KR20020027636A - 안테나 장치 및 휴대용 무선 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접지면 장치를 한정하는 평면 인쇄 회로(1)를 하우징하는 케이싱을 포함하는 휴대용 무선 통신 장치용 안테나 장치에 관한 것이다. 안테나 장치는, 케이싱 내에 장착가능한 무선 신호의 송신용이며 인쇄 회로 기판에 접속된 제1 안테나 소자(4; 5), 및 케이싱 내에 장착가능한 무선 신호 수신용이며 인쇄 회로 기판에 접속되는 제2 안테나 소자(7; 9; 11)를 포함한다. 제1 안테나 소자는 인쇄 회로 기판 위에 장착될 때 평면 인쇄 회로 기판에 평행한 면에 수직하는 상기 인쇄 회로 기판상에서의 돌출부를 가지며, 제1 안테나 소자는 인쇄 회로 기판이 상기 면의 모든 방향에서 적어도 1 밀리미터의 거리만큼 상기 돌출부 보다 더 연장되도록 하는 크기 및 위치를 가진다. 이런 장치에서는 SAR을 증가시킴이 없이 휴대용 무선 통신 장치의 전력 레벨을 증가시키는 것이 가능하다.

Description

안테나 장치 및 휴대용 무선 통신 장치{ANTENNA ARRANGEMENT AND PORTABLE RADIO COMMUNICATION DEVICE}

현대의 무선 전화는 더욱 소형화되어 안테나, 전화 몸체 및 사용자 사이에 상호작용이 종래보다 더욱 중요하게 되었다. 안테나의 크기가 그 성능을 좌우하는 것으로 알려져 있다. 또한 요즘은 2개 이상의 주파수 대역들을 지지하는 요건이 통상 존재한다.

이동 전화는 일반적으로 무선 신호를 무선 기지국과 교환한다. 몇몇 신호 교환은, 인입 호출이 없으며 전화가 순간적으로 손, 주머니 또는 사용자의 허리에 위치할 때의 대기(standby) 동안 일어난다. 신호 교환의 과정은 인입 호출이 있으며 전화가 사용자의 귀와 입 사이, 또는 주머니 또는 이어폰 및 마이크를 구비한 사용자의 허리에 위치할 때 일어난다.

이동 전화의 기본적이며 효율적인 안테나 타입은 일반적으로 파장의 일부분에 해당하는 길이를 갖는 안테나 휩(whip) 및 대응하는 접지 도체로서 작용하는 전화 회로 기판으로 이루어지는 모노폴이다. 이들중에서, 반파장의 길이는 많은 종래의 전화기에서 사용되었고 전화 몸체 또는 회로 기판상에서 낮은 전류를 가지며 매우 낮은 피딩 전류(고 임피던스에 대응함)를 제공한다. 이런 타입의 안테나는 전화 자체에 매우 낮은 전자계를 제공하여, 전화에 가까운 머리, 손 등과 상호작용이 거의 없게 된다. 그러나, 현대의 전화 설계에 따르는 것 보다 크기가 더욱 커져서, 일반적으로 매우 작은 안테나가 조작의 용이함을 위해 요구되고 있다.

그러나, 작은 안테나가 큰 안테나와 동일한 전력을 방사해야 하기 때문에(전화 시스템의 요건에 기인함), 작은 안테나상의 전류 또는 전압(안테나 타입에 의존함)은 커지게 된다. 이는 구조가 파장과 비교될만큼 작을 때 일어나게 된다. 따라서, 안테나에 가까운 다양한 물체와의 가능한 상호작용은 본질적으로 보다 커지며 전화 몸체 또는 회로 기판에 따르는 전류도 커지게 된다. 이는 전화 환경에서 모든 전형적인 스크린너(screener)에 적용하며, 이는 안테나의 전자계가 호출 모드 동안 사용자 신체에 크게 상호작용을 일으키는 것을 의미한다. 상호작용은 전화가 사용자 신체에 근접해 있는 경우 대기 동안 물론 일어난다.

전화 안테나와 그 인접 환경간의 상호작용을 다룰 때, 안테나의 근 전자계는 원 전자계 보다 더욱 중요하다. 이런 상호작용에서는 고려해야할 적어도 2가지의 다른 요인들이 있다.

