KR101918985B1 - 이동 단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 이동 단말기는, 단말기 바디와, 서로 적층되는 제1 그라운드 및 제2 그라운드를 포함하여 상기 단말기 바디에 장착되는 다층 회로기판과, 상기 제1 그라운드에 접지 연결되는 제1 안테나 소자 및 상기 제2 그라운드에 접지 연결되는 제2 안테나 소자를 포함함으로써, 적은 공간에서 보다 효율적으로 안테나를 구현하고, 안테나의 성능을 유지할 수 있으므로 이동 단말기를 보다 소형화시킬 수 있다.

Description

이동 단말기{MOBILE TERMINAL}

본 발명의 일실시예들은 무선 신호를 송수신하는 안테나 장치를 구비하는 이동 단말기에 관한 것이다.

이동통신 기술의 발전과 보다 다양한 서비스를 원하는 소비자의 요구가 맞물리면서 이동통신서비스가 계속 진화하고 있다. 초기의 이동통신은 단순한 음성통신에 초점을 맞추어 서비스되어왔다. 하지만 최근에는 음악이나 영화와 같은 멀티미디어 서비스, 이동 중에도 초고속으로 인터넷을 이용할 수 있는 무선휴대인터넷 서비스 및 국경을 초월하여 이동통신을 제공하는 위성통신 서비스와 같은 다양한 이동통신서비스가 나타나고 있다.

한편, 일반적인 이동통신단말기는 그 이동통신단말기의 안테나를 소형화하면서 안테나의 방사효율이 저하되고, 주파수 대역이 좁아지며, 안테나 이득이 작아진다. 그러나 이러한 성능 저하에도 불구하고 이동통신단말기는 소형화, 다기능화, 고성능화가 끊임없이 요구되고 있다. 따라서 이동통신시스템에 사용되는 안테나 역시 소형화 및 고성능화가 요구된다.

또한, 단말기 디자인을 중요시하고 소형, 경량화되면서 장형 안테나 대비 내장형 안테나의 성능이 저하되는 문제가 발생되고 있으며 이러한 이동 단말기는 성능 향상과 원활한 데이터 통신을 위하여 단말기에 내장된 송수신용 메인 안테나와 페이딩 현상을 방지하기 위하여 별도의 다이버시티(Diversity) 안테나를 구비하게 되었다.

이와 같은 다이버시티 안테나는 메인 안테나와 λ/2 이상의 충분한 이격 거리를 두고 평면형 역-에프 안테나(PIFA;Planer Inverted-F Antenna), 굴곡형태의 패턴으로 이루어지는 곡류형 안테나(Meander Antenna), 루프 안테나(Loop Antenna), 역-에프 안테나(Inverted F-Antenna), 와이어형 안테나(Wire Type Antenna) 등 단말기 본체 내부의 좁은 공간에서도 실장이 용이한 안테나로 발전되어 왔다.

그러나 기존의 외장형 안테나를 사용할 경우 다이버시티 안테나와 이격 거리가 충분하여 안테나 성능 저하 현상이 없었으나 단말기의 내부 공간에 일정 이상의 면적을 차지하는 내장형 메인 안테나가 위치하는 경우에는 다이버시티 안테나와 이격 거리가 충분하지 않아 아이솔레이션(Isolation)이 5dB 이하가 되어 상호 간섭에 의한 메인 안테나 성능 저하 현상이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 이동 단말기에 적용되는 통신 기술이 발달함에 따라서 기존 단일 주파수 송수신 기능 외에 듀얼 모드 (Dual Mode) 또는 트리플 모드(Triple Mode) 단말기가 출시되고 있으며, CDMA, PCS, WCDMA, GSM, GPS, WIFI, 블루투스, LTE(Long Term Evolution), Winmax 기능과 같이 다양한 어플리케이션이 하나의 단말기에 구현되고 단말기 사이즈가 소형화되어서 좁은 공간 안에 많은 안테나가 위치하게 되고 있다.

그리고, 주파수 대역이 각기 다른 어플리케이션의 다이버시티 안테나들이 적용된 단말기에서는 다이버시티 안테나들의 실장 공간 및 이격 거리 확보가 어려울 뿐만 아니라, 안테나 상호 간섭에 의한 문제점은 더욱 심화되고 있다.

이에 따라 실장 공간 및 이격 거리를 확보할 수 있으며, 보다 높은 효율을 갖는 안테나 장치가 고려될 수 있다.

