KR102363959B1 - 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선 통신 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선 통신 디바이스에 관한 것으로,보다 상세하게는 안테나 모듈 외부에 존재하는 금속 재질의 구조물(PCB 등 부품)로부터의 자기 영향을 최소화함으로써 금속 구조물에 의한 안테나 모듈의 방사 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선 통신 디바이스에 관한 것이다.

Description

안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선 통신 디바이스{ANTENNA MODULEAND WIRELESS COMMUNICATION DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선 통신 디바이스에 관한 것으로,보다 상세하게는안테나 모듈 외부에 존재하는 금속 재질의 구조물(PCB 등 부품)로부터의 자기 영향을 최소화함으로써 금속 구조물에 의한 안테나 모듈의 방사 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선 통신 디바이스에 관한 것이다.

최근 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북 PC, PDA 등의 무선 통신 디바이스에는,통화 기능 뿐 아니라 근거리통신(NFC; near field communication) 기능이나 무선충전 기능, 또는 기타 기능을 실현하기 위한 안테나 모듈이 장착되고 있다.

그러나,모선 통신 디바이스 내부에는안테나 모듈 외에 다른 부품이 존재하고, 안테나 모듈에서 생성되는 전기파 또는 자기파가 디바이스 내부의 다른 부품에 인가될경우,와전류(eddy current)가 발생하여 안테나 모듈에 영향을 주어 안테나 모듈의 방사 성능이 떨어지거나 다른 부품의 고장 등을 발생시키는 문제가 있다.

한국등록특허공보10-1595026호(2016.02.11)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명은안테나 모듈 외부에 존재하는 금속 재질의 구조물(PCB 등 부품)로부터의 자기 영향을 최소화함으로써 금속 재질의 구조물에 의한 안테나 모듈의 방사 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선 통신 디바이스를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면,사출물의 일면에 형성되는 제1안테나 방사체;및 상기 제1안테나 방사체와 전기적으로 연결되며,상기 사출물의 타면에 형성되는 제2안테나 방사체를 포함하는,안테나 모듈을 제공한다.

상기 제1안테나 방사체와 상기 제2안테나 방사체는 루프(loop)형 방사체일 수 있다.

상기 제1안테나 방사체와 상기 제2안테나 방사체는 제1비아 홀(via hole)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 사출물의 타면에는 상기 제2안테나 방사체와 이격되는 급전 단자가 구비되며,상기 급전 단자와 상기 제1안테나 방사체는 제2비아 홀(via hole)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 급전 단자로 공급되는 전기적 신호는 상기 제2비아 홀을 통해 상기 제1안테나 방사체로 흐르며,상기 제1안테나 방사체로 흐르는 전기적 신호는 상기 제1비아 홀을 통해 상기 제2안테나 방사체로 흐를 수 있다.

상기 제1안테나 방사체에 흐르는 전기적 신호의 전류 방향과 상기 제2 안테나 방사체에 흐르는 전기적 신호의 전류 방향은 동일할 수 있다

상기 제2안테나 방사체의 타측에는 자성체 시트가 구비될 수 있다.

상기 자성체 시트는 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면,상기 안테나 모듈;및 상기 안테나 모듈의 상기 제2안테나 방사체의 타측에 구비되는 금속 재질의 구조물을 포함하는,무선 통신 디바이스를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면,안테나 모듈 외부에 존재하는 금속 재질의 구조물(PCB 등 부품)로부터의 자기 영향을 최소화함으로써 금속 구조물에 의한 안테나 모듈의 방사 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면,안테나 모듈 외부에 존재하는 금속 재질의 구조물(PCB 등 부품)로부터의 자기 영향을 최소화함으로써 금속 구조물에 의한 안테나 모듈의 방사 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.

이하, 본 발명에 따른 안테나 모듈 및 이를 포함하는 모선 통신 디바이스를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부한 도면을 참조하여 설명함에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 개략도이고,도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 정면도 및 후면도이며,도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 방사체의 전류 방향을 설명하기 위한 참고도이고,도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 분해 사시도이다.

도 1을 참고하면,본 실시예에 따른 안테나 모듈은 무선 통신 디바이스에 설치되어 데이터를 무선 송/수신한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈은 사출물(10),제1 안테나 방사체(100) 및 제2 안테나 방사체(200)를 포함할 수 있다.

사출물(10)은 절연성의 재질로 사출 성형에 의해 형성될 수 있다.이때 사출물(10)은 안테나 캐리어일 수 있으며,내후성과 내충격성 및 기계적 강도를 유지하기 위해 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트(PC)등 합성 수지 재질로 이루어질 수 있다.사출물(10)은 무선 통신 디바이스의 메인보드(미도시)에 탑재될 수 있다.

