KR20040052869A

KR20040052869A - 적층 구조 다중 대역 안테나

Info

Publication number: KR20040052869A
Application number: KR1020040033195A
Authority: KR
Inventors: 곽원일; 박성욱
Original assignee: 학교법인 한국정보통신학원
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2004-06-23
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: KR100623079B1; US20050253758A1; US7053837B2; CN1697255A

Abstract

본 발명은 이동통신 서비스용 통신 기기에 사용되는 안테나에 관한 것으로, 접지부 및 급전부를 구비한 PCB; PCB 상면에 소정 간격으로 이격되어 설치되며, U 형상 슬롯에 의하여 형성되는 소정 패턴을 갖는 금속도체로 이루어지는 상면 안테나; 상면 안테나와 PCB 사이에서 상면 안테나와 평행하게 위치하며, U 형상 슬롯에 의하여 형성되는 소정 패턴을 갖는 금속도체로 이루어지는 중간면 안테나; 일측은 PCB의 급전부에 연결되고, 타측은 중간면 안테나의 일측에 연결되는 급전용 금속도체; 일측은 PCB의 접지부에 연결되고, 타측은 중간면 안테나의 일측에 연결되는 접지용 금속도체; 및 상면 안테나와 중간면 안테나 사이에서 상면 안테나와 중간면 안테나를 단락시키는 단락용 금속도체를 포함하는 구성되는 적층 구조의 다중 대역 안테나이다.

Description

적층 구조 다중 대역 안테나{A Multi-Band Antenna with Multiple Layers}

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 상세하게는 일반적인 패치 안테나에서 다중 대역을 갖도록 구성된 적층 구조의 다중 대역 안테나의 구조에 관한 것이다.

이동통신 서비스를 위한 안테나는 외부(예를들어, 기지국, 중계기, 무선통신 장치에 부착된 안테나)로부터 전파를 수신하거나 통신기기에서 발생한 전기적인 신호를 외부로 전달하는 역할을 한다.

이동 통신 기기의 서비스 증가와 이동 통신 기기의 소형화는 안테나가 차지할 수 있는 공간을 제약하게 되고, 이러한 공간적 제약은 그라운드에 패턴을 형성시키고 그 위에 안테나를 장착하는 일반적인 칩 안테나의 이용을 어렵게 하고 있다.

이동 통신 기기의 발전과 사용자의 다양한 서비스에 대한 욕구는 하나의 이동 통신 기기에 여러 가지 시스템 서비스의 사용을 요구하고 있으며, 이러한 요구에 대한 해결책으로 서로 다른 시스템에 대해서 여러 종류의 안테나를 조합하여 사용하고 있다.

종래의 U-형상 슬롯(U-Shaped Slot)을 이용한 안테나는 단층 구조를 가지고 있으며, 이동 통신 서비스보다 중계기나 기지국용으로 사용되고 있다. 따라서, 종래의 U-형상 슬롯을 이용한 안테나는 이동 통신 서비스를 위해 적용하기에는 부적절하게 크고, 안테나의 크기 증가에 따라 그라운드의 크기도 커지게 되는 문제를 가지고 있다. 또한, 종래의 안테나는 급전점과 접지점의 위치로 인하여 고주파 대역의 공진이 이동 통신 서비스에 적용하기에는 부적절하다. 즉, 종래의 안테나는 이동 통신 서비스에 적용되는 주파수 공진을 유도하기 위해서는 안테나 크기가 더 커져야 하는 문제를 가지고 있다.

