KR20060094716A - 안테나 모듈 및 이를 구비한 전자 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자장치의 세트내 차지하는 공간을 최소로 감소시키면서, 설치 구조에 대한 자유도를 향상시켜 세트의 공간활용도를 높히고, 전자장치의 소형화 및 다기능화를 도모할 수 있는 안테나 모듈 및 이를 구비한 전자장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 안테나 모듈은, 유연성을 갖는 비도전성의 재질로 이루어지는 기판; 하면 일단부에 전류가 공급되는 급전부와, 하면 타단부에 상기 기판과 고정시키기 위한 제1 고정부 및 상기 공급된 전류에 의하여 방사를 담당하는 방사부를 갖고, 상기 기판 상부의 소정 영역에 장착되는 안테나 소자; 상기 안테나 소자의 급전부에 연결되도록 상기 기판상에 형성되며, 일단부에 급전 패드가 형성되는 급전라인; 상기 안테나 소자의 제1 고정부에 연결되도록 상기 기판상에 형성되는 제1 고정 패드;및 적어도 하나의 도전성 스트립 라인으로 형성되어 상기 급전 패드와 상기 제1 고정 패드 사이에 배열되는 패드 커플링 소자를 포함하고, 상기 급전 라인을 통하여 상기 안테나의 방사부로 흐르는 전류에 의한 공진과, 상기 패드 커플링 소자로 유입되는 전류에 의한 공진의 상호 작용으로 인하여 소정 대역의 신호를 처리하는 것을 특징으로 한다.

안테나, 무선 전자 장치, 칩안테나, 임피던스 매칭, 유연성, coupling

Description

안테나 모듈 및 이를 구비한 전자 장치{ANTENNA MODULE AND ELECTRIC APPARATUS USING THE SAME}

도 1은 종래 내장형 안테나의 구조 및 설치 형태를 나타낸 도면.

도 2는 종래 다른 안테나 모듈의 구조를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 안테나 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도 4는 본 발명에서와 같이 무급전라인이 형성된 안테나모듈의 방사 특성 및 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도표.

도 5 내지 도 9은 본 발명의 실시예에 따라 패드 커플링 소자를 갖는 안테나 모듈의 구조를 나타내는 도면.

도 10은 본 발명에 따라 패드 커플링 소자가 형성된 안테나모듈의 방사 특성 및 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도표.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 하부 커플링 소자가 형성된 안테나 모듈의 구성을 나타내는 분해 사시도.

도 12는 본 발명에 따라 하부 커플링 소자가 형성된 안테나모듈의 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도표.

도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 의한 안테나 모듈를 전자장치 세트에 장착한 예를 나타낸 도면.

본 발명은 무선통신기능을 구비한 전자장치에 구비되는 안테나 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자장치의 세트내 차지하는 공간을 최소로 감소시키면서, 설치 구조에 대한 자유도를 향상시켜 세트의 공간활용도를 높히고, 전자장치의 소형화 및 다기능화를 도모할 수 있는 안테나 모듈 및 이를 구비한 전자장치에 관한 것이다.

최근 반도체 기술과 통신기술이 발달과 더불어, 사용자의 이동성 및 휴대성을 향상시킬 수 있는 무선 통신 기능을 구비한 전자 장치(이하, 무선 전자 장치라 약칭함)들의 사용이 보편화되어 있다. 이런 전자장치의 대표적인 예로는 핸드폰을 들 수 있는데, 이런 무선 통신 기능을 구비한 전자장치들은 가장 기본적인 목적인 휴대성에 대한 사용자들의 욕구를 충족시키기 위해서, 점차 저중량화 및 소형화 추세로 개발되고 있다.

더불어, 하나의 장치로 둘 이상의 기능을 복합적으로 이용할 수 있도록 하여 소지의 간편을 추구하는 사용자 욕구를 만족시키기 위하여, 무선 전자 장치에, MP3, 카메라, 신용카드기능, 무선 접촉식 교통카드기능중 하나 이상을 포함시키는 다기능화 추세에 있다.

이러한 추세에 따라서, 무선 전자 장치에 구비되는 부품들의 소형화가 연구되고 있는데, 이러한 추세는 무선신호를 송수신하는 소자인 안테나에도 그대로 적 용되고 있다. 종래 무선 전자 장치에서는 제품 사이즈를 줄이기 위하여 내장형 안테나를 주로 사용한다. 이런 내장형 안테나로는 마이크로스트립 패치 안테나, 평판 역 F형 안테나, 칩 안테나등이 있다.

