KR20020091760A - A built-in type antenna for a portable mobile - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 휴대용 단말기의 내장형 안테나에 관한 것으로, 특히 단말기의 내부에 실장되어 단말기의 휴대가 용이하고, 단말기의 사용시 사용자 방향으로의 전자파 복사를 감소시키며, 제조원가를 절감시킬 수 있는 휴대용 단말기의 내장형 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a built-in antenna of a portable terminal, in particular, mounted inside the terminal is easy to carry the terminal, to reduce the electromagnetic radiation to the user direction when using the terminal, the built-in antenna of the portable terminal that can reduce the manufacturing cost It is about.
일반적으로 휴대용 단말기에 사용되는 안테나는 주로 선형의 모노폴 안테나또는 헬리컬 안테나를 많이 사용하였다.In general, an antenna used in a portable terminal mainly uses a linear monopole antenna or a helical antenna.
그러나, 이러한 선형 또는 헬리컬 안테나는 무지향 복사특성을 갖는 장점에 반하여 안테나가 단말기의 외부로 돌출되어 있어서 외력에 의한 외형 파손과 그에 따른 특성열화의 우려가 있으며, 최근 문제로 제기되고 있는 인체유해 가능성이 있는 전자파가 사용자 방향으로도 복사될 수 있는 문제점이 있다.However, the linear or helical antenna has an omnidirectional radiation characteristic, but the antenna protrudes to the outside of the terminal, causing external damage and deterioration of characteristics due to external force. There is a problem that the electromagnetic wave can be radiated to the user direction.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 휴대용 단말기의 외부로 돌출되지 않고, 단말기 내부에 실장되는 내장형 안테나로서 통상 마이크로스트립 패치 안테나 또는 평판 역F형 안테나가 사용되고 있다.Therefore, in order to solve this problem, a microstrip patch antenna or a flat inverted F antenna is generally used as an internal antenna mounted inside the terminal without protruding from the outside of the portable terminal.
상기 마이크로스트립 패치 안테나는 유전체의 일측면에 그라운드면이 형성되고 타측면에 패치가 형성된 것으로서 소정 면적의 그라운드를 확보해야 하므로 안테나의 크기가 커지고 협대역이라는 문제점이 있다.The microstrip patch antenna has a problem that the ground plane is formed on one side of the dielectric and the patch is formed on the other side, so that the ground of a predetermined area must be secured, thereby increasing the size of the antenna and the narrow band.
그리고, 상기 평판 역F형 안테나는 급전점과 근접된 위치에서 복사소자를 접지시킴으로써 상기 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 소형화할 수 있으나, 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.The flat inverted-F antenna can be miniaturized compared to the microstrip patch antenna by grounding the radiating element at a position close to the feed point, but there is a complicated manufacturing process.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단말기의 내부에 안테나를 실장함으로써 휴대 및 사용상의 편리함을 제공하고, 단말기 사용시 사용자 방향으로의 전자파 복사를 줄이며, 안테나의 크기를 최소화하면서도 슬롯이 형태와 단락핀의 위치를 변화시켜 광대역 특성을 얻을 수 있는 휴대용 단말기의 내장형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by providing the convenience of portability and use by mounting the antenna inside the terminal, reducing the electromagnetic radiation to the user direction when using the terminal, minimizing the size of the antenna However, the purpose of the present invention is to provide a built-in antenna of a portable terminal in which a slot can change a shape and a position of a short pin to obtain broadband characteristics.
또한, 본 발명은 제조원가를 절감시키고, 표면실장기술을 이용하여 제조 공정을 용이하게 한 휴대용 단말기의 내장형 안테나를 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a built-in antenna of a portable terminal, which reduces manufacturing costs and facilitates a manufacturing process by using surface mount technology.
도 1a 및 도 1b 는 본 발명에 의한 제1 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나가 휴대용 단말기의 인쇄회로기판 위에 장착된 상태를 도시한 사시도 및 정면도.1A and 1B are a perspective view and a front view showing a state in which a built-in antenna having a slot of a first form according to the present invention is mounted on a printed circuit board of a portable terminal;
도 2 는 본 발명에 의한 제1 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나와 이를 인쇄회로기판상에서 지지하는 지지부재를 분해 도시한 사시도.Figure 2 is an exploded perspective view showing a built-in antenna having a slot of the first form according to the present invention and a supporting member for supporting it on a printed circuit board.
