KR101151945B1 - 이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구비한 휴대용 단말기 - Google Patents

이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구비한 휴대용 단말기 Download PDF

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Abstract

저주파 대역에서 이중공진을 통해 공진 주파수 대역을 광대역화하도록 하는 이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구비한 휴대용 단말기가 제시된다. 제시된 이중대역용 내장형 안테나는, 다면체 블록; 다면체 블록에 형성된 제1방사패턴; 다면체 블록에 제1방사패턴과 이격되어 형성된 제2방사패턴을 포함하되, 제1방사패턴 및 제2방사패턴은 상호 대칭으로 형성된다.

Description

이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구비한 휴대용 단말기{Internal antenna for double-band and portable device having the same}
본 발명은 이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구비한 휴대용 단말기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저주파 대역에서의 이중공진이 가능한 이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구비한 휴대용 단말기에 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 무선 전화기가 아닌 다양한 사용자 편의 기능과 엔터테인먼트 기능에 통신 수단이 복합된 통합 휴대 기기로 취급되고 있다. 이동 통신 단말기 하나만으로 영화를 보고, 음악을 듣고, 통신도 하다가 필요하면 음성 통화도 하는 등, 사용자가 이동 통신 단말기를 휴대하고 사용하는 시간은 점차 늘어만 가고 있다. 하지만, 다운로드 받은 영화, 음악 등과 같은 멀티미디어 파일들은 사용자가 새롭게 내용을 갱신해 주어야 하기 때문에 보다 신선한 내용을 추가적인 부담 없이 즐기기 위하여 FM 라디오 방송 수신 청취 기능의 추가가 요구되고 있다.
따라서, 멀티미디어 기능이 강조된 최근의 이동 통신 단말기들 중 음악관련 기능에 치중한 이동 통신 단말기에는 FM 라디오 방송 수신부가 내장되어 사용자가 FM 라디오 방송을 청취할 수 있다. 이를 위해, 이동 통신 단말기에는 FM 대역용 내장형 안테나가 실장된다.
이동 통신 단말이 소형화 및 슬림화되는 추세에 따라, FM 대역용 내장형 안테나는 크기가 점차 소형화되고 있다. 그리하면, FM 대역용 내장형 안테나는 주파수의 수신을 위한 방사패턴을 실장하기 위한 공간이 축소되어 공진 주파수 대역이 축소되고, 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 그 목적은 저주파 대역에서 이중공진을 통해 공진 주파수 대역을 광대역화하도록 하는 이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구비한 휴대용 단말기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이중대역용 내장형 안테나는, 다면체 블록; 다면체 블록에 형성된 제1방사패턴; 다면체 블록에 제1방사패턴과 이격되어 형성된 제2방사패턴을 포함하되, 제1방사패턴 및 제2방사패턴은 상호 대칭으로 형성된다.
제1방사패턴 및 제2방사패턴은 다면체 블록의 외측면을 따라 권선 형태로 형성된다.
제1방사패턴은, 다면체 블록의 외측에 형성된 일단부에 제1접지부가 형성되고, 다면체 블록의 내측에 형성된 타단부에 제1급전부가 형성된다.
제2방사패턴은, 다면체 블록의 외측에 형성된 일단부에 제2접지부가 형성되고, 다면체 블록의 내측에 형성된 타단부에 제2급전부가 형성된다.
제1방사패턴은 제3방사패턴과 전기적으로 연결된다.
제2방사패턴은 제4방사패턴과 전기적으로 연결된다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이중대역용 내장형 안테나를 구비한 휴대용 단말기는, 상술한 이중대역용 내장형 안테나 중에 어느 하나를 구비한다.
본 발명에 따른 이중대역용 내장형 안테나는 헬리컬 형상의 방사패턴을 상호 대칭으로 형성함으로써, 저주파 대역에서 이중공진하는 것이 가능하다.
부수적으로, 이중대역용 내장형 안테나는 저주파 대역에서 이중공진을 구현함으로써, 저주파 대역의 수신율을 향상시키는 것이 가능하다.
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 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나 및 이를 구 비한 휴대용 단말기를 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다.
