KR200360025Y1 - 이동통신 단말기용 다중대역 안테나 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속하는 기술분야

본 고안은 이동통신 단말기용 다중대역 안테나에 관한 것임.

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 고안은 급전체 상단부의 길이값을 조정하고, 급전체와 전도체를 비접촉하여 용량성 결합구조로 안테나 급전을 함으로써, 고주파수 대역에서 광대역 특성을 가지며 고효율의 방사성능을 확보할 수 있도록 한 이동통신 단말기용 다중대역 안테나 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 고안의 해결 방법의 요지

본 고안은, 이동통신 단말기용 다중대역 안테나에 있어서, 단말기의 송수신 신호를 전달하며, 상기 송수신 신호의 주파수 대역에서 공진하기 위한 상단부 및 상기 상단부의 하부와 단말기 내부 장치를 연결하기 위한 하단부로 구분되고, 상기 상단부의 길이를 고주파 대역에 대응하여 조정하는 급전체; 상기 급전체 상단부의 상부와 연결되는 내부 유전체; 상기 급전체와 용량성 결합을 이루고, 저주파 대역에서 공진하기 위하여 상기 급전체와 비접촉되어 내부 유전체를 나선형으로 감싸는 전도체; 및 상기 급전체, 상기 전도체 및 상기 내부 유전체를 외부환경으로부터 보호하기 위한 커버를 포함함.

4. 고안의 중요한 용도

본 고안은 이동통신 단말기 등에 이용됨.

Description

이동통신 단말기용 다중대역 안테나{Multiband antenna for mobile communication terminal}

본 고안은 이동통신 단말기용 다중대역 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급전체 상단부의 길이값을 조정하고, 헬리컬 안테나의 급전방식을 용량성 결합구조로 하여, 고주파에서 광대역 특성을 가지며 고효율의 방사성능을 확보할 수 있는 이동통신 단말기용 다중대역 안테나 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 단말기는 사용자가 이동중인 실외나 실내 즉, 장소와 시간에 관계없이 원하는 상대와의 통화를 가능하게 해주는 이동통신 수단으로서, 산업발전에 따른 이동통신 단말기의 사용인구가 증가되고 있으며, 그 증가 추세가 날로 급등하여 다양한 형태의 디자인으로 시판되고 있어, 남녀노소를 불문하고 현대인의 필수품이 되고 있다.

이러한 이동통신 단말기의 종류로는 셀룰러폰(Cellular Phone), 개인휴대통신 단말기(Personal Communication Service; PCS), 개인용 디지털 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 차세대 이동통신 단말기(IMT-2000) 등이 있다.

도 1은 종래의 이동통신 단말기용 안테나의 상세 구조도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 이동통신 단말기의 안테나는 안테나와 단말기 몸체를 연결시켜 주는 금속성분의 급전체(111), 급전체(111) 상단부와 연결되는 내부 유전체(112), 내부 유전체(112)를 나선형으로 감싸고 있는 나선형 전도체(헬리컬 스프링)(113), 헬리컬 안테나의 내부장치를 전체적으로 감싸고 있는 외부 유전체(커버)(114) 및 안테나 상단부에 장착되는 노브(120)를 포함한다.

여기서, 급전체(111)와 나선형 전도체(113)가 접촉되어 일반적인 이중공진 안테나를 이룬다. 즉, 급전체(111)와 나선형 전도체(112)가 접촉되어 하나의 전기적인 길이값으로 작용함으로써 저주파 대역에서의공진 및 채배되는 고주파 대역에서의공진이 발생한다.

도 2는 종래의 이동통신 단말기용 안테나의 공진 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 이동통신 단말기용 안테나(100)는 900MHz 대역에서 1차 공진을 발생하고, 1.9GHz 대역에서 2차 공진이 발생하여 이중대역 이동통신 시스템에서 사용하기에 적합하다.

