and transfers the power to the first radiator 111 and the second radiator 113.
  • the antenna radiator 106 may be formed by, for example, a laser direct structuring (LDS) method. In this case, the antenna radiator 106 can also be easily formed on the curved surface of the antenna carrier 104.
  • the method of forming the antenna radiator 106 is not limited to the LDS method, and various other methods, for example, after applying conductive ink to the antenna carrier 104, performing a plating process to perform the antenna radiator 106. ) Or a conductive ink of higher conductivity may be applied to the antenna carrier 104 to form the antenna radiator 106.
  • the frequency adjusting element 108 is formed on the non-grounded surface 102-1 of the main board 102. One end of the frequency adjusting element 108 is connected to the ground pad 117, and the other end of the frequency adjusting element 121 is connected to the ground 102-2.
  • the frequency adjusting element 108 may include one or more of an inductor and a capacitor.
  • the frequency adjusting element 108 may be made of an inductor or a capacitor, or may be made of a series or parallel connection of the inductor and the capacitor.
  • the switch unit 110 includes a switch 123, a short line 125, and an open line 127.
  • the switch 123 is formed at one side of the non-grounded surface 102-1 by being connected to the ground pad 117.
  • One end of the shorting line 125 is connected to the switch 123, and the other end of the shorting line 125 is connected to the ground 102-2.
  • One end of the open line 127 is connected to the switch 123, and the other end of the open line 127 is formed to be spaced apart from the ground 102-2 by a predetermined interval.
  • the switch 123 electrically connects the ground pad 117 to the short line 125 or the open line 127 according to an input switching control signal. That is, the ground pad 117 is electrically connected to any one of the short line 125 and the open line 127 through the switch 123.
  • a single pole double throw (SPDT) switch may be used, but is not limited thereto.
  • Various switch elements for example, FETs may be used.
  • the multi-band antenna device 100 may further include a stub (not shown) connected to the ground pad 117 on the non-grounded surface 102-1 of the main board 102.
  • a stub (not shown) is formed below the antenna radiator 106 on the non-grounded surface 102-1.
  • electromagnetic coupling occurs between the stub (not shown) and the antenna radiator 106 formed on the antenna carrier 104 at the top of the stub (not shown), thereby widening the frequency bandwidth of the antenna radiator 106. It becomes possible.
  • the frequency adjusting element 108 and the switch unit 110 serves to adjust the resonance frequency of the antenna radiator 106.
  • the resonance frequency of the antenna radiator 106 is adjusted will be described with reference to FIG. 3.
  • the case where the frequency adjusting element 108 is an inductor is shown as an example.
  • the switch 123 electrically connects the ground pad 117 to the shorting line 125 through a switching operation. . Then, since the impedance of the inductor 108 is greater than the shorting line 125, the current supplied to the antenna radiator 106 through the feeding pad 115 is grounded 102 through the switch 123 and the shorting line 125. -2).
  • the first radiator 111 and the second radiator 113 is a resonance occurs in the frequency band according to the electrical length of the first radiator 111 and the second radiator 113.
  • the first radiator 111 generates resonance in the frequency bands of DCS 1800 and WCDMA
  • the second radiator 113 generates resonance in the frequency band of GSM 900.
  • the switch 123 electrically connects the ground pad 117 to the open line 127 through a switching operation. . Then, since the impedance of the open line 127 is greater than that of the inductor 108, the current supplied to the antenna radiator 106 through the feed pad 115 is grounded 102 through the inductor 108 at the ground pad 117. -2).
  • the resonance frequency shift occurs due to the inductance value of the inductor 108.
  • the first radiator 111 generates resonance in the frequency bands of PCS and WCDMA
  • the second radiator 113 generates resonance in the frequency band of GSM 850.
  • the first radiator 111 has a frequency band of DCS 1800 and WCDMA.
  • the second radiator 113 is a resonance frequency shift occurs in the frequency band of GSM 850 in the frequency band of GSM 900.
  • the degree of movement of the resonance frequency can be variously adjusted according to the inductance value of the inductor 108.
  • the multi-band antenna device 100 measures the resonant frequencies of the first radiator 111 and the second radiator 113 through the frequency adjusting element 108 and the switch unit 110. You can move it.