하나는 순간적으로 테이블, 백, 또는 손, 머리 및 다른 신체에서의 손실을 이루는 환경에서의 전력 손실이다. 그런 손실은 전화 시스템이 임의의 전력 레벨(예컨대, 2W 피크와 GSM용 0.25W 평균 전력)을 요구하기 때문에, 이동 시스템에 안테나를 지정할 때 고려되야만 한다. 다른 요인은 신체의 임의의 유닛당 전력 손실로서 SAR(Specific Absorption Rate) 상한을 정의하는 법규 및 규정이 있는 국가와 관련되며, 신체의 임의의 유닛당 평균 와트로서 정량화되는 SAR이다. 예컨대, 미국에서 FCC(Federal Communications Commission)은 SAR이 신체의 그람당 평균 1.6 mW보다 적은 것을 요구한다. 다른 안테나 및 전화는 동일한 방사 전력에 대해 다른 SAR을 나타낸다. 표준(FCC, CENELEC 등)에 따르면, SAR은 견본 머리(dummy head) 내에서 측정된다.

이동 전화에서 가능한 큰 신호 크기를 획득하고자 하는 욕구 때문에, 내부 안테나 소자는 가능한 크도록 설계되며, 즉, PCB를 넘어서 또는 적어도 PCB의 에지까지 세워지도록 연장된다.

본 발명은 일반적으로 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 이동 전화와 같은 휴대용 무선 통신 장치에서 사용되는 내부 안테나 장치에 관한 것이다.

본 발명은 단지 예시적인 목적으로 주어지며 본 발명을 제한하지 않는 첨부된 도면과 이에 따른 상세한 설명으로부터 보다 충분히 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 안테나 장치의 제1 실시예를 도시한 개요 사시도.

도 2는 본 발명에 따르는 안테나 장치의 제2 실시예를 도시한 개요 사시도.

도 3은 본 발명에 따르는 안테나 장치의 제3 실시예를 도시한 개요 평면도.

도 4는 본 발명에 따르는 안테나 장치의 제4 실시예를 도시한 개요 평면도.

도 5는 본 발명에 따르는 안테나 장치의 제5 실시예를 도시한 개요 사시도.

본 발명의 일 목적은 휴대용 무선 통신 장치에서 사용되는 안테나 장치를 제공하는 것이며, 이런 안테나 장치의 전력 레벨은 SAR이 증가되거나 또는 SAR이 안테나 장치의 불변 전력 레벨로 감소됨이 없이 증가되게 하는 것이다.

다른 목적들 중에서 이런 목적은 첨부된 청구범위에서 청구된 안테나 장치에 의해 달성된다.

본 발명은 휴대용 무선 통신 장치에서의 안테나 장치가 송신 안테나 소자(Tx) 및 수신 안테나 소자(Rx)로 분할될 때, 무선 신호의 수신이 무선 신호의 송신과 비교되는 SAR에 약하게 기여하기 때문에, 송신 안테나 소자(Tx)가 휴대용 무선 통신 장치의 PCB의 에지로부터 떨어져 제공되는 경우 안테나 장치로부터 SAR을 낮추는 것이 가능하게 된다는 구현을 기초로 한다. 따라서, SAR이 증가 또는불변 송신 전력 레벨로 SAR이 감소됨이 없이 송신 전력 레벨을 증가시키는 것이 가능하게 된다.

분리된 Rx 및 Tx 안테나 소자의 이점은 순수한 송신 또는 수신 안테나가 송수신기 안테나 보다 동조시키기가 더욱 용이하다는 점이며, 따라서, 송신 안테나상에서의 송신 전력은 송수신기 안테나상의 보다 높은 송신 전력과 동일한 결과를 얻을 수 있다. 그 결과, SAR이 낮아지게 된다.

다른 이점은, Tx 안테나 소자가 불평형이며 Rx 안테나 소자가 평형이며, 또는 그역일 때, 안테나 소자들간의 커플링이 낮아지며 송수신기 안테나 소자가 더욱 동조하기 용이하기 때문에, 달성되며, 보다 낮은 송신 전력을 허용하여 SAR을 낮추게 된다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 다음의 설명에 의해 명확해 질 것이다.

다음의 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 기술 및 어플리케이션과 같은 특정 상세가 설명의 목적으로 제한적이지 않게 개시된다. 그러나, 본 기술 분야의 전문가들에게는 본 발명이 이들 특정 상세로부터 벗어나는 다른 실시예에서 구현될 수 있음이 자명하다. 다른 예에서, 공지의 방법 및 장치의 상세한 설명은 불필요한 상세로 본 발명의 설명을 불명료하지 않게 생략된다.

본 발명의 제1 실시예는 도 1을 참고로 이하 후술된다.

