KR100492204B1

KR100492204B1 - 전자파흡수율을 저감하는 나선 구조를 가지는 안테나 및이를 구비한 이동통신 단말기

Info

Publication number: KR100492204B1
Application number: KR10-2002-0054253A
Authority: KR
Inventors: 이경준
Original assignee: 주식회사 팬택
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2005-05-30
Also published as: KR20040022641A

Abstract

본 발명은 전자파흡수율(SAR)을 저감할 수 있는 나선 구조를 가지는 안테나에 관한 것이다. 안테나(10)는 나선의 선회 중심축(C_H)이 안테나 중심선(C_O)에 대하여 소정 각도(α) 만큼 경사지도록 도선(11)이 나선형으로 비스듬하게 감겨져 형성됨으로써, 안테나 중심선(C_O)을 기준으로 좌우의 형상이 비대칭을 이룬다. 이와 같이 경사진 나선 구조를 갖는 안테나(10)에 의하면, 이동통신 단말기의 사용시 인체의 두뇌로 흡수되는 전자기파의 전력을 그 경사진 각도만큼 줄임으로써 전자파흡수율(SAR)을 저감시킬 수 있다.

Description

전자파흡수율을 저감하는 나선 구조를 가지는 안테나 및 이를 구비한 이동통신 단말기{Antenna having helical structure for reducing SAR and mobile telecommunication terminal having the same}

본 발명은 휴대용 전화기나 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동통신 단말기에 사용되는 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자파흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)을 저감할 수 있는 나선형 구조를 가지는 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 단말기의 안테나로서, 도 1에 도시된 것과 같은 나선형의 헬릭스(helix) 안테나, 또는 이러한 헬릭스 안테나와 휩(Whip) 안테나를 결합한 형태의 안테나가 널리 사용되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 헬릭스 안테나는 도선이 안테나 중심선(C_O)을 기준으로 일정한 각도로 나선형으로 감겨진 형태로 이루어져 있다. 즉, 종래의 헬릭스 안테나는 안테나 중심선(C_O)과 나선의 선회 중심축이 서로 일치함으로써, 안테나 중심선(C_O)을 기준으로 좌우 대칭되는 형상을 이룬다. 이러한 헬릭스 안테나에서는, 이동통신 단말기를 통하여 송신되는 정보가, 나선을 따라 흐르는 전류(I)에 의하여 발생되는 전기장과 자기장이 결합된 전자기파의 형태로 방사된다.

한편, 이동통신 단말기의 정보의 전달 능력은 안테나를 통하여 방사되는 전자기파의 전력에 의하여 결정되며, 전자기파의 전력은 전기장과 자기장의 벡터 곱에 비례하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 이와 같이 안테나를 통하여 방사되는 전자기파가 인체의 두뇌에 악영향을 끼친다는 것은 주지된 사실이다.

따라서, 전 세계적으로 기준을 정하여 이동통신 단말기에서 방출되는 전자기파를 규제하고 있는 데, 그러한 기준이 바로 전자파흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)이다. 전자파흡수율은 단위 질량 및 단위 시간 당 인체에 흡수되는 에너지(W/g)로 정의되는데, 미국 등 선진국에서는 이를 1.6 W/g 이하일 것을 요구하고 있다.

