KR100299298B1 - 휴대용 통신장비의 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본체(25), 안테나 장치와 통신장비의 전기적 접속을 제공하는 급전점뿐만 아니라 무선신호를 송수신하는 회로(23)를 포함하는 소형 휴대용 통신장비에 대한 개량된 안테나 장치에 관한 것이다.

안테나 장치는 본체의 외부에 고정된 중공의 나선형 안테나(6)와, 나선형 안테나를 통해 슬라이드할 수 있고 방사체(1)의 부분인 안테나 로드를 포함하고 있다. 나선형 안테나(6)는 4분의 1파 형식의 것이며 급전점(22)을 경유하여 회로(23)에 항상 결합되어 있다. 직선형 방사체(1)는 4분의 1파 방사체이고 안테나 장치는 변환장치(2, 12, 13)를 구비하고 있어, 상기 변환장치는 안테나 로드가 신장하는 때 4분의 1파 방사체(1)를 급전점(22)을 경유하여 나선형 안테나와 병렬로 회로(23)에 결합시키지만, 안테나 로드가 후퇴하는 때에는 4분의 1파 방사체(1)를 회로(23)와 급전점(22)으로부터 사실상 분리한다.

Description

휴대용 통신장비의 안테나 장치

손에 들고 다닐 수 있는 전화기에 사용되는 안테나는 두 개의 메인 그룹 즉 "4분의 1파 방사체"와 "2분의 1파 방사체"로 분류할 수 있으며, 어떤 유형의 것들은 상기 그룹들 사이 또는 상기 그룹들의 밖에 위치할 수도 있다.

먼저, 4분의 1파 방사체의 특징을 설명하면 다음과 같다.

- 신호를 송수신할 수 있는 방사부(active radiating portion)의 길이는 파장의 4분의 1이다. (900MHz에서는 방사부 길이가 약 8cm이다.)

- 급전 접속 임피던스(feeding connection impedance)가 낮기 때문에 임피던스 변환없이 50옴(Ohm)의 전화기에 직접 접속하는 것이 가능하다.

- 길이가 짧기 때문에 900MHz 전화기 사용자는 이를 불편하게 생각하지 않는다.

- 안테나 기능은 접지면(ground plane)에 의존한다.

다음으로, 2분의 1파 방사체의 특징을 설명하면 다음과 같다.

- 신호를 송수신할 수 있는 방사부의 길이는 파장의 2분의 1이다. (900MHz에서는 방사부 길이가 약 16cm이다.)

- 급전 접속 임피던스가 높기 때문에 50옴(Ohm)의 전화기에 접속시에 임피던스 변환을 필요로 한다.

- 커넥터를 포함한 전체 길이가 18-20cm이므로 소형 전화기에 적당하지 않다.

- 안테나 기능은 접지면에 대하여 독립적이다.

후술하는 명세서 및 특허청구범위에서 "2분의 1파 방사체"와 "4분의 1파 방사체"라는 용어는 각각 실질적으로 상술한 특성을 가지는 안테나를 의미한다.

손에 들고 다닐 수 있는 전화기의 본체의 외측에 장착된 직선형 방사체는 상당한 공간을 차지하며, 또한 변형 예를 들어 파손에 노출되어 있다. 더구나, 통화를 하지 않을 때는 낮은 안테나 성능만을 필요로 한다. 이러한 이유 때문에 직선형 방사체는 때때로 신축가능하게 만들어지고, 낮은 안테나 성능을 가진 나선형 안테나와 조합하고 있으나, 적지 않게 부피가 크다.

미국특허 제4,868,576호는 상술한 형식의 안테나 장치를 개시하고 있으며, 상기 안테나 장치는 신축가능하며 용량적으로 접속되는 2분의 1파 방사체 및 2분의 1파 형식의 나선형 안테나가 조합되어 구성된다. 이러한 종래의 안테나 장치는 전화기의 크기가 크다는 상술한 문제점을 해결하고 있으나, 만족한 안테나 성능을 제공하기 위하여 2분의 1파 방사체에 의존하고 있다. 그러나, 현재 손에 들고 다닐 수 있는 전화기의 물리적 치수는 너무 작기 때문에 망원경방식의 복잡한 신축장치를 사용하지 않고서는 2분의 1파 방사체를 세로방향으로 거의 설치할 수 없었다. 그리고, 이러한 것은 크기가 작은 현재의 전화기와는 균형이 맞지 않기 때문에 심미적이지도 않다.

더 나아가, 2분의 1파 방사체는 전화기 내부의 공간을 차지하는 임피던스 변환기를 필요로 하며, 또한 추가의 구성부품 때문에 높은 제조비용을 유발한다.

