KR20130007795A - 휴대용 단말기의 안테나 장치 - Google Patents

휴대용 단말기의 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치를 제공하고, 상기 장치는 급전을 위한 급전단과 접지를 위한 접지단을 구성하는 메인보드와, 상기 메인보드에 놓이고 상기 메인보드로부터 급전받아 방사하는 제1안테나 방사체 및 상기 제1안테나 방사체를 수용하는 공간을 가지는 부재에 부착되며 상기 메인보드로부터 급전받아 방사하는 제2안테나 방사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대용 단말기의 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS FOR PORTABLE TERMINAL}
본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히 다중대역 및 광대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 휴대용 단말기의 안테나 장치에 관한 것이다.
현재 전자 통신 산업의 발달로 말미암아 이동 통신 단말기(셀룰러폰), 전자수첩, 개인 복합 단말기 등의 상기 휴대용 단말기는 현대 사회의 필수품이 되어가면서, 빠르게 변화하는 정보 전달의 중요한 수단이 되고 있다. 이러한 상황에서 휴대용 단말기는 점차 그 기능이 부가되면서 크기는 경박화되어 가고 있는 실정이다.
상기 휴대용 단말기는 다양한 서비스에 필요한 주파수 대역에서 신호를 송수신하기 위한 안테나 장치를 구비한다. 주지하다시피, 최근 저주파수 대역에서 고주파수 대역까지 아우르는 여러 통신 서비스를 위하여, 다중 대역 및 광대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 안테나 장치가 요구되고 있다. 하지만, 이러한 다중 대역 및 광대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 안테나 장치를 구현하는데 어려움이 따른다. 일 예로, 통상적으로 휴대용 단말기에 널리 사용되는 안테나 장치로는 공지된 평판형 역 F 안테나(PIFA; Planar Inverted F Antenna), 역 F 안테나(IFA; Inverted F Antenna)가 있는데, 이들 안테나 장치는 고주파 대역에서의 안테나 성능은 확보할 수 있지만, 저주파수 대역(예;기저대역)에서의 안테나 성능을 확보하기 어렵다.
본 발명의 목적은 다중 대역 및 광대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 휴대용 단말기의 안테나 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저주파수 대역(예;기저 대역)에서부터 고주파수 대역에까지 아우르는 다중 대역에서의 안테나 성능을 확보할 수 있는 휴대용 단말기의 안테나 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저주파수 협대역 및 고주파수 협대역을 극복할 수 있는 안테나 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 견지로서 본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치에 있어서, 급전을 위한 급전단과 접지를 위한 접지단을 구성하는 메인보드와, 상기 메인보드에 놓이고 상기 메인보드로부터 급전받아 방사하는 제1안테나 방사체 및 상기 제1안테나 방사체를 수용하는 공간을 가지는 부재에 부착되며 상기 메인보드로부터 급전받아 방사하는 제2안테나 방사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 휴대용 단말기의 안테나 장치는 저주파수 광대역에서부터 고주파수 광대역에까지 아우르는 다중대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 사시도;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 안테나 장치의 분리 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 안테나 장치의 결합 사시도;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에서 스터브의 유무에 따른 방사 특성을 보여주는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 사시도;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 사시도 및
도 7 및 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 방사 특성을 보여주는 그래프 및 도표.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 휴대용 단말기의 안테나 장치에 관한 것으로서, 특히 다중대역 및 광대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 휴대용 단말기의 안테나 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 상기 휴대용 단말기(10)는 음성 신호를 출력하기 위한 스피커(11)와, 상기 스피커(11)의 하부에 위치하며 영상 신호를 출력하기 위한 디스플레이(12)를 포함한다. 더욱이, 상기 휴대용 무선 단말기(100)는 데이터 입력 수단인 키패드 어셈블리(13)와, 상기 키패드 어셈블리(13) 하부에 위치하며 음성 신호를 입력하기 위한 마이크로폰(14)을 포함한다. 상기 디스플레이(12)는 수백만 화소를 갖는 엘씨디(LCD, Liquid Crystal Display)일 수 있다. 또한, 만약 상기 엘씨디에 터치 스크린(touch screen)이 제공된다면, 상기 디스플레이(12)는 보조적 또는 상기 키패드 어셈블리(13)를 대신하여 데이터 입력 유닛의 기능을 수행할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 휴대용 단말기(10)는 저주파수 광대역(예;기저대역)에서 고주파수 광대역까지 아우르는 다중 대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 안테나 장치를 구비한다. 상기 안테나 장치는 전파 방사를 위한 적어도 하나 이상의 안테나 방사체들을 구비하고, 상기 안테나 방사체들은 상기 스피커(11)가 놓여있는 단말기 상부 또는 상기 마이크로폰(14)가 놓이는 단말기의 하부에 구성될 수 있다. 이하 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 구성을 살펴보겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 안테나 장치의 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 안테나 장치의 결합 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 안테나 장치(100)는 메인보드(110)와, 상기 메인보드(110)에 조합되는 하기 안테나 방사체들(120, 140, 150)을 포함한다.