예를 들어, 900MHz 대역에서의 공진점은 셀룰러 방식의 이동통신 단말기에서 안테나로서 동작할 수 있으며, 1.9GHz 대역의 2차 공진점은 개인휴대통신(PCS ; Personal Communication Service) 방식의 이동통신 단말기에서 안테나로서 동작할 수 있다.

그러나, 이동통신 시스템이 다양해지면서, 이동통신 단말기가 해당서비스를 제공하기 위해서는 기존의 셀룰러 대역, PCS 대역뿐만 아니라, WCDMA(Wideband Code Division Modulation access)(IMT-2000), 위성 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 대역에서 사용되는 이동통신 단말기용 안테나는 각각의 단일 대역 특성뿐만 아니라 전 대역을 포괄할 수 있는 광대역 특성을 확보해야 한다.

그러나, 기존의 안테나는 도 2의 경우와 같이, 셀룰러 방식 및 개인휴대통신 방식의 이동통신 단말기에서는 동작할 수 있으나, WCDMA(IMT-2000), 위성 DMB 대역을 포함하는 고주파 대역(1.7GHz ~ 3GHz)에서는 공진하지 않으므로, 해당 시스템에서는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 고안은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 급전체 상단부의 길이값을 조정하고, 급전체와 전도체를 비접촉하여 용량성 결합구조로 안테나 급전을 함으로써, 고주파수 대역에서 광대역 특성을 가지며 고효율의 방사성능을 확보할 수 있도록 한 이동통신 단말기용 다중대역 안테나 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이동통신 단말기용 안테나의 상세 구조도,

도 2는 종래의 이동통신 단말기용 안테나의 공진 특성을 설명하기 위한 도면,

도 3a는 본 고안에 따른 이동통신 단말기용 다중대역 안테나의 일실시예도,

도 3b는 본 고안에 따른 이동통신 단말기용 다중대역 안테나의 다른 실시예도,

도 4는 상기 도 3a의 안테나를 전기적 등가회로로 나타낸 도면,

도 5a는 상기 도 3a의 안테나의 공진 특성을 설명하기 위한 도면,

도 5b는 상기 도 3a의 안테나를 이동통신 단말기에 적용시 공진 특성 및 방사 특성을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

311 : 급전체 312 : 내부 유전체

313 : 단일피치 구조의 전도체 314 : 커버

315 : 이중피치 구조의 전도체 320 : 노브

410 : 전도체에 의해 생성되는 인덕터(L1)

420 : 급전체에 의해 생성되는 인덕터(L2)

430 : 용량성 결합에 의해 유도되는 캐패시터(C)

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 이동통신 단말기용 다중대역 안테나에 있어서, 단말기의 송수신 신호를 전달하며, 상기 송수신 신호의 주파수 대역에서 공진하기 위한 상단부 및 상기 상단부의 하부와 단말기 내부 장치를 연결하기 위한 하단부로 구분되고, 상기 상단부의 길이를 고주파 대역에 대응하여 조정하는 급전체; 상기 급전체 상단부의 상부와 연결되는 내부 유전체; 상기 급전체와 용량성 결합을 이루고, 저주파 대역에서 공진하기 위하여 상기 급전체와 비접촉되어 내부 유전체를 나선형으로 감싸는 전도체; 및 상기 급전체, 상기 전도체 및 상기 내부 유전체를 외부환경으로부터 보호하기 위한 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 3a는 본 고안에 따른 이동통신 단말기용 다중대역 안테나의 일실시예도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 이동통신 단말기용 다중대역 안테나(300)는 안테나와 단말기를 연결하며, 고주파 대역에서 광대역 특성을 갖기 위하여 상단부의 길이값을 조정하고, 송수신 신호를 전달하는 급전체(311), 상기 급전체의 상부와 연결되는 내부 유전체(312), 상기 급전체(311)와 용량성 결합을 이루고, 저주파 대역에서 공진하기 위하여 상기 급전체(311)와 비접촉되어 내부 유전체(312)를 나선형으로 감싸는 전도체(313) 및 상기 급전체(311), 상기 내부 유전체(312), 상기 전도체(313)를 외부환경으로부터 보호하기 위한 커버(314) 및 안테나의 상단부에 장착되는 노브(320)를 포함한다.

