KR101024351B1 - 내장형 안테나 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내장형 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세히는 복합구조의 도전성 금속체를 패턴이 형성된 모듈 회로기판과 결합하여 안테나의 송수신 효율을 높일 수 있는 내장형 안테나 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 기존 내장형 안테나에 포함된 유전체 대신 모듈 회로기판을 통해 내장형 안테나의 크기를 최대한 소형화할 수 있으며, 복합구조의 방사체를 통해 방사면적을 확장하고 상기 모듈 회로기판 상에 형성된 안테나 패턴을 상호 연결하여 안테나의 물리적 길이를 증가시킴으로써 안테나 이득 및 안테나 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

내장형 안테나 모듈{Internal antenna module}

본 발명은 내장형 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세히는 복합구조의 도전성 금속체를 패턴이 형성된 모듈 회로기판과 결합하여 안테나의 송수신 효율을 높일 수 있는 내장형 안테나 모듈에 관한 것이다.

이동통신망의 발전과 더불어 이에 따른 다양한 이동통신 표준 및 각 표준에 따른 대역을 수용하기 위한 이동통신 단말기의 발전이 지속적으로 진행되어 왔다. 상기 이동통신망은 상호 이질적인 서비스를 제공하는 통신망끼리 연결되어 통합 인프라망으로 진행되고 있는 추세이며, 이를 통해 단순 음성신호의 교환 뿐만 아니라 SMS 서비스, 멀티미디어 서비스 및 웹서비스까지 이르러 대용량 데이터 전송이 실시간으로 처리되는 통합 인프라망이 구축될 전망이다.

따라서, 상기와 같은 다양한 서비스를 제공하는 이동통신망에서 제공되는 각종 데이터를 송수신하기 위하여 상기 이동통신 단말기 또한 지속적인 발전을 거듭하고 있으며, 각종 통신망에서 제공하는 서비스를 안정적으로 수신하기 위하여 일차적으로 상기 이동통신 단말기의 안테나 구성이 매우 중요한 역할을 차지한다.

특히, 상기 안테나는 최근 상기 이동통신 단말기의 휴대성 및 심미성의 요구와 더불어, 기존 로드 안테나를 대신하여 상기 이동통신 단말기 내부에 실장되는 내장형 안테나로 대체되고 있으며 상기 로드 안테나만큼의 성능 보장을 위하여 다양한 형태의 안테나가 등장하고 있다.

기존의 상기 내장형 안테나는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 유전체(캐리어)(10)와, 상기 유전체(10) 상에 구현되는 안테나 패턴(20)으로 구성되고, 상기 유전체(10)는 플라스틱 구조물로 제조되며, 상기 안테나 패턴(20)은 도전성이 강한 금속으로 구성되며, 상기 안테나 패턴상에 상기 금속을 보호하기 위한 보호층이 형성된다.

이와 같은 상기 내장형 안테나는 유전체(10)의 커패시턴스를 이용하여 상기 안테나 패턴(20)의 안테나 길이를 증가시켜 안테나 방사 효율을 높이도록 할 수 있으나, 상기 안테나 패턴(20)만으로 구성된 안테나보다는 상대적으로 이득이 떨어진다.

그러나, 상기 안테나 패턴(20)만으로 내장형 안테나를 구성하기에는 외부환경적인 요소에 의한 신호 왜곡이나, 외부 주파수의 변화에 따른 정재파비가 떨어지거나 대역폭이 감소하는 등의 문제점이 있다.

또한, 최근 휴대 단말기 사용시 대역변화나 다중대역 활용을 위한 안테나 스위칭, 보상 등의 기능을 수행하는 기능성 안테나의 요구가 높아지고 있으나 이러한 구성을 위해서는 기판 구성과 안테나 설계가 모두 변경되어야 하므로 적용이 어렵고, 단말기 제조사와 안테나 제조사가 분리된 경우 적용이 복잡하다.