유럽특허 출원 0 467 822 A2는 손에 들고 다닐 수 있는 전화기에 사용되는 또 다른 안테나 장치를 개시하고 있는데, 상기 안테나 장치는 4분의 1파 나선형 안테나를 그의 상단에 설치한 신축가능한 4분의 1파 방사체를 포함하여 구성된다. 여기서, 4분의 1파 나선형 안테나는 실질적으로 4분의 1파 방사체에 접속되지 않는다. 즉, 4분의 1파 방사체는 완전히 신장된 위치에서만 접속되며 나선형 안테나는 완전히 후퇴된 위치에서만 접속된다. 이러한 장치는 작은 크기의 전화기를 구현한다는 점에서 상술한 문제점을 해결하지만, 신축가능한 4분의 1파 방사체가 완전히 신장되거나 후퇴된 상태에 있지 않으면 안테나 기능을 완전히 상실하는 결점을 가지고 있다. 더 나아가, 4분의 1파 방사체의 상단에 나선형 안테나를 설치하는 것은 미학적 측면 및 강도 측면에서 결점을 가진다.

본 발명은 휴대용 통신장비, 특히 본체, 통신장비에 안테나를 전기적으로 접속시키는 급전점(給電点 : feeding point) 및 무선신호를 송수신하는 회로로 이루어진 휴대 전화기용 안테나 장치에 관한 것이다. 안테나 장치는 본체의 외측에 고정된 중공의 나선형 안테나(helical antenna)와 상기 나선형 안테나를 통해 운동할 수 있는 안테나 로드(antenna rod)를 포함하여 구성되며, 상기 안테나 로드는 실질적으로 직선형 방사체(radiator) 즉 직선형 안테나를 포함하고 있다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 여러 가지 실시예를 설명하면 다음과 같다. 첨부 도면에서,

제1a도는 본 발명에 따른 안테나 장치의 실시예를 도시한 부분 단면도로서, 안테나 로드가 후퇴된 위치에 있는 경우를 도시한 것이다.

제1b도는 본 발명에 따른 안테나 장치의 실시예를 도시한 부분 단면도로서, 안테나 로드가 신장된 위치에 있는 경우를 도시한 것이다.

제2도는 제1a도의 안테나 장치를 분해하여 도시한 도면이다.

제3도는 제1a도의 안테나 장치로서, 그에 접속되는 전송 회선과 조합된 것을 보이는 도면이다.

제4도는 제1a도의 안테나 장치로서, 그에 접속된 동조 접지면과 조합된 것을 보이는 도면이다.

본 발명에 따른 안테나 장치는 간단하고 내구성있는 설계뿐만 아니라, 안테나 크기 측면 및 신장 및 후퇴 중의 안테나 기능 측면의 요구사항을 모두 만족시킨다.

본 발명의 특징은 다음과 같다.

나선형 안테나는 4분의 1파 형식이며, 상기 나선형 안테나는 임피던스 변환없이 무선신호를 송수신하는 회로에 급전점을 경유하여 항상 접속되어 있다. 그리고, 직선형 방사체는 4분의 1파 방사체이다. 또한, 안테나 장치는 스위칭 장치를 구비하는데, 상기 스위칭 장치는 안테나 로드가 신장되는 때에는 급전점을 통하여 4분의 1파 방사체를 나선형 안테나와 병렬로 상기 회로에 접속시키며, 안테나 로드가 후퇴되는 때에는 4분의 1파 방사체를 회로 및 급전점에서 실질적으로 분리시킨다. 또한, 상기 스위칭 장치는 4분의 1파 방사체가 신장된 위치에서 상기 방사체를 고정하는 역할을 하는 기계적 고정 수단으로서 작용하도록 설치된다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 스위칭 장치는 4분의 1파 방사체의 하부, 급전점에 접속된 슬리브 및 상기 슬리브의 내부에 설치되는 유연 접촉부를 포함하여 구성되며, 상기 접촉부는 안테나 로드가 신장되는 때에는 상기 4분의 1파 방사체와 상기 슬리브를 상호 접속시키게 된다.

전화시스템이 광대역이어서 나선형 안테나가 불충분한 성능을 제공할 수도 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 저임피던스 전송회선(low impedance transmission line)이 급전점에서 병렬로 연결되며, 상기 전송회선은 예를 들어 저손실형의 유연기판에 배치되며, 단지 백분의 이삼 밀리미터의 두께를 가진다.

