KR20040007081A - 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나 - Google Patents

이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 이용하여 주파수 선택 표면(FSS) 패턴을 형성하여 단말기의 전자파 간섭(EMI)을 최소화하면서 동시에 설계한 주파수에서 방사체로 동작하도록 함으로써 외부 안테나의 역할을 대신하도록 한 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 제공하기 위한 것으로, 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 도포하여 패턴 형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴부와; 상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부로 급전하기 위한 급전부를 포함하여 이루어지며, 안테나가 케이스에 내장되어 단말기의 휴대성 및 심미감이 향상되고, 안테나의 대역폭 및 기기간의 주파수 간섭 문제를 동시에 해결할 수 있으며, 다양하게 배열된 안테나를 제작할 수 있다.

Description

이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나 {Frequency Selective Surface painted antenna for a mobile phone}
본 발명은 이동통신 단말기의 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동통신 단말기에 주파수 선택 표면(Frequency Selective Surface, 이하 FSS) 페인티드 패턴(Painted Pattern)을 형성하여 단말기의 전자파 간섭(Electromagnetic Interface, EMI)을 최소화하기 위한 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신용 단말기는 무선 링크를 통하여 기지국과의 무선 송수신을 수행한다. 무선주파수 신호의 송수신은 전자기파의 방사를 위한 방사체를 필요로 하는데, 이동통신용 단말기에서는 케이스 구조에 따라 다양한 형태의 안테나가 장착된다.
이동통신 단말기용 안테나로는 헬리컬 안테나, 슬리브 다이폴 안테나, 그리고 마이크로스트립 안테나 등이 주로 사용된다.
도1은 종래기술에 따른 이동통신 단말기에 적용되는 헬리컬 안테나의 구조를 보인 것이다.
도1에 따르면, 단말기(110)의 일측단에 돌출된 형태의 헬리컬 안테나(120)가 장착된다. 헬리컬 안테나는 단말기(110)에 결합되어 급전 기능을 담당하는 급전부(121), 나선형 전선 형태의 방사체(122), 그리고 안테나 지지대(123)를 포함한다.
헬리컬 안테나는 구조적으로 모노폴 형태로 구현됨으로써 그 크기가 소형이며, 우수한 전방향성 방사패턴을 갖는다. 하지만 이 안테나는 대역폭이 협소하고, 구조적으로 단말기가 방사 시스템의 적분영역 내부에 존재하므로 단말기에 무선주파수 전류가 유기됨으로써 핸드셋 타입의 단말기에 적용할 경우에는 SAR(Special Absorption Rate) 측면에서 매우 부적절한 형태이다.
그래서 현재 이동통신용 단말기 안테나는 소형이며, 저가형인 헬리컬 안테나가 주로 사용된다. 헬리컬 안테나는 Kraus에 의해 제안된 것으로, 그 제고형태에 따라 노멀모드(Normal Mode)와 액시얼모드(Axial Mode)로 구분된다. 주로 사용되는 형태는 노멀모드의 헬리컬 안테나이며, 이는 헬리컬 안테나의 원주가 파장에 비하여 매우 작을 때 선형 편파로 전방사 패턴을 가지면서도 동작하는 모드이다.
이때 헬리컬 안테나의 원주 높이는 동작하는 주파수의 함수이며, 주로 그 길이가 파장의 1/4인 것으로 모노폴 형태로 접지 평면상에 구현된다. 접지 평면과 함께 파장의 1/2 길이 공진을 일으키며 무선주파수 신호를 공기중으로 방사한다.
슬리브 다이폴 형태의 안테나는 이동통신용 단말기에 적용할 경우, 이상적인 방사 패턴을 가지며, 충분한 대역을 확보할 수 있는 장점이 있으나, 헬리컬 안테나에 비해 그 부피가 큰고, 무거우며, 구조의 복잡성으로 인해 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서 이 안테나를 핸드셋 형태의 단말기에 적용할 경우, SAR 문제는 헬리컬 안테나에 비해 우수하지만 여전히 그 큰 부피로 인해 적용이 어렵다.
마이크로스트립 안테나의 경우, SAR 측면에서 전술한 안테나들에 비하여 매우 우수하나, 방사패턴의 비대칭성으로 인해 통화 품질에 영향을 줄 수 있으며, 협소한 대역폭으로 인해 구조적인 개선이 필요하다. 또한, 그 크기가 다소 크기 때문에 적용이 용이하지는 않다.
마이크로스트립 안테나의 경우, 파장의 1/2 길이를 갖고 일정한 폭을 갖는 전도성 다각형 패치와 유전체 그리고 접지평면으로 구현되는데, 유전체의 유전율과 두께에 의해 동작 주파수가 결정되는 공진기로 하부의 접지면은 반사체로 동작한다. 따라서 마이크로스트립 안테나는 지향성의 빔 패턴을 갖는 특징이 있다.