상기에서, 마이크로스트립 패치 안테나는 인쇄회로기판상에 인쇄되는 마이크로스트립 패치로 구현되는 것이며, 칩안테나는 소정의 유전체 블럭 내부에 나선형을 포함한 여러가지 형태의 방사 패턴을 다층으로 형성하는 것으로서, 상기 다수의 방사패턴이 전기적으로 연결되어 소정 파장에 대응하는 전류 경로를 갖는 안테나 기능을 수행한다.

그리고, 역F형 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10)상에서 소정 높이 위에 형성되는 방사패치(11)와, 상기 방사패치(11)의 일측 모서리에 전류를 인가하기 위한 급전라인(12)과 접지라인(13)이 연결되는데, 상기 급전라인(12)과 접지라인(13)은 방사패치(11)에 수직으로 결합되며 기판(10)상의 신호 및 접지패턴에 본딩된다.

상기에서, 방사패치(11)는 기본적으로 직사각형 형태로 가능하며, 여기에서는 송수신대역의 확장, 안테나 특성의 향상을 위해서, 사각형의 도체평면에 소정 형태의 슬릿으로 분할하여 나선형으로 변형하였다. 상기 방사패치(11)의 형상은 다양한 형태로 변형될 수 있다. 상기 도 1에 도시된 예에서, 방사패치(11)는 두개의 전류경로를 갖으며, 상기 두 전류경로의 전기적 길이에 해당하는 파장의 주파수신호에 대한 송수신을 수행할 수 있다. 이때, 상기 방사패치(11)와 급전 및 접지라인(12,13)은 소정의 유전체, 예를 들어, 세라믹블록에 의해 지지될 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 내장형 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전자 장치의 세트(10)상에 장착될 때, 특성 유지를 위해 주변으로 일정 부분이상의 비접지처리된 공간이 필요한다. 따라서, 실제 종래의 내장형 안테나는 무선 전자 장치의 세트상에서 안테나 사이즈보다 큰 공간을 차지한다. 그리고, 소형화뿐만 아니라 다기능화가 요구되는 무선 전자 장치에서는 아무리 적은 공간이라도 세트내에 해당 공간을 마련하는데 어려움이 있다. 반대로 상기 공간을 절약할 수 있다면 무선 전자 장치를 더 소형화시킬 수 있으므로, 안테나 설치 공간을 감소시킬 필요가 있다.

이와 관련된 종래 기술로서, 일본특허공개공보 2003-87022호에서 실장성이 양호한 안테나 모듈을 제안하였다. 도 2는 상기 공보에 제시된 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다. 이 도 2를 참조하면, 상기 제안된 안테나 모듈은 안테나 소자(22)에 전류를 급전하는 구동회로(23)가 마련된 실장 기판(21)의 측면에서 연장되는 도파로(24)를 이용하여 상기 구동회로(23)와 안테나 소자(22)를 연결하여 구성한 것으로서, 이때 상기 도파로(24)는 가요성을 갖는 경질부재상에 형성하여, 상기 도파로를 접어 구부리는 등에 의해 안테나소자(22)를 입체적으로 배치할 수 있도록 한 것이다. 이러한 구성에 의하면, 안테나 모듈은 상기 안테나소자(22)와 도파로(24)와 실장기판(23)을 일체로 형성할 수 있어 조립 공정을 감소시킬 수 있으면서, 배선이나 부품 배치의 자유를 확보할 수 있다.

그러나, 상기의 안테나 모듈에서는, 상기 안테나 모듈을 제조한 후, 무선 장착 장치내에 설치를 위하여 도파로(22)를 수직으로 접게 되면, 이에 의하여 도파로 (22)의 임피던스가 변화되어 신호 손실이 발생되며, 그 결과 안테나 특성이 떨어지게 된다는 단점이 있다.

