KR100696886B1 - 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 모듈에 있어서, 안테나 모듈을 위한 급전부와 접지부를 갖는 RF 보드인 메인 보드와, 상기 메인 보드상에 설치하되 상기 메인 보드의 급전부 및 접지부에 전기적으로 각각 접속되는 소정의 급전핀 및 접지핀을 갖는 방사체 및 상기 메인 보드의 상기 방사체가 설치되는 반대면상에 일정 높이를 갖도록 설치하되, 상기 메인 보드의 접지부와 일단이 접지되는 플레이트형 도전성 접지판을 포함하여, 상기 방사체와 접지판간의 거리를 최대한 이격시켜 안테나의 성능을 향상시키도록 구성한다.

휴대용 무선단말기, PIFA, 접지판, 방사체, 내장형 안테나 모듈

Description

휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치{BUILT-IN ANTENNA MODULE FOR PORTABLE WIRELESS TERMINAL}

도 1은 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기의 사시도;

도 2는 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기가 개방된 상태를 도시한 사시도;

도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈을 도시한 분리 사시도;

도 4는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 확대 요부 단면도; 및

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈이 적용된 슬라이드 타입 단말기의 개방 및 폐쇄에 따른 VSWR 측정 결과를 나타낸 도면.

본 발명은 휴대용 무선 통신 기기의 내부에 내장되는 내장형 안테나 모듈(built-in antenna module)에 관한 것으로서, 특히 평판형 역 F 안테나(PIFA; Planar Inverted-F Antenna)의 방사 특성 향상시킴과 동시에 전자파 흡수율 저감시 키는 등 각종 안테나 성능을 향상시킬 수 있도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치에 관한 것이다.

최근들어, PCS, DCS, GPS, PDA, 셀룰러 폰, 무선노트북 컴퓨터등과 같은 휴대용 무선단말기가 점차 보급화되어감에 따라 다양한 기능과 디자인의 단말기가 등장하고 있다. 또한, 또한, 상기 단말기가 점차 소형화, 경박 단소화되어감과 동시에 그 기능의 다양성이 더욱 부각되고 있는 실정이다. 따라서, 상기와 같은 소비자의 욕구를 만족시키기 위해서는 기능을 유지 또는 향상시키면서 단말기의 부피를 줄여야 하는데 역점을 두고 있다.

특히, 안테나 장치의 경우에 있어서, 단말기의 외부로 일정 길이만큼 돌출되도록 설치되는 로드 안테나(또는 휩 안테나) 및 헬리컬 안테나는 단말기의 낙하시 파손될 수 있는 가장 취약한 부분이 되며, 휴대성을 저하시키는 문제점을 야기시키게 된다. 따라서, 최근에는 단말기의 내부에 실장되는 플레이트 타입 내장형 안테나(소위 '인터널 안테나' 또는 '인테나' 라고 함)를 많이 사용하고 있으며, 상술한 내장형 안테나의 특성을 향상시킴과 동시에 조립성 및 생산성을 향상시키기 위하여 경주하고 있는 실정이다.

일반적으로, 상술한 내장형 안테나는 단말기 본체의 메인 보드(RF 보드)상에 전기적으로 접속되는 구성을 갖는다. 이때, 상술한 내장형 안테나 장치는 두 개의 급전선을 가지게 된다. 하나는 상기 메인 보드의 안테나 급전부에 전기적으로 연결되어 있으며, 나머지 하나는 다층 구조의 메인 보드의 도전체로 형성되는 접지층에 접지되어 동작한다. 이때, 상기 접지층은 상기 메인 보드의 최상층에 위치되고 상 기 플레이트 타입 내장형 안테나(방사체)는 소정의 고정 브라켓에 의해 상기 메인 바디와 일정 높이만큼 이격된 상태로 접지부 및 급전부만이 하측에 인출되어 접지되는 상태가 된다. 일반적으로 플레이트 타입 내장형 안테나인 PIFA는 방사체의 크기, 접지면의 면적, 그리고 방사체와 접지면 사이의 높이등이 크면 클수록 안테나의 성능이 향상된다.

