KR20230152364A - 상호 종속적으로 연결되는 다중대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대 단말기에 적용되며, 상호 종속적으로 연결되는 다중대역 안테나에 관한 것으로, 휴대 단말기에 있어서, 상기 휴대 단말기에 송수신된 신호에 따라 동작하도록 상호 종속적으로 연결되는 다중대역 안테나와; 상기 다중대역 안테나의 끝단부가 일정한 간격으로 이격되는 공진부로부터 전기적으로 커플링 되어 사용하고 하는 다수의 주파수 대역에 대해 공진함으로써, 뮤트(Mute)성능이 향상되어 전자파 인체 흡수율을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 휴대 단말기의 통화 시에 인체 및 손에 영향으로 인한 통화 성능의 저하를 줄일 수 있다.

Description

상호 종속적으로 연결되는 다중대역 안테나{MULTI-BAND ANTENNA THAT IS INTERCONNECTED}

본 발명은 다중대역 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대 단말기에 적용되며, 상호 종속적으로 연결되는 다중대역 안테나에 관한 것이다.

최근 이동통신 및 위성통신의 급속한 발달로 정보화 사회에서 무선 통신의 역할이 더욱 중요하게 되었다. 음성위주의 협대역 통신으로부터 출발한 무선통신 기술은 인터넷, 멀티미디어와 같은 광대역 통신으로 빠르게 변화하고 있다.

현재 IMT-2000과 초고속 이동통신을 이용한 4세대 이동통신 등 새로운 무선 서비스가 가속화되고 있다. 이러한 무선통신의 기반을 형성하는 기술은 바로 안테나 기술이고 그 성능이 통신의 질을 좌우하므로 그 중요도가 날로 증가하고 있다.

다양한 통신 서비스의 발달로 셀룰러 이동통신, PCS, 위성이동통신 등 각종 분야에 다양한 서비스 제공이 가능하게 됨에 따라, 단말기나 기지국의 통신 장비 등의 소형, 경량화를 구현하기 위한 무선 접속 방식, 전력 제어 및 간섭 제어기, 단말기 그리고 네트워크 시스템 기술 등에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이렇게 다양한 서비스 제공이 가능한 휴대 단말기가 점차 보급화 되어감에 따라 다양한 기능과 디자인의 단말기가 등장하고 있다.

최근 들어, 휴대 단말기는 대부분 바타입(bar type) 보다는 본체인 메인 바디와, 상기 메인 바디 상에서 소정의 힌지 모듈에 의해 일정 각도로 개폐 가능하도록 설치되는 폴더인 서브 바디로 구성되는 폴더 타입(folder type) 또는 플립 업 타입(flip-up type) 단말기가 주류를 이루고 있는 추세이다.

이러한 폴더 타입 단말기를 사용하는 이유는 본체에 연결되는 서브 바디(플립 커버나 폴더 포함)가 본체에 구성되는 다수의 키버튼을 보호하여 기기의 오동작을 방지하고, 통화시 음의 반사판역할을 수행하여 음을 모아주기 때문이다. 더욱이, 폴더 타입 단말기에서는 폴더 부분에 개별적으로 와이드 엘씨디 모듈을 장착할 수 있기 때문에 제품의 소형화와 함께 기능의 다양성을 구현하기에 유리하다.

통상적으로, 상기 폴더 타입 단말기에는 메인 바디 상에서 서브 바디를 일정 각도로 개폐시키기 위한 힌지 모듈이 장착된다. 상기 힌지 모듈은 서브 바디의 일정 개폐 각도를 지정하여 줄 뿐만 아니라, 폴딩되었을 때, 일정 탄성력을 저장하도록 하여 임의대로 상기 폴더가 개방되지 않는 역할을 역시 하게된다.

또한 상기 단말기가 점차 소형화, 경박 단소화 되어감과 동시에 그 기능의 다양성이 더욱 부각되고 있는 실정이다. 따라서, 상기와 같은 소비자의 욕구를 만족시키기 위해서는 기능을 유지 또는 향상시키면서 단말기의 부피를 최대한으로 줄여야 하는데 역점을 두고 있다.

