KR101782955B1 - 안테나 구조체 - Google Patents

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KR101782955B1
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전찬익
문병인
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(주)파트론
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Abstract

안테나 구조체가 개시된다. 본 발명의 안테나 구조체는 전자 장치의 하우징 구조물의 적어도 일부를 이루는 메탈 트레이스, 상기 전자 장치의 하우징 내부에 위치하고, 안테나 피딩 단자 및 안테나 접지 단자를 포함하는 회로 기판 및 유전체 블록 및 상기 유전체 블록의 표면에 형성되어 상기 메탈 트레이스 및 상기 회로 기판 사이를 전기적으로 연결하는 매칭 회로를 포함하는 매칭 구조물를 포함하고, 상기 매칭 회로는, 상기 메탈 트레이스에 전기적으로 연결되는 제1 단자 및 제2 단자, 상기 안테나 피딩 단자에 전기적으로 연결되는 제3 단자, 상기 안테나 접지 단자에 전기적으로 연결되는 제4 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제3 단자 사이에 형성된 제1 패턴, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 형성된 제2 패턴, 상기 제2 단자와 상기 제4 단자 사이에 형성된 제3 패턴 및 상기 제4 단자와 상기 제3 단자 사이에 형성된 제4 패턴을 포함한다.

Description

안테나 구조체{ANTENNA STRUCTURE}
본 발명은 안테나 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신을 지원하는 전자 장치에 설치되는 안테나 구조체에 관한 것이다.
무선 통신을 지원하는 전자 장치가 널리 사용되고 있다. 이러한 전자 장치에는 무선 통신을 위한 RF신호를 송수신할 수 있는 안테나 구조체가 설치되게 된다. 종래에는 전자 장치 외부로 노출되는 안테나 구조체가 사용되었다. 이러한 안테나 구조체는 공간을 많이 차지하여 전자 장치의 소형화를 방해하고, 미감이 떨어진다는 단점이 있다.
여기서 보다 발전된 형태로, 전자 장치 내부에 내장되는 도전성 패턴 형태의 안테나 구조체가 개발되었다. 도전성 안테나 패턴은 안테나 캐리어 구조물에 도금된 도금층 또는 연성 필름에 결합된 회로 패턴 등이 될 수 있다. 이러한 안테나 구조체를 사용하면 RF신호가 하우징을 통과하기 때문에 하우징의 재질이 제한적이다. 구체적으로, 하우징은 RF신호가 통과할 수 있는 플라스틱 수지재, 세라믹 재질 또는 유리 재질 등으로 형성되어야 한다. 전자 장치의 하우징을 금속 재질로 사용하는 경우에는 일 부분에 RF신호가 통과하는 안테나 윈도우 부분을 별도로 마련해야 했다.
따라서 최근에는 금속 재질로 형성된 전자 장치의 하우징 자체를 안테나 방사체로 사용하는 구조가 제안되었다. 이러한 구조는 하우징을 금속 재질로 형성하면서도 별도의 안테나 윈도우를 형성하지 않아, 미감이 우수하다는 장점이 있다. 그러나 금속 재질의 하우징을 종래의 도전성 패턴과 같이 정교하게 형성하는게 어렵다는 문제가 있다.