그러나 종래의 내장형 안테나 급전 구조에서 PIFA와 메인 보드의 접지면과의 거리를 크게 하게 되면 경박 단소화를 요구하는 소비자의 요구에 역행하는 문제점이 발생하게 되며, 근래들어 출시되고 있는 슬라이드 타입 단말기의 경우 안테나 성능이 더욱 열악해지는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 단말기의 비활용 공간을 최대한 이용하여 단말기의 전체 부피 감소에 역행하지 않음과 동시에 안테나 성능을 향상시킬 수 있도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치를 제공하는데 있다

본 발명의 다른 목적은 단말기의 비활용 공간을 사용하면서 방사체와 접지면간의 이격 거리를 최대한 크게 하여 안테나 성능을 향상시키도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 방사체와 접지되는 별도의 접지 수단을 두어 메인 보드의 접지면과 함께 동작하도록 함으로써 안테나의 방사 특성 향상 및 전자파 흡 수율 저감을 도모할 수 있도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 더욱 더 다른 목적은 단말기의 부피 증가 없이 방사체와 메인 보드 접지면 사이의 거리를 최대한 이격시켜 안테나 성능을 향상시킬 수 있도록 구성되는 휴대용 무선단말기에 있어서 PIFA 타입 내장형 안테나 모듈을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 모듈에 있어서, 안테나 모듈을 위한 급전부와 접지부를 갖는 RF 보드인 메인 보드와, 상기 메인 보드상에 설치하되 상기 메인 보드의 급전부 및 접지부에 전기적으로 각각 접속되는 소정의 급전핀 및 접지핀을 갖는 방사체 및 상기 메인 보드의 상기 방사체가 설치되는 반대면상에 일정 높이를 갖도록 설치하되, 상기 메인 보드의 접지부와 일단이 접지되는 플레이트형 도전성 접지판을 포함하여, 상기 방사체와 접지판간의 거리를 최대한 이격시켜 안테나의 성능을 향상시키도록 구성함을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 방사체와 급전면간의 거리를 최대한 이격시키기 위하여 다층 구조로 형성되는 PCB(Printed Circuit Board)인 메인 보드의 방사체와 가장 이격된 층을 도전층으로 형성시켜 방사체의 접지부와 전기적으로 접속시키게 된다.

더욱 바람직하게도, 본 발명에서는 상술한 메인 보드의 도전층이외에도 별도 의 도전성 접지판을 상기 메인 보드상에 설치하여 접지수단으로 이용하게 된다. 즉, 상기 접지판은 방사체가 설치되는 상기 메인 보드의 반대면상에 설치하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 방사체와 접지면간의 거리는 기존보다 메인 보드의 두께 및 접지판의 설치높이만큼 더욱 이격되어 안테나의 성능 항샹을 도모할 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 슬라이드 타입 단말기를 도시하고 기술하였으나, 이에 국한되지는 않는다. 예컨대, 플레이트 타입 내장형 안테나 모듈이 사용되는 PDA, 일반 단말기, 무선 노트북 PC등 다양한 무선기기에 적용할 수 있을 것이다.

도 1은 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기의 사시도이고, 도 2는 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기가 개방된 상태를 도시한 사시도이다.

슬라이드 타입 휴대용 무선단말기는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 단말기(100)는 본체인 메인 바디(120)와 상기 메인 바디(120)상에서 단말기의 길이 방향으로 일정 길이만큼 유동가능한 슬라이드 바디(110)로 구성된다. 상기 슬라이드 바디(110)는 상기 메인 바디(120)의 상측에 설치되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 완전히 겹쳐진 상태에서 휴대할 수 있으며, 도 2에 도시한 바와 같이, 메인 바디(120)에서 슬라이드 바디(110)가 상측으로 일정 길이 만큼 슬라이딩 되어 돌출된 상태에서 통화 동작등 단말기의 기능을 사용할 수 있다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 도 1의 상태에서 역시 단말기(100)를 사용할 수 있다.

상기 슬라이드 바디(110)상에는 전면에 걸쳐 디스플레이 장치(111)가 설치된다. 상기 디스플레이 장치(111)는 컬러 와이드 엘씨디 모듈일 수 있으며, 바람직하게는 터치스크린 패널일 수 있다. 상기 디스플레이 장치(111)의 상부에는 상대방의 음성을 수신할 수 있는 스피커폰 장치(112)가 설치되어 있으며, 상기 디스플레이 장치(111)의 하측으로는 적어도 하나의 키패드 어셈블리(113)가 설치된다. 바람직하게는, 상기 키패드 어셈블리(113)는 네이게이션 키버튼을 설치할 수 있다.

상기 슬라이드 바디(120)가 메인 바디(110)상에서 개방되었을 때 보이는 메인 바디(120)의 면상에는 다수의 키버튼을 구비한 다른 키패드 어셈블리(122)가 설치될 수 있는데, 바람직하게는 숫자 키 버튼(3×4 키버튼)이 설치될 수 있다. 상기 키패드 어셈블리(122)의 하측으로는 상대방에게 사용자의 음성을 전달할 수 있는 마이크로폰 장치(123)가 설치된다.

