KR20070013863A - 내장형 안테나 및 내장형 안테나를 가진 단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 방사체의 구조로 고효율화 및 소형화하도록 한 내장형 안테나 및 내장형 안테나를 가진 단말기에 관한 것으로, PCB(Printed Circuit Board) 상에 형성된 접지면과, 해당 PCB의 접지면과 단락시키기 위한 단락 핀과, 해당 PCB로부터의 신호를 전달하기 위한 시그널 핀을 구비한 내장형 안테나에 있어서, 서로 다른 유전율을 가지는 다중 구조로 이루어진 유전체를 구비하되; 상기 유전체가 상기 접지면 위에 놓인 상태에서 상기 단락 핀에 의해 상기 접지면과 단락되며; 상기 유전체에 방사체를 형성시켜 상기 시그널 핀에 의해 전달된 신호를 방사되도록 이루어진 것을 특징으로 함으로써, 사용하고자 하는 주파수의 대역폭을 넓혀 고효율화를 실현시킬 수 있으며, 안테나의 높이를 줄여 소형화를 실현시킬 수 있다.

Description

내장형 안테나 및 내장형 안테나를 가진 단말기 {an Embedded Antenna and a Terminal with the Embedded Antenna}

도 1은 일반적인 PIFA(Planar Inverted F Antenna)의 기본적인 구조를 나타낸 예시도.

도 2는 도 1의 PIFA를 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나를 나타낸 도면.

도 4는 도 3의 내장형 안테나에 대한 특성을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

31-1, 31-2: 유전체

32: 캐리어(Carrier)

33: 시그널 핀(Signal Pin)

34: 단락 핀(Ground Pin)

35: 접지면(Ground Plane)

36: PCB(Printed Circuit Board)

본 발명은 내장형 안테나 및 내장형 안테나를 가진 단말기에 관한 것으로, 특히 다중 방사체의 구조로 고효율화 및 소형화하도록 한 내장형 안테나 및 내장형 안테나를 가진 단말기에 관한 것이다.

최근 들어, 이동 통신 단말기가 소형화, 슬림(Slim)화 및 다기능화되어지는 추세에 있으며, 이에 따라 이동 통신 단말기의 시장 경쟁력을 확보하기 위해서는 부품들의 고효율화, 소형화 및 저전력화가 필수적으로 요구되고 있는 상황이다.

그리고, 이동 통신 단말기의 부품 중에서도 안테나의 역할은 통화 품질, 소형화 및 저전력화를 결정하는 중요한 부분으로서, 새로운 이동 통신 단말기의 형태에 따라 새로운 안테나의 개발이 필수적이라고 할 수 있다.

또한, 최근 들어 이동 통신 단말기의 안테나 형태가 외장형이 아닌 내장형으로 나뀌는 추세에 있는데, 기존 내장형 안테나의 경우에는 저효율의 문제점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 소형화함으로 인해서 발생하는 좁은 대역폭을 가지는 문제점이 있었다. 이에 따라, 내장형 안테나이면서도 고효율의 통화 품질, 소형화 및 저전력화가 가능한 안테나의 개발이 필요하다고 할 수 있다.

그러면, 종래의 내장형 안테나에 대한 구조를 간략하게 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 접지면(11)과, 패치(Planar Element)(12)와, 급전선(TEM Transmission Line)(13)과, 단락 핀 또는 단락 판(Short-circuit Plate)(14)으로 구성되어 있다. 여기서, 도 1은 일반적인 PIFA의 기본적인 구조를 나타낸 예시도로서, 해당 접지면(11)과 패치(12)는 해당 단락 핀 또는 단락 판(14)에 의해 연결되어 있으며, 해당 급전선(13)은 해당 접지면(11)을 관통하여 연결되어 있다.

이 때, 해당 유한 접지면(11) 위에 해당 사각 패치(12)가 놓인 상태에서 해당 급전선(13)에 의한 전류 급전을 통하여 해당 패치(12)가 여기되어 해당 접지면(11)과 함께 복사 소자로써의 역할을 수행하게 된다.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 방사 소자인 패치(12)의 한쪽 방사면을 해당 단락 핀이나 단락 판(14)을 통해 해당 접지면(11)에 단락시켜 '파장/4' 이하에서 공진되도록 해 준다.

도 2는 도 1의 PIFA를 실제 형성시킨 사시도를 예로 나타낸 도면으로, 전파를 방사하는 금속체인 방사체(Radiator)(21)와, 해당 방사체(21)를 지지해 주기 위한 플라스틱 사출물인 캐리어(22)와, 해당 방사체(21)로 급전하기 위한 시그널 핀(23)으로 이루어져 있다.