최근의 안테나 구조체는 둘 이상의 주파수 대역에서 더욱 넓은 대역폭을 가지도록 요구되고 있다. 그러나 금속 재질의 하우징만으로는 이러한 성능을 만족시키기 어렵다. 따라서 이를 보완하기 위해 금속 재질의 하우징과 전기적으로 연결되는 다수의 매칭 소자 및 RF 스위치 등이 사용된다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 전자 장치의 하우징을 안테나 구조체로 사용하는 것에서 안테나의 RF성능을 향상시킬 수 있는 안테나 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 전자 장치의 하우징을 안테나 구조체로 사용하는 것에서 튜닝이 용이하면서도 크기가 작은 매칭 구조물을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 안테나 구조체는, 전자 장치의 하우징 구조물의 적어도 일부를 이루는 메탈 트레이스, 상기 전자 장치의 하우징 내부에 위치하고, 안테나 피딩 단자 및 안테나 접지 단자를 포함하는 회로 기판 및 유전체 블록 및 상기 유전체 블록의 표면에 형성되어 상기 메탈 트레이스 및 상기 회로 기판 사이를 전기적으로 연결하는 매칭 회로를 포함하는 매칭 구조물을 포함하고, 상기 매칭 회로는, 상기 메탈 트레이스에 전기적으로 연결되는 제1 단자 및 제2 단자, 상기 안테나 피딩 단자에 전기적으로 연결되는 제3 단자, 상기 안테나 접지 단자에 전기적으로 연결되는 제4 단자 및 상기 제1 단자와 상기 제3 단자 사이에 형성된 제1 패턴, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 형성된 제2 패턴, 상기 제2 단자와 상기 제4 단자 사이에 형성된 제3 패턴 및 상기 제4 단자와 상기 제3 단자 사이에 형성된 제4 패턴을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 패턴 및 상기 제3 패턴은 유도성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 패턴은 개방된 회로로 형성되고, 상기 제4 패턴은 용량성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 패턴 및 상기 제4 패턴은 유도성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 패턴은 유도성 성분으로 형성되고, 상기 제3 패턴은 용량성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 패턴은 개방된 회로로 형성되고, 상기 제4 패턴은 용량성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 패턴 및 상기 제4 패턴은 유도성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 패턴 및 상기 제3 패턴은 용량성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 패턴은 개방된 회로로 형성되고, 상기 제4 패턴은 용량성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 패턴 및 상기 제4 패턴은 유도성 성분으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 메탈 트레이스는 공진소자 암과 상기 공진소자 암에서 분기되는 2개의 분기부를 포함하는 역F 타입 안테나로 형성되고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 각각 상기 2개의 분기부에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 메탈 트레이스는 공진소자 암과 상기 공진소자 암에서 분기되는 분기부를 포함하는 역L 타입 안테나로 형성되고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 어느 하나는 상기 분기부에 전기적으로 연결되고, 다른 하나는 상기 공진소자 암에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 매칭 구조물의 적어도 일부가 결합되는 결합부 및 상기 결합부에서 절곡되어 연장되는 탄성부를 포함하는 커넥팅 부재를 더 포함하고, 상기 탄성부는 탄성복원력에 의해 상기 메탈 트레이스와 밀착되어 결합되고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 적어도 하나는 상기 탄성부를 통해 상기 메탈 트레이스와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 커넥팅 부재는 상기 회로 기판과 결합되는 지지부를 더 포함하고, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자 중 적어도 하나는 상기 지지부를 통해 상기 안테나 피딩 단자 및 상기 안테나 접지 단자 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 매칭 회로는 상기 유전체 블록의 표면에 레이저 직접 조사 구조화(LDS: Laser Direct Structuring) 방식에 의해 형성된 레이저 패턴 상에 결합된 도금층일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체는 전자 장치의 하우징을 안테나 구조체로 사용하는 것에서 안테나의 RF성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 구조물은 튜닝이 용이하면서도 크기가 작다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 안테나 구조체가 탑재되는 전자 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 안테나 구조체가 탑재되는 전자 장치의 하우징 구조물의 내측을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 구조체의 메탈 트레이스 부분과 유전체 블록을 도시한 전자 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 구조물이 커넥팅 부재에 결합된 것을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 구조물의 저면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 커넥팅 부재의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 회로를 블록 형태의 등가 회로로 도시한 것이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 회로를 등가 회로로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부한 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 안테나 구조체가 탑재되는 전자 장치를 도시한 것이다. 전자 장치는 무선 통신을 지원한다. 전자 장치는 예를 들어, 스마트폰 등을 포함하는 셀룰러 전화 단말기, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, PDA 장치, 미디어 플레이어, 내비게이션 장치, 게임 플레이 장치, 손목 등에 착용가능한 전자 장치, 헤드폰 장치, 핸즈프리 장치 등이 될 수 있다.
전자 장치는 전면(상면)에 디스플레이(40)가 구비될 수 있다. 디스플레이(40)는 하우징 구조물(50)과 결합되어 내부 공간을 형성할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이(40)는 하우징 구조물(50)의 일측을 막는 형태로 결합되어 후면(하면)에 해당하는 하우징 구조물(50)과의 사이에 공간을 형성할 수 있다.