따라서, 안테나 특성을 변화시키지 않으면서, 세트상에서 차지하는 면적이 적고 배치의 자유도가 높은 안테나 모듈에 대한 연구가 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 안테나소자의 특성 변동없이 전자장치의 세트내 차지하는 공간을 최소로 감소시키면서, 설치 구조에 대한 자유도를 향상시켜 세트의 공간활용도를 높혀 전자장치의 소형화 및 다기능화를 도모할 수 있고, 또한 모든 방향에서 고른 방사 패턴을 나타내면서도 넓은 대역폭을 얻을 수 있는 안테나 모듈 및 이를 구비한 전자장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 안테나 모듈은, 유연성을 갖는 비도전성의 재질로 이루어지는 기판; 하면 일단부에 전류가 공급되는 급전부와, 하면 타단부에 상기 기판과 고정시키기 위한 제1 고정부 및 상기 공급된 전류에 의하여 방사를 담당하는 방사부를 갖고, 상기 기판 상부의 소정 영역에 장착되는 안테나 소자; 상기 안테나 소자의 급전부에 연결되도록 상기 기판상에 형성되며, 일단부에 급전 패드가 형성되는 급전라인; 상기 안테나 소자의 제1 고정부에 연결되도록 상기 기판상에 형성되는 제1 고정 패드;및 적어도 하나의 도전성 스트립 라인으로 형성되어 상기 급전 패드와 상기 제1 고정 패드 사이에 배열되는 패드 커플링 소자를 포함하고, 상기 급전 라인을 통하여 상기 안테나의 방사부로 흐르는 전류에 의한 공진과, 상기 패드 커플링 소자로 유입되는 전류에 의한 공진의 상호 작용으로 인하여 소정 대역의 신호를 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 다른 안테나 모듈은 상기 안테나가 하면 일단부에 상기 안테나를 접지시키기 위한 접지부와, 하면 타단부의 상기 접지부와 대향하는 위치에 제2 고정부를 더 포함하고, 상기 기판이 상기 안테나 소자의 접지부와 연결되도록 일단부에 접지 패드가 형성되는 급전라인과, 상기 안테나의 제2 고정부가 장착되는 위치에 형성되는 제2 고정패드를 더 포함하며, 상기 접지패드와 상기 제2 고정패드 사이에는 적어도 하나의 도전성 스트립 라인으로 형성된 패드 커플링 소자가 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전자 장치는, 소정 회로를 구성하는 다수의 소자가 장착되는 세트; 및 유연한 재질의 기판상에 안테나 소자를 장착하고 상기 안테나소자의 급전부와 접지부에 접촉되어 그 끝단에 각각 접합부가 형성된 도전성의 급전라인 및 접지라인과, 상기 급전라인과 평행하게 형성된 도전성의 무급전 라인 및 상기 안테나 소자를 고정하기 위하여 상기 기판 상에 형성된 고정부와 상기 급전라인 및 접지라인 사이에 배열된 커플링 소자로 이루어지며, 상기 급전라인과 접지라인의 접합부가 상기 세트의 소정 위치에 본딩에 의해 접합되고, 안테나소자가 장착된 부분은 세트의 외부에 배치되는 안테나모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 안테나 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 모듈(30)은, 유연성을 갖는 비도전성 물질로 이루어지는 기판(31)과, 상기 기판(31) 상에 장착되는 안테나 소자(36)를 포함한다.

상기 기판(31)상에는 형성되며 도전성 물질로 이루어지며 안테나소자(36)를 접지시키기 위한 접지라인(33)과, 상기 기판(31)상의 소정 위치에 형성되며 도전성 물질로 이루어져 안테나소자(36)로 전류를 공급하기 위한 급전라인(32)과, 상기 급전라인(32)과 평행하게 형성되며 안테나 소자(36)의 급전부(36c) 또는 접지부(36d)에 연결되지 않고 상기 급전라인(32)과의 전기적 커플링에 의해 임피던스를 조정하는 무급전라인(34) 및 안테나 소자(36)가 고정될 수 있도록 고정 패드(35a, 35b)가 형성된다.

상기 기판(31)상에 장착되는 안테나소자(36)는 상기 기판(31)의 상부에 다이본딩(die-bonding)에 의하여 실장가능한 형태라면 어떠한 형태로 이루어져도 관계 없다. 예를 들면, 사이즈면에서 가장 소형화되어 있는 칩형태로 이루어진 안테나소자가 바람직하며, 더 구체적으로는 적층형 칩안테나, 역F형 칩안테나가 있다. 더 넓게는, 소정 사이즈의 기판상에 마이크로스트립으로 형성되는 것을 포함한 평면형 안테나도 포함될 수 있다. 상기 안테나 소자(36)의 하면 일단부에는 전류가 공급되는 급전부(36c)와, 상기 안테나 소자(36)를 접지시키기 위한 접지부(36d)가 형성된다. 또한 상기 안테나 소자(36)의 하면 길이 방향의 타단부에는 상기 안테나 소자(36)를 상기 기판(31) 상에 고정할 수 있도록 제1,2 고정부(36a,36b)가 형성된다. 여기서 상기 제1 고정부(36a)는 상기 제1 고정 패드(35a)에 고정되고, 상기 제2 고정부(36b)는 상기 제2 고정 패드(35b)에 고정된다. 또한 상기 안테나 소자(36)에는 상기 급전부(36c)를 통하여 공급된 전류를 이용하여 방사를 담당하는 방사부(미도시)가 형성된다. 상기 방사부는 상기 안테나 소자(36)의 종류에 따라 원하는 방사 특성을 얻을 수 있도록 다양한 형태로 구성될 수 있다.

