KR101675002B1

KR101675002B1 - 내장형 안테나 장치 및 안테나 성능 향상 방법

Info

Publication number: KR101675002B1
Application number: KR1020100079223A
Authority: KR
Inventors: 엄상진; 방진규; 김호생; 김용진; 김진우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2016-11-23
Also published as: KR20120016778A; US8786500B2; US20120044114A1

Abstract

본 발명은 휴대용 단말기의 내장형 안테나 장치에 관한 것으로서, 길이를 가지며 그라운드를 위하여 사용되는 제 1도체와, 상기 제 1도체와 커플링되도록 일정 간격을 가지며 나란히 배치시키되, 급전을 위하여 사용되는 제 2도체 및 상기 제 1도체와 상기 제 2도체를 상호 이격시키기 위하여 그 사이에 개재되는 이격 수단을 포함하여, 금속 구조물이 적용되더라도 항상 원활한 방사 성능이 발현될 수 있으며, 이로 인한 기기의 강성 향상, 미려한 외관 및 슬림화를 구현할 수 있고, 안테나 성능 향상 방법에 따르면 간단한 공정만으로 기존 안테나 방사체의 방사 특성 열화를 방지할 수 있으며, 금속 구조물을 방사체로 이용할 수 있다.

Description

내장형 안테나 장치 및 안테나 성능 향상 방법{BUILT-IN ANTENNA AND METHOD FOR IMPROVING ANTENNA EFFICIENCY}

본 발명은 내장형 안테나 장치 및 안테나 성능 향상 방법에 관한 것으로서, 특히 단말기의 외관 향상 및 기계적 강성을 확보하기 위하여 적용되는 금속 구조물로 인한 방사 열화를 미연에 방지하고 안테나 방사 특성 향상을 위한 내장형 안테나 장치 및 안테나 성능 향상 방법에 관한 것이다.

기술의 발전에 따라 이동 통신 기기 뿐만 아니라 미디어 재생기, 전자사전, 타블렛 같은 휴대용 전자기기에 무선 통신 기능이 포함되고 있으며, 이러한 무선 통신 기능을 포함한 휴대용 전자 기기의 사용이 일상화되고 있다. 휴대용 전자 기기를 사용하는 소비자는 다양한 기능을 가지면서 더욱 작은 크기의 기기를 요구하고 있고, 이러한 소비자의 요구를 충족시키기 위해 제조업자들은 휴대용 전자 기기에 사용되는 부품의 크기를 줄이고, 여러 가지 기능을 하나의 부품으로 통합하려는 노력을 하고 있다.

이러한 변화는 전파를 송수신하는데 사용되는 안테나 장치에서도 동일하게 일어나고 있다. 다양한 서비스에 필요한 주파수 대역을 하나의 안테나 장치로 가능하게 만들면서 더욱 더 작게 크기를 줄이고자 하는 노력이 끊임없이 진행되고 있다.

통상적으로 휴대용 전자 기기에 사용되는 내장형 안테나 장치는 회로 기판상에 금속층을 패턴화하여 안테나 방사체로 사용하도록 제작되거나, 안테나 방사체를 지지하는 유전체 구조물 위에 금속 시트를 패턴화되어 제작되어 지고 있다.

일반적으로, 휴대용 전자 기기에 널리 사용되고 있는 내장형 안테나 장치로는 역 F 안테나(PIFA; Planar Inverted F Antenna)와 모노폴 안테나(monopole antenna)가 사용되고 있는데, 이들 안테나 장치의 경우 그 성능 대비 크기를 상호 보완적으로 설계할 수 없는 단점이 있다. 특히 금속 기구물 및 금속 부품이 안테나 가까이 위치하고 있는 경우, 안테나의 방사 효율의 저하와 대역 감소라는 문제점을 가지고 있다.

과거 휴대용 전자기기의 경우 안테나가 실장되는 공간이 충분하고 금속과의 충분한 이격 거리를 가지고 있었으며, 제품의 외부 재질 또한 플라스틱 같은 유전체를 이용하는 것이 많아 안테나 디자인에 큰 어려움이 없었다. 하지만 현재의 휴대용 전자 기기는 그 크기가 점점 작아지고 얇아짐에 따라 안테나 장치의 실장을 위한 공간이 더욱 더 줄어 들었고, 주변 금속기구 및 금속 부품과의 거리가 더욱 더 가까워지고 있다.

상술한 금속 구조는 기계적 강성의 향상은 물론, 미려한 외관 그리고 기기의 슬림화에 기여하는 바가 크므로 이를 휴대 기기의 일부, 특히 프레임에 적용시키기 위한 시도를 끊임 없이 수행하고 있다.

