KR20060030800A - 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 및 그를 이용한무선통신 단말기 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 및 그를 이용한 무선통신 단말기에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 무선통신 단말기의 내장형 안테나로 사용되는 평면 역 에프 안테나(PIFA : Planar Inverted F Antenna)의 패치부를 원형으로 구현함으로써, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키고, 그를 이용하여 무선통신 단말기의 공간효율을 극대화하고 무선통신 단말기를 소형화할 수 있는, 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 및 그를 이용한 무선통신 단말기를 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나에 있어서, 원형 형상의 패치로 구현되어, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키기 위한 원형 패치부; 상기 원형 패치부에 전류를 유기시키기 위한 급전부; 및 상기 원형 패치부를 무선통신 단말기에 고정시키기 위한 고정부를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 무선통신 단말기 등에 이용됨.

원형 패치, 평면 역 에프 안테나, 링형 패치, 사각 패치, 전기적 길이 증가, 무선통신 단말기

Description

원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 및 그를 이용한 무선통신 단말기{Planar inverter F antenna using circular patch and wireless communication terminal using the same}

도 1은 종래의 사각 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 구성도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 일실시예 상세 설명도,

도 3은 종래의 사각 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나와 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 반사계수 특성을 비교하기 위한 일실시예 설명도,

도 4는 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 이용한 무선통신 단말기에 대한 일실시예 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나를 이용한 무선통신 단말기에 대한 일실시예 측단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 안테나 22 : 무선송수신부

23 : 제어부 24 : 코덱

25 : 음성출력부 26 : 음성입력부

27 : 저장부 28 : 입력부

29 : 표시부 211 : 원형 패치부

212 : 급전부 212 : 고정부

본 발명은 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 및 그를 이용한 무선통신 단말기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신 단말기의 내장형 안테나로 사용되는 평면 역 에프 안테나(PIFA : Planar Inverted F Antenna)의 패치부를 원형으로 구현함으로써, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키고, 그를 이용하여 무선통신 단말기의 공간효율을 극대화하고 무선통신 단말기를 소형화할 수 있는, 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 및 그를 이용한 무선통신 단말기에 관한 것이다.

본 발명에서 무선통신 단말기란, 이동통신 단말기, 개인 휴대통신 단말기(PCS), 개인용 디지털 단말기(PDA), 차세대 무선통신 단말기(IMT-2000), 무선랜 단말기, 스마트폰 등과 같은 개인이 휴대하면서 무선통신이 가능한 단말기를 말한다.

그리고, 본 발명에서 평면 역 에프 안테나란, 일반적으로 PIFA(Planar Inverted F Antenna)라고 불리며, 도 1에 도시된 바와 같이 사각 패치, 접지면, 급전부, 단락판(또는 단락핀)으로 구성되는 안테나를 말한다.

여기서, 단락판(또는 단락핀)은 사각 패치와 접지면 사이에 부착되어 있으며, 상기 사각 패치는 접지면에 연결되어 있는 급전부를 통해 급전되는 것이다.

따라서, 평면 역 에프 안테나(PIFA)는 유한 접지면 위에 사각 패치가 놓인 형태로서, 전류 급전을 통하여 패치를 여기시켜 접지면과 함께 복사소자로서의 역할을 하는 것이다.

이 때, 평면 역 에프 안테나는 패치의 높이, 넓이, 및 길이 그리고 급전부의 위치와 단락핀 또는 단락판의 위치에 따라 대역폭, 이득, 공진 주파수 등이 결정된다. 따라서, 평면 역 에프 안테나를 설계시에는 이들 전반적인 사항을 모두 고려하여 설계하여야 한다.

일반적으로 무선통신 단말기는 상대방이 송신한 신호를 수신하거나 상대방으로 신호를 송신하기 위한 안테나를 무선통신 단말기 본체 내외부의 적소에 구비하여 무선통신망을 통하여 상대방의 무선통신 단말기와의 신호를 주고받으며 통신을 할 수 있다.

최근에는 이러한 무선통신 단말기가 점점 소형화, 경량화 되어감에 따라 무선통신 단말기의 가장 큰 부품중의 하나인 안테나를 수신감도와 전자파의 유해성 등을 고려하여 점점 크기가 작은 안테나로 설계하고 있는 추세이다.