상기 급전체(311)는 상기 안테나(300)와 무선통신 단말기 내부를 연결하는 나사부의 역할을 하는 하단부와 송수신 주파수 대역에서 공진하기 위한 상단부로 이루어진다.

상기 급전체(311) 상단부는 본 발명에 따라 고주파수 대역에 대응하여 길이 및 폭을 조정하는 가변부 a와 상기 급전체(311)를 상기 내부 유전체(312) 및 커버(314)와 연결하기 위해 길이, 폭 및 모양 등이 고정되어 있는 고정부 b로 이루어진다.

따라서, 상기 급전체(311) 상단부의 가변부 a를 조정함으로써, 고주파수 대역(1.7GHz ~ 3GHz)에서 공진이 발생하고, 광대역의 특성을 얻게 된다.

이 때, 고주파 대역 각각의 주파수에서 공진이 이루어질 수 있는 급전체 상단부의 길이값은 아래의 수학식 1에 근거하여 구한다.

상술한 바와 같이, 수학식 1에 의하면 고주파수 대역에서 공진하기 위한 이론적인 안테나 급전체 상단부의 길이값은 2.5cm ~ 4.41cm가 된다.

그러나, 안테나 급전체 자체의 고유 길이값(상단부) 외에 외곽의 유전체와 커버로 인해 전기적인 길이값이 보상되므로 실제 안테나 급전체의 상단부 길이값은1.0cm ~ 2.0cm로 결정하는 것이 바람직하다.

결과적으로, 도 3a의 급전체 상단부의 길이값은 1.0cm ~ 2.0cm의 범위 내에서 조정한다.

상기 급전체 상단부의 길이값을 상기 범위 내에서 변경하면 표 1과 같이, 고주파수 대역의 공진 포인트가 달라진다.

급전체의 길이	공진 주파수
1.45cm	2.529GHz
1.40cm	2.551GHz
1.35cm	2.598GHz
1.30cm	2.630GHz

이 때, 본 고안에 적용되는 안테나에서는 상기 급전체 상단부의 길이값이 1.3cm 미만이 되면 고주파수 대역 중 낮은쪽 주파수에서 기생 공진 포인트가 발생하게 되고, 그로 인해 안테나의 특성을 악화시키게 되므로 상기 급전체 상단부의 길이값은 1.3cm 이상으로 결정해야 한다.

상기 전도체(313)는 도 3a에서와 같이 단일피치(313) 구조로 이루어질 수도 있고, 도 3b에서와 같이 이중피치(315) 구조로 이루어질 수도 있으며 이에 한정되지 않는다.

상기 전도체(313)는 상기 급전체(311)와 비접촉됨으로써, 용량성 결합을 하게 되며, 이로 인해 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 다중대역 안테나(300)는 고주파수에서 좀 더 고효율의 방사 특성 및 광대역 특성을 가지게 된다.

도 4는 상기 도 3a의 안테나를 전기적 등가회로로 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 안테나(300)는 안테나 급전부와 두 개의 인덕터(L)(410, 420), 한 개의 캐패시터(C)(430)를 이용하여 전기적인 등가회로로 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 캐패시터(430)는 안테나의 급전체와 나선형 전도체를 비접촉시켜 생기는 용량성 결합에 의해 유도되며, 이로 인해 고주파수에서 보다 더 광대역의 특성을 얻을 수 있다.

한편, 상기 인덕터(L)는 내부 유전체(312)를 나선형으로 감싸고 있는 전도체(313)에 의해 생성되는 인덕턴스에 의한 인덕터(410)와 안테나와 단말기를 연결하여 주는 급전체(311)에 의해 생성되는 인덕턴스에 의한 인덕터(420)를 의미한다.

