KR100372888B1 - 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 나타내는 폴더형 휴대폰에 있어서, 이용자가 휴대폰 통화 중에는 두부의 높은 SAR 감소 효과를 나타내고, 이용자가 휴대폰 비통화 중에는 안테나 효율을 높여 위치 정보 송신 및 초기 통화의 수신감도를 높일 수 있는 폴더형 휴대폰용 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자파흡수율(SAR) 감소용 폴더형 휴대폰 모노폴 안테나의 구성은 인체의 두부로 향하는 전자파를 중간에서 제거하기 위해 전파흡수체(5)를 안테나 방사 소자 인접한 덥개내에 장착되며, 도체로 이루어져 표면에 전류를 형성하여 공간으로 전자파를 복사시키는 안테나폴(9)이 휴대폰 본체(2)에 장착되고, 도체로 이루어진 넓적한 갓머리 도체(8)가 안테나폴(9) 끝부분에 장착하여 전기적인 길이를 축소할 수 있도록 하고, 넓적한 3면이 가려지는 형태의 반사판(7)은 안테나폴(9)을 감싸는 형태로 장착되어 있다.

Description

반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰{Monopole antenna for folder type phone to reduce SAR}

본 발명은 폴더형 휴대폰에 관한 것으로서, 이용자가 휴대폰 통화 중에는 두부의 높은 전자파흡수율 감소 효과를 나타낼 뿐 아니라 이용자가 휴대폰을 통화하지 않는 경우 지면 위에 어떠한 형태로 보관하여도 안테나 효율을 확보할 수 있도록 하여 위치 정보 송신 및 초기 통화의 수신감도를 높일 수 있는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰에 관한 것이다.

이동통신용 휴대폰 안테나의 경우, 고효율, 저손실, 소형 경량, 방사패턴의 무지향성, 방사효율을 증가시키기 위한 임피던스 정합, 설계 단순화를 위한 패키징 기술, 저가격, 방사로부터 인체 보호 기술, 넓은 대역폭, 저소비전력 및 전자기 환경 등에 적합한 기술 등을 개선하는 다양한 종류의 안테나 기술들이 개발되고 있다. 이러한 기술 중에서 인체 보호 기술은 매우 중요하다. 1998년부터 미국 연방통신위원회(FCC)에서는 휴대폰에 대한 전자파 영향 규제를 실시하여 국내는 물론 유럽 일본 등 세계 각국에서 이에 대한 규제를 법규화하고 하고 있다. 또한 2001년에 상용화를 목표로 하고 있는 IMT-2000처럼 넓은 대역폭을 갖는 안테나 기술은 2000년대 이후 무선통신 분야에서 반드시 필요로 한 기술이라고 볼 수가 있다.

기존 휴대폰 안테나로는 휩 안테나, 헬리칼 안테나, 슬리브 안테나, 역F형 안테나, 평판 역F형 안테나, 다이버시티 안테나, 마이크로 스트립 안테나, 칩 안테나, twisted loop 안테나, EID 안테나, N형 안테나 등 다양한 안테나들이 개발되고있다.

이들 중에서 복사전자파 여기 방법에 따라 모노폴 안테나 그룹으로 구분이 가능하다. 모노폴 안테나는 안테나 접지면을 확보하면서 접지면 반대편의 이미지효과를 이용하는 안테나를 말한다. 모노폴 안테나로는 휩 안테나, 헬리칼 안테나, 슬리브 안테나 또는 N형 안테나와 같이 대부분 외장형 구조를 갖추고 1/4파장 길이를 유지하는 구조를 갖는다. 이와 대조적인 휴대폰용 안테나로는 역F형 안테나, 평판 역 F형 안테나, 다이버시티 안테나, 마이크로스트립 안테나, EID 안테나, FS-PIFA, RCDLA, DTSA 안테나 등이 있다.

종래에 개발된 종래의 모노폴 타입의 안테나들은 보편적으로 광대역성을 지니고 있으나 전자파 영향을 억제시킬 수 없는 단점을 지니고 있으며, 기존 내장형 안테나로 제작되는 안테나인 평판 역 F형안테나(PIFA), 유전체 안테나 등은 전자파 영향을 억제시키는 면에서 탁월하나 광대역성을 지니지 못하는 문제점을 지니고 있다.