도 3 은 본 발명에 의한 변형된 제1 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나가 인쇄회로기판 위에 장착된 상태를 도시한 사시도.3 is a perspective view showing a state in which a built-in antenna having a modified first type slot according to the present invention is mounted on a printed circuit board;
도 4 는 본 발명에 의한 제2 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나를 도시한 사시도.Figure 4 is a perspective view showing a built-in antenna with a slot of the second form according to the present invention.
도 5a 및 도 5b 는 본 발명에 의한 제3 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나가 인쇄회로기판 위에 장착된 상태를 도시한 사시도.5A and 5B are perspective views illustrating a state in which a built-in antenna having a slot of the third form according to the present invention is mounted on a printed circuit board;
도 6 은 본 발명에 의한 제4 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나를 도시한 사시도.Figure 6 is a perspective view showing a built-in antenna with a slot of the fourth form according to the present invention.
도 7a 및 도 7b 는 본 발명에 의한 내장형 안테나의 단락핀 위치에 따른 전압정재파비를 도시한 그래프.7a and 7b are graphs showing the voltage standing wave ratio according to the position of the short-circuit pin of the built-in antenna according to the present invention.
도 8a 및 도 8b 는 본 발명에 의한 내장형 안테나의 복사패턴을 도시한 도면.8A and 8B illustrate radiation patterns of the built-in antenna according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1: 기판10: 안테나1: Substrate 10: Antenna
11: 급전핀 장착공12: 단락핀 장착공11: Feeding pin mounting hole 12: Shorting pin mounting hole
13, 14, 15, 16, 17, 18: 슬롯13, 14, 15, 16, 17, 18: slot
20: 지지부재21: 지지면20: support member 21: support surface
22: 측벽23: 급전핀 삽입공22: side wall 23: feed pin insertion hole
24: 단락핀 삽입공30: 급전핀24: short circuit pin insertion hole 30: feed pin
40: 단락핀40: short circuit pin
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 일변 일측부에 급전핀이 삽입되기 위한 급전핀 장착공이 형성되고, 상기 일변 타측부에 단락핀이 삽입되기 위한 단락핀 장착공이 형성되며, 상기 급전핀 장착공과 단락핀 장착공 사이의 일변으로부터 길이방향으로 연장되고 그 연장선상에서 다시 폭방향으로 연장되는 슬롯이 형성되며, 절연재질로 형성된 지지부재에 의하여 휴대 단말기의 기판상에 소정 높이를 갖고 지지되는 휴대용 단말기의 내장형 안테나를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention, the feed pin mounting hole for inserting the feed pin is formed on one side of one side, the short circuit pin mounting hole for inserting the short circuit pin is formed on the other side of the one side, A slot extending in the longitudinal direction from the one side between the pin mounting hole and the short-circuit pin mounting hole and extending in the width direction again on the extension line is formed, and is supported on the substrate of the mobile terminal with a predetermined height by a supporting member formed of an insulating material. Provided is an internal antenna of a portable terminal.
상기 슬롯은 일변으로부터 길이방향으로 연장되고, 그 연장단부에서 폭방향 일측으로 연장되는 형태로 형성되되, 그 길이는 λ/4보다 짧은 것이 바람직하다.The slot extends from one side in the longitudinal direction and extends from the extended end to the one side in the width direction, the length of which is preferably shorter than λ / 4.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 1a 및 도 1b 는 본 발명의 제1 실시예에 의한 내장형 안테나가 휴대용 단말기의 인쇄회로기판 위에 장착된 상태를 도시한 사시도 및 정면도이고, 도 2 는 본 발명에 의한 내장형 안테나와 이를 인쇄회로기판상에서 지지하는 지지부재를 분해 도시한 사시도이다.1A and 1B are a perspective view and a front view illustrating a state in which a built-in antenna according to a first embodiment of the present invention is mounted on a printed circuit board of a portable terminal, and FIG. 2 is a built-in antenna and a printed circuit board according to the present invention. It is the perspective view which exploded and shown the support member which supports on the top.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 내장형 안테나(10)는 절연 재질로 이루어진 지지부재(20)에 인쇄회로기판(1) 상에서 지지 장착된다.As shown in the figure, the built-in antenna 10 according to the present invention is mounted on the printed circuit board 1 to the support member 20 made of an insulating material.
