KR20210032587A

KR20210032587A - 폴더블 디바이스의 안테나

Info

Publication number: KR20210032587A
Application number: KR1020190113365A
Authority: KR
Inventors: 김경식; 김범진; 김태홍; 전현구
Original assignee: 주식회사 갤트로닉스 코리아
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-03-25
Also published as: KR102239022B1

Abstract

폴더블 디바이스가 펼쳐졌을 때와 접혀졌을 때에 상관없이 안테나의 특성이 온전하게 유지되는 개선된 구조의 폴더블 디바이스의 안테나가 개시된다.
폴더블 디바이스의 안테나는
서로 접혀지는 제1프레임 및 제2프레임을 가지는 폴더블 디바이스의 안테나에 있어서,
상기 제1프레임에 형성되며 제1방사체를 가지는 제1안테나; 및
상기 제2프레임에 형성되며, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 서로 접혀졌을 때 상기 제1안테나와 대면하는 위치에 설치되는 제2방사체를 가지는 제2안테나;
를 포함하며,
상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 펼쳐졌을 때, 상기 제1안테나 및 제2안테나가 고유의 정상적인 안테나 특성을 발휘하며, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 접혀졌을 때, 상기 제1안테나의 상기 제1방사체와 상기 제2방사체가 서로 커플링되어 상기 제2안테나의 주파수 공진 특성을 보완함으로써 제2안테나의 주파수 공진 특성이 저하되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴더블 디바이스의 안테나 {Antenna for foldable device}

본 발명은 폴더블 디바이스(foldable device)에 적합한 안테나에 관한 것으로서 특히 폴더블 디바이스가 펼쳐졌을 때와 접혀졌을 때에 상관없이 안테나의 특성이 온전하게 유지되는 개선된 구조의 폴더블 디바이스의 안테나에 관한 것이다.

2017년 4분기부터 보이던 Smart phone 시장 성장률이 2018년 -1.3% 마이너스 성장률을 기록하는 한편, 침체기에 접어든 Smart phone 시장에 Foldable phone이 새로운 부흥을 이끌 기대주로 전망되고 있다.

도 1은 폴더블폰의 시장 전망을 보인다.

도 1을 참조하면, 폴더블폰은 2019년 320만대에서 2022년 5010만대로 3년 내로 16배가량 폭증할 것으로 전망되고 있다. 이에 따라, Global smart phone 제조사 대부분이 폴더블폰을 준비하고 있는 중이다.

폴더블폰은 혁신적인 폼 팩터(Form factor)를 통해 휴대성과 대화면 경험을 완벽하게 결합하여 동시에 여러 작업을 빠르고 편리하게 할 수 있는 멀티태스킹 환경을 제공할 것으로 예측되고 있다.

삼성디스플레이, LG디스플레이 등 유기 발광 다이오드(OLED) 업체와 플렉시블 인쇄회로기판(Flexible PCB, 연성인쇄회로기판) 제조업체, 힌지 제조업체등 관련 산업 내에서 새로운 가치를 창출하기 위해 새로운 형태인 폴더블폰의 등장으로 한층 도약할 계기가 될 것 이다. LG디스플레이의 경우 이미 화웨이, 레노버 등과 폴더블폰 관련 협업을 하고 있다는 외신 보도가 나오고 있다.

폴더블폰은 화면을 접으면 휴대가 용이하고, 화면을 펼치면 대면적 디스플레이 화면을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

도 2는 폴더블폰을 보인다.

도 2를 참조하면, 폴더블폰(10)은 서로 접혀질 수 있는 두 개의 프레임(310, 330)을 갖는 것을 알 수 있다.

도 3은 폴더블폰의 구조를 보인다.

도 3의 (a)를 참조하면, 폴더블폰(10)은 플렉서블디스플레이패널(100), 제1 및 제2 몸체(210,230), 제1 및 제2프레임(310,330), 힌지부재(400), 제1 및 제2지지대(510,530)를 포함한다.

플렉서블디스플레이패널(100)은 사용자의 명령을 터치 방식으로 수신할 수 있도록 정전식 또는 감압식 터치 입력이 가능한 터치스크린으로 제작될 수 있다.

제1 및 제2몸체(210,230)는 각각 플렉서블디스플레이패널(100)의 후면 좌측 일부분 및 우측 일부분에 각각 부착 고정된다.

제1 및 제2몸체(210,230)는 플렉서블디스플레이패널(100)을 지지하는 내측면이 편평하게 형성되며, 내측에는 인쇄회로기판(미도시) 및 배터리(미도시) 등의 전자부품들이 수납되는 수납공간을 형성한다.

또한, 제1 및 제2지지대(510,530)가 제1 및 제2몸체(210,230)로 당겨지도록 제1몸체(210)와 제1지지대(510) 사이에 인장스프링(720, 도 3의 (b) 참조)이 설치된다. 인장스프링(720)의 일단(721)은 제1몸체(210)에 고정되고, 타단(723)은 제1지지대(510)에 고정된다. 도면에 도시하지 않았으나, 제2몸체(230)와 제2지지대(530) 사이에도 인장스프링(720)이 설치된다.

제1 및 제2프레임(310, 330)은 힌지부재(400)에 힌지 연결된다. 이에 따라, 제1 및 제2프레임(310,330)은 각각 제1 및 제2몸체(210,230)와 힌지부재(400)를 중심으로 회전하여 플렉서블디스플레이패널(100)을 접거나 펼 수 있다.