그러나, 상술한 종래의 일반 내장형 안테나 장치는 이러한 극한 주변조건에서 소형화, 효율증대, 넓은 대역과 같은 요구 조건을 충족시키기 어려운 문제를 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 방법은 기존의 안테나 장치를 이용하여 좁은 실장 공간 안에서 가능한 금속 기구물과 멀도록 안테나 패턴을 배치시키거나, 안테나가 위치하는 부분의 금속 기구물을 사출로 변경하거나, 안테나가 위치하는 부분의 두께를 늘림으로써 안테나의 성능을 구현해오고 있다. 하지만 안테나 패턴을 금속 부품 및 금속 기구물과 멀리 배치하는 것은 안테나의 실장 공간이 더욱더 작아 짐에 따라 더 이상 공간 확보가 어려우며, 안테나 부분을 사출처리 하는 방법은 방사 성능을 확보하는 것이 용이하나 디자인 측면에서 금속과 사출의 불연속이 존재하여 외관을 디자인을 해치게 된다. 역시, 휴대용 전자기기의 두께를 증가시키는 방법 또한 방사 성능 확보가 가능하나 현재 휴대용 전자기기의 디자인 경향인 슬림화를 만족할 수 없다.

역시, 상술한 금속 기구물이 휴대 기기의 전면부에 배치될 경우 메인 그라운드와 연결하여 사용하여 왔다. 이러한 구성은 전형적인 방사 열화 현상을 보인다. 즉, 안테나 전면부에 그라운드에서 연장된 금속 구조가 존재하는 경우, Near-Field는 해당 금속체에 Current를 유기시키고 근처 Lossy Volume 과 함께 Thermal Loss 및 Radiation Loss를 발생시켜 전체적인 방사성능 열화를 일으키게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 안테나 부분의 금속 부분을 사출 처리하고, 나머지 전면부를 금속 처리하는 방법이 사용되었으나, 디자인 측면에서 금속과 사출의 불연속이 존재하는 문제점이 발생하며, 기기의 전면 전체를 금속 처리하고 단말기 두께를 증가시켜 안테나와 전면 금속을 최대한 이격 하는 방법이 있으나, 이는 현재 단말기 설계 경향인 슬림화를 만족할 수 없으며, 단말기 전면부 금속을 메인 그라운드와 분리시키는 방법은 전면 금속을 방사체로 이용할 수 있으나, ESD(Electro-Static Discharge)문제나 인체 영향에 의한 방사 성능 열화 문제를 야기할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 기구물이 존재하더라도 넓은 대역폭 및 우수한 방사 특성을 갖도록 구현되는 내장형 안테나 장치 및 안테나 성능 향상 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 안테나 장치의 우수한 방사 성능을 구현함과 동시에 금속 기구물을 소망하는 위치에 배치하여 단말기의 슬림화 및 강성화에 기여할 수 있도록 구현되는 내장형 안테나 장치 및 안테나 성능 향상 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 구조물의 간단한 가공만으로 안테나 장치의 방사 특성 열화를 방지할 수 있고, 상기 금속 구조물을 안테나 방사체로 활용할 수 있도록 구현되는 내장형 안테나 장치 및 안테나 성능 향상 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 휴대용 단말기의 내장형 안테나 장치에 있어서, 길이를 가지며 그라운드를 위하여 사용되는 제 1도체와, 상기 제 1도체와 커플링되도록 일정 간격을 가지며 나란히 배치시키되, 급전을 위하여 사용되는 제 2도체 및 상기 제 1도체와 상기 제 2도체를 상호 이격시키기 위하여 그 사이에 개재되는 이격 수단을 포함한다.

바람직하게도, 상기 제 1도체와 제 2도체는 나란히 배치되는 조건하에 각각 다양한 형상의 단면 및 길이 방향으로의 다양한 형상을 가질 수 있다. 이러한 조건은 안테나 방사체를 소형화하면서 방사 특성을 더욱 향상시키는데 일조할 것이다.

바람직하게도, 상술한 길이 방향의 커플링 타입 내장형 안테나 장치는 휴대용 단말기의 일부로 적용되는 금속 프레임에 의해 방사 특성 열화를 미연에 방지하는데 도움을 준다. 이는 상기 제 1도체와 상기 제 2도체간의 충분한 길이 방향의 커플링이 매우 큰 커패시턴스를 생성하기 때문에 주변 금속의 영향을 최소화시키는데 기인한다.

