KR20130045008A - 단말기 하우징에 결합되는 안테나 - Google Patents

Abstract

단말기 하우징에 결합되는 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 단말기 하우징의 측벽에 결합되는 외부 프레임 방사체; 일단이 상기 외부 프레임 방사체의 제1 포인트에 결합되고 타단이 상기 외부 프레임 방사체의 제2 포인트에 결합되며 상기 외부 프레임 방사체와의 결합을 통해 루프를 형성하는 내부 프레임 방사체를 포함하되, 상기 내부 프레임 방사체에 급전 신호가 제공된다. 개시된 안테나는 신체가 단말기가 접촉할 때 발생하는 특성 변화를 방지할 수 있으며, 안정적인 특성을 가지면서 실장 공간을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Description

단말기 하우징에 결합되는 안테나{Antenna Combined with Terminal Housing}

본 발명의 실시예들은 신호를 송수신하는 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단말기에 내장되는 안테나에 관한 것이다.

근래에 들어 이동통신 단말기는 다양한 서비스를 하나의 단말기에서 제공하는 것이 요구될 뿐만 아니라 제공하는 기능 역시 점차 고도화되고 있다.

스마트폰으로 대변되는 근래의 이동통신 단말기는 단순한 통신 기능뿐만 아니라 소형의 컴퓨터로서의 기능이 요구되고 있으며, 그 구조 역시 점차 슬림화되고 있는 추세이다.

이동통신 단말기의 다기능화 및 슬림화에 따라 신호의 송수신을 위한 안테나 실장 공간의 최소화 역시 요구되고 있으나, 광대역화 및 다중 대역화가 요구되는 특성상 안테나의 사이즈를 줄이는 데에는 한계가 있다.

안테나는 캐리어에 부착되어 단말기에 부착되는 것이 일반적이나, 안테나 실장 공간의 최소화를 위해 단말기 하우징 내벽에 결합되는 안테나가 사용되기도 한다. 이러한 하우징 결합형 안테나는 안테나의 실장 공간은 기존의 안테나에 비해 줄일 수 있으나 하우징에 결합되어 있어 사람의 손이나 머리가 하우징에 접촉할 때 안테나의 특성이 변화되는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 신체가 단말기가 접촉할 때 발생하는 특성 변화를 방지할 수 있는 단말기 하우징에 결합되는 안테나를 제공한다.

또한, 본 발명은 안정적인 특성을 가지면서 실장 공간을 최소화할 수 있는 단말기 하우징에 결합되는 안테나를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 단말기 하우징의 측벽에 결합되는 외부 프레임 방사체; 일단이 상기 외부 프레임 방사체의 제1 포인트에 결합되고 타단이 상기 외부 프레임 방사체의 제2 포인트에 결합되며 상기 외부 프레임 방사체와의 결합을 통해 루프를 형성하는 내부 프레임 방사체를 포함하되, 상기 내부 프레임 방사체에 급전 신호가 제공되는 단말기 하우징에 결합되는 안테나가 제공된다.

상기 외부 프레임 방사체는 'ㄷ'자 형태를 가지며, 서로 대향하는 제1 수평 프레임과 제2 수평 프레임 및 상기 제1 수평 프레임 및 상기 제2 수평 프레임을 연결하는 수직 프레임을 포함한다.

상기 내부 프레임 방사체는 상기 제1 수평 프레임상의 제1 포인트 및 상기 제2 수평 프레임상의 제2 포인트에 결합된다.

상기 내부 프레임 방사체는 상기 외부 프레임 방사체와 일정 거리를 유지하도록 상기 결합 지점을 제외한 영역에서 'ㄷ'자 형상을 가진다.

상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고, 상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 타단이 결합되는 임피던스 매칭 부재를 더 포함한다.

상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제1 임피던스 매칭 부재를 더 포함한다.

상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제2 임피던스 매칭 부재를 더 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 단말기 하우징의 측벽에 결합되며 'ㄷ'자 형태를 가지는 외부 프레임 방사체; 상기 외부 프레임 방사체에 결합되어 전기적 루프를 형성하는 내부 프레임 방사체를 포함하되, 상기 내부 프레임 방사체에 급전 신호가 제공된다.

상기 외부 프레임 방사체는 서로 대향하는 제1 수평 프레임과 제2 수평 프레임 및 상기 제1 수평 프레임 및 상기 제2 수평 프레임을 연결하는 수직 프레임을 포함하며, 상기 내부 프레임 방사체는 상기 제1 수평 프레임상의 제1 포인트 및 상기 제2 수평 프레임상의 제2 포인트에 결합된다.

