KR100819244B1

KR100819244B1 - 휴대용 단말기의 안테나 장치

Info

Publication number: KR100819244B1
Application number: KR1020060046485A
Authority: KR
Inventors: 박정완; 이재호; 서정아
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2008-04-02
Also published as: KR20070113515A

Abstract

본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치에 있어서, 급전 단자를 통해 상기 휴대용 단말기의 고주파 단자들 중 어느 하나에 연결된 제1 방사부; 일단이 상기 제1 방사부의 일단에 접하는 제2 방사부; 및 상기 제1 방사부로부터 연장되고, 접지 단자를 통해 상기 휴대용 단말기의 고주파 단자들 중 다른 하나에 연결되는 제3 방사부를 포함하고, 상기 제3 방사부는 상기 제1 방사부로부터 일직선으로 연장된 인덕턴스부와, 상기 인덕턴스부로부터 연장되면서 일부분이 절곡되어 서로 평행한 부분이 알파벳 "U"자 형상을 갖는 캐패시턴스부를 포함하는 휴대용 단말기의 안테나 장치를 개시한다. 상기와 같이 구성된 휴대용 단말기의 안테나 장치는 제3 방사부에 서로 나란하게 연장된 매칭부를 구비함으로써, 별도의 인덕턴스 소자나 캐패시턴스 소자를 구성하지 않더라도 임피던스 매칭을 구현할 수 있기 때문에 안테나 장치의 성능을 최적화 시키기 용이하고, 단말기의 회로 장치를 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

단말기, 안테나, 패턴, 임피던스

Description

휴대용 단말기의 안테나 장치{ANTENNA DEVICE FOR PORTABLE TERMINAL}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안테나 장치를 구비하는 휴대용 단말기를 나타내는 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 휴대용 단말기의 제1 하우징을 나타내는 분리 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 휴대용 단말기의 안테나 장치를 나타내는 사시도,

도 4는 도 3에 도시된 안테나 장치의 안테나 패턴을 나타내는 전개도.

<도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명>

200 : 안테나 장치 201 : 안테나 장착 부재

211 : 제1 방사부 212 : 제2 방사부

213 : 제3 방사부 217 : 급전 단자

219 : 접지 단자

본 발명은 휴대용 단말기에 관한 것으로서, 특히 단말기의 하우징 내에 수용된 내장형 안테나 장치에 관한 것이다.

통상적으로 휴대용 단말기라 함은 사용자에게 이동통신 기능을 제공하는 기기를 의미하는 것으로서, 최근에는 단순한 이동통신 기기로만 사용되는 것이 아니라 음악 파일, 동영상 파일 재생 등의 멀티미디어 기기, 단말기를 이용한 소액 결재 및 모바일 뱅킹(mobile banking) 등의 금융 서비스 기기와 같은 복합적인 기능을 갖게 되었다.

이러한 휴대용 단말기들은 문자 정보나 음성 등을 입력시키는 입력 장치로서 키패드와 마이크 장치를 구비하고, 저장된 정보 또는 수신된 정보, 음성 등을 출력시키는 출력 장치로서 디스플레이 장치와 스피커 장치를 구비한다. 또한, 이동통신 서비스 업자, 기지국, 다른 사용자와의 통신을 수행하기 위해 휴대용 단말기들은 통신 회로와 안테나 장치를 구비하게 된다.

휴대용 단말기의 안테나 장치들은 그 장착 형태에 따라 외장형 안테나와 내장형 안테나로 구분되며, 또한 외장형 안테나 중에는 디지털 멀티미디어 방송(digital multimedia broadcasting; 이하 'DMB'라 칭함) 등의 수신을 위한 착탈식 안테나가 있다.

외장형 안테나는 단말기의 하우징 상에 장착되면서 외부로 돌출된 형태를 유지하며, 필요에 따라 인출시켜 사용할 수 있는 형태로서 전파 환경에 따라 사용자가 선택하여 안테나 장치를 인출시킬 수 있기 때문에 양호한 송수신 성능을 구현할 수 있다. 그러나, 외장형 안테나는 단말기의 외부로 돌출되어 단말기의 디자인에 장애가 될 뿐만 아니라, 낙하 등의 외부 충격에 의해 손상될 위험이 있다.

내장형 안테나는 단말기의 내부에 설치되어 단말기의 외관에 영향을 미치지 않으므로, 단말기의 디자인을 다양화하는데 유리한 이점이 있다. 그러나, 안테나 장치의 특성상 그 주변에 회로 장치들과의 상호 작용에 의해 송수신 성능을 최적화하는데 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다.

착탈식 안테나는 DMB 수신 등 한정된 기능을 활용하기 위해 필요에 따라 단말기에 장착되는 것으로서, 별도로 휴대하고 다녀야 하는 불편함이 있다.