그리고, 해당 방사체(21)에서 도 1에 도시된 PCB의 접지면(11)과 단락하기 위한 도 1에 도시된 단락 핀(14)을 더 구성하는데, 해당 시그널 핀(23)과 해당 단락 핀(14)은 보통 포그 핀으로 구성되어 있다. 다르게는, 해당 시그널 핀(23)과 해당 단락 핀(14)은 도 2에 도시된 바와 같이, 나사를 이용하여 연결되어 있다.

그련데, 상술한 바와 같은 종래의 내장형 안테나는 외장형 안테나와 동일한 특성(즉, 듀얼 밴드(Dual Band) 기준)을 내기 위해서 대략 '35*25*7'(mm) 정도의 크기를 필요하게 되며, 또한 캐리어 크기인 '35*25'(mm) 내에는 메인(Main) PCB 상 에 그라운드 처리를 해 주어야 하기 때문에 전혀 다른 부품들을 실장할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 내장형 안테나는 800 ~ 900(MHz) 주파수대에 대해서 대역폭이 좁다는 단점을 가지고 있다.

다시 말해서, 종래 기술에서의 내장형 안테나를 듀얼 밴드로 구현하기 위해서는, 접지면과 패치 사이의 최소한의 높이가 7(mm) 이상이어야 하며, 해당 높이가 낮은 경우에 800 ~ 900(MHz) 주파수대의 대역폭이 좁아져 안테나의 효율을 저하시키는데, 이에 따라 최근의 이동 통신 단말기에서 요구되어지는 소형화, 고효율화 및 다기능화를 충족시키는데 어느 정도의 한계가 있었다.

전술한 바와 같은 문제점 내지는 단점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 다중 방사체의 구조(특히, 이중 방사체의 구조)로 고효율화 및 소형화하도록 한 내장형 안테나 및 내장형 안테나를 가진 단말기를 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 캐리어의 다층 구조와 서로 다른 유전체의 유전율을 이용하여 소형화 및 고효율화한 내장형 안테나를 실현하도록 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이동 통신 단말기에서 이중 구조의 캐리어를 가진 내장형 안테나를 구현하여 해당 이동 통신 단말기의 소형화 및 고효율화를 실현시키도록 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이중 구조를 가지는 캐리어와 서로 다른 유전체의 유전율을 이용하여 내장형 안테나를 구현함으로써, 사용하고자 하는 주파수의 대역폭을 넓혀 고효율화를 실현함과 동시에, 중요 팩터(Factor) 중의 하나인 안테나의 높이를 줄여 안테나의 소형화를 실현하도록 하는데, 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 PCB 상에 형성된 접지면과, 해당 PCB의 접지면과 단락시키기 위한 단락 핀과, 해당 PCB로부터의 신호를 전달하기 위한 시그널 핀을 구비한 내장형 안테나에 있어서, 서로 다른 유전율을 가지는 다중 구조로 이루어진 유전체를 구비하되; 상기 유전체가 상기 접지면 위에 놓인 상태에서 상기 단락 핀에 의해 상기 접지면과 단락되며; 상기 유전체에 방사체를 형성시켜 상기 시그널 핀에 의해 전달된 신호를 방사되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유전체는 상층부와 하층부에 각각 존재하는 이중 구조로 이루어지며, 그의 유전율을 크게 할수록 해당 상층부의 유전체와 상기 접지면 사이의 높이와, 해당 하층부의 유전체와 해당 상층부의 유전체 사이의 높이를 작아지도록 하는 것을 특징으로 한다.

더욱이 바람직하게는, 상기 상층부의 유전체는 테플론으로 구성되며, 상기 하층부의 유전체는 알루미나로 구성되는 것을 특징으로 한다.

