KR101080651B1 - 다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동단말기에 동작전원을 공급하는 충방전용 배터리의 외측면에 다수 안테나를 구비하면서 와전류손을 줄이는 흡수체를 구비하므로 안테나의 송수신 이득을 개선한 다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기에 관한 것이며, 배터리부는 동작전원을 공급하는 배터리 셀, 배터리부의 일 측면에 구비되고 엔에프시 주파수에 공진하는 루프 안테나, 루프 안테나와 동일 평면에 구비되고 제 1 주파수에 공진하는 제 1 안테나, 배터리 셀과 루프 안테나 및 제 1 안테나의 사이에 장착되어 엔에프시 주파수와 제 1 주파수의 방해전파를 흡수하는 흡수체 및 배터리부의 과충전을 방지하고 과방전을 차단하는 피시엠부를 포함하되, 루프 안테나와 동일한 기판의 평면상에 헬리컬, 패치, 다이폴, 와이파이, 야기 안테나 중에서 선택된 어느 하나 이상의 안테나를 구성하며, 루프 안테나에 접속하여 엔에프시 주파수를 캐리어로 하는 고주파 신호를 입력과 출력하는 제 1 단자 및 제 1 안테나에 접속하여 제 1 주파수를 캐리어로 하는 고주파 신호를 입력과 출력하는 제 2 단자를 포함하는 구성을 특징으로 하여, 금속성의 배터리부와 주파수 대역이 상이한 각 안테나 사이에 해당 흡수체를 장착하므로 각 주파수 대역 별로 와전류손의 영향을 받지 않고 안테나의 이득을 최적 상태로 유지하며, 각 안테나의 주파수 대역 별로 최대 전파흡수율의 흡수체를 사용하므로 각 안테나의 송수신 이득을 균일하게 유지하며, 하나의 안테나로 주파수 대역이 상이한 다수 대역의 무선신호를 송수신하므로 이동단말기의 안테나 구성을 간단하게 하고 제조가격을 낮추는 효과가 있다.

Description

다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기{A mobile-phone with several antenna designed on battery pack}

본 발명은 이동단말기의 배터리에 다수의 안테나를 구비하는 것으로, 보다 상세하게는 이동단말기에 동작전원을 공급하는 충방전용 배터리의 외측면에 다수 안테나를 구비하면서 무선 주파수에 의한 와전류손의 발생을 줄이는 흡수체를 구비하므로 안테나의 송수신 이득을 개선한 다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기에 관한 것이다.

휴대폰은 이동통신용 기지국이 형성하는 서비스 영역 안을 이동하면서 원하는 상대방과 언제 어디서나 무선 접속하여 통신하는 단말기이고 이하의 설명에서 ‘이동단말기’로 설명하기로 한다.

이동단말기에는 무선통신 기능 이외에 카메라, MP3, 녹음기, 이북(e-book) 등과 같은 다수의 기능을 구비하는 것이 일반적이고 또한, 지상파 DMB에 의한 TV 방송을 시청할 수 있게 되었다.

특히, 최근에는 GPS 안테나를 부가하고 전자지도와 결합하여 이동방향 및 위치정보를 제공하는 내비게이션 기능과 근거리에서 엔에프시 방식으로 무선 접속하여 상거래에 의한 금융거래의 대가를 신용카드와 같이 전자결제하는 스마트카드 기능 등이 개발되어 부가되고 있다.

일반적으로 이동통신에서는 800 MHz와 1.8 GHz의 주파수 대역을 사용하고, GPS 에서는 1.57 GHz 와 1.22 GHz의 주파수 대역을 사용하며, 지상파 DMB 에서는 174-214 MHz 대역의 주파수를 사용하고, 와이파이(WiFi)와 블루투스(bluetooth) 방식은 2.4 GHz의 주파수 대역을 사용하며, 근거리 무선통신용 엔에프시에서는 13.56 MHz 대역의 주파수를 사용한다.

안테나는 형상에 따라 다이폴, 헬리컬, 루프, 야기 등등의 종류로 분류하며, 외부에 노출되는 방식과 내장되는 방식이 있다.

무선신호를 송수신하는 안테나는 통신에 사용하는 무선주파수의 파장 길이에 비례하는 전기적 길이에서 안테나 이득이 가장 좋고, 일 실시 예에 의하여 파장 길이의 1/4, 1/2 또는 1, 2 등등의 배수에 해당하는 길이를 사용하며 그에 따른 그라운드를 확보하는 것이 일반적이다.

그러므로 하나의 이동단말기에 GPS, DMB, FM, NFC, WiFi 등과 같이 사용 주파수가 상이한 무선장치를 다수 구비하여 이용하는 경우, 전기적 길이가 상이한 안테나를 다수 구비하여야 한다.

또한, 안테나는 주변에 전파신호의 전달을 방해하는 도전성 물체가 위치하지 않는 경우에 최적의 이득(gain)으로 무선신호를 송수신한다.

이동단말기는 사용자가 휴대하면서 자유롭게 이동하므로 휴대의 편리를 위하여 돌출된 요철을 최소화하고 선호도가 있을 정도로 미적 감각이 있어야 하며 소형이고 부피 및 표면적이 작아야 하는 것이 일반적인 요구사항이다.

이동단말기의 구조적 특징에 의하여 각 안테나의 인근 주변에 금속성분 또는 금속체 등이 포함되는 도전성 물체가 있을 수 있으며, 안테나의 주변 인근에 도전성 물체가 있는 경우, 이러한 도전성 물체에 의하여 무선전파 신호가 흡수되어 소거되거나 또는 무선전파 신호에 의하여 와전류손이 발생하고 와전류손은 무선전파 신호를 상쇄시키므로 무선전파 신호의 전달거리가 짧아지면서 안테나의 송수신 이득이 감소하는 문제가 있다.

