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KR100807299B1 - 평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신단말기 - Google Patents

평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신단말기 Download PDF

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Publication number
KR100807299B1
KR100807299B1 KR1020060108580A KR20060108580A KR100807299B1 KR 100807299 B1 KR100807299 B1 KR 100807299B1 KR 1020060108580 A KR1020060108580 A KR 1020060108580A KR 20060108580 A KR20060108580 A KR 20060108580A KR 100807299 B1 KR100807299 B1 KR 100807299B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plate
radiating plate
strip
antenna
ground
Prior art date
Application number
KR1020060108580A
Other languages
English (en)
Inventor
최재훈
정희경
훈 박
홍석진
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020060108580A priority Critical patent/KR100807299B1/ko
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Abstract

평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신 단말기가 개시된다. 접지판은 박판의 도체로 이루어진다. 방사판은 접지판으로부터 이격되어 배치되며, 슬랏에 의해 제1주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제1영역과 제2주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제2영역으로 구분되는 박판의 도체로 이루어진다. 단락 스트립은 일체로 형성되는 제1스트립과 제2스트립이 서로 이격되어 배치되고, 제1스트립 및 제2스트립의 일단부는 각각 접지판 및 방사판과 전기적으로 연결되어 제1스트립과 제2스트립 사이에 리액턴스 성분이 발생된다. 급전수단은 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되어 방사판에 전류를 급전한다. 본 발명에 따르면, 단락 스트립에 의한 임피던스 정합을 통해 고주파 대역에서 광대역 특성을 얻을 수 있고, 수동소자나 능동소자의 직병렬 부착이 용이하여 전체적인 안테나의 크기를 소형화할 수 있으며, 낮은 주파수 대역에서의 공진 특성을 얻을 수 있고, 안테나의 전기적인 부피가 증가되어 높은 이득과 넓은 대역폭을 얻을 수 있다.
평면 인버티드 에프 안테나, 다중 대역, 슬랏, 방사판, 접지판

Description

평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신 단말기{Planar inverted F antenna and mobile communication terminal having the same}
도 1은 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나에 채용되는 방사판의 평면도,
도 4는 다양한 형태의 단락 스트립을 도시한 도면,
도 5는 평면 인버티드 에프 안테나의 방사판에 슬릿을 형성하지 않은 경우, L자형 슬릿을 형성한 경우 및 U자형 슬릿을 형성한 경우에 대한 안테나의 반사 손실 특성을 도시한 그래프,
도 6은 U자형 슬릿이 형성된 방사판과 단락 스트립이 구비된 평면 인버티드 에프 안테나에 스터브와 접힌 복사판이 개별적으로 구비된 경우와 스터브와 접힌 복사판이 모두 구비된 경우에 안테나의 반사 손실 특성을 도시한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나의 접힌 복사판과 급전판 사이의 간격 변화에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나의 단락 스트립의 길이 변 화에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나에 대해 측정된 반사 손실 특성을 도시한 그래프,
도 10a 내지 도 10f는 GSM900, GPS, DCS1800, UMTS, WLAN 및 DMB 주파수 대역의 특정한 주파수에서 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나의 YZ평면과 XZ 평면에서의 방사 패턴을 도시한 도면, 그리고,
도 11은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나가 장착된 이동 통신 단말기의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신 단말기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 대역 주파수의 신호를 송수신할 수 있는 다중 평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신 단말기에 관한 것이다.
아날로그/디지털 통신 기술이 급속하게 발전함에 따라 현재 셀룰러, PCS, GSM 등 상이한 주파수 대역을 이용하는 여러 종류의 이동 통신 서비스가 제공되고 있다. 또한 방송과 통신이 융합된 차세대 이동 통신 서비스인 디지털 멀티미디어 방송(Digital Multimedia Broadcasting: DMB) 서비스의 제공이 현실화되고 있다. 이와 같이 이동 통신 서비스가 다양화되면서 다수의 이동 통신 서비스를 수용할 수 있는 다중 서비스용 단말기의 필요성이 점차 증가되고 있다. 이러한 다중 서비스용 단말기에 있어서 중요한 고려사항 중 하나는 다양한 통신 서비스의 수용과 함께 단말기의 소형화, 경량화 및 저전력화 추세에 부합하여야 한다는 것이다.
