KR20140144028A - 기계적 회전을 이용한 주파수 및 편파 선택적 영차공진 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자의 편의가 더욱 고려되어 단말기의 사용이 구현될 수 있도록 하는 이동 단말기 안테나의 구조에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 안테나의 구조적인 형상을 통하여 안테나를 설계할 수 있다. 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의한 안테나의 구조는, 동작할 수 있는 주파수가 안테나의 길이에 종속적이지 않는 구조를 가질 수 있다. 그리고, 안테나의 구조적인 형상의 설계를 통하여 하나의 안테나가 다중 대역에서 동작할 수 있고, 편파선택적으로 동작할 수 있다는 장점이 있다.

Description

기계적 회전을 이용한 주파수 및 편파 선택적 영차공진 안테나{FREQUENCY AND POLARIZATION SELECTABLE ANTENNA USING MECHANICAL ROTATION}

본 발명은 이동단말기의 안테나 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 다중 대역을 지원하는 이동단말기의 안테나 장치에 관한 것이다.

개인용 컴퓨터, 노트북, 휴대폰 등과 같은 단말기는 다양한 기능을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 그러한 다양한 기능들의 예로 데이터 및 음성 통신 기능, 카메라를 통해 사진이나 동영상을 촬영하는 기능, 음성 저장 기능, 스피커 시스템을 통한 음악 파일의 재생 기능, 이미지나 비디오의 디스플레이 기능 등이 있다. 일부 단말기는 게임을 실행할 수 있는 추가적 기능을 포함하고, 다른 일부 단말기는 멀티미디어 기기로서 구현되기도 한다. 더욱이 최근의 단말기는 방송이나 멀티케스트(multicast) 신호를 수신하여 비디오나 텔레비전 프로그램을 시청할 수 있다.

일반적으로, 단말기는 이동 가능 여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mount terminal)로 나뉠 수 있다.

이와 같은 단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.

이러한 단말기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.

무선통신기술의 급속한 발전과 함께 무선기기에 적용되는 무선통신 방식 및 주파수 대역도 점차 다양화 되고 있고, 이에 따라 다양한 통신주파수를 지원하는 복수개의 안테나가 요구된다. 하지만 복수 개의 안테나를 제한된 크기의 휴대용 무선기기에 삽입하기에는 물리적/성능적 한계에 봉착하게 된다. 특히, 저주파 대역에서 동작하는 안테나의 경우, 안테나가 주파수에 종속적인 길이 특성을 갖기 때문에 그 물리적 크기가 상대적으로 크므로, 소형의 무선기기에 그 안테나를 삽입하기에 어려움이 있다. 또한, 전기적으로 긴 파장에 의해 안테나 간의 간섭현상이 크게 발생하게 되어 무선성능 열화의 원인이 된다.

최근 4세대 통신방식에 대한 표준화 작업이 진행 및 완료되고 있으며, LTE/LTE-A 응용에서는 1 GHz 미만의 주파수 대역이 주 통신 대역으로 사용된다. 낮은 주파수 대역에서 소형의 광대역 안테나를 설계하는 데에는 기술적 한계가 있기 때문에, 상이한 주파수 대역을 사용하는 각 통신 사업자에 대응하는 무선기기 및 안테나를 각각 설계하여야 한다. 따라서, 사업자에 상관없이 사용할 수 있는 무선통신기기를 제작하기 위해서는 하나의 안테나가 다중대역에서 동작할 수 있도록 하는 안테나 설계 기술이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 필요성을 충족하기 위해 제안되는 것으로서, 주파수 또는 편파 선택적 동작을 할 수 있도록 하는 이동단말기의 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 지원하는 주파수 대역을 제 1 및 제 2 주파수 간에 전환하는 영차 공진(zeroth-resonance) 안테나에 있어서, 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비하는 접지면, 상기 제 1 주파수 대역을 지원하는 제 1 CRLH(Composite Right/Left Handed, 이하, 'CRLH'라 명칭함) 전송 라인과 상기 제 2 주파수 대역을 지원하는 제 2 CRLH 전송 라인을 형성하고, 일단을 중심축으로 피봇 동작이 가능하도록 상기 접지면에 결합되는 메탈 패치, 상기 메탈 패치의 일단을 통하여, 상기 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인들에 전력을 공급하는 전력부를 포함하고, 상기 피봇 동작에 의해 상기 제 1 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치의 타단을 통하여 상기 제 1 전극에 접촉되는 제 1 상태 및 상기 제 2 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치의 타단을 통하여 상기 제 2 전극에 접촉되는 제 2 상태에 따라 지원하는 주파수 대역이 전환될 수 있다.

바람직하게 상기 메탈 패치는, 상기 메탈 패치를 상기 접지면과 상기 피봇 동작이 가능하도록 고정시키는 피봇체결부를 포함하고, 상기 피봇체결부는 상기 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인과 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 상태일 경우 제 1 케페시턴스 값을 가지고, 상기 제 2 상태일 경우 제 2 케페시턴스 값을 가지는 제 1 케페시터로 동작할 수 있다.

바람직하게 상기 피봇 체결부는 제 1 및 제 2 판전극이 서로 대향하는 면적이 상기 피벗 동작에 의해 가변적이 되도록 구비되고, 상기 제 1 상태일 때 상기 제 1 및 제 2 판전극이 서로 대향하는 면적이 제 1 면적이며, 상기 제 2 상태일 때 상기 제 1 및 제 2 판전극이 서로 대향하는 면적이 제 2 면적이 됨으로써, 피봇 동작에 따라서, 그 케페시턴스의 값을 변경할 수 있다.

그리고 이때, 상기 제 1 판전극은 상기 접지면에 결합되어 있고, 상기 제 2 판전극은 상기 메탈 패치의 피봇 동작 시 상기 메탈 패치에 고정되어 함께 회전되고, 상기 제 1 판전극은 상기 피봇 동작의 중심 축을 기준으로 비대칭 형상을 가질 수 있다.