본 발명의 일 목적은 보다 성능이 향상된 안테나 장치를 가지는 이동 단말기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 보다 작은 공간내에서 양호한 무선 성능을 갖는 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이동 단말기는, 단말기 바디와, 서로 적층되는 제1 그라운드 및 제2 그라운드를 포함하여 상기 단말기 바디에 장착되는 다층 회로기판과, 상기 제1 그라운드에 접지 연결되는 제1 안테나 소자 및 상기 제2 그라운드에 접지 연결되는 제2 안테나 소자를 포함하고, 상기 다층 회로기판은, 전기 소자들이 배치되는 제1 면과 상기 제2 그라운드가 형성되는 제2면을 구비하여, 상기 제1 면을 지나 상기 제1 면과 제2 면 사이에 형성된 상기 제1 그라운드까지 연장되는 비어홀(via hall)을 통해 상기 제1 안테나 소자가 상기 제1 그라운드에 접지 연결될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 안테나 소자는 상기 바디의 일단에 근접하게 배치되고, 상기 제2 안테나 소자는 상기 다층 회로기판으로부터 이격되어, 상기 바디의 타단에 근접하게 배치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 안테나 소자와 상기 다층 회로기판은, 상기 제2 안테나 소자로부터 상기 다층 회로기판까지 연장되는 연결부에 의해 서로 연결될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 연결부는 상기 바디에 착탈가능하게 결합되는 전원 공급부에 의해 적어도 일부가 덮이도록 배치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 다층 회로기판은 적어도 하나의 유전층을 포함하고, 상기 유전층은 상기 제1 그라운드과 제2 그라운드 사이에 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는 다중 안테나(Multiple Input Multiple Output: MIMO)로서 동작하도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 면에는 특정 주파수 대역의 신호를 제거하여, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 격리도 특성을 향상시킬 수 있도록 복수의 공진체를 구비하여 이루어지는 밴드 스탑 필터(Band Stop Filter, BSF)가 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 안테나 이득 차이는 3 dB 내지 6 dB 가 되도록 안테나 장치가 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 격리도(Antenna to antenna isolation)는 적어도 8dB 가 되도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 ECC(Envelop Correlation Coefficient)는 0.5 이내가 되도록 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 이동 단말기는 적은 공간에서 보다 효율적으로 안테나를 구현하고, 안테나의 성능을 유지할 수 있으므로 이동 단말기를 보다 소형화시킬 수 있다.

또한, 복수의 그라운드를 구비하고, 각 그라운드가 서로 공간적으로 분리되도록 형성함으로써, 제1 안테나와 제2 안테나 간의 격리도를 향상시켜, 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자 간의 거리가 일정 거리 이내더라도, MIMO ECC가 0.5 이내로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 이동 단말기의 전면 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 이동 단말기의 후면 사시도.
도 3은 도 1의 이동 단말기의 분해 사시도.
도 4는 일반적인 다중 안테나 시스템의 구성을 도시하는 도면.
도 5는 다중 안테나(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 통신 시스템을 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 본체에 장착되는 다층 회로기판 및 안테나의 실장예를 도시한 개념도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 다층 회로기판과 안테나와의 연결관계를 도시한 개념도.
도 8은 도 7에서 도시한 회로기판의 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 다층 회로기판과 안테나와의 연결관계를 도시한 개념도.
도 10은 도 9에서 도시한 회로기판의 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따르는 회로기판의 단면도.

이하, 본 발명에 관련된 이동 단말기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 설명되는 이동 단말기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 등이 포함될 수 있다. 다만, 본 명세서에서 설명되는 기술사상은 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 고정 단말기에도 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명과 관련된 이동 단말기(100)의 일 실시예를 전면에서 바라본 사시도이다.

상기 단말기의 본체의 외관을 이루는 케이스(케이싱, 하우징, 커버 등)는 프론트 케이스(111)와 리어 케이스(121)에 의해 형성된다. 상기 프론트 케이스(111)와 리어 케이스(121)에 의해 형성된 공간에는 각종 전자부품들이 내장된다. 프론트 케이스(111)와 리어 케이스(121) 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스들이 추가로 배치될 수도 있다. 상기 케이스들은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 재질, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS) 또는 티타늄(Ti) 등과 같은 금속 재질을 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 프론트 케이스(111)에는 디스플레이부(113), 제1 음향출력부(114), 제1 영상 입력부(115), 제1 조작부(116), 음향 입력부(117) 등이 배치될 수 있다.