이러한 다중 서비스용 단말기에 장착되는 안테나 및 각종 부품들은 기존의 크기 및 전기적 규격을 만족하면서 두개 이상의 주파수 대역에서의 정상적인 동작을 보장하여야 하기 때문에 개발 및 제작에 어려움이 존재한다. 특히 셀룰러(824~894MHz 주파수 대역)와 PCS(1750~1870MHz 주파수 대역)는 중심주파수가 1GHz 정도 떨어져 있으며, 각각의 중심주파수가 서로의 하모닉(Harmonics) 성분에 대해 정수배가 아니기 때문에 기존의 안테나에 정합회로만을 설계하는 것으로는 두 주파수 대역에서 사용하기 어렵다. 또한 소형 안테나는 단말기 외부 면의 최소 면적에 위치해야 하는 특성상 서로 다른 두 가지 형태의 안테나를 장착할 수 없다. 이러한 문제에 대한 해결방안 중의 하나는 평면형 인버티드 에프 안테나(Planar Inverted F Antenna: PIFA)를 기본으로 하는 소형 안테나를 채용하는 것이다.
평면형 인버티드 에프 안테나는 추가적인 정합 회로없이 급전점의 위치 이동을 통해 용이하게 임피던스 정합을 얻을 수 있는 이점이 있다. 또한, 평면형 인버티드 에프 안테나는 수직 편파 및 수평 편파를 동시에 가지므로, 교차 편파 결합(cross-polarization coupling)이 비교적 큰 실내 무선환경에서 평균수신 전력을 향상시키는 장점을 가진다. 또한, 평면형 인버티드 에프 안테나는 높이를 증가시킴으로써 대역폭과 이득의 증가가 가능한 특성이 있어, 높이의 증가에 의해 전체적인 안테나의 크기를 감소시킬 수 있는 이점이 있다. 이러한 평면형 인버티드 에프 안테나와 같은 내장형 안테나는 이동 통신 단말기 내에 내장됨으로써 전체적인 시스 템의 소형화가 가능하고 사용의 불편함을 줄일 수 있으며 저가의 안테나 개발이 가능하다. 하지만, 내장형 안테나는 외장형 안테나에 비해 대역이 좁고 효율이 떨어지는 단점을 가지고 있으며, 이동 통신 단말기의 경우에 단말 자체가 접지면(ground) 조건을 가지게 되므로 단말기 조건에 따라 특성에 많은 영향을 받는다는 단점이 있다.
도 1은 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나(100)는, 접지판(110), 방사판(120), 보조방사판(130), 단락핀(140) 및 급전핀(150)으로 구성된다.
접지판(110)은 형태적, 전기적으로 기준이 되는 구성요소로서, 형태적으로는 안테나 전체의 형태를 규정하고 전기적으로는 접지로서 기능한다. 방사판(120)은 직사각형상을 가지며, 접지판(110)의 상부에 접지판(110)과 평행하게 배치된다. 방사판(120)은 슬랏(122)에 의해 복수개의 영역(124, 126)으로 구획된다. 이러한 슬랏(122)에 의해 안테나(100)가 복수의 주파수 대역을 수용할 수 있다. 또한, 방사판(120)에는 고주파 대역 신호에 대한 임피던스 매칭을 위한 복수개의 스터브(128)가 형성된다. 보조방사판(130)은 방사판(120)의 제1영역(124)과 전기적으로 연결되며, 접지판(110)을 향해 수직하게 꺾어져 있다. 단락핀(140)은 접지판(110)과 방사판(120)을 전기적으로 연결한다. 급전핀(150)은 급전선으로부터 공급된 전류를 방사판(120)에 공급한다.