한편, 안테나 시장은 외장형 안테나에서 내장형 안테나로 진화하고 있고, 이동 통신 기기도 듀얼 밴드 이상의 안테나를 사용한 휴대 단말기가 제작되는 추세에 있어서 안테나도 단일 대역보다 다중 대역에서 이용될 있는 안테나가 요구되고 있다. 이러한 추세는 각 나라마다 사용하는 시스템의 주파수 대역이 다르기 때문이고, 같은 나라 안에서도 사용 서비스에 따라 필요로 하는 주파수 대역이 다르기 때문이다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 이동 통신 기기의 소형화 추세에 부응하는 형태를 갖는 안테나를 제공하고, 또한 하나의 안테나를 통해 서로 다른 파장으로 구성된 다중 채널 정보를 동시에 송수신할 수 있는 멀티플렉싱(Multiplexing) 서비스를 제공할 수 있는 구조의 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 적층 구조의 다중 대역 안테나의 사시도,

도2는 본 발명에 따른 적층 구조 다중 대역 안테나의 정면도,

도3은 본 발명에 사용되는 PCB의 상면 및 하면을 도시하고,

도4a 및 도4b는 본 발명에 따른 안테나의 방사패치의 형태를 도시하고,

도5는 본 발명에 따른 안테나의 방사패치의 전개도,

도6a는 도5의 구조를 갖는 안테나의 특성을 보여주고 있고,

도6b는 도5에서 상면 안테나와 중간면 안테나의 위치를 바꾸었을 때의 안테나 특성을 보여주고,

도7a 내지 도7e는 본 발명의 제2실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고,

도8a 내지 도8e는 본 발명의 제3실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고,

도9a 내지 도9e는 본 발명의 제4실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고,

도10a 내지 도10e는 본 발명의 제5실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고, 그리고

도11a 내지 도11e는 본 발명의 제6실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고 있다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

100: PCB 200: 중간면 안테나

300: 상면 안테나 400: 급전용 금속도체

500: 접지용 금속도체 600: 단락용 금속도체

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이동통신 기기에 적용하기 위해 그라운드에 패턴을 형성 하지 않고 그라운드를 반사판으로 사용하는 패치 안테나를 응용하여 적층 구조를 갖는 다중 대역 안테나를 제공한다. 적층 구조 다중 안테나는 U-Shaped Slot 안테나의 앞, 뒤, 측면 부분을 접어 적층 구조를 형성하고 있으며, 특성이 좋은 임피던스 정합점을 찾기 위하여 접어진 부분의 종단의 일부 또는 전체를 서로 단락하여 급전하거나 단락하지 않고 급전하고 있다.(도8b는 전체를 단락하는 구조이고, 도7b는 단락하지 않은 구조이다. 그 외의 구조는 급전 부분에서 일측이 단락되는 구조이다.) 또한 상면 금속도체와 중간면 금속도체를 다수의 비아홀(Via Hole)을 사용하여 전기적 단락을 유도한다. 이를 통해, 하나의 안테나에 사용자가 원하는 두개 이상의 주파수 대역에서 가변적인 사용이 가능하고, 이동 통신 기기의 적용을 위한 적층 구조는 안테나를 소형화시킨다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 적층 구조의 다중 대역 안테나의 사시도이다. 도1에 도시된 바와같이, 본 발명의 적층 구조 다중 대역 안테나는 PCB(100), 중간면 안테나(200), 상면 안테나(300), 급전용 금속도체(400), 접지용 금속도체(500), 다수의 단락용 금속도체(600) 등으로 구성된다.

PCB(100)의 일측 상면에 소정 간격이 이격되어 중간면 안테나(200) 및 상면 안테나(300)가 구비되어 있다. 중간면 안테나(200) 및 상면 안테나(300)는 U-형상의 슬롯이 형성된 안테나이다. 도1은 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300) 사이는 고체(solid) 형태의 유전체가 삽입되어 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)를 지지하는 구조를 예시하고 있다. 이 경우, 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)는 도1에서 전후방과 측면이 연결되지 않는 적층 구조로 형성된다. 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)가 연결되지 않는 구조를 가지므로, 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300) 사이에는 다수의 단락용 금속도체(600)가 구비되어 있다. 단락용 금속도체(600)는 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)를 지지하는 역할을 병행하는 것으로, 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)의 슬롯에 의하여 결정되는 안테나의 모양에 따라 그 숫자가 달라질 수 있다. 본 발명에서, 단락용 금속도체(600)는 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300) 사이에 존재하는 유전체를 상하로 관통하여 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)를 연결하는 8개의 단락용 금속도체(610,620,630,640,650,660,670,680)가 구비되어 있다.

