KR20050026334A - 무선통신장치 - Google Patents

Abstract

외부 안테나가 요구되지 않으며, 감도(sensitivity)가 감소하지 않는 작은 안테나가 포함되어 있으며, 금속 하우징을 가지는 무선통신장치가 제공되어 있다.

슬릿(1)은 무선통신장치의 금속 하우징(5)상에 설치되며, 피더(feeder : 2)는 3/8λ안테나로 이용되는 슬릿(1)의 기다란 면의 약 3/4의 위치에 접속되어 있다.

Description

무선통신장치{Wireless communication apparatus}

본 발명은 무선통신에 이용되는 슬릿 안테나를 포함하는 무선통신장치에 관한 것이다.

이동전화와 같은 무선통신장치, 이동전화를 포함하는 PC, Bluetooth, 무선 LAN, UWB(Ultra Wide Band), 무선통신의 기능을 수행하는 다른 장치들, PDA(Personal Digital Assistance), 디지털 스틸 카메라, 캠코더, 소비자 전기기기등이 공지되어 있다. 이러한 무선통신장치에서는, 마그네슘, 알루미늄, 또는 다른 금속들이 강도를 개선하고 외관을 산뜻하게 만들기 위해서 하우징 전체에 또는 부분에 사용된다. 무선통신기능을 수행하기 위해서, 안테나가 필수적이다. 그러나, 안테나는 금속의 인접한 곳에 배치되거나 또는 금속 하우징내에 설치될 때에 감도를 크게 손실하게 된다.

그러므로, 종래에는 안테나가 하우징의 외부에 배치되거나, 또는 안테나가 하우징의 내부에 있는 경우와 안테나가 하우징의 외부에 있는 경우에 안테나의 인접한 곳에 있는 하우징의 한 부분이 금속 대신에 플라스틱으로 형성되어 있었다.

그러나, 하우징의 외부에 안테나를 설치하는 일은 장치의 소형화를 달성하는 데에 장애가 된다는 점에서 불편한 것이었다. 또한, 안테나의 인접한 곳에 있는 하우징의 일부가 금속 대신에 플라스틱으로 형성되어 있는 경우에, 하우징의 강도를 감소시키고 설계의 자유도를 감소시킨다는 문제가 발생하게 된다. 그러므로, 하우징내에 안테나를 하우징내에 설치하지 않는 경우에는, 감도의 열화를 그냥 받아들여야 했다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 수신 무선파의 파장의 1/2(λ의 /2)과 동일한 길이를 가지며, 고투자율(high permeability) 부재에 의해 덮혀져 있고, 금속 하우징의 표면상에 제공된 슬릿 안테나가 공지되어 있다.

도 1은, 상술한 슬릿 안테나의 구조의보기의 설명도이다. 종래의 슬릿 안테나는, 기다란 면의 길이(LT)가 파장의 1/2(λ/2)이 되는 직사각형 슬릿(21)을 가지며, 피더(22)는 슬릿의 기다란 면의 금속부분의 중앙에 제공된 급전점(feeding point : 23)과 접지점(24)에 접속되어 있다. 피더(22)로서는, 종래에 동축 케이블과 같은 불평형 케이블이 이용된다. 그 당시에는, 슬릿(21)이 λ/2 다이폴 안테나와 비슷하게 동작하므로, 급전점(3)에 접속된 피더(22)가 불균형 상태로 된다면, 슬릿 안테나(21)의 입력 임피던스를 피더(22)에 정합(match)시키는 일이 어렵게 된다. 그러므로 안테나 이득은 감소된다. 그러므로, 발룬(balun : 25)등을 통해 불평형 피더(22a, 22b)가 평형라인(22c, 22d)으로 변환될 필요가 있다.

상술한 슬릿 안테나는 문서 1에 기술되어 있다.

특허 문서 1 : 일본공개특허 출원번호 : 2003-124738

그러나, 상술한 슬릿 안테나는 너무 길고 λ/2가 되는 안테나의 길이 때문에 하우징의 설계에 장애가 된다. 예를 들어, 수신신호의 파장이 90cm가 되는 경우에, 슬릿을 덮고 있는 고투자율 부재의 비투자율(relative permeability)과 비유전율(relative permittivity)에 근거하여 결정되는 단축율이 TR이라고 가정하면, 슬릿의 길이(LT)는 수축율(TR)에 의해 증배된 45cm가 된다. 그러므로, 이동전화기기와 PDA와 같은 소형 또는 휴대사용을 위한 무선통신장치내에 슬릿 안테나를 설치하는 것이 어렵게 된다. 그리고 하우징의 소형화를 실현하는 데에 장애가 된다. 게다가, 안테나 정합을 얻기 위해서 발룬등을 요구하는 것은 하우징의 소형화에 장애가 된다.