한편, 기능의 다양성을 극대화시키면서 경박 단소화 되어 가는 단말기는 점점 사용자들의 편의성을 도모하게 되는데, 단말기 제조자들은 사용자가 휴대 단말기를 사용할 때 발생되는 불편한 문제점을 해소하고자 경주하고 있는 실정이다.

이러한 문제점으로 인해 기존 서비스와 신규 서비스가 가능하도록 2개 이상의 주파수 대역을 지원하는 다중대역(multi-band) 휴대 단말기가 널리 보급되고 있다.

이에 따라 휴대 단말기의 안테나도 1개 이상의 주파수 대역을 지원하는 다중대역 안테나로 발전하고 있다. 예를 들어 CDMA(Code Division Multiple Access) 대역은 통상적으로 824MHz ~ 894MHz의 주파수 대역에서 동작하고, PCS(Personal Communications Service) 대역은 1850MHz ~ 1990MHz에서 동작하는데, 수년전부터 하나의 휴대 단말기가 CDMA 대역과 PCS 대역을 동시에 지원할 수 있게 됨에 따라 안테나도 824MHz ~ 894MHz와 1850MHz ~ 1990MHz를 둘 다 지원하는 이중대역 안테나가 개발되었다.

또한 최근에는 GPS 대역인 1574MHz ~ 1576MHz까지 포함하여 CDMA/PCS/GPS를 지원하는 삼중대역 (Tripleband) 안테나의 수요가 증가하고 있는 추세이다

이와 같이 다중대역 안테나는 삼중대역 안테나의 상위 혹은 하위 대역을 광대역화시킨 것이다. 한편, 최근 들어 휴대폰의 미려한 디자인 및 사용자의 편이성을 도모하기 위하여 외장형 안테나 대신 내장형 안테나를 많이 사용하고 있다.

예를 들어, 휴대 단말기에 주로 쓰이는 인테나(intenna)의 형태로는 PIFA(Plnar Inverted F Antenna), 루프(Loop) 또는 모노폴(Monopole) 등이 있다.

도 1a 내지 도 1b는 종래의 휴대 단말기에 적용되는 내장형 안테나를 도시한 사시도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 일반적인 내장형 안테나는 주로 휴대 단말기의 상단부에 위치한다. 이는 휴대 단말기의 내부 구조에 따라 약간의 차이는 보일 수 있으나 대부분의 경우 안테나를 상단부에 구성함으로써, 최대의 안테나 성능을 가져올 수 있기 때문이다.

또한, 도 1b는 PIFA와 루프 형태의 인테나에 대한 일예를 나타낸 것으로서, 이 경우에는 인테나 패치와 상기 안테나 패치에 연결되는 급전부(Feeding Port), 및 단락부(Ground Port)로 구성되어 있다.

한편, 상술한 PIFA를 설계함에 있어서, 특정 단말기에 최상의 안테나 특성이 발현되도록 설계하여야 하는데, 이때, 안테나 장치의 설계시 고정 설계 파라미터와 가변 설계 파라미터를 고려하여 설계하게 된다. 상기 고정 설계 파라미터는 이미 정해진 단말기의 형태 및 크기에 따라 방사체의 길이, 폭 및 접지면과 방사체간의 이격 거리등은 어느 정도 정해진다.

따라서, 안테나 특성 매칭시 가변 설계 파라미터를 변경시켜 최상의 안테나 특성을 찾게 되는 것이다. 상기 가변 설계 파라미터로는 급전핀의 위치, 급전핀 및 접지핀의 폭, 급전핀과 접지핀간의 이격 거리, 방사체상에 형성되는 패턴의 형태등이 될 수 있을 것이다.

