KR101077139B1 - 자성 유전체 블럭을 이용한 초단파용 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

개시된 초단파용 내장형 안테나는 하면이 평탄한 블럭 형상으로 형성되고, 상기 블럭 하면의 양단에는 각각 실장 패드가 구비되며, 상기 블럭의 둘레를 감싸는 제1 방사체패턴이 형성된 자성 유전체 블럭; 및 상면에는 상기 실장 패드가 접합되는 두 개의 솔더링 패드가 형성되고, 하면에는 상기 솔더링 패드에 접합되어 실장된 상기 자성 유전체 블럭의 외곽선을 따르는 형상의 제2 방사체패턴이 형성된 인쇄회로기판;을 포함하여 이루어지고, 이러한 본 발명은 이동통신 단말기에 적용되어도 단말기의 소형화를 저해하지 않으며, FM 라디오 수신이 가능한 초단파용 내장형 안테나를 제공하는 것이 가능하다.

초단파, 내장형 안테나, 자성 유전체 블럭, 방사체패턴, 커플링, 리턴 로스

Description

자성 유전체 블럭을 이용한 초단파용 내장형 안테나{Embeded VHF antenna with magneto-dielectric block}

본 발명은 초단파용 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동통신 단말기에 적용되어도 단말기의 소형화를 저해하지 않으며, FM 라디오 수신이 가능한 초단파용 내장형 안테나에 관한 것이다.

이동통신 단말기는 항상 소지하고 다니는 휴대기기로서의 특성이 강하기 때문에, 근래에는 소비자들의 요구에 맞춰 전화를 걸고 받을 수 있는 본래의 기능을 넘어선 다른 여러 가지 부가 기능, 예를 들면 카메라 기능이나 DMB 기능, MP3 기능, 동영상 플레이어 기능, FM 라디오 기능, 블루투스 기능 등을 갖추어 다양한 컨텐츠의 제공이 가능한 복합 멀티미디어 기기로 진화해 가고 있다. 즉 사용자는 이동통신 단말기라는 하나의 단말기를 통해 영화를 보고, 음악을 듣고, 통신하다가 필요할 때에는 음성통화도 하는 등 사용자가 이동통신 단말기를 휴대하고 사용하는 시간은 점차 늘어만 가고 있다.

이러한 이동통신 단말기에서 필수적으로 필요한 부품 중의 하나가 안테나인데, 안테나의 물리적 사이즈는 사용대역의 주파수와 밀접한 관계가 있다. 즉 주파 수 파장의 길이가 길수록 안테나의 크기도 커져야 하는 관계를 가진다. VHF 대역을 사용하는 FM 라디오의 경우 87.5㎒∼108㎒ 대역을 사용하는데, 이 경우 자유공간 내 파장이 306㎝에 이른다. 따라서 안테나의 최소 길이인 1/4 파장의 길이를 갖는 FM 안테나는 76㎝ 정도의 길이에 이르기 때문에, 특별한 구성을 채택하지 않는 이상 이동통신 단말기로의 내장은 불가능하다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로는, 이동통신 단말기로 FM 방송을 청취할 경우 이어폰을 사용한다는 점에 착안하여 이어폰의 선을 안테나로 이용하거나, 또는 흔히 볼 수 있는 다이폴(dipole) 안테나를 외장으로 연결하는 방법이 있다. 그러나 외장식 다이폴 안테나 방식은 휴대성이 중요한 이동통신 단말기에 FM 안테나를 별도로 휴대해야 하는 불편함을 주며, 최근에 널리 사용되는 블루투스 무선방식의 이동통신 단말기는 이어폰에 케이블이 없기 때문에 FM 라디오 방송을 청취하기 위해서는 별도의 유선 이어폰을 활용해야 한다는 번거로움 있다.

또한 안테나의 소형화를 위해 사용되는 종래기술인 고유전율의 세라믹 안테나는 유전율이 높을수록 대역폭이 좁아지는 문제가 있어 FM 대역의 안테나를 구현할 수 없다는 한계를 가진다.