도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈(10)을 도시한 분리 사시도로써, 메인 보드(20)와 상기 메인 보드상에 설치되는 방사체(30) 및 상기 메인 보드(20)의 후면상에 설치되는 일정 크기의 플레이트 타입 접지판(60)으로 구성된다. 상기 메인 보드(20)상에는 상기 방사체(50)에서 인출되는 두 개의 핀인 접지핀(51)과 급전핀(52)이 전기적으로 각각 접속되기 위한 접지부(21)와 급전부(22)가 형성된다. 상기 급전부(22)는 메인 보드(20)상에 형성되는 패턴(23)에 의해 RF 컨넥터(25)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 방사체(50)는 소정의 방사체 고정 브라켓(30)상에 고정되도록 설치될 수 있다. 상기 브라켓(30)은 소정의 합성수지 재질로 형성될 수 있으며, 상기 방사체(50)가 박판의 금속성 플레이트이기 때문에 메인보드상에 단독으로 고정되면, 후에 모양이 뒤틀어지는 문제점이 발생되어 안테나의 방사특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 상기 방사체(50)에는 다수의 개구(53)가 형성되어 상기 고정 브라켓(30)에 초음파 융착등에 의해 고정될 수 있을 것이다. 상기 브라켓(30)의 적소에는 상술한 방사체(50)의 접지핀(51)과 급전핀(52)이 관통되어 메인 보드의 접지부(21)와 급전부(22)에 각각 접속될 수 있도록 관통구멍(31, 32)가 각각 형성될 수 있다. 또한, 상기 브라켓(30)의 양측면에는 고정 돌기(36)가 하방으로 연장 돌출되도록 형성함으로써 상기 메인 보드(20)에 형성되는 고정홈(26)에서 삽입되어 상기 브라켓(30)이 메인 보드(20)에 긴밀히 고정될 수 있는 것이다.

상기 접지판(60)은 상기 메인 보드(20)의 하측에 설치되는데, 상기 메인 보드(20)와 일정 간격으로 이격되도록 설치된다. 바람직하게는, 상기 접지판(60)의 평판 부분(62)에서 좌우 양단이 일정 높이 만큼 절곡된 절곡부(63, 64)를 형성시킴으로써 메인 보드(20)와의 이격 거리를 유지시킬 수 있는 것이다. 상기 접지판(60)의 일단에는 상기 메인 보드(20)의 상술한 접지부(21)에 전기적으로 접속될 수 있는 소정의 접지편(61)이 돌출 설치될 수 있다. 미도시 되었으나, 상기 접지판(60)은 상기 메인 보드(20)에 다수의 스크류에 의해 체결되거나 솔더링 또는 비도전성 접착 수단에 의해 부착될 수 있을 것이다. 이때, 상기 접지판(60)이 메인 보드(20)상에 부착되면, 상기 접지판(60)의 접지편(61)은 상기 메인 보드(20)의 접지부(21) 와 전기적으로 접속되는 상태가 된다. 따라서, 상기 방사체(50)의 접지핀(51)은 메인 보드(20)의 접지부(21)와 전기적으로 접속되며, 이와 동시에 상기 접지판(60)의 접지편(61)과 역시 전기적으로 접지되는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 확대 요부 단면도로써, 본 발명에 따르면 방사체(50)와 접지면간의 이격 거리를 크게 하기 위하여 메인 보드(20)의 하면에 별도의 도전성 접지판(60)을 설치하였다. 따라서, 상기 접지 구조는 방사체(50)의 접지핀(51)을 통해 상기 접지판(60)에 접지되는 구조를 갖는다. 더욱이, 본 발명에서는 기존의 PCB인 메인 보드(20)의 도전층(27)에 역시 상기 방사체(51)의 접지핀(51)이 접지되도록 하였는데, 더욱 상세하게는 상기 접지핀(51)이 접지되고 있는 접지판(60)이 상기 메인 보드(20)의 도전층(27)에 전기적으로 접속되도록 하였다. 이때, 상기 도전층(27)은 상술한 접지판(60)이 설치되는 메인 보드(20)의 부분(28)에는 형성되지 않는다. 이는 단말기 사용 도중 이물질 또는 도전성 물질에 유입되어 접지판(60)과 도전층이 접지되어 방사체(50)와 접지판(60)간의 이격거리가 축소되는 것이 방지하기 위함이다. 따라서, 상기 접지판(60)이 설치되는 메인 보드(20)의 부분은 유전체로만 형성된다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 방사체(50)는 메인 보드(20)의 접지부(21)를 통하여 접지판(60) 및 메인 보드(20)의 접지판(60)이 설치되지 않는 부분에 형성되는 도전층(27)에 함께 접지되는 구조를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따르면 상기 도전층(27)은 상기 방사체(50)와 가장 먼 이격 거리를 갖는 위치에 형성된다. 또한, 상기 접지판(60)과 메인 보드(20) 사이에 다수의 스페이서(40)를 개제시킴으로써 접지판(60)이 휘어서 상기 방사체(50)와의 이격 거리가 좁아지는 현상을 방지한다. 이때, 상기 스페이서(40)는 비도전성 재질, 예를 들면, 합성수지 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