제1 안테나 방사체(100)는 사출물(10)의 일면에 형성될 수 있다.본 실시예에서 '일면'이란사출물(10)의 '윗면'일 수 있다.

제2 안테나 방사체(200)는 제1 안테나 방사체(100)와 전기적으로 연결되며,사출물(10)의 타면에 형성될 수 있다.본 실시예에서 '타면'이란 사출물(10)의 '아랫면'일 수 있다.

도 2를 참고하면 제2 안테나 방사체(200)는 제1 안테나 방사체(100)에 대응하는 위치에 사출물(10)의 타면에 형성될 수 있다.

제1 안테나 방사체(100) 및 제2 안테나 방사체(200)는 전자신호(예컨대, 무선 통신 신호)의 송수신을 위해 사용되며 급전부에 의해 급전되어 전자신호를 공간으로 방사하는 구성으로서,사출물(10)에 형성되어 무선 신호를 송수신한다.

이때, 제1 안테나 방사체(100)는 제1 안테나 패턴(110)에 의해 형성될 수 있으며,제2 안테나 방사체(200)는 제2 안테나 패턴(210)에 의해 형성될 수 있다.

제1 안테나 패턴(110) 및 제2 안테나 패턴(210)은 일정한 면적을 가지며 도전성 재질로 형성될 수 있으며,복수회권취되는 루프(loop) 형상으로 형성될 수 있다.

제1 안테나 방사체(100) 및 제2 안테나 방사체(200)로 구성되는 안테나는 NFC(Near Field Communication)안테나일 수 있으며,안테나 패턴 권취시 가운데 부분에는 안테나 패턴이 권취되지 않도록 미권취 구역이 형성될 수 있다.

이때,제1 안테나 패턴(110)으로 형성되는 제1 안테나 방사체(100)와 제2 안테나 패턴(210)으로 형성되는 제2 안테나 방사체(200)는 제1 비아 홀(15)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

구체적으로,제1 비아 홀(15)은 제1 안테나 방사체(100),사출물(10),제2 안테나 방사체(200)를 관통하며, 홀의 내벽에 도전성 재질의 금속을 도금하여 형성된다.이때,제1 비아 홀(15)의 일단부와 제1 안테나 방사체(100)가 전기적으로 연결되고,제1 비아 홀(15)의 타단부와 제2 안테나 방사체(200)가 전기적으로 연결됨으로써,제1 안테나 방사체(100)와 제2 안테나 방사체(200)가 전기적으로 연결되는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면,제1 안테나 방사체(100)와 제2 안테나 방사체(200)를 전기적으로 연결시켜 하나의 안테나로서 기능하도록 함과 동시에 실질적으로 안테나 패턴의 길이를 늘려 안테나 모듈의 방사 성능을 향상시킬 수 있으며,제1 안테나 방사체(100)와 제2 안테나 방사체(200)가 절연 재질의 사출물(10)을 사이에 두고 서로 이격되도록 형성함으로써안테나 모듈의 외부에 배치되는 PCB 등의 금속 재질의 구조물(20)로부터의 자기 영향을 감소시켜안테나 모듈의 방사 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

한편,본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈은 사출물(10)의 타면에는 급전 단자(250)가 구비될 수 있다.

급전 단자(250)는 외부로부터 전기적 신호를 공급받거나 전기적 신호를 외부로 전송하며,제2 안테나 방사체(200)와 이격되어 사출물(10)의 타면에 형성될 수 있다.

이때,급전 단자(250)는 제1 안테나 방사체(100)와 제2 비아 홀(25)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

안테나 모듈이 구비되는 무선 통신 디바이스의 구조상 안테나 방사체와의 급전을 위한 급전 단자(250)가 사출물(10)의 타면에 형성될 수 밖에 없는 경우가 발생할 수 있는데 본 실시예의 경우 급전 단자(250)와 제1 안테나 방사체(100)를 전기적으로 연결하는 제2 비아 홀(25)을 형성함으로써,급전 단자(250)가 사출물(10)의 타면에 형성되는 경우라도 제1 안테나 방사체(100)와 급전이 가능하다.

