KR101030148B1 - 내장형 안테나 모듈 - Google Patents

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Abstract

단말기에 내장되어 단말기의 소형화 및 슬림화를 도모하도록 하기 위해 FM 주파수와 블루투스 주파수를 수신할 수 있도록 하는 내장형 안테나 모듈이 제시된다. 제시된 내장형 안테나 모듈은 제1방사체패턴 및 커플링패턴이 형성된 다면체의 칩 안테나; 제1방사체패턴과 접속되는 제1도전성패드와, 칩 안테나의 커플링패턴과 접속되는 제2도전성패드, 및 제1방사체패턴과 접속되는 제2방사체패턴이 형성된 연성회로기판; 및 제2도전성패드와 그라운드 사이에 형성되되, 칩 안테나 및 연성회로기판을 통해 수신받은 제1주파수대역의 신호 및 제2주파수대역의 신호 중에서 어느 한 주파수대역의 신호가 그라운드로 통과되는 것을 차단하는 신호 스위칭부를 포함한다.

Description

내장형 안테나 모듈{Internal antenna module}
본 발명은 내장형 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단말기에 내장되는 내장형 안테나 모듈에 관한 것이다.
이동 통신 단말기의 보급을 통해 언제 어디서나 전화를 걸고 받을 수 있게 되었으며, 이를 통해 실생활 전반에 혁신적인 변화가 있게 되었다. 그리고, 이동 통신 단말기를 항상 휴대하는 사용자가 많아지면서 다양한 기능들이 부가되어 실생활에 도움을 주고 있다. 이러한 이동 통신 단말기의 다양한 기능들 중에서 급격한 진보를 보이고 있는 부분이 멀티미디어에 관련된 부분들로, 현재 다양한 멀티미디어 파일들을 생성 및 재생할 수 있는 기능들이 추가된 이동 통신 단말기들이 쏟아져나오고 있다.
즉, 이제 이동 통신 단말기는 더 이상 음성 통화만을 위한 기기가 아니라 다양한 사용자 편의 기능과 엔터테인먼트 기능을 갖는 복합된 통합 휴대 기기로 취급되고 있다. 하나의 단말기를 통해 영화를 보고, 음악을 듣고, 통신하다가 필요 시 음성 통화도 하는 등, 사용자가 이동 통신 단말기를 휴대하고 사용하는 시간은 점차 늘어만 가고 있다.
한편, 사용자가 이동 통신 단말기를 이용하여 영화를 보거나 음악을 청취하고자 하는 경우 영화 또는 음악 콘텐츠를 일일이 다운받아 사용하여야 하며, 그에 따른 소정의 추가적인 비용이 발생하게 된다. 반면에, FM 라디오 방송의 경우 사용자가 새로운 내용을 즐기기 위해 콘텐츠를 일일이 다운로드 하지 않아도 되고, 추가적인 비용이 발생하지 않기 때문에 새로운 내용의 방송 콘텐츠를 부담없이 즐길 수가 있다. 이러한 이유로, FM 라디오 수신 기능을 탑재한 이동 통신 단말기가 요구되고 있는 실정이다.
하지만, FM을 수신하는 안테나의 경우 대략 87.5 ~ 108MHz의 저주파 대역에서 공진해야하기 때문에 안테나의 방사라인이 길게 형성해 주어야만 하고 되고, 그로 인해 안테나의 물리적인 크기가 커질 수밖에 없었다. 따라서, 최근 들어 소형화되고 슬림화되는 이동 통신 단말기에 적합한 소형화된 내장형 안테나 구현하기가 쉽지 않았다(안테나의 물리적인 크기는 사용하려는 주파수가 낮을수록, 즉 파장이 길어질수록 커지게 된다).
전술한 종래의 문제점을 극복하기 위해 고유전율의 유전체를 이용하여 안테나의 크기를 소형화하는 경우가 있었다. 하지만, 고유전율의 유전체를 이용하여 저주파 대역용 내장형 안테나 모듈을 구현하는 경우, 안테나를 제조하는데 드는 원가가 상승할 뿐만 아니라, 저주파대역에서 주파수 대역폭이 좁아지는 문제가 발생하여 원하는 방사 이득 특성을 갖는 저주파 대역용 내장형 안테나 모듈을 구현하지 못하였다.
