KR20120052430A

KR20120052430A - 이동통신단말기용 루프안테나

Info

Publication number: KR20120052430A
Application number: KR1020100112748A
Authority: KR
Inventors: 손태호; 최재중
Original assignee: 순천향대학교 산학협력단
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-24
Also published as: KR101155278B1

Abstract

본 발명은, 이동통신단말기 본체부의 안테나 수납부에 장착되는 안테나 지지부와, 상기 안테나 지지부 상에 지지되어 전기적 신호의 송수신을 담당하는 안테나 패턴부를 포함하는 무선통신단말기용 내장형 안테나에 있어서, 상기 안테나 패턴부는, 상기 안테나 지지부의 상부면에 형성된 루프 패턴부; 및 공진주파수를 낮추기 위하여, 상기 루프 패턴부의 일부분과 일체로 연결되어 상기 루프 패턴부를 확장하며, 상기 안테나 지지부의 일측면 상에 배치되는 확장 루프 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동통신단말기용 루프안테나{loop antenna for mobile communication terminals}

본 발명은, 이동통신단말기용 내장형 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 루프안테나(loop antenna)의 크기를 줄이면서도 공진주파수를 낮추도록 한 이동통신단말기용 루프안테나(loop antenna)에 관한 것이다.

현재 한국의 이동통신단말기, 예를 들어 휴대폰의 설계 및 생산 기술은 세계 최고 수준에 있다. 즉, CDMA(code division multiple access) 방식의 휴대폰에서 출발하여, 유럽의 TDMA(time division multiple access) 방식인 GSM(global system for mobile communications)방식은 물론 PCS(personal communication service), DCS(distributed control system)용 시스템 및 단말기를 생산하고 있다. 요즘은 IMT2000의 일종인 WCDMA(wideband code division multiple access)와 휴대인터넷인 와이브로(wibro) 및 이동 멀티미디어 단말기인 DMB(digital multimedia broadcasting) 등도 생산하고 있다. 이러한 기술의 완결은, 여러 부품이 국산화되어 국내기술에 의해 개발 생산되기 때문에 가능하다.

특히, 이동통신단말기 부품 중 안테나는, 신호인 전류를 전자파로 상호 변환시켜주는 장치로서, 단독의 아이템으로 이동통신단말기의 성능을 결정짓는 매우 중요한 부품이다. 현재 가장 널리 적용되고 있는 안테나는, 짧은 헤리컬(helical) 형태로 이루어진 스터비(stubby) 안테나와, 헤리컬 및 모노폴(monopole) 구조가 함께 적용되어 있는 리트렉터블(retractable) 안테나이다.

기존의 리트랙터블 안테나는, 이득이 크고 임피던스가 높기 때문에 가장 많이 사용되고 있으나, 안테나의 길이가 길기 때문에 디자인의 한계를 지니고 있다. 휴대폰 내부에 장착되는 인테나(intenna)도 있으나, 이득이 낮고 대역특성이 외장형에 비해 낮은 문제점이 있다. 그래서 이 분야에 대한 연구가 한창 진행 중에 있다.

인테나의 종류로는, PIFA(Plate Inverted F Antenna), IFA(Inverted F Antenna), 접힌 모노폴(Folded Monopole), 다이폴(Dipole), 루프(Loop), 슬롯(Slot) 및 유전체 칩(Chip) 안테나 등이 있다.

PIFA는, 성능이 좋은 반면에 부피가 큰 단점이 있다. 접힌 모노폴은, 설계가 어려운 단점이 있다. 다이폴 및 루프 안테나는 이득이 떨어지는 단점이 있다. 유전체 칩 안테나는, 대역특성이 좁고, 사용자 인체에 대한 변화가 심하여 사용상의 난점을 지니고 있다.

대부분의 내장형 안테나는 탑재공간의 제약 때문에 그 크기가 작아야 하는 특징을 가지고 있다. 외장형 안테나의 경우, 안테나 길이가 짧으면 임피던스가 작다. 그러나 내장형 안테나의 경우 안테나가 작아짐으로 인하여 방사효율이 떨어지고 안테나 상의 전류 형성이 어렵다. 그래서 더욱 좁아진 안테나 탑재 공간으로 인하여 IFA가 다시 적용되고 있다. 즉, 1970년대에 개발된 IFA는, 이득특성이 나쁘고 밴드가 좁기 때문에 그 동안 적용되지 못하였지만, 그 크기가 작다는 장점 덕분에 다시 관심의 대상이 되었고, 기존의 형태에서 변형된 형태로 개조되어 현재의 휴대폰에 널리 적용되고 있다. 그러나 IFA가 갖는 좁은 대역 특성과 낮은 이득 때문에 휴대폰 안테나에 적용하기 위한 안테나의 개발은 어려운 난점을 지니고 있다.