도 5a는 상기 도 3a의 본 발명에 따른 안테나(300)의 공진 특성을 설명하기 위한 도면으로서, 본 고안에 따른 이동통신 단말기용 다중대역 안테나는 1GHz 대역에서 1차 공진이 발생하고, 2.5GHz 대역에서 2차 공진이 발생한다.

상기 도 5a는 안테나 단품만의 특성을 나타낸 것으로서, 상기 안테나를 이동통신 단말기에 적용하기 위해서는 매칭회로 및 안테나 자체의 특성 변화를 통한 튜닝이 이루어져야 하며, 상기 안테나를 이동통신 단말기에 적용하게 되면 공진 포인트 및 특성의 변화가 생긴다.

도 5b는 상기 도 3a의 안테나를 이동통신 단말기에 적용시 공진 특성 및 방사 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 안테나를 이동통신 단말기에 적용한 경우에는 900MHz 대역에서 1차 공진이 발생하고, 2.2GHz 대역에서 2차 공진이 발생하며, 고주파수 대역(1.7GHz ~ 3GHz)을 모두 커버하는 광대역 특성을 나타내며, 고주파수 대역(1.7GHz ~ 3GHz)에서 높은 효율의 방사 특성을 가짐을 알 수 있다.

따라서, 본 고안에 따른 이동통신 단말기용 다중대역 안테나는 다중대역 특성구현에 적용할 수 있는 충분한 대역을 확보하여 기존의 셀룰러(900MHz), DCS(1.71GHz ~ 1.88GHz)/PCS(1.85GHz ~ 1.99GHz) 대역뿐만 아니라, WCDMA(1.92GHz ~ 2.17GHz), 위성 DMB(2.4GHz ~ 2.5GHz)에 이르기까지 전 대역을 포괄할 수 있을 정도로 넓은 특성을 확보한다.

이상에서 설명한 본 고안은, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 고안은, 급전체의 상단부의 길이값을 조정함으로써, 고주파수 대역에서 공진하여 고주파수 대역(1.7GHz ~ 3GHz) 전체를 커버할 수 있는 광대역 특성으로 인한 다중대역 만족 효과가 있고, 급전체와 전도체 사이에 일정 거리만큼의 간격을 두어 용량성 결합 급전방식을 구현함으로써, 고주파수 대역에서 고효율의 방사성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 이동통신 단말기용 다중대역 안테나에 있어서,

   단말기의 송수신 신호를 전달하며, 상기 송수신 신호의 주파수 대역에서 공진하기 위한 상단부 및 상기 상단부의 하부와 단말기 내부 장치를 연결하기 위한 하단부로 구분되고, 상기 상단부의 길이를 고주파 대역에 대응하여 조정하는 급전체;

   상기 급전체 상단부의 상부와 연결되는 내부 유전체;

   상기 급전체와 용량성 결합을 이루고, 저주파 대역에서 공진하기 위하여 상기 급전체와 비접촉되어 상기 내부 유전체를 나선형으로 감싸는 전도체; 및

   상기 급전체, 상기 전도체 및 상기 내부 유전체를 외부환경으로부터 보호하기 위한 커버

   를 포함하는 이동통신 단말기용 다중대역 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 급전체의 상단부의 길이값은 고주파수 대역(1.7GHz ~ 3GHz)의로 결정되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 다중대역 안테나.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 급전체 상단부의 길이값은 상기 유전체와 상기 커버에 의해 보상되는 전기적인 길이값을 차감하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 다중대역 안테나.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 급전체 상단부의 길이값은 공진하는 고주파수 대역 중 저주파 축에서 기생 공진 포인트가 발생되는 길이값을 하한으로 하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 다중대역 안테나.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전도체는 단일피치 구조인 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 다중대역 안테나.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전도체는 다중피치 구조인 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 다중대역 안테나.