KR20050091409A - 이동통신단말기용 링형 안테나 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접지점이 필요하지 않는 링 타입의 안테나를 이동통신 단말기 내부에 효과적으로 적용하고, 다중 대역 또는 광대역 특성을 제공할 수 있도록 한 이동통신단말기용 링형 안테나 구조에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 이동통신 단말기의 PCB 기판의 접지면으로부터 λ_g/2 의 전기적 길이를 제공하기 위하여 수평방향과 수직방향으로 소정 간격 이격되어 설치되며 하나의 급전점만을 가지면서 서로 다른 고유의 공진주파수를 제공하는 적어도 두 개 이상의 링형 방사체가 각각 연결되고, 상기 링형 방사체들 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물이 구비되어 구성되거나, 또한 이동통신 단말기의 PCB 기판의 접지면으로부터 λ_g/2 의 전기적 길이를 제공하기 위하여 수평방향과 수직방향으로 소정 간격 이격되어 설치되며 하나의 급전점만을 가지면서 상호 인접한 공진주파수를 가지는 하나 이상의 링형 방사체가 각각 연결되고, 상기 링형 방사체들 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물이 구비되어 제공된다.

Description

이동통신단말기용 링형 안테나 구조{Internal Ring Antenna for Mobile Handsets}

본 발명은 이동통신단말기용 링형 안테나 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접지점이 필요하지 않으면서 급전점으로부터 위상이 반대인 서로 다른 두개의 전류가 진행하는데 있어 개방점이 존재하지 않는 링 타입의 안테나를 이동통신 단말기 내부에 적용하면서 다중대역과 광대역 특성을 제공할 수 있도록 한 이동통신단말기용 링형 안테나 구조에 관한 것이다.

현재, 이동통신단말기에 구비되는 각종 소자들의 소형화, 집적화가 가능해짐에 따라 그 이동통신단말기의 전체 크기가 소형화되고 있으며, 이는 휴대에 간편하고 작은 사이즈의 단말기를 갖고자 하는 소비자의 욕구를 충족시키는 하나의 마켓팅 전략과 상충되어 개발되고 있다.

그런데, 상기와 같이 작은 사이즈의 이동통신단말기의 크기를 소형화 하는데 있어 전술한 각종 소자 뿐만 아니라 이동통신단말기의 전체 부피를 줄이고 디자인을 미려하게 할 수 있도록 외부로 돌출된 안테나 대신 내장형 안테나가 많이 사용되고 있다.

그러한 내장형 안테나로서, 통상 전방향성(omni-directional)에 가까운 방사패턴을 갖으며 높은 이득과 넓은 대역폭을 제공할 수 있는 역에프형 안테나가 널리 사용되고 있다.

그러나, 현재의 역 에프형 안테나는 안테나의 성능 대비 크기를 상호 보완적으로 설계할 수 없었다. 즉, 보다 작은 사이즈를 갖도록 하는 이동통신단말기의 소형화 요구, 안테나 효율의 증대 요구, 보다 넓은 대역폭과 다중 대역 안테나에 대한 요구, 전자파 흡수율 수치(SAR:Specific Absorbtion Rate)의 저하 요구 및, 인체 접촉에 대한 둔감한 안테나에 대한 요구를 전반적으로 충족할 수 없었던 것이다.

한편, 자기 다이폴 안테나를 기반으로 하고 있는 루프 형상 또는 링 형상의 안테나가 내장형으로 사용되기도 하지만, 상기 루프 또는 링 형상의 내장형 안테나의 전기적인 길이는 λ_g/2 이상으로써, 이는 대략 λ_g/4 의 전기적인 길이를 갖는 역 에프형 안테나에 비하여 이동통신단말기에 장착하는데 공간 제약을 많이 받기 때문에 널리 이용되지 못하고 있다.

또한, 이동통신단말기에 슬롯 형태의 안테나가 사용되기도 한다. 이는 PCB 기판의 상측에 접지핀과 급전핀에 의하여 방사판이 고정설치되며, 그 방사판의 중앙부에는 단부가 밀폐된 방사슬롯이 형성되고 상기 급전핀으로부터 에너지가 공급되도록 급전라인이 상기 방사슬롯의 밀폐된 부위와 이격되어 교차형성된다.

그러한 슬롯은 통하여 상기 방사판에 흐르는 표면전류밀도를 증가시켜 안테나의 전체적인 크기를 줄이는 역할을 제공한다. 이때, 슬롯 형태의 안테나는 슬롯의 크기에 따라 공진주파수가 결정된다.

