KR20060073767A - 휴대용 무선단말기의 안테나 특성 튜닝 방법 및 이를이용한 내장형 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정 폭을 갖는 슬롯에 의해 일정 형상의 패턴을 형성시키되, 하측으로 일정 간격을 두고 돌출되는 급전핀 및 접지핀을 갖는 플레이트 타입 방사체가 단말기 내부에 내장형 안테나 장치로써 설치되는 휴대용 무선단말기에 관한 것으로서, 상기 방사체상에 일정값을 갖는 적어도 하나의 수동 소자를 접속시켜 안테나 장치의 가장 적절한 특성으로 튜닝하되, 이러한 수동 소자를 가변 설계 파라미터로 활용하여 하나의 동일 방사체로 여러 종류의 주파수 특성을 만들 수 있으며, 신호 라인의 매칭 회로를 대체할 수 있기 때문에 삽입 손실이 없어서 방사 효율이 증대되는 효과가 있다.

휴대용 무선단말기, PIFA, 수동 소자, 접지핀, 급전핀, 튜닝

Description

휴대용 무선단말기의 안테나 특성 튜닝 방법 및 이를 이용한 내장형 안테나 장치{METHOD FOR TUNNING ANTENNA PROPERTY IN PORTABLE WIRELESS TERMINAL AND BUILT-IN ANTENNA MODULE USING THEREOF}

도 1은 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기의 사시도;

도 2는 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치의 위치를 나타내는 도면;

도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나 장치의 구성을 도시한 분리 사시도;

도 4는 본 발명에 따른 도 3의 결합된 상태를 도시한 요부 단면도; 및

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 구성을 도시한 분리 사시도.

도 6a 내지 도 6c는 다양한 용량을 갖는 캐패시터를 적용하였을 때의 주파수 특성과 대역폭이 변화되는 정재파비(VSWR)를 도시한 그래프;

도 7은 매칭 소자를 사용하지 않았을 경우의 정재파비를 도시한 그래프;

도 8은 매칭 소자로써 1.2nH를 갖는 인덕터를 사용하였을 경우의 정재파비를 도시한 그래프; 및

도 9는 매칭 소자로써 56pF을 갖는 캐패시터를 사용하였을 경우의 정재파비 를 도시한 그래프.

본 발명은 휴대용 무선 통신 기기의 내부에 설치되는 내장형 안테나 장치(built-in antenna module)에 관한 것으로서, 특히 평판형 역 F 안테나(PIFA; Planar Inverted-F Antenna)의 설계 편의성을 도모하기 위하여 별도의 매칭 소자를 구비하도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 안테나 특성 튜닝 방법 및 이를 이용한 내장형 안테나 장치에 관한 것이다.

최근들어, PCS, DCS, GPS, PDA, 셀룰러 폰, 무선노트북 컴퓨터등과 같은 휴대용 무선단말기가 점차 보급화되어감에 따라 다양한 기능과 디자인의 단말기가 등장하고 있다. 또한, 상기 단말기가 점차 소형화 및 경박 단소화되어감과 동시에 그 기능의 다양성이 더욱 부각되고 있는 실정이다. 따라서, 상기와 같은 소비자의 욕구를 만족시키기 위해서는 기능을 유지 또는 향상시키면서 단말기의 부피를 줄여야 하는데 역점을 두고 있다.

특히, 안테나 장치의 경우에 있어서, 단말기의 외부로 일정 길이만큼 돌출되도록 설치되는 로드 안테나(또는 휩 안테나) 및 헬리컬 안테나는 전방향의 우수한 방사 특성으로 인하여 많이 사용되고 있지만, 단말기 외부로 돌출시켜 설치해야하는 단점으로 인해 단말기의 낙하시 파손될 수 있는 가장 취약한 부분이 되며, 휴대 성을 저하시키는 문제점을 야기시키게 된다. 따라서, 최근에는 단말기의 내부에 실장되는 플레이트 타입 내장형 안테나(소위 '인터널 안테나' 또는 '인테나' 라고 함)를 많이 사용하고 있으며, 단말기 제조업자들은 상술한 내장형 안테나의 특성을 향상시킴과 동시에 조립성 및 생산성을 향상시키기 위하여 경주하고 있는 실정이다.

