KR20090126001A - 휴대용 단말기 내장형 안테나 - Google Patents

Abstract

휴대 단말기 내장형 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 단말기 내의 RF 전송 선로와 전기적으로 연결되어 RF 신호를 급전받는 급전 패턴; 상기 급전 패턴으로부터 연장되어 미리 설정된 대역의 RF 신호 방사를 위한 적어도 하나의 방사 패턴; 및 상기 급전 패턴 및 방사 패턴이 형성되는 안테나 캐리어를 포함하되, 상기 급전 패턴 및 상기 방사 패턴의 제1 파트는 상기 안테나 캐리어 전면에 형성되며, 상기 방사 패턴의 제2 파트는 방사 패턴의 상기 제1 파트로부터 연장되며 상기 안테나 캐리어의 측면부를 경유하여 상기 안테나 캐리어의 배면에 형성된다. 개시된 안테나에 의하면, 스피커 또는 마이크 등의 소자로 인해 발생하는 안테나의 방사 성능 저하를 개선할 수 있으며, 휴대용 단말기에서 안테나 수납 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

안테나, 방사, 캐리어

Description

휴대용 단말기 내장형 안테나{Internal Antenna Of Portable Terminal}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나에 관한 것이다.

최근 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되면서도, 서로 다른 주파수 대역의 이동통신 서비스를 하나의 단말기를 이용하여 제공받을 수 있는 기능이 요구되고 있다. 예를 들어, 한국에서 상용화된 824~894 MHz 대역의 CDMA 서비스와, 1750~1870 MHz 대역의 PCS 서비스, 일본에서 상용화된 832~925 MHz 대역의 CDMA 서비스, 미국에서 상용화된 1850~1990 MHz 대역의 PCS 서비스, 유럽, 중국 등에 상용화된 880~960 MHz 대역의 GSM 서비스 및 유럽 일부 지역에서 상용화된 1710~1880 MHz 대역의 DCS 서비스 등의 다양한 주파수 대역을 이용한 이동통신 서비스 가운데 필요에 따라 다중 대역의 신호를 동시에 이용할 수 있는 단말기가 요구되고 있으며 이러한 다중 대역의 수용을 위해 광대역 특성을 가지는 안테나가 요구되고 있다.

이외에도 블루투스, 지그비, 무선랜, GPS 등과 같은 서비스를 이용할 수 있는 복합 단말기가 요구되고 있는 실정이다. 이와 같은 다중 대역의 서비스를 이용하기 위해 단말기에는 광대역 특성을 가지는 안테나가 사용되어야 한다. 일반적으 로 사용되는 이동통신 단말기의 안테나로는 헬리컬 안테나(helical antenna)와 평면 역-F 안테나(Planar Inverted F Antenna: PIFA)가 주로 사용된다.

여기서, 헬리컬 안테나는 단말기 상단에 고정된 외장형 안테나로서 모노폴 안테나와 함께 사용된다. 헬리컬 안테나와 모노폴 안테나가 병용되는 형태는 안테나를 단말기 본체로부터 인출(extended)하면 모노폴 안테나로 동작하고, 삽입(Retracted)하면 λ/4 헬리컬 안테나로 동작한다. 이러한 안테나는 높은 이득을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 무지향성으로 인해 전자파 인체 유해기준인 SAR 특성이 좋지 않다. 또한, 헬리컬 안테나는 단말기의 외부에 돌출된 모양으로 구성되므로, 단말기의 미적외관 및 휴대기능에 적합한 외관 설계가 어려운데, 이에 대한 내장형의 구조는 아직 연구된 바 없다.

그리고, 역-F 안테나는 이러한 단점을 극복하기 위하여, 낮은 프로파일 구조를 갖도록 설계된 안테나이다. 역-F 안테나는 상기 방사부에 유기된 전류에 의해 발생되는 전체 빔 중 접지면측으로 향하는 빔이 재유기되어 인체에 향하는 빔을 감쇠시켜 SAR 특성을 개선하는 동시에 방사부 방향으로 유기되는 빔을 강화시키는 지향성을 가지며, 직사각형인 평판형 방사부의길이가 절반으로 감소된 직사각형의 마이크로 스트립 안테나로서 작동하게 되어 낮은 프로파일 구조를 실현할 수 있다. 또한, 모노폴 형태의 안테나 역시 낮은 프로파일 구조를 실현하는 내장형 안테나로 이용된다.

