KR101099481B1 - 안테나 및 이를 포함하는 이동통신 단말기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안테나 및 이를 포함하는 이동통신 단말기에 관한 것이다. 본 발명의 이동통신 단말기는, 차폐부와, 차폐부의 상면에 형성된 급전부 및 접지부와, 급전부 및 접지부 상면에 연결되고 차폐부와 이격되어 형성되며 고주파 밴드 특성을 갖는 제1 패턴부와, 제1 패턴부의 일면과 연결되고, 그 끝단이 접지부와 연결된 제1 패턴부의 일부와 서로 근접한 위치에 형성되며 저주파 밴드 특성을 갖는 제2 패턴부를 포함한다.
이동통신 단말기, 안테나, 루프, PIFA, 고주파, 저주파, 커플링, 차폐

Description

안테나 및 이를 포함하는 이동통신 단말기{Antenna and Mobile Communication Terminal Using the Same}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 포함하는 이동통신 단말기를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사출력을 측정한 것을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 안테나 20 : 이동통신 단말기
110 : 접지부 120 : 급전부
130 : 제1 패턴부 140 : 제2 패턴부
본 발명은 안테나 및 이를 포함하는 이동통신 단말기에 관한 것이다.
일반적으로 안테나(Antenna)는 외부로부터 유입된 전파를 수신하고 내부의 다른 장치로부터 전달된 신호를 외부로 송신하는 수단이다. 이러한 안테나는 무선통신기기인 이동통신 단말기에서는 필수 부품으로써 기지국과의 신호를 송/수신시에 중요한 매개체 역할을 수행하여 통신감도를 향상시키는 동작을 수행한다.
이러한 안테나는 다중밴드로 설계될 때에는 각 밴드에 공진하는 공진구조가 서로 이격되도록 설계하는 경향이 있다.
그러나 최근의 이동통신 단말기는 많은 부품을 내장하면서 소형화 또는 슬림화하는 경향이 있기 때문에 안테나와 여러 부품과의 거리를 충분히 확보하지 못하는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는 안테나로부터 이동통신 단말기 내의 회로 또는 회로 잡음으로부터 안테나를 보호하기 위해서 차폐벽(Shielding Wall)을 사용한다.
이러한 차폐벽이 인접한 경우에 단순히 안테나 장치 자체의 특성을 개선하기 위해서 다중 밴드를 이격시키는 구조의 경우에는 특정밴드는 차폐벽의 가까이에 위치하게 된다.
이와 같은 구조는 실제 액티브적인 안테나의 동작상태에서 실효방사중 일부가 차폐벽에 흡수되어 전체적으로는 실효방사출력이 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 루프와 PIFA 구조가 혼합되는 새로운 구조를 제안하는데 그 목적이 있다.
둘째, 차폐부에서 급전부와 전류분포가 큰 지점을 멀리하는데 그 목적이 있다.
셋째, 저주파 밴드의 끝단이 고주파 밴드의 접지부와 근접하게 형상하는데 그 목적이 있다.
넷째, 핸드 이펙드 및 실효성능을 개선하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신 단말기는, 차폐부와, 차폐부의 상면에 형성된 급전부 및 접지부와, 급전부 및 접지부 상면에 연결되고 차폐부와 이격되어 형성되며 고주파 밴드 특성을 갖는 제1 패턴부와, 제1 패턴부의 일면과 연결되고, 그 끝단이 접지부와 연결된 제1 패턴부의 일부와 서로 근접한 위치에 형성되며 저주파 밴드 특성을 갖는 제2 패턴부를 포함하는 안테나를 포함한다.
이때, 안테나의 급전부에서 인가되는 전류는 제1 패턴부를 통하여 접지부로 이동하는 루프(Loop) 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 안테나의 제1 패턴부는 적어도 급전부와 접지부의 길이 만큼 차폐부와 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한, 안테나의 급전부와 접지부 사이의 제1 패턴부는 다각형 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 안테나의 제1 패턴부는 제2 패턴부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 한다.