따라서, 상기와 같은 대역폭, 정재파비, 안테나 이득, 안테나 효율과 같은 요소를 가능한 범위내에서 안정적으로 충족시키면서, 내장형 안테나를 구성하기 위해 최근 중요하게 고려되고 있는 기능성 회로의 추가와 안테나 케이스의 소형화에 따른 내장형 안테나의 소형화를 동시에 만족시킬 수 있는 내장형 안테나의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 기존 내장형 안테나에 포함된 유전체를 대체하여 내장형 안테나의 크기를 최대한 소형화하고, 실질적인 방사를 수행하는 방사체의 방사면적을 크게 가져가도록 함으로써 안테나 성능의 향상과 크기의 소형화 문제를 동시에 해결할 수 있는 내장형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 기존 내장형 안테나의 공간에서 최대한의 방사체 면적을 확보할 수 있어 구성 편의성을 보장하는 동시에, 상기 공간의 활용성을 보장하여 다양한 복합기능(대역선택, 왜곡 보상, 매칭)과 같은 회로 구성까지 통합된 안테나 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

더하여, 본 발명은 방사체의 물리적 길이를 보완할 수 있는 안테나 패턴을 추가하여 안테나 이득을 증가시키고, 외부 환경에 따른 신호 왜곡에 대처하기 위한 부가기능을 추가 구성함으로써 환경적응적으로 안정적인 수신을 보장하는 내장형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단말기에 내장되는 내장형 안테나 모듈은, 안테나 패턴의 적어도 일부가 구성된 모듈 회로기판과, 상기 모듈 회로기판에 설치되어 상기 안테나 패턴과 연결되며 대역특성에 대응하여 절곡된 방사체를 포함하고, 상기 방사체는 길이방향에서 복수회 절곡된 상태로 상기 모듈 회로기판에 대하여 직립되어 기설정된 공간을 채우며 자체적으로 지지되는 안테나바디 와, 상기 안테나바디의 일부가 내부 공간으로 절곡되어 상기 기설정된 공간 내의 방사영역을 확장하는 방사영역확장부를 포함하며, 상기 모듈 회로기판에 구성되어 상기 안테나 패턴 및 방사체의 특성을 조절하는 회로를 더 포함한다.

이때, 상기 안테나바디 및 방사영역 확장부는 프레스 가공방식을 통해 전개된 도전 금속을 절곡하여 대역특성을 가지도록 할 수 있다.

또한, 상기 안테나바디 및 방사영역 확장부는 MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 통해 주물에 용융된 도전 금속을 주입하여 생성될 수 있다.

한편, 상기 안테나바디와 방사영역 확장부 및 안테나 패턴은 각각의 길이 또는 면적 조절을 통해 상기 대역특성이 결정될 수 있다.

더하여, 상기 모듈 회로기판은 상기 방사체의 일단이 삽입되는 홀이 형성되며, 상기 안테나 패턴은 상기 홀을 통해 상기 방사체와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 안테나 패턴은 상기 모듈 회로기판 상에서 복수로 구성되며 각각 상기 방사체와 연결되는 홀을 구비하고, 각 안테나 패턴이 상기 홀을 통해 상기 방사체와 독립적으로 연결될 수 있다.

이때, 상기 복수의 안테나 패턴 각각은 서로 다른 길이를 가질 수 있으며, 상기 모듈 회로기판의 일면에는 상기 복수의 안테나 패턴이 각각 연결되는 복수의 접점이 구비되며, 상기 회로는 상기 접점 중 하나에 전류를 인가하여 대역 특성을 가변할 수 있다.

더하여, 상기 모듈 회로기판의 일면에는 상기 복수의 안테나 패턴이 각각 연결되는 복수의 접점이 구비되며, 상기 회로는 휴대 단말기의 제어신호에 따라 각 접점을 선택적으로 스위칭하여 안테나 특성을 변경할 수 있다.