본 발명은 또한 단말기에 적용되는 금속 구조물에 의한 내장형 안테나 방사체의 방사 특성 열화를 방지하기 위한 방법을 제공한다.

따라서 본 발명은 휴대용 단말기의 일부에 금속 구조물이 설치 또는 형성되며, 상기 금속 구조물 주변의 단말기 내부에 내장형 안테나 방사체가 설치되는 휴대용 단말기의 안테나 성능 향상 방법에 있어서, 상기 내장형 안테나 방사체 주변의 금속 구조물의 적어도 한 부분을 커팅하여 비교적 미세한 열린 구조로 형성함으로써 상기 금속 구조물을 확장된 그라운드 및 안테나 방사체로써 동작하도록 함을 특징으로 한다.

상기 열린 구조는 상기 안테나 방사체의 급전 부분에서 가장 가까운 부분의 금속 구조물에 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 내장형 안테나 장치는 기기에 금속 구조물이 적용되더라도 항상 원활한 방사 성능이 발현될 수 있으며, 이로 인한 기기의 강성 향상, 미려한 외관 및 슬림화를 구현할 수 있고, 안테나 성능 향상 방법에 따르면 간단한 공정만으로 기존 안테나 방사체의 방사 특성 열화를 방지할 수 있으며, 금속 구조물을 방사체로 이용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 적용된 휴대용 단말기의 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 개략적인 구조도;
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 분리사시도;
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 결합된 상태를 도시한 사시도;
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 최적화 전후의 반사 손실 및 대역폭의 변화를 도시한 그래프와, 내장형 안테나 장치의 최적화 전후의 방사 효율을 도시한 그래프;
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 다양한 형상을 도시한 도면;
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 개략적인 구조도;
도 8은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 분리사시도;
도 9는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 결합된 상태를 도시한 사시도;
도 10은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 방사 효율을 도시한 그래프;
도 11은 본 발명의 바람직한 제 3실시예에 따른 내장형 안테나 장치에 적용되는 금속 프레임의 구조를 도시한 도면;
도 12는 본 발명의 바람직한 제 3실시예에 따른 금속 프레임 구조와 기존 금속 프레임 구조에 따른 안테나 방사체의 방사 효율을 비교한 도면;
도 13은 본 발명의 바람직한 제 4실시예에 따른 다양한 금속 프레임의 구조를 도시한 도면;
도 14는 본 발명의 바람직한 제 4실시예에 따른 도 13에 각각 도시된 금속 프레임에 대한 안테나 방사체의 주파수 대역별 방사 효율을 비교한 그래프;
도 15는 본 발명의 바람직한 제 5실시예에 따른 금속 프레임 구조를 도시한 도면; 및
도 16은 본 발명의 바람직한 제 5실시예에 따른 기계적강성 보강 전, 후에 따른 안테나 방사체의 주파수 대역별 방사 효율을 비교한 그래프.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다. 그러나 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서는 바 타입 단말기를 도시하고 이에 적용되는 휴대용 단말기를 예로 들어 설명하였으나, 이에 국한되지 않는다. 예컨대, 외관을 미려하게 하거나 강성 보강을 위하여 단말기의 일부분 또는 전부로 금속 프레임이 적용되는 다양한 형태의 단말기에 적용 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 적용된 휴대용 단말기(100)의 도면이다.

본 도면에서는 바 타입(bar type) 휴대용 단말기를 도시하였으며, 상기 휴대용 단말기(100)의 바디(101)의 테두리를 둘러싸도록 금속 프레임(110)이 적용된다. 상기 금속 프레임(110)은 상기 휴대용 단말기(100)의 외관을 미려하게 할 뿐만 아니라, 강성 보강을 위해서 적용될 수 있을 것이다.

이렇게 휴대용 단말기(100)의 바디(101)를 둘러싸며, 전체 또는 일부분에 설치되는 금속 프레임(110)은 상기 휴대용 단말기(100)의 내부에 설치되는 내장형 안테나 장치의 방사 특성을 열화시키고 성능을 저하기시키 때문에 본 발명에 따른 길이 방향을 갖는 내장형 안테나 장치(일명 '레일 안테나 장치')(도 2의 10)를 적용하였다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치(10)의 개략적인 구조도로써, 제1도체와 제2도체를 갖는다. 상기 제1도체는 내부 도체(13)로 표현될 수 있으며, 상기 제2도체는 외부 도체(11)로 표현될 수 있을 것이다. 상기 내부 도체(13)와, 상기 외부 도체(11)는 나란히 배치될 수 있을 것이다. 여기서 상기 내부 도체(13)는 상기 휴대용 단말기(100)의 그라운드부에 전기적으로 연결될 것이며, 외부 도체(11)는 상기 휴대용 단말기(100)의 급전부에 전기적으로 연결될 것이다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 상기 외부 도체에 그라운드부가, 내부 도체에 급전부가 전기적으로 연결될 수도 있을 것이다.

