KR100632672B1

KR100632672B1 - 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나

Info

Publication number: KR100632672B1
Application number: KR1020050019731A
Authority: KR
Inventors: 유태환
Original assignee: 주식회사 팬택
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-10-12
Also published as: KR20060097415A

Abstract

본 발명은 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 유전체 및 도전패턴을 포함하며 2 이상의 각기 다른 주파수 대역의 무선신호(Radio Frequency Signal)를 방사하는 방사패치, 상기 방사패치로 고주파 전력을 급전(Feeding)하는 급전 핀(Pin), 단말기 기판(PCB, Printed Circuit Board)의 접지단(Ground)과 접속하여 상기 방사패치를 접지시키는 단락(Short) 핀으로 이루어진 내장형 안테나를 구비하여 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기에 있어서, 저주파 대역에서 해당 단말기 내부의 RF 회로단로부터 출력되어 상기 급전 핀을 통해 상기 방사패치로 유입되는 전류의 흐름을 커플링(coupling)하고 고주파 대역에서 상기 방사패치로 유입되어 단락 핀을 통해 상기 단말기 기판의 접지단으로 유출되는 전류의 흐름을 커플링하는 커플링 패턴을 포함하는 내장형 안테나를 구비하여 구성된다.

따라서, 본 발명은 GSM(Global Systems for Mobile communication) 서비스, DCS(Digital Cordless System) 서비스, PCS(Personal Communication Service) 서비스, CDMA(Code Division Multiple Access) 2000, WCDMA(Wideband CDMA) 서비스 등 각기 주파수 대역이 다른 서비스 방식 중에서 2 이상의 서비스 제공이 가능한 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기의 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형태의 내장형 안테나에 있어서, GSM 서비스 등과 같은 저대역(880∼960MHz)에서 해당 단말기 내부의 RF 회로단으로부터 출력되어 급전 핀으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링하여 방사패치로 전달하고, DCS 서비스 등과 같은 고대역(1.71∼2.17GHz)에서 상기 방사패치로 유입되어 단락 핀을 통해 상기 단말기 기판의 접지단으로 유출되는 전류 흐름을 커플링함으로써, 안테나 내 전류의 흐름이 특정 지점에 집중되는 것을 방지하고 분산하여, 각 기구, 회로 혹은 부품 배치에 영향을 받지 않고 저대역 및 고대역에서의 대역폭을 증가시켜 안테나 설계시의 작업시간을 단축하는 것은 물론 정재파비(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)와 방사 특성을 개선하는 효과가 있다.

Description

멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나{AN INTERNAL ANTENNA USING A COUPLING EFFECT IN A MOBILE COMMUNICATION TERMINAL SUPPORTING A MULTI-BAND}

도1은 본 발명 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나의 구조를 보인 구성도.

도2는 본 발명에서 커플링 패턴과 단말기 기판의 접지단 간의 간격에 따른 내장형 안테나의 방사효율을 보인 그래프도.

도3은 본 발명에서 급전 핀과 커플링 패턴 간의 간격에 따른 내장형 안테나의 방사효율을 보인 그래프도.

도4a 및 b는 저대역(880∼960MHz)에서 커플링 패턴의 유무에 따라 네트웍 애널라이저에 의해 측정된 안테나 패턴의 네트웍 테이터를 보인 그래프도.

도5a 및 b는 저대역(880∼960MHz) 및 고대역인 DCS(1.71∼1.88GHz)에서 커플링 패턴의 유무에 따라 네트웍 애널라이저에 의해 측정된 안테나 패턴의 네트웍 테이터를 보인 그래프도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 방사패치 11 : 급전 핀

12 : 단락 핀 13 : 커플링 패턴

14 : 단말기 기판의 접지단

본 발명은 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기에 관한 것으로, 특히 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기의 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형태의 내장형 안테나에 있어서, 커플링 패턴의 위치 조정을 통해 해당 안테나 내 전류의 흐름이 특정 지점에 집중되는 것을 방지하고 분산함으로써, 각 기구, 회로 혹은 부품 배치에 영향을 받지 않고 저대역 및 고대역에서의 대역폭을 증가시키고 정재파비(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)와 방사 특성을 개선하는 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나에 관한 것이다.