상기 안테나(10)는, 평판 형태로 이루어지고 일변 일측부에 급전핀(30)이 삽입되기 위한 급전핀 장착공(11)이 형성되고, 상기 일변 타측부에 단락핀(40)이 삽입되기 위한 단락핀 장착공(12)이 형성되며, 상기 급전핀 장착공(11)과 단락핀 장착공(12) 사이의 일변으로부터 길이(L)방향으로 연장되고 그 연장단부에서 다시 폭(W)방향으로 연장되는 슬롯(13)이 형성된다.The antenna 10 has a flat plate shape, and a feed pin mounting hole 11 for inserting the feed pin 30 into one side of one side is formed, and the shorting pin 40 is inserted into the other side of the side. The short-circuit pin mounting hole 12 is formed, and extends in the length (L) direction from one side between the feed pin mounting hole 11 and the short-circuit pin mounting hole 12 and again in the width (W) direction at the extended end thereof. An elongated slot 13 is formed.
즉, 상기 안테나(10)는 절연판(10a)과, 상기 절연판(10a)의 상면에 구비되는 동박(10b)과, 상기 절연판(10a)을 지지하는 지지부재(20)와, 상기 동박(10b)에 소정 형상으로 슬롯(13)을 형성함으로써 이루어진다.That is, the antenna 10 includes an insulating plate 10a, a copper foil 10b provided on an upper surface of the insulating plate 10a, a supporting member 20 for supporting the insulating plate 10a, and the copper foil 10b. By forming the slot 13 in a predetermined shape.
상기 지지부재(20)는 상기 안테나(10)의 평면형상에 대응하는 형상으로 이루어지는 지지면(21)과, 상기 안테나(10)를 인쇄회로기판(1)으로부터 소정 높이 위치되도록 상기 지지면(21)의 양단으로부터 연장되는 측벽(22)으로 이루어진다.The support member 20 has a support surface 21 having a shape corresponding to the plane shape of the antenna 10 and the support surface 21 such that the antenna 10 is positioned at a predetermined height from the printed circuit board 1. ) And side walls 22 extending from both ends.
또한, 상기 지지부재(20)의 지지면(21)에는 상기 안테나(10)에 급전핀 장착공(11)과 단락핀 장착공(12)과 대응하는 위치에 급전핀(30)과 단락핀(40)이 관통하는 급전핀 관통공(23)과 단락핀 관통공(24)이 각각 형성된다.In addition, the support surface 21 of the support member 20, the feed pin 30 and the short circuit pin (in the position corresponding to the feed pin mounting hole 11 and the short-circuit pin mounting hole 12 in the antenna 10 ( The feed pin through hole 23 and the short circuit pin through hole 24 through which 40 is formed are respectively formed.
여기에서, 상기 안테나(10)에 형성되는 단락핀 장착공(12)의 위치는 급전핀 장착공(11)으로부터 시작하여 슬롯(13)을 선회하는 전류흐름경로의 최종단에 위치함으로써 패치의 슬롯(13) 둘레와 함께 약 λ/2의 전류흐름경로를 형성한다.Here, the position of the short-circuit pin mounting hole 12 formed in the antenna 10 is located at the end of the current flow path turning the slot 13, starting from the feed pin mounting hole 11, the slot of the patch (13) Together with the perimeter, a current flow path of approximately λ / 2 is formed.
상기 급전핀(30) 및 단락핀(40)은 안테나 급전을 위한 동축선(50)이 연결되거나 단말기의 회로기판에 직접 장착된다.The feed pin 30 and the shorting pin 40 are connected to a coaxial line 50 for antenna feeding or directly mounted on a circuit board of the terminal.
상기 안테나(10)는 급전핀(30)을 이용한 프루브 급전이며, 상기 단락핀(40)은 그 위치를 변화시킴으로써 안테나(10)의 동작주파수를 바꿀 수 있는데 상기 단락핀(40)이 급전핀(30)으로부터 멀어질수록 높은 주파수에 공진한다.The antenna 10 is a probe feed using the feed pin 30, and the short pin 40 may change the operating frequency of the antenna 10 by changing its position. The further away from the resonator the higher the frequency.
제1 실시예에서 상기 슬롯(13)의 형태는 도 1 에 도시한 바와 같이, 일변으로부터 길이방향으로 연장되고, 그 연장단부에서 폭방향 일측으로 연장되는 "ㄱ" 형태로 이루어질 수 있고, 도 3 에 도시한 바와 같이, 일변으로부터 길이방향으로 연장되고, 그 연장단부에서 폭방향 타측으로 연장되는 "┌"자 형태의 슬롯(14)으로 이루어질 수 있다.In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the slot 13 may be formed in a shape of “a” extending longitudinally from one side and extending in one width direction at an extended end thereof, and FIG. 3. As shown in the drawing, it may be formed of a slot 14 having a "┌" shape extending in the longitudinal direction from one side and extending in the width direction at the other end thereof.