  • the second radiator 113 can move the resonant frequency in the low frequency band, it is possible to implement a wideband in the low frequency band, both adjacent to each other, such as GSM 850 and GSM 900, but different wireless communication methods You can apply.
  • a single antenna device can cover both low frequency bands such as GSM 850 and GSM 900 and high frequency bands such as PCS, DCS 1800 and WCDMA, thereby reducing the volume of the antenna device in wireless communication devices. do.
  • a DC blocking capacitor 129 may be formed on the short circuit line 125.
  • the DC blocking capacitor 129 blocks the DC component and passes only the RF component in the signal received by the antenna radiator 106. Do it.
  • the capacitance value of the DC blocking capacitor 129 should be 30 pF or more. That is, when the capacitance value of the DC blocking capacitor 129 is less than 30 pF, the antenna reception sensitivity is lowered because the antenna radiator 106 does not efficiently block the DC component in the signal of the frequency band of GSM 850 or higher.
  • inductance of inductor 108 to allow current supplied to antenna radiator 106 through pad 115 to flow from ground pad 117 to ground 102-2 through switch 123 and short-circuit line 125.
  • the value should be at least 4.7 nH.
  • the inductance value of the inductor 108 is less than 4.7 nH
  • the switch 123 electrically connects the ground pad 117 to the short circuit line 125 by the first switching control signal
  • the power supply pad 115 The current supplied to the antenna radiator 106 through not only flows from the ground pad 117 to the ground 102-2 through the switch 123 and the shorting line 125, but also the inductor 108 at the ground pad 117. Also flows to ground 102-2, resulting in lower antenna gain and antenna efficiency.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a voltage standing wave ratio (VSWR) when a switch electrically connects a ground pad to a short line in a multi-band antenna device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. In the multi-band antenna device according to the embodiment it is a graph showing VSWR when the switch electrically connects the ground pad to the open line.
  • the capacitance value of the DC blocking capacitor 129 was 100 pF
  • the inductance value of the inductor 108 was 4.7 nH.
  • the first radiator 111 may generate resonance in the frequency bands of the DCS 1800 and the WCDMA.
  • 2 radiator 113 can be seen that the resonance occurs in the frequency band of GSM 900.
  • the first radiator 111 generates resonance in the frequency band of 1.667 GHz to 2.177 GHz
  • the second radiator 113 generates resonance in the frequency band of 853 MHz to 958 MHz. This is a resonance frequency according to the electrical length of the first radiator 111 and the second radiator 113.
  • the first radiator 111 may generate resonance in the frequency bands of PCS and WCDMA, and the second It can be seen that the radiator 113 generates resonance in the frequency band of the GSM 850. Specifically, the first radiator 111 generates resonance in the frequency band of 1.720 GHz to 2.172 GHz, and the second radiator 113 generates resonance in the frequency band of 800 MHz to 907 MHz. This is because the inductor 108 is connected to the antenna radiator 106 so that the electrical length of the antenna radiator 106 has changed.
  • the first radiator 111 and the second radiator 111 are switched by the switching operation of the switch 123. It can be seen that the resonant frequency of the radiator 113 has moved about 50 MHz, respectively. In addition, even when the resonant frequency is shifted, it can be seen that the antenna gain and efficiency of the first radiator 111 and the second radiator 113 are maintained to be substantially the same without deterioration.
  • main board 102-1 non-grounded
  • ground 104 antenna carrier
  • antenna radiator 108 frequency adjusting element

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  • Transceivers (AREA)

Description

다중 대역 안테나 장치
본 발명의 실시예는 다중 대역 안테나 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주파수 조정이 가능한 다중 대역 안테나 장치에 관한 것이다.
최근, 무선 통신 기기는 음성 통화 및 데이터 통신과 같은 기본적인 무선 통신 기능뿐만 아니라 GPS(Global Positioning System), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 인터넷, 인증, 결제, MP3 등 다양한 기능을 수행하도록 제조되고 있다. 이에, 무선 통신 기기에 장착되는 안테나의 경우, 기존의 단일 주파수 대역을 송수신할 수 있는 안테나에서 다중 주파수 대역을 송수신할 수 있는 안테나가 요구되고 있다.
