KR100583369B1 - 전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신단말기 내부의 제한적인 공간에 하나의 공진을 위하여 구현시킨 루프 형태의 방사체를 장착하여 종래 내장형 안테나와 적합한 안테나 특성을 제공하면서도 이동통신 단말기 내부에 효과적으로 적용할 수 있도록 한 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 급전점과 단락점을 가지며 하나의 공진을 구현하기 위하여 상기 급전점으로부터 단락점까지 위상이 반대인 서로 다른 두개의 전류가 진행하는데 있어 개방점이 존재하지 않는 루프 방사체가 이동통신 단말기의 PCB 기판과 소정 간격 이격되어 설치되며, 상기 PCB 기판과 루프 방사체 사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위하여 고유의 유전율을 가지는 유전체 기구물이 제공되며, 상기 루프 방사체에 전자기적 에너지를 공급하기 위한 급전라인이 그 루프 방사체와 이격 설치하도록 한다.

루프 안테나, 급전점, 단락점, 개방점, 슬롯, 슬릿

Description

전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프 안테나{Internal Loop Antenna for Mobile Handsets using a electromagnetic coupling}

도 1는 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 루프 안테나를 보이고 있는 도면,

도 2는 PCB 기판에 장착되는 루프 안테나를 보이고 있는 도면,

도 3a 및 도 3b는 도 2의 루프 안테나의 측면도를 보이고 있는 개략적인 단면도,

도 4는 본 발명에 따라 루프 방사체가 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부로 구부러진 상태를 보이고 있는 실시예 도면,

도 5는 본 발명에 따른 전기적인 길이를 증가시키기 위하여 루프 방사체에 미앤더라인이 형성된 상태를 보인 실시예 도면,

도 6 및 도 7는 본 발명의 실시예에 따라 간접급전방식이 이용되고 있는 루프 안테나를 보이고 있는 도면,

도 8a 및 도 8b는 루프 안테나가 PCB 기판에 장착되는 분리 사시도,

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

6 : 유전체, 12 : 급전점,

14 : 단락점, 40, 42 : 루프방사체,

50 : 급전라인.

본 발명은 전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급전점에서 단락점까지 위상이 반대인 서로 다른 두개의 전류가 진행하는데 있어 개방점이 존재하지 않는 루프 타입의 안테나를 이동통신 단말기 내부에 효과적으로 적용할 수 있도록 한 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나에 관한 것이다.

현재, 이동통신단말기에 구비되는 각종 소자들의 소형화, 집적화가 가능해짐에 따라 그 이동통신단말기의 전체 크기가 소형화되고 있으며, 이는 휴대에 간편하고 작은 사이즈의 단말기를 갖고자 하는 소비자의 욕구를 충족시키는 하나의 마켓팅 전략과 상충되어 개발되고 있다.

그런데, 상기와 같이 작은 사이즈의 이동통신단말기의 크기를 소형화 하는데 있어 전술한 각종 소자 뿐만 아니라 이동통신단말기의 전체 부피를 줄이고 디자인을 미려하게 할 수 있도록 외부로 돌출된 안테나 대신 내장형 안테나가 많이 사용되고 있다.

그러한 내장형 안테나로서, 통상 전방향성(omni-directional)에 가까운 방사패턴을 갖으며 높은 이득과 넓은 대역폭을 제공할 수 있는 역에프형 안테나가 널리 사용되고 있다.

그러나, 현재의 역 에프형 안테나는 안테나의 성능 대비 크기를 상호 보완적 으로 설계할 수 없었다. 즉, 보다 작은 사이즈를 갖도록 하는 이동통신단말기의 소형화 요구, 안테나 효율의 증대 요구, 보다 넓은 대역폭과 다중 대역 안테나에 대한 요구, 전자파 흡수율 수치(SAR:Specific Absorbtion Rate)의 저하 요구 및, 인체 접촉에 대한 둔감한 안테나에 대한 요구를 전반적으로 충족할 수 없었던 것이다.