상기 디스플레이부(113)는 정보를 시각적으로 표현하는 LCD(liquid crystal display) 모듈, OLED(Organic Light Emitting Diodes) 모듈 등과 같은 디스플레이 모듈(141, 도 3 참조)을 포함한다. 상기 디스플레이부(113)는 터치 스크린으로 형성되어 사용자의 터치에 의한 정보의 입력 또한 가능하게 할 수도 있다.

상기 제1 음향출력부(114)는 리시버(Receiver) 또는 스피커(speaker)의 형태로 구현될 수 있다.

상기 제1 영상 입력부(115)는 사용자 등에 대한 이미지 또는 동영상을 촬영하기 위한 카메라 모듈과 같은 형태로 구현될 수 있다.

상기 제1 조작부(116)는 본 발명의 일예에 관련된 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받는다. 제1 조작부(116)는 윈도우부 상의 사용자의 터치 입력을 받도록 형성되는 키 영역일 수 있다.

상기 음향 입력부(117)는 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력받기 위해, 예를 들어 마이크로폰(Microphone)과 같은 형태로 구현될 수 있다.

상기 이동 단말기(100)의 배면 측에 장착된 리어 케이스(121)에는 제2 조작부(123), 인터페이스(124), 전원 공급부(125) 등이 배치될 수 있다.

상기 제2 조작부(123)는 리어 케이스(121)의 측면에 설치될 수 있다. 상기 제1 조작부(116)와 더불어 제2 조작부(123)는 조작부(manipulating portion)라 통칭될 수 있으며, 사용자가 촉각적인 느낌을 가면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 조작부는 사용자의 푸시 또는 터치 조작에 의해 명령 또는 정보를 입력받을 수 있는 돔 스위치 또는 터치 스크린, 터치 패드로 구현되거나, 키를 회전시키는 휠 또는 조그 방식이나 조이스틱과 같이 조작하는 방식 등으로도 구현될 수 있다.

기능적인 면에서, 제1 조작부(116)는 시작, 종료 등과 같은 메뉴 등을 입력하기 위해 사용될 수 있으며, 제2 조작부(123)는 스크롤 기능 외에 제1 영상 입력부(115)의 활성화 등과 같은 특수한 기능을 수행하는 핫 키(hot-key)로서 작동할 수 있다. 제1 및 제2 조작부(116, 123)이 예시된 바와 같이 최소화된다면, 전화 번호나 문자 등은 디스플레이부(113)에 구비되는 터치 스크린에 의해 입력될 수 있다.

상기 인터페이스(124)는 상기 이동 단말기(100)가 외부 기기와 데이터 교환 등을 할 수 있게 하는 통로가 된다. 예를 들어, 상기 인터페이스(124)는 유선 또는 무선으로, 이어폰과 연결하기 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트{예를 들어 적외선 포트(IrDA port), 블루투스 포트(Bluetooth port), 무선 랜 포트(wireless Lan port)등}, 또는 상기 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급 단자들 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 인터페이스(124)는 SIM(subscriber identification module) 또는 UIM(user identity module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 카드 소켓일 수도 있다.

상기 전원 공급부(125)는 상기 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 리어 케이스(121)에 장착된다. 상기 전원 공급부(125)는, 예를 들어 충전 가능한 배터리로서 충전 등을 위하여 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

도 2는 도 1의 이동 단말기(100)의 후면 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 리어 케이스(121)에는 제2 영상 입력부(127), 제2 음향출력부(130), 방송신호 수신용 안테나(131) 등이 추가로 배치될 수도 있다.

상기 제2 영상 입력부(127)는 제1 영상 입력부(115, 도 1 참조)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 제1 영상 입력부와 서로 다른 화소를 가지는 카메라일 수 있다. 예를 들어, 제1 영상 입력부(115)는 화상 통화 등의 경우에 사용자의 얼굴을 촬영하여 상대방에 전송함에 무리가 없도록 저 화소를 가지며, 제2 영상 입력부(127)는 일반적인 피사체를 촬영하고 바로 전송하지는 않는 경우가 많기에 고 화소를 가지는 것이 바람직하다.

제2 영상 입력부(127)에 인접하게는 플래쉬(128)와 거울부(129)가 추가로 배치된다. 상기 플래쉬(128)는 제2 영상 입력부(127)로 피사체를 촬영하는 경우에 상기 피사체를 향해 빛을 비추게 된다. 거울부(129)는 사용자가 제2 영상 입력부(127)를 이용하여 자신을 촬영(셀프 촬영)하고자 하는 경우에, 사용자 자신의 얼굴 등을 비춰볼 수 있게 한다.

상기 제2 음향출력부(130)는 제1 음향출력부(114, 도1 참조)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 스피커폰 모드로 통화를 위하여 사용될 수도 있다.

