KR100713525B1

KR100713525B1 - 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치

Info

Publication number: KR100713525B1
Application number: KR1020050037595A
Authority: KR
Inventors: 보리스 키셀레프
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2007-04-30
Also published as: KR20060115199A

Abstract

본 발명은 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치를 제공한다. 이를 위해 본 발명에서는, 비대칭형 안테나에서 급전점과 접지점의 위치를 스위칭할 수 있는 스위치부를 구비하고, 제어부의 제어에 따라 상기 급전점과 접지점이 서로 스위칭되도록 함으로써, 비대칭형 안테나의 특성상 형성되는 상호 커플링 현상이 일어나는 공간을 서로 다르게 하여 캐패시턴스 성분을 조절할 수 있도록 한다. 그리고 이에 따라 안테나의 동작 주파수는 변경되게 되어 저주파 대역과 고주파 대역에서 모두 사용될 수 있게 함으로써, DVB-H 수신 단말기에서 하나의 안테나만을 이용하여 DVB 데이터를 수신할 수 있도록 한다.

비대칭 안테나

Description

동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS FOR CHANGING WORKING FREQUENCY BANDWIDTH}

도 1은 이동통신 단말기의 통상적인 안테나의 예를 보이는 예시도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 DVB-H 수신 단말기 안테나의 예를 보이는 예시도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 DVB-H 수신 단말기 안테나에서 접지점과 급지점의 위치를 스위칭해 주는 스위치부의 상세한 구성을 보이는 구성도,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 DVB-H 수신 단말기 안테나의 구성 예시도.

본 발명은 이동통신 단말기의 안테나에 관한 것으로, 특히 DVB-H 수신 단말기의 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 단말기의 안테나는 안테나의 동작 주파수가 정해져 있다. 예를 들어 대한민국에서 통용되는 CDMA(Code Division Multiplex Access) 주파 수 대역은 800MHz 대역이므로, 대한민국에서 사용되는 이동통신 단말기의 안테나는 800Mhz 대역의 주파수를 가진 신호를 수신하거나 전송할 수 있도록 제작된다. 또한 같은 CDMA 방식일지라도 미국에서 사용되는 주파수 대역은 1800Mhz이므로 미국에서 사용되는 이동통신 단말기의 안테나는 1800Mhz 대역의 주파수에서 동작하도록 제작된다. 또한 예를 들어 같은 CDMA일 경우에라도 중국 또는 러시아는 450Mhz 대역의 주파수를 사용하므로, 러시아 또는 중국에서 사용되는 이동통신 단말기의 안테나는 450Mhz 대역의 주파수에서 동작하도록 제작된다.

도 1은 이러한 이동통신 단말기의 통상적인 안테나 예를 보이고 있는 도면이다. 도 1의 (a)와 (b)는 둘 다 비대칭형 루프(Loop) 안테나를 예로 들어 보이고 있다. 여기서 비대칭형 안테나라는 것은 구조상 어떤 방향으로 특히 강하게 전파를 복사하거나 또는 수신할 수 있는 안테나를 말한다. 수평부가 긴 역L형 안테나 등이 그 대표적인 것 중의 하나이다. 이러한 비대칭형 안테나는 상기 대한민국이나 미국, 러시아나 중국과 같이 특정 사용 주파수 대역이 정하여져 있을 경우, 그 정해져 있는 주파수 대역에 따라 더 쉽게 전파를 수신하기 쉽고, 더 강하게 전파를 복사하기 위해 사용된다. 즉, 예를 들어 대한민국의 셀룰러 이동통신 단말기는 800Mhz 대역의 주파수에서 더 강하게 신호를 복사하고 더 쉽게 신호를 수신할 수 있는 비대칭 안테나를 구비한다.

이 중에서 도 1의 (a)는 고주파 대역에서 사용되는 이동통신 단말기의 비대칭 안테나를 예로 든 것이고, 도 1의 (b)는 저주파 대역에서 사용되는 이동통신 단말기의 비대칭 안테나를 예로 든 것이다. 일반적으로 안테나는 한개의 급전점과 한 개의 접지점을 구비하고 있으며, 상기 급전점을 통해 입력된 전류와 안테나의 캐패시턴스(Capacitance), 인덕턴스(Inductance) 성분에 따라 상기 안테나에서 사용되는 동작 주파수 대역이 결정된다. 여기서 상기 캐패시턴스와 상기 인덕턴스에 의해 결정되는 주파수 대역은 하기 수학식 1과 같다.