이와 같이 크기, 부피, 표면적이 작은 이동단말기에 구성되는 안테나는 인근 주변에 전파 신호의 전달을 방해하는 금속성 물체가 위치하는 경우에도 와전류손이 발생하지 않도록 하면서 안테나의 송수신 효율을 높이도록 하는 기술을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 소형화되고 부피가 작은 이동단말기에 다수의 안테나를 구비하고 각 안테나는 최적의 송수신 이득을 유지하도록 구성하는 다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 주파수 대역이 상이한 다수의 안테나가 각각의 해당 주파수에서 최대의 안테나 이득을 확보하도록 하는 다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기를 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 동작전원을 공급하며 다수의 안테나를 구비하는 배터리부와 이동통신 신호와 엔에프시 신호와 알에프 신호를 처리하는 본체부를 포함하는 이동단말기에 있어서, 배터리부는 동작전원을 공급하는 배터리 셀과, 배터리부의 일 측면에 구비되고 엔에프시 주파수에 공진하는 루프 안테나와, 루프 안테나와 동일 평면에 구비되고 제 1 주파수에 공진하는 제 1 안테나와, 배터리 셀과 루프 안테나 및 제 1 안테나의 사이에 장착되어 엔에프시 주파수와 제 1 주파수의 방해전파를 흡수하는 흡수체 및 배터리부의 과충전을 방지하고 과방전을 차단하는 피시엠부를 포함하되, 루프 안테나와 동일한 기판의 평면상에 헬리컬, 패치, 다이폴, 와이파이, 야기 안테나 중에서 선택된 어느 하나 이상의 안테나를 구성하며, 루프 안테나에 접속하여 엔에프시 주파수를 캐리어로 하는 고주파 신호를 입력과 출력하는 제 1 단자 및 제 1 안테나에 접속하여 제 1 주파수를 캐리어로 하는 고주파 신호를 입력과 출력하는 제 2 단자를 포함하는 구성으로 이루어지는 다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기를 제시한다.

바람직하게, 흡수체는 루프 안테나와 배터리부의 사이에 장착되고 엔에프시 주파수의 방해 전파를 흡수하는 제 1 흡수체 및 제 1 안테나와 배터리부의 사이에 장착되고 제 1 주파수의 방해 전파를 흡수하는 제 2 흡수체를 포함하고, 흡수체는 도전체, 자성체, 유전체 중에서 선택된 어느 하나 이상의 분말을 고무, 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상과 복합적으로 혼합하여 이루어진다.

그리고 제 1 단자와 제 2 단자는 각각의 매칭회로부에 접속하고, 매칭회로부는 피시엠부와 이동단말기부 중에서 선택된 어느 하나에 구비된다.

여기서 제 2 단자는 다이플렉스 회로에 접속하는 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 금속성의 배터리부와 주파수 대역이 상이한 각 안테나 사이에 해당 흡수체를 장치하므로 각 주파수 대역 별로 와전류손의 영향을 받지 않고 안테나의 이득을 최적 상태로 유지하는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 각 안테나의 주파수 대역 별로 최대 전파흡수율의 흡수체를 사용하므로 각 안테나의 송수신 이득을 균일하게 유지하는 사용상 편리한 효과가 있다.

한편, 상기와 같은 구성의 본 발명은 하나의 안테나로 주파수 대역이 상이한 다수 대역의 무선신호를 송수신하므로 이동단말기의 안테나 구성을 간단하게 하고 제조가격을 낮추는 산업적 이용효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 배터리부를 설명하기 위하여 도시한 기능 구성 도시도,
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 주파수별 흡수체 재료를 설명하기 위한 전자파 흡수영역과 재료의 상관관계 도시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 배터리부와 이동단말기의 연결된 상태를 설명하기 위한 기능 구성 도시도,
도 4 는 본 발명의 다른 일 실시 예에 의하여 배터리부와 이동단말기가 연결된 상태를 설명하기 위한 기능 구성 도시도,
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 피시엠부에 매칭회로부를 구비하는 상태를 설명하기 위한 도시도,
도 6 은 본 발명의 다른 일 실시 예에 의하여 이동단말기에 매칭회로부를 구비하는 상태를 설명하기 위한 도시도,
도 7 은 본 발명에서 사용되는 다이플렉스와 듀플렉스의 동작 상태를 설명하기 위한 도시도,
도 8 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 다수 안테나로 이루어지는 배터리부의 안테나부 구성을 설명하기 위한 기능 도시도,
그리고
도 9 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 안테나부의 각 안테나가 공진하는 주파수 대역의 흡수체를 장착한 상태를 설명하기 위한 도시도 이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명과 도면 도시는 생략한다.

폴리이미드(PI: polyimide)는 열전도성 플라스틱이고 기계적 강도가 우수하며 열적, 화학적 안정성이 뛰어난 고분자이고 금속과 유리를 대신하여 사용되기도 한다.

폴리카보네이트(PC: polycarbonate)는 열가소성 플라스틱이고 내열성, 내 충격성, 광학적 특성이 우수하며 가공이 용이하여 사출성형, 열성형 등에 사용된다.

본 발명에서 전자파와 전파는 같은 의미로 사용하기로 하고, 금속성분, 금속체, 금속성 재료, 도전성 물체의 경우에도 같은 의미로 사용하기로 하며 문맥에 따라 혼용하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 배터리부를 설명하기 위하여 도시한 기능 구성 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 배터리부(1000)는 안테나부(1100), 제 1 흡수체(1200), 제 2 흡수체(1300), 배터리 셀(1400), 피시엠부(1500)를 포함하는 구성이다.

안테나부(1100)는 엔에프시 주파수에 공진(resonate)하는 루프 안테나(1110)와, 제 1 주파수에 공진하는 제 1 안테나(1120) 및 루프 안테나(1110)와 제 1 안테나(1120)를 고정 상태로 지지하는 기판(1130)을 포함하는 구성이다.