한편, 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300) 사이를 공기층으로 구성할 수있는 데, 이 경우 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)는 도1에서 상면 안테나(300)의 전후방 측면에서 접어 중간면 안테나(200)에 연결되는 전후방 측면 안테나(미도시)가 더 구비되는 적층 구조로 형성되거나, 상면 안테나(300)의 전후, 좌우에서 접어 중간면 안테나(200)에 연결되는 전후, 좌우측 안테나(미도시)가 더 구비되는 적층 구조로 형성된다. 이 구조에서는 전후방, 좌우측 안테나에 의하여 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)가 단락 및 지지되고 있으므로, 별도의 단락용 금속도체는 구비되지 않을 수 있다.

급전 및 접지는 급전용 금속도체(400)와 접지용 금속도체(500)에 의하여 이루어진다. 급전구조는 CPW(Co-Planar Waveguide) 또는 마이크로스트립 라인(Microstrip line)이며 이를 PCB(100)에 형성시켜 RF 모듈에서 직접 공급되는 신호선과 전기적으로 단락되는 급전부 금속판(130) 및 급전용 금속도체(400)를 중간면 안테나(200)에 단락시켜 급전하고 있다. 급전용 금속도체(400)는 중간면 안테나(200)의 일측을 원통 모양으로 관통하고 원통 내면에 도전성 금속이 도포되는 비아홀(Via Hole)에 삽입되어 연결된다. 접지용 금속도체(500)도 급전용 금속도체(400)와 유사한 구조이다.

또한, 안테나의 급전 부분과 접지 부분의 연결은 중간면 안테나에서 급전용 금속도체(400)와 접지용 금속도체(500)가 연결되는 부분의 전방과 후방의 단락에 의하여 달성되고 있다. 여기서, 전방과 후방에서 단락된 금속도체 부분 중 하나의 금속도체는 선택적으로 제거하여도 안테나의 특성에는 변화가 거의 없으며, 중간면 안테나의 전후방 부분을 단락시키지 않고 상면 안테나(300)에서 전방 또는 후방을단락시켜도 무방하다. 여기서, 중간면 안테나(200)에서 전후방 단락용 금속도체의 폭을 넓히면 입력 임피던스의 용량성 성분(Capacitive Component)을 감소시켜 공진 특성을 향상시키지만 대역폭은 줄어든다. 그리고, 급전용 금속도체(400)과 접지용 금속도체(500) 사이의 금속도체 길이값(안테나 급전 부분과 접지 부분 사이의 이격 거리가 금속 패턴에 의해 전기적으로 유도성의 값을 가질 때)이 감소되어도 중간면 안테나(200)의 전후방 단락용 금속도체의 폭을 넓히는 것과 동일한 현상이 발생한다. 이와같이, 본 발명은 안테나의 급전 구조를 사용 환경에 따라 변경시킬 수 있다.

도2는 본 발명에 따른 적층 구조 다중 대역 안테나의 정면도이다. 도2에서 알 수 있듯이, PCB(100)의 평면에서 이격되어 구비되는 중간면 안테나(200)는 급전용 금속도체(400)와 접지용 금속도체(500)에 의하여 급전 및 접지가 이루어지고, 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)는 단락용 금속도체(620,640,660,670,680)에 의하여 단락 및 지지되고 있다. 여기서, 단락용 금속도체(670,680)는 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)의 사이에 구비되는 것인 데, 각각의 아래에 구비되는 급전용 안테나(400)와 접지용 안테나(500)의 연장부로 형성될 수도 있다. 한편, 중간면 안테나(200)와 상면 안테나(300)의 사이에는 고체 형태의 유전체(700)가 삽입된다.