이처럼 종래기술에서는 무선주파수의 송수신을 위하여 헬리컬 안테나를 사용하거나 이동통신용 단말기 내부에 패치 안테나를 사용하여 구현된다.
그런데 헬리컬 안테나의 경우, 단말기에 커넥터 형태로 접속되어 물리적으로 결합이 복잡한 단점이 있고, 외부에 돌출되어 있으므로 단말기의 휴대성을 떨어뜨리며 가격이 비교적 비싸다.
마이크로스트립 안테나의 경우, 그 큰 부피로 인해 단말기 내부에 안테나를 삽입하기가 용이하지 않으며, 저 손실을 유전체를 사용해야 하므로 가격이 비싸다. 또한, 전자파 간섭 특성을 만족시키기 위해 단말기 내부에 차폐구조를 갖추거나 EMI 도료를 도포해야만 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 이동통신 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 이용하여 주파수 선택 표면(FSS) 패턴을 형성하여 단말기의 전자파 간섭(EMI)을 최소화하면서 동시에 설계한 주파수에서 방사체로 동작하도록 함으로써 외부 안테나의 역할을 대신하도록 한 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나는, 단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 도포하여 패턴 형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴부와; 상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부로 급전하기 위한 급전부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
도1은 종래기술에 따른 이동통신 단말기에 적용되는 헬리컬 안테나의 구조도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 투시도.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 구조도.
도4는 본 발명의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 패치 안테나의 결합 구조도.
도5는 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 결합된 다양한 형태의 안테나 예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 단말기 210 : 안테나 패턴
220 : 인쇄회로기판 230, 240 : 급전부
231 : 탄성 스프링 232, 242, 242A, 242B, 242C, 242D : 급전점
250, 250A, 250B, 250C, 250D : 패치 안테나
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
최근 안테나를 단말기 내부에 집적화하는 기술들이 많이 연구되어 있으나, 본 발명이 제안하는 바와 같이 주파수 선택 표면 페인티드 안테나 형태를 단말기에 내장하는 기술은 없다. 본 실시예는 이동통신 단말기의 케이스 부분에 형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴에 금속 탄성 핀을 사용하여 급전하는 구조의 안테나를 구현한 것이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 투시도이며, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나의 구조도이다.
도2 및 도3에 따르면, 단말기(200)의 케이스 부분에 전도성 도료를 이용하여 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)을 형성하고, 단말기의 인쇄회로기판(220)으로부터 돌출된 탄성 핀 형태의 급전부(230)로 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)에 무선주파수 신호를 여기하고, 무선주파수 신호를 공기 중으로 방사시킨다.
급전부(230)는 급전경로에서 안테나 패턴(210)에 대한 기밀한 접촉을 보장하여 전력소모를 최소화하는 한편, 단말기(200)의 조립시 또는 운용중 케이스와 인쇄회로기판(220) 사이의 이격거리가 변화되는 경우에도 안테나 패턴(210)과 급전점(232)간의 기밀성이 보장되도록 하기 위하여 유동적 결합된 급전점(232)과 탄성 스프링(231)을 구비한다. 급전부(230)의 탄성 스프링(231)은 압축에 대해 탄성에너지를 보유하여 급전점(232)을 상향 즉, 안테나 패턴(210)을 향해 압력을 가하여 기밀한 접촉을 보장한다. 이러한 급전부의 구성 및 동작 설명은 안테나 결합시 사용되는 급전부들에 대해서도 동일하게 적용된다.
주파수 선택 표면 페인티드 안테나는 단말기(200)의 케이스 후면에 또는 폴더형의 상측면 내부에 형성된 전도성 도료 패턴으로 구현된다.
형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)은 주파수에 종속되는 주기적 공진기 형상의 배열 구조(격자구조)를 갖는다. 이 주파수 선택 표면 안테나 구조는 특정 주파수를 선택적으로 수용할 수 있으며, 배열 간격이나 공진기 형태를 변경하면 특정 주파수에서 안테나의 감도증가, 통신시스템에서의 수신 성능 향상, 기기간의 전파 간섭 방지 등에서 향상된 성능을 갖도록 할 수 있다.