기존의 폴더 폰 및 슬라이드 폰의 폼 팩터(form factor)에서는 일반적으로 하단 안테나 위치 및 일원화된 안테나로 구성되어 추가적인 성능구현 확보에 어려움이 있었다. 이는 폴더 폰 및 슬라이드 폰의 구조적 변화가 안테나 주파수 공진에 영향을 주게 되며, 구조적 형태에 따라 상반되는 안테나 특성을 나타나게 되는 것을 알 수 있다. 폴더 폰과 슬라이드폰의 open / close에 따른 구조적 변화가 안테나 특성에 영향을 주며, 일반적으로 Close일 때 성능 저하가 발생된다.

제1프레임(310)에 안테나(미도시)를 설치하였다고 가정할 때, 폴더블폰(10)이 펼쳐져 있을 때(open 상태)는 안테나가 정상적인 공진 특성을 유지하지만 폴더블폰(10)이 접혀져 있을 때(close 상태)는 안테나가 정상적인 공진 특성을 유지하지 못하게 된다.

그 이유는 안테나가 설치된 제1프레임(310)에 제2프레임(330)이 접혀질 때, 이 제2프레임(330)과의 간섭으로 인하여 안테나의 공진 특성이 변화된다. 특히, 제1 및 제2프레임(310, 330)이 메탈 재질로 이루어져 있을 경우 안테나 특성의 변화가 심각하게 나타난다. 즉, 폴더블폰(10)이 접혀져 있을 때에 안테나의 성능 저하가 나타난다.

이와 같이 폴더블폰의 open / close에 따른 구조적 변화가 안테나 성능에 영향을 크게 주는 만큼, 그에 따라 안테나 성능을 확보하는데 더 많은 시간과 노력이 필요하며, 접근할 수 있는 안테나 타입도 제한적이라는 문제점이 있었다.

대한민국특허청 등록특허 10-1875855 (2018년07월06일)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 폴더블 디바이스의 open/close에 따른 구조적 변화에 대응하는 개선된 안테나 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 폴더블 디바이스의 open/close에 상관없이 메인 안테나 및 보조 안테나가 온전한 안테나 특성을 유지하는 개선된 안테나 구조를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 폴더블 디바이스에 적합한 안테나는

서로 접혀지는 제1프레임 및 제2프레임을 가지는 폴더블 디바이스의 안테나에 있어서,

상기 제1프레임에 형성되며 제1방사체를 가지는 제1안테나; 및

상기 제2프레임에 형성되며, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 서로 접혀졌을 때 상기 제1안테나와 대면하는 위치에 설치되는 제2방사체를 가지는 제2안테나;

를 포함하며,

상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 펼쳐졌을 때, 상기 제1안테나 및 제2안테나가 고유의 정상적인 안테나 특성을 발휘하며, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 접혀졌을 때, 상기 제1안테나의 상기 제1방사체와 상기 제2방사체가 서로 커플링되어 상기 제2안테나의 주파수 공진 특성을 보완함으로써 제2안테나의 주파수 공진 특성이 저하되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1방사체는 그라운드 커플링 급전 구조 방사체인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1방사체 및 상기 제2방사체는 그라운드 커플링 급전 구조 방사체인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1안테나는 Slit-PIFA(Slit Plane Inverted F Antenna, 슬릿 - 평면 역 F 안테나)인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 Slit-PIFA는 상기 제1프레임에 수용되는 인쇄회로기판의 그라운드레이어 상에 설치되며, 그라운드 패턴의 일부를 도려내어 형성한 그라운드슬롯(ground slot) 상에 설치된 것임을 특징으로 한다.

여기서, 상기 Slit-PIFA는 상기 인쇄회로기판과는 별개의 사출물에 구현된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 Slit-PIFA는 상기 제1방사체를 감싸는 커플링그라운드패턴을 더 포함하며, 상기 커플링그라운드패턴은 상기 그라운드 패턴을 연장하여 상기 제1방사체를 감싸도록 한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 커플링그라운드패턴은 상기 제1방사체로부터 최대 2mm의 간격으로 이격되고 사용 주파수 대역에 상응하는 안테나 길이를 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 Slit-PIFA의 접지 패드는 상기 폴더블 디바이스의 힌지(Hinge)쪽 그라운드에 접지되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 Slit-PIFA의 종단점은 상기 제1프레임의 바깥쪽으로 설치된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2안테나는 커플링모노폴안테나인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 겹쳐졌을 때, 상기 Slit-PIFA의 상기 제1방사체의 일부가 상기 커플링모노폴안테나의 상기 제2방사체와 겹치도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 안테나는 종래의 일원화된 안테나와는 다르게 커플링모노폴안테나와의 전기적 결합에 의한 복수의 안테나 형태를 가지게 되므로, Slit-PIFA 혹은 Coupling monopole antenna + Slit-PIFA가 폴더블 구조의 이점에 맞게 선택될 수 있다.

또한 폴더블 구조와 갭이 없는 메탈 프레임(metal frame without gap)이 접목되는 구조에서도 PCB 내장(PCB Embedded) 안테나 구현이 용이하다.

또한, 추가 사출물에 Slit-PIFA를 구현함으로써 설치 조건을 보다 폭 넓게 적용할 수 있다.