도3은 본 발명에 사용되는 PCB의 상면 및 하면을 도시하고 있다. 도3에 도시된 바와같이, PCB(100)는 안테나의 위치에 급전용 금속도체(400)와 접지용 금속도체(500)가 각각 연결되는 급전부 금속판(130)과 접지부 금속판(140)가 구비되어 있다. PCB(100)의 상면(110)과 하면(120)에는 금속이 도포되어 접지용으로 사용되고 있다. 일반적인 내장형 안테나의 설계시에는 안테나가 위치하는 주변의 접지 부분 금속도체를 제거하고 설계가 되지만, 본 발명의 안테나는 접지 부분의 금속도체를 제거하지 않는다. 접지부분의 금속도체를 제거하지 않음으로써, 안테나와 PCB 상면(110)의 금속도체 사이에 마이크 잭이나 이어폰 잭과 같은 회로소자가 설계되어질 수 있는 공간을 확보 할 수 있다. 또한, PCB 상면의 금속도체(110)를 반사판으로 사용함으로써 안테나 효율의 상승과 인체 부분에 미치는 전자파 흡수율을 감소시킨다.

도4a 및 도4b는 본 발명에 따른 안테나의 방사패치의 형태를 도시하고 있다. 도4a는 상면 안테나(300)의 평면도로서, U-형상 슬롯이 형성된 방사패치이다. 상면 안테나(300)에는 단락용 금속도체가 결합되는 다수의 비아홀 또는 상부측이 폐쇄된 홈이 다수 형성되어 있다.

도4b는 중간면 안테나(200)의 평면도로서, U-형상 슬롯이 형성된 방사패치이다. 중간면 안테나(200)에는 단락용 금속도체가 결합되는 다수의 비아홀 또는 하부측이 폐쇄된 홈이 다수 형성되어 있다. 여기서, 급전용 금속도체와 접지용 금속도체가 결합되는 방사패치의 부분을 보면, 전후 방향에서 직접 단락되어 있다.

도5는 본 발명에 따른 안테나의 방사패치의 전개도이다. 도5에 도시된 바와같이, 간격 D1은 비아홀로 상면 안테나와 중간면 안테나 사이의 전기적 단락을 유도하는 부분이며, 직육면체의 유전체가 적용되는 경우에는 유전체의 두께가 된다. 간격 D2는 상면 안테나를 구성하는 금속 도체이고, 간격 D3와 D4는 중간면 안테나의 금속 도체이다. 결합홈(210, 220)은 중간면 안테나(200)에서 급전용 금속도체 및 접지용 금속도체에 결합되는 부분으로서, U-형상 슬롯(U-Shaped Slot) 패치 안테나의 급전 부분의 패치가 전기적으로 단락되어 있다.

도5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 안테나는 다중 대역 공진을 유도하기 위하여 U-형상 슬롯(U-Shaped Slot) 패치 안테나의 구조를 응용하고 있으며, 사용 주파수 대역에서의 파장 길이를 증가 시키고 특성을 향상시키기 위하여 안테나의 소형화와 특성이 좋은 임피던스 정합점을 찾기 위하여 안테나의 앞뒤 좌우 부분을 접어 적층하고 있다. 그리고, 더욱 개선된 임피던스 정합점을 찾기 위하여 안테나 앞뒤 부분을 접어 적층 구조를 형성한 구조에서 접어 내려진 금속도체의 종단을 서로 전기적으로 단락시키고 있다. 또한, 본 발명의 안테나는 U-형상 슬롯 패치 안테나 구조의 급전점과 접지 부분의 위치에서 차이가 있고, 전체적인 크기도 1/3 정도 이하로 소형화되어 있다.

한편, 본 발명은 비아홀을 이용하고 있는 데, 이동 통신 서비스의 적용을 위해 안테나 상면 및 중간면을 원통 모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀로 상면 안테나의 금속 도체와 중간면 안테나의 금속도체를 전기적으로 단락시키고 있다. 하지만, 본 발명에서 제시하고 있는 비아홀을 이용한 구조는 안테나 설계시 안테나가 직육면체 유전체 (solid 형태)를 가졌을 때 적용하는 방법이며, 상면 안테나와 중간면 안테나의 사이가 공기층으로 형성되는 경우에는 비아홀을 이용한 방법이 아닌 상면 안테나와 중간면 안테나를 단순히 전기적으로 단락해도 무방하다. 또한, 비아홀은 상면 안테나와 중간면 안테나의 전기적 단락 이 목적이므로, 원형이 아닌 반원 형태를 사용해도 무방하다.