인테나(Intenna)란 내장형 안테나를 말하는 것으로, 무선기기의 외부에 장착되는 안테나(Antenna)와 달리 해당 무선기기의 내부에 장착되어 해당 무선기기의 전체 부피를 감소시키고 외형을 슬림화시킨 장치를 말하며, 일반적으로 이동통신 단말기에는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형태의 인테나가 주로 장착된다.

최근에는 하나의 이동통신 단말기를 이용하여 880∼960MHz 대역의 GSM(Global Systems for Mobile communication) 서비스, 1.71∼1.88GHz 대역의 DCS(Digital Cordless System) 서비스, 1.85∼1.99GHz 대역의 PCS(Personal Communication Service) 서비스, 2.11∼2.17GHz 대역의 CDMA(Code Division Multiple Access) 2000 혹은 WCDMA(Wideband CDMA) 서비스 등 각기 주파수 대역이 다른 서비스 방식 중에서 어느 하나의 주파수 대역을 갖는 서비스 방식을 선택하여 이동통신 서비스를 제공받을 수 있는 멀티 밴드(Multi-Band) 이동통신 단말기가 상용화되어 있어, 상기와 같은 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에 내장형 안테나로 PIFA 형태의 인테나가 장착되기도 한다.

이때, 일반적으로 PIFA 형태의 인테나는 광대역폭을 가지기 위하여 해당 이동통신 단말기 내부의 RF(Radio Frequency) 회로단과 연결된 급전 핀(Feeding Pin)과 PCB(Printed Circuit Board)의 접지단(Ground)와 연결된 단락 핀(Short Pin)을 이용하여 특성을 구현하며, 주로 유전체로 이루어져 상기 급전 핀 및 단락 핀이 접속된 인테나의 패치의 높이, 넓이, 길이를 조절하거나, 상기 급전 핀과 단락 핀의 위치를 조절하는 것에 따라 해당 인테나의 대역폭, 이득, 공진 주파수 등이 결정되므로, 멀티 밴드를 구현하기 위한 인테나의 설계시 각 장치 간의 간섭이나 배치 등을 전반적으로 고려하여 각 주파수 대역에서 최적의 방사효율을 갖는 인테나를 구현하여야 됨으로써, 이를 위한 작업이 복잡하고 작업시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기의 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형태의 내장형 안테나에 있어서, 커플링 패턴의 위치 조정을 통해 해당 안테나 내 전류의 흐름이 특정 지점에 집중되는 것을 방지하고 분산함으로써, 각 기구, 회로 혹은 부품 배치에 영향을 받지 않고 저대역 및 고대역에서의 대역폭을 증가시키며 안테나 설계시의 작업시간을 단축하도록 하는 내장형 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유전체 및 도전패턴을 포함하며 2 이상의 각기 다른 주파수 대역의 무선신호(Radio Frequency Signal)를 방사하는 방사패치, 상기 방사패치로 고주파 전력을 급전(Feeding)하는 급전 핀(Pin), 단말기 기판(PCB, Printed Circuit Board)의 접지단(Ground)과 접속하여 상기 방사패치를 접지시키는 단락(Short) 핀으로 이루어진 내장형 안테나를 구비하여 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기에 있어서, 저주파 대역에서 해당 단말기 내부의 RF 회로단로부터 출력되어 상기 급전 핀을 통해 상기 방사패치로 유입되는 전류의 흐름을 커플링(coupling)하고 고주파 대역에서 상기 방사패치로 유입되어 단락 핀을 통해 상기 단말기 기판의 접지단으로 유출되는 전류의 흐름을 커플링하는 커플링 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용 한 내장형 안테나의 구조를 보인 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 유전체 및 도전패턴을 포함하며 2 이상의 각기 다른 주파수 대역의 무선신호(Radio Frequency Signal)를 방사하는 방사패치(10), 상기 방사패치(10)로 고주파 전력을 급전(Feeding)하는 급전 핀(Pin)(11), 단말기 기판(PCB, Printed Circuit Board)의 접지단(Ground)(14)과 접속하여 상기 방사패치(10)를 접지시키는 단락(Short) 핀(12)으로 이루어진 내장형 안테나를 구비하여 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기에 있어서, 저주파 대역에서 해당 단말기 내부의 RF 회로단(미도시)으로부터 출력되어 상기 급전 핀(11)을 통해 상기 방사패치(10)로 유입되는 전류의 흐름을 커플링(coupling)하고 고주파 대역에서 상기 방사패치(10)로 유입되어 단락 핀(12)을 통해 상기 단말기 기판의 접지단(14)으로 유출되는 전류의 흐름을 커플링하는 커플링 패턴(13)으로 구성한다.