도 1은 폴더블폰의 시장 전망을 보인다.
도 2는 폴더블폰을 보인다.
도 3은 폴더블폰의 구조를 보인다.
도 4는 폴더블폰이 펼쳐져 있을 때는 안테나 구성을 보인다.
도 5는 도 4에 도시된 Slit-PIFA의 각 주파수 대역을 구현하기 위한 슬릿들을 보이는 블록 다이어그램이다.
도 6은 도 4에 도시된 커플링모노폴안테나의 방사체를 보이는 블록 다이어그램이다.
도 7은 폴더블폰이 접혀졌을 때의 안테나 구성을 보인다.
도 8은 Slit-PIFA의 종단점이 형성된 영역을 보인다.
도 9는 제1프레임에 구현된 Slit-PIFA의 상세한 구성을 보인다.
도 10은 Slit-PIFA의 단면 구성을 보인다.
도 11은 제2프레임에 구현된 커플링모노폴안테나를 보인다.
도 12는 커플링모노폴안테나의 단면 구성을 보인다.
도 13은 폴더블폰이 접혔을 때의 안테나 구성을 보이는 투시도이다.
도 14는 Slit-PIFA와 커플링모노폴안테나의 커플링 작용을 설명하기 위한 것이다.
도 15는 폴더블폰이 펼쳐져 있을 때의 Slit-PIFA의 주파수 특성을 보인다.
도 16은 폴더블폰이 펼쳐져 있을 때의 커플링모노폴안테나의 주파수 특성을 보인다.
도 17은 폴더블폰이 접혀졌을 때의 커플링모노폴안테나의 주파수 특성을 보인다.
도 18은 종래의 폴더블폰과 본 발명에 따른 폴더블폰에 있어서 폴더블폰이 접혀져 있을 때의 커플링모노폴안테나의 주파수 공진 특성을 비교하여 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 폴더블 디바이스의 기구적 특성을 이용하여 열려있을 때는 접히는 면 안쪽 영역에 설치되는 두 개의 서로 다른 안테나를 구현하였고 접혔을 때는 두 개의 안테나가 커플링 작용에 의해 하나의 안테나로 동작되는 폴더블 디바이스에 적합한 안테나를 구현한 것을 특징으로 한다.

기존 구현된 안테나의 성능은 접히는 기구적인 특성(폴더블폰뿐만 아니라 접히는 노트북 및 폴더폰 등)에 있어서 open/close에 따라 안테나 성능이 저하되거나 혹은 서로 완전히 다른 성능 나타내고 있어서, 본 발명은 이를 보완하고자 하는 것이다.

본 발명은 서로 겹쳐지는 제1 및 제2프레임을 가지는 폴더블 디바이스에 있어서 제1프레임에 제1안테나(메인 안테나)를 설치하고 제2프레임에 제2안테나(보조 안테나)를 설치하되, 제1 및 제2프레임이 접혀졌을 때(close 상태)에서는 제1안테나의 방사체와 제2안테나의 방사체가 커플링됨으로써 제2안테나의 특성이 열화되지 않도록 보완하도록 한 것이다.

폴더블 디바이스가 가져야 할 메인 안테나 특성은 폴더블 디바이스가 펼쳐 졌을 때의 제1안테나(Slit-PIFA antenna)에서 구현되며, 이때 선택에 따라 제2안테나(Coupling monopole antenna)는 Middle/High 주파수대역에 다이버시티 안테나(Diversity Antenna) 역할을 하도록 구성하는 것이 가능하다.

제2의 안테나의 주된 목적은 기구적인 특성이 달라졌을 시(폴더블 디바이스가 접혔을 시)에도 제1안테나 특성이 정상적으로 유지되도록 비교적 구현이 쉬운 제2 안테나를 Coupling을 위해 이용하는 것이다. 즉, 폴더블 디바이스가 펼쳐졌을 때는 제2안테나가 SUB antenna의 역할을 하고 폴더블 디바이스가 접혀졌을 때는 제2안테나가 Coupling monopole antenna의 역할을 하게 되는 것이다.

이하의 설명에 있어서, 본 발명을 폴더블폰에 적용한 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명은 폴더 폰, 슬라이드 폰, 접히는 노트북 등에 모두 적용할 수 있음을 주목하여야 한다.

도 4는 폴더블폰이 펼쳐져 있을 때는 안테나 구성을 보인다.

도 4에 있어서 (a)는 투시도이고 (b)는 구성도이다.

도 4를 참조하면, 폴더블폰(40)은 서로 접혀지는 제1 및 제2프레임(410, 420)을 갖는다. 제1 및 제2프레임(410, 420)은 메탈 재질의 것이며 내부에는 배터리(450, 452) 및 인쇄회로기판(PCB; 460, 470)이 수용된다.

제1프레임(410)에 수용되는 제1인쇄회로기판(460) 상에는 Slit-PIFA(Plane Inverted F Antenna(평면 역 F 안테나), 430)가 구성되어 있고, 제2프레임(420)에 수용되는 제2인쇄회로기판(470) 상에는 커플링모노폴안테나(coupling monopole antenna, 440)가 구성되어 있다. 여기서, Slit-PIFA(430)는 본 발명의 요약에 있어서의 제1안테나에 해당하고 커플링모노폴안테나(440)는 본 발명의 요약에 있어서의 제2안테나에 해당한다.

다르게는 상기 Slit-PIFA는 설치 조건을 폭넓게 적용할 수 있도록 제1프레임(410)에 수용되는 별도의 사출물(미도시) 상에 설치할 수도 있다.

여기서, Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)는 제1프레임(410)과 제2프레임(420)이 접혀졌을 때 서로 대면하는 위치에 설치된다.

보다 정확하게는, 제1프레임(410)과 제2프레임(420)이 접혀졌을 때 Slit-PIFA(430)를 구성하는 제1방사체(432)의 일부와 커플링모노폴안테나(440)를 구성하는 제2방사체(442)가 겹쳐지도록 설치된다. 이는 Slit-PIFA(430)을 광대역을 위한 브리지 구조로 설계했을 때, 주파수 대역별로 커플링에 의한 영향을 다르게 하기 위해 필요하다.

한편, Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)는 각각 그라운드 커플링 급전 구조 방사체(432, 442; 본 발명의 요약에 있어서의 제1방사체 및 제2방사체)를 갖는다.