한편, 자기 다이폴 안테나를 기반으로 하고 있는 루프 형상 또는 링 형상의 안테나가 내장형으로 사용되기도 하지만, 상기 루프 또는 링 형상의 내장형 안테나의 전기적인 길이는 λ_g/2 이상으로써, 이는 대략 λ_g/4 의 전기적인 길이를 갖는 역 에프형 안테나에 비하여 이동통신단말기에 장착하는데 공간 제약을 많이 받기 때문에 널리 이용되지 못하고 있다.

또한, 이동통신단말기에 슬롯 형태의 안테나가 사용되기도 한다. 이는 PCB 기판의 상측에 접지핀과 급전핀에 의하여 방사판이 고정설치되며, 그 방사판의 중앙부에는 단부가 밀폐된 일정 형상의 방사슬롯이 형성되고 상기 급전핀으로부터 에너지가 공급되도록 급전라인이 상기 방사슬롯과 이격되어 교차형성된다.

그러한 슬롯은 통하여 상기 방사판에 흐르는 표면전류밀도를 증가시켜 안테나의 전체적인 크기를 줄이는 역할을 제공한다. 이때, 슬롯 형태의 안테나는 슬롯의 크기에 따라 공진주파수가 결정된다.

그와 같이 현재 이동통신단말기에는 전술한 바와 같이 슬롯 형태의 안테나, 역 에프형 안테나 등이 적용되고 있을 뿐, 루프 형상 또는 링 형상의 내장형 안테 나는 전기적인 길이로 인하여 사용이 자제되어 왔다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 이동통신단말기의 공간적인 제약으로 인하여 적용할 수 없었던 루프 형상의 안테나를 종래 내장형 안테나가 제공하는 안테나 특성을 유지하면서 이동통신 단말기 내부공간에 효과적으로 장착할 수 있도록 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나는, 급전점과 단락점을 가지며 하나의 공진을 구현하기 위하여 상기 급전점으로부터 단락점까지 위상이 반대인 서로 다른 두개의 전류가 진행하는데 있어 개방점이 존재하지 않는 루프 방사체가 이동통신 단말기의 PCB 기판과 소정 간격 이격되어 설치되며, 상기 PCB 기판과 루프 방사체 사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위하여 고유의 유전율을 가지는 유전체 기구물이 제공되며, 상기 루프 방사체에 전자기적 에너지를 공급하기 위한 급전라인이 그 루프 방사체와 이격 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

여기서, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 도 1내지 도 8의 실시예는 모두 루프 안테나로서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 루프 안테나를 보이고 있는 도면이다.

도시된 바와 같이, 루프 안테나(1)는 중앙에 일정 형상의 슬롯이 형성되는 루프 방사체(10)에 에너지를 공급하기 위한 급전점(12)과 단락점(14)이 구비된다.

상기 루프 안테나(1)는 상기 급전점(12)과 단락점(14)을 가지고 있으며, 하나의 공진을 구현할 수 있도록 상기 급전점(12)부터 단락점(14)까지 위상이 반대인 서로 다른 두개의 전류가 진행함에 있어 개방점이 존재하지 않는 안테나를 말하고 있다.

그러한 상기 루프 안테나(1)는 상기 급전점(12)을 중심축으로 하여 급전 경로가 2개의 경로로 분배되기 때문에 상기 급전점(12)을 통해 에너지가 공급되면 좌우 방향으로 각각 1/2씩 배분되어 급전되고 위상이 반대인 전류가 상쇄되는 개소에서 방사 동작이 행해진다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 루프 안테나가 PCB 기판(3)에 장착될 때에는 급전점(12)과 단락점(14)이 구비되고 있어 PCB 기판(3)의 형상에 상관없이 전기적인 길이인 λ_g/2 파장에서 동작할 수 있다.

예컨대, 도 3a 및 도 3b에 도시된 측면도에서 볼 수 있듯이, 루프 방사체(10)는 PCB 기판(3)의 단락점과 연결된 상태에서 PCB 기판(3)의 접지면이 형성된 부분 또는 접지면이 형성되지 않는 부분에 상관없이 설치하여 루프 안테나로서의 기능을 제공할 수 있다는 것이다. 즉 PCB 기판(3)의 접지면 형상에 관계없이 단락점이 구비되면 루프 안테나로서의 동작이 가능한 것이다.

