KR20100108785A - 무선 단말기의 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 단말기의 안테나 장치에 있어서, 플랙서블(Flexible)한 소재로 형성되어, 상기 무선 단말기 내 메인 보드와 하기의 안테나 방사체를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단과, 상기 전기적 연결 수단 상에 형성되어 전기적 연결 수단이 접히는 각도 및 위치에 따라 서로 다른 방사 패턴을 생성하는 안테나 방사체를 포함함을 특징으로 한다.

UWB, 평판 원형 다이폴 안테나, 안테나 방사 패턴

Description

무선 단말기의 안테나 장치{A ANTENNA APPARATUS OF WIRELESS TERMINAL}

본 발명은 무선 단말기에 관한 것으로, 특히 무선 단말기 내 플렉서블(flexible)한 내장형 안테나를 구비함으로써 사용자 조작에 의한 방사 패턴 조절 가능한 무선 단말기의 안테나 장치에 관한 것이다.

각종 전자, 통신산업의 발달로 말미암아, 휴대용 단말기가 널리 보급되고 있으며, 사용자의 욕구에 부응하기 위하여 상기 단말기의 기능은 다양화되어가고 있으며, 반면에 점차 소형 경박화 되어 가고 있는 추세이다.

상기 휴대용 단말기는 사용자가 이동 중에도 통화가능 하도록 하는 이동식 통신 장치로서, 최근 그 기술의 발달에 따라 통화 이외에도, 근거리에 위치하는 타 장치와의 통신 및 이동 중 인터넷을 포함하는 데이터 통신이 가능하여 그 이용이 크게 증대되고 있는 추세이다.

특히, 휴대용 단말기는 근거리 통신을 이용하여 선 연결 없이도, 무선을 통한 데이터 통신을 수행함으로써, 무선 헤드셋을 통한 통화 및 음악 감상이 가능하고, 무선을 통한 데이터 통신이 가능하게 되었다.

상기와 같은 근거리 통신을 위해서는, 휴대용 단말기 내부에 근거리 통신용 안테나가 구비되는데, 특히 근거리 통신 안테나가 칩형 안테나인 경우, 내부 메인보드에 장착되어 통신 가능하도록 한다.

그러나 상기와 같은 칩 형의 근거리 통신 안테나는 메인보드에 고정 장착되므로, 일정 공간을 차지하게 되며, 상기 메인보드의 내부에서 방사 공간이 한정되는 문제가 발생한다.

이를 위해, 기존 초 광대역 (Ultra-wide band ; UWB) 무선전송 기술에 사용되는 일반적인 평판 원형 모노풀(monopole) 안테나의 구조를 도 1에 도시하였다.

도 1을 참조하면, 평판 원형 모노풀 안테나 모듈은 소정의 기판(10)과 상기 기판(10)상에 고정 장착되어 있는 평판 원형 모노풀 안테나(12)와, 상기 평판 원형 모노풀 안테나(12)의 하단 부분에 생성되어 있는 그라운드(14)영역을 포함하여 구성된다.

또한, 이때의 방사 패턴은 도 2a 및 2b와 같다.

도 2a를 살펴보면, 주파수에 따라 해당 방사 패턴의 미차가 발생하나, 상기 평판 원형 모노풀 안테나는, 도 2a에 도시된 같이 3.5GHz에서 E-plane 및 H-plane 각 면에서의 방사 패턴은 널 포인트(null point)가 발생한다.

이는, 도 2b에 도시된 같이 7.5GHz에서 E-plane 및 H-plane 각 면에서의 방사 패턴도 마찬가지이다.

여기서, 상기 널 포인트는 일반적으로 안테나에서 방사되는 전파가 서로 상쇄되어 도달 전계가 매우 약한 지점이 상기 안테나를 중심으로 여러 개 발생하게 되며, 이 지점을 의미하는 것이다.

이와 같이 기존 상기 평판 원형 모노폴 안테나의 널 포인트의 발생으로 인해 특정 영역의 약전계의 강도를 적정한 방법으로 보상하기 위해 평판 원형 다이폴(dipole) 안테나로 변경하고, 이는 도 3a에 도시하였다.