상기와 같은 구조를 갖는 종래의 평면 인버티드 에프 안테나는 슬랏의 수를 증가시켜 다중 밴드용 안테나를 구현할 수는 있으나, 이 경우 각각의 대역별 공진 주파수의 대역폭이 협소해지며, 주변 환경의 영향을 쉽게 받아 안정된 특성을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 또한, 각각의 주파수 대역별 설계 변수에 따른 주파수 및 임피던스의 영향에 종속적이며, 넓은 공진 주파수 대역폭을 얻기 위해서는 방사판의 면적을 증가시켜야 하므로, 전체적인 안테나 크기가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전체적인 안테나의 크기를 소형화하면서 높은 주파수 대역에서 광대역 특성을 얻어냄과 동시에 안테나의 전기적인 부피의 증가에 의해 이득과 대역폭의 증가를 이룰 수 있는 평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신 단말기를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나는, 박판의 도체로 이루어진 접지판; 상기 접지판으로부터 이격되어 배치되며, 슬랏에 의해 제1주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제1영역과 제2주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제2영역으로 구분되는 박판의 도체로 이루어진 방사판; 일체로 형성되는 제1스트립과 제2스트립이 서로 이격되어 배치되고, 상기 제1스트립 및 제2스트립의 일단부는 각각 상기 접지판 및 상기 방사판과 전기적으로 연결되어 상기 제1스트립과 제2스트립 사이에 리액턴스 성분이 발생되는 단락 스트립; 및 상기 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되어 상기 방사판에 전류를 급전하는 급전수단;을 구비한다.
바람직하게는, 상기 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되고, 상기 방사판과 소정의 각도를 가지도록 배치되는 보조방사판을 더 구비하며, 상기 방사판과 상기 보조방사판은 직사각형상이고, 상기 방사판과 상기 보조 방사판은 90°의 각을 이루면서 연결되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 방사판의 제2영역에는 서로 이격되어 배치되며, 상기 제1영역 쪽으로 돌출되는 복수의 스터브가 형성된다.
바람직하게는, 상기 제1스트립 및 제2스트립은 각각 일방향으로 연장되는 제1연장부와 상기 제1연장부로부터 소정 각도로 꺾어져 연장되는 제2연장부로 이루어지며, 상기 방사판은 직사각형상이고, 상기 제1연장부는 상기 방사판의 단변을 따라 연장되고, 상기 제2연장부는 상기 방사판의 장변을 따라 연장되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제1스트립은 상기 방사판과 이격되도록 배치되어 상기 방사판과의 사이에 리액턴스 성분이 발생되고, 상기 제2스트립은 상기 접지판과 이격되도록 배치되어 상기 접지판과의 사이에 리액턴스 성분이 발생된다.
바람직하게는, 상기 방사판과 상기 접지판은 서로 평행하게 배치되며, 상기 방사판은 상기 접지판의 외측 상부에 위치한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 이동 통신 단말기는, 평면 인버티드 에프 안테나를 구비하며, 상기 평면 인버티드 에프 안테나는, 박판의 도체로 이루어진 접지판; 상기 접지판으로부터 이격되어 배치되며, 슬랏에 의해 제1주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제1영역과 제2주파수 대역 신호 의 이동경로를 형성하는 제2영역으로 구분되는 박판의 도체로 이루어진 방사판; 일체로 형성되는 제1스트립과 제2스트립이 서로 이격되어 배치되고, 상기 제1스트립 및 제2스트립의 일단부는 각각 상기 접지판 및 상기 방사판과 전기적으로 연결되어 상기 제1스트립과 제2스트립 사이에 리액턴스 성분이 발생되는 단락 스트립; 및 상기 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되어 상기 방사판에 전류를 급전하는 급전수단;을 구비한다.