모노폴 안테나의 광대역성을 유지하면서 전자파흡수율(SAR)을 감소할 수 있는 안테나가 최근에 고안되었다. 이러한 안테나로는 반노출 고정형 휴대폰 모노폴 안테나 및 전파흡수체를 활용한 내장형 모노폴 안테나가 제안되었다. 이러한 안테나들은 SAR 감소효과가 매우 뛰어난 모델들이다. 전자는 후자에 비해 SAR 감소효과가 뛰어나지 않으나, 반노출형을 유지하고 있어 안테나효율이 뛰어난 모델이다. 게다가 이용자가 휴대폰을 사용하지 않을 경우, 내장형을 갖는 후자는 접지면에 휴대폰을 보관할 경우, 복사하는 면을 밀폐시킬 수 있는 형태로 보관될 수가 있다. 휴대폰을 사용자가 사용치 않을 때도, 위치 정보를 기지국에 송신하는 면을 고려한다면 이 때에도 안테나효율을 높게 유지해야 한다. 그러므로 이용자가 휴대폰을 사용 중에는 반드시 SAR 감소효과가 매우 뛰어난 모델이 제시되어야 하고, 사용하지 않는 중에는 안테나 효율이 뛰어난 모델 개발이 반드시 필요하다.

또한 폴더형 휴대폰에 있어서, 휴대폰 사용중에 휴대폰 덮개를 열어 사용하게 되는 데, 덮개와 안테나 방사소자의 결합량(coupling) 증가로 안테나 입력임피던스에 영향을 주어 안테나 이득이 저하되는 문제점을 지니고 있다.

따라서 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰은 모노폴 안테나를 폴더형 휴대폰에 설치 시 휴대폰 밖으로 노출된 안테나 방사소자와 덮개의 결합량(coupling)을 감소시켜 임피던스 비정합 문제를 해결하고, 이용자가 휴대폰 통화 중에는 두부의 높은 SAR 감소 효과를 나타내고, 이용자가 휴대폰 비통화 중에는 안테나 효율을 높여 위치 정보 송신 및 초기 통화의 수신감도를 높일 수 있는 폴더형 휴대폰용 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 개략적인 사시도로서,

(a) 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 뚜껑을 열었을 때를 도시한 정면도,

(b) 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 뚜껑을 닫았을 때를 도시한 정면도,

도 2는 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 다른 실시예를 도시한 사시도로서,

(a) 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 뚜껑을 닫았을 때를 도시한 정면도,

(b) 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 뚜껑을 닫았을 때를 도시한 정면도,

도 3은 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 단면도로서,

(a) 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 측단면도,

(b) 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 정단면도,

도 4는 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 상세 부품 구성도,

도 5는 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 다른 실시예의 상세 부품도,

도 6은 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 또 다른 실시예의 상세 부품도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1: 휴대폰 덮개 2: 휴대폰 본체

3: 스피커 4: 안테나 방사소자

5: 전파흡수체 6: 도체판

7: 반사판 8: 갓머리 도체

9: 안테나폴 10: 코넥터 내심

11: 인쇄회로기판(PCB) 12: 코넥터 외부도체

13: 유전체

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰은 상기 폴더형 휴대폰은 안테나폴, 갓머리 도체 및 반사판을 포함하여 구성되어 지고, 상기 안테나폴 가까이 위치하는 상기 덮개의 일부분에 전파흡수체가 부착된 것을 특징으로 하는 폴더형 휴대폰 안테나가 제공된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 덮개를 열었을 때를 도시한 정면도, 도 1b는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 덮개를 닫았을 때를 도시한 정면도이다.

도 2a는 본 발명에 다른 실시 예에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 덮개를 열었을 때를 도시한 정면도, 도 2b는 본 발명에 다른 실시 예에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 덮개를 닫았을 때를 도시한 정면도이다.

도 3a는 본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 측단면도, 도 3b는 전자파흡수율 감소용 폴더형 휴대폰 모노폴 안테나를 휴대폰에 탑재할 때를 도시한 정단면도이다.