이외에도, 상기 회로는 상기 안테나 패턴 및 방사체의 신호 왜곡을 보상할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기존 내장형 안테나에 포함된 유전체 대신 모듈 회로기판을 통해 내장형 안테나의 크기를 최대한 소형화할 수 있으며, 복합구조의 방사체를 통해 방사면적을 확장하고 상기 모듈 회로기판 상에 형성된 안테나 패턴을 상호 연결하여 안테나의 물리적 길이를 증가시킴으로써 안테나 이득 및 안테나 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존 내장형 안테나에 밴드선택 회로를 용이하게 상기 모듈 회로기판에 구성하고, 상기 방사체에 연결되는 안테나 패턴을 서로 다른 길이를 가지도록 복수로 구성한 후 상기 안테나 패턴과 연결되는 접점을 상기 밴드선택 회로가 선태하도록 함으로써 외부의 환경변화에 따라 대역 특성을 가변하여 안테나 이득 및 효율을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

더하여, 본 발명은 기존 내장형 안테나의 공간에서 최대한의 방사체 면적을 확보할 수 있어 구성 편의성을 보장하는 동시에, 상기 공간의 활용성을 보장하여 상기 밴드선택 회로 뿐 아니라 다양한 복합기능(왜곡 보상, 매칭)을 가진 회로 구성까지 통합된 안테나 모듈을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이외에도, 본 발명은 프레스 가공을 통한 절곡 방식으로 구성된 절곡형 안테나 뿐 아니라 주물을 이용한 MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 통해 곡면형 안테나까지 정밀하고 신속하게 제공할 수 있으며, 유전체가 아닌 모듈 회로기판을 베이스로 하는 설계를 통해 제품 수율 및 제조비용 절감을 통해 제품 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 기존 내장형 안테나에 대한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈을 구성하는 방사체의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈을 구성하는 모듈 회로기판의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈을 구성하는 밴드선택 회로의 사시도.

본 발명은 기존 내장형 안테나에 포함된 유전체를 대체하여 방사체와 안테나 패턴이 형성된 모듈 회로기판을 결합하여 상기 방사체와 안테나 패턴을 통한 안테나의 물리적 길이 보상과 상기 모듈 회로기판에 형성될 수 있는 회로 구성을 통해 외부환경적 요인에 따라 발생할 수 있는 대역특성 변경에 적응적으로 대처할 수 있는 내장형 안테나 모듈을 제안한다.

이하, 상기 내장형 안테나 모듈을 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 상기 내장형 안테나 모듈의 전체 사시도로서, 도시된 바와 같이 안테나 패턴(210)이 형성된 모듈 회로기판(200)과, 상기 모듈 회로기판(200) 상에 직립되어 배치되며 자체적으로 복합구조를 가지는 방사체(100)로 구성되어 하나의 안테나 모듈을 구성한다. 이때, 상기 모듈 회로기판(200)은 PCB(Printed Circuit Board)로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내장형 안테나 모듈은 단말기의 회로기판 상에 부착되어 구성될 수도 있으며, 상기 방사체(100)는 상기 모듈 회로기판(200)과의 솔더링에 의해 상기 모듈 회로기판(200) 상에서 견고하게 지지될 수 있다. 또한, 상기 방사체(100)는 상기 모듈 회로기판(200)에 대한 직립 배치로 인해 휴대 단말기 사이의 공간이 보장되어 상기 방사체의 형상을 3차원적으로 자유로이 구성할 수 있다.

한편, 도 3은 상기 방사체(100)의 구성에 대한 실시예를 도시한 도면으로서, 상기 방사체(100)는 구체적으로 길이방향에서 복수회 절곡된 상태로 상기 모듈 회로기판(200)에 대하여 직립되어 기설정된 공간을 채우며 자체적으로 지지되는 안테나바디(110)와, 상기 안테나바디(110)의 일부가 내부 공간으로 절곡되어 상기 기설정된 공간 내의 방사영역을 확장하는 방사영역확장부(120)로 구성될 수 있다.

상기 방사체(100)는 수신 대역의 특성에 따라 상술한 바와 같이 안테나의 형상을 자유로이 구성할 수 있으며, 일실시예로 도시된 바와 같이 상기 안테나바디(110)는 모듈 회로기판(200)과 수직하여 직립되도록 구성하고, 상기 방사영역 확장부(120)는 상기 안테나바디(110)의 일부를 절곡하여 모듈 회로기판(200)과 수평하게 구성할 수 있다.