구체적으로,급전 단자(250)로 공급되는 전기적 신호는 제2 비아 홀(25)을 통해 제1 안테나 방사체(100)로 흐르고,제1 안테나 방사체(100)로 흐르는 전기적 신호는 제1 비아 홀(15)을 통해 제2 안테나 방사체(200)로 흐르며,제2 안테나 방사체(200)로 흐르는 전기적 신호는 제2 안테나 방사체(200)와 전기적으로 연결되는 접촉 단자(미도시)를 통해 안테나 모듈 외부로 흐르게 되는 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 방사체의 전류 방향을 설명하기 위한 참고도로서,도 3을 참고하면,본 실시예에 따른 안테나 모듈은 제1 안테나 방사체(100)에 흐르는 전기적 신호의 전류 방향과 제2 안테나 방사체(200)에 흐르는 전기적 신호의 전류 방향이 동일하도록 형성될 수 있다.

안테나 특성상 제1 안테나 방사체(100)의 전류 흐름과 제2 안테나 방사체(200)의 전류 흐름이 동일하게 형성되는 경우 안테나의 L과 C가 상승하게되어 Q값이 높아져 주파수 선별 능력이 좋아지게 되고 안테나 방사 성능이 개선되는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 분해 사시도로서,도 4를 참고하면,본 실시예에 따른 안테나 모듈은 제2 안테나 방사체(200)의 타측에 자성체 시트(300)가 구비될 수 있다.

자성체 시트(300)는 제2 안테나 방사체(200)로부터 발생되는 전자파를 차폐하여 소요의 방향으로 집속시키거나,사출물(10)의 타측에 배치되는 PCB 등의 금속 재질의 구조물(20)로부터 발생되는 전자파를 차폐하여 전자파의 간섭을 억제시킨다.

또한,안테나 방사체 주위에 금속 재질의 구조물(20)이 구비되면,구조물(20)에 와전류(eddy current)가 유도되는데 이러한 와전류는 안타나 방사체의 신호 세기를 감소시키며 통신을 방해한다.

본 실시예의 경우 제2 안테나 방사체(200) 타측에 자성체 시트(300)를 구비함으로써 금속 재질의 구조물(20)의 와전류 생성을 억제시켜 안테나의 신호 전달 효율을 향상시키는 효과가 있다.

자성체 시트(300)는 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있다.

자성체 시트(300)는 자성 합금, 페라이트소결체와 같이 단일 소재로 사용하거나, 자성 금속분말 및/또는 페라이트 분말을 절연성 수지, 고무계 성분, 세라믹 혹은 비자성 금속 등과 혼합하여 압출, 프레스, 필름 캐스팅 등의 방법으로 성형한 복합 소재(composite) 형태로 사용될 수 있다.

자성체 시트(300) 소정의 면적을 갖는 판상으로 이루어지며,자성체 시트(300)와 사출물(10)은 접착층(미도시)을 매개로 접착이 이루어질 수 있다.

이때,자성체 시트(300)는 제1 안테나 방사체(100) 및 제2 안테나 방사체(200)의 외주 형상에 대응하도록 형성될 수 있다.자성체 시트(300)는 사출물(10)의 제한된 크기에서 전자파 차폐 성능을 향상시키기 위해 자성체 시트(300)의 넓이를 최적화하기 위한 방안이 필요한데,본 실시예의 경우 자성체 시트(300)의 넓이는 제1 안테나 방사체(100) 및 제2 안테나 방사체(200)의 외주 형상에 대응하는 넓이로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면,제1 안테나 방사체(100)는 사출물(10)에 의해 금속 재질의 구조물(20)로부터 일정 거리 이상 유지되어 구조물(20)에 의한 방사 성능 저하를 최소화하는 효과가 있으며,제2 안테나 방사체(200)는 자성체 시트(300)와 물리적 거리를 근접하게 하여 자성체 시트(300)에 의한 자속 집중 효과를 극대화하여 안테나의 방사 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.

즉,사출물(10)을 사이에 두고 제1 안테나 방사체(100)와 제2 안테나 방사체(200)를 이격 배치하고,제2 안테나 방사체(200)에 근접하게 자성체 시트(300)를 구비시킴으로써,안테나 모듈 외부에 구비되는 금속 재질의 구조물(20)의 영향을 최소화 시키면서 자성체 시트(300) 배치에 의한 방사 성능 개선 효과를 동시에 얻을 수 있는 것이다.

한편, 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 제3 안테나 방사체(400) 및 제4 안테나 방사체(500)를 포함할 수 있다.제3 안테나 방사체(400) 및 제4 안테나 방사체(500)는 제1 안테나 방사체(100)와 이격되어 사출물(10)의 일면에 형성될 수 있다.

