KR100768502B1

KR100768502B1 - 인체로 방사되는 전자파를 감소시킨 이동통신 단말기 및이동통신용 안테나

Info

Publication number: KR100768502B1
Application number: KR1020060060440A
Authority: KR
Inventors: 박세현; 박위상; 김영일; 김재희
Original assignee: 삼성전자주식회사; 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2007-10-19
Also published as: JP2008017485A; US7468708B2; JP4703610B2; US20080001831A1

Abstract

본 발명은, 인체로 방사되는 전자파를 감소시킨 이동통신 단말기 및 이동통신용 안테나에 관한 것으로서, 전자기파를 방사하는 방사체, 방사체와 연결되는 그라운드, 그라운드의 일측면에 그라운드와 소정 간격을 두고 평행하게 설치되는 금속성 막대를 갖는 방사방지부를 포함한다. 이에 의해, 방사패턴을 변경하여 인체를 향한 전자파의 방사를 감소시키고, 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

안테나, SAR, 방사패턴, Fringing field, 전자파, 도전성 도료

Description

인체로 방사되는 전자파를 감소시킨 이동통신 단말기 및 이동통신용 안테나{MOBILE TERMINAL AND ANTENNA THEREOF REDUCED ELECTROMAGNETIC WAVES TO RADIATE BODY}

도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신용 안테나의 방사체 측 사시도,

도 1(b)는 도 1의 이동통신용 안테나의 방사방지부 측 사시도,

도 2(a)는 종래의 이동통신용 안테나의 전하상태를 나타낸 측면도,

도 2(b)는 본 발명에 따른 이동통신용 안테나의 측면도,

도 3(a)는 종래의 이동통신용 안테나의 전계를 나타낸 그래프,

도 3(b)는 본 발명에 따른 이동통신용 안테나의 전계를 나타낸 그래프,

도 4(a)는 종래의 이동통신용 안테나의 3차원 방사패턴,

도 4(b)는 본 발명에 따른 이동통신용 안테나의 3차원 방사패턴,

도 5는 본 발명과 종래의 이동통신용 안테나의 2차원 방사패턴,

도 6(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동통신용 단말기 케이스의 내측 평면도,

도 6(b)는 도 6(b)의 케이스 내측에 결합되는 회로기판의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 방사체 15 : 피딩핀

20 : 쇼팅핀 30 : 그라운드

35 : 연결부 40 : 방사방지부

45 : 방사방지바아

본 발명은 인체로 방사되는 전자파를 감소시킨 이동통신 단말기 및 이동통신용 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 방사패턴을 변화시켜 인체로 방사되는 전자파를 감소시킨 이동통신 단말기 및 이동통신용 안테나에 관한 것이다.

각종 전자제품이나 고압선 등에서 발생하는 전자파가 인체에 유해하다는 실험결과에 따라, 각 나라에서는 전자파를 규제하는 법안을 상정하고, 각 기업에서는 전자파를 최소화하기 위한 연구를 거듭하고 있다.

특히 이동통신용 단말기의 경우, 인체에 밀착되어 사용되므로, 전자파흡수율(Specific Absorption Rate : SAR)이 높다. 전자파흡수율이란, 이동통신용 단말기를 사용할 때 인체에 흡수되는 단위 질량당 전자파 흡수전력(W/Kg)을 말한다. 전자파흡수율은 이동통신용 단말기의 안테나로부터 방사되는 전파의 근거리장(near field region)에 의한 영향을 받게 되며, 전자파흡수율은 사용되는 이동통신용 단말기의 송신전력, 안테나 특성 및 기구물의 형태 등과 밀접한 관계가 있다.

전자파흡수율은 인체에 흡수되는 전자파의 양을 나타내는 척도로 인체 보호 규격에 사용되고 있다. 우리 나라의 경우, 전자파흡수율의 허용기준치를 미국과 동일한 1.6[W/Kg]으로 규정하고 있으며, 유럽 및 일본의 경우에는 허용기준치를 2.0[W/Kg]으로 규정하고 있다.

이러한 전자파흡수율을 감소시키기 위한 방법으로는 지향성 안테나 장치를 사용하는 방법, 별도의 도체판을 부착하여 전파를 차폐하는 방법, 및 전파 흡수체를 삽입하는 방법 등을 사용할 수 있다.

