KR100790941B1 - 이동 통신 장치용 내부 안테나 - Google Patents

Abstract

고주파수 대역 및 하나 이상의 저주파수 대역에서 공진 및 방사하는 다대역 안테나는, 유전체 기판(101)의 한쪽 면상의 도전성 접지면(103); 유전체 기판의 반대쪽 면상의 도전성 급전선; 이 급전선의 공급단에 전자기적으로 결합된 공급측(105)과 급전선의 부하단에 전자기적으로 결합된 부하측을 가지고 접지면에 형성되고, 슬롯이 고주파수 대역에서 공진 및 방사하도록 하는 만곡 슬롯(104); 및 이 슬롯의 부하측에서 접지면의 연속부로서 작용하도록 접지면에 전기적으로 접속되고, 슬롯이 저주파수 대역에서도 공진 및 방사하도록 저주파수 대역에서 슬롯에 전기적으로 결합된 추가 도전체(110)를 포함한다.

이동 통신 장치, 내부 안테나, 다대역, 고주파수 대역, 저주파수 대역, 리액티브 부하

Description

이동 통신 장치용 내부 안테나{INTERNAL ANTENNAS FOR MOBILE COMMUNICATION DEVICES}

도 1은 본 발명에 따라 구성된 내부 안테나를 내장하기 위한 한가지 구성을 포함하는 이동 통신 장치의 한 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따라 구성된 내부 안테나를 내장하기 위한 다른 구성을 포함하는 이동 통신 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따라 구성된 접히지 않은 상태의 내부 안테나의 한 형태를 나타내는 도면이고, 도 3a∼도 3c는 그러한 안테나를 접는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 4는 도 3의 구성과 유사하지만, 도 3에서와 같이 양 단부가 폐쇄된 것이 아니라, 슬롯의 일 단부가 반사기로 개방되어 있는 구조를 나타내는 도면이고, 도 4a∼도 4c는 그러한 안테나를 접는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따라 구성된 접히지 않은 상태의 내부 안테나의 다른 형태를 나타내는 도면이고, 도 5a∼도 5c는 그러한 안테나를 접는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명에 따라 단일의 가요성 PCB(printed circuit board) 상에 구성된 접히지 않은 상태의 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 6a∼도 6c는 그러 한 안테나를 접는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따라 단일의 가요성 PCB 상에 구성된 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 7a∼도 7c는 그러한 안테나를 접는 방법을 나타내는 도면이다.

도 8은 단일의 강성(剛性) PCB층 상에 구성된 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 8a는 도 8의 PCB의 한쪽 면을 나타내고, 도 8b는 도 8의 PCB의 반대쪽 면을 나타내고, 도 8c는 도 8의 PCB의 측면을 나타내는 도면이다.

도 9는 도 8에 대응하지만, 도 8의 안테나의 구조의 변형을 나타내는 도면이고, 도 9a는 도 9의 PCB의 한쪽 면을 나타내고, 도 9b는 도 9의 PCB의 반대쪽 면을 나타내고, 도 9c는 도 9의 PCB의 측면을 나타내는 도면이다.

도 10은 도 8과 비교하여 다소의 변형을 가지는 단일의 강성 PCB층 상에 구성된 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 10a는 도 10의 PCB의 한쪽 면을 나타내고, 도 10b는 도 10의 PCB의 반대쪽 면을 나타내고, 도 10c는 도 10의 PCB의 측면을 나타내는 도면이다.

도 11은 2중 반사기를 가진 내부 안테나의 다른 형태를 나타내는 도면이고, 도 11a∼도 11c는 그러한 안테나를 2번 접는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 12는 또 다른 변형을 가진 단일의 강성 PCB층 상에 구성된 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 12a는 도 12의 PCB의 한쪽 면을 나타내고, 도 12b는 도 12의 PCB의 반대쪽 면을 나타내고, 도 12c는 도 12의 PCB의 측면을 나타내는 도면이다.

도 13은 2개의 급전선에 의해 급전되는 2개의 슬롯을 가진 단일 PCB 상에 본 발명에 따라 구성된 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 13a는 도 13의 PCB의 한쪽 면을 나타내고, 도 13b는 도 13의 PCB의 반대쪽 면을 나타내고, 도 13c는 도 13의 PCB의 측면을 나타내는 도면이다.

도 14는 도 13와 유사하지만, 하나의 급전선을 가진 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 14a는 도 14의 PCB의 한쪽 면을 나타내고, 도 14b는 도 14의 PCB의 반대쪽 면을 나타내고, 도 14c는 도 14의 PCB의 측면을 나타내는 도면이다.

도 15는 도 3과 유사하지만, 반사기로 개방된 슬롯을 가진 내부 안테나를 나타내는 도면이고, 도 15a는 도 15의 안테나의 측면도이고, 도 15b 및 도 15c는 도 15의 안테나의 조립을 나타내는 도면이다.

본 발명은 일반적으로 안테나에 관한 것이고, 더 상세하게는, 이동 통신 장치 및 핸드셋(handset) 통신 장치용의 소형이고 고효율의 내부 안테나에 관한 것이다.

이동 통신 장치는 기술이 발달함에 따라 소형화되고 있다. 안테나가 적절히 동작하기 위해서는, 1/4 파장이 요구되는 모노폴(monopole)형 안테나(이것은 통상 접지면보다 위에서 작동한다)의 경우를 제외하고, 통상, 파장의 대략 1/2의 사이즈이어야 한다. 진보된 이동 통신 장치, 예를 들어, 셀룰러 핸드셋 유닛의 경우, 핸 드셋 전체의 치수가 적절한 주파수의 파장의 절반보다 작으므로, 그러한 치수는 비실용적이다.

소형 안테나를 이용하면 그의 효율이 저하하고, 따라서, 장치를 작동시키기 위해 보다 높은 전력을 공급할 필요가 있다. 보다 높은 전력은 전지의 충전 사이의 수명기간을 단축시키고, 사용자의 머리/신체에의 방사(放射)를 증가시킨다. 사람의 머리에 방사되는 전력의 레벨은 가장 중요하고, 사용자를 보호하기 위해 엄격한 규제 및 사양이 규정되어 있다.

또한, 인체에 인접하는 그러한 장치의 작동은 안테나를 따라 전자계 및/또는 전류 분포도 변화시키고, 따라서, 방사 효율뿐만 아니라 방사 패턴도 변화시킨다. 사실상, 효율 저하는 10∼20 dB 또는 그 이상의 범위 내일 수도 있다. 그 결과, 상기한 필연적인 결점을 갖는 장치를 작동시키기 위해서는, 보다 높은 전력이 필요하다. "스터비(STUBBY)" 또는 신축가능형 안테나(retractable antenna)와 같은 외부 휩(whip) 안테나의 사용도, 안테나가 주머니의 내부에 "걸리는" 일이 있기 때문에 불편하다. 또한, 이들 안테나는 이동 통신 장치의 미적 외관을 손상시키고, 가장 중요한 것은, 방사 패턴이 준(準)무지향성(quasi-omni)이므로 사용자의 머리/신체 위치에서의 방사 개선이 달성되지 않다는 것이다.

몇몇 회사에서 공급되는 내부 안테나는 외부 안테나와 비교하여 상대적으로 비효율적이다. 또한, 이들 공지의 내부 안테나는 일반적으로 사용자의 머리/신체에의 방사를 감소시키지 못하고, 많은 경우, 그러한 방사를 증가시키기도 한다. 또한, 안테나 이득도 일반적으로 낮고(특히, 머리/신체에 인접하여 사용할 때), SAR(Specific Absorption Ratio: 비(比)흡수율) 결과가 일반적으로 높다.

공지의 내부 안테나의 다른 문제는 협대역의 작동이다. 입력 임피던스가 정합하는 협대역에 추가하여, 방사 효율이 한층 더 감소된다. 후자는 셀룰러 GSM 900/1800, 900/1900, 900/1800/1900 MHz 등과 같이 이동 통신 장치의 2중 주파수 대역 또는 3중 대역 작동이 요구되는 경우에는, 한층 더 어려운 문제인 것으로 고려된다.

공진 방사 소자를 주(主) 방사기로서 이용하는 이동 통신 장치용 내부 안테나가 알려져 있다. 특히, 인쇄형 안테나, 예를 들어, 패치(patch) 및 슬롯(slot)은, 제조의 용이함, 낮은 프로파일 및 낮은 생산 비용 때문에, 사용하는데 매우 편리하다. 효율, 이득, 임피던스 정합 및 재현성의 점에서, 그러한 인쇄형 소자를 이동 통신 장치에 사용할 수 있다면, 최선의 선택이 될 것이다. 불행하게도, 그러한 소자는, 이동 통신 장치의 작은 사이즈 때문에, 매우 낮은 효율 및 낮은 이득을 나타내고, 이들 소자의 임피던스를 이동 통신 장치의 임피던스에 정합시키는 것이 곤란하다.

