KR20120045955A - 이동통신 단말기 - Google Patents

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KR20120045955A
KR20120045955A KR1020100107861A KR20100107861A KR20120045955A KR 20120045955 A KR20120045955 A KR 20120045955A KR 1020100107861 A KR1020100107861 A KR 1020100107861A KR 20100107861 A KR20100107861 A KR 20100107861A KR 20120045955 A KR20120045955 A KR 20120045955A
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Abstract

본 발명은 길이와 너비를 가지는 금속프레임을 구비하는 바디, 단말기의 내부 회로기판에서 형성되어 RF 신호를 공급하는 급전부 및 단말기 내부에 배치되는 안테나부를 포함하되,상기 안테나부는 상기 금속프레임으로부터 이격된 위치에서 중첩되도록 배치되고, 상기 금속프레임의 일변의 중앙으로부터 오프셋된 제1 지점에서 상기 금속프레임과 전기적으로 연결되는 단락 암 및 상기 단락 암과 평행하게 배치되고, 상기 금속프레임의 일변의 중앙으로부터 오프셋된 제2 지점에서 상기 급전부와 전기적으로 연결되는 신호 암을 포함하여, 멀티대역에서 멀티모드로 동작하는 멀티대역 안테나에 의하여 다양하고 통합적인 통신 서비스를 효율적으로 제공할 수 있다.

Description

이동통신 단말기 {MOBILE COMMUNICATION TERMINAL}
본 발명은 이동통신 단말기에 관한 것으로, 특히 멀티대역 안테나를 구비한 이동통신 단말기에 관한 것이다.
이동통신 단말기는 휴대가 가능하면서 음성 및 영상 통화 기능, 정보를 입, 출력하는 기능 및 데이터를 저장할 수 있는 기능 등을 하나 이상 갖춘 휴대용 기기이다.
기능이 다양화됨에 따라 이동통신 단말기는 예를 들어, 사건이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복잡한 기능들을 갖추고 있으며, 이들은 종합적으로 탑재되어 있는 멀티미디어 기기(Multimedia Player)를 구현하기도 한다.
이러한 멀티 미디어 기기에는 복잡한 기능을 구현하기 위해 하드웨어 또는 소프트웨어의 면에서 새로운 다양한 시도들이 적용되고 있다. 일 예로 사용자가 쉽고 편리하게 기능을 검색하거나 선택하기 위한 사용자 인터페이스(User Interface)환경이 제공되고 있다.
무선신호를 송수신하고 처리하기 위해서 이동통신 단말기는 RF(Radio Frequency) 부품들을 포함한다.
이동통신 단말기는 무선 통신을 이용하여 무선 기지국들과 통신할 수 있는데, 다양한 무선 통신 서비스를 한 대의 단말기에서 통합적으로 제공하기 위한 시도가 수행되어 왔다. 예를 들면, 이동통신 단말기는 850MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 및 1900 MHz의 셀룰러 폰 대역들(cellular telephone bands)(예를 들면, 주요 글로벌 이동통신 시스템(Global System for Mobile Communications) 또는 GSM 셀룰러 폰 대역들)을 이용하여 통신할 수 있다. 또한 이동통신 단말기는 WCDMA(Wideband Code division Mutiple Accees)서비스를 위하여, 1.8 ~ 2.17 GHz 대역에서도 무선 통신 서비스의 제공을 요한다.
이러한 멀티대역 서비스를 한 이동통신 단말기에서 모두 제공하기 위하여 부품들의 광대역화가 요구된다. 다만 전자기파를 송신 또는 수신하는 안테나 소자는 공진 특성을 가지므로 협대역 특성을 가진다는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 목적은 전자기파의 송신 또는 수신 성능이 향상된 안테나 장치를 가지는 이동통신 단말기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 통합된 통신 서비스를 구현할 수 있는 안테나 장치를 가지는 이동통신 단말기를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이동통신 단말기는 길이와 너비를 가지는 금속프레임을 구비하는 바디, 단말기의 내부 회로기판에서 형성되어 RF 신호를 공급하는 급전부 및 단말기 내부에 배치되는 안테나부를 포함하되,상기 안테나부는 상기 금속프레임으로부터 이격된 위치에서 중첩되도록 배치되고, 상기 금속프레임의 일변의 중앙으로부터 오프셋된 제1 지점에서 상기 금속프레임과 전기적으로 연결되는 단락 암 및 상기 단락암과 평행하게 배치되고, 상기 중앙으로부터 오프셋된 제2 지점에서 상기 급전부와 전기적으로 연결되는 신호 암을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 금속프레임은 디스플레이부를 감싸서 지지하도록 형성된 금속 테두리이다.