상기 방송신호 수신용 안테나(131)는 통화 등을 위한 안테나와 별도로 리어 케이스(121)의 일 측에는 배치될 수 있다. 상기 안테나(131)는 리어 케이스(121)에 인출 가능하게 설치될 수 있다.

이상에서는 제1 조작부(116) 등은 프론트 케이스(111)에, 제2 조작부(123) 등은 리어 케이스(121)에 장착되는 것으로 설명하였으나, 반드시 그러한 위치에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제2 조작부(123)가 제1 조작부(116)와 인접하게 프론트 케이스(111)에 배치될 수도 있다. 나아가, 제2 영상 입력부(127)가 별도로 구비되지 않더라도, 제1 영상 입력부(115)가 회전 가능하게 형성되어 제2 영상 입력부(127)의 촬영 방향까지 촬영 가능하도록 구성될 수도 있다.

도 3은 도 1의 이동 단말기(100)의 분해 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 프론트 케이스(111)의 일면을 덮도록 윈도우부(140)가 결합 된다. 윈도우부(140)는, 디스플레이 모듈(141)에서 출력되는 시각 정보가 외부에서 인지되도록 디스플레이 모듈(141)의 일면을 덮는다. 이러한 디스플레이 모듈(141)과 윈도우부(140)가 디스플레이부(113, 도 1 참조)를 이룬다.

윈도우부(140)는 사용자의 터치를 인식할 수 있도록 형성되며, 정보(명령, 신호 등)의 입력을 가능하게 한다.

윈도우부(140)는 디스플레이 모듈(141)에 대응하는 면적을 가질 수 있으며, 빛이 투과할 수 있는 소재로 구성될 수 있다. 윈도우부(140)에는 빛이 투과되지 않거나 빛의 투과율이 아주 낮은 불투명영역이 형성될 수 있다. 예를 들어 윈도우부(140)의 가장자리를 따라 빛이 투과할 수 없도록 표면 처리될 수 있다.

프론트 케이스(111)에는 제1 조작부(116)에 대응하여 조작 패드가 형성될 수 있다. 조작 패드는 사용자가 터치 또는 누름 조작하는 대상이 된다. 이러한 조작 패드 윈도우부(140)의 일부분에 조작 영역으로 형성될 수도 있다.

프론트 케이스(111)에는 음향홀(114b), 윈도우홀(112b), 그리고 영상윈도우가 형성될 수 있다.

음향홀(114b)은 음향출력부(114)에 대응하도록 형성되어 이동 단말기의 음향, 예를 들어 벨소리, 음악 등이 외부로 방출되도록 한다. 윈도우홀(112b)은 디스플레이부(113)에 대응하도록 형성된다. 제1 영상 입력부(115, 이상 도 1 참조)에 대응하여서는 광 투과성의 영상윈도우가 형성될 수 있다.

리어 케이스(21)에는 회로기판(170), 디스플레이 모듈(141), 스피커 모듈(114a), 카메라 모듈(115a), 그리고 스위치등이 장착될 수 있다.

회로기판(170)은 이동 단말기(100)의 각종 기능을 동작시키기 위한 제어부의 일 예로서 구성될 수 있다. 회로기판(170)은 사용자가 윈도우부(140)를 터치함에 따라 발생하는 윈도우부(140) 내부에서 발생하는 전기적 변화, 예를 들어 정전용량 또는 전하량의 변화를 감지할 수 있다.

윈도우부(140)의 내부에는 전극이 내장되도록 형성된다. 전극은 도전성 패턴으로 형성될 수 있다. 전극에는 전하가 충전될 수 있으며, 도전체가 가까운 거리에서 움직이면 그에 따라 충전되어 있는 전하량의 변화할 수 있다. 도전체, 예를 들어 사용자의 손가락이 윈도우를 터치하면 전극에 충전된 전하량이 변하며, 이는 결국 손가락과 전극 사이의 정전용량이 변하는 것과 같다.

윈도우부(140)의 전극은 전하량의 변화를 감지하는 제어부, 예를 들어 회로기판(170)과 전기적으로 연결된다. 이러한 전기적 연결을 위하여 연성회로기판(150)이 홀(152)을 관통하여 회로기판(170, 이상 도 3 참조)과 연결될 수 있다. 전하량의 변화의 감지에 따라 회로기판(170)은 이동 단말기(100)와 관련한 기능 중 적어도 하나의 상태를 변화시킬 수 있다.