도5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 안테나는 사용 용도에 따라 다양하게 구조를 변경하여, 하나의 안테나에 서로 다른 파장으로 구성된 다중 채널 정보를 동시에 전송할 수 있는 멀티플렉싱(Multiplexing) 서비스를 제공하는 구조를 가질 수 있다.

또한, 일반적으로 내장형 안테나의 경우 설계와 제작에서 발생하는 오차로 인하여 공진주파수가 원하는 점에 일치하는 경우가 흔하지 않다. 따라서, 공진주파수를 원하는 주파수로 맞추기 위해 튜닝(tuning) 이라는 공정을 거치게 된다. 본 발명은 다수의 튜닝 포인트(Tuning Points)를 선정할 수 있는 구조를 가지고 있다.

도6a는 도5의 구조를 갖는 안테나의 특성을 보여주고 있고, 도6b는 도5에서 상면 안테나와 중간면 안테나의 위치를 바꾸었을 때의 안테나 특성을 보여주고 있다. 여기서, 안테나 특성은 Agilent E8357A (300KHz ∼ 6GHz) PNA Series Network Analyzer를 이용하여 측정한 것이다.

상면 안테나와 PCB 상면의 금속도체 사이의 간격이 멀어지면 저주파 대역에서의 공진은 저주파로 이동하게 된다. 하지만, 중간면 안테나와 PCB 상면의 금속도체 사이의 간격이 근접하게 되면 고주파 대역에서의 공진은 저주파로 이동하게 된다. PCB와 안테나의 상면과 중간면의 거리에 따른 공진 주파수 이동은 일반적인 패치 안테나의 공진 유도와 유사한 특성을 보인다. 또한, 상면 안테나와 중간면 안테나 사이의 직육면체 유전체 (solid 형태)나 공기층의 두께가 증가하면 안테나의 공진 특성은 저주파로 이동하게 되며, 유전체일 때 유전율이 높아지면 안테나는 더 작게 설계될 수 있지만 안테나 효율과 방사이득의 특성은 저하된다.

도 4a에서, 간격 H1과 H2는 상면 안테나의 전체적인 크기를 나타내는 것으로, 안테나의 크기가 커지면 안테나의 공진 주파수는 저주파로 이동하게 된다. 그리고 간격 H1의 길이가 늘어나면 공진 주파수는 저주파로 이동하게 되고, 간격 H2의 길이가 증가해도 이와 같은 특성이 일어난다. 그러나, 간격 H1과 H2의 길이 변화에 따른 특성 변화가 비례적으로 일어나지 않을 때, 고주파의 공진 주파수는 분할되어 보다 다중 대역에서의 공진을 유도할 수 있다.

도 4b에서, 금속도체(230)와 금속도체(240)는 1 GHz 이하의 대역에서의 공진 특성에 민감하게 반응하는 데, 금속도체(230)와 금속도체(240)의 폭이 가늘어지면 1GHz 이하의 대역에서의 공진 특성은 저주파로 이동하게 되고, 그 폭이 두꺼워지면 이와는 상반되는 특성이 유도된다.

도4b에서, 안테나의 급전 부분과 접지 부분의 연결은 중간면 안테나의 금속 도체(250)와 금속도체(260)을 이용하고 있다. 금속도체(250)과 금속도체(260) 중에서 하나의 금속 도체는 선택적으로 제거하여도 특성 변화에는 영향이 없다. 또한, 중간면 안테나의 금속도체(250)와 금속도체(260)를 제거하고, 상면 안테나에 중간면 안테나의 급전 부분과 접지 부분의 연결과 동일하게 구성하여도, 특성의 변화는 거의 없다. 다만, 중간면 안테나의 금속도체(250)와 금속도체(260)의 폭을 넓히게 되면 입력 임피던스의 용량성 성분(Capacitive Component)을 감소시켜 공진 특성을 향상시키지만 대역폭은 줄어든다. 그리고, 급전용 금속도체(400)와 접지용 금속도체(500) 사이의 금속도체 길이가 감소하게 되어도(안테나 급전 부분과 접지 부분 사이의 이격 거리가 금속 패턴에 의해 전기적으로 유도성의 값을 가질 때) 중간면 안테나의 금속도체(250)와 금속도체(260)의 폭을 넓히는 것과 동일한 현상이 발생한다. 이와같이, 안테나의 급전 구조는 사용 환경에 따라 변경할 수 있다.