또한, 전자파흡수율을 감소시키기 위해서 가장 일반적으로 사용되는 방법으로는, 통화시 이동통신용 단말기의 안테나와 인체의 거리를 최대한 멀리 확보되도록 안테나를 설계하는 방법이 있다. 이에, 이동통신용 단말기내의 인쇄회로기판과 안테나가 일정 거리 이상 이격되도록 설계하는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 안테나에 전력을 공급하면 인쇄회로기판 상에도 안테나로부터 유입된 전류성분이 흐르게 되며, 이에 따라, 인쇄회로기판은 안테나로서 동작하게 된다. 즉, 안테나와 인쇄회로기판 간의 거리를 확보하더라도, 안테나에 공급된 전력이 급전을 위해 연결된 인쇄회로기판에 유입되어 인쇄회로기판으로부터 전자파가 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 안테나로부터 인쇄회로기판으로 흐르는 전류성분을 차단하기 위한 방법으로, 안테나와 인쇄회로기판 사이에 초크(choke)형태의 발룬(Balun)을 설치하는 방법이 제안되기도 하였다. 그러나, 이러한 방법은 발룬으로 인해 안테나가 휴대용 단말기와 너무 이격되기 때문에 실제 휴대폰의 설계상 어려움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 전자파가 인체를 향해 방사되는 것을 최소화할 수 있도록 하는 이동통신 단말기 및 이동통신용 안테나를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전자기파를 방사하는 방사체; 상기 방사체와 연결되는 그라운드; 및, 상기 그라운드의 일측면에 상기 그라운드와 소정 간격을 두고 평행하게 설치되는 금속성 막대를 갖는 방사방지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방사방지부의 금속성 막대는, 상기 방사체의 전계방향을 따라 길게 형성된 다수의 방사방지바아이며, 상기 각 방사방지바아는 상기 전계의 가로방향을 따라 상호 소정 간격을 두고 배치된 것이 바람직하다.

상기 그라운드의 일단에 상기 각 방사방지바아의 배열방향을 따라 길게 형성되어 상기 그라운드와 상기 각 방사방지바아를 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.

상기 방사체와 그라운드를 연결하며, 상기 방사체에 전류를 공급하는 피딩핀과, 상기 방사체를 순환한 전류를 상기 그라운드로 안내하는 쇼팅핀을 포함하는 PIFA 안테나일 수 있다.

상기 각 방사방지바아의 길이는 λ/4로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내측면에 도전성 도료가 줄무늬 형태로 도포된 케이스; 상기 도전성 도료와 전기적으로 연결되는 그라운 드와, 상기 그라운드에 연결되어 전자파를 방사하는 방사체를 갖는 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기에 의해서도 달성될 수 있다.

상기 케이스에는 상기 안테나의 전계방향을 따라 길게 형성되고 상기 전계방향의 가로로 소정 간격을 두고 배치된 복수의 도료 띠가 도포된 것이 바람직하다.

상기 케이스에는 상기 각 도료 띠를 연결하며 상기 케이스의 판면으로부터 돌출된 도료연결부가 형성될 수 있다.

상기 그라운드가 형성된 회로기판을 포함하며, 상기 회로기판의 일측면에는 상기 그라운드와 상기 도료연결부를 연결하도록 상기 도료연결부와 접촉하는 금속성의 접촉부가 형성될 수 있다.

상기 각 도료 띠의 길이는 λ/4인 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신용 안테나의 방사체 측 사시도이고, 도 1(b)는 도 1의 이동통신용 안테나의 방사방지부 측 사시도이다.

일반적으로 이동통신 단말기는 기지국으로부터 전송되는 전파의 수신율이 통화품질을 결정하며, 우수한 전파 수신율을 위해, 이동통신용 안테나로 전방향 특성을 갖는 PIFA(Planar Invert F Antenna) 안테나를 주로 사용한다.

PIFA 안테나는, 방사체(10), 피딩핀(15), 쇼팅핀(20), 그라운드(30)를 포함하며, 그라운드(30)의 방사체(10)와 대향되는 면에는 방사방지부(40)가 배치되어 있다.

방사체(10)는 그라운드(30)로부터 소정 거리 이격되어 그라운드(30)와 평행 하게 배치되어 있으며, 전자파를 방사한다.

피딩핀(15)은, 방사체(10)와 그라운드(30)를 연결하며, 방사체(10)에 전류를 공급한다. 쇼팅핀(20)은, 방사체(10)와 그라운드(30)를 연결하여 방사체(10)를 순환한 전류를 그라운드(30)로 안내하는 역할을 한다.

그라운드(30)는 회로기판에 일체로 형성되거나 별도로 마련될 수 있으며, 그라운드(30)에 의해 안테나의 크기를 λ/2에서 λ/4로 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 그라운드(30)의 상하길이를 약 λ/4 길이로 형성한다.