일반적으로, 급전선(給電線)(예를 들어, 마이크로스트립 또는 스트립라인 구조)에 의해 또는 동축 케이블에 의해 여기(勵起)(excitation)되는 슬롯은 통상 협대역이다. 협대역에 대해서도 슬롯의 정합을 달성하기 위해, 슬롯의 여기는 일반적으로 편심으로 행해져, 당연히 매우 높은 슬롯의 입력 임피던스를 감소시킨다. 본 출원의 발명자들 중 한 사람에 의해 발명되고, 여기에 참조로 포함되는 미국 특허 제5,068,670호는 슬롯의 양측에 정합 네트워크를 추가함으로써 달성되는 광대역 슬롯 안테나를 기재하고 있다. 바람직한 실시형태에서는, 급전선은 슬롯의 중심에서 벗어나 배치된다.

편심 여기 슬롯(off-center excited slot)의 최대 방사 방향은 슬롯을 따라 여기되는 비대칭의 전자계 분포로 인해 주파수에 따라 변화한다. 협대역 슬롯은 이 현상에 의해 증대한 영향을 받지 않지만, 광대역 슬롯은 실제로 영향을 받는다. 최선의 해결책은 2중 급전선 및 부하선에 의해 슬롯을 대칭적으로 여기시키는 것이고, 이것은 단일 여기 급전으로부터 분할될 수 있다. 스트립 암(arm) 각각은 안테나의 대역폭을 확대하기 위해 2중 정합 네트워크를 가진다. 각 암의 길이 및 폭은 완전한 대칭 구조를 달성하기 위해 동일할 수 있지만, 대역폭을 최대로 하기 위해서 다를 수도 있다. 암이 동일하지 않으면, 주파수에 따라 다소의 경사(squint)가 있다.

슬롯은 양단을 개방시킴으로써 비공진 슬롯("개방 단부형(open-ended)")으로 하거나, 또는 양단을 폐쇄함으로써 공진 슬롯("단락(短絡) 단부형(short-ended)")으로 할 수 있다. 방사 효율은 슬롯에 따른 전자계 분포, 즉, 진폭 및 위상에 의존한다. 단락 단부형 슬롯에서의 전자계는 슬롯 양단에서 소실되어야 하고, 그 전자계는 연속적이기 때문에, 슬롯을 따라 어느 점에서도 그 전자계의 값은 보다 더 짧은 슬롯의 경우와 같이 요구 레벨에 도달할 수 없다. 따라서, 단락 단부형 슬롯은 비교적 크고, 통상 동작 주파수의 반파장의 범위 내에 있다.

개방 단부형 슬롯에서의 전자계는 그 슬롯의 단부에서 유한 값을 가질 수 있고, 소실되지 않는다. 비교적 짧은 길이의 슬롯의 경우에도, 전자계의 타당한 값 에 도달할 수 있게 된다. 그 다음, 여기점(excitation point)을 단일 또는 2중 급전을 위해 최적화 할 수 있다. 방사 패턴이 통상의 것과는 다르다는 것을 고려할 필요가 있다. 또한, 개방 단부형 슬롯의 스트립의 부하 형(型)은 슬롯의 먼 단부의 플로팅 그라운드(floating ground)를 제거하기 위해 단락 회로의 형태로 하는 것이 바람직하다. 그 결과, 이 구성은 슬롯 임피던스의 리액티브(reactive)부에 의해 정합시키는 것이 보다 더 복잡하다. 또한, 플로팅 그라운드는 안테나 효율을 저하시킨다.

EP 0924797호는, 슬롯이 2개의 축을 따라 만곡하여 있고, 그의 중심점에서 동축 케이블에 의해 여기되는 슬롯 안테나 구성을 기재하고 있다. 이 특허에서 제안되는 바와 같은 구성에는 많은 단점이 있다. 따라서, 그러한 슬롯의 정합은 (앞에서 기재한 바와 같이 그리고 미국 특허 제5,068,670호에 기재된 바와 같이) 중심 여기점으로 인해 매우 어렵다. 또한, 소망의 방향으로의 방사에 기여하는 슬롯의 부분은 매우 작고, 평행한 슬롯의 접어진 암들로 인해 전자계는 편파가 반대이고, 따라서, 최대로 원하는 방향에서의 방사를 소멸시킨다. 또한, 여기는 실현하기가 복잡하고 비용이 많이 든다. 마지막으로, 일 단부를 개방 단부로 한 슬롯은 단락 단부형 슬롯과 비교하여 효율이 낮고, 원하지 않는 방향으로의 방사를 초래한다. 상기한 바와 같이, 전자계는 소실되지 않기 때문에, 방사 패턴은 슬롯의 개방 단부로부터의 방사로 인해 비대칭이 된다.

미국 특허 제5,929,813호 및 제6,025,802호는 유사한 안테나를 기재하고 있다. 그러한 안테나는 사실상 루프 안테나이고, "결선(wired) 슬롯"이 루프 안테나 를 생성하고 있다. 이 특허에서 제안되는 바와 같은 구성에는 많은 단점이 있다. 따라서, "결선 슬롯"은 접속점에서 개방되고, 안테나의 엣지(edge)를 따라 절단되고, 금속 시트 상에서 접혀 있어, 원하지 않는 방향이고 반대(수평) 편파를 갖는 방사를 야기한다. "결선 슬롯"은 안테나 (및 전화기) 엣지에 매우 가까운 안테나 커넥터에 의해 여기되므로, 사용자의 머리에서의 방사가 감소되지 않는다. 실제로, CDMA/TDMA/GSM 주파수(800 및 900 MHz)의 방사에 상당히 기여하는 전화기의 PCB에 때문에, 사용자의 머리에서의 방사가 오히려 증가하는 것으로 보인다.

또한, 이들 참조 특허에 따른 2중 주파수 동작의 실시형태에서는, 고대역의 방사 패턴은 없거나, 또는 특정 각도에 적어도 상당한 감소를 가지며, 방위면에서의 무지향성과는 거리가 멀다. 이 구성에서, 각 "결선 슬롯"은, 이 구성에 의해 "대화 위치"(예를 들어, 사용자가 이동 통신 장치를 자신의 머리에 인접하게 보유할 때의 위치)에서 사용자의 머리와 평행하게 생성되는 루프에 영향을 주지 않는 다른 대역의 동작에 영향을 미치고, 따라서, 전자계의 분포가 인체에 의해 중대하게 변화한다.

그 결과, 안테나 성능이 저하하고, 높은 송신 전력 레벨이 요구되고, 수신 감도가 필요로 하는 것보다 낮게 된다.

미국 특허 제6,002,367호는 미국 특허 제5,068,670호에 기재된 구조와 유사한, 급전선에 의해 여기되는 패치-슬롯(patch-slot) 안테나를 기재하고 있다. 패치는 패치의 중심선을 따라 슬롯을 통해 패치에의 급전선의 전자(電磁) 결합에 의해 여기되고, 동작 주파수의 파장과 비교하여 매우 작기 때문에, 효율적으로 방사 하지 못한다. 슬롯 위에 추가된 패치(또는 패치들)가 급전선에 의해 여기되고, 패치의 부하선(여러 실시형태에서 설명된) 및 접지는 패치를 동조시킨다. 이 안테나 기구는 공지의 평면 반전 "F" 안테나(Planar Inverted "F" Antenna: PIFA)의 것과 유사하고, 여기서는, 프로브(probe)(PIFA)가 아니라 급전선에 의해 행해지는 신호 공급을 제외하고 소자의 접지가 안테나를 동조시킨다. 안테나의 성능은 불량하고, 그의 동작 대역이 매우 좁다. 그것은 조립이 복잡하고, 비교적 비용이 많이 들고, 사용자의 머리/신체에서의 방사의 실제적 감소가 달성되지 않는다. 또한, 단일 패치의 가장 간단한 실시형태에서도 구조물의 높이가 높다. 사이즈가 매우 소형인 최신 이동 통신 장치의 경우, 그러한 치수는 비실용적이다. 다른 안테나 구조가 WO 99/13528호 및 WO 99/36988호(미국 특허 제5,945,954호)에 기재되어 있지만, 그러한 안테나들도 상기한 하나 이상의 단점을 가진다.

