KR100491884B1 - Frequency Selective Surface painted antenna for a mobile phone - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동통신 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 이용하여 주파수 선택 표면(FSS) 패턴을 형성하여 단말기의 전자파 간섭(EMI)을 최소화하면서 동시에 설계한 주파수에서 방사체로 동작하도록 함으로써 외부 안테나의 역할을 대신하도록 한 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 제공하기 위한 것으로, 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 도포하여 패턴 형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴부와; 상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부로 급전하기 위한 급전부를 포함하여 이루어지며, 안테나가 케이스에 내장되어 단말기의 휴대성 및 심미감이 향상되고, 안테나의 대역폭 및 기기간의 주파수 간섭 문제를 동시에 해결할 수 있으며, 다양하게 배열된 안테나를 제작할 수 있다.The present invention forms the frequency selective surface (FSS) pattern by using a conductive paint inside the case of the mobile communication terminal to minimize the electromagnetic interference (EMI) of the terminal and at the same time acts as an external antenna by acting as a radiator at the designed frequency What is claimed is to provide a frequency selective surface painted antenna of a mobile communication terminal, the frequency selective surface antenna pattern portion having a pattern formed by coating a conductive paint inside the case of the terminal; It includes a feeder for feeding power to the frequency selection surface antenna pattern portion, the antenna is embedded in the case to improve the portability and aesthetics of the terminal, and to solve the problem of the bandwidth of the antenna and the frequency interference between devices at the same time, Various antennas can be manufactured.
Description
본 발명은 이동통신 단말기의 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동통신 단말기에 주파수 선택 표면(Frequency Selective Surface, 이하 FSS) 페인티드 패턴(Painted Pattern)을 형성하여 단말기의 전자파 간섭(Electromagnetic Interface, EMI)을 최소화하기 위한 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna of a mobile communication terminal, and more particularly, to form a frequency selective surface (FSS) painted pattern on a mobile communication terminal to form an electromagnetic interference (Electromagnetic Interface, EMI) of the terminal. A frequency selective surface painted antenna of a mobile communication terminal for minimizing
일반적으로 이동통신용 단말기는 무선 링크를 통하여 기지국과의 무선 송수신을 수행한다. 무선주파수 신호의 송수신은 전자기파의 방사를 위한 방사체를 필요로 하는데, 이동통신용 단말기에서는 케이스 구조에 따라 다양한 형태의 안테나가 장착된다.In general, a mobile communication terminal performs wireless transmission and reception with a base station through a wireless link. Transmission and reception of radio frequency signals require a radiator for radiating electromagnetic waves, and various types of antennas are mounted in a mobile communication terminal according to a case structure.
이동통신 단말기용 안테나로는 헬리컬 안테나, 슬리브 다이폴 안테나, 그리고 마이크로스트립 안테나 등이 주로 사용된다.As antennas for mobile communication terminals, helical antennas, sleeve dipole antennas, and microstrip antennas are mainly used.
도1은 종래기술에 따른 이동통신 단말기에 적용되는 헬리컬 안테나의 구조를 보인 것이다.Figure 1 shows the structure of a helical antenna applied to a mobile communication terminal according to the prior art.
도1에 따르면, 단말기(110)의 일측단에 돌출된 형태의 헬리컬 안테나(120)가 장착된다. 헬리컬 안테나는 단말기(110)에 결합되어 급전 기능을 담당하는 급전부(121), 나선형 전선 형태의 방사체(122), 그리고 안테나 지지대(123)를 포함한다.According to FIG. 1, a helical antenna 120 having a protruding shape is mounted at one end of the terminal 110. The helical antenna includes a feeder 121 coupled to the terminal 110 to serve a power feeding function, a radiator 122 in the form of a spiral wire, and an antenna support 123.
헬리컬 안테나는 구조적으로 모노폴 형태로 구현됨으로써 그 크기가 소형이며, 우수한 전방향성 방사패턴을 갖는다. 하지만 이 안테나는 대역폭이 협소하고, 구조적으로 단말기가 방사 시스템의 적분영역 내부에 존재하므로 단말기에 무선주파수 전류가 유기됨으로써 핸드셋 타입의 단말기에 적용할 경우에는 SAR(Special Absorption Rate) 측면에서 매우 부적절한 형태이다.Helical antenna is structurally implemented in the form of a monopole, small in size, and has an excellent omni-directional radiation pattern. However, since the antenna has a narrow bandwidth and structurally exists in the integrated area of the radiation system, the radio frequency current is induced in the terminal, so it is very inadequate in terms of SAR (Special Absorption Rate) when applied to a handset type terminal. to be.