한편, 루프안테나는 사각형, 원형 및 마름모형 등의 형태가 있다. 휴대폰이 대략 사각형이기 때문에 휴대폰에 적용하기 위한 루프안테나는 사각형 루프가 대부분이다. 루프안테나는 사각형 루프의 길이가 1파장이 되어야 한다. 이렇게 되면, 루프안테나는, 사각형 루프의 길이에 해당하는 주파수에서 공진을 일으키는 특성을 가진다.

종래의 루프안테나(10)에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 대략 사각형 형상의 안테나 지지부(11)의 상부면 상에, 루프 패턴부(13)가 대략 사각형으로 배치된다. 루프 패턴부(13)의 일측단부와 타측단부가 각각 급전부(F)와 접지부(G)이다.

이러한 루프안테나(10)에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 2.61GHz에서 공진이 발생한다. 이는, 루프안테나(10)를 2.61GHz의 주파수 대역에서 사용할 수 있음을 의미한다.

그런데, 종래의 루프안테나를 휴대폰에 적용하기 위해서는 루프안테나의 소형화가 무엇보다 필요하다. 왜냐하면, CDMA 및 GSM과 같은 800MHz대역에서 공진하기 위한 루프의 길이가 휴대폰에 탑재하기에 너무 길기 때문이다. 따라서 루프안테나는, 루프의 면적에 의한 큰 이득을 갖는 장점을 가지고 있으면서도, 공진을 위한 루프의 크기가 커지기 때문에 휴대폰에 적용되지 못하고 있다. 현재, 크기가 작고 공진주파수가 낮은 루프안테나가 절실히 요구되는 실정에 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 루프안테나의 크기를 줄이면서도 공진주파수를 낮추도록 하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나는, 이동통신단말기 본체부의 안테나 수납부에 장착되는 안테나 지지부와, 상기 안테나 지지부 상에 지지되어 전기적 신호의 송수신을 담당하는 안테나 패턴부를 포함하는 무선통신단말기용 내장형 안테나에 있어서, 상기 안테나 패턴부는, 상기 안테나 지지부의 상부면에 형성된 루프 패턴부; 및 공진주파수를 낮추기 위하여, 상기 루프 패턴부의 일부분과 일체로 연결되어 상기 루프 패턴부를 확장하며, 상기 안테나 지지부의 일측면 상에 배치되는 확장 루프 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 확장 루프 패턴부는, 상기 안테나 지지부의 복수 측면 상에 각각 배치되는 것이 가능하다.

본 발명의 이동통신단말기용 루프안테나는, 확장 루프 패턴부가 루프 패턴부의 일부분에 일체로 연결되어 루프 패턴부를 확장함으로써 공진주파수를 낮출 수가 있다.

도 1은, 종래 기술에 따른 루프안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 루프안테나의 공진특성을 나타낸 그래프이다.
도 3a는, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 전방사시도이다.
도 3b는, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 후방사시도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나의 공진특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나의 방사특성을 나타낸 표이다.

이하, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3a는, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 전방사시도이고, 도 3b는, 본 발명에 따른 이동통신단말기용 루프안테나의 구조를 개략적으로 나타낸 후방사시도이다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 본 발명의 이동통신단말기용 루프안테나(20)는, 이동통신단말기 본체부(도시 안됨)의 안테나 수납부에 내장되는 안테나로서, 방사특성, 전압정재파비(VSWR), 효율, 이득, 무지향성 등 주요 특성을 고려하여, 안테나 지지부(21) 및 안테나 지지부(21) 상에 지지되어 이동통신단말기의 전기적 신호를 직접적으로 송수신하는 안테나 패턴부(23)를 포함하여 구성된다.

여기서, 안테나 지지부(21)는, 이동통신단말기 본체부(도시 안됨)의 안테나 수납부에 상응하는 형상과 크기를 가지며, 절연성 재질, 예를 들어 플라스틱 재질로 이루어진 공통 캐리어(carrier)의 역할을 담당한다.

안테나 패턴부(23)는, 도전성 재질, 예를 들어 예를 들어 구리(Cu)에 크롬(Cr)을 도금한 금속 재질의 시트를 스탬핑(stamping)하고 나서, 안테나 지지부(10)에 배치된다.

또한, 안테나 패턴부(23)는, 루프 패턴부(23a) 및 확장 루프 패턴부(23b)를 구비한다. 여기서, 루프 패턴부(23a)는, 예를 들어 사각형 안테나 지지부(21)의 상부면 상에 예를 들어 가장자리부를 따라가면서 예를 들어 대략 사각형으로 배치된다. 또한, 확장 루프 패턴부(23b)는, 루프 패턴부(23a)의 일부분에 일체로 연결되어 상기 루프 패턴부(23a)를 확장하며, 안테나 지지부(21)의 일측면, 예를 들어 우측면 상에 예를 들어 대략 사각형으로 배치된다.