내부 공간에는 전자 장치의 구동을 위한 각종 전자 장치, 부품 및 소자들이 수용될 수 있다. 예를 들어, 내부 공간에는 저장 수단 및 처리 수단이 수용될 수 있다. 저장 수단은 예를 들어, 하드 디스크 드라이브 저장 장치, 플래쉬 메모리 장치, RAM과 같은 휘발성 메모리 장치 등이 될 수 있다. 처리 수단은 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로 등이 될 수 있다. 또한, 내부 공간에는 이러한 전자 장치 및 소자들을 구동할 수 있는 전원 장치가 수용될 수 있다. 또한, 내부 공간에는 버튼, 터치패널, 마이크, 스피커, 카메라 등 다양한 형태의 입출력 장치가 수용될 수 있다.
전자 장치는 다양한 형태의 무선 통신을 지원할 수 있다. 이를 위해, 전자 장치는 다양한 형태의 무선 통신을 지원하는 통신 장치를 포함할 수 있다. 통신 장치는 예를 들어, WiFi IEEE 802.11) 통신을 위한 2.4GHz 및 5GHz 주파수 대역들을 커버할 수 있고, 2.4GHz Bluetooth 주파수 대역을 커버할 수 있는 WLAN 송수신기 장치일 수 있다. 또한, 통신 장치는 700~960 MHz의 주파수 대역, 1710~2170 MHz의 주파수 대역, 및 2300~2700 MHz의 주파수 대역 또는 700 MHz~2700 MHz 사이의 기타 통신용 주파수 대역들 또는 기타 적절한 주파수들과 같은 주파수 범위들에서 무선 통신을 지원하는 셀룰러 전화 통신 장치일 수 있다. 이러한 통신 장치는 음성용 및 비음성용 데이터 통신을 지원할 수 있다. 또한, 통신 장치는 1575 MHz에서 GPS(global positioning system) 신호들을 수신하거나 또는 기타 위성 위치 확인 데이터를 다루기 위한 GPS용 통신 장치일 수 있다. 또한, 통신 장치는 13.56 MHz의 주파수 대역을 사용하는 근거리 통신 송수신 장치일 수 있다. 경우에 따라 통신 장치는 기타 단거리 및 장거리 무선 링크용 통신 장치를 포함할 수 있다.
전자 장치는 안테나 구조체를 포함한다. 안테나 구조체는 무선 통신을 위한 RF신호를 송신하거나 수신한다. 전자 장치에는 하나 또는 둘 이상의 안테나 구조체가 탑재될 수 있다. 구체적으로, 전자 장치는 복수의 무선 통신 프로토콜을 각각 지원하는 안테나 구조체가 탑재될 수 있다. 안테나 구조체는 하나 또는 둘 이상의 주파수 대역을 커버할 수 있으나, 전자 장치가 다양한 형태의 무선 통신을 지원하는 경우 하나의 안테나 구조체가 모든 주파수 대역을 커버하는 것은 드물다. 이러한 경우, 하나의 전자 장치에 둘 이상의 안테나 구조체가 탑재될 수 있다.
안테나 구조체는 적절한 형태의 안테나 타입으로 형성될 수 있다. 안테나 구조체는 예를 들어, 루프 안테나 구조, 패치 안테나 구조, 역 F형 안테나 구조, 역 L형 안테나 구조, 슬롯 안테나 구조, 평면 역 F형 안테나 구조, 나선형 안테나 구조들, 이들 설계들의 복합형, 기타 등등으로부터 형성되는 공진 소자들을 갖는 구조 등이 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 안테나 구조체가 탑재되는 전자 장치의 하우징 구조물의 내측을 도시한 평면도이다.
도 2에 도시된 하우징 구조물(50)은 도 1에 도시된 전자 장치에서 하우징 구조물(50)의 상면을 덮고 있는 디스플레이(40)를 제거하고 내부 전자 장치, 부품 및 소자들을 제거한 것을 도시한 것이다. 도 2는 하우징 구조물(50)의 내측면을 도시하고 있다.
하우징 구조물(50)의 상측단 또는 하측단 중 적어도 한 곳에는 금속 재질로 형성된 메탈 트레이스(100)가 적어도 하나 형성될 수 있다. 메탈 트레이스(100)는 전자 장치의 측면의 일부를 포함하는 형태로 형성될 수 있다.
이러한 메탈 트레이스(100)는 하우징 구조물(50)의 다른 부분과 전기적으로 분리된 상태로 형성된다. 구체적으로, 하우징 구조물(50)은 메탈 트레이스(100) 부분은 금속 재질로 형성되고, 메탈 트레이스(100)와 인접하는 다른 부분은 플라스틱 수지재, 세라믹 또는 유리 재질 등의 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 메탈 트레이스(100)는 비도전성 재질의 표면 상에 결합된 도금층으로 형성될 수 있다.