상술한 구성에 따라 도 4에 도시한 바와 같이, 방사체와 도전면 간의 거리는 t1(메인보드의 두께) + t2(방사체의 설치 높이)의 두께만큼 증가됨으로써 안테나의 성능 향상에 기여하게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 설치의 편의상 메인 보드(20)상에 접지부(21)를 형성하고 상부에 방사체(50)의 접지핀(51)이 접속되고, 하부에 접지판(60)의 접지편(61)이 전기적으로 접속되지만, 방사체(50)의 접지핀(51)이 상기 접지판(60)의 접지편(61)에 직접 접속되어도 무방할 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈이 적용된 슬라이드 타입 단말기의 개방 및 폐쇄에 따른 VSWR 측정 결과를 나타낸 도면으로써, 실제 통화 상태인 Slide-up 상태에서의 특성이 최적화되도록 안테나를 설계하였다. Slide-down 상태는 거의 대부분 수신 대기일 경우이므로, 송신 시의 VSWR (도면에서 marker 1과 marker3) 수치가 다소 높은 것은 단말기의 성능에 많은 영향을 미치지는 않는다. 실제로 Slide-up 상태와 Slde-down 상태의 성능을 동시에 만족시키는 설계는 거의 불가능하며, 상호 트레이드오프 (trade off) 관계가 있으므로 상대적으로 단말기 성능에 영향을 덜 미치는 Slide-down 상태의 송신 특성을 희생하는 것이다.

하기 <표 1>과 <표 2>는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈이 적용되는 GSM일때의 전자파 흡수율과 DCS일때의 전자파 흡수율을 나타내었다.

상기 <표 1>과 <표 2>에 나타난 바와 같이, GSM의 경우는 최대 0.47 W/kg 이하이고, DCS의 경우는 최대 0.135 W/kg 이하로 측정되었다. 유럽 규격이 10g 평균 2.0 W/kg 이하임을 감안하면 매우 우수한 성능임을 알 수 있었다. 최근 SAR 특성이 매우 강조되고 있고 국제적으로 엄격하게 규제되고 있는 실정이라 하기와 같은 결과는 매우 만족스러운 결과이며, 이후 유사한 단말기 개발 시 참조가 될 수 있을 것이다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 플레이트 타입 내장형 안테나 모듈은 방사체와 접지면간의 거리를 소정의 접지판을 설치하여 최대한 이격시킴으로써, 기존의 내장형 안테나 보다 우수한 방사 특성을 갖도록 하였으며 국제 규격에 적합한 전자파 흡수율을 갖도록 함으로써 단말기 안테나 성능을 더욱 개선시킨 효과가 있다.

Claims (7)

1. 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 모듈에 있어서,

   안테나 모듈을 위한 급전부와 접지부를 갖는 RF 보드인 메인 보드;

   상기 메인 보드상에 설치하되, 상기 메인 보드의 급전부 및 접지부에 전기적으로 각각 접속되는 소정의 급전핀 및 접지핀을 갖는 방사체; 및

   상기 메인 보드의 상기 방사체가 설치되는 반대면상에 일정 높이를 갖도록 설치하되, 상기 메인 보드의 접지부와 일단이 접지되는 플레이트형 도전성 접지판을 포함하여, 상기 방사체와 접지판간의 거리를 최대한 이격시켜 안테나의 성능을 향상시키도록 구성함을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 접지판과 메인 보드의 도전층을 함께 접지면으로 사용함을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 도전층은 상기 접지판의 일단과 전기적으로 접속되도록 설치하되, 상기 메인 보드의 도전층은 상기 방사체와 최대한 먼거리에 있는 층을 사용함을 특징으 로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 메인 보드의 도전층은 상기 접지판이 커버링되는 부분에는 형성되지 않음을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 메인 보드와 접지판 사이에는 다수의 비도전성 스페이서를 개제시켜 상기 메인 보드와 접지판의 거리가 임의로 줄어들지 않도록 함을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 접지판은 상기 메인 보드상에 솔더링에 의해 고정됨을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 접지판은 상기 메인 보드상에 다수의 스크류 체결에 의해 고정됨을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.

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