바람직하게, 상기 메탈 패치는, 상기 제 1 상태에서 상기 메탈 패치의 일면이 상기 접지면과 대향하여 제 2 케페시터를 형성하고, 상기 제 2 상태에서 상기 메탈 패치의 타면이 상기 접지면과 대향하여 제 3 케페시터를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 1 전극은, 제 1 인덕터를 포함하고, 상기 제 2 전극은, 제 2 인덕터를 포함할 수 있다.

그리고, 이때 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수는 각각 수식

에 의해 결정되고, ω₁은 제 1 주파수이고, ω₂는 제 2 주파수이고, L_L1은 제 1 인덕터의 인덕턴스이고, L_L2는 제 2 인덕터의 인덕턴스이고, C_R1은 제 2 케페시터의 케페시턴스이고, C_R2는 제 3 케페시터의 케페시턴스이다.

만약, 상기 제 1 상태인 경우와 상기 제 2 상태인 경우 소정 각도의 차이가 형성될 경우, 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수는 상기 소정 각도에 기초하여 서로 다른 편파 성질을 가질 수 있다.

특히, 상기 소정 각도는 90°인 경우에는, 상기 제 1 및 제 2 주파수 각각은, 수직편파 및 수평편파 중 하나씩 대응되는 편파 성질을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 이동 단말기 및 그 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 물리적 길이에 종속적이지 않은 영차 공진(zeroth-order resonance) 안테나를 이용하여 설계함으로써 일반적인 모노폴 형태의 안테나에 비해 그 크기를 매우 작게 설계할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 안테나의 구조적인 변경을 가하여 안테나의 동작 모드를 선택적으로 전환함으로써, 최적의 임피던스 매칭이 가능할 수 있는 안테나 구조를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 안테나의 구조적인 변경을 가하여 안테나의 동작 모드를 선택적으로 전환함으로써, MIMO(multiple input multiple output) 안테나 설계 시 안테나 요수(element) 간의 격리도(isolation) 및 상관계수(correlation coefficient)의 특성 향상을 유도할 수 있는 안테나 구조를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 안테나의 구조적인 변경을 가하여 안테나의 동작 모드를 선택적으로 전환함으로써, 전기적 스위칭 동작을 통하여 안테나 동작 모드를 전환하는 구조의 단점을 극복할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이동 단말기의 블록 구성도(block diagram)이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 영차 공진 안테나의 구조와, 일반적인 안테나의 등가회로를 비교하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 지원하는 주파수 대역을 제 1 및 제 2 주파수 간에 전환하는 영차 공진(zeroth-resonance) 안테나 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시되어 있는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 구조의 등가 회로도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제 3 및 제 4 전극의 형상의 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5 예시의 제 3 및 제 4 전극이 서로 대향하는 면적이 달라지는 동작을 메탈 패치(302)의 피봇 동작에 따라 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 피봇체결부의 다른예를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면 제 3 전극은 비대칭 원통 형상을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, 지원하는 주파수 대역을 제 1 및 제 2 주파수 간에 전환하는 영차 공진(zeroth-resonance) 안테나 구조의 다른예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 구조를 실장하였을 때의 모습을 도시한 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 구조를 실장하였을 때의 모습을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명과 관련된 이동 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 명세서에서 설명되는 이동 단말기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이동 단말기의 블록 구성도(block diagram)이다.

상기 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), A/V(Audio/Video) 입력부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 인터페이스부(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 이동 단말기가 구현될 수도 있다.

이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

무선 통신부(110)는 이동 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이 또는 이동 단말기(100)와 이동 단말기(100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신부(110)는 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114) 및 위치정보 모듈(115) 등을 포함할 수 있다.

방송 수신 모듈(111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다. 상기 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 적어도 두 개의 방송 채널들에 대한 동시 방송 수신 또는 방송 채널 스위칭을 위해 둘 이상의 상기 방송 수신 모듈(1100)이 상기 이동 단말기(100)에 제공될 수 있다.

상기 방송 관리 서버는, 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 생성하여 송신하는 서버 또는 기 생성된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 제공받아 단말기에 송신하는 서버를 의미할 수 있다. 상기 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 뿐만 아니라, TV 방송 신호 또는 라디오 방송 신호에 데이터 방송 신호가 결합한 형태의 방송 신호도 포함할 수 있다.

상기 방송 관련 정보는 방송 채널, 방송 프로그램 또는 방송 서비스 제공자에 관련한 정보를 의미한다. 상기 방송 관련 정보는, 이동통신망을 통하여도 제공될 수 있다. 이러한 경우에는 상기 이동통신 모듈(112)에 의해 수신될 수 있다.

상기 방송 관련 정보는 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 형태로 존재할 수 있다.

상기 방송 수신 모듈(111)은, 예를 들어, DMB-T(Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial), DMB-S(Digital Multimedia Broadcasting-Satellite), MediaFLO(Media Forward Link Only), DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld), DVB-CBMS (Convergence of Broadcasting and Mobile Service), OMA-BCAST (Open Mobile Alliance-BroadCAST), CMMB (China Multimedia Mobile Broadcasting), MBBMS (Mobile Broadcasting Business Management System), ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcast-Terrestrial) 등의 디지털 방송 시스템을 이용하여 디지털 방송 신호를 수신할 수 있다. 물론, 상기 방송 수신 모듈(111)은, 상술한 디지털 방송 시스템뿐만 아니라 다른 방송 시스템에 적합하도록 구성될 수도 있다.

방송 수신 모듈(111)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(160)에 저장될 수 있다.

이동통신 모듈(112)은, GSM(Gobal System for Mobile communications), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband CDMA)(이에 한정되지 않음)와 같은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.

무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 이동 단말기(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), GSM, CDMA, WCDMA, LTE(Long Term Evolution)(이에 한정되지 않음) 등이 이용될 수 있다.

Wibro, HSDPA, GSM, CDMA, WCDMA, LTE 등에 의한 무선인터넷 접속은 이동통신망을 통해 이루어진다는 관점에서 본다면, 상기 이동통신망을 통해 무선인터넷 접속을 수행하는 상기 무선 인터넷 모듈(113)은 상기 이동통신 모듈(112)의 일종으로으로 이해될 수도 있다.