그라운드는 전기적 신호의 전위의 기준점을 제공하며, 상기 바디의 하단에 형성되는 제1 그라운드 및 상기 단말기 내부 또는 상기 바디에 형성되는 제2 그라운드를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 금속프레임은 상기 바디에 형성되는 제1 그라운드와 이격되도록 구성될 수 있다. 상기 금속프레임 및 제1 그라운드가 비중첩되는 영역에 상기 단락 암 및 신호 암이 배치되고, 상기 비중첩된 영역에 상기 제1 그라운드와 전기적으로 플로우팅(floating)된 전도성을 갖는 하단 금속부가 구비된다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 금속프레임은 상기 제1 그라운드와 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다. 상기 금속프레임으로부터 이격된 위치에서 상기 금속프레임의 일부와 중첩되도록 배치되고, 상기 금속프레임의 일변과 직교하는 타변과 양 측면에서 전기적으로 연결되는 제1 그라운드 및 상기 금속프레임에 해당하는 제2 그라운드를 포함한다. 상기 제1 및 제2 그라운드가 비중첩되는 영역에 상기 단락 암 및 신호 암이 배치된다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 단락 암은 상기 제1 지점과 상기 제1 지점에서 수직으로 이격된 지점인 제3 지점 사이에 형성되는 수직 단락 암, 상기 제3 지점에서 일측으로 직선 형태로 연장되는 제1 수평 단락 암 및 상기 제3 지점에서 타측으로 직선 형태로 연장되는 제2 수평 단락 암을 포함한다. 상기 신호 암은 상기 제2 지점과 상기 제2 지점에서 수직으로 이격된 지점인 제4 지점 사이에서 형성되는 수직 단락 암,상기 제4 지점에서 일측으로 직선 형태로 연장되는 제1 수평 단락 암 및 상기 제4 지점에서 타측으로 직선 형태로 연장되는 제2 수평 단락 암을 포함한다. 상기 단락 암은 상기 제1 및 제2 수평 단락 암의 양 단에서 절곡되어 연장되는 교차 단락 암을 더 포함할 수 있고, 상기 신호 암은 상기 제1 및 제2 수평 신호 암의 양 단에서 절곡되어 연장되는 교차 신호 암을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 신호 암과 간격을 두고 평행하게 배치되어, 상기 신호 암의 전기적 신호가 커플링되는 커플링 암을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 단락 암은 상기 금속프레임과 제1 연결수단에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 신호 암은 상기 급전부와 제2 연결수단에 의해 전기적으로 연결된다. 상기 제1 연결수단은 상기 단락 암이 상기 회로기판에 형성된 그라운드에 연결되는 제1 연결부재 및 상기 회로기판에 형성된 그라운드가 상기 바디에 형성된 그라운드에 연결되는 제2 연결부재를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 단락 암 및 신호 암은 전기적 길이를 증가시키기 위해 미앤더 (Meander) 형태의 패턴을 갖는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 단락 암 및 신호 암은 유전체 기판의 상면에 프린트되어, 상기 유전체 기판의 유전체에 의해 지지될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 단락 암 및 신호 암은 수직 방향으로 상호 이격되어 적층될 수 있다. 이 때 상기 단락 암 및 신호 암은 복수의 유전체 기판의 상면에 각각 프린트되고, 상기 유전체 기판은 수직 방향으로 적층되어, 상기 유전체 기판의 유전체에 의하여 상호 이격되어 지지될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 단락 암 및 신호 암은 동일 평면 내에 상호 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 상기 단락 암 및 신호 암은 유전체 기판의 상면에 프린트되어, 상기 유전체 기판의 유전체에 의해 지지될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 단락 암은 동축케이블의 외심에 형성되고, 상기 신호 암은 상기 동축케이블의 내심에 형성되어, 상기 외심과 내심이 각각 상기 금속프레임과 급전부에 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다.
본 발명은 단락 암 및 신호 암이 오프셋된 위치에서 각각 금속프레임 및 급전부와 전기적으로 연결되어, 멀티대역에서 폴디드 모노폴 또는 폴디드 다이폴의 멀티모드로 동작하는 안테나 장치를 제공한다. 따라서 멀티모드로 동작하는 안테나 장치에 의하여, 개별 통신 서비스 간 컨버전스가 요구되는 통합적인 통신 서비스가 구현된다.
또한, 본 발명은 단락 암 및 신호 암의 길이와 각 오프셋된 위치를 조절하여 각 주파수 대역에서 공진 주파수를 조절한다.
또한, 본 발명은 신호 암과 간격을 두고 배치되어 신호 암의 전기적 신호가 커플링되는 커플링 암에 의해, 특정 모드에서 광대역 특성을 제공한다.
도 1은 본 발명과 관련된 이동통신 단말기의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나부가 장착된 이동통신 단말기의 일부를 절개한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 안테나부가 장착된 이동통신 단말기의 일부를 절개한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나부가 장착된 이동통신 단말기의 개념도이고,
도 5는 도 4의 안테나부가 장착된 이동통신 단말기의 변형예에 따른 개념도이고,
도 6은 도 4의 안테나부가 장착된 이동통신 단말기의 다른 변형예에 따른 개념도이고,
도 7은 도 2에 따른 신호 암에 의한 안테나부가 멀티대역에서 동작하는 원리를 나타낸 개념도이고,
도 8은 도 2에 따른 안테나부가 멀티대역에서 동작하는 원리를 나타낸 개념도이고,
도 9A는 제1 모드에서, 도 2에 따른 안테나부의 전류분포를 나타낸 전류분포도이고,
도 9B는 제2 모드에서, 도 2에 따른 안테나부의 전류분포를 나타낸 전류분포도이고,
도 9C는 제3 모드에서, 도 2에 따른 안테나부의 전류분포를 나타낸 전류분포도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 안테나부의 주파수에 따른 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸 결과도이다.