바람직하게도, 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11)는 나란히 길이 방향으로 가지며 지나가되, 서로 물리적 접촉이 되지 않도록 하여 상호 커플링이 발생하도록 한다. 따라서, 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11) 사이에는 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11)를 일정 간격으로 이격시켜줄 수 있는 유전체(도 3의 12) 또는 자성체가 개재될 수 있다. 더욱 바람직하게도, 상기 유전체는 상기 내부 도체와 외부 도체의 길이 방향 모두를 채울 필요는 없으며, 일부에 규칙적으로 또는 불규칙적으로 적어도 하나 이상 채워질 수 있을 것이다. 더욱 더 바람직하게도, 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11)는 같은 길이를 가질 필요가 없으며, 해당 대역의 안테나 방사 특성에 맞도록 길이와 폭을 각각 조절 배치 가능할 것이다.

또한, 본 발명에 따른 내장형 안테나 장치(10)는 상기 내부 도체(13)가 상기 외부 도체(11)의 내부에 일정 간격으로 이격되도록 잠입된 상태를 도시하고 있으나 이에 국한되지 않는다. 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11)는 길이 방향으로 나란히 배치시키되, 상기 유전체 또는 자성체에 의해 일정 간격으로 이격되도록 분리 배치될 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 분리사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 결합된 상태를 도시한 사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 휴대용 단말기(100)의 메인 보드(14)에는 그라운드부(141)와 급전부(142)가 설치 또는 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 그라운드부(141)와 급전부(142)는 핀 타입으로 설치되었으나, 상기 메인 보드(14)상에 패턴 타입으로 형성될 수도 있으며, 공지의 가요성 인쇄회로(FPC; Flexible Printed Circuit)로 연결되어도 무방하다.

또한, 상기 메인 보드(14)에는 상기 내장형 안테나 장치(10)를 지지하기 위한 적어도 하나의 지지체(143, 144)가 돌출 설치될 수 있다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 상기 지지체(143, 144) 없이 직접 내부 도체(13) 또는 외부 도체(11)가 상기 메인 보드에 직접 본딩 등의 공정을 통해 고정될 수도 있을 것이다.

상기 외부 도체(11)는 'U' 형상의 슬릿(111)을 포함하도록 형성되며, 메인 보드(14)의 절곡면을 따라 곡형으로 절곡되도록 형성된다. 상기 외부 도체(11)의 슬릿(111)에는 상기 내부 도체(13)가 안착되는 방식으로 길이 방향으로 배치된다. 이때, 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11)는 서로 물리적으로 접촉이 되지 않으며, 이러한 구성을 위하여 레진과 같은 유전체 또는 자성체 또는 하이브리드 타입 블럭 형태가 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11) 사이에 개재 된다. 상기 유전체 (12)또는 자성체는 열손실 방지를 위하여 상기 내부 도체(13)와 외부 도체(11) 사이에 적어도 하나의 부분에서 일부만 개재되는 방식으로 배치될 수 있을 것이다. 상기 내부 도체(130는 다양한 형상으로 형성될 수 있는데 이는 접지 면적의 확장을 도모할 수 있다. 역시 상기 유전체(12) 또는 자성체는 상기 도체를 감싸거나 지지하는 방식으로 더 설치될 수 있으며, 유전체와 자성체 이외에도 하이브리드 블럭 형태 등 다양한 형태가 사용될 수 있을 것이다. 또한, 상기 유전체(12)에 상기 내부 도체(13) 및/또는 상기 외부 도체(11)가 인서트 몰딩(insert molding)되는 방식으로 설치될 수 있을 것이다.