본 발명의 목적은, 종래의 안테나와 비교하여 매우 소형이면서도 높은 효율로 작동할 수 있는 이동 통신 장치용 내부 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 사람의 머리/신체에서의 방사(放射)에 관하여 낮은 비흡수율(SAR)을 나타내는 이동 통신 장치용 내부 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 사람의 머리/신체 근방에서의 동작이 안테나의 성능을 중대하게 간섭하지 않는 이동 통신 장치용 내부 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 넓은 주파수 대역, 즉, 단일, 2중 또는 다(多)대역에서 효율적으로 작동할 수 있는 이동 통신 장치용 내부 안테나를 제공하는데 있 다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 외부 안테나와 비교하여 저렴하게 대량으로 제조될 수 있는 이동 통신 장치용 내부 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 외부 안테나를 탑재한 동등의 장치보다 양호한 미적 외관을 제공하는 이동 통신 장치용 내부 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 고주파수 대역 및 적어도 하나의 저주파수 대역에서 공진(共振) 및 방사(放射)하는 다(多)대역 안테나로서, 반대로 향한 면들을 가진 유전체 기판; 이 유전체 기판의 한쪽 면에서 접지면(ground plane)으로서 작용하는 도전성(導電性) 층; 상기 유전체 기판의 반대쪽 면에 제공되고, 적어도 하나의 공급단(端)과 적어도 하나의 부하단을 가지는 급전선; 상기 공급단 및 부하단에 대하여 공급측 및 부하측을 가지고 상기 접지면에 형성된 슬롯으로서, 이 슬롯이 상기 고주파수 대역에서 공진 및 방사하도록 상기 급전선의 부하단에 전자기적으로 결합되어 있는 슬롯; 및 상기 슬롯의 부하측에서 상기 접지면의 연속부로서 작용하도록 상기 접지면에 전기적으로 접속되는 추가 도전체로서, 상기 접지면에 리액티브 부하(負荷)를 가하여 상기 슬롯이 상기 적어도 하나의 저주파수 대역에서도 공진 및 방사하도록 치수가 정해지고, 배치되고, 상기 저주파수 대역에서 상기 슬롯에 전자기적으로 결합되는 추가 도전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다대역 안테나가 제공된다.

낮은 주파수에서의 향상에 대한 설명은 다음과 같다. 안테나의 방사에 기여 하는 전류가 안테나의 접지면을 따라 발생한다. 유한(有限) 접지면에서는, 이들 전류는 접지면의 양 단부(이들 단부는 전류의 전파 방향에 수직이다)에 전계 및 자계를 발생하여, 패치(patch) 안테나와 같이 작용한다. 접지면을 따라 발생하는 전류는 연속적이어야 하고, 따라서, 접지면의 사이즈가 작으면, 유의(有意)한 전류 진폭이 달성되지 않는다(이론적으로, 최대 전류를 발생시키기 위해서는 대략 반파장이 필요하다). 제2 접지면을 추가함으로써, 발생된 전류는 제1 접지면의 엣지(edge)에서 소실될 필요가 없고, 슬롯의 방사에 기여한다. 반파장 정도의 이유는 양쪽 엣지에 180°의 차이가 있는 전류 위상에 기초한다. 그 전류와 엣지에 수직인 전류(양 엣지에서 방향이 반대임)의 곱인, 엣지에서의 발생 전자계는 동위상 전자계를 생성하고, 소망의 방향의 방사에 기여한다.

안테나 표면을 이동 통신 장치에 통상 요구되는 만큼 작게 유지하기 위해, 제2 접지면이 제1 접지면의 상면 또는 하면측으로 접히거나 배치될 수 있고, 2개의 도전성 층이 핀 또는 다른 금속 부재에 의해 접속되어, 접지면 및 발생 전류의 연속성을 달성할 수 있다. 후자(발생 전류의 연속성의 달성)는 안테나 근방에 영향을 주지 않고 전류의 연속성을 가능하게 한다. 이러한 추가 층은 안테나와 통신 장치 사이에 요구되는 간극 내에 배치될 수 있어, 전체 부피는 동일하게 유지될 수 있다. 이 간극은 이동 통신 장치의 PCB로부터의 반사 전자계로 인한 전자계의 소멸을 배제하기 위해 필요하다.

접힌 접지면은 제조의 복잡성을 희생하면서 그의 길이를 더 확대하기 위해, 예를 들어, 제3 층에 의해 더 접힐 수도 있다.

접힌 제2 접지면은 사용자의 머리 방향을 벗어나게 전자계를 반사시키는 반사기로도 작용한다. 이러한 반사기는 사용자의 머리/신체에서의 방사를 감소시키고, 주로 사용자와 반대측의 반자유 공간으로 향하는 안테나 이득을 증가시킨다.

또한, 안테나의 접지면은 사용자의 방향으로의 그러한 방사를 최소로 하기 위해 (그 접지면의 부하측에서의 연장 대신에 또는 그 연장에 추가하여) 그 접지면의 공급측에서 연장 및 접힐 수도 있다. 접지면의 공급측에서의 그러한 제2 연장을 실현하는 실제의 방법은, 안테나 아래에서 장치의 PCB와 안테나 사이의 간극 내에, 접지된 핀(또는 핀들)에 전기적으로 접속되는 다른 도전성 층을 추가하는 것이다.

접지면의 연속부로서 작용하는 도전체는 추가된 스터브(stub)의 형태일 수도 있다. 본 발명의 이러한 실현은 여분의 층의 필요성을 제거하고, 제조 및 조립 공정을 간소화할 뿐만 아니라 안테나 비용을 감소시킨다. 도금된 관통구멍(plated-through-hole: PTH), 금속 핀, 패드 또는 어떤 유형의 도전성 부재가 일측 면의 접지면과 타측 면의 추가 스터브를 접속시킬 수 있다.

안테나 전체는 가요성의 단층 인쇄 배선판(PCB)상에 제조된 다음, 접혀질 수 있어, 별도의 제2 층 및 이 층에 대한 특수한 접속의 필요성이 배제될 수 있다. 또한, 이 안테나는 단일의 유전체 기판 상에 제조될 수도 있고, 이 경우, 접지면의 연속부로서 작용하는 도전체가 급전선과 동일한 면에 그 급전선으로부터 절연된 상태로 형성된다.

전기 접점의 폭이 저대역의 동작 주파수를 제어한다. 좁은 폭의 접속은 저 대역의 동작 주파수를 감소시키고, 넓은 폭의 접속은 저대역의 동작 주파수를 증가시킨다. 이 접속은 저역 필터로서 작용하는 유도(誘導)형으로 될 수도 있고, 상부 대역에는 거의 영향을 주지 않는다.

이동 통신 장치에의 안테나의 접속은 도전성 핀을 통해 행해질 수 있다. 원통형, 평탄형 또는 다른 단면 형상의 핀이 사용될 수 있다. 핀은 스프링 부하(spring-loaded)식 핀이거나, 통신 장치의 PCB 또는 안테나 상에 탄성 부재를 갖는 강성(剛性) 핀이거나, 또는 나삿니가 형성된 강성 핀일 수 있다. 다른 실시형태에서는, 도전성 핀이 통신 장치에 납땜될 수도 있다.

다른 접속 방법은 동축 커넥터를 통해 행해질 수도 있다. 접속은, 커넥터 또는 핀을 통해 통신 장치의 PCB에 직접 탑재 또는 접속될 수 있는 가요성 PCB를 안테나의 기판으로서 사용하여 행해질 수도 있다.

아래에서 설명되는 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 안테나는, 유전체 기판의 접지면으로서 작용하는 면의 반대쪽 면에 제공된 도전성 급전선과, 이 급전선의 공급단에 전자기적으로 결합된 공급측과 급전선의 부하단에 전자기적으로 결합된 부하측을 가지고 접지면에 형성되어, 소정의 고주파수 대역에서 공진 및 방사하도록 된 슬롯을 포함하는 점에서는, 앞에서 설명된 미국 특허 제5,068,670호(본 출원의 발명자들 중 한 사람에 의한 것이고, 본 명세서에 참조로 포함됨)에서 설명된 유형이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 이 안테나의 접지면에 형성된 슬롯이 만곡되어 있다.

슬롯을 만곡시킴으로써 달성되는 향상은, 안테나 보드의 전체 사이즈를 감소시킬 수 있다는 것이다. 특히, 양 단부가 단락(短絡)된 슬롯의 경우, 그러한 슬롯의 측부 암(arm)이 슬롯의 단부에 인접하여 있기 때문에, 슬롯을 만곡시키는 효과는 성능에 관해서는 최소이다. 앞에서 설명된 바와 같이, 단락 단부형 슬롯에서의 전자계는 그러한 슬롯의 단부에서 소멸된다. 이 전자계가 연속하여야 하기 때문에, 슬롯의 양 단부 부근에서의 전자계의 값은 낮고, 슬롯의 만곡에 의해 영향을 받지 않게 된다. 그러한 슬롯의 중심 부근의 영역은 가장 중요하고, 전자계의 값이 높다.

