KR20100065426A

KR20100065426A - 내장형 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선통신장치

Info

Publication number: KR20100065426A
Application number: KR1020080123750A
Authority: KR
Inventors: 김성원; 박재선; 서재민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-06-17
Also published as: KR101518350B1; US20100141537A1; US8624783B2

Abstract

본 발명은 내장형 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선통신장치에 관한 것으로, 본 발명의 내장형 안테나 모듈은 일면에 격벽 및 상기 격벽에 의해 형성된 공간부를 구비하는 캐리어, 및 상기 캐리어의 격벽 상에 배치되는 방사체를 포함한다. 이와 같이, 본 발명은 캐리어의 방사체가 배치되는 면에 공간부를 형성함으로써, 방사체의 방사특성에 있어 캐리어의 영향을 최소화하여 방사성능을 향상시키는 효과가 있다.

안테나, 캐리어, 방사체

Description

내장형 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선통신장치 { INTERNAL-TYPE ANTENNA AND RADIO COMMUNICATION DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 내장형 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선통신장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐리어에 있어, 방사체가 배치되는 면에 방사체를 지지하기 위한 부분을 제외한 나머지 부분에 공간부를 형성함으로써, 유전체인 캐리어의 영향을 감소시키어 방사 성능을 향상시킨 내장형 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선통신장치에 관한 것이다.

최근, 정보통신 기술의 비약적인 발전에 따라, 무선 데이터 통신을 통해 사용자에게 여러 가지 서비스를 제공하는 PCS(Personal Communication Service), DCS(Digital Cellular System), GPS(Global Positioning System), PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러폰(cellular phone), 스마트 폰(Smart Phone), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 팜탑 컴퓨터(palmtop computer) 등의 다양한 무선통신기기가 보급되고 있다. 이러한 무선통신기기는 소비자의 욕구에 부응하기 위하여 점차 소형화, 경박 단소화되어감과 동시에 그 기능의 다양성이 더욱 부각되고 있는 실정이다.

특히, 무선통신기기의 필수구성 요소로서 송수신 감도를 향상시키기 위한 안테나(antenna) 장치에 있어서, 기기로부터 일정길이가 돌출되는 로드(road) 또는 휩(whip) 방식의 외장형 안테나(external antenna)가 주로 활용되었지만, 이들은 해당 부분에 대한 잦은 파손과 디자인적 취약성을 비롯한 휴대성 저하의 단점을 나타내는바, 최근에는 기기 내에 실장되는 내장형 안테나(built-in antenna), 이른바 인터널 안테나(internal antenna)가 널리 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 내장형 안테나 모듈을 나타낸 분해사시도로서, 도 1의 (a)는 무선통신기기의 메인보드(main-board: 미도시)에 탑재되는 캐리어(carrier: 10)를 나타내고, 도 1의 (b)는 캐리어(10)의 일면에 평판형 방사체(radiator : 20)가 설치된 안테나 모듈을 나타낸다.

캐리어(10)는 무선통신기기의 RF 보드(Radio Frequency board)인 메인보드와 방사체(20) 사이에 일정간격을 부여해서 원하는 방사특성을 구현함은 물론 외부 충격으로부터 방사체(20)를 보호하고 충격을 완화하는 지지부재의 역할을 한다. 또한, 방사체(20)는 캐리어(10)의 일면에 밀착되는 금속재질의 판(plate) 형상이다.

캐리어(10)와 방사체(20)의 결합은 캐리어(10)에 형성된 복수의 돌기(11)를 방사체(20)에 형성된 복수의 홀(21)에 수용시키고 열융착 등의 방법으로 접착시킴으로써 이루어진다.