여기서 루프 안테나(1110)는 루프(loop) 형상을 하고, 엔에프시(NFC) 또는 RFID 신호 등을 무선 송수신한다.

그리고 제 1 안테나(1120)는 이동통신, GPS, DMB, FM, 와이파이(WiFi)용 안테나를 포함하는 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 안테나로 이루어지고, 헬리컬(helical), 패치(patch), 다이폴(dipole), 야기 안테나 등을 포함하는 그룹의 안테나 중에서 선택된 어느 하나의 안테나 형상을 한다.

루프 안테나는 동일 평면에서 원주의 지름이 점점 줄어들어 연속 연결되는 형상의 안테나로 지향성이 우수하고, 헬리컬 안테나는 코일 스프링과 같이 동일한 지름의 원주가 중심축을 따라 연속 연결된 형상의 안테나로 전기적 직선 길이를 줄일 수 있으며 등방향성이고, 패치 안테나는 주파수가 높은 인공위성 등과 통신하는 경우에 많이 사용하며 방향성이 우수하고, 다이폴 안테나는 수평형과 수직형이 있으며 가장 기본적인 2 극 안테나의 형상을 한다.

여기서 다이폴 안테나는 직선 형상을 하고 전기적 길이는 해당 주파수의 파장(람다) 길이에 정비례하므로 주파수가 낮은 경우에는 외형적인 전기적 길이가 매우 길어지는 문제가 있다.

일반적으로 안테나는 전기적 길이를 줄이기 위하여 파장의 1/2 또는 1/4에 해당하는 전기적 길이를 많이 사용하며, 이러한 경우에는 그라운드를 가능한 넓게 확보하여야 한다.

그리고 외형적인 전기적 길이를 줄이는 문제를 일부 개선한 것으로 루프 안테나와 헬리컬 안테나 등이 있다.

기판(1130)은 루프 안테나와 제 1 안테나를 고정하는 구성으로 폴리이미드(pi) 또는 폴리카보네이트(pc)로 형성하는 것이 바람직하다.

여기서 기판(1130)은 선택에 의하여 제 2 안테나, 제 3 안테나 또는 그 이상의 다수 안테나를 당연히 더 포함할 수 있다.

안테나로부터 방사(발산)되는 전파 신호는 가까이에 금속성분이 위치하는 경우, 금속성분에 의하여 와전류(eddy current)가 발생하고, 와전류는 공기 중으로 노출되어 안테나로부터 방사된 전파 신호와 동일한 주파수 대역의 방해전파 신호를 발생한다.

그러므로 안테나와 가까이에 금속체 또는 금속성분이 배치되는 경우, 와전류손이 발생하고 와전류손에 의하여 동일한 주파수 대역의 방해전파가 생성되므로 안테나의 성능 즉, 송수신 이득이 급격히 감쇄한다.

이러한 와전류손에 의한 방해전파를 줄이기 위하여서는 안테나와 금속성분 사이에 방해전파를 흡수하는 흡수체를 장착하므로 해결한다.

흡수체는 해당 특성에 의하여 흡수하는 방해전파의 주파수 대역이 다르고, 흡수체의 주파수 대역은 안테나의 주파수 대역과 동일 또는 유사한 것이 바람직하다.

이동단말기에 사용되는 충방전용 배터리는 구성되는 재료의 특성상 도전성이 있거나 금속체로 이루어지거나 금속성분을 많이 구비하고 있으므로 전파 신호가 인접하는 경우에 금속체와 같이 작용하여 와전류손을 발생한다.

따라서 본 발명에서는 배터리부의 외측면에 다수의 안테나를 구성하면서 각 안테나의 주파수 대역에서 방해전파를 최적으로 흡수하는 흡수체를 각 안테나와 배터리 셀 사이에 장착하여 안테나의 송수신 이득이 최대가 되도록 하는 것을 중요한 기술적 사상 중에 하나로 구성하다.

제 1 흡수체(absorber)(1200)는 루프 안테나(1110)와 배터리 셀(1400)의 사이에 장착되어, 주변에서 발생한 엔에프시 주파수와 동일하거나 유사한 대역의 주파수에 의한 방해전파를 흡수하여 소거하거나, 반사시켜 위상이 변화된 상태로 출력하므로 방해전파가 상쇄되도록 하여 제거한다.

즉, 루프 안테나(1110)에서 방사(radiation)하는 엔에프시 주파수는 인접한 금속성분에 의하여 와전류를 발생하고, 와전류는 엔에프시 주파수와 동일 또는 유사한 대역의 방해전파를 발생하여 엔에프시 주파수의 신호에 잡음으로 영향을 미치거나 또는 세기(level)를 감쇄(attenuation) 시킨다.

이때, 루프 안테나(1110)와 와전류를 발생하는 금속성분과의 사이에 제 1 흡수체(1200)를 장착하는 경우 제 1 흡수체가 방해 전파를 흡수하므로 차단하는 것과 동일한 결과를 나타낸다.

제 1 흡수체(1200)는 전자파 신호를 흡수하고 열로 변환하여 소거하며, 열로 변환되지 못한 일부는 반사시키는 것으로, 공진형(resonant)과 임피던스 경사형(graded dielectric) 방식이 있다.

공진형 전자파 흡수체는 표면에서 인가된 전자파의 일부를 반사하고, 나머지는 흡수체의 내부로 입사하며 반대 방향에 구비된 금속표면에서 반사되어 다시 나오는 과정에서 임피던스가 조절되도록 한다.

즉, 흡수체의 두께를 입사된 전자파의 1/4 파장과 같도록 설계하면 반사되어 나온 전자파의 위상은 흡수체 표면에서 입사되는 전자파와 1/2 파장 또는 180 도의 위상에 차이가 발생한다.

이렇게 180 도 위상이 다른 전자파가 서로 만나면 상쇄되어 열로 소멸되므로 전자파를 흡수하게 된다.