전화기에 어떤 것이 접촉되는 것과 관계없이 안테나가 동작하도록 하기 위하여, 상술한 안테나 장치는 동조 접지면(tuned ground plane)과 조합되어, 상기 안테나의 미러 전류(mirror currents)가 전화기의 본체 대신 상기 동조 접지면에 흐르도록 할 수도 있다. 동조 접지면은 예를 들어 분리된 유연기판 위에 형성되거나, 전화기의 본체 또는 회로기판에 집적된 패턴으로서 형성될 수 있다.

상술한 특징들은 예를 들어 4분의 1파 방사체 및 나선형 안테나/전송회선/회로 사이에서 무선주파수 신호(RF-signal)를 도전적으로 접속시키는 것에 의하여 얻는 것이 가능하다.

제1a도, 제1b도 및 제2도에 도시한 안테나 장치는 손에 들고 다닐 수 있는 전화기의 절연된 본체(25)의 외측에 설치되며, 두 개의 주요 구성요소로 이루어진다.

첫째는 4분의 1파 방사체(즉 로드 안테나)(1)로서, 도전적 접속(conductive coupling, galvanical coupling)을 쉽게 하기 위해 하단부는 노출되며, 반면에 다른 부분에는 절연 케이싱(3)이 구비되며 상단부는 절연 물질로 만들어진 상부(4)에 연결된다. 4분의 1 방사체(1)와 상부(4)는 함께 안테나 로드를 형성하며, 바람직하게는 그의 상단에 노브(5)가 설치된다. 즉, 안테나 로드는 상측의 절연부와, 전파 방사를 위한 하측의 도전성부를 포함하여 구성된다.

둘째는 4분의 1파 형식의 나선형 안테나(6)로서, 보호 절연 재료로 만들어지는 케이싱(7)에 형성되며, 도전성 재료로 만들어지는 체결용 슬리브(12)를 하단부에서 가진다. 슬리브(12)는 4분의 1파 방사체와 나선형 안테나의 급전점(22)과 접촉되며, 전화기의 회로(23)에 브리지(24)를 통하여 접촉된다. 또한, 슬리브는 나선형 안테나(6)의 하단에 기계적으로 그리고 도전적으로 접속되어 있으며, 유연 접촉부(13)를 가진다. 안테나 로드(1)는 나선형 안테나(6), 케이싱(7), 슬리브(12) 및 접촉부(13)를 통해 이동 가능하도록 설치된다.

상술한 부품들은 안테나 로드의 세로방향 중심축에 대하여 실질적으로 대칭되게 설치된다. 또한, 슬리브(12)는 안테나 장치를 전화기의 본체에 고정하는 부품이다. 한편, 보호절연관(도시치 않음)이 슬리브(12)의 하측에 부착되어, 안테나 로드가 슬리브(12)를 통하여 후퇴시에 상기 안테나 로드는 상기 보호절연관 안으로 이동하는 것이 바람직하다.

손에 들고 다닐 수 있는 전화기에 있어서는, 송신과 수신은 통화를 하지 않는 때에도 발생한다. 이러한 경우에 있어서 안테나 로드는 통상 완전히 후퇴돼 있으므로, 상기 안테나 로드의 상측의 비도전성 부분 즉 절연부는 나선형 안테나(6)의 내부에 위치한다. 이 위치에서는 4분의 1파 방사체가 나선형 안테나로부터 도전적으로도 실질적으로 용량적으로도 분리되어 상기 나선형 안테나가 전체 안테나 기능을 달성한다.

한편, 통화하는 동안이나 또는 그밖에 안테나 성능이 필요한 때에는 4분의 1파 방사체(1)가 신장되어, 그의 하부(2)는 슬리브(12) 및 접촉부(13)를 경유하여 나선형 안테나(6)와 병렬로 도전적으로 접속되며, 또한 급전점(22)과 브리지(24)를 경유하여 전화기의 회로(23)에 도전적으로 접속된다. 이러한 경우에 있어서 안테나 기능은 실질적으로 4분의 1파 방사체(1) 단독의 경우와 동일하다.

따라서, 4분의 1파 방사체(1)의 접속과 분리는 각각 안테나 로드(1)의 신장과 후퇴에 의하여 달성된다. 안테나 로드의 신장은 상기 안테나 로드의 하부(2)가 접촉부(13) 및 슬리브(12)에 의해 정지되는 것에 의하여 제한을 받게 된다. 또한, 접촉부(13)는 안테나 로드가 신장된 위치에서 상기 안테나 로드를 기계적으로 고정하는 기구로서의 역할을 하게 되며, 반면에 상기 안테나 로드의 후퇴 이동은 예를 들어 노브(5)나 보호절연관의 하단에 의하여 제한된다.