상기 접지 라인(33)의 일단에는 상기 안테나 소자(63)가 상기 기판(31) 상에 장착될 때, 안테나 소자(63)의 접지부(36d)에 연결될 수 있도록 접지 패드(33b)가 형성된다. 또한 상기 급전 라인(32)의 일단에는 상기 안테나 소자(63)가 기판(31) 상에 장착될 때, 안테나 소자(63)의 급전부(36c)에 연결될 수 있도록 급전 패드(33b)가 형성된다. 또한 본 발명에 의한 안테나모듈(30)에 있어서, 상기 안테나소자(36)를 유연한 재질의 기판(31)에 장착시킬 경우, 완전하게 접착되지 않거나, 접착된 부분이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 상기 안테나소자(35)와 대응되는 기판(31)의 하면상에 소정의 경도(硬度)를 갖는 고정판 (37)을 부착할 수 있다. 상기 고정판(37)은 안테나소자(36)의 특성을 변화시키지 않기 위하여, 비도전성의 비금속의 물질로 이루어져야 한다.

상기와 같이 구성된 안테나 모듈(30)은 기본적으로 무선 전자 장치 세트(또는 인쇄회로기판)의 외부에 장착되고, 상기 세트 상에는 급전라인(32)만을 실장하도록 하여, 실제적으로 세트에서 요구되는 실장 공간을 감소시킬 수 있도록 하였으며, 임피던스 매칭의 틀어짐없이 안테나모듈(30)이 접히 수 있도록 하여 안테나 특성은 유지하면서 세트 장착시 배치에 대한 자유도를 향상시킨 것이다.

이를 위하여, 상기 안테나소자(36)와 신호의 입출력과 접지 및 임피던스 매칭용으로 설정된 도체로 이루어진 라인들(32~34)이 형성되는 기판(31)은, 유연성을 갖으면서 비도전성의 물성을 갖도록 함으로서, 세트 외부에서의 배치 위치에 대한 자유도를 향상시킨다. 즉, 상기 기판(31)이 자유롭게 접히거나 굽혀지므로, 기판(31)을 휘어 그 위치를 무선 전자 장치 세트의 상부 또는 측면에 위치시킬 수 도 있다. 이때, 상기 안테나소자(36)의 방사 방향을 고정하기 위해 별도의 고정 기구가 구비될 수 있는데, 이에 대해서는 다음에 실시예를 들어 설명한다.

그리고, 유연성을 제공하기 위하여 상기 기판(31)의 재료는, 폴리머(polymer), 유연성이 있는 금속(flexible metal)과 같은 가역성 재질과, 폴리이미드(polyimide), 폴리에스테르(polyester), 유리 에폭시(glass epoxy)와 같은 비가역성 재질의 재료로 이루어질 수 있으며, 그 구조는 상기 그룹중의 하나로 이루어진 단층기판 또는 상기 그룹중 하나 이상의 재료로 이루어진 시트들을 유기접착제를 이용하여 접착시킨 복합다층기판으로 구현할 수 있다.

이어서, 상기 기판(31)상에 형성된 급전라인(32) 및 접지라인(33)은 각각 안테나소자(36)의 장착위치에 형성된 급전 패드(32b) 및 접지 패드(33b)에 연결되며, 안테나소자(36)에 형성된 급전부(36c) 및 접지부(36d)에 접촉된다. 상기 급전라인(32)과 접지라인(33)의 타단에는 무선 전자 장치의 세트상에 실장되기 위한 접합부(예를 들어, 땜납)(32a,33a)가 형성된다.

본 발명에 의한 안테나모듈(30)은 상기 급전라인(32) 및 접지라인(33)에 더하여, 상기 급전라인(32)과 평행한 소정 길이의 도전성 라인으로 이루어진 무급전라인(34)이 더 형성된다. 상기 무급전라인(34)은 상기 급전라인(32)과 전기적으로 커플링을 형성하여, 급전라인(32)이 소정 각도로 접히더라도 50Ω의 임피던스를 매칭시킬 수 있게 한다. 즉, 안테나 소자(36)와 세트상의 임피던스 매칭을 이루어진 신호손실분을 최소화시킨다.

상기와 같이 무급전라인(34)을 구비하지 않는 경우, 주파수별로 제작되는 칩안테나마다 특성이 달라지기 때문에 새로운 급전 라인을 설계해야 하며, 또한, 도 2에 도시한 바와 같이 안테나모듈을 수직으로 배치할 경우, 급전라인이 수직으로 꺽임으로 인해, 임피던스 매칭이 틀어질 수 있다.

