KR100857138B1 - 안테나 시스템 및 이를 포함하는 전자기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전파를 송수신하기 위한 안테나 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 안테나 시스템은 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및 상기 안테나 바디와 상기 신호 전송라인 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 적어도 하나의 멤스 스위치 모듈;을 포함하여, 핸드 이펙트 등에 의해 통화 품질이 저하되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
핸드 이펙트(hand-effect), 안테나, 멤스 스위치, 공진 주파수, 임피던스 매칭
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 공진 주파수 가변형 안테나를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 주파수 변경용 멤스(MEMS, Micro Electro Mechanical System) 스위치 모듈의 동작을 설명하기 위해 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절개한 단면도,
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈의 동작을 설명하기 위한 단면도,
도 5는 도 1에 도시된 멤스 스위치 모듈의 동작에 따른 반사손실을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 6은 도 1에 도시된 안테나 시스템이 적용된 전자기기를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 공진 주파수 가변형 안테나 110; 안테나 바디
120; 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈 130, 230; 기판
134, 234; 접합층 140, 240; 제1연결라인
150, 250; 제2연결라인 160; 주파수 변경용 멤스 스위치
192, 292; 전원 220; 임피던스 매칭부, 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈
260; 임피던스 매칭용 멤스 스위치 294; 회로소자, 커패시터
300; 센서부 400; 제어부
본 발명은 전파를 송수신하기 위한 안테나 시스템 및 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
휴대폰, PDA(Personal Digital Assistants), 차량용 네비게이션(Navigation) 등과 같은 휴대 단말기와, 노트북, 전자 수첩, 전자 사전 등과 같은 휴대용 컴퓨터와, 또는 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오, 오디오 등과 같은 음악 재생기 등과 같이, 통신 수단이 내장된 전자 기기는 전파를 수신하여 전자 기기를 통해 재생하거나, 그 전자 기기로부터 생성된 정보를 전파 형태로 송신하는 기능 등을 수행한다.
그런데, 이와 같은 전자 기기는 그 기능의 탁월함이 중요함은 물론이거니와, 소비자의 미적 욕구를 충족시킬 수 있도록 그 디자인의 중요성도 크게 부각되고 있다.
특히, 최근의 추세는 슬림(slim)한 디자인을 요구하는 소비자의 미적 욕구를 충족시키기 위하여, 종래에 전자 기기의 외부로 길게 돌출되었던 안테나를 전자 기기의 내부에 내장시킴으로써 전자 기기의 크기를 줄일 뿐만 아니라, 외적 미관을 향상되도록 노력하고 있다.
이와 같은 내장형 안테나 소위, 인테나(In-tenna)는 통상적으로 외부로 돌출된 모노폴 타입의 안테나에 비해 대역폭 및 효율이 떨어져서, 사람의 손과 같은 신체의 일부가 인테나 부위에 접근하는 경우에는 소위 핸드 이펙트(Hand Effect) 현상에 의해 통화 품질이 저하되거나 통화 불능이 되기 쉽다. 핸드 이펙트 현상은 사람의 신체 일부가 안테나에 접근할 경우, 사람의 신체 일부가 커패시터로 등가되어 안테나의 임피던스 및 공진 주파수를 변경시키는 현상이다.
이와 같은 핸드 이펙트 현상을 극복하기 위하여 최근에는 FET(Field Effect Transistor)나 PIN(P-type semiconductor/Intrinsic semiconductor/N-type semiconductor) 다이오드를 이용한 전기적 스위치를 안테나에 적용시키려는 연구가 진행되고 있다. 그러나 전기적 스위치의 경우, 주파수 대역이 높아질수록 RF(Radio Frequency) 신호의 격리 효율이 저하되어 신호의 손실이 커지고 스위치 구동을 위한 소비 전력이 크며 비선형의 특성을 가지고 있어 제어가 어려울 뿐만 아니라 신호가 왜곡되는 현상이 발생한다. 또한 상기 전기적 스위치는 RF 신호를 격리시키거나 스위치를 구동시키기 위한 복잡한 바이어스 회로가 필수적으로 삽입되어 안테나 시스템의 설계가 용이하지 않다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 핸드 이펙트 등에 의해 통화 품질이 저하되는 것을 효율적으로 방지할 수 있는 안테나 시스템 및 이를 구비한 전자기기를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 신호의 격리도를 향상시켜 신호의 손실을 최소화할 수 있고, 저전력으로 구동이 가능하며, 설계가 용이하고, 선형성의 특성으로 인해 제어가 용이한 멤스 스위치를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비한 전자기기를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 안테나 시스템은 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및 상기 안테나 바디와 상기 신호 전송라인 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 적어도 하나의 멤스 스위치 모듈;을 포함한다.