그래서 현재 이동통신용 단말기 안테나는 소형이며, 저가형인 헬리컬 안테나가 주로 사용된다. 헬리컬 안테나는 Kraus에 의해 제안된 것으로, 그 제고형태에 따라 노멀모드(Normal Mode)와 액시얼모드(Axial Mode)로 구분된다. 주로 사용되는 형태는 노멀모드의 헬리컬 안테나이며, 이는 헬리컬 안테나의 원주가 파장에 비하여 매우 작을 때 선형 편파로 전방사 패턴을 가지면서도 동작하는 모드이다.Therefore, the mobile communication terminal antenna is small and low cost helical antenna is mainly used. The helical antenna is proposed by Kraus, and is classified into a normal mode and an axial mode according to an uplift type. The most commonly used type is the helical antenna of the normal mode, which is a mode that operates while having a forward polarization pattern with linear polarization when the circumference of the helical antenna is very small compared to the wavelength.
이때 헬리컬 안테나의 원주 높이는 동작하는 주파수의 함수이며, 주로 그 길이가 파장의 1/4인 것으로 모노폴 형태로 접지 평면상에 구현된다. 접지 평면과 함께 파장의 1/2 길이 공진을 일으키며 무선주파수 신호를 공기중으로 방사한다.At this time, the circumferential height of the helical antenna is a function of the operating frequency. The length of the helical antenna is mainly 1/4 of the wavelength, and is implemented on the ground plane in the form of a monopole. Together with the ground plane, it causes half-length resonance of the wavelength and radiates radio frequency signals into the air.
슬리브 다이폴 형태의 안테나는 이동통신용 단말기에 적용할 경우, 이상적인 방사 패턴을 가지며, 충분한 대역을 확보할 수 있는 장점이 있으나, 헬리컬 안테나에 비해 그 부피가 큰고, 무거우며, 구조의 복잡성으로 인해 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서 이 안테나를 핸드셋 형태의 단말기에 적용할 경우, SAR 문제는 헬리컬 안테나에 비해 우수하지만 여전히 그 큰 부피로 인해 적용이 어렵다.The sleeve dipole type antenna has an ideal radiation pattern when applied to a mobile communication terminal, and has an advantage of ensuring sufficient bandwidth. However, the size of the sleeve dipole antenna is larger, heavier than the helical antenna, and is expensive due to the complexity of the structure. There is an expensive disadvantage. Therefore, when the antenna is applied to a handset type terminal, the SAR problem is superior to the helical antenna, but is still difficult to apply due to its large volume.
마이크로스트립 안테나의 경우, SAR 측면에서 전술한 안테나들에 비하여 매우 우수하나, 방사패턴의 비대칭성으로 인해 통화 품질에 영향을 줄 수 있으며, 협소한 대역폭으로 인해 구조적인 개선이 필요하다. 또한, 그 크기가 다소 크기 때문에 적용이 용이하지는 않다.The microstrip antenna is much superior to the antennas described above in terms of SAR, but the asymmetry of the radiation pattern may affect the call quality, and the narrow bandwidth requires structural improvement. In addition, it is not easy to apply because the size is rather large.
마이크로스트립 안테나의 경우, 파장의 1/2 길이를 갖고 일정한 폭을 갖는 전도성 다각형 패치와 유전체 그리고 접지평면으로 구현되는데, 유전체의 유전율과 두께에 의해 동작 주파수가 결정되는 공진기로 하부의 접지면은 반사체로 동작한다. 따라서 마이크로스트립 안테나는 지향성의 빔 패턴을 갖는 특징이 있다.In the case of a microstrip antenna, a conductive polygonal patch, a dielectric, and a ground plane having a half length of a wavelength and having a constant width is a resonator whose operating frequency is determined by the dielectric constant and thickness of the dielectric. It works. Therefore, the microstrip antenna is characterized by having a directional beam pattern.
이처럼 종래기술에서는 무선주파수의 송수신을 위하여 헬리컬 안테나를 사용하거나 이동통신용 단말기 내부에 패치 안테나를 사용하여 구현된다.As described above, in the prior art, a helical antenna is used to transmit and receive radio frequencies or a patch antenna is used in a mobile communication terminal.
