KR102260640B1 - 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른, 이동 단말기는 외곽 메탈 프레임의 하단의 일부를 형성하는 제1 도전 멤버, 및 상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 측면의 일부를 형성하는 제2 도전 멤버를 포함한다. 또한, 상기 제1 도전 멤버와 상기 제2 도전 멤버의 각각의 일 지점과 연결되고, 상기 이동 단말기의 내부에서 상호 연결되는 도전 라인(conductive line)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 도전 멤버의 일 지점으로부터 소정의 위치에서 상기 제2 도전 멤버는 접지(ground)와 인접하여 연결되어, LTE를 포함하는 저주파수 대역을 모두 커버할 수 있으며, 핸드 이펙트 보상 기능이 구비된 안테나 장치 및 이동 단말기를 제공할 수 있다.

Description

안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기
본 발명은 무선 신호를 송수신하는 안테나 장치를 구비하는 이동 단말기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 광대역 안테나를 구비하는 이동 단말기에 관한 것이다.
단말기는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
이동 단말기의 기능은 다양화 되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 단말기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 모바일 단말기는LTE 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 사용자의 요구에 따라 다양한 서비스를 제공하기 위하여 발전된 이동통신 서비스는 현재 국가별, 통신사별로 사용 중인 이동통신 주파수 대역이 다르기 때문에 각각의 주파수에서 특성을 만족하는 안테나의 설계가 필요하다.
그러므로, 단일 구조로 다중대역을 만족하는 광대역 안테나를 설계할 경우, 기기 제조사의 범용성을 향상 시킬 수 있다. 이에 따라 단말기 안테나는 LTE뿐만 아니라 2세대 및 3세대 이동통신 대역을 포함하는 다중대역의 서비스를 제공해야만 하며 이를 위한 연구개발이 필요하다. 하지만 휴대 단말기의 제한된 공간에서 Low-band의 모든 대역을 만족하는 안테나를 설계하는 것은 낮은 효율과 좁은 대역폭 등의 이유로 매우 어려운 일이다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 튜너블(Tunable) 안테나에 대한 연구개발이 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 튜너블 안테나는 단일 방사체로 여러 개의 주파수 대역에서 동작하므로 안테나의 크기를 줄일 수 있고 주파수 조절 기능으로 인하여 넓은 유효 대역폭을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 모든 주파수 대역에서 유사한 방사특성과 안테나의 이득을 얻을 수 있다. 그러나, 현재 연구되는 일반적인 Tunable Antenna는 Switch를 이용하여 둘 이상의 주파수 대역 정도를 Switching하여 사용하거나 Variable-cap을 이용하여 주파수 sweep 기능만 사용하고 있으며 전체적으로 Tunable Range가 좁은 단점이 있다. 이와 같은 튜너블 안테나는 제한적인 공간에서 안테나의 충분한 공진길이를 만족시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
또한, 저주파수 대역과 다른 주파수 대역을 모두 이용하는 반송파 집성(carrier aggregation: CA)과 같은 경우에는 두 주파수 대역이 모두 이용되어야 하므로 튜너블 또는 스위치 형태의 안테나를 이용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 보다 성능이 향상된 안테나 장치를 가지는 이동 단말기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 보다 넓은 대역의 주파수를 구현할 수 있는 안테나 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 이동 단말기는 외곽 메탈 프레임의 하단의 일부를 형성하는 제1 도전 멤버, 및 상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 측면의 일부를 형성하는 제2 도전 멤버를 포함한다. 또한, 상기 제1 도전 멤버와 상기 제2 도전 멤버의 각각의 일 지점과 연결되고, 상기 이동 단말기의 내부에서 상호 연결되는 도전 라인(conductive line)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 도전 멤버의 일 지점으로부터 소정의 위치에서 상기 제2 도전 멤버는 접지(ground)와 인접하여 연결되어, LTE를 포함하는 저주파수 대역을 모두 커버할 수 있으며, 핸드 이펙트 보상 기능이 구비된 안테나 장치 및 이동 단말기를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 멤버, 상기 도전 라인의 길이에 의해 저주파수 대역(low frequency band: LB)에서 제1 안테나로 동작할 수 있다. 또한, 상기 제2 도전 멤버는 상기 저주파수 대역과 다른 제1주파수 대역에서 제2 안테나로 동작할 수 있다
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하는 제3 도전 멤버를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 측면의 일 지점에서 상기 제3 도전 멤버는 접지와 연결되고, 상기 제3 도전 멤버는 제2 주파수 대역에서 제3 안테나로 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 도전 멤버는 상기 이동 단말기의 메탈 프레임상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 도전 라인은 상기 메탈 프레임과 배터리 커버 사이의 공간에 배치되는 캐리어의 일면에 인쇄된 도전성 패턴으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도전 라인은 상기 제1 도전 멤버의 일 지점과 연결되는 제1 도전라인 및 상기 제2 도전 멤버의 일 지점과 연결되는 제2 도전 라인으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 도전 라인은 상호 연결되어 SPDT (Single Pole Double Through) 스위치의 입력과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하는 제3 도전 멤버를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 도전 멤버는 상기 제3 도전 멤버와 이격된 슬릿(slit)으로부터 소정의 위치에서 SP4T (Single Pole Four Through) 스위치의 입력과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하는 제3 도전 멤버를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 도전 멤버는 상기 제1 도전 멤버와 제1 슬릿에 의해 이격되고, 상기 제3 도전 멤버는 상기 제2 도전 멤버와 제2 슬릿에 의해 이격될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도전 라인은 상기 제1 도전 멤버의 일 지점과 연결되는 제1 도전라인 및 상기 제2 도전 멤버의 제1 지점과 연결되는 제2 도전 라인으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제2 도전 라인은 상기 제1 슬릿에 인접한 상기 제1 지점을 통해 상기 제2 도전 멤버와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 라인은 상기 제2 슬릿에 인접한 상기 제2 지점을 통해 상기 제2 도전 멤버와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2도전 멤버 상의 제3 지점에서 상기 제2도전 멤버와 SP4T 스위치의 입력이 연결될 수 있다. 상기 제1 지점은 상기 제1 슬릿과 상기 제3 지점 사이의 상기 제2도전 멤버 상에 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 멤버 상의 접지와 상기 제1 및 제2 도전 라인이 연결되는 지점 사이에 형성되는 제2 지점에서, 상기 제1 도전 라인과 연결되는 제1 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 급전부는 상기 제1 도전 멤버, 상기 도전 라인의 길이에 의해 저주파수 대역(low frequency band: LB)에서 동작하는 제1 안테나를 급전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 멤버 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제1 안테나가 상기 저주파수 대역(LB)에서 동작하도록 상기 제1 안테나의 공진 특성을 튜닝하도록 구성된 스터브부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 멤버 상의 일 단부에서, 상기 제2 도전 멤버와 연결되는 제2 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2급전부는, 상기 제2 도전 멤버 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제2 도전 멤버의 길이에 의해 제1 주파수 대역에서 동작하는 제2 안테나를 급전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 멤버 상의 일 단부에서, 상기 제3 도전 멤버와 연결되는 제3 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 제3급전부는, 상기 제3 도전 멤버 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제3 도전 멤버의 길이에 의해 제2 주파수 대역에서 동작하는 상기 제3 안테나를 급전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 저주파수 대역 상의 제1 신호를 상기 제1 안테나를 통해 수신하고, 상기 제1주파수 대역 상의 제2 신호를 동시에 수신하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 제2 신호의 신호 대 간섭 비(SIR: Signal Interference Ratio)가 임계치 이하이면, 상기 제1안테나를 통해 상기 제1 신호만이 수신되도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제2안테나가 사용자에 의해 파지된 상태인 것으로 판단되면, 상기 제1안테나를 통해 상기 제1 신호만이 수신되도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 이동 단말기 및 안테나 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, LTE를 포함하는 저주파수 대역을 모두 커버할 수 있으며, 핸드 이펙트 보상 기능이 구비된 안테나 장치 및 이동 단말기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자 신체 접촉으로 인한 특성 저하를 자동으로 인지함으로써 안테나의 특성 열화를 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 주파수 대역을 동시에 이용하는 상황에서도 동작하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 본 발명과 관련된 이동 단말기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 이동 단말기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예와 관련된 이동 단말기의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 메탈 프레임과 이동 단말기 내부의 금속 패턴을 이용한 광대역 안테나를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 안테나와 핸드 이펙트(hand effect)와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 장치에 의해 제공되는 LTE 통신 서비스의 주파수 대역 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이동 단말기 내부의 도전 라인의 형상을 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 제1 내지 제3 안테나의 급전 구조 및 튜닝 형태를 나타낸다.