무선 통신에서 사용되는 주파수로는, 예를 들어 지상 DMB에 사용되는 174 ~ 216 MHz 대역, CDMA, GSM 850, GSM 900 등에 사용되는 820 ~ 960 MHz 대역, K-PCS, DCS 1800, PCS 1900, US-PCS 등에 사용되는 1710 ~ 1990 MHz 대역, UTMS에 사용되는 2GHz 대역, WLL, WLAN, Blue Tooth 등에 사용되는 2.4 GHz 대역, 및 위성 DMB 등에서 사용되는 1 ~ 2 GHz 및 2 ~ 4 GHz 대역 등이 있으며, 하나의 무선 통신 기기에서 이러한 다양한 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위해서는 다중 대역 안테나의 개발은 필수적이다.
일반적으로, 하나의 안테나로 다중 주파수 대역을 구현하는 경우, 안테나는 저주파 대역(예를 들어, CDMA, GSM 850, GSM 900 등)과 고주파 대역(예를 들어, K-PCS, DCS 1800, PCS 1900, US-PCS 등)과 같이 주파수 대역차가 많이 나는 주파수 대역의 신호를 송수신하도록 설계된다.
한편, GSM 850 및 GSM 900과 같이, 주파수 대역이 인접하여 있으나 서로 다른 무선 통신 방식에 대해서는 하나의 안테나로 다중 대역을 구현하기 어려워 각 주파수 대역에 대해 별개의 안테나를 사용하였다. 이 경우, 각 주파수 대역에 대해 별개의 안테나를 사용함으로써, 무선 통신 기기에서 안테나가 차지하는 부피가 커지는 문제점이 있다. 따라서, 무선 통신 기기에서 안테나가 차지하는 부피를 줄이면서도 주파수 대역이 인접하여 있으나 서로 다른 무선 통신 방식을 모두 지원할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 실시예는 다중 대역을 구현하면서 공진 주파수의 이동이 가능한 다중 대역 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치는, 무선 통신 기기의 메인 보드의 비접지면 상에서 급전 패드 및 접지 패드와 각각 연결되고, 제1 주파수 대역을 송수신하는 제1 방사체 및 제2 주파수 대역을 송수신하는 제2 방사체를 포함하는 안테나 방사체; 상기 비접지면에 형성되고, 상기 접지 패드와 상기 메인 보드의 그라운드를 연결하는 주파수 조정 소자; 및 상기 비접지면에 형성되고, 입력되는 스위칭 제어 신호에 따라, 상기 접지 패드와 상기 메인 보드의 그라운드를 전기적으로 단락 또는 개방시키는 스위치부를 포함하며, 상기 스위치부의 스위칭 동작에 의해 상기 안테나 방사체의 공진 주파수가 이동한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 주파수 조정 소자 및 스위치부를 통해 제1 방사체 및 제2 방사체의 공진 주파수를 이동시킬 수 있게 된다. 특히, 제2 방사체의 경우 저주파수 대역에서 공진 주파수를 이동시킬 수 있기 때문에, 저주파수 대역에서 광대역화를 구현할 수 있으며, 예를 들어, GSM 850 및 GSM 900과 같이 상호 인접하여 있으나 서로 다른 무선 통신 방식을 모두 지원할 수 있게 된다. 이 경우, 하나의 안테나 장치를 통해 GSM 850, GSM 900과 같은 저주파수 대역 및 PCS, DCS 1800, WCDMA와 같은 고주파수 대역을 모두 커버할 수 있기 때문에, 무선 통신 기기에서 안테나 장치가 차지하는 부피를 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치를 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치 중 안테나를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치에서, 안테나 방사체의 공진 주파수를 조정하는 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치를 나타낸 회로도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치에서, 스위치가 접지 패드를 단락 라인과 전기적으로 연결시켰을 때의 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치에서, 스위치가 접지 패드를 개방 라인과 전기적으로 연결시켰을 때의 VSWR를 나타낸 그래프.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다중 대역 안테나 장치의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치 중 안테나를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 다중 대역 안테나 장치(100)는 메인 보드(102), 안테나 캐리어(104), 안테나 방사체(106), 주파수 조정 소자(108), 및 스위치부(110)를 포함한다. 안테나 캐리어(104)는 메인 보드(102) 상에 실장되지만, 도 1에서는 설명의 편의상 안테나 캐리어(104)를 생략하였다.