그런데 헬리컬 안테나의 경우, 단말기에 커넥터 형태로 접속되어 물리적으로 결합이 복잡한 단점이 있고, 외부에 돌출되어 있으므로 단말기의 휴대성을 떨어뜨리며 가격이 비교적 비싸다. However, in the case of the helical antenna, it is connected to the terminal in the form of a connector, and the physical coupling is complicated, and protrudes to the outside, thereby reducing the portability of the terminal and being relatively expensive.
마이크로스트립 안테나의 경우, 그 큰 부피로 인해 단말기 내부에 안테나를 삽입하기가 용이하지 않으며, 저 손실을 유전체를 사용해야 하므로 가격이 비싸다. 또한, 전자파 간섭 특성을 만족시키기 위해 단말기 내부에 차폐구조를 갖추거나 EMI 도료를 도포해야만 한다.In the case of a microstrip antenna, its large volume makes it difficult to insert the antenna inside the terminal, and it is expensive because a low loss dielectric is required. In addition, in order to satisfy the electromagnetic interference characteristics, a shielding structure or an EMI paint must be applied inside the terminal.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 이동통신 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 이용하여 주파수 선택 표면(FSS) 패턴을 형성하여 단말기의 전자파 간섭(EMI)을 최소화하면서 동시에 설계한 주파수에서 방사체로 동작하도록 함으로써 외부 안테나의 역할을 대신하도록 한 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to form a frequency selective surface (FSS) pattern by using a conductive paint inside a case of a mobile communication terminal, thereby preventing electromagnetic interference (EMI) of the terminal. It is to provide a frequency-selected surface-painted antenna of the mobile communication terminal to replace the role of an external antenna by operating as a radiator at a frequency designed at the same time to minimize the).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나는, 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 도포하여 패턴 형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴부와; 상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부로 급전하기 위한 급전부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a frequency selective surface painted antenna of a mobile communication terminal, comprising: a frequency selective surface antenna pattern portion formed by coating a conductive paint inside a case of a terminal; And a feeder for feeding power to the frequency selective surface antenna pattern portion.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
최근 안테나를 단말기 내부에 집적화하는 기술들이 많이 연구되어 있으나, 본 발명이 제안하는 바와 같이 주파수 선택 표면 페인티드 안테나 형태를 단말기에 내장하는 기술은 없다. 본 실시예는 이동통신 단말기의 케이스 부분에 형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴에 금속 탄성 핀을 사용하여 급전하는 구조의 안테나를 구현한 것이다.Recently, many techniques for integrating an antenna inside a terminal have been studied, but there is no technique for embedding a frequency selective surface painted antenna type in the terminal as proposed by the present invention. The present embodiment implements an antenna having a structure of feeding power using a metal elastic pin to a frequency selective surface antenna pattern formed on a case portion of a mobile communication terminal.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 투시도이며, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 구조도이다.2 is a perspective view of a frequency selective surface painted antenna of a mobile communication terminal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a structural diagram of a frequency selective surface painted antenna of a mobile communication terminal according to an embodiment of the present invention.
도2 및 도3에 따르면, 단말기(200)의 케이스 부분에 전도성 도료를 이용하여 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)을 형성하고, 단말기의 인쇄회로기판(220)으로부터 돌출된 탄성 핀 형태의 급전부(230)로 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)에 무선주파수 신호를 여기하고, 무선주파수 신호를 공기 중으로 방사시킨다.2 and 3, the frequency selective surface antenna pattern 210 is formed on the case portion of the terminal 200 using conductive paint, and the feed portion in the form of an elastic pin protrudes from the printed circuit board 220 of the terminal. At 230, the radio frequency signal is excited to the frequency selective surface antenna pattern 210, and the radio frequency signal is radiated into the air.
급전부(230)는 급전경로에서 안테나 패턴(210)에 대한 기밀한 접촉을 보장하여 전력소모를 최소화하는 한편, 단말기(200)의 조립시 또는 운용중 케이스와 인쇄회로기판(220) 사이의 이격거리가 변화되는 경우에도 안테나 패턴(210)과 급전점(232)간의 기밀성이 보장되도록 하기 위하여 유동적 결합된 급전점(232)과 탄성 스프링(231)을 구비한다. 급전부(230)의 탄성 스프링(231)은 압축에 대해 탄성에너지를 보유하여 급전점(232)을 상향 즉, 안테나 패턴(210)을 향해 압력을 가하여 기밀한 접촉을 보장한다. 이러한 급전부의 구성 및 동작 설명은 안테나 결합시 사용되는 급전부들에 대해서도 동일하게 적용된다.The feeder 230 minimizes power consumption by ensuring a confidential contact with the antenna pattern 210 in the feed path, while separating the case and the printed circuit board 220 during assembly or operation of the terminal 200. In order to ensure airtightness between the antenna pattern 210 and the feed point 232 even when the distance is changed, the feed point 232 and the elastic spring 231 are fluidly coupled. The elastic spring 231 of the feed section 230 retains elastic energy against compression to pressurize the feed point 232 upward, ie, toward the antenna pattern 210 to ensure hermetic contact. The description of the configuration and operation of the power supply unit is equally applicable to the power supply units used when the antenna is coupled.