다르게는, 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 상기 유전체에 형성시킨 방사체를 지지하기 위한 다층 구조의 캐리어를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 방사체는 상기 다층 구조의 캐리어를 사용함으로써 서로 커플링 효과를 가져와 서로 다른 주파수대의 특성을 보완하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나를 가진 단말기는 PCB 상에 형성된 접지면과, 해당 PCB의 접지면과 단락시키기 위한 단락 핀과, 해당 PCB로부터의 신호를 전달하기 위한 시그널 핀을 구비한 내장형 안테나를 가진 단말기에 있어서, 상기 내장형 안테나는, 서로 다른 유전율을 가지는 다중 구조로 이루어진 유전체를 구비하되; 상기 유전체가 상기 접지면 위에 놓인 상태에서 상기 단락 핀에 의해 상기 접지면과 단락되며; 상기 유전체에 방사체를 형성시켜 상기 시그널 핀에 의해 전달된 신호를 방사되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 캐리어의 다층 구조와 서로 다른 유전율의 방사체를 가진 내장형 안테나를 구현하여 소형화 및 고효율화를 실현하는 기술에 관한 것으로, 특히 이동 통신 단말기에 있어서 이중 구조의 캐리어 및 서로 다른 유전율을 가진 유전체의 이중 방사체를 가지는 내장형 안테나를 형성해 준다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 도 3에 도시된 바와 같이, 유전체(31-1, 31-2)와, 캐리어(32)와, 시그널 핀(33)과, 단락 핀(34)과, 접지면(35)으 로 이루어진다. 여기서, 도 3은 실질적인 이동 통신 단말기 내부에서 PCB(36) 위에 내장형 안테나가 실장되는 부분을 도시한 단면도이다.

상기 유전체(31-1, 31-2)는 전파를 방사하는 방사체를 형성시키고 상기 시그널 핀(33)으로부터의 전류 급전에 의해 여기되어 상기 접지면(35)과 함께 복사 소자로써의 역할을 수행하는 부분으로서, 서로 다른 유전율을 가지는 다중 구조로 이루어진다. 여기서, 상층부에 있는 제1유전체(31-1)는 예를 들어, 유전율이 2.2인 테플론을 사용하여 1800 ~ 1900(MHz) 주파수대의 대역폭을 가지도록 구현하며, 하층부에 있는 제2유전체(31-2)는 예를 들어, 유전율이 9.8인 알루미나를 사용하여 800 ~ 900(MHz) 주파수대의 대역폭을 가지도록 구현한다. 또한, 해당 방사체는 상기 다층 구조의 캐리어(32) 사용에 의해서 서로 커플링(Coupling) 효과를 가져와 서로 다른 주파수대의 특성을 보완하는 역할을 수행한다. 해당 방사체는 쓰고자 하는 주파수에 따라 그 형태나 크기가 달라질 수 있으므로, 본 발명의 설명 편의상으로 도면에는 도시하지 않는다.

상기 캐리어(32)는 다층 구조로 되어 있으며, 상기 각 유전체(31-1, 31-2)에 형성시킨 방사체를 지지하는 부분이다.

상기 시그널 핀(33)은 상기 각 유전체(31-1, 31-2)에 형성시킨 방사체로 전류 급전하여 해당 방사체를 여기시켜 주는 부분으로서, 상기 접지면(35)을 관통하여 상기 각 유전체(31-1, 31-2)에 형성시킨 방사체에 연결되어 상기 PCB(36)로부터 인가되는 신호를 해당 방사체로 전달한다.

상기 단락 핀(34)은 상기 각 유전체(31-1, 31-2)에 형성시킨 방사체의 소정 의 방사면을 상기 접지면(35)에 단락시켜 공진되도록 하는 부분이다.

상기 접지면(35)은 상기 단락 핀(34)에 의해 상기 각 유전체(31-1, 31-2)에 형성시킨 방사체의 소정의 방사면을 단락하는 부분으로서, 상기 PCB(36) 상에 형성되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 도 3에 도시된 바와 같이, 상층부의 제1유전체(31-1)(예를 들어, 유전율이 2.2인 테플론)와, 하층부의 제2유전체(31-2)(예를 들어, 유전율이 9.8인 알루미나)로 구성되어 있으며, 또한 상기 각 유전체(31-1, 31-2)에 방사체를 형성시켜 이루어진다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 각 유전체(31-1, 31-2)에 형성시킨 방사체를 지지하는 다층 구조의 캐리어(32)와, 신호를 해당 방사체로 전달하는 시그널 핀(33)과, PCB(36) 상의 접지면(35)과 단락시키는 단락 핀(34)을 더 구비하여 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 종래 기술에서의 내장형 안테나와 다른 점은, 다층 구조의 캐리어(32)와, 서로 다른 유전율을 가지는 유전체(31-1, 31-2)를 사용하고 있다는 것이다.

다시 말해서, 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 종래 기술의 단점을 보완하기 위해서, 상층부에 있는 제1유전체(31-1)에서 구현되는 것은 1800 ~ 1900(MHz) 주파수대의 대역폭을 가지도록 하며, 하층부에 있는 제2유전체(31-2)에서 구현되는 것은 800 ~ 900(MHz) 주파수대의 대역폭을 가지도록 구현해 주게 된다.