이를 통해, 상기 방사체(100)는 3차원적으로 대역에 최적화된 구성으로 제작될 수 있어, 기존 유전체 상에서 평면형태로 구성되는 기존 안테나 패턴의 구성한계를 극복함으로써 방사면적의 확장 및 안테나의 물리적 길이 보상을 통해 안테나 이득을 기존 내장형 안테나의 유전체 상에 구현된 안테나 패턴에 따른 구성보다 크게 증가시킬 수 있다.

더하여, 상기 방사체는 일반 프레스(PRESS) 가공 기술을 이용하여 방사체(100)를 전개시킨 후 결정된 절곡 형상에 대응하여 상기 방사체(100)를 절곡하여 제작될 수 있으며, 결정된 방사체(100)의 절곡 형상 또는 곡면형상에 대한 주물을 제조한 후 MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 이용하여 상기 주물에 용융된 도전 금속을 주입하는 방식으로 제작될 수도 있다.

또한, 도 4는 상기 모듈 회로기판(200)의 구성에 대한 실시예를 도시한 도면으로서, 대역 특성에 따라 상기 모듈 회로기판(200) 상에 안테나 패턴(210)이 형성될 수 있다.

상기 안테나 패턴(210)은 상기 모듈 회로기판(200) 상에 상기 방사체(100) 또는 상기 안테나바디(110)가 결합되는 홀(Hole)(220)로부터 연장되어 형성될 수 있으며, 상기 방사체(100) 또는 상기 안테나바디(110)가 상기 모듈 회로기판(200)과 결합되는 경우 상기 안테나 패턴(210)은 상기 방사체(100) 또는 상기 안테나 바디(110)의 안테나 길이를 보상할 수 있다.

이와 같은 안테나 패턴의 구성은 저주파 대역의 최적화된 안테나 길이를 상기 방사체(100) 또는 상기 안테나바디(110) 만으로 커버할 수 없을 경우 유용하게 사용될 수 있으며, 더불어 상기 방사체(100) 또는 상기 안테나바디(110)의 안테나 길이를 상기 안테나 패턴(210)이 일부 보상하기 때문에 상기 방사체(100)의 구성 자율성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 모듈 회로기판(200) 상에 형성되는 안테나 패턴(210)은 서로 다른 안테나 길이를 가진 복수의 안테나 패턴(210)이 서로 격리되어 구성될 수 있다. 따라서, 격리된 복수의 안테나 패턴(210)의 상호 상이한 안테나 길이에 따라 수신대역 특성이 가변될 수 있다.

이와 같은 상이한 길이를 가지는 복수의 안테나 패턴(210)에 따라 수신대역 특성을 가변시키기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 상기 모듈 회로기판(200)에 밴드선택 회로(300)를 부가할 수 있다. 이때, 상기 밴드선택 회로(300)는 모듈 회로기판(200)의 안테나 패턴(210)이 형성된 면과 반대면에 구성하는 것이 바람직하다.

따라서, 도시된 바와 같이 상기 모듈 회로기판(200)의 하면에는 상기 밴드선택 회로(300)와 복수의 안테나 패턴(210) 각각에 연결된 복수의 서로 다른 접점(230)이 형성될 수 있으며, 상기 밴드선택 회로(300)는 상기 접점(230)을 선택하여 전류를 인가할 수 있다.

이와 같이 상기 모듈 회로기판(200)의 하면에 구성되는 밴드선택 회로(300)는 기존 유전체로 구성된 내장형 안테나에 구성할 경우 유전체가 부착되는 면적과 별도로 구성되어 상기 모듈 회로기판(200)의 회로 구성 자율성을 제한시켜 설계가 복잡해지며, 유전체의 내부에 구성할 경우 안테나 특성이 낮아지는 문제점이 있어 기존 유전체로 구성된 내장형 안테나에 구성하기 어렵다. 따라서, 상술한 바와 같이 상기 밴드선택 회로(300)를 내장형 안테나 모듈에 직접 내장 적용하는 구성은 본 발명의 고유한 구성이다.