상기 내부 프레임 방사체는 상기 외부 프레임 방사체와 일정 거리를 유지하도록 상기 결합 지점을 제외한 영역에서 'ㄷ'자 형상을 가진다.

상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고, 상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 타단이 결합되는 임피던스 매칭 부재를 더 포함한다.

상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제1 임피던스 매칭 부재를 더 포함한다.

상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제2 임피던스 매칭 부재를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 신체가 단말기가 접촉할 때 발생하는 특성 변화를 방지할 수 있으며, 안정적인 특성을 가지면서 실장 공간을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 내부 프레임 방사체 및 외부 프레임 방사체에 의해 형성되는 루프를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 급전부의 일례를 도시한 도면.
도 6은 내부 프레임 방사체가 구비되지 않은 일반적인 프레임 안테나에서 핸드 이펙트가 주어지는 경우와 주어지지 않는 경우(자유 공간)의 효율을 비교한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 프레임 방사체가 구비된 안테나에서 핸드 이펙트가 주어지는 경우와 주어지지 않는 경우(자유공간)의 효율을 비교한 그래프.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 외부 프레임 방사체(100), 내부 프레임 방사체(102) 및 급전점(104)을 포함한다.

외부 프레임 방사체(100)는 단말기의 하우징에 결합되며 도전성 재질로 만들어진다. 일례로, 구리와 같은 도전성 재질로 만들어질 수 있으며 얇은 도선 형태를 가진다.

외부 프레임 방사체(100)는 단말기 하우징의 내벽에 결합된다. 단말기 하우징은 사각형 형태를 가지기 때문에, 외부 프레임 방사체(100)는 'ㄷ'자 형상을 가지고 있다. 외부 프레임 방사체의 형태는 단말기 하우징의 형태에 따라 달라지며, 단말기 하우징이 사각 형태가 아닐 경우에는 외부 프레임 방사체(100) 역시 다른 형태를 가질 수 있다.

'ㄷ'자 형상을 가지는 외부 프레임 방사체(100)는 대항하는 두 개의 수평 프레임(100a, 100b) 및 하나의 수직 프레임(100c)으로 구분된다.

내부 프레임 방사체(102)는 외부 프레임 방사체의 제1 포인트(A) 및 제2 포인트(B)에 결합된다. 내부 프레임 방사체(102) 역시 도전성 재질로 만들어지며, 일례로 구리로 만들어질 수 있다.

내부 프레임 방사체(102)는 제1 포인트(A) 및 제2 포인트(B)를 연결하며 내부 프레임 방사체(102)와 외부 프레임 방사체(100)는 일체형으로 만들어질 수도 있으며, 외부 프레임 방사체(100)가 단말기 하우징에 결합된 후 외부 프레임 방사체(100)에 결합될 수도 있다.

내부 프레임 방사체(102)의 외부 프레임(100) 방사체와는 달리 하우징의 측벽에 결합되지는 않는다. 내부 프레임 방사체(102)는 하우징의 상부 벽 또는 하부 벽에 결합될 수도 있으며 하우징 벽에 결합되지 않고 내부의 빈 영역에 위치할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 포인트(A)는 외부 프레임 방사체(100) 중 제1 수평 프레임(100a)상의 한 점으로 설정되고, 제2 포인트(B)는 제2 수평 프레임(100b)상의 한 점으로 설정되는 것이 바람직하다.

내부 프레임 방사체(102)는 결합 지점을 제외한 지점에서 외부 프레임 방사체(100)와 일정 거리를 유지한다. 일정 거리를 유지하기 위해, 내부 프레임 방사체(102) 역시 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

내부 프레임 방사체(102) 및 외부 프레임 방사체(100)는 루프(L)를 형성한다.

급전은 내부 프레임 방사체(102)에 대해 수행되며, 외부 프레임 방사체(100)는 급전점과 전자기적으로 결합되지 않는다. 동축 케이블 급전, 스트립 라인 급전, CPW 급전, 커플링 급전 등 다양한 급전 방식이 내부 프레임 방사체(102)에 적용될 수 있다.

본 발명의 안테나와 같이 하우징의 측벽에 결합되는 안테나는 일반적인 내장형 안테나에 비해 손으로 단말기를 잡을 때 특성이 변하는 핸드 이펙트(Hand Effect)에 취약할 수 있으며, 본 발명의 내부 프레임 방사체(102)는 핸드 이펙트로 인한 특성 변화를 최소화하는 것을 가능하게 한다.

도 2는 내부 프레임 방사체 및 외부 프레임 방사체에 의해 형성되는 루프를 도시한 도면으로서, 단말기 사용자들은 주로 단말기의 하부를 잡고 통화를 하게 되며, 도 2에는 핸드 이펙트에 의해 영향을 받는 부분이 점선으로 표시되어 있다.