이하, 본 발명과 관련된 이동통신 단말기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명과 관련된 이동통신 단말기(100)의 사시도이다.
개시된 이동통신 단말기(100)는 바 형태의 바디(101)를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않으며, 하나의 바디로만 이루어진 바(bar) 타입, 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 슬라이드 타입, 폴더 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용이 가능하다.
상기 바디(101)는 외관을 이루는 케이스(케이싱, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 본 실시예에서, 케이스는 프론트 케이스에 해당하는 금속프레임(102)과 리어 케이스(104)로 구분될 수 있다. 상기 금속프레임(102)과 리어 케이스(104)의 사이에 형성된 공간에는 각종 전자부품들이 내장된다. 상기 프론트 케이스(102)와 리어 케이스(104) 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스(103)가 추가로 배치될 수도 있다.
케이스들은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 재질, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS) 또는 티타늄(Ti) 등과 같은 금속 재질을 갖도록 형성될 수도 있다.
상기 바디(101)의 전체 혹은 일부나 상기 단말기의 베젤 부분 또는 상기 케이스들은 전도성을 갖는 금속 재질로 구성되어 전자기 신호의 기준 전위에 해당하는 그라운드로 활용될 수 있다.
상기 바디(101) 중 주로 금속프레임(102)에는 디스플레이부(151), 음향출력부(152), 카메라(121), 제1사용자 입력부(131), 마이크(122), 인터페이스(170) 등이 배치될 수 있다.
디스플레이부(151)는 금속프레임(102)의 전면(front surface)의 대부분을 차지한다. 디스플레이부(151)의 양단부 중 일 단부에 인접한 영역에는 음향출력부(151)와 카메라(121)가 배치되고, 다른 단부에 인접한 영역에는 제1 사용자 입력부(131)와 마이크(122)가 배치된다. 제2 사용자 입력부(132)와 인터페이스(170) 등은 금속프레임(102) 및 리어 케이스(104)의 측면들에 배치될 수 있다. 디스플레이부(151)의 상면에는 디스플레이부(151)를 보호하기 위한 윈도우가 설치된다.
사용자 입력부는 이동통신 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받을 수 있게 구성되어 있으며, 도 1에서는 상기 바디(101)의 전면에 배치된 제1사용자 입력부(131) 및 측면에 배치된 제2 사용자 입력부(132)를 개시하고 있다. 상기 제1 및 제2사용자 입력부(131,132)는 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있으며, 사용자가 촉각 적인 느낌을 가면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다.
상기 제1 또는 제2사용자 입력부(131, 132)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1사용자 입력부(131)는 시작, 종료, 스크롤 등과 같은 명령을 입력받고, 제2 사용자 입력부(132)는 음향출력부(152)에서 출력되는 음향의 크기 조절 또는 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등과 같은 명령을 입력받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나부가 장착된 이동통신 단말기(200)의 일부를 절개한 사시도이다.
상기 이동통신 단말기(200)는 바디(201), 그라운드(210), 회로기판(220) 및 안테나부(230)를 구비한다.
상기 바디(201)는 상기 이동통신 단말기(200)의 케이스에 해당하며, 금속프레임(102), 중간 케이스(103), 리어 케이스(104) 및 하단 비금속부(205)를 구비한다.
상기 금속프레임(102)은 상기 디스플레이부(151)를 감싸서 지지하도록 형성된 금속 테두리이다. 또한 상기 금속프레임(102)은 네 변을 갖는 루프를 형성하고, 상기 루프의 내부에 상기 디스플레이부(151)가 장착되어 지지될 수 있다.
상기 그라운드(210)는 전기적 신호의 전위의 기준점을 제공하며, 상기 바디(201)의 하단에 형성되는 제1 그라운드(211) 및 상기 단말기 내부 또는 상기 바디(201)에 형성되는 제2 그라운드(212)를 포함한다.
상기 금속프레임(102)은 상기 제1 그라운드(211)와 이격되도록 구성될 수 있다. 이 때 상기 금속프레임(102)과 상기 제1 그라운드(211)는 전기적으로 절연 소재인 유전체(dielectric)에 의해 형성된 중간 케이스(103)에 의해 물리적으로 연결된다. 상기 중간 케이스(103)는 유전체로 플라스틱 소재 등을 이용하며, 합성수지를 사출하여 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 하단 비금속부(205)는 상기 금속프레임(102) 및 상기 제1 그라운드(211)가 비중첩된 영역(A)에 배치된다. 상기 하단 비금속부(205)는 상기 안테나부(230)가 전자기파를 방사하는데 영향을 받지 않도록 전도성을 갖지 않는 플라스틱 등의 유전체로 제작된다.
상기 회로기판(220)은 상기 단말기(100)의 내부에 배치되고, 상기 단말기(100) 내부의 상기 회로기판(220)에서 형성되어 상기 안테나부(230)로 RF(Radio Frequency)신호를 공급하는 급전부(221)를 포함한다.