도 1 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이중대역용 내장형 안테나는 자성체로 구성되는 다면체 블록(100), 다면체 블록(100)의 외측면을 따라 권선되는 형태로 형성된 제1방사패턴(200), 다면체 블록(100)의 외측면을 따라 권선되는 형태로 형성되되 제1방사패턴(200)과 이격되어 형성되는 제2방사패턴(300)을 포함한다. 이때, 제1방사패턴(200)은 다면체 블록(100)의 외측에 형성된 일단부에 제1접지부(220)가 형성되고, 다면체 블록(100)의 내측에 형성된 타단부에 제1급전부(240)가 형성된다. 제2방사패턴(300)은 다면체 블록(100)의 외측에 형성된 일단부에 제2접지부(320)가 형성되고, 다면체 블록(100)의 내측에 형성된 타단부에 제2급전부(340)가 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1방사패턴(200) 및 제2방사패턴(300)은 점 "A"를 중심으로 상호 대칭 형상으로 형성된다. 즉, 제1방사패턴(200) 및 제2방사패턴(300)은 다면체 블록(100)에 상호 대칭 형상으로 형성되어 저주파 대역에서 각각 상이한 공진 주파수를 형성한다. 그에 따라, 이중대역용 내장형 안테나는 저주파 대역에서의 이중공진이 가능해진다. 물론, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1방사패턴(200) 및 제2방사패턴(300)은 점 "A" 또는 직선 "B"를 중심으로 상호 대칭되는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1방사패턴(200) 및 제12방사패턴(300)은 공진 주파수의 조정을 위해 일부가 대칭되지 않도록 형성될 수도 있다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 이중대역용 내장형 안테나는 라디에이터로 동작하는 제3방사패턴(400) 및 제4방사패턴(500)을 추가로 포함할 수도 있다. 이때, 제3방사패턴(400)은 제1방사패턴(200)의 제1접지부(220)와 전기적으로 결합하여 라디에이터의 역할을 수행한다. 제4방사패턴(500)은 제2방사패턴(300)의 제2접지부(320)와 전기적으로 결합하여 라디에이터의 역할을 수행한다. 여기서, 제3방사패턴(400) 및 제4방사패턴(500)은 주파수 수신이 가능한 도전성 재질로 형성된다. 물론, 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 제3방사패턴(400) 및 제4방사패턴(500)은 연성회로기판(600)의 상부면에 형성되어 제1방사패턴(200) 및 제2방사패턴(300)에 각각 결합할 수도 있다. 여기서, 제3방사패턴(400) 및 제4방사패턴(500)은 도면에 도시된 형상 이외에도 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
다면체 블록(100)은 다면체의 자성체 재료로 구성된다. 자성체(Magneto-dielectric)란 자성을 띠는 것이 가능한 물질을 말하며, 산화철, 산화크롬, 코발트, 페라이트 등이 있다. 일반적으로, 다면체 블록(100)을 구성하는 자성체로는 페라이트가 사용된다.
Figure 112009064500884-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(100)은 각기 다른 투자율 및 유전율을 갖으므로 구현하고자 하는 공진 주파수에 따라 취사선택 할 수 있음은 물론이다. 또한, 다면체 블록(100)의 크기 및 모양은 구현하고자 하는 주파수대역에 따라 달라질 수 있다.
도 5는 도 1의 방사패턴을 설명하기 위한 전개도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1방사패턴(200)은 다면체 블록(100)의 외측면을 따라 권선 형태(즉, 헬리컬 형태)로 형성된다. 제1방사패턴(200)은 다면체 블록(100)의 제1측면(100a)에 형성된 I1~I9의 방사라인이 제2측면(100b)에 형성된 I1~I9의 방사라인과 각각 연결되어 구성된다. 도 5에서는 제1측면(100a)에 형성된 방사라인 I1~I9와 제2측면(100b)에 형성된 방사라인 I1~I9이 별개인 것처럼 도시되어 있으나, 도 5를 도 1의 상태로 구현하면, 제1방사패턴(200)은 다면체 블록(100)의 제2측면(100b)의 일측에서 시작하여 다면체 블록(100)의 외측면을 따라 권취 형성되어 하나의 방사라인(즉, 헬리컬 형태의 방사라인)을 형성한다.
제1방사패턴(200)은 일측(예컨대, I1)이 제1접지부(220)로 형성되고, 타측(예컨대, I9)이 제1급전부(240)로 형성된다. 즉, 제1방사패턴(200)은 제2방사패턴(300)과 인접한 일단부가 제1접지부(220)로 형성되고, 타단부가 제1급전부(240)로 형성된다. 제1방사패턴(200)의 제1급전부(240) 및 제1접지부(220)는 각각 후술할 인쇄회로기판(700)의 급전단 및 접지단과 연결된다. 이때, 제1방사패턴(200)의 길이 및 선폭, 방사라인 간 간격은 구현하고자 하는 주파수대역에 따라 달라질 수 있다.