하우징 구조물(50)의 메탈 트레이스(100) 부분은 안테나 구조체의 일부로 사용될 수 있다. 구체적으로, 메탈 트레이스(100) 부분은 후술할 매칭 구조물(200)과 전기적으로 연결되어 안테나로 기능할 수 있다.
메탈 트레이스(100)는 역F 타입의 안테나로 형성될 수 있다. 구체적으로, 메탈 트레이스(100) 부분은 적어도 하나의 공진 소자 암(arm)(101) 및 공진 소자 암(101)에서 분기되는 2개의 분기부(102, 104)를 포함할 수 있다. 2개의 분기부는 안테나 피딩 경로(102) 및 안테나 리턴 경로(104)가 될 수 있다.
공진 소자 암(101)은 전자 장치의 측면에 해당하는 부분 또는 측면과 접하는 후면 부분으로 형성될 수 있다. 공진 소자 암(101)은 하우징 구조물(50)에서 일 방향으로 연장되는 형태로 형성될 수 있다.
안테나 피딩 경로(102) 및 안테나 리턴 경로(104)는 공진 소자 암(101)에서 일 방향으로 분기되어 연장되는 부분일 수 있다. 안테나 피딩 경로(102)는 후술할 매칭 구조물(200)을 통해 회로 기판(300)의 안테나 급전 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나 리턴 경로(104)는 후술할 매칭 구조물(200)을 통해 회로 기판(300)의 안테나 접지 단자(320)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 구조체의 메탈 트레이스 부분과 유전체 블록을 도시한 전자 장치의 단면도이다. 도 3은 도 1의 AA'선을 따라 절단한 단면도에 해당한다.
도 3을 참조하면, 전자 장치에는 내부에 회로 기판(300)이 위치한다. 회로 기판(300)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)으로 형성되어 전자 장치의 다양한 각종 전자 부품 및 소자들이 실장되어 결합되어 있을 수 있다. 회로 기판(300)의 전자 장치의 메인 보드로 기능하는 것일 수 있다. 회로 기판(300)은 판형으로 형성되고, 적어도 일부가 메탈 트레이스(100) 부분과 대향되도록 배치될 수 있다.
회로 기판(300)에서 메탈 트레이스(100) 부분과 대향되는 부분에는 적어도 둘 이상의 실장 패드(310, 320)가 형성되어 있을 수 있다. 실장 패드(310, 320)는 외부로 노출된 도금 패드일 수 있다.
실장 패드 중 어느 하나는 안테나 피딩 단자(310)일 수 있다. 안테나 피딩 단자(310)는 동축 케이블(미도시) 등의 연결 선로를 통해 송수신기 회로(미도시)와 연결될 수 있다. 안테나 피딩 단자(310)를 통해 안테나 방사체와 송수신기 회로 사이에 신호가 전달된다.
실장 패드 중 다른 하나는 안테나 접지 단자(320)일 수 있다. 안테나 접지 단자(320)는 안테나 방사체에 대해 접지 전위를 유지하는 부분이다. 안테나 접지 단자(320)는 회로 기판(300)의 접지부 또는 하우징의 금속 부분, 미드 플레이트와 같은 접지 전위를 유지하는 금속 구조물과 단락되어 연결될 수 있다.
매칭 구조물(200)은 메탈 트레이스(100)와 회로 기판(300) 사이에 위치한다. 구체적으로, 매칭 구조물(200)은 구체적으로 커넥팅 부재(230)를 매개로 하여 메탈 트레이스(100)와 회로 기판(300)과 전기적으로 연결된다. 커넥팅 부재(230)에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
매칭 구조물(200)은 커넥팅 부재(230)를 매개로 하여 메탈 트레이스(100)의 두 부분과 전기적으로 연결될 수 있다. 이하, 매칭 구조물(200)의 메탈 트레이스(100)와 연결되는 두 부분을 각각 제1 단자(221) 및 제2 단자(222)로 지칭하여 설명하도록 한다.