그러한 만곡된 슬롯과 분산된 급전선의 조합(미국 특허 제5,068,670호에 설명된 것과 유사한 것이 바람직하다)은 특히 그러한 소형 안테나에서는 양호한 결과를 제공한다.

전형적인 DCS/PCS 주파수(1800 및 1900 MHz)에서의 전형적인 안테나 치수는 대략 60∼80 mm일 필요가 있다. 이러한 사이즈는, 내부 안테나를 위한 전형적인 공간이 단지 (35∼45) mm × (12∼30) mm의 범위 내인 최신의 이동 통신 장치에는 비실용적이다. 미국 특허 제5,929,813호 및 제6,025,802호에서와 같이 지금까지 사용된 종래기술의 슬롯은 핀에 의해 직접 급전된다. 또한, 이들 특허에서 제안된 구조는 실제로는 슬롯 안테나라기 보다는 루프 안테나이다.

PCT/US99/0085호, WO 99/36988호는 셀룰러 핸드셋용 슬롯 안테나를 제시하고 있다. 이 제안된 안테나는 동축 케이블에 의해 급전되므로, 슬롯에 따른 여기점이라기 보다는 오히려 임피던스 정합을 위한 여지가 없다. 이 구성도 납땜되어야 하 기 때문에 조립과 관련하여 복잡하고, 동축 케이블의 와이어가 절단될 수 있다. 또한, 슬롯은 곡선이 아니라 직선적이고, 동작 주파수의 파장과 비교하여 길이가 매우 짧고, 따라서, 그의 효율 및 특히 동작 대역폭이 본질적으로 매우 나쁘다.

따라서, 공급단(슬롯 임피던스를 정합시키기 위해 길이 및 폭을 변경함으로써 초래되는 변성기를 포함하는 것이 바람직함)과 부하단(주로 슬롯 임피던스의 리액티브부를 제로의 수준까지 감소시키기 위해 리액티브 부하, 즉, 개방 스터브, 단락 스터브 또는 집합 소자(lumped element)를 포함함)을 가진 분산 급전선에 의해 슬롯을 여기시키면서 슬롯을 만곡시키면, 슬롯을 만곡시키고 이 슬롯을 분산 급전선에 의해 여기시킬 때 특히 우수한 결과(방사 효율, 이득 및 동작 대역폭에 관하여)가 얻어진다.

따라서, 800, 900, 1800, 1900 및 2400 MHz 대역 전체를 완전히 커버하는 5 대역 안테나가 만들어진다.

본 발명에 따라, 2개의 슬롯이 동일 급전선에 의해 연속적으로 여기되게 하고, 즉, 동일 급전성이 제1 슬롯을 제1 슬롯의 여기점에서 교차하고, 이어서, 제2 슬롯을 제2 슬롯의 여기점에서 교차하게 하고, 또한 그 급전선에 부하단을 제공함으로써, 멀티슬롯 구성이 형성될 수 있다. 본 실시형태는 안테나 전체를 다른 주파수 대역에서 동작시키는 것을 가능하게 한다.

다른 바람직한 실시형태에 따르면, (멀티슬롯 구성에서) 각각의 슬롯이 별도의 급전선에 의해 여기될 수도 있고, 급전선들은 서로 병렬이다.

본 발명에 따른 다른 구성에서는, 추가 급전선이 2개의 슬롯 각각을 여기시 킬 수 있고, 각각의 급전선은 상기한 바와 같은 직렬 또는 병렬 방법에 따라 구성된다. 직렬 및 병렬 급전선의 조합이 본 발명에 따른 안테나에 적용 가능하다는 것이 이해될 것이다.

안테나의 전기 접속은 안테나의 임의의 적절한 위치에서 행해질 수 있다. 예를 들어, 도금된 관통구멍(PTH)들이 사전 설계 단계에서 안테나 PCB에 형성될 수 있고, 통신 장치의 PCB로부터의 핀이 이들 구멍에 삽입되고 납땜될 수 있다. 다른 가능한 구성에서는, 스프링 부하식 핀이 안테나 및 통신 장치의 PCB 상의 패드와의 직접 접촉에 의해 전기 접속을 형성할 수 있다. 또 다른 가능한 구성에서는, 통신 장치의 PCB의 급전선과 안테나 사이의 전자기적 결합에 의해 안테나와의 전기 접속을 형성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태는, 안테나(또는 안테나가 하나 이상의 층을 가지는 경우, 그 층들 중 적어도 하나)를 통신 장치의 PCB와 일체적인 부분으로 하는 것이다. 가장 일반적인 경우, 장치의 PCB는 다층 PCB이고, 안테나는 그 PCB 상에 직접 용이하게 제조될 수 있어, 어떤 추가 접속이나 별도의 PCB의 필요성이 배제될 수 있다. 별도의 층으로서 적용 가능하다면, 도전성 반사기는, 장치의 PCB의 정면 커버에 가깝게 배치되고, 예를 들어, 도전성 핀에 의해 안테나에 전기적으로 접속되는 단순한 금속 시트일 수도 있다.

본 발명의 다른 실시형태는, 장치의 PCB의 상부 층을 안테나 및 도전성 반사기를 포함하는 가요성 층으로 하고, 여기서, 접지 패널 또는 도전성 반사기 패널을 접어 최종 안테나를 형성하는 것이다.

다른 바람직한 실시형태는, 안테나를 통신 장치의 뒤쪽에 통상 배치되는 통신 장치의 전지와 일체적인 부분으로 하는 것이다. 그러한 구조에서는, 접점 소자는 스프링 부하식 핀의 유형인 것이 바람직하다. 통신 장치를 사용자의 손 및/또는 사용자의 신체/머리 근처에 보유하는 동안에 동작 및 성능에 대한 간섭을 최소로 하기 위해, 바람직한 안테나 배치 위치는 통신 장치의 뒤쪽의 최상부이다.

따라서, 본 발명은, 인쇄 배선판의 접지면에 절삭되고, 슬롯을 따라 적어도 단일의 여기점에서 슬롯과 교차하는 적어도 하나의 급전선에 의해 여기되는 공진 슬롯(즉, "단락 단부형" 슬롯)으로 이루어진 안테나에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이 여기점은, 소망의 동작 주파수에서 급전점에 대한 슬롯 임피던스를 최적화하도록 설계된다. 또한, 여기는, 슬롯의 대칭 방사를 확실하게 하기 위해 슬롯을 대칭적으로 여기시키거나 또는 2개의 상이한 여기의 조합에 의해 슬롯을 비대칭적으로 여기시켜 동작의 주파수 대역폭을 확대하기 위해 이중 급전선에 의해 실행될 수도 있다. 안테나 효율을 향상시키기 위해, 급전선의 부하단측은 정합 부하보다는 리액티브형인 것이 바람직하다. 급전선의 공급단 및 급전선의 부하단의 설계는 안테나의 동작 대역폭을 최대로 하기 위해 미국 특허 제5,068,670호에 따라 행해질 수도 있다. 슬롯은 안테나의 소형 사이즈를 보장하기 위해 접지면에 만곡되어 절삭되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 부하단은 리액티브 부하형이다. 이 부하단은 단락 스터브(스터브의 단부가, 예를 들어, PTH에 의해 접지면에 접속되는 단락 회로를 시뮬레이트하는), 개방 스터브(개방 회로를 시뮬레이트하는), 또는 집합 소자(단락 회 로 또는 개방 회로 이외의 임피던스를 나타낼 수 있는 리액티브 부하를 시뮬레이트하는)일 수 있다. 리액티브 부하들의 임의의 조합이, 여기에 설명된 안테나 구성의 부하단으로서 작용할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 최신 이동 통신 장치는 2중 또는 3중의 동작 대역을 필요로 한다. 따라서, 슬롯은 보다 높은 대역(예를 들어, 셀룰러 전화기의 경우 1800 및/또는 1900 MHz)에서 작동하도록 설계된다. 안테나가 저주파수 대역(예를 들어, 셀룰러 전화기의 경우 800 및/또는 900 MHz)에서도 작동하기 위해, 접지면의 엣지에 전기적으로 접속되는 금속 시트에 의해 슬롯의 먼쪽 단부에 접지면의 연장부를 형성하여, 안테나에 다른 동작 대역을 추가할 수도 있다. 접지면의 추가 부분은 이동 통신 장치의 PCB와 함께 낮은 동작 주파수 대역을 동조(同調)시킨다. 통신 장치의 PCB는 사전에 제조되고, 대부분 경우, 안테나 설계와 무관하기 때문에, 동조는 통상, 연장된 접지면의 형상, 길이, 폭 및 접속 유형에 의해 제어된다.