이러한 공진형 흡수체는 두께를 얇게 할 수 있으나 흡수할 수 있는 주파수의 대역폭이 좁고, GHz 대역의 주파수 범위에서 사용하는 것이 일반적이다.

임피던스 경사형 흡수체는 표면으로부터 내부로 들어갈수록 임피던스의 값이 점차 감소하도록 설계된다.

일반적으로 공기의 임피던스는 약 377 오옴(ohm)이고 흡수체의 내부로 갈수록 임피던스가 점차 감소하면서 반사할 수 있는 계면이 없으므로 계속 내부로 진행하면서 흡수되어 소멸한다.

임피던스 경사형 흡수체는 넓은 대역의 주파수에서 흡수 능력이 우수한 장점을 가지고 있으나 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.

이러한 전자파의 흡수는 물질의 고주파 손실 특성을 이용하는 것이고, 전자파 흡수 재료로는 크게 유전체와 자성체와 도전체가 있다.

도전체는 도전성 손실 재료이고 인가되는 전자파를 열로 변환하므로 소멸하는 작용을 하며, 전자파를 와전류 손실로 흡수하여 소멸하고, 사용 가능한 주파수 대역은 MHz 내지 GHz 대역의 전자파이다.

일반적으로 저항체에 전류를 흘리면 열이 발생하고, 유한한 도전율을 가지는 매질에 전계가 인가되면 도전전류가 흘러 전자파 에너지가 열로 변환되는 도전손실에 의하여 소멸한다.

도전체의 도전 손실을 이용한 전자파 흡수체는 도전 손실 재료(카본, carbon)와 지지재로 구성되는데, 지지재의 종류와 탄소의 첨가량 변화에 따라서 유전손실 계수값이 변화하고 GHz 이상의 주파수 영역에서는 유전손실 값보다 크며 자성손실 값보다 비교적 작은 손실 값을 나타내고, 주파수 변화에 대하여 손실값의 변화는 완만하다.

이러한 도전체는 낮은 주파수 대역에서 높은 전도도로 흡수성능이 저하되는 단점이 있으나 x 밴드영역에서 전자파 흡수체로 중요한 역할을 하며 카본블랙(carbon black), 카본 파이버(carbon fiber) 등이 있고, 충진 지지재로는 천연고무, 부틸고무, 클로로프로필렌, 실리콘 고무 등이 사용된다.

유전체는 유전성 손실재료이고 고주파 영역에서 매질의 복소 유전율의 허수부로 표현되며 사용가능한 주파수 대역은 MHz 내지 GHz 대역이다.

유전체로 이루어지는 전자파 흡수체는 유전손실 계수가 큰 재료를 사용하여 전자파를 흡수하며, 고주파 영역에서는 유전손실이 일반적으로 크지 않기 때문에 실용적이지 못하다.

자성체는 자성 손실을 발생하는 재료이고 금속자성 재료와 산화물 자성재료 등이 있으며 사용 주파수 대역은 KHz 내지 MHz 대역이다.

전자파 흡수체는 주로 산화물 자성재료인 페라이트(ferrite)가 주로 사용되며, 페라이트는 수백 MHz 주파수 대역에서 자기이완을 발생하여 비교적 높은 전자파 흡수력을 발생한다.

최근에 개발된 페라이트는 GHz 주파수 대역에서도 전자파 흡수력이 있고, 세라믹 타일 형태나 고무 등에 입자를 고르게 분산시킨 쉬트(sheet) 형태로 사용되고 있다.

자성체 흡수체로 대표적인 페라이트 이외에 헥사고날(hexagonal) 구조를 가지면서 자력의 유지력이 큰 하드 페라이트(hard ferrite)로 분류되는 바 페라이트(ba ferrite)와 스피넬 구조를 가지면서 자력의 유지력이 작은 소프트 페라이트(soft ferrite) 등이 있다.

도전체인 금속판재와 함께 자성체인 페라이트는 저주파 대역에서 사용하고, 자성체인 페라이트를 고무 또는 수지에 복합 혼합하여 고주파 대역에서 사용할 수 있다.

이러한 전자파 흡수체의 주파수별로 사용되는 재료는 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제 2 흡수체(1300)는 제 1 안테나(1120)와 배터리 셀(1400)의 사이에 장착되고, 제 1 안테나(1120)가 송수신하는 제 1 주파수와 동일하거나 유사한 대역이며 주변에서 발생하여 방해전파로 작용하는 신호를 흡수하여 소거하거나, 반사시켜 위상이 변화된 상태로 출력하므로 방해전파가 상쇄되도록 하여 제거한다. 한편, 제 2 흡수체(1300)는 제 1 흡수체(1200)와 주파수 대역에 차이가 있고 나머지는 동일하므로 반복 설명을 하지 않기로 한다.

여기서 제 1 흡수체(1200)와 제 2 흡수체(1300)를 구성하는 재료는 다를 수 있으나, 제 1 흡수체(1200)와 제 2 흡수체(1300)는 동일한 평면에 구성되고 기판(1130)과 배터리 셀(1400) 사이에 동일하게 장착되므로 루프 안테나(1110)와 제 1 안테나(1120)를 해당 방해전파로부터 차단 및 보호한다.

배터리 셀(1400)은 본체부(2000)에 동작전원을 공급하는 것으로, 충전과 방전을 반복하는 충방전용 배터리이고 다수의 셀로 이루어지므로 필요한 전압과 전류를 공급한다.

배터리 셀(1400)은 충전된 전기를 방전으로 출력하고 방전된 전기를 충전으로 저장하는 과정을 반복하므로 재사용할 수 있는 2 차 전지이고, 허용된 전압을 유지한 상태로 방전과 충전할 수 있는 횟수는 구성된 재료의 종류에 따라 차이가 있는 것이 일반적이다.