여기서, 미설명 부호 6은, 방사판(10)과 PCB 기판(3) 사이의 전기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 기구물이다.

한편, 도 4는 본 발명에 따라 루프 방사체가 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부로 구부러진 상태를 보이고 있는 실시예 도면이다.

도시된 바와 같이, 급전점(12)부터 단락점(16)까지 개방점이 존재하지 않는 루프 방사체(20)가 이동통신 단말기의 PCB 기판(3)과 소정 간격 이격되어 설치되며, 그 루프 방사체(20)는 고유의 유전율을 가지는 유전체 기구물(6)의 하나 이상의 측면부로 구부러져 형성되고, 상기 루프 방사체(20) 하측 방향에 간접 급전방식에 의해 에너지를 공급하기 위한 급전라인이 설치된다.

그리고, 상기 루프 방사체(20)의 내부는 소정 형상의 슬롯(20a)이 형성되는데, 본 실시예에서는 대략 'Ｕ'형상을 갖는다.

상기한 루프 방사체(20)가 구비되는 루프 안테나는 전술한 바와 같이 급전점(12)에 에너지가 공급되면 급전점(12)부터 단락점(16)까지 위상이 반대인 두개의 전류가 상이한 방향으로 진행하고, 그 전류가 상쇄되는 부분에서 방사하게 된다.

이때, 루프 방사체(20)의 가장자리부분이 상기 유전체 기구물(6)의 하나 이상의 측면부에 선택적으로 구부러져 있더라도 λ_g/2의 전기적인 길이를 제공할 수 있기 때문에, 이동통신단말기의 정해진 내부 공간에서 안테나 특성을 정확하게 제공하면서도 그 크기를 소형화할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 전기적인 길이를 증가시키기 위하여 루프 방사체에 미앤더라인이 형성된 상태를 보인 실시예 도면, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 간접급전방식이 이용되고 있는 루프 안테나를 보이고 있는 평면도이다.

도 5의 실시예도 상기한 도 4와 마찬가지로 PCB 기판(3)과 소정 간격 이격되는 설치되는 루프 방사체(30)와, 상기 PCB 기판(30)과 루프 방사체(30) 사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 고유의 유전율을 가지는 유전체 기구물(6)이 구성되고, 상기 루프 방사체(30)에 전자기적 에너지를 간접적으로 공급하기 위한 급전라인이 구성된다.

상기 루프 방사체(30)는 유전체 기구물(6)의 하나 이상의 측면부에 구부러 질수 있으며, 상기 루프 방사체(30)가 루프 형태의 방사체로 동작되도록 내부에 슬롯(30a)이 형성되거나 또는 상기 슬롯(30a)과 슬릿이 조합되어 구현된다.

즉, 상기 슬롯(30a)과 슬릿의 조합으로 인하여 전기적인 길이를 증가시키고 있으며, 상기 슬롯(30a)과 슬릿의 형상은 도시된 형상 이외의 모습으로 다양하게 제공할 수 있다.

또한, 상기 슬롯(30a)이 형성된 중앙 부분(32)의 유전체 기구물(6)는 함몰된 형상으로 전기적 길이를 증가시키면서 루프 패턴을 구성하고 있다.

계속해서, 상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 급전라인(50)은 급전점(12)으로부터 연장되며 상기 형성된 슬롯 중앙부를 따라 그 슬롯이 가지는 폭보다 좁은 폭을 가지면서 굴곡 형성된다.

그러한 구조의 루프 안테나는 전자기적인 커플링 방식을 이용하여 상기 루프 방사체(40)에 에너지를 간접적으로 급전할 수 있어 보다 넓은 대역폭과 높은 이득을 제공하게 된다.

또한, 도 7에서는 전술한 슬롯과 슬릿의 조합에 의하여 루프 형태의 루프 방사체를 보이고 있고, 도 8a 및 도 8b는 PCB 기판에 장착되는 루프 안테나의 분리 사시도이다.

이때, 상기 루프 방사체에 형성된 슬롯 폭은 도 6에서 도시되고 있는 슬롯 폭보다 좁게 형성되고 있으며, 또한 그 슬롯 폭은 슬롯과 평행하게 설계되는 급전라인(50)의 폭과 비슷하게 되어 있다.