상기 안테나부(230)는 단말기 내부에 배치되어, 상기 급전부(221)로부터 RF 신호를 공급받아 자유공간으로 전자기파를 방사한다.
상기 안테나부(230)는 단락 암(shorting arm, 231)과 신호 암(feeding arm, 232)을 포함한다. 상기 단락 암(231) 및 신호 암(232)은 상기 금속 프레임(102) 및 제1 그라운드(211)가 비중첩되는 영역(A)에 배치된다.
상기 단락 암(231)은 상기 금속프레임(102)으로부터 이격된 위치에서 중첩되도록 배치되고, 상기 금속프레임(102)의 일변의 중앙(C)으로부터 오프셋된 제1 지점(P1)에서 상기 금속프레임(102)과 전기적으로 연결된다.
상기 단락 암(231)은 상기 제1지점에서 수직으로 이격된 지점인 제3 지점(P3) 사이에 형성되는 수직 단락 암(231a), 상기 제3 지점(P3)에서 일측으로 직선 형태로 연장되는 제1 수평 단락 암(231b) 및 상기 제3 지점(P3)에서 타측으로 직선 형태로 연장되는 제2 수평 단락 암(231c)을 포함한다.
상기 단락 암(231)은 상기 제1 및 제2 수평 단락 암(231b, 231c)의 양 단에서 절곡되어 연장되는 교차 단락 암(231d)을 더 포함할 수 있다. 상기 교차 단락 암(231d)에 의해 상기 단락 암(231)의 전기적 길이가 증가하여 원하는 안테나 특성을 얻을 수 있다.
상기 신호 암(232)은 상기 단락 암(231)과 평행하게 배치되고, 상기 중앙으로부터 오프셋된 제2 지점(P2)에서 상기 급전부(221)와 전기적으로 연결된다.
상기 신호 암(232)은 상기 지점과 상기 제 2지점에서 수직으로 이격된 지점인 제4 지점(P4) 사이에서 형성되는 수직 단락 암(232a), 상기 제4 지점(P4)에서 일측으로 직선 형태로 연장되는 제1 수평 단락 암(232b) 및 상기 제4 지점(P4)에서 타측으로 직선 형태로 연장되는 제2 수평 단락 암(232c)을 포함한다.
상기 신호 암(232)은 상기 제1 및 제2 수평 신호 암(232b, 232c)의 양 단에서 절곡되어 연장되는 교차 신호 암(232d)을 더 포함할 수 있다. 상기 교차 신호 암(232d)에 의해 상기 신호 암(232)의 전기적 길이가 증가하여 원하는 안테나 특성을 얻을 수 있다.
상기 안테나부(230)의 각 암은 전도성을 갖는 얇은 두께의 금속 판(metal sheet) 형태로 제작되어, 전기적 공진 길이에 해당하는 길이와 단말기 내부에 삽입 가능한 정도의 좁은 폭을 갖는다.
상기 단락 암(231) 및 신호 암(232)은 서로 다른 평면에 배치되며, 상기 암들이 단말기 내부에서 배치되는 방법은 하기와 같다.
또한 상기 단락 암(231) 및 신호 암(232)은 유전체 기판의 상면에 프린트되어, 상기 유전체 기판의 유전체에 의해 지지될 수 있다. 이 때, 상기 유전체 기판은 상기 금속프레임(102)을 포함하는 평면과 수직하게 배치된다. 따라서 상기 단락 암(231) 및 신호 암(232)은 각각 다른 유전체 기판에 프린트되고, 소정의 두께를 가지는 상기 유전체에 의하여 상호 간 접촉되지 않고 분리된다.
또한 상기 안테나부(230)를 플렉시블 피시비에 패터닝 형태로 제작할 수 있다. 이 때 수평 암과 이에 교차하는 교차 암이 상기 수평암과 일체로 제작되며, 상기 각 암 들이 형성된 상기 플렉시블 피시비를 구부려서 상기 안테나부(230)를 제작될 수 있다.
또한 상기 안테나부(230)를 유전체 캐리어에 금속판(방사체)를 몰딩 또는 융착시켜 만들 수 있다.
또한 상기 단락 암(231) 및 신호 암(232)은 동축케이블을 이용하여 구현할 수 있다. 이 때, 상기 안테나부(230)의 단락 암(231)은 상기 동축케이블의 외심에 형성되고, 상기 신호 암(232)은 상기 동축케이블의 내심에 형성되어, 상기 외심과 내심이 각각 상기 금속프레임(102)과 급전부(221)에 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 안테나부가 장착된 이동통신 단말기(300)의 일부를 절개한 사시도이다.
상기 이동통신 단말기(300)는 바디(201), 그라운드(210), 회로기판(220) 및 안테나부(330)를 구비한다. 상기 바디(201), 그라운드(210) 및 회로기판(220)은 도 2의 이동통신 단말기(200)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하고, 상기 안테나부(330)는 하기와 같다.
상기 안테나부(330)는 단락 암(331), 신호 암(332) 외에 커플링 암(coupling arm, 333)을 더 포함한다.