결국 위와 같은 문제점으로 인해, 이동통신 단말기에 적용되어도 단말기의 소형화를 저해하지 않으며, FM 라디오 수신이 가능한 초단파용 내장형 안테나의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 앞서 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이동통신 단말기에 적용되어도 단말기의 소형화를 저해하지 않으며, FM 라디오 수신이 가능한 초단파용 내장형 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 FM 대역의 수신이 가능한 내장형 안테나를 제공함에 있어서, 안테나의 공진 주파수를 저주파 대역으로 이동시키는 동시에 높은 리턴 로스를 가져 매칭 성능이 우수한 초단파용 내장형 안테나를 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명에 따른 초단파용 내장형 안테나는, 하면이 평탄한 블럭 형상으로 형성되고, 상기 블럭 하면의 양단에는 각각 실장 패드가 구비되며, 상기 블럭의 둘레를 감싸는 제1 방사체패턴이 형성된 자성 유전체 블럭; 및 상면에는 상기 실장 패드가 접합되는 두 개의 솔더링 패드가 형성되고, 하면에는 상기 솔더링 패드에 접합되어 실장된 상기 자성 유전체 블럭의 외곽선을 따르는 형상의 제2 방사체패턴이 형성된 인쇄회로기판;을 포함한다.

이때 상기 자성 유전체 블럭의 투자율은 유전율의 1.5∼4.0 배 범위에 있는 것이 바람직하다.

그리고 바람직하게는 상기 제2 방사체패턴은 폐곡선을 이루는 패턴으로 구성된다.

또한 상기 제2 방사체패턴은 상기 솔더링 패드의 위치에 대응하는 양변 중의 어느 한 변이 개방되어 있는 ㄷ자 형상을 가질 수도 있다.

한편 본 발명의 실시예에서, 상기 두 개의 솔더링 패드 중 어느 하나의 솔더링 패드는 안테나 입력 라인을 형성한다.

이때 상기 안테나 입력 라인은 CPWG(CoPlanar Waveguide with Ground-plane) 라인인 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 인쇄회로기판은 경성 인쇄회로기판 또는 연성 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 초단파용 내장형 안테나는 자성 유전체 블럭에 형성된 제1 방사체패턴 및 인쇄회로기판의 두께만큼 제1 방사체패턴과 이격된 제2 방사체패턴의 커플링에 의하여 안테나의 공진 주파수가 FM 대역의 수신이 가능한 저주파 대역으로 이동될 뿐만 아니라 이동통신 단말기에 내장될 수 있을 정도의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

또한 제2 방사체패턴의 형상을 그 내부가 비어있는 사각 링의 형상 또는 ㄷ자 형상을 갖도록 하여 리턴 로스를 크게 증대시킴으로써 안테나의 매칭 성능이 향상된다는 장점을 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

한편 본 발명의 일 실시예를 설명하며 사용된 전후, 좌우, 상하 등의 상대적인 위치를 정의하는 용어는 첨부된 도면을 기준으로 한다. 다만 이러한 상대적인 위치의 정의는 발명의 본질적인 부분에는 변경이 없이 이와 동등한 배치로 변경될 수도 있음을 유념해야 한다.

도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초단파용 내장형 안테나(10)는 직육면체의 형상을 갖는 자성 유전체 블럭(100) 및 자성 유전체 블럭(100)이 실장되는 인쇄회로기판(200)을 포함한다.

도 2를 참조하여 자성 유전체 블럭(100)의 구성을 보다 상세히 설명하면, 하면이 평탄한 블럭, 예를 든다면 직육면체 형상을 갖는 블럭 하면의 양단에는 각각 실장 패드(110)가 구비되고, 자성 유전체 블럭(100)의 둘레를 감싸도록 제1 방사체패턴(120)이 형성된다. 여기서 자성 유전체 블럭(100)은 투자율이 유전율보다 큰 유전체 블럭을 말하는데, 이에 따라 종래의 고유전율의 유전체를 사용했을 때보다 넓은 대역폭을 구현할 수 있게 된다. 자성 유전체 블럭(100)의 투자율과 유전율의 값은 유전율에 따른 안테나의 소형화와 투자율에 따른 넓은 대역폭의 구현이라는 양 측면을 고려할 때, 투자율이 유전율의 1.5∼4.0 배 범위에 있도록 설정하는 것 이 바람직하다.