도 4는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 상세 부품도, 도 5는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 다른 실시예를 도시한 상세 부품도, 도 6은 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 다른 실시예를 도시한 상세 부품도이다.

본 발명에 의한 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰은 페라이트, 도전성 일래스토머 등으로 제작하여 전자파를 저항열로서 흡수하는 전파흡수체(5)를 포함한 폴더형 휴대폰에 있어서, 스피커(3)는 휴대폰의 덮개(1)에 장착되며, 알루미늄, 구리, 철 또는 니켈 등과 같은 도전성 재료로 코팅된 테이프처럼 전자파를 반사시키는 도체판(6)이 전파흡수체(5)에 부착되고,

구리, 알루미늄, 철 또는 니켈 등과 같은 도체로 이루어지거나 또는 플라스틱 등과 같은 가벼운 비금속체 표면에 도체로 코팅이 되어 있어 표면에 전류가 흐르도록 만들거나, 내부 속이 비어 있는 도체로 이루어진 안테나폴(9)이 휴대폰 본체(2)에 장착되고,

구리, 알루미늄, 철 또는 니켈 등과 같이 도체로 이루어지거나 플라스틱 등과 같이 가벼운 비금속체 표면에 금속 코팅이 되어 있어 표면에 전류가 흐르도록 만들거나, 내부 속이 비어 있는 도체로 이루어진 넓적한 갓머리 도체(8)가 안테나폴(9) 끝부분에 장착되며,

코넥터 내심(10)과 코넥터 외부도체(12)를 통해 전기적 신호(electric signal)를 급전(feeding)할 때, 안테나폴(9)과 갓머리 도체(8)의 표면에 전류가 유기되어 1차적으로 공간으로 전자파를 복사하는데, 안테나폴(9)과 갓머리 도체(8)를 합하여 안테나 방사 소자(4)로 정의하며,

구리, 알루미늄, 철 또는 니켈 등과 같이 도체로 이루어지거나 플라스틱 등과 같이 가벼운 비금속체 표면에 금속으로 코팅이 되어 있어 표면에 전류가 흐르도록 만들어진 넓적한 3면이 가려지는 형태의 반사판(7)이 안테나폴(9)을 감싸는 형태로 장착되어 구성되어 있다.

도 1과 같이 전파흡수체(5)를 안테나 방사소자(4)와 가까운 덮개 내부에 설치하고, 도 3과 같이 전파흡수체(5)에 얇은 도체판(6)을 부착시킨다. 전파흡수체(5)와 얇은 도체판(6)의 경우 형태를 다양하게 할 수 있으며, 덮개의 일부 또는 전체면에 설치도 가능하고, 전파흡수 효과를 높이기 위해 굽은 모양으로 설치하여 구현될 수도 있다. 다만, 흡수효과가 탁월한 전파흡수체(5)를 사용할 경우에 얇은 도체판(6)을 사용하지 않을 수도 있다.

도 1a와 같이 스피커(3)가 내장된 휴대폰의 덮개(1)를 열었을 때에는, 전파흡수체(5)가 안테나 방사소자(4)로부터 인체의 두부를 가리는 형태로 존재한다. 다시 말해서, 안테나 방사소자(4)로부터 발생되는 전자파 중에서 인체의 두부로 향하는 전자파를 중간에서 차폐시킬 수 있는 구조가 된다.

일반적으로 안테나 방사소자(4)로부터 발생된 전자파 중에서 인체의 두부로 향하는 전자파는 인체의 두부에서 열로 소모되는 특성을 갖고 있다. 따라서 상기 모델은 인체의 두부로 향하는 전자파를 중간에서 전파흡수체가 오옴열로서 제거함으로서 전자파흡수율(SAR)을 감소시킬 수가 있는 것이다.

도 1b와 같이 휴대폰의 덮개(1)를 닫았을 때에는, 전파흡수체(5)가 안테나 방사소자(4)를 차단시키지 않기 때문에 일반적인 내장형 안테나와는 달리 휴대폰을 지면 위에 보관할 때 안테나 방사소자(4)가 공간으로 노출되어 안테나 효율이 저하되는 문제점을 해결할 수가 있다.

전자파는 공중에 존재하고 이러한 전자파를 수신하여 통신을 해야 하기 때문에 안테나 방사소자(4)를 공간으로 노출시키는 것은 매우 중요하다.