상기 커플링 암(333)은 상기 신호 암(332)과 간격을 두고 평행하게 배치되어, 상기 신호 암(332)의 전기적 신호가 상기 커플링 암(333)으로 커플링된다. 따라서 상기 커플링 암(333)이 상기 안테나부(330)에 포함되어 전기적 길이가 증가되므로, 상기 커플링 암(333)은 상기 단락 암(331)과 신호 암(332)에 의한 경우보다 낮은 주파수 대역에서 또 다른 공진 모드를 발생시켜 대역폭 특성을 향상시킨다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 안테나부가 장착된 이동통신 단말기(400)의 개념도이다.
상기 이동통신 단말기(400)는 바디(201), 그라운드(210), 회로기판(220) 및 안테나부(430)를 구비한다. 상기 바디(201), 그라운드(210) 및 회로기판(220)은 도 3에 따른 이동통신 단말기(300)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하고, 상기 안테나부(430)는 하기와 같다.
상기 바디(201)에서 상기 금속프레임(102) 및 리어 케이스(104)는 금속 재질로 구현되며, 중간 케이스(103) 및 하단 비금속부(205)는 비금속 재질로서 플라스틱 등의 유전체로서 구현된다.
상기 안테나부(430)는 단락 암(431), 신호 암(432) 및 커플링 암(433)을 포함하고, 상기 암 들은 동일 평면 내에 상호 이격되어 배치된다. 이 때, 상기 단락 암(431) 및 신호 암(432)은 동일한 유전체 기판(434)에 프린트되며, 상기 유전체에 의해 지지된다. 따라서 상기 유전체 기판(434)은 상기 급전부(221)가 배치되는 상기 회로기판(220)과 평행하게 배치된다.
상기 단락 암(431) 및 신호 암(432)은 전기적 길이를 증가시키기 위해 미앤더(Meander) 라인 형태의 패턴을 갖는 구조로 형성될 수 있다. 또한 상기 미앤더 라인에 의하여 상기 암 들 사이에 커패시터스(capacitance) 성분이 증가하므로, 상기 안테나부(430)는 상기 각 암들이 근접하게 배치되어 발생하는 인덕턴스 성분과 상기 커패시턴스 성분이 상쇄되어 광대역 특성을 가지게 된다.
또한 상기 안테나부(430)의 각 암들은 동일 평면 내에 배치되지 않고, 수직 방향으로 상호 이격되어 적층될 수 있다. 이 때, 상기 각 암들은 복수의 유전체 기판에 프린트되고, 상기 유전체 기판은 적층되어 상기 유전체 기판의 유전체에 의하여 상기 각 암들이 상호 이격되어 지지되도록 구성될 수 있다.
상기 단락 암(431)은 상기 금속프레임(102)과 제1 연결수단(435)에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 신호 암(432)은 상기 급전부(221)과 제2 연결수단(436)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 제1 및 제2 연결수단(435, 436)은 금속판 형태로 구현되어 상기 단락 암(431) 및 신호 암(432)과 같이 일체로 제작될 수 있다. 또한 상기 금속판에 의한 상기 금속프레임(102) 또는 급전부(221)와의 연결보다 더 큰 지지력을 갖게 하기 위하여, 상기 금속프레임(102) 또는 급전부(221)와 직접 접촉하는 형태로 구현될 수 있으며 이 경우 탄성핀(또는 핑거)등이 사용될 수 있다.
상기 제1 및 제2 연결수단(435, 436)는 도 2에 도시한 바와 같이 각각 상기 수직 단락 암(231a)과 상기 수직 신호 암(232a)에 대응될 수 있다.
또한 상기 제1 연결수단(435)은 상기 단락 암(431)이 상기 회로기판(220)에 형성된 그라운드에 연결되는 제1 연결부재 및 상기 회로기판(220)에 형성된 그라운드가 상기 바디(201)에 형성된 그라운드에 연결되는 제2 연결부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 연결수단(435)의 길이는 상기 금속프레임(102)에서 상기 단락 암(431)까지의 수직거리이고, 상기 수직거리는 단말기의 높이를 고려하면 8 ~ 9 mm에 해당한다. 따라서 상기 제1 연결수단(435)을 하나의 연결부재에 의해 연결하는 것보다 상기 제1 및 제2 연결부재에 의해 연결하는 것이 상기 연결부재가 단말기 내부에서 차지하는 공간을 줄일 수 있어 효과적이다. 상기 제1 연결수단(435)을 상기 제1 및 제2 연결부재에 의해 구현하여도, 한 개의 연결부재에 의해 구현한 경우와 비교할 때 상호 연결 지점에서 전자기파의 손실이나 누설량은 차이가 없다.
도 5는 도 4의 안테나부(430)가 장착된 이동통신 단말기(500)의 변형예에 따른 개념도이다.
상기 이동통신 단말기(500)는 바디(501), 그라운드(210), 회로기판(220) 및 안테나부(430)를 구비한다. 상기 그라운드(210), 회로기판(220) 및 안테나부(430)는 도 4에 따른 이동통신 단말기(200)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하고, 상기 바디(501)는 하기와 같다.