이에 의해, 단락 스트립에 의한 임피던스 정합을 통해 고주파 대역에서 광대역 특성을 얻을 수 있고, 수동소자나 능동소자의 직병렬 부착이 용이하여 전체적인 안테나의 크기를 소형화할 수 있으며, 낮은 주파수 대역에서의 공진 특성을 얻을 수 있고, 안테나의 전기적인 부피가 증가되어 높은 이득과 넓은 대역폭을 얻을 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동통신 단말기의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나에 채용되는 방사판의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나(200)는, 접지판(210), 방사판(220), 단락 스트립(230), 급전판(240) 및 보조 방사판(250)을 구비한다.
접지판(210)은 직사각형상의 박판의 도체로 이루어지며, 형태적, 전기적으로 안테나 전체의 기준이 되는 구성요소로서 전기적인 접지를 제공한다. 접지판(210)의 단변 중에서 방사판(220)과 인접하는 단변에는 단락 스트립(230)과의 접촉을 위해 돌출된 영역(212)이 형성된다. 그리고 접지판(210)의 돌출된 영역(212)에 동축케이블과 같은 전원공급라인이 삽입되는 급전홀(미도시)이 형성된다.
방사판(220)은 박막의 도체로 이루어지며, 신호의 입출력을 위한 복사를 담당한다. 방사판(220)은 접지판(210)의 외측 상부에 접지판(210)과 평행하게 배치된다. 따라서 방사판(220)을 접지판(210)이 위치하는 평면에 투영시켰을 때 방사판(220)의 투영영상과 접지판(210)은 서로 중첩되지 않는다. 이와 같이 방사판(220)을 배치함으로써, 안테나(200)의 전기적인 부피가 증가되어 높은 이득과 넓은 대역폭을 확보할 수 있다. 또한, 접지판(210)과 방사판(220) 사이에 유전체를 삽입하면 안테나(200)의 크기를 보다 축소할 수 있다. 방사판(220)의 형태는 제작의 편의성을 위해 직사각형상인 것이 바람직하나, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형상을 가질 수 있다.
이러한 방사판(220)은 슬랏(222)에 의해 고주파 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제1영역(224)과 저주파 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제2영역(226)으로 구획된다. 이때 방사판(220)의 제1영역(224)에는 단락 스트립(230), 급전판(240) 및 보조 방사판(250)이 연결된다. 또한, 방사판(220)의 제2영역(226)에는 서로 이격되어 배치되며, 제1영역(224) 쪽으로 돌출되는 복수의 스터브(228)가 형성된다. 이러한 스터브(228)는 고주파 대역의 신호에 대해 임피던스 매칭을 향상시킨다.
한편, 방사판에 형성된 슬랏의 크기(즉, 길이와 폭)와 형태는 안테나의 특성을 결정하는 데 중요한 인자이다. 즉, 방사판(220)에 형성된 슬랏(222)에 의해 급전판(240)으로부터 단락 스트립(230)으로의 전류 흐름 또는 그 반대로의 전류 흐름의 형태가 결정되며, 이에 의해 안테나(220)의 대역 특성이 결정된다. 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나(200)의 경우에는 방사판(220)에 U자형의 슬랏(222)을 형성함으로써 이중 대역의 특성을 얻는다. 이러한 U자형 슬랏(222)은 제작의 용이성을 위해 직사각형 모양을 가지는 것이 바람직하나, 이외에도 다양한 형태를 가질 수 있다. 방사판(220)에 형성된 U자형의 슬랏(222)에 의해 방사판(220)이 각각의 영역(224, 226)으로 구획됨으로써, 각각의 영역(224, 226)에서의 전류흐름이 명확해지므로 이중 대역의 특성을 얻을 수 있다. 또한, 방사판에 복수개의 슬릿이 존재하는 경우에 슬랏 간의 간격 역시 특성 결정에 중요한 요소이다.