따라서, 상기 내부 도체(13)는 상기 휴대용 단말기(100)의 메인 보드(14)의 그라운드부(141)에 전기적으로 연결될 것이며, 외부 도체(11)는 상기 휴대용 단말기(100)의 메인 보드(14)의 급전부(142)에 전기적으로 연결될 것이다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 상기 외부 도체(11)는 상기 금속 프레임에(110) 전기적으로 연결되어 상기 금속 프레임(110)을 접지체로 활용할 수도 있을 것이다. 필요하다면 상기 외부 금속(11)은 적어도 하나의 부분이 상기 급전부(142)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 내부 금속(13) 역시 적어도 하나의 부분이 그라운드부(141)에 전기적으로 연결 가능하다. 또는 상기 외부 금속과 내부 금속은 적어도 하나의 부분이 각각 급전 포인트 또는 그라운드 포인트로 연결될 수도 있을 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 안테나 장치(레일 안테나 장치)(10)는 공진 금속과 커플링 금속 사이의 매우 큰 커패시턴스로 인해 주변 금속(금속 프레임)의 영향을 최소화시킴으로써(영향을 받지 않도록 함으로써) 소망 안테나 방사 패턴 및 비교적 넓은 주파수 대역에서 동작하는 내장형 안테나 방사체를 구현시킬 수 있는 것이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 내부 금속(13) 및 외부 금속(11)은 상기 메인 보드(14)의 절곡 부분을 따라 곡형으로 절곡되도록 배치되었으나, 이에 국한되지 않으며, 소망하는 충분한 안테나 방사 패턴이 구현된다면 직선형으로 배치되어도 무방할 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 그래프로써, (a)는 최적화 과정 전후의 반사 손실 및 대역폭의 변화를 도시한 그래프이고, (b)는 내장형 안테나 장치의 최적화 과정 전후의 방사 효율을 도시한 그래프이다.

여기서, 최적화 과정이란 해당 내부 도체 및 외부 도체의 길이, 형상 등을 고려하고, 개재되는 유전체의 폭, 갯수 등을 결정하며, 급전부 및/또는 그라운드부의 접속 라인에 매칭 회로 등을 사용하여 최적의 안테나 방사체의 최적 방사 특성을 조절하는 과정을 말한다.

(a)에 도시된 바와 같이, 최전화 전 약 200Mhz이던 대역폭이 최적화 후 810Mhz에서 1120Mhz까지 약 310Mhz정도 확장되는 것을 알 수 있다. 이는 최적화 전 대비 약 32%정도 대역폭이 확장되는 것이다.

역시, (b)에 도시된 바와 같이, 최적화 후 소망 대역(LTE 700 및 GSM/CDMA 대역)에서 적어도 80%이상의 방사 효율이 발현됨을 알 수 있었다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 다양한 형상을 도시한 도면으로써, (a)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나 장치는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 한 번 절곡된 형상, 다수번 절곡된 형상, 요철 구조를 가지는 형상 또는 역곡선을 가지는 형상 등 다양한 형태로 적용될 수 있을 것이다.

또한, (b)에 도시된 바와 같이, 내부 금속의 단면 역시 다양한 형태로 적용될 수 있는데, 장방형, 원형, 역삼각형, 계단식 역삼각형 등 다양한 형상으로 적용될 수 있으며, 이에 대응되도록 외부 금속 역시 (c)에 도시된 바와 같이 적용될 수 있을 것이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 개략적인 구조도이다.

본 발명의 일 실시예에서는 단일 대역을 갖는 내장형 안테나 장치(10)를 기술하였다면, 도 7 내지 도 10은 다중 대역을 갖는 내장형 안테나 장치(20)를 개시하고 있다. 그러나, 기본적으로 길이를 갖는 외부 금속과 상기 외부 금속과 나란히 배치되는 내부 금속의 구조는 유사할 것이다. 역시, 상기 외부 금속과 내부 금속을 비접촉으로 커플링시켜 일정 크기의 커패시턴스를 형성시키기 위한 다수의 유전체 또는 자성체 또는 하이브리드 타입 블럭을 사용하게 된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 외부 금속은 일체로 형성되어 있으나, 상대적으로 저주파수 대역에서 동작하는 제1방사부(211)와 고주파수 대역에서 동작하는 제2방사부(212)를 포함한다. 역시 내부 금속은 일체로 형성되어 있으나 상기 제1방사부(211)와 대응되는 제1그라운드부(231)와 상기 제2방사부(212)와 대응되는 제2그라운드부(232)가 배치된다. 각각의 금속의 중앙에는 급전핀과 그라운드핀이 각각 일체로 돌출 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 분리사시도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 결합된 상태를 도시한 사시도로써, 도 9의 A부분은 도 7의 A부분과 상응하며, 도 9의 B부분은 도 7의 B부분과 상응한다.

도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 내장형 안테나 장치는 다중 대역 안테나 방사체로서 동작한다. 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 점선 A부분은 상대적으로 저주파수 대역에서 동작할 것이며, 점선 B부분은 고주파수 대역에서 동작할 것이다. 그러나, 내부 금속(23)과 상기 내부 금속(23)이 배치되는 외부 금속(21)은 각 방사 영역이 일체로 형성된다.

