KR100808476B1

KR100808476B1 - 이동통신 단말기용 내장 안테나

Info

Publication number: KR100808476B1
Application number: KR1020060047675A
Authority: KR
Inventors: 김기호
Original assignee: (사)한국전자산업진흥회
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2008-03-03
Also published as: KR20070113852A

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기용 내장 안테나에 관한 것으로, 특히 듀얼 주파수대역을 확보하면서도 그 사용주파수의 대역폭이 넓은 평면 역 F 안테나(planar inverted F antenna: PIFA)에 관한 것이다.

본 발명의 이동통신 단말기용 내장 안테나를 이루는 구성수단은 전원공급을 위한 급전핀과, 상기 급전핀에 연결되는 급전부재에 결합되어 상호 다른 주파수 대역에서 공진하되, 서로 높이 차를 가지는 제1 및 제2 방사패치와, 상기 급전핀으로부터 전원을 공급받고, 상기 제1 및 제2 방사패치 중 하나의 측부에 소정 간격 이격되어 배치되되, 상기 제1 및 제2 방사패치 중 하나와 동일한 주파수 대역 내에서 공진하는 제3 방사패치와, 상기 급전부재와 접지단 사이 및 상기 제3 방사패치와 접지단 사이에 개재되는 단락핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

내장 안테나, 평면 역 F 안테나, PIFA

Description

이동통신 단말기용 내장 안테나{built-in antenna for mobile communication terminal}

도 1은 종래의 평판 역 F 안테나(PIFA)의 동작원리를 설명하기 위한 개략 사시도이다.

도 2는 종래의 듀얼 밴드 PIFA의 개략 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기용 내장 안테나의 구성도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명인 이동통신 단말기용 내장 안테나의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략도이다.

최근에는, 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되고 다양한 기능을 수행할 수 있도록 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 이동통신 단말기에 채용되는 내장회로 및 부품들은 다기능화를 만족하는 동시에 점차 소형화되는 추세에 있다. 이러한 추세는 이동통신단말기의 주요부품 중 하나인 안테나에서도 동일하게 요구되고 있다.

일반적으로 사용되는 이동통신기용 안테나로는 헬리컬 안테나와 평면 역 F 안테나가 있다. 헬리컬 안테나의 경우, 단말기 상단에 고정된 외장형 안테나로 주로 모노폴 안테나와 함께 사용된다. 헬리컬 안테나와 모노폴 안테나가 병용되는 형태는 λ/4 길이를 가지며, 단말기에 내장되어 있다가 외부로 뽑아 헬리컬 안테나와 동시에 안테나 역할을 수행하도록 이루어진다.

이러한 안테나는 높은 이득을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 무지향성으로 인해 전자파 인체 유해기준인 SAR특성이 좋지 않으며, 헬리컬 안테나는 단말기의 미적외관 및 휴대기능에 적합한 외관설계가 어려우며, 모노폴 안테나도 단말기 내에 그 길이에 충분한 내부공간을 별도로 마련해야 하므로, 소형화를 위한 제품설계에 제약이 수반되는 문제가 있다.

한편, 이러한 단점을 극복한 안테나로서, 낮은 프로파일구조를 갖는 평면 역 F 안테나가 있다. 도1은 종래의 평판 역 F 안테나(PIFA)의 구조를 나타낸다. 상기 PIFA는 방사 패치(2), 단락핀(4), 동축선(5) 및, 접지판(9)으로 구성된다. 상기 방사패치(2)는 동축선(5)를 통해 급전되고, 상기 단락핀(4)에 의해 접지판(9)과 단락시켜 임피던스 정합을 이루게 된다. 상기PIFA는 단락핀(4)의 폭(Wp)과 패치(2)의 폭(W)에 따라 상기 패치(2)의 길이(L)와 안테나의 높이(H)를 고려하여 설계해야 한 다.