이러한 종래의 휴대 단말기에 적용되는 안테나는 주파수 모드에 상관없이 즉, 단일 대역 모드 또는 다중 대역 모드임에 상관없이 단일 패턴으로 구현되므로 각 대역 별로 뮤트(Mute) 성능뿐만 아니라, 안테나 방사 특성이 저하되는 문제점으로 인하여 뮤트(Mute) 성능을 향상시키기 위해 안테나 게인(Gain)을 높이는데, 이는 Side effect로 전자파 흡수율을 악화시키는 원인이 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 휴대 단말기에 송수신되는 신호에 따라 동작하도록 상호 연결되며, 전기적으로 커플링 되어 사용하고자 하는 다수의 주파수 대역에 대해 공진함으로써, 뮤트(Mute)성능이 향상되어 전자파 인체 흡수율을 저감할 수 있는 다중대역 안테나를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 휴대 단말기의 통화 시에 인체 및 손에 영향으로 인한 통화 성능의 저하를 줄이는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 휴대 단말기에 있어서, 상기 휴대 단말기에 송수신된 신호에 따라 동작하도록 상호 종속적으로 연결되는 다중대역 안테나와, 상기 다중대역 안테나의 끝단부가 일정한 간격으로 이격되어 다수의 주파수 대역에 대해 공진하기 위한 공진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 휴대 단말기에 송수신되는 신호에 따라 동작하도록 상호 연결된 다중대역 안테나로부터 전기적으로 커플링 되어 사용하고자 하는 다수의 주파수 대역에 대해 공진함으로써, 뮤트(Mute)성능이 향상되어 전자파 인체 흡수율을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 휴대 단말기의 통화 시에 인체 및 손에 영향으로 인한 통화 성능의 저하를 줄일 수 있다.

도 1a 내지 도 1b는 종래의 휴대 단말기에 적용되는 내장형 안테나를 도시한 사시도
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나가 구비된 폴더형 휴대 단말기를 도시한 사시도
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나의 내부를 도시한 구조도
도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나의 정재파비를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나가 구비된 폴더형 휴대 단말기의 정면 및 측면 사용상태를 도시한 예시도

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 확인되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나가 구비된 폴더형 휴대 단말기를 도시한 사시도이다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대 단말기(200)는, 본체(210)와, 상기 본체(210)의 상단부에 힌지를 통해 중심으로 상대 회동 가능하게 결합되는 폴더(220)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(210)의 전면에는 각종 정보를 입력하기 위한 복수개의 키(230)와 사용자의 음성을 전송하기 위한 송화기(240)가 구비되어 있으며, 그 배면에는 배터리(250)가 착탈 가능하게 결합된다.

또한, 상기 본체(210) 내부의 상단부에는 다중대역 안테나(260)가 설치된다.

상기 다중대역 안테나(260)는 사용하고자 하는 GSM 주파수 대역과 DCS 주파수 대역에 해당 길이와 간격의 패턴으로 소정의 패턴형 도전체일 수 있으나 이에 국한되지 않으며 다양한 형상의 안테나 방사체가 설치될 수 있을 것이다.

상기 폴더(220)는 상기 본체(210)와 축 A를 회전축으로 하여 폴딩되는데, 상기 폴더(220)에는 센터 힌지 암(222)이 형성되고, 상기 본체(210)의 양 측면에는 사이드 힌지 암(224, 226)이 형성되어 서로 마주보도록 설치된다.

또한, 상기 센터 힌지암(222)에는 힌지 모듈이 수납되어 상기 사이드 힌지암(224, 226)에 일부가 고정되어 연동됨으로써 폴더(220)의 개폐감을 사용자에게 제공함과 동시에 폴더(220)의 동작 중 일정 시점에서 개방 및 폐쇄되는 방향으로의 방향 전환을 유도하는 역할을 한다.

상기 폴더(220)의 전면에는 소정의 영상 정보를 출력하기 위한 디스플레이 장치(270)가 설치되어 있고, 상대방으로부터의 음성을 전달받기 위한 수화기(122)가 구비된다.

한편, 도 2b에 도시한 바와 같이 본체(210)의 내부에는 각종 정보를 입력하고 통신을 제어할 수 있도록 메인 보드(280)가 설치된다. 이러한 메인 보드(280)의 상단부에는 다중대역 안테나(260)가 설치되어 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 메인 보드(280)의 일정 영역에는 미도시 되었으나 무선 송수신회로가 형성된다.

이러한 무선 송수신 회로는 복수의 주파수 대역 예를 들어, 880∼960MHz의 GSM(Global Systems for Mobile communication) 주파수 대역, 171∼188GHz의 DCS(Digital Cordless System) 주파수 대역, 185∼199GHz의 PCS(Personal Communication Service) 주파수 대역 등의 신호를 송수신하는 역할을 수행한다.