상기 메인보드(110)는 기본 회로와 부품들을 담고 있는 기판이다. 상기 메인보드(110)는 상기 휴대용 단말기의 실행 환경을 설정하고 그 정보를 유지해 주고, 상기 휴대용 단말기가 안정적으로 구동되게 해주고, 상기 휴대용 단말기의 모든 장치들의 데이터 입출력 교환을 원활하게 해주는 부분이다. 상기 메인보드(110)는 제어부(CPU), 마이크로프로세서, 보조프로세서, 메모리, 바이오스, 접속회로 등을 포함한다. 상기 메인보드(110)는 하기 후술될 안테나 방사체들을 급전하기 위한 급전단(112)을 구성한다. 상기 급전단(112)은 미도시된 통신용 RF 커넥터와 전기적으로 연결되어 전류를 내보낼 수 있다. 게다가, 상기 메인보드(110)는 유해 요소를 차단하기 위하여 마련되는 접지면(ground)(114)과, 상기 접지면(114)과 소통하는 접지단(113)을 구성한다. 도시된 바와 같이, 상기 급전단(112)과 접지단(113)은 상기 메인보드(110)에 고정되는 해당 부재(116) 상에 놓여질 수 있다. 이에 국한되지 않고, 상기 급전단(112)와 접지단(113)은 상기 메인보드(110)의 비접지면(111)상에 구성될 수도 있다. 상기 부재(116)는 상기 안테나 장치(100)의 공진 주파수를 조절하기 위한 안테나 매칭 소자 및 이에 대한 회로들을 포함할 수도 있다.
상기 안테나 장치(100)는 상기 메인보드(110)의 비접지면(111)에 놓이는 제1안테나 방사체(120)를 포함한다. 상기 제1안테나 방사체(120)는 상기 메인보드(110)의 급전단(112) 및 접지단(113)과 전기적으로 연결되어 방사한다. 상기 제1안테나 방사체(120)는 상기 급전단(112)과 전기적으로 연결되는 급전핀(122)과 상기 접지단(113)과 전기적으로 연결되는 접지핀(123)을 구성한다. 도시된 바와 같이, 상기 급전핀(122)과 접지핀(123)은 상기 부재(116)에 놓여지도록 절곡된 형상을 가진다. 그러나, 상기 메인보드(110)의 급전단(112)과 접지단(113)이 상기 부재(116) 없이 상기 비접지면(111)에 구성되는 경우, 상기 제1안테나 방사체(120)는 전체적으로 플레이트 형상이 될 수 있다. 더 나아가, 플레이트 형상의 제1안테나 방사체(120)는 상기 메인보드(110)를 제작시 성형되는 대상일 수 있다. 게다가, 상기 제1안테나 방사체(120)는 좌우 대칭적인 형상일 수 있다. 좌우대칭적이고 전체적으로 플레이트 형상인 제1안테나 방사체(120)가 상기 메인보드(110)에 부착되는 공정에서, 상기 제1안테나 방사체는 좌우 방향을 따지지 않고 실장될 수 있다.
상기 안테나 장치(100)는 상기 메인보드(110)에 고정되는 사출 성형물(이하, 캐리어라 칭함)(130)과, 상기 캐리어(130)에 놓여지는 제2안테나 방사체(140)를 포함한다. 상기 제2안테나 방사체(140)는 상기 메인보드(110)의 급전단(112)과 전기적으로 연결되는 급전핀(142)을 구성하고 상기 캐리어(130)의 외면에 놓여지도록 절곡되어진 형상을 가진다. 이러한 상기 제2안테나 방사체(140)는 공지된 모노폴(Monopole) 안테나로 동작할 수 있다. 상기 캐리어(130)는 빈 공간(132)를 구성하며, 상기 제1안테나 방사체(110)는 상기 공간(132)에 수용될 수 있다. 따라서, 상기 제1안테나 방사체(110)는 상기 캐리어(130)의 공간(132)이 허용하는 크기를 가질 수 있다. 게다가, 상기 제2안테나 방사체(140)는 상기 캐리어(130)의 빈 공간(132)으로 구성된 내면에도 구성될 수도 있다. 더욱이, 상기 제2안테나 방사체(140)는 상기 캐리어(130)을 대신하여 단말기의 외관을 형성하는 케이스 프레임에 부착될 수도 있다.