근거리 통신 모듈(114)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.

위치정보 모듈(115)은 이동 단말기의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다. 현재 기술에 의하면, 상기 위치정보 모듈(115)은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈(115)은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다.

도 1을 참조하면, A/V(Audio/Video) 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(121)와 마이크(122) 등이 포함될 수 있다. 카메라(121)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있다.

카메라(121)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(160)에 저장되거나 무선 통신부(110)를 통하여 외부로 전송될 수 있다. 카메라(121)는 사용 환경에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.

마이크(122)는 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 통화 모드인 경우 이동통신 모듈(112)을 통하여 이동통신 기지국으로 송신 가능한 형태로 변환되어 출력될 수 있다. 마이크(122)에는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.

사용자 입력부(130)는 사용자가 단말기의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

센싱부(140)는 이동 단말기(100)의 개폐 상태, 이동 단말기(100)의 위치, 사용자 접촉 유무, 이동 단말기의 방위, 이동 단말기의 가속/감속 등과 같이 이동 단말기(100)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다. 예를 들어 이동 단말기(100)가 슬라이드 폰 형태인 경우 슬라이드 폰의 개폐 여부를 센싱할 수 있다. 또한, 전원 공급부(190)의 전원 공급 여부, 인터페이스부(170)의 외부 기기 결합 여부 등을 센싱할 수도 있다. 한편, 상기 센싱부(140)는 근접 센서(141)를 포함할 수 있다.

출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152), 알람부(153), 및 햅틱 모듈(154) 등이 포함될 수 있다.

디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 이동 단말기가 통화 모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 이동 단말기(100)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우에는 촬영 또는/및 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.

디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(151)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 사용자는 단말기 바디의 디스플레이부(151)가 차지하는 영역을 통해 단말기 바디의 후방에 위치한 사물을 볼 수 있다.

이동 단말기(100)의 구현 형태에 따라 디스플레이부(151)이 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 이동 단말기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.

디스플레이부(151)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 디스플레이부(151)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.

터치 센서는 디스플레이부(151)의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이부(151)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.

터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기(미도시)로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(180)로 전송한다. 이로써, 제어부(180)는 디스플레이부(151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다.

상기 근접 센서(141)는 상기 터치스크린에 의해 감싸지는 이동 단말기의 내부 영역 또는 상기 터치 스크린의 근처에 배치될 수 있다. 상기 근접 센서는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 근접 센서는 접촉식 센서보다는 그 수명이 길며 그 활용도 또한 높다.

상기 근접 센서의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 상기 터치스크린이 정전식인 경우에는 상기 포인터의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 포인터의 근접을 검출하도록 구성된다. 이 경우 상기 터치 스크린(터치 센서)은 근접 센서로 분류될 수도 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 터치스크린 상에 포인터가 접촉되지 않으면서 근접되어 상기 포인터가 상기 터치스크린 상에 위치함이 인식되도록 하는 행위를 "근접 터치(proximity touch)"라고 호칭하고, 상기 터치스크린 상에 포인터가 실제로 접촉되는 행위를 "접촉 터치(contact touch)"라고 호칭할 수 있다. 상기 터치스크린 상에서 포인터로 근접 터치가 되는 위치라 함은, 상기 포인터가 근접 터치될 때 상기 포인터가 상기 터치스크린에 대해 수직으로 대응되는 위치를 의미할 수 있다.

상기 근접센서는, 근접 터치와, 근접 터치 패턴(예를 들어, 근접 터치 거리, 근접 터치 방향, 근접 터치 속도, 근접 터치 시간, 근접 터치 위치, 근접 터치 이동 상태 등)을 감지한다. 상기 감지된 근접 터치 동작 및 근접 터치 패턴에 상응하는 정보는 터치 스크린상에 출력될 수 있다.

음향 출력 모듈(152)은 호신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(152)은 이동 단말기(100)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.

알람부(153)는 이동 단말기(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 이동 단말기에서 발생 되는 이벤트의 예로는 호 신호 수신, 메시지 수신, 키 신호 입력, 터치 입력 등이 있다. 알람부(153)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(151)나 음성 출력모듈(152)을 통해서도 출력될 수 있으므로, 이 경우 상기 디스플레이부(151) 및 음성출력모듈(152)은 알람부(153)의 일종으로 분류될 수도 있다.

햅틱 모듈(haptic module)(154)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(154)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 있다. 햅틱 모듈(154)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 제어가능하다. 예를 들어, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.

햅틱 모듈(154)은, 진동 외에도, 접촉 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극(eletrode)의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.

햅틱 모듈(154)은 직접적인 접촉을 통해 촉각 효과의 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 손가락이나 팔 등의 근 감각을 통해 촉각 효과를 느낄 수 있도록 구현할 수도 있다. 햅틱 모듈(154)은 이동 단말기(100)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.

메모리(160)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 전화번호부, 메시지, 오디오, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리(160)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도(예를 들면, 각 전화번호, 각 메시지, 각 멀티미디어에 대한 사용빈도)가 저장될 수 있다.

또한, 상기 메모리(160)에는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.

메모리(160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 이동 단말기(100)는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리(160)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.

인터페이스부(170)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(170)는 외부 기기로부터 데이터를 전송 받거나, 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드 셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(170)에 포함될 수 있다.

식별 모듈은 이동 단말기(100)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(User Identify Module, UIM), 가입자 인증 모듈(Subscriber Identify Module, SIM), 범용 사용자 인증 모듈(Universal Subscriber Identity Module, USIM) 등을 포함할 수 있다. 식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트 카드(smart card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 포트를 통하여 이동 단말기(100)와 연결될 수 있다.

상기 인터페이스부는 이동 단말기(100)가 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 상기 이동 단말기(100)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 이동 단말기(100)로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 이동 단말기(100)가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.

제어부(controller)(180)는 통상적으로 이동 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다. 제어부(180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈(181)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈(181)은 제어부(180) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(180)와 별도로 구현될 수도 있다.