휴대용 단말기의 소형화 및 다중 대역화로 인해 계속적으로 안테나 사이즈의 소형화가 요구되고 있으며, 안테나는 휴대용 단말기의 스피커나 마이크 등과 동일 한 공간에 수납되거나 스피커나 마이크 등과 일체형으로 설치되고 있다.

그런데, 다중 대역 및 광대역의 RF 신호 수신을 위해 안테나 방사 패치의 숫자 및 크기가 증가하면서 안테나와 스피커를 일체형 모듈로 구현하는 것이 어려워지는 문제점이 있었으며, 아울러 스피커 또는 마이크 등으로 인해 안테나의 방사 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 스피커 또는 마이크 등의 소자로 인해 발생하는 안테나의 방사 성능 저하를 개선할 수 있는 휴대 단말기 내장형 안테나를 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 휴대용 단말기에서 안테나 수납 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 휴대 단말기 내장형 안테나를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 단말기 내의 RF 전송 선로와 전기적으로 연결되어 RF 신호를 급전받는 급전 패턴; 상기 급전 패턴으로부터 연장되어 미리 설정된 대역의 RF 신호 방사를 위한 적어도 하나의 방사 패턴; 및 상기 급전 패턴 및 방사 패턴이 형성되는 안테나 캐리어를 포함하되, 상기 급전 패턴 및 상기 방사 패턴의 제1 파트는 상기 안테나 캐리어 전면에 형성되며, 상기 방사 패턴의 제2 파트는 방사 패턴의 상기 제1 파트로부터 연장되며 상기 안테나 캐리어의 측면부를 경유하여 상기 안테나 캐리어의 배면에 형성된다.

상기 제2 파트는 상기 단말기의 스피커 및 마이크를 포함하는 내부 소자와 인접한 지점에서 상기 안테나 캐리어의 배면에 형성된다.

상술한 안테나는 상기 단말기의 접지와 전기적으로 연결되는 접지 패턴을 더 포함하며 상기 접지 패턴은 상기 적어도 하나의 방사 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 안테나 캐리어에는 상기 방사 패턴의 제1 파트가 상기 캐리어의 측면부 및 배면에 연장되어 제2 파트가 형성될 수 있도록 슬릿이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 안테나를 포함하는 휴대 단말기가 제공된다.

본 발명에 의하면, 스피커 또는 마이크 등의 소자로 인해 발생하는 안테나의 방사 성능 저하를 개선할 수 있으며, 휴대용 단말기에서 안테나 수납 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 휴대용 단말기 내장형 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명을 설명하기에 앞서 종래의 휴대용 단말기의 내장형 안테나 구조에 대해 먼저 살펴보기로 한다.

도 1은 종래의 휴대용 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 사시도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 휴대용 단말기에 장착되는 내장형 안테나는 안테나 캐리어(100), 급전 패턴(102), 접지 패턴(104), 제1 방사 패턴(106) 및 제2 방사 패턴(108)을 포함한다.

도 1에는 두 개의 방사 패턴(106, 108)이 형성된 경우가 도시되어 있으며, 이는 다중 대역에 대한 주파수 신호를 수신하기 위함이다.

도 1에서 안테나의 패턴들은 금속체로 구현되며 안테나 캐리어(100)에 초음파 융착, 열 융착, 본딩 등의 방식으로 결합 가능하다.

도 2는 도 1에 도시된 안테나에서 안테나의 패턴 부분을 펼친 도면이다. 안테나 수납 공간을 최소화하기 위해 안테나 캐리어는 도 1과 같이 절곡된 구조인 것이 일반적인 바, 안테나 패턴을 보다 상세히 살펴보기 위해 안테나 패턴이 펼쳐진 상태를 도시한 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에서, 급전 패턴(102)은 휴대용 단말기의 메인 보드의 RF 전송 선로와 전기적으로 결합되며 RF 신호를 급전받는 기능을 한다. 급전된 RF 신호는 방사 패턴(106, 108)에 전달된다.