이와 대비하여, 상기 무급전라인(34)은 급전라인(32)과 전기적으로 커플링되어 커플링 캐패시턴스를 형성하고, 이는 안테나소자(36)의 위치이동에 따른 임피던스변화를 둔감하게 하여, 손실없는 신호 전달을 가능하게 한다. 역으로 설명하면, CPW(co-planar waveguide) 급전 구조와 유사하게, 넓은 주파수 대역에 대한 임피던스 매칭을 가능하게 하는 것이다.

도 4는 본 발명에서와 같이 무급전라인(34)이 형성된 안테나모듈의 방사 특성 및 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도표이다.

먼저 도 4a는, 상기 도 3과 같이 무급전라인(34)이 형성된 안테나 모듈의 전기장(E-plane)의 방사패턴을 도시한 도면이다. 상기 도 4a를 참조하면, 대부분의 각도에서 고른 방사 패턴을 보이고 있다. 다만, 접지면의 영향으로 인하여 270도 부근에서 통화 불능점(null 점)이 형성됨을 알 수 있다.

그리고 도 4b는, 상기 도 3의 무급전라인(34)이 형성된 안테나 모듈의 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도면이다. 도 4b를 참조하면, 상기 안테나 모듈의 -6dB 대역폭(40)은 약 177MHz(7%)를 나타낸다.

도 5 내지 도 9은 본 발명의 실시예에 따라 패드 커플링 소자를 갖는 안테나 모듈의 구조를 나타내는 도면이다.

먼저 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 패드 커플링 소자를 갖는 안테나 모듈(50)은, 상기 기판(31) 상에서, 급전 패드(32b)와 제1 고정 패드(35a) 사이, 그리고 접지 패드(33b)와 제2 고정 패드(35b) 사이에 적어도 하나의 도전성 스트립 라인으로 형성되는 패드 커플링 소자(38a,38b)가 배열될 수 있다.

상기 도 5에서는 상기 패드 커플링 소자(38a,38b)가 얇은 스트립 라인으로 형성되어 상기 급전 패드(32b)와, 접지 패드(33b) 및 제1,2 고정 패드(35a,35b)의 일면 중앙에 연결된 구조를 나타낸다. 상기 패드 커플링 소자(38a,38b)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 급전 패드(32b)와, 접지 패드(33b) 및 제1,2 고정 패드 (35a,35b)의 일면 모서리 부분에 연결될 수 있다. 또한 상기 패드 커플링 소자(38a,38b)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 급전 패드(32b)와, 접지 패드(33b) 및 제1,2 고정 패드(35a,35b) 사이에 복수개의 얇은 스트립 라인 복수개 연결되어 이루어질 수 있다. 나아가 상기 패드 커플링 소자(38a,38b)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 급전 패드(32b), 접지 패드(33b) 및 고정 패드(35a,35b)에 연결되어 직접 전류가 공급될 수 있다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이 상기 패드 커플링 소자(38a,38b)는 상기 급전 패드(32b), 접지 패드(33b) 및 고정패드(35a,35b)와 전자기 커플링(EM coupling)에 의한 급전이 이루어 질 수 있도록 소정 거리 이격되어 배열될 수도 있다.

또한 상기 안테나 소자(50)가 모노폴 형태(monopole type)의 안테나인 경우에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 기존의 접지라인(33)이 존재하지 않는 구조를 갖는다. 따라서 기판(31) 상에는 상기 안테나 소자(50)를 고정시키기 위한 제3 고정 패드(90)가 형성되며, 안테나 소자의 대응하는 위치에는 제3 고정부(미도시)가 형성될 수 있다. 그리고 상기 급전 패드(32b)와 제1 고정 패드(35a) 사이, 그리고 제2 고정 패드(35b)와 제3 고정 패드(90) 사이에 적어도 하나의 도전성 스트립 라인으로 형성되는 패드 커플링 소자(38a,38b)가 배열될 수 있다.

이와 같은 구조에서, 상기 안테나 모듈(50)의 급전라인(32)을 통하여 상기 안테나 소자(36) 내부의 방사부(미도시)로 흐르는 전류에 의하여 형성되는 1차 공진이 일어난다. 또한 상기 급전 라인(32)을 통하여 상기 패드 커플링 소자(38a,38b)로 공급되는 전류에 의하여 2차 공진이 일어난다. 그러면, 상기 안테나 소자(36)의 방사부에 의한 공진과, 상기 패드 커플링 소자 (38a,38b)에 의한 공진의 상호 작용으로 인하여 넓은 대역폭을 얻을 수 있으며, 방사 특성을 향상시킬 수 있다.