메인 보드(102)의 일부 영역에는 비접지면(102-1)이 형성된다. 그리고, 메인 보드(102)의 비접지면(102-1)이 형성된 영역을 제외한 영역에 그라운드(102-2)가 형성될 수 있다. 그라운드(102-2)에는 다중 대역 안테나 장치(100)가 내장되는 무선 통신 기기의 다양한 회로 및 전자 부품들이 실장될 수 있다.
안테나 캐리어(104)는 메인 보드(102)의 비접지면(102-1) 상에 실장된다. 안테나 캐리어(104)는 안테나 방사체(106)를 메인 보드(102)와 일정 간격 이격시켜 안테나 방사체(106)의 방사 특성을 향상시키고, 전자파 흡수율(Spacific Absorption Rate : SAR)을 감소시키는 역할을 한다.
안테나 방사체(106)는 안테나 캐리어(104)의 표면에 형성된다. 안테나 방사체(106)는 제1 주파수 대역을 송수신하는 제1 방사체(111) 및 제2 주파수 대역을 송수신하는 제2 방사체(113)를 포함한다. 이때, 제1 방사체(111)는 제2 방사체(113)가 수신하는 신호의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역의 신호를 수신할 수 있다.
제1 방사체(111)는 예를 들어, K-PCS, DCS 1800, PCS 1900, US-PCS, WCDMA의 주파수 대역인 1.7 ~ 2.2 GHz의 신호를 송수신할 수 있고, 제2 방사체(113)는 예를 들어, GSM 900의 주파수 대역인 880 ~ 960 MHz의 신호를 송수신할 수 있다. 이때, 제1 방사체(111)는 고주파수 대역에서 공진이 발생하도록 설계되므로 광대역으로 구현 할 수 있게 된다. 이 경우, 제1 방사체(111)를 통해 K-PCS, DCS 1800, PCS 1900, US-PCS, WCDMA 중 하나 이상의 주파수 대역을 커버할 수 있게 된다.
그러나, 제2 방사체(113)는 저주파수 대역에서 공진이 발생하도록 설계되어 광대역으로 구현하기가 어렵기 때문에, 제2 방사체(113)를 통해서는 GSM 900의 주파수 대역만을 커버할 수 있게 된다. 한편, 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)의 주파수 대역은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)는 그 이외의 다양한 주파수 대역의 신호를 송수신하도록 구현 할 수 있다.
안테나 방사체(106)는 급전 패드(115) 및 접지 패드(117)와 각각 연결되어 형성된다. 이때, 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)의 일측이 각각 급전 패드(115)와 연결되고, 제2 방사체(113)의 타측이 접지 패드(117)와 연결될 수 있다. 급전 패드(115)는 메인 보드(102)로부터 전력을 공급받아 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)로 전달한다.
안테나 방사체(106)는 예를 들어, LDS(Laser Direct Structuring) 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우, 안테나 캐리어(104)의 굴곡진 표면에도 안테나 방사체(106)를 용이하게 형성할 수 있게 된다. 그러나, 안테나 방사체(106)의 형성 방식이 LDS 방식에 한정되는 것은 아니며, 그 이외의 다양한 방식 예를 들어, 도전성 잉크를 안테나 캐리어(104)에 도포한 후, 도금 공정을 수행하여 안테나 방사체(106)를 형성하거나 도전성이 보다 높은 도전성 잉크를 안테나 캐리어(104)에 도포하여 안테나 방사체(106)를 형성할 수도 있다.
주파수 조정 소자(108)는 메인 보드(102)의 비접지면(102-1)에 형성된다. 주파수 조정 소자(108)의 일단은 접지 패드(117)와 연결되고, 주파수 조정 소자(121)의 타단은 그라운드(102-2)와 연결된다. 주파수 조정 소자(108)는 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조정 소자(108)는 인덕터 또는 커패시터로 이루어질 수도 있고, 인덕터 및 커패시터의 직렬 또는 병렬 연결로 이루어질 수도 있다.
스위치부(110)는 스위치(123), 단락 라인(125), 및 개방 라인(127)을 포함한다. 스위치(123)는 비접지면(102-1)에서 일측이 접지 패드(117)와 연결되어 형성된다. 단락 라인(125)의 일단은 스위치(123)와 연결되고, 단락 라인(125)의 타단은 그라운드(102-2)와 연결된다. 개방 라인(127)의 일단은 스위치(123)와 연결되고, 개방 라인(127)의 타단은 그라운드(102-2)와 일정 간격 이격하여 형성된다.