또한, 상술한 바와 같은 목적은, 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및 상기 안테나 바디와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈;을 포함하는 안테나 시스템에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 목적은, 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파 를 송수신하는 안테나 바디; 상기 안테나 바디와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 적어도 하나의 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈; 상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 변경된 공진 주파수에 대응되는 상기 안테나 바디의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키기 위한 적어도 하나의 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈; 상기 안테나 바디의 신호 수신율을 검출하기 위한 센서부; 및 상기 센서부로부터 검출된 수신율에 따라 상기 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈을 제어하여 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 변경시키고 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈을 제어하여 상기 안테나 바디의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키는 제어부;를 포함하는 안테나 시스템에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 신호를 송수신하는 공진 주파수 가변형 안테나; 상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결되며 상기 공진 주파수 가변형 안테나의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈; 상기 공진 주파수 가변형 안테나의 수신율을 검출하기 위한 센서부; 및 상기 센서부에 의해 검출된 수신율에 따라 상기 공진 주파수 가변형 안테나를 제어하여 공진 주파수를 변경시킴과 아울러 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈을 제어하여 변경된 공진 주파수에 대응되는 상기 공진 주파수 가변형 안테나 모듈의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키는 제어부;를 포함하는 안테나 시스템에 의해서도 달성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적은, 상기의 안테나 시스템을 구비한 전자기기에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 전자기기는 휴대 단말기, 휴대용 컴퓨터, 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오 및 오디오를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈은, 내부에 수용부가 형성된 기판; 상기 기판에 형성되며, 상기 안테나 바디와 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 기판에 형성되며, 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단된 제2연결라인; 상기 수용부에 배치되며, 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 주파수 변경용 멤스 스위치; 및 상기 주파수 변경용 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 주파수 변경용 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함한다. 상기 제2연결라인은 접지면 또는 회로소자에 전기적으로 연결된다. 상기 회로소자는 접지면에 전기적으로 연결된 커패시터인 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판은, 제1기판; 및 상기 제1기판과 일정간격 이격되게 마련된 제2기판;을 포함하며, 상기 멤스 스위치는 상기 제1 및 제2기판을 접합시킴과 아울러 상기 수용부를 밀폐시키는 접합층을 포함한다.
상기 주파수 변경용 멤스 스위치는, 상기 기판에 지지되는 절연막; 상기 절연막상에 마련되며, 상기 전원과 전기적으로 연결된 제1전극; 상기 제1전극과 일정간격 이격되게 마련되며 상기 전원과 전기적으로 연결된 제2전극; 상기 제1 및 제2전극의 사이에 개재되는 압전체; 및 상기 절연막의 일단에 마련되며 상기 제1 및 제2연결라인과 선택적으로 접촉하는 접촉부;를 포함한다.
상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈은 복수개로 구성될 수 있으며, 상기 복수개의 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈은 상기 신호 전송라인과 전기적으로 병렬연결될 수 있다.
상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈은, 내부에 수용부가 마련된 기판; 상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단되게 마련된 제2연결라인; 상기 제2연결라인과 전기적으로 연결된 회로소자; 상기 수용부에 배치되며 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 임피던스 매칭용 멤스 스위치; 및 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함한다. 상기 회로소자는 접지면과 전기적으로 연결된 커패시터로 구성되며, 상기 커패시터는, 상기 제2연결라인상에 형성된 유전층; 및 상기 유전층상에 형성된 금속층;을 포함한다.