일반적으로, 상술한 내장형 안테나 중 역 F 형태의 플레이트 타입 방사체를 갖는 안테나(PIFA; Planar Inverted-F Antenna)는 단말기 본체의 메인 보드(RF 보드)상에 전기적으로 접속되는 구성을 갖는다. 이때, 상기 방사체는 두 개의 급전선을 가지게 된다. 하나는 상기 메인 보드의 안테나 급전부(feeding portion)에 전기적으로 연결되어 있으며, 나머지 하나는 다층 구조의 메인 보드의 도전층(ground portion)에 접지되어 동작한다. 상기 플레이트 타입 방사체는 접지층으로 사용되는 메인 보드의 도전층과 일정한 간격을 유지해야 소망하는 방사 특성으로 동작한다. 따라서, 상기 방사체는 일정 높이를 갖는 소정의 캐리어에 고정되며, 상기 캐리어가 상기 메인 보드상에 고정됨으로써 안테나 장치를 구성하게 되는 것이다.

한편, 상술한 PIFA를 설계함에 있어서, 특정 단말기에 최상의 안테나 특성이 발현되도록 설계하여야 하는데, 이때, 안테나 장치의 설계시 고정 설계 파라미터와 가변 설계 파라미터를 고려하여 설계하게 된다. 상기 고정 설계 파라미터는 이미 정해진 단말기의 형태 및 크기에 따라 방사체의 길이, 폭 및 접지면과 방사체간의 이격 거리등은 어느 정도 정해진다. 따라서, 안테나 특성 매칭시 가변 설계 파라미터를 변경시켜 최상의 안테나 특성을 찾게 되는 것이다. 상기 가변 설계 파라미터 로는 급전핀의 위치, 급전핀 및 접지핀의 폭, 급전핀과 접지핀간의 이격 거리, 방사체상에 형성되는 패턴의 형태등이 될 수 있을 것이다.

그러나 상술한 바와 같이 가변 설계 파라미터를 사용하여 안테나 장치를 튜닝하게 되면, 여러 종류의 샘플이 필요할 뿐만 아니라, 각각의 다른 조건을 갖는 파라미터를 일일이 적용시켜 특성을 시험해야 하므로 시간적으로 낭비가 되는 문제점이 발생하게 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 가변 설계 파라미터를 배제시켜 여러 종류의 샘플이 필요하지 않음과 동시에 소망하는 안테나 장치의 특성을 손쉽게 획득할 수 있도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 안테나 특성 튜닝 방법 및 이를 이용한 내장형 안테나 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 매칭 회로를 단말기의 메인 보드밖에 위치시킴으로써 안테나 장치의 공진주파수 튜닝과 대역폭 튜닝을 손쉽게 수행할 수 있도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 안테나 특성 튜닝 방법 및 이를 이용한 내장형 안테나 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 PIFA에 있어서, 급전핀과 접지핀간의 튜닝을 위한 거리 조절 없이 일정 용량의 수동 소자를 개재시켜 두 핀간의 이격 효과가 발생되도록 구성되는 휴대용 무선단말기의 안테나 특성 튜닝 방법 및 이를 이용한 내장형 안테나 장치를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 일정 폭을 갖는 슬롯에 의해 일정 형상의 패턴을 형성시키되, 하측으로 일정 간격을 두고 돌출되는 급전핀 및 접지핀을 갖는 플레이트 타입 방사체가 단말기 내부에 내장형 안테나 장치로써 설치되는 휴대용 무선단말기에 있어서, 상기 방사체상에 일정값을 갖는 적어도 하나의 수동 소자를 접속시켜 안테나 장치의 가장 적절한 특성으로 튜닝함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 방법을 사용한 내장형 안테나 장치를 청구하고 있다. 따라서, 본 발명은 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 모듈에 있어서, 안테나 모듈을 위한 급전부와 접지부를 갖는 메인 보드와, 상기 메인 보드상에 설치하되, 상기 메인 보드의 급전부 및 접지부에 전기적으로 각각 접속되는 소정의 급전핀 및 접지핀을 갖는 플레이트 타입 방사체 및 상기 방사체 적소에 전기적으로 접속되도록 설치되는 일정값을 갖는 적어도 하나의 수동 소자를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기존의 메인 보드상에 위치하던 매칭 소자를 안테나 방사체에 위치하도록 변경시키면서 다양한 장점이 도출된다. 예를 들어, 메인 보드에 일단 한번 접속되면 변경이 불가능한 고정 파라미터로써 사용되던 매칭 소자가 본 발명에서는 안테나 특성을 튜닝하기 위하여 다른 값을 갖는 다른 매칭 소자로 변경이 가능하도록 적용시킬 수 있다는 점이다. 이에 따라, 기존의 가변 파라미터들의 수가 줄어들 것이며, 이는 특성 튜닝에 있어 아주 편리하고 적절한 시간 활용에 도 움을 줄 수 있을 것이다.