단락 스트립(230)은 띠형상의 스트립라인으로 이루어지며, 일단부는 접지판(210)과 전기적으로 연결되고 타단부는 방사판(220)과 전기적으로 연결된다. 단락 스트립(230)은 일체로 형성되는 제1스트립(232)과 제2스트립(234)이 공간을 두고 서로 이격되어 배치된다. 이때, 제1스트립(232)은 방사판(220)과 이격되도록 배치되어 방사판(220)과의 사이에 리액턴스 성분이 발생하고, 제2스트립(234)은 접지판(210)과 이격되도록 배치되어 접지판(210)과의 사이에 리액턴스 성분이 발생한다. 나아가, 제1스트립(232) 및 제2스트립(234)은 각각 일방향으로 연장되는 제1연장부(236, 237)와 제1연장부(236, 237)로부터 소정 각도로 꺾어져 연장되는 제2연장부(238, 239)로 이루어진다. 방사판(220)이 직사각형상인 경우에 제1연장부(236, 237)는 방사판(220)의 단변을 따라 연장되고, 제2연장부(238, 239)는 방사판(220)의 장변을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 도 4에는 다양한 형태의 단락 스트립이 도시되어 있다.
종래의 평면 인버티드 에프 안테나(100)는 단락판이나 단락핀을 이용하여 방사판과 접지판을 전기적으로 연결하는 구성을 가지고 있다. 이러한 단락판과 단락핀은 위치변경에 의해서만 임피던스 매칭이 가능하므로, 임피던스 매칭을 위한 별도의 소자를 추가하여야 하는 제작상의 번거로움과 경제적 문제가 따른다. 그러나 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나(200)에 적용되는 단락 스트립(230)은 길이의 조절에 의해 임피던스 매칭이 가능하다는 이점이 있다. 특히, 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나(200)에 적용되는 단락 스트립(230)은 자체에 리액턴스 성분이 발생될 뿐만 아니라 접지판(210)과 방사판(220) 사이에도 리액턴스 성분이 발생됨으로써, 임피던스 매칭을 위한 별도의 소자를 추가할 필요가 없게 된다.
급전판(240)은 방사판(220)의 제1영역(222)과 전기적으로 연결되어 방사판(220)에 전류를 급전한다. 이때, 급전판(240)은 보조 방사판(250)과 동일 평면상에 위치한다. 이러한 급전판(240) 대신에 급전핀 또는 급전선이 채용될 수 있다.
보조 방사판(250)은 박막의 도체판으로 이루어지며, 방사판(220)의 제1영역(222)과 전기적으로 연결된다. 보조 방사판(250) 역시 방사판(220)과 마찬가지로 직사각형상으로 제작되는 것이 바람직하나, 이외에도 다양한 형상을 가질 수 있다. 보조 방사판(250)은 접지판(210) 쪽으로 소정 각도(예를 들면, 90°) 꺾어진 방사판(220)에 연결된다. 이러한 보조 방사판(250)은 방사판(220)의 일측을 연장하여 형성한 후 접지판(210) 쪽으로 꺾음으로써 형성할 수 있다. 이와 같이 보조 방사판(250)을 접지판(210) 쪽으로 꺾음으로써 안테나(200)의 전체 크기를 줄일 수 있다.
한편, 보조 방사판(250)은 급전판(240)과 동일한 평면상에 급전판(240)과 인접하여 배치된다. 이때 보조 방사판(250)의 길이(즉, 방사판(220)과 접하는 변의 길이)를 조절하여 급전판(240)과의 간격을 변화시킴으로써, 급전판(240)과의 커플링 효과를 유도할 수 있다. 이러한 커플링 효과에 의해 U자형 슬랏(222)에 의해 획득된 이중 공진 대역의 주파수를 넓은 대역폭으로 조절할 수 있다. 또한, 보조 방사판(250)의 높이(즉, 방사판(220)과 수직인 변의 길이)를 조절하여 접지판(210)과의 간격의 변화시킴으로써, 접지판(210)과의 커플링 효과를 유도할 수 있다. 또한 보조 방사판(250)과 급전판(240) 사이에 유도된 커플링 효과 및 보조 방사판(250)과 접지판(210) 사이에 유도된 커플링 효과에 의해 보조 방사판(250)과 급전판(240) 사이와 보조 방사판(250)과 접지판(210) 사이에 정전용량이 형성되어 고주파 대역에서의 임피던스 매칭이 향상된다.