도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 제1 및 제2 안테나의 전류 분포(current distribution)을 나타낸 것이다.
도 9a 및 9b는 외곽 메탈 프레임에 측면 단락이 적용된 경우와 그렇지 않은 경우의 전류 분포를 나타낸 것이다.
도 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외곽 메탈 프레임에 측면 단락이 적용 여부에 따른 반사 손실(reflection loss) 특성을 나타낸 것이다.
도 10a 및 10b는 외곽 메탈 프레임에 측면 단락에 단락 핀(short pin) 위치 변경에 따른 전류 분포를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 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. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 이동 단말기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 이동 단말기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
상기 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 구성요소들은 이동 단말기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 이동 단말기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 이동 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 이동 단말기(100)와 다른 이동 단말기(100) 사이, 또는 이동 단말기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 이동 단말기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 위치정보 모듈(115) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 이동 단말기 내 정보, 이동 단말기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 이동 단말기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 이동 단말기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 이동 단말기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 이동 단말기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이동 단말기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 이동 단말기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 이동 단말기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 이동 단말기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 이동 단말기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 이동 단말기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 이동 단말기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 이동 단말기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 이동 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 이동 단말기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 이동 단말기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 이동 단말기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 이동 단말기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 이동 단말기 상에서 구현될 수 있다.
도 1 b 및 1c를 참조하면, 개시된 이동 단말기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 이동 단말기의 특정 유형에 관련될 것이나, 이동 단말기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 이동 단말기에 일반적으로 적용될 수 있다.
여기에서, 단말기 바디는 이동 단말기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
이동 단말기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 이동 단말기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.
단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다.
도시된 바와 같이, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.
이러한 케이스들(101, 102, 103)은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등으로 형성될 수도 있다.
이동 단말기(100)는, 복수의 케이스가 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 위의 예와 달리, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 합성수지 또는 금속이 측면에서 후면으로 이어지는 유니 바디의 이동 단말기(100)가 구현될 수 있다.
한편, 이동 단말기(100)는 단말기 바디 내부로 물이 스며들지 않도록 하는 방수부(미도시)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 방수부는 윈도우(151a)와 프론트 케이스(101) 사이, 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이 또는 리어 케이스(102)와 후면 커버(103) 사이에 구비되어, 이들의 결합 시 내부 공간을 밀폐하는 방수부재를 포함할 수 있다.
이동 단말기(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.
이하에서는, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 단말기 바디의 전면에 디스플레이부(151), 제1음향 출력부(152a), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1카메라(121a) 및 제1조작유닛(123a)이 배치되고, 단말기 바디의 측면에 제2 조작유닛(123b), 마이크로폰(122) 및 인터페이스부(160)이 배치되며, 단말기 바디의 후면에 제2 음향 출력부(152b) 및 제2 카메라(121b)가 배치된 이동 단말기(100)를 일 예로 들어 설명한다.
다만, 이들 구성은 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다. 이들 구성은 필요에 따라 제외 또는 대체되거나, 다른 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 단말기 바디의 전면에는 제1조작유닛(123a)이 구비되지 않을 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 단말기 바디의 후면이 아닌 단말기 바디의 측면에 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 이동 단말기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
한편, 터치센서는, 터치패턴을 구비하는 필름 형태로 구성되어 윈도우(151a)와 윈도우(151a)의 배면 상의 디스플레이(미도시) 사이에 배치되거나, 윈도우(151a)의 배면에 직접 패터닝되는 메탈 와이어가 될 수도 있다. 또는, 터치센서는 디스플레이와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치센서는, 디스플레이의 기판 상에 배치되거나, 디스플레이의 내부에 구비될 수 있다.
이처럼, 디스플레이부(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
제1음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
디스플레이부(151)의 윈도우(151a)에는 제1음향 출력부(152a)로부터 발생되는 사운드의 방출을 위한 음향홀이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 사운드는 구조물 간의 조립틈(예를 들어, 윈도우(151a)와 프론트 케이스(101) 간의 틈)을 따라 방출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 외관상 음향 출력을 위하여 독립적으로 형성되는 홀이 보이지 않거나 숨겨져 이동 단말기(100)의 외관이 보다 심플해질 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
본 도면에서는 제1조작유닛(123a)이 터치키(touch key)인 것으로 예시하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1조작유닛(123a)은 푸시키(mechanical key)가 되거나, 터치키와 푸시키의 조합으로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1조작유닛(123a)은 메뉴, 홈키, 취소, 검색 등의 명령을 입력 받고, 제2 조작유닛(123b)은 제1또는 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등의 명령을 입력 받을 수 있다.
한편, 단말기 바디의 후면에는 사용자 입력부(123)의 다른 일 예로서, 후면 입력부(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 후면 입력부는 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 것으로서, 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 전원의 온/오프, 시작, 종료, 스크롤 등과 같은 명령, 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등과 같은 명령을 입력 받을 수 있다. 후면 입력부는 터치입력, 푸시입력 또는 이들의 조합에 의한 입력이 가능한 형태로 구현될 수 있다.
후면 입력부는 단말기 바디의 두께방향으로 전면의 디스플레이부(151)와 중첩되게 배치될 수 있다. 일 예로, 사용자가 단말기 바디를 한 손으로 쥐었을 때 검지를 이용하여 용이하게 조작 가능하도록, 후면 입력부는 단말기 바디의 후면 상단부에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 입력부의 위치는 변경될 수 있다.
이처럼 단말기 바디의 후면에 후면 입력부가 구비되는 경우, 이를 이용한 새로운 형태의 유저 인터페이스가 구현될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 터치 스크린 또는 후면 입력부가 단말기 바디의 전면에 구비되는 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체하여, 단말기 바디의 전면에 제1조작유닛(123a)이 미배치되는 경우, 디스플레이부(151)가 보다 대화면으로 구성될 수 있다.
한편, 이동 단말기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 이동 단말기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
단말기 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.
제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, 어레이(array) 카메라로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.
플래시(124)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.
단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 예를 들어, 방송 수신 모듈(111, 도 1a 참조)의 일부를 이루는 안테나는 단말기 바디에서 인출 가능하게 구성될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
단말기 바디에는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
배터리(191)는 인터페이스부(160)에 연결되는 전원 케이블을 통하여 전원을 공급받도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리(191)는 무선충전기기를 통하여 무선충전 가능하도록 구성될 수도 있다. 상기 무선충전은 자기유도방식 또는 공진방식(자기공명방식)에 의하여 구현될 수 있다.