주파수 선택 표면 페인티드 안테나는 단말기(200)의 케이스 후면에 또는 폴더형의 상측면 내부에 형성된 전도성 도료 패턴으로 구현된다.The frequency selective surface painted antenna is implemented by a conductive paint pattern formed on the case back of the terminal 200 or inside the upper side of the clamshell.
형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)은 주파수에 종속되는 주기적 공진기 형상의 배열 구조(격자구조)를 갖는다. 이 주파수 선택 표면 안테나 구조는 특정 주파수를 선택적으로 수용할 수 있으며, 배열 간격이나 공진기 형태를 변경하면 특정 주파수에서 안테나의 감도증가, 통신시스템에서의 수신 성능 향상, 기기간의 전파 간섭 방지 등에서 향상된 성능을 갖도록 할 수 있다.The formed frequency selective surface antenna pattern 210 has an arrangement structure (lattice structure) of a periodic resonator shape depending on the frequency. This frequency selective surface antenna structure can selectively accommodate specific frequencies, and changing the array spacing or resonator shape improves the antenna's sensitivity at specific frequencies, improves the reception performance in communication systems, and prevents radio interference between devices. You can have it.
여기서 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)은 단말기 내부에서 외부로 또는 그 반대로의 전자파 이동을 차폐하는 효과를 가지므로, 불요파의 억제를 위하여 별도의 차폐 구조나 EMI 도료를 사용할 필요가 없게 된다.In this case, since the frequency selective surface antenna pattern 210 has an effect of shielding the movement of electromagnetic waves from the inside of the terminal to the outside or vice versa, it is not necessary to use a separate shielding structure or an EMI paint to suppress unwanted waves.
또한, 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)은 그 구조가 평면형이기 때문에 다른 안테나와 병렬로 설치하기가 용이하며, 넓은 주파수 대역에서 동작하는 광대역 안테나를 구현할 수 있다.In addition, since the frequency selective surface antenna pattern 210 has a flat structure, the frequency selective surface antenna pattern 210 can be easily installed in parallel with other antennas, and can implement a wideband antenna operating in a wide frequency band.
이러한 주파수 선택 표면 안테나의 패턴(210)은 전도성 도료를 도포하여 단말기(200)의 케이스 내부에 형성되므로, 기존의 단말기에서 사용되던 별도의 안테나 커넥터를 삭제할 수 있으며, 제안된 주파수 선택 표면 안테나는 구조적으로 단말기 케이스 내부에 박형으로 실장되므로 경량형, 저가형의 단말기를 구현도 가능하게 된다.Since the pattern 210 of the frequency selective surface antenna is formed inside the case of the terminal 200 by applying a conductive paint, it is possible to delete a separate antenna connector used in the existing terminal, the proposed frequency selective surface antenna is structural As a thin mounting inside the terminal case it is possible to implement a lightweight, low-cost terminal.
더불어 최근에 지구측위시스템(GPS), 블루투스(Bluetooth) 등 서로 다른 주파수를 사용하는 송수신 모듈들이 하나의 단말기에 장착되고 있는데, 이러한 추세에 부응하여 본 실시예는 인쇄회로기판에 공간적 제약을 가하지 않으면서도 여러 개의 안테나를 하나의 단말기 내부에 설치할 수 있도록 한다.In addition, recently, transmitting and receiving modules using different frequencies, such as GPS, Bluetooth, etc., have been installed in a single terminal. In response to this trend, the present embodiment does not apply spatial constraints to a printed circuit board. In addition, several antennas can be installed in one terminal.
따라서 본 발명은 다수개의 안테나가 결합된 구조의 다양한 실시예를 예정한다.Accordingly, the present invention contemplates various embodiments of a structure in which a plurality of antennas are combined.
도4는 본 발명의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 패치 안테나가 결합된 구조를 보인 것이다.Figure 4 shows a structure in which the frequency selective surface painted antenna and the patch antenna of the present invention are combined.