또한, 전술한 종래의 문제점을 극복하기 위해, 대부분의 사용자가 FM 라디오 방송을 이어폰으로 청취한다는 것에 착안하여 이어폰을 이용해 FM 라디오 수신용 안테나로 사용하는 경우가 있었다. 하지만, 이 경우 이어폰(헤드 셋, 이어 마이크)을 제거하는 경우 FM 라디오 수신 효율이 극히 낮아지게 되는 치명적인 문제점이 발생한다. 예컨대, FM 라디오 방송을 단말기에 내장된 스피커로 출력하는 경우나 외부 스피커를 이어폰용 잭에 연결하는 경우(연결부 길이가 FM 수신기용 안테나 기능을 하지만 길이가 맞지 않고 증폭부 등과 간섭이 발생할 수 있음)에는 FM 수신 성능이 현저히 낮아져 정상적인 FM 라디오 청취가 어렵게 된다. 또한, 최근 들어 많이 보급되는 블루투스 기능을 갖는 이동 통신 단말기의 경우에는, 무선 이어폰을 통해 단말기에서 출력되는 음성신호를 수신하기 때문에 이어폰용 잭을 통해 이어폰의 선을 안테나로 사용하는 방식을 적용할 수가 없는 문제가 발생하게 된다. 그리고, 블루투스 기능이 없는 이동 통신 단말기의 경우라 하더라도 FM 라디오를 수신하기 위해서는 반드시 이어폰을 단말기에 연결해야만 하는 단점이 있었다.
상기한 바와 같은 문제점으로 인해, 이동 통신 단말기에 적용되어 단말기의 소형화 및 슬림화를 도모할 수 있으며 높은 레벨의 신호강도(RSSI; Received Signal Strength Indecation)로 FM 라디오 수신이 가능한 저주파 대역용 내장형 안테나 모듈이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 최근에는 블루투스 장치의 사용량이 증가하고 있는 추세이다. 따라서, 이동 통신 단말기는 블루투스 장치와의 통신을 위한 블루투스 주파수 대역의 신호를 수신하는 별도의 블루투스 안테나가 실장된다. 그리하면, 저주파 대역용 내장형 안테나 모듈 및 블루투스 안테나 모듈을 각각 설치해야 하기 때문에 최근 추세인 이동 통신 단말기의 소형화 및 슬림화가 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점으로 인해, 이동 통신 단말기에 적용되어 FM 주파수 대역의 신호 및 블루투스 주파수 대역의 신호를 모두 수신할 수 있는 내장형 안테나 모듈이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 그 목적은 단말기에 내장되어 단말기의 소형화 및 슬림화를 도모하도록 하기 위해 FM 주파수와 블루투스 주파수를 수신할 수 있도록 하는 내장형 안테나 모듈을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은, 제1방사체패턴 및 커플링패턴이 형성된 다면체의 칩 안테나; 제1방사체패턴과 접속되는 제1도전성패드와, 칩 안테나의 커플링패턴과 접속되는 제2도전성패드, 및 제1방사체패턴과 접속되는 제2방사체패턴이 형성된 연성회로기판; 및 제2도전성패드와 그라운드 사이에 형성되되, 칩 안테나 및 연성회로기판을 통해 수신받은 제1주파수대역의 신호 및 제2주파수대역의 신호 중에서 어느 한 주파수대역의 신호가 그라운드로 통과되는 것을 차단하는 신호 스위칭부를 포함한다.
신호 스위칭부는, 제2주파수대역의 신호가 그라운드로 통과되는 것을 차단하여 제2주파수대역의 신호를 블루투스 신호처리 모듈로 전송한다.
수신 스위칭부는, 블루투스 주파수대역의 신호가 그라운드로 통과되는 것을 차단하는 인덕터로 구성된다.
제2주파수대역의 신호는 블루투스 주파수대역의 신호이다.
제1주파수대역의 신호는 FM 주파수 대역의 신호이다.
제1주파수대역의 신호에서 고주파 성분을 제거하는 필터부를 더 포함한다.
필터부에서 고주파 성분이 제거된 수신 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부를 더 포함한다.
다르게는, 제1방사체패턴 및 커플링패턴이 형성된 다면체의 칩 안테나; 제1방사체패턴과 접속되는 제1도전성패드와, 칩 안테나의 커플링패턴과 접속되는 제2도전성패드, 및 제1방사체패턴과 접속되는 제2방사체패턴이 형성된 연성회로기판; 및 칩 안테나 및 연성회로기판을 통해 수신되는 제1주파수대역의 신호 및 제2주파수대역의 신호를 분기시키는 신호 분기부를 포함한다.
신호 분기부는, 제1주파수대역의 신호를 FM 신호처리 모듈로 분기시키고, 제2주파수대역의 신호를 블루투스 신호처리 모듈로 분기시킨다.
신호 분기부에서 분기된 제1주파수 대역의 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부를 더 포함한다.
제1주파수대역의 신호는 FM 주파수 대역의 신호이고, 제2주파수대역의 신호는 블루투스 주파수 대역의 신호이다.
신호 분기부는, FM 대역의 신호를 FM 신호처리 모듈로 분기하고, 블루투스 주파수대역의 신호를 블루투스 신호처리 모듈로 분기시키는 다이플렉서로 구성된다.