한편, 본 도면에서는 후면 커버(103)가 배터리(191)를 덮도록 리어 케이스(102)에 결합되어 배터리(191)의 이탈을 제한하고, 배터리(191)를 외부 충격과 이물질로부터 보호하도록 구성된 것을 예시하고 있다. 배터리(191)가 단말기 바디에 착탈 가능하게 구성되는 경우, 후면 커버(103)는 리어 케이스(102)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
이동 단말기(100)에는 외관을 보호하거나, 이동 단말기(100)의 기능을 보조 또는 확장시키는 액세서리가 추가될 수 있다. 이러한 액세서리의 일 예로, 이동 단말기(100)의 적어도 일면을 덮거나 수용하는 커버 또는 파우치를 들 수 있다. 커버 또는 파우치는 디스플레이부(151)와 연동되어 이동 단말기(100)의 기능을 확장시키도록 구성될 수 있다. 액세서리의 다른 일 예로, 터치 스크린에 대한 터치입력을 보조 또는 확장하기 위한 터치펜을 들 수 있다.
이하에서는 이와 같이 구성된 안테나 장치와 안테나 장치가 구현된 이동 단말기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
먼저, 도 2는 본 발명의 일 실시 예와 관련된 이동 단말기의 분해사시도인데, 도 2를 참조하면, 상기 이동 단말기는 상기 디스플레이부(210)를 구성하는 윈도우(210a) 및 디스플레이 모듈(210b)을 포함한다. 윈도우(210a)는 상기 프론트 케이스(201)의 일면에 결합될 수 있다. 윈도우(210a) 및 디스플레이 모듈(210b)는 일체로 형성될 수 있다.
프론트 케이스(201)와 리어 케이스(202) 사이에 전기적 소자들이 지지되도록 프레임(260)이 형성된다. 이와 관련하여, 프론트 케이스(201)와 리어 케이스(202)가 메탈로 구현되는 경우에는 메탈 프레임으로 지칭할 수 있다. 본 발명에서는 편의상 프론트 케이스(201)가 메탈 프레임(201)인 것으로 기재하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 프론트 케이스(201)와 리어 케이스(202) 중 적어도 하나가 금속 재질의 메탈 프레임으로 구현될 수 있다. 한편, 메탈 프레임(201)의 측면의 적어도 일부는 안테나로서 동작할 수 있다.
프레임(260)은 단말기 내부의 지지구조로서, 일 예로 디스플레이 모듈(210b), 카메라 모듈(221), 안테나 장치, 배터리(240) 또는 회로 기판(250) 중 적어도 어느 하나를 지지할 수 있도록 형성된다.
프레임(260)은 그 일부가 단말기의 외부로 노출될 수 있다. 또한, 프레임(260)은 바 타입이 아닌 슬라이드 타입의 단말기에서 본체부와 디스플레이부를 서로 연결하는 슬라이딩 모듈의 일부를 구성할 수도 있다.
도 2에 도시한 것은 일 예로서, 프레임(260)과 리어 케이스(202) 사이에 회로 기판(250)이 배치되고, 프레임(260)의 일면에 디스플레이 모듈(210b)이 결합되는 것을 도시하고 있다. 프레임(260)의 타면에는 회로 기판(250)과 배터리가 배치되고, 배터리를 덮도록 배터리 커버(203)가 리어 케이스(202)에 결합될 수 있다.
상기 윈도우(210a)는 상기 프론트 케이스(201)의 일면에 결합된다. 상기 윈도우(210a)의 일면에는 터치를 감지할 수 있도록 형성되는 터치 감지 패턴(210c)이 형성될 수 있다. 터치 감지 패턴(210c)은 터치 입력을 감지하도록 형성되고, 광투과성으로 이루어진다. 터치 감지 패턴(210c)은 상기 윈도우(210a)의 전면에 장착되며, 윈도우(210a)의 특정 부위에 발생하는 전압 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
상기 디스플레이 모듈(210b)은 상기 윈도우(210a)의 후면에 장착된다. 본 실시 예에서는 상기 디스플레이 모듈(210b)의 예로서 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD)가 개시되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 디스플레이 모듈(210b)은 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 등이 될 수 있다.
상기 회로 기판(250)은 앞서 살펴본 바와 같이, 프레임(260)의 일면에 형성될 수 있지만, 상기 디스플레이 모듈(210b)의 하부에 장착될 수도 있다. 그리고, 상기 회로 기판(250)의 하면 상에 적어도 하나의 전자소자들이 장착된다.
상기 프레임(260)에는 상기 배터리(240)가 수용될 수 있도록 리세스된 형태의 수용부가 형성된다. 상기 배터리 수용부의 일 측면에는 상기 배터리(240)가 단말기 본체에 전원을 공급하도록 상기 회로 기판(250)과 연결되는 접촉단자가 형성될 수 있다.
프레임(260)은 얇은 두께로 형성되더라도 충분한 강성을 유지할 수 있도록 금속 재질로 형성될 수 있다. 금속 재질의 프레임(260)은 그라운드로 동작할 수 있다. 즉, 회로 기판(250) 또는 안테나 장치가 프레임(260)에 접지 연결될 수 있으며, 프레임(260)은 회로 기판(250)이나 안테나 장치의 그라운드로 동작할 수 있다. 이 경우 프레임(260)은 이동 단말기의 그라운드를 확장할 수 있다.
회로 기판(250)은 안테나 장치와 전기적으로 연결되며, 안테나 장치에 의하여 송수신되는 무선 신호(또는 무선 전자기파)를 처리하도록 이루어진다. 무선 신호의 처리를 위해, 복수의 송수신 회로들이 회로 기판(250)에 형성되거나 장착될 수 있다.
송수신기 회로들은 하나 이상의 집적 회로 및 관련 전기적 소자들을 포함하여 형성될 수 있다. 일 예로, 송수신기 회로는 송신 집적 회로, 수신 집적회로, 스위칭 회로, 증폭기 등을 포함할 수 있다.
복수의 송수신기 회로들은 방사체인 도전 패턴으로 형성되는 도전 멤버들을 동시 급전함으로써, 복수의 안테나 장치가 동시에 작동할 수 있다. 예를 들면, 어느 하나가 송신하는 동안, 다른 하나는 수신할 수 있으며, 둘 다 송신하거나 둘 다 수신을 할 수 있다.
동축 케이블은 회로기판과 각 안테나 장치들을 서로 연결하도록 형성될 수 있다. 일 예로 동축 케이블은 안테나 장치들을 급전시키는 급전 장치에 연결될 수 있다. 급전 장치들은 조작부(123a)로부터 입력되는 신호들을 처리하도록 형성되는 연성회로기판(242)의 일면에 형성될 수 있다. 연성회로기판(242)의 타면은 조작부(123a)의 신호를 전달하도록 형성되는 신호 전달 유닛과 결합될 수 있다. 이 경우 연성회로기판(242)의 타면에 돔이 형성되고, 신호 전달 유닛에 액추에이터가 형성될 수 있다.
캐리어(135)의 하부에는 연성회로기판(242)이 연결된다. 연성회로기판(242)은 일단이 제어부를 구비하는 회로기판(250)에 연결될 수 있다. 그리고 연성회로기판(242)은 단말기의 조작부(123a)와 연결될 수 있다. 이 경우, 연성회로기판(242)은 조작부(123a)에서 생성된 신호가 회로기판(250)의 제어부에 전달되도록 형성된다.