상기 바디(501)는 상기 이동통신 단말기(500)의 케이스에 해당하며, 금속프레임(102), 중간 케이스(103), 리어 케이스(104) 및 하단 금속부(505)를 구비한다. 상기 바디(501)에서 상기 금속프레임(102), 리어 케이스(104) 및 하단 금속부(505)는 금속 재질로 구현되며, 상기 중간 케이스(103)는 비금속 재질로서 플라스틱 등의 유전체로서 구현된다.
도시된 바와 같이, 비중첩된 영역(A)에는 하단 금속부(505)가 구비될 수 있으며, 상기 하단 금속부(505)는 상기 제1 그라운드(211)와 전기적으로 플로우팅(floating)된 전도성을 갖는 재질로 구현될 수 있다. 상기 하단 금속부(505)를 상기 제1 그라운드(211)와 전기적으로 플로우팅 되도록 하기 위하여, 상기 하단 금속부(505)와 상기 리어 케이스(104) 사이의 공간에 플라스틱 등의 유전체를 삽입할 수 있다.
이 때, 상기 제1 그라운드(211)가 상기 금속프레임(102)과 전기적으로 이격되어 있어 상기 안테나부(430)의 전기적 특성의 변화에 큰 영향을 주지 않는다. 따라서 상기 하단 금속부(505)는 제1 그라운드(211)와 일체로 제작하기 위하여 전도성을 갖는 금속재질로 제작된다. 다만 상기 제1 그라운드(211)에 의한 영향이 다소 있더라도, 각 암의 길이와 배치 간격, 급전점의 위치를 조절하여 상기 안테나부(430)의 원하는 전기적 특성을 얻을 수 있다.
도 6은 도 4의 안테나부(430)가 장착된 이동통신 단말기(600)의 다른 변형예에 따른 개념도이다.
상기 이동통신 단말기(600)는 바디(601), 그라운드(210), 회로기판(220) 및 안테나부(430)를 구비한다. 상기 그라운드(210), 회로기판(220) 및 안테나부(430)는 도 4 내지 도 5에 따른 이동통신 단말기(400, 500)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하고, 상기 바디(601)는 하기와 같다.
상기 바디(601)는 상기 이동통신 단말기(600)의 케이스에 해당하며, 금속프레임(102), 리어 케이스(104), 하단 비금속부(205) 및 중간 케이스(603)를 구비한다.
상기 바디(601)에서 상기 금속프레임(102), 중간 케이스(603) 및 리어 케이스(104)는 금속 재질로 구현되며, 상기 하단 비금속부(205)는 비금속 재질로서 플라스틱 등의 유전체로서 구현된다.
상기 금속프레임(102)은 상기 중간 케이스(603)에 의해 상기 제1 그라운드(211)와 전기적으로 연결되어 구성된다.
이 때, 상기 제1 그라운드(211)는 상기 금속프레임(102)으로부터 이격된 위치에서 상기 금속프레임(102)의 일부와 중첩되도록 배치되고, 상기 금속프레임(102)의 일변과 직교하는 타변과 양 측면에서 전기적으로 연결된다. 상기 제2 그라운드(222)는 상기 금속프레임(102)에 해당한다.
즉 상기 금속프레임(102)이 상기 제1 그라운드(211)와 전기적으로 연결되는 경우에 상기 중간 케이스(603)는 전도성을 가지는 금속 재질로 구성되며, 상기 제2 그라운드(211)에 해당하는 상기 금속프레임(102)과 일체로 제작될 수 있다.
이 때, 상기 제1 및 제2 그라운드(211, 212)가 비중첩되는 영역(A)에 상기 단락 암(431) 및 신호 암(432)이 배치되고, 상기 비중첩 영역(A)에는 하단 비금속부(205)가 구비된다. 이 때 상기 비중첩 영역에 케이스가 전도성을 갖는 금속재질로 구현되는 경우에는 상기 안테나부(430)가 상기 그라운드(210)에 의해 닫힌 구조가 되어 전기적인 특성에 영향이 있다. 따라서, 상기 하단 비금속부(105)는 전도성을 갖지 않는 플라스틱 등의 유전체로 제작된다.
도 7은 도 2에 따른 신호 암(232)에 의한 안테나부(230)가 멀티대역에서 동작하는 원리를 나타낸 개념도이다.
상기 안테나부(230)는 중심주파수가 920MHz인 제1 주파수 대역에서 동작하는 제1 모드, 1800MHz인 제2 주파수 대역에서 동작하는 제2 모드 및 2030MHz인 제 3주파수 대역에서 동작하는 제3 모드의 멀티모드에서 동작한다. 보다 자세히, 상기 제1 모드는 GSM 900 서비스를 위하여 880 ~ 960MHz 대역에서, 상기 제2 모드는 DCS 1800 서비스를 위하여 1.71 ~ 1.88GHz, 상기 제3 모드는 WCDMA 서비스를 위하여 1.92 ~ 2.17 GHz 에서 동작한다. 한편, 상기 제1 모드는 상기 GSM 900 서비스 외에도 LTE, GSM 850 서비스를 위하여 700 ~ 960MHz의 확장된 대역에서, 상기 제2 모드는 상기 DCS 1800 서비스 외에도 PCS 1900 서비스를 위하여 1.71 ~ 1.99GHz의 확장된 대역에서 동작할 수 있다.