바람직하게도, 본 발명에서 사용되는 매칭 소자로는 공지의 수동 소자를 사용할 수 있을 것이다. 방사체의 다양한 고정 파라미터에 따른 다양한 값을 가지는 수동 소자가 적용될 수 있을 것이다. 더욱 상세하게는, 상기 수동 소자로는 저항(R), 캐패시터(C), 인덕터(L)등을 사용할 것이다. 필요에 따라서는 상술한 소자를 중복 사용하거나 다른 소자를 여러개 사용할 수 있을 것이다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 안테나의 특성을 튜닝할 때 급전핀과 접지핀의 폭, 길이, 간격등과 같은 가변 설계 파라미터를 최소화하여 샘플 교체로 인한 시간 낭비를 최대한 억제할 수 있을 것이다. 이러한 점은 생산성 및 수율 향상에 많은 도움을 줄 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 슬라이드 타입 단말기를 도시하고 기술하였으나, 이에 국한되지는 않는다. 예컨대, 플레이트 타입 내장형 안테나 모듈이 사용되는 PDA, 일반 단말기, 무선 노트북 PC등 다양한 무선기기에 적용할 수 있을 것이다.

도 1은 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기의 사시도이고, 도 2는 일반 슬라이드 타입 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치의 위치를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 휴대용 무선단말기(100)는 본체인 메인 바디(110)와 상기 메인 바디(110)상에서 단말기의 길이 방향으로 일정 길이만큼 유동가능한 슬라이드 바디(120)로 구성된다. 상기 슬라이드 바디(120)상에는 전면에 걸쳐 디스플레이 장치(121)가 설치된다. 상기 디스플레이 장치(121)는 컬러 와이드 엘씨디 모듈일 수 있으며, 바람직하게는 터치스크린 패널일 수 있다. 상기 디스플레이 장치(121)의 상부에는 상대방의 음성을 수신할 수 있는 스피커폰 장치(122)가 설치되어 있으며, 상기 디스플레이 장치(121)의 하측으로는 적어도 하나의 키패드 어셈블리(123)가 설치된다. 바람직하게는, 상기 키패드 어셈블리(123)는 네이게이션 키버튼을 설치할 수 있다.

상기 슬라이드 바디(120)가 메인 바디(110)상에서 개방되었을 때 보이는 메인 바디(110)의 면상에는 다수의 키버튼을 구비한 다른 키패드 어셈블리(111)가 설치될 수 있는데, 바람직하게는 숫자 키 버튼(3×4 키버튼)이 설치될 수 있다. 상기 키패드 어셈블리(111)의 하측으로는 상대방에게 사용자의 음성을 전달할 수 있는 마이크로폰 장치(112)가 설치된다. 상기 메인 바디(110)의 후면상에는 단말기의 전원 공급 수단인 배터리팩(130)이 설치된다. 이때, 내장형 안테나 장치는 도 2의 점선으로 표시된 메인 바디(110)의 내부에 설치된다.

도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나 장치의 구성을 도시한 분리 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 도 3의 결합된 상태를 도시한 요부 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 내장형 안테나 장치는 단말기에 설치되는 메인 보드(20)와, 상기 메인 보드상에 설치되는 방사체(50)로 구 성된다. 부가적으로, 상기 방사체(50)는 일정 높이를 갖는 캐리어(30)를 개제시켜, 상기 캐리어(30)의 상면에 상기 방사체를 고정시키는 구성을 가질 수 있을 것이다. 더욱이, 상기 방사체(50)는 플레이트 타입으로 형성하고, 상면에 일정 폭을 갖는 슬롯(55)에 의해 일정 패턴이 형성되도록 하였다. 이러한 패턴은 적용되는 단말기 및 사용 주파수 대역에 따라 변형될 수 있을 것이다.