종래의 하우징 결합형 안테나는 외부 프레임 방사체만으로 이루어지며 사용자가 단말기를 손으로 잡을 때 핸드 이펙트의 영향을 크게 받아 통화 품질이 저하되는 문제점이 있었으나, 본 발명의 내부 프레임 방사체는 핸드 이펙트로 인한 특성 변화를 저지하는 기능을 한다.

본 발명의 내부 프레임 방사체(102)가 외부 프레임 방사체(100)에 결합되는 안테나는 도 2의 루프에서 점선으로 표시된 부분에는 적은 양의 전류가 흐르도록 하고 실선으로 표시된 내부 프레임 방사체(102)체에는 급전이 직접 이루어지므로 외부 방사체 프레임(100)에서 점선으로 표시된 부분에 비해 많은 비교적 많은 전류가 흐른다. 내부 프레임 방사체(102)에 상대적으로 많은 전류가 흐르는 것은 급전점이 내부 프레임 방사체(102)에 형성되기 때문이다.

즉, 내부 프레임 방사체(102) 및 외부 프레임 방사체(100)로 이루어지는 루프(L)에서 내부 프레임 방사체(102)에는 상대적으로 큰 전류가 흐르고 외부 프레임 방사체(100)에는 상대적으로 작은 전류가 흐르므로 사용자가 손으로 단말기를 잡았을 때 발생하는 외부 프레임 방사체(100)의 접선으로 표시된 부분은 핸드 이펙트에 의한 영향을 적게 받게 되는 것이며, 외부 프레임 방사체(100)만으로 방사체가 형성되는 경우에 비해 안테나의 특성 변화가 작아진다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나는 외부 프레임 방사체(100), 내부 프레임 방사체(102), 급전점(104) 및 임피던스 매칭 부재(106)를 포함한다.

도 3에 도시된 안테나는 도 1에 도시된 안테나에 비해 임피던스 매칭 부재(106)를 추가적로 포함하며 다른 구성 요소들은 도 1에 도시된 안테나와 동일하고 그 기능 역시 동일하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭 부재(106)는 외부 프레임 방사체(100)에서 제1 수평 프레임(100a)의 제3 포인트(C)와 일단이 연결되고 제2 스평 프레임(100b)의 제4 포인트(D)와 타단이 연결되는 구조를 가진다.

제3 포인트(C) 및 제4 포인트(D)는 제1 포인트(A) 및 제2 포인트(B)에 비해 외부 프레임 방사체(100)의 수직 프레임(100c)에서 멀리 떨어진 곳에 위치한다.

임피던스 매칭 부재(106)는 단말기 하우징의 상부벽 또는 하부벽에 결합되거나 하우징에 결합되지 않고 단말기 하우징 내부의 빈 공간에 배치될 수도 있다.

임피던스 매칭 부재의 위치 및 길이는 임피던스 매칭이 요구되는 주파수에 따라 결정될 수 있다.

도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나는 외부 프레임 방사체(100), 내부 프레임 방사체(102), 급전점(104) 및 임피던스 매칭 부재(120, 130)를 포함한다.

도 4에 도시된 안테나는 임피던스 매칭 부재(120, 130)의 형태가 도 3에 도시된 안테나와 상이하다. 도 4에 도시된 안테나는 두 개의 임피던스 매칭 부재(120, 130)를 포함하며, 제1 매칭 부재(120)는 외부 프레임 방사체(100)의 제1 수평 프레임(100a)의 제3 포인트(C)와 일단이 결합되고 타단은 접지와 결합된다. 여기서 접지는 단말기에 PCB에 형성된 접지일 수 있다.

제2 매칭 부재는 외부 프레임 방사체의 제2 수평 프레임(100b)의 제4 포인트(D)와 일단이 결합되고 타단은 접지와 결합된다.

제3 실시예와에서와 같이 제3 포인트(C) 및 제4 포인트(D)는 제1 포인트(A) 및 제2 포인트(B)에 비해 외부 프레임 방사체(100)의 수직 프레임(100c)에서 멀리 떨어진 곳에 위치한다.

도 4에는 두 개의 임피던스 매칭 부재(120, 130)가 도시되어 있으나, 외부 프레임 방사체 및 접지와 결합되는 임피던스 매칭 부재(120, 130)의 수가 필요에 따라 변경될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기 하우징에 결합되는 안테나의 급전부의 일례를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 내부 프레임 방사체(102)에 급전을 제공하는 급전부는 제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510)를 포함할 수 있다.