본 발명에서는 전술된 메탈 프레임(201)의 측면의 적어도 일부가 안테나로서 동작하는 이동 단말기에 대해 살펴보기로 하자. 이와 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 메탈 프레임과 이동 단말기 내부의 금속 패턴을 이용한 광대역 안테나를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 이동 단말기의 상단 또는 하단에는 안테나 장치(300)가 형성될 수 있다. 또한, 안테나 장치(300)는 복수로 형성되어 단말기의 각 단부에 배치되고, 각 안테나 장치는 서로 다른 주파수 대역의 무선 신호를 송수신하도록 형성될 수 있다. 이러한 안테나 장치(300)는 외곽 메탈 프레임(310)의 일부를 구성하는 도전 멤버(conductive member, 311 내지 313)를 포함한다. 이와 관련하여, 도전 멤버(311 내지 313)는 적어도 일부가 전기적으로 분리되고, 편의상 제1내지 제3 도전 멤버(311 내지 313)로 지칭될 수 있다. 제1 도전 멤버(311)는 이동 단말기의 외곽 메탈 프레임(310)의 하단의 일부를 형성한다. 제2 도전 멤버(312)는 제1 도전 멤버(311)와 이격되어 외곽 메탈 프레임(310)의 하단과 측면의 일부를 형성한다. 이때, 제2 도전 멤버(312)의 일부에는 스피커 홀(SPK Hole)이 구비될 수 있다.
한편, 이동 단말기 내부의 금속 패턴을 이용하여 안테나의 전기적 길이가 확장될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2 및 도 3을 참조하여, 이동 단말기의 안테나 장치에 대해 살펴보면 다음과 같다. 안테나 장치(300)는 캐리어(135)의 일면에 형성되는 도전 라인(conductive line, 320)을 포함하여 형성될 수 있다. 도전 라인(320)은 제1 도전 멤버(311)와 제2 도전 멤버(312)의 각각의 일 지점(A, B)과 연결된다. 또한, 도전 라인(320)은 이동 단말기의 내부의 일 지점(A)에서 상호 연결된다. 반면에, 제2 도전 멤버(312)는 저주파수 대역(LB)과 다른 제1주파수 대역에서 제2 안테나(Ant 2)로 동작한다. 즉, 안테나 장치(300)는 제1 도전 멤버(311), 도전 라인(320)과 독립적으로, 제2 도전 멤버(312)의 길이에 의해 고주파수 대역(high frequency band: HB)인 제1주파수 대역에서 제2 안테나(Ant 2)로 동작한다.
한편, 제1 및 제2 도전 멤버는 이동 단말기의 외곽 메탈 프레임(310)상에 형성될 수 있다. 또한, 도전 라인(320)은 메탈 프레임(201, 310)과 배터리 커버(203) 사이의 공간에 배치되는 캐리어(135)의 일면에 인쇄된 도전성 패턴으로 형성될 수 있다.
이때, 도전 라인(320)은 특정 주파수 대역에서 안테나가 공진을 위한 전기적 길이로 구성되도록, 하나 이상의 도전 라인(321, 322)이 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도전 라인은 제1 도전 멤버(311)의 일 지점과 연결되는 제1 도전라인(321) 및 제2 도전 멤버(312)의 일 지점과 연결되는 제2 도전 라인(322)으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전 라인(321, 322)은 상호 연결되어 SPDT (Single Pole Double Through) 스위치(330)의 입력과 연결될 수 있다.
또한, 제3 도전 멤버(313)는 제1 도전 멤버(311)와 이격되어 외곽 메탈 프레임(310)의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하도록 구성될 수 있다. 이때, 제2 안테나(Ant 2)와 유사하게, 제2 측면의 일 지점에서 제3 도전 멤버(313)는 접지와 연결될 수 있다. 한편, 제3 도전 멤버(313)는 제2 주파수 대역에서 제3 안테나(Ant 3)로 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 제2 주파수 대역은 중간 주파수 대역(MB)일 수 있다. 이때, 제1 도전 멤버(311)는 제3 도전 멤버(313)와 이격된 슬릿(slit)으로부터 소정의 위치에서 SP4T (Single Pole Four Through) 스위치(340)의 입력과 연결될 수 있다.
한편, 전술된 제1 내지 제3 도전 멤버(311 내지 313)는 외곽 메탈 프레임(310)의 일부를 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 이동 단말기 내부의 도전 라인을 통해서 제1 및 제2 도전 멤버(311 및 312)가 저주파수 대역(LB)에서는 전기적으로 연결되지만, 다른 주파수 대역에서는 전기적으로 분리된 형태를 갖는 것이 가능하다. 이와 관련하여, 제2 도전 멤버(312)는 제1 도전 멤버(311)와 제1 슬릿(314)에 의해 이격된다. 또한, 제3 도전 멤버는 상기 제2 도전 멤버와 제2 슬릿(315)에 의해 이격된다. 한편, 제1 내지 제3 도전 멤버(311 내지 313)가 기구적으로 견고한 형상을 유지하기 위해, 제1 및 제2 슬릿(314, 315)에는 유전체(dielectric) 재질의 지지체(supporter)가 구비될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 안테나(Ant1, Ant2)가 독립적으로 동작하는 원리에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 도전 멤버(312)의 일 지점(X)으로부터 소정의 위치에서 제2 도전 멤버(312)는 접지(ground)와 인접하여 연결될 수 있다. 이와 관련하여, "인접"의 기준은 고주파수 대역(HB)에서 제2 안테나(Ant 2)가 제1 도전 멤버(311)와 독립적으로 동작한다고 볼 수 있는 수준에 기반하여 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 고주파수 대역(HB)에서 접지(ground)에서 도전 라인(320)의 종단까지의 전기적 길이가 λ/4이면 A 지점에서는 전기적으로 개방(open) 상태가 된다. 즉, 접지 지점에서 전기적으로 단락(short) 상태이므로, 이로부터 전기적 길이가 λ/4 지점인 A 지점에서는 전기적으로 개방 상태가 되는 것이다. 따라서, 고주파수 대역(HB)에서 동작하는 제2 안테나(Ant 2)는 제1 도전 멤버(311)와 연결되는 A 지점에서 전기적으로 개방 상태가 되어 제1 도전 멤버(311)와 독립적으로 안테나로 동작하는 것이다. 이때, 접지 지점과 X 지점과의 거리가 멀수록, 제2 도전 멤버(312)의 일부 (즉, 접지 지점에서 X 지점까지의 도체 영역)가 제1 안테나(Ant 1)로서 동작하게 된다. 이에 따라, 제1 및 제2 안테나 (Ant 1, Ant 2)간 격리도(isolation) 특성이 열화되게 된다. 따라서, 접지 지점과 X 지점과의 거리는 가까운 것이 유리하다. 하지만, 접지 지점과 연결 지점 X가 지나치게 근접하면, 제2 안테나(Ant 2)에 대한 접지가 제2 도전 멤버(312)보다 도전 라인(320)에 주로 영향을 받게 되어 접지의 안정성이 감소하게 될 수 있다.