방사방지부(40)는, 그라운드(30)를 사이에 두고 방사체(10)와 대향되도록 배치되며, 그라운드(30)와 소정 간격을 두고 평행하게 배치되어 있다. 방사방지부(40)는, 상호 소정 간격을 두고 일렬로 배치된 다수의 방사방지바아(45)와, 방사방지바아(45)와 그라운드(30)의 일단을 연결하는 연결부(35)를 포함한다.

각 방사방지바아(45)는 금속성 와이어 또는 금속판으로 형성되며, 각 방사방지바아(45)의 길이방향은 안테나에서 형성되는 수직 전계(Vertical Polariztion)의 방향과 평행하도록 배치된다. 이러한 각 방사방지바아(45)는 그라운드(30)의 길이인 λ/4 내외의 길이로 형성된다.

연결부(35)는 각 방사방지바아(45)의 일단과 그라운드(30)의 일단을 연결하는 띠 형상으로 형성되며, 연결부(35)의 두께만큼 방사방지바아(45)와 그라운드(30)가 상호 이격된다. 그리고 방사체(10)가 그라운드(30)의 상단부에 장착되는 반면, 연결부(35)는 그라운드(30)의 하단부에 장착된다.

이에 따라, 그라운드(30)의 일측면의 상측에는 방사체(10)가 장착되고, 그라 운드(30)의 타측면의 하측에는 연결부(35)가 배치된다.

도 2(a)는 종래의 이동통신용 안테나의 전하상태를 나타낸 측면도이고, 도 2(b)는 본 발명에 따른 이동통신용 안테나의 측면도이다.

종래의 이동통신용 안테나의 경우, 그라운드(30')는 (-) 전하를 띠고, 방사체(10')는 (+)전하를 띤다. 이에 따라, (+)전하에서 (-)전하를 향해 전류가 흐르게 된다. 이러한 전류의 흐름은 결과적으로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 방사체(10')로부터의 전자파가 그라운드(30')까지 도달하도록 하여 Fringing field를 형성한다. 이동통신용 안테나는 그라운드(30')가 이동통신 단말기내의 정면을 향하고 방사체(10')가 배면을 향하도록 장착되므로, 그라운드(30')를 향해 형성되는 Fringing field는 인체를 향하게 된다.

이에 반해, 본 발명의 이동통신 안테나의 경우, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 그라운드(30)의 일측면에는 방사체(10)가, 타측면에는 방사방지부(40)가 배치됨에 따라, 방사체(10)와 방사방지바아(45)는 (+)전하를 띠는 반면, 그라운드(30)는 (-)전하를 띠게 된다. 따라서, 방사체(10)와 방사방지바아(45)가 동위상이 되기 때문에, 방사체(10)로부터 방사방지바아(45)로 전계가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 그라운드(30) 영역에 Fringing field가 거의 생성되지 아니하였음을 볼 수 있다.

한편, 일반적으로 안테나의 임피던스를 구하는 공식은 다음의 수학식 1과 같다.

이러한 수학식 1로 방사방지부(40)의 임피던스를 구할 경우,

은 방사방지부(40)의 입력 임피던스가 되고, l은 방사방지부(40)의 길이가 된다. 방사방지부(40)의 길이 l은 λ/4이므로,

은 ∞가 된다. 따라서, 방사방지부(40)로 전류가 흐를 수 없으므로, Fringing field가 발생하지 아니한다.

도 4(a)는 종래의 이동통신용 안테나의 3차원 방사패턴이고, 도 4(b)는 본 발명에 따른 이동통신용 안테나의 3차원 방사패턴이다. 여기서, x축과 y축은 그라운드(30)면에 위치하고, z축은 그라운드(30)에 수직하게 위치한다.

도 4(a)를 살펴보면, 종래의 이동통신용 안테나는, 전방향성 특성을 갖는 방사패턴을 가지며, z축으로 약간의 지향성을 갖는 것을 알 수 있다.

이에 비해, 도 4(b)에 도시된 본 발명의 이동통신용 안테나는, 종래의 이동통신용 안테나보다 z축으로 좀 더 지향성을 가짐을 알 수 있다.

도 5는 본 발명과 종래의 이동통신용 안테나의 2차원 방사패턴으로서, x-z 평면에서 본 방사패턴이다. 도시된 바와 같이, 종래의 이동통신용 안테나의 방사패턴은 전방향성 패턴을 보인다. 반면, 본 발명의 이동통신용 안테나의 방사패턴은, z축방향으로 방향성을 가지며, 이 때, 인체를 향하는 -z축방향으로는 방사가 줄어들고 +z축방향으로는 방사가 증가하였음을 알 수 있다.