상기 외부 금속(21)은 중앙에 급전핀(213)이 돌출되어 있으며, 상기 급전핀(213)을 중심으로 좌우에 각각 제1방사부(211)와 제2방사부(212)가 길이 방향으로 연장 형성된다. 역시, 상기 내부 금속(23)은 중앙에 그라운드핀(233)이 돌출되어 있으며, 상기 그라운드핀(233)을 중심으로 각각 제1그라운드부(231)와 제2그라운드부(232)가 길이 방향으로 상기 제1방사부(211)와 상기 제2방사부(212)에 나란하게 배치된다. 이때, 상기 내부 금속(23) 및 외부 금속(21) 사이에는 일정 크기를 갖는 적어도 하나의 유전체(22)가 개재될 수 있다. 상기 유전체 대신 자성체 또는 하이드리드 타입 블럭이 개재될 수도 있을 것이다.

역시, 상기 내부 금속(23)이 상기 외부 금속(21)에 나란히 안착되는 방식뿐만 아니라 상기 유전체(22)에 의해 상호 이격된 상태에서 상호 요합되지 않고 나란히 배치되는 방식으로 설치될 수도 있을 것이다.

상기 외부 금속(21)의 급전핀(213)은 휴대용 단말기의 내부에 설치되는 메인 보드(14)에 급전될 것이며, 상기 내부 금속(21)의 그라운드핀(233)은 상기 휴대용 단말기의 외관의 일부로 적용되는 금속 프레임(110)에 그라운드될 것이다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 상기 급전핀(213)은 1개소가 아니라 적어도 하나의 부분에서 급전될 수 있으며, 상기 그라운드핀(233) 역시 메인 보드(14)에 그라운드될 수도 있고, 적어도 하나의 부분이 휴대용 단말기의 상기 금속 프레임(110)을 포함한 주변의 다양한 도전체에 그라운드될 수도 있는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 개시된 바와 같이, 내장형 안테나 장치(20)의 형상이나, 내부 금속(23) 및 이에 대응되는 외부 금속(21)의 단면 형상은 다양한 방식으로 형성될 수 있을 것이다. 즉, 내부 금속(23)의 형상은 요철 구조로 하여 비교적 짧은 전체 길이를 가지면서도 보다 넓은 접지 면적을 확보할 수 있게 되는 것이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 방사 효율을 도시한 그래프로써, 저주파수 대역과 고주파수 대역에서의 방사 효율을 순차적으로 도시하였다.

도 10에 도시한 바와 같이, 일반 내장형 안테나 장치의 방사 효율이 30~40%인 것을 감안하면, 저주파수 대역에서 방사 효율이 60%를 상회하며, 고주파수 대역에서도 방사 효율이 40%이상을 상회할 정도로 우수한 특성이 발현됨을 알 수 있었다.

도 11은 본 발명의 바람직한 제 3실시예에 따른 내장형 안테나 장치(30)에 적용되는 금속 프레임의 구조를 도시한 도면으로써, 내장형 안테나 장치(30)가 배치되는 주변에 금속 프레임(110)이 적용되는 경우에 사용된다. 상기 금속 프레임(110)은 휴대용 단말기(150)의 데코 역할을 할 뿐만 아니라, 강성 보강 등을 목적으로 사용된다. 그러나, 안테나 방사체(30) 주변에 이러한 이어지는(폐루프 구조의)금속 프레임(110)을 사용하게 되면 그라운드 확장 효과는 있으나, 산란체로 동작하여 내장형 안테나 장치의 방사 효율을 급격히 열화시키게 된다.

그러나 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 내장형 안테나 방사체(30) 주변의 금속 프레임의 부분(도 11의 C부분)을 미세하게 열린 구조로 형성하면 상기 금속 프레임의 구조가 안테나 방사체(30)의 그라운드 확장 효과를 가짐과 동시에 일종의 안테나 방사체로 동작하여 방사 효율을 개선시킬 수가 있는 것이다.

도 11은 휴대용 단말기(150)에 테두리를 따라 금속 프레임(110)이 적용된 상태이고, 상기 금속 프레임(110) 주변에 내장형 안테나 방사체(30)가 설치되며, 단말기 내부에서 상기 내장형 안테나 방사체(30)의 급전부(31)와 그라운드부(32)가 전기적으로 연결된 상태를 도시하고 있다. 이때, 상기 급전부(31)와 가장 가까운 금속 프레임 부분(C부분)을 커팅하여 미세한 열린 구조를 형성함으로써 상기 안테나 방사체(30)의 방사 특성을 개선하였다.