또한, 안테나의 제1 패턴부는 루프안테나로 동작하고, 제2 패턴부는 PIFA(Planar Inverted-F Antenna) 안테나로 동작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 차폐부는 메인회로로부터 안테나로 유기되는 잡음을 줄이기 위한 것을 특징으로 한다.
또 다른 측면에서의 본 발명의 이동통신 단말기는, 차폐부와, 차폐부의 상면에 형성된 급전부와 접지부와, 급전부 및 접지부 상면에 연결되고 차폐부와 이격되어 형성되며 고주파 밴드 특성을 갖는 제1 패턴부와, 제1 패턴부의 일면과 연결되고, 그 끝단이 접지부와 연결된 제1 패턴부의 일부와 서로 근접한 위치에 형성되며 저주파 밴드 특성을 갖는 제2 패턴부를 포함한다.
이때, 급전부에서 인가되는 전류는 제1 패턴부를 통하여 접지부로 이동하는 루프 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 제1 패턴부는 적어도 급전부와 접지부의 길이 만큼 차폐부와 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한, 접지부 사이의 제1 패턴부는 다각형 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 패턴부는 제2 패턴부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 패턴부는 루프안테나로 동작하고, 제2 패턴부는 PIFA(Planar Inverted-F Antenna) 안테나로 동작하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 및 이를 포함하는 이동통신 단말 기를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(10)는 접지부(110), 급전부(120), 제1 패턴부(130) 및 제2 패턴부(140)를 포함한다.
먼저 접지부(110)는 안테나(10)를 고정시키고, 급전부(120)는 제1 패턴부(130)와 제2 패턴부(140)에 전기적 신호를 공급한다.
제1 패턴부(130)는 일단이 급전부(120)와 연결되며 타단이 접지부(110)와 연결되고, 차폐부(100)와 이격되는 방향으로 루프(Loop) 모양으로 둥글게 형성되고 고주파 밴드 특성을 갖는다.
제2 패턴부(140)는 제1 패턴부(130)의 일단과 연결되며 그 끝단이 접지부(110)와 연결된 제1 패턴부(130)의 타단과 서로 근접하도록 형성되어 저주파 밴드 특성을 갖는다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 살펴 보면 다음과 같다.
안테나(10)에 유기되는 잡음을 줄이기 위해 설치된 차폐부(100)에 접지부(110)와 급전부(120)가 연결된다.
이때, 접지부(110)와 급전부(120)는 각각 소정의 길이(d1, d2)를 갖으며 제1 패턴부(130)가 연결된다. 이러한 제1 패턴부(130)는 소정의 폭(w1)을 갖으며, 제1 패턴부(130)는 적어도 급전부(120)와 접지부(110)의 길이(d1, d2) 만큼 차폐부(100)와 일정 거리(d)로 이격되어 형성된다.
이때, 제1 패턴부(130)는 도 1의 a와 같은 전류의 이동통로가 구성되는 루프(Loop)구조를 갖으며 이는 1/2파장의 조건을 만족한다.
이와 같이, 제1 패턴부(130)가 차폐부(100)와 이격된 루프 구조를 갖음으로써 양끝단이 급전부(120)와 접지부(110)로 연결되고 이것은 양 끝단의 전기적 특성을 고정시키게 되므로 주변조건의 영향을 적게 받으면서 광대역의 특성을 갖는다
이에 따라서, 실제 고대역에서 핸드 이펙트(Hand Effect)등에 강인한 특성을 가진다.
또한, 제1 패턴부(130)가 루프 구조를 갖음으로써 차폐부(100)와의 이격에 따라서 능동성능의 개선효과를 얻을 수 있다.