도 4 는 본 발명에 의한 제2 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나를 도시한 것으로, 일변으로부터 단락핀 장착공(11)과 급전핀 장착공(12) 사이에서 길이방향으로 연장되고, 그 연장단부에서 폭방향으로 연장되며, 다시 그 폭방향 연장단부에서 일변측으로 연장되는 형태로, 개방부가 하부를 향하는 대략 "ㄷ"자 형태의 슬롯(15)으로 이루어진다.Figure 4 shows a built-in antenna with a slot of the second form according to the present invention, extending in the longitudinal direction between the short-circuit pin mounting hole 11 and the feed pin mounting hole 12 from one side, It extends in the width direction, and in the form extending from the widthwise extension end portion to the one side side, the opening is made of a slot (15) of approximately "C" shaped toward the bottom.
도 5a 및 도 5b 는 각각 본 발명에 의한 제3 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나를 도시한 것으로, 일변으로부터 단락핀 장착공(11)과 급전핀 장착공(12) 사이에서 길이방향으로 연장되고, 그 연장단부에서 폭방향 양측으로 연장되는 "┬" 형태의 슬롯(16)으로 이루어질 수 있고, 도 5b 와 같이 폭방향 양측으로 연장되는 길이를 달리하는 슬롯(17)으로 형성할 수 있다.5A and 5B illustrate internal antennas in which slots of a third form according to the present invention are formed, respectively, extending in a longitudinal direction between the short-circuit pin mounting hole 11 and the feed pin mounting hole 12 from one side, It may be formed of a slot (16) of the "┬" shape extending from the extending end to both sides in the width direction, it may be formed as a slot 17 having a different length extending in both width directions as shown in FIG.
도 6 은 본 발명에 의한 제 4 형태의 슬롯이 형성된 내장형 안테나를 도시한 것으로, 일변으로부터 단락핀 장착공(11)과 급전핀 장착공(12) 사이에서 길이방향으로 연장되고, 그 길이방향 연장 슬롯(18a)의 소정 지점에서 폭방향 일측으로 연장되는 "┤" 형태의 슬롯(18)으로 이루어질 수 있다.Figure 6 shows a built-in antenna having a slot of the fourth form according to the present invention, extending in the longitudinal direction between the short-circuit pin mounting hole 11 and the feed pin mounting hole 12 from one side, the longitudinal extension thereof It may be composed of a slot (18) of the "┤" shape extending to one side in the width direction at a predetermined point of the slot (18a).
상기 각 슬롯(13, 14, 15, 16, 17, 18)의 길이(Ws＋Ls)는 안테나(10)가 공진하는 중심주파수를 결정하고, 슬롯의 폭(Wss)은 그 값을 미세하게 변화시킴으로써 안테나의 대역폭을 결정한다.The length (Ws + Ls) of each of the slots 13, 14, 15, 16, 17, and 18 determines the center frequency at which the antenna 10 resonates, and the width of the slot (Wss) changes the value by changing the antenna minutely. Determine the bandwidth of
여기에서, 상기 각 슬롯(13, 14, 15, 16, 17, 18)의 길이는 λ/4보다 짧은 길이를 갖는 것이 바람직하며, 슬롯의 폭은 본 발명의 실시예에서는 1mm로 하였다.Here, the length of each slot 13, 14, 15, 16, 17, 18 is preferably shorter than λ / 4, the width of the slot is 1mm in the embodiment of the present invention.
한편, 상기 안테나(10)의 유전율과 지지부재(20)의 높이는 안테나의 동작주파수를 튜닝하기 위한 파라메타로 이용되는데, 유전율이 클수록 낮은 주파수에서 동작하고 높이가 낮을수록 높은 주파수에서 동작한다. 본 발명에서는 유전율이 약 4.8인 FR-4기판을 사용하였으며, 높이는 일반적인 단말기의 두께를 고려하여 6mm이내로 하였다. 그리고, 상기 지지부재(20)는 폴리카보이네 등과 같은 플라스틱으로 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the dielectric constant of the antenna 10 and the height of the support member 20 is used as a parameter for tuning the operating frequency of the antenna, the higher the dielectric constant is operated at a lower frequency and the lower the height is operated at a higher frequency. In the present invention, a FR-4 substrate having a dielectric constant of about 4.8 was used, and the height was set to be within 6 mm in consideration of the thickness of a general terminal. In addition, the support member 20 is preferably formed of a plastic such as polycarbonate.
또한, 상기 안테나(10)는 FR-4 복합물질로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 지지부재(20)는 폴리카보네이트 등과같은 플라스틱으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the antenna 10 is preferably formed of a FR-4 composite material, the support member 20 is preferably formed of a plastic such as polycarbonate.
