KR101884603B1 - 모바일 폰에서 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치 - Google Patents

Abstract

메탈 폰(metal phone)에서의 구조적인 문제로 인한 안테나의 성능저하를 방지할 수 있는 자성체 장치가 개시된다. 상기 자성체 장치는, 안테나가 금속 프레임 및 터치 윈도와 일정 간격으로 이격된 메탈 폰에 적용되며, 상기 안테나와 상기 금속 프레임 사이의 간극을 덮도록 설치되고, 700㎒ ~ 2690㎒ 주파수 대역에서 실수부의 투자율이 5 이상이고, 자성 손실(magnetic loss tangent)(μ"/μ')이 0.025 이하이다.

Description

모바일 폰에서 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치{Magnetic material apparatus for preventing decreasing emission efficiency of antenna in mobile phone}

본 발명은 모바일 폰의 안테나의 방사 효율을 개선하기 위한 자성체 장치에 관한 것으로, 특히 메탈 폰(metal phone)에서의 구조적인 문제로 인한 안테나의 성능저하를 방지할 수 있는 기술에 관련한다.

도 1은 일반 메탈 폰의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.

안테나를 형성하기 위해 이격 구간을 갖는 메탈 폰 구조에서 안테나 성능을 감쇄시키는 주요 원인 중 하나로 터치 윈도(touch window)(110)와 금속 프레임(metal frame)(120)이 있다.

미설명 부호 150은 배터리 커버를 나타내고, 140은 회로기판을 나타낸다.

여기서, 안테나(130)와 금속 프레임(120) 사이의 이격된 간극(122)은 0.5㎜ ~ 1.0㎜ 정도이고, 안테나(130)와 터치 윈도(110)는 0.5㎜ ~ 3㎜ 정도의 간격으로 이격된다.

안테나 방사성능을 확보하기 위하여 안테나(130)는 금속 프레임(120) 또는 터치 윈도(110)와의 이격 거리가 충분히 확보되어야 하지만 디자인적인 측면을 고려하여 매우 근접되어서 설계되는 추세이다.

터치 윈도(110)의 정전방식 동작을 위하여 인듐과 같은 금속 성분이 미세한 라인 형태로 포함되어 있기 때문에, 안테나(130)에 대해 터치 윈도(110)는 일종의 금속 판으로 동작하게 되는데, 상기한 것처럼, 터치 윈도(110)가 안테나(130)와 매우 근접되어 있고 길이가 700㎒ 대역에서 약 1/4λ 길이를 갖기 때문에 안테나(130)에서 방사되는 전파에너지의 상당부분이 터치 윈도(110) 쪽으로 재흡수되거나 간섭을 받게 되어 방사성능을 저하하는 요인이 된다.

또한, 안테나(130)와 이격되어 매우 좁은 간극(122)을 유지하며 형성되어 있는 금속 프레임(120) 역시 터치 윈도(110)와 동일한 이유로 안테나 성능을 저하하는 인자이다.

본 발명의 목적은 안테나와 좁은 간극으로 이격된 터치 윈도와 금속 프레임에 의한 안테나 방사 성능의 저하를 최소화할 수 있는 자성체 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 안테나가 금속 프레임 및 터치 윈도와 일정 간격으로 이격된 메탈 폰에 적용되며, 상기 안테나와 상기 금속 프레임 사이의 간극을 덮도록 설치되고, 700㎒ ~ 2690㎒ 주파수 대역에서 실수부의 투자율이 5 이상이고, 자성 손실(magnetic loss tangent)(μ"/μ')이 0.025 이하인 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 자성체 장치는 상기 안테나와 상기 터치 윈도 사이의 간극을 덮도록 더 설치될 수 있다.

바람직하게, 상기 자성체 장치의 수직 단면은 L 형상일 수 있다.

바람직하게, 상기 안테나의 양단에 각각 상기 자성체 장치가 설치되고, 상기 안테나의 급전부에 가까운 쪽에 설치되는 자성체 장치는 먼 쪽에 설치되는 자성체 장치의 길이보다 작을 수 있다.

바람직하게, 상기 자성체 장치는 자성체 물질층과, 상기 자성체 물질층 위에 적층되는 절연성 점착층으로 구성된다.