다르게는, 제1방사체패턴 및 커플링패턴이 형성된 다면체 블록의 칩 안테나; 및 제1방사체패턴과 접속되는 제1도전성패드와, 칩 안테나의 커플링패턴과 접속되 는 제2도전성패드, 및 제1방사체패턴과 접속되는 제2방사체패턴이 형성된 연성회로기판을 구비하되, 제1도전성패드는 FM 신호처리 모듈 및 블루투스 신호처리 모듈과 전기적으로 연결되고, 칩 안테나 및 연성회로기판을 통해 수신되는 수신 신호를 FM 신호처리 모듈 및 블루투스 신호처리 모듈로 전송한다.
FM 신호처리 모듈로 전송되는 수신 신호의 고주파 성분을 제거하는 필터부를 더 포함한다.
필터부에서 고주파 성분이 제거된 수신 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 FM 주파수와 블루투스 주파수를 동시에 수신함으로써, 별도의 블루투스용 안테나를 필요로 하지 않고, 그에 따라 이동 통신 단말기에 적용되어 단말기의 소형화 및 슬림화를 도모하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 높은 레벨의 신호강도(RSSI)로 FM 라디오 수신이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈을 메인 인쇄회로기판에 실장할 때 공간상의 부담이 줄어들어 공간 활용도를 증가시킬 수 있게 되고 단말기 내부의 부품 설치 구조에 대한 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 FM 라디오 수신을 위해 이어폰 등과 같은 별도의 수단이 추가로 필요하지 않아서 그 구성이 간단해진다. 이에, 블루투스 이동 통신 단말기의 경우, 무선 이어폰을 사용한다 해도 별다른 FM 라디오 방송 수신율의 저하 없이 일정한 수신품질을 유지할 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 공통으로 적용되는 칩 안테나 및 연성회로기판을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내장형 안테나 모듈에 적용되는 칩 안테나를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 칩 안테나의 방사체 패턴 및 커플링 패턴의 구조를 설명하기 위한 전개도이다.
칩 안테나(100)는 자성체의 다면체 블록(110), 다면체 블록(110)의 외측면을 따라 권선 형태로 형성된 제1방사체패턴(120), 제1방사체패턴(120)과 소정거리 이격되어 형성된 커플링패턴(125)을 구비한다.
다면체 블록(110)은 자성체의 자성체 재료로 구성될 수 있다. 자성체(Magneto-dielectric)란 자성을 띠는 것이 가능한 물질을 말하며, 산화철, 산화크롬, 코발트, 페라이트 등이 있다.
Figure 112009019847855-pat00001
수학식 1은 안테나 사이즈가 변하지 않을 때, 투자율과 유전율 사이의 비가 증가함에 따라 안테나의 대역폭(BW)이 증가함을 나타내는 식이다. 여기서, λ0 는 파장이고, μr은 투자율이며, εr은 유전율이고, t는 안테나의 두께이다. 일반적으로, 안테나에 적용되는 고유전율의 유전체의 경우 투자율이 유전율보다 작다. 하지만, 투자율이 유전율보다 큰 자성체(본 발명의 실시예에서 적용된 자성체의 투자율은 약 18이며, 유전율은 약 10이다.)를 이용할 경우 수학식 1에 근거하여 동일한 안테나 사이즈에서 고유전율의 유전체를 사용하였을 때보다 넓은 대역폭을 구현할 수가 있게 된다. 따라서, 소형화를 위해 고유전율의 유전체 블록을 이용하여 저주파 대역용 안테나를 구현할 경우 대역폭이 좁아지는 현상을 자성체의 저유전율과 투자율을 이용하여 극복해 줌으로써, 대역폭은 유지하면서 안테나의 소형화가 가능하게 된다. 한편, 본 발명에 적용되는 다면체 블록(110)은 각기 다른 투자율 및 유전율을 갖으므로 구현하고자 하는 공진 주파수에 따라 취사선택 할 수 있음은 물론이다. 또한, 다면체 블록(110)의 크기 및 모양은 구현하고자 하는 주파수대역에 따라 달라질 수 있다.
도 2를 참조하여 다면체 블록에 형성된 제1방사체패턴 및 커플링패턴에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 이해를 돕기 위해서 다면체 블록(110)에 형성된 도체패턴을 제1방사체패턴(120)이라 칭하고, 도 3에서 후술되는 연성회로기판(300)에 형성된 도체패턴은 제2방사체패턴(330)이라 칭하기로 한다.