도 10은 본 발명에 따라 패드 커플링 소자가 형성된 안테나모듈의 방사 특성 및 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도표이다.

먼저 도 10a는, 상기 도 5와 같이 패드 커플링 소자(35a,35b)가 형성된 안테나 모듈의 전기장(E-plane)의 방사패턴을 도시한 도면이다. 상기 도 10a를 참조하면, 안테나의 모든 각도에서 고른 방사 패턴을 보이고 있으며, 최대 안테나 이득은 5dBi 이상으로 증가함을 알 수 있다.

그리고 도 10b는, 상기 도 5 와 같이 패드 커플링 소자(35a,35b)가 형성된 안테나 모듈의 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도면이다. 도 10b를 참조하면, 상기 안테나 모듈의 -6dB 대역폭(90)은 약 344MHz(14%)로서 대역폭이 향상됨을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 하부 커플링 소자가 형성된 안테나 모듈의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 하부 커플링 소자(101,102)가 형성된 안테나 모듈(100)은, 기판(31) 하면에 도전성의 스트립 라인으로 형성된 하부 커플링 소자(101,102)가 배열된다. 제1 하부 커플링 소자(101)는 기판(36) 하면에서 일단이 급전 패드(32b) 아래에 위치하고, 타단은 제1 고정 패드(35a) 아래에 위치한다. 또한 제2 하부 커플링 소자(102)는 기판(36) 하면에서 일단이 접지 패드(33b) 아래에 위치하고, 타단은 제2 고정 패드(35b) 아래에 위치한다. 이와 같은 구조에서, 상기 안테나 모듈(50)의 급전라인(32)을 통하여 상기 안테나 소자(36) 내부의 방사부(미도시)로 흐르는 전류에 의하여 형성되는 1차 공진이 일어난다. 또한 상기 급전 라인(32)을 통하여 흐르는 전류에 의하여 전자기 커플링(EM coupling)에 의하여 상기 하부 커플링 소자(101,102) 전류가 공급되며, 상기 하부 커플링 소자(101,102)로 공급되는 전류에 의하여 2차 공진이 일어난다. 그러면, 상기 안테나 소자(36)의 방사부에 의한 공진과, 상기 하부 커플링 소자(101,102)에 의한 공진의 상호 작용으로 인하여 넓은 대역폭 및 향상된 방사 특성을 얻을 수 있다.

또한 상기 하부 커플링 소자(101,102)는 상기 기판 상에 형성된 비아 홀(via hole)을 통하여 상기 접지 패드(32b) 및 고정 패드(33b)에 직접 연결될 수 있다. 이 경우 상기 급전 패드(32b) 및 접지 패드(33b)를 통하여 상기 하부 커플링 소자(101,102)에 직접 전류가 공급될 수 있으며, 역시 상기 안테나 소자(36)의 방사부에 의한 공진과, 상기 하부 커플링 소자(101,102)에 의한 공진의 상호 작용으로 인하여 넓은 대역폭 및 향상된 방사 특성을 얻을 수 있다.

도 11에서는 상기 기판(36) 하면에 하부 커플링 소자(101,102) 만이 배열된 안테나 모듈 구조(100)를 도시하고 있으나, 기판(36) 상면에 패드 커플링 소자(38a,38b)가 배열되고, 이와 함께 기판(36) 하면에 하부 커플링 소자(101,102)가 동시에 배열될 수도 있다. 그리고 상기 안테나 모듈(100)은 상기 안테나소자(36)가 장착된 기판(31)의 하부면에 부착되어 안테나소자(36)를 지지하기 위한 소정 경도를 갖는 비도전성의 고정판(37)이 더 포함될 수 있다.

도 12는 본 발명에 따라 하부 커플링 소자가 형성된 안테나모듈의 전압정재파비(VSWR)를 나타내는 도표이다.

도 12를 참고하면, 본 발명에 따라 하부 커플링 소자가 형성된 안테나모듈(100)은 -6dB 대역폭(120)이 약 312MHz(12.5%)로서 대역폭이 향상됨을 알 수 있다. 또한 상기 하부 커플링 소자가 형성된 안테나모듈(100)은, 상기 도 5 내지 도 7에서 기판(36) 상에 패드 커플링 소자(38a,38b)가 배열된 안테나 모듈과 같이, 모든 각도에서 고른 방사 패턴을 보이면서, 높은 안테나 이득을 나타낸다.

