KR20160080445A - 내장형 안테나 및 이를 포함하는 휴대용 단말기 - Google Patents

Abstract

휴대용 단말기의 외관을 형성하는 금속 프레임이 안테나의 성능을 열화시키지 않으면서 휴대용 단말기의 내부 공간을 효율적으로 사용하기 위한 내장형 안테나 및 이를 포함하는 휴대용 단말기가 개시된다. 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 내장형 안테나는, 급전을 위한 급전 라인을 구비하는 인쇄회로기판; 상기 급전 라인에 연결되어 전류를 공급하는 적어도 두 개 이상의 급전부; 및 상기 휴대용 단말기의 외관을 형성하고 상기 적어도 두 개 이상의 급전부와 연결되어 전자파를 방사하는 금속 프레임;을 포함한다.

Description

내장형 안테나 및 이를 포함하는 휴대용 단말기{INTERNAL ANTENNA AND PORTABLE TERMINAL INCLUDING THE INTERNAL ANTENNA}

본 발명은 내장형 안테나에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다중 대역 특성을 갖는 내장형 안테나 및 이를 포함하는 휴대용 단말기에 관한 것이다.

일반적으로 휴대 전화기 등의 통신 단말기에 사용되는 안테나는 직선 형태의 금속 선재에 의한 휩(whip) 안테나 또는 금속 선재를 나선형으로 감은 헬리컬 안테나, 그리고 신축 가능형 안테나 등이 사용되었으나, 휴대에 불편하고 작은 부피의 통신 단말기를 갖고자 하는 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 통신 단말기 내부에 내장되는 내장형 안테나로 전환되고 있다.

그러나 휴대용 단말기는 그 기능이 다양해지고 경박단소화 되고 있어 제한된 공간에 여러 부품들, 특히 내장형 안테나를 내장시키기가 점점 어려워지고 있다. 일반적으로 안테나는 동작 주파수의 파장(λ)의 1/2 또는 1/4의 전기적 길이를 가져야 하는데, 휴대용 단말기의 크기가 작아지고 다양한 기능의 부품이 내장되어 휴대용 단말기의 내부 공간에 내장형 안테나의 전기적 길이를 확보하기가 어려워지고 있다.

특히 통신 단말기의 기능이 다양해짐에 따라서 송수신하고자 하는 신호의 주파수 대역이 다양해지고 따라서 내장형 안테나는 다중 대역 특성을 가져야 한다. 다중 대역 특성을 위해서 내장형 안테나는 단일 대역 특성의 내장형 안테나보다 전기적 길이를 더 확보해야 한다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이 휴대용 단말기의 크기가 작아지고 다양한 기능의 부품이 내장되어 휴대용 단말기의 내부 공간에 다중 대역 특성의 내장형 안테나의 전기적 길이를 확보하기는 더욱 어렵다.

한편, 최근 휴대용 단말기는 얇은 디스플레이 장치를 사용하는 것이 요구되고 있다. 이는 결국 인터페이스를 견고하게 하면서 내구성을 강하게 하고, 디스플레이 장치의 움직임 또는 편향(deflection)을 경감하도록, 특히 터치 스크린 동작 중에 디스플레이 장치를 지지하는 구조를 필요로 한다. 이에 따라 휴대용 단말기의 디스플레이 장치를 더 잘 지지하기 위해, 금속 프레임(metal frame)이 흔히 사용된다. 금속 프레임은 휴대용 단말기의 외관을 형성하여 미관을 더욱 유려하게 하면서 휴대용 단말기의 내구성을 강하게 하고 디스플레이 장치를 강하게 지지한다. 그러나 이러한 금속 프레임은 휴대용 단말기의 내장 안테나의 성능을 열화시키는 요인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 휴대용 단말기의 외관을 형성하는 금속 프레임이 안테나의 성능을 열화시키지 않으면서 휴대용 단말기의 내부 공간을 효율적으로 사용하기 위한 내장형 안테나 및 이를 포함하는 휴대용 단말기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 휴대용 단말기의 내장형 안테나는, 급전을 위한 급전 라인을 구비하는 인쇄회로기판; 상기 급전 라인에 연결되어 전류를 공급하는 적어도 두 개 이상의 급전부; 및 상기 휴대용 단말기의 외관을 형성하고 상기 적어도 두 개 이상의 급전부와 연결되어 전자파를 방사하는 금속 프레임;을 포함한다.