상기 신호 암(232)은 상기 수직 신호 암(232a) 및 상기 수직 신호 암(232a)에서 일측으로 연장된 제1 수평 신호 암(232b) 및 타측으로 연장된 제2 수평신호 암(232c)을 포함한다.
상기 수직 신호 암(232a), 수평 신호 암(232b) 및 교차 신호 암(232c)의 길이를 각각 A,B,C라고 할 때, 상기 신호 암(232)은 상기 제1 모드에서 물리적인 공진길이는 A+B, 전기적인 공진길이는 λ/4로 상기 그라운드(210)가 필요한 모노폴로 동작한다. 반면에 상기 신호 암(232)은 상기 제2 모드에서 물리적인 공진길이는 A+B+C, 전기적인 공진길이는 λ/2로 상기 그라운드(210)의 의존도가 약한 다이폴로 동작한다. 또한 상기 신호 암(232)은 상기 제3 모드에서 물리적인 공진길이는 A+C, 전기적인 공진길이는 λ/4로 상기 그라운드(210)가 필요한 모노폴로 동작한다.
도 8은 도 2에 따른 안테나부(230)가 멀티대역에서 동작하는 원리를 나타낸 개념도이다.
도 8에서 상기 단락 암(231)은 상기 수직 단락 암(231a), 수평 단락 암(231b) 및 교차 신호 암(231c)을 포함하고, 상기 신호 암(232)은 상기 수직 신호 암(232a), 수평 신호 암(232b) 및 교차 신호 암(232c)을 포함한다.
상기 안테나부(230)는 상기 단락 암(231) 및 신호 암(232)이 배열(array)된 구조로, 상기 신호 암(231)에 의한 것과 달리 폴디드 모노폴 또는 폴디드 다이폴로 동작한다. 상기 단락 암(231) 및 신호 암(232)을 배열한 경우에는 상기 신호 암(232)에 의한 것과 비교할 때, 배열(array) 특성 상 단일 소자에 의한 것보다 대역폭이 증가하는 특성을 가진다.
상기 제1 수평 단락 암(231b) 및 제1 수평 신호 암(232b)의 길이가 B로 동일하며, 상기 제2 수평 단락 암(231c) 및 제2 수평 신호 암(232c)의 길이가 C로 동일하고, 상기 수직 단락 암(231a) 및 수직 신호 암(232a)의 길이가 각각 A, D라고 하면, 상기 각 모드에서 상기 안테나부(230)의 동작 원리는 하기와 같다.
도 9A는 제1 모드에서, 도 2에 따른 안테나부의 전류분포를 나타낸 전류분포도이다.
상기 안테나부는 상기 제1 모드에서 물리적인 공진길이는 A+2B+D, 전기적인 공진길이는 λ/2로 상기 그라운드가 필요한 폴디드 모노폴로 동작한다. 인접한 두 개의 도체인 단락 암 및 신호 암에 같은 방향의 전류가 흐르고, 어드미턴스(admittance)의 허수부인 서셉턴스(susceptance)가 서로 상쇄되어, 한 개의 도체인 신호 암에 의한 경우보다 넓은 대역폭과 높은 효율을 가진다.
도 9B는 제2 모드에서, 도 2에 따른 안테나부의 전류분포를 나타낸 전류분포도이다.
상기 안테나부는 상기 제2 모드에서 물리적인 공진길이는 A+2B+2C+D, 전기적인 공진길이는 λ로 상기 그라운드의 의존도가 낮은 폴디드 다이폴로 동작한다. 이 때, 암의 길이가 상대적으로 긴 상기 제1 수평 단락 암 및 제1 수평 신호 암에 의한 개루프(open loop)와, 암의 길이가 상대적으로 짧은 상기 제2 수평 단락 암 및 제1 수평 신호 암에 의한 개루프(open loop)가 더해져서 상기 폴디드 다이폴은 루프 안테나와 유사하게 동작한다.
도 9C는 제3 모드에서, 도 2에 따른 안테나부의 전류분포를 나타낸 전류분포도이다.
상기 안테나부는 상기 제3 모드에서 물리적인 공진길이는 A+2C+D, 전기적인 공진길이는 λ/2로 그라운드가 필요한 폴디드 모노폴로 동작한다. 이 때, 암의 길이가 상대적으로 짧은 상기 제2 수평 단락 암 및 제1 수평 신호 암에 의한 개루프(open loop)와 금속프레임 사이에 전류 루프가 더해져서 상기 폴디드 모노폴은 루프 안테나와 유사하게 동작한다.
도 10은 도2에 따른 안테나부의 주파수에 따른 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸 결과도이다. 제1 모드인 880 ~ 960MHz 대역 및 제2 모드인 1.71 ~ 1.88GHz 대역 에서 VSWR이 2 이하의 값, 제3 모드인 1.92 ~ 2.17 GHz 에서 VSWR 값이 4 이하의 값임을 알 수 있다.