다면체 블록(110)의 일측면(110a)에 형성된 I1에서 Ik까지의 제1방사체패턴(120)은 다면체 블록(110)의 하면(110b)에 형성된 I1에서 Ik까지의 제1방사체패턴(120)과 각각 연결된다. 도 2에서는, 일측면(110a)에 형성된 제1방사체패턴(120) I1~Ik와 하면(110b)에 형성된 제1방사체패턴(120) I1~Ik가 별개인 것처럼 도시되어 있으나, 도 2를 도 1의 상태로 구현하면, 제1방사체패턴(120)은 다면체 블록(110)의 하면(110b)의 일측에서 시작하여 다면체 블록(110)의 외부면을 따라 권선 형태로 형성되어 하나의 방사라인이 형성된다. 제1방사체패턴(120)의 길이 및 선 폭, 제1방사체패턴(120) 간 간격은 구현하고자 하는 공진주파수에 따라 달라질 수 있다.
다면체 블록(110)의 하면(110b)에는 커플링패턴(125)이 제1방사체패턴(120)과 소정거리 이격되어 독립적으로 형성된다. 커플링패턴(125)은 제1방사체패턴(120)으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링하여 안테나의 대역폭을 넓혀준다. 본 발명의 실시예에서는 FM 라디오 주파수 대역(87.5 ~ 108MHz)에서 공진 하기 위하여 다면체 블록(110)의 하면(110b)에 하나의 커플링패턴(125)이 형성된다. 도 2에는 커플링패턴(125)이 하나만 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 커플링을 일으키는 커플링패턴(125)의 개수는 구현하고자 하는 주파수 대역 및 대역폭에 따라 달라질 수 있으며, 커플링패턴(125)의 개수를 증감시켜 구현하고자하는 공진 주파수 및 대역폭을 조절할 수가 있다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 도 1의 칩 안테나에 전기적으로 연결되는 연성회로기판의 구조를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 1의 칩 안테나가 도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 연성회로기판상에 실장된 모습을 설명하기 위한 평면도이다.
먼저, 도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하여 본 발명에 적용되는 연성회로기판(300)의 구조를 설명하기로 한다.
칩 안테나(100)는 연성회로기판(300)의 어느 일면(예컨대, 연성회로기판(300)의 상면)에 실장된다.
연성회로기판(300)에는 제1도전성패드(310), 제2도전성패드(320), 및 제2방사체 패턴(330)이 구비된다.
제1도전성패드(310)는 급전 패드로 사용되며, 다면체 블록(110)의 하 면(110b) 일측 끝단에 형성된 제1방사체패턴(120;I1)과 솔더링(Soldering)되어 전기적으로 연결된다.
제2도전성패드(320)는 접지 패드로 사용된다. 제2도전성패드(320)는 다면체 블록(110)의 하면(110b)에 형성된 커플링패턴(125)과 솔더링되어 전기적으로 연결된다.
제2방사체패턴(330)은 다면체 블록(110)의 하면(110b) 타측 끝단에 형성된 제1방사체패턴(120;Ik +1)과 솔더링되어 전기적으로 접속된다. 이를 위해 제2방사체패턴(330)은 제1방사체패턴(120;Ik +1)과 접속되는 접속부와 그 접속부에 연장되어 연성회로기판(300)에서 다면체 블록(110)이 실장된 영역의 외부에 형성되는 방사부를 구비한다. 여기서, 상기한 접속부와 방사부는 도 3에 도시된 절곡부(335)를 기준으로 구분될 수 있다. 즉, 제2방사체패턴(330)에서 절곡부(335)를 기준으로 제1방사체패턴(120;Ik +1)과 솔더링되는 부분이 접속부에 해당되고, 그 접속부에 연장되어 연성회로기판(300)에서 다면체 블록(110)이 실장된 영역의 외부에 형성되는 부분이 방사부에 해당된다. 이는 이하에서 설명되는 도면에서도 마찬가지로 적용된다.
제2방사체패턴(330)이 다면체 블록(110)의 하면(110b) 타측 끝단에 형성된 제1방사체패턴(120;Ik +1)과 전기적으로 접속되면 제1방사체패턴(120)과 연성회로기판(300)에 형성된 제2방사체패턴(330)은 하나의 방사라인을 형성한다(도 4 참조).
이하에서는, 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 도 7은 도 5의 신호 스위칭부를 설명하기 위한 도면이고, 도 8 내지 도 10은 도 5의 필터부 및 저잡음 증폭부를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 제1실시예 따른 내장형 안테나 모듈의 칩 안테나 및 연성회로기판은 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 칩 안테나 및 연성회로기판과 동일하므로 설명을 생략하며, 동일한 참조부호를 부가하기로 한다. 또한, FM 신호처리 모듈 및 블루투스 신호처리 모듈은 당업자가 공지의 기술을 이용하여 용이하게 구현할 수 있는 기술적 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 내장형 안테나 모듈은 칩 안테나(100), 연성회로기판(300), 신호 스위칭부(400), 필터부(450), 저잡음 증폭부(500)를 구비한다.