도 5는 평면 인버티드 에프 안테나의 방사판에 슬릿을 형성하지 않은 경우, L자형 슬릿을 형성한 경우 및 U자형 슬릿을 형성한 경우에 대한 안테나의 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다. 이때, 슬릿의 유무에 따른 변화를 정확하게 파악하기 위해 방사판에서 단락 스트립, 스터브 및 접힌 복사판을 제거하였다.
도 5를 참조하면, 방사판에 슬릿을 형성하지 않은 경우에는 중주파수 대역에서 공진주파수가 발생하고, L자형 슬릿을 형성한 경우에는 고주파수 대역에서 공진 주파수가 발생하고 중주파수 대역에서 생긴 공진주파수가 슬릿을 없을 경우보다 저주파수 쪽으로 치우친다. 이와 달리, 방사판에 U자형 슬릿을 형성한 경우에는 저주파수 대역과 고주파수 대역에 각각 공진주파수가 발생한다. 이러한 실험결과에 따르면, 방사판에 U자형 슬릿을 형성함으로써 바람직한 공진주파수(900MHz 주파수 대역 및 2.1GHz 주파수 대역)에서 공진 주파수를 얻을 수 있다. 다만, 방사판에 U자형 슬릿이 형성된 경우에도 저주파수 대역의 경우 반사손실계수가 -6dB 이하인 대역이 존재하지 않는 문제가 있다.
도 6은 U자형 슬릿이 형성된 방사판과 단락 스트립이 구비된 평면 인버티드 에프 안테나에 스터브와 접힌 복사판이 개별적으로 구비된 경우와 스터브와 접힌 복사판이 모두 구비된 경우에 안테나의 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 단락 스트립이 구비된 경우에 스터브와 접힌 복사판의 추가에 의해 저주파수 대역에서의 반사손실계수는 커다란 변화가 없으나, 고주파수 대역에서는 광대역화 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한, 스터브만 추가된 경우에는 고주파수 대역에서 하나의 공진주파수가 발생하나, 접힌 복사판이 추가되면 고주파수 대역에서 복수개의 공진주파수가 발생한다. 특히, 스터브와 접힌 복사판이 모두 추가되면 광대역화 특성을 얻으면서 복수개의 공진주파수(즉, 2.1GHz 주파수 대역 및 2.4GHz 주파수 대역)를 얻을 수 있는 이점이 있다. 이러한 실험결과를 토대로 스터브와 접힌 복사판을 선택적으로 추가하여 고주파수 대역에서 광대역화 특성을 가질 수 있도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나의 접힌 복사판과 급전판 사이의 간격 변화에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다. 이때, 접힌 복사판의 길이를 증가시킬수록 접힌 복사판과 급전선 사이의 거리는 짧아진다.
도 7을 참조하면, 접힌 복사판과 급전선 사이의 거리변화는 저주파수 대역에 대해 영향을 주지 않지만, 고주파수 대역에서는 반사손실계수가 -6dB 인 대역에 변화가 있음을 알 수 있다. 이러한 실험결과를 토대로 급전선과 접힌 복사판 사이의 간격을 조절하여 커플링효과를 유도해 안테나가 광대역화 특성을 갖도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나의 단락 스트립의 길이 변화에 따른 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다. 이때 안테나에는 접힌 복사판과 스터브가 구비된 상태이다.