본 발명은 880∼960MHz 대역의 GSM(Global Systems for Mobile communication) 서비스, 1.71∼1.88GHz 대역의 DCS(Digital Cordless System) 서비스, 1.85∼1.99GHz 대역의 PCS(Personal Communication Service) 서비스, 2.11∼2.17GHz 대역의 CDMA(Code Division Multiple Access) 2000 혹은 WCDMA(Wideband CDMA) 서비스 등 각기 주파수 대역이 다른 서비스 방식 중에서 2 이상의 서비스 방식을 지원하며, 시스템 환경에 따라 어느 하나의 주파수 대역을 갖는 서비스 방식을 선택하여 이동통신 서비스를 제공받을 수 있는 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에 적용할 수 있다.

특히, 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기를 구현하기 위하여 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형태의 내장형 안테나를 사용하는 경우, GSM 서비스와 같은 저대역(880∼960MHz)에서 해당 단말기 내부의 RF 회로단(미도시)으로부터 출력되어 급전 핀으로 전달되는 전류의 흐름을 커플링하여 방사패치로 유입하고, DCS 서비스, PCS 서비스 및 CDMA 2000 혹은 WCDMA 등과 같은 고대역(1.71∼2.17GHz)에서 급전 핀으로 유입되어 단락 핀을 통해 단말기 기판으로 루프(Loop)되는 전류 흐름의 일부를 커플링함으로써, 안테나 내 전류의 흐름이 특정 지점에 집중되는 것을 방지하고 분산하여 각 기구, 회로 혹은 부품 배치에 영향을 받지 않고 저대역 및 고대역에서의 대역폭을 증가시켜 안테나 설계시의 작업시간을 단축하는 것은 물론, 정재파비(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)과 방사 특성을 개선할 수 있는 안테나를 설계할 수 있게 된다.

본 발명에서 PIFA 형태를 갖는 내장형 안테나는, 도1에 도시한 바와 같이, 방사패치(10), 급전 핀(11), 단락 핀(12), 커플링 패턴(13)으로 이루어져 단말기 기판의 접지단(14)에 연결된다.

방사패치(10)는 세라믹 등의 소재를 이용하여 직사각형 형태로 이루어진 유전체와 저대역(880∼960MHz) 및 고대역(1.71∼2.17GHz)에서 동작할 수 있도록 상기 유전체의 표면에 도전성의 물질(니켈, 금 등의 도금 물질)로 형성된 도전패턴을 포함하여 이루어지고, 이때 상기 방사패치(10)의 도전 패턴의 소정의 위치에 급전 핀(11), 단락 핀(12) 및 커플링 패턴(13)이 연결되는 구조를 가지며, 상기 도전패턴은 저주파 대역 및 고주파 대역에서 공진하게 된다.

상기 방사패치(10)는 급전 핀(11)을 통해 해당 이동통신 단말기 내부의 RF(Radio Frequency) 회로단(미도시)으로부터의 고주파 전력을 급전받고, 단말기 기판의 접지단(14)과 접속된 단락 핀(12)에 의해 단락되어 임피던스 정합을 이루게 되며, 커플링 패턴(13)에 의해 상기 급전 핀(11)을 통해 RF 회로단으로부터 전달되는 전류의 흐름을 커플링하거나 상기 급전 핀(11)으로 유입되어 상기 단락 핀(12)을 통해 단말기 기판으로 루프(Loop)되는 전류 흐름의 일부를 커플링하게 된다.