도7a 내지 도7e는 본 발명의 제2실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고 있다.

도7a 내지 도7c에 도시된 바와같이, 제2실시예는 위에서 설명한 제1실시예와 급전점과 접지점의 설계에서 차이가 있다. 한편, 중간면 안테나의 금속도체(250)와 금속도체(260)의 구조에서도 제1실시예와 차이가 있으나 이는 제1실시예에서 이미 설명한 바 있다. 급전점과 접지점의 설계 차이를 보면, 급전부(710)와 같이 중간면 안테나는 급전용 금속도체에 동시에 단락되지 않고 있으며, 급전용 금속도체에서 중간면 안테나의 금속 도체(720)를 통하여 접지용 금속도체로 연결되어 있는 일반적인 역 F형 구조의 입력단으로 되어 있다.

도7d 및 도7e는 제2실시예의 특성 변화를 도시하는 것으로, 도7d는 도7c의구조를 갖는 안테나의 특성을 보여주고 있고, 도7e는 도7c에서 상면 안테나와 중간면 안테나의 위치를 바꾸었을 때의 안테나 특성을 보여주고 있다. 도7d 및 도7e에서 알 수 있듯이, 도7e가 도7d보다 저주파 대역에서 공진 주파수가 저주파로 이동하였고, 고주파 대역에서 공진 주파수는 고주파로 이동하였다.

도8a 내지 도8e는 본 발명의 제3실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고 있다.

도8a 내지 도8c에 도시된 바와같이, 제3실시예는 위에서 설명한 제1실시예와 급전점과 접지점의 설계에서 차이가 있다. 즉, 제1실시예는는 대역폭을 조절하고 특성이 좋은 임피던스 정합점을 찾기 위해 급전점과 접지점 사이의 금속도체에 슬롯을 파고 급전점과 접지점 사이에 슬롯으로 안테나 특성을 조절하고 있지만, 제3실시예는 슬롯이 아닌 일반적인 역F형 구조의 입력단을 구성하여 대역을 조절하고 있다. 또한, 제1실시예가 중간면 금속도체의 결합홈에서 U 형상 슬롯 패치 안테나의 급전 부분의 패치가 전기적으로 단락되는 구조이지만, 제3실시예는 중간면 안테나의 금속도체(810) 및 금속도체(820)를 사용하여 U-형상 슬롯 패치 안테나의 외연 전체를 전기적으로 단락시키는 구조로 되어 있다.

도8d 및 도8e는 제3실시예의 특성 변화를 도시한 것으로, 도8d는 도8c의 구조를 갖는 안테나의 특성을 보여주고 있고, 도8e는 도8c에서 상면 안테나와 중간면 안테나의 위치를 바꾸었을 때의 안테나 특성을 보여주고 있다. 도8d 및 도8e에서알 수 있듯이, 도8e가 도8d보다 저주파 대역에서 공진 주파수가 저주파로 이동하였다.

도9a 내지 도9e는 본 발명의 제4실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고 있다.

도9a 내지 도9c에 도시된 바와같이, 제4실시예는 U-형상 슬롯의 상면 안테나의 중앙에 역으로 U-형상 슬롯(900)이 하나 더 추가되어 있다. U-형상 슬롯(900)의 추가는 이동 통신 서비스의 제공이 가능한 대역에서 공진 주파수를 하나 더 공진시킬 수 있다. 금속도체의 길이(L1,L2)의 감소는 3개의 공진 주파수 중 가운데 공진 주파수를 고주파 대역으로 이동을 유도하고, 금속도체의 길이(L1,L2)의 증가는 역으로 저주파 대역으로 이동을 유도한다.

