KR101291274B1

KR101291274B1 - 이동통신 단말기 및 그의 안테나

Info

Publication number: KR101291274B1
Application number: KR1020060132801A
Authority: KR
Inventors: 송문수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2013-07-30
Also published as: KR20080058736A

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기 및 그의 안테나에 관한 것으로, 급전부 일단 및타단에 2개의 정합부를 따로 형성하여, 본체 주회로기판과 급전부 사이의 신호를 1차적으로 임피던스 정합하고, 방사부 신호를 단락시키며 이때 단락 신호를 2차적으로 임피던스 정합한다. 본 발명에 따르면, 방사부와 본체 주회로기판의 접지면 사이에 정합소자를 구비하여 방사부의 단락 신호에 대한 입피던스 정합을 수행함으로써, 구조적으로는 모노폴 안테나의 구조를 갖지만, 회로적으로는 평면 역 F형 안테나로 동작되도록 함에 따라, 모노폴 안테나와 평면 역 F 안테나의 장단점을 서로 절충시킴으로써 대역폭이 넓고, 안테나 이득이 높아, 다중 대역의 신호 송수신이 용이한 이점이 있다.

이동통신 단말기, 안테나, 방사부, 급전부, 제2정합부

Description

이동통신 단말기 및 그의 안테나{ Mobile communication terminal and antenna thereof }

도 1은 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 안테나 구성을 설명하기 위해 도시된 사시도,

도 2 는 본 발명에 따른 제2정합부에 대한 실시예의 설명에 참조되는 도,

도 3 은 본 발명에 따른 안테나의 정재파비 특성을 도시한 차트, 그리고

도 4 는 본 발명에 따른 안테나의 정재파비 특성을 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2: 주회로기판(PCB) 10: 방사부

20: 급전부 30: 제1정합부

40: 제2정합부

본 발명은 이동통신 단말기 및 그의 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나의 급전단에 정합소자를 구비하여 출력신호에 대한 임피던스 정합이 가능하도록 하는 이동통신 단말기 및 그의 안테나에 관한 것이다.

이동통신 단말기의 안테나는 본체의 주회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 등으로부터 출력된 신호가 급전부를 통해 방사부로 전달하고, 방사부는 일정 주파수 대역의 신호 송수신하게 된다. 이때, 주회로기판과 급전부 사이에는 정합회로가 구비되어, 주회로기판으로부터 출력된 신호에 대해 임피던스 정합을 한 후 급전부를 통해 방사부로 급전되도록 한다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 안테나의 경우 정합회로를 통해 출력신호에 대한 임피던스 정합을 할 경우 임피던스 정합이 약하게 되며, 만일 안테나 이득을 보다 높이기 위해 더 많은 정합소자를 사용하게 되면, 오히려 정합률이 떨어지게되므로 역효과가 나타나게 된다. 따라서, 정합회로를 구현함에 있어 출력신호에 대한 임피던스 정합 범위가 제한되어 보다 강한 임피던스 정합을 할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 급전부 끝단에 정합소자를 구비함으로써 출력신호를 정합하여 안테나 이득이 증대되도록 하는 이동통신 단말기 및 그의 안테나를 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 안테나는, 방사부, 상기 방사부로 신호를 급전하는 급전부, 상기 급전부와 상기 급전부에 신호를 송수신하는 본체 주회로기판의 신호 송수신단 사이에서 임피던스 정합(impedance maching)을 수행하는 제1정합부 및 상기 방사부와 상기 본체 주회로기판의 접지면 사이에 접속된 정합소자로 형성되는 제2정합부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 이동통신 단말기는 상기와 같이 구성되는 안테나를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 안테나 구성을 설명하기 위해 도시된 사시도이다. 먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 이동통신 단말기를 설명하면, 이동통신 단말기는 본체에 구비된 주회로기판(PCB, Printed Circuit Board)(2) 및 주회로기판(2)의 동작에 따라 일정 대역의 신호를 송수신하는 안테나를 포함한다.

이에, 상기한 안테나의 구조를 좀 더 상세히 설명하고자 한다. 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 안테나는 방사부(10), 방사부(10)로 신호를 급전하는 급전부(20), 본체 주회로기판(2)의 신호 송수신단과 급전부(20) 사이에서 임피던스 정합을 수행하는 제1정합부(30), 방사부(10)와 본체 주회로기판(2) 사이에 접속된 정합소자로 형성되는 제2정합부(40)를 포함한다.

여기서, 방사부(10)는 금속 재질의 방사체로서, 급전부(20)를 통해 급전된 신호를 외부로 송출하고, 외부로부터 송출된 신호를 수신함으로써 일정 대역 또는 다중 대역의 주파수 송수신이 가능하다. 이때, 다중 대역 주파수를 송수신하는 경우, 방사부(10)는 고주파 대역의 신호를 송수신하는 제1영역(10a)과, 저주파 대역의 신호를 송수신하는 제2영역(10b)이 구비되어, 급전부(20)를 통해 급전된 신호를 제1영역(10a) 및 제2영역(10b)을 통해 외부로 송출한다. 이때, 저주파 대역으로는 GSM 망(880MHz, 960MHz)이 대표적이며, 고주파 대역으로는 PCS 망(1.7GHz 내지 1.88GHz), WCDMA 망(1.92GHz 내지 2.17GHz) 등이 대표적인 예이다.