제2방사패턴(300)은 다면체 블록(100)의 외측면을 따라 권선 형태(즉, 헬리컬 형태)로 형성된다. 제2방사패턴(300)은 다면체 블록(100)의 제1측면(100a)에 형성된 J1~J9의 방사라인이 제2측면(100b)에 형성된 J1~J9의 방사라인과 각각 연결되어 구성된다. 도 5에서는 제1측면(100a)에 형성된 방사라인 J1~J9와 제2측면(100b)에 형성된 방사라인 J1~J9이 별개인 것처럼 도시되어 있으나, 도 5를 도 1의 상태로 구현하면, 제2방사패턴(300)은 다면체 블록(100)의 제2측면(100b)의 일측에서 시작하여 다면체 블록(100)의 외측면을 따라 권취 형성되어 하나의 방사라인(즉, 헬리컬 형태의 방사라인)을 형성한다.
제2방사패턴(300)은 일측(예컨대, J9)이 제2접지부(320)로 형성되고, 타측(예컨대, J1)이 제2급전부(340)로 형성된다. 즉, 제2방사패턴(300)은 제1방사패턴(200)과 인접한 일단부가 제2급전부(340)로 형성되고, 타단부가 제2접지부(320)로 형성된다. 제2방사패턴(300)의 제2급전부(340) 및 제2접지부(320)는 각각 후술할 인쇄회로기판(700)의 급전단 및 접지단과 연결된다. 이때, 제2방사패턴(300)의 길이 및 선폭, 방사라인 간 간격은 구현하고자 하는 주파수대역에 따라 달라질 수 있다.
제1방사패턴(200) 및 제2방사패턴(300)은 소정간격 이격되어 상호 대칭으로 형성된다. 즉, 제2방사패턴(300)의 제2급전부(340)가 제1방사패턴(200)의 제1급전부(240)와 소정간격 이격되어 형성된다. 이때, 제2방사패턴(300)은 제1방사패턴(200)과 점 또는 선을 중심으로 상호 대칭되도록 형성된다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나가 적용되는 휴대용 단말기의 인쇄회로기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중대역용 내장형 안테나는 휴대용 단말기의 인쇄회로기판(700)상의 NO-GND 영역(720)에 실장된다. 일반적으로, NO-GND 영역(720)은 인쇄회로기판(700)의 일측에 형성되며, 인쇄회로기판(700)의 그라운드 영역(710)에 실장되는 다른 칩들과 이격거리를 두기 위한 공간을 말한다. NO-GND 영역(720) 상에는 제1도전성 패드(730), 제2도전성 패드(740), 제3도전성 패드(750), 제4도전성 패드(760), 제5도전성 패드(770)가 형성되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1도전성 패드(730)는 급전단으로 사용되며, 다면체 블록(100)의 제2측면(100b)에 형성된 제1방사패턴(200)의 제1급전부(240)와 솔더링(Soldering)되어 연결된다. 제2도전성 패드(740)는 급전단으로 사용되며, 다면체 블록(100)의 제2측면(100b)에 형성된 제2방사패턴(300)의 제2급전부(340)와 솔더링되어 연결된다. 이때, 제1도전성 패드(730) 및 제2도전성 패드(740)는 제5도전성 패드(770)를 통해 전기적으로 연결된다. 제3도전성 패드(750)는 접지단으로 사용되며, 다면체 블록(100)의 제2측면(100b)에 형성된 제1방사패턴(200)의 제1접지부(220)와 솔더링되어 연결된다. 제4도전성 패드(760)는 접지단으로 사용되며, 다면체 블록(100)의 제2측면(100b)에 형성된 제2방사패턴(300)의 제2접지부(320)와 솔더링되어 연결된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1도전성 패드(730) 및 제2도전성 패드(740)는 제1커패시터(820)를 통해 연결되고, 제1도전성 패드(730)은 제2커패시터(840)와 전기적으로 연결되고, 제3도전성 패드(750) 및 제4도전성 패드(760)는 타단부가 제3커패시터(860) 및 제4커패시터(880)와 각각 전기적으로 연결될 수도 있다. 여기서, 제1커패시터(820) 내지 제4커패시터(880)는 공진 주파수를 튜닝하기 위한 것으로, 각 커패시터의 용량을 변경하여 공진 주파수를 조정할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나의 등가회로를 설명하기 위한 도면이고, 도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역용 내장형 안테나의 공진 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
저주파 대역용 내장형 안테나의 등가회로를 보면 제1방사패턴(200)과 제2방사패턴(300)은 인덕터 및 저항(즉, 도 9 및 도 10의 C, D)으로 동작한다. 여기서, 제1방사패턴(200) 및 제2방사패턴(300)은 구현하고자 하는 주파수 대역에 따라 길이 및 선폭, 방사라인 간 간격이 고정되어 있기 때문에 고정된 인덕턴스 값을 갖는다.