매칭 구조물(200)은 직접 또는 커넥팅 부재(230)를 매개로 하여 회로 기판(300)의 안테나 피딩 단자(310) 및 안테나 접지 단자(320)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이하, 매칭 구조물(200)의 안테나 피딩 단자(310)와 연결되는 부분을 제3 단자(223)로, 안테나 접지 단자(320)와 연결되는 부분을 제4 단자(224)로 지칭하여 설명하도록 한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 매칭 구조물과 매칭 구조물이 커넥팅 부재에 결합된 것을 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 구조물이 커넥팅 부재에 결합된 것을 도시한 것이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 구조물의 저면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 커넥팅 부재의 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 매칭 구조물(200)은 유전체 블록(210) 및 유전체 블록(210)의 표면에 형성된 매칭 회로(220)를 포함한다.
유전체 블록(210)은 비도전성 유전물질로 형성된 다면체 형태의 블록일 수 있다.
매칭 회로(220)는 4개의 단자(221, 222, 223, 224)와 4개의 패턴(226, 227, 228, 229)을 포함하는 전기 회로를 형성할 수 있다. 매칭 회로(220)는 메탈 트레이스와 회로 기판(300) 사이에 전기적으로 연결된다.
매칭 회로(220)의 4개의 단자(221, 222, 223, 224)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 상술한 것과 같이, 제1 단자(221) 및 제2 단자(222)는 커넥팅 부재(230)를 매개로 하여 메탈 트레이스(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 첨부한 도 4 및 도 5에서는, 일 실시예로서 제1 단자(221) 및 제2 단자(222)가 유전체 블록(210)의 하면에 형성되어 커넥팅 부재(230)와 접촉되는 것을 도시하였다.
상술한 것과 같이, 제3 단자(223) 및 제4 단자(224)는 직접 또는 커넥팅 부재(230)를 매개로 하여 회로 기판(300)의 안테나 피딩 단자(310) 및 안테나 접지 단자(320)와 전기적으로 연결될 수 있다. 첨부한 도 4 및 도 5에서는, 일 실시예로서 제3 단자(223) 및 제4 단자(224)가 유전체 블록(210)의 하면에 형성되어 회로 기판(300)의 안테나 피딩 단자(310) 및 안테나 접지 단자(320)와 솔더링 등을 통해 직접 전기적으로 연결되는 것을 도시하였다.
본 발명의 매칭 회로(220)의 단자의 형태는 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 매칭 회로(220)의 제1 내지 제4 단자(221, 222, 223, 224)의 위치 및 전기적 연결 형태는 통상의 기술자의 용이한 설계 변경 또는 안테나 구조체와 결합되는 메탈 트레이스(100) 및 회로 기판(300)의 전기적인 구성 등에 따라 다른 형태로 변경될 수 있다.
매칭 회로(220)의 4개의 패턴(226, 227, 228, 229)은 상술한 각각의 단자들 사이에 형성된다. 매칭 회로(220)의 패턴들은 단자들을 서로 전기적으로 연결할 수 도 있지만, 전기적으로 개방시킬 수도 있다. 이러한 단자들 사이의 패턴들의 전기적인 특성에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
매칭 회로(220)의 4개의 패턴은 제1 내지 제4 패턴(226, 227, 228, 229)으로 지칭하여 설명하도록 한다. 제1 패턴(226)은 제1 단자(221)와 제3 단자(223) 사이에 형성된다. 제2 패턴(227)은 제1 단자(221)와 제2 단자(222) 사이에 형성된다. 제3 패턴(228)은 제2 단자(222)와 제4 단자(224) 사이에 형성된다. 제4 패턴(229)은 제3 단자(223)와 제4 단자(224) 사이에 형성된다.
매칭 회로(220)는 유전체 블록(210)의 표면에 형성된 박막의 금속층 또는 도금층으로 형성될 수 있다. 매칭 회로(220)는 예를 들어, 레이저 직접 조사 구조화(LDS: Laser Direct Structuring) 방식으로 형성된 도금층일 수 있다. 레이저 직접 조사 구조화 방식에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도금층이 결합될 베이스 구조물을 준비한다. 여기서 베이스 구조물은 유전체 블록(210)이 될 수 있다. 베이스 구조물에는 처음에는 비도전성이었다가 특정 파장의 레이저가 조사되면 도전성으로 변하는 첨가물이 첨가된다. 첨가물은 예를 들어, 스피넬, 페로브스카이트 등의 구조를 가지는 금속화합물일 수 있다. 더욱 구체적으로, 첨가물은 구리크롬스피넬(Copper chromite spinel)이 사용될 수 있다. 첨가물이 0.1중량% 내지 5.0중량%의 비율로 배합될 수 있다.