배터리 셀(1400)의 음극, 양극, 전해질 등에 사용되는 재료에 따라 출력하는 전압, 전류, 용량 등에 약간의 차이가 있을 수 있다.

배터리 셀(1400)이 출력하는 전압과 전류의 크기는 일정하므로, 다수의 배터리 셀(1400)을 직렬과 병렬로 적합하게 반복 연결하여 필요한 크기의 전압과 전류가 출력되도록 구성하는 것이 일반적이다.

이러한 배터리 셀(1400)은 재료를 내장하는 용기, 음극, 양극, 전해질 등의 재료가 전기를 잘 통하는 특성을 가지고 있으므로, 전자파에 의하여 금속성분으로 인식될 수 있고, 전자파는 금속성분이 인접한 경우에 와전류를 발생하는 특성이 있다.

배터리 셀(1400)은 이동단말기를 구성하는 부품 중에서 부피가 크고 무게도 많은 것이 일반적이다.

따라서 이동단말기를 구성하는 부품 중에서 배터리 셀(1400)의 표면적이 가장 넓고 다른 용도로 사용하지 않으므로 안테나를 구성하기에 적합하다.

충전용 배터리 셀(1400)은 과충전(over-charging)과 과방전(over-discharging)에 의하여 사용할 수 있는 정상적인 수명이 단축되거나 화학적 및 전기적으로 파괴될 수 있으므로, 과충전 및 과방전을 방지하는 장치의 구성이 필요하다.

피시엠부(1500)는 배터리 셀(1400)이 과방전을 방지하고 과충전을 차단하여 파괴되지 않도록 보호하는 배터리 보호팩 모듈(protection circuit module: PCM)이다.

피시엠부(1500)는 과충전 및 과방전을 방지하는 회로를 구비하는 동시에 루프 안테나(1110)와 제 1 안테나(1120)와 각각 정합(matching) 상태로 접속하여 신호를 송수신하도록 하는 매칭회로부를 선택에 의하여 구비할 수 있다.

즉, 피시엠부(1500)는 배터리 보호회로를 기본적으로 구비하고 선택에 의하여 루프 안테나(1110) 또는 제 1 안테나(1120)와 정합하는 매칭회로부를 구비하거나 구비하지 않을 수 있다.

한편, 선택에 의하여 매칭회로부를 본체부에 구비하거나 구비하지 않을 수 있다. 일반적으로 매칭회로부가 구비되는 위치는 이동단말기를 설계하여 제조하는 메이커(maker)에 따라 다르다.

매칭회로부는 출력측과 입력측의 임피던스 값이 동일하거나 유사한 값이 되도록 하므로 해당 신호를 최소의 손실로 출력 및 입력하도록 하는 회로이다.

도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 주파수별 흡수체 재료를 설명하기 위한 전자파 흡수영역과 재료의 상관관계 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 주파수가 60 Hz 내지 30 KHz 범위인 전자파를 흡수하고 소멸하는 흡수체 재료로는 도전성의 금속판재가 있다.

주파수가 30 KHz 내지 1 GHz 범위인 전자파를 흡수하고 소멸하는 흡수체 재료로는 소결형 페라이트 흡수체가 있다.

그리고 주파수가 1 GHz 내지 18 GHz 범위인 전자파를 흡수하고 소멸하는 흡수체 재료로는 페라이트 분말을 고무, 수지에 혼합한 복합형 흡수체가 사용된다.

도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 배터리부와 이동단말기의 연결된 상태를 설명하기 위한 기능 구성 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 배터리부(1000)와 본체부(2000)는 각각 구성한 제 1 단자(1600), 제 2 단자(1700), 전원 단자(1800)를 통하여 접속한다.

배터리부(1000)에 대한 구성은 첨부된 도 1 을 참조하여 상세히 설명하였으므로 반복하지 않기로 하고, 설명되지 않은 부분에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

배터리부(1000)와 본체부(2000)는 각각 구성한 제 1 단자(1600)와 제 2 단자(1700)와 전원단자(1800)를 통하여 서로 접촉하거나 분리한다.

즉, 배터리부(1000)에도 제 1 단자(1600)와 제 2 단자(1700)와 전원단자(1800)를 구비하고, 본체부(2000)에도 제 1 단자(1600)와 제 2 단자(1700)와 전원단자(1800)를 별도로 동일하게 구비하는 것으로 설명한다.

배터리부(1000)에서의 제 1 단자(1600)는 루프 안테나(1110)에 접속하여 고주파 신호를 입출력하는 양쪽 단자를 각각 구성하는 것으로 도면에서는 RF+와 RF-로 표시되어 있다.

본 발명에서 루프 안테나(1110)는 일 실시 예로 13.56 MHz의 무선주파수로 근거리 통신하는 엔에프시(NFC)용 안테나인 것으로 설명하기로 한다.

본체부(2000)에서의 제 1 단자(1600)는 근거리 무선통신용 고주파 신호를 처리하는 엔에프시 칩(2100)에 접속하여 엔에프시 방식의 고주파 신호를 입력과 출력한다.

엔에프시 칩(2100)은 근거리 무선통신((NFC: near field communication) 신호를 처리하는 것으로, ISO-14443의 기술규격을 따르고, 13.56 MHz의 무선주파수를 송신과 수신하며, 제 2 알에프 칩(2200)은 DMB 회로, GPS회로, FM 회로, 와이파이 회로 등이 포함되는 것 중에서 선택된 어느 하나의 신호를 처리하는 구성으로 설명한다.

엔에프시 칩(2100)과 제 2 알에프 칩(2200)의 내부에 매칭(matching) 회로를 구비할 수 있고, 이러한 매칭회로부는 첨부된 도 1 의 설명에서와 같이 피시엠부(1500)에 구성할 수도 있으며 설계자의 의도 및 목적에 따라 그 위치가 결정되는 것이 일반적이다.

