KR100367353B1 - 적층구조 에스(s)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 휴대전화기의 내부에 장착되는 내장형 안테나에 관한 것으로, 적층구조의 안테나 소자와 접지면 사이의 단락핀의 위치를 최적화하여 기존의 내장형 안테나에 비해 광대역, 고이득 특성을 갖도록 함과 동시에 안테나 크기를 축소한 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나에 관한 것이다.

종래의 휴대전화기는 안테나가 외부로 돌출된 외장형으로서 전화기의 외관과 조화되지 않고, 보관 및 사용시에 불편하며 외부 충격에 쉽게 손상될 수 있다는 구조적 단점뿐만 아니라, 특히 사용 주파수대가 높아지고 다양한 통신 서비스가 제공됨에 따라 안테나에 있어서도 소형화 및 다기능화가 요구되고 있는데, 현재의 외장형 안테나들은 단일 주파수 대역에서만 사용해야 한다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 적층구조의 안테나 소자와 접지면 사이의 단락핀의 위치를 최적화하여 단말기 내부에 내장시킴으로써 단말기의 전체 크기가 감소되는 효과를 얻을 수 있으며, 특히 서로 다른 이동통신 서비스와 같은 2중 또는 3중 주파수 대역의 서비스를 지원할 수 있으므로 향후 다중대역 통신 서비스가 상용화될 경우 활용할 수 있다고 하는 효과를 가진다.

Description

적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나{Stacked S-type multi-band internal antenna for mobile phone}

본 발명은 각종 휴대전화기 등에 사용되는 내장형 안테나에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 기존의 안테나 성능을 보존, 유지하기 위해 적층구조 에스(S)형의 복사소자를 형성하고 접지면에 단락핀을 갖는 이동통신 단말기 내에 표면실장이 가능한 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 휴대전화기 등에 사용되는 종래의 외장형 안테나는 직선 형태의 금속 선재(線材)에 의한 휩(whip) 또는 로드(rod) 안테나, 금속 선재를 나선형으로 감은 헬리컬(helical) 안테나 및 상기 휩 또는 로드 안테나와 헬리컬 안테나를 결합하여 삽입시에는 헬리컬 안테나가 동작하고 인출시에는 휩 또는 로드 안테나가 동작하도록 한 신축가능형(retractable) 안테나 등이 사용되었으나, 상기 안테나들은 안테나가 외부로 돌출됨에 따라 전화기의 외관과 조화되지 못하고 휴대에 있어서도 불편하다고 하는 단점이 있을 뿐만 아니라 쉽게 절손된다고 하는 또다른 문제점이 있었다.

또한, 종래의 내장형 안테나로서 "ㄱ"자 형태의 금속 소자의 소정 위치에 급전선로가 형성된 역 에프(F)형 안테나(IFA;Inverted F Antenna)가 사용되고 있으나 단일 주파수 대역에서만 동작하는 협대역일 뿐만 아니라 안테나의 크기도 크다고 하는 단점이 있었다. 특히, 오늘날 휴대전화기의 사용 주파수대가 높아지고 다양한 통신 서비스가 제공됨에 따라 안테나에 있어서도 소형화 및 다기능화가 요구되고 있는데, 현재 사용되는 대부분의 안테나들은 단일 주파수 대역에서만 사용해야 한다고 하는 한계가 있어 광대역화 또는 다중대역화의 필요성이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 단말기 내부에 장착될 수 있는 내장형의 소형 안테나를 소정의 적층구조와 단락핀을 이용하여 구현함으로써 협대역 문제를 해결하고 단말기 내부에 안테나를 내장시키게 되므로 단말기의 전체 크기가 감소되는 효과를 얻을 수 있으며, 특히 표면실장형 구조에 의한 자동화 공정을 통해 대량 생산이 가능하여 가격 경쟁력이 높고 재현성이 뛰어날 뿐만 아니라, 소형 구조이면서 2중 대역 또는 3중 대역과 같은 다중대역의 서비스를 지원할 수 있으므로 향후 다중대역 통신 서비스가 상용화될 경우 활용할 수 있다고 하는 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나를 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 외장형 안테나가 장착된 폴더형 휴대전화기의 외관도.

도 2a는 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 외관 사시도.

도 2b는 도 2a의 일측면도.

도 2c는 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 반사계수.

도 2d는 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 제 1 대역에서의 복사패턴.