상기와 같이 형성된 베이스 구조물 중 도금층을 형성하려는 표면에 레이저를 조사한다. 조사하는 레이저의 파장, 파워 및 조사 시간 등은 첨가물에 따라 통상적으로 미리 정해져 있다. 레이저가 조사되면 베이스 구조물의 표면에 노출된 첨가물이 도전성으로 변하게 된다. 구체적으로, 첨가물의 금속핵이 노출되는 것으로 볼 수 있다.
레이저가 조사된 베이스 구조물을 도금조에 침지하면 도전성으로 변한 첨가물을 시드(seed)으로 하여 도금층이 성장하게 된다. 도금액의 금속 재질은 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 도금 재질은 구리, 니켈, 납, 알루미늄, 은, 금 등이 될 수 있다. 도금 방법은 전해도금 또는 무전해도금 중 선택될 수 있다. 이와 같은 도금과정을 수회 반복하여 도금층을 다층으로 형성할 수도 있다.
상술한 것과 같은 과정을 통해 베이스 구조물의 선택적인 표면에 도금층을 형성할 수 있다. 이러한 레이저 직접 구조화 방식은 도금층의 패턴 형태를 즉각적으로 수정할 수 있고, 도금층의 패턴 형태를 정교하게 형성할 수 있다는 장점이 있다.
도 6을 참조하면, 커넥팅 부재(230)는 지지부(231), 탄성부(232), 접촉부(233) 및 안착부(234)를 포함한다. 지지부(231)는 회로 기판(300)과 결합되는 부분이다. 탄성부(232)는 지지부(231)의 일측에서 연장되어 절곡된 형태로 형성된다. 접촉부(233)는 탄성부(232)의 일단에 형성되고, 메탈 트레이스(100)와 직접 접촉되어 결합되게 된다. 안착부(234)는 지지부(231)의 타측에서 연장될 수 있는데 매칭 구조물(200)이 결합되는 부분이다.
구체적으로, 지지부(231)는 회로 기판(300)과 결합되는 부분이다. 지지부(231)는 평판 형태의 회로 기판(300)과 맞닿게 형성되는 평판 형태로 형성될 수 있다. 지지부(231)는 경우에 따라서 솔더링 등의 방법에 의해 회로 기판(300)과 전기적으로 결합될 수 있다. 또한, 지지부(231)는 표면실장기술(SMT: Surface Mounting Technology) 방식에 의해 회로 기판(300)에 결합될 수 있다. 지지부(231)가 표면실장기술 방식에 의해 결합될 수 있다는 것은 결합 공정이 간소하고 대량 생산에 적합하다는 것을 의미한다.
탄성부(232)는 지지부(231)의 일단에서 절곡되어 연장된다. 탄성부(232)는 지지부(231)의 일단에서 적어도 한 번 이상 절곡된 형태로 형성된다. 첨부한 도면에서는 지지부(231)의 일단에서 상방으로 한 번 절곡되고, 지지부(231)에 평행하게 되도록 다시 한 번 절곡된 형태로 탄성부(232)가 연장되게 형성되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
탄성부(232)는 상하 방향의 압력에 대해서 탄성력을 가지는 부분이다. 탄성부(232)가 포함하는 적어도 하나의 절곡부분은 상하 방향의 압력에 대해서 휘어지면서 탄성력을 발생시킨다.
접촉부(233)는 탄성부(232)의 일단에 형성된다. 접촉부(233)는 메탈 트레이스(100)에 접촉되어 전기적으로 연결되는 부분이다. 접촉부(233)는 탄성부(232)의 일단에서 돌출된 형태로 형성되어 메탈 트레이스(100)에 밀착되어 접촉되도록 형성된다. 회로 기판(300)과 메탈 트레이스(100)에 의해 탄성부(232)가 일정 수준으로 압축되어 있어, 접촉부(233)는 탄성부(232)의 복원력에 의해 메탈 트레이스(100)와 밀착되어 접촉될 수 있다.