상기한 연장된 접지면은 안테나의 PCB의 다른 쪽으로 접힌 PCB 상에 적용되거나, 또는 안테나의 표면을 절약하기 위해 안테나의 PCB에 대하여 비스듬하게 또는 평행하게 배치되는 제2 층으로서 적용될 수 있다. 바람직한 실시형태에서는, 접지면의 연장은 안테나의 PCB의 다른 측면의 급전선 스터브에 의해 행해지고, PTH 또는 도전성 핀에 의해 접지면에 전기적으로 접속된다. 이들 스터브는 슬롯을 여기시키는 급전선의 공급 및 부하 또는 슬롯 자체를 중대하게 간섭하지 않도록 설계된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 하기의 설명으로부터 명백할 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 셀룰러 전화 핸드셋과 같은 이동 통신 장치의 주요 구성요소를 나타낸다. 그러한 장치(전체적으로 부호 2로 지정됨)는 정면 커버(3), 주(主) PCB(printed circuit board)(4), 및 통상 전지(도시되지 않음)를 수용하는 후면 커버(5)를 포함한다. 상기 구성요소들은 통상적인 것일 수 있으므로, 상세하게 설명하지 않는다.

본 발명에서는, 이동 통신 장치(2)는, 주 PCB(4)와 후면 커버(5) 사이에 배치되고 급전(給電) 핀(8)들에 의해 PCB에 접속되는 내부 안테나(6)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시형태에서는, 내부 안테나(6)는, 급전 핀(8)들에 의해 그 안테나가 접속되는 주 PCB(4)의 면에 실질적으로 평행하게 배치된다. 도 2는 내부 안테나(16)가 급전 핀(18)들에 의해 접속되는 주 PCB(4)에 실질적으로 수직으로 배치되는 변형례를 나타낸다.

본 발명은, 특히 도 3∼도 15에 도시된 바와 같은 내부 안테나의 다양한 실시형태에 관하여 아래에 설명되는 바와 같이 주로 내부 안테나(6, 16)의 구조를 다루고 있다.

도 3 및 도 3a∼도 3c는 도 1의 내부 안테나(6) 또는 도 2의 내부 안테나(16)의 한가지 바람직한 구조를 나타낸다.

따라서, 도 3 및 도 3a∼도 3c에 도시된 바와 같이, 여기서 부호 100으로 지정된 내부 안테나는, PTH(plated-through-hole: 도금된 관통구멍)(111a, 111b)을 통과하는 하나 또는 그 이상의 도전성 핀(112)(하나만 도시됨)에 의해 하나의 엣 지(edge)를 따라 기계적 및 전기적으로 함께 접속된 2개의 패널(101, 102)로 구성된다. 2개의 패널을 접속하기 위해, 스프링 부하식(spring-loaded) 핀 또는 다른 형의 핀이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

패널(101)은, 한쪽 면에 접지면으로서 기능하는 도전성 층(103)을 가지고 공진 슬롯(104)이 절삭된 유전체 기판으로 구성된 PCB이다. 이 슬롯(104)은, 브릿지(bridge)(104c)에 의해 접합된 2개의 폐쇄된 측부 암(arm)(104a, 104b)을 형성하도록 U자형으로 구부러져 있고 양 단부에서 폐쇄된 구성으로 되어 있다. 이 슬롯(104)은 도전성 층(접지면)(103)의 반대쪽의 패널(101)의 면에 제공된 도전성의 급전선(105)에 의해 여기된다.

도 3에 도시된 실시형태는 대칭 구조이고, 2개의 측부 암(104a, 104b)은 실질적으로 평행하고, 실질적으로 동일한 길이와 폭을 가지며, 공통의 여기점(excitation point), 즉, 급전선(105)이 슬롯과 교차하는 지점에 의해 여기된다. 그러나, 안테나는, 폐쇄된 측부 암(104a, 104b)들이 평행하지 않고 서로 다른 길이 또는 폭을 가지며, 그리고/또는 급전선에 의해 비대칭적으로 여기되는 비평행 및/또는 비대칭 구조로 될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

PCB의 반대쪽 면에 제공된 도전성의 급전선(105)(도 3에 점선으로 나타냄)이 슬롯(104)을 여기시킨다. 주 급전선 암(105a)은 PTH를 통과한 신호 공급 핀(108a)에 접속되고, 전력을 2개의 급전선 변성기(transformer) 부분(105b, 105c)으로 분할하고, 2개의 지점에서 슬롯(104)을 여기시킨다. 급전선 변성기 부분(105b, 105c)은 도 3과 같이 동일하거나, 또는 길이 및/또는 폭이 서로 다를 수 있다. 급 전선 변성기 부분(105b, 105c)은 슬롯 아래의 여기점으로부터 연속하고, 각각 리액티브 부하(reactive load)(106a, 106b)의 기능을 행한다.

본 실시형태에서의 리액티브 부하(106a, 106b)들은 각각 PTH(107a, 107b)를 통해 PCB의 반대측 면에서 도전성 층(접지면)(103)에 단락(短絡)된다. 이들 리액티브 부하는 슬롯 임피던스의 정합을 향상 및 개선시킨다. 즉, 이들 리액티브 부하는 주로 슬롯 임피던스의 리액티브 부분을 넓은 주파수 범위에서 제로(영) 정도로 감소시킨다. 따라서, 송신된 전력은 급전선 변성기 부분(105b, 105c)으로부터 슬롯(104)에 전자기적으로 결합되어, 슬롯(104)으로부터의 방사(放射)를 가능하게 한다. 동일한 것이 수신에도 적용되어, 수신된 전력이 슬롯(104)으로부터 급전선 변성기 부분(105b, 105c)에 전자기적으로 결합된다.

급전선(105)의 각 암 및/또는 리액티브 부하(106), 및/또는 슬롯(104)의 각 부분(측부 암(104a, 104b) 및 브릿지(104c))의 길이 및/또는 폭은 변경될 수 있다. 이들 파라미터 뿐만 아니라, 슬롯의 여기점, 주 PCB(4)로부터의 높이, 내부 안테나(6, 16)와 주 PCB(4) 사이의 각도, 급전 핀(8, 18)들 사이의 간격, 급전 핀(8, 18)의 직경, 기판 유형 및 두께 등이 안테나의 고주파수 대역을 설정한다. 본 발명의 이 바람직한 실시형태에서는, 구조가 완전히 대칭이고, 따라서, 슬롯(104)으로부터의 방사 패턴은 대칭이다.

본 발명의 중요한 특징은, 내부 안테나(100)가, 도전성 층(접지면)(103)에 절삭된 슬롯(104), 급전선(105) 및 리액티브 부하(106)에 의해 결정되는 바와 같이, 소정의 고주파수에서 뿐만 아니라 저주파수 대역에서도 공진 및 방사하여, 다 대역 마이크로파 안테나로서 사용할 수 있다는 것이다. 이 목적을 위해, 도 3의 내부 안테나(100)는 도전체(110)로 된 패널(102)(예를 들어, PCB)을 포함하고, 이 도전체(110)는 패널(101, 102)에 각각 천공된 PTH(111a, 111b)에 삽입되는 도전성 핀(112)(도 3b 및 도 3c)에 의해 도전성 층(접지면)(103)에 전기적으로 접속된 한다. 따라서, 도전체(110)는 슬롯(104)의 부하측에서 도전성 층(103)의 연속부로서 기능한다. 도전체(110)에 절삭된 슬롯(109)은 슬롯이 저주파수 대역에서도 공진 및 방사하도록 저주파수 대역에서 슬롯(104)의 전자기 부하로서 기능한다. 슬롯(109)의 각 암(109a, 109b, 109c)의 길이 및/또는 폭 뿐만 아니라, 도전체(110)에서의 슬롯의 개방 방향 및 슬롯의 위치도 변경될 수 있다. 슬롯(109)은 슬롯(104)과 비교하여 길이, 폭 및 형상이 상이할 수도 있다. 이들 파라미터는 내부 안테나(100)의 저주파수 거동(behavior)에 영향을 미친다.

도전체(110)는 저주파수 대역에의 그의 기여에 추가하여, 슬롯(104)에 의해 산란된 전자기파를 반사시키기 위한 반사기로도 작용함으로써 사용자의 머리에 대한 방사를 감소시키는 것을 보조한다. 이것에 의해, SAR 레벨도 감소된다. 안테나의 유형 및 구조에 따라, SAR은 전형적인 CDMA/TDMA/GSM 주파수 대역(800 및 900 MHz)에서 약 3 dB만큼 감소되고, 전형적인 PCS/DCS 주파수 대역(1,800 및 1,900 MHz)에서는 5 dB 이상 감소된다. 또한, 안테나의 매우 높은 효율은 통신 장치의 송신 RF 전력 레벨을 감소시키는 것을 가능하게 하고, 이것에 의해, 사용자의 안전성 뿐만 아니라, 전지의 충전까지의 사용수명도 증가시킨다.