상기 적어도 두 개 이상의 급전부는, 하나 이상의 급전 라인으로부터 분기될 수 있다.

상기 금속 프레임은, 상기 급전부의 개수에 대응하는 개수의 방사 부분으로 나누어지고, 각 방사 부분은, 상기 급전부의 위치에 따라 전기적 길이가 서로 다르며 서로 다른 동작 주파수에서 공진할 수 있다.

상기 급전부 중 적어도 하나에는 임피던스 특성을 조절할 수 있는 매칭 유닛(matching unit)을 포함할 수 있다.

상기 매칭 유닛은, 디지털 가변 커패시터일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 휴대용 단말기는, 내장형 안테나를 포함하고, 그 내장형 안테나는, 급전을 위한 급전 라인을 구비하는 인쇄회로기판; 상기 급전 라인에 연결되어 전류를 공급하는 적어도 두 개 이상의 급전부; 및 상기 휴대용 단말기의 외관을 형성하고 상기 적어도 두 개 이상의 급전부와 연결되어 전자파를 방사하는 금속 프레임;을 포함한다.

본 발명은, 휴대용 단말기의 외관을 형성하는 금속 프레임을 방사체로 사용함으로써 별도의 방사체를 휴대용 단말기에 내장할 필요없이 내장형 안테나를 구현할 수 있고 이에 따라 휴대용 단말기의 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 휴대용 단말기의 외관을 형성하는 금속 프레임을 방사체로 사용함으로써 금속 프레임에 의한 안테나 성능 열화를 없앨 수 있다.

또한, 본 발명은 휴대용 단말기의 외관을 형성하는 폐루프 형태의 금속 프레임을 방사체로 사용함에 있어서 적어도 두 개 이상의 급전부를 연결함으로써 다중 대역 특성을 갖도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 단말기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 구비되는 내장형 안테나의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 내장형 안테나에서 다중 대역 특성을 나타내는 원리를 설명하는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 단말기의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 휴대용 단말기(100)는 외관을 형성하는 케이스(110), 영상 신호를 출력하기 위한 디스플레이(120), 음성 신호를 출력하기 위한 스피커(130) 및 음성 신호를 입력하기 위한 마이크로폰(140)을 구비한다. 상기 디스플레이(120)는 LCD(liquid crystal display) 기술 또는 LPD(light emitting polymer display) 기술을 사용할 수 있고, 이러한 디스플레이(120)는 용량형, 저항형, 적외선형 등의 터치 디스플레이일 수 있다. 상기 케이스(110)는 휴대용 단말기(100)의 내장 부품들을 보호하고 휴대용 단말기(100)의 외형을 만드는 요소로서, 도 1에 도시된 바와 같이 외관을 미려하게 하는 금속 프레임(160)을 포함한다. 상기 금속 프레임(160)는 인쇄회로기판(도 2의 220)을 에워싼다. 이러한 금속 프레임(160)은 상기 인쇄회로기판(220)과 전자기적으로 상호작용하고 이로 인하여 종래의 내장형 안테나의 성능이 열화된다. 즉, 상기 금속 프레임(160)은 종래의 내장형 안테나를 간섭한다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 이러한 금속 프레임(160)을 안테나의 방사체로 사용하여 위와 같은 안테나 성능 열화를 해결하고, 케이스(110) 내부에 안테나의 방사체를 설치하기 위한 별도의 공간이 필요없어 공간 효율성을 높인다.