안착부(234)에는 상방으로 돌출된 접촉 돌기(235)가 형성될 수 있다. 접촉 돌기(235)는 매칭 구조물(200)의 단자들 중 어느 하나와 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다. 첨부한 도면에서는 커넥팅 부재(230)가 매칭 구조물(200)의 양측에 2개가 결합되고, 각각의 커넥팅 부재(230)의 안착부(234)에 형성된 접촉 돌기(235)가 각각 매칭 구조물(200)의 제1 및 제2 단자(221, 222)에 연결되는 것이 도시되어 있다. 그러나 커넥팅 부재(230)와 매칭 구조물(200)의 단자의 결합 관계는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6과 함께 도 5를 참조하면, 매칭 구조물(200)의 하면에는 하방으로 돌출된 돌출부(211)와 돌출부(211)에 의해 상대적으로 함몰된 함몰부(212)가 형성될 수 있다. 매칭 구조물(200)의 함몰부(212) 부분은 안착부(234)에 안착되게 되고, 돌출부(211) 부분은 회로 기판(300)에 직접 접하며 결합되게 된다. 매칭 구조물(200)의 하면에서 돌출부(211)가 함몰부(212)보다 하방으로 돌출된 정도는 안착부(234)의 두께에 해당하는 것이 바람직하다.
첨부한 도면에서는 매칭 구조물(200)의 함몰부(212) 부분에 제1 및 제2 단자(212, 222)가 형성되고, 돌출부(211) 부분에 제3 및 제4 단자(223, 224)가 형성된다. 따라서 제1 및 제2 단자(221, 222)는 커넥팅 부재(230)를 매개로 하여 메탈 트레이스(100)에 전기적으로 연결되게 되고, 제3 및 제4 단자(223, 224)를 직접 접촉하여 또는 솔더링에 의해 결합되어 회로 기판(300)의 안테나 피딩 단자(310) 및 안테나 접지 단자(320)에 전기적으로 연결되게 된다.
이하, 도 7 내지 도 13을 참조하여 매칭 구조물(200)의 매칭 회로(220)의 전기적 특징에 대해서 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 회로를 블록 형태의 등가 회로로 도시한 것이다. 도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체의 매칭 회로를 등가 회로로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 매칭 회로(220)는 제1 내지 제4 단자(221, 222, 223, 224) 및 제1 내지 제4 패턴(226, 227. 228. 229)을 포함한다. 그리고 제1 내지 제4 패턴(226, 227, 228, 229)은 다양한 전기적 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 패턴(226, 227, 228, 229)은 양측의 단자들 사이에서 용량성 성분을 가지도록 형성되거나, 유도성 성분을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 패턴(226, 227, 228, 229)은 양측의 단자들 사이를 단락시키거나 개방시킬 수 있다.
매칭 회로(220)는 제1 내지 제4 패턴(226, 227, 228, 229)에 의해 전기적 특성이 결정될 수 있다. 매칭 회로(220)는 메탈 트레이스(100)와 회로 기판(300) 사이에 전기적으로 연결되어 안테나 장치의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 매칭 회로(220)는 메탈 트레이스(100)와 회로 기판(300) 사이의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 또한, 매칭 회로(220)는 안테나의 공진주파수를 이동시키거나 이득 또는 대역폭을 조절할 수 있다. 매칭 회로(220)는 전자 장치가 사용되는 무선통신 환경에서 안테나가 최적의 성능을 발휘하도록 조절되는 것이 바람직하다.
도 8 내지 도 13에는 매칭 회로의 바람직한 다양한 실시예가 도시되어 있다. 도 8 내지 도 13에 도시된 매칭 회로의 등가 회로는 통상적인 전자 장치 및 통신 환경에서의 바람직한 형태이나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 제1 패턴(226) 및 제3 패턴(228)은 유도성 성분으로 형성된다. 제2 패턴(227)은 개방된 회로로 형성되고, 제4 패턴(229)은 용량성 성분으로 형성된다.
도 9를 참조하면, 제1 패턴(226) 및 제3 패턴(228)은 유도성 성분으로 형성된다. 제2 패턴(227) 및 제4 패턴(229)은 유도성 성분으로 형성된다.
도 10을 참조하면, 제1 패턴(226)은 유도성 성분으로 형성되고, 제3 패턴(228)은 용량성 성분으로 형성된다. 제2 패턴(227)은 개방된 회로로 형성되고, 제4 패턴(229)은 용량성 성분으로 형성된다.
도 11을 참조하면, 제1 패턴(226)은 유도성 성분으로 형성되고, 제3 패턴(228)은 용량성 성분으로 형성된다. 제2 패턴(227) 및 제4 패턴(229)은 유도성 성분으로 형성된다.
도 12을 참조하면, 제1 패턴(226) 및 제3 패턴(228)은 용량성 성분으로 형성된다. 제2 패턴(227)은 개방된 회로로 형성되고, 제4 패턴(229)은 용량성 성분으로 형성된다.
