JP2006527509A

JP2006527509A - 中央給電構造を有する移動通信端末機内蔵型アンテナ

Info

Publication number: JP2006527509A
Application number: JP2005500796A
Authority: JP
Inventors: キム、ビョン‐ナム; イ、スン‐ヨン
Original assignee: Ace Technology Co Ltd
Current assignee: Ace Technology Co Ltd
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2006-11-30
Also published as: KR100450878B1; EP1634349A4; AU2003284715A1; CN1788383A; US7532165B2; US20070103371A1; EP1634349A1; WO2004112188A1; EP1634349B1

Abstract

中央給電構造を有する移動通信端末機用内蔵型アンテナに関する。移動通信端末機の内部に実装される内蔵型アンテナであって、アンテナに電磁気信号を供給する給電点と、前記電磁気信号を電波で放射する放射体とを含み、前記給電点は、前記アンテナの中心から距離半径内に位置させて、無指向性で電波を放射する。

Description

本発明は、中央給電構造を有する移動通信端末機用内蔵型アンテナに関する。

最近、移動通信端末機の小型化傾向の一環として、アンテナを端末機の内部に装着しようとする試みがなされている。

図１は、従来のミアンダーライン（meander line）構造の内蔵型アンテナの構成を説明するための図である。図示のように、従来の内蔵型アンテナ１０は、多重バンドを使用するためのＧＳＭ（Global Standard for Mobile Communication）帯域（９００ＭＨｚ）放射体１２及びＤＣＳ（Digital Command signal）帯域（１８００ＭＨｚ）放射体１４を備え、アンテナに電磁気信号を供給する給電点１６がアンテナ左側の上部に存在する。前記アンテナ１０は、端末機のＰＣＢ基板１８を接地面として基板の上部に付着され、端末機の内部に装着される。

一方、端末機にアンテナを装着するための空間は、極めて狭いため、アンテナの性能を維持しながらアンテナの大きさを最小化する必要がある。したがって、最小の大きさのアンテナで最大のアンテナ共振長を得るために、図１に示されているように、給電点１６をアンテナエッジの一方に位置させて使用した。

このような従来のアンテナが、バータイプまたはフリップタイプの端末機に実装される場合には、接地面が比較的広く、固定されているため、良好な性能を期待することができるが、折り畳み式端末機の場合は、端末機の内部空間が極めて小さいだけでなく、折り畳み可能なカバーの開閉状態によりアンテナ接地面の大きさが変化するため、アンテナの送受信特性が深刻に劣化する。特に、端末機が閉状態の場合、アンテナ接地面が極めて小さくなるため、相対的に波長が短いＤＣＳ帯域及びＰＣＳ帯域（１８００ＭＨｚ帯域〜１９００ＭＨｚ帯域）でアンテナ特性が著しく劣化する。

図２は、従来の給電構造を有する内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機のＨ-Ｐｌａｎｅ放射パターン測定結果を示した図である。Ｈ-Ｐｌａｎｅ放射パターンは、アンテナの無指向性の程度を観察できる重要な尺度である。

図２に示されているように、折り畳み式端末機の場合、折り畳み可能なカバーを閉じた時、１８００ＭＨｚ帯域特性は深刻に劣化することが分かる。すなわち、端末機の一方向（図２の９０゜方向）では、送受信がほとんど不可能であり、０゜と１８０゜方向でも数十％以上送受信率が低下することが分かる。

このような従来の給電構造を有するアンテナの劣化特性は、図３に示された３次元フルウェーブ（Full-wave）で解析することによりさらに明確になる。

図３は、従来の給電構造を有する内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機の１８００ＭＨｚ帯域の３次元フルウェーブの解析結果である。図３に示されているように、左側の上段に給電点を有するアンテナは、非対称にアンテナの一部だけに表面電流が分布するため、放射パターンもまた片方に深刻なナル（null）が生じることが分かる。

消費者が小型端末機を好むことにより、内蔵型アンテナに対する要求もますます増加しつつあり、多重帯域特性を全てカバーでき、接地面の小さな構造で、折り畳み可能なカバーの開閉に関係なく、端末機送受信特性が安定して動作できる小型内蔵型アンテナが切実に求められる。