도 12는 본 발명의 바람직한 제 3실시예에 따른 금속 프레임 구조와 기존 금속 프레임 구조에 따른 안테나 방사체의 방사 효율을 비교한 도면이다.

도 12의 (a)에 도시한 바와 같이, 기존의 닫힌 구조를 갖는 금속 프레임이 적용된 안테나 방사체는 GSM 850, GSM 900, DCS 및 CDMA 대역에서 각각 17%, 18%, 23% 및 27%의 방사 효율을 갖는 반면, (b)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세한 열린 구조를 갖는 금속 프레임이 적용된, 안테나 방사체는 GSM 850, GSM 900, DCS 및 CDMA 대역에서 각각 26%, 28%, 52% 및 43%의 방사 효율 가짐으로써, 방사 효율이 개선됨을 알 수 있으며, 각 도면의 좌측 방사 패턴도를 보면 고주파수 대역에서의 광대역화가 구현됨을 알 수 있었다.

도 13은 본 발명의 바람직한 제 4실시예에 따른 다양한 금속 프레임의 구조를 도시한 도면이다. 도 13에 도시한 바와 같이, (a)는 금속 프레임의 좌, 우를 동시에 커팅한 상태로써, 급전부와 가장 가까운 좌측 부분(C부분)과, 상기 급전부와 가장 먼 이격 거리를 갖는 우측 부분(D부분)이 함께 커팅되어 미세한 열린 구조를 가지고 있다. (b)의 경우는 도 11의 경우와 같으며, (c)의 경우는 상기 급전부와 가장 먼 이격 거리를 갖는 우측 부분(D부분)만 커팅되어 미세한 열린 구조를 갖도록 형성되어 있다.

도 14는 본 발명의 바람직한 제 4실시예에 따른 도 13에 각각 도시된 금속 프레임에 대한 안테나 방사체의 주파수 대역별 방사 효율을 비교한 그래프로써, 저주파수 대역과 고주파수 대역에서 모두 급전부와 가장 가까운 위치(C부분)에서 커팅되어 미세한 열린 구조를 갖도록 형성된 도 13의 (b)의 경우가 가장 무난한 동작을 수행함을 알 수 있었다.

예컨대, 도 13 및 도 14에 개시된 바와 같이, 상대적으로 방사 특성의 차이는 있으나, 상기 금속 프레임에 어느 곳이든 적어도 하나의 미세한 열린 구조를 갖도록 형성하게 되면, 폐구조를 갖는 금속 프레임보다 좀더 우수한 방사 효율이 발현됨을 확인할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 닫힌 구조를 갖는 금속 프레임을 적어도 하나의 미세한 열린 구조로 구현하게 되면, 상기 금속 프레임이 적용되는 본래의 목적인 강성 보강에 문제가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위한 대책이 필요하게 된다.

도 15는 본 발명의 바람직한 제 5실시예에 따른 금속 프레임 구조를 도시한 도면으로써, 역시 휴대용 단말기(150)의 내부에 급전부(31)와 그라운드부(32)가 전기적으로 연결되는 내장형 안테나 방사체(30)가 배치된다. 또한, 상기 내장형 안테나 방사체(30) 주변으로 테두리를 따라 금속 프레임(110)이 배치된다. 상기 금속 프레임(110)은 상기 내장형 안테나 방사체(30)의 급전부(31)와 가장 가까운 부분(도 15의 C부분)이 미세한 열린 구조를 가지고 있으며, 금속 프레임의 대향측(도 15의 E부분)에는 내측 방향으로 보강부(115)가 더 형성되어 있다. 상기 보강부(115)는 상기 금속 프레임(110)의 기계적 강성을 보강하기 위한 것으로, 대체적으로 상기 금속 프레임(110)의 단면에서 내측으로 일정 넓이 만큼 연장되어 형성된다.

도 16은 본 발명의 바람직한 제 5실시예에 따른 기계적강성 보강 전, 후에 따른 안테나 방사체의 주파수 대역별 방사 효율을 비교한 그래프로써, (A)는 저주파수 대역에서의 방사 효율을 도시하고 있으며, (B)는 고주파수 대역에서의 방사 효율을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 기계적 강성 보강을 위한 보강부를 적용하기 전과 적용 후의 효율이 현저히 차이가 나지 않음을 알 수 있었다. 즉, 상기 보강부를 추가하여도 소망 방사 특성을 구현할 수 있음을 알 수 있었다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 다양한 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있을 것이다.