신호 스위칭부(400)는 일측이 제2도전성패드(320)와 연결되고 타측이 GND(그라운드)와 연결된다. 즉, 신호 스위칭부(400)는 일측이 연성회로기판(300)의 제2도전성패드(320)와 솔더링되어 전기적으로 연결되고, 타측이 GND(그라운드)와 솔더링되어 전기적으로 연결된다. 여기서, 신호 스위칭부(400)는 FM 주파수 대역의 수신 신호를 통과시키고, 블루투스 대역의 수신 신호를 저지시키는 인덕터로 구성된다. 이는, 통과하는 주파수가 상승하면 임피던스가 상승하여 로우패스 필터로 동작하 고, 통과하는 주파수가 하강하면 임피던스가 하강하여 하이패스 필터로 동작하는 인덕터의 특성을 이용하여 FM 주파수 대역의 수신 신호와 블루투스 대역의 수신 신호를 분리하기 위함이다. 이때, 신호 스위칭부(400)로 구성되는 인덕터는 FM 주파수 대역(대략 87.5 ~ 108㎒ 정도)의 수신 신호를 통과시키고, 블루투스 대역(대략 2.45㎓ 정도)의 수신 신호를 저지시키는 대략 22nH 정도가 사용된다.
신호 스위칭부(400)는 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 수신받은 수신 신호의 주파수에 근거하여 GND(그라운드)와의 연결을 차단한다. 이때, 신호 스위칭부(400)는 수신 신호의 주파수가 저주파이면 GND(그라운드)와의 연결을 유지하고, 수신 신호의 주파수가 고주파이면 수신 신호를 블루투스 신호처리 모듈(700)로 전송하기 위해 GND(그라운드)와의 연결을 차단한다. 즉, 신호 스위칭부(400)는 저주파인 FM 주파수 대역의 수신 신호를 수신하면 GND(그라운드)와의 연결을 유지하여 선로의 역할을 한다. 신호 스위칭부(400)는 고주파인 블루투스 주파수 대역의 수신 신호를 수신하면 GND(그라운드)와의 연결을 차단하여 해당 수신 신호가 GND(그라운드)로 전송되는 것을 차단한다.
22nH의 인덕터로 구성된 신호 스위칭부(400)를 더욱 상세하게 설명하면, 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 저주파인 FM 주파수 대역의 수신 신호가 수신되면, 인덕터는 접속부와 GND(그라운드)의 연결상태를 유지하여 해당 수신 신호를 GND(그라운드)로 통과시키는 선로의 역할을 하게 된다. 그에 따라, 제2도전성패드(320)는 접지의 역할을 하게 되고, 내장형 안테나 모듈은 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 구성으로 동작하게 된다.
칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 고주파인 블루투스 주파수 대역의 수신 신호가 수신되면, 인덕터는 차단(open) 되어 해당 수신 신호가 GND(그라운드)로 전송되는 것을 차단한다. 그에 따라, 내장형 안테나 모듈은 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 인덕터 및 (GND)를 포함하지 않는 회로의 구성으로 동작하여 모노폴(mono pole) 안테나로 동작하게 된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2도전성패드(320)와 제2방사체패턴(330)의 방사부가 일정 거리 이격되어 커플링이 발생하게 되고, 방사부는 블루투스 주파수 대역에서 λ/4의 공진선로의 역할을 하게 되어 블루투스 안테나로 동작하게 된다.
한편, 신호 스위칭부(400)에서 저지된 블루투스 주파수 대역의 수신 신호는 블루투스 신호처리 모듈(700)로 입력된다.
필터부(450)는 연성회로기판(300)상에 구비되고, 일측이 제1도전성패드(310)를 통해 다면체 블록(110)에 형성된 제1방사체패턴(120)과 전기적으로 연결되고, 타측이 저잡음 증폭부(500)와 전기적으로 연결된다. 이에 필터부(450)는 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 수신받은 수신 신호에서 고주파 성분을 제거한다. 블루투스의 경우 단말기와 블루투스 장치 사이의 통신을 위해 단말기와 블루투스 장치에서 주기적으로 블루투스 주파수 대역의 송신 신호를 발생한다. 그로 인해, FM 주파수 대역의 수신 신호는 블루투스 주파수 대역의 송신 신호로 인한 신호 간섭이 발생할 수도 있다. 필터부(450)는 블루투스 주파수 대역의 송신 신호로 인해 수신 신호에 발생하는 신호 간섭을 방지하기 위해 고주파 성분을 제거한다.
저잡음 증폭부(500)는 연성회로기판(300)상에 구비되고, 필터부(450)와 전기적으로 연결된다. 이에 저잡음 증폭부(500)는 필터부(450)에서 고주파 성분이 제거된 수신 신호(즉, 블루투스 주파수 대역의 송신 신호에 의한 신호 간섭이 제거된 FM 주파수 대역의 수신 신호)를 증폭시켜 높은 레벨의 신호강도(RSSI)로 FM 라디오 수신이 가능하게 한다. 저잡음 증폭부(500)는 입력되는 수신 신호를 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 설계된다. 저잡음 증폭부(500)를 거쳐 증폭된 수신 신호는 일반적으로 FM 신호처리 모듈(600)로 입력된다.