이와 같이, 외곽 메탈 프레임(310)뿐만 아니라, 이동 단말기 내부의 금속 패턴을 이용하여 안테나의 전기적 길이가 확장됨에 따라, 저주파수 대역에서 안테나 성능 (방사 효율)이 향상될 수 있다. 하지만, 내부의 금속 패턴으로 인해 증가된 전기적 길이로 인해 고주파수 대역에서 안테나 성능이 저감될 수 있다. 따라서, 내부의 금속 패턴을 이용하여 저주파수 대역에서 안테나 성능을 향상시키면서도 고주파수 대역에서 안테나 성능이 저감되지 않도록 하는 것이 중요하다. 이를 위해서, 저주파수 대역에서 안테나로 동작하는 내부 금속 패턴이 고주파수 대역에서는 안테나로 동작하지 않도록 구성하는 것이 본 발명의 핵심이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 복수의 안테나 구조를 링 메탈 2 슬릿 안테나 (Ring Metal 2 slit Antenna) 구조로 지칭할 수 있다. 구체적으로, 2개의 슬릿(slit) 구조로 3개의 방사체(radiator)가 분리되는 구조이다. 이에 따라, 이동 단말기의 하단에 3개의 급전 시스템(feed system)으로 구현될 수 있다. 한편, 외곽 메탈 프레임의 측면 단락(side short) 구조로 인해, 저주파수 대역(LB) 안테나의 물리적 체적을 확장시킬 수 있어, 안테나 효율 향상을 달성할 수 있다. 또한, 제2 안테나(Ant2)의 도전 라인 연결 지점에 인접하여 단락(접지)을 배치하여, 단락(접지) 위치 변경에 따른 제1 및 제2 안테나(Ant1, Ant2) 간 간섭이 최소화되도록 하였다. 또한, 제1 및 제2 안테나(Ant1, Ant2)의 급전 위치를 서로 다른 기판 (레이어) 상에서 구현할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(Ant1)는 직접 급전(direct feed) 형태로, 제2 안테나(Ant2)는 결합 급전(coupled feed) 형태로 구현할 수 있다. 이러한 서로 다른 기판 (레이어) 상에서 구현되는 급전부에 의해, 안테나 간 격리도가 향상될 뿐만 아니라, 결합 급전(coupled feed) 형태를 통해 안테나 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이, 광역 스위치 토폴로지와 안테나 타입 변경을 통해 주파수 대역 별 효율성을 극대화할 수 있다.
이와 관련하여, 저주파수 대역에서 동작하는 안테나를 제1 안테나(Ant 1)이라고 하고, 고주파수 대역에서 동작하는 안테나를 제2 안테나(Ant 2)라고 지칭하기로 한다. 즉, 안테나 장치(300)는 제1 도전 멤버(311), 도전 라인(320)의 길이에 의해 저주파수 대역(low frequency band: LB)에서 제1 안테나(Ant 1)로 동작한다. 이와 같이, 내부의 도전 라인을 이용하여 안테나를 구현함에 따라 제1 도전 멤버(311)의 전기적 길이를 지나치게 증가시킬 필요가 없다.
이와 관련하여, 도 4는 본 발명에 따른 안테나와 핸드 이펙트(hand effect)와의 관계를 나타낸 도면이다. 다시 말하면, 제1 도전 멤버(311)의 길이가 감소함에 따라 핸드 이펙트가 감소함을 보여주는 도면이다. 도 3 및 4를 참조하면, 제1 도전 멤버(311)의 길이가 감소함에 따라 이동 단말기를 파지하는 경우에도 저주파수 대역에서 안테나 성능에 영향이 감소됨을 알 수 있다. 예를 들어, (a)와 같이 내부 도전 라인과 적절한 지점에서의 접지(단락) 없이 제1 도전 멤버(311)가 구현되는 경우에는 전기적 길이가 48.2mm일 수 있다. 이와 같이, 제1 도전 멤버(311)의 전기적 길이가 증가함에 따라 이동 단말기를 파지하는 경우에 핸드 이펙트가 증가하게 된다. 반면에, (b)와 같이 내부 도전 라인과 적절한 지점에서의 접지(단락)에 의해 제1 도전 멤버(311)가 구현되는 경우에는 전기적 길이가 42.7mm로 감소할 수 있다. 이에 따라, 제1 도전 멤버(311)의 전기적 길이가 감소함에 따라 이동 단말기를 파지하는 경우에 핸드 이펙트가 감소하게 된다.
한편, 고주파수 대역에서는 제1 도전 멤버(311)와 독립적으로 제2 도전 멤버(312)가 안테나로서 동작함에 따라 제2 도전 멤버(312)의 전기적 길이는 기존에 비해 증가하게 된다. 따라서, 제2 도전 멤버(312)가 안테나로서 동작하기 위해 외곽 메탈 프레임(310)의 많은 부분을 차지하게 된다. 따라서, 고주파수 대역에서도 제2 도전 멤버(312) 전체 대비 파지되는 부분의 비율이 감소되므로, 안테나 성능의 저하가 역시 감소된다. 예를 들어, (a)와 같이 내부 도전 라인과 적절한 지점에서의 접지(단락) 없이 제2 도전 멤버(312)가 구현되는 경우에는 전기적 길이가 10.05mm일 수 있다. 반면에, (b)와 같이 내부 도전 라인과 적절한 지점에서의 접지(단락)에 의해 제2 도전 멤버(312)가 구현되는 경우에는 전기적 길이가 13m로 증가할 수 있다. 이에 따라, 제2 도전 멤버(312)의 전기적 길이가 증가함에 따라 이동 단말기를 파지하는 경우에 핸드 이펙트가 감소하게 된다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 안테나 장치에 의해 제공되는 LTE 통신 서비스의 주파수 대역 스펙트럼을 나타낸 것이다. 특히, 도 5는 LTE 통신 대역 중 1GHz 이하의 주파수 대역의 스펙트럼을 나타낸다. LTE 통신 대역 중 1GHz 이상의 주파수 대역에서는 백분율 대역폭(percentage bandwidth)의 관점에서 안테나의 대역폭 특성은 크게 문제되지 않는다. 반면에, 1GHz 이하의 주파수 대역에서는, 도시된 바와 같이 600MHz에서부터 960MHz까지 매우 넓은 주파수 대역에서 안테나가 동작하여야 한다. 따라서, 기존에는 하나의 안테나만으로는 이러한 넓은 주파수 대역을 커버하기 어려워 복수의 안테나를 사용하거나 또는 어느 하나의 주파수 대역의 성능만을 커버할 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
특히, 저주파수 대역(Low frequency band: LB)에서 안테나 성능의 보장이 어렵다는 문제점이 있었다. 이와 같이, 600MHz에서 800MHz의 약 200MHz의 튜닝 범위(Tuning Range) 확보가 어려웠던 이유는 일반적인 이동 단말기에서 안테나의 공간으로 주어지는 물리적인 공간이 800MHz정도 (B5, B8)에서 사용 가능하며, 단일 안테나로는 700~960MHz의 대역폭을 만족할 수 없기 때문이다.
한편, 두 개의 서로 다른 반송파(carrier)를 통해 서로 다른 신호(정보)를 수신하는 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하는 경우에, 본 발명은 서로 다른 영역의 안테나를 통해 서로 다른 신호(정보)를 동시에 수신할 수 있다는 장점이 있다. 이와 관련하여, 도 1 내지 도 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 제어부(180)는 저주파수 대역(LB) 상의 제1 신호를 제1 안테나(Ant1)를 통해 수신하고, 상기 제1주파수 대역 상의 제2 신호를 동시에 수신하도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(180)는 제2 신호의 신호 대 간섭 비(SIR: Signal Interference Ratio)가 임계치 이하이면, 제1 안테나(Ant1)를 통해 제1 신호만을 수신하는 모드로 전환되도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제어부(180)는 제2 신호의 신호 대 간섭 비(SIR: Signal Interference Ratio)가 임계치 이하이면, 제1 신호만이 기지국 (다른 단말)으로부터 전송되도록 기지국(다른 단말)에 요청할 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 도 4를 참조하면, 제어부(180)는 단말 내의 센서 (예컨대, 자이로 센서, 터치 센서 또는 SAR 센서 등)을 이용하여 사용자가 제2 안테나(Ant2)의 성능이 낮을 것으로 판단되는 경우에 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 제2안테나가 사용자에 의해 파지된 상태인 것으로 판단되면, 제1 안테나(Ant1)를 통해 제1 신호만을 수신하는 모드로 전환되도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제어부(180)는 제2안테나가 사용자에 의해 파지된 상태인 것으로 판단되면, 제1 신호만이 기지국(다른 단말)으로부터 전송되도록 기지국 (다른 단말)에 요청할 수 있다. 이와 같은, 제1 및 제2 안테나가 일부 영역을 공유하면서도 독립적으로 동작하는 경우에는 상호 간섭 문제를 해결할 수 있다. 즉, 특정 신호의 SIR 감소나 특정 안테나 영역이 파지된 경우에도, 제1 및 제2 안테나가 일부 영역을 공유하면서도 독립적으로 동작하는 경우에는 상호 간섭 문제를 해결할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 복수의 안테나 영역들에 의한 간섭 문제를 극복하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에서는 외곽 메탈 프레임을 적절하게 분리시키고 이들을 이동 단말기 내부의 도전 라인 및 외곽 메탈 프레임의 특정 위치를 접지와 연결시키는 방안을 제안하고자 한다.