연성회로기판(150)는 윈도우부(140)의 일단에서 연장된다. 연성회로기판(150)의 일단에는 연결부(151)가 형성되어 전극과 연결되며 타단은 커넥터(185)에 의해 회로기판(170)과 연결될 수 있다. 연결부(151)는 일정 강성(stiffness)와 탄성을 유지하도록 금속 재질로 형성될 수 있다.

이하, 본 발명과 관련된 MIMO 안테나 기술에 대하여 도 4 내지 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.

MIMO는 "Multiple Input Multiple Output"의 준말로서, 지금까지 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 채택해 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 말한다. 즉, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고, 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다.

이와 같은 MIMO 기술에 의하면 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다. 즉, MIMO 기술은 이동통신의 사용자 기기(User Equipment; UE)와 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술이다. 상기 기술은 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 이른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 기술로 관심을 모으고 있다.

도 4는 일반적인 다중 안테나 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.

도 4과 같이 송/수신 단에서 안테나의 수를 동시에 증가시키게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

도 5는 다중 안테나(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 통신 시스템을 예시한 도면이다. 앞서 살펴본 바와 같이, MIMO 기술은 다중 송신 안테나 및/또는 다중 수신 안테나를 사용하여 통신을 수행하는 기술을 말한다. 다중안테나의 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼들을 이용하여 송신 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 다중화(spatial multiplexing) 방식이 있다. 또한, 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 연구도 최근 많이 연구되고 있다. 각각의 방식에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 공간 다이버시티 방식은 시공간 블록 부호(Space Time Block Code) 계열 방식과 다이버시티 이득(Diversity Gain)과 부호화 이득(Coding Gain)을 동시에 이용하는 시공간 트렐리스 부호 (Space Time Trellis Code) 계열 방식을 포함한다. 일반적으로 비트 오류율(Bit Error Rate) 개선 성능과, 부호 생성 자유도는 트렐리스 부호 방식이 우수하지만 연산 복잡도(Computation Complexity)는 시공간 블록 부호가 간단하다. 공간 다이버서티 이득은 송신 안테나 수와 수신 안테나 수의 곱에 해당되는 양을 얻을 수 있다.

둘째, 공간 다중화 기법은 각 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터 열을 송신한다. 이때, 송신기로부터 동시에 송신된 데이터 사이에는 상호 간섭이 발생하므로, 수신기는 적절한 신호처리 기법을 이용하여 상호 간섭을 제거한 뒤에 신호를 검출한다. 간섭 제거 방식의 예는 최대 우도(maximum likelihood; ML) 방식, ZF(Zero Forcing)방식, MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식, D-BLAST(Diagonal Bell Laboratories Layered Space-Time) 방식, V-BLAST(Vertical Bell Labs Layered Space-Time) 방식 등을 포함한다. 송신기가 채널 정보를 알 수 있는 경우에는 SVD(Singular Value Decomposition) 방식 등을 사용할 수 있다.

셋째, 공간 다이버시티와 공간 다중화가 결합된 하이브리드(Hybrid) 방식을 사용할 수 있다. 공간 다이버시티 이득만을 얻을 경우 다이버시티 차수의 증가에 따른 성능개선 이득이 점차 포화되며, 공간 다중화 이득만을 취하면 무선 채널에서 송신 신뢰도가 떨어진다. 이러한 하이브리드 방식은 이중 시공간 송신 다이버시티(Double-Space Time Transmit Diversity; D-STTD), 시공간 BICM(Space Time Bit-Interleaved Coded Modulation; STBICM) 등을 포함한다.

제1 실시예

이하 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 MIMO 또는 다이버시티로 동작하는 안테나를 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 본체에 장착되는 다층 회로기판 및 안테나의 실장예를 도시한 개념도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 다층 회로기판과 안테나와의 연결관계를 도시한 개념도이고, 도 8은 도 7에서 도시한 회로기판의 단면도이다.

MIMO 또는 다이버시티로 동작하는 안테나를 장착하는 시스템에서, 원활하게 신호의 송수신 성능을 보장하기 위해서는, 제1안테나(primary)(송신 또는 수신측의 메인 안테나)와 제2 안테나(secondary)(다이버시티 또는 MIMO 시스템의 수신측 서브 안테나) 사이에 상호간섭(mutual coupling) 및 관련계수(Envelope Correlation Coefficient)값이 낮아야 한다.