급전부(20)는 본체 주회로기판(2)의 신호 송수신단에 연결되어, 본체 주회로기판(2)으로부터 전달된 신호를 방사부(10)로 급전하는 역할을 수행한다. 이때, 제1정합부(30)는 본체 주회로기판(2)의 신호 송수신단과 급전부(20) 사이에서 임피던스 정합을 수행하며, 제1정합부(30)를 통해 임피던스 정합된 신호는 급전부(20)를 통해 방사부(10)로 급전된다.

제2정합부(40)는 급전부(20)와 방사부(10)가 연결되는 지점과 본 체 주회로기판(2)의 접지면(2a)을 연결하는 소자로 형성되어, 방사부(10)의 신호를 단락시킨다. 이때, 제2정합부(40)는 정합소자로 형성됨에 따라 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이의 임피던스 정합을 수행한다. 여기서, 제2정합부(40)는 코일(L) 및 콘덴서(C) 중 적어도 하나의 소자가 구비되는 것으로 하며, 이는 선택적으로 구현 가능하다.

상기와 같이 구성되는 안테나는 모노폴 안테나(monopole antenna)의 구조 형태를 갖는 안테나이지만, 안테나의 급전부(20)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비하여 방사부(10)를 단락시킴으로써, 회로적으로는 평면 역 F형 안테나(Planar Inverted F Antenna, PIFA)로 동작되도록 한다. 따라서, 모노폴 안테나와 평면 역 F 안테나의 장단점을 서로 절충시킴으로써 대역폭이 넓고, 이득이 높은 안테나를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 제2정합부에 대한 실시예의 설명에 참조되는 도면으로서, 특히 제2정합부에 구비된 정합소자의 연결에 따른 실시예가 도시된 예시도이 다.

여기서, 제2정합부(40)에 구비된 정합소자로는 상기한 실시예에서 설명한 바와 같이 코일(L) 및 콘덴서(C) 중 적어도 하나의 소자가 이용되며, 이때 도 2의 (a)와 같이 콘덴서(C) 만을 구비하거나, 또는 (b)와 같이 코일(L) 만을 구비하여 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이의 임피던스 정합을 수행한다. 뿐만 아니라, 도 2의 (c)와 같이 코일(L) 및 콘덴서(C)를 병렬로 연결하여 이용될 수도 있으며, (d)와 같이 코일(L) 및 콘덴서(C)를 직렬로 연결한 형태로도 이용되는 등, 제2정합부(40)에 구비된 정합소자의 구성은 선택적으로 구현 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 안테나 동작에 따른 정재파비 특성을 도시한 차트(chart)이다. 특히, 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이의 제2정합부(40)를 구비함으로써, 안테나를 통해 송수신되는 신호에 대한 측정 데이터가 도시된 스미스 차트(smith chart)이다.

먼저, 스미스 차트는 직교 좌표계를 한쪽점을 기준으로 원좌표로 변환한 것이다. 이때, 스미스 차트는 반사계수와 부하 임피던스(load impedance)와의 관계식을 복소수의 원의 공식으로 변환하여 단계별로 plotting 시킨 것으로서, 정재파비, 반사계수, 임피던스 정합회로 등을 계산하는데 이용된다.

이에, 도 3을 참조하면, 먼저 (a)는 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비하지 않은 경우의 스미스 차트를 도시한 것으로서, '1'에서부터 '5'까지 궤도가 도표의 중심을 회전하게 되는데, 이때, 도표의 중심을 회전하는 이 궤도에 대한 원의 크기가 점점 작아짐에 따라 대역폭이 좁 아지고, '1'에서 '5'까지 점의 위치가 중심 주파수로부터 넓게 흩어진 것으로 보아 반사계수가 커짐을 알 수 있다.

반면, 도 3의 (b)는 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비한 경우의 스미스 차트를 도시한 것으로서, '1'에서부터 '5'까지 도표의 중심을 회전하는 궤도에 대한 원의 크기가 점점 커짐에 따라 대역폭이 넓어지고, 전체적으로 (a)에서 보다 임피던스 정합이 잘 이루어져 '1'에서 '5'까지 점의 위치가 중심 주파수로 밀집된 것으로 보아 반사계수가 작아진 것을 알 수 있다. 따라서, 제2정합부(40)를 구비하지 않은 (a)에서 보다, 제2정합부(40)를 구비한 (b)에서의 중심 주파수에서의 반사계수가 작아짐에 따라 안테나 이득은 증가하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 안테나 동작에 따른 정재파비 특성을 도시한 그래프로서, 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비함으로써, 안테나를 통해 송수신되는 신호의 주파수에 따른 전압 정재파비(Voltage Standing Wave Ratio, 이하 "VSWR"이라 함)의 관계를 나타낸 도이다.