특히, 본 발명에서 제안된 안테나 장치(300)는 외곽 메탈 프레임(310)을 슬릿(slit) 형태로 적절히 분리시키고 내부 금속 패턴을 적절히 이용함으로써, 하나의 안테나에 의해서도 저주파수 대역과 고주파수 대역에서 모두 원하는 안테나 성능을 얻을 수 있다. 한편, 두 개의 안테나, 즉 제1 및 제2 안테나(Ant 1, Ant 2)에 의해서도 원하는 안테나 성능을 얻을 수 있지만, 안테나 장치는 안테나 성능을 보다 향상시키기 위해 중간 주파수 대역(medium frequency band: MB)에서 동작하는 제3 안테나(Ant 3)를 더 구비할 수 있다.
이와 관련하여, 제3 도전 멤버(313)는 제1 도전 멤버(311)와 이격되어 외곽메탈 프레임의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(Ant 2)와 유사하게, 제2 측면의 일 지점에서 제3 도전 멤버(313)는 접지와 연결될 수 있다. 한편, 제3 도전 멤버(313)는 제2 주파수 대역에서 제3 안테나(Ant 3)로 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 제2 주파수 대역은 중간 주파수 대역(MB)일 수 있다.
한편, 전술된 새로운 형태의 광역 스위치 토폴로지(wide range switch topology)를 이용하여 안테나의 공진 주파수 조정 및 안테나 형태를 변경하는 것이 가능하다. 이와 관련하여, SP4T 스위치는 안테나의 공진 주파수 튜닝을 위하여 사용되고, SPDT 스위치는 안테나의 물리적 체적 변경 또는 안테나의 타입(type)을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 전기적 short 위치 변경과 SPDT 스위치의 동작을 통해, 제1 및 제2 도전 멤버(311, 312)를 모노폴 안테나 또는 루프 안테나로 동작시킬 수 있다. 이와 같이, 안테나의 타입 변경 및 스위치 토폴로지를 통해 광대역 안테나 특성을 구현할 수 있고, 주파수 별 효율성을 극대화할 수 있다. 특히, 메탈 링 형태와 측면 단락(side short) 구조로 인해 저주파수 대역(LB)에서 안테나의 물리적 체적 확장이 가능하여, 안테나 성능 향상이 가능하다. 또한, 제1 내지 제3 안테나가 일부 구조를 공유하는 형태에 따라, 제1 안테나뿐만 아니라 제2 및 제3 안테나의 공간 확보에 유리한 장점을 갖는다.
한편, 전술된 도전 라인의 형상과 관련하여, 도전 라인은 도 3과 같이 제1 도전 멤버(311)의 일 단부에 연결되거나, 이하의 도 6과 같이 제1 도전 멤버(311)의 타 단부에 연결될 수 있다. 즉, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이동 단말기 내부의 도전 라인의 형상을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도전 라인(620)은 도 3에서의 도전 라인(320)에 비해 전기적 길이가 증가된 형상을 갖는다. 이와 관련하여, 도 3을 참조하면, 도전 라인(320)은 제1 도전 멤버(311)의 일 지점과 연결되는 제1 도전라인(321) 및 제2 도전 멤버(320)의 제1 지점과 연결되는 제2 도전 라인(322)으로 구성된다. 이때, 제2 도전 라인(322)은 제1 슬릿(311)에 인접한 제1 지점(A)을 통해 제2 도전 멤버(320)와 연결될 수 있다.
반면에, 도 6을 참조하면, 도전 라인(620)은 제1 도전 멤버(311)의 일 지점과 연결되는 제1 도전라인(621) 및 제2 도전 멤버(312)의 제1 지점과 연결되는 제2 도전 라인(622)으로 구성된다. 이때, 제2 도전 라인(622)은 제2 슬릿(315)에 인접한 제2 지점(B)을 통해 제1 도전 멤버(311)와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 3 및 도 6을 참조하여 도전 라인(310, 320)이 연결되는 지점인 제1 지점(A)과, 도전 라인(310, 620)이 연결되는 제2 지점(B)에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 도 3을 참조하면, 제1 지점(A)은 제2도전 멤버(312) 상에서 SP4T 스위치의 연결 지점보다 좌측에 형성될 수 있다. 반면에, 도 6을 참조하면, 제2도전 멤버 상(312)의 제3 지점(C)에서 SP4T 스위치와 연결될 수 있다. 이때, 제2 지점(B)은 제2도전 멤버(612) 상에서 제3 지점(C)보다 우측에 형성될 수 있다. 즉, 제2 지점(B)은 제3 지점(C)과 제2 슬릿(315) 사이의 제2도전 멤버(312) 상에 형성될 수 있다.
한편, 도전 라인(620)의 (또는 인접한 접지에서 도전 라인(620)까지의) 전기적 길이는 제1 주파수 대역에서 λ/4가 되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 안테나는 독립적으로 동작할 수 있다. 또한, 도전 라인(620)과 제1 도전 멤버(311)의 (또는 인접한 접지에서 도전 라인(620)과 제1 도전 멤버(311)까지의) 전기적 길이는 저주파수 대역(LB)에서 λ/4가 되도록 구성될 수 있다. 즉, 도 6과 같이 길이가 증가된 도전 라인(620)에 따라, 더 낮은 저주파수 대역(LB)에서 제1안테나가 공진하도록 구성될 수 있다.
한편, 전술된 제1 내지 제3 안테나를 급전(feed)하고, 이들을 특정 주파수 대역으로 튜닝(tuning)하는 구조에 대해 상세히 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 제1 내지 제3 안테나의 급전 구조 및 튜닝 형태를 나타낸다. 구체적으로, 도 7a는 본 발명에 따른 제1 안테나와 급전 구조 및 튜닝 형태를 나타낸다. 도 3 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(Ant1)는 제1 및 제2 도전 멤버(311, 312) 및 도전라인(320)과 제1 급전부(feeding part, 351)를 포함한다. 제1 급전부(351)는 제1 도전 멤버(311) 상의 접지와 상기 제1 및 제2 도전 라인(321, 322)이 연결되는 지점 사이에 형성되는 제2 지점(B)에서, 제1 도전 라인(321)과 연결된다. 이때, 제1 급전부(351)는 제1 도전 멤버(311), 도전 라인(320)의 길이에 의해 저주파수 대역(LB)에서 동작하는 제1 안테나를 급전시키도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 안테나(Ant1)는 제1 도전 멤버(311) 상에서 전기적으로 연결되고, 제1 안테나(Ant1)가 저주파수 대역(LB)에서 동작하도록 제1 안테나(Ant1)의 공진 특성을 튜닝하도록 구성된 스터브 부(stub part, 360)를 더 포함할 수 있다. 한편, 제1 안테나(Ant1)는 저주파수 대역뿐만 아니라, 중간 주파수 대역(MB) 중 일부 대역에서 동작할 수 있다.