그와 같이 현재 이동통신단말기에는 전술한 바와 같이 슬롯 형태의 안테나, 역 에프형 안테나 등이 적용되고 있을 뿐, 루프 형상 또는 링 형상의 내장형 안테나는 전기적인 길이로 인하여 사용이 자제되어 왔다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 내장형 안테나가 제공하는 안테나 특성을 유지하면서 이동통신단말기의 공간적인 제약으로 인하여 적용할 수 없었던 링 형상의 안테나를 이동통신 단말기 내부공간에 효과적으로 장착할 수 있도록 하는 이동통신 단말기용 링형 안테나 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 하나 이상 적층되는 링형 안테나 구조에서 링형 방사체가 제공하는 공진주파수를 상호 인접하게 설계하여 광대역 특성을 제공하도록 하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 하나 이상 적층되는 링형 안테나 구조에서 서로 다른 공진주파수를 제공하도록 하는 링형 방사체와 모노폴 안테나 구조를 조합하여 다중대역 특성을 제공하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신단말기용 링형 안테나 구조는, 이동통신 단말기의 PCB 기판의 접지면으로부터 λ_g/2 의 전기적 길이를 제공하기 위하여 수평방향과 수직방향으로 소정 간격 이격되어 설치되며 하나의 급전점만을 가지면서 서로 다른 고유의 공진주파수를 제공하는 적어도 두 개 이상의 링 방사체가 각각 연결되고, 상기 링 방사체들 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물이 구비되어 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동통신단말기용 링형 안테나 구조는, 이동통신 단말기의 PCB 기판의 접지면으로부터 λ_g/2 의 전기적 길이를 제공하기 위하여 수평방향과 수직방향으로 소정 간격 이격되어 설치되며 하나의 급전점만을 가지면서 상호 인접한 공진주파수를 가지는 하나 이상의 링 방사체가 각각 연결되고, 상기 링 방사체들 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물이 구비되어; 상기 하나 이상의 링 방사체에 의해 광대역 특성이 제공되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 링 안테나를 보이고 있는 도면, 도 2는 PCB 기판에 장착되는 링 안테나의 구조를 보이고 있는 도면이다.

도시된 바와 같이, 링 안테나(2)는 중앙에 개구부가 형성되는 소정 형상의 링형 방사체(10)에 에너지를 공급하기 위한 하나의 급전점(12)만이 구비된다. 이는 급전점과 적어도 하나 이상의 단락점이 구비되는 루프 안테나와 구분되는 부분이다.

즉, 링형 안테나는 루프 안테나하고는 달리 단락점이 없이 하나의 급전점만을 가지고 있으며, 하나의 공진을 구현하기 위하여 상기 급전점에서부터 분류되어 양 방향으로 위상이 반대인 각각의 전류가 진행하는데 있어서 개방점이 존재하지 않는 안테나를 말한다. 따라서 본 발명에 적용되는 링형 안테나는 적층 구조의 링 형 안테나 구조에서 각 층마다 구현된 링형 방사체의 전체 둘레 길이에 의하여 공진주파수를 결정되는 통상의 링형 안테나하고는 차별성이 있다.

도면부호 3은 PCB 기판, 6은 상기 링형 방사체와 PCB 기판과의 전기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 기구물이다.

그러한 링형 안테나는 상기 급전점(12)을 중심축으로 하여 급전 경로가 2개의 경로로 분배되기 때문에 상기 급전점(12)을 통해 에너지가 공급되면 좌우 방향으로 각각 1/2씩 배분되어 급전되고 위상이 반대인 전류가 상쇄되는 개소에서 방사 동작이 행해진다.

그러나, 링형 안테나는 단락점이 없기 때문에 PCB 기판(3)과 소정 간격 이격된 상태로 설치되어야만 최적의 영상효과(image effect)를 제공받아 약 λ_g/2 파장에서 동작할 수 있다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 PCB 기판(3)과 수평방향(H)과 수직방향(V)으로 일정 간격 이격되어 링형 안테나가 장착되어야 한다. 이에 따라 링형 안테나가 사용되는 이동통신 단말기의 PCB 형상은 루프 안테나에 비하여 많은 제약을 받게 된다.

도 3은 본 발명에 따라 링 방사체가 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부로 구부러진 상태를 보이고 있는 실시예 도면이다.

도시된 바와 같이, PCB 기판(3)과, 내부에 소정 형상의 슬롯(20a)이 형성되는 링형 방사체(20)와, 상기 PCB 기판(3)과 링형 방사체(20) 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위하여 고유의 유전율을 제공하는 유전체 기구물(6)로 이루어진다.

상기 링형 방사체(20)는 그 일부, 예컨대 슬롯 (20a)부위가 일정 부분이 포함된 부분이 유전체 기구물(6)의 측면부에 구부려져 있는 상태를 나타낸다. 여기서, 상기 링형 방사체(20)는 유전체 기구물(6)의 하나 이상의 측면부에 구부려져 있어도 상관없다.

