KR20090001016A - 디브이비에이치(ｄｖｂ―ｈ) 대역을 포함하는이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신용 단말기에 적용 가능한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것으로, 더 상세하게는 DVB-H 대역을 포함하는 현재 상용화되는 서비스 대역을 처리 가능한 주 안테나와 보조안테나를 이용한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것이다.

DVB-H 서비스의 경우 주파수 대역이 470 MHz ~ 702 MHz의 넓은 주파수 대역을 요구하고 있으며, 전기적 소형 안테나로 분류되는 모바일 단말기(Mobile Handset) 안테나[2]로 전체 대역폭을 만족시키는 일은 매우 힘들다. 더욱이 최근 주류를 이루는 내장형 안테나로의 구현은 이동통신 대역의 안테나 보다 긴 파장(Wave Length)으로 인해 더욱 어려운 조건을 가지고 있다.

본 발명에서는 DVB-H, GPS, DCS, PCS 대역을 만족하는 보조 안테나와 GSM 대역을 만족하는 주안테나를 사용하여 DVB-H 대역을 포함하는 다중대역 내장형 안테나를 제안하고자 한 것으로, 폴더구조의 상대적으로 큰 그라운드 조건과 기구적인 특성, 단말기 본체(Handset Body) LCD 부분의 옆면에 로딩라인(Loading Line)을 삽입하는 방법 등을 이용하여 DVB-H 대역의 안테나를 구성하고, 고차모드의 공진을 이용하여 GPS, DCS, PCS 대역을 만족하는 보조안테나를 구성하고, 또한 GSM, DVB-H 대역의 인접한 주파수 대역으로 인한 간섭 문제를 확인 할 수 있는 두 안테나간의 격리도를 확인하기 위한 목적의 GSM 대역의 평판 역 에프형 안테나(PIFA)를 레퍼런스 주 안테나로 사용하여, 주 안테나와 보조안테나를 이용한 DVB-H 대역을 포 함하는 다중대역 이동통신 단말기의 내장형 안테나를 제공하고자 한다.

이동통신단말기, 내장형안테나, DVB-H, 폴더, 폴디드 플래너 모노폴, 다중대역, 광대역, 보조안테나, 로딩라인

Description

디브이비에이치(ＤＶＢ―Ｈ) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나{Multi-band internal antenna including DVB-H Band for Mobile phone}

도 1은 본 발명 DVB-H 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나의 구조를 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 있어서, DVB-H 안테나(a), GSM 안테나(b), 그라운드(c)의 전개도.

도 3a는 본 발명에 있어서, 리턴 로스(Return Loss)를 나타낸 도면.

도 3b는 본 발명에 있어서, DVB-H대역에서의 이득(Peak Gain of Freq.domain)을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 있어서, 안테나의 방사패턴을 챔버에서 측정한 결과를 나타낸 도면.

[1] Olle Edvardsson, "SDA a new family of small antennas used since long time," IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2001., vol 3, pp. 464-467, July. 2001.

[2] S. Y. Lin, "Multiband folded planar monopole antenna for mobile handset", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 52, no. 7, pp. 1790-1794, July. 2004.

[3] Kin-Lu Wong, Planar Antennas For Wireless Communications, Wiley Interscience, pp. 100-112 , 2003.

[4] P. Lindberg and A. Kaikkonen, "Earpiece cord antenna for DVB-H reception in wireless terminals", Electron. Lett., vol. 42, no. 11, pp. 609-611, May. 2006.

본 발명은 이동통신용 단말기에 적용 가능한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것으로, 더 상세하게는 DVB-H 대역을 포함하는 현재 상용화되는 서비스 대역을 처리 가능한 주 안테나와 보조안테나를 이용한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것이다.

현재 이동 통신 단말기는 단순한 무선전화의 개념을 넘어서 TV, 인터넷, 카메라/캠코더 기능 등의 다양한 기능을 포함하는 생활필수품으로 인식되고 있다.

이러한 이동 통신 단말기에 대한 사람들의 인식의 변화는 기본적인 이동통신기라는 특성상 더욱 더 작고, 사용에 편리하도록 디자인되도록 요구됨에 따라 외부 디자인 요소 중 중요한 안테나를 내장형으로 구성하여 사용자의 욕구를 만족시킬 수 있도록 하고 있는 추세이다.

다중 대역 및 다중 모드를 실현하는 단말기가 점차 증가함에 따라 내장형 안테나는 추가적으로 다양한 대역을 쉽게 구현할 수 있어야 한다는 점과 대역 간의 성능 편차(이득, 상대적인 대역폭, 방사패턴 등등)가 적어야 한다는 점을 요구받고 있다.

본 발명에서는 DVB-H 대역을 포함하는 다중 대역 내장형 안테나를 제안하고자 한 것이다.

DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld)는 유럽에서 이동중 지상파 디지털 텔레비전(DTV) 수신율을 향상시키기 위해 제정된 기술표준으로 운전중이거나 보행중에도 고품질의 음성과 영상서비스를 언제, 어디서나 제공하는 이동멀티미디어 방송을 구현하는 서비스를 의미한다.