반면에, 도 7b는 본 발명에 따른 제2 안테나와 급전 구조를 나타낸다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 제2 안테나(Ant2)는 제2 도전 멤버(312) 및 제2 급전부(352)를 포함한다. 제2 급전부(352)는 제1 도전 멤버(311) 상의 일 단부에서, 제2 도전 멤버(312)와 연결된다. 제2급전부(352)는 제2 도전 멤버(312) 상에서 전기적으로 연결된다. 또한, 제2급전부(352)는 제2 도전 멤버(312)의 길이에 의해 제1 주파수 대역에서 동작하는 제2 안테나(Ant2)를 급전시킨다.
반면에, 도 7c는 본 발명에 따른 제3 안테나와 급전 구조를 나타낸다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 제3 안테나(Ant2)는 제3 도전 멤버(313) 및 제3 급전부(353)를 포함한다. 제3 급전부(353)는 제3 도전 멤버(313) 상에서 전기적으로 연결된다. 또한, 제3 급전부(353)는 제3 도전 멤버(313)의 길이에 의해 제2 주파수 대역에서 동작하는 상기 제3 안테나(Ant3)를 급전시킨다.
일 예로 도전 멤버가 형성된 캐리어(135)는 스크류와 같은 체결수단에 의해 케이스(201)에 결합될 수 있다. 이 때, 스크류는 캐리어(135)에 형성되는 관통홀을 지나 케이스(201)에 형성된 홀(262)에 체결될 수 있다. 후술하는 프레임(260)의 리브(263)는 캐리어(135)가 장착되는 공간을 한정할 수 있다.
한편, 도 7a 내지 도 7c에서의 제1 내지 제3 급전부(351 내지 353)는 제1 내지 제3 안테나의 임피던스 정합을 수행하고, 대역폭 특성 확장을 위한 추가적인 방사체(radiator)로 동작한다. 한편, 스터브 부(360)는 저주파수 대역(LB)에서 광대역 동작을 위한 공진 주파수를 제어 및 안테나 성능을 조절하는 역할을 한다. 또한, 스터브 부(360)는 스터브의 길이를 적절하게 조절하여, 안테나 간 (특히, 제1 및 제2 안테나(Ant1, Ant2) 간) 격리도(isolation) 특성이 특정 수준 이하가 되도록 할 수 있다. 이에 따라, 안테나(특히, 제1 및 제2 안테나(Ant1, Ant2))는 서로 다른 주파수 대역에서 독립적으로 동작하는 것으로 간주될 수 있다.
한편, 도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 제1 및 제2 안테나의 전류 분포(current distribution)을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 8a는 본 발명에 따른 저주파수 대역(LB)에서 동작하는 제1 안테나의 전류 분포를 나타낸 것이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(Ant1)는 제1 도전 멤버와 내부 도전 라인 상에서 전류가 생성됨을 알 수 있다. 즉, 제2 안테나(Ant2)로의 전류 레벨이 제1 안테나(Ant1)의 전류 레벨보다 상당히 낮음을 알 수 있다. 다시 말하면, 저주파수 대역(LB)에서 제1 안테나(Ant1) 영역으로 전류 분포가 우세(dominant)하며, 제2 안테나(Ant2) 영역으로 흐르는 전류는 매우 적어, 제2 안테나(Ant2) 영역에 거의 영향을 주지 않음을 알 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나(Ant1)는 제1 도전 멤버와 내부 도전 라인 길이에 해당하는 전기적 길이로 공진한다. 예를 들어, 제1 안테나(Ant1)는 제1 도전 멤버와 내부 도전 라인(λeff/4)의 전기적 길이로 저주파수 대역(LB)에서 동작할 수 있다.
반면에, 도 8b는 본 발명에 따른 저주파수 대역(LB)보다 높은 제1 주파수 대역에서 동작하는 2 안테나의 전류 분포를 나타낸 것이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 제2 안테나(Ant2)는 제2 도전 멤버 상에서 전류가 생성됨을 알 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나(Ant2)는 제2 도전 멤버 길이에 해당하는 전기적 길이로 공진한다.
다음에서는, 외곽 메탈 프레임의 측면 단락 적용 여부 및 측면 단락 위치에 따른 전류 분포 특성과 이에 따른 안테나의 동작에 대해 살펴보기로 하자.
이와 관련하여, 도 9a 및 9b는 외곽 메탈 프레임에 측면 단락이 적용된 경우와 그렇지 않은 경우의 전류 분포를 나타낸 것이다. 이때, 도전 라인은 디스플레이 및 메탈 프레임과의 간섭을 줄이기 위해 캐리어 위에 위치하는 것으로 가정한다. 도 9a에 도시된 바와 같이 외곽 메탈 프레임에 측면 단락이 적용되면 내부 도전 라인 전체를 통해 전류가 분포되므로, 저주파수 대역(LB)에서 제1 안테나(Ant1)의 전기적 길이를 확보할 수 있다. 반면에, 도 9b에 도시된 바와 같이 외곽 메탈 프레임에 측면 단락이 적용되지 않으면, 내부 도전 라인 중 일부 영역에만 전류가 분포되므로, 저주파수 대역(LB)에서 제1 안테나(Ant1)의 전기적 길이를 확보할 수 없다. 즉, 저주파수 대역(LB)에서 전류 패스(current path)가 짧아지므로 공진 주파수가 증가하고 안테나 성능도 저하된다. 이와 관련하여, 도 9c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외곽 메탈 프레임에 측면 단락이 적용 여부에 따른 반사 손실(reflection loss) 특성을 나타낸 것이다. 외곽 메탈 프레임에 측면 단락이 적용되지 않으면, 전술된 바와 같이 공진 주파수가 증가하여 저주파수 대역(LB)의 커버가 어려울 뿐만 아니라, 반사 손실 수준도 증가하여 안테나 성능도 저하된다.
한편, 도 10a 및 10b는 외곽 메탈 프레임에 측면 단락에 단락 핀(short pin) 위치 변경에 따른 전류 분포를 나타낸 것이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 제2 도전 멤버 상의 측면에 위치하는 경우에는 제1 주파수 대역(고주파수 대역)에서 제2 안테나(Ant2)가 고주파수 대역(HB) 공진 모드를 형성한다. 따라서, 제2 안테나(Ant2)가 제1 주파수 대역(고주파수 대역)에서 방사체로서 동작한다. 이는 제2 안테나(Ant2)의 전기적 길이, 즉 단락 핀 위치로부터 제2 안테나(Ant2)의 종단까지의 물리적 길이가 공진 길이를 만족하기 때문이다.
반면에, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제2 도전 멤버 상의 다른 위치 (예컨대, 하단 (즉, 제2 안테나(Ant2)의 개방(open) 위치)에 위치하는 경우에는 제1 주파수 대역(고주파수 대역)에서 제2 안테나(Ant2)에 대해 고주파수 대역(HB) 공진 모드가 형성되지 않음을 알 수 있다. 따라서, 제2 안테나(Ant2)가 제1 주파수 대역(고주파수 대역)에서 방사체로서 동작하지 않는다. 이는 제2 안테나(Ant2)의 전기적 길이, 즉 단락 핀 위치로부터 제2 안테나(Ant2)의 종단까지의 물리적 길이가 공진 길이를 만족하지 않기 때문이다.