이렇게 -z축 방향으로 방사가 줄어들기 때문에 안테나의 게인이 증가한다. 실제 게인의 측정결과, 종래의 이동통신용 안테나의 경우, 2.019dB의 게인을 갖는데 비해, 본 이동통신용 안테나는 2.502dB의 게인을 갖는다. 즉, 본 이동통신용 안테나는 종래에 비해 게인이 0.5dB 정도 향상되었음을 알 수 있다.

도 6(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동통신용 단말기 케이스의 내측 평면도이고, 도 6(b)는 회로기판의 평면도이다.

일반적으로 이동통신용 단말기 케이스(50)의 내측면에는, 회로기판 등에 장착된 회로부품에 의해 방사되는 전자파의 방사를 방지하기 위해 도전성 도료를 도포한다. 본 실시예에서는 케이스(50)의 내측면에 도전성 도료를 띠형상으로 도포하며, 이 때, 도료 띠(65)를 안테나에서 형성되는 전계방향을 따라 길게 형성하고, 전계방향의 가로로 소정 간격을 두고 복수개를 형성한다. 여기서, 도료 띠(65)의 길이는 방사방지바아(45)와 마찬가지로 λ/4로 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 도료 띠(65)의 일단부에는 도료 띠(65)를 그라운드에 접지시키기 위한 도료연결부(55)가 각 도료 띠(65)를 연결하도록 길게 형성되어 있다. 도료연결부(55)는, 케이스(50)의 내측면으로부터 소정 높이 돌출되도록 형성함으로써, 그라운드가 형성된 회로기판(70)에 접촉될 수 있도록 한다.

도 6(b)에 도시된 바와 같이, 회로기판(70)의 일단부에는 이동통신 단말기의 조립시, 케이스(50)에 형성된 도료연결부(55)와 접촉되도록 띠형상의 접촉부(75)가 형성되어 있으며, 접촉부(75)는 그라운드(30)와 전기적으로 연결되어 있다.

이와 같이, 본 이동통신용 안테나는, 전계방향을 따라 길게 형성된 방사방지바아(45) 또는 도료띠(65)를 마련함으로써, 방사패턴이 z축방향으로 방향성을 띠도 록 하였다. 이에 따라, Fringing field가 제거되어 인체를 향해 방사되는 전자파를 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 안테나의 이득을 증가시켜 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 이동통신용 안테나로서, PIFA 안테나를 예로 들어 설명하였으나, 이동통신 단말기에 장착가능하고 전방향성을 갖는 안테나라면 본 발명의 적용이 가능함은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 방사패턴을 변경하여 인체를 향한 전자파의 방사를 감소시키고, 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

전자기파를 방사하는 방사체;

상기 방사체와 연결되는 그라운드; 및,

상기 그라운드의 일측면에 상기 그라운드와 소정 간격을 두고 평행하게 설치되는 금속성 막대를 갖는 방사방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신용 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 방사방지부의 금속성 막대는, 상기 방사체의 전계방향을 따라 길게 형성된 다수의 방사방지바아이며, 상기 각 방사방지바아는 상기 전계의 가로방향을 따라 상호 소정 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 이동통신용 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 그라운드의 일단에 상기 각 방사방지바아의 배열방향을 따라 길게 형성되어 상기 그라운드와 상기 각 방사방지바아를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신용 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 방사체와 그라운드를 연결하며, 상기 방사체에 전류를 공급하는 피딩핀과, 상기 방사체를 순환한 전류를 상기 그라운드로 안내하는 쇼팅핀을 포함하는 PIFA 안테나인 것을 특징으로 하는 이동통신용 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 각 방사방지바아의 길이는 λ/4로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신용 안테나.
내측면에 전자파의 방사를 방지할 수 있는 도전성 도료가 소정간격을 두고 배치된 형태로 도포된 케이스;

상기 도전성 도료와 전기적으로 연결되는 그라운드와, 상기 그라운드에 연결되어 전자파를 방사하는 방사체를 갖는 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제 6 항에 있어서,

상기 케이스에는 상기 안테나의 전계방향을 따라 길게 형성되고 상기 전계방향의 가로로 소정 간격을 두고 배치된 복수의 도료 띠가 도포된 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제 7 항에 있어서,

상기 케이스에는 상기 각 도료 띠를 연결하며 상기 케이스의 판면으로부터 돌출된 도료연결부가 형성된 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제 8 항에 있어서,

상기 그라운드가 형성된 회로기판을 포함하며, 상기 회로기판의 일측면에는 상기 그라운드와 상기 도료연결부를 연결하도록 상기 도료연결부와 접촉하는 금속성의 접촉부가 형성된 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제 7 항에 있어서,

상기 각 도료 띠의 길이는 λ/4인 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.