한편, 이동통신 기술의 발달과 더불어 안테나 장치의 성능도 향상됨으로써, 다른 형태의 안테나 장치들보다 내장형 안테나가 휴대용 단말기의 안테나 장치로서 활용되고 있다. 그러나, 내장형 안테나는 그의 성능을 최적화하는데 여전히 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 안테나 장치의 성능을 최적화시키기 위하여 별도의 인덕턴스 소자나 캐패시턴스 소자를 사용하는 경우 단말기의 회로가 복잡해지고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 휴대용 단말기의 하우징에 내장되면서 그 성능의 최적화가 용이한 안테나 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 단말기의 회로를 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 휴대용 단말기의 안테나 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치에 있어서,

급전 단자를 통해 상기 휴대용 단말기의 고주파 단자들 중 어느 하나에 연결 된 제1 방사부;

일단이 상기 제1 방사부의 일단에 접하는 제2 방사부; 및

상기 제1 방사부로부터 연장되고, 접지 단자를 통해 상기 휴대용 단말기의 고주파 단자들 중 다른 하나에 연결되는 제3 방사부를 포함하고,

상기 제3 방사부는 상기 제1 방사부로부터 일직선으로 연장된 인덕턴스부와, 상기 인덕턴스부로부터 연장되면서 일부분이 절곡되어 서로 평행한 부분이 알파벳 "U"자 형상을 갖는 캐패시턴스부를 포함하는 휴대용 단말기의 안테나 장치를 개시한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안테나 장치(200; 도 2에 도시됨)를 구비하는 휴대용 단말기(100)를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 휴대용 단말기(100)의 제1 하우징(101)을 나타내는 분리 사시도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안테나 장치(200)를 구비하는 휴대용 단말기(100)는 제1 하우징(101)과 제2 하우징(102)을 접철 가능하게 구성한 폴더형 단말기이며, 그의 안테나 장치(200)는 상 기 제1 하우징(101) 내에 장착된다.

도시되지는 않지만, 상기 제1 하우징(101)의 일면에는 키패드와 마이크 장치가 설치되며, 상기 제2 하우징(102)이 상기 제1 하우징(101)으로부터 펼쳐진 때 상기 키패드와 마이크 장치가 개방된다. 아울러, 상기 제2 하우징(102)의 일면에는 디스플레이 장치와 스피커 장치가 설치되며, 상기 제2 하우징(102)이 상기 제1 하우징(101)으로부터 펼쳐짐에 따라 상기 디스플레이 장치와 스피커 장치가 개방된다.

한편, 상기 제2 하우징(102)의 타면에는 보조 디스플레이 장치(121)와 카메라 장치(123)가 설치되어 있다. 상기 보조 디스플레이 장치(121)는 배터리 잔량, 현재 시각, 송수신 상태, 부재중 전화 등 간략한 정보를 표시하게 된다. 상기 카메라 장치(123)를 이용하여 촬영을 수행함에 있어서, 사용자는 상기 제2 하우징(102)의 일면에 설치된 디스플레이 장치를 통해 촬영되는 영상을 보면서 피사체를 촬영하거나, 상기 보조 디스플레이 장치(121)를 보면서 사용자 자신을 촬영할 수 있다.

상기 제1, 제2 하우징(101, 102)을 접철 가능하게 결합시키기 위하여, 상기 단말기(100)는 상기 제1 하우징(101)에 형성된 한 쌍의 사이드 힌지 암들(115)과 상기 제2 하우징(102)에 형성된 센터 힌지 암(125)을 구비한다.

상기 사이드 힌지 암들(115)은 상기 제1 하우징(101)의 일면 상단부에 서로 마주보게 형성되어 있고, 상기 센터 힌지 암(125)은 상기 제2 하우징(102)의 일단에 형성되어 상기 사이드 힌지 암들(115) 사이에 회전 가능하게 결합된다. 상기 센터 힌지 암(125)이 상기 사이드 힌지 암들(115) 사이에서 회전함에 따라 상기 제2 하우징(102)은 상기 제1 하우징(101)에 근접하거나 멀어지는 방향으로 회동하게 된다.

이하에서는 도 3과 도 4를 참조하여, 상기 안테나 장치(200)의 구성을 살펴보기로 한다. 도 3은 도 2에 도시된 휴대용 단말기(100)의 안테나 장치(200)를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 안테나 장치(200)의 안테나 패턴을 나타내는 전개도이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 상기 안테나 장치(200)는 안테나 장착 부재(201)와, 상기 안테나 장착 부재(201)의 외주면에 형성된 안테나 패턴으로 구성되어 있다.

상기 안테나 장착 부재(201)는 합성수지를 이용한 사출물로 제작되며, 상기 안테나 패턴을 구성할 수 있는 공간을 제공하게 된다. 상기 제1 하우징(101)은 전면 케이스(101a)와 후면 케이스(101b)로 분리되며, 그 내부에 통신회로 등이 설치된 회로 기판(미도시)이 장착되고, 상기 안테나 장착 부재(201)를 설치하기 위한 수용 공간(119)을 구비한다.