이러한 PIFA는 상기 방사패치에 유기된 전류에 의해 발생되는 전체 빔 중 접지면측으로 향하는 빔이 재유기되어 인체에 향하는 빔을 감쇠시켜 SAR특성을 개선하는 동시에 방사패치방향으로 유기되는 빔을 강화시키는 지향성을 가지며, 직사각형인 평판형 방사패치의 길이가 절반으로 감소된 직사각형의 마이크로스트립 안테나로서 작동하게 되어 낮은 프로파일구조를 실현할 수 있어 각광을 받고 있다.

이러한 PIFA는 다기능화추세에 따라 개량되고 있다. 특히 서로 다른 사용주파수 대역을 구현할 수 있도록 듀얼밴드 안테나 형태로 적극적으로 개발되고 있다. 이러한 일예로서 도2에 도시된 듀얼밴드 평판 역 F 안테나가 제공되었다.

듀얼 밴드 PIFA(10)는 도 1과 동일한 원리를 이용하여 듀얼밴드특성을 구현한 형태이다. 도 2를 참조하면, 듀얼 밴드 PIFA(10)의 구조는, 평판 직사각형인 방사 패치(12)와, 상기 방사패치(12)를 접지시키는 단락핀(14), 상기 방사패치(12)에 급전하는 급전핀(15) 및, 접지판(19)이 형성된 유전체 블럭(11)로 이루어지며, 또한, 듀얼밴드기능을 구현하기 위해 상기 방사패치(10) 내부에 형성된 U자형 슬롯이 형성된다. 이러한 슬롯은 실질적으로 두 방사패치영역으로 구분하여 급전핀(15)을 통해 전류를 상기 슬롯을 따라 서로 다른 주파수대역에서 공진되는 전기적 길이를 갖도록 유기시킴으로써 서로 다른 두 주파수대역(예를 들어, GSM밴드와 DCS밴드)에서 동작할 수 있다.

하지만, 최근에는, 사용주파수대역이 CDMA 대역(약 824-894㎒), GPS 대역(약 1570-1580㎒), PCS 대역(약 1750-1870㎒ 또는 1850-1990㎒) 및 블루투스대역(약 2400-2480㎒) 등 보다 다양화되는 추세에서, 듀얼밴드이상의 멀티밴드 특성이 요구되나, 상기 슬롯을 이용한 방식만으로 안테나를 설계하는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 종래의 PIFA구조는 이동통신단말기 상에 실장되기 위해 낮은 프로파일이 낮아, 주파수 대역폭이 협소해지는 문제가 있다.

특히, PIFA의 설계에서 중요한 요소인 안테나의 높이는, 휴대성과 미적 디자인을 고려한 단말기의 폭 제한으로 인해 크게 제한을 받기 때문에, 협소한 주파수대역의 문제는 더욱 심각해진다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 서로 다른 주파수 대역에서 공진하는 제1 및 제2 방사패치와, 상기 제1 및 제2 방사패치 중, 어느 하나와 동일한 주파수 대역에서 공진하는 제3 방사패치를 측부에 배치함으로써, 듀얼 밴드 특성을 구현하는 동시에 그 사용주파수 대역폭을 넓힐 수 있는 이동통신 단말기용 내장 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 듀얼 밴드 중, 어느 하나에 대해서만 주파수 대역을 넓게 확보할 수 있는 동시에 공진을 향상시키고 주파수 대역폭 변경을 가능하게 하는 이동통신 단말기용 내장 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 이동통신 단 말기용 내장 안테나를 이루는 구성수단은 전원공급을 위한 급전핀과, 상기 급전핀에 연결되는 급전부재에 결합되어 상호 다른 주파수 대역에서 공진하되, 서로 높이 차를 가지는 제1 및 제2 방사패치와, 상기 급전핀으로부터 전원을 공급받고, 상기 제1 및 제2 방사패치 중 하나의 측부에 소정 간격 이격되어 배치되되, 상기 제1 및 제2 방사패치 중 하나와 동일한 주파수 대역 내에서 공진하는 제3 방사패치와, 상기 급전부재와 접지단 사이 및 상기 제3 방사패치와 접지단 사이에 개재되는 단락핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 방사패치 중, 적어도 하나는 상하 방향으로 구불구불한 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 제1 및 제2 방사패치는 서로 높이 차가 있는 동시에, 둘 중 하나는 상하 방향으로 구불구불하게 형성된다.