現在、全世界の約８０％の市場を占めているＧＳＭ方式とＤＣＳ方式などのように、様々な周波数帯域のサービスが提供されているため、多重帯域で信号を安定して送信できるアンテナが求められる。

最近の消費者の多様な欲求を満たすために、端末機が次第に小型化されるに伴い、このように端末機の内部空間が極めて小さく、折り畳み可能なカバーの開閉によりアンテナの接地面の大きさが変化する折り畳み式端末機でも折り畳み可能なカバーの開閉に関係なく端末機の安定した送受信特性で動作できる小型アンテナが切実に求められる。

本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであって、その目的は、電磁気信号を給電する給電点をアンテナ中央に位置させて、無指向性放射パターンを有するようにすることによって、接地面の大きさが小さな端末機に実装できる内蔵型アンテナを提供することにある。

本発明の他の目的および長所は、下記で説明される、本発明の実施形態により理解することができる。また、本発明の目的及び長所は、請求の範囲に示された手段及びそれらの組み合わせにより実現できる。

上記のような目的を達成するため、本発明によれば、移動通信端末機の内部に実装される内蔵型アンテナであって、アンテナに電磁気信号を供給する給電点と、前記電磁気信号を電波で放射する放射体とを含み、前記給電点は、前記アンテナの中心で約３０％の距離半径内に位置させて、無指向性で電波を放射する、内蔵型アンテナが提供される。

また、前記アンテナは、接地短絡ピンと、該短絡ピンと前記給電点との間に存在し、給電された信号を部分的に放射する短絡回路網とをさらに含むことができる。

好ましくは、前記短絡網は、人体のキャパシタンス成分を相殺するために、インダクタ成分を有するミアンダーライン構造にすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。これに先立って、本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は、通常、または辞書的な意味に限定して解析してはならず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義できるという原則に則して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈されなければならない。

したがって、本明細書に記載された実施形態と図に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て表すものではないので、本出願時点において、これらを代替し得る様々な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

以下では、最近、国際ローミングサービスのために、ＧＳＭ帯域（９００ＭＨｚ）及びＤＣＳ帯域（１８００ＭＨｚ）を同時に支援する多重帯域端末機に実装される内蔵型アンテナを本発明の実施形態として説明する。しかしながら、本発明は、必ずしもこれに限定されるものではなく、単一ＰＣＳ帯域または３重ＵＳ-ＰＣＳ帯域など、ＰＣＳ帯域が使用される端末機全般に採用できることは当業者にとって自明である。

図４は、本発明の第１実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。図４に示されているように、本発明の内蔵型アンテナ４０は、電磁気信号を供給する給電点４３と該供給された電磁気信号に対してＧＳＭ帯域の電波を放射する第１放射体４１とＤＣＳ帯域の電波を放射する第２放射体４２とを含む。この時、図示のように、第１放射体４１と第２放射体４２とは、同一方向に電磁気信号を流すことにより、相殺電流成分を最小化し、増加的干渉（constructive interference）を起こすようにすることが好ましい。

また、第２放射体４２を給電点を中心に、左右両方向へ分岐させることによって、ＤＣＳ帯域の電磁気信号を端末機接地面４５全体に分配させて、無指向性電波が放射されるのに寄与させる。

また、第１放射体４１と第２放射体４２とは、１．５×１０^−３λ_０の幅を有する導体線にし、第１放射体４１の場合、その間隔は、２．０×１０^−３λ_０、総長さは、０．７λ_０であるミアンダーライン構造（曲がりくねった構造）を有するようにし、第２放射体の総長さは、０．３５λ_０にすることが好ましい。ここで、λ_０は、放射体により放射される各共振周波数における電波の波長である。