스위치(123)는 입력되는 스위칭 제어 신호에 따라, 접지 패드(117)를 단락 라인(125) 또는 개방 라인(127)과 전기적으로 연결시킨다. 즉, 접지 패드(117)는 스위치(123)를 통해 단락 라인(125) 및 개방 라인(127) 중 어느 하나와 전기적으로 연결된다. 스위치(123)로는 예를 들어, SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 이외의 다양한 스위치 소자(예를 들어, FET 등)를 이용할 수 있다.
한편, 다중 대역 안테나 장치(100)는 메인 보드(102)의 비접지면(102-1) 상에서 접지 패드(117)와 연결된 스터브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 스터브(미도시)는 비접지면(102-1) 상에서 안테나 방사체(106)의 하부에 형성된다. 이 경우, 스터브(미도시)와 스터브(미도시)의 상부에서 안테나 캐리어(104) 상에 형성된 안테나 방사체(106) 사이에 전자기적 커플링이 발생하여, 안테나 방사체(106)의 주파수 대역폭을 넓힐 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 다중 대역 안테나 장치(100)에서, 주파수 조정 소자(108) 및 스위치부(110)는 안테나 방사체(106)의 공진 주파수를 조정하는 역할을 한다. 이하, 도 3을 참조하여 안테나 방사체(106)의 공진 주파수를 조정하는 경우를 살펴보기로 한다. 여기서는, 주파수 조정 소자(108)가 인덕터인 경우를 일 예로 나타내었다.
도 3의 (a)를 참조하면, 스위치(123)로 제1 스위칭 제어 신호가 입력되는 경우, 스위치(123)는 스위칭 동작을 통해 접지 패드(117)를 단락 라인(125)과 전기적으로 연결시킨다. 그러면, 단락 라인(125)보다 인덕터(108)의 임피던스가 크기 때문에, 급전 패드(115)를 통해 안테나 방사체(106)로 공급된 전류는 스위치(123) 및 단락 라인(125)을 통해 그라운드(102-2)로 흐르게 된다.
이 경우, 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)는 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)의 전기적 길이에 따른 주파수 대역에서 공진이 발생하게 된다. 예를 들어, 제1 방사체(111)는 DCS 1800 및 WCDMA의 주파수 대역에서 공진이 발생하고, 제2 방사체(113)는 GSM 900의 주파수 대역에서 공진이 발생하게 된다.
도 3의 (b)를 참조하면, 스위치(123)로 제2 스위칭 제어 신호가 입력되는 경우, 스위치(123)는 스위칭 동작을 통해 접지 패드(117)를 개방 라인(127)과 전기적으로 연결시킨다. 그러면, 인덕터(108)보다 개방 라인(127)의 임피던스가 크기 때문에, 급전 패드(115)를 통해 안테나 방사체(106)로 공급된 전류는 접지 패드(117)에서 인덕터(108)를 통해 그라운드(102-2)로 흐르게 된다.
이 경우, 안테나 방사체(106)에 인덕터(108)가 연결되기 때문에, 인덕터(108)의 인덕턴스 값에 의한 공진 주파수 이동이 일어나게 된다. 예를 들어, 제1 방사체(111)는 PCS 및 WCDMA의 주파수 대역에서 공진이 발생하고, 제2 방사체(113)는 GSM 850의 주파수 대역에서 공진이 발생하게 된다.