이동 전화와 같은 스트립 휴대용 무선 통신 장치는 일반적인 평면 인쇄 기판(PCB)(1) 및 무선 통신을 제공하는 안테나 장치를 포함한다. 안테나 장치는 무선 신호의 송신을 제공하며 유전 지지체(2)에 의해 지지되는 송신 안테나 소자(3, 4) 및 수신 안테나 소자(도시 안됨)를 포함한다. 송신 안테나 소자는 피딩부(3) 및 공진부(4)로 이루어진다. 공진부(4)는 PCB(1)에 평행한 평면부 및 PCB(1)에 수직한 다른 평면부로 이루어진다. 2개의 공진부는 작은 굴곡 반경으로 굴곡되어 결합된다.

PCB(1)는 도전 경로, 전기 회로 및 이에 장착된 구성요소에 기인하여 안테나 소자를 스크린하는 접지면 장치로서 작용한다. PCB(1)는 안테나 소자의 피딩부에 접속된 무선(RF) 주파수 기능성용 구성요소를 구비한 다른 것들 중에 있다.

송신 안테나 소자는 PCB(1)의 평면의 에지에 의해 제한되는 PCB(1)의 일반적인 외관내에 장착된다. 송신 안테나 소자는 적어도 1 밀리미터의 거리 만큼 PCB(1)의 모든 에지내에 위치한다. 송신 안테나를 이런 방식으로 위치시킴에 의해, 측정은 SAR이 송신 안테나 소자를 PCB의 에지 오른쪽에 위치시키는 것과 비교하여 14% 만큼 낮추는 것으로 나타난다. 거리는 적어도 2 또는 3 밀리미터 또는 그 이상일 수 있어, 더욱 낮은 SAR을 달성한다.

SAR의 감소는, 법규 및 규정에 일치할 필요가 없는 경우, PCB(1)의 에지까지 세워진 송신 안테나 소자와 이동 전화를 비교하여 SAR을 증가시킴이 없이 송신 전력을 증가시키는데 오히려 사용된다.

수신 안테나 소자는 SAR에만 여분있게 분포되며, 그 위치는 따라서 그렇게 중요하지 않다. 송신 안테나 소자 및 PCB에 대한 수신 안테나 소자의 위치는 이하 후술된다.

바람직하게, 송신 안테나 소자는 PCB(1)의 2개의 대향하는 횡방향 에지로부터 동일하게 이격되어 위치하며, 즉 PCB(1)의 2개의 대향하는 횡방향 에지들간의 절반에 위치한다.

송신 안테나 소자는 평형이며, 수신 안테나 소자는 불평형이며, 그 역도 가능하여, 안테나 소자들간의 커플링을 감소시킨다. 송수신기 안테나 소자의 동조를 용이하게 하여 송신 전력을 감소시킨다.

본 발명의 제2 실시예는 도 2를 참고하여 이하 후술된다.

본 발명의 제2 실시예는 송신 안테나 소자의 공진부만이 PCB(1)에 평행한 평면부로 이루어진다는 점을 제외하고는 상술한 제1 실시예와 동일하다.

PCB(1)에 수직한 평면부 없이 이런 방식으로 송신 안테나 소자를 위치시킴에 의해, 측정은 송신 안테나 소자를 PCB(1)의 오른쪽에 위치시키는 것과 비교하여 34% 만큼 SAR이 감소된다고 나타난다.

PCB상의 송신 안테나 소자 및 수신 안테나 소자의 상대적인 위치의 개요 설명이 단지 일부만 도시되며, 본 발명의 제3 실시예에 따라 도 3을 참고하여 이하 후술된다.

송신 안테나 소자(5)는 이동 전화와 같은 휴대용 무선 통신 장치의 PCB(1)의 2개의 대향하는 횡방향 에지들단의 절반에 위치하는 평면 안테나이다. 이 에지까지의 거리는 적어도 1 밀리미터이다. 송신 안테나 소자(5)의 2개의 피딩부(6)는 PCB(1)의 상부 근처에 도시된다.

수신 안테나 소자(7)는 송신 안테나 소자(5)를 둘러싸서 위치하는 루프 안테나이다. 수신 안테나 소자(7)의 2개의 피딩부(8)는 PCB(1)의 상부로부터 벗어나, 즉 PCB(1)의 상부로부터 벗어나 대면하는 수신 안테나 소자(7)의 일부상에 도시된다.

다음은 PCB상의 송신 안테나 소자 및 수신 안테나 소자의 상대적인 위치의 개요 설명이 일부만으로 도시되며, 본 발명의 제4 실시예에 따라 도 4를 참고로 이하 후술된다.