이상에서는 본 발명에 따른 외곽 메탈 프레임과 내부 도전 라인을 이용한 광대역 안테나 장치 및 이를 포함하는 이동 단말기에 대해 살펴보았다. 이와 같은, 본 발명에 따른 복수의 안테나 구조를 링 메탈 2 슬릿 안테나 (Ring Metal 2 slit Antenna) 구조로 지칭할 수 있다. 구체적으로, 2개의 슬릿(slit) 구조로 3개의 방사체(radiator)가 분리되는 구조이다. 이에 따라, 이동 단말기의 하단에 3개의 급전 시스템(feed system)으로 구현될 수 있다. 한편, 외곽 메탈 프레임의 측면 단락(side short) 구조로 인해, 저주파수 대역(LB) 안테나의 물리적 체적을 확장시킬 수 있어, 안테나 효율 향상을 달성할 수 있다. 또한, 제2 안테나(Ant2)의 도전 라인 연결 지점에 인접하여 단락(접지)을 배치하여, 단락(접지) 위치 변경에 따른 제1 및 제2 안테나(Ant1, Ant2) 간 간섭이 최소화되도록 하였다. 또한, 제1 및 제2 안테나(Ant1, Ant2)의 급전 위치를 서로 다른 기판 (레이어) 상에서 구현할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(Ant1)는 직접 급전(direct feed) 형태로, 제2 안테나(Ant2)는 결합 급전(coupled feed) 형태로 구현할 수 있다. 이러한 서로 다른 기판 (레이어) 상에서 구현되는 급전부에 의해, 안테나 간 격리도가 향상될 뿐만 아니라, 결합 급전(coupled feed) 형태를 통해 안테나 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이, 광역 스위치 토폴로지와 안테나 타입 변경을 통해 주파수 대역 별 효율성을 극대화할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 이동 단말기 및 안테나 장치의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, LTE를 포함하는 저주파수 대역을 모두 커버할 수 있으며, 핸드 이펙트 보상 기능이 구비된 안테나 장치 및 이동 단말기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자 신체 접촉으로 인한 특성 저하를 자동으로 인지함으로써 안테나의 특성 열화를 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 주파수 대역을 동시에 이용하는 상황에서도 동작하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 안테나 장치의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (17)

  1. 이동 단말기에 있어서,
    상기 이동 단말기의 외곽 메탈 프레임의 하단의 일부를 형성하는 제1 도전 멤버;
    상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 측면의 일부를 형성하는 제2 도전 멤버; 및
    상기 제1 도전 멤버와 상기 제2 도전 멤버의 각각의 일 지점과 연결되고, 상기 이동 단말기의 내부에서 상호 연결되는 도전 라인(conductive line) - 상기 도전 라인은 상기 제1 도전 멤버의 일 지점과 연결되는 제1 도전 라인 및 상기 제2 도전 멤버의 일 지점과 연결되는 제2 도전 라인으로 구성됨 -;
    상기 제1 도전 멤버에 연결되고, 상기 제1 도전 멤버와 상기 도전 라인에 대응하는 제1 안테나를 급전하도록 구성된 제1 급전부; 및
    상기 제2 도전 멤버에 연결되고, 상기 제2 도전 멤버에 대응하는 제2 안테나를 급전하도록 구성된 제2 급전부를 포함하는, 이동 단말기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전 멤버와 상기 제2 도전 멤버의 각각의 일 지점과 연결되고, 상기 이동 단말기의 내부에서 상호 연결되는 도전 라인(conductive line)을 포함하고,
    상기 제1 도전 멤버, 상기 도전 라인의 길이에 의해 저주파수 대역(low frequency band: LB)에서 상기 제1 안테나로 동작하고,
    상기 제2 도전 멤버는 상기 저주파수 대역과 다른 제1주파수 대역에서 상기 제2 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하는 제3 도전 멤버를 더 포함하고,
    상기 제2 측면의 일 지점에서 상기 제3 도전 멤버는 접지와 연결되고,
    상기 제3 도전 멤버는 제2 주파수 대역에서 제3 안테나로 동작하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전 멤버는 상기 이동 단말기의 메탈 프레임상에 형성되고, 상기 도전 라인은 상기 메탈 프레임과 배터리 커버 사이의 공간에 배치되는 캐리어의 일면에 인쇄된 도전성 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전 라인 및 제2 도전 라인은 상호 연결되어 SPDT (Single Pole Double Through) 스위치의 입력과 연결되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하는 제3 도전 멤버를 더 포함하고,
    상기 제1 도전 멤버는 상기 제3 도전 멤버와 이격된 슬릿(slit)으로부터 소정의 위치에서 SP4T (Single Pole Four Through) 스위치의 입력과 연결되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전 멤버와 이격되어 상기 외곽 메탈 프레임의 하단과 제2 측면의 일부를 형성하는 제3 도전 멤버를 더 포함하고,
    상기 제2 도전 멤버는 상기 제1 도전 멤버와 제1 슬릿에 의해 이격되고,
    상기 제3 도전 멤버는 상기 제2 도전 멤버와 제2 슬릿에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전 라인은 상기 제1 도전 멤버의 일 지점과 연결되는 제1 도전라인 및 상기 제2 도전 멤버의 제1 지점과 연결되는 제2 도전 라인으로 구성되고,
    상기 제2 도전 라인은 상기 제1 슬릿에 인접한 상기 제1 지점을 통해 상기 제2 도전 멤버와 연결되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도전 라인은 상기 제1 도전 멤버의 일 지점과 연결되는 제1 도전라인 및 상기 제2 도전 멤버의 제2 지점과 연결되는 제2 도전 라인으로 구성되고,
    상기 제2 도전 라인은 상기 제2 슬릿에 인접한 상기 제2 지점을 통해 상기 제2 도전 멤버와 연결되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 도전 멤버 상의 제3 지점에서 상기 제2 도전 멤버와 SP4T 스위치의 입력이 연결되고,
    상기 제1 지점은 상기 제1 슬릿과 상기 제3 지점 사이의 상기 제2 도전 멤버 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 도전 멤버 상의 제3 지점에서 상기 제2 도전 멤버와 SP4T 스위치의 입력이 연결되고,
    상기 제2 지점은 상기 제3 지점과 상기 제2 슬릿 사이의 상기 제2 도전 멤버 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 도전 멤버 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제1 안테나가 저주파수 대역(LB)에서 동작하도록 상기 제1 안테나의 공진 특성을 튜닝하도록 구성된 스터브 부를 더 포함하는, 이동 단말기.
  14. 삭제
  15. 제3항에 있어서,
    상기 제3 도전 멤버 상의 일 단부에서, 상기 제3 도전 멤버와 연결되는 제3 급전부를 더 포함하고,
    상기 제3 급전부는, 상기 제3 도전 멤버 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제3 도전 멤버의 길이에 의해 제2 주파수 대역에서 동작하는 상기 제3 안테나를 급전시키는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 저주파수 대역 상의 제1 신호를 상기 제1 안테나를 통해 수신하고, 상기 제1주파수 대역 상의 제2 신호를 동시에 수신하도록 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 신호의 신호 대 간섭 비(SIR: Signal Interference Ratio)가 임계치 이하이면, 상기 제1 안테나를 통해 상기 제1 신호만 수신되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 저주파수 대역 상의 제1 신호를 상기 제1 안테나를 통해 수신하고, 상기 제1주파수 대역 상의 제2 신호를 동시에 수신하도록 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 안테나가 사용자에 의해 파지된 상태인 것으로 판단되면, 상기 제1 안테나를 통해 상기 제1 신호만 수신되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 이동 단말기.
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