이렇게, 캐리어(10)의 일면이 방사체(20)와 밀착되는 경우, 보통 캐리어(10)의 유전율은 2.8~3 정도로 공기의 3배에 달하기 때문에, 방사체(20)의 효율을 저하시키고, 결국 안테나 모듈의 원하는 방사특성을 확보할 수 없다는 문제점이 발생한 다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 안테나 모듈의 슬림화를 유지하면서 캐리어에서 방사체를 지지하기 위해 필요한 부분 이외의 부분에 공간부를 형성함으로써, 안테나 모듈의 방사성능 향상을 도모할 수 있는 내장형 안테나 모듈 및 이를 포함하는 무선통신장치을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 내장형 안테나 모듈은 일면에 격벽 및 상기 격벽에 의해 형성된 공간부를 구비하는 캐리어, 및 상기 캐리어의 격벽 상에 배치되는 방사체를 포함한다. 이때, 공간부는 측면이 상기 격벽에 의해 둘러싸이고, 상기 방사체와 마주하는 부분이 개방된 형태인 것이 바람직하다.

공간부는 상기 캐리어의 상기 일면에서 상기 방사체를 지지하기 위해 필요한 부분을 제외한 부분에 형성되는 것이 바람직하지만, 최소한 상기 방사체의 신호 입력부 및 출력부에 대응하는 위치에는 형성되어야 한다. 왜냐하면, 방사체의 신호 입력 지점과 출력 지점에서 유전체인 캐리어가 방사 효율에 미치는 영향이 가장 크기 때문이다.

방사체와 캐리어의 결합 및 고정을 위하여, 캐리어의 격벽 상부에 복수의 돌기부가 형성되고, 복수의 돌기부를 수용하도록 방사체에 복수의 홀(hole)이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 내장형 안테나 모듈을 포함하는 무선통신장치에 관한다.

본 발명에 따르면, 캐리어의 기존 두께를 유지하면서 방사체가 배치되는 면에서 방사체를 지지하기 위해 필요한 부분 이외의 부분에 공간부를 형성함으로써, 방사체의 방사특성에 있어서 캐리어의 영향을 최소화하여 방사성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 분해 사시도이다. 도 3의 (a)는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈에 있어서 캐리어의 평면도이고, 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 평면도이다.

도 2 및 3을 참조하면, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 무선통신기기의 메인보드(미도시)에 탑재되는 캐리어(100) 및 이의 일면에 배치되는 방사체(200)를 포함한다. 캐리어(100)는 비전도성 합성 수지로 이루어지며, 특히 내후성과 내충격성 및 기계적 강도가 뛰어난 폴리카보네이트(poly-carbonate) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 방사체(200)는 하나의 플레이트 타입 방사체에 급전점과 접지점을 동시에 갖는 PIFA(Planary Inverted F Antenna)가 적용되고 있으나, 접지점을 갖는 다양한 종류의 다이폴 안테나 장치가 적용 가능할 것이다.

캐리어(100)는 방사체(200)가 배치되는 면에 격벽(110) 및 격벽(110)에 의해 형성된 공간부(120)를 구비한다. 캐리어(100)는 전체적인 두께에 있어서 종래의 캐리어(10)의 두께와 동일하다. 따라서 캐리어(100)의 방사체(200)가 배치되는 면에 있어서, 공간부(120)는 종래의 캐리어(10)의 일면에서 캐리어(10)를 형성하는 수지를 일정 두께만큼 이격시키거나 제거시킨 형태이다. 즉, 공간부(120)는 측면이 격벽(110)에 의해 둘러싸여 있고, 방사체(200)와 마주하는 부분이 개방된 형태이다.

공간부(120)는 유전체로서 공기가 사용되는 효과를 내기 위한 구성이기 때문에, 캐리어(100)에서 방사체(200)를 지지하기 위하여 필요한 최소한의 부분만을 남기고 나머지 부분에 모두 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 방사체(200)를 지지하기 위하여 필요한 부분은 격벽(110)이 된다. 한편, 방사체(200)에 있어서 신호가 입력되는 부분과 출력되는 부분이 방사체(200)의 방사효율에 가장 영향을 많이 주기 때문에, 캐리어(100)에서 방사체(200)의 신호 입력 부분(201)과 출력 부분(202)에 대응하는 위치에 공간부(121, 122)가 최소한 형성되어 있는 것이 바람직하다. 격벽(110)의 상부에는 캐리어(100)와 방사체(200)의 고정 및 결합을 위한 복수의 돌기부(111)가 형성된다.