즉, 스위치(123)의 스위칭 동작에 의해 단락 라인(125)에서 개방 라인(127)으로 접지 패드(117)의 전기적 연결이 변경 되는 경우, 제1 방사체(111)는 DCS 1800 및 WCDMA의 주파수 대역에서 PCS 및 WCDMA의 주파수 대역으로 공진 주파수 이동이 일어나게 되고, 제2 방사체(113)는 GSM 900의 주파수 대역에서 GSM 850의 주파수 대역으로 공진 주파수 이동이 일어나게 된다. 이때, 인덕터(108)의 인덕턴스 값에 따라 공진 주파수의 이동되는 정도를 다양하게 조절할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치(100)는 주파수 조정 소자(108) 및 스위치부(110)를 통해 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)의 공진 주파수를 이동시킬 수 있게 된다. 특히, 제2 방사체(113)의 경우 저주파수 대역에서 공진 주파수를 이동시킬 수 있기 때문에, 저주파수 대역에서 광대역화를 구현할 수 있으며, GSM 850 및 GSM 900과 같이 상호 인접하여 있으나 서로 다른 무선 통신 방식을 모두 지원할 수 있게 된다. 이 경우, 하나의 안테나 장치를 통해 GSM 850, GSM 900과 같은 저주파수 대역 및 PCS, DCS 1800, WCDMA와 같은 고주파수 대역을 모두 커버할 수 있기 때문에, 무선 통신 기기에서 안테나 장치가 차지하는 부피를 줄일 수 있게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 단락 라인(125) 상에 DC 차단 커패시터(129)가 형성될 수도 있다. DC 차단 커패시터(129)는 스위치(123)에 의해 접지 패드(117)가 단락 라인(125)과 연결되는 경우, 안테나 방사체(106)가 수신하는 신호에서 DC 성분은 차단시키고 RF 성분만 통과시키는 역할을 한다. 이때, DC 차단 커패시터(129)가 GSM 850 이상의 주파수 대역에서 DC 성분을 효율적으로 차단시키기 위해서는 DC 차단 커패시터(129)의 커패시턴스 값이 30 pF 이상이 되어야 한다. 즉, DC 차단 커패시터(129)의 커패시턴스 값이 30pF 미만인 경우, 안테나 방사체(106)가 수신하는 GSM 850 이상의 주파수 대역의 신호에서 DC 성분을 효율적으로 차단하지 못하여 안테나 수신 감도가 떨어지게 된다.
또한, 단락 라인(125) 상에 DC 차단 커패시터(129)가 형성된 경우, 제1 스위칭 제어 신호에 의해 스위치(123)가 접지 패드(117)를 단락 라인(125)과 전기적으로 연결시켰을 때, 급전 패드(115)를 통해 안테나 방사체(106)로 공급된 전류가 접지 패드(117)에서 스위치(123) 및 단락 라인(125)을 통해 그라운드(102-2)로 흐르게 하기 위해서는 인덕터(108)의 인덕턴스 값이 4.7 nH 이상이 되어야 한다.
즉, 인덕터(108)의 인덕턴스 값이 4.7 nH 미만인 경우, 제1 스위칭 제어 신호에 의해 스위치(123)가 접지 패드(117)를 단락 라인(125)과 전기적으로 연결시켰을 때, 급전 패드(115)를 통해 안테나 방사체(106)로 공급된 전류가 접지 패드(117)에서 스위치(123) 및 단락 라인(125)을 통해 그라운드(102-2)로 흐를 뿐만 아니라, 접지 패드(117)에서 인덕터(108)를 통해 그라운드(102-2)로도 흐르기 때문에, 안테나 이득 및 안테나 효율이 저하되게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치에서, 스위치가 접지 패드를 단락 라인과 전기적으로 연결시켰을 때의 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 대역 안테나 장치에서, 스위치가 접지 패드를 개방 라인과 전기적으로 연결시켰을 때의 VSWR를 나타낸 그래프이다. 여기서, VSWR이 3이하인 경우, 정상적인 안테나로 동작할 수 있게 된다. 이때, DC 차단 커패시터(129)의 커패시턴스 값은 100 pF으로 하였고, 인덕터(108)의 인덕턴스 값은 4.7 nH로 하였다.
도 5를 참조하면, 스위치(123)가 접지 패드(117)를 단락 라인(125)과 전기적으로 연결시킨 경우, 제1 방사체(111)는 DCS 1800 및 WCDMA의 주파수 대역에서 공진이 발생하고, 제2 방사체(113)는 GSM 900의 주파수 대역에서 공진이 발생하는 것을 알 수 있다. 구체적으로는 제1 방사체(111)는 1.667 GHz ~ 2.177 GHz의 주파수 대역에서 공진이 발생하고, 제2 방사체(113)는 853 MHz ~ 958 MHz의 주파수 대역에서 공진이 발생한다. 이는 제1 방사체(111) 및 제2 방사체(113)의 전기적 길이에 따른 공진 주파수이다.