상기 메인 보드(20)상에는 상기 방사체(50)에서 인출되는 두 개의 핀인 접지핀(52)과 급전핀(53)이 전기적으로 각각 접속되기 위한 접지부(21)와 급전부(22)가 형성된다. 상기 급전부(22)는 메인 보드(20)상에 형성되는 패턴(23)에 의해 RF 컨넥터(25)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 방사체(50)는 소정의 캐리어(30)상에 고정되도록 설치될 수 있다. 상기 캐리어(30)는 소정의 합성수지 재질로 형성될 수 있으며, 상기 방사체(50)가 박판의 금속성 플레이트이기 때문에 메인보드(20)상에 단독으로 고정되면, 후에 모양이 뒤틀어지는 문제점이 발생되어 안테나의 방사 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 상기 방사체(50)에는 다수의 개구(54)가 형성되어 상기 캐리어(30)에 초음파 융착등에 의해 고정될 수 있을 것이다. 상기 캐리어의(30)의 적소에는 상술한 방사체(50)의 접지핀(52)과 급전핀(53)이 관통되어 메인 보드(20)의 접지부(21)와 급전부(22)에 각각 접속될 수 있도록 관통구멍(31, 32)가 각각 형성될 수 있다. 또한, 상기 캐리어(30)의 양측면에는 고정 돌기(36)가 하방으로 연장 돌출되도록 형성됨으로써 상기 메인 보드(20)에 형성되는 고정홈(26)에서 삽입되어 상기 캐리어(30)가 메인 보드(20)에 긴밀히 고정될 수 있는 것이다.

그후, 본 발명에 따른 수동 소자(40)가 설치된다. 바람직하게도, 상기 수동 소자(40)는 방사체(50)의 접지핀(52)이 절단된 상태에서 양단이 전기적으로 도통될 수 있도록 설치된다. 즉, 상기 접지핀(52)의 중간 정도를 절단시킨 상태에서 수동 소자(40)의 양 접속부를 상기 절단된 접지핀(52)의 각 단에 솔더링등의 공정으로 고정시키게 된다. 상술한 수동 소자(40)는 일정 값을 갖는 저항(R), 캐패시터(C), 인덕터(L)일 수 있다.

본 도면상에서는 일정 용량을 갖는 캐패시터를 사용하여 전기적으로 도통하도록 접지핀(52)에 개재시킨 구성을 도시하고 있다. 따라서, 사용자는 방사체(50)의 넓이나 높이 등의 고정 설계 파라미터가 결정된 상태에서 상술한 수동 소자(40)를 다른 값을 갖는 수동 소자로 교체하면서 가변 설계 파라미터로 사용함으로써 안테나 특성을 매칭시킬 수 있을 것이다. 본 도면상에는 하나의 수동 소자를 사용하였으나, 다수개의 소자를 배치시킬 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내장형 안테나 장치의 구성을 도시한 분리 사시도로써, 도시된 방사체(50), 캐리어(30) 및 메인 보드(20)의 구성은 도 4의 구성과 동일하므로 생략하기로 한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 방사체(50)상의 슬롯(55)을 가로 질러 수동 소자로써 저항(40')이 연결된 상태를 도시하였다. 역시, 작업자는 상기 슬롯(55)에 다양한 값을 갖는 저항(40')을 적용시켜 우수한 방사 특성을 갖도록 매칭시킬 수 있을 것이다.

상기 수동 소자들은 단독으로 사용되거나 복수로 사용될 수 있을 것이며, 다 양한 수동 소자가 동시에 적용되어도 무방할 것이다.

도 6a 내지 도 6c는 다양한 용량을 갖는 캐패시터를 적용하였을 때의 주파수 특성과 대역폭이 변화되는 정재파비(VSWR)를 도시한 그래프로써, 도 4에 도시된 바와 같이 방사체상에 캐패시터가 적용된 경우를 도시하였다. 도 6a 내지 도 6c는 순차적으로 12pF, 27pF, 47pF의 용량을 갖는 캐패시터가 적용된 상태를 도시하였다.

상기 그래프들은 800MHz 대역에서의 주파수 특성과 대역폭이 적용되는 캐패시터의 값에 따라 변화됨을 보여준다. 바꾸어 말하면, 적절한 값을 갖는 캐패시터를 적용하여 작업자가 소망하는 특성을 갖도록 안테나 장치를 튜닝할 수 있음을 알 수 있는 것이다.