DVB-H는 유럽의 통신업체 노키아가 개발한 것으로, DVB-H는 주파수 활용 측면에서 지상파 DMB보다 우월하며, UHF 대역을 활용하는 장점이 있다.

이와 같은 DVB-H 서비스의 경우 주파수 대역이 470 MHz ~ 702 MHz의 넓은 주파수 대역을 요구하고 있으며, 전기적 소형 안테나로 분류되는 모바일 단말기(Mobile Handset) 안테나[2]로 전체 대역폭을 만족시키는 일은 매우 힘들다.

더욱이 최근 주류를 이루는 내장형 안테나로의 구현은 이동통신 대역의 안테나 보다 긴 파장(Wave Length)으로 인해 더욱 어려운 조건을 가지고 있다.

이에 본 발명에서는 DVB-H, GPS, DCS, PCS 대역을 만족하는 보조 안테나와 GSM 대역을 만족하는 주 안테나를 사용하여 DVB-H 대역을 포함하는 다중대역 내장형 안테나를 제안하고자 한 것으로,

폴더구조의 상대적으로 큰 그라운드 조건과 기구적인 특성, 단말기 본체(Handset Body) LCD 부분의 옆 면에 로딩라인(Loading Line)을 삽입하는 방법 등을 이용하여 DVB-H 대역에서 기본모드로 동작하고 GPS, DCS, PCS 대역에서 고차모드로 동작하는 안테나를 구성하고, 또한 GSM 대역의 평판 역 에프형 안테나(PIFA)를 레퍼런스 메인 안테나로 사용하여 GSM, DVB-H 대역의 인접한 주파수 대역으로 인한 간섭 문제를 확인 할 수 있는 두 안테나간의 격리도를 확인하여 DVB-H 대역을 포함하는 다중대역 이동통신 단말기의 내장형 안테나를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 단말기의 LCD 파트 부분에 DVB-H 안테나를 구성하고, 모듈파트에 GSM 안테나를 구성하며, 상기 DVB-H 안테나는 LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간을 이용하여 로딩 라인(Loading Line)을 추가하고, DVB-H 안테나부(Radiator)에 슬롯(Slot)을 구성하여 공진 주파수를 낮추도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 첨부된 도면 도 1 및 도 2에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,

LCD 파트 및 모듈 파트의 각 그라운드면(G1,G2)과 이들 그라운드를 연결하여 전체적인 그라운드의 전기적 길이를 결정하는 미엔더라인(Meander line)은 두개의 인쇄회로기판(PCB)의 접지면과 두 접지면을 연결하는 플랙서블 케이블 상에 구성되며, 상기 그라운드면(G1)의 상부로 LCD 파트에 구성되는 DVB-H 안테나(10)와, 상기 그라운드면(G2)의 상부로 모듈파트에 구성되는 GSM 안테나(20)를 포함하여 구성되고,

상기 DVB-H 안테나(10)는 수직선상으로 겹치는 공진층을 구성하여 광대역 처리가 가능한 접힌 안테나 구조를 갖도록 한 방사체(11)(12)와, LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간을 이용하여 추가되는 로딩 라인(Loading Line)(13)과 접힌 하부 방사체(12)에 슬롯(Slot)(12a)을 포함하여 구성된다.

또한 하부 방사체(12)의 선단에는 매칭 슬릿(12b)을 구성한다.

이와 같은 본 발명에서는 DVB-H의 470MHz ~ 702MHz 주파수 대역을 구현하기 위해 모바일 단말기(Mobile Handset)의 여러 구조 중에 그라운드의 크기가 가장 큰 폴더형 구조와 넓은 임피던스 대역 특성을 갖는 폴디드 플래너 모노폴(Folded Planar Monopole) 구조[3][4]의 안테나를 이용하였다.

DVB-H 안테나(10)의 설계 규격은 ETSI 권고사항과 상용 외장형 DVB-H 단말기의 측정, 공개된 기술중 DVB-H 안테나 설계 논문[5]을 참고하여 설계 기준을 전압정재파비(VSWR ;Voltage Standing Wave Ratio) 4:1로 결정하였다.

또한, DVB-H 대역은 GSM 대역과 주파수 차이가 크지 않아 간섭의 우려가 있기 때문에, GSM 대역 안테나(20)로 PIFA를 설계하여 두 안테나간의 격리도 15dB를 기준으로 하였다.

DVB-H 안테나(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 단말기의 LCD 파트(Part) 부 분에 위치한다.

공진 주파수를 낮추기 위해 LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간을 이용하여 로딩 라인(Loading Line)(13)을 추가하였고 부가적으로 DVB-H 안테나(10)의 방사체(Radiator)(12) 에 슬롯(12a)을 구성하였다.

상기 슬롯(12a)은 커런트의 길이를 길게 하기 위한 수단으로 방사체(12)의 선단, 매칭슬릿(12b)의 방향으로 근접 할수록 좋다.