본 발명에 적용되는 저잡음 증폭부(500)는 당업자가 공지의 기술을 이용하여 용이하게 구현할 수 있는 기술적 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상술한 필터부(450) 및 저잡음 증폭부(500)는 연성회로기판(300)에 구비될 때, 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 칩 안테나(100)와 동일 평면상의 별도의 영역에 구비될 수도 있고, 도 10에 도시한 것처럼, 칩 안테나(100)가 실장된 연성회로기판(300)상의 일면에 반대되는 타면(도 10의 'A'영역)에 구비될 수도 있다. 물론, 필터부(450) 및 저잡음 증폭부(500)는 서로 다른 일면에 구비될 수도 있다. 이 경우 추후 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈이 메인 인쇄회로기판(도시생략)에 실장될 때 공간상의 부담이 줄어들게 되고 공간 활용도를 증가시킬 수 있어 단말기 내부의 부품 설치 구조에 대한 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 11을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 모듈의 주파수 대역을 나타내는 도표이다.
도 11에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 사용한 경우, 제1도전성패드(310) 및 제2도전성패드(320)에서 수신되는 수신 신호의 주파수와 수신 신호의 신호 간섭을 나타내는 도표이다. 이때, "A"는 제1도전성패드(310)에서 수신되는 수신 신호의 주파수이고, "B"는 제2도전성패드(320)를 통해 수신되는 수신 신호의 주파수이다. 또한, "C"는 제2도전성패드(320)에서 수신된 수신 신호가 제1도전성패드(310)로 넘어가는 크기(즉, 신호 간섭의 크기)이다.
제1도전성패드(310)에서 수신되는 수신 신호의 주파수(즉, 도 11의 "A")를 보면, 공진주파수 대역이 대략 87.5㎒~108㎒ 정도에서 형성되는 것을 볼 수 있다. 즉, 연성회로기판(300)에 형성된 방사부와 칩 안테나(100)에 형성된 제1방사체패턴(120)이 하나의 방사라인을 형성하여 저주파 대역(즉, FM 주파수 대역(87.5㎒~108㎒))의 수신 신호를 수신하게 된다.
또한, 제2도전성패드(320)에서 수신되는 수신 신호의 주파수(즉, 도 11의 "B")를 보면, 공진주파수 대역이 대략 2.4㎓ 정도에서 형성되는 것을 볼 수 있다. 즉, 제2도전성패드(320)는 방사부와 이격되어 커플링이 발생하게 되고, 방사부는 블루투스 대역에서 λ/4의 공진선로의 역할을 하게 된다. 따라서, 내장형 안테나 모듈은 커플링을 이용한 모노폴(monopole) 안테나로 동작하게 되어 블루투스 대역의 주파수를 갖는 수신 신호를 수신하게 된다.
이때, 신호 간섭의 크기(즉, 도 11의 "C")보면, 제2도전성패드(320)에서 수신된 수신 신호가 제1도전성패드(310)을 통해 수신되는 수신 신호에 미치는 신호 간섭이 미약함을 알 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 제2실시예 따른 내장형 안테나 모듈의 칩 안테나 및 연성회로기판은 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 칩 안테나 및 연성회로기판과 동일하므로 설명을 생략하며, 동일한 참조부호를 부가하기로 한다. 또한, FM 신호처리 모듈 및 블루투스 신호처리 모듈은 당업자가 공지의 기술을 이용하여 용이하게 구현할 수 있는 기술적 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 내장형 안테나 모듈은 칩 안테나(100), 연성회로기판(300), 신호 분기부(800), 저잡음 증폭부(500)를 구비한다.
신호 분기부(800)는 일측이 연성회로기판(300)의 제1도전성패드(310)와 전기적으로 연결되고, 타측이 저잡음 증폭부(500) 및 블루투스 신호처리 모듈(700)과 전기적으로 연결된다. 이때, 신호 분기부(800)는 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 수신 신호의 주파수에 근거하여 수신 신호를 분기시키는 다이플렉 서(diplexer)로 구성된다. 여기서, 다이플렉서는 로우패스필터(LPF)와 하이패스필터(HPF)를 구비하며, 수신 신호의 주파수에 근거하여 저주파 및 고주파의 수신 신호를 서로 다른 경로로 분기시킨다.