근래에는 전자파흡수율(SAR)을 저감하기 위하여, 패치 안테나 또는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 안테나 등과 같이, 인체의 머리에 밀착되는 이동통신 단말기의 전면부로는 전자파가 작게 방사되고 대부분의 전자파는 이동통신 단말기의 후면부로 방사될 수 있는 구조의 지향성 안테나(Directional Antenna)가 개발되고 있다. 그러나, 이러한 지향성 안테나의 경우 이동통신 단말기에 요구되는 무지향성 안테나로의 동작이 어려우므로 송수신 능력이 저하되어 이동통신 단말기의 통화품질이 나쁘고, 그 구조가 복잡하다는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 전자파흡수율(SAR)을 저감할 수 있으며, 정보의 송수신도 원활한 안테나 및 이러한 안테나를 구비한 이동통신 단말기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 도선이 나선 형상으로 감겨져 형성되는 안테나에 있어서, 상기 도선은 나선의 선회 중심축이 안테나 중심선에 대하여 소정 각도로 경사지도록 비스듬하게 감겨진 것을 특징으로 하는 안테나를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 도선이 나선 형상으로 감겨져 형성되는 것으로서, 상기 도선은 나선의 선회 중심축이 안테나 중심선에 대하여 소정 각도로 경사지도록 비스듬하게 감겨진 나선형 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기를 제공함으로써 달성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 안테나의 정면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나(10)는 헬릭스 안테나(Helix Antenna)로서, 도선(11)이 나선형으로 비스듬하게 감겨져 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 안테나(10)는 나선의 선회 중심축(C_H)이 안테나 중심선(C_O)에 대하여 소정 각도(α) 만큼 경사진 나선 구조를 가지는 것으로서, 안테나 중심선(C_O)을 기준으로 좌우의 형상이 비대칭을 이루도록 형성되어 있다.

이와 같이 경사진 나선 구조를 갖는 안테나(10)에 의하면, 이동통신 단말기의 사용시 인체의 두뇌로 흡수되는 전자기파의 전력량을 줄임으로써 전자파흡수율(SAR)을 저감시킬 수 있는데, 이하에서는 그 원리에 대하여 설명한다.

도 3은 헬릭스 안테나의 해석을 위하여, 헬릭스 안테나의 등가 안테나(Equivalent Antenna)를 나타낸 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 나선형의 헬릭스 안테나는 원형의 루프(loop) 안테나(21)와, 직선형의 다이폴(dipole) 안테나(22)가 연속적으로 결합된 등가 안테나(20)로 치환하여 해석할 수 있다.

한편, 도 4는 상기 등가 안테나(20)에서 단위의 루프 안테나(21)와 다이폴 안테나(22)를 분리하여 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 루프 안테나(21)는 x-y 평면과 평행하며, 그 중심은 z축 상에 위치되어 있다. 정보의 송출시 루프 안테나(21)와 다이폴 안테나(22)에는 전류(I)가 흐르게 되며, 그 전류(I)에 의하여 전기장과 자기장이 발생하게 된다. 한편, 원점으로부터 소정 거리만큼 떨어져 있는 3차원 공간상의 임의의 점(A)에서의 전기장(E)과 자기장(H)은 다음의 수학식 1 및 수학식 2에 의하여 계산된다.

수학식 1 및 2에서, I는 루프 안테나(21)와 다이폴 안테나(22)를 따라 흐르는 전류를, S는 루프 안테나(21)가 둘러싸고 있는 원의 면적을, j는 복소수를 각각 나타내는 것이다. 또한, r은 A 점에서의 위치벡터를 나타내며, θ는 위치벡터 r이 z축과 이루는 각도를, ø는 위치벡터 r이 x축과 이루는 각도를 각각 나타낸다.

또한, 수학식 1에서 η는 전파효율을 나타내는 것으로서 다음의 수학식 3에 의하여 계산된다.

여기서, μ는 투자율, ε는 유전율을 각각 나타내는 것이다.

그리고, 상기 수학식 1 및 2에서, k는 전파상수로서, 다음의 수학식 4에 의하여 계산된다.

여기서, ω는 각속도를 나타내며, μ와 ε는 상기 수학식 3에서와 같이, 각각 투자율 및 유전율을 나타내는 것이다.

한편, 정보의 송출시 안테나를 통하여 방사되는 전자기파의 전력(P)은 전기장(E)과 자기장(H)의 벡터 곱에 비례한다. 즉, 전력(P)은 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 1, 2 및 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 안테나를 통하여 방사되는 전자기파의 전력(P)은 임의의 점(A)에서의 위치벡터(r)가 z축과 이루는 각도인 θ가 90°일 때 최대가 된다. 즉, 전력(P)은 도 4에서 x-y 평면상의 지점에서 최대가 되는 것이다.

한편, 공간상의 임의의 점(A)에서의 전력(P)의 세기는 전자파흡수율(SAR)과 비례하므로, 전자파흡수율(SAR)을 저감하기 위해서는 θ 값을 줄여야함을 알 수 있다.