상기 안테나 장착 부재(201)의 외주면에는 안테나 패턴이 형성되고 상기 안테나 장착 부재(201)의 내측면으로 급전 단자(217)와 접지 단자(219)가 돌출된다. 상기 안테나 장착 부재(201)가 상기 수용 공간(119)에 장착되면, 상기 급전 단자(217)와 접지 단자(219)는 각각 상기 전면 케이스(101a)의 내측면에 대면하게 된다. 상기 제1 하우징(101)의 내부에 상기 회로 기판이 장착되면, 상기 급전 단자(217)와 접지 단자(219)는 각각 상기 회로 기판에 제공된 고주파(radio frequency) 단자들과 접속된다.

상기 안테나 패턴은 도전성 재질의 평판을 절삭 가공하여 상기 안테나 장착 부재(201)의 외주면에 부착된 평판형 안테나이거나, 상기 안테나 장착 부재(201)의 외주면에 직접 형성한 인쇄회로 패턴으로 구성할 수 있다.

상기 안테나 패턴은 제1 방사부(211), 제2 방사부(212), 제3 방사부(213)로 구분할 수 있으며, 상기 제1, 제2 방사부(211, 212)는 그의 단부가 서로 접하게 구성되어 있다. 상기 급전 단자(217)는 상기 제1, 제2 방사부(211, 212)가 서로 접하는 부분(J)으로부터 연장되어 상기 안테나 장착 부재(201)의 일단부를 감싸는 형태로 절곡되어 상기 안테나 장착 부재(201)의 내측면으로 돌출된 형상을 갖는다.

이동통신 서비스 업자가 서비스를 제공하는 주파수 대역에 따라 상기 제1, 제2 방사부(211, 212)의 길이는 서로 다르게 설정된다. 예를 들어, 상기 제1 방사부(211)는 41.66mm 길이로 설정되어 GSM 900 통신 방식에 이용될 수 있고, 상기 제2 방사부(212)는 20.83mm 길이로 설정되어 PCS 1900 통신 방식에 이용될 수 있다.

GSM 900 통신 방식은 900MHz의 주파수 대역에서 서비스를 제공하며 그 파장은 166.665mm이다. 따라서 GSM 900 통신 방식에 적합한 안테나 길이는 그 파장의 1/4에 해당하는 41.66mm로 설정된다.

또한, PCS 1900 통신 방식은 1800MHz의 주파수 대역에서 서비스를 제공하며 그 파장은 83.333mm이다. 따라서, PCS 1900 통신 방식에 적합한 안테나 길이는 그 파장의 1/4에 해당하는 20.83mm로 설정된다.

다만, 상기 안테나 장치(200)를 상기 단말기(100)에 설치함에 있어서, 상기 단말기(100)의 회로 장치나 구조물과 같은 주변 환경의 영향을 고려하여 상기 제1 방사부의 길이는 49.87mm로, 제2 방사부의 길이는 22.98mm로 설정하여 상기 단말기(100) 상에서 상기 제1, 제2 방사부(211, 212)의 성능을 최적화시키고자 하였다.

한편, 통신 방식, 단말기 형태에 따라 상기 제1, 제2 방사부(211, 212)의 길이는 그에 적합하게 조정될 수 있음은 자명하다.

상기 제3 방사부(213)는 상기 급전 단자(217)가 연장된 부분으로부터 이격된 위치에서 상기 제1 방사부(211)로부터 연장되며, 상기 제3 방사부(213)의 단부로부터 상기 접지 단자(219)가 연장된다. 상기 접지 단자(219)는 상기 안테나 장착 부재(201)의 일단부를 감싸는 형태로 절곡되어 상기 안테나 장착 부재(201)의 내측면으로 돌출된 형상을 갖게 되고, 상기 급전 단자(217)와 나란하게 위치된다.

한편, 상기 제3 방사부(213)는 그 위치와 형상에 따라 인덕턴스부(L)와 캐패시턴스부(C)로 구분할 수 있다. 상기 인덕턴스부(L)는 상기 제1 방사부(211)로부터 일직선으로 연장된 부분을 의미하며, 상기 캐패시턴스부(C)는 상기 인덕턴스부(L)의 단부로부터 연장되면서 절곡된 형상으로 알파벳 "U"자 형상에 유사하다. 즉, 상기 인덕턴스부는 일직선 형상을 갖게 되며, 상기 캐패시턴스부는 서로 평행하게 연장된 부분을 갖게 되는 것이다. 상기 접지 단자(219)는 상기 캐패시턴스부(C)로부터 연장된다.