도 8을 참조하면, 단락판의 경우에는 고주파수 영역에서는 복수개의 공진주파수가 발생하나, 저주파수 대역의 반사손실계수가 -3dB로 양호하지 못한 특성을 보인다. 이와 달리, 단락 스트립의 경우에는 저주파수 대역에서는 길이의 변화에 덜 민감하나, 고주파수 대역에서는 길이에 따른 반사 손실 특성의 변화가 심하게 나타난다. 즉, 단락 스트립의 길이를 35.55mm로 설정한 경우에는 1.8GHz 대역의 고주파수 영역에서 광대역화 특성을 보인다. 그러나, 단락 스트립의 길이를 85.55mm로 설정한 경우에는 고주파수 영역에서 복수개의 공진주파수(즉, 1.8GHz 주파수 대역 및 2.7GHz 주파수 대역)가 발생하나, 반사손실계수가 -6dB 이하인 대역이 존재하지 않는다. 이러한 실험결과에 따르면, 단락 스트립의 길이를 조절함으로써 원하는 주파수 대역에서 -6dB 이하의 임피던스 매칭을 얻어낼 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나에 대해 측정된 반사 손실 특성을 도시한 그래프이다.
측정에 사용된 안테나는 U자형 슬랏이 형성된 방사판, 접힌 복사판, 단락 스트립 및 스터브를 구비하며, 동축케이블을 통해 급전되는 구조를 갖는다. 측정에 사용된 안테나의 사양은 다음의 표와 같다.
구성 요소 사양
접지판 장변이 71mm이고, 단변이 40mm인 직사각형 도체판
방사판 장변이 36mm이고, 단변이 16mm인 직사각형 도체판
접지판과 반사판의 거리 6mm
접힌 복사판 장변이 14mm이고, 단변이 5mm이며, 급전선과의 간격이 6mm인 도체판
단락 스트립 총길이가 64mm인 도체띠
도 9를 참조하면, 두개의 주파수 대역에서 반사 손실 계수가 -6dB 이하가 되며, 각각의 주파수 대역은 880~965MHz의 저주파수 대역과 1500~2710MHz의 중·고주파수 대역이다. 저주파수 대역은 GSM900 대역인 880~960MHz 대역을 포함하고, 중·고주파 대역은 GPS 대역인 1574~1577MHz 대역, DCS1800 대역인 1710~1880MHz 대역, UMTS 대역인 1920~2170MHz 대역, WLAN 대역인 2400~2483MHz 대역, 그리고, DMB 대역인 2605~2655MHz 대역을 포함한다. 이러한 측정결과에 따르면, 측정에 사용된 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나는 GSM900, GPS, DCS1800, UMTS, WLAN 및 DMB 주파수 대역에서 안테나의 반사 손실 계수가 -6dB가 되어 상이한 주파수 대역을 통해 제공되는 다양한 통신 서비스를 수용할 수 있는 다중 안테나로서 적합함을 알 수 있다.
도 10a 내지 도 10f는 GSM900, GPS, DCS1800, UMTS, WLAN 및 DMB 주파수 대역의 특정한 주파수에서 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나의 YZ평면과 XZ 평면에서의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10f를 참조하면, 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나는 모노폴 안테나에서 일반적으로 나타나는 방사 패턴과 유사한 방사 패턴을 나타낸다. 즉, 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나는 전방향성의 방사 패턴을 형성하며, GSM900 대역 중 915MHz 대역, GPS 대역 중 1576MHz 대역, DCS1800 대역 중 1785MHz 대역, UMTS 대역 중 2170MHz 대역, WLAN 대역 중 2400MHz 대역, 그리고, DMB 대역 중 2630MHz 대역에서의 안테나 이득은 각각 1.02, 2.7, 5.43, 4.56, 1.52, 2.92 dBi로 양호한 특성을 보인다.