상기와 같이 링형 방사체(20)가 유전체 기구물(6)의 측면부에 구부러져 있다고 하더라도 전기적인 길이는 약 λ_g/2가 제공되기 때문에, 급전점(12)을 통해 공급된 에너지는 그 급전점(12)을 중심으로 양 방향으로 배분되어 급전되고 위상이 반대인 전류가 상쇄되는 개소에서 방사 동작이 행해지게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 전기적인 길이를 증가시키기 위하여 링형 방사체에 미앤더라인이 형성된 상태를 보인 실시예 도면이다.

도 4의 링 안테나는, 도 3에 도시된 구성에서 링형 방사체(30)의 구조만이 상이하게 형성되며, 유전체 구조물(6)는 상기 슬롯(30a)이 형성된 중앙 부분(32)이 함몰되어 링 패턴을 구성하고 있다.

그리고, 상기 링형 방사체(30)은 중앙 내부에 양 단부가 밀폐된 상태의 소정 형상(본 실시예에서는 대략 'Ｕ'자 형상)의 슬롯(30a)과 개방된 형태의 슬릿이 형성되며, 상기 슬롯(30a)과 슬릿을 이용하여 링형 안테나의 전기적인 길이를 조절하게 된다. 즉, 상기 슬롯(30a)과 슬릿의 형상은 도시된 형상 이외의 모습으로 다양하게 제공될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 다중 대역을 구현하기 위한 이중 링형 안테나를 보이고 있는 평면도 및 분리 사시도이다.

도시된 바와 같이, 내부에 슬롯(70a)을 갖는 제 1링형 방사체(70)와, 그 제 1링형 방사체(70)와 PCB 기판 사이의 전기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물(6)과, 연결부(13)를 매개로 상기 제 1링형 방사체(70)와 연결되고 급전점으로부터 에너지를 공급하기 위하여 급전라인이 내부에 슬롯(72a)이 구비되어 링형으로 형성되는 제 2링형 방사체(72)로 이루어진다.

상기와 같이 제 1링형 방사체(70)와 제 2링형 방사체(72)가 구비될 때, 이는 각각 고유의 공진주파수를 가지고 있어 다중대역 특성을 제공하게 된다.

그리고, 도 6은 본 발명에 따라 이중 링형 안테나 구조에서 하나의 링형 방사체가 유전체 기구물(6)의 하나 이상의 측면부로 구부러진 상태를 보이고 있는 실시예 도면이다.

이는 이동통신 단말기 내부의 공간을 최대한 활용하기 위하여 유전체 기구물(6)의 하나 이상의 측면부에 선택적으로 링형 방사체(80)를 구부려서 안테나 특성을 제공한다. 그 경우에도 다중대역 특성이 제공되며 이는 각각의 링형 방사체(72)(80)의 공진주파수가 상이하게 제공되기 때문이다.

한편, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 적층 안테나 구조에서 링-스터브, 링형-모노폴, 모노폴-링형 등으로 형성된 안테나의 실시예 도면들을 보이고 있다.

도 7에서는 제 2링형 방사체(72)에 튜닝 스터브의 역할을 할 수 있도록 일방향으로 튜닝 스터브(74)가 연장 형성된 것을 보인다. 이 경우, 상기 제 1링형 방사체(70)가 낮은 주파수의 약 λ_g/2 로 설계되고 그 설계된 주파수로 방사될 때에 제 2링형 방사체(72)는 튜닝 스터브(74)로 동작되며, 높은 주파수 대역에서는 제 2링형 방사체(72)로 전류가 공급되면서 두 위상이 서로 다른 전류가 서로 상쇄되는 점에서 안테나 방사가 행해진다.

그리고, 도 8a 및 도 8b는 하나 이상의 링형 방사체(70)와 모노폴 방사체(100)가 연결부를 매개로 상호 연결되어 다중 대역으로 동작되는 링형-모노폴 안테나를 보이고 있다.

마찬가지로, 도 9와 같이 상기 링형 방사체와(72) 모노폴 방사체(110)의 위치가 바뀐 상태로 안테나 구조를 제공하더라도 링형 방사체(72)와 모노폴 방사체(110)의 서로 다른 공진주파수로 인하여 다중대역 특성을 제공하게 된다.

여기서, 상기 링형 방사체와 모노폴 방사체가 조합되는 안테나 구조 이동통신단말기의 내부 공간을 최대한 활용하기 위하여 어느 하나의 방사체가 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부에 선택적으로 구부러져 구성될 수 있다.