또한, 안테나 지지부(21)의 후측면에는, 루프 패턴부(23a)의 일측단부와 타측단부에 해당하는 급전부(F)와 접지부(G)가 각각 배치된다.

더욱이, 안테나 패턴부(23)는, 확장 루프 패턴부(23c,23d)를 더 구비하는 것도 가능하다. 여기서, 확장 루프 패턴부(23c)는, 루프 패턴부(23a)의 일부분에 일체로 연결되어 상기 루프 패턴부(23a)를 확장하며, 안테나 지지부(21)의 일측면, 예를 들어 후측면 상에 예를 들어 대략 사각형으로 배치된다. 확장 루프 패턴부(23d)는, 루프 패턴부(23a)의 일부분에 일체로 연결되어 상기 루프 패턴부(23a)를 확장하며, 안테나 지지부(21)의 일측면, 예를 들어 좌측면 상에 예를 들어 대략 사각형으로 배치된다.

한편, 도면에 도시하지 않았지만, 확장 루프 패턴부가 안테나 지지부의 3개 측면 중 2개 측면에 각각 배치되는 것도 가능하다. 즉, 확장 루프 안테나가 안테나 지지부의 우측면과 좌측면에 각각 배치되거나, 안테나 지지부의 우측면과 후측면에 각각 배치되거나, 안테나 지지부의 좌측면 및 후측면에 각각 배치될 수도 있다.

또한, 접지판(미도시)은, 도전성 재질, 예를 들어 금속재질의 판재로 구성되며, 안테나 지지부(21)의 하면부 아래에 배치되어 접지부(G)와 전기적으로 연결된다.

이와 같이 구성된 루프안테나(20)는, 도 1에 도시된 종래의 루프안테나(10)와 같은 크기이지만, 루프안테나(10)의 공진주파수인 2610MHz보다 낮은 주파수에서 공진이 발생하다.

즉, 네트워크 애너라이저(network analyzer)(미도시)를 이용하여 루프안테나(20)의 공진특성을 측정하여 보면, 도 4에 도시된 바와 같이 899MHz에서 루프안테나(20)의 공진이 발생한다. 이는, 루프안테나(20)의 크기를 종래의 루프안테나(10)보다 작게 만들면서도 루프안테나(20)의 공진주파수를 종래의 루프안테나보다 낮출 수가 있음을 의미한다. 만약에 종래의 루프안테나(10)의 공진주파수를 2610MHz에서 899MHz로 낮추기 위해서는, 루프안테나(10)의 루프 패턴부(13)의 길이를 2.9배 정도 길게 만들어야 한다. 이는, 안테나 패턴부의 실질적인 면적을 1.7배 정도 증가시키는 것을 의미한다.

또한, 루프안테나(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이 이동통신 주파수 대역 내의 898MHz와 1566MHz에서 각각 공진이 발생하는 2중 공진특성을 나타낸다. 이는, 1개의 휴대폰에서 2개 이상의 서비스를 할 수 있다는 것을 의미한다.

이러한 루프안테나(20)에 대하여 무반사실에서 이중공진 발생 대역의 방사특성을 측정하여 보면, 도 5의 표에 도시된 바와 같이, 루프안테나(20)의 효율은 0.830GHz ~ 1.610GHz의 대역에서 전체 대역에서 약 45 ~ 약 70%이다. 이러한 효율은, 현재 널리 사용되는 IFA에 비하여 약 2배 정도의 높은 효율이다.

한편, 본 발명은, 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 요지와 특허청구범위로부터 벗어나지 않고 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10: 루프안테나
11: 안테나 지지부
13: 루프 패턴부
F: 급전부
G: 접지부
20: 루프안테나
21: 안테나 지지부
23: 안테나 패턴부
23a: 루프 패턴부
23b, 23c, 23d: 확장 루프 패턴부

Claims

이동통신단말기 본체부의 안테나 수납부에 장착되는 안테나 지지부와, 상기 안테나 지지부 상에 지지되어 전기적 신호의 송수신을 담당하는 안테나 패턴부를 포함하는 무선통신단말기용 내장형 안테나에 있어서,
상기 안테나 패턴부는,
상기 안테나 지지부의 상부면에 형성된 루프 패턴부; 및
공진주파수를 낮추기 위하여, 상기 루프 패턴부의 일부분과 일체로 연결되어 상기 루프 패턴부를 확장하며, 상기 안테나 지지부의 일측면 상에 배치되는 확장 루프 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 루프안테나.
제1항에 있어서, 상기 확장 루프 패턴부는, 상기 안테나 지지부의 복수 측면 상에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기용 루프안테나.