이에, 상기 각 층에서의 방사체를 서로 다른 유전율로 구현하도록 함으로써, 아래의 수학식 1에 따라 800 ~ 900(MHz) 주파수대에 대해서 대역폭을 증가시켜 로우 밴드(Low Band)의 안테나 효율을 높일 수 있다. 또한, 각각의 유전율을 가진 기판을 사용하도록 함으로써, 안테나의 높이를 줄여 안테나의 소형화를 실현시킬 수 있다.

B = 3.77 * (E-1)/E² * t/W

여기서, 'B'는 대역폭을 나타내며, 'E'는 유전율을 나타내며, 'W'는 파장을 나타내며, 't'는 유전체의 두께를 나타낸다.

도 4와 같이 도시된 예를 들어 다시 설명하면, 상기 제2유전체(31-2)와 접지면(35) 사이의 높이(h1)와, 상기 제2유전체(31-2)와 상기 제1유전체(31-1) 사이의 높이(h2)는 안테나의 효율 및 특성을 좌우하는 중요한 팩터이며, 또한 상기 PCB(36)와 접지시키는 단락 핀(34)과, 해당 단락 핀(34)의 위치도 안테나의 특성에 영향을 주게 된다. 동일한 크기의 내장형 안테나의 경우에 있어서, 상기 유전체(31-1, 31-2)의 유전율이 커질수록 해당 각 높이(h1, h2)는 작아지게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 안테나는 이중 구조의 캐리어(32)를 사용함으로써, 상기 제1유전체(31-1)와 상기 제2유전체(31-2)에 구현된 방사체가 서로 커플링 효과를 가져와 서로 다른 주파수대의 특성을 보완해 주게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 의해 기존의 안테나가 가지고 있는 좁은 대역폭의 단점을 보완하기 위하여 캐리어의 다층 구조와 서로 다른 유전체의 유전율을 이용하여 다중 방사체 구조의 내장형 안테나를 구현함으로써, 사용하고자 하는 주파수의 대역폭을 넓혀 고효율화를 실현시킬 수 있으며, 안테나의 높이를 줄여 소형화를 실현시킬 수 있다.

Claims (6)

1. PCB(Printed Circuit Board) 상에 형성된 접지면과, 해당 PCB의 접지면과 단락시키기 위한 단락 핀과, 해당 PCB로부터의 신호를 전달하기 위한 시그널 핀을 구비한 내장형 안테나에 있어서,

   서로 다른 유전율을 가지는 다중 구조로 이루어진 유전체를 구비하되;

   상기 유전체가 상기 접지면 위에 놓인 상태에서 상기 단락 핀에 의해 상기 접지면과 단락되며;

   상기 유전체에 방사체를 형성시켜 상기 시그널 핀에 의해 전달된 신호를 방사되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유전체는 상층부와 하층부에 각각 존재하는 이중 구조로 이루어지며, 그의 유전율을 크게 할수록 해당 상층부의 유전체와 상기 접지면 사이의 높이와, 해당 하층부의 유전체와 해당 상층부의 유전체 사이의 높이를 작아지도록 하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
3. 제2항에 있어서,

   상기 상층부의 유전체는 테플론으로 구성되며, 상기 하층부의 유전체는 알루미나로 구성되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
4. 제1항에 있어서,

   상기 유전체에 형성시킨 방사체를 지지하기 위한 다층 구조의 캐리어를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
5. 제4항에 있어서,

   상기 방사체는 상기 다층 구조의 캐리어를 사용함으로써 서로 커플링 효과를 가져와 서로 다른 주파수대의 특성을 보완하는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
6. PCB(Printed Circuit Board) 상에 형성된 접지면과, 해당 PCB의 접지면과 단락시키기 위한 단락 핀과, 해당 PCB로부터의 신호를 전달하기 위한 시그널 핀을 구비한 내장형 안테나를 가진 단말기에 있어서,

   상기 내장형 안테나는, 서로 다른 유전율을 가지는 다중 구조로 이루어진 유전체를 구비하되;

   상기 유전체가 상기 접지면 위에 놓인 상태에서 상기 단락 핀에 의해 상기 접지면과 단락되며;

   상기 유전체에 방사체를 형성시켜 상기 시그널 핀에 의해 전달된 신호를 방사되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 내장형 안테나를 가진 단말기.

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