기존의 무선통신 단말기의 안테나로는 헬리컬 안테나와 휩 안테나가 결합된 형태의 안테나가 가장 많이 사용되고 있으며, 이는 무선통신 단말기 본체의 외형에 돌출형으로 구비되는 외장형 안테나이다.

그러나, 이러한 외장형 안테나를 사용하게 되면 안테나와 접합부분의 부품들이 많아 조립공정 및 부품관리가 어렵고, 외부의 충격에 의해 안테나가 쉽게 손상을 입을 수 있으며, 안테나의 지향성 및 이득이 충분치 않아서 고품질의 통화를 보장할 수 없는 문제점이 있었다.

그에 따라, 최근에는 대한민국 공개특허 제 10-2001-0104073호에 개재되어 있는 바와 같이, 무선통신 단말기 제품의 모양, 크기 및 성능에 따라 제작이 가능한 평면 역 에프 안테나(PIFA)를 무선통신 단말기 내부에 내장형 안테나로 구비함으로써 제품의 외관 디자인을 미려하게 하고, 무선통신 단말기를 소형화할 수 있는 단계에까지 이르렀다.

이러한 평면 역 에프 안테나(PIFA)는 기존의 외장형 안테나에 비해 부품 수가 적어 조립공정이 간단해지고 제작비용이 절감되며, 광대역 및 고이득을 가지는 안테나로 설계하는 것이 가능하다. 그러므로 안테나의 성능을 향상시켜 보다 질높은 통화 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있다.

그에 따라, 최근 무선통신 단말기의 내장형 안테나로서 많이 사용되고 있는 추세이다.

그러나, 현재까지의 평면 역 에프 안테나(PIFA)는 급전부를 통하여 공급되는 전류를 유기하는 패치부의 크기가 공진 주파수에 상응하도록 정해짐으로써, 무선통신 단말기 내부의 공간을 많이 차지하여 공간 활용을 효율적으로 할 수 없는 문제점이 있었고, 그에 따라 무선통신 단말기 본체 자체의 부피가 안테나의 부피에 비 례하여 커지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 무선통신 단말기의 내장형 안테나로 사용되는 평면 역 에프 안테나(PIFA : Planar Inverted F Antenna)의 패치부를 원형으로 구현함으로써, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키고, 그를 이용하여 무선통신 단말기의 공간효율을 극대화하고 무선통신 단말기를 소형화할 수 있는, 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나 및 그를 이용한 무선통신 단말기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나에 있어서, 원형 형상의 패치로 구현되어, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키기 위한 원형 패치부; 상기 원형 패치부에 전류를 유기시키기 위한 급전부; 및 상기 원형 패치부를 무선통신 단말기에 고정시키기 위한 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 장치는, 무선통신 단말기에 있어서, 원형 패치부를 이용하여 전기적 길이를 증가시켜, 송수신 신호의 특성을 향상시키기 위한 평면 역 에프 안테나; 제어수단의 제어에 따라 상기 평면 역 에프 안테나를 통하여 무선 신호를 송수신하기 위한 무선송수신수단; 및 상기 평면 역 에프 안테나를 통하여 무선 신호를 송수신하도록 상기 무선송수신수단을 제어하기 위한 상기 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나에 대한 일실시예 상세 설명도로서, 도 2a는 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 측면도를 나타낸 것이고, 도 2b는 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 상면도로서 원형 패치부를 상세 설명하기 위한 도면이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나는, 원형 형상의 패치로 구현되어, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키기 위한 원형 패치부(211), 상기 원형 패치부에 전류 를 유기시키기 위한 급전부(212), 및 상기 원형 패치부를 무선통신 단말기에 고정시키기 위한 고정부(213)를 포함한다.

한편, 도 2b를 참조하여 상기 원형 패치부를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 안테나의 원형 패치부(211)는 한 개의 링형 패치와 다수 개의 사각 패치(본 발명의 일실시예에서는 16개로 구성됨)를 구비한다.