이에 따라, 전술한 바와 같이 급전라인(50)이 슬롯과 평행하게 설계되고 상기 루프방사체(42)에서의 루프에 둘러싸여진 내부공간에 의하여 루프 안테나와 역 에프형 안테나로서의 기능이 동시에 제공될 수 있다.

즉, 도 7의 루프 방사체에서의 슬롯은 방사체로서의 기능을 수행하지 못하고 단지 루프 방사체(42)의 전기적인 길이를 증가시키기 위해 슬릿과 함께 사용되고 있는 것이다. 이는 슬롯의 크기에 따라 공진주파수가 결정되는 슬롯 안테나와는 차이점이 있는 것이다.

그리고, 상기 급전라인(50)에는 초고주파가 흐르고, 그 초고주파는 (-)이 존재하는 접지면으로 진행하고자 하기 때문에, 그러한 성질로 인하여 간접 급전방식은 루프 안테나 구조에 적합하다.

한편, 전술한 실시예에서 기재된 급전라인은 직선 형태뿐만 아니라 링 타입으로 구현될 수 있으며, 모두 간접급전 방식에 의해 임의의 형상의 급전라인은 에너지를 공급받게 되고, 또한 급전라인은 미도시하고 있는 분배기를 통하여 두개 이상의 급전라인으로 구분된 상태에서도 상기 루프 방사체(20,30,40,42)에 에너지를 공급하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프 안테나에 따르면, 방사체 내부에 소정 형상의 슬롯 또는 슬롯과 슬릿의 조합에 통해 루프 형태로 구성하고, 상기 루프 형태로 구성된 방사체에 간접방식에 의해 급전이 이루어지도록 함으로써, 종래 이동통신 단말기 내부에 장착되는 기존의 내장형 안테나와 동일하거나 보다 더 우수한 안테나 특성을 제공하면서도 이동통신 단말기 내부에 효과적으로 적용할 수 있는 잇점이 있다.

그러한 루프 안테나를 설치함으로써 인체 접속에 둔감하면서도 안테나 크기 대비 안테나 성능이 우수한 이동통신 단말기를 제공할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (8)

1. 급전점과 단락점을 가지며 하나의 공진을 구현하기 위하여 상기 급전점으로부터 단락점까지의 위상이 반대인 서로 다른 두개의 전류가 진행하는데 있어 개방점이 존재하지 않는 루프 방사체가 이동통신 단말기의 PCB 기판과 소정 간격 이격되어 설치되며,

   상기 PCB 기판과 루프 방사체 사이에 전자기적인 틈새를 제공하기 위하여 고유의 유전율을 가지는 유전체 기구물이 제공되며,

   상기 루프 방사체에 전자기적 에너지를 공급하기 위한 급전라인이 그 루프 방사체와 이격 설치되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 이동통신 단말기의 내부공간을 활용하기 위하여 상기 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부를 사용하여 루프 방사체를 구성하고 간접 급전이 수행되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프 안테나.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 루프 방사체에 형성되는 소정 모양의 슬롯 또는 상기 슬롯과 슬릿의 조합에 의하여 상기 루프 방사체의 전기적인 길이가 증가되도록 미앤더 라인이 제공되는 루프 형태가 구성되고, 상기 루프 형태를 갖는 루프 방사체는 간접 급전방식에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신단말기용 내장형 루프 안테나.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 루프 방사체에 형성된 슬롯과 소정 간격 이격된 상태에서 평행하게 급전라인을 위치시켜 상기 루프 방사체가 루프 안테나와 역 에프형 안테나로 동시에 동작되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 루프 방사체는 λ_g/2 이상의 전기적인 길이를 제공하기 위하여 그 루프 방사체의 소정 부위가 상기 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부로 구부러져 동작되는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나.
7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 루프 방사체에 급전라인을 형성시에 상기 급전라인은 링 형상으로 구현되어 에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 급전라인은 분배기를 통하여 두개 이상의 급전라인으로 분류되고 상기 루프 방사체에 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 전자기적 커플링을 이용한 이동통신 단말기용 내장형 루프 안테나.

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