즉, 차폐부(100)와 이격됨으로서 실제 안테나(10)의 필드 형성이 차폐부(100)에 집중되지 않고 실제 차폐부(100)와의 필드의 형성이 결국 능동성능의 개선으로 이어지게 된다. 이러한 설계는 다중 대역 안테나의 경우 다중 대역간의 이격거리를 최대한 보장하는 일반적인 안테나 설계와는 다른 설계이나, 차폐부(100)과의 거리가 가까워짐에 따른 차폐부(100)와의 간섭효과 및 근접 거리내에서의 필드 형성으로부터의 능동성능 저하를 개선하여 결과적으로 실효 방사특성이 개선된다.
이와 같이, 전류분포가 제일 큰 급전부(120)와 안테나(10) 패턴의 시작단인 제1 패턴부(130)가 차폐부(100)와 멀어짐으로써 이 부분의 전류가 만들어내는 필드 형성이 차폐부(100)에 의해 방해를 적게 받는 구조가 된다. 이렇게 차폐부(100)가 방사에 미치는 손실을 최소화하면, 안테나(10)의 수동 성능과는 상관없이 능동 안 테나 방사 출력에 대한 손실이 최소화되어 방사효율이 좋아진다.
이러한, 제1 패턴부(130)의 일단에는 제2 패턴부(140)가 연결되며, 제2 패턴부(140)는 그 끝단(142)이 제1 패턴부(130)의 접지부(110)와 연결된 부분과 서로 근접하도록 형성되고 저주파 밴드 특성을 갖는다.
여기서, 제2 패턴부(140)의 폭(w2)은 제1 패턴부(130)의 폭(w1)보다 좁게 형성된다. 왜냐하면, 제1 패턴부(130)는 고주파 밴드 특성을 갖는 것으로서 DCS(Digital Cellular System), PCS(Personal Communications Services), WCDMA2100(Wideband Code Division Multiple Access)까지 모든 대역을 커버해야 하므로 대역이 넓어야 하기 때문에 제2 패턴부(140)의 폭(w2)보다 넓은 폭(w1)을 갖도록 형성한다.
이러한, 제2 패턴부(140)는 루프 구조를 갖는 제1 패턴부(130)의 급전부(120)를 공유하여, 이곳에서 패턴이 시작되며 1/4파장 조건을 만족한다.
이에 따라서, 제2 패턴부(140)는 루프 구조를 갖는 제1 패턴부(130)의 급전부(120)와 접지부(110)가 모두 존재하므로 자연적으로 PIFA(Planar Inverted-F Antenna)구조의 형태가 되어 PIFA의 특성이 적용된다.
또한, 이와 같이 안테나(10)가 루프 구조와 PIFA 구조가 혼합되는 구조를 사용함으로써, 고대역에서는 루프 구조를 통한 성능개선 효과를 얻고, 저대역에서는 PIFA구조를 사용하여 구현 면적을 최소화할 수 있다.
이때, 제2 패턴부(140)의 끝단(142)이 제1 패턴부(130)의 접지부(110)와 연 결된 부분과 서로 근접하도록 형성됨으로써 커플링(Coupling)을 형성한다.
여기서, 커플링이란 고주파 밴드와 저주파 밴드의 끝단이 서로 근접하는 구조를 갖음으로써 고주파 밴드와 저주파 밴드의 대역확장과 고대역 주파수의 중심 주파수 이동 특성을 갖게 되어 적절한 튜닝에 의해 원하는 대역으로 이동 되게 되는 현상을 말한다.
즉, PIFA 구조에서 접지된 기생소자(Parastic Element)를 이용하여 대역 확장을 얻을 수 있으며, 이러한 대역확장과 함께 약간의 주파수 이동 특성을 보이는데 이러한 이론을 결합하여 튜닝을 통해 원하는 대역폭과 원하는 공진 주파수를 얻을 수 있다.
지금까지의 실시예에서는 제1 패턴부(130)가 급전부(120)와 접지부(110)와 연결된 부분이 직선을 이뤄 급전부(120)와 접지부(110)의 각각의 길이(d1, d2)와 동일한 길이(d)를 갖는 것에 대해서 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 이에 대한 다른 실시예들은 다음과 같다.