본 발명의 목적은 외부 안테나가 필요 없으며 통신 감도를 감소시키지 않는 작은 안테나가 포함되어 있으며, 금속 하우징을 가지는 무선통신장치를 제공하는 것이다.

상기한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 슬릿의 기다란 면의 약 3/4 위치에 피더가 접속되어 있는 슬릿 안테나로서 작동하는 무선통신장치의 금속 하우징에 제공된 슬릿을 이용한다.

따라서, 무선통신장치의 하우징으로부터 돌출해 있는 외부 안테나가 요구되지 않는다. 게다가, 하우징에 제공된 슬릿의 길이는 종래의 슬릿의 길이보다 더 짧게 될 수 있으므로, 무선통신장치는 더욱 소형화될 수 있다.

본 발명에 따르면, 무선통신장치의 금속 하우징은 슬릿 안테나의 한 부분으로 사용되므로, 외부 안테나가 요구되지 않게 된다. 그러므로 무선통신장치는 쉽게 소형화될 수 있다.

또한, 종래에는, 발룬등이 안테나 정합을 위해 요구되었다. 그러나, 본 발명에 따르면, 통신감도는 발룬등을 부가시키지 않고 개선될 수 있다.

게다가, 슬릿의 길이는 종래의 슬릿 안테나보다 더욱 짧게 될 수 있으므로, 종래의 안테나보다 더욱 작은 크기의 슬릿 안테나가 얻어질 수 있으며 이동 무선통신장치등과 같은 소형장치에 쉽게 적용될 수 있다. 또한, 외관에 대한 설계의 자유도가 향상될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 도 2 - 7을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명이 적용되는 무선통신장치로는, 이동전화장치, PHS(Personal Handyphone System), 트랜시버와 GPS(Global Positioning System)등이 언급될 수 있다. 게다가, 본 발명은 다른 장치에도 적용될 수 있다. 즉 이동전화와 같은 무선통신기능을 가지고 있으나, 최초에 무선통신장치로 기능하지 않는 PC, Bluetooth, 무선 LAN, UWB(Ultra Wide Band), PDA(Personal Digital assistance), 캠코더, 디지털 스틸 카메라, 소비자 전기장치등과 같은 전자장치, 무선 수신기, TV수신기, DTV등과 같은 무선방송 수신기에도 적용될 수 있다. 게다가, 소위 ISM 대역(industry Science Medical Band : 2.4 GHz)의 무선통신기능(Bluetooth, IEEE802, 11b 무선 LAN등)을 가지는 랩탑 컴퓨터가 보기로서 설명될 것이다.

도 2는, 본 발명의 제 1실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와같이, ISM대역(2.4GHz)의 무선통신기능을 얻기 위해서, 3/8λ와 동일한 46.9mm의 길이를 가지는 직사각형 슬릿(개구부 : 1)이 금속 하우징의 표면상의 금속판(5)내에 설치되어 있다. 그리고 피더(2)는 슬릿(1)의 기다란 면의 약 3/4의 위치에서 금속부상에 배치된 급전점(3)에 연결되어 있다. 피더(2)는 도시되지 않은 송신기 또는 수신기에 연결되어 있으며, 하우징의 내부에 배치되어 있다. 불균형 전송라인이 피더(2)로서 사용되며, 이 보기에서는 동축 케이블이 사용된다. 게다가, 동축 케이블의 단일 라인(2a)의 코어와이어 도전체(core wire conductor)가 급전점(3)에 연결되어 있으며, 접지라인(2b)의 외부 시드 도전체(external sheath conductor)는, 슬릿(1)의 기다란 면의 약 3/4의 위치에서 금속부상에 배치된 급전점(3)의 반대측에 있는 금속부에 설치된 접지점(4)에 연결되어 있다. 상기의 구조에서는, 3/8λ슬릿 안테나가 얻어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기를 도시하고 있다. 도 3에서는, 3/8λ와 동일한 46.9mm의 길이를 가지는 직사각형 슬릿(개구부 : 1)이 금속 하우징의 표면상의 금속판내에 역시 설치되어 있다. 그리고 피더는 슬릿(1)의 기다란 면의 약 3/4의 위치에서 금속부상에 배치된 급전점(3)에 연결되어 있다. 이 보기에서, 피더는 인쇄회로기판(6)상의 마이크로 스트립 라인(microstrip line)으로 구성된다. 마이크로 스트립 라인은 또한 불균형(unbalanced) 전송라인이며, 여기에서 마이크로 스트립 라인의 전송라인(2a')은 급전점(3')에 연결되어 있으며, 접지면을 구성하는 도전점(conduction point : 2b')은 접지점(4)에 연결되어 있다.