제3도는 양단을 가진 도선(19)을 일면에 구비하며 유연 적층(18)의 형식으로 구성된 저임피던스 전송회선(low impedance transmission line)과 조합된 제1도의 안테나 장치를 도시하고 있다. 상기 양단(two ends)중의 제1단은 브리지(17)를 경유하여 도전성 슬리브(12)에 접속되며, 제2단은 리드선 구멍(18a)을 통하여 상기 유연 적층(18)의 다른면에 배치된 접지면과 접촉되며, 상기 접지면은 전화기의 신호용 접지와 접촉된다. 이러한 설계는 나선형 안테나 단독으로는 안테나로서 적당하지 않는 광대역 전화기 방식에서 요구사항을 만족시키기 위하여 이용될 수 있다. 저임피던스 전송회선은 급전점(22)과 슬리브(12)를 경유하여 나선형 안테나와 병렬로 결합된다.

제4도는 도선(21)를 구비한 유연기판의 형식의 미러 대칭 접지면(mirror-symmetrical ground plane)과 조합된 상태의 제1도의 안테나 장치를 도시한 것이다. 상기 도선의 중앙은 전화기의 보호 접지에 접속되어 있다. 그러나, 상기 도선은 슬리브(12)와 직접 도전적으로 접속되지는 않는다. 상기 동조 접지면은 전화기의 본체와의 접촉에 관계없는 안테나 기능을 제공한다. 이는 예를 들어 전화기의 본체대신 동조 접지면에 흐르른 안테나의 미러 전류(mirror current)의 결과이다. 상기 동조 접지면은 분리된 유연기판에 의하여 형성되거나, 전화기의 본체 또는 회로기판에 집적되는 도전성 패턴으로 형성될 수 있다.

Claims (3)

1. 본체와, 무선신호를 송수신하는 50옴의 전기회로를 포함하여 구성되는 휴대용 통신장비의 안테나 장치에 있어서, 상기 안테나 장치는

   상기 본체에 설치되며, 낮은 급전 임피던스를 갖는 4분의 1파 형식의 나선형 안테나와;

   상측의 절연부와 상기 절연부에 이어지며 전파 방사를 위한 하측의 도전성부를 포함하여 구성되며, 상기 나선형 안테나를 통하여 신장위치 및 후퇴위치 사이를 세로방향으로 이동가능하며, 낮은 급전 임피던스를 갖는 4분의 1파 형식의 안테나 로드와;

   낮은 임피던스를 가지므로 임피던스 변환없이 상기 50옴의 전기회로에 직접 접속되는 상기 4분의 1파 안테나의 급전점과;

   상기 본체에 고정되는 슬리브와, 상기 안테나 로드의 도전성부와 상기 급전점 사이에 도전적 접속을 제공하며 동시에 상기 안테나 로드의 신장 위치에서 상기 안테나 로드를 고정하는 기계적 고정수단의 역할을 하는 원통형상의 유연 접촉부를 포함하여 구성되어, 상기 안테나 로드가 세로방향으로 신장위치 및 후퇴위치 사이에서 운동함으로써 동작되어 상기 나선형 안테나를 상기 급전점에 항상 접속시키는 반면에 상기 안테나 로드의 도전성부를 상기 급전점에 선택적으로 접속 또는 분리시키는 변환장치를 포함하여 구성되며,

   상기 안테나 로드가 후퇴위치에 있을 때에는 상기 안테나 로드의 절연부가 상기 나선형 안테나의 내부에 위치되어 상기 안테나 로드의 도전성부는 상기 급전점 및 나선형 안테나와 도전적으로도 실질적으로 용량적으로도 분리되며, 상기 안테나 로드가 신장위치에 있을 때에는 상기 안테나 로드의 도전성부가 상기 나선형 안테나의 내부에 위치되어 상기 안테나 로드의 도전성부 및 상기 나선형 안테나는 상기 급전점과 도전적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 휴대장치용 안테나 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 급전점의 근처에는 상기 급전점에 직접 도전적으로 접촉되지 않는 동조 접지면이 설치되며, 상기 동조 접지면은 상기 휴대용 통신장비의 보호접지에 접속되어 미러 전류를 받을 수 있는 것을 특징으로 휴대장치용 안테나 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 슬리브의 하측에는 보호절연관이 설치되어, 상기 안테나 로드가 상기 슬리브를 통하여 후퇴시에 상기 안테나 로드는 상기 보호절연관으로 이동하는 것을 특징으로 하는 휴대장치용 안테나 장치.