매칭(matching) 회로는 접속된 상대측과 임피던스(impedance) 값이 동일하거나 유사하도록 하므로 수신할 신호를 손실 없이 입력하거나 송신할 신호를 손실 없이 출력하도록 하는 구성이다.

엔에프시 방식 통신은 약 10 센티미터(cm)의 근거리에서 무선 접속하여 통신하므로 근거리 무선통신이라 하고, 전력소모가 작으며, 최대 424 K bps로 데이터 통신하고 비접촉식 RFID 기술과 호환되며, 통신 모드는 능동모드와 수동모드가 있고 그 중에서 선택된 어느 하나의 모드로 운용한다.

엔에프시의 능동 통신모드는 송신측과 수신측이 각각 스스로 동작전원을 소모하고 무선신호를 발생하여 상대방에게 데이터를 송신하는 방식이고, 수동 통신모드는 송신측이 무선신호를 발생하면 수신측은 무선신호를 수신하여 동작전원으로 변환하고 이러한 동작전원에 의하여 수신된 무선신호를 분석하고 분석된 명령에 응답하는 방식이므로 수신측은 전원을 별도로 구비하지 않는 방식이다.

엔에프시 기능을 구비한 본체부(2000)와 약 10 센티미터(cm)의 근거리에 위치하여 통신하는 상대방 장치를 리더(reader)라고 한다.

엔에프시 칩(2100)은 첨부된 도면에 도시하지 않았으나 본체부(2000)의 기저대역 신호를 처리하는 기능부와 접속하고 해당 신호를 송수신하는 것은 당연하다.

배터리부(1000)의 제 2 단자(1700)는 제 1 안테나(1120)에 접속하여 고주파 신호를 입출력하는 단자를 구성하는 것으로 도면에서는 RF2로 표시되어 있다.

본 발명에서 제 1 안테나(1120)는 일 실시 예로 DMB, FM, GPS 용 안테나 중에서 선택된 어느 하나인 것으로 설명하기로 한다.

제 1 안테나(1120)를 GPS 용 안테나로 사용할 경우에는 접지(ground) 단자를 하나 더 구비하여야 함은 당연하지만, 첨부된 도면에서는 설명을 간단하게 하기 위하여 DMB 또는 FM 용으로 사용되는 경우와 같이 하나의 단자만을 도시하기로 한다.

본체부(2000)에서의 제 2 단자(1700)는 제 2 알에프 칩(2200)과 접속하여 제 2 고주파 신호를 입력과 출력한다.

제 2 알에프 칩(2200)의 내부에 매칭(matching) 회로를 구비할 수 있다.

제 2 알에프 칩(2200)은 일 실시 예로 DMB, FM, GPS 용 안테나 중에서 선택된 어느 하나의 신호를 처리하는 것으로 설명하기로 하고, 제 2 알에프 칩(2200)은 본체부(2000)의 기저대역 신호를 처리하는 해당 기능부와 접속하고 해당 신호를 송수신하는 것은 당연하다.

배터리부(1000)의 전원단자(1800)는 피시엠부(1500)를 통하여 배터리 셀(1400)과 접속하고, 접속된 배터리 셀(1400)로부터 직류의 전원을 본체부(2000)에 공급하기 위한 것으로, 도면에서는 P+와 P-로 표시되어 있다.

본체부(2000)에서의 전원단자(1800)는 배터리팩으로부터 공급된 전원을 인가받고 전원회로부(2300)에 공급한다.

전원회로부(2300)는 본체부(2000)의 각 기능부에 필요한 동작전원을 공급한다.

본체부(2000)에서 접지(GND; ground)를 공통으로 연결하는 것은 일반적이며 이하의 설명에서 동일하게 적용한다.

본 발명은 표면적이 적은 본체부(2000)에 탈 부착되고 단자를 통하여 전기적으로 접속하는 배터리부(1000)를 이용하여 다수의 안테나를 구성하는 장점이 있다.

도 4 는 본 발명의 다른 일 실시 예에 의하여 배터리부와 이동단말기가 연결된 상태를 설명하기 위한 기능 구성 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하며, 첨부된 도 3 과 동일 유사한 부분은 중복 설명하지 않기로 하고, 필요한 경우에만 설명하기로 하며, 구성상 차이가 있는 부분을 상세히 설명한다.

다이플렉스(2400)는 제 2 단자(1700)에 접속하고, 제 2 단자(1700)를 통하여 제 1 안테나(1120)에 연결된다.

다이플렉스(diplex)(2400)는 로우패스 필터(LPF)와 하이패스 필터(HPF)를 각각 하나의 경로에 연결한 것으로, 로우패스 필터의 높은 주파수 값과 하이패스 필터의 낮은 주파수 값이 동일하거나 인근에 형성되는 구성이다.

즉, 다이플렉스(2400)는 하나의 안테나에 주파수 대역이 상이한 2 개의 신호를 송수신하는 경우에 사용할 수 있다.

따라서 다이플렉스(2400)는 하나의 안테나로 2 개의 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 고주파 회로를 연결할 수 있다.

듀플렉스(duplex)는 제 1 밴드패스 필터(bpf)와 제 2 밴드패스 필터를 각각 하나의 경로에 연결한 것으로, 제 1 밴드패스 필터와 제 2 밴드패스 필터의 대역폭이 비교적 작다.

듀플렉스는 하나의 안테나를 이용하여 상이한 송신 주파수와 수신 주파수를 분리하는 경우에 사용하는 것으로, 다이플렉스(2400)와는 상이한 구성이다.

다이플렉스와 듀플렉스에 대하여서는 이하에서 도면을 참조하여 상세히 다시 설명하기로 한다.

제 2 알에프 칩(2200)과 제 3 알에프 칩(2500)은 일 실시 예로 DMB, FM, GPS, 와이파이(WiFi)용 안테나 중에서 선택된 어느 하나의 신호를 각각 처리하는 구성이다.