また、前記導体線は、０．６×１０^−３λ_０の厚さを有する銅材にニッケルメッキをすることがさらに好ましい。

一方、従来のアンテナとは異なり、給電点４３をアンテナ終端ではない接地面の左右中心に設けることにより、充分な共振長を有することができない可能性がある。したがって、図示のように、アンテナ４０を端末機接地面４５に接地させる短絡ピン４６を設け、給電点４３と短絡ピン４６との間に第２放射体４２と同じ長さを有する短絡回路網４８を設けることによって、給電された電磁気信号を放射するのに寄与させる。

また、短絡回路網４８は、人体（端末機ユーザ）のキャパシタンス成分を相殺するために、インダクタンス成分を有するミアンダーライン構造で製作することが好ましい。

本発明の第１実施形態の構成は、図５を参照すればさらに明確に分かる。図５は、本発明の第１実施形態に係る内蔵型アンテナの斜視図であって、図４と同じ参照符号は、同じ機能を果たす同じ部材を示す。

ここで、参照符号４９は、ＰＣ‐ＡＢＳ混合物または場合によって強度を強化するためにＰＣを射出成形したフレームであって、放射体を支持する機能を果たす。

図６は、本発明の第２実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。本発明の第２実施形態は、第１実施形態とは異なり、ＧＳＭ帯域放射体とＤＣＳ帯域放射体とが給電点を中心に反対方向へ分岐する。他の構造は、第１実施形態と同一である。したがって、説明の便宜上、第１実施形態と一致する構造に対する説明は省略する。

図６に示されているように、給電点６３は、アンテナ６０の左右中心に位置し、ＧＳＭ帯域の第１放射体６１とＤＣＳ帯域の第２放射体６２とは、給電点６３を中心に左右へ分岐している。

第１放射体６１は、図示のように、第２放射体６２の上部に位置し、ミアンダーライン構造を有する。

また、アンテナ６０は、端末機接地面６５と短絡ピン６６とにより接地され、給電点６３と短絡ピン６６とは、ミアンダーライン構造を有する短絡回路網６８により接続する。短絡回路網６８の構造と機能とは、第１実施形態と同様である。

また、第１放射体６１、第２放射体６２及び短絡回路網６８は、ＰＣ‐ＡＢＳ混合物を射出成形したフレーム６９により支持されて、端末機の内部に実装される。

図７は、本発明の第３実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。本発明の第３実施形態は、第１実施形態とは異なり、ＧＳＭ帯域放射体とＤＣＳ帯域放射体が給電点において同じ方向へ分岐する。他の構造は、第１実施形態と同様である。したがって、説明の便宜上、第１実施形態と一致する構造に対する説明は省略する。

図７に示されているように、給電点７３は、アンテナ７０の左右中心に位置し、ＧＳＭ帯域の第１放射体７１とＤＣＳ帯域の第２放射体７２とは、給電点７３から左へ分岐する。

第１放射体７１は、図示のように、第２放射体７２の上部に位置し、ミアンダーライン構造を有する。

また、アンテナ７０は、端末機接地面７５と短絡ピン７６とにより接地され、給電点７３と短絡ピン７６とは、ミアンダーライン構造を有する短絡回路網７８により接続する。短絡回路網７８は、第１放射体７１及び第２放射体７２と反対方向に位置し、その構造及び機能は、第１実施形態と同様である。

また、第１放射体７１、第２放射体７２及び短絡回路網７８は、ＰＣ‐ＡＢＳ混合物を射出成形したフレーム７９により支持されて、端末機の内部に実装される。

図８は、本発明の第４実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。本実施形態は、他の実施形態とは異なり、短絡ピンと短絡回路網とを使用しない。

従来の給電構造とは異なり、給電点８３をアンテナの左右中央に位置させることによって、充分な共振長を得ることができない場合がある。したがって、本実施形態では、放射体の長さを第１実施形態の放射体の長さより約３０〜４０％長く製作することが好ましい。残りの構造及び機能は、第１実施形態と同様である。

図８に示されているように、アンテナ８０は、端末機接地面８５の上部に位置し、アンテナ８０に電磁気信号を給電する給電点８３をアンテナの左右中央に位置させる。給電点８３を中心に、ＧＳＭ帯域の第１放射体８１とＤＣＳ帯域の第２放射体８２とが左右反対方向へ分岐する。