단말기 본체의 양 옆면을 이용한 두 개의 로딩 라인(13)으로 인해 DVB-H 대역에서 DVB-H 안테나(10)의 전기적 길이(Electrical Length)는 λ／4가 되고, 전체 그라운드 면의 전기적 길이(Electrical Length)는 그라운드면(G1)과 그라운드면(G2) 그리고 두 그라운드 면을 연결하는 미엔더 라인(Meander Line)의 전기적 길이(Electrical Length)의 총합이 된다.

이때 전체 그라운드 면의 전기적 길이(Electrical Length)는 DVB-H 대역에서 λ／4가 된다.

결국, 폴디드 플래너 모노폴 구조의 넓은 임피던스 대역 특성을 유지하면서 로딩 라인(13)과 슬롯(12a)을 이용하여 공진 주파수를 낮추었고, λ／4의 전기적 길이(Electrical Length)를 가지는 그라운드 조건에 의해 우수한 공진 특성을 얻었다.

즉, 로딩 라인(13)의 길이를 조절하게 되면, 공진주파수를 조절할 수 있는 것으로, 도 2에 있어서, 로딩 라인(13)의 길이 W3를 조절하면 공진주파수를 조절할 수 있고, 방사체(11,12)의 폭(W1)은 대역폭을 결정하고, 길이(W2)는 주파수의 길이 를 결정한다.

GSM 안테나(20)로 격리도 측정을 위해 제안된 PIFA는 그라운드면(G2) 상에 구성되는 데, 이때, GSM 대역 PIFA의 위치가 두 안테나 간의 격리도에 영향을 미치게 된다.

그라운드의 크기가 GSM 대역에서 대략 λ／2 의 전기적 길이(Electrical Length)를 가지므로, 모듈파트의 끝 부분에 GSM 안테나(20)가 위치한다면 정반대편의 DVB-H 안테나(10)의 위치가 λ／2 떨어진 지점이 되어 격리도에 좋지 않다.

이런 이유로 도 1에 나타낸 바와 같이, 힌지 부분에 GSM 안테나(20)를 위치시켰다.

이때, DVB-H 안테나(10)와 GSM 안테나(;PIFA)(20)는 그라운드와 안테방사체(Radiator) 사이에 유전체 층이 삽입되지 않은 에어(Air) 상태에서 제작되었다.

두 안테나의 측정결과 DVB-H 안테나(10)의 리턴 로스(Return Loss)를 S11, GSM 안테나(20)의 리턴 로스(Return Loss)를 S22, 두 안테나간 격리도를 S21이라 하였을 때, 도 3a와 같은 특성을 가지고, DVB-H 대역에서 도 3b에 도시된 바와 같이, ETSI 권고기준 이상의 이득을 가진다.

GPS, DCS, PCS 대역에서는 평균 0 dBi 이상의 이득을 얻을 수 있었으며, DVB-H 대역을 포함한 전 대역의 방사패턴을 챔버(Anechoic Chamber)에서 측정한 결과 도 4에 도시된 바와 같은 방사 패턴을 가진다.

이와 같은 본 발명 안테나의 측정결과 DVB-H 대역에서 ETSI 권고기준 이상의 이득, GPS, DCS, PCS 대역에서는 평균 0 dBi 이상의 이득을 얻을 수 있었으며, 또 한 GSM 대역에서 격리도 17 dB 이상을 얻음으로써 실제 내장형 DVB-H 안테나로의 적용 가능함을 알 수 있었다.

넓은 주파수 대역을 갖는 DVB-H 대역을 포함하는 경우 내장형이 어려워 상용화되거나 연구된 사례가 없었으나, 이와 같은 본 발명을 적용하면, 다중 대역 이동통신단말기의 안테나를 내장형으로 구성할 수 있다.

Claims (7)

1. LCD 파트 및 모듈 파트의 각 그라운드면(G1,G2)과 이들 그라운드를 연결하여 전체적인 그라운드 전기적 길이를 결정하는 미엔더라인(Meander line)으로 구성되는 인쇄회로기판(PCB)의 접지면상에 구성되며, 상기 그라운드면(G1)의 상부로 LCD 파트에 구성되는 DVB-H 안테나(10)를 포함하여 구성되며,

   상기 DVB-H 안테나(10)는 수직선상으로 겹치는 공진층을 구성하여 광대역 처리가 가능한 접힌 안테나 구조를 갖도록 한 방사체(11)(12)와, LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간을 이용하여 추가되는 로딩 라인(Loading Line)(13)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 접힌 하부 방사체(12)에 슬롯(Slot)(12a)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
3. 제 1항에 있어서, 하부 방사체(12)의 선단에는 매칭 슬릿(12b)을 구성한 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
4. 제 1항에 있어서, 상기 그라운드면(G2)의 모듈파트에 구성되는 GSM 안테나(20)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
5. 제 4항에 있어서, 상기 GSM안테나(20)는 힌지부에 구성한 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 GSM 안테나(20)는 다중 대역 역 에프형 안테나(PIFA)로 구성되는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
7. 제 1항에 있어서, DVB-H 안테나(10)의 전기적 길이는 λ??4이고, 그라운드면(G1+G2+미엔더라인)의 전기적 길이는 DVB-H 대역에서 λ??4로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.

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