제 1과 제 2실시예에서 설명된 슬릿(1)의 폭은 즉, 도 2에 도시된 슬릿(1)의 폭은, 사용되는 밴드대역에 따라 조정될 수 있다는 것을 명심하자. 폭이 점점 넓어지면, 슬릿 공명의 Q값이 점점 더 경사지게 된다. 그러므로 안테나가 수신하고 방사할 수 있는 주파수 대역폭은 넓어지게 된다. 또한, 슬릿(1)의 길이(L)의 최적값만큼, 3/8λ에서 편향되는 경우가 있다. 이 경우, 길이(L)는 슬릿 안테나의 효율과 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)은 개선될 수 있도록 조정된다. 특히, 슬릿(1)의 단부로부터 급전점(3)의 위치에 이르는 거리가 점점 짧아지면, 즉, 도 2에 도시된 슬릿 길이(L)의 1/4과 동등한 부분(X)의 길이는 조정된다.

도 1에 도시된 종래의 슬릿 안테나의 경우, 피더(22)는 직사각형 슬릿(21)의 기다란 면(LT)의 중앙에 연결되어 있다. 그리고 그 경우, 슬릿(21)은 λ/2 다이폴 안테나와 비슷하게 동작한다. 자세히 설명하자면, 슬릿(21)은 ISM대역(2.4GHz)의 무선통신기능을 얻기 위해서 λ/2와 동등한 62.5mm의 길이(LT)를 가져야 한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르는 슬릿 안테나는 슬릿(1)의 길이(L)가, 종래의 슬릿 안테나보다 짧은, 46.9mm가 되는 것만을 요구하는 3/8λ슬릿 안테나로서 동작한다.

또한, 종래의 λ/2 슬릿 안테나는 다이폴 안테나로 동작하므로, 발룬등을 통해 피더를 균형 라인으로 변환시키지 않고 피더에 슬릿 안테나의 입력 임피던스를 정합시키는 것은 어렵다. 그리고 안테나의 이득도 감소하게 된다. 한편, 본 발명의 실시예에 따르는 3/8λ슬릿 안테나는 거의 모노폴(mono-pole) 안테나로 동작하므로, 피더(2)는 상술한, 동축 케이블, 마이크로 스트립 라인, 동일면 웨이브 가이드(coplanar wave guide)등과 같은 종래의 불균형 전송라인이 될 수 있다. 따라서, 종래에 요구되었던 발룬등은 불필요하며, 안테나의 내부회로는 장치를 쉽게 소형화하기 위해서 단순화될 수 있다.

도 4는, 본 발명의 제 1과 제 2실시예에 따르는 안테나 장치가 랩탑 PC에 이용되는 보기를 조사하고 있다. PC(10)는 마그네슘으로 구성된 하우징(7)을 포함한다. 얇은 직선형으로 형성된 직사각형 슬릿(1)은 슬릿 안테나로 동작하기 위해서 마그네슘 하우징(7)의 리드(lid)의 단부의 기다란 면에 있는 한 위치에 제공되어 있다. 슬릿(1)의 위치는 이 보기에만 한정되어 있는 것은 아니며, 슬릿(1)은 슬시의 길이가 고정될 때에, 마그네슘으로 형성된 하우징(7)상의 어느 위치에 설치될 수 있다.

게다가, 이 보기에서 슬릿이 직선 형태를 가지고 있지만, 슬릿(11)을 도 5에 도시된 다수의 굴곡점을 가지는 곡선형으로 만들거나, 또는 곡선 또는 파형 형태로 만들 수도 있다. 따라서, 이 보기에 따르는 슬릿에 대해서는, 슬릿이 형성되는 위치와 그 형태는 임의로 선택될 수 있으므로, 장치의 설계시에 외관에 미치는 연향은 적게 된다.

이어서, 본 발명의 제 3실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서는, 슬릿(12)이 금속 하우징의 표면의 금속판내에 설치되어 있으며, 피더(2)는 슬릿(12)의 기다란 면(L')의 약 3/4의 위치에서 금속부상에 배치된 급전점(3)에 연결되어 있다. 게다가, 슬릿(12)의 개구부는 플라스틱등과 같은 유전물질(8)로 채워져 있다. 따라서, 다음의 수학식 1에 도시된 바와같이, 슬릿(12)의 개구부를 유전물질(8)로 채움으로써, 슬릿의 길이(L')는 이러한 슬릿(12)의 실효 비유전율 계수( effective relative dielectric coefficient)의 값에 따라 짧아지게 형성될 수 있다.