도4에 따르면, 격자 구조의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나(210)와 패치 안테나(250)는 별도로 급전되어져야 하므로 두 개의 급전부(230)(240)가 필요하다. 패치 안테나 패턴(250)은 주파수 선택 표면 페인티드 안테나 패턴(210)이 삭제된 부분에 형성된다.According to FIG. 4, since the frequency selective surface painted antenna 210 and the patch antenna 250 of the lattice structure are to be fed separately, two feed units 230 and 240 are required. The patch antenna pattern 250 is formed at the portion where the frequency selective surface painted antenna pattern 210 is removed.
이와 같은 원리로 다양한 형태의 안테나와 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 결합시킬 수 있다.With this principle, various types of antennas and frequency selective surface painted antennas can be combined.
도5는 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 결합된 다양한 형태의 안테나들을 보인 것이다.5 shows various types of antennas combined with a frequency selective surface painted antenna.
도5의 (a)는 단일의 패치 안테나(250)가 결합된 구조이고, (b)는 두 개의 패치 안테나(250A)(250B)가 결합된 구조이며, (c)는 두 개의 패치 안테나(250C)(250D)가 결합된 구조의 또다른 예이다. 기타 다양한 결합 구조가 가능하다.5A illustrates a structure in which a single patch antenna 250 is combined, (b) illustrates a structure in which two patch antennas 250A and 250B are combined, and (c) illustrates two patch antennas 250C. ) 250D is another example of a combined structure. Various other bonding structures are possible.
이처럼 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 이동통신용 단말기에 적용하게 되면, 전자파 차폐와 공간의 효율적 운용 및 다양한 형태의 안테나 결합 등 여러 측면에서 그 효용 가치가 매우 크다. When the frequency-selected surface-painted antenna is applied to a mobile communication terminal, its useful value is very valuable in many aspects such as electromagnetic shielding, efficient operation of space, and various types of antenna coupling.
이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 본 발명은 안테나 패턴과 급전 구조를 적절히 변형하여 선형 및 원형 편파 특성과 광대역 특성을 얻을 수 있으므로 다양한 실시예를 예정한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.The embodiments described above are within the scope of various changes, modifications, and equivalents of the present invention. Since the present invention can obtain linear and circular polarization characteristics and broadband characteristics by appropriately modifying the antenna pattern and the feeding structure, various embodiments are intended. Therefore, the present invention is not limited to the description of the examples.
본 발명의 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the frequency selective surface painted antenna of the mobile communication terminal of the present invention has the following effects.
우선, 외부로 안테나가 돌출되지 않게 되므로 휴대성 및 심미감이 향상된 이동통신용 단말기를 구현할 수 있다.First, since the antenna does not protrude to the outside, it is possible to implement a mobile communication terminal with improved portability and aesthetics.
또한, 안테나의 대역폭 및 기기간의 주파수 간섭 문제를 동시에 해결할 수 있다In addition, the bandwidth of the antenna and the frequency interference between devices can be solved at the same time.
더불어 공간 제약을 완화하여 여러가지 형태의 안테나와 주파수 선택 표면 안테나를 병렬로 배열하여 운용할 수 있게 되며, 안테나를 다양하게 변형시킬 수도 있다.In addition, by reducing the space constraints, it is possible to arrange and operate various types of antennas and frequency selective surface antennas in parallel, and to modify the antennas in various ways.
도1은 종래기술에 따른 이동통신 단말기에 적용되는 헬리컬 안테나의 구조도.1 is a structural diagram of a helical antenna applied to a mobile communication terminal according to the prior art.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 투시도.2 is a perspective view of a frequency selective surface painted antenna of a mobile communication terminal according to an embodiment of the present invention;
도3은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 구조도.3 is a structural diagram of a frequency selective surface painted antenna of a mobile communication terminal according to an embodiment of the present invention;
도4는 본 발명의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 패치 안테나의 결합 구조도.4 is a diagram illustrating a coupling structure of a frequency selective surface painted antenna and a patch antenna of the present invention.
도5는 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 결합된 다양한 형태의 안테나 예시도.5 illustrates various forms of antennas in combination with a frequency selective surface painted antenna;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 단말기 210 : 안테나 패턴200: terminal 210: antenna pattern
220 : 인쇄회로기판 230, 240 : 급전부220: printed circuit board 230, 240: feeder
231 : 탄성 스프링 232, 242, 242A, 242B, 242C, 242D : 급전점231: elastic spring 232, 242, 242A, 242B, 242C, 242D: feed point
250, 250A, 250B, 250C, 250D : 패치 안테나Patch Antenna: 250, 250A, 250B, 250C, 250D
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