이상과 같이 형성된 안테나 모듈(30,50,100)은 무선 전자 장치의 세트 외부에 형성할 수 있다. 도 13a 내지 도 13c는 무선 전자 장치의 세트상에 상기 안테나 모듈(30,50,100)을 장착한 구조의 실시예를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 안테나 모듈(30,50,100)의 설치에 대하여 설명한다.

도 13a를 참조하면, 상기 안테나 모듈(30,50,100)은 임의 무선 전자 장치를 구현하는 세트(40)의 회로 인쇄면의 임의 위치에 납땜에 의하여 그 접합부(32a,33a)가 실장된다. 이때, 상기 접합부(32a,33a)의 실장위치는 세트(130) 상부면에 있어서 외측쪽에 설치하는 것이 바람직하며, 그 방향은 세트(130)를 기준으로 360도 전방향이 모두 가능하므로, 무선 전자 장치의 디자인과 사용방향을 고려하여 그 위치를 설정할 수 있다.

상기 도 13a와 같이 세트(130)상에 부착된 안테나모듈(30,50,100)은 유연성이 가지고 있어 세트(130)의 내부방향으로 접을 수 있으므로, 해당 무선 전자 장치의 패키징 시, 패키지 구조를 고려하여 유연하게 대처할 수 있다.

이때, 상기 안테나모듈(30,50,100)의 방사방향이 세트(130)측보다는 상부 또는 사이드 방향을 향하는 것이 바람직하며, 이러한 안테나 모듈(30,50,100)의 방사방향을 고정하기 위해서 상기 안테나모듈(30,50,100)을 별도의 고정 구조를 통해 고정시킬 수 있다.

도 13b와 도 13c는 상기 세트(130)에 실장된 안테나모듈(30,50,100)을 세트면에 수직한 방향으로 고정시킨 예를 보인 것이다.

상기 도 13b를 참조하면, 상기 안테나 모듈(30,50,100)은 임의 무선 전자 장치를 구현하는 세트(130)의 회로 인쇄면상의 외측부에 그 접합부(32a,33a)가 납땜에 의하여 연결된다. 더불어, 상기 세트(130)의 측면에는 안테나모듈(30,50,100)을 지지하기 위한 소정 크기의 측벽(131)을 형성시키고, 상기 안테나모듈(30,50,100)에서 안테나소자(36)가 위치한 부분을 상기 측벽(131)상에 유기물등을 이용하여 부착한다. 이에 의하면, 상기 안테나소자(36)의 주 방사방향은 세트(130)를 기준으로 측면을 향한다.

도 13c를 참조하면, 다른 방법으로 상기에서처럼 세트(130)의 측면에 안테나모듈(30,50,100)를 지지하기 위한 측벽(131)을 형성한다. 이때, 상기 측벽(131)상에는 소정 위치에 고정핀(132)이 형성되며, 안테나모듈(30,50,100)의 기판(31)상에서 상기 고정핀(132)과 대응되는 위치에 홀을 형성하여, 상기 안테나모듈(30,50,100)을 고정핀(132)에 끼워 측벽(131)에 고정시킨다. 이때, 앞서와 마찬가지로 안테나모듈(30,50,100)의 접합부(32a,33a)는 세트(130)상의 외측부에 접합된다.

상기 도시된 실시예이외에, 무선 전자 장치의 세트내에 상기 안테나모듈(30,50,100)이 수납될 수 있는 수납공간을 형성하고, 상기 세트(130)에 접합부(32a,33a)가 접합된 안테나모듈(30,50,100)을 해당 수납공간에 수납시키는 형태로 구성할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 안테나모듈(30,50,100)을 세트(130)의 외부에 위치시킬 경우, 세트(130)상에서 안테나의 실장 공간이 감소되어 다른 부분에 대한 설계가 용이해질 수 있을 뿐만아니라, 안테나 특성을 많은 영향을 주는 소자들, 예를 들어, LCD, 카메라, 스피커등에 의한 실장위치의 제한 및 특성 유지문제를 해결할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 안테나소자를 세트의 외부에 위치시킴으로서, 무선 전자 장치의 세트상에서 안테나의 실장 공간을 감소시키고, 세트에 위치하여 안테나에 영향을 미치는 소자들로부터 안테나로 가해지는 영향을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 유연성이 있는 기판을 사용함으로서 안테나모듈의 배치에 대한 자유도를 향상시킬 수 있으며, 더불어, 급전라인과 평행한 무급전 라인을 통해 임피던스를 조절함으로서, 임피던스 매칭을 저하시키는 일 없이 안테나소자를 세트에 수직방향으로 배치할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 안테나 모듈의 모든 방향에서 고른 방사 패턴을 나타내면서도 넓은 대역폭을 얻을 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 세트상에서는 안테나모듈의 급전라인과 접지라인만을 실장하고, 실제 안테나소자가 위치한 부분은 무선 전자 장치의 패키지 형태를 고려하여 여분의 공간에 배치할 수 있으므로, 무선 전자 장치의 소형화를 더 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (13)