도 3a를 참조하면, 평판 원형 다이폴 안테나 모듈은 소정의 기판(30)과, 상기 기판(30)상에 고정 장착되어 있는 평판 원형 다이폴 안테나(32)와, 상기 평판 원형 다이폴 안테나(32)의 하단 부분에 생성되어 있는 그라운드(34)영역을 포함하여 구성된다.

또한, 이때의 방사 패턴은 도 3b 및 3c와 같다.

도 3b를 살펴보면, 주파수에 따라 해당 방사 패턴의 미차가 발생하나, 상기 평판 원형 다이폴 안테나는, 도 3b에 도시된 같이 3.5GHz에서 E-plane 및 H-plane 각 면에서의 방사 패턴은 널 포인트(null point)가 발생하고, 도 3c에 도시된 같이 7.5GHz에서 E-plane 및 H-plane 각 면에서의 방사 패턴도 마찬가지이다.

따라서, 도 2 및 도 3을 통해 알 수 있듯이, 상기 평판 원형 다이폴 안테나는 일반적인 다이폴 안테나의 방사 패턴과 달리 접지면의 영향으로 인해 반대 방향으로 방사가 많이 발생한다.

그러나, 도 3b에 도시된 바와 같이, θ=0°/180°인 지점에서 상대적으로 방사 패턴의 크기가 감소하고 있음을 확인할 수 있으며, 이는 θ=0°/180°인 지점에서 널이 발생하게 되는 다이폴 안테나의 방사 특성과 일치하는 것임을 알 수 있다.

이와 같이, 기존의 평면 원형 다이폴 안테나는 특정 방향(E-plane상의 θ=0 °/180°인 지점)으로 널이 발생하게 되어, 바디-투-바디(body-to-body), 바디-투-에어(body-to-air)와 같은 인체 통신에 적용되는 무선 헤드셋에 장착할 경우 인체의 전후 방향으로 방사가 발생하지 않으므로, 다시 말해 널 포인트가 존재하므로 방사 간섭이 발생되어 신호 왜곡의 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 블루투스 헤드셋과 같은 무선 단말기에서 안테나의 특성상 형성되는 널 현상을 최대한 방지하기 위하여 안테나의 각도 및 위치를 인체의 특성에 적합하도록 용이하게 변경 가능하도록 하여 안테나의 방사 성능을 향상시키는 안테나 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 견지에 따르면, 무선 단말기의 안테나 장치에 있어서, 플랙서블(Flexible)한 소재로 형성되어, 상기 무선 단말기 내 메인 보드와 하기의 안테나 방사체를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단과, 상기 전기적 연결 수단 상에 형성되어 전기적 연결 수단이 접히는 각도 및 위치에 따라 서로 다른 방사 패턴을 생성하는 안테나 방사체를 포함함을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 단말기의 안테나 장치는 플렉서블한 소재로 형성되어 사용자 조작에 의해 변경 가능한 안테나의 위치 혹은 각도에 따라 서로 다른 방사 패턴을 형성하여 널 현상을 최대한 방지함으로써 안테나의 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 무선 단말기 내 안테나 장치를 사용자 조작에 의한 플렉서블한 소재 로 형성함으로써 안테나의 방사 패턴을 조절함과 동시에 인체 특성에 적합하도록 용이하게 변경 가능하도록 하여 인체 근접 통신용 안테나를 제공하는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

먼저, 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 본 발명의 기본 원리를 설명하면, 본 발명에서는 제안하는 안테나 장치는 모든 안테나의 기본형인 다이폴 안테나이고, 평판 원형의 형태로 플렉서블(flexible)한 전기적 연결 수단에 전기적으로 접합되어 사용자가 원하는 특정 각도 혹은 위치의 가변이 가능하도록 하여 안테나의 특성상 형성되는 전계가 매우 약한 지점인 널 포인트 지점을 최대한 방지하도록 한다.