第１放射体８１は、第２放射体８２の上部に位置し、ミアンダーライン構造を有する。第１放射体８１と第２放射体８２とは、同一方向に電磁気信号を流すことにより、相殺電流成分を最小化し、増加的干渉が起きるようにすることが好ましい。また、第１放射体８１及び第２放射体８２は、ＰＣ‐ＡＢＳ混合物を射出成形したフレーム８９により支持されて、端末機の内部に実装される。

図９は、本発明の第５実施形態に係る内蔵型アンテナの側面図である。本実施形態の構成は、第１実施形態ないし第４実施形態と同様である。

したがって、端末機接地面９５の上部に位置するアンテナ９０は、ＧＳＭ帯域の電波を放射する第１放射体９１、ＤＣＳ帯域の電波を放射する第２放射体９２、アンテナ９０に電磁気信号を給電する給電点９３及びアンテナ９０を端末機接地面９５に短絡させる短絡ピン９６を含む。

本実施形態では、アンテナ９０の上部に位置した第１放射体９１の全てまたは一部を外側の方に曲げることによって、人の手による損失（hand effect）を低減することができる。図示のように、第１放射体９１がアンテナ９０外側の方に曲げられて位置するため、端末機を使用する人体と最大限遠ざかることができ、人体による損失を低減することができる。

図の波線部分は、第１放射体９１を曲げる前の状態であり、実線部分は、第１放射体を曲げた後の状態を示す。図示のように、第１放射体９１は、第２放射体９２の平面を基準として、垂直または対角線方向に曲げることができる。

前記実施形態では、給電点がアンテナの左右中心点から約３０％の距離半径内だけに位置すれば、給電点が中心点にある場合と類似した特性を有する。

特に、前記放射体の終端から１／４λの位置に位置する場合、良好な特性を示した。したがって、本発明は、給電点がアンテナの左右中心点に置かれている場合に限定されるものではない。

図１０は、本発明に係る内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機のＨ-Ｐｌａｎｅ放射パターン測定結果を示した図である。上述したように、Ｈ-Ｐｌａｎｅ放射パターンは、アンテナの無指向性の程度を観察できる重要な尺度である。

図１０に示されているように、ＤＣＳ帯域で折り畳みカバーの開閉状態と関係なく、アンテナ性能がそのまま維持されることが分かる。これは、従来のアンテナの実験結果である図２と比較すれば、本発明の顕著な効果をさらに容易に確認することができる。

すなわち、本発明の内蔵型アンテナは、折り畳み式端末機において、折り畳み可能なカバーを閉じた時のように、端末機接地面が極めて小さくなる劣悪な状況でも、その性能が劣化しない。

また、本発明に係る中央給電構造を有するアンテナの特性は、３次元フルウェーブで解析することによって、さらに明確になる。

図１１は、本発明に係る中央給電構造を有する内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機の１８００ＭＨｚ帯域の３次元フルウェーブの解析結果である。

図示のように、表面電流がアンテナ全体に均等に分散されて、無指向性電波が放射することが分かる。このような結果は、従来のアンテナの実験結果である図３と比較すれば、本発明の顕著な効果を容易に確認することができる。

前記実験結果から分かるように、本発明に係る中央給電構造を有する端末機内蔵型アンテナは、給電点をアンテナの終端ではないアンテナの左右中心部に位置させることにより、小型端末機でもアンテナの送受信特性が低下されないようにする効果がある。特に、折り畳み式端末機の折り畳み可能なカバーが閉じた状態でも、３６０゜の全方向から送信される電磁波信号を受け取ることができる。

本発明に係るアンテナを利用すれば、折り畳み式端末機でも、バータイプ以上の性能を保障できるという効果がある。したがって、本発明を利用すれば、従来のバータイプの内蔵型アンテナの商用化時代に引き続き、２世代内蔵型アンテナである折り畳み式端末機用内蔵型アンテナを商用化し得るという効果がある。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