또한, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치는, 상기 기판에 지지되는 절연막; 상기 절연막상에 마련되며, 상기 전원과 전기적으로 연결된 제1전극; 상기 제1전극과 일정간격 이격되게 마련되며 상기 전원과 전기적으로 연결된 제2전극; 상기 제1 및 제2전극의 사이에 개재되는 압전체; 및 상기 절연막의 일단에 마련되며 상기 제1 및 제2연결라인과 선택적으로 접촉하는 접촉부;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템 및 이를 구비한 전자기기에 대하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명 은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템은, 신호를 송수신하는 공진 주파수 가변형 안테나(100)와, 상기 공진 주파수 가변형 안테나(100)의 임피던스와 신호 전송라인(SL)의 임피던스를 매칭을 시키기 위한 임피던스 매칭부(220)와, 상기 공진 주파수 가변형 안테나(100)의 수신율을 검출하기 위한 센서부(300) 및 상기 센서부(300)로부터 검출된 수신율에 따라 상기 공진 주파수 가변형 안테나(100) 및 상기 임피던스 매칭부(220)를 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 공진 주파수 가변형 안테나(100)는 안테나 바디(110)와, 상기 안테나 바디(110)와 전기적으로 연결된 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈(120)을 포함한다.
상기 안테나 바디(110)는 전도체로 제작되며, 전자기파 형태의 신호를 자유공간으로 방출하거나 자유 공간에 존재하는 전자기파 형태의 신호를 수신한다. 이 안테나 바디(110)는 접지면(530, 도 6참조)에 접지되며, 신호 전송라인(SL)을 매개로 발진부(112)와 연결된다. 상기 발진부(112)와 상기 신호 전송라인(SL)의 사이에는 듀플렉서(duplexer)나 필터(filter)와 같은 RF 프런트 엔트 모듈(Front End Module, 114) 및 송수신기 등 신호 변조 및 신호 증폭을 위한 다양한 모듈이 마련된다.
상기 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈(120)은 안테나 바디(110)의 공진 주파수를 변경시키기 위한 것으로서 상기 안테나 바디(110)와 전기적으로 연결된다. 이 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈(120)은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 기판(130)과, 제1 및 제2연결라인(140)(150)과, 주파수 변경용 멤스 스위치(160)와, 전원(192)을 포함한다.
상기 기판(130)은 제1기판(130a)과, 상기 제1기판(130a)과 일정 간격 이격되게 마련된 제2기판(130b)을 포함한다. 상기 제1 및 제2기판(130a)(130b)의 사이에는 상기 주파수 변경용 멤스 스위치(160)가 배치되는 수용부(132)가 형성되며, 상기 수용부(132)는 상기 제1 및 제2기판(130a)(130b)을 접합시키는 접합층(134)에 의해 밀폐된다. 즉, 상기 제1 및 제2기판(130a)(130b)은 그 내부에 수용부(132)가 형성된 상태에서 밀폐된다.
상기 제1연결라인(140)은 상기 안테나 바디(110)와 전기적으로 연결되며 상기 제1기판(130a)의 상면에 형성된 제1상부패턴(141)과, 상기 제1기판(130a)을 관통하는 비어홀의 내부에 금속물질이 충전되어 형성되며 상기 제1상부패턴(141)과 전기적으로 연결되는 제1연결층(142)과, 상기 제1연결층(142)과 전기적으로 연결되도록 상기 제1기판(130a)의 하면에 형성된 제1하부패턴(143)을 포함한다.
상기 제2연결라인(150)은 제1기판(130a)의 하면에 상기 제1하부패턴(143)과 일정간격 이격되게 형성된 제2하부패턴(153)과, 상기 제2하부패턴(153)과 전기적으로 연결되며 제1기판(130a)을 관통하는 비어홀에 금속물질이 충전되어 형성된 제2연결층(152)과, 상기 제2연결층(152)과 전기적으로 연결되며 상기 제1기판(130a)의 상면에 형성된 제2상부패턴(151)을 포함한다. 상기 제2상부패턴(151)은 접지면(530)에 접지된다. 그러나 본 실시예와는 달리 상기 제2상부패턴(151)은 커패시터와 같은 회로 소자에 연결될 수도 있다.
상기 주파수 변경용 멤스 스위치(160)는 절연막(161)과, 제1 및 제2전극(170)(180)과, 압전체(190) 및 접촉부(162)를 포함한다.
상기 절연막(161)은 상기 제2기판(130b)의 상면에 형성되며, 그 일단에는 상기 접촉부(162)가 마련된다.
상기 제1전극(170)은 상기 절연막(161)의 상면에 형성되며, 제1전극용 컬럼(171)과 제1전극용 하부패턴(172)과 제1전극용 연결층(173) 및 제1전극용 상부패턴(174)을 통해 전원(192)과 연결된다.