폴더블폰(40)이 펼쳐져 있을 때, Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)는 서로간의 커플링 작용이 없기 때문에 각각의 안테나 특성에 따라 동작한다.

반면에 폴더블폰(40)이 접혀져 있을 때는, Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)는 서로 전기적으로 커플링되고, 이러한 커플링은 커플링모노폴안테나(440)의 주파수 공진 특성이 정상 범위에서 벗어나지 않도록 보완 또는 안테나 성능 개선에 큰 역할을 한다.

이에 따라 폴더블폰(40)의 open/close 여부에 관계없이 Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)는 정상적인 주파수 공진 특성을 유지하게 된다.

본 발명에서 Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)의 조합을 구현하고 있다. 그 이유는 Slit-PIFA(430)에 커플링되는 커플링모노폴안테나(440)가 커플링에 따른 성능 특성을 설계하기에 가장 용이하며, 특성 검토를 위한 변수가 적다는 점이 있기 때문이다. 또한 커플링모노폴안테나(440)의 특성상 자체적으로 주파수 대역폭이 넓다는 장점이 있기에 선택하게 되었다.

도 5는 도 4에 도시된 Slit-PIFA의 각 주파수 대역을 구현하기 위한 슬릿들을 보이는 블록 다이어그램이다.

도 5를 참조하면, Slit-PIFA(430)의 방사체(제1방사체, 432)는 저주파수 대역을 위한 슬릿(432a, 도 5의 (a) 참조), 중간주파수 대역을 위한 브리지 방사체(432b, 도 5의 (b) 참조), 고주파수 대역을 위한 브리지 방사체(432c, 도 5의 (c) 참조)들을 구비한다.

PIFA 타입의 안테나는 회로적으로 방사체의 한쪽을 단락시키고 다른 한 쪽은 개방을 시킨 후 급전부 방향으로 적당한 길이를 형성하여 리액턴스를 최소화시키는 공진 구조를 가지고 있으며 접지면상에 적당한 높이로 설치할 경우 SAR(Specific Absorption Rate)을 줄이는데 좋은 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또한, PIFA 타입의 안테나에서 광대역화를 이룰 수 있는 방안으로써 서로 다른 주파수 영역에서 공진하는 복수의 가지 구조(bridge structure) 방사체에서 각 슬릿 및 브리지 방사체의 길이와 크기를 조절하여 연결시키는 방법이 이용되고 있다.

Slit-PIFA(430)는 설정된 Low/Middle/High 주파수 공진을 형성한다. 또한, Slit-PIFA(430)는 커플링그라운드패턴(438, 도 9 참조)을 추가 구성함으로써, 보다 쉽게 선택적 주파수의 공진 형성이 가능하며, 브리지 구조를 이루는 복수의 슬릿과의 커플링 에너지의 전기적 결합에 따라 다중 주파수 공진형성에 도움을 준다.

특히, 커플링그라운드패턴(438)은 폴더블폰(40)이 Close일 때 제1프레임(410)에 설치된 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)와 제2프레임(420)에 설치된 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442)와의 전기적 결합을 유도하는 역할을 하여 새로운 저주파 대역에서의 주파수 공진 형성에 도움을 준다.

Slit-PIFA(430)의 저주파수 대역, 중간주파수 대역, 고주파수 대역 각각의 주파수 범위는 다음과 같을 수 있다.

저주파수 대역 : 약 800MHz ~ 1000MHz

중간주파수 대역 : 약 1700MHz ~ 2200MHz

고주파수 대역 : 약 2200MHz ~ 3600MHz

여기서, 각 주파수 대역은 필요에 따라 다르게 설정 가능할 수 있다.

Low/Middle/High의 각 표시된 주파수 대역 담당 슬릿 및 브리지 방사체(432a, 432b, 432c)가 담당하는 주파수 범위는 브리지 구조를 이루는 위치 및 물리적 길이에 따라 결정된다. 커플링그라운드패턴(438)은 커플링 에너지의 전기적 결합에 의해 각 슬릿 및 브리지 방사체(432a, 432b, 432c)에 의한 주파수 공진 형성 및 대역폭 확장에 일조한다.

도 6은 도 4에 도시된 커플링모노폴안테나의 방사체를 보이는 블록 다이어그램이다.

도 6에서 (a)는 폴더블폰(40)이 펼쳐졌을 때 제2방사체(442)가 middle/high 대역을 위한 방사체로 작용하는 상태를 보이고 있고, (b)는 폴더블폰(40)이 접혀졌을 때 제2방사체(442)가 low/middle/high 대역을 위한 방사체로 작용하는 상태를 보이고 있다.

커플링모노폴안테나(440)의 저주파수 대역, 중간주파수 대역 및 고주파수 대역 각각의 주파수 범위는 아래와 같을 수 있다.

저주파수 대역 : 약 800MHz ~ 1000MHz

중간주파수 대역 : 약 1700MHz ~ 2200MHz

고주파수 대역 : 약 2200MHz ~ 3600MHz

Low/Middle/High의 주파수 대역은 제2방사체(442)의 위치 및 물리적 길이에 따라 결정된다.

도 7은 폴더블폰이 접혀졌을 때의 안테나 구성을 보인다.

도 7에 있어서 (a)는 제2프레임(420)에 설치된 커플링모노폴안테나(440)를 보이고, (b)는 제1프레임(410)에 설치된 Slit-PIFA(430)를 보이고 (c)는 Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)가 서로 겹쳐진 것을 보인다.

도 7의 (c)를 참조하면, 제1프레임(410)에 설치된 Slit-PIFA(430)와 제2프레임(420)에 설치된 커플링모노폴안테나(440)의 전기적 에너지 결합을 통해 복수 이상의 주파수 공진을 생성하게 되는 것을 알 수 있다.