신호 분기부(800)는 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 수신되는 수신 신호의 주파수에 근거하여 수신 신호를 분기시킨다. 즉, 신호 분기부(800)는 수신 신호의 주파수에 근거하여 해당 수신 신호를 저잡음 증폭부(500)를 통해 FM 신호처리 모듈(600)로 분기시키거나, 블루투스 신호처리 모듈(700)로 분기시킨다. 여기서, 신호 분기부(800)는 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 수신되는 저주파인 FM 주파수 대역의 수신 신호를 FM 신호처리 모듈(600)로 분기시키고, 고주파인 블루투스 주파수 대역의 수신 신호를 블루투스 신호처리 모듈(700)로 분기시킨다.
저잡음 증폭부(500)는 연성회로기판(300)상에 구비되고, 신호 분기부(800)와 전기적으로 연결된다. 이에 저잡음 증폭부(500)는 신호 분기부(800)에서 분기된 저주파의 수신 신호(즉, FM 주파수 대역의 수신 신호)를 증폭시켜 높은 레벨의 신호강도(RSSI)로 FM 라디오 수신이 가능하게 한다. 저잡음 증폭부(500)는 입력되는 수신 신호를 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 설계된다. 저잡음 증폭부(500)를 거쳐 증폭된 수신 신호는 일반적으로 FM 신호처리 모듈(600)로 입력된다.
본 발명에 적용되는 저잡음 증폭부(500)는 당업자가 공지의 기술을 이용하여 용이하게 구현할 수 있는 기술적 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 본 발명의 제3실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 제3실시예 따른 내장형 안테나 모듈의 칩 안테나 및 연성회로기판은 앞서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 칩 안테나 및 연성회로기판과 동일하므로 설명을 생략하며, 동일한 참조부호를 부가하기로 한다. 또한, FM 신호처리 모듈 및 블루투스 신호처리 모듈은 당업자가 공지의 기술을 이용하여 용이하게 구현할 수 있는 기술적 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 내장형 안테나 모듈은 칩 안테나(100), 연성회로기판(300), 필터부(450), 저잡음 증폭부(500)를 구비한다.
연성회로기판(300)의 제1도전성패드(310)는 필터부(450) 및 블루투스 신호처리 모듈(700)과 전기적으로 연결된다. 이때, 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 수신되는 수신 신호는 필터부(450) 및 블루투스 신호처리 모듈(700)로 동시에 입력된다.
필터부(450)는 연성회로기판(300)상에 구비되고, 일측이 제1도전성패드(310)를 통해 다면체 블록(110)에 형성된 제1방사체패턴(120)과 전기적으로 연결되고, 타측이 저잡음 증폭부(500)와 전기적으로 연결된다. 이에 필터부(450)는 칩 안테나(100) 및 연성회로기판(300)을 통해 수신받은 수신 신호에서 블루투스 주파수 대역에 해당하는 수신 신호를 차단하고 FM 주파수 대역에 해당하는 수신 신호를 통과시켜 저잡음 증폭부(500)로 입력한다.
물론, 필터부(450)는 블루투스 주파수 대역의 송신 신호로 인해 수신 신호에 발생하는 신호 간섭을 방지하기 위해 고주파 성분을 제거한다. 이는 상술한 제1실시예의 필터부(450)와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
저잡음 증폭부(500)는 연성회로기판(300)상에 구비되고, 필터부(450)와 전기적으로 연결된다. 이에 저잡음 증폭부(500)는 필터부(450)에서 고주파 성분이 제거된 수신 신호(즉, 블루투스 주파수 대역의 송신 신호에 의한 신호 간섭 및 블루투스 주파수 대역의 수신신호가 제거된 FM 주파수 대역의 수신 신호)를 증폭시켜 높은 레벨의 신호강도(RSSI)로 FM 라디오 수신이 가능하게 한다. 저잡음 증폭부(500)는 입력되는 수신 신호를 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭포인트를 잡아서 설계된다. 저잡음 증폭부(500)를 거쳐 증폭된 수신 신호는 일반적으로 FM 신호처리 모듈(600)로 입력된다.
본 발명에 적용되는 저잡음 증폭부(500)는 당업자가 공지의 기술을 이용하여 용이하게 구현할 수 있는 기술적 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 본 발명에 따르면, 내장형 안테나 모듈은 FM 주파수와 블루투스 주파수를 동시에 수신함으로써, 별도의 블루투스용 안테나를 필요로 하지 않고, 그에 따라 이동 통신 단말기에 적용되어 단말기의 소형화 및 슬림화를 도모하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 높은 레벨의 신호강도(RSSI)로 FM 라디오 수신이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈을 메인 인쇄회로기판에 실장할 때 공간상의 부담이 줄어들어 공간 활용도를 증가시킬 수 있게 되고 단말기 내부의 부품 설치 구조에 대한 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 FM 라디오 수신을 위해 이어폰 등과 같은 별도의 수단이 추가로 필요하지 않아서 그 구성이 간단해진다. 이에, 블루투스 이동 통신 단말기의 경우, 무선 이어폰을 사용한다 해도 별다른 FM 라디오 방송 수신율의 저하 없이 일정한 수신품질을 유지할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내장형 안테나 모듈에 적용되는 칩 안테나를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 칩 안테나의 방사체 패턴 및 커플링 패턴의 구조를 설명하기 위한 전개도.