여기서 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)은 단말기 내부에서 외부로 또는 그 반대로의 전자파 이동을 차폐하는 효과를 가지므로, 불요파의 억제를 위하여 별도의 차폐 구조나 EMI 도료를 사용할 필요가 없게 된다.
또한, 주파수 선택 표면 안테나 패턴(210)은 그 구조가 평면형이기 때문에 다른 안테나와 병렬로 설치하기가 용이하며, 넓은 주파수 대역에서 동작하는 광대역 안테나를 구현할 수 있다.
이러한 주파수 선택 표면 안테나의 패턴(210)은 전도성 도료를 도포하여 단말기(200)의 케이스 내부에 형성되므로, 기존의 단말기에서 사용되던 별도의 안테나 커넥터를 삭제할 수 있으며, 제안된 주파수 선택 표면 안테나는 구조적으로 단말기 케이스 내부에 박형으로 실장되므로 경량형, 저가형의 단말기를 구현도 가능하게 된다.
더불어 최근에 지구측위시스템(GPS), 블루투스(Bluetooth) 등 서로 다른 주파수를 사용하는 송수신 모듈들이 하나의 단말기에 장착되고 있는데, 이러한 추세에 부응하여 본 실시예는 인쇄회로기판에 공간적 제약을 가하지 않으면서도 여러 개의 안테나를 하나의 단말기 내부에 설치할 수 있도록 한다.
따라서 본 발명은 다수개의 안테나가 결합된 구조의 다양한 실시예를 예정한다.
도4는 본 발명의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 패치 안테나가 결합된 구조를 보인 것이다.
도4에 따르면, 격자 구조의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나(210)와 패치 안테나(250)는 별도로 급전되어져야 하므로 두 개의 급전부(230)(240)가 필요하다. 패치 안테나 패턴(250)은 주파수 선택 표면 페인티드 안테나 패턴(210)이 삭제된 부분에 형성된다.
이와 같은 원리로 다양한 형태의 안테나와 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 결합시킬 수 있다.
도5는 주파수 선택 표면 페인티드 안테나와 결합된 다양한 형태의 안테나들을 보인 것이다.
도5의 (a)는 단일의 패치 안테나(250)가 결합된 구조이고, (b)는 두 개의 패치 안테나(250A)(250B)가 결합된 구조이며, (c)는 두 개의 패치 안테나(250C)(250D)가 결합된 구조의 또다른 예이다. 기타 다양한 결합 구조가 가능하다.
이처럼 주파수 선택 표면 페인티드 안테나를 이동통신용 단말기에 적용하게 되면, 전자파 차폐와 공간의 효율적 운용 및 다양한 형태의 안테나 결합 등 여러 측면에서 그 효용 가치가 매우 크다.
이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 본 발명은 안테나 패턴과 급전 구조를 적절히 변형하여 선형 및 원형 편파 특성과 광대역 특성을 얻을 수 있으므로 다양한 실시예를 예정한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.
본 발명의 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
우선, 외부로 안테나가 돌출되지 않게 되므로 휴대성 및 심미감이 향상된 이동통신용 단말기를 구현할 수 있다.
또한, 안테나의 대역폭 및 기기간의 주파수 간섭 문제를 동시에 해결할 수 있다
더불어 공간 제약을 완화하여 여러가지 형태의 안테나와 주파수 선택 표면 안테나를 병렬로 배열하여 운용할 수 있게 되며, 안테나를 다양하게 변형시킬 수도있다.

Claims (4)

  1. 이동통신용 단말기에 있어서,
    단말기의 케이스 내부에 전도성 도료를 도포하여 패턴 형성된 주파수 선택 표면 안테나 패턴부와;
    상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부로 급전하기 위한 급전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 급전부는,
    압축 변형에 대해 탄성에너지를 보유하도록 된 탄성 부재와;
    급전부의 지지 구조에 유동적 결합되어 일측단이 상기 탄성 부재에 접촉되고 다른 일측단이 상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부에 접촉되도록 된 급전점을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부는 단말기의 케이스 내부에 형성된 패치 안테나 패턴과 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 선택 표면 안테나 패턴부는 주파수에 종속되는 주기적 공진기 형상의 격자 구조의 전도성 도료 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 주파수 선택 표면 페인티드 안테나.
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