여기서 상기 수학식 1의 'L'은 인덕턴스 성분이며, 상기 'C'는 캐패시턴스 성분이다. 따라서 상기 캐패시턴스 성분이 커질수록 안테나의 동작 주파수는 저주파가 되고, 상기 캐패시턴스 성분이 작을수록 안테나의 동작 주파수는 고주파가 된다. 이를 참조하여 도 1의 (a)와 (b)를 참조하여 살펴보면, 도 1의 (a)는 B(106)가 급전점이고, A(104)가 접지점으로 설정되는 경우이다. 이 경우 급전점 B(106)를 통해 입력된 전류는 급전점 B(106)로부터 비대칭 안테나(100)를 통해 흐르면서 상호 커플링(Mutual Coupling) 현상이 일어나는 공간(108)을 형성한다. 그리고 도 1의 (b)는 A(104)로 급전점이고, B(106)가 접지점으로 설정되는 경우이다. 이 경우 급전점 A(104)로부터 급전된 전류는 안테나(100)을 통해 흐르면서 상호 커플링 현상이 일어나는 공간(150)을 형성한다. 여기서 상호 커플링 현상이 일어나는 공간이 클 수록 상기 캐패시턴스 성분이 증가하게 된다.

이에 따라 상기한 상호 커플링 현상이 일어나는 공간들(108, 150)을 서로 비교하여 보면 도 1의 (a)보다 도 1의 (b)에서의 상호 커플링 현상이 일어나는 공간 (150)이 훨씬 큰 것을 알 수 있다. 이에 따라 도 1의 (b)에서 보이고 있는 비대칭 안테나의 경우 캐패시턴스 성분이 상기 도 1의 (a)에서 보이고 있는 비대칭 안테나보다 훨씬 크므로, 상기 수학식 1에 의해 그 동작 주파수 역시 그만큼 낮아지게 되는 것을 알 수 있다.

그러나 현재 DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handhelds)를 수신하기 위해서는 상기한 통상적인 이동통신 단말기의 안테나와는 달리 훨씬 넓은 주파수 대역에서 모두 사용될 수 있어야 한다. 여기서 상기 DVB-H 라는 것은 Digital-TV의 방송 규격의 하나로 휴대폰이나 휴대용 영상 기기 등의 저전력, 그리고 이동성, 휴대성 등을 고려하여 따로 마련된 DVB 규격의 한 종류를 말하는 것이다.

현재 상기 DVB 채널의 규격은 UHF(Ultra High Frequency) 제4 대역과 제 5대역, 즉 470Mhz에서 862Mhz 대역의 주파수 대역을 사용한다. 이에 따라 상기 DVB를 수신할 수 있는 DVB-H 수신 단말기는 상기한 470Mhz의 저주파수 대역과 862Mhz의 고주파수 대역에서 모두 사용될 수 있어야만 한다. 그러나 상기한 통상적인 이동통신 단말기의 안테나로서는 상기한 주파수 대역에서 모두 사용될 수 없다는 문제점이 있다.

그러므로 본 발명의 목적은, 상기한 저주파수 대역과 고주파수 대역에서 모두 공통적으로 사용할 수 있는 안테나 장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 안테나 장치는, 비대칭형 안테나와, 상기 비대칭형 안테나의 급전점과 접지점을 서로 스위칭하는 스위치부와, 상기 이동통신 단말기의 동작에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 이동통신 단말기의 안테나 동작 주파수를 변경하는 제어부를 구비한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

먼저 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 본 발명의 기본 원리를 설명하면, 본 발명에서는, 비대칭형 안테나에서 급전점과 접지점의 위치를 스위칭할 수 있는 스위치부를 구비하고, 제어부의 제어에 따라 상기 급전점과 접지점이 서로 스위칭되도록 함으로써, 비대칭형 안테나의 특성상 형성되는 상호 커플링 현상이 일어나는 공간을 서로 다르게 하여 캐패시턴스 성분을 조절할 수 있도록 한다. 그리고 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 동작 주파수는 변환되게 되고, 저주파 대역과 고주파 대역에서 모두 사용될 수 있도록 한다.

도 2는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 구성 예를 보이고 있는 도면이다. 도 2를 참조하여 살펴보면, 도 2는 스위치부(200)를 구비하여, 비록 도시되지 않았으나 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 단말기의 제어부의 제어에 따라 접지점(202)과 급전점(204)이 A(104) 또는 B(106)와 연결될 수 있도록 한다. 여 기서 상기 A(104)를 저주파 대역의 전기적 급점이라고 칭하기로 하고, 상기 B(106)를 고주파 대역의 전기적 급점이라고 칭하기로 한다. 이 경우 만약 도시되지 않은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부가 급전점(204)을 고주파 대역의 전기적 급점 B(106)에 연결되도록 제어하였다면, 급전점(204)은 고주파 대역의 전기적 급점 B(106)와 연결된다. 그리고 이 경우 고주파 대역의 전기적 급점 B(106)을 통해 입력된 전류는 비대칭 안테나(100)를 통해 상호 커플링 현상이 일어나는 공간(108)을 형성하게 되고 이에 따라 고주파 대역에 적합한 캐패시턴스 성분을 생성하게 된다.