방사체(200)는 메인보드와 전기적으로 접속하며, 캐리어(100)에 고정 및 결합을 위하여 복수의 돌기부(111)를 수용하는 복수의 홀(211)을 구비한다.

도 2 및 3을 참조하여, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 제조방법을 살펴보면, 일면에 격벽(110), 공간부(120) 및 복수의 돌기부(111)를 구비하는 캐리어(100)를 비전도성 합성수지의 사출 성형에 의하여 마련한다. 이때, 캐리어(100)의 전체 두께는 종래의 캐리어의 두께와 동일하다. 즉, 종래의 캐리어에서 공간부(120) 만큼의 부분이 제거된 형태로 성형된다. 또한, 복수의 홀(211)을 갖는 방사체(200)를 금속의 판금가공을 통하여 준비한다.

그러고 나서, 캐리어(100)의 격벽(110) 상에 방사체(200)를 배치한다. 따라서 방사체(200)의 일면이 공간부(120)의 개구부와 마주하게 된다. 이때, 캐리어(100)와 방사체(200)의 고정 및 결합은 격벽(110)의 상부에 형성된 복수의 돌기부(111)를 방사체(200)의 복수의 홀(211)에 끼워 맞춤으로써 이루어질 수 있다. 여기서 복수의 돌기부(111)는 모두 복수의 홀(211)에 수용되어야 하는 것은 아니며, 적정한 수 이외에 방사체를 지지하기 위하여 방사체 설치 경로에 배치되어도 좋다.

또한, 이렇게 결합된 캐리어(100)와 방사체(200)에 대하여 가열 및 압착을 행하는 열융착 등의 공정으로 복수의 홀(211)에 수용된 복수의 돌기부(111)를 녹여 붙여, 캐리어(100)와 방사체(200)를 고정시킬 수 있다. 이와 같이, 복수의 돌기부(111)는 복수의 홀(211)에 수용됨으로써 캐리어(100)에 방사체(200)를 결합시키는 역할과, 열융착 등의 공정에 의해 캐리어(100)에 방사체(200)를 고정시키는 매개체 역할을 한다.

도 4는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 시뮬레이션 데이터의 비교를 나타낸다. 도 4의 (a)는 종래의 캐리어를 사용한 내장형 안테나 모듈의 시뮬레이션 결과(비교예)이고, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 시뮬레이션 결과(실시예)이다. 본 시뮬레이션은 CST사의 MWS^®(MicroWave Studio)를 이용하여 이루어졌다.

도 4를 참조하면, 공진 주파수(800MHz)에서 S 파라미터(S1,1)가 비교예의 경우, -6.99dB이고, 실시예의 경우 -11.63dB이다. 일반적으로, 안테나는 멀티 포트를 제외하고 입력 포트만 존재하기 때문에, S1,1만 출력되며, 이는 입력에 대하여 반사된 값을 의미하고, 공진 주파수에서 뚝 떨어지는 형상을 취하게 된다. 공진주파수에서 S1,1이 크게 떨어진다는 것은 그 주파수에서 입력전압이 반사되지 않고 최대한 외부로 방출된다는 의미이고, 따라서 S1,1이 크게 떨어질수록 방사특성이 더 좋다는 의미이다. 도 3에서 비교예에서보다 실시예에서 S1,1이 더 크게 떨어졌기 때문에, 실시예에서 방사성능이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.

또한, 비교예와 실시예의 경우 방사 효율과 이득을 비교하면 아래의 표와 같다.