그리고, 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 방사 패턴은 조절 가능하게 되고, 저주파 대역과 고주파 대역에서 모두 사용될 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 블루투스 헤드셋을 예로 들어 본 발명이 실시하고 하는 안테나 장치를 설명하나 이에 국한되지 않고, 그에 대한 응 용에도 적용될 수 있음은 자명할 것이다.

더불어, 본 발명에 있어서 상기 블루투스 헤드셋은 헤드셋 바디의 내부에 안테나 장치를 갖지 않는다. 따라서, 안테나 장치의 실장 공간이 배제되어, 헤드셋 부피의 증가 없이 다른 전기적 구성 요소의 실장 공간으로 대체될 수 있으며, 해당 헤드셋의 슬림화에 기여하도록 적용할 수 있음을 밝혀두는 바이다.

바람직하게도, 본 발명에 따르면 무선단말기의 안테나 장치는 헤드셋에 고정되며 사용자의 인체 즉, 귓바퀴에 패용하여 사용되는 이어 후크(ear hook)에 적용하였음을 전제로 하고, 상기 무선 단말기는 초 광대역(Ultra-Wide Band) 수신 단말기임을 밝혀 두는 바이다.

도 4는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치가 장착된 무선 단말기의 구성 예를 개략적으로 보인 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 무선 단말기는 바디(44)와, 상기 바디(44)에서 일정 곡률 반경으로 가지도록 돌출 설치되는 이어 후크(42) 및 상기 이어 후크(42)에 내장되어 있는 안테나 장치(40)를 포함한다.

상기 바디(44)는 본 발명의 도면에서는 직사각형 형태로 형성되었으나, 다양한 형상으로 형성이 가능함은 당업자에게 자명할 것이다.

이하, 전술한 본 발명의 무선 단말기의 안테나 장치를 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안테나 장치의 상세 구성을 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기의 안테나 장치의 방사전류의 방향을 개략적으로 보인 구성도이다.

먼저, 도 5a를 참조하면, 상기 안테나 장치는, 플랙서블(flexible)한 소재로 형성되어, 상기 무선 단말기 내 메인보드와 하기에 언급될 안테나 방사체를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단(52)과, 상기 전기적 연결 수단(52) 상에 형성되어 전기적 연결 수단(52)이 접히는 각도 혹은 위치에 따라 서로 다른 방사 패턴을 생성하는 안테나 방사체(56) 및 상기 전기적 연결 수단(52) 상에 안테나 방사체(56)를 기점으로 하단에 형성되는 그라운드(54) 영역을 포함하여 이어 후크(50) 내부에 장착된다.

여기서, 상기 안테나 방사체(56)는 상기 전기적 연결 수단(52) 상에 일정 형상 즉, 평판 원형의 금속 플레이트로 생성된다.

그리고, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 안테나 방사체에서 방사되는 방사 전류 x, y 및 z 방향에 따른 전류의 흐름은 도 5b에서 도시한 바와 같이, 방사 소자의 외곽을 따라 흐르게 되는데, 이는 상기 전기적 연결 수단(52)이 접히는 각도 혹은 위치에 따라 서로 다른 방사 패턴을 생성한다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 안테나 장치는, z축(θ=0°)인 방향으로의 방사성분이 증가하게 되어 방사 패턴 상에 널이 감소한다.

또한, 상기 전기적 연결 수단(52)이 접히는 각도 혹은 위치에 따라 증가되는 안테나 방사체의 방사전류의 흐름이 변화하게 되므로, 상기 z축 방향으로의 널이 감소할 뿐만 아니라 상기 안테나 장치의 전체 방사 패턴의 조절이 가능하다.

이때, 상기 전기적 연결 수단(52)은 사용자의 조작에 의해 각도 혹은 위치의 가변이 가능한 가용성 인쇄회로(Flexible Printed Circuit)를 사용한다.