또한 덮개(1)에 전파흡수체(5)를 설치함으로서 덮개(1)를 열었을 때, 전파흡수체(5)와 안테나 방사소자(4)의 결합량이 감소하므로, 안테나 방사소자(4)를 도 2와 같이 가운데로 이동시켜 장착하여도 임피던스 정합이 유지될 수 있기 때문에 안테나 복사 효율이 저하되지 않는다.

안테나 방사소자(4)가 가운데로 이동하는 경우, 전파흡수체(5)를 포함한 덮개(1) 부분이 인체의 두부를 도 1의 실시예 보다도 효과적으로 차단시키기 때문에 두부의 전자파흡수율 값은 더욱더 감소하게 된다. 다시 말해서, 안테나 방사소자(4)로부터 인체의 두부까지의 최소 가시거리(minimum line of sight)가 길어지는 효과로 인해 두부의 전자파흡수율 값은 더욱더 감소하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 휴대폰의 상세도를 나타내고 있는데, 전파흡수체(5)와 도체판(6)을 제외한 부분은 기존 "반노출 고정형 휴대폰 모노폴 안테나"의 구성과 동일하다. "반노출 고정형 휴대폰 모노폴 안테나" 대신에 종래의 휴대폰에서 많이 사용하고 있는 헬리칼 안테나(도 6 참조), 휩 안테나 또는 기타 다른 다이폴 안테나가 설치될 수도 있다.

휩 안테나와 같이 1/4파장 길이를 갖는 다이폴 안테나의 경우, 안테나 방사소자의 길이가 커서 높은 전자파흡수율 감소 효과를 얻기 위해서는 보다 큰 전파흡수체(5)와 도체판(6)을 덮개(1)에 장착시켜야 한다. 헬리칼 안테나, "반노출 고정형 휴대폰 모노폴 안테나" 등과 같이 1/4파장 길이 보다 작은 다이폴 안테나의 경우, 작은 전파흡수체(5)와 도체판(6)을 덮개(1)에 장착시켜도 높은 전자파흡수율 감소 효과를 얻을 수가 있다.

휴대폰을 사용 중에는 전자파흡수율 값이 기존 반노출 고정형 휴대폰 모노폴 안테나, 헬리칼 안테나, 휩 안테나 등보다 2배 이상 감소시킬 수가 있다. 이용자가 휴대폰을 사용하지 않은 상태, 즉 도 1b와 같이 휴대폰 덮개를 접어놓은 경우, 전파흡수체(5)를 포함한 덮개(1)가 휴대폰 본체(2)와 붙어서 놓이게 되므로, 휴대폰 보관 시 어떠한 형태로 놓아도 안테나 방사 소자(4)가 노출되는 형태를 유지하는 구조를 갖는다. 그러므로 이때에도 안테나 효율이 저하되지 않아 위치정보를 기지국에 전송할 때, 전력손실이 적으므로 배터리 사용 시간을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한 덮개(1) 와 갓머리도체(8), 덮개(1)와 안테나폴(9)의 결합량이 감소하기 때문에 도 6과 같이 안테나폴(9)과 갓머리도체(8)를 휴대폰 본체(2)를 중심으로 옮겨 전자파흡수율을 더욱더 감소시킬 수 있는 구조로 제작이 가능하다.

도 6과 같이 가느다란 안테나폴(9)을 유지한 상태에서 갓머리도체(8) 대신에 헬리칼 타입으로 꼬아 놓거나, 또는 급전부 가까이에 헬리칼 타입으로 꼬아서 전체 길이를 줄일 수도 있다. 또한, 코니컬 타입으로 꼬아서 전체적인 길이를 줄일 수 있다.

반사판(7)은 도 3a와 같이 안테나 방사소자(4)와 인체의 두부 사이에 설치하도록 하여 안테나 방사소자(4)로부터 인체의 두부까지 최소가시거리(minimum line of sight)를 길게 유지시켜 전파흡수율을 떨어뜨리는 효과를 나타낸다.

안테나폴(9)의 경우 단면의 구조가 원형 이외에도 삼각형, 사각형, 오각형 또는 직사각형 등 여러 형태로 제작하여도 동일한 특성을 얻을 수가 있다.