송신 안테나 소자(5)는 이동 전화와 같은 휴대용 무선 통신 장치의 PCB의 2개의 대향하는 횡방향 에지들간의 절반에 위치하는 평면 안테나이다. 에지까지의 거리는 적어도 1 밀리미터이다. 송신 안테나 소자(5)의 2개의 피딩부(6)는 PCB(1)의 상부에서 도시된다.

수신 안테나 소자(9)는 PCB 3 측면상에서 송신 안테나 소자(5)를 둘러싸는 송신 안테나 소자와 PCB의 외관들간에 위치하는 다이폴 안테나이다. 수신 안테나소자(9)의 2개의 피딩부(10)는 PCB(1)의 상부에 도시된다. 다이폴 안테나는 하나의 공통 피딩 포인트에 의해 선택적으로 제공된다.

본 발명의 제5 실시예에 따르는 PCB상의 송신 안테나 소자 및 수신 안테나 소자의 상대적인 위치의 개요 설명은 도 5를 참고로 이하 후술된다.

송신 안테나 소자(5)는 이동 전화와 같은 휴대용 무선 통신 장치의 PCB(1)의 2개의 대향하는 횡방향 에지들간의 절반에 위치하는 평면 안테나이다. 에지까지의 거리는 적어도 1 밀리미터이다. 송신 안테나 소자(5)의 2개의 피딩 포인트(6)는 PCB(1)의 상부에서 도시된다.

수신 안테나 소자(11)는 PCB의 송신 안테나 소자와 하나의 에지간에 위치한 루프 안테나이다. 루프 안테나는 평면 안테나에 수직하여 위치한다. 수신 안테나 소자(11)의 2개의 피딩 포인트(12)는 PCB(1)의 상부 근처에 도시된다.

비록 상술한 안테나 소자들이 평면 또는 루프 안테나인 것으로 설명된다 하더라도, 이들은 임의의 내부 안테나 타입, 예컨대, PIFA, 스트립 안테나, 멘더 안테나 등일 수 있다.

더욱이, 이동 전화의 다중 대역 커버리지를 제공하기 위하여, 송신 안테나 및 수신 안테나 각각은 여러 주파수 대역에서 공진하도록 배열되거나, 이동 전화는 하나의 주파수 대역에서 공진하도록 각각 배열되는 여러 송신 안테나 및 수신 안테나를 구비할 수 있다. 또한, 단일 주파수 대역 안테나를 다중 주파수 대역 안테나와 조합하는 것도 가능하다.

이동 전화에 제공된 제2 송신 안테나 소자 및 제2 수신 안테나 소자에서, 다중 대역 커버리지는 각각의 안테나가 단지 하나의 주파수 대역에서 공진하는 것으로 얻어진다.

상술한 바와 같이, 수신 안테나는 SAR에 거의 영향을 미치지 않으며, 따라서 SAR을 크게 증가시킴이 없이 PCB의 일반 외관 외부에 수신 안테나 소자를 일부분 위치시키는 것이 가능하게 된다. 수신 안테나 소자는 따라서 PCB에 평행한 평면부, 및 PCB의 하나 이상의 에지 주변에서 폴딩된 폴딩부를 가진다.

본 발명이 다양한 방식에서 변화될 수 있음은 자명하다. 이런 변동은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 고려되지 않는다. 모든 이러한 변동은 본 기술 분야의 전문가에게는 본 발명의 범위내에 포함되는 것임이 자명하다.

Claims (19)

1. 접지면 장치를 한정하는 평면 인쇄 회로 기판(1)을 하우징하는 케이싱을 포함하는 휴대용 무선 통신 장치용으로서, 상기 케이싱 내에 장착가능한 무선 신호의 송신용이며 상기 인쇄 회로 기판에 접속되는 제1 안테나 소자(4; 5), 및 상기 케이싱 내에 장착가능한 무선 신호 수신용이며 상기 인쇄 회로 기판에 접속되는 제2 안테나 소자(7; 9; 11)를 포함하는 안테나 장치에 있어서,

   상기 제1 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판 위에 장착될 때 상기 평면 인쇄 회로 기판에 평행한 면에 수직하는 상기 인쇄 회로 기판상에서의 돌출부를 가지며,