상기 제어부(180)는 상기 터치스크린 상에서 행해지는 필기 입력 또는 그림 그리기 입력을 각각 문자 및 이미지로 인식할 수 있는 패턴 인식 처리를 행할 수 있다.

전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(180) 자체로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(160)에 저장되고, 제어부(180)에 의해 실행될 수 있다.

상기 무선 통신부(110)의 각 모듈은 전기적인 신호와 무선으로 방사되는 신호간에 전환을 위한 안테나(11)와 연결된다. 상술하는 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 안테나는, 영차 공진 안테나의 구조를 이용한다. 본 발명의 실시예를 설명하기 전에 먼저 영차 공진 안테나를 설명하기로 한다.

영차 공진( zeroth - order resonance ) 안테나

안테나는 무선통신 시스템에서 전송선로에 도파되는(transmitted) 전자기파 신호를 방사되는(radiated) 신호형태로 변환시켜 송신하거나 방사되는 신호를 수신할 경우 전자기파 도파되는 신호로 변환시키는 수동 소자이다. 종래의 안테나는 동작에 사용되는 전자기파의 파장 λ에 대해 λ/2의 전기적 길이(electrical length)를 갖고, 출력단이 개방(open) 또는 단락(short)된 전송선로로 구성된다. 이러한 구조로 인해, 전송선로에서 도파되는 전자기파 신호는 정상파(standing wave)를 형성하여 공진(resonance)이 발생하게 된다. 따라서, 원하는 동작주파수에서 안테나를 동작시키기 위해서는 안테나의 전기적 길이를 변화시켜야 하며, 주파수가 낮아짐에 따라 긴 파장을 갖는 특성에 의해 낮은 주파수에서 동작하는 안테나는 그 물리적 길이가 길어지게 된다.

안테나의 물리적 길이를 감소시키기 위해 λ/4의 전기적 길이를 갖는 모노폴(monopole) 안테나가 제안되었으며, 이는 안테나와 접지면이 맞닿아 있어 발생하는 이미지 효과(image theory)에 의해 구현된다. 하지만, 이 역시도 주파수에 종속적인 안테나 길이 특성을 가질 뿐 아니라 접지면의 크기 및 모양이 안테나 성능에 크게 영향을 미치는 단점을 갖는다.

안테나의 물리적 길이를 감소시키기 위한 다른 방법으로, 인덕터 혹은 케페시터 등 집적소자를 안테나에 적용하는 기술, 헬리컬(helical) 구조 및 구부러진 형태의(meandered) 구조를 안테나에 적용하는 기술, 고유전율 및 고투자율을 갖는 기판을 안테나 설계에 적용하는 기술 등이 제안되고 있지만 안테나의 물리적 길이는 감소하는 한편, 방사효율 저하, 대역폭 감소 등의 성능 저하가 발생하는 한계를 갖는다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 영차 공진 안테나의 구조와, 일반적인 안테나의 등가회로를 비교하여 도시한 도면이다.

도 2 (a)는 일반적인 안테나의 전송선로 모델을 도시한 도면으로써, 이 일반적인 안테나는 오른손 법칙을 따르는 RH(right-handed) 전송선로의 소자, 즉 직렬 인덕터(L_R)와 병렬 케페시터(C_R)에 의해 공진이 형성되며 이를 일차 공진이라 한다. 이 공진에 의해서 동작 주파수(ω_R)가 결정된다. 이때, 직렬 인덕터는 안테나의 방사체를 이루는 도체의 길이에 의해, 병렬 케페시터는 방사체와 접지면에 형성되는 커플링(coupling)에 의해 각각 결정된다. 따라서, 이 등가회로는 안테나의 물리적 길이에 의해 안테나의 동작주파수가 결정됨을 의미한다.

도 2 (b)는 영차 공진(zeroth-order resonance) 안테나의 등가회로를 도시한 도면이다. 최근, 공진 주파수에 독립적인 안테나 길이를 갖는 영차 공진 안테나가 제안되고 있다. 영차 공진 안테나는 일반적인 안테나와는 달리 오른손 및 왼손법칙을 동시에 따르는 CRLH(Composite Right/Left-Handed) 전송선로를 개방 또는 단락 시켜 구현한다. 도 2 (b)는 CRLH 전송선로의 단일셀(unit-cell) 등가회로 모델을 도시하고 있다.

CRLH 전송선로를 개방하였을 경우, 병렬 인덕터(L_L) 및 병렬 케페시터(C_R)에 의해 공진이 발생하게 되며 이를 영차 공진이라고 한다. 이 공진에 의해 동작주파수(ω₀=ω_sh)가 결정되고, 이 주파수에서 전파상수(propagation constant, β)가 0이 된다. 이 영차 공진 회로는 아래 수학식 1과 같이 병렬 인덕터(L_L) 및 병렬 케페시터(C_R)에 따른 공진 주파수를 갖는다.

이 영차 공진 주파수에서는 전류가 방사체에 균일하게 분포되고(plat field distribution) 방사체의 위치에 따라 위상(phase)차이가 발생하지 않는 특성을 갖는다. 이는 안테나의 공진 특성이 안테나의 길이에 종속적이지 않음을 확인할 수 있는 증거가 된다.

영차 공진 안테나에서 안테나의 공진 및 방사 특성은 CRLH 전송 선로의 인덕터와 케페시터 값의 조정을 통하여 결정될 수 있다. 즉, 영차 공진 안테나의 공진 및 방사 특성은 안테나의 물리적 길이와는 무관할 수 있다. 따라서, 영차 공진 안테나는 낮은 주파수 대역을 지원하는 경우에도 안테나의 물리적 길이를 아주 작게 설계할 수 있는 장점이 있다.