여기서, 상기 안테나 방사체(56)가 접힐 경우는 더욱 명확하게는 사용자의 인체 특성에 적합하도록 해당 사용자가 예컨대, 상기 안테나 방사체(56)가 내장되어 있는 무선 헤드셋의 이어 후크를 직접적인 조작을 통해 접히는 경우를 의미하며, 본 발명의 실시 예에서는 특정 주파수에서의 45° 및 90°서로 다른 각도로 접힐 경우의 E-plane 및 H-plane 의 안테나 방사 패턴과 특정 주파수에서의 특정 위치 예컨대, 상기 안테나 방사체의 중앙에서 10mm 및 15mm 로 접힐 경우의 구조에서의 방사 패턴을 예로 들어 설명할 것이다.

이때, 상기 안테나 방사체(56)가 전기적으로 접합 되어 있는 전기적 연결 수단(52)이 사용자의 조작에 의해 접히는 특정 각도 혹은 위치에서 오프셋이 발생한다.

이하, 전술한 본 발명의 무선 단말기의 안테나 장치를 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 상기 안테나 장치가 무선 단말기 내에서 접히는 각도 및 위치에 따른 방사 패턴을 비교하여 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기의 안테나 장치가 상기 무선 단말기 내에서 특정 주파수에서 45°로 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면이다.

먼저, 도 6a를 참조하면, 3.5GHz에서의 무선 단말기 내에서 안테나 장치가 45°로 접힐 경우의 구조를 개략적으로 보인 것으로, 상기 도6a의 구조에서의 E-plane의 방사 패턴은 도 6b와 같이 방사 패턴이 형성된다.

여기서, 상기 안테나 장치가 접힐 경우는 더욱 명확하게는 플랙서블한 소재로 형성되어, 상기 무선 단말기 내 메인보드와 평판 원형 다이폴 안테나 방사체를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단이 사용자의 인체 특성에 적합하도록 사용자의 직접적인 조작에 의해 접히는 경우를 의미하며, 상기 안테나 방사체는 상기 전기적 연결 수단 상에 전기적으로 접합 되어 있으므로, 사용자 조작에 의해 상기 전기적 연결 수단과 함께 특정 각도 혹은 위치로 접히는 것은 자명할 것이다.

이러한 동작을 통해, 도 6c 및 6d는 7.5GHz 에서의 무선 단말기 내에서 안테나 장치가 45°로 접힐 경우의 구조를 개략적으로 보인 것으로, 상기 도 6a의 구조에서의 E-plane 및 H-plane의 방상 패턴은 도 6c 및 6d와 같이 방사 패턴이 형성된다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기의 안테나 장치가 상기 무선 단말기 내에서 특정 주파수에서 90°로 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면이다.

먼저, 도 7a를 참조하면, 3.5GHz에서의 무선 단말기 내에서 안테나 장치가 90°로 접힐 경우의 구조를 개략적으로 보인 것이고, 상기 도7a의 구조에서의 E-plane의 방사 패턴은 도 7b와 같이 방사 패턴이 형성된다.

그리고, 도 7c 및 7d는 7.5GHz에서의 무선 단말기 내에서 안테나 장치가 90°로 접힐 경우의 구조를 개략적으로 보인 것으로, 상기 도7a의 구조에서의 E- plane 및 H-plane의 방상 패턴은 도 7c 및 7d와 같이 방사 패턴이 형성된다.

한편, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기의 안테나 장치가 상기 무선 단말기 내에서 서로 다른 위치에서 동일한 각도로 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면이다.

먼저, 도 8a를 참조하면, 특정 주파수에서의 무선 단말기 내에서 안테나 장치가 특정 위치에서 접힐 경우의 구조를 개략적으로 보인 것으로, 상기 도8a의 구조에서의 3.5GHz에서 E-plane의 방사 패턴은 도 8b와 같다.

이때, 도 8a의 구조는 전기적으로 접합된 안테나 방사체와 함께 전기적 연결 수단이 상기 안테나 방사체의 중앙에서 10mm 떨어진 위치에 45°로 접힐 경우의 구조를 보인 것이다.

그리고, 도 8a의 구조에서의 7.5GHz에서 상기 안테나 방사체의 중앙에서 10mm 떨어진 위치에서 E-plane 및 H-plane의 방사 패턴은 각각 도 8c와 8d와 같다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기의 안테나 장치가 상기 무선 단말기 내에서 서로 다른 위치에서 동일한 각도로 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면이다.