접지 패턴(104)은 휴대용 단말기의 시스템 접지와 전기적으로 연결되며 방사 패턴(106, 108)과도 전기적으로 연결된다.

도 1 및 도 2에는 급전 패턴(102) 및 접지 패턴(104) 방사 패턴(106, 108)과 특정 포인트에서 만나는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형태의 안테나가 도시되어 있다.

제1 방사 패턴(106)은 제1 주파수 대역의 신호 송수신을 위한 방사 패턴이고 제2 방사 패턴(108)은 제2 주파수 대역의 신호 송수신을 위한 방사 패턴이다.

방사 패턴의 길이는 공진 주파수에 반비례하며, 비교적 긴 길이를 가지는 제 1 방사 패턴(106)은 저주파 대역의 송수신을 위한 방사 패턴이며, 비교적 짧은 길이를 가지는 제2 방사 패턴(108)은 고주파 대역의 송수신을 위한 방사 패턴이다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 캐리어에 결합되는 내장형 안테나는 소형화를 위해 스피커, 마이크 등의 소자와 동일한 공간에 수납되거나 스피커, 마이크 등의 소자와 일체형으로 형성되는 것이 일반적이다.

전술한 바와 같이, 다중 대역 및 광대역에 대한 요구가 심화됨에 따라 방사 패턴의 수 및 사이즈는 증가할 수 밖에 없으며, 이에 따라 안테나와 함께 수납되는 스피커 및 마이크와 같은 소자에 의해 방사 성능에 열화가 발생하거나 전체적인 안테나 수납 공간이 증가하는 문제점이 있었다.

예를 들어, 제1 방사 패턴(106)의 일부가 형성되는 A 영역과 인접한 영역에 스피커 또는 마이크가 설치되는 경우 제1 방사 패턴(106)의 방사 성능에 열화가 발생하며 이를 회피하기 위해 스피커 또는 마이크를 보다 떨어진 영역에 설치함으로써 전체적인 단말기 사이즈가 증가하는 문제점이 있었다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 캐리어 상면을 도시한 사시도이고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 캐리어 배면을 도시한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나는 안테나 캐리어(300), 급전 패턴(302), 접지 패턴(304), 안테나 캐리어 상면의 일부분이 형성되고 안테나 캐리어 배면에 나머지 부분이 형성되는 제1 방사 패턴(306) 및 제2 방사 패턴을 포함할 수 있다.

안테나 캐리어(300)는 고 유전체의 재질로 만들어지며, 예를 들어, 폴리카보네이트(Poly Carbonate)와 같은 합성 수지 재질로 만들어질 수 있다. 안테나 캐리어(300)는 수납 공간을 최소화하기 위해 절곡된 평면 구조를 가질 수 있다.

안테나 캐리어(300)는 안테나 패턴이 결합되는 몸체로서의 기능을 하며 휴대 단말기 내부에 실장되는 기판과는 소정 거리 이격되어 설치된다.

안테나 캐리어(300)는 성형 시 안테나 패턴에 상응하는 홈이 형성되고 안테나 패턴을 체결하기 위한 체결 돌기가 함께 형성되는 것이 바람직하다.

급전 패턴(302), 접지 패턴(304) 및 방사 패턴(306, 308)과 같은 안테나 패턴들은 전도성을 가지는 금속 재질로 만들어진다. 이러한 안테나 패턴들에는 체결 돌기에 상응하는 체결 홀이 형성될 수 있다. 일례로, 체결 홀들과 체결 돌기들에 의해 안테나 패턴과 안테나 캐리어를 결합한 후 열융착 성형에 의해 안테나 패턴을 캐리어에 결합할 수 있을 것이다. 물론, 초음파 융착, 본딩 등의 결합 방식이 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

급전 패턴(302)은 단말기 내 기판의 RF 전송 선로와 전기적으로 연결되어 있으며 RF 신호를 급전받는다. 도 3에는 일반적인 라인 형태의 급전 패턴이 아닌 특정 대역에서 광대역 특성 확보를 위해 추가적으로 스터브가 구비된 ‘ㅁ’자 형태의 급전 패턴이 도시되어 있으나, 일반적인 라인 형태의 급전 패턴이 적용될 수도 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

급전 패턴(302)은 제1 방사체(306) 및 제2 방사체(308)와 전기적으로 연결된다.