도9d 및 도9e는 제4실시예의 특성 변화를 도시한 것으로, 도9d는 도9c의 구조를 갖는 안테나의 특성을 보여주고 있고, 도9e는 도9c에서 상면 안테나와 중간면 안테나의 위치를 바꾸었을 때의 안테나 특성을 보여주고 있다. 도9d 및 도9e에서 알 수 있듯이, 도9e가 도9d보다 저주파 대역에서 공진 주파수가 저주파로 이동하였고, 두 개의 고주파 대역에서의 공진 주파수는 고주파로 이동하였으며, 저주파 대역에서 공진 주파수는 저주파 대역으로 이동하였다.

도10a 내지 도10e는 본 발명의 제5실시예에 대한 상면 안테나 및 중간면 안테나의 평면도, 전개도, 특성 변화를 도시하고 있다.

도10a 내지 도10c에 도시된 바와같이, 제5실시예는 제4실시예의 안테나에서 역 U 형상 슬롯을 크게 설계하기 위하여 상면 안테나뿐만 아니라 중간면 안테나까지 이용하고 있다. 상면 안테나와 중간면 안테나를 전기적으로 단락하기 위하여 상면 및 중간면 안테나를 원통모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 다수의 비아홀(1010 ∼1080)이 추가적으로 구비되어 있다.

도10d 및 도10e는 제5실시예의 특성 변화를 도시한 것으로, 도10d는 도10c의 구조를 갖는 안테나의 특성을 보여주고 있고, 도10e는 도10c에서 상면 안테나와 중간면 안테나의 위치를 바꾸었을 때의 안테나 특성을 보여주고 있다. 도10d 및 도10e에서 알 수 있듯이, 도10e가 도10d보다 저주파 대역에서 공진 특성이 좋으며, 가운데 공진 주파수에 대한 공진 주파수 이동을 보면 도10d보다 도10e가 저주파에서 공진이 일어나며 고주파 대역에서의 공진은 반대로 도10d가 도10e보다 저주파 대역에서의 공진을 유도한다.

도11a 내지 도11c에 도시된 바와같이, 제4실시예의 안테나는 U 형상 슬롯의 상면 안테나 중앙에 역으로 U 형상 슬롯을 하나 더 설계하여 추가하였지만, 제6실시예는 상면 안테나 뿐만 아니라 안테나 앞과 뒤의 면을 이용한 역 U 형상 슬롯(1100)을 추가되어 있다. 또한, 안테나의 앞과 뒤의 면을 활용하고 상면 안테나와 중간면 안테나를 전기적으로 단락하기 위하여 상면 안테나와 중간면 안테나를원통모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 다수의 비아홀(1110∼1140)이 추가되어 있다.

도11d 및 도11e는 제6실시예의 특성 변화를 도시한 것으로, 도11d는 도11c의 구조를 갖는 안테나의 특성을 보여주고 있고, 도11e는 도11c에서 상면 안테나와 중간면 안테나의 위치를 바꾸었을 때의 안테나 특성을 보여주고 있다.

이상의 여러 구조를 갖는 본 발명의 안테나에 의하면, 이동 통신 기기의 소형화 추세에 부응하는 형태를 갖는 안테나를 제공할 수 있고, 또한 하나의 안테나를 통해 서로 다른 파장으로 구성된 다중 채널 정보를 동시에 송수신할 수 있는 멀티플렉싱(Multiplexing) 서비스에 부합하는 안테나를 제공할 수 있다.

본 발명의 안테나는 기본적으로 2개 이상의 공진 대역을 가지고 있으며, 다양한 튜닝 포인트를 가지고 있어서 필요한 사용 주파수 대역에서의 선택적 사용이 가능하다. 또한, 각각의 공진 대역에서의 성능이 좋고 방사 패턴도 옴니(omni-direction)하다.