상기한 바와 같이, 도 3은 급전선 변성기 부분(105b, 105c) 및 리액티브 부 하(106a, 106b)에 의한 대칭적인 2중 급전 구조를 가지는 슬롯(104)을 나타낸다. 도 3은 실시형태에 따라 사용되는 3개의 공급 핀, 즉, 신호 공급 핀(108a) 및 이 신호 공급 핀의 양측에 있는 한 쌍의 접지 핀(108b, 108c)을 나타내고 있다. 그러한 구성은 구조의 대칭성을 유지하고, 또한 그 핀들이 나타내는 송신선의 특성 임피던스를 감소시킨다. 3핀 대칭 구조의 특성 임피던스는 2핀 구조의 특성 임피던스의 대략 절반이다. 이것은, 대부분의 경우, 이들 핀을 통해 안테나를 송신기의 출력 임피던스 및/또는 수신기의 입력 임피던스에 정합시키는 것을 보다 용이하게 한다.

리액티브 부하(106)는 보다 높은 대역에서 각 여기점에서의 슬롯(104)의 임피던스의 리액티브 부분을 정합시킨다. 반사기로 작용하는 패널(102)은, 고주파수 대역에 영향을 마치는 것으로 앞에서 설명된 모든 파라미터에 추가하여, 저주파수 대역에서도 슬롯 임피던스를 정합시킨다. 슬롯(104)과 리액티브 부하(106), 또는 패널(반사기로 작용하는)(102)에 의해 발생되는 복합 임피던스는 급전선 변성기 부분(105b, 105c)에 의해 주 급전선 암(105a)과 급전선 변성기 부분(105b, 105c) 사이의 접합부에 전달된다. 양측으로부터의 임피던스는 복합되어, 주 급전선 암(105a) 및 급전 핀(8)을 통해 핸드셋으로 반사된다. 슬롯(104), 리액티브 부하(106), 패널(102)(도전체(110)), 급전선(105) 및 급전 핀(8)은 안테나의 광대역 동작, 즉, 저대역 및 하나 이상의 고대역 모두에서의 동작을 보장하도록 설계될 수 있다.

도 3a는 기계적 및 전기적으로 접속되기 전의 2개의 패널(101, 102)의 측면 도를 나타내고, 도 3b는 도전성 층(접지면)(103), 슬롯(104) 및 급전선(105)을 가지고 있는 패널(101)이 도전체(반사기)(110) 및 슬롯(109)을 가지고 있는 패널(102) 위에 배치되도록(비대칭일 수도 있다) 2개의 패널을 접속하는 한가지 방법을 나타내고, 도 3c는 패널(102)이 패널(101) 위에 배치되는 반대 구성을 나타낸다. 중요한 안테나 파라미터는 2개의 패널(101, 102) 사이에 형성되는 각도이다. 패널들 사이의 각도를 변경하고, 위에 배치되는 패널을 변경할 뿐만 아니라 위로 향하는 패널 면을 변경하는 것도 가능하지만, 그러한 변경은 급전선의 미세 조정을 필요로 한다. 또한, 도 3, 도 3b 및 도 3c는 2개의 패널이 그들 패널의 PTH(111a, 111b) 내에 수용되는 하나의 도전성 핀(112)에 의해 기계적 및 전기적으로 상호접속되는 것을 나타내지만, 다수의 도전성 핀과 다수의 PTH가 이 목적에 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

도 4는, 도전체(110)의 슬롯(109)이 도 4에서 암(109d)으로 나타낸 바와 같이 일 단부에서 개방되어 있는 것을 제외하고는 도 3의 안테나(100)와 유사한 안테나(1000)를 나타낸다.

도 5는, 단지 2개의 핀, 즉, 하나의 신호 공급 핀(208a)과 하나의 접지 핀(208b)을 포함하고 있는 것을 제외하고는 도 3의 것과 유사한 내부 안테나(200)를 나타낸다. 이것은 안테나와 핸드셋 사이의 전기 인터페이스를 나타내는 송신선의 특성 임피던스를 변화시킨다.

2개의 핀(신호 공급 핀(208a)과 접지 핀(208b))의 위치는 안테나의 중심에서 벗어나 있고, 따라서, 방사 패턴이 비대칭이다.

도 5에서 보여지는 바와 같이, 이 실시형태에서는, 패널(101)의 슬롯(104)의 여기는 단일의 급전선(205)과 단일의 여기점에 의해 행해지고, 리액티브 부하(206)는 개방 단부형이다. 이 공급도 안테나의 방사 패턴을 비대칭으로 한다.

급전선 또는 리액티브 부하의 길이 및 폭 뿐만 아니라 여기점도 변경될 수 있다. 패널(102)은 도 3에서와 같이 도전체(110)에 절삭된 폐쇄형 슬롯(109)을 포함한다. 슬롯(109)의 특성은 도전성 층(103)의 슬롯(104)과 상이할 수 있다. 슬롯(109)의 폐쇄된 측부 암(109a, 109b)은 길이 및 폭이 동일하거나 서로 상이할 수 있다.

2개의 패널(101, 102)은 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 하나 이상의 도전성 핀(112)에 의해 소망의 관계로 그리고 소망의 각도로 기계적 및 전기적으로 결합될 수 있다. 도 3 및 도 3a∼도 3c와 관련하여 앞에서 설명된 바와 같이, 2개의 패널의 관계 및 2개의 패널에 의해 형성되는 각도는 특정의 용도에 따라 변경될 수 있고, 급전선은 패널들의 소망의 상태 및 패널들 사이의 각도에 따라 미세 조정될 수 있다.

도 6은, 도 3의 안테나와 유사하지만, 2개의 강성 PCB 패널이 아니라 단일의 2배 크기의 양면형 가요성 PCB 패널 상에 제조된 내부 안테나(300)를 나타낸다. 그러한 구조는 도 3의 조립체에서의 PTH(111a, 111b) 및 도전성 핀(112)의 필요성을 배제한다. 도 6에 도시된 단일의 가요성 패널의 2개의 면(A, B)은 도 3과 관련하여 앞에서 설명된 바와 같이 그리고 도 6a에 측면도로 나타낸 바와 같이 여러가지 소자를 구비하고 있고, 단일의 패널은 특정의 용도에 따라 도 6b 또는 도 6c에 도시된 바와 같이 소정의 각도 위치까지 접는 축(317)을 따라 간단히 접혀진다.

신호 공급 핀(108a)과 접지 핀(108b, 108c) 및 급전선(105)은 도 3과 관련하여 앞에서 설명된 바와 유사하다. 리액티브 부하(206)는 도 5에서와 같이 개방형 리액티브 부하이다. 도 6의 안테나에서의 주요한 차이는 개방 단부형 동조 스터브(tuning stub)(313)가 추가된 점이다. 이 동조 스터브는 안테나의 대역폭을 증대시키고, 핸드셋에 대한 안테나의 정합을 개선시킨다. 그 스터브의 길이 및 폭은 특정의 용도에 따라 변경될 수 있다.

패널의 일측에는 접지면을 형성하는 도전성 층(103)이 형성되어 있고, 반사기를 형성하는 패널의 반대측에는 확대된 절제부 또는 인터럽션(interruption)(즉, 도전체가 없는 영역)(314)이 형성되어, 패널의 양 단부에 스터브 반사기(316a, 316b)를 형성하고 있다. 스터브 반사기(316a, 316b)의 길이 및/또는 폭은 대칭 구조의 경우에는 동일하고, 또는 보다 더 넓은 대역폭을 제공하는 비대칭 구조의 경우에는 상이할 수 있다. 2개의 스터브 반사기(316a, 316b)는 반사기 급전선(318a, 318b) 및 전기적 접합부(315)를 통해 도전성 층(103)에 전기적으로 접속된다. 2개의 반사기 급전선(318a, 318b)은 대칭 구조의 경우에는 동일한 길이 및 폭으로 되고, 또는 보다 더 넓은 대역폭을 제공하는 비대칭 구조의 경우에는 상이한 길이 및/또는 폭으로 될 수 있다. 전기적 접합부(315)는 필터와 같이 작용하므로, 그의 치수(길이 및 폭)는 저주파수 대역에 영향을 미친다.