상기 제2전극(180)은 상기 제1전극(170)과 일정 간격 이격되게 형성되며, 제2전극용 컬럼(181)과 제2전극용 하부패턴(182)과 제2전극용 연결층(183) 및 제2전극용 상부패턴(184)을 통해 전원(192)과 연결된다.
상기 압전체(190)는 상기 제1 및 제2전극(170)(180)의 사이에 개재되며, 상기 제1 및 제2전극(170)(180)에 전압이 인가되면 상기 압전체(190)는 수축 또는 팽창하여 변형이 발생한다. 이러한 압전체(190)의 변형으로 인해 상기 절연막(161)은 휘어지게 되고, 이에 의해 상기 절연막(161)의 일단에 형성된 접촉부(162)는 제1 및 제2하부패턴(143)(153)과 접촉하여 제1연결라인(140)과 제2연결라인(150)을 전기적으로 연결시킨다. 이와 같이 상기 안테나 바디(110)와 전기적으로 연결된 제1연결라인(140)을 제2연결라인(150)과 전기적으로 연결시켜 접지시킴으로써, 안테나 바디(110)의 등가 회로가 변경되어 안테나 바디(110)의 공진 주파수가 변경된다.
또한, 상술한 바와 반대로 상기 제1 및 제2전극(170)(180)에 인가된 전압을 해제하면, 상기 압전체(190)는 원상태로 복귀하여 절연막(161)이 원상태의 형상을 가지게 되며, 이에 의해 상기 접촉부(162)는 제1 및 제2하부패턴(143)(153)으로부터 이격되어 제1 및 제2연결라인(140)(150)은 전기적으로 차단된다.
상기 접촉부(162)는 도전성 물질로 형성되어 상기 제1 및 제2하부패턴(143)(153)을 선택적으로 전기적 연결시킨다.
상기 전원(192)은 상기 제1 및 제2전극용 상부패턴(174)(184)과 전기적으로 연결되고 또한 제어부(400)와 신호통신 가능하게 연결된다. 그리고 상기 전원(192)은 상기 제어부(400)로부터 전달된 신호에 따라 상기 제1 및 제2전극용 상부패턴(174)(184)에 전압을 인가한다.
이와 같이 물리적으로 완전히 분리된 멤스 스위치를 이용하여 안테나 바디(110)의 공진 주파수를 변경함으로써 신호의 격리도를 향상시킬 수 있어 신호의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 멤스 스위치를 사용함으로써 저전력으로 구동이 가능하고 멤스 스위치의 선형성의 특성으로 인해 제어가 용이하다.
상기 임피던스 매칭부(220)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220a)(220b)을 포함한다. 본 실시예에서는 임피던스 매칭부(220)가 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220)과 동일한 구성인 것을 예시하였으나, 상기 임피던스 매칭부(220)는 전기적 스위치를 포함하는 개념으로서 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220) 보다 큰 개념이다. 상기 제1 및 제2임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220a)(220b)은 각각 신호 전송라인(SL)에 전기적으로 병렬 연결된 제1 및 제2임피던스 매칭용 멤스 스위치(260a)(260b)와, 각 스위 치(260a)(260b)에 전기적으로 직렬 연결된 적어도 하나의 회로소자(294)를 포함한다. 본 실시예에서는 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220a)(220b)이 두 개인 것을 예시하였으나, 하나 또는 3개 이상이 사용될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 회로소자(294)의 일 예로 커패시터를 예시하였으나, 저항 및 인덕터 등 다양한 소자를 조합하여 사용할 수 있다.
상기 제1 및 제2임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220a)(220b)은 그 구조가 동일하므로 이하에서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 하나의 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220a)(220b)의 구조에 대해서만 설명한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 각 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220a)(220b)은 상술한 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈(120)과 동일한 구조를 가진다. 단, 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈(120)과는 달리, 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220)은 회로소자(294)로서 커패시터가 동일한 모듈의 내부에 구비된다.
즉, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220)은, 상기 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈(120)과 동일하게 그 내부에 수용부(232)가 형성되며 접합층(234)에 의해 접합 및 밀폐되는 제1 및 제2기판(230a)(230b)과, 제1 및 제2연결라인(240)(250)과, 임피던스 매칭용 멤스 스위치(260)와, 전원(292)을 포함하며, 이에 더하여 상기 제1 및 제2기판(230a)(230b)의 내부에 상기 제2연결라인(250)과 전기적으로 연결되는 회로소자(294)가 형성된다.