여기서, 상기 급전 핀(11)이 단말기 내부의 RF 회로단(미도시)에 연결되고 상기 단락 핀(12)이 단말기 기판의 접지단(14)에 연결되는 데 반해, 상기 커플링 패턴(13)은 도전성 물질로, 상기 단말기 기판의 접지단(14)과는 연결되지 않은 채 소정 간격(h)으로 이격되고 상기 급전 핀(11)과도 소정 간격(w)으로 이격되는 위치에 그 일측을 상기 방사패치(10)에 연결함으로써, 내장용 안테나에서 발생하는 전류의 흐름을 커플링하여 안테나의 특성을 개선하도록 한다. 또한, 안테나 특성 개선을 위하여 상기 커플링 패턴(13)은 하나 혹은 다수 개를 상기 방사패치(10)에 연결할 수 있다.

일반적으로 내장형 안테나에서 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기 내부의 RF 회로단(미도시)으로부터 출력된 고주파 전력은 급전 핀(11)에 집중되어 방사패치(10)의 도전패턴을 통해 방사되고, 다시 단락 핀(12)으로 상기 고주파 전력에 의한 전류의 흐름이 단말기 기판의 접지단(14)에서 접지되는 방식으로 루프(Loop)를 형성한다.

이때, 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서 내장형 안테나를 통해 DCS 서비스, PCS 서비스 및 CDMA 2000 혹은 WCDMA 등과 같이 고대역(1.71∼2.17GHz)의 주파수를 사용하는 서비스를 제공받는 경우, 커플링 패턴(13)과 단말기 기판의 접지단(14) 사이의 간격(h)을 조절하면, 상기 급전 핀(11)으로 유입되어 단락 핀(12)을 통해 단말기 기판으로 루프(Loop)되는 전류 흐름의 일부가 상기 단말기 기판의 접지단(14)과 연결되지 않은 채 소정 간격(h)으로 이격된 커플링 패턴(13)에 의해 커플링되어 상기 커플링 패턴(13)을 통해 상기 단말기 기판의 접지단(14)으로 소정량 만큼 흐르게 된다.

이에 상기 커플링되어 흐르는 전류의 흐름으로 인해, 도2에 도시한 그래프도와 같이, 커플링 패턴(13)과 단말기 기판의 접지단(14) 간의 간격(h)이 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm로 각각 변경됨에 따라 내장형 안테나의 방사효율(S_1,1)은 대역폭에 반비례하여 변하며, 특히 '0.5mm'가 될 때 고대역에서 안정적인 대역폭과 적정한 방사효율을 확보할 수 있게 된다.

한편, 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기를 이용하여 GSM 서비스와 같은 저대역(880∼960MHz)의 주파수를 사용하는 서비스를 제공받는 경우, 내부의 RF 회로단(미도시)로부터 출력되어 급전 핀(11)에 집중되는 전류의 흐름 중 일부가 상기 급전 핀(11)과 소정 간격(w) 만큼 이격된 커플링 패턴(13)을 통해 방사패치(10)의 도전패턴으로도 커플링되어 전달됨으로써, 고주파 전력의 전류 흐름이 특정 부분에 집중되지 않고 다양한 경로를 통해 분산되어 저대역에서의 주파수 특성이 향상된 다.

즉, 도3의 그래프도와 같이, 상기 커플링되어 흐르는 전류의 흐름으로 인해 급전 핀(11)과 커플링 패턴(13) 간의 간격(w)이 0.3mm 내지 11mm로 변경됨에 따라 내장형 안테나의 방사효율(S_1,1)과 대역폭이 반비례함을 알 수 있으며, 이때 무선환경 및 단말기의 특성에 따라 적정한 방사효율값과 대역폭을 선택하여 상기 간격(w)을 조절하면 된다.