한편, 무선기기의 발전과 함께 다양한 통신방식 및 주파수를 지원하는 무선기기들이 등장하고 있지만, 안테나의 좁은 대역폭 특성으로 인해 하나의 안테나로 모든 대역을 지원하지 못하여 여러 개의 안테나가 하나의 무선기기에 삽입되게 된다. 따라서, 인접한 안테나 간의 간섭으로 인해 무선성능의 저하가 야기될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 안테나에 전기적 스위치를 삽입하여 동작주파수를 조정할 수 있는 주파수 재구성 안테나(reconfigurable/tunable antenna)가 제안되고 있지만, 전기적 스위치를 사용하여 동작 주파수를 조정하는 경우 주파수 조절 범위의 제한, 스위치에 의한 신호의 감쇄, 조정된 주파수 대역에 따른 편차 발생, 설계의 복잡도 및/또는 비용 증가 등의 단점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 일실시예에서는 기계적 구조의 변경을 통하여 주파수를 재구성할 수 있는 안테나의 구조를 제안한다.

이하에서는 이와 같이 구성된 이동 단말기에서 구현될 수 있는 안테나의 구조와 관련된 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 지원하는 주파수 대역을 제 1 및 제 2 주파수 간에 전환하는 영차 공진(zeroth-resonance) 안테나 구조의 일례를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하여 설명할 본 발명의 일실시예는, 상술한 종래 안테나의 한계를 극복하기 위한 실시예로써, 기구의 회전을 통하여 안테나의 스위칭을 야기시켜 주파수 또는 편파(polarization) 선택적 동작을 하게 하는 영차 공진 안테나를 제시하는 실시예이다.

도 4는 도 3에 도시되어 있는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 구조의 등가 회로도를 도시한 도면이다.

이하, 도 3 및 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 구조(300)는 제 1 전극(307) 및 제 2 전극(308)을 구비하는 접지면(301), 상기 제 1 주파수 대역을 지원하는 제 1 CRLH 전송 라인과 상기 제 2 주파수 대역을 지원하는 제 2 CRLH 전송 라인을 형성하고, 일단을 중심축으로 피봇 동작이 가능하도록 상기 접지면(301)에 결합되는 메탈 패치(302), 및 상기 메탈 패치(302)의 일단을 통하여, 상기 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인들에 전력을 공급하는 전력부(303)를 포함한다.

접지면(301)은, 이동 단말기(100)가 동작하는데 있어서 기준이 되는 전압 값을 가지는 등전위면을 의미한다.

메탈 패치(Metal Patch)(302)는 두 가지 주파수를 지원하는데 메탈 패치(302)의 내부에 제 1 주파수를 지원하기 위한 제 1 CRLH 전송 라인 및 제 2 주파수를 지원하기 위한 제 2 CRLH 전송 라인을 형성할 수 있다. 이 각각의 CRLH 전송 라인의 형성에 대해서는 이하 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인은 메탈 패치(302)의 일단을 통하여 전력부(303)에 전기적으로 연결되어, 전력부(303)으로부터 전력을 공급 받을 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에서, 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인은 상기 메탈 패치(302)의 내부에 별개의 도선 라인을 가지는 것이 아니라, 메탈 패치(302) 자체의 형상을 통하여 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인이 각각 형성될 수 있다.

그리고, 상기 피봇 동작에 의해 상기 제 1 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치(302)의 타단을 통하여 상기 제 1 전극(307)에 접촉되는 제 1 상태(도 3 (a) 상태) 및 상기 제 2 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치의 타단을 통하여 상기 제 2 전극(308)에 접촉되는 제 2 상태(도 3 (b) 상태)에 따라 지원하는 주파수 대역이 전환되는 안테나의 구조이다.

이 경우, 메탈 패치(302)는, 메탈 패치(302)를 상기 접지면(301)과 상기 피봇 동작이 가능하도록 고정시키는 피봇체결부(306)를 포함한다. 피봇체결부(306)는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인에서의 케페시터로써 동작할 수 있다.

이때, 피봇체결부(306)는 제 3 전극 및 제 4 전극이 서로 대향하는 면적이 상기 피벗 동작에 의해 가변적이 되도록 구비될 수 있다. 그리고 피봇체결부(306)는 제 3 및 제 4 전극에 의해서 케페시터로 동작하고, 이 피봇체결부(306)는 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인과 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 피벗 동작에 의해서 피봇체결부(306)이 구비하는 제 3 및 제 4 전극 간에 서로 대향하는 면적이 상기 제 1 상태에서는 제 1 면적이고, 상기 제 2 상태에서는 제 2 면적이 되도록 구비될 수 있다.

케페시터의 케페시턴스 값은 제 3 및 제 4 전극 간에 대향하는 면적의 넓이에 비례한 값을 갖기 때문에, 상기 메탈 패치(302)의 피벗 동작이 제 1 상태인 경우 피봇체결부(306)는 제 1 케페시턴스 값을 가질 수 있고, 피벗 동작이 제 2 상태인 경우 피봇체결부(306)는 제 2 케페시턴스 값을 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제 3 및 제 4 전극의 형상의 예시를 도시한 도면이다.

이 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 피봇체결부(306)의 구조 중에서 제 3 전극(306-1)은 피봇 동작의 축(501)을 중심으로 비대칭 형상을 가지고 상기 접지면(301)에 소정 거리 만큼 이격되어 결합 되어 있을 수 있다. 도 5 (a)를 참조하면, 제 3 전극(306-1)은 피봇 동작의 축(501)을 중심으로 하는 원의 형상에 왼쪽으로 혹을 가지고 있는 형상을 띄고 있다.

제 3 전극(306-1)은 도 5에 도시된 바와 같이 비대칭 원형의 패치 형태일 수 있지만, 비대칭 원통형일 수도 있다(도 7을 참조하여 후술).

제 3 전극(306-1) 및 제 4 전극(306-2)는 케페시턴스를 형성하기 위한 비대칭 원형의 패치 형태(판 형)일 수 있다. 그리고, 제 3 전극(306-1) 및 제 4 전극(306-2)는 피봇 동작의 축(501)의 방향으로 소정 거리만큼 이격됨으로써 케페시턴스를 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 피봇체결부(306)의 구조 중에서 제 4 전극(306-2)은 메탈 패치(302)에 결합되어 있어서 메탈 패치(302)의 피봇 동작에 따라서 같이 회전할 수 있다.