도 11은 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나가 장착된 이동 통신 단말기의 구성을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나(200)는 이동 통신 단말기(300)의 내측 측면에 장착된다. 현재 출시되고 있는 이동 통신 단말기의 두께는 6mm 이상이다. 따라서 평면 인버티드 에프 안테나(200)의 접지판(210)과 방사판(220) 사이의 간격은 6mm로 설정하는 것이 바람직하다. 또한 단락 스트립(230)의 폭은 1mm로 설정하는 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 평면 인버티드 에프 안테나 및 이를 구비한 이동 통신 단말기에 의하면, 자체적으로 리액턴스 성분이 발생되는 단락 스트립을 채용함으로써, 임피던스 정합을 통해 고주파 대역에서 광대역 특성을 얻을 수 있고, 수동소자나 능동소자의 직병렬 부착이 용이하여 전체적인 안테나 및 이동 통신 단말기를 소형화할 수 있다. 또한 단락 스트립을 방사판의 단부에 연결함으로써, 낮은 주파수 대역에서의 공진 특성을 얻을 수 있다. 나아가, 방사판을 접지판의 외측에 위치시킴으로써, 안테나의 전기적인 부피가 증가되어 높은 이득과 넓은 대역폭을 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 박판의 도체로 이루어진 접지판;
    상기 접지판으로부터 이격되어 배치되며, 슬랏에 의해 제1주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제1영역과 제2주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제2영역으로 구분되는 박판의 도체로 이루어진 방사판;
    일체로 형성되는 제1스트립과 제2스트립이 서로 이격되어 배치되고, 상기 제1스트립 및 제2스트립의 일단부는 각각 상기 접지판 및 상기 방사판과 전기적으로 연결되어 상기 제1스트립과 제2스트립 사이에 리액턴스 성분이 발생되는 단락 스트립; 및
    상기 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되어 상기 방사판에 전류를 급전하는 급전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되고, 상기 방사판과 소정의 각도를 가지도록 배치되는 보조방사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 방사판과 상기 보조방사판은 직사각형상이고, 상기 방사판과 상기 보조 방사판은 90°의 각을 이루면서 연결되는 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 방사판의 제2영역에는 서로 이격되어 배치되며, 상기 제1영역 쪽으로 돌출되는 복수의 스터브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1스트립 및 제2스트립은 각각 일방향으로 연장되는 제1연장부와 상기 제1연장부로부터 소정 각도로 꺾어져 연장되는 제2연장부로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 방사판은 직사각형상이고, 상기 제1연장부는 상기 방사판의 단변을 따라 연장되고, 상기 제2연장부는 상기 방사판의 장변을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1스트립은 상기 방사판과 이격되도록 배치되어 상기 방사판과의 사이 에 리액턴스 성분이 발생되고, 상기 제2스트립은 상기 접지판과 이격되도록 배치되어 상기 접지판과의 사이에 리액턴스 성분이 발생되는 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 방사판과 상기 접지판은 서로 평행하게 배치되며, 상기 방사판은 상기 접지판의 외측 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 평면 인버티드 에프 안테나.
  9. 평면 인버티드 에프 안테나를 구비한 이동 통신 단말기에 있어서,
    상기 평면 인버티드 에프 안테나는,
    박판의 도체로 이루어진 접지판;
    상기 접지판으로부터 이격되어 배치되며, 슬랏에 의해 제1주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제1영역과 제2주파수 대역 신호의 이동경로를 형성하는 제2영역으로 구분되는 박판의 도체로 이루어진 방사판;
    일체로 형성되는 제1스트립과 제2스트립이 서로 이격되어 배치되고, 상기 제1스트립 및 제2스트립의 일단부는 각각 상기 접지판 및 상기 방사판과 전기적으로 연결되어 상기 제1스트립과 제2스트립 사이에 리액턴스 성분이 발생되는 단락 스트립; 및
    상기 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되어 상기 방사판에 전류를 급전하는 급전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 방사판의 제1영역과 전기적으로 연결되고, 상기 방사판과 소정의 각도를 가지도록 배치되는 보조방사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 방사판의 제2영역에는 서로 이격되어 배치되며, 상기 제1영역 쪽으로 돌출되는 복수의 스터브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기.
  12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 제1스트립은 상기 방사판과 이격되도록 배치되어 상기 방사판과의 사이에 리액턴스 성분이 발생되고, 상기 제2스트립은 상기 접지판과 이격되도록 배치되어 상기 접지판과의 사이에 리액턴스 성분이 발생되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기.
  13. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 방사판과 상기 접지판은 서로 평행하게 배치되며, 상기 방사판은 상기 접지판의 외측 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기.
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