한편, 도4 및 도5는 네트웍 애널라이저(Network Analyzer, NA)에 의해 측정한 그래프도로서, 도4의 a는 저대역(880∼960MHz)만에 대하여 커플링 패턴(13)이 없는 상태에서의 안테나 패턴의 네트웍 테이터이고, 도4의 b는 본 발명에 따라 커플링 패턴(13)을 있는 상태에서의 안테나 패턴의 네트웍 데이터이며, 이에 도시한 바와 같이 커플링 패턴(13)을 사용하는 경우 대역폭이 넓어짐을 알 수 있다.

또한, 도5의 a는 저대역(880∼960MHz) 및 고대역인 DCS(1.71∼1.88GHz)에 대하여 커플링 패턴(13)이 없는 상태, 도5의 b는 커플링 패턴(13)이 있는 상태에서의 안테나 패턴의 네트웍 데이터를 나타낸 것으로, 이 경우 역시 저대역과 고대역 모두에서 대역폭이 넓어짐을 알 수 있으며, 이때 커플링 패턴(13)이 없는 상태에서 DCS 대역도 제대로 충족시키지 못하였던 대역폭이 상기 DCS 대역 뿐만 아니라 PCS대역(1.85∼1.99GHz), CDMA 2000 혹은 WCDMA 대역(2.11∼2.17GHz)까지 모두 충족시키고 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명이 적용되는 경우 내장형 안테나의 구조에 있어 기구적, 회로 혹은 부품 배치에 영향을 받지 않고, 효과적으로 대역폭을 증가시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 GSM(Global Systems for Mobile communication) 서비스, DCS(Digital Cordless System) 서비스, PCS(Personal Communication Service) 서비스, CDMA(Code Division Multiple Access) 2000, WCDMA(Wideband CDMA) 서비스 등 각기 주파수 대역이 다른 서비스 방식 중에서 2 이상의 서비스 제공이 가능한 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기의 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형태의 내장형 안테나에 있어서, GSM 서비스 등과 같은 저대역(880∼960MHz)에서 해당 단말기 내부의 RF 회로단으로부터 출력되어 급전 핀으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링하여 방사패치로 전달하고, DCS 서비스 등과 같은 고대역(1.71∼2.17GHz)에서 상기 방사패치로 유입되어 단락 핀을 통해 상기 단말기 기판의 접지단으로 유출되는 전류 흐름을 커플링함으로써, 안테나 내 전류의 흐름이 특정 지점에 집중되는 것을 방지하고 분산하여, 각 기구, 회로 혹은 부품 배치에 영향을 받지 않고 저대역 및 고대역에서의 대역폭을 증가시켜 안테나 설계시의 작업시간을 단축하는 것은 물론 정재파비(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)와 방사 특성을 개선하는 효과가 있다.

Claims

유전체 및 도전패턴을 포함하며 2 이상의 각기 다른 주파수 대역의 무선신호(Radio Frequency Signal)를 방사하는 방사패치, 상기 방사패치로 고주파 전력을 급전(Feeding)하는 급전 핀(Pin), 단말기 기판(PCB, Printed Circuit Board)의 접지단(Ground)과 접속하여 상기 방사패치를 접지시키는 단락(Short) 핀으로 이루어진 내장형 안테나를 구비하여 멀티 밴드(Multi-Band)를 지원하는 이동통신 단말기에 있어서, 저주파 대역에서 해당 단말기 내부의 RF 회로단로부터 출력되어 상기 급전 핀을 통해 상기 방사패치로 유입되는 전류의 흐름을 커플링(coupling)하고 고주파 대역에서 상기 방사패치로 유입되어 단락 핀을 통해 상기 단말기 기판의 접지단으로 유출되는 전류의 흐름을 커플링하는 커플링 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 커플링 패턴은, 도전성 물질로 이루어져 일측이 방사패치에 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 커플링 패턴은, 단말기 기판의 접지단 및 급전 핀과 각각 소정 간격으로 이격된 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 멀티 밴드를 지원하는 이동통신 단말기에서의 커플링을 이용한 내장형 안테나.