한편, 제 4 전극(306-2)는 메탈 패치(302)에 구성되어 있다고 상술하였으나, 메탈 패치(302) 자체가 도체로 구성되어, 제 4 전극(306-2)의 동작을 수행할 수 있음은 자명하다.

메탈 패치(302)의 피봇 동작에 따라 달라지는 면적을 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 도 5 예시의 제 3 및 제 4 전극이 서로 대향하는 면적이 달라지는 동작을 메탈 패치(302)의 피봇 동작에 따라 도시하는 도면이다. 도 6 (a)는 상술한 제 1 상태를 도시하고 있고, 도 6 (b)는 상술한 제 2 상태를 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 제 3 전극(306-1)은 접지면(301)에 소정 거리 이격된 채 결합되어 있기 때문에, 피봇 동작에 상관없이 회전하지 않지만, 제 4 전극(306-2)은 메탈 패치(302)의 피봇 동작에 따라서 함께 회전한다.

제 3 전극(306-1)이 피봇 동작의 축을 중심으로 비대칭 형상을 가지고 있기 때문에, 피봇 동작에 의해서 제 1 상태인 경우와 제 2 상태인 경우로 전환이 될 경우 제 3 전극(306-1) 및 제 4 전극(306-2)이 서로 대향하는 면적은 변할 수 있다.

도 6 (a)인 경우보다 도 6 (b)인 경우, 제 3 전극(306-1)과 제 4 전극(306-2)이 서로 대향하는 면적이 더 크다. 따라서, 피봇체결부(306)의 케페시턴스는 도 6 (a)인 경우보다 도 6 (b)인 경우 더 커진다.

한편, 도 5 및 도 6에서 제 3 및 제 4 전극(306-1, 306-2)가 판전극인 경우를 예시로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 케페시터는 판전극 두 개를 대향시켜서 형성하지만, 원통형 전극과 그 원통형 전극을 감싸는 형태의 전극을 이용하여 케페시터를 형성할 수도 있다. 원통형 전극을 이용한 케페시터의 형성인 경우를 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 피봇체결부의 다른예를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면 제 3 전극은 비대칭 원통 형상을 가질 수 있다. 도 7 (a) 및 (b)는 제 3 전극 및 제 4 전극의 단면을 도시하고 있으며, 도 7 (a)는 피봇 동작의 제 1 상태 그리고 도 7 (b)는 피봇 동작의 제 2 상태를 도시한다.

도 7 (a)를 참조하면, 원통형 전극 및 그 원통형 전극을 감싸는 형태의 전극(제 4 전극, 306-2)을 이용하여 케페시터를 형성할 수 있다. 한편, 제 3 전극 및 제 4 전극이 피봇 중심 축을 중심으로 하는 비대칭 형상일 경우, 피봇 동작에 의해서 케페시턴스가 변경될 수 있다.

즉, 도 7 (a)에서 제 3 전극과 제 4 전극이 서로 대향하는 면적보다, 도 7 (b)에서 제 3 전극 및 제 4 전극 사이에 대향하는 면적이 더 작다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 이러한 제 3 전극 및 제 4 전극의 구조를 이용하여 피봇체결부(306)의 케페시턴스 값을 변경할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 도 3의 (a)는 상기 피봇 동작에 의해 상기 제 1 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치의 타단을 통하여 상기 제 1 전극(307)에 접촉되는 제 1 상태를 도시하고 있는 도면이며, 공진 주파수가 제 1 주파수를 갖는 동작 모드이다(후술할 동작 모드 A).

도 3 (b)는 상기 피봇 동작에 의해 상기 제 2 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치의 타단을 통하여 상기 제 2 전극(308)에 접촉되는 제 2 상태를 도시하고 있는 도면이며, 공진 주파수가 제 2 주파수를 갖는 동작 모드이다(후술할 동작 모드 B).

도 4의 등가회로에서 스위치(401)는 위치에 따라서 동작 모드 A와 동작 모드 B로 전환할 수 있는데, 동작 모드 A는 도 3 (a)의 상태로 제 1 주파수에서 동작하는 모드이고, 동작 모드 B는 도 3 (b)의 상태로 제 2 주파수에서 동작하는 모드이다. 동작 모드 A와 B를 선택하기 위하여, 도 3의 메탈 패치(302)의 180°회전이 필요하다.

동작 모드 A에서는 스위치(401)의 위치가 오른쪽이므로, 전력부(303)가 오른쪽 CRLH 전송 라인(이하, 제 1 CRLH 전송 라인이라 호칭한다)에 전력을 공급한다. 따라서, 제 1 주파수는 제 1 CRLH 전송 라인에 의해서 결정되며, 제 1 주파수의 값은 아래 수학식 2와 같다.

동작 모드 B에서는 스위치(401)의 위치가 왼쪽이므로, 전력부(303)가 왼쪽 CRLH 전송 라인(이하, 제 2 CRLH 전송 라인이라 호칭한다)에 전력을 공급한다. 따라서, 제 2 주파수는 제 2 CRLH 전송 라인에 의해서 결정되며, 제 2 주파수의 값은아래 수학식 3과 같다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는, 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인에서, 직렬 케페시터인 C_L1 및 C_L2 케페시터는, 피봇체결부(306)를 나타낼 수 있다. 상술하였듯이, 피봇체결부(306)는 피봇 동작의 제 1 상태 및 제 2 상태에 따라서 서로 다른 케페시턴스를 가질 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에의 피봇체결부(306)는 피봇 동작의 제 1 상태에서, 제 1 CRLH 전송 라인의 C_L1 케페시터로 동작하고, 피봇 동작의 제 2 상태에서, 제 2 CRLH 전송 라인의 C_L2 케페시터로 동작할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는, 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인에서, 병렬 케페시터인 C_R1 및 C_R2 케페시터는, 메탈 패치(302)의 어느 일면과 접지면(301)을 케페시터의 두 전극으로 구성되도록 설계할 것을 제안한다.