여기서, 상기 링형 패치는 상기 평판 역 에프 안테나의 전기적 길이를 증가시키는 역할을 하며, 상기 사각 패치는 상기 안테나의 주파수 대역을 조절하는 역할을 한다.력

이 때, 상기 사각 패치의 길이가 길어지면 상기 안테나의 주파수 대역은 낮은 쪽으로 이동하고, 상기 사각 패치의 길이가 짧아지면 상기 안테나의 주파수 대역은 높은 쪽으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 링형 패치와 사각 패치의 재질은 동판을 사용하며, 유전율은 4.6, 그 폭과 두께는 상기 링형 패치와 사각 패치 모두 0.9mm, 0.002mm이다.

그리고, 상기 링형 패치의 지름은 9mm, 상기 긴 사각 패치의 길이는 5.8mm, 짧은 사각 패치의 길이는 3mm이다.

그에 따라, 상기와 같이 설계된 원형 패치를 이용한 평판 역 에프 안테나는 그 면적이 254mm²(9*9*pi) 가 되어 종래의 기본형 평판 역 에프 안테나의 면적인 310mm²(31(가로)*10(세로)) 에 비해 20% 정도의 공간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

여기서, 상기에 전술한 링형 패치와 사각 패치의 재질, 폭, 두께, 및 길이 등의 특성은 모두 본 발명에 사용된 일실시예에 불과할 뿐 그에 한정되는 것은 아니며, 안테나의 특성을 조정하는 과정에서 그 값들은 얼마든지 변경 가능함을 밝혀둔다.

도 3은 종래의 사각 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나와 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 반사계수 특성을 비교하기 위한 일실시예 설명도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 반사계수 특성은 종래의 사각 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나의 반사계수 특성과 유사함을 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나를 이용한 무선통신 단말기에 대한 일실시예 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나를 이용한 무선통신 단말기는 안테나(21), 무선송수신부(22), 제어부(23), 코덱(24), 음성출력부(25), 음성입력부(26), 저장부(27), 입력부(28), 표시부(29)를 포함한다.

상기 안테나(21)는 도 2에서 설명한 원형 패치부를 이용한 평면 역 에프 안테나를 의미하는 것으로서, 원형 패치부를 이용하여 전기적 길이를 증가시켜, 작은 면적으로 송수신 신호의 특성을 향상시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 무선송수신부(22)는 제어부(23)의 제어에 따라 상기 안테나(21)로부터 전달받은 무선 신호를 기저대역 신호로 하향 변환하고, 기저대역 신호 를 무선 신호로 상향 변환하여 안테나(21)를 통하여 송출하는 역할을 한다.

상기 제어부(23)는 상기 무선통신 단말기의 전반적인 동작을 제어하며, 또한 상기 안테나(21)를 통하여 수신된 외부기기로부터의 무선 신호를 상기 무선통신 단말기에서 사용 가능한 기저대역 신호로 변환하도록 상기 무선송수신부(22)를 제어하고, 기저대역 신호를 상기 안테나(21)를 통하여 상기 외부기기로 송출가능한 무선 신호로 변환하도록 상기 무선송수신부(22)를 제어하는 역할을 한다.

상기 코덱(24)은 상기 제어부(23)의 제어에 따라 상기 무선송수신부(22)로부터 전달받은 신호를 음성으로 변환하여 음성출력부(25)로 출력하고, 음성입력부(26)로부터 입력받은 음성을 신호로 변환하여 상기 제어부(23)로 전달하여 상기 무선송수신부(22)로 출력되도록 하는 역할을 한다.

상기 음성출력부(25)는 상기 코덱(24)으로부터 전달받은 음성을 출력하는 역할을 하고, 상기 음성입력부(26)는 음성을 입력받아 상기 코덱(24)으로 전달하는 역할을 한다.

한편, 상기 저장부(27)는 무선통신 단말기를 구동시키기 위한 프로그램과 파일 시스템(이미지, 캐릭터, 아이콘), 촬영 영상 데이터 등을 저장하는 역할을 한다.

상기 입력부(28)는 각종 기능키와 숫자 키들을 구비하고 있어 무선통신 단말기에 필요한 신호를 입력받는 역할을 하며, 상기 표시부(29)는 상기 제어부(23)의 제어에 따라, 무선통신 단말기 사용자가 인식할 수 있는 화면을 표시해주는 역할을 한다.