수학식 1

예를 들어, 슬릿(12)이 ABS 레진으로 채워질 때에 그리고 슬릿부의 실효 비유전율 계수가 εeff = 4가 되는 경우에, 슬릿(12)의 길이(L')는 제 1실시예에서 설명된 슬릿의 길이(46.9 mm)의 1/2이 되는 23.4mm가 된다.

상술한 바와같이, 본 발명의 제 3실시예에 따르면, 하우징의 금속표면상에 제공된 슬릿의 길이는 슬릿의 개구부에 채워지는 유전물질의 효과에 의해 더욱 짧아지게 된다.

이어서, 본 발명의 제 4실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기가 도 7에 도시되어 있다. 슬릿 안테나의 입력 임피던스 정합에 대해서는, 도 2에 도시된 슬릿(1)의 기다란 면의 길이 3/8λ를 조정함으로써 임피던스 정합이 얻어질 수 있다는 제 1실시예에서 설명되었다. 그러나, 길이를 조정하는 대신에 정합회로를 제공하여 동일한 효과를 얻는 것도 가능하다. 도 7에서는, 슬릿(1)이 금속 하우징의 표면의 금속판내에 설치되어 있으며, 피더(2)는 슬릿(1)의 기다란 면(L')의 약 3/4의 위치에서 금속부상에 배치된 급전점(3)에 연결되어 있다. 피더(2)의 신호라인(2a)과 접지라인(2b)의 입력단자에는, 콘덴서(91)와 코일(92)을 포함하는 정합회로(9) 또는 상기 콘덴서와 코일과 전기적으로 동등한 공명기를 포함하는 정합회로(9)가 연결되어 있다. 슬릿 안테나의 입력 임피던스는 슬릿(1)의 길이(L)를 조정하지 않고 정합회로(9)에 의해 정합될 수 있다. 안테나 정합을 위한 발룬은 이 경우에도 불필요하다는 점을 강조한다.

상술한 바와같이, 본 발명의 실시에들에 따르면, 무선통신장치의 금속 하우징 자체는 슬릿 안테나의 한 부분으로서 사용될 수 있으며, 하우징상에 제공된 슬릿의 길이는 하우징의 강도와 설계시에 문제를 일으키지 않을 정도로 충분히 짧게 형성될 수 있다.

게다가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 안테나 정합을 위한 정합회로가 불필요하며, 정합회로가 제공되더라도, 발룬은 요구되지 않는다. 그러므로 하우징 내부의 회로배치에 대한 영향은 작게 되어 장치의 소형화가 이루어질 수 있게 된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예들을기술하였지만, 본 발명은 상기 실시예들에 대해 한정되어 있는 것은 아니며, 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않는 상태에서 여러가지 변화와 수정이 가능하다는 것을 강조한다.

도 1은, 종래의 안테나 장치의 보기를 도시한 설명도이다.

도 2는, 본 발명의 제 1실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기를 도시한 설명도이다.

도 3은, 본 발명의 제 2실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기를 도시한 설명도이다.

도 4는, 본 발명의 실시예들에 따르는 안테나 장치가 이용되는 보기를 도시한 설명도이다.

도 5는, 본 발명의 실시예들에 따르는 안테나 장치가 이용되는 다른 보기를 도시한 설명도이다.

도 6은, 본 발명의 제 3실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기를 도시한 설명도이다.

도 7은, 본 발명의 제 4실시예에 따르는 안테나 장치의 구조의 보기를 도시한 설명도이다.

Claims (6)

1. 무선통신장치에 있어서,

   표면에 직사각형의 슬릿을 가지는 금속 하우징과,

   상기 직사각형의 슬릿의 기다란 방향의 약 3/4 위치에 연결되어 있는 피더와,

   상기 피더에 연결된 송신기와/또는 수신기로 구성되며,

   상기 슬릿은 안테나 장치로 작용하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 피더는 인쇄회로기판상의 마이크로 스트립 라인으로 구성되는 무선통신장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 슬릿은 다수의 굴곡점을 가지는 굴곡선으로 구성되는 무선통신장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 슬릿의 개구부에 유전물질이 충전되어 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
5. 제 1항에 있어서,

   콘덴서와 코일로 구성되는 정합회로는 상기 피더의 입력단자에 접속되어 있고, 상기 정합회로를 통해 전원이 공급되어 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
6. 제 5항에 있어서,

   콘덴서와 코일로 구성되는 정합회로와 전기적으로 동등한 공진기를 포함하는 정합회로는 상기 피더의 입력단자에 접속되어 있고, 상기 정합회로를 통해 전원이 공급되어 구성된 것을 특징으로 하는 무선통신장치.