예를 들어, 피봇 동작의 제 1 상태에인 도 3 (a)를 참조하면, 메탈 패치(302)의 일면이 접지면(301)과 대면하고 있으며, 두 면의 간격은 일정한 간격으로 이격되어 있다. 도 4에 도시된 제 1 CRLH 전송 라인에서의 병렬 케페시터 C_R1은 이 두 면의 대면에 의해서 형성될 수 있다.

반대의 예로, 피봇 동작의 제 2 상태에인 도 3 (b)를 참조하면, 메탈 패치(302)의 타면이 접지면(301)과 대면하고 있으며, 두 면의 간격은 일정한 간격으로 이격되어 있다. 도 4에 도시된 제 2 CRLH 전송 라인에서의 병렬 케페시터 C_R2은 이 두 면의 대면에 의해서 형성될 수 있다.

도 4에 도시되어 있는 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인에서의 직렬 인덕터 L_R1 및 L_R2에 대해서 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인에서의 직렬 인덕터 L_R1 및 L_R2는, 메탈 패치(302) 자체의 형상을 통하여 설계할 것을 제안한다. 메탈 패치(302) 자체는 도체로 이루어져 있고, 이 도체의 길이에 의해서 각 직렬 인덕터 L_R1 및 L_R2의 인덕턴스 값이 결정될 수 있다.

특히, 각 직렬 인덕터 L_R1 및 L_R2의 인덕턴스 값은, 피벗 동작에 의한 제 1 상태 및 제 2 상태에 따라서 달라지는, 메탈 패치(302) 내에서 전류가 형성하는 경로의 길이에 비례하여 결정될 수 있다.

즉, 메탈 패치(302) 자체는 λ/8 미만의 길이를 갖으며, 공진 모드에 따라 제 1 또는 제 2 전극과 연결되는 지점이 다르므로 각각의 모드에 대해 각기 상이한 값의 인덕턴스를 형성하고, 이는 등가회로 모델에서 직렬 인덕터(L_R1, L_R2)에 대응한다. 도 3 (a)에 도시된 피봇 동작의 제 1 상태에서는, 피봇 동작의 중심 축과, 제 1 전극(307)까지의 거리가 D1이고, 도 3 (b)에 도시된 피봇 동작의 제 2 상태에서는, 피봇 동작의 중심 축과, 제 2 전극(308)까지의 거리가 D2이다. 따라서 직렬 인덕터 L_R1의 값은 거리 D1에 비례하여 형성되고, 직렬 인덕터 L_R2의 값은 거리 D2에 비례하여 형성될 수 있다.

도 4에 도시되어 있는 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인에서의 병렬 인덕터 L_L1 및 L_L2에 대해서 설명한다.

본 발명의 일실시예에서는, 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인에서의 각 병렬 인덕터 L_L1, L_L2를 설계하는데 있어서, 제 1 전극(308) 및 제 2 전극(307) 각각에 연결되는 스트립 라인(309, 310)들로 설계할 것을 제안한다.

메탈 패치(302)와 제 1 또는 제 2 전극을 연결하는 스트립 라인의 길이는 전류의 경로와 연관이 있으므로, 인덕턴스에 비례하게 된다. 그리고 이는 등가회로 모델에서 병렬 인덕터 L_L1, L_L2에 해당한다. 모드 A의 경우와 모드 B의 경우 각각 스트립라인(309, 310)의 길이가 다르고, 이는 각 모드에서 다른 주파수의 영차 공진을 일으키는 주요 파라미터(parameter)가 된다. 즉, 병렬 인덕터 L_L1은 스트립 라인(309)의 거리에 비례하도록 형성되고, 병렬 인덕터 L_L2는 스트립 라인(310)의 거리에 비례하도록 형성된다.

그리고 각 공진 주파수는 상술한 수학식 2 및 수학식 3을 통해 결정된다. 도 3에 도시된 바를 참조하면, 제한된 공간에서 높은 값의 인덕턴스를 구현하기 위해 구부러진 형태의 스트립라인을 사용하였지만, 스파이럴 형태의 스트립라인 또는 집적소자 형태의 인덕터를 삽입하는 방법 등으로 대체할 수 있음은 자명하다.

도 3에 도시된 예를 정리해 보면, 메탈 패치(302) 자체의 기계적인 구조에 의해서, 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인의 직병렬 인덕터 및 케페시터 소자를 설계할 수 있다. 즉, 상기 메탈 패치(302)의 피봇 동작에 의해서 제 1 상태가 될 경우, 제 1 CRLH 전송 라인이 형성되고, 피봇 동작에 의해서 제 2 상태가 될 경우 제 2 CRLH 전송 라인이 형성될 수 있다.

즉, 스트립라인의 길이, 메탈 패치(302) 자체의 길이, 메탈 패치(302)의 일면과 접지면(301)의 이격 거리, 메탈 패치(302)를 결합시키는 피봇체결부(306)가 포함하는 전극들의 형태 및 이격거리 등을 조절하여 영차 공진 안테나를 설계할 수 있다.

특히, 각각의 스트립라인의 조정을 통한 안테나의 설계를 통하여 안테나가 각 모드에서 상이한 동작 주파수를 갖도록 설계할 수 있다. 그리고, 각 모드의 임피던스 정합은 피봇체결부(306)가 포함하는 전극들의 형태 또는 이격거리를 조정하여 이루어질 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 실시예에서는, 피봇 동작이 180°회전을 하는 경우를 예시로 설명하였으나, 접지면(301)의 모서리에서 상기 피봇 동작이 이루어질 경우, 그 회전하는 각도가 달라질 수 있다. 회전하는 각도가 270°에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, 지원하는 주파수 대역을 제 1 및 제 2 주파수 간에 전환하는 영차 공진(zeroth-resonance) 안테나 구조의 다른예를 도시한 도면이다. 도 8 (a)는 피봇 동작의 제 1 상태를 도시하고 있으며, 도 8 (b)는 피봇 동작의 제 2 상태를 도시하고 있다.