도 6을 참조하면, 스위치(123)가 접지 패드(117)를 개방 라인(127)과 전기적으로 연결시킨 경우, 제1 방사체(111)는 PCS 및 WCDMA의 주파수 대역에서 공진이 발생하고, 제2 방사체(113)는 GSM 850의 주파수 대역에서 공진이 발생하는 것을 알 수 있다. 구체적으로는 제1 방사체(111)는 1.720 GHz ~ 2.172 GHz의 주파수 대역에서 공진이 발생하고, 제2 방사체(113)는 800 MHz ~ 907 MHz의 주파수 대역에서 공진이 발생한다. 이는 안테나 방사체(106)에 인덕터(108)가 연결되어 안테나 방사체(106)의 전기적 길이가 변화하였기 때문이다.
이와 같이, DC 차단 커패시터(129)의 커패시턴스 값을 100 pF으로 하고, 인덕터(108)의 인덕턴스 값을 4.7 nH로 하는 경우, 스위치(123)의 스위칭 동작에 의해 제1 방사체(111)와 제2 방사체(113)의 공진 주파수가 각각 약 50 MHz 이동한 것을 확인할 수 있다. 또한, 공진 주파수가 이동한 경우에도 제1 방사체(111)와 제2 방사체(113)의 안테나 이득 및 효율이 저하되지 않고 거의 동일하게 유지되는 것을 볼 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
[부호의 설명]
100 : 다중 대역 안테나 장치
102 : 메인 보드 102-1 : 비접지면
102-2 : 그라운드 104 : 안테나 캐리어
106 : 안테나 방사체 108 : 주파수 조정 소자
110 : 스위치부 111 : 제1 방사체
113 : 제2 방사체 115 : 급전 패드
117 : 접지 패드 123 : 스위치
125 : 단락 라인 127 : 개방 라인
129 : DC 차단 커패시터

Claims (8)

  1. 무선 통신 기기의 메인 보드의 비접지면 상에서 급전 패드 및 접지 패드와 각각 연결되고, 제1 주파수 대역을 송수신하는 제1 방사체 및 제2 주파수 대역을 송수신하는 제2 방사체를 포함하는 안테나 방사체;
    상기 비접지면에 형성되고, 상기 접지 패드와 상기 메인 보드의 그라운드를 연결하는 주파수 조정 소자; 및
    상기 비접지면에 형성되고, 입력되는 스위칭 제어 신호에 따라, 상기 접지 패드와 상기 메인 보드의 그라운드를 전기적으로 단락 또는 개방시키는 스위치부를 포함하며,
    상기 스위치부의 스위칭 동작에 의해 상기 안테나 방사체의 공진 주파수가 이동하는, 다중 대역 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 접지 패드와 연결되는 스위치;
    일단이 상기 스위치에 연결되고, 타단이 상기 메인 보드의 그라운드와 연결되는 단락 라인; 및
    일단이 상기 스위치에 연결되고, 타단이 상기 메인 보드의 그라운드와 일정 간격 이격하여 형성되는 개방 라인을 포함하며,
    상기 스위치는 상기 스위칭 제어 신호에 따라, 상기 접지 패드를 상기 단락 라인 또는 상기 개방 라인과 전기적으로 연결시키는, 다중 대역 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다중 대역 안테나 장치는,
    상기 스위치가 상기 접지 패드를 상기 단락 라인과 전기적으로 연결시키는 경우, 상기 급전 패드를 통해 상기 안테나 방사체로 공급된 전류가 상기 스위치 및 상기 단락 라인을 통해 상기 그라운드로 흐르고,
    상기 스위치가 상기 접지 패드를 상기 개방 라인과 전기적으로 연결시키는 경우, 상기 급전 패드를 통해 상기 안테나 방사체로 공급된 전류가 상기 주파수 조정 소자를 통해 상기 그라운드로 흐르는, 다중 대역 안테나 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 단락 라인 상에 형성되는 DC 차단 커패시터를 더 포함하는, 다중 대역 안테나 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 DC 차단 커패시터의 커패시턴스는 30 pF 이상인, 다중 대역 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 조정 소자는,
    인덕터인, 다중 대역 안테나 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 4.7nH 이상인, 다중 대역 안테나 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다중 대역 안테나 장치는,
    상기 비접지면 상에 상기 접지 패드와 연결되어 형성되는 스터브를 더 포함하는, 다중 대역 안테나 장치.
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