바람직하게, 상기 자성체 장치는, 다수의 미세한 통기공이 형성된 자성체 물질층; 및 상기 자성체 물질층 위에 적층되는 절연성 점착층으로 구성된다.

바람직하게, 상기 통기공은 동작 주파수의 파장보다 작은 크기로 이루어지고, 상기 통기공 간의 간격은 상기 파장보다 작게 배열될 수 있다.

바람직하게, 상기 통기공에는 상기 자성체 물질층의 자성 물질과 투자율이 다른 자성 물질이 채워지거나, 임의의 유전율을 갖는 유전체 또는 전기 전도도가 높은 메탈 성분이 채워지거나 또는 공기가 채워질 수 있다.

상기한 구성에 의하면, 700㎒ 이상의 주파수 영역에서 낮은 자성손실(Magnetic loss tangent)을 갖는 자성체를 이용하여 메탈 폰에서 안테나와 금속 프레임 또는 안테나와 터치 윈도 사이의 간극을 차단함으로써 금속 프레임과 터치 윈도의 영향을 최소로 하여 안테나의 방사 효율을 개선할 수 있다.

도 1은 일반 메탈 폰의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 자성체 장치를 적용한 상태를 나타내는 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명이 적용된 안테나의 리턴 손실(Return loss)을 HFSS를 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 각각 안테나의 방사 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 각각 자성체 장치의 길이에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 각각 자성체 장치의 두께에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 각각 자성체 장치의 자성 손실(magnetic loss tangent)에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 자성체 장치의 다른 예를 나타낸다.
도 9는 자성체 장치의 다른 예를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 자성체 장치를 적용한 상태를 나타내는 부분 사시도이다.

인쇄회로기판(140)은 금속 프레임(120)의 내부에 수납되고, 금속 프레임(120)은 연결 탭(124)을 통해 접지단자(144)를 개재하여 인쇄회로기판(140)의 접지패턴에 전기적으로 연결된다.

안테나(130)는 양단이 금속 프레임(120)과 이격되어 간극(122)을 형성하고, 연결 탭(132)과 접촉단자(142)를 개재하여 인쇄회로기판(140)의 접지패턴 또는 접지패턴/도전패턴에 전기적으로 연결된다.

도 2를 참조하면, 안테나(130)와 금속 프레임(120) 사이의 이격된 간극(122)은 0.5㎜ ~ 1.0㎜ 정도이고, 안테나(130)와 터치 윈도(110)는 0.5㎜ ~ 3㎜ 정도의 간격으로 이격된다.

상기한 것처럼, 금속 프레임(120) 또는 터치 윈도(110)가 안테나(130)와 매우 근접하여 배치되어 있으면서 물리적인 길이가 700㎒ 대역에서 약 1/4λ 길이를 갖기 때문에 안테나(130)에서 방사되는 전파 에너지의 상당 부분이 금속 프레임(120) 또는 터치 윈도(110) 쪽으로 흡수되거나 간섭을 받게 되어 결과적으로 안테나의 성능을 저하하게 된다.

이와 같이, 금속 프레임(120) 또는 터치 윈도(110)의 영향을 최소화하기 위해서 저손실 자성체 장치(210, 220)가 안테나(130)와 금속 프레임(120) 사이 그리고 안테나(130)와 터치 윈도(110) 사이에 형성된 간극(122, 123)을 덮도록 설치된다.

자성체 장치(210, 220)는 수직 단면이 I 형상이거나, 이 실시 예와 같이, L 형상을 가질 수 있으나, 형상에 제약은 없으며, 안테나(130)와 금속 프레임(120) 사이의 간극(122) 및/또는 안테나(130)와 터치 윈도(110) 사이의 간극(123)을 차단하는 어떠한 형상도 가능하다.

자성체 장치(210, 220)는 안테나(130) 또는 금속 프레임(120)에 고정을 위해 절연 점착층을 구비할 수 있고, 탈부착이 용이하도록 플렉시블한 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 소결 후 경도가 높은 딱딱한 재질로 구성되어도 무방하다.

가령, 자성체 장치(210, 220)는 절연성 점착층을 구비하고 고주파 영역에서 자성 손실이 적은 자성물질로 이루어진 얇은 테이프 형태로 구성될 수 있다.