상기 제1 및 제2연결라인(240)(250) 각각은, 주파수 변경용 멤스 스위치 모 듈(120)과 동일하게, 제1 및 제2상부패턴(241)(251)과, 제1 및 제2연결층(242)(252)과, 제1 및 제2하부패턴(243)(253)을 각각 포함한다.
상기 회로소자(294)는 커패시터(294)로 구성되며, 상기 제2하부패턴(253)의 하면에 형성된 유전층(295)과, 상기 유전층(295)의 하면에 형성된 금속층(296)을 포함한다. 상기 제2하부패턴(253)은 금속재질로 형성되어 결국, 금속/절연체/금속(MIM, metal-insulator-metal) 형태의 커패시터가 형성된다. 상기 유전층(295)은 실리콘 옥사이드(silicon oxide)나 실리콘 나이트라이드(silicon nitride) 등으로 형성될 수 있으나, 보다 큰 용량의 커패시터가 필요한 경우 STO(strontium tin oxide)막이 이용될 수도 있다. 이와 같이 멤스 스위치(260)와 커패시터(294)를 동일한 하나의 칩에 집적화함으로써, 동일한 제조공정에서 제조될 수 있게 되어 안테나 시스템의 제조공정이 단순화될 뿐만 아니라 모듈의 크기 및 생산 단가도 줄일 수 있다.
한편, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치(260)는, 주파수 변경용 멤스 스위치(160)와 같이, 절연막(261)과, 제1 및 제2전극(270)(280)과, 압전체(290) 및 접촉부(262)를 포함하며, 상기 제1 및 제2전극(270)(280)은 각각 제1 및 제2전극용 컬럼(271)(281)과, 제1 및 제2전극용 하부패턴(272)(282)과, 제1 및 제2전극용 연결층(273)(283) 및 제1 및 제2전극용 상부패턴(274)(284)을 통해 상기 전원(292)과 전기적으로 연결된다. 이하, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치(260)는 주파수 변경용 멤스 스위치(160)와 동일한 원리에 의해 동일한 형태로 동작하므로 그 동작원리 및 동작상태에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 전원(292)도 주파수 변경용 멤스 스위치(160)의 전원(192)과 동일하게 동작하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 센서부(300)는 신호의 수신율을 감지하며, 감지된 수신율을 제어부(400)로 출력한다. 상기 신호의 수신율은 신호의 세기로부터 산출될 수 있으며, 신호의 세기를 감지하기 위해 상기 센서부(300)는 신호 전송라인(SL)에 연결되어 송신 또는 수신되는 신호의 세기를 감지한다. 그러나 상기 센서부(300)는 이동통신 단말기와 같은 전자기기에 내장되는 고주파 전력증폭기 모듈(PAM, Power Amplifier Module)로부터 출력되는 신호로부터 신호의 세기를 감지할 수도 있다. 또한, 상기 센서부(300)는 고주파 전력증폭기 모듈로부터 출력되는 신호를 측정하여 이동통신 단말기의 표시부로 신호의 세기를 출력하는 파워 디텍터(Power Detector)에 의해 대체될 수도 있다. 즉, 상기 센서부(300)로 파워 디텍터가 사용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 센서부(300)가 신호의 세기를 측정하는 것을 예시하였으나, 송수신부(미 도시)로부터 출력된 디지털 신호로부터 비트 수를 측정하여 수신율을 산출할 수도 있으며, 이러한 경우 상기 송수신부가 센서부(300) 기능을 하게 된다.
상기 제어부(400)는 상기 센서부(300)로부터 검출된 수신율을 기설정된 기준 수신율과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 주파수 변경용 멤스 스위치(160) 및 제1 및 제2임피던스 매칭용 멤스 스위치(260a)(260b)를 제어한다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 제어부(400)는 검출된 수신율이 기준 수신율보다 낮은 경우, 상기 주파수 변경용 멤스 스위치(160)를 제어하여 안테나 바디(110)의 공진 주파수를 변경시 키고, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치(260)를 제어하여 변경된 공진 주파수에 대응되는 안테나 바디(110)의 임피던스와 신호 전송라인(SL)의 임피던스를 일치시킨다.