이때,제3 안테나 방사체(400)및 제4 안테나 방사체(500)는 Wifi 또는 GPS 안테나 일 수 있다.

제1 안테나 방사체(100), 제2 안테나 방사체(200),제3 안테나 방사체(400) 및 제4 안테나 방사체(500)는 도금 방식 또는 인쇄 방식에 의해 동시에 형성될 수 있다.

종래에는 Wifi 또는 GPS를 구현하는 Sub 안테나는 도금방식으로 구현되고, NFC 안테나는 FPCB Type으로 구현되는 경우가 있었는데,이러한 경우 하나의 안테나 모듈에 구비되는 안테나 방사체의 제조 방식이 서로 달라 제작 원가가 높아지는 문제가 있었다.

본 실시예의 경우 하나의 안테나 모듈에 구비되는 안테나 방사체의 제조 방식을 도금 방식 또는 인쇄 방식으로 통합시킴으로써 안테나 모듈 제작시 제작 원가를 절감시키는 효과가 있다.

본 실시예에 따른 안테나 모듈의 안테나 방사체는 LDS(Laser Direct Structuring) 방식또는 LMA(Laser Manufacturing Antenna) 방식에 의해 이루어질 수 있다. LDS 방식 또는 LMA 방식은 공지의 기술이므로 이에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

한편,도 5를 참고하면,본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 통신 디바이스는 안테나 모듈 및 금속 재질의 구조물(20)을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 안테나 모듈은 사출물(10),사출물(10)의 일면에 형성되는 제1 안테나 방사체(100),사출물(10)의 타면에 형성되는 제2 안테나 방사체(200)를 포함하며,제2 안테나 방사체(200)의 타측에는 자성체 시트(300)가 구비될 수 있다.

금속 재질의 구조물(20)은 PCB일 수 있다.금속 재질의 구조물(20)은 제2 안테나 방사체(200)의 타측에 구비될 수 있으며,이때,자성체 시트(300)는 제2 안테나 방사체(200)와 구조물(20) 사이에 위치할 수 있다.

본 실시예에 따른 무선 통신 디바이스는,제1 안테나 방사체(100)가 사출물(10)에 의해 금속 재질의 구조물(20)로부터 일정 거리 이상 유지됨으로써 구조물(20)에 의한 안테나 모듈의 방사 성능 저하를 최소화할 수 있으며,제2 안테나 방사체(200)가 자성체 시트(300)와 근접하게 배치되어 자성체 시트(300)에 의한 자속 집중 효과를 극대화시킴으로써 안테나의 방사 성능을 개선할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 사출물
15: 제1 비아 홀
20: 구조물
25: 제2 비아 홀
100: 제1 안테나 방사체
110: 제1 안테나 패턴
200: 제2 안테나 방사체
210: 제2 안테나 패턴
250: 급전 단자
300: 자성체 시트
400: 제3 안테나 방사체
500: 제4 안테나 방사체

Claims (9)

1. 사출물의 일면에 형성되는 루프(loop)형의 제1안테나 방사체;
   상기 제1안테나 방사체와 전기적으로 연결되며, 상기 사출물의 타면에 형성되는 루프(loop)형의 제2안테나 방사체; 및
   상기 제2안테나 방사체의 타측에는 구비되는 자성체 시트;를 포함하고,
   상기 자성체 시트는 상기 제1 안테나 방사체와 적어도 일부가 중첩되도록 형성되고,
   상기 사출물의 두께는 상기 제1 안테나 방사체의 두께와 상기 자성체 시트의 두께를 합한 것보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성되며,
   상기 제1안테나 방사체와 상기 제2안테나 방사체는 상기 사출물에 형성되는 제1비아 홀(via hole)을 통해 전기적으로 연결되고,
   상기 사출물의 타면에는 상기 제2안테나 방사체와 이격되는 급전 단자가 구비되고,
   상기 급전 단자와 상기 제1안테나 방사체는 상기 사출물에 형성되는 제2비아 홀(via hole)을 통해 전기적으로 연결되고,
   상기 급전 단자로 공급되는 전기적 신호는 상기 제2비아 홀을 통해 상기 제1안테나 방사체로 흐르며,
   상기 제1안테나 방사체로 흐르는 전기적 신호는 상기 제1비아 홀을 통해 상기 제2안테나 방사체로 흐르고,
   상기 제1안테나 방사체에 흐르는 전기적 신호의 전류 방향과 상기 제2 안테나 방사체에 흐르는 전기적 신호의 전류 방향은 동일한 것을 특징으로 하는,안테나 모듈.
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