폴더블폰(40)이 접혀졌을 때 제1프레임(410)에 설치된 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432) 즉, 그라운드 커플링 급전 구조 방사체가 제2프레임(420)에 설치된 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442) 즉, 그라운드 커플링 급전 구조 방사체와의 전기적 에너지 결합이 유도되고, 이때 제2프레임(440)에 설치된 제2방사체(442)의 패턴 두께 및 길이의 조절을 통해 제1프레임(410)과 제2프레임(420)이 겹쳐진 상태에서의 커플링모노폴안테나(440)의 주파수 대역을 조절할 수 있다.

한편, 폴더블폰이(40) 펼쳐져 있을 때, 제1프레임(410)에 설치된 Slit-PIFA(430)는 메인 안테나의 역할을 수행한다. Slit-PIFA(430)는 슬릿(slit)을 가지는 PIFA로써, 서로 다른 공진 주파수를 가지는 복수의 방사체를 브리지 형태로 결합함에 따라 Low / Middle / High band의 주파수 대역을 선택적으로 동작시킬 수 있다.

Slit-PIFA(430)는 그라운드 커플링 급전 구조의 제1방사체(432)를 이용하여 안테나 구현 공간의 축소를 기대할 수 있으며, 이에 따라 폴더블폰(40) 내부 공간의 효율적인 활용이 가능하다. 또한, 슬릿 및 브리지 방사체(432a, 432b, 432c)의 위치 및 길이에 따라 Middle/High band의 주파수 공진 형성에 도움을 줄 수 있다.

Slit-PIFA(430)에서 급전 선로와의 연결 구조는 자유롭게 구현 가능하며, 급전 패드는 일반적인 C_clip 타입부터 Solder type까지 사용될 수 있다.

여기서, C_clip은 일반적으로 PCB에서 Feed strip line 과 안테나와의 연결을 위해 알파벳 C의 형태로 만들어진 Clip이다.

Slit-PIFA(430)에서 접지 패드는 폴더블폰(40)의 힌지(Hinge)쪽 그라운드에 접지되어야 성능적인 측면에서 보다 유리할 수 있으며, 효과적인 안테나 방사(Radiation)를 위해 Slit-PIFA(430)의 종단점은 폴더블폰(40)의 바깥쪽에 형성되어야 한다.

도 8은 Slit-PIFA의 방사체종단점영역을 보인다.

도 8에서 빨간 색 점선 박스로 표시된 부분이 Slit-PIFA(430)의 방사체종단점영역(520, 522)에 해당한다. Slit-PIFA(430)의 방사체종단점영역(520, 522)이 폴더블폰(40)의 바깥쪽에 구현되면 안테나 방사(Radiation)에 좀 더 효과적이다.

또한, Slit-PIFA(430)를 감싸는 형태의 커플링그라운드패턴(438)을 추가 구성함에 따라 좀 더 세부적인 주파수 공진 형성 및 복수의 주파수 공진 형성이 가능하다.

또한, 커플링그라운드패턴(438)의 길이에 따라 혹은 Slit-PIFA(430)와 커플링 되는 위치에 따라 넓은 주파수 대역폭 형성 가능하다.

특히, 폴더블폰(40)이 접혔을 때 제1프레임(420)에 설치된 Slit-PIFA(430)과의 전기적 에너지 결합을 통해 커플링모노폴안테나(430)의 주파수 공진 특성을 개선할 수 있다.

도 9는 제1프레임에 구현된 Slit-PIFA의 상세한 구성을 보인다.

도 9를 참조하면, 제1프레임(410) 내부에 배터리(450)와 제1인쇄회로기판(460) 혹은 플렉시블 PCB가 수용된다. 제1인쇄회로기판(460)은 그라운드레이어(462)를 가지며, 그라운드레이어(462) 상에 Slit-PIFA(430)가 설치된다. 구체적으로 그라운드레이어(462)의 상측 일부를 도려내어 그라운드슬롯(ground slot, 464)을 형성하고 그라운드슬롯(464)의 상부에 Slit-PIFA(430)를 설치한다. 한편, 그라운드레이어(462)의 그라운드 패턴의 일부를 연장하여 Silt PIFA(430)를 감싸는 커플링그라운드패턴(438)이 형성된다. 커플링그라운드패턴(438)은 적절한 안테나 길이를 가진다.

통신에서의 주파수가 높아지면 파장의 폭도 줄어들며 안테나 길이도 짧아진다. 커플링 그라운드패턴(438)은 Slit-PIFA(430)의 방사체(432)를 감싸는 형태로 저주파수 대역 및 고주파수 대역의 길이를 가지는 두 개 이상의 그라운드 패턴을 추가 구성함에 따라 좀 더 세부적인 주파수 공진 형성이 가능해진다.

다른 형태로서 기구적인 결합의 완성도를 위해 인쇄회로기판(PCB) 혹은 플렉시블 기판(FPCB) 외에도 LDS+Carrier 형태에서도 자유롭게 구현이 가능하며, FPCB+Carrier 형태에서도 구현 가능하다.

LDS(Laser Direct Structuring)란 플라스틱 사출품에 직접 패터닝한 후 무전해도금을 이용하여 전도성 패턴을 형성하는 레이저 다이렉트 패터닝 방법이다.

LDS는 레이저를 이용하여 직접 플라스틱 제품에 회로를 패터닝함으로써 다양한 3차원 형상의 회로 형성이 가능하고, 기존의 PCB 등을 생략할 수 있어 부품수와 제품의 단가를 낮출 수 있는 장점을 가지고 있다. 이 때 안테나를 구현하기 위해 레이저 다이렉트로 패터닝 되는 플라스틱(PC재질) 제품이 일반적으로 안테나 캐리어(Antenna carrier)로 사용된다

기본적으로 Without gap type의 Metal body에서 안테나가 구성되었으며, 제1인쇄회로기판(462)의 그라운드 패턴을 이용하여 커플링그라운드패턴(438)을 형성하여 피드부(feed portion)인 Slit-PIFA(430)와의 전기적 결합을 통해 주파수 공진을 형성한다.