도 5는 주파수 변경용 멤스 스위치(160)의 ON/OFF 및 사용자의 손이 안테나 바디(110)에 접근 여부에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프로서, 목표 공진 주파수(TF)가 750MHz로 설정된 경우를 예시하였다.
도 5를 참조하면, 우선 주파수 변경용 멤스 스위치(160)가 OFF된 상태에서 사용자의 손이 안테나 바디(110)에 근접되지 않은 경우, 공진주파수는 850MHz 정도이며, 목표 공진 주파수(TF)인 750MHz에서의 반사손실은 -5dB보다 크다. 즉, 통화의 감도가 극히 저하되거나 통화가 불가능한 상태이다. 이때, 센서부(300)는 신호의 세기를 감지하여 제어부(400)에 출력하고 제어부(400)는 주파수 변경용 멤스 스위치(160)를 ON 구동시킨다. 그러면 안테나 바디(110)는 목표 공진 주파수(TF)인 750MHz에서 공진이 발생함을 알 수 있으며, 목표 공진 주파수(TF)인 750MHz에서의 반사손실도 -15dB정도로 통화 감도가 양호한 상태가 된다. 이 상태에서 사용자의 손이 안테나 바디(110)에 근접하면, 공진 주파수는 700MHz 이하로 떨어지게 되어 목표 공진 주파수(TF)인 750MHz에서의 반사손실이 증가하게 된다. 목표 공진 주파수(TF)인 750MHz에서의 반사손실이 증가함으로써 통화의 감도가 저하되며, 센서부(300)는 이를 감지하여 제어부(400)로 출력한다. 그러면, 제어부(400)는 주파수 변경용 멤스 스위치(160)를 OFF 구동시켜 공진 주파수를 목표 공진 주파수(TF)인 750MHz의 근처로 변경시킨다.
상술한 바와 같은 주파수 변경용 멤스 스위치(160)를 제어하여 공진 주파수를 변경시킴으로써, 핸드 이펙트에 의한 통화 감도의 저하를 방지할 수 있게 된다. 또한, 상술한 바와 같은 제어는 핸드 이펙트 뿐만 아니라 통화 상태가 나쁜 지역에서도 동일하게 적용될 수 있으며, 다중 대역의 전파를 송수신 할 수 있도록 대역을 변경하는 경우에도 사용될 수 있을 것이다.
도 5에서는 주파수 변경용 멤스 스위치(160)의 ON/OFF 구동에 따른 반사손실 만을 나타내었으나, 임피던스 매칭용 멤스 스위치(260)와 함께 ON/OFF 구동됨으로써, 더욱 최적화된 공진 주파수 및 반사 손실을 가지도록 안테나를 튜닝할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템(520)이 적용된 전자기기의 요부를 개략적으로 나타낸 것으로서, 이를 참조하면 안테나 시스템(520)은 본체(500)와 상기 본체(500)에 결합되는 커버(510)를 포함한다. 즉, 안테나 시스템(520)은 전자기기의 내부에 설치된다. 상기 본체(500)의 내부에는 PCB 기판이 설치되며, 상기 PCB 기판의 일면에는 접지면(530)이 형성된다. 안테나 시스템(520)은 상기 접지면(530)의 상부에 위치하도록 상기 본체(500)의 전단부에 설치된다. 도 6에는 도시되지 않았으나, 상기 기판의 타면에는 신호 전송라인(SL)과 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈(220, 도 1 참조) 및 송수신기 등의 다양한 소자가 마련된다.
상기 전자기기는 휴대폰, PDA, 차량용 네비게이션 등과 같은 휴대 단말기나 노트북, 전자 수첩, 전자 사전 등과 같은 휴대용 컴퓨터와, 또는 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오, 오디오 등을 포함하나, 이외에도 본 발명에 따른 안테나 시스템(520)은 통신수단을 포함하는 모든 전자기기에 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 신호의 세기에 따라 공진 주파수를 변경함으로써, 핸드 이펙트 현상 등에 의해 통화감도가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 특히 변경된 공진 주파수에 대응되는 안테나 바디의 임피던스와 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시킴으로써 최상의 통화 품질을 유지할 수 있게 된다.