1. 유연성을 갖는 비도전성의 재질로 이루어지는 기판;

   하면 일단부에 전류가 공급되는 급전부와, 하면 타단부에 상기 기판과 고정시키기 위한 제1 고정부 및 상기 공급된 전류에 의하여 방사를 담당하는 방사부를 갖고, 상기 기판 상부의 소정 영역에 장착되는 안테나 소자;

   상기 안테나 소자의 급전부에 연결되도록 상기 기판상에 형성되며, 일단부에 급전 패드가 형성되는 급전라인;

   상기 안테나 소자의 제1 고정부에 연결되도록 상기 기판상에 형성되는 제1 고정 패드;및

   적어도 하나의 도전성 스트립 라인으로 형성되어 상기 급전 패드와 상기 제1 고정 패드 사이에 배열되는 패드 커플링 소자를 포함하고,

   상기 급전 라인을 통하여 상기 안테나의 방사부로 흐르는 전류에 의한 공진과, 상기 패드 커플링 소자로 유입되는 전류에 의한 공진의 상호 작용으로 인하여 소정 대역의 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 안테나는 하면 일단부에 상기 안테나를 접지시키기 위한 접지부와, 하면 타단부의 상기 접지부와 대향하는 위치에 제2 고정부를 더 포함하고,

   상기 기판은, 상기 안테나 소자의 접지부와 연결되도록 일단부에 접지 패드 가 형성되는 급전라인과, 상기 안테나의 제2 고정부가 장착되는 위치에 형성되는 제2 고정패드를 더 포함하며,

   상기 접지패드와 상기 제2 고정패드 사이에는 적어도 하나의 도전성 스트립 라인으로 형성된 패드 커플링 소자가 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패드 커플링 소자는 상기 급전패드, 접지패드 및 고정패드와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패드 커플링 소자는 상기 급전패드, 접지패드 및 고정패드와 전자기 커플링에 의한 전류 공급이 가능하도록 소정 거리 이격되어 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판상에 급전라인과 평행하도록 소정 길이로 형성되는 무급전라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판의 하면에서, 상기 안테나 소자의 길이 방향으로 하부 커플링 소자가 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
7. 제6항에 있어서, 상기 하부 커플링 소자는 상기 기판에 형성된 비아홀을 통하여 상기 급전패드 또는 상기 접지패드와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 안테 나 모듈.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은

   폴리머(polymer), 유연성이 있는 금속(flexible metal)을 포함하는 가역성 물질과, 폴리이미드(polyimide), 폴리에스테르(polyester), 유리 에폭시(glass epoxy)와 같은 비가역성 물질로 이루어진 단층 또는 이들을 유기접착제를 이용한 다층으로 접합시킨 복합다층구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 안테나 소자는 다이본딩에 의하여 상기 기판상면에 실장가능한 형태인 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
10. 소정 회로를 구성하는 다수의 소자가 장착되는 세트; 및

    유연한 재질의 기판상에 안테나 소자를 장착하고 상기 안테나소자의 급전부와 접지부에 접촉되어 그 끝단에 각각 접합부가 형성된 도전성의 급전라인 및 접지라인과, 상기 급전라인과 평행하게 형성된 도전성의 무급전 라인 및 상기 안테나 소자를 고정하기 위하여 상기 기판 상에 형성된 고정부와 상기 급전라인 및 접지라인 사이에 배열된 커플링 소자로 이루어지며, 상기 급전라인과 접지라인의 접합부가 상기 세트의 소정 위치에 본딩에 의해 접합되고, 안테나소자가 장착된 부분은 세트의 외부에 배치되는 안테나모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 장 치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 안테나모듈의 접지라인과 신호라인의 접합부는 상기 세트 상편의 외측부에 접합되는 것을 특징으로 하는 무선 전자 장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 세트의 측면에 소정 크기의 측벽을 형성하고, 상기 안테나모듈의 안테나소자 부분을 상기 측벽에 접착시키는 것을 특징으로 하는 무선 전자 장치.
13. 제10항에 있어서,

    상기 세트의 측면에 돌출된 고정핀이 형성된 소정 크기의 측벽을 형성하고,

    상기 안테나모듈의 상기 고정핀과 대응하는 위치에 결합용 홀을 형성하여,

    상기 안테나모듈을 상기 측벽에 고정시키는 것을 특징으로 하는 무선 전자 장치.

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