Slit-PIFA 기술을 통해 Low / Middle / High band의 주파수 대역을 가지는 안테나를 구현할 수 있으며, Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432, 그라운드 커플링 급전 구조 방사체)를 감싸는 형태의 커플링그라운드패턴(438)을 추가 구성함에 따라 좀 더 세부적인 주파수 공진 형성 및 복수의 주파수 공진 형성이 가능하다.

Slit-PIFA(430)은 제1방사체(432), 그라운드슬롯(464), 커플링그라운드패턴(438), 접지 패드, 종단점, 급전 패드 등을 포함하는 것으로서, 본 발명에서는 설명의 간략함을 위해 불필요한 요소들은 생략하여 도시하였다.

Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432) 외곽을 감싸는 형태로 최대 2mm 이내의 간격으로 인접한 커플링그라운드패턴(438)을 형성하여 커플링 구조를 형성하고 원하는 주파수에 따라 커플링그라운드패턴(438)의 길이를 결정할 수 있다.

특히, 이 Slit-PIFA(430)의 커플링그라운드패턴(438)은 제1방사체(432)의 좌/우측을 감싸게 됨에 따라 좀 더 세부적인 주파수 공진 형성 및 복수의 주파수 공진 형성이 가능하게 해준다.

또한, 커플링그라운드패턴(438)의 길이에 따라 혹은 Slit-PIFA(430)와 커플링 되는 위치에 따라 넓은 주파수 대역폭을 형성하는 것이 가능하다.

도 10은 Slit-PIFA의 단면 구성을 보인다.

도 10을 참조하면, 갭이 없는 메탈 타입의 제1프레임(410) 내부에 제1인쇄회로기판(460)가 수용되는 것을 알 수 있다. 또한, 제1인쇄회로기판(460)의 그라운드레이어(462)상에 Slit-PIFA(430)가 설치되며, 커플링그라운드패턴(438)이 Slit-PIFA(430)를 감싸도록 형성된 것을 알 수 있다.

다른 한편으로 제1프레임(410) 내부에 별도의 플렉시블 PCB나 플라스틱(PC 재질) 제품의 일반적 안테나 캐리어(Antenna carrier) 사출물(미도시)을 통해 Slit-PIFA(430)가 설치될 수 있다.

제1인쇄회로기판(FR4/에폭시 기판)은 4.4 유전율을 가지는 것으로서, 급전 패드는 일반적으로 C_clip 타입(일반적으로 PCB에서 Feed strip line 과 안테나와의 연결을 위해 알파벳 C의 형태로 만들어진 Clip) 및 Solder type까지 급전 선로와의 연결성은 자유롭게 구현 가능하다.

도 11은 제2프레임에 구현된 커플링모노폴안테나를 보인다.

도 11을 참조하면, 갭이 없는 메탈 타입의 제2프레임(420) 내부에 제2인쇄회로기판(470)이 수용된다. 제2인쇄회로기판(470)은 그라운드레이어(472)를 가지며, 그라운드레이어(472) 상에 제2방사체(442)를 갖는 커플링모노폴안테나(440)가 설치된다.

다른 한편으로, 제2프레임(420) 내부에 별도의 플렉시블 PCB나 플라스틱(PC재질) 제품의 일반적 안테나 캐리어(Antenna carrier) 사출물(미도시)을 통해 커플링모노폴안테나(440)가 수용된다.

커플링모노폴안테나(440)는 제2방사체(442), 접지 패드, 급전 패드 등을 포함하는 것으로서, 본 발명에서는 설명의 간략함을 위해 불필요한 요소들은 생략하여 도시하였다.

도 12는 커플링모노폴안테나의 단면 구성을 보인다.

도 12를 참조하면, 갭이 없는 메탈 재질의 제2프레임(420) 내부에 제2인쇄회로기판(470)이 수용되는 것을 알 수 있다. 또한, 제2인쇄회로기판(470)의 그라운드레이어(472) 상에 커플링모노폴안테나(440)가 형성된 것을 알 수 있다.

커플링모노폴안테나(440)에 있어서, 기본적으로 갭이 없는 메탈 프레임에서 단순한 모노폴 급전 구조의 안테나를 구현하여 Middle/High band의 주파수 대역을 구현 (폴더블폰이 펼쳤을 때 Diversity 안테나 역할 수행도 가능)할 수 있고, 폴더블폰(40)의 기구적 특성을 이용하여 폴더블폰(40)이 접혔을 때, Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432) 및 커플링그라운드패턴(438)과의 전기적 결합을 통해 하나의 안테나로 동작된다.

이는 각각 고유의 안테나 방사체 성능 외에 또 다른 저주파 대역에서의 새로운 주파수 공진 형성 및 다중 주파수 공진 형성 가능하다는 것을 의미한다.

도 13은 폴더블폰이 접혔을 때의 안테나 구성을 보이는 투시도이다.

도 13을 참조하면, 폴더블폰(40)이 접혀지면, Slit-PIFA(430)와 커플링모노폴안테나(440)가 서로 겹쳐지고, 이 과정에서 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)와 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442)가 서로 전기적으로 결합(즉, coupling)한다. 도시되지는 않았지만 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442)가 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)의 하부에 놓여진다.

도 14는 Slit-PIFA와 커플링모노폴안테나의 커플링 작용을 설명하기 위한 것이다.