그리고 만약 도시되지 않은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부가 급전점(204)를 저주파 대역의 전기적 급점 A(104)에 연결되도록 제어하였다면, 급전점(204)은 저주파 대역의 전기적 급점 A(104)와 연결된다. 그리고 이 경우 저주파 대역의 전기적 급점 A(104)를 통해 입력된 전류는 비대칭 안테나(100)를 통해 상호 커플링 현상이 일어나는 공간(150)을 형성하게 되고 이에 따라 저주파 대역에 적합한 캐패시턴스 성분을 생성하게 된다. 그리고 이러한 급전점(204)의 변화에 따라 서로 다르게 생성되는 캐패시턴스 성분에 의해 본 발명의 실시 예에 따른 비대칭 안테나는 저주파수 대역과 고주파수 대역의 서로 다른 대역의 주파수 성분에서 동작이 가능하게 된다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 안테나에서는 DVB-H 규격에서 요구하는 주파수 대역에서 모두 동작할 수 있다.

도 3은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 안테나에서 상기 도시되지 않은 제어부의 제어에 따라 상기 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 저주파 대역의 전기적 급점 A(104), 고주파 대역의 전기적 급점 B(106)과 급점점(204)와 접지점(202) 를 서로 스위칭해주는 스위칭부(200)를 더욱 자세히 보이고 있는 도면이다. 도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 저주파 대역의 전기적 급점 A(104)는 제1 접점(306)과 제2 접점(308)을 구비하고 있으며, 본 발명의 실시 예에 따른 고주파 대역의 전기적 급점 B(106)는 제3 접점(310)과 제4 접점(312)을 구비한다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치의 스위치부(200)는 비록 도시되지는 않았으나 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 제어에 따라 급점점(204)과 연결되는 경로(이하 급전점 경로라고 칭하기로 한다)(304)를 상기 저주파 대역의 제2 접점(308) 또는 상기 고주파 대역의 제3 접점(310)중 어느 하나와 연결될 수 있도록 한다. 그리고 상기 스위치부(200)는 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 급전점 경로(304)가 상기 저주파 대역의 제2 접점(308)에 연결될 경우에는 상기 고주파 대역의 제4 접점(312)에, 그리고 상기 급전점 경로(304)가 상기 고주파 대역의 제3 점점(310)에 연결될 경우에는 상기 저주파 대역의 제1 접점(306)에 연결되도록 제어한다.

이에 따라 만약 제어부가 고주파 대역을 선택하는 경우에는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치는, 급전점 경로가 상기 도 1의 (a)에서 보이고 있는 B(106)와 연결되도록 하여 안테나의 동작 주파수가 고주파 대역으로 설정되도록 한다. 그러나 만약 제어부가 저주파 대역을 선택하는 경우에는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치는, 급전점 경로가 상기 도 1의 (b)에서 보이고 있는 A(104)와 연결되도록 하여 안테나의 동작 주파수가 저주파 대역으로 설정되도록 한다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 안테나는 스위치부의 스위칭 동작에 의해 저주파 대역, 고주파 대역 어디에서도 사용이 가능하다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에서는 단순히 비대칭형 루프 안테나의 경우만을 예로 들어 설명하였으나 루프 안테나 뿐 아니라 비대칭 다이폴(Dipole) 안테나, 또는 비대칭 Rectangle 안테나의 경우에도 이러한 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.

도 4는 이러한 본 발명의 또 다른 실시 예들에 대한 예를 보이고 있는 도면이다. 도 4를 참조하여 살펴보면, 도 4의 (a)는 비대칭 다이폴 안테나에 본 발명이 적용된 예를 보이고 있는 도면이며, 도 4의 (b)는 Rectangle 안테나에 본 발명이 적용된 예를 보이고 있는 도면이다. 우선 도 4의 (a)를 참조하여 살펴보면, 스위치부(200)의 제어에 따라 급점점(204)은 비대칭 다이폴 안테나(400)의 고주파 전기적 급점(402)또는 저주파 전기적 급점(406)중 어느 하나에 연결되게 되고, 이에 따라 접지점(202)은 상기 급점점(204)이 연결되지 않은 다른 한 전기적 급점에 연결되게 된다. 이에 따라 급전점(204)이 저주파 전기적 급점(406)에 연결된 경우의 상호 커플링 현상이 일어나는 공간(408)은, 급전점(204)이 고주파 전기적 급점(402)에 연결된 경우의 상호 커플링 현상이 일어나는 공간(404)에 비해 증가하게 되고, 이에 따라 동작 주파수 대역은 낮아지게 된다.