여기서, 제1 패턴부(130)의 형상을 제외한 안테나(10)의 모든 구조 및 동작 특성은 전술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
<제2 실시예>
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나(10)의 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110) 사이의 패턴의 형상이 반원의 형상을 갖도록 형성할 수 있다.
이와 같이, 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110) 사이의 패턴의 형상이 반원의 형상을 갖음으로써 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110)의 각각의 길이(d1, d2)보다 차폐부(100)로부터 더욱 이격된다.
이와 같이, 제1 패턴부(130)가 차폐부(100)로부터 더 이격됨으로써 실제 능동 성능(Active Performance : 실효출력이나 실효감도)을 더욱 개선할 수 있다.
<제3 실시예>
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나(10)의 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110) 사이의 패턴의 형상이 반삼각의 형상을 갖도록 형성할 수 있다.
이와 같이, 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110) 사이의 패턴의 형상이 반삼각의 형상을 갖음으로써 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110)의 각각의 길이(d1, d2)보다 차폐부(100)로부터 더욱 이격된다.
<제4 실시예>
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나(10)의 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110) 사이의 패턴의 형상을 도 3의 반삼각에서 하나의 각을 더 갖도록 형성할 수 있다.
이에 따라서, 제1 패턴부(130)는 급전부(120)와 접지부(110)의 각각의 길이(d1, d2)보다 차폐부(100)로부터 더욱 이격된다.
<제5 실시예>
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 안테나(10)의 제2 패턴부(140)는 미앤더(Meander) 구조로 형성할 수 있다.
이와 같이, 제2 패턴부(140)는 미앤더 구조로 형성할 때에도 그 끝단(142)은 제1 패턴부(130)의 접지부(110)와 연결된 부분과 서로 근접하도록 형성됨으로써 커플링(Coupling)을 형성하는 것은 전술한 바와 동일하다.
그러나, 제2 패턴부(140)를 미앤더(Meander) 구조로 형성함으로써 안테나(10)를 더욱 소형화할 수 있다.
이와 같은 안테나(10)는 이동통신 단말기(20)에 실장될 수 있는데 이에 대한 일례를 살펴보면 도 6과 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 포함하는 이동통신 단말기를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(10)는 이동통신 단말기(20)에 내장된 형태로 실장될 수 있다.
이때, 차폐부(100)는 메인회로(미도시)로부터 안테나(10)로 유기되는 잡음을 줄이기 위해서, 또는 안테나(10)로부터 메인회로(미도시)를 보호하기 위한 목적으로 설치된다.
이러한 차폐부(100)는 일반적으로 카메라 쉴딩 구조물이 사용될 수 있으며 이것이 이동통신 단말기(20)의 접지면과 연결되어 접지면을 형성하게 된다.
이와 같이, 이동통신 단말기(20)에 본 발명의 안테나(10)를 실장했을 경우 안테나(10)의 방사출력을 살펴 보면 도 7과 같다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사출력을 측정한 것을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(10)의 네트워크 망 분석기를 이용하여 측정한 주파수 응답특성을 살펴 보면, GSM900, DCS, PCS, WCDMA2100대역을 모두 커버하는 것을 알 수 있다. 이때, A 선이 아래로 내려올수록 공진이 잘 이루어져 안테나 효율이 높아지는 것을 나타낸 것이다.
이와 함께, <표 1>의 안테나(10) 전체 방사 출력을 참고하면 다음과 같다.
패턴 이격전 패턴 이격후
WCDMA2100 15.96 16.53
GSM900 71.67 24.052
<표 1>을 참고하면 패턴 이격전에 비해서 패턴 이격후에 WCDMA 대역에서는 방사 출력이 0.5dB가량 개선이 되었고, GSM900대역은 6dB이상 (linear값으로는 4배 개선이 됨) 개선되었다. 특히, GSM900대역의 개선이 매우 큰데, 이것은 안테나(10)의 패턴을 접지면으로 동작하는 차폐부(100)와 분리시킨 것이 원인이 된다.