상기 제1안테나 방사체(120)는 고주파수 대역에서 공진하고, 상기 제2안테나 방사체(140)와 커플링되어 저주파수 광대역 특성을 가질 수 있다.
게다가, 상기 제2안테나 방사체(140)는 상기 제1안테나 방사체(120)보다 상대적으로 낮은 주파수에서 공진하며 저주파수 대역에서의 협대역 특성을 가지지만, 상기 제1방사체(120)와 커플링되어 저주파수 대역에서의 협대역 특성을 극복할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100)는 저주파수 광대역 특성을 가질 수 있다.
상기 안테나 장치(100)는 상기 메인보드(110)의 접지면(114)과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 스터브(stub)(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 스터브(150)는 상기 메인보드(110)의 접지면(114)과 전기적으로 연결되는 접지핀(153)을 구성하고 상기 캐리어(130)의 외면에 놓여지도록 절곡된 형상이다. 상기 스터브(150)는 부가적으로 구성되어 임피던스 정합이나 신호의 선별적인 필터링을 수행하는 선로를 말한다. 상기 제1안테나 방사체(120) 또는 제2안테나 방사체(140)는 부정합하는 공진 주파수를 가질 수 있고 상기 스터브(150)는 이를 보정할 수 있다. 동작 주파수의 파장에 대한 상기 스터브(150)의 길이 비율에 따라 상기 안테나 장치(100)의 공진 주파수가 달라질 수 있다. 일 예로, 고주파수 대역에서, 상기 스터브(150)의 길이를 길게 하면 공진 주파수는 감소하고, 반대로 상기 스터브(150)의 길이를 짧게 하면 공진 주파수는 증가한다. 게다가, 상기 스터브(150)는 상기 제1안테나 방사체(120) 또는 제2안테나 방사체(140)의 공진 대역폭을 조절하는 역할을 할 수도 있다. 이러한 스터브(150)는 도시된 것과 같이 상기 캐리어(130)에 놓여지는 형태이거나, 또는 이에 국한되지 않고 상기 메인보드(110)의 비접지면(111)에 놓여지는 형태일 수도 있다. 상기 스터브(150)가 상기 메인보드(110)의 비접지면(111)에 놓여지는 형태일 경우, 상기 스터브(150)는 상기 메인보드(110)의 제작시 성형될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에서 스터브의 유무에 따른 방사 특성을 보여주는 도면이다.
도 4의 A, B 부분을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100)에서 상기 스터브(150)는 부정합하는 공진을 보상하고 대역폭을 넓히는 역할을 함을 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 5에 도시된 안테나 장치(500)는 도 2 및 도 3에서 전술한 안테나 장치(100)와 전반적인 구성은 동일하나 하기 차이점을 가진다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(500)는 상기 캐리어(130)에 놓여지는 제2안테나 방사체(540)를 포함한다. 상기 제2안테나 방사체(540)는 상기 메인보드(110)의 급전단(112)과 전기적으로 연결되는 급전핀(542)과 상기 메인보드(110)의 접지판(113)과 전기적으로 연결되는 접지핀(543)을 구성한다. 도 2 및 도 3에서 도시된 상기 제2안테나 방사체(140)는 모노폴 안테나이다. 이에 반해, 도 5에 도시된 제2안테나 방사체(540)는 역 F 안테나(IFA; Inverted F Antenna) 또는 평판형 역 F 안테나(PIFA; Planar Inverted F Antenna)가 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 6에 도시된 안테나 장치(600)는 도 2 및 도 3에서 전술한 안테나 장치(100)와 전반적인 구성은 동일하나 하기 차이점을 가진다. 도 6에 도시된 안테나 장치(600)는 상기 메인보드(110)의 비접지면(111)에 놓여지는 제1안테나 방사체(620)를 구성한다. 상기 제1안테나 방사체(620)는 상기 메인보드(110)의 접지단(113)과 전기적으로 연결되는 접지핀(623)이 구성된 제1방사판(625)과, 상기 메인보드(110)의 급전단(112)과 전기적으로 연결되는 급전단(622)이 구성된 제2방사판(624)을 포함한다. 상기 제1방사판(625)과 제2방사판(624)은 유전체(626)를 매개로 이격한다. 도시된 바와 같이, 제1방사판(625)과 제2방사판(624)이 수직으로 이격하나, 이에 국한되지 않고 수평으로 이격하는 구성도 가능하다. 게다가, 도시된 바와 같이, 상기 제1방사판(625) 위에 상기 제2방사판(624)가 배치되는 구성이나, 이에 국한되지 않고 이와 반대로 배치되는 구성도 가능하다. 상기 제2방사판(624)은 상기 메인보드(110)로부터 급전되어 방사하고, 상기 제1방사판(625)은 상기 제2방사판(624)의 방사로 인하여 자기적으로 커플링된다.