제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510)는 소정 거리 이격되며, 제1 도전 부재(500)에 급전 전력이 제공되고 제1 도전 부재(500)로부터 제2 도전 부재(510)로의 커플링 급전이 이루어질 수 있다.

제2 도전 부재(510)는 내부 프레임 방사체(102)와 결합되어 급전 신호를 제공한다.

도 5를 참조하면, 제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510) 사이로 제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510)로부터 다수의 돌출부(530, 540)가 형성될 수 있다.

도 5에 도시된 커플링 급전 구조는 분산 매칭을 위한 급전 구조로서, 제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510)의 길이가 충분하여 진행파가 발생하도록 함으로써 광대역에 대한 임피던스 매칭을 제공하는 급전 구조이다.

제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510)로부터 돌출되는 돌출부(530, 540)들은 제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510)의 전기적 길이를 실질적으로 증가시켜주는 기능을 한다.

제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510)로부터 주기적으로 돌출되는 돌출부(530, 540)들은 일종의 지연파 구조를 형성할 수 있도록 함으로써 제1 도전 부재(500) 및 제2 도전 부재(510) 전기적 길이를 증가시켜주는 것이다.

앞서 설명한 바와 같이, 내부 방사체 프레임(102)에는 다양한 급전 방식에 의해 급전이 이루어질 수 있으며, 도 5에 도시된 급전 구조는 하나의 예시에 불과하다.

도 6은 내부 프레임 방사체가 구비되지 않은 일반적인 프레임 안테나에서 핸드 이펙트가 주어지는 경우와 주어지지 않는 경우(자유 공간)의 효율을 비교한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 프레임 방사체가 구비된 안테나에서 핸드 이펙트가 주어지는 경우와 주어지지 않는 경우(자유공간)의 효율을 비교한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 내부 프레임 방사체가 구비되지 않는 경우 핸드 이펙트가 주어지는 경우 로우 밴드와 하이 밴드에서 특성 변화가 커지는 것을 확인할 수 있으며 특히 하이 밴드의 특성은 상당히 크게 달라지는 것을 확인할 수 있다.

그러나, 도 7을 참조하면, 내부 프레임 방사체가 구비될 경우 효율 자체는 줄어드나 특성 변화는 도 6에 비해 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

1. 단말기 하우징의 측벽에 결합되는 외부 프레임 방사체;
   일단이 상기 외부 프레임 방사체의 제1 포인트에 결합되고 타단이 상기 외부 프레임 방사체의 제2 포인트에 결합되며 상기 외부 프레임 방사체와의 결합을 통해 루프를 형성하는 내부 프레임 방사체를 포함하되,
   상기 내부 프레임 방사체에 급전 신호가 제공되는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 외부 프레임 방사체는 'ㄷ'자 형태를 가지며, 서로 대향하는 제1 수평 프레임과 제2 수평 프레임 및 상기 제1 수평 프레임 및 상기 제2 수평 프레임을 연결하는 수직 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 내부 프레임 방사체는 상기 제1 수평 프레임상의 제1 포인트 및 상기 제2 수평 프레임상의 제2 포인트에 결합되는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
4. 제3항에 있어서,
   상기 내부 프레임 방사체는 상기 외부 프레임 방사체와 일정 거리를 유지하도록 상기 결합 지점을 제외한 영역에서 'ㄷ'자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고, 상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 타단이 결합되는 임피던스 매칭 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제1 임피던스 매칭 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제2 임피던스 매칭 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
8. 단말기 하우징의 측벽에 결합되며 'ㄷ'자 형태를 가지는 외부 프레임 방사체;
   상기 외부 프레임 방사체에 결합되어 전기적 루프를 형성하는 내부 프레임 방사체를 포함하되,
   상기 내부 프레임 방사체에 급전 신호가 제공되는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
9. 제8항에 있어서,
   상기 외부 프레임 방사체는 서로 대향하는 제1 수평 프레임과 제2 수평 프레임 및 상기 제1 수평 프레임 및 상기 제2 수평 프레임을 연결하는 수직 프레임을 포함하며, 상기 내부 프레임 방사체는 상기 제1 수평 프레임상의 제1 포인트 및 상기 제2 수평 프레임상의 제2 포인트에 결합되는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
10. 제9항에 있어서,
    상기 내부 프레임 방사체는 상기 외부 프레임 방사체와 일정 거리를 유지하도록 상기 결합 지점을 제외한 영역에서 'ㄷ'자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고, 상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 타단이 결합되는 임피던스 매칭 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 수평 프레임의 제3 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제1 임피던스 매칭 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 수평 프레임의 제4 포인트에 일단이 결합되고 타단이 접지에 결합되는 제2 임피던스 매칭 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 하우징에 결합되는 안테나.

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