상기 인덕턴스부(L)와 캐패시턴스부(C)는 상기 안테나 패턴이 송수신 동작을 수행하는 때 각각 인덕턴스 성분과 캐패시턴스 성분을 갖게되며, 상기 안테나 패턴의 임피던스 매칭을 구현하게 된다. 따라서, 임피던스 매칭을 구현하기 위해서는 상기 안테나 패턴의 동작 특성에 따라 상기 인덕턴스부(L)와 캐패시턴스부(C) 각각의 길이가 다르게 설정되어야 함은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

이하에서는 상기 인덕턴스부(L)와 캐패시턴스부(C)의 구성을 매칭부라 칭하기로 한다.

하기의 [표 1]은 도 4에 도시된 매칭부를 적용하기 전과 적용한 후에 상기 안테나 장치(200)의 평균 이득과 효율을 비교한 것이다.

통신 방식	매칭부 적용 후		매칭부 적용 전
통신 방식	효율 (%)	평균 이득 (dBi)	효율 (%)	평균 이득 (dBi)
GSM 880 MHz	45.98	-3.38	34.18	-4.68
GSM 960 MHz	79.75	-0.99	65.03	-1.88
PCS 1910 MHz	47.67	-3.23	28.27	-5.44
PCS 1990 MHz	42.09	-3.77	29.05	-5.38

상기 [표 1]에 비교된 바와 같이, 상기 매칭부의 적용한 후 안테나의 효율은 10% 이상 향상되고, 평균 이득은 통신 방식에 따라 다소 차이가 있으나 모든 통신 방식에서 향상되고 있음을 알 수 있다. 아울러, 상기 [표 1]에는 비교되지 않았으나, 상기 매칭부를 적용하지 않은 상태, 구체적으로 상기 캐패시턴스부(C)가 적용되지 않은 안테나 패턴에서는 임피던스의 불균형으로 인하여 그 효율과 평균 이득의 저하는 더욱 심화되었다.

결국 상기 제1, 2 방사부(211, 212)의 길이를 설정한 후, 상기 제3 방사부(213)의 길이, 궁극적으로는 상기 인덕턴스부(L)과 캐패시턴스부(C)의 크기를 조절함으로써 상기 안테나 장치(200)의 임피던스 매칭이 구현되며, 이로써 최종적으로 상기 안테나 장치(200)의 최적화가 이루어지는 것이다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 안테나 장치는 안테나 패턴을 형성함에 있어서, 제1 방사부로부터 연장된 제3 방사부는 인덕턴스부와 캐패시턴스부를 구비함으로써, 별도의 인덕턴스 소자나 캐패시턴스 소자를 구성하지 않더라도 임피던스 매칭을 구현할 수 있게 되었다. 따라서, 안테나 장치의 성능을 최적화 시키기 용이한 이점이 있고, 단말기의 회로 장치를 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims

휴대용 단말기의 안테나 장치에 있어서,

급전 단자를 통해 상기 휴대용 단말기의 고주파 단자들 중 어느 하나에 연결된 제1 방사부;

일단이 상기 제1 방사부의 일단에 접하는 제2 방사부; 및

상기 제1 방사부로부터 연장되고, 접지 단자를 통해 상기 휴대용 단말기의 고주파 단자들 중 다른 하나에 연결되는 제3 방사부를 포함하고,

상기 제3 방사부는 상기 제1 방사부로부터 일직선으로 연장된 인덕턴스부와, 상기 인덕턴스부로부터 연장되면서 일부분이 절곡되어 서로 평행한 부분이 알파벳 "U"자 형상을 갖는 캐패시턴스부를 포함함을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
제1 항에 있어서,

상기 휴대용 단말기 내부에 장착되는 안테나 장착 부재를 더 구비하고,

상기 제1, 제2, 제3 방사부는 각각 상기 안테나 장착 부재의 외주면에 부착되는 평판형 안테나임을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
제1 항에 있어서,

상기 휴대용 단말기 내부에 장착되는 안테나 장착 부재를 더 구비하고,

상기 제1, 제2, 제3 방사부는 각각 상기 안테나 장착 부재의 외주면에 형성된 안테나 패턴임을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
제3 항에 있어서,

상기 제1, 제2, 제3 방사부는 각각 상기 안테나 장착 부재의 외주면에 형성된 인쇄회로 패턴임을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
제1 항에 있어서,

상기 인덕턴스부와 캐패시턴스부의 길이를 조절함으로써 상기 제1, 제2, 제3 방사부의 임피던스 매칭을 구현함을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
제1 항에 있어서,

상기 제1, 제2 방사부의 단부가 서로 접하고, 상기 제1, 제2 방사부가 서로 접한 부분으로부터 급전 단자가 연장됨을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.
제1 항에 있어서,

상기 캐패시턴스부의 단부로부터 접지 단자가 연장됨을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 안테나 장치.