Claims

이동통신 서비스용 통신 기기에 사용되는 안테나에 있어서,

접지부 및 급전부를 구비한 PCB;

상기 PCB 상면에 소정 간격으로 이격되어 설치되며, U 형상 슬롯에 의하여 형성되는 소정 패턴을 갖는 금속도체로 이루어지는 상면 안테나;

상기 상면 안테나와 상기 PCB 사이에서 상기 상면 안테나와 평행하게 위치하며, U 형상 슬롯에 의하여 형성되는 소정 패턴을 갖는 금속도체로 이루어지는 중간면 안테나;

일측은 상기 PCB의 급전부에 연결되고, 타측은 상기 중간면 안테나의 일측에 연결되는 급전용 금속도체;

일측은 상기 PCB의 접지부에 연결되고, 타측은 상기 중간면 안테나의 일측에 연결되는 접지용 금속도체; 및

상기 상면 안테나와 상기 중간면 안테나 사이에서 상기 상면 안테나와 상기 중간면 안테나를 단락시키는 단락용 금속도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제1항에 있어서, 상기 단락용 금속도체는

상기 상면 안테나에 형성되는 다수의 비아홀과 상기 중간면 안테나에 형성된 다수의 비아홀에 각각 삽입되어 상기 상면 안테나와 상기 중간면 안테나를 단락시키는 하나 이상의 단락용 금속도체이고, 상기 상면 안테나와 상기 중간면 안테나 사이에는 고체 형태의 유전체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제1항에 있어서, 상기 단락용 금속도체는

상기 상면 안테나의 전후 단부 또는 좌우 단부에서 하방으로 접어져 상기 중간면 안테나의 전후 단부 또는 좌우 단부에서 각각 단락되는 전후 단락 도체 또는 좌우 단락 도체이고, 상기 상면 안테나와 상기 중간면 안테나 사이는 공기층인 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 중간면 안테나는

상기 급전용 금속도체 및 상기 접지용 금속도체를 중심으로 좌우로 분리되고, 분리된 중간면 안테나를 결합하여 중간면 안테나를 형성할 때 분리된 부분 중 결합되어 단락되는 양측 단부의 길이를 조절하여 임피던스 정합점을 조정하는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제4항에 있어서, 상기 중간면 안테나에서

상기 급전용 금속도체가 연결되는 부분과 상기 접지용 금속도체가 연결되는 부분은 상기 급전용 금속도체와 상기 접지용 금속도체 사이의 중간면 안테나에 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯의 전방 또는 후방에서 상기 중간면 안테나가 소정 폭으로 단락되는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제5항에 있어서,

상기 상면 안테나 또는 상기 중간면 안테나에 역으로 U 형상 슬롯을 추가하여 다중 대역에서의 공진을 유도하거나 고주파 대역의 공진을 저주파 대역으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제5항에 있어서, 상기 상면 안테나는

중앙부에 H 형 슬롯이 추가 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제5항에 있어서, 상기 중간면 안테나는

급전용 금속도체에 연결되며 상대적으로 폭이 넓게 형성되는 제1 금속도체, 상기 제1 금속도체에 연결되며 폭이 상기 제1금속도체보다 작게 형성되는 제2 금속도체, 그리고 상기 제2 금속도체에 연결되며 폭이 상기 제2 금속도체보다 크게 형성되는 제3 금속도체로 구성되어, 저주파 대역에서의 공진을 유도하는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제5항에 있어서, 상기 중간면 안테나는

급전용 금속도체에 연결되며 상대적으로 폭이 좁게 형성되는 제1 금속도체,상기 제1 금속도체에 연결되며 폭이 상기 제1금속도체보다 크게 형성되는 제2 금속도체, 그리고 상기 제2 금속도체에 연결되며 폭이 상기 제2 금속도체보다 좁게 형성되는 제3 금속도체로 구성되어, 저주파 대역에서의 공진을 유도하는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.
제5항에 있어서, 상기 급전용 금속도체는

상기 상면 안테나와 상기 중간면 안테나에 연결되어, 상기 상면 안테나와 상기 중간면 안테나에 동시에 급전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층 구조의 다중 대역 안테나.