자성체 장치(210, 220)는 복소 투자율의 실수부가 5 이상의 투자율을 가지며, 자성체 두께는 0.5㎜ 이상이고, 안테나(130)의 급전부로부터 가까운 쪽의 자성체 장치(210)는 10㎜ 이상의 길이(L1)를 갖고, 먼 쪽의 자성체 장치(220)는 20㎜ 이상의 길이(L2)를 갖는다.

일반적으로 자성물질은 μ = μ' - jμ"와 같이 복소 형태의 투자율로 표현된다.

터치 윈도(110)와 금속 프레임(120)에 의한 안테나 방사 효율의 저하를 최소화하기 위해서 자성체 장치(210, 220)는 700㎒ ~ 2690㎒ 주파수 대역에서 실수부의 투자율이 높은 반면 허수부의 투자율은 매우 낮은 자성체 물질을 포함하는데, 가령 복소 투자율의 실수부가 최소 5 이상의 값을 갖도록 해야 한다.

또한, 자성 손실(magnetic loss tangent)(μ"/μ')가 0.025 이하의 값을 갖는 자성체이어야 한다.

기존의 스피넬 페라이트는 입방정계 결정체로서 자기 이방성 값이 작기 때문에 자연 공명주파수가 초기투자율에 반비례하는 Snoek's limit을 넘지 못한다. 그 사용 주파수가 공명주파수에 근접하면 손실이 매우 크게 증가하여 대부분 ㎓ 대역에서는 사용주파수가 제한된다.

그러나 육방정(Hexagonal) 페라이트의 경우 수백 ㎒에서 수 ㎓까지 초기 투자율이 감소하지 않고 손실률도 증가하지 않기 때문에 이 실시 예에 따른 자성체 장치(210, 220)에 적용되는 페라이트는 Hexagonal 결정구조를 갖는 육방정 페라이트가 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명이 적용된 안테나의 리턴 손실(Return loss)을 HFSS를 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.

적용된 자성체의 복소투자율 μ는 20-j0.5이다. 투자율에 의한 안테나의 인덕턴스 증가로 로우 밴드(Low band)와 하이 밴드(High band)에서 공진 주파수가 낮은 쪽으로 이동함을 볼 수 있다.

도 4는 각각 안테나의 방사 효율을 나타낸 그래프이다.

복소 투자율의 실수부만의 영향을 확인하기 위해 자성 손실은 0인 것으로 간주하였다. 자성체의 두께는 1㎜이고, L1 길이는 각각 32㎜와 12㎜를 갖는다. 자성체의 폭(W)은 9.5㎜를 갖는다.

그리고 공진 주파수 이동에 대한 영향을 배제하기 위하여 미스 매칭에 의한 손실을 고려하지 않았을 때의 방사 효율을 HFSS를 이용한 시뮬레이션 결과를 나타내었다.

복소 투자율의 실수부가 2 이하일 때는 안테나 방사 효율의 개선이 미미하다. 도 4에서 보는 바와 같이, 투자율의 실수부에 비례하여 안테나의 방사 효율이 증가함을 볼 수 있고, 20 이상에서는 효율증가가 포화된다.

도 5는 각각 자성체 장치의 길이에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸 그래프이다.

자성체 장치(210, 220)의 복소 투자율의 실수부가 20이고, 두께가 1㎜이고 폭이 9.5㎜이며 자성 손실이 0일 때 자성체 장치의 길이에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸다.

자성체 장치(210)는 12㎜로 고정한 상태에서 안테나 급전부와 먼 쪽의 자성체 장치(220)의 길이를 변화시켰을 때 안테나 방사 효율을 나타내는데, 길이가 22㎜ 이상일 때 안테나 방사 효율의 개선 효과가 있었지만 17㎜ 이하에서는 개선효과가 미미하다고 할 수 있다.

도 6은 각각 자성체 장치의 두께에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸 그래프이다.

자성체 장치(210, 220)의 복소 투자율이 20이고, 각 길이가 12㎜와 32㎜ 그리고 폭이 9.5㎜이며 자성 손실이 0일 때 자성체 장치(210, 220)의 두께에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸다.

자성체 장치의 두께가 0.5㎜ 이상일 때 안테나 방사 효율의 개선효과가 있지만, 0.2㎜ 이하에서는 안테나 방사 효율의 개선효과가 미미하다고 할 수 있다.