도 14를 참조하면, 빨간 실선 위 영역(파란색 점선 영역)에서 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)와 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442)와의 커플링이 이루어지며, 보다 구체적으로는 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)의 일부 및 커플링그라운드패턴(438)과 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442)와의 커플링이 이루어지는 영역이다.

빨간 실선 아래 영역에 있는 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)의 다른 일부는 커플링모노폴안테나(440) 아래쪽의 그라운드레이어(472)와 겹쳐지게 되어 그라운드화(ground化) 되며 실체적인 방사체로서의 역할을 하지 못하게 된다.

결국, Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)에서 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442)와 겹쳐지는 부분은 Low 주파수 대역의 주파수 공진을 형성하고, Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)에서 커플링모노폴안테나(440) 측의 그라운드레이어(472)와 겹쳐지지 않으면서 커플링모노폴안테나(440)의 제2방사체(442)와도 겹쳐지지 않는 부분은 Middle/High 주파수 대역의 주파수 공진을 형성하는데 도움을 준다.

특히, Slit-PIFA(430)의 커플링그라운드패턴(438)은 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)의 좌/우측을 감싸게 됨에 따라 좀 더 세부적인 주파수 공진 형성 및 복수의 주파수 공진 형성을 가능하게 해준다.

도 15는 폴더블폰이 펼쳐져 있을 때의 Slit-PIFA의 주파수 특성을 보인다.

도 15는 그래프 상단의 문구와 같이 폴더블폰(40)을 펼쳤을 때 Slit-PIFA(430, 왼쪽 빨간색 점선표시)의 주파수에 대한 정재파비 및 Gain, Efficiency의 성능 검토 결과를 보인다.

갭이 없는 메탈 타입의 제1프레임(410) 안에 안테나 길이를 가지는 GND Slot 또는 GND pill cut면에 방사체를 형성하고, 커플링으로 전기적 결합을 유도하여 주파수 공진을 형성한다.

폴더블폴(40)만의 구조적 특징을 이용하여 두 개 혹은 복수의 안테나를 커플링하여 넓은 대역폭을 가지는 다중 주파수 공진 형성한다.

그라운드슬롯(464)을 통해 보다 손쉽게 길이에 따른 주파수 공진 형성하여 대략 800MHz ~ 3600MHz 범위의 주파수에서 동작 가능하다.

도 16은 폴더블폰이 펼쳐져 있을 때의 커플링모노폴안테나의 주파수 특성을 보인다.

폴더블폰(40)이 펼쳐진 구조에서 커플링모노폴안테나(440)가 독립적으로 동작되었을 시 Middle / High band에서의 주파수 공진을 형성한다.

갭이 없는 메탈 프레임 안에 안테나 주파수 길이를 가지는 그라운드슬롯(464) 또는 그라운드 필 컷(GND pill cut) 면에 제1방사체(432)를 형성하고, 폴더블폰(40)이 접혔을 때 제2안테나(440)와의 커플링에 의해 전기적 결합을 유도하여 새로운 주파수 공진을 형성한다.

이와 같이, 본 발명은 폴더블폰(40)만의 구조적 특징을 이용하여 두 개 혹은 복수의 안테나를 커플링하여 넓은 대역폭을 가지는 다중 주파수 공진 형성한다.

도 17은 폴더블폰이 접혀졌을 때의 커플링모노폴안테나의 주파수 특성을 보인다.

도 17은 그래프 상단의 문구와 같이 폴더블폰(40)을 접었을 때 커플링모노폴안테나(440, 왼쪽 빨간색 점선표시)의 주파수에 대한 정재파비 및 Gain, Efficiency의 성능 검토 결과를 보인다.

종래의 폴더블폰에 있어서는 폴더블폰이 접혀졌을 때 기구적인 특성 변경에 의해 안테나가 온전한 성능으로 동작되기 어렵기 때문에, 본 발명에서는 제2프레임(420)에 제2방사체(442)를 가지는 커플링모노폴안테나(440)를 설치하고 제1프레임(410)의 Slit-PIFA(430)의 제1방사체(432)와 전기적으로 커플링되도록 하여 커플링모노폴안테나(440)가 온전한 성능으로 동작될 수 있도록 한다.

도 18은 종래의 폴더블폰과 본 발명에 따른 폴더블폰에 있어서 폴더블폰이 접혀져 있을 때의 커플링모노폴안테나의 주파수 공진 특성을 비교하여 보인다.

도 18에서 (a)는 종래의 폴더블 폰에 있어서 폴더블폰이 접혀져 있을 때의 커플링모노폴안테나의 주파수 공진 특성을 보이고, (b)는 본 발명에서의 폴더블폰(40)에 있어서 폴더블폰(40)이 접혀 있을 때의 커플링모노폴안테나(440)의 주파수 공진 특성을 보인다.

(a)를 참조하면, 종래의 폴더블폰에 있어서 폴더블폰이 접혀졌을 때 커플링모노폴안테나의 Low/Middle/High 주파수 공진을 나타낸 것으로써, 이는 Low주파수 대역에서 주파수 공진 형성 및 Middle 주파수 대역에서 광대역의 주파수공진을 형성하기 어려운 단점이 있었음을 알 수 있다.

한편, (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 폴더블폰(40)에 있어서 이 접혀져 있을 때 커플링모노폴안테나(440)와 Slit-PIFA(430)를 커플링시켜줌에 폴더블폰(40) 의해 보다 넓은 주파수 공진 형성이 가능해졌으며, 커플링모노폴안테나(440)의 성능 또한 개선됨을 확인할 수 있다.