다만, 상기 제1 모드는 LTE 또는 GSM 850 서비스도 함께 제공하기 위하여 700 ~ 960MHz의 확장된 대역에서 동작할 수 있다. 구체적으로 도 3에 도시한 바와 같이, 신호 암의 전기적 길이는 상기 신호 암의 길이 외에 상기 신호 암의 전기적 신호가 커플링되는 커플링 암에 의해 연장된다. 이에 의해 상기 제1 모드의 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역에서 또 다른 공진 모드가 발생하므로, 상기 커플링암은 상기 700 ~ 960MHz의 확장된 대역에서 안테나부가 동작하도록 한다.
상기와 같은 이동통신 단말기는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 길이와 너비를 가지는 금속프레임을 구비하는 바디;
    단말기의 내부 회로기판에서 형성되어 RF 신호를 공급하는 급전부; 및
    단말기 내부에 배치되는 안테나부를 포함하되,
    상기 안테나부는,
    상기 금속프레임으로부터 이격된 위치에서 중첩되도록 배치되고, 상기 금속프레임의 일변의 중앙으로부터 오프셋된 제1 지점에서 상기 금속프레임과 전기적으로 연결되는 단락 암; 및
    상기 단락암과 평행하게 배치되고, 상기 중앙으로부터 오프셋된 제2 지점에서 상기 급전부와 전기적으로 연결되는 신호 암을 포함하는 이동통신 단말기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속프레임은 디스플레이부를 감싸서 지지하도록 형성된 금속 테두리인 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 금속프레임은 상기 바디에 형성되는 제1 그라운드와 이격되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 금속프레임 및 제1 그라운드가 비중첩되는 영역에 상기 단락 암 및 신호 암이 배치되고, 상기 비중첩된 영역에 상기 제1 그라운드와 전기적으로 플로우팅(floating)된 전도성을 갖는 하단 금속부가 구비되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 금속프레임으로부터 이격된 위치에서 상기 금속프레임의 일부와 중첩되도록 배치되고, 상기 금속프레임의 일변과 직교하는 타변과 양 측면에서 전기적으로 연결되는 제1 그라운드; 및
    상기 금속프레임에 해당하는 제2 그라운드를 포함하는 이동통신 단말기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 그라운드가 비중첩되는 영역에 상기 단락 암 및 신호 암이 배치되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 암은
    상기 제1 지점과 상기 제1 지점에서 수직으로 이격된 지점인 제3 지점 사이에 형성되는 수직 단락 암;
    상기 제3 지점에서 일측으로 직선 형태로 연장되는 제1 수평 단락 암; 및
    상기 제3 지점에서 타측으로 직선 형태로 연장되는 제2 수평 단락 암을 포함하는 이동통신 단말기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 암은
    상기 제2 지점과 상기 제2 지점에서 수직으로 이격된 지점인 제4 지점 사이에서 형성되는 수직 단락 암;
    상기 제4 지점에서 일측으로 직선 형태로 연장되는 제1 수평 단락 암; 및
    상기 제4 지점에서 타측으로 직선 형태로 연장되는 제2 수평 단락 암을 포함하는 이동통신 단말기.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 단락 암은 상기 제1 및 제2 수평 단락 암의 양 단에서 절곡되어 연장되는 교차 단락 암을 더 포함하는 이동통신 단말기.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 신호 암은 상기 제1 및 제2 수평 신호 암의 양 단에서 절곡되어 연장되는 교차 신호 암을 더 포함하는 이동통신 단말기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 암과 간격을 두고 평행하게 배치되어, 상기 신호 암의 전기적 신호가 커플링되는 커플링 암을 더 포함하는 이동통신 단말기.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 암은 상기 금속프레임과 제1 연결수단에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 신호 암은 상기 급전부와 제2 연결수단에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 연결수단은
    상기 단락 암이 상기 회로기판에 형성된 그라운드에 연결되는 제1 연결부재;
    상기 회로기판에 형성된 그라운드가 상기 단말기 바디에 형성된 그라운드에 연결되는 제2 연결부재를 포함하는 이동통신 단말기.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 암 및 신호 암은
    전기적 길이를 증가시키기 위해 미앤더 (Meander) 형태의 패턴을 갖는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 암 및 신호 암은 유전체 기판의 상면에 프린트되어 상기 유전체 기판의 유전체에 의해 지지되도록 구성되는 이동통신 단말기.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 암 및 신호 암은 수직 방향으로 상호 이격되어 적층되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 단락 암 및 신호 암은 복수의 유전체 기판의 상면에 각각 프린트되고, 상기 유전체 회로기판은 수직 방향으로 적층되고, 상기 유전체 기판의 유전체에 의하여 상호 이격되어 지지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 암 및 신호 암은 동일 평면 내에 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 단락 암 및 신호 암은 동일한 유전체 회로기판의 상면에 프린트되어 상기 유전체에 의해 상기 단락 암 및 신호 암이 지지되도록 구성되는 이동통신 단말기.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 암은 동축케이블의 외심에 형성되고, 상기 신호 암은 상기 동축케이블의 내심에 형성되어, 상기 외심과 내심이 각각 상기 금속프레임과 급전부에 전기적으로 연결되어 구성되는 이동통신 단말기.
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