그리고 자성 유전체 블럭(100)이 실장되는 인쇄회로기판(200)은, 그 상면에는 자성 유전체 블럭(100)의 하면에 형성된 실장 패드(110)가 납땜으로 접합되는 두 개의 솔더링 패드(210)가 형성되고, 그 하면에는 솔더링 패드(210)에 접합되어 실장된 자성 유전체 블럭의(100) 외곽선을 따르는 제2 방사체패턴(220)이 형성되어 있다. 따라서 제2 방사체패턴(220)은 인쇄회로기판(200)의 두께만큼 제1 방사체패턴(120)으로부터 이격되어 커플링되는데, 제2 방사체패턴(220)의 면적과 길이만큼 공진주파수가 내려가기 때문에 FM 안테나로서 기능하는 것이 가능해진다. 여기서 인쇄회로기판(200)은 경성 인쇄회로기판 또는 연성 인쇄회로기판으로 구성된다.

도 4는 유전율은 약 7.2이고 투자율은 약 13.5인 자성 유전체 블럭(100)에 제1 방사체패턴(120)을 형성하되 인쇄회로기판(200)의 하면에는 제2 방사체패턴(220)을 형성하지 않은 경우의 주파수 특성을 보여주는데, 이를 제2 방사체패턴(220)이 형성된 경우의 주파수 특성을 보여주는 도 5와 비교해보면 본 발명이 FM 안테나로서 적합한 특성을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 즉 제2 방사체패턴(220)이 없는 경우에는 공진주파수가 121㎒로서 FM 대역에서 벗어나 있음에 비하여, 제2 방사체패턴(220)이 형성되어 있는 본 발명은 공진주파수가 하향되어 97.4㎒의 값을 갖는다. 따라서 제2 방사체패턴(220)이 포함된 본 발명은 FM 안테나로서 기능하게 된다.

한편 제2 방사체패턴(220)의 형상이나 크기 등은 공진주파수의 하향에 관계가 있는 것은 물론 안테나의 매칭에도 영향을 미친다. 안테나의 매칭이 잘 이루어 졌는지는 리턴 로스(return loss, 반사 손실)에 의하여 평가할 수 있다. 리턴 로스는 어떤 연결단에서 임피던스 차에 의해 발생하는 반사량을 입력전압 대 반사전압 비로 계산한 지표인 반사계수를 전력의 로그 스케일(㏈)로 변환한 값을 말하는 것인데, 리턴 로스의 값이 클수록 반사가 작아 안테나의 매칭이 잘 되었다는 것을 의미한다. 도 5에 도시된 그래프를 다시 참조하면, 장방형의 제2 방사체패턴(220)이 형성된 경우 공진주파수에서의 리턴 로스는 -6.7㏈ 정도 수준을 보여 안테나로서의 효율이 우수한 편은 아님을 알 수 있다. 즉 투자율이 유전율보다 큰 자성 유전체 블럭(100)을 적용하여 넓은 대역폭을 구현하고, 더 나아가 제2 방사체패턴(220)의 형성에 의하여 공진주파수의 하향을 유도해 FM 안테나로서의 기본적인 조건은 만족시켰으나, 아직 FM 안테나의 효율 측면에서는 좀 더 개선할 부분이 있다고 볼 수 있다.