또한, 상기 상하 방향으로 구불구불한 형태는 갖는 제1 및 제2 방사패치 중, 적어도 하나의 단면은 펄스파형, 삼각파형 및 사인파형 중, 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 급전부재와 상기 제3 방사패치는 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3 방사패치는 상기 제1 및 제2 방사패치 중, 어느 하나에 대하여 스터브 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 제3 방사패치는 상기 제1 및 제2 방사패치 중, 어느 하나의 주파수 대역을 변경할 수 있다. 또한 Q 값을 증대시켜 공진 효과를 상승시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 이동통신 단말기용 내장 안테나에 관한 작용 및 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 이동통신단말기용 내장 안테나의 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 내장 안테나는 평면 역 F 안테나(PIFA) 중 듀얼밴드를 갖는 안테나로서, 전원공급을 위한 급전핀(21)과, 상기 급전핀(21)에 연결되는 급전부재(23)에 일체로 결합되어 형성되는 제1 방사패치(25) 및 제2 방사패치(27)와, 상기 급전핀(21)으로부터 전원을 공급받고 상기 제1 방사패치(25) 및 제2 방사패치(27) 중, 어느 하나의 측부에 배치되는 제3 방사패치(29)와, 상기 급전부재(23)와 상기 제3 방사패치(29)를 접지단과 연결시키는 단락핀(31)을 포함하여 이루어진다.

상기 급전핀(21)은 외부 회로와 연결되어 상기 제1 방사패치(25)와 제2 방사패치(27)이 일체 결합되는 상기 급전부재(23)와 상기 제3 방사패치(29)에 전원을 공급한다.

상기 급전부재(23)는 상기 급전핀(21)의 일단과 연결되어 상기 제1 방사패치(25)와 상기 제2 방사패치(27)에 전원을 공급하는 동시에, 상기 제1 방사패치(25)와 상기 제2 방사패치(27)를 지지하는 역할을 담당한다.

상기 급전부재(23)와 일체로 연결되는 상기 제1 방사패치(25)와 상기 제2 방사패치(27)는 상기 급전부재(23)의 서로 반대되는 부분으로부터 연장되어 형성된다. 이와 같이 형성된 상기 제1 방사패치(25)와 상기 제2 방사패치(27)는 상호 다 른 주파수 대역에서 공진을 하게 된다. 즉, 듀얼 밴드 안테나 기능을 할 수 있도록 동작된다. 그런데, 상기 상기 제1 방사패치(25)와 상기 제2 방사패치(27)는 동일한 수평면 상에서 같은 높이로 위치하는 것이 아니라, 서로 높이 차를 가지고 형성된다.

상기 제1 방사패치(25)는 PCS 주파수대역에서 동작 가능한 길이로 형성되고, 상기 제2 방사패치(27)는 셀룰러 주파수대역에서 동작 가능한 길이로 형성된다. 여기서 상기 제1 방사패치(25) 및 제2 방사패치(27)의 길이는 각 방사패치의 두께, 폭, 실장높이 등을 고려하여 안테나가 동조되는 주파수대역의 약 1/4파장이 되도록 설계되는 것이 가장 바람직하다.

상기 제1 방사패치(25)와 상기 제2 방사패치(27)는 서로 높이 차를 가지고 형성되되, 적어도 둘 중 하나는 상하 방향으로 구불구불한 형태로 형성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 반복적인 업다운되는 형태를 가진다.

상기와 같이 구불구불한 형태는 다양하게 구성될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 단면이 펄스파형이 될 수도 있고, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 그 단면이 사인파형 또는 삼각파형이 될 수도 있다.