도 6a는 접히기 전의 도 6의 패널의 측면도이고, 도 6b 및 도 6c는 도 3b 및 도 3c에 각각 도시된 배치에 대응하여 패널을 접는 2가지 가능한 방법을 나타낸다. 인터럽션(314)의 형상은 스터브 반사기(316a, 316b) 및 반사기 급전선(318a, 318b)의 길이 및/또는 폭을 변경시키기 위해 원하는대로 변경될 수 있다. 또한, 인터럽션(314)에는 신호 공급 핀(108)을 수용하기 위해 하나 이상의 개구가 형성될 수 있다.

도 7에 도시된 안테나(400)는 도 6에 도시된 안테나(300)와 유사하고, 접혀지는 단일의 가요성 패널 상에 구성되며, 이 패널은 일측에 접지면(도전성 층), 슬롯 및 급전선을 형성하고, 반대측에 반사기를 형성하고 있다. 그러나, 이 경우, 접지면(도전성 층(103))에 형성된 슬롯(404)은 양단에서 개방되어 있다. 즉, 그 슬롯의 측부 암(404a, 404b)은 일측에서 개방되어 있고, 반대측에서는 브릿지(404c)에 의해 접합되어 있다. 이러한 이유로, 슬롯(404)의 여기는 도 6과 관련하여 앞에서 설명된 것과 상이하다.

따라서, 도 7에 도시된 안테나 구조에서는, 동조 스터브(313)가 슬롯(404)의 주(主) 여기를 실행하기 위해 PTH(도금된 관통구멍)(419)를 통해 도전성 층(접지면)(103)에 단락된다. 리액티브 부하(206)를 구비한 급전선(105)은 슬롯의 2차 여기로서 작용하여, 다급전(multi-feed) 여기 슬롯을 달성한다. 개방된 측부 암(404a, 404b)은 대칭 구조의 경우에는 서로 동일하고, 비대칭 구조의 경우에는 상이한 길이 및/또는 폭으로 될 수 있다. 급전선에 의한 슬롯(404)의 여기점은 앞에서 설명된 바와 같이 대칭 또는 비대칭일 수 있다.

도 7a는 도 7의 가요성 패널의 측면도이고, 도 7b 및 도 7c는 도 6b 및 도 6c에 각각 도시된 배치에 대응하여 상기 가요성 패널을 접는 2가지 가능한 방법을 나타낸다.

도 8은 다른 구조의 안테나(500)를 나타내고, 이 안테나는 도 8a에 도시된 바와 같은 상면과 도 8b에 도시된 바와 같은 하면을 가지는 단일의 강성 PCB 패널 상에 구성된다. 이러한 구성은 안테나를 핸드셋 내에 조립할 때 가요성 패널을 접거나 또는 2개의 패널을 접속할 필요성을 배제한다.

패널의 상면(도 8a)은 접지면으로서 작용하는 도전성 층(103)과 그 도전성 층에 절삭된 슬롯(104)을 구비하고 있다. 또한, 도전성 층(103)의 반대측의 엣지의 도전성 층은 제거되어, 인터럽션(521a, 521b), 즉, 도전체가 없는 영역을 제공한다.

도 8b에 도시된 PCB의 반대측 면에는, 급전선(105), 동조 스터브(313), 및 반사기가 형성되어 있고, 이 반사기는 반사기 급전선(522a, 522b)(도 7의 반사기 급전선(318a, 318b)에 대응함)에 의해 접속된 2개의 스터브 반사기(520a, 520b)(도 7의 스터브 반사기(316a, 316b)에 대응함)로 이루어져 있다. 그러나, 도 8의 구성에서는, 스터브 반사기(520a, 520b)가 PCB의 반대측(상면측) 면의 도전성 층(접지면)(103)에 접속된 PTH(523)에 의해 여기된다. 따라서, 반사기 급전선(522a, 522b)은 스터브 반사기(520a, 520b)의 변성기로서 작용하므로, 도 7의 안테나 구조에서의 반사기 기능이 도 8의 안테나 구조에서 PCB 패널의 급전선(105) 및 동조 스터브(313)와 동일한 면(하면)에 형성된 스터브 반사기(520a, 520b) 및 반사기 급전선(522a, 522b)에 의해 달성된다. 접지면의 인터럽션(521a, 521b)은 저주파수 대역을 위한 추가 제어 파라미터를 제공하고, 안테나의 방사 및 임피던스 정합도 증 강시킬 수 있다.

도전성 층(103)의 인터럽션(521a, 521b), 스터브 반사기(520a, 520b) 및 반사기 급전선(522a, 522b)은 도 8에 도시된 바와 같이 대칭일 수 있고, 또는 비대칭일 수도 있다. 이들 소자의 길이 및/또는 폭을 포함한 치수는 안테나의 저대역 거동을 제어하기 위해 변경될 수 있다. 도전성 층(103)에 절삭된 슬롯(104), 급전선(105), 동조 스터브(313) 및 리액티브 부하(206a, 206b)는 특히 도 6의 안테나와 관련하여 앞에서 설명된 것과 동일한 구조로 될 수 있지만, 이들 소자의 치수는 인터럽션(521a, 521b) 때문에 도전성 층(103)의 길이가 작게 되어 있다는 사실로 인해 상이하다.

도 8에 도시된 단일 패널 구조는 안테나의 제조 및 조립을 간략화하여, 제조 및 조립 비용을 감소시킨다는 것이 이해될 것이다.

도 9는, 슬롯(604)이 반개방 슬롯인 것을 제외하고는 도 8의 것과 유사한 안테나(600)를 나타낸다. 즉, 슬롯의 한쪽 측부 암(604a)은 개방되어 있고, 다른쪽 측부 암(604b)은 폐쇄되어 있으며, 이들 2개의 측부 암(604a, 604b)이 브릿지(604c)에 접속되어 있다.

도 9에 도시된 안테나(600)의 구조에서의 다른 변형은, 도 8에서와 같은 3개의 핀(신호 공급 핀(108a) 및 접지 핀(108b, 108c))이 아니라 2개의 핀(신호 공급 핀(208a)과 접지 핀(208b))을 포함한다는 것이다. 급전선(105)은 이중 급전형이고, 슬롯(604)의 2개의 측부 암(604a, 604b)을 여기시킨다.

또 다른 변형은, 고대역에서 광대역 동작을 하기 위해, 도 9에 도시된 안테 나(600)에서는 2종류의 리액티브 부하, 즉, PTH(107)를 통해 도전성 층(103)에 단락된 리액티브 부하(106)와 개방 단부형의 리액티브 부하(206)가 제공되어 있다는 것이다. 이러한 구성은 도 8에 도시된 안테나(500)에서와 동일한 저대역에서의 동작을 갖는 비대칭 구조를 제공한다.

도 10은, 도 8에 나타낸 안테나(500)와 유사하지만 몇가지 중요한 변형을 가지는 구조의 안테나(700)를 나타낸다. 이 안테나(700)는 도 10a에 도시된 상면과 도 10b에 도시된 하면을 가지는 단일의 강성 PCB 상에 구성된다. 도 10c는 측면도를 나타낸다.

상면(도 10a)에는, 안테나(500)에서와 같은 도전성 층(접지면)(103)에 절삭된 슬롯(104)이 제공되어 있으나, 여기서는, 도전성 층(103)에 하나의 인터럽션(521)만이 있고, 상면의 반대측에서는 반사기 연장부(724)가 PTH(523a)를 통해 하면의 스터브 반사기(520a)에 접속되어 있다. 따라서, 도전성 층(103)과 반사기 연장부(724) 사이에 간극(725)이 형성된다. 이 슬롯(104)은 U자형이 아니고, 그의 양 단부가 구부러져 있다.

도 10b에 도시된 안테나(700)의 하면은 안테나(500)와 비교하여 큰 차이를 나타낸다. 스터브 반사기(520a, 520b)의 여기점인 PTH(523)는 대칭이 아니므로, 반사기 급전선(522a, 522b)가 대칭이 아니다. 또한, 일측의 스터브 반사기(520a)는 PTH(523a)를 통해 안테나의 상면에까지 연장하여 반사기 연장부(724)에 접속되는 한편, 타측의 스터브 반사기(520b)는 구부러져 암(arm) 반사기(726)를 형성한다.

따라서, 반사기의 비대칭 구조에 의해, 추가 주파수 대역이 저대역에서 안테나에 추가될 수 있다. PTH(523)의 위치, 각 반사기 급전선(522a, 522b), 각 스터브 반사기(520a, 520b), 암 반사기(726), 반사기 연장부(724) 및 간극(725)의 폭과 길이를 제어함으로써, 안테나가 2개의 저주파수 대역에서 작동하도록 별도로 동조될 수 있다.

다른 차이는 안테나(500)에서와 같은 동조 스터브(313)가 없다는 것이다. 대신에, 동조 스터브(713)가 신호 공급 핀(108a)에 직접 접속되어 있다.