도 13을 참조하면, 제1 패턴(226) 및 제3 패턴(228)은 용량성 성분으로 형성된다. 제2 패턴(227) 및 제4 패턴(229)은 유도성 성분으로 형성된다.
이상, 본 발명의 안테나 구조체의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 메탈 트레이스
200: 매칭 구조물 210: 유전체 블록
220: 매칭 회로 221: 제1 단자
222: 제2 단자 223: 제3 단자
224: 제4 단자 226: 제1 패턴
227: 제2 패턴 228: 제3 패턴
229: 제4 패턴
230: 커넥팅 부재 231: 지지부
232: 탄성부 233: 접촉부
234: 안착부 235: 접촉 돌기
300: 회로 기판 310: 안테나 피딩 단자
320: 안테나 접지 단자

Claims (15)

  1. 전자 장치의 하우징 구조물의 적어도 일부를 이루는 메탈 트레이스;
    상기 전자 장치의 하우징 내부에 위치하고, 안테나 피딩 단자 및 안테나 접지 단자를 포함하는 회로 기판; 및
    유전체 블록 및 상기 유전체 블록의 표면에 형성되어 상기 메탈 트레이스 및 상기 회로 기판 사이를 전기적으로 연결하고, 상기 메탈 트레이스 및 상기 회로 기판 사이에서 전달되는 안테나 송수신 신호를 변환하는 매칭 회로를 포함하는 매칭 구조물를 포함하고,
    상기 매칭 회로는,
    상기 메탈 트레이스에 전기적으로 연결되는 제1 단자 및 제2 단자;
    상기 안테나 피딩 단자에 전기적으로 연결되는 제3 단자;
    상기 안테나 접지 단자에 전기적으로 연결되는 제4 단자; 및
    상기 제1 단자와 상기 제3 단자 사이에 형성된 제1 패턴, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 형성된 제2 패턴, 상기 제2 단자와 상기 제4 단자 사이에 형성된 제3 패턴 및 상기 제4 단자와 상기 제3 단자 사이에 형성된 제4 패턴을 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 패턴 중 적어도 일부는 유도성 성분 또는 용량성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패턴 및 상기 제3 패턴은 유도성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 개방된 회로로 형성되고,
    상기 제4 패턴은 용량성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 패턴 및 상기 제4 패턴은 유도성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 유도성 성분으로 형성되고,
    상기 제3 패턴은 용량성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 개방된 회로로 형성되고,
    상기 제4 패턴은 용량성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 패턴 및 상기 제4 패턴은 유도성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패턴 및 상기 제3 패턴은 용량성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 개방된 회로로 형성되고,
    상기 제4 패턴은 용량성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 패턴 및 상기 제4 패턴은 유도성 성분으로 형성되는 안테나 구조체.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 메탈 트레이스는 공진소자 암과 상기 공진소자 암에서 분기되는 2개의 분기부를 포함하는 역F 타입 안테나로 형성되고,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 각각 상기 2개의 분기부에 전기적으로 연결되는 안테나 구조체.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 메탈 트레이스는 공진소자 암과 상기 공진소자 암에서 분기되는 분기부를 포함하는 역L 타입 안테나로 형성되고,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 어느 하나는 상기 분기부에 전기적으로 연결되고, 다른 하나는 상기 공진소자 암에 전기적으로 연결되는 안테나 구조체.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 매칭 구조물의 적어도 일부가 결합되는 결합부 및 상기 결합부에서 절곡되어 연장되는 탄성부를 포함하는 커넥팅 부재를 더 포함하고,
    상기 탄성부는 탄성복원력에 의해 상기 메탈 트레이스와 밀착되어 결합되고,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 적어도 하나는 상기 탄성부를 통해 상기 메탈 트레이스와 전기적으로 연결되는 안테나 구조체.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 커넥팅 부재는 상기 회로 기판과 결합되는 지지부를 더 포함하고,
    상기 제3 단자 및 상기 제4 단자 중 적어도 하나는 상기 지지부를 통해 상기 안테나 피딩 단자 및 상기 안테나 접지 단자 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 안테나 구조체.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 매칭 회로는 상기 유전체 블록의 표면에 레이저 직접 조사 구조화(LDS: Laser Direct Structuring) 방식에 의해 형성된 레이저 패턴 상에 결합된 도금층인 안테나 구조체.
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