도 2는 도 1에 구비되는 내장형 안테나의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 내장형 안테나는, 휴대용 단말기(100)의 외관을 구성하는 케이스(110)에 구비되어 전자파 신호를 송수신하는 방사체로서 기능하는 금속 프레임(160), 상기 금속 프레임(160)과 전기적으로 연결되는 두 개의 급전부(210) 및 상기 급전부(210)로 전류를 공급하는 인쇄회로기판(220)을 포함한다.

인쇄회로기판(220)은 휴대용 단말기(100)의 각종 기능을 동작시키기 위한 전자부품들이 장착되고 상기 급전부(210)에 전류를 공급하는 급전 라인(221)이 위치하여 그 급전 라인(221)을 통해 상기 급전부(210)에 전류를 공급한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 금속 프레임(160)을 단락시키는 단락 라인이 인쇄회로기판(220)에 위치할 수 있고 그 단락 라인과 상기 금속 프레임(160)이 전기적으로 연결되어 접지될 수 있다. 그러나 단락이 반드시 필요한 것은 아니다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 두 개의 급전부(210)는 하나의 급전 라인(221)에서 분기되어 금속 프레임(160)의 길이가 긴 두 개의 장변에 각각 연결된다. 따라서 급전부(210)를 중심으로 전기적 길이가 다른 두 개의 방사 부분이 형성되고 이에 따라 내장형 안테나는 다중 대역 특성을 갖는다. 본 실시예에서는 급전부(210)가 두 개의 장변에 각각 연결되는 것으로 설명하지만 여기에 제한되는 것은 아니고 두 개의 단변에 각각 연결되어도 된다. 하나의 급전 라인(221)에서 두 개의 급전부(210)가 분기되는 것 뿐만 아니라 두 개의 급전 라인에 각각 두 개의 급전부(210)가 연결될 수 있다. 두 개의 급전부(210)가 금속 프레임(160)에 연결되는 위치 및 급전 방식은 동작 주파수 대역에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로 안테나의 방사체는 동작 주파수에 해당하는 파장(λ)의 1/4 또는 1/2의 전기적 길이를 갖고, 따라서 내장형 안테나에서 상기 두 개의 방사 부분의 전기적 길이가 동작 주파수에 대응하는 전기적 길이를 갖도록 상기 두 개의 급전부(210)가 위치하고 또한 PIFA 타입 또는 L 타입(모노폴 타입) 등으로 급전될 수 있다.

본 실시예에서는 급전부(210)가 두 개인 것으로 설명하나 여기에 제한되는 것은 아니고 내장형 안테나의 다중 대역 특성에 따라 세 개 이상으로 구현될 수 있고 이때 금속 프레임(160)은 급전부(210)의 개수에 대응하는 개수의 방사 부분이 형성되고 각 방사 부분은 전기적 길이를 서로 달리하여 서로 다른 동작 주파수에서 공진하도록 한다. 한편, 급전부(210)와 금속 프레임(160)은 예를 들어 C-클립(Clip) 방식 또는 포커핀 방식 등의 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 또한 두 개의 급전부(210) 중 적어도 하나에는 임피던스 특성을 조절할 수 있는 매칭 유닛(matching unit) 등을 배치하여 금속 프레임(160)의 안테나로서의 전기적 길이를 보상할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 특성을 조절할 수 있는 매칭 수단으로서, 인쇄회로기판(220)에 장착된 휴대용 단말기의 제어 회로에서 인가되는 제어 신호에 의해 커패시턴스 특성을 가변시킬 수 있는 디지털 가변 커패시터가 이용될 수 있다.

도 3은 도 2의 내장형 안테나에서 다중 대역 특성을 나타내는 원리를 설명하는 도면이다.