도시된 스터브 반사기는 개방 단부형이지만, 각각의 스터브 반사기는 그의 단부에서 PTH를 통해 또는 반사기 연장부(724)의 경우에는 직접적으로 접지될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

도 11은, 도 5의 안테나(200)와 유사하지만 2가지 주요한 변경을 가지는 안테나(800)를 나타낸다. 첫째, 반사기를 형성하는 도전체(110)가, 도 5에서와 같은 슬롯(109)을 가지는 것이 아니고, 연속적이고 슬롯을 가지고 있지 않다. 둘째, 연속적인 도전체(110')를 가진 다른 패널(102')이 제공되어 있다는 것이다. 이 패널(102')은 PTH(111c, 111d)를 통해 도전성 핀(112')에 의해 패널(102)에 접속된다. 도 11b 및 도 11c는 이중으로 접히는 상태의 안테나를 나타낸다.

도 12는, 스터브 반사기(520a, 520b)가 급전선(105)의 리액티브 부하(206a, 206b)의 내측에 위치하는 것을 제외하고는 도 8의 안테나(500)와 유사한 안테나(900)를 나타낸다.

도 13은, 도 13a에 도시된 바와 같은 상면과 도 13b에 도시된 바와 같은 하 면을 가지는 단일의 강성 PCB 패널 상에 구성된 안테나(1100)를 나타낸다. 도전성 층(103)에 절삭된 2개의 슬롯(104, 104')은 이중 급전선 및 대칭 구성을 가진다. 급전선(105) 및 그의 리액티브 부하(206a, 206b)가 슬롯(104)을 대칭적으로 여기시키고, 급전선(105')과 그의 리액티브 부하(206a', 206b')가 슬롯(104')을 대칭적으로 여기시킨다. 각 슬롯과 그의 리액티브 부하 및 급전선의 복합 임피던스는 신호 공급 핀(108)에 병렬로 가산된다. 여기에 나타낸 구조는 완전히 대칭이지만, 슬롯(104, 104'), 급전선(105, 105'), 리액티브 부하(206, 206') 및 이들 각각의 여기점은 비대칭으로 될 수도 있다.

도 13c는 안테나(1100)의 측면도를 나타내고, 여기서, 안테나의 상측과 하측이 변경될 수 있다.

도 14는, 도전성 층(103)에 절삭된 슬롯(104, 104')이 단일의 급전점 및 단일의 급전선(205)을 가지는 것을 제외하고는 안테나(1100)(도 13)와 유사한 안테나(1200)를 나타낸다. 급전선(205)은 정합을 개선하기 위해 2개의 슬롯 사이에 변성기 부분을 가지고 있다. 따라서, 양 슬롯이 단일의 리액티브 부하를 가진다. 여기서는, 임피던스들이 직렬로 가산된다. 슬롯(104, 104')은 대칭 구조를 가지지만, 필수적인 것은 아니다. 도 14a는 상면을 나타내고, 도 14b는 하면을 나타내고, 도 14c는 측면도이다.

도 15는 패널(102)의 도전체(110)에 절삭된 슬롯(1309)이 양 단부에서 개방된 것을 제외하고는 도 3의 안테나(100)와 유사한 안테나(1300)를 나타낸다. 따라서, 브릿지(1309c)에 의해 접속된 동일하고 평행한 측부 암(1309a, 1309b) 모두가 일 단부에서 개방되어 있다. 측부 암(1309a, 1309b)은 비대칭 구조를 가지기 위해 서로 상이할 수도 있다. 따라서, 도전체(110)는 플로팅(floating)이다.

본 발명이 몇몇 바람직한 실시형태에 관하여 설명되었지만, 이들 실시형태는 예로서만 기재된 것이고, 본 발명의 많은 다른 변형이 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 설명된 안테나 구조들 중 어떤 것이라도 설명된 급전 핀들 중 임의의 핀을 주 PCB에 대하여 임의의 각도로 포함할 수도 있다. 기판의 일측 면으로부터 반대측 면까지의 도전 경로는 도전 핀, 도금된 관통구멍(PTH) 또는 이들 모두에 의해 형성될 수도 있다. 신호 공급 핀의 수는 특정 용도에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 어떤 용도에서는, 동축 급전선을 시뮬레이트하기 위해 하나의 신호 공급 핀 및 원형 배열의 접지 핀(예를 들어, 4개)을 가지는 것이 바람직할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 안테나와 비교하여 매우 소형이면서도 높은 효율로 작동할 수 있고, 사람의 머리/신체에서의 방사에 관하여 낮은 비흡수율(SAR)을 나타내고, 사람의 머리/신체 근방에서의 동작이 안테나의 성능을 중대하게 간섭하지 않고, 넓은 주파수 대역, 즉, 단일, 2중 또는 다대역에서 효율적으로 작동할 수 있는 이동 통신 장치용 내부 안테나가 제공된다.

Claims (22)

1. 넓은 동작 대역에서 공진(共振) 및 방사(放射)하는, 이동 통신 장치용의 소형 안테나로서,

   반대로 향한 면들을 가진 유전체 기판;

   상기 유전체 기판의 한쪽 면에서 접지면으로서 작용하는 도전성 층;

   상기 유전체 기판의 반대쪽 면에 제공되고, 적어도 하나의 공급단과 적어도 하나의 부하단을 가지는 급전선(給電線); 및

   상기 공급단 및 부하단에 대하여 공급측 및 부하측을 가지고 상기 접지면에 형성된 만곡(彎曲) 슬롯으로서, 이 슬롯이 상기 넓은 동작 대역에서 공진 및 방사하도록 상기 급전선에 전자기적으로 결합되어 있는 만곡 슬롯을 포함하고;

   상기 급전선은 상기 넓은 동작 대역을 위한 안테나의 임피던스와 정합하도록 상기 급전선의 상기 공급단과 상기 부하단 중 적어도 하나에서 폭이 변경되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 만곡 슬롯은 브릿지(bridge)에 의해 접합된 2개의 측부 암(arm)을 포함하는 U자 형상인 것을 특징으로 하는 안테나.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선은 적어도 한 쌍의 공급단을 포함하고, 한 쌍의 공급단 사이에서 전력이 분할되도록 된 것을 특징으로 하는 안테나.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 급전선은 상기 슬롯의 입력 임피던스를 정합시키기 위해 동조 스터브(tuning stub)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 급전선의 한 쌍의 공급단이 상기 만곡 슬롯에 대칭적으로 결합된 것을 특징으로 하는 안테나.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선의 상기 적어도 하나의 공급단이, 상기 슬롯의 각 부분의 임피던스를 상기 슬롯의 공급측에 정합시키기 위해 폭이 변경되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선의 상기 적어도 하나의 부하단이, 상기 슬롯의 각 부분의 임피던스를 상기 슬롯의 부하측에 정합시키기 위해 폭이 변경되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 급전선의 각 부하단이 리액티브 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면에 있는 상기 만곡 슬롯은 양 단부가 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면에 있는 상기 만곡 슬롯은 그 슬롯의 양 단부 중 하나의 단부에서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나가, 상기 슬롯의 부하측에서 상기 접지면의 연속부로서 작용하도록 상기 접지면에 전기적으로 접속되고, 또한 상기 슬롯이 적어도 하나의 저주파수 대역에서도 공진 및 방사하도록 상기 저주파수 대역에서 상기 슬롯에 전자기적으로 결합되는 도전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 접지면의 연속부로서 작용하는 상기 도전체는 도전성 층의 형태이고, 반사기로도 작용하는 것을 특징으로 하는 안테나.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 도전체의 도전성 층은 슬롯을 가지고 있지 않은 것을 특징으로 하는 안테나.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 도전체의 도전성 층에 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 접지면의 연속부로서 작용하는 상기 도전체는 적어도 하나의 스터브 반사기를 형성하는 형태로 된 것을 특징으로 하는 안테나.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 접지면은 그 접지면의 측부에서 상기 스터브 반사기와 정렬하여 인터럽트되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 접지면의 연속부로서 작용하는 상기 도전체는 상기 접지면의 상기 유전체 기판에 대하여 소정의 각도로 고정되는 다른 유전체 기판 상에 제공되어, 2개의 도전성 층이 전기적으로 접속된 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나.
18. 제 11 항에 있어서, 상기 접지면의 연속부로서 작용하는 상기 도전체는 상기 유전체 기판의 상기 급전선이 있는 면에 상기 급전선으로부터 절연되어 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면에, 상기 급전선에 전자기적으로 결합되는 2개의 만곡 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 안테나.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면에 2개의 만곡 슬롯이 형성되고, 상기 유전체 기판이 상기 2개의 만곡 슬롯에 전자기적으로 결합되는 2개의 급전선을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
21. 삭제
22. 삭제

Images