10, 20: 내장형 안테나 장치 11, 21: 외부 도체
13, 23: 내부 도체 12, 22: 유전체
14: 메인 보드

Claims

휴대용 단말기의 내장형 안테나 장치에 있어서,
길이를 가지며 그라운드를 위하여 사용되는 제 1도체;
상기 제 1도체와 커플링되도록 일정 간격을 가지며 나란히 배치시키되, 급전을 위하여 사용되는 제 2도체;
상기 제 1도체와 상기 제 2도체를 상호 이격시키기 위하여 그 사이에 개재되는 이격 수단; 및
상기 휴대용 단말기의 테두리를 따라 설치되는 금속 프레임을 포함하고,
상기 제 1도체는 상기 금속 프레임에 전기적으로 연결되어 그라운드 되어짐을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체와 제 2도체는 직선, 곡형, 지그재그, 다양한 방향으로 다수번 절곡된 형태 중 어느 하나 또는 그 이상의 조합으로 형성됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체와 제 2도체의 길이는 서로 같거나 같지 않음을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체는 상기 제 2도체와 접촉하지 않으면서 상호 요합되도록 배치됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 4항에 있어서,
상기 제 1도체의 단면은 장방형, 원형, 역삼각형, 다수번 절곡된 형태의 역사다리꼴 중 어느 하나로 형성되며, 상기 제 2도체의 단면은 상기 제 1도체를 수용할 수 있는 대응 형상의 단면으로 형성됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체 및 상기 제 2도체의 단면은 장방형, 원형, 역삼각형, 다수번 절곡된 형태의 역사다리꼴 형태 중 어느 하나로 형성됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체는 적어도 하나의 부분이 상기 휴대용 단말기의 적소에서 그라운드 됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 2도체는 적어도 하나의 부분이 상기 휴대용 단말기의 메인 보드에 급전됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이격 수단은 유전체 또는 자성체 또는 하이브리드 타입 물질임을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 9항에 있어서,
상기 이격 수단은 상기 제 1도체와 제 2도체 사이에 개재시키되 적어도 하나의 부분에서 일정 두께 및 폭을 갖도록 배치시킴을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 9항에 있어서,
제 1도체와 제 2도체는 상기 유전체에 인서트 몰딩되는 방식으로 고정됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체와 상기 제 2도체는 상기 금속 프레임의 길이 방향과 나란한 방향으로 설치됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 내장형 안테나 장치는 상기 휴대용 단말기의 메인 보드에 고정시키되, 소정의 지지체에 의해서 고정되거나, 상기 메인 보드상에 본딩되는 방식으로 직접 고정됨을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체 또는 제 2도체의 외주면에는 전체 또는 일부분에 유전체 또는 자성체 또는 하이브리드 타입 물질 중 어느 하나로 둘러싸여짐을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 내장형 안테나 장치는 다중 대역 안테나 장치임을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1도체와 제 2도체는 나란히 배치시키되 각 도체의 단면 형상과 길이 방향의 형상은 서로 같지 않음을 특징으로 하는 내장형 안테나 장치.
제 1항 내지 제 12항, 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 따른 내장형 안테나 장치를 포함함을 특징으로 하는 휴대용 단말기.
휴대용 단말기의 일부에 금속 구조물이 설치 또는 형성되며, 상기 금속 구조물 주변의 단말기 내부에 내장형 안테나 방사체가 설치되는 휴대용 단말기의 안테나 성능 향상 방법에 있어서,
상기 내장형 안테나 방사체 주변의 금속 구조물의 적어도 한 부분을 커팅하여 비교적 미세한 열린 구조로 형성함으로써 상기 금속 구조물을 확장된 그라운드 및 안테나 방사체로써 동작하도록 함을 특징으로 하는 방법.
제 19항에 있어서,
상기 열린 구조는 상기 내장형 안테나 방사체의 급전 부분과 가장 가까운 위치의 금속 구조물에 형성시킴을 특징으로 하는 방법.
제 19항에 있어서,
상기 금속 구조물의 열린 부분은 비도전성 물질로 충진시켜 기계적 강성을 보강함을 특징으로 하는 방법.
제 19항에 있어서,
상기 금속 구조물의 열린 구조 주변에는 기계적 강성 보강을 위하여 보다 폭이 넓은 보강부를 더 형성시킴을 특징으로 하는 방법.
제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 구조물은 상기 휴대용 단말기의 전면 금속, 전면 데코, 전면에 노출된 브라켓, 단말기의 금속 장식물, 상기 휴대용 단말기의 케이스 프레임 내면에 증착되는 도전성 증착물, 상기 단말기의 내부에 설치되는 가요성 인쇄회로(FPC), 상기 단말기의 테두리를 따라 형성되는 금속 프레임 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용함을 특징으로 하는 방법.