여기서 주안점으로는 폴더블폰(40)이 접히는 기구적 변화로 커플링모노폴안테나(440)가 Slit-PIFA(430)의 브릿지 방사체 및 커플링그라운드패턴(438)과의 커플링으로 인해 Low/Middle 주파수 대역에서의 주파수 공진 형성 및 광대역으로 성능 개선이 가능해졌다는 것이다.

이는 폴더블폰(40)이 접혀지게 되는 기구적 변화를 이용하여, 서로 독립적으로 동작하는 Slit-PIFA(430)과 커플링모노폴안테나(440)가 커플링 효과로 인해 우측 그림에 빨간 점선으로 표시된 긴 네모박스처럼 또 다른 주파수 공진을 형성하기 때문이다. 마찬가지로 그 오른쪽에 위치한 빨간 점선 네모박스도 커플링 효과로 인해 넓은 주파수 대역폭을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다.

종래의 폴더 폰의 경우 폴더가 접혔을 경우 안테나가 가지는 고유의 성능이 변화되거나 감소되는 부분이 크게 있으나, 본 발명에 따른 안테나의 경우 커플링 작용에 의해 안테나의 성능 저하를 방지할 수 있으며, 이러한 구조는 폴더폰 뿐만 아니라 폴더블 구조의 디바이스에도 적용 가능하다.

폴더블 디바이스의 접히는 기구적 구조를 이용하여, 폴더블 디바이스가 펼쳐졌을 때는 다중 주파수 대역을 가질 수 있는 Slit-PIFA(430)를 Main으로 또한 커플링모노플안테나(440)를 서브로 사용하도록 선택할 수 있고, 반대로 폴더블 디바이스가 접혔을 때는 커플링모노폴안테나(440)와 Slit-PIFA(430)와의 커플링 에너지의 전기적 결합에 의해 커플링모노폴안테나(440)에서 저주파 대역에서 새로운 주파수 공진형성 및 다중 주파수 공진형성이 가능하다.

본 발명의 안테나 기술을 실제 목업셋(Mockup set)에 적용하여 검토한 결과 대략 800MHz ~ 3600MHz 범위에서 안테나 동작이 가능한 주파수 공진 형성이 가능하며, 디바이스의 구성 조건(GND 조건, Matching value, 각 안테나 간의 Coupling 조건 등)에 따라 추가적으로 더 넓은 대역폭을 가지는 주파수 공진 형성 가능하다.

또한 본 기술에 대한 검증조건에 대해 기본적으로 Gapless type의 Metal body 형태를 적용였고, 안테나 성능저하의 원인 중에 하나인 Metal body가 With gap type의 Metal body 형태라면 한층 더 나은 성능확보에 용이하다.

본 발명의 안테나는 위에 언급된 800MHz ~ 3600MHz의 주파수 범위를 포함하는 모든 통신 기능에 적용 가능하다. (2G / 3G / 4G / SUB-6 / 5G)

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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

40...폴더블폰
410...제1프레임 420...제2프레임
430...Slit-PIFA 432...제1방사체
432a...슬릿 432b, 432c...브리지방사체
438...커플링그라운드패턴
440...커플링모노폴안테나 442...제2방사체
450, 452...배터리 460...제1인쇄회로기판
462...그라운드레이어 464...그라운드슬롯
470...제2인쇄회로기판 472...그라운드레이어
520, 522...방사체종단점영역

Claims

서로 접혀지는 제1프레임 및 제2프레임을 가지는 폴더블 디바이스의 안테나에 있어서,
상기 제1프레임에 형성되며 제1방사체를 가지는 제1안테나; 및
상기 제2프레임에 형성되며, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 서로 접혀졌을 때 상기 제1안테나와 대면하는 위치에 설치되는 제2방사체를 가지는 제2안테나;
를 포함하며,
상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 펼쳐졌을 때, 상기 제1안테나 및 제2안테나가 고유의 정상적인 안테나 특성을 발휘하며, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 접혀졌을 때, 상기 제1안테나의 상기 제1방사체와 상기 제2방사체가 서로 커플링되어 상기 제2안테나의 주파수 공진 특성을 보완함으로써 제2안테나의 주파수 공진 특성이 저하되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1방사체는 그라운드 커플링 급전 구조 방사체인 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제2항에 있어서, 상기 제2방사체는 그라운드 커플링 급전 구조 방사체인 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제3항에 있어서, 상기 제1안테나는 Slit-PIFA(Slit - Plane Inverted F Antenna, 슬릿 - 평면 역 F 안테나)인 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제4항에 있어서, 상기 Slit-PIFA는 인쇄회로기판의 그라운드레이어 상에 설치되며, 그라운드 패턴의 일부를 도려내어 형성한 그라운드슬롯(ground slot) 상에 설치된 것임을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제5항에 있어서, 상기 Slit-PIFA는 상기 제1방사체를 감싸는 커플링그라운드패턴을 더 포함하며, 상기 커플링그라운드패턴은 상기 그라운드 패턴을 연장하여 상기 제1방사체를 감싸도록 한 것임을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제6항에 있어서, 상기 커플링그라운드패턴은 상기 제1방사체로부터 최대 2mm의 간격으로 이격되고 사용 주파수 대역에 상응하는 안테나 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제4항에 있어서, 상기 Slit-PIFA의 접지 패드는 상기 폴더블 디바이스의 힌지(Hinge)쪽 그라운드에 접지되는 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제8항에 있어서, 상기 Slit-PIFA의 종단점은 상기 제1프레임의 바깥쪽으로 설치된 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제2안테나는 커플링모노폴안테나인 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.
제10항에 있어서, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임이 겹쳐졌을 때, 상기 Slit-PIFA의 상기 제1방사체의 일부가 상기 커플링모노폴안테나의 상기 제2방사체와 겹치도록 형성된 것을 특징으로 하는 폴더블 디바이스의 안테나.