도 3의 (a)는 전기적 길이가 서로 다른 방사체를 구비하여 다중 대역 특성을 나타내는 일반적인 다중 대역 안테나를 나타낸다. 도 3의 (a)에서 급전부(210)를 중심에 두고 끝단이 개방된 방사체가 좌측과 우측에 배치된다. 이때 좌측에 배치된 방사체(330a)와 우측에 배치된 방사체(320a)는 그 전기적 길이가 서로 달라 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 다중 대역 특성을 나타낸다. 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 도시된 다중 대역 안테나의 전압 정재파 비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸 그래프로서, 그래프에 나타난 바와 같이, 안테나에서 상대적으로 전기적 길이가 짧은 방사체(330a)는 고주파수 대역(330b)에서 동작 특성을 나타내고 상대적으로 전기적 길이가 긴 방사체(320a)는 저주파수 대역(320b)에서 동작 특성을 나타낸다.

이러한 일반적인 다중 대역 안테나의 방사체(330a, 330b)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 끝단이 개방된 형태일 수 있고 또는 도 3의 (c)와 같이 폐루프 형태로 구현될 수 있다. 이때 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 하나의 급전부(210)를 사이에 두고 두 개의 폐루프(320c, 330c)가 좌측과 우측에 배치된다. 두 개의 폐루프(320c, 330c)는 각각 도 3의 (a)에 도시된 끝단이 개방된 두 개의 방사체(320a, 330a)에 대응한다. 도 3의 (c)에 도시된 바와 같은 다중 대역 안테나를, 본 발명의 금속 프레임(160)을 방사체로서 이용하는 내장형 안테나에 적용하기 위해서는 도 3의 (d)와 같이 두 개의 급전부(210)를 구현해야 한다. 즉 금속 프레임(160)은 끝단이 개방되어 있지 않은 하나의 폐루프를 형성하므로, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 두 개의 폐루프와 같은 특성을 갖도록 하기 위해서는, 도 3의 (d)와 같이 두 개의 급전부(210)를 금속 프레임(160)에 연결하여 금속 프레임(160)을 전기적 길이가 다른 두 개의 방사 부분으로 나누어 다중 대역 특성을 갖도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이,본 실시예에 따른 내장형 안테나는 휴대용 단말기(100)의 외관을 구성하는 금속 프레임(160)을 안테나의 방사체로서 사용한다. 따라서 휴대용 단말기(100)의 내부 공간에 별도의 방사체를 구현하지 않아도 되므로 휴대용 단말기(100)의 내부 공간 효율을 높일 수 있다. 또한 종래의 내장형 안테나의 성능을 열화시키는 금속 프레임(160)을 방사체로 사용함으로써 금속 프레임(160)에 의한 성능 열화를 방지할 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 내장형 안테나는 금속 프레임(160)을 방사체로서 사용하면서 두 개 이상의 급전부(210)를 금속 프레임(160)에 연결함으로써 다중 대역 특성을 갖도록 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 휴대용 단말기
110 : 케이스
120 : 디스플레이
130 : 스피커
140 : 마이크로폰
160 : 금속 프레임
210 : 급전부
220 : 인쇄회로기판

Claims (6)

1. 휴대용 단말기의 내장형 안테나로서,
   급전을 위한 급전 라인을 구비하는 인쇄회로기판;
   상기 급전 라인에 연결되어 전류를 공급하는 적어도 두 개 이상의 급전부; 및
   상기 휴대용 단말기의 외관을 형성하고 상기 적어도 두 개 이상의 급전부와 연결되어 전자파를 방사하는 금속 프레임;을 포함하는 내장형 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 두 개 이상의 급전부는, 하나 이상의 급전 라인으로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속 프레임은, 상기 급전부의 개수에 대응하는 개수의 방사 부분으로 나누어지고,
   각 방사 부분은, 상기 급전부의 위치에 따라 전기적 길이가 서로 다르며 서로 다른 동작 주파수에서 공진하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 급전부 중 적어도 하나에는 임피던스 특성을 조절할 수 있는 매칭 유닛(matching unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 매칭 유닛은, 디지털 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 내장형 안테나.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 내장형 안테나를 포함하는 휴대용 단말기.

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