상기한 밴드선택 회로(300)는 서로 이격된 복수의 접점(230)을 통해 복수의 안테나 패턴(210) 각각을 제어하며, 상기 홀(220)을 통해 연결된 안테나 패턴(210)과 방사체(100)는 상기 밴드선택 회로(300)의 전류 인가에 따라 서로 다른 안테나 길이를 가지게 되므로, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 상기 밴드선택 회로(300)에 의해 대역특성이 가변되는 다중 안테나로서 동작할 수 있으며, 필요시 각각의 매칭 구성도 내장할 수 있다.

또한, 상술한 밴드선택 또는 매칭 회로 이외에도, 왜곡 보상을 위한 회로도 구성할 수 있어 유전체를 대체한 모듈 회로기판(200)을 통해 부가기능 추가에 대한 활용성을 극대화 시킬 수 있다. 따라서, 단말기에서는 제어신호만 연결되면 복합기능의 안테나를 복잡한 RF 설계 없이 채택할 수 있게 된다.

100: 방사체 110: 안테나바디
120: 방사영역확장부 200: 모듈 회로기판
210: 안테나 패턴 220: 홀
230: 접점 300: 밴드선택 회로

Claims (10)

1. 단말기에 내장되는 내장형 안테나 모듈에 있어서,
   안테나 패턴의 적어도 일부가 구성된 모듈 회로기판; 및
   상기 모듈 회로기판에 설치되어 상기 안테나 패턴과 연결되며, 대역특성에 대응하여 절곡된 방사체를 포함하고,
   상기 방사체는
   길이방향에서 복수회 절곡된 상태로 상기 모듈 회로기판에 대하여 직립되어 기설정된 공간을 채우며 자체적으로 지지되는 안테나바디; 및
   상기 안테나바디의 일부가 내부 공간으로 절곡되어, 상기 기설정된 공간 내의 방사영역을 확장하는 방사영역확장부를 포함하며,
   상기 모듈 회로기판의 상기 안테나 패턴이 형성된 면의 반대면에 배치되어 상기 안테나 패턴 및 방사체의 특성을 조절하는 회로
   를 더 포함하는 내장형 안테나 모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 안테나바디 및 방사영역 확장부는 프레스 가공방식을 통해 전개된 도전 금속을 절곡하여 대역특성을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 수직 방사체를 가진 내장형 안테나 모듈.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 안테나바디 및 방사영역 확장부는 MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 통해 주물에 용융된 도전 금속을 주입하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수직 방사체를 가진 내장형 안테나 모듈.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 안테나바디와 방사영역 확장부 및 안테나 패턴은 각각의 길이 또는 면적 조절을 통해 상기 대역특성이 결정되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 모듈 회로기판은 상기 방사체의 일단이 삽입되는 홀이 형성되며,
   상기 안테나 패턴은 상기 홀을 통해 상기 방사체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 안테나 패턴은 상기 모듈 회로기판 상에서 복수로 구성되며 각각 상기 방사체와 연결되는 홀을 구비하고,
   각 안테나 패턴이 상기 홀을 통해 상기 방사체와 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 복수의 안테나 패턴 각각은 서로 다른 길이를 가진 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 모듈 회로기판의 일면에는 상기 복수의 안테나 패턴이 각각 연결되는 복수의 접점이 구비되며,
   상기 회로는 상기 접점 중 하나에 전류를 인가하여 대역 특성을 가변하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
   
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 모듈 회로기판의 일면에는 상기 복수의 안테나 패턴이 각각 연결되는 복수의 접점이 구비되며,
   상기 회로는 휴대 단말기의 제어신호에 따라 각 접점을 선택적으로 스위칭하여 안테나 특성을 변경하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 회로는 상기 안테나 패턴 및 방사체의 신호 왜곡을 보상하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈
    
    
    

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