또한, 안테나 바디의 공진 주파수의 변경 및 임피던스의 매칭을 위해 기계적으로 작동되는 멤스 스위치를 사용함으로써, 기존의 전기적 스위치가 가지는 단점을 보완할 수 있게 된다. 즉, 멤스 스위치를 사용함으로써, 신호의 격리도가 향상되고 신호의 손실을 최소화할 수 있으며 스위치 구동전력을 줄일 수 있다. 또한, 멤스 스위치의 선형성으로 인해 제어가 용이하고 복잡한 바이어스 회로를 삭제할 수 있게 되어 안테나 시스템 및 이를 구비한 전자기기의 설계가 용이하다.
한편, 원하는 서비스 대역에 적합하도록 공진 주파수를 변경함으로써, 다중 대역의 서비스에 적합한 안테나 시스템 및 이를 구비한 전자기기를 제공할 수 있다.
또한, 멤스 스위치와 커패시터를 동일한 하나의 칩에 집적화함으로써, 동일한 제조공정에서 제조될 수 있게 되어 안테나 시스템의 제조공정이 단순화될 뿐만 아니라 모듈의 크기를 줄일 수 있고 모듈의 생산 단가도 줄일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발 명의 범위는 상기와 같은 특정 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
Claims (25)
- 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및상기 안테나 바디와 상기 신호 전송라인 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 적어도 하나의 멤스 스위치 모듈;을 포함하며,여기서, 상기 멤스 스위치 모듈은내부에 수용부가 형성된 기판; 상기 기판에 형성되며, 상기 안테나 바디와 상기 신호 전송라인 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 기판에 형성되며, 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단된 제2연결라인; 상기 수용부에 배치되며, 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 멤스 스위치; 및 상기 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 안테나 시스템.
- 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및상기 안테나 바디와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈;을 포함하며,여기서, 상기 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈은내부에 수용부가 형성된 기판; 상기 기판에 형성되며, 상기 안테나 바디와 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 기판에 형성되며, 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단된 제2연결라인; 상기 수용부에 배치되며, 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 주파수 변경용 멤스 스위치; 및 상기 주파수 변경용 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 주파수 변경용 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 안테나 바디의 신호 수신율을 검출하는 센서부; 및상기 센서부로부터 검출된 수신율에 따라 상기 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제2항에 있어서,상기 제2연결라인은 접지면에 접지되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 제2연결라인은 회로소자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 회로소자는,접지면에 전기적으로 연결된 커패시터인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 기판은,제1기판; 및상기 제1기판과 일정간격 이격되게 마련된 제2기판;을 포함하며,상기 제1 및 제2기판을 접합시킴과 아울러 상기 수용부를 밀폐시키는 접합층을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 주파수 변경용 멤스 스위치는,상기 기판에 지지되는 절연막;상기 절연막상에 마련되며, 상기 전원과 전기적으로 연결된 제1전극;상기 제1전극과 일정간격 이격되게 마련되며 상기 전원과 전기적으로 연결된 제2전극;상기 제1 및 제2전극의 사이에 개재되는 압전체; 및상기 절연막의 일단에 마련되며 상기 제1 및 제2연결라인과 선택적으로 접촉하는 접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
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- 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈이 구비되며, 공진 주파수에 대응하는 상기 안테나 바디의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 매칭부를 포함하여 구성되고,상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈은,내부에 수용부가 마련된 기판;상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결된 제1연결라인;상기 제1연결라인과 전기적으로 차단되게 마련된 제2연결라인;상기 제2연결라인과 전기적으로 연결된 회로소자;상기 수용부에 배치되며 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 임피던스 매칭용 멤스 스위치; 및상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제14항에 있어서,상기 기판은,일면에 상기 신호 전송라인이 패턴된 제1기판; 및상기 제1기판과 일정간격 이격되게 마련된 제2기판;을 포함하며,상기 제1 및 제2기판을 그 내부가 밀폐되도록 접합시키는 접합층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제15항에 있어서,상기 회로소자는 접지면과 전기적으로 연결된 커패시터인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제16항에 있어서,상기 제1 및 제2연결라인은, 상기 제1기판의 타면에 일정 간격 이격되게 형성되며,상기 커패시터는,상기 제2연결라인상에 형성된 유전층; 및상기 유전층상에 형성된 금속층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치는,상기 기판에 지지되는 절연막;상기 절연막상에 마련되며, 상기 전원과 전기적으로 연결된 제1전극;상기 제1전극과 일정간격 이격되게 마련되며 상기 전원과 전기적으로 연결된 제2전극;상기 제1 및 제2전극의 사이에 개재되는 압전체; 및상기 절연막의 일단에 마련되며 상기 제1 및 제2연결라인과 선택적으로 접촉하는 접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 제14항에 있어서,상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈은 복수 개로 구성되어 상기 신호 전송라인과 전기적으로 병렬연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