한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 서로 동일 또는 유사한 공진주파수를 갖는 하나 이상의 링형 방사체가 구비된 링형 안테나구조를 보인 도면이다.

도시된 바와 같이, 상호 인접한 공진주파수를 가지는 제 1 및 제 2링형 방사체(70)가 연결되고 상기 제 1 및 제 2링형 방사체(70)들 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물(6)이 구비된 상태에서, 전술한 바와 같이 PCB 기판으로부터 수평방향과 수직방향으로 일정 간격 이격 설치된 것이다.

그러면, 상기 제 1 및 제 2링형 방사체(70)는 공진주파수가 동일하기 때문에 하나의 링형 방사체의 주파수 특성에 비하여 보다 넓은 범위의 주파수 특성을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이동통신단말기용 링형 안테나 구조에 따르면, 단락핀을 사용하지 않고 하나의 급전점만이 있는 링 타입의 안테나를 이동통신 단말기의 내부공간에 장착하거나, 또는 선택적으로 유전체 기구물의 측면부에 링 방사체를 구부려서 설계함으로써, 종래 공간적인 제약으로 인하여 사용이 자제되었던 링 안테나를 적절하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다중대역을 구현하기 위하여 링형-링형, 링형-모노폴, 링형-스터브가 있는 방사체를 적층으로 구현할 수 있으며, 공진주파수가 인접한 링형 방사체를 적층하여 광대역 특성을 제공할 수 있는 잇점이 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 링형 안테나를 보이고 있는 도면,

도 2는 PCB 기판에 장착되는 링형 안테나의 구조를 보이고 있는 도면,

도 3은 본 발명에 따라 링형 방사체가 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부로 구부러진 상태를 보이고 있는 실시예 도면,

도 4는 본 발명에 따른 전기적인 길이를 증가시키기 위하여 링형 방사체에 미앤더라인이 형성된 상태를 보인 실시예 도면,

도 5a 및 도 5b는 다중 대역을 구현하기 위한 이중 링형 안테나를 보이고 있는 평면도 및 분리 사시도,

도 6은 본 발명에 따라 이중 링형 안테나 구조에서 하나의 링형 방사체가 유전체 기구물의 하나 이상의 측면부로 구부러진 상태를 보이고 있는 실시예 도면,

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 적층 안테나 구조에서 링형-스터브, 링형-모노폴, 모노폴-링형 등으로 형성된 안테나를 보인 실시예 도면,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 서로 동일 또는 유사한 공진주파수를 갖는 하나 이상의 링형 방사체가 구비된 링형 안테나구조를 보인 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 링형 방사체 20a : 슬롯,

70 : 제 1링형 방사체, 72 : 제 2링형 방사체.

Claims (9)

1. 이동통신 단말기의 PCB 기판의 접지면으로부터 λ_g/2 의 전기적 길이를 제공하기 위하여 수평방향과 수직방향으로 소정 간격 이격되어 설치되며 하나의 급전점만을 가지면서 서로 다른 고유의 공진주파수를 제공하는 적어도 두 개 이상의 링 방사체가 각각 연결되고,

   상기 링 방사체들 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물이 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 링 방사체는 상기 이동통신 단말기의 내부 공간을 최대한으로 활용하기 위하여 상기 유전체 구조물의 하나 이상의 측면부에 구부러져 형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 링 방사체는 상기 서로 다른 고유한 공진주파수가 제공되어 다중 대역기능이 제공되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 링 방사체는 내부에 형성된 소정 형상의 슬롯과, 개방된 형태의 슬릿을 이용하여 전기적인 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 하나 이상의 링 방사체 중에서 어느 하나의 링 방사체에 임피던스 정합을 위한 스터브(stub)가 연장형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 하나 이상의 링 방사체 중에서 하나의 모노폴 타입의 안테나가 적층 구비되어 다중대역으로 동작되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 링 방사체와 모노폴 타입의 안테나에서 임의의 안테나가 상기 유전체 구조물의 하나 이상의 측면부에 구부러져 형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
8. 이동통신 단말기의 PCB 기판의 접지면으로부터 λ_g/2 의 전기적 길이를 제공하기 위하여 수평방향과 수직방향으로 소정 간격 이격되어 설치되며 하나의 급전점만을 가지면서 상호 인접한 공진주파수를 가지는 하나 이상의 링 방사체가 각각 연결되고,

   상기 링 방사체들 사이의 전자기적인 틈새를 제공하기 위한 유전체 구조물이 구비되어;

   상기 하나 이상의 링 방사체에 의해 광대역 특성이 제공되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 링 방사체가 상기 유전체 구조물의 하나 이상의 측면부에 구부러져 형성되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 링형 안테나 구조.