도 8에서 메탈 패치(302)의 피봇 동작의 중심축이 두 모서리의 꼭지점에 배치하여, 이 피봇 동작에 따라 안테나가 편파되는 구조이다. 피봇 동작의 회전 각도는 270°이다. 도 3에서 제시한 본 발명의 제안과 동일하게, 스트립 라인의 길이를 다르게 하면, 동작 주파수를 변경할 수 있다.

도 8에 도시된 실시예에서는, 피봇 동작의 제 1 상태의 메탈 패치(302)와 제 2 상태의 메탈 패치(302)가 이루는 각이 270°를 이루고 있기 때문에, 편파 선택적으로 동작할 수 있다. 만약, 피봇 동작의 제 1 상태에서 수직 편파가 발생된다면, 피봇 동작의 제 2 상태에서는 수평 편파가 발생할 수 있기 때문이다. 결론적으로, 도 8에 도시된 실시예에서는, 주파수 선택 및 편파의 선택이 동시에 이루어질 수 있다.

도 9는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 구조를 실장하였을 때의 모습을 도시한 도면이다.

도 9 (a)는 메탈 패치의 피벗 동작에 따른 제 1 상태를 도시하고 있으며, 도 9 (b)는 메탈 패치의 피벗 동작에 따른 제 2 상태를 도시하고 있다. 도시된 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 각 피벗 동작의 상태에 따라서 서로 다른 동작 주파수를 지원할 수 있다.

도 10은 도 8에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 구조를 실장하였을 때의 모습을 도시한 도면이다.

도 10 (a)는 메탈 패치의 피벗 동작에 따른 제 1 상태를 도시하고 있으며, 도 10 (b)는 메탈 패치의 피벗 동작에 따른 제 2 상태를 도시하고 있다. 도시된 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 각 피벗 동작의 상태에 따라서 서로 다른 동작 주파수를 지원할 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 이동단말기110: 무선통신부
120: A/V 입출력부130: 사용자 입력부
140: 센싱부150: 출력부
160: 메모리170: 인터페이스부
180: 제어부190: 전원공급부

Claims (10)

1. 지원하는 주파수 대역을 제 1 및 제 2 주파수 간에 전환하는 영차 공진(zeroth-resonance) 안테나에 있어서,
   제 1 전극 및 제 2 전극을 구비하는 접지면;
   상기 제 1 주파수 대역을 지원하는 제 1 CRLH(Composite Right/Left Handed; 이하, 'CRLH'라 명칭함) 전송 라인과 상기 제 2 주파수 대역을 지원하는 제 2 CRLH 전송 라인을 형성하고, 일단을 중심축으로 피봇 동작이 가능하도록 상기 접지면에 결합되는 메탈 패치; 및
   상기 메탈 패치의 일단을 통하여, 상기 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인들에 전력을 공급하는 전력부를 포함하고,
   상기 피봇 동작에 의해 상기 제 1 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치의 타단을 통하여 상기 제 1 전극에 접촉되는 제 1 상태 및 상기 제 2 CRLH 전송 라인이 상기 메탈 패치의 타단을 통하여 상기 제 2 전극에 접촉되는 제 2 상태에 따라 지원하는 주파수 대역이 전환되는,
   안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 메탈 패치는,
   상기 메탈 패치를 상기 접지면과 상기 피봇 동작이 가능하도록 고정시키는 피봇체결부를 포함하고,
   상기 피봇체결부는 상기 제 1 및 제 2 CRLH 전송 라인과 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 상태일 경우 제 1 케페시턴스 값을 가지고, 상기 제 2 상태일 경우 제 2 케페시턴스 값을 가지는 제 1 케페시터로 동작하는,
   안테나.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 피봇 체결부는,
   제 1 및 제 2 판전극이 서로 대향하는 면적이 상기 피벗 동작에 의해 가변적이 되도록 구비되고, 상기 제 1 상태일 때 상기 제 1 및 제 2 판전극이 서로 대향하는 면적이 제 1 면적이며, 상기 제 2 상태일 때 상기 제 1 및 제 2 판전극이 서로 대향하는 면적이 제 2 면적이 되는,
   안테나.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 판전극은 상기 접지면에 결합되어 있고,
   상기 제 2 판전극은 상기 메탈 패치의 피봇 동작 시 상기 메탈 패치에 고정되어 함께 회전되고,
   상기 제 1 판전극은 상기 피봇 동작의 중심 축을 기준으로 비대칭 형상을 가지는,
   안테나.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 메탈 패치는,
   상기 제 1 상태에서 상기 메탈 패치의 일면이 상기 접지면과 대향하여 제 2 케페시터를 형성하고,
   상기 제 2 상태에서 상기 메탈 패치의 타면이 상기 접지면과 대향하여 제 3 케페시터를 형성하는,
   안테나.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 전극은, 제 1 인덕터를 통하여 상기 접지면과 전기적으로 연결되고,
   상기 제 2 전극은, 제 2 인덕터를 통하여 상기 접지면과 전기적으로 연결되는,
   안테나.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수는 각각 수식

   

   에 의해 결정되고,
   ω₁은 상기 제 1 주파수이고, ω₂는 상기 제 2 주파수이고,
   L_L1은 상기 제 1 인덕터의 인덕턴스 값이고, L_L2는 상기 제 2 인덕터의 인덕턴스 값이고,
   C_R1은 상기 제 2 케페시터의 케페시턴스 값이고, C_R2는 상기 제 3 케페시터의 케페시턴스 값인,
   안테나.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 상태에서 상기 메탈 패치의 일면과 상기 접지면 간의 이격거리 및 상기 제 2 상태에서 상기 메탈 패치의 타면과 상기 접지면 간의 이격거리는 소정 거리를 유지하는,
   안테나.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 메탈 패치는, 상기 제 1 상태인 경우와 상기 제 2 상태인 경우 소정 각도의 차이가 형성되고,
   상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수는 상기 소정 각도에 기초하여 서로 다른 편파 성질을 갖는,
   안테나.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정 각도는 90°이고,
    상기 제 1 및 제 2 주파수 각각은, 수직편파 및 수평편파 중 하나씩 대응되는 편파 성질을 갖는,
    안테나.

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