도 3의 (a) 내지 (c)는 도 1의 칩 안테나와 접속되는 연성회로기판의 구조를 설명하기 위한 평면도.
도 4는 도 1의 칩 안테나가 도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 연성회로기판상에 실장된 모습을 설명하기 위한 평면도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 6 및 도 7은 도 5의 신호 스위칭부를 설명하기 위한 도면.
도 8 내지 도 10은 도 5의 필터부 및 저잡음 증폭부를 설명하기 위한 도면.
도 11을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 모듈의 주파수 대역을 나타내는 도표.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 내장형 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 칩 안테나 110: 다면체 블록
120: 제1방사체패턴 125: 커플링패턴
300: 연성회로기판 310: 제1도전성패드
320: 제2도전성패드 330: 제2방사체패턴
335: 절곡부 400: 신호 스위칭부
450: 필터부 500: 저잡음 증폭부
600: FM 신호처리 모듈 700: 블루투스 신호처리 모듈
800: 신호 분기부

Claims (15)

  1. 제1방사체패턴 및 커플링패턴이 형성된 다면체의 칩 안테나;
    상기 제1방사체패턴과 접속되는 제1도전성패드와, 상기 칩 안테나의 커플링패턴과 접속되는 제2도전성패드, 및 상기 제1방사체패턴과 접속되는 제2방사체패턴이 형성된 연성회로기판; 및
    상기 제2도전성패드와 그라운드 사이에 형성되되, 상기 칩 안테나 및 연성회로기판을 통해 수신받은 제1주파수대역의 신호 및 제2주파수대역의 신호 중에서 어느 한 주파수대역의 신호가 상기 그라운드로 통과되는 것을 차단하는 신호 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 스위칭부는,
    상기 제2주파수대역의 신호가 상기 그라운드로 통과되는 것을 차단하여 상기 제2주파수대역의 신호를 블루투스 신호처리 모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 수신 스위칭부는,
    블루투스 주파수대역의 신호가 상기 그라운드로 통과되는 것을 차단하는 인 덕터로 구성되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2주파수대역의 신호는 블루투스 주파수대역의 신호인 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1주파수대역의 신호는 FM 주파수 대역의 신호인 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1주파수대역의 신호에서 고주파 성분을 제거하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 필터부에서 고주파 성분이 제거된 수신 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  8. 제1방사체패턴 및 커플링패턴이 형성된 다면체의 칩 안테나;
    상기 제1방사체패턴과 접속되는 제1도전성패드와, 상기 칩 안테나의 커플링 패턴과 접속되는 제2도전성패드, 및 상기 제1방사체패턴과 접속되는 제2방사체패턴이 형성된 연성회로기판; 및
    상기 칩 안테나 및 연성회로기판을 통해 수신되는 제1주파수대역의 신호 및 제2주파수대역의 신호를 분기시키는 신호 분기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 신호 분기부는,
    상기 제1주파수대역의 신호를 FM 신호처리 모듈로 분기시키고,
    상기 제2주파수대역의 신호를 블루투스 신호처리 모듈로 분기시키는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 신호 분기부에서 분기된 상기 제1주파수 대역의 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1주파수대역의 신호는 FM 주파수 대역의 신호이고,
    상기 제2주파수대역의 신호는 블루투스 주파수 대역의 신호인 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  12. 청구항 8 내지 청구항 10 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 분기부는,
    FM 대역의 신호를 FM 신호처리 모듈로 분기하고, 블루투스 주파수대역의 신호를 블루투스 신호처리 모듈로 분기시키는 다이플렉서로 구성된 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  13. 제1방사체패턴 및 커플링패턴이 형성된 다면체 블록의 칩 안테나; 및
    상기 제1방사체패턴과 접속되는 제1도전성패드와, 상기 칩 안테나의 커플링패턴과 접속되는 제2도전성패드, 및 상기 제1방사체패턴과 접속되는 제2방사체패턴이 형성된 연성회로기판을 구비하되,
    상기 제1도전성패드는 FM 신호처리 모듈 및 블루투스 신호처리 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 칩 안테나 및 연성회로기판을 통해 수신되는 수신 신호를 상기 FM 신호처리 모듈 및 블루투스 신호처리 모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  14. 청구항 13항에 있어서,
    상기 FM 신호처리 모듈로 전송되는 수신 신호의 고주파 성분을 제거하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 필터부에서 고주파 성분이 제거된 수신 신호를 증폭시키는 저잡음 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
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