접지 패턴(304)은 휴대 단말기의 시스템 접지와 전기적으로 연결되며 접지 전압을 제공한다. 도 3에는 접지 패턴(304) 및 급전 패턴(302)이 특정 포인트에서 방사 패턴(306, 308)과 전기적으로 접촉하는 PIFA 형태의 안테나가 도시되어 있으나 본 발명의 사상이 PIFA는 물론 모노폴 안테나 등과 같은 다양항 형태의 내장형 안테나에 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

제1 방사 패턴(306) 및 제2 방사 패턴(308)은 각각 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서의 RF 신호 송수신을 위한 방사체로서 동작한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 방사 패턴(306)은 안테나 캐리어(300)의 전면에 모두 형성되지 않고 일부는 안테나 캐리어(300)의 전면에 형성되며, 나머지 부분은 상기 전면에 개시된 일부의 방사 패턴으로부터 연장되면서 안테나 캐리어의 절곡 부분의 측면을 경유하여 배면에 형성된다.

즉, 제1 방사 패턴(306)은 안테나 캐리어(300)의 전면에 제1 파트(306a)가 형성되고 제1 파트(306a)로부터 연장되면서 안테나 캐리어(300)의 배면에 제2 파트(306b)가 형성된다.

종래의 안테나인 도 1과 비교해볼 때, 제1 방사 패턴의 제2 파트(306b)는 캐리어의 전면에 형성되나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2 파트(306b)는 이와 대향하는 배면에 형성되도록 하는 것이다.

도 3에 도시된 캐리어는 A 지점에서 소정의 각도로 절곡되는데, 제1 방사 패턴(306a)의 제1 파트는 절곡된 지점에서 안테나 캐리어의 측면부로 연장되고, 다시 안테나 캐리어의 배면으로 연장되며, 이때 A 지점에는 슬릿이 형성될 수도 있다.

도 3 및 도 4에서 수납 공간을 최소화하기 위해 다수에 걸쳐 절곡된 구조에 본 발명의 방사 패턴이 형성된 경우를 예로 하여 설명하였으나 일반적인 평면 안테나에도 본 발명의 방사 패턴이 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

또한, 도 3 및 도 4에서 PIFA 형태의 안테나 방사체를 예로 설명하였으나, 모노폴 형태의 안테나 방사 패턴에도 적용될 수 있다는 점 역시 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 안테나 방사 패턴의 일부가 캐리어 전면에 형성되고 안테나 방사 패턴의 나머지 영역이 캐리어 후면에 형성될 경우에도 이중 대역 및 광대역에 대한 적절한 공진이 이루어짐을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 휴대용 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 사시도를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 안테나에서 안테나의 패턴 부분을 펼친 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 캐리어 상면을 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 캐리어 배면을 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면.

Claims (5)

1. 단말기 내의 RF 전송 선로와 전기적으로 연결되어 RF 신호를 급전받는 급전 패턴;

   상기 급전 패턴으로부터 연장되어 미리 설정된 대역의 RF 신호 방사를 위한 적어도 하나의 방사 패턴; 및

   상기 급전 패턴 및 방사 패턴이 형성되는 안테나 캐리어를 포함하되,

   상기 급전 패턴 및 상기 방사 패턴의 제1 파트는 상기 안테나 캐리어 전면에 형성되며, 상기 방사 패턴의 제2 파트는 방사 패턴의 상기 제1 파트로부터 연장되며 상기 안테나 캐리어의 측면부를 경유하여 상기 안테나 캐리어의 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 파트는 상기 단말기의 스피커 및 마이크를 포함하는 내부 소자와 인접한 지점에서 상기 안테나 캐리어의 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 단말기의 접지와 전기적으로 연결되는 접지 패턴을 더 포함하며 상기 접지 패턴은 상기 적어도 하나의 방사 패턴과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나.
4. 제1항에 있어서,

   상기 안테나 캐리어에는 상기 방사 패턴의 제1 파트가 상기 캐리어의 측면부 및 배면에 연장되어 제2 파트가 형성될 수 있도록 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착되는 내장형 안테나.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 내장형 안테나를 포함하는 휴대 단말기.

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