예를 들어, 요구되는 수신 조건으로서, 메인 안테나는 단일 수신기(single-receiver)일 때와 동일하게 동작할 것, 두 안테나 간 이득의 차이는 6㏈보다 작을 것, Envelope Correlation Coefficient(ECC)가 0.5 보다 작을 것, 송신쪽에서 항상 메인 안테나를 사용할 것, 안테나간 격리도(Antenna to antenna isolation)가 8㏈ 보다 클 것 등이 만족되면, LTE 대역의 주파수에서 MIMO 안테나로서 양호하게 동작할 수 있다.

위와 같은 요구 조건 중에서 Gain(이득) 및 Bandwidth(대역폭) 등 안테나 기본적인 성능은 제외하고, 두 안테나 간의 상관 관계를 표현하는 ECC를 0.5 이하로 구현하는 것이 이동 단말기 내에 MIMO 안테나를 구현하는 데 있어 가장 어려운 점이라 할 수 있는데, 위 조건을 만족시키기 위하여 두 안테나는 반파장 이상의 거리로 이격되어 위치하거나, 두 안테나의 편파 방향이 서로 최대한 직교를 이루도록 구성할 필요가 있다. 그러나, 예를 들어, 4세대 이동 통신인 LTE의 경우 700MHz대역을 사용하는데 이때의 반파장의 길이는 400mm를 넘기도 하여 실제로 이동 단말기에서 두 안테나를 반파장 이상의 거리로 이격시키기 어려운 경우가 발생할 수 있다.

이에 따라 본 발명에서는 다층 구조의 회로기판에 복수의 그라운드를 형성하여 공간적으로 서로 분리시키고 제1 안테나와 제2 안테나가 각각 서로 다른 그라운드에 접지 연결되도록 하였다.

도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이, 다층 회로기판(170)은 제1 그라운드(172)와 제2 그라운드(173)가 서로 적층되어 형성되어 있다. 다층 회로기판(170)은 상면인 제1 면과 하면인 제2 면을 구비하고, 제1 면에는 각종 전기적 소자(176)들이 배치되고, 제2 면에는 제2 그라운드(173)가 형성되어 있다. 그리고, 제1 면과 제2 면 사이의 복층 구조 내에 제1 그라운드(172)가 형성되어 있다.

제1 안테나 소자(181)는 제1 그라운드(172)에 접지 연결될 수 있고 제2 안테나 소자(182)는 제2 그라운드(173)에 접지 연결될 수 있다. 제2 안테나 소자(182)는 메인 안테나가 될 수 있고, 제1 안테나 소자(181)는 다이버시티 또는 MIMO 시스템에서 수신측 서브 안테나가 될 수 있다. 또는 이와 달리, 제1 안테나 소자(181)는 메인 안테나가 될 수 있고, 제2 안테나 소자(182)는 다이버시티 또는 MIMO 시스템에서 수신측 서브 안테나가 될 수 있다.

제1 안테나 소자(181)는 제1 면으로부터 제1 그라운드(172)까지 연장되는 비어홀(via hall, 174)을 통해 제1 안테나 소자(181)가 제1 그라운드(172)에 접지 연결된다. 그리고, 제2 안테나 소자(182)는 제1 면의 타면인 제2 면에 형성된 제2 그라운드(173)에 접지 연결된다. 또한, 제1 그라운드(172)와 제2 그라운드(173) 사이에는 유전체로 이루어진 유전층(175)이 형성된다.

이와 같이, 유전층(175)은 제1 그라운드(172)와 제2 그라운드(173)를 공간적으로 분리하여, 제1 안테나와 제2 안테나 간의 격리도를 향상시켜, 제1 안테나 소자(181)와 제2 안테나 소자(182)간의 거리가 200mm 이내더라도, MIMO ECC가 0.5 이내로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 이와 같이 공간적으로 분리된 경우, 제1 안테나 소자(181)와 제2 안테나 소자(182)간의 거리가 100mm 이더라도, 격리도는 10.2㏈이며, MIMO ECC가 0.45 인 것을 확인할 수 있었다.

제1 안테나 소자(181)와 제2 안테나 소자(182)는 복수의 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 복수의 공진 멤버들을 포함하고, 각각의 공진 멤버들은 IFA, Monopole, dipole 등의 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 어느 하나가 folded dipole 형태로 이루어지고, 다른 하나는 PIPA 형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 안테나 소자(181)와 제2 안테나 소자(182)는 각각의 안테나 형태에 따라 다층 회로기판(170)에 각각 급전 연결 또는 접지 연결될 수 있다.

제1 안테나 소자(181)는 제2 안테나 소자(182)에 비해 안테나 이득 차이가 3 dB 내지 6 dB 의 차이가 나도록 형성되는 것이 바람직한데, 이로 인해 MIMO 또는 다이버시티로 동작하는 안테나 시스템에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있다.