따라서, 공진 주파수를 이동시키기 위해서는 제1커패시터(820) 내지 제3커패시터(860)의 커패시턴스 용량을 조정한다. 즉, 시뮬레이터를 이용한 실험을 통해 구해진 제1커패시터(820) 내지 제3커패시터(860)의 커패시턴스 용량을 이용하여 실제 양산을 하는 경우 도 11에 도시된 바와 같이, 원하는 공진 주파수와는 다른 공진 주파수가 형성된다. 원하는 공진 주파수를 형성하기 위해서는 반복 실험을 통해 제1커패시터(820) 내지 제3커패시터(860)의 적절한 커패시턴스 용량을 구하는 과정(즉, 튜닝과정)을 필요로 한다.
여기서, 반복 실험을 통해 제1커패시터(820) 내지 제3커패시터(860)의 적절한 커패시턴스 용량을 구하게 되면 도 12에 도시된 바와 같이, 이중공진과 함께 원하는 공진 주파수를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 이중대역용 내장형 안테나는 헬리컬 형상의 방사패턴을 상호 대칭으로 형성함으로써, 저주파 대역에서 이중공진하는 것이 가능하다.
부수적으로, 이중대역용 내장형 안테나는 저주파 대역에서 이중공진을 구현 함으로써, 저주파 대역의 수신율을 향상시키는 것이 가능하다.
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 1 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1의 방사패턴을 설명하기 위한 전개도.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나가 적용되는 휴대용 단말기의 인쇄회로기판을 설명하기 위한 도면.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나의 등가회로를 설명하기 위한 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역용 내장형 안테나의 공진 주파수를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 다면체 블록 200: 제1방사패턴
220: 제1접지부 240: 제1급전부
300: 제2방사패턴 320: 제2접지부
340: 제2급전부 400: 제3방사패턴
500: 제4방사패턴 700: 인쇄회로기판
730: 제1도전성 패드 740: 제2도전성 패드
750: 제3도전성 패드 760: 제4도전성 패드
820: 제1커패시터 840: 제2커패시터
860: 제3커패시터 880: 제4커패시터

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  7. 다면체 블록; 상기 다면체 블록에 형성되고, 상기 다면체 블록의 외측에 형성된 일단부에 제1접지부가 형성되고, 상기 다면체 블록의 내측에 형성된 타단부에 제1급전부가 형성되어 일측이 제3방사패턴과 연결되는 제1방사패턴; 상기 다면체 블록에 상기 제1방사패턴과 이격되어 형성되고, 상기 다면체 블록의 외측에 형성된 일단부에 제2접지부가 형성되고, 상기 다면체 블록의 내측에 형성된 타단부에 제2급전부가 형성되어 일측이 제4방사패턴과 연결되는 제2방사패턴을 포함하되, 상기 제1방사패턴 및 제2방사패턴은 상기 다면체 블록의 외측면을 따라 권선 형태로 형성되어 상호 대칭으로 형성되는 이중대역용 내장형 안테나;
    제2커패시터에 의해 인쇄회로기판의 그라운드 영역에 연결되고, 상기 이중대역용 내장형 안테나의 제1방사패턴의 제1급전부와 연결되는 제1도전성 패드;
    제1커패시터에 의해 상기 제1도전성 패드와 전기적으로 연결되고, 상기 이중대역용 내장형 안테나의 제2방사패턴의 제2급전부와 연결되는 제2도전성 패드;
    제3커패시터에 의해 상기 인쇄회로기판의 그라운드 영역에 연결되는 제3도전성 패드; 및
    제4커패시터에 의해 상기 인쇄회로기판의 그라운드 영역에 연결되는 제4도전성 패드를 구비하되,
    상기 제1커패시터 내지 제4커패시터의 용량을 변경하여 상기 이중대역용 내장형 안테나의 공진 주파수를 튜닝하는 것을 특징으로 하는 이중대역용 내장형 안테나를 구비한 휴대용 단말기.
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