본 발명에 따른 안테나(10)는, 이와 같이 θ 값을 줄임으로써 전자파흡수율(SAR)을 저감하는 원리를 채용한 것이다. 즉, 도 4에서, 실선으로 도시된 루프 안테나(21)가 도 1에 도시된 종래의 헬릭스 안테나에 대응하는 하는 것이라면, 점선으로 도시된 루프 안테나(21')는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 안테나(10)에 대응하는 것이라고 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 헬릭스 안테나에서는 나선의 선회 중심축과 안테나 중심선이 일치하므로, 종래의 루프 안테나(21)의 중심축인 z축은 종래의 헬릭스 안테나에서의 나선의 선회 중심축 및 안테나 중심선과 일치한다. 한편, 본 발명에 따른 안테나(10)에서는 나선의 선회 중심축과 안테나 중심선이 소정 각도로 경사져 있으므로, 안테나 중심선은 z축과 일치하는 반면에, 나선의 선회 중심축은 루프 안테나(21')의 중심축인 z'축과 일치하게 된다.

즉, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나(10)에서는 나선의 선회 중심축(C_H)이 안테나 중심선(C_O)에 대하여 각도 α 만큼 경사져 있으므로, 그에 대응하는 루프 안테나(21')의 중심축인 z'축 역시 z축에 대하여 각도 α 만큼 경사지게 된다. 따라서, 공간상의 임의의 점(A)에서 위치벡터(r)와 z'축이 이루는 각도는 (θ-α)가 되어 종래의 헬릭스 안테나에서의 θ에 비하여 경사각 α만큼 작아지게 되므로, 전력(P)의 양이 저감되고 그에 따라 전자파흡수율(SAR)도 저감되는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 안테나(10)를 이동통신 단말기용으로 사용하는 경우, A점이 인체의 머리가 위치하는 공간상의 임의의 점이라고 할 수 있으므로, 이동통신 단말기의 사용시 인체의 두뇌로 입사하는 전자기파의 양이 저감된다.

한편, 본 발명에 따른 안테나(10)는 이동통신 단말기뿐만 아니라, 안테나를 통하여 전파를 송수신하는 다른 기기, 예를 들어 라디오 등과 같은 전자제품에도 적용이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나에 의하면, 나선의 선회 중심축이 안테나 중심선에 대하여 소정 각도로 경사지도록 도선을 비스듬하게 감은 나선 형상으로 형성되어 있으므로, 그 경사각도 만큼 공간상의 임의의 점에서의 전자기파의 전력이 저감되며 그에 따라 전자파흡수율(SAR)도 저감된다. 따라서, 이러한 안테나를 구비한 이동통신 단말기에서는 정보의 송수신시 인체의 두뇌로 입사하는 전자기파의 양을 감소시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 안테나는 무지향성 안테나이므로, 이동통신 단말기에서의 정보의 송수신에 영향을 주지 않으면서, 전자파흡수율(SAR)을 저감할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

도 1은 종래의 헬릭스 안테나의 정면도.

도 2는 본 발명에 따른 안테나의 정면도.

도 3은 헬릭스 안테나의 등가 안테나를 나타낸 사시도.

도 4는 도 3의 등가 안테나에서 단위의 루프 안테나 및 다이폴 안테나를 분리하여 나타낸 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 안테나 11 : 도선

20 : 등가 안테나 21, 21' : 루프 안테나

22 : 다이폴 안테나 C_H : 나선 선회 중심축

C_O : 안테나 중심선

Claims

도선(11)이 나선 형상으로 감겨져 형성되는 안테나에 있어서,

상기 도선은 나선의 선회 중심축(C_H)이 안테나 중심선(C_O)에 대하여 소정 각도(α)로 경사지도록 비스듬하게 감겨진 것을 특징으로 하는 안테나.
도선(11)이 나선 형상으로 감겨져 형성되는 것으로서, 상기 도선(11)은 나선의 선회 중심축(C_H)이 안테나 중심선(C_O)에 대하여 소정 각도(α)로 경사지도록 비스듬하게 감겨진 나선형 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.