도 7은 매칭 소자를 사용하지 않았을 경우의 정재파비를 도시한 그래프이고, 도 8은 매칭 소자로써 1.2nH를 갖는 인덕터를 사용하였을 경우의 정재파비를 도시한 그래프이며, 도 9는 매칭 소자로써 56pF을 갖는 캐패시터를 사용하였을 경우의 정재파비를 도시한 그래프이다.

도 8은 방사체의 접지핀과 방사면 사이에 1.2nH의 값을 갖는 인덕터를 적용한 결과로 CDMA 대역(marker1 ~ marker2 사이)의 VSWR이 도 7의 매칭 소자를 적용하지 않았을 경우 대비 marker1은 8.5:1에서 2.6:1로 바뀌었으며, marker2는 1.3:1에서 2.9:1로 바뀌어 주파수 특성이 변한것을 알 수 있으며, marker2의 VSWR이 높아졌지만 대역폭이 상대적으로 증가했음을 알 수 있었다.

도 9는 방사체의 접지핀과 방사면 사이에 56pF의 값을 갖는 캐패시터를 적용한 결과로 CDMA 대역(marker1 ~ marker2 사이)의 VSWR이 도 7의 매칭 소자를 적용 하지 않았을 경우 대비 marker1은 8.5:1에서 2.9:1로 바뀌었으며, marker2는 1.3:1에서 2.8:1로 바뀌어 주파수 특성이 변한것을 알 수 있으며, 도 8의 경우와 비교할 때에는 대역폭이 약간 감소함을 알 수 있었다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 안테나 장치는 특정 대역의 주파수 특성과 대역폭이 방사체의 접지핀과 방사면 사이에 개재되는 인덕터나 캐패시터와 같은 수동 소자의 값에 따라 변화되므로, 이러한 수동 소자를 가변 설계 파라미터로 활용하여 하나의 동일 방사체로 여러 종류의 주파수 특성을 만들 수 있으며, 신호 라인의 매칭 회로를 대체할 수 있기 때문에 삽입 손실이 없어서 방사 효율이 증대되는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 일정 폭을 갖는 슬롯에 의해 일정 형상의 패턴을 형성시키되, 하측으로 일정 간격을 두고 돌출되는 급전핀 및 접지핀을 갖는 플레이트 타입 방사체가 단말기 내부에 내장형 안테나 장치로써 설치되는 휴대용 무선단말기에 있어서,

   상기 방사체상에 일정값을 갖는 적어도 하나의 수동 소자를 접속시켜 안테나 장치의 가장 적절한 특성으로 튜닝함을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수동 소자는 전기적으로 도통하도록 접지핀의 중간에 개재됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수동 소자는 상기 방사체상의 슬롯을 가로질러 전기적으로 도통하도록 설치됨을 특징으로 하는 방법.
4. 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 모듈에 있어서,

   안테나 모듈을 위한 급전부와 접지부를 갖는 메인 보드;

   상기 메인 보드상에 설치하되, 상기 메인 보드의 급전부 및 접지부에 전기적으로 각각 접속되는 소정의 급전핀 및 접지핀을 갖는 플레이트 타입 방사체; 및

   상기 방사체 적소에 전기적으로 접속되도록 설치되는 일정값을 갖는 적어도 하나의 수동 소자를 포함함을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 접지핀의 중간을 절단하여 양단을 수동 소자에 의해 전기적으로 도통 시키도록 설치함을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 수동 소자는 절단된 접지핀의 양단에 솔더링에 의해 고정됨을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 방사체상에는 일정 폭을 갖는 슬롯에 의해 일정 형상의 패턴이 형성되 며, 상기 수동 소자는 상기 슬롯을 가로질러 도통시킴을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 내장형 안테나 장치.
8. 제 4항에 있어서,

   상기 방사체는 일정 높이를 갖는 캐리어의 상면에 부착 고정되며, 상기 캐리어가 메인 바디에 고정됨을 특징으로 하는 휴대용 무선단말기의 안테나 장치.
9. 수동 소자로써 일정 값을 갖는 저항(R), 캐패시터(C), 인덕터(L) 중 어느 하나를 사용하거나 이들을 조합하여 사용함을 특징으로 하는 전 항 중 어느 한 항에 따른 휴대용 무선단말기의 안테나 특성 튜닝 방법 및 이를 이용한 내장형 안테나 장치.

Images