도 2e는 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 제 2 대역에서의 복사패턴.

도 2f는 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 제 3 대역에서의 복사패턴.

도 3은 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나를 장착한 휴대전화기의 외관도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11. 외장형 안테나 12, 32. 휴대전화기

21. 복사소자 22. 접지면

23. 급전체 24. 급전점

25. 절곡부 1 26. 절곡부 2

27. 중간도체 28. 단락핀

31. 안테나 장착부 33. 내장형 안테나

최근 이동전화용 단말기 개발에서의 가장 중요한 요구사항중의 하나는 소형 경량화 기술이다. 특히, 이러한 소형경량화 과정에 있어서 가장 큰 제약을 받고 있는 것이 바로 안테나의 문제이며 현재는 일반적으로 단말기의 외부에 장착하여 사용되고 있는데, 이와같은 종래 기술에 따른 휩 안테나 또는 헬리컬 형태의 외장형 안테나가 갖는 크기 문제를 해결하기 위해 적층구조의 안테나를 제작함으로서 단말기의 내부에 표면실장 형태로 장착하고자 하는 기술이 검토되고 있다.

그러나, 이러한 소형 안테나의 구조적인 면에 기인하여 나타나는 문제점 가운데 하나는 크기 감소에 따른 협대역 문제이다. 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나는 주요 구성요소로써 신호를 송수신하는 복사소자; 상기 복사소자의 하단에 위치하여 신호를 유기시키는 중간도체; 상기 복사소자에 전기적 신호를 급전하기 위한 급전체; 상기 급전체의 종단에 구비되는 단락핀; 상기 급전체 하단에 위치하는 접지면; 상기 복사소자의 일단부를 절곡한 절곡부 1; 및 상기 접지면의 일단부를 절곡한 절곡부 2를 포함한다.

이하 첨부된 도면에 따라 본 발명의 각부 특성 및 동작 원리를 상세히 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 외장형 안테나가 장착된 폴더형 휴대전화기의 외관도이다. 도 1에서 외장형 안테나(11)는 휴대전화기(12)의 외부에 장착되며, 일반적으로 신축가능형 안테나 또는 헬리컬 안테나가 사용되고 있다.

도 2a와 도 2b는 각각 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 외관 사시도와 일측면도이다. 도 2a에서 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나는 크게 신호를 송수신하는 적층구조의 복사소자(21), 상기 복사소자의 하단에 위치하여 신호를 유기시키는 중간도체(27) 및 상기 급전체 하단에 위치하는 접지면(22)의 세가지 구성 요소가 에스(S) 형태로 적층되어 있는데, 본 발명의 실시예에 따르면 그 전체 크기는 40×15×20[mm]이며 900MHz대의 범유럽 표준방식(GSM;Group Speciale Mobile), 1.8GHz대의 개인휴대통신(PCS;Personal Communications Service) 및 2.1GHz대의 차세대 이동통신(IMT-2000;International Mobile Telecommunication 2000) 서비스의 3중 대역에서 동작 특성을 각각 만족시킬 수 있다. 도 2a에서 phi=0과 phi=90은 각각 도 2d 내지 도 2f에서 후술하는 안테나의 복사패턴을 측정하는 기준면으로써 안테나의 급전점을 기준으로 하는 방위각을 나타낸다.

도 2b는 상기 도 2a의 일측면도로서 각 구성 요소별로 좀 더 상세히 살펴보면, 먼저 복사소자(21)의 경우 본 발명에 따른 안테나 구조는 다층 기판이 적층된 구조와 유사한 형태의 구조이므로 하단의 급전체(23)에서 상기 복사소자에 전기적인 신호를 효과적으로 전자기 결합(EMC;Electromagnetic Coupling)되도록 복사소자를 적층 배치하였다. 또한, 본 발명에 따른 안테나는 기본적으로 공진 특성을 이용한 안테나 구조이므로 적층 복사소자간의 간격을 변화시킴으로써 안테나만으로 동작 주파수 대역을 쉽게 조절할 수 있다. 즉, 상기 복사소자의 길이(x)와 폭(y)을 변화시킴으로써 공진되는 주파수대를 조절할 수 있으며, 각 층간의 높이 h₁(복사소자와 중간도체 사이의 간격), h₂(중간도체와 접지면 사이의 간격), h₃(접지면과 절곡부 1사이의 간격)을 변화시킴으로써 광대역화 또는 다중대역화할 수 있고, 또한 상기 단락핀의 위치를 변화시킴으로써 안테나의 제(諸) 특성(정재파비, 복사패턴, 이득)을 개선할 수 있는 장점이 있다.