또한, 상기 도 2에 도시하지는 않았지만 상기 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나를 이용한 무선통신 단말기는 상기 제어부(23)의 제어에 따라 피사체의 영상을 획득하기 위한 영상촬영부(카메라부) 및 저조도에서 영상을 촬영시 조도정보를 맞춰주기 위하여 발광하는 발광부(플래시)를 더 포함할 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나를 이용한 무선통신 단말기에 대한 일실시예 측단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나(21)는 무선통신 단말기의 인쇄회로기판 후면에 구비된다.

여기서, 상기 안테나(21)는 원형 패치부(211), 급전부(212), 고정부(213)를 포함한다.

이 때, 상기 원형 패치부(211)는 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키고, 급전부(212)를 통하여 전달받은 무선송수신부(22)로부터의 전류 신호를 전자기 신호로 변환하여 방사하는 역할을 한다.

한편, 상기 급전부(212)는 상기 무선송수신부(22)와 상기 원형 패치부(211) 사이에서 신호를 상호 전달하는 역할 즉, 상기 무선송수신부(22)로부터의 신호를 상기 원형 패치부(211)로 전달하고, 상기 원형 패치부(211)로부터의 신호를 상기 무선송수신부(22)로 전달하는 역할을 한다.

이 때, 상기 무선송수신부(22)는 상기 무선통신 단말기의 인쇄회로기판 상에 구비되므로 상기 급전부(212)는 도 5에서와 같이 상기 인쇄회로기판과 상기 원형 패치부(211)를 연결하는 것과 같이 도시된다.

그리고, 상기 고정부(213)는 상기 원형 패치부(211)를 상기 무선통신 단말기의 인쇄회로기판에 고정시키는 역할을 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 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 발명은, 무선통신 단말기의 내장형 안테나로 사용되는 평면 역 에프 안테나의 패치부를 원형으로 구현함으로써, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 안테나의 크기 및 면적을 축소할 수 있는 효과가 있다.

그에 따라 본 발명은, 무선통신 단말기의 공간효율을 극대화할 수 있고, 무선통신 단말기의 크기 또한 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나에 있어서,

   원형 형상의 패치로 구현되어, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키기 위한 원형 패치부;

   상기 원형 패치부에 전류를 유기시키기 위한 급전부; 및

   상기 원형 패치부를 무선통신 단말기에 고정시키기 위한 고정부

   를 포함하는 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 원형 패치부는,

   안테나의 전기적 길이를 증가시키기 위한 링형 패치; 및

   안테나의 주파수 대역을 조절하기 위한 사각 패치

   를 포함하는 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 사각 패치는,

   상기 안테나의 주파수 대역을 낮추고자 하는 경우에는 길이를 길게 구현하 고, 상기 안테나의 주파수 대역을 높이고자 하는 경우에는 길이를 짧게 구현하는 것을 특징으로 하는 원형 패치를 이용한 평면 역 에프 안테나.
4. 무선통신 단말기에 있어서,

   원형 패치부를 이용하여 전기적 길이를 증가시켜, 송수신 신호의 특성을 향상시키기 위한 평면 역 에프 안테나;

   제어수단의 제어에 따라 상기 평면 역 에프 안테나를 통하여 무선 신호를 송수신하기 위한 무선송수신수단; 및

   상기 평면 역 에프 안테나를 통하여 무선 신호를 송수신하도록 상기 무선송수신수단을 제어하기 위한 상기 제어수단

   을 포함하는 평면 역 에프 안테나를 이용한 무선통신 단말기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 평면 역 에프 안테나는,

   원형 형상의 패치로 구현되어, 안테나의 전기적 길이를 증가시켜 송수신 신호의 특성을 향상시키기 위한 상기 원형 패치부;

   상기 원형 패치부에 전류를 유기시키기 위한 급전부; 및

   상기 원형 패치부를 무선통신 단말기에 고정시키기 위한 고정부

   를 포함하는 평면 역 에프 안테나를 이용한 무선통신 단말기.

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