従来のミアンダーライン（meander line）構造の内蔵型アンテナの構成を説明するための図である。従来の給電構造を有する内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機のＨ-Ｐｌａｎｅ放射パターン測定結果を示した図である。従来の給電構造を有する内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機の１８００ＭＨｚ帯域の３次元フルウェーブの解析結果を示した図である。本発明の第１実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。本発明の第１実施形態に係る内蔵型アンテナの斜視図である。本発明の第２実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。本発明の第３実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。本発明の第４実施形態に係る内蔵型アンテナの平面図である。本発明の第５実施形態に係る内蔵型アンテナの側面図である。本発明に係る内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機のＨ-Ｐｌａｎｅ放射パターン測定結果を示した図である。本発明に係る中央給電構造を有する内蔵型アンテナが備えられた折り畳み式端末機の１８００ＭＨｚ帯域の３次元フルウェーブ解析結果を示した図である。

Claims

移動通信端末機の内部に実装される内蔵型アンテナであって、
アンテナに電磁気信号を供給する給電点と、
前記電磁気信号を電波で放射する放射体と
を含み、
前記給電点は、前記アンテナの中心から約３０％の距離半径内に位置させて、無指向性で電波を放射することを特徴とする端末機内蔵型アンテナ。
前記給電点は、前記アンテナの左右中心点に位置することを特徴とする請求項１に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記給電点は、前記放射体の終端から１／４λの位置に位置することを特徴とする請求項１に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記アンテナを接地させるための短絡ピンと、
該短絡ピンと前記給電点との間に存在し、前記放射体と同じ長さを有し、給電された信号を部分的に放射する短絡回路網と
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記短絡回路網は、
人体のキャパシタンス成分を相殺するために、インダクタンス成分を含み、ミアンダーライン（meander line）構造であることを特徴とする請求項４に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記放射体は、
前記給電点からアンテナ上部へ分岐され、ＧＳＭ帯域の電波を放射する第１放射体と、
前記給電点から前記第１放射体下部へ分岐され、ＤＣＳ帯域の電波を放射する第２放射体と
を含み、
前記第１放射体と第２放射体とが同じ方向に電磁気信号を流すことによって、相殺電流成分を最小化し、増加的干渉を起こすことを特徴とする請求項１に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記アンテナを接地させるための短絡ピンと、
該短絡ピンと前記給電点との間に存在し、前記第２放射体の総長さと同じ長さを有し、給電された信号を部分的に放射する短絡回路網と
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記短絡回路網は、
人体のキャパシタンス成分を相殺するために、インダクタンス成分を含み、ミアンダーライン構造であることを特徴とする請求項７に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記第２放射体は、
前記給電点を中心に左右両方向へ分岐され、ＤＣＳ帯域の電磁気信号を端末機接地面の全体に分配させて、無指向性電波を放射することを特徴とする請求項８に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記第１放射体及び第２放射体は、１.５×１０^−３λ_０の幅を有する導体線であり、
第１放射体の場合、その間隔は、２.０×１０^−３λ_０であるミアンダーライン構造を有し、総長さは、０.７λ_０であり、第２放射体の総長さは、０.３５λ_０であることを特徴とする請求項７に記載の端末機内蔵型アンテナ。
（ここで、λ_０は、放射体により放射される各共振周波数における電波の波長である。）
前記導体線は、厚さが０.６×１０^−３λ_０である銅材にニッケルメッキされた構造であり、
前記導体線は、ＰＣ‐ＡＢＳ混合物を射出成形したフレームにより支持されて、端末機の内部に実装されることを特徴とする請求項１０に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記第１放射体及び第２放射体は、銅テープを利用して具現され、
表面腐食を防止するために、前記第１放射体及び第２放射体の表面を低圧射出機で表面コーティングして射出することを特徴とする請求項６に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記第１放射体及び第２放射体は、フレキシブルＰＣＢ（Flexible PCB）を利用して具現され、接着部材で固定されることを特徴とする請求項６に記載の端末機内蔵型アンテナ。
前記第１放射体は、人の手と相対的に遠ざかるように、第２放射体を含む平面に垂直または対角線方向に曲げられたことを特徴とする請求項６に記載の端末機内蔵型アンテナ。