   상기 제1 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판이 상기 면의 모든 방향에서 적어도 1 밀리미터의 거리만큼 상기 돌출부 보다 더 연장되도록 하는 크기 및 위치를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 본질적으로 평면이며 상기 인쇄 회로 기판에 평행하게 장착가능한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판 위에 장착될 때 상기 평면 인쇄 회로 기판에 평행한 면에 수직하는 상기 인쇄 회로 기판상에서의 돌출부를 가지며,

   상기 제2 안테나 소자는 상기 제2 안테나 소자의 돌출부가 상기 면의 적어도 하나의 방향에서 상기 제1 안테나 소자의 돌출부 보다 더 연장되도록 하는 크기 및 위치를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판이 상기 면의 모든 방향에서 상기 제2 안테나 소자의 돌출부 보다 더 연장되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2 안테나 소자는 상기 제2 안테나 소자의 돌출부가 상기 면의 적어도 하나의 방향에서 상기 인쇄 회로 기판 보다 더 연장되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
6. 제1항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자의 돌출부가 상기 인쇄 회로 기판의 2개의 대향하는 에지로부터 동일하게 이격되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
7. 제1항 내지 제6항중 어느 한항에 있어서, 상기 안테나 장치는,

   상기 케이싱 내에서 장착가능한 무선 신호의 송신용이며 상기 인쇄 회로 기판에 접속가능한 제3 안테나 소자, 및

   상기 케이싱 내에서 장착가능한 무선 신호의 수신용이며 상기 인쇄 회로 기판에 접속가능한 제4 안테나 소자를 포함하며,

   상기 제3 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판 위에 장착될 때 상기 평면 인쇄 회로 기판에 평행한 상기 면에 수직하는 상기 인쇄 회로 기판상에서의 돌출부를 가지며,

   상기 제3 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판이 상기 면의 모든 방향에서 적어도 1 밀리미터의 거리만큼 상기 제3 안테나 소자의 돌출부 보다 더 연장되도록 하는 크기 및 위치를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
8. 제1항 내지 제7항중 어느 한항에 있어서, 상기 거리는 적어도 2 밀리미터인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
9. 제1항 내지 제7항중 어느 한항에 있어서, 상기 거리는 적어도 3 밀리미터인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
10. 제1항 내지 제9항중 어느 한항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 불평형이며 상기 제2 안테나 소자는 평형인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
11. 제1항 내지 제9항중 어느 한항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 평형이며상기 제2 안테나 소자는 불평형인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
12. 케이싱; 상기 케이싱에 제공되어, 접지면 장치를 한정하는 평면 인쇄 회로 기판(1); 상기 케이싱 내에 장착된 무선 신호의 송신용이며 상기 인쇄 회로 기판에 접속되는 제1 안테나 소자(4; 5); 및 상기 케이싱 내에 장착된 무선 신호의 수신용이며 상기 인쇄 회로 기판에 접속되는 제2 안테나 소자(7; 9; 11)를 포함하는 휴대용 무선 통신 장치에 있어서,

    상기 제1 안테나 소자는 상기 평면 인쇄 회로 기판에 평행한 면에 수직하는 상기 인쇄 회로 기판상에서의 돌출부를 가지며,

    상기 제1 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판이 상기 면의 모든 방향에서 적어도 1 밀리미터의 거리만큼 상기 돌출부 보다 더 연장되도록 하는 크기 및 위치를 가지는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 본질적으로 평면이며 상기 인쇄 회로 기판에 평행하게 장착되는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 제2 안테나 소자는 상기 평면 인쇄 회로 기판에 평행한 상기 면에 수직하는 상기 인쇄 회로 기판상에서의 돌출부를 가지며,

    상기 제2 안테나 소자는 상기 제2 안테나 소자의 돌출부가 상기 면의 적어도하나의 방향에서 상기 제1 안테나 소자의 돌출부 보다 더 연장되도록 하는 크기 및 위치를 가지는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 제2 안테나 소자는 상기 인쇄 회로 기판이 상기 면의 모든 방향에서 상기 제2 안테나 소자의 돌출부 보다 더 연장되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 제2 안테나 소자는 상기 제2 안테나 소자의 돌출부가 상기 면의 적어도 하나의 방향에서 상기 인쇄 회로 기판 보다 더 연장되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 상기 제1 안테나 소자의 돌출부가 상기 인쇄 회로 기판의 2개의 대향하는 에지로부터 동일하게 이격되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한항에 있어서, 상기 상기 제1 안테나 소자는 평형이며 상기 제2 안테나 소자는 불평형인 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
19. 제12항 내지 제17항 중 어느 한항에 있어서, 상기 상기 제1 안테나 소자는불평형이며 상기 제2 안테나 소자는 평형인 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.