한편, 서로 다른 주파수 대역 내에서 공진하는 상기 제1 방사패치(25)와 상기 제2 방사패치(27)와는 별개로, 제3 방사패치(29)가 부가적으로 더 구비된다. 상기 제3 방사패치(29)는 상기 급전핀(21)에 접촉되게 마련되어 상기 급전핀(21)으로부터 전원을 공급받는다.

상기 제3 방사패치(29)는 상기 제1 방사패치(25)와 제2 방사패치(27) 중, 하 나의 측부에만 마련된다. 상기 제1 방사패치(25)와 제2 방사패치(27) 중, 어느 하나의 측부에 마련되는 상기 제3 방사패치(29)는 상기 제1 방사패치(25)와 제2 방사패치(27) 중, 어느 하나의 측부에 소정 간격 이격되어 배치되어, 상기 제1 방사패치(25)와 제2 방사패치(27) 중, 어느 하나와 동일한 주파수 대역 내에서 공진을 한다.

상기와 같이, 상기 제1 방사패치(25)와 제2 방사패치(27) 중, 어느 하나와 동일한 주파수 대역 내에서 공진하는 상기 제3 방사패치(29)는 인접해 있는 방사패치(제1 방사패치(25) 또는 제2 방사패치(29))와 소정 주파수만큼 시프트(shift)된 주파수로 공진하게 된다. 결과적으로, 상기 제3 방사패치(29)와 인접해 있는 방사패치(제1 방사패치(25) 또는 제2 방사패치(29))가 동작하는 주파수 대역 범위는 확장되게 된다.

상기와 같이 동작하는 제3 방사패치(29)는 상기 제1 방사패치(25)와 제2 방사패치(27)를 지지하는 급전부재(23)와 일체로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제3 방사패치(29)는 상기 제1 방사패치(25) 및 제2 방사패치(27) 중, 어느 하나에 대하여 스터브 역할을 수행할 수도 있다. 따라서, 상기 제3 방사패치(27)는 상기 제1 방사패치(25) 및 제2 방사패치(27) 중, 어느 하나의 동작 주파수를 변경할 수도 있고, 퀄리티 팩터 Q 값을 상승시켜서 공진 효과를 증대시킬 수도 있다.

한편, 급전핀(21)에 접촉되는 제3 방사패치(29)와, 상기 급전핀(21)이 연결된 급전부재(23)를 통해 제1 방사패치(25) 및 제2 방사패치(27)에 전원이 유시되면 단락핀(31)에 의해 접지판(GND)과 단락되어 임피던스 정합을 이루게 된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것에 한정되지 아니하고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

상기와 같은 구성수단 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 이동통신 단말기용 내장 안테나에 의하면, 듀얼 밴드 안테나로서 동작할 수 있고, 특히 둘 중 하나의 주파수 대역의 밴드 폭을 확장시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 스터브 기능을 포함하기 때문에, 공진 효과를 증대시키고, 원하는 주파수 대역으로 변경이 가능하다는 효과가 있다.

Claims

이동통신 단말기용 내장 안테나에 있어서,

전원공급을 위한 급전핀과;

상기 급전핀에 연결되는 급전부재에 결합되어 상호 다른 주파수 대역에서 공진하되, 서로 높이 차를 가지고, 하나는 상하 방향으로 구불구불하게 형성되는 제1 및 제2 방사패치와;

상기 급전핀으로부터 전원을 공급받고, 상기 제1 및 제2 방사패치 중 하나의 측부에 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 급전부재와 일체로 형성되되, 상기 제1 및 제2 방사패치 중 하나와 동일한 주파수 대역 내에서 공진하고, 상기 제1 및 제2 방사패치 중 하나에 대하여 스터브 역할을 수행하는 제3 방사패치와;

상기 급전부재와 접지단 사이 및 상기 제3 방사패치와 접지단 사이에 개재되는 단락핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 내장 안테나.
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