도 7은 각각 자성체 장치의 자성 손실(magnetic loss tangent)에 따른 안테나 방사 효율을 나타낸 그래프이다.

자성체 장치(210, 220)의 복소 투자율의 실수부가 20이고, 자성체 장치의 두께가 1㎜이고 폭이 9.5㎜이며 길이는 각각 12㎜와 32㎜이라고 가정한다.

도 7에서 보는 바와 같이, 안테나의 방사 효율은 자성 손실이 작을수록 방사 효율의 개선효과가 크다. 반면 자성 손실이 0.1보다 커질 경우에는 오히려 안테나 방사 효율이 저하됨을 볼 수 있다.

도 8은 자성체 장치의 다른 예를 나타낸다.

자성체 장치는, 균일한 자성체 물질층(232) 위에 절연성 점착층(231)이 적층되어 형성된다.

도 9는 자성체 장치의 다른 예를 나타낸다.

이 실시 예에서, 자성체 물질층(242)에는 다수의 미세한 통기공(243)이 형성되어 통기공(243)에 자성물질(244)이 채워지며, 자성체 물질층(242) 위에 절연성 점착층(241)이 적층된다.

통기공(243)은 동작 주파수의 파장보다 매우 작은 크기로 이루어져 있으며 통기공(243) 간의 간격 역시 파장에 비하여 매우 작게 배열되어 있다.

통기공(243)을 채우는 자성 물질(244)은 자성체 물질층(242)을 구성하는 자성 물질과 투자율이 다른 임의의 자성물질일 수 있고, 임의의 유전율을 갖는 유전체 또는 전기 전도도가 높은 메탈 성분일 수도 있다. 또한, 아무것도 채우지 않고 공기가 채워진 상태로 형성될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

110: 터치 윈도(touch wondow)
120: 금속 프레임(metal frame)
122, 123: 간극
124, 132: 연결 탭
130: 안테나
140: 인쇄회로기판
150: 배터리 커버
210, 220: 자성체 장치

Claims (8)

1. 금속 프레임과, 양단이 상기 금속 프레임과 일정한 간극으로 이격된 안테나를 구비한 메탈 폰에 적용되며,
   상기 간극을 차단하도록 설치되어 상기 안테나에서 방사되는 전파에너지의 적어도 일부가 상기 금속 프레임 쪽으로 재흡수되거나 간섭을 받는 것을 방지하고,
   700㎒ ~ 2690㎒ 주파수 대역에서 실수부의 투자율이 5 이상이고, 자성 손실(magnetic loss tangent)(μ"/μ')이 0.025 이하인 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
2. 청구항 1에서,
   상기 자성체 장치는 상기 안테나와 터치 윈도 사이의 간극을 덮도록 더 설치되어 상기 안테나에서 방사되는 전파에너지의 적어도 일부가 상기 터치 윈도 쪽으로 재흡수되거나 간섭을 받는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
3. 청구항 1에서,
   상기 자성체 장치의 수직 단면은 L 형상인 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
4. 청구항 1에서,
   상기 안테나의 양단에 각각 상기 자성체 장치가 설치되고,
   상기 안테나의 급전부에 가까운 쪽에 설치되는 자성체 장치는 먼 쪽에 설치되는 자성체 장치의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
5. 청구항 1에서,
   상기 자성체 장치는 자성체 물질층과, 상기 자성체 물질층 위에 적층되는 절연성 점착층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
6. 청구항 1에서,
   상기 자성체 장치는,
   다수의 미세한 통기공이 형성된 자성체 물질층; 및
   상기 자성체 물질층 위에 적층되는 절연성 점착층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
7. 청구항 6에서,
   상기 통기공은 동작 주파수의 파장보다 작은 크기로 이루어지고, 상기 통기공 간의 간격은 상기 파장보다 작게 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
8. 청구항 6에서,
   상기 통기공에는 상기 자성체 물질층의 자성 물질과 투자율이 다른 자성 물질이 채워지거나, 임의의 유전율을 갖는 유전체 또는 전기 전도도가 높은 메탈 성분이 채워지거나 또는 공기가 채워지는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사 효율의 저하를 방지하는 자성체 장치.
   

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