KR100576040B1 - 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB 기판 위에 미세한 패턴을 구현시키고, 외부에 연결되어 있는 튜닝 다이얼을 조정하여 미세 패턴과의 접촉점을 변경시킴으로써, PCB 패턴의 임피던스 값을 조정하여 최적의 안테나 특성을 얻을 수 있도록 하는 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치에 관한 것으로, 안테나 정합 소자와 듀플렉서/다이플렉서 사이의 PCB 기판 위에 미세 패턴이 형성되어 있고, 상기 미세 패턴과의 접촉점을 변경하여 상기 미세 패턴의 임피턴스 값을 조정하는 튜닝 다이얼이 단말기 사용자에 의해 조정될 수 있도록 외부에 연결되어 있는 것이 바람직하다.

안테나 특성, 미세 패턴, 튜닝 다이얼, PCB 기판

Description

이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치{APPARATUS FOR TUNING ANTENNA OF MOBILE COMMUNICATION TERMINAL}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치의 구성을 예시적으로 보인 도면.

도 2는 본 발명에 적용되는 마이크로 스트립 라인을 예시적으로 보인 도면.

도 3은 전기적인 회로 소자 값의 전기적인 사이즈를 물리적 사이즈로 변환한 것을 예시적으로 보인 도면.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10. 미세 패턴, 20. 튜닝 다이얼, 30. 정합 소자,

40. 듀플렉서/다이플렉서, 50. 안테나

본 발명은 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치에 관한 것으로서, 특히 PCB(Printed Circuit Board) 기판의 미세한 패턴을 이용하여 안테나 특성을 튜닝할 수 있도록 하는 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동 통신 단말기 사용자는 안테나 특성 값과 정합 소자(인덕터, 커패시터) 등에 의해 결정된 안테나 특성을 가지고 이동 통신 단말기를 사용하게 되는 데, 종래 이동 통신 단말기의 안테나는 정합 소자(인덕터, 커패시터) 및 안테나 특성 값이 고정되어 있으므로, 지역마다 사용하는 주파수 대역의 차이, 사용 환경 등에 따라 송수신 감도가 변화하는 경우, 사용자가 안테나 특성을 조정할 수 없게 되어, 송수신 감도가 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 이동 통신 단말기에 따라 안테나의 특성 값뿐만 아니라 정합 소자의 변동분이 크게는 자체 용량의 20% 이상의 차이를 갖게 되므로, 안테나 특성은 이동 통신 단말기에 따라 조금씩 차이가 나게 되는 문제점이 있다.

또한, 최근에는 하나의 안테나를 이용하여 CDMA(Code Division Multiple Access), PCS(Personal Communication System), GPS(Global Positioning System)를 구현하기도 하는 데, 이러한 경우에는 각각의 특성을 최적화시키지 못하고, 세 모드를 동시에 만족시켜야 하는 부담 때문에, 각각의 성능이 최대화되어 있지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, PCB 기판 위에 미세한 패턴을 구현시키고, 외부에 연결되어 있는 튜닝 다이얼을 조정하여 미세 패 턴과의 접촉점을 변경시킴으로써, PCB 패턴의 임피던스 값을 조정하여 최적의 안테나 특성을 얻을 수 있도록 하는 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치는, 안테나 정합 소자와 듀플렉서/다이플렉서 사이의 PCB 기판 위에 미세 패턴이 형성되어 있고, 상기 미세 패턴과의 접촉점을 변경하여 상기 미세 패턴의 임피턴스 값을 조정하는 튜닝 다이얼이 단말기 사용자에 의해 조정될 수 있도록 외부에 연결되어 있는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 미세 패턴은, 마이크로 스트립 라인 또는 스터브로 구현되는 되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 미세 패턴은, 각 주파수 대역(CDMA DCS의 800㎒ 대역, PCS의 1.8㎓ 대역, 위성 방송에 사용되는 2.5~2.6㎓ 대역)에서 R, L, C가 공진하도록 설계되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치의 구성을 예시적으로 보인 도로, 안테나 정합 소자(30)와 듀플렉서/다이플렉서(GPS의 경우에는 아날로그 스위치)(40) 사이의 PCB 기판위에 미세한 패턴(10)이 구현되어 있고, 미세 패턴(10)과의 접촉점(Contact Point)를 변경하여 미세 패턴(10)의 임피던스 값을 조정하는 튜닝 다이얼(20)이 단말기 사용자에 의해 조정될 수 있도록 외부에 연결되어 있다. 여기서, 안테나 정합 소자(30)가 안테나(50)와 미세 패턴(10) 사이에 연결되어 있으므로, 튜닝 다이얼(20)에 의해 임피던스 값이 조정되면서, 안테나 특성 임피던스 값이 변하게 된다.