다층 회로기판(170)은 단말기 바디에서 어느 일측에 치우쳐 형성된다. 제1 안테나 소자(181)는 단말기 바디의 어느 일단에 근접하게 배치되고, 적어도 일부가 다층 회로기판(170)을 덮도록 배치된다. 제2 안테나 소자(182)는 다층 회로기판(170)에서 이격되어 배치되고, 단말기 바디의 타단에 근접하게 배치되어, 제1 안테나 소자(181)와 제2 안테나 소자(182)가 공간적으로 서로 분리되어 있다.

서로 이격된 제2 안테나 소자(182)와 다층 회로기판(170)은 연결부(190)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 연결부(190)는 동축 케이블이나 FPCB를 포함하여 이루어질 수 있다.

다층 회로기판(170)은 디스플레이 모듈에 적층되도록 배치되고, 다층 회로기판(170)과 제2 안테나를 서로 연결하는 연결부(190)는 디스플레이 모듈에 근접하도록 배치된다. 그리고, 전원 공급부(125)로서 배터리가 제2 안테나 소자(182)와 다층 회로기판(170) 사이의 이격된 공간에 배치되므로, 연결부(190)의 적어도 일부는 배터리에 의해 덮이도록 배치된다. 이러한 배터리는 단말기 바디에 착탈 가능하게 결합된다.

제2 실시예

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 다층 회로기판과 안테나와의 연결관계를 도시한 개념도이고, 도 10은 도 9에서 도시한 회로기판의 단면도이다.

제1 및 제2 안테나, 그리고 연결부에 관련하여 제1 실시예에서 설명되었던 내용은 본 실시예에서도 적용될 수 있다.

도 9와 도 10을 참조하면, 다층 회로기판(270)은 하나의 그라운드(273)를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 실시예와 같이 다층 회로기판(270)은 하나 이상의 그라운드를 갖도록 형성될 수 있다.

다층 회로기판(270)은 단말기 바디에서 어느 일측에 치우쳐 형성된다. 제1 안테나 소자(181)는 단말기 바디의 어느 일단에 근접하게 배치되고, 적어도 일부가 다층 회로기판(270)을 덮도록 배치된다. 제2 안테나 소자(182)는 다층 회로기판(270)에서 이격되어 배치되고, 단말기 바디의 타단에 근접하게 배치되어, 제1 안테나 소자(181)와 제2 안테나 소자(182)가 공간적으로 서로 분리되어 있다.

서로 이격된 제2 안테나 소자(182)와 다층 회로기판(270)은 연결부(190)에 의해 서로 전기적으로 연결된다.

다층 회로기판(270)은 상면인 제1 면과 하면인 제2 면을 구비하고, 제1 면에는 각종 전기적 소자(276)들이 배치되고, 제2 면에는 그라운드가 형성되어 있다.

제1 안테나 소자(181)는 제1 면을 지나 그라운드(273)까지 연장되는 비어홀(via hall, 274)을 통해 제1 안테나 소자(181)가 그라운드(273)에 접지 연결된다. 그리고, 제2 안테나 소자(182)는 제1 면의 타면인 제2 면에 형성된 그라운드(273)에 접지 연결된다.

다층 회로기판(270)은 밴드 스탑 필터(Band Stop Filter, BSF, 283)를 포함할 수 있다. 보다 자세히, 다층 회로기판(270)의 제2 면에는 밴드 스탑 필터(283)가 형성될 수 있다.

밴드 스탑 필터는 특정 주파수 대역의 신호를 정지(제거)시킬 수 있다. 밴드 스탑 필터는 인덕턴스(inductance : L)와 커패시티(capacity : C)의 조합으로 구성될 수 있으며, 각각 일정한 L값과 C값을 갖도록 도전 패턴으로 형성될 수 있다. 일반적으로 인덕턴스는 주파수가 올라갈수록 주파수가 잘 통과하지 못하는 특성을 나타내고, 커패시턴스는 주파수가 올라갈수록 주파수가 통과가 잘 되는 특성을 갖는 데, 인덕턴스와 커패시턴스를 조합하여 밴드 스탑 필터의 공진 주파수를 결정함으로써, 특정 주파수 대역의 신호를 제거할 수 있다.

이러한, 밴드 스탑 필터(283)는 특정 주파수 대역에서 공진하는 복수의 공진체들을 포함하여 이루어지는 데, 다층 회로기판(270)의 제2 면에 밴드 스탑 필터(283)가 형성됨으로써, 그라운드를 공유하는 제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자 사이에서 형성될 수 있는 잡음 또는 불필요한 특정 주파수의 신호를 차단할 수 있다. 이로 인해 안테나간의 격리도 특성이 향상된다.