즉, 일 실시 예로, 제 2 알에프 칩(2200)에서 DMB 신호를 처리하고, 제 3 알에프 칩(2500)에서 FM 신호를 각각 처리할 수 있다.

그리고 제 2 알에프 칩(2200)과 제 3 알에프 칩(2500)은 본체부(2000)의 기저대역 신호 처리부와 접속한다.

본 발명에서의 제 1 안테나(1120)는 다이플렉스(2400)에 의하여 2 개의 안테나 역할과 기능을 한다.

그러므로 본체부(2000)에 구성하는 하나의 안테나로 2 개의 고주파 장치를 연결할 수 있으므로 안테나의 개수를 적게 하는 장점이 있다.

도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 피시엠부에 매칭회로부를 구비하는 상태를 설명하기 위한 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 3 을 기준으로 매칭회로부가 구성된 위치를 도시한 것으로, 루프안테나(1110)와의 임피던스를 정합시키는 매칭회로부(3100)와 제 1 안테나(1120)와의 임피던스를 정합시키는 매칭회로부(3200)를 각각 피시엠부(1500)의 내부에 구성한다.

도 6 은 본 발명의 다른 일 실시 예에 의하여 이동단말기에 매칭회로부를 구비하는 상태를 설명하기 위한 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 3 을 기준으로 매칭회로부가 구성된 위치를 도시한 것으로, 루프안테나(1110)와의 임피던스를 정합시키는 매칭회로부(3100)는 본체부(2000)의 엔에프시 칩(2100)과 제 1 단자(1600) 사이에 구성하고, 제 1 안테나(1120)와의 임피던스를 정합시키는 매칭회로부(3200)는 본체부(2000)의 제 2 알에프 칩(2200)과 제 2 단자(1700)와의 사이에 구성한다.

매칭회로부를 구성하는 위치는 설계자 또는 제조사 등에 의하여 결정되는 것이 일반적이다.

여기서 도 4 를 기준으로 하는 매칭회로부의 구성과 설명은 중복되므로 도시하지 않고 설명하지 않기로 한다.

도 7 은 본 발명에서 사용되는 다이플렉스와 듀플렉스의 동작 상태를 설명하기 위한 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 상단에 다이플렉스의 구성과 통과하는 주파수의 상관관계를 도시하고, 중간에 듀플렉스의 구성과 통과하는 주파수의 상관관계를 도시하며, 하단에 다이플렉스와 듀플렉스의 혼합사용 상태를 도시하고 있다.

다이플렉스(diplex)는 하나의 안테나 또는 경로에 저역통과필터(low pass filter: LPF)와 고역통과필터(high pass filter: HPF)를 각각의 경로로 접속하는 구성이다.

즉, 하나의 안테나로 2 개의 넓은 주파수 대역 신호를 전송할 수 있는 구성이다.

첨부된 도면에서 포트1(port 1)에는 안테나 또는 경로를 접속하고, 포트2(port 2)와의 사이에는 저역통과필터(LPF)를 접속하며, 포트3(port 3)과의 사이에는 고역통과필터(HPF)를 각각 접속하고, 여기서 포트2와 포트3은 서로 바뀔 수 있다.

그러므로 포트2의 경로로는 저역(low band)이며 대역이 넓은 S21 대역 주파수 신호를 송수신하고, 포트3의 경로로는 고역(high band)이며 대역이 넓은 S31 대역 주파수 신호를 송수신한다.

즉, 다이플렉스는 하나의 안테나로 S21 주파수 대역의 신호를 송수신하는 동시에 S31 대역의 주파수 신호를 송수신할 수 있는 장점이 있다.

듀플렉스(duplex)는 하나의 안테나 또는 경로를 통하여 전송되는 하나의 주파수 대역 신호로부터 대역폭이 작고 주파수가 상이한 송신 주파수 신호와 수신 주파수의 신호를 각각의 경로로 구분하여 전송한다.

첨부된 도면에서는 하나의 안테나와 수신단 경로와의 사이에 수신주파수 밴드패스필터(band pass filter: BPF)를 연결하고, 송신단 경로와의 사이에는 송신주파수 밴드패스필터(band pass filter: BPF)를 연결하고 있다.

그러므로 하나의 안테나를 통하여 주파수가 다른 송신신호와 수신신호를 동시에 송수신할 수 있게 되고, 음성급 통신에서와 같이 양방향 동시 통신이 이루어진다.

이러한 다이플렉스와 듀플렉스를 연속 접속하여 사용하는 경우, 하나의 안테나로 2 개의 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 무선통신 수단(장치)을 접속할 수 있다.

일 실시 예로, 하나의 안테나에 800 MHz 대역의 무선주파수를 사용하는 셀룰러(cellular) 무선통신장비와 1.8 GHz 대역의 무선주파수를 사용하는 피시에스(PCS) 무선통신장비를 동시에 접속하여 운용할 수 있는 장점이 있다.

여기서 주파수 매칭 문제는 고려하지 않는 것으로 설명하기로 한다.

또한, 다이플렉스 및 듀플렉스를 선택적으로 다수 연속하여 반복 접속하는 경우는 하나의 안테나로 더 많은 무선주파수 대역의 통신장비를 연결하여 동시에 운용할 수 있는 장점이 있다.

도 8 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 다수 안테나로 이루어지는 배터리부의 안테나부 구성을 설명하기 위한 기능 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 안테나부(1100)는 루프 안테나(1110)와 제 1 안테나(1120)로 이루어진다.

위에 도시된 도면과 아래에 도시된 도면에서의 루프 안테나(1110)는 일 실시 예로, 루프(loop) 안테나의 형상을 하고, 제 1 안테나(1120)는 헬리컬(helical) 안테나, 패치(patch) 안테나, 다이폴 안테나, 와이파이(WiFi) 안테나, 야기 안테나 등의 형상을 할 수 있다.