먼저, 도 9a를 참조하면, 특정 주파수에서의 무선 단말기 내에서 안테나 장치가 특정 위치에서 접힐 경우의 구조를 개략적으로 보인 것으로, 상기 도 9a의 구조에서의 3.5GHz에서 E-plane의 방사 패턴은 도 9b와 같다.

이때, 도 9a의 구조는 전기적으로 접합된 안테나 방사체와 함께 전기적 연결 수단이 상기 안테나 방사체의 중앙에서 15mm 떨어진 위치에서 접힐 경우의 구조를 보인 것이다.

그리고, 도 9a의 구조에서의 7.5GHz에서 상기 안테나 방사체의 중앙에서 15mm 떨어진 위치에서 E-plane 및 H-plane의 방사 패턴은 각각 도 8c와 8d와 같다.

이에 따라, 본 발명의 안테나 장치는 특정 주파수 내에서 접히는 위치 혹은 각도에 따라 서로 다른 방사 패턴을 형성함을 알 수 있다.

그러므로, 본 발명은 상술한 본 발명의 실시 예와 같이 단순히 블루투스 헤드셋과 같은 무선 단말기의 안테나 장치에서만 적용 가능한 것이 아니라 다양한 형태의 안테나에도 적용될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 무선 단말기의 안테나 장치에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

도 1은 종래 UWB 무선전송 기술에 사용되는 일반적인 평판 원형 모노풀 안테나 구조의 예시도.

도 2의 (a), (b)는 종래 UWB 무선전송 기술에 사용되는 일반적인 평판 원형 모노풀 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면.

도 3의 (a), (b), 및 (c)는 종래 UWB 무선전송 기술에 사용되는 일반적인 평판 원형 다이폴 안테나 구조의 예시도 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치가 장착된 무선 단말기의 개략적인 구성도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기 안테나 장치의 방사전류의 방향을 개략적으로 보인 구성도.

도 6의 (a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기의 안테나 장치가 특정 주파수에서 45°로 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.

도 7의 (a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 단말기의 안테나 장치가 특정 주파수에서 90°로 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.

도 8의 (a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 특정 주파수에서 무선 단말기의 안테나 장치가 중앙에서 10mm 떨어진 위치에서 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.

도 9의 (a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 특정 주파수에서 무선 단말기의 안테나 장치가 중앙에서 15mm 떨어진 위치에서 접힐 경우의 구조 및 그에 따른 방사 패턴을 도시한 도면.

Claims (9)

1. 무선 단말기의 안테나 장치에 있어서,

   플랙서블(Flexible)한 소재로 형성되어, 상기 무선 단말기 내 메인 보드와 하기의 안테나 방사체를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단과,

   상기 전기적 연결 수단 상에 형성되어 전기적 연결 수단이 접히는 각도 및 위치에 따라 서로 다른 방사 패턴을 생성하는 안테나 방사체를 포함하는 무선단말기의 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 안테나 방사체는,

   상기 전기적 연결 수단이 접히는 소정의 지점에서 오프셋(offset)이 발생함을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전기적 연결 수단은,

   전기적으로 접합된 안테나 방사체와 함께 각도 혹은 위치의 가변이 가능한 가요성 인쇄회로(Flexible Printed Circuit) 임을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 안테나 방사체는 일정 형상의 금속 플레이트임을 특징으로 하는 내장형 안테나임을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 무선단말기는,

   UWB(Ultra-Wide Band)수신 단말기임을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 전기적 연결 수단 상에 상기 안테나 방사체를 기점으로 하단에 그라운드(ground)가 형성됨을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 전기적 연결 수단이 접히는 각도는 45° 혹은 90°임을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 안테나 방사체는 접는 평판 원형 다이폴(dipole) 안테나임을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 전기적 연결 수단이 접히는 위치는 안테나 방사체의 중심을 기점으로 10mm 혹은 15mm 이격 됨을 특징으로 하는 무선단말기의 안테나 장치.

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