- 신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 신호를 송수신하는 공진 주파수 가변형 안테나;상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결되며 상기 공진 주파수 가변형 안테나의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈;상기 공진 주파수 가변형 안테나의 수신율을 검출하기 위한 센서부; 및상기 센서부에 의해 검출된 수신율에 따라 상기 공진 주파수 가변형 안테나를 제어하여 공진 주파수를 변경시킴과 아울러 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈을 제어하여 변경된 공진 주파수에 대응되는 상기 공진 주파수 가변형 안테나 모듈의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키는 제어부;를 포함하며,여기서, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈은,내부에 수용부가 마련된 기판; 상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단되게 마련된 제2연결라인; 상기 제2연결라인과 전기적으로 연결된 회로소자; 상기 수용부에 배치되며 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 임피던스 매칭용 멤스 스위치; 및 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 안테나 시스템.
- 전파를 송수신하기 위한 안테나 시스템을 구비한 전자기기에 있어서,상기 안테나 시스템은,신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및상기 안테나 바디와 상기 신호 전송라인 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 적어도 하나의 멤스 스위치 모듈;을 포함하며,여기서, 상기 멤스 스위치 모듈은내부에 수용부가 형성된 기판; 상기 기판에 형성되며, 상기 안테나 바디와 상기 신호 전송라인 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 기판에 형성되며, 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단된 제2연결라인; 상기 수용부에 배치되며, 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 멤스 스위치; 및 상기 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
- 전파를 송수신하기 위한 안테나 시스템을 구비한 전자기기에 있어서,상기 안테나 시스템은,신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 전파를 송수신하는 안테나 바디; 및상기 안테나 바디와 전기적으로 연결되어 상기 안테나 바디의 공진 주파수를 선택적으로 변경시키는 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈;을 포함하며,여기서, 상기 주파수 변경용 멤스 스위치 모듈은내부에 수용부가 형성된 기판; 상기 기판에 형성되며, 상기 안테나 바디와 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 기판에 형성되며, 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단된 제2연결라인; 상기 수용부에 배치되며, 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 주파수 변경용 멤스 스위치; 및 상기 주파수 변경용 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 주파수 변경용 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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- 전파를 송수신하기 위한 안테나 시스템을 구비한 전자기기에 있어서,상기 안테나 시스템은,신호 전송라인과 전기적으로 연결되어 신호를 송수신하는 공진 주파수 가변형 안테나;상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결되며 상기 공진 주파수 가변형 안테나의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈;상기 공진 주파수 가변형 안테나의 수신율을 검출하기 위한 센서부; 및상기 센서부에 의해 검출된 수신율에 따라 상기 공진 주파수 가변형 안테나를 제어하여 공진 주파수를 변경시킴과 아울러 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈을 제어하여 변경된 공진 주파수에 대응되는 상기 공진 주파수 가변형 안테나 모듈의 임피던스와 상기 신호 전송라인의 임피던스를 매칭시키는 제어부;를 포함며,여기서, 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치 모듈은,내부에 수용부가 마련된 기판; 상기 신호 전송라인과 전기적으로 연결된 제1연결라인; 상기 제1연결라인과 전기적으로 차단되게 마련된 제2연결라인; 상기 제2연결라인과 전기적으로 연결된 회로소자; 상기 수용부에 배치되며 상기 제1 및 제2연결라인을 선택적으로 전기적 연결시키는 임피던스 매칭용 멤스 스위치; 및 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치를 구동시키기 위해 상기 임피던스 매칭용 멤스 스위치에 선택적으로 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
- 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전자기기는 휴대 단말기, 휴대용 컴퓨터, 엠피 쓰리(MP3) 플레이어, 엠디(MD) 플레이어, 라디오, 오디오 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자기기.
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