일 실시 예에 의하여, 헬리컬 형상의 안테나는 DMB, FM, WiFi 등의 안테나로 사용될 수 있고, 패치 형상의 안테나는 GPS 등의 안테나로 사용할 수 있다.

루프 안테나(1110)와 제 1 안테나(1120)는 각각의 매칭회로부를 통하여 해당 고주파 회로에 접속하므로 하나의 주파수 대역 고주파 신호를 송수신하는데 사용한다.

그러나 제 1 안테나(1120)에 다이플렉스(2400)를 접속하면 하나의 안테나로 2 개 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신할 수 있으므로 총 3 개 주파수 대역의 고주파 신호를 사용하여 해당 신호를 각각 송수신할 수 있다.

즉, 루프 안테나(1110)와 제 1 안테나(1120)를 사용하여 총 3 개의 주파수 대역이 상이한 무선장치를 접속할 수 있다.

도 9 는 본 발명의 일 실시 예에 의하여 안테나부의 각 안테나가 공진하는 주파수 대역의 흡수체를 장착한 상태를 설명하기 위한 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 왼쪽의 도시는 안테나부의 평면도이고, 오른쪽의 도시는 안테나부의 절단 측면도이다.

외곽에 루프 형상의 루프 안테나(1110)가 기판(1130)위에 형성되어 있으며, 루프 안테나(1110)의 양쪽 끝단에는 제 1 단자(1600)가 각각 접속되어 있고, 루프 안테나(1110)의 하부에는, 실제 평면도 상에서는 보이지 않으나 편의상 설명을 위하여, 제 1 흡수체(1200)가 장착되어 있는 것을 도시하고 있다.

오른쪽의 절단 측면도를 참고하면 루프 안테나(1110)의 하부에 기판(1130)이 구성되고, 기판(1130)의 하부에는 제 1 흡수체(1200)가 장착되어 있다.

루프 안테나(1110)의 안쪽 공간에는 제 1 안테나(1120)가 기판(1130)위에 형성되어 있으며, 제 1 안테나(1120)의 끝단에는 제 2 단자(1700)가 접속되어 있다.

여기서도 평면도 상에서는 보이지 않으나 편의상 설명을 위하여, 제 1 안테나(1120)의 하부에 제 2 흡수체(1300)가 장착되어 있는 것으로 도시하고 있다.

오른쪽의 절단 측면도를 참고하면 제 1 안테나(1120)의 하부에 기판(1130)이 구성되고, 기판(1130)의 하부에는 제 2 흡수체(1300)가 장착되어 있다.

안테나부(1100)에 여유 공간이 더 있는 경우에는 제 2 안테나 및 제 3 안테나를 더 구성할 수 있음은 아주 당연하다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1000 : 배터리부 1100 : 안테나부
1110 : 루프 안테나 1120 : 제 1 안테나
1130 : 기판 1200 : 제 1 흡수체
1300 : 제 2 흡수체 1400 : 배터리 셀
1500 : 피시엠부 1600 : 제 1 단자
1700 : 제 2 단자 1800 : 전원단자
2000 : 본체부 2100 : 엔에프시 칩
2200 : 제 2 알에프 칩 2300 : 전원회로부
2400 : 다이플렉스 2500 : 제 3 알에프 칩
3100, 3200 : 매칭회로부

Claims (4)

1. 동작전원을 공급하며 다수의 안테나를 구비하는 배터리부와 이동통신 신호와 엔에프시 신호와 알에프 신호를 처리하는 본체부를 포함하는 이동단말기에 있어서,
   상기 배터리부는,
   동작전원을 공급하는 배터리 셀;
   상기 배터리부의 일 측면에 구비되고 엔에프시 주파수에 공진하는 루프 안테나;
   상기 루프 안테나와 동일 평면에 구비되고 제 1 주파수에 공진하는 제 1 안테나;
   상기 배터리 셀과 상기 루프 안테나 및 제 1 안테나의 사이에 장착되어 상기 엔에프시 주파수와 제 1 주파수의 방해전파를 흡수하는 흡수체; 및
   상기 배터리부의 과충전을 방지하고 과방전을 차단하는 피시엠부; 를 포함하되,
   상기 루프 안테나에 접속하여 상기 엔에프시 주파수를 캐리어로 하는 고주파 신호를 입력과 출력하는 제 1 단자; 및
   상기 제 1 안테나에 접속하여 상기 제 1 주파수를 캐리어로 하는 고주파 신호를 입력과 출력하는 제 2 단자; 를 포함하고,
   상기 제1안테나는,
   상기 루프 안테나와 동일한 기판의 평면상에 헬리컬, 패치, 다이폴, 와이파이, 야기 안테나 중에서 선택된 어느 하나 이상의 안테나를 포함하여 구성하는 다수 안테나를 배터리부에 구비한 이동단말기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡수체는,
   상기 루프 안테나와 상기 배터리부의 사이에 장착되고 상기 엔에프시 주파수의 방해 전파를 흡수하는 제 1 흡수체; 및
   상기 제 1 안테나와 상기 배터리부의 사이에 장착되고 상기 제 1 주파수의 방해 전파를 흡수하는 제 2 흡수체; 를 포함하고,
   상기 흡수체는,
   도전체, 자성체, 유전체 중에서 선택된 어느 하나 이상의 분말을 고무, 수지 중에서 선택된 어느 하나 이상과 복합적으로 혼합하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 다수의 안테나가 배터리부에 구비된 이동단말기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 단자와 제 2 단자는 각각의 매칭회로부에 접속하고,
   상기 각각의 매칭회로부는 피시엠부와 본체부 중에서 선택된 어느 하나에 구비되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나가 배터리부에 구비된 이동단말기.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 단자는 다이플렉스 회로에 접속하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 안테나가 배터리부에 구비된 이동단말기.
   
   
   

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