제3 실시예

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따르는 회로기판의 단면도이다.

제1 및 제2 안테나, 그리고 연결부에 관련하여 제1 실시예에서 설명되었던 내용은 본 실시예에서도 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 실시예와 같이, 복수의 그라운드를 구비한 다층 회로기판에 제1 그라운드(372)와 제2 그라운드(373)가 서로 적층되어 형성되어 있다. 다층 회로기판(370)은 상면인 제1 면과 하면인 제2 면을 구비하고, 제1 면에는 각종 전기적 소자(376)들이 배치되고, 제2 면에는 제2 그라운드(373)가 형성되어 있다. 그리고, 제1 면과 제2 면 사이의 복층 구조 내에 제1 그라운드(372)가 형성되어 있다.

제1 안테나 소자(181)는 제1 면으로부터 제1 그라운드(372)까지 연장되는 비어홀(via hall, 374)을 통해 제1 안테나 소자(181)가 제1 그라운드(372)에 접지 연결된다. 그리고, 제2 안테나 소자(182)는 제1 면의 타면인 제2 면에 형성된 제2 그라운드(373)에 접지 연결된다. 또한, 제1 그라운드(372)와 제2 그라운드(373) 사이에는 유전체로 이루어진 유전층(375)이 형성된다.

이와 같이, 유전층(375)은 제1 그라운드(372)와 제2 그라운드(373)를 공간적으로 분리하여, 제1 안테나와 제2 안테나 간의 격리도를 향상시킨다.

격리도 특성을 더욱 향상시키기 위해, 복수의 그라운드를 분리시킴과 아울러, 다층 회로기판(370)의 제2 면에는 밴드 스탑 필터(Band Stop Filter, BSF, 383)가 형성될 수 있다. 밴드 스탑 필터(383)는 특정 주파수 대역에서 공진하는 복수의 공진체들을 포함하여 이루어지는 데, 제2 면에 밴드 스탑 필터(383)가 형성됨으로써, 제1 그라운드(372)와 제2 그라운드(373) 사이 형성될 수 있는 잡음 또는 불필요한 특정 주파수의 신호를 차단할 수 있다. 이로 인해 안테나간의 격리도 특성이 보다 향상될 수 있다.

상기와 같이 설명된 이동 단말기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

1. 단말기 바디;
   서로 적층되는 제1 그라운드 및 제2 그라운드를 포함하여 상기 단말기 바디에 장착되고, 전자 소자들이 배치되는 제1 면과 상기 제2 그라운드가 형성되는 제2 면을 구비하는 다층 회로기판;
   상기 제1 면으로부터 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이에 형성된 상기 제1 그라운드까지 연장되는 비어홀을 통해 상기 제1 그라운드에 접지연결되는 제1 안테나 소자; 및
   상기 제1 안테나 소자와 이격되고, 연결부에 의해 상기 다층 회로기판과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 그라운드에 접지 연결되는 제2 안테나 소자를 포함하고,
   상기 다층 회로기판은,
   상기 제1 안테나 소자와 상기 제1 그라운드 간에 형성되는 상기 제1 면에 해당하는 제1 유전층; 및
   상기 제1 및 제2 그라운드를 공간적으로 분리하도록 상기 제1 및 제2 그라운드 사이에 형성되는 제2 유전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 안테나 소자는 상기 바디의 일단에 근접하게 배치되고,
   상기 제2 안테나 소자는 상기 다층 회로기판으로부터 이격되어, 상기 바디의 타단에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
3. 삭제
4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제2항에 있어서,
   상기 연결부는 상기 바디에 착탈가능하게 결합되는 전원 공급부에 의해 적어도 일부가 덮이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
5. 삭제
6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1항에 있어서,
   상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는 다중 안테나(Multiple Input Multiple Output: MIMO)로서 동작하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 면에는 특정 주파수 대역의 신호를 제거하여, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 격리도 특성을 향상시킬 수 있도록 복수의 공진체를 구비하여 이루어지는 밴드 스탑 필터(Band Stop Filter, BSF)가 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1항에 있어서,
   상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 안테나 이득 차이는 3 dB 내지 6 dB 인 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

   제1항에 있어서,
   상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 격리도(Antenna to antenna isolation)는 적어도 8dB 인 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

    제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 ECC(Envelop Correlation Coefficient)는 0.5 이내인 것을 특징으로 하는 이동 단말기.

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