도 7 및 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 방사 특성을 보여주는 그래프 및 도표이다. 도 7 및 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100, 500, 600)는 공지된 LTE(Long Term Evolution) 서비스를 위한 다중 대역(LTE1, LTE2,LTE3, LTE8, LTE5, LTE13) 및 광대역에서 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 성능을 가진다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100, 500, 600)는 LTE 서비스를 위한 다중 대역에서의 3~4의 정재파비(VSWR; Voltage Standing Wave Ratio)를 가지고 50%~70%의 안테나 성능을 가지므로 우수하다 할 수 있다. 게다가, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100, 500, 600)는 상기 LTE 서비스 뿐만 아니라, 공지된 GSM850(Global System for Mobile Communications 850), GSM900(Global System for Mobile Communications 900), DCS(Digital Cellular Service), PCS(Personal Com munications Service), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)를 아우르는 다중 대역 및 광대역에서 그 성능이 양호함을 보여준다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 휴대용 단말기의 안테나 장치에 있어서,
    급전을 위한 급전단과 접지를 위한 접지단을 구성하는 메인보드;
    상기 메인보드에 놓이고 상기 메인보드로부터 급전받아 방사하는 제1안테나 방사체 및
    상기 제1안테나 방사체를 수용하는 공간을 가지는 부재에 부착되며 상기 메인보드로부터 급전받아 방사하는 제2안테나 방사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부재는,
    상기 메인보드에 고정되는 캐리어 또는 휴대용 단말기의 외관을 형성하는 케이스 프레임을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1안테나 방사체는,
    상기 메인보드의 급전단과 전기적으로 연결되는 급전핀과, 상기 메인보드의 접지단과 전기적으로 연결되는 접지핀을 구성함을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2안테나 방사체는,
    상기 메인보드의 급전단과 전기적으로 연결되는 급전핀을 구성함을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2안테나 방사체는,
    상기 메인보드의 접지단과 전기적으로 연결되는 접지핀을 더 구성함을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1안테나 방사체는,
    상기 메인보드 제작시 형성됨을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1안테나 방사체는,
    좌우 대칭 또는 비대칭적인 형상임을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1안테나 방사체는,
    상기 메인보드의 급전단과 전기적으로 연결되는 급전핀이 구성된 제1방사판;
    상기 메인보드의 접지단과 전기적으로 연결되는 접지핀이 구성된 제2방사판 및
    상기 제1방사판과 제2방사판에 개재되는 유전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 메인보드에 놓이며, 일단이 상기 접지단과 전기적으로 연결되는 스터브(stub)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 부재에 부착되며, 일단이 상기 메인보드의 접지단과 전기적으로 연결되는 스터브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 메인보드에 놓이며, 일단이 상기 메인보드의 접지면과 전기적으로 연결되는 스터브를 더 포함함을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 부재에 부착되며, 일단이 상기 메인보드의 접지면과 전기적으로 연결되는 스터브를 더 포함함을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제1안테나 방사체 또는 상기 부재는,
    상기 메인보드의 비접지면에 부착됨을 특징으로 하는 안테나 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제1안테나 방사체는,
    상기 제2안테나 방사체보다 높은 주파수 대역에서 공진함을 특징으로 하는 안테나 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제1안테나 방사체와 상기 제2안테나 방사체는,
    커플링되어 저주파수 대역에서의 광대역 특성을 가짐을 특징으로 하는 안테나 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 제2안테나 방사체는,
    상기 부재의 내면 또는 외면에 부착됨을 특징으로 하는 안테나 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 메인보드의 급전단과 접지단은,
    상기 메인보드에 부착되는 소정 부재에 놓여짐을 특징으로 하는 안테나 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제2안테나 방사체는,
    모노폴 안테나(Monopole Antenna), 역 F 안테나(IFA; Inverted F Antenna) 및 평판형 역 F 안테나(PIFA; Planar Inverted F Antenna) 중 어느 하나임을 특징으로 하는 안테나 장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 안테나 장치는,
    LTE(Long Term Evolution), GSM850(Global System for Mobile Communications 850), GSM900(Global System for Mobile Communications 900), DCS(Digital Cellular Service), PCS(Personal Com munications Service) 및 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 중 적어도 하나 이상을 위한 대역폭에서 공진함을 특징으로 하는 안테나 장치.
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