또한, 제1 패턴부(130)의 형상이 지금까지 설명한 실시예 뿐 아니라 모든 다각 형상을 갖도록 형성하는 것이 가능하며 이에 따라 제1 패턴부(130)를 차폐부(100)로부터 더욱 이격시켜 안테나(10) 특성을 개선할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
따라서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 청구범위를 뒷받침하여 해석해야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 루프와 PIFA 구조가 혼합되는 새로운 구조를 사용함으로써, 고대역에서는 루프 구조를 통한 성능개선 효과를 얻고, 저대역에서는 PIFA 구조를 사용하여 구현 면적을 최소화하는 효과가 있다.
둘째, 차폐부에서 급전부와 전류분포가 큰 지점을 멀리함으로써 능동 성능개선이 용이하다.
셋째, 저주파 밴드의 끝단이 고주파 밴드의 접지부와 근접하게 형상하여 커플링됨으로써 원하는 대역폭과 원하는 공진 주파수를 용이하게 얻는 효과가 있다.
넷째, 핸드 이펙드 및 실효성능을 개선하는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 차폐부; 및
    상기 차폐부의 상면에 형성된 급전부 및 접지부와, 상기 급전부 및 접지부 상면에 연결되고 상기 차폐부와 이격되어 형성되며 고주파 밴드 특성을 갖는 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부의 일면과 연결되고, 그 끝단이 상기 접지부와 연결된 상기 제1 패턴부의 일부와 서로 근접한 위치에 형성되며 저주파 밴드 특성을 갖는 제2 패턴부를 포함하는 안테나;를 포함하며,
    상기 제1 패턴부와 상기 제2 패턴부 중 적어도 어느 하나와 상기 차폐부 사이의 이격거리가 위치에 따라 변경되는 이동통신 단말기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 상기 급전부에서 인가되는 전류는 상기 제1 패턴부를 통하여 상기 접지부로 이동하는 루프(Loop) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 상기 제1 패턴부는,
    적어도 상기 급전부와 상기 접지부의 길이 만큼 상기 차폐부와 이격되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 상기 급전부와 상기 접지부 사이의 상기 제1 패턴부는 다각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 상기 제1 패턴부는 상기 제2 패턴부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 제1 패턴부는 루프안테나로 동작하고, 상기 제2 패턴부는 PIFA(Planar Inverted-F Antenna) 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐부는,
    메인회로로부터 상기 안테나로 유기되는 잡음을 줄이기 위한 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  8. 차폐부;
    상기 차폐부의 상면에 형성된 급전부와 접지부;
    상기 급전부 및 접지부 상면에 연결되고 상기 차폐부와 이격되어 형성되며 고주파 밴드 특성을 갖는 제1 패턴부;
    상기 제1 패턴부의 일면과 연결되고, 그 끝단이 상기 접지부와 연결된 상기 제1 패턴부의 일부와 서로 근접한 위치에 형성되며 저주파 밴드 특성을 갖는 제2 패턴부;
    를 포함하며,
    상기 제1 패턴부와 상기 제2 패턴부 중 적어도 어느 하나와 상기 차폐부 사이의 이격거리가 위치에 따라 변경되는 안테나.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 급전부에서 인가되는 전류는 상기 제1 패턴부를 통하여 상기 접지부로 이동하는 루프 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 패턴부는,
    적어도 상기 급전부와 상기 접지부의 길이 만큼 상기 차폐부와 이격되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 급전부와 상기 접지부 사이의 상기 제1 패턴부는 다각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 패턴부는 상기 제2 패턴부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 안테나.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 패턴부는 루프안테나로 동작하고, 상기 제2 패턴부는 PIFA(Planar Inverted-F Antenna) 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는 안테나.
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