전술한 바와 같이, 외부에 연결되어 있는 튜닝 다이얼(20)을 이용하여 단말기 사용자가 미세 패턴(10)과의 접촉점 변경을 미세하게 튜닝하게 되면, 안테나(50)의 정재파비(VSWR)와 이득 특성이 조정되어 입력되어지는 신호의 세기를 높일 수 있게 된다.

즉, 이동 통신 단말기의 PCB 기판 위에 마이크로 스트립 라인(Micro strip line), 스터브(stub) 등의 미세 패턴을 구성하게 되면, 원하는 주파수 신호 대역(CDMA DCS의 경우에는 800㎒ 대역, PCS의 경우에는 1.8㎓ 대역, 위성 방송 등의 경우에는 2.5~2.6㎓ 대역)에서는 일반 집중(Lumped) 소자인 커패시터와 인덕터를 미세하게 조정할 수 있게 되어, 보다 좋은 성능의 이동 통신 단말기의 안테나 특성을 얻을 수 있게 된다.

이하에서는 도 2를 참조하여 마이크로 스트립 라인을 설계하는 방법에 대해 간단하게 설명한다.

우선, 마이크로 스트립 라인을 구현하는 데, 필요한 파라미터는 높이(h)와 비유전율(

)로서, 나머지 파라미터의 중요도는 기판의 두께(h)와 비유전율(

)에 비해서 떨어진다. 금속 두께(t)의 경우에는 성능보다 단가나 무게의 문제 때문에 자주 고려되며, 손실을 고려하려면 탄젠트 델타(tangent delta) 등의 파라미터도 고려해야 한다.

전술한 바와 같은, 마이크로 스트립 라인의 파라미터 적용시, 한가지 고려해야 할 것이 있는 데, 이는 마이크로 스트립 라인이 가지고 있는 전자파(Electromagnetic wave) 특성에 의해 TEM이 아니라 quasi(가짜)-TEM 모드를 사용하기 때문에 기판의 유전율이 그대로 수식에 적용되지 않는다는 것이다. 이에 따라, 유효 유전 상수(effective dielectric constant;

) 계산이 필요해지는 데, 그 계산 수식은 수학식 1과 같다. 수학식 1을 통해 알 수 있듯이 유효 유전 상수는 유전체 기판의 두께(h)와 스트립의 폭(W), 그리고 기판의 비유전율에 대한 정보만을 가지고 구할 수 있다. 여기서, RF 회로 툴을 사용하면 유효 유전 상수 계산은 자동적으로 수행된다.

전술한 바와 같이, 유효 유전 상수를 구한 후에는, 유효 유전 상수 값, 기판의 두께(h), 스트립의 폭(W)을 이용하여 수학식 2와 같이 임피던스를 계산하게 된다. 여기서, 스트립의 폭(W)은 임피던스를 의미하는 것으로, 스트립의 폭이 넓을수록 임피던스는 작고 스트립의 폭이 좁을수록 임피던스는 크다. 그리고, 길이는 대부분 파장의 1/4, 1/8과 같이 파장에 비례한 값으로 설계된다.

한편, 전자 회로도를 마이크로 스트립으로 구현하려면, 저주파의 R, L, C 집중 소자처럼 구현된 회로도를 분산 타입(distributed type)의 소자들로 변환해야 하는 데, 어떠한 형태의 분산 타입의 소자로 변환하느냐는 설계자가 결정해야 하는 문제로, 회로 기판인 경우에는 마이크로 스트립이나 스트립 라인으로, 구조물의 경우에는 해당하는 R, L, C 공진 구조의 형태로 변환하게 된다. 그리고, 마이크로 스트립에서는 변환된 분산 소자들의 전기적인 회로 소자값, 즉 임피던스와 선로 위상 길이 등의 전기적 사이즈(electric size)를 도 3에 도시하는 바와 같이, 실제 크기의 물리적 사이즈(physical size)로 변환한다. 여기서, 변환에 필요한 변수들이 주파수와, 두께(h), 비유전율(

)과 같은 선로 파라미터들이다.