도 4를 참조하면, (a)는 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비하지 않은 경우의 주파수(f) 및 VSWR에 대한 관계를 나타낸 그래프이고, (b)는 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비한 경우의 주파수(f) 및 VSWR에 대한 관계를 나타낸 그래프이다.

여기서, VSWR은 회로나 시스템에 입력된 에너지의 반사량을 나타내는 지표로서, 진행파가 어떤 경계면을 기준으로 반사되어 돌아온 파와 합쳐지면서 발생한 정지된 파동인 정재파(Standing Wave)의 최소값과 최대값의 비를 의미한다. 이때, 반사가 전혀 없다면, 정재파도 없기 때문에 비율은 1이 되어 최상의 값을 가지고, 반사량이 아주 크다면 VSWR은 무한대로 가게 될 것이다. 즉, VSWR이 1에 가까운 수치가 될수록 전송 손실은 낮아지고, 그에 따라 안테나 이득은 증가하게 된다.

따라서, 도 4의 (a)와 (b)의 그래프를 비교했을 때, 송신신호대 전송신호 비율이 2:1인 상태를 예로하여 설명하면, 먼저 도 4의 그래프에 도시된 '1'의 주파수 대역은 880MHz, '2'의 주파수 대역은 960MHz, '3'의 주파수 대역은 1.7GHz, '4'의 주파수 대역은 1.92GHz, '5'의 주파수 대역은 2.155GHz로, '1', '2'는 GSM 망의 대역 주파수에 해당하고, '3' 내지 '4' 영역은 PCS 망의 대역 주파수에 해당하며, '4' 내지 '5' 영역은 WCDMA 망의 대역 주파수에 해당한다.

이때, 도 4의 (a)를 참조하면, 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비하지 않은 경우, 각각의 주파수 대역에서 반사손실계수는, '1'에서 '3.552', '2'에서 '1.9973', '3'에서 '6.5034', '4'에서 '3.0712', '5'에서 '1.649'가 된다. 한편, 도 4의 (b)를 참조하면, 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에 제2정합부(40)를 구비한 경우에 각각의 주파수 대역에서 반사손실계수는, '1'에서 '1.3759', '2'에서 '3.2426', '3'에서 '3.4506', '4'에서 '2.2792', '5'에서 '1.9914'가 된다. 즉, 저주파 대역인 '1', '2'에서는 (a)와 (b)의 변화가 크게 나타나지 않으나, 고주파 대역, 특히 PCS 망 대역인 '3' 내지 '4' 영역에서는 (a)와 (b)의 변화가 크게 나타난다.

여기서, VSWR은 정재파의 최소값이 1 일때, 최대값 4 인 경우까지를 이상적인 수치로 보게 되며, 이때 도 4의 (a)에서 '3'의 반사손실계수가 '6.5034'으로 이상적인 수치인 '4'를 초과하게 되므로, '3'에 해당되는 PCS 주파수 대역에서의 신호 감도가 떨어지게 된다. 반면, 도 4의 (b)에서는 '3'의 반사손실계수가 '3.4506'으로 이상적인 수치인 '4'를 초과하지 않으므로, (a)에서보다 PCS 주파수 대역에서의 신호 감도가 개선되어 안테나 이득이 높아짐을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 안테나는, 급전부(20)와 본체 주회로기판(2) 사이에서 임피던스 정합을 수행하는 제1정합부(30) 외에 방사부(10)와 본체 주회로기판(2)의 접지면(2a) 사이에서 임피던스 정합을 수행하는 제2정합부(40)를 구비함으로써, PCS 주파수 대역 및 GPS 주파수 대역을 양호한 특성으로 모두 커버하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 이동통신 단말기 및 그의 안테나에 대해 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 방사부와 본체 주회로기판의 접지면 사이에 정합소자를 구비하여 방사부의 단락 신호에 대한 입피던스 정합을 수행함으로써, 구조적으로는 모노폴 안테나의 구조를 갖지만, 회로적으로는 평면 역 F형 안테나로 동작되도록 함에 따라, 모노폴 안테나와 평면 역 F 안테나의 장단점을 서로 절충시킴으로써 대역폭이 넓고, 안테나 이득이 높아, 다중 대역의 신호 송 수신이 용이한 이점이 있다.

Claims

방사부;

상기 방사부로 신호를 급전하는 급전부;

상기 급전부와 상기 급전부에 신호를 송수신하는 본체 주회로기판의 신호 송수신단 사이에서 임피던스 정합(impedance maching)을 수행하는 제1정합부; 및

상기 방사부와 상기 본체 주회로기판의 접지면 사이에 접속된 정합소자로 형성되는 제2정합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 정합소자는 코일(L) 및 커패시터(C) 중 적어도 하나의 소자인 것을 특징으로 하는 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 제2정합부는 상기 코일 및 커패시터가 직렬 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 제2정합부는 상기 코일 및 커패시터가 병렬 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제2정합부는 평면 역 F 안테나(PIFA, Planar Inverted F-type Antenna)의 단락부로 동작되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 방사부는 다중 대역(multi-band)의 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 안테나.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 안테나를 포함하는 이동통신 단말기.