[표 1]

	비교예	실시예
효율(%)	70.88	86.16
이득(dBi)	1.523	1.689
공진주파수	840MHz

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예는 비교예보다 방사 효율이 약 16% 가량 개선되었음을 알 수 있고, 방사 이득 면에서도 0.166dBi 증가되었음을 알 수 있다. 또한, 상기 효율로부터 출력을 비교해보면,

10log(0.7) = -1.55dBi - (1)

10log(0.86) = -0.66dBi - (2)

비교예의 경우 식(1)에서와 같이 -1.55dBi이고, 실시예의 경우 식(2)에서와 같이 -0.66dBi인바, 출력면에서 실시예가 0.9dBi 증가하였음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈은 방사효율에 있어서 종래보다 향상되었으며, 이는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 캐리어(100)에 형성된 공간부(120)에 의해 방사체(200)에서 캐리어(100)의 유전율에 대한 영향이 감소하였기 때문이다. 이렇게, 캐리어(100)의 유전율에 대한 영향이 감소하면, 내장형 안테나 모듈의 설계에 있어서, 방사체(200)의 길이의 튜닝이 필요하게 된다.

- (3)

여기서, L은 길이, ε은 유전율, μ는 투과율이다.

식(3)에 나타낸 바와 같이, 방사체의 길이는 유전율의 제곱근에 반비례하기 때문에, 유전율의 영향이 줄어들면 길이는 다소 길어지게 된다. 도 2에 도시된 본 발명의 내장형 안테나 모듈에 대하여 방사체(200)의 단부에서 일정 길이(a) 만큼 튜닝이 이루어졌음을 알 수 있다. 실험적으로 튜닝된 길이(a)는 약 4mm 정도로, 이는 안테나 모듈의 전체 크기에 전혀 영향을 주지 않는다.

이상으로, 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈 및 이의 제조 방법에 대하여 살펴보았다. 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈 및 이의 제조 방법에 있어서 캐리어와 방사체의 결합 메커니즘이 복수의 돌기부와 복수의 홀의 끼워 맞춤 결합 및 열융착에 의해 이루어지는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속한 기술분야에서 일반적으로 구현되는 결합 메커니즘을 적용할 수 있음은 자명하다.

또한 본 발명은 상술한 내장형 안테나 모듈을 포함하는 무선통신장치에 관한다. 안테나 모듈의 무선통신장치로의 장착은 본 발명이 속한 기술 분야에서 일반적으로 구현되는 메커니즘에 의해 행해질 수 있다. 본 발명의 내장형 안테나 모듈을 포함하는 무선통신장치로는 셀폰, 스마트폰, PDA, 랩탑, 팜탑, GPS 장치 등이 있다.

한편, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 내장형 안테나 모듈을 적용하는 모든 기술분야에 응용될 수 있음은 본원발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 종래의 내장형 안테나 모듈의 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈에 있어서 캐리어와 내장형 안테나 모듈의 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 내장형 안테나 모듈의 시뮬레이션 결과 및 비교 데이터이다.

Claims

내장형 안테나 모듈로서,

일면에 격벽 및 상기 격벽에 의해 형성된 공간부를 구비하는 캐리어; 및

상기 캐리어의 격벽 상에 배치되는 방사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
제1항에 있어서,

상기 공간부는, 측면이 상기 격벽에 의해 둘러싸이고, 상기 방사체와 마주하는 부분이 개방된 형태인 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 공간부는, 상기 캐리어의 상기 일면에서 상기 방사체를 지지하기 위해 필요한 부분을 제외한 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 공간부는, 상기 방사체의 신호 입력부 및 출력부에 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 격벽의 상부에 형성된 복수의 돌기부; 및

상기 복수의 돌기부를 수용하도록 상기 방사체에 형성된 복수의 홀(hole)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나 모듈.
제1항 또는 제2항의 내장형 안테나 모듈을 포함하는 무선통신장치.