대부분의 RF 회로 툴은 전기적 사이즈로 설계한 후, 마이크로 스트립 기판의 파라미터 정보만 입력하면 자동으로 물리적 사이즈로 변환해주기 때문에 간편하게 회로를 설계할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 원하는 주파수 대역에서 R, L, C가 공진하도록 하는 마이크로 스트립 라인(미세 패턴)들을 형성하여 기판 위에 꾸며 주면 도 1과 같은 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치를 구현할 수 있게 되는 데(본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 2개의 미세 패턴만을 구현시켜 설명을 진행하도록 한다), PCB 표면에 두께와 폭 그리고 높이 등을 고려하여 원하는 주파수에서의 상호 인덕턴스와 스터브에 의한 커패시턴스 값을 이용하여 원하는 R, L, C 값을 갖는 마이크로 스트립 라인(미세 패턴)들을 생성하고, 튜닝 다이얼(20)로 마이크로 스트립 라인(미세 패턴)과의 접촉점을 변경시켜, 각각의 주파수에 따른 정재파비(VSWR)와 이득 특성을 최적화한다.
즉, 튜닝 다이얼(20)을 미세 조정하여 스트립 라인(미세 패턴)과 접촉되는 접촉점을 변경시키되, 튜닝 다이얼(20)을 윗방향으로 미세 조정하면, 도 1에서 튜닝 다이얼(20)에 구현되어 있는 접촉점 a가 마이크로 스트립 라인(미세 패턴)①에 접촉되고, 튜닝 다이얼(20)을 아랫방향으로 미세 조정하면, 접촉점 b가 마이크로 스트립 라인(미세 패턴)②에 접촉되어, 튜닝 다이얼(20) 조정에 따라 안테나 정합 소자(30)와 듀플렉서/다이플렉서(40) 사이에 연결되는 마이크로 스트립 라인(미세 패턴)의 임피던스 값(R, L, C 값)이 변경되게 된다.

이에, 단말기 사용자가 사용하고자 하는 주파수 모드를 선택하게 되면, 해당 주파수 모드에서 현재 수신되는 신호의 세기를 측정하여, 화면 표시부를 통해 해당 모드에서의 현재 수신 감도를 디스플레이하고, 단말기 사용자는 화면 표시부를 통해 디스플레이되는 현재 수신 감도를 보고, 튜닝 다이얼(20)을 조정하여 원하는 안테나 특성을 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 그리고, 본 명세서 및 특허청구범위란에서 사용되는 슬러시(/)는 '또는'에 상응하는 의미로 사용하고 있음을 밝혀둔다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치에 따르면, PCB 기판 위에 미세한 패턴을 구현시키고, 외부에 연결되어 있는 튜닝 다이얼을 조정하여 미세 패턴과의 접촉점을 변경시킴으로써, PCB 패턴의 임피던스 값을 조정하여 최적의 안테나 특성을 얻을 수 있게 된다. 이에 따라, DAB(Digital Audio Broadcasting), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 아날로그 라디오와 TV를 수신하는 이동 통신 단말기 등의 안테나 수신율과 화질/음질 등을 개선시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 안테나 정합 소자와 듀플렉서/다이플렉서 사이의 PCB 기판 위에 서로 다른 임피던스 값을 갖는 다수의 미세 패턴이 형성되어 있고, 상기 각 미세 패턴과 접촉되는 접촉점을 변경하여 상기 안테나 정합 소자와 듀플렉서/다이플렉서 사이에 연결되는 미세 패턴의 임피턴스 값을 조정하는 튜닝 다이얼이 단말기 사용자에 의해 조정될 수 있도록 외부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미세 패턴은,

   마이크로 스트립 라인 또는 스터브로 구현되는 되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 각 미세 패턴은,

   CDMA DCS의 800㎒ 대역, PCS의 1.8㎓ 대역, 위성 방송에 사용되는 2.5~2.6㎓ 대역 각각에서 R, L, C가 공진하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 안테나 튜닝 장치.

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