도 4의 (b)는 Rectangle 안테나의 경우에 본 발명이 적용된 예를 보이고 있는 도면이다. 도 4의 (b)를 참조하여 살펴보면, 스위치부(200)의 제어에 따라 급점점(204)은 비대칭 Rectangle 안테나(450)의 고주파 전기적 급점(456)또는 저주파 전기적 급점(452)중 어느 하나에 연결되게 되고, 이에 따라 접지점(202)은 상기 급점점(204)이 연결되지 않은 다른 한 전기적 급점에 연결되게 된다. 따라서 비대칭 Rectangle 안테나(450)의 특성에 따라 비록 급전점(204)이 저주파 전기적 급점(452)에 연결된 경우의 상호 커플링 현상이 일어나는 공간(454)은, 급전점(204)이 고주파 전기적 급점(456)에 연결된 경우의 상호 커플링 현상이 일어나는 공간(458)과 그 공간의 크기는 같으나, 상기 저주파 전기적 급점(452)과 연결된 안테나 도선 부분이 고주파 전기적 급점(456)과 연결된 안테나 도선 부분보다 더 길기 때문에 그 만큼 상호 커플링 현상도 강하게 일어나게 된다. 이에 따라 캐패시턴스 성분 역시 증가하게 되고, 따라서 비대칭 Rectangle 안테나(450)의 동작 주파수 역시 수학식 1에서 보이고 있는 주파수의 특성에 따라 낮아지게 된다. 그러므로 본 발명은 상술한 본 발명의 실시 예와 같이 단순히 비대칭형 루프 안테나에서만 적용가능한 것이 아니라 다양한 형태의 안테나에도 적용될 수 있음은 물론이다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의해 정할 것이 아니고, 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.

본 발명에서는, 비대칭형 안테나에서 급전점과 접지점의 위치를 스위칭할 수 있는 스위치부를 구비하고, 제어부의 제어에 따라 상기 급전점과 접지점이 서로 스위칭되도록 함으로써, 비대칭형 안테나의 특성상 형성되는 상호 커플링 현상이 일어나는 공간을 서로 다르게 하여 캐패시턴스 성분을 조절할 수 있도록 한다. 그리 고 이에 따라 안테나의 동작 주파수가 변경되게 되어 저주파 대역과 고주파 대역에서 모두 사용될 수 있게 함으로써, DVB-H 수신 단말기에서 하나의 안테나만을 이용하여 DVB 데이터를 수신할 수 있도록 한다.

Claims

이동통신 단말기의 안테나 장치에 있어서,

전류가 급전되는 급전 방향에 따라 서로 다른 크기의 상호 커플링 영역을 생성하는 하나의 비대칭형 안테나와,

상기 비대칭형 안테나의 급전점과 접지점을 서로 스위칭하여 상기 급전 방향을 변경하는 스위치부와,

상기 급전 방향이 변경되도록 상기 스위치부를 제어하여 상기 변경된 급전 방향에 의해 생성된 상호 커플링 영역에 따라 상기 이동통신 단말기의 안테나 동작 주파수를 변경하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 비대칭형 안테나는,

각각 2개의 접점을 가진 제1 전기적 급점과 제2 전기적 급점을 가지는 것을 특징으로 하는 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치.
제2항에 있어서, 상기 비대칭형 안테나는,

상기 제1 전기적 급점에 급전되었을 경우, 상기 제2 전기적 급점에 급전되었을 때보다 더 많은 캐패시턴스(Capacitance) 성분을 가지는 것을 특징으로 하는 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위치부는,

상기 제어부의 제어가 있을 경우, 상기 제1 전기적 급점의 접점 중 어느 하나에 연결된 급전선 경로를, 상기 제2 전기적 급점의 접점 중 어느 하나에 연결하는 것을 특징으로 하는 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 이동통신 단말기는,

DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld) 수신 단말기임을 특징으로 하는 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 비대칭형 안테나는,

비대칭형 루프 안테나, 비대칭형 렉탱글(Rectangle) 안테나 및 비대칭 다이폴(Dipole) 안테나 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 동작 주파수 대역을 변경시킬 수 있는 안테나 장치.