여기에서, 상기 FR-4는 미국전기공업협회(NEMA: National Electrical Manufactures Association)의 규격으로써, 유리 에폭시계 기판을 사용하여 가공이 용이하고 치수변화나 흡수성이 적어 다층판을 구성할 수 있기 때문에 산업기기 등에 널리 이용된다.Herein, FR-4 is a standard of the National Electrical Manufacturers Association (NEMA), which is easy to process using glass epoxy-based substrates, and has a low dimensional change and absorption, so that a multilayer board may be formed. Widely used in equipment and the like.
이와 같은 본 발명에 의한 안테나는 슬롯의 길이를 적절히 조절함으로서 안테나의 동작주파수를 결정하고, 급전점에서 슬롯을 선회하는 전류경로의 종단에 단락핀을 위치시킨 후, 상기 단락핀의 위치를 변화시키거나 상기 슬롯의 폭을 미세조정하여 주파수와 대역폭을 튜닝한다.The antenna according to the present invention determines the operating frequency of the antenna by appropriately adjusting the length of the slot, and after the short pin is positioned at the end of the current path turning the slot at the feed point, the position of the short pin is changed. Or fine tune the width of the slot to tune the frequency and bandwidth.
도 7a 및 도 7b 는 본 발명에 의한 내장형 안테나의 단락핀 위치에 따른 전압정재파비를 나타내는 그래프로서, 도 7a 는 단락핀이 A 위치일 경우이고, 도 7b 는 단락핀이 B위치일 경우이다.7A and 7B are graphs showing voltage standing wave ratios according to short-circuit pin positions of the built-in antenna according to the present invention. FIG. 7A is a case where the short-circuit pin is in the A position and FIG. 7B is a case where the short-circuit pin is in the B position.
도 7a에서 전압정재파비(VSWR: Valtage Standing Wave Ratio)가 2이하인 주파수 대역은 1.43 ∼ 1.53GHz로 약 100MHz 정도의 대역폭을 갖고 중심주파수가 1.48GHz인 것을 알 수 있으며, 도 7b 에서는 주파수 대역이 1.6 ∼ 1.7GHz이고 중심주파수는 1.65GHz인 것을 알 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 단락핀의 위치가 급전핀으로부터 멀어짐에 따라 높은 주파수에 공진하게 된다.In FIG. 7A, the frequency band having a voltage standing wave ratio (VSWR) of 2 or less is 1.43 to 1.53 GHz and has a bandwidth of about 100 MHz, and the center frequency is 1.48 GHz. In FIG. 7 b, the frequency band is 1.6. It can be seen that the 1.7GHz and the center frequency are 1.65GHz. Therefore, as described above, as the position of the shorting pin moves away from the feed pin, the short circuit pin resonates at a high frequency.
도 8a 및 도 8b 는 본 발명에 의한 내장형 안테나의 복사패턴을 도시한 도면으로서, 도 8a 에서 복사패턴의 형태는 안테나가 장착된 방향으로의 복사가 강하고 단말기의 하부쪽으로 치우쳐 있으며, 도 8b 에서는 전체적으로 고른 분포를 나타냄과 동시에 급전핀이 있는 쪽이 좀 더 강한 복사패턴을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 단말기 사용시 사용자 방향으로의 전자파 복사가 감소하게 된다.8A and 8B illustrate a radiation pattern of an internal antenna according to the present invention. In FIG. 8A, the radiation pattern has a strong radiation in the direction in which the antenna is mounted and is biased toward the lower side of the terminal. At the same time, it can be seen that the feed pin has a stronger radiation pattern. Therefore, as described above, when the terminal is used, electromagnetic wave radiation toward the user is reduced.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 휴대 단말기의 내장형 안테나는 단말기의 내부에 안테나를 실장함으로써 휴대 및 사용상의 편리함을 제공할 수 있고, 단말기 사용시 사용자 방향으로의 전자파 복사를 줄이며, 안테나의 크기를 최소화하면서도 슬롯의 형태와 단락핀의 위치를 변환시켜 광대역 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, the built-in antenna of the portable terminal according to the present invention can provide convenience in portability and use by mounting the antenna inside the terminal, reduce the electromagnetic radiation to the user direction when using the terminal, and minimize the size of the antenna However, it is possible to obtain broadband characteristics by changing the shape of the slot and the position of the shorting pin.
또한, 본 발명은 제조원가를 절감시키고, 표면실장기술을 이용하여 제조 공정을 용이하게 한 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the manufacturing cost and facilitating the manufacturing process using the surface mounting technology.
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