도 6은 제2 방사체패턴(220)을 폐곡선을 이루는 패턴, 예를 들면 사각 링의 형상으로 형성함으로써 FM 안테나로서의 효율을 향상시킨 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다. 폐곡선을 이루는 링 형상의 제2 방사체패턴(220)을 적용한 경우에 공진주파수는 97.65㎒로서 역시 FM 대역에 있고, 리턴 로스는 -27.7㏈를 보여 장방형의 제2 방사체패턴(220)의 경우보다 약 21㏈의 효율 향상이 이루어졌음을 확인할 수 있다. 이러한 폐곡선을 이루는 링 형상의 제2 방사체패턴(220)은 매칭과정에서 다소 변형될 수 있는데, 예를 든다면 도 3b에 도시된 것과 같이 솔더링 패드(210)의 위치에 대응하는 양변 중의 어느 한 변이 개방되어 있는 ㄷ자 형상의 제2 방사체패턴(220)을 적용하는 것도 가능하다.

한편 본 발명의 실시예에서, 두 개의 솔더링 패드(210) 중 어느 하나의 솔더링 패드(210)는 안테나 입력 라인(230)을 형성한다. 이때 상기 안테나 입력 라인(230)은 CPWG(CoPlanar Waveguide with Ground-plane) 라인인 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 초단파용 내장형 안테나의 전체적인 모습을 보여주는 사시도.

도 2는 자성 유전체 블럭 및 이에 형성된 제1 방사체패턴의 상세한 모습을 보여주는 도면.

도 3a는 솔더링 패드가 형성된 인쇄회로기판의 상면을 보여주는 도면.

도 3b는 제2 방사체패턴이 형성된 인쇄회로기판의 하면을 보여주는 도면.

도 4는 제2 방사체패턴이 없는 경우의 공진주파수와 리턴 로스를 보여주는 그래프.

도 5는 장방형의 제2 방사체패턴이 형성된 경우의 공진주파수와 리턴 로스를 보여주는 그래프.

도 6은 사각 링 형상의 제2 방사체패턴이 형성된 경우의 공진주파수와 리턴 로스를 보여주는 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 초단파용 내장형 안테나

100 : 자성 유전체 블럭 110 : 실장 패드

120 : 제1 방사체패턴 200 : 인쇄회로기판

210 : 솔더링 패드 220 : 제2 방사체패턴

230 : 안테나 입력 라인

Claims (7)

1. 하면이 평탄한 블럭 형상으로 형성되고, 상기 블럭 하면의 양단에는 각각 실장 패드가 구비되며, 상기 블럭의 둘레를 감싸는 제1 방사체패턴이 형성된 자성 유전체 블럭; 및

   상면에는 상기 실장 패드가 접합되는 두 개의 솔더링 패드가 형성되고, 하면에는 상기 솔더링 패드에 접합되어 실장된 상기 자성 유전체 블럭의 외곽선을 따르는 형상의 제2 방사체패턴이 형성된 인쇄회로기판;

   을 포함하되,

   상기 제2 방사체패턴은 폐곡선을 이루는 패턴인 것을 특징으로 하는 초단파용 내장형 안테나.
2. 하면이 평탄한 블럭 형상으로 형성되고, 상기 블럭 하면의 양단에는 각각 실장 패드가 구비되며, 상기 블럭의 둘레를 감싸는 제1 방사체패턴이 형성된 자성 유전체 블럭; 및

   상면에는 상기 실장 패드가 접합되는 두 개의 솔더링 패드가 형성되고, 하면에는 상기 솔더링 패드에 접합되어 실장된 상기 자성 유전체 블럭의 외곽선을 따르는 형상의 제2 방사체패턴이 형성된 인쇄회로기판;

   을 포함하되,

   상기 제2 방사체패턴은 상기 솔더링 패드의 위치에 대응하는 양변 중의 어느 한 변이 개방되어 있는 ㄷ자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 초단파용 내장형 안테나.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 자성 유전체 블럭의 투자율이 유전율의 1.5∼4.0 배 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초단파용 내장형 안테나.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 개의 솔더링 패드 중 어느 하나의 솔더링 패드는 안테나 입력 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 초단파용 내장형 안테나.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 안테나 입력 라인은 CPWG(CoPlanar Waveguide with Ground-plane) 라인인 것을 특징으로 하는 초단파용 내장형 안테나.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 인쇄회로기판은 경성 인쇄회로기판 또는 연성 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 초단파용 내장형 안테나.

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