또한 도 1 내지 도 5와 같이 미관을 위해 안테나폴(9)의 일부를 플라스틱 또는 테프론 등과 같이 비도전성 물질(13)로 안테나를 덮어도 된다. 갓머리 도체(8)의 경우, 손의 접촉에 의한 전기적인 특성 변화가 발생되어 복사효율을 저하시킬 수도 있기 때문에 갓머리 도체(8)를 비도전성 물질로 피복하거나 비도전성 물질로 코팅처리 하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 목적을 위해 설치되어야 하는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰의 상세 부품도를 나타내고 있으며, 폴더형 모노폴 휴대폰 안테나의 제작을 간단히 하기 위하여 코넥터의 외부도체(12)를 반사판(7)에 곧바로 장착하였으며, 안테나폴(9)에 코넥터의 내심(10)도 곧바로 장착하는 구조를 갖게 하였다.

휴대폰의 종류에 따라 안테나를 설치할 때, 약간의 공진 주파수의 변화가 발생되어 임피던스 정합에 영향을 주는 현상이 발생한다. 따라서 갓머리 도체(8)는 길이 변화를 통해 공진 주파수를 맞추어야 하기 때문에 나사산을 이용하여 길이 조정이 가능하도록 제작하였다. 도 5에서는 휴대폰 내부에서 안테나의 설치 공간을 최소화하기 위해 반사판(7)의 구조를 원형으로 제작한 모양을 나타내고 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰은 휴대폰을 사용 중에는 전자파 흡수체가 인체의 두부와 안테나 방사소자 사이에 놓이게 되어 안테나 방사소자로부터 발생되는 복사 전자파 중에서 인체의 두부로 향하는 전자파를 제거할 수가 있다. 또한, 덮개와 안테나 방사소자간의 결합량(Coupling)을 줄일 수 있기 때문에 안테나 방사소자를 휴대폰의 중심으로 이동시킬 수 있고, 이 경우 안테나 방사소자로부터 두부까지의 최소가시거리가 길어지기 때문에 두부의 전자파흡수율(SAR)은 최소가시거리 자승에 반비례하여 감소되는 효과가 있다.

또한, 이용자가 휴대폰을 사용하지 않은 상태에서는 안테나 방사소자가 돌출되는 형태를 유지하기 때문에 안테나 효율이 저하되지 않을 뿐만 아니라 수신감도가 좋고 위치정보를 기지국에 전송할 때 전력손실이 적으므로 배터리 사용 시간을 길게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 휴대폰의 내부에 일부가 삽입되게 설치되는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰에 있어서,

   덮개의 일부분에 부착된 전파흡수체;

   상기 전파흡수체의 크기와 동일한 크기를 가지며, 전류가 표면에 흐를수 있으며, 상기 전파흡수체에 밀착되어 상기 덮개 내부측에 위치하는 도체판; 및

   상기 휴대폰 내부에 위치한 상기 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나의 일부분을 감싸도록 설치된 반사판을 포함하며,

   상기 전파흡수체는 상기 덮개 개방시 상기 반노출 고정형 광대역 안테나와 인체의 두부 사이에 위치되도록 설치되고, 그 크기가 상기 반노출 고정형 광대역 안테나의 노출 부분만을 가릴 수 있는 정도의 크기인 것이 특징이고,

   상기 반사판은 상기 폴더형 휴대폰의 내부에 장착된 기판과 상기 폴 간에 전류가 흐르지 않도록 3면이 차폐된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판은 금속 도체 또는 비금속 표면에 도체로 코팅되어 상기 표면에 전류가 흐를 수 있도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1 항에 있어서,

    상기 안테나폴을 위쪽에 헬리칼 형태의 인덕턴스를 부착하여 상기 안테나폴의 길이를 축소시킨 것을 특징으로 하는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰.
12. 제1 항에 있어서,

    상기 안테나폴 급전부쪽에 헬리칼 형태의 인덕턴스를 부착하여 상기 안테나폴의 길이를 축소시킨 것을 특징으로 하는 반노출 고정형 광대역 모노폴 안테나를 구비한 폴더형 휴대폰.