도 2c 내지 도 2f는 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 전기적 특성을 나타내는 것으로써 도 2c는 정재파비, 도 2d는 제 1 대역에서의 복사패턴, 도 2e는 제 2 대역에서의 복사패턴, 그리고 도 2f는 제 3 대역에서의 복사패턴이다. 도 2c에서 본 발명에 따른 적층구조 (S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나는 900MHz대, 1.8GHz대 및 2.1GHz대의 3개의 주파수 대역에서 각각 우수한 정재파 특성을 나타낸다.

도 2d 내지 도 2f는 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나의 일실시예인 3중 대역 안테나의 복사패턴으로서 전술한 바와 같이 각각 도 2d는 제 1 대역(본 발명의 실시예에서는 900MHz대)에서의 복사패턴, 도 2e는 제 2 대역(본 발명의 실시예에서는 1.8GHz대)에서의 복사패턴, 그리고 도 2f는 제 3 대역(본 발명의 실시예에서는 2.1GHz대)에서의 복사패턴이다. 도 2d내지 도 2f에서 알 수 있는 바와 같이 phi=0일때와 phi=90일때의 복사패턴을 조합하면 본 실시예에서 안테나의 입체적인 복사 형태는 타원체를 반으로 자른 형태이다.

도 3은 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나를 장착한 휴대전화기의 외관도로서 폴더(Folder)형 전화기에 안테나가 내장된 구조를 나타낸다. 이와같이 안테나가 단말기에 내장됨으로써 전체적으로 소형화가 가능하며, 특히 안테나가 인체의 머리 방향으로 향하지 않게 되므로 전자파에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 도 3에서와 같은 폴더형 단말기에만 한정되지 않고 플립(Flip)형 및 바(Bar)형 단말기에도 적용이 가능함은 본 발명이 속하는 분야에 있어서 통상의 지식을 지닌 자에게 있어 명백한 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나는 표면실장형 내장형 안테나 구조로 단말기의 내부 주기판에 직접 실장할 수 있는 장점이 있으며, 또한 이러한 장점으로 인해 종래의 외장형 안테나 사용시에 단말기의 크기를 줄이는데 제약이 있었던 단점을 매우 효과적으로 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 안테나가 장착되는 주기판의 한쪽면은 접지면이므로 이를 인체 방향으로 설정함으로써 무지향성 안테나에서 발생되었던 인체 머리에서의 전자파 흡수량을 상당히 감소시킬 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 이동 무선통신용 단말기 내에 장착되는 내장형 안테나에 있어서,

   신호를 송수신하는 복사소자와;

   상기 복사소자의 하단에 위치하여 신호를 유기시키는 중간도체와;

   상기 복사소자에 전기적 신호를 급전하기 위한 급전체와;

   상기 급전체의 종단에 구비되는 단락핀과;

   상기 급전체의 하단에 위치하는 접지면과;

   상기 복사소자의 일단부를 절곡한 절곡부 1 및 상기 접지면의 일단부를 절곡한 절곡부 2로 구성되되 휴대전화기 등의 내부에 장착되어 다중대역에서 공진되는 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 안테나의 구조는,

   하나의 금속 판재를 에스(S) 형태로 절곡하여 상단에 상기 복사소자를 형성하고 상기 복사소자의 하부에는 중간도체를 가지며 하단에는 상기 접지면을 구비하되,

   상기 복사소자의 일단부를 절곡한 절곡부 1과 상기 접지면의 일단부를 절곡한 절곡부 2를 동시에 구비하여,

   상기 복사소자와 중간도체와 접지면과 절곡부 1 사이의 간격을 변화시킴으로써 2중 대역 또는 3중 대역에서 동작가능하도록 한 것을 특징으로 하는 적층구조에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나.
3. 제 1 항 내지 제 2 항에 있어서, 상기 급전체는,

   상기 복사소자의 소정의 위치에 상기 단락핀이 접속되어 급전되되,

   상기 단락핀의 위치를 변화시킴으로써 최적의 성능을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 적층구조 에스(S)형 이동통신 단말기용 다중대역 내장형 안테나.