상기 무선 송수신 회로는 휴대 단말기(200)로부터 출력된 GSM 주파수 대역 및 DCS 주파수 대역의 신호를 다중대역 안테나(260)로 송신하거나 상기 다중대역 안테나를 통해 수신되는 GSM 주파수 대역 및 DCS 주파수 대역의 신호를 휴대 단말기(200)로 송신하는 역할을 수행한다.

상기 무선 송수신 회로는 역시 별도의 스위칭 소자가 설치되어 GSM 주파수 대역과 DCS 주파수 대역의 신호에 따라 다중대역 안테나(200)를 선택적으로 동작하도록 수행하며, 상기 휴대 단말기가 통화모드인 경우에 사용자의 인체와 가깝게 위치하므로, 다중대역 안테나의 수신감도 보다는 뮤트(Mute)성능을 향상시켜 전자파 인체 흡수율(Specific Absorption Rate : SAR)을 저감시키기 위함이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나의 내부를 도시한 구조도이고, 도 4a 내지 도 4b는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나의 정재파비를 나타낸 그래프이다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 다중대역 안테나(260)는 유전율을 갖는 기본체(300)와, 제1안테나(310), 및 제2안테나(320)를 각각 급전하기 위한 두 개의 급전부를 포함한다.

상기 기본체(300)는 서로 다른 다면을 갖는 유전성 재료로 안테나 패턴이 형성되는 몸체 역할을 하고, 소정의 유전체일 수 있으나 이에 국한되지 않으며 다양한 형상의 유전체가 설치될 수 있을 것이다.

상기 제1안테나(310)는 기본체(300)의 하부면에 형성되어 휴대 단말기(200)로부터 송수신된 신호를 급전하기 위한 제1급전부(330) 및 상기 제1급전부(330)로부터 기본체(300)의 서로 다른 다면에 따라 굴곡되어 DCS 주파수 대역에 해당하는 길이의 패턴으로 형성된다.

상기 제2안테나(320)는 상기 제1급전부(330)와 인접되어 일정 거리에 상호 종속적으로 연결되며, 휴대 단말기(200)로부터 송수신된 신호를 급전하기 위한 제2급전부(340) 및 상기 제2급전부(340)로부터 상기 제1안테나(310)에 대칭되어 GSM 주파수 대역에 해당하는 길이의 패턴으로 형성된다.

또한, 상기 제1안테나(310)와 제2안테나(320)의 끝단부가 일정한 간격(예를 들어, 2mm~7mm)으로 이격되어 각 주파수 대역에 대해 공진하기 위한 공진부(350)를 제공한다.

상기 다중대역 안테나(260)는 제1급전부(330)와 제2급전부(340)로부터 급전된 신호에 의해 제1안테나(310)와 제2안테나(320)가 전기적으로 상호 커플링 되어 사용하고자 하는 GSM 주파수 대역 및 DCS 주파수 대역에 대해 공진함으로써, 뮤트(Mute)성능이 향상되어 전자파 인체 흡수율을 저감할 수 있다.

더욱이, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 다중대역 안테나(260)는 상기 제1급전부(330)와 제2급전부(340)가 연결된 부위에 가로 길이방향의 슬롯(360)이 형성되며, 상기 슬롯(360)의 크기에 따라 원하지 않는 주파수 대역의 기생공진을 제거할 수 있다. 즉, 상기 슬롯이 다중대역 안테나에 형성된 상태에서 500Mhz~21GHz대역 전반에 걸쳐 정재파비를 측정한 결과, 도 4a와 도 4b에 나타난 바와 같이 630MHz의 주파수 대역에서 기생공진이 제거되어 우수한 반사손실 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 다중대역 안테나가 구비된 폴더형 휴대 단말기의 정면 및 측면 사용상태를 도시한 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 휴대 단말기(200)는 상기 본체(210)의 상단부에 내장된 다중대역 안테나(260)에 의해 통화하게 됨으로써, 사용자가 통화 시에 휴대 단말기를 감싸쥐는 형태로 잡고, 휴대 단말기(200)가 떨어지지 않도록 손가락으로 다중대역 안테나(260)의 공진부(350)를 지지하면서 뮤트(Mute)성능이 상대적으로 더 향상됨으로서 인체 및 손에 의한 영향으로 인한 통화 성능의 저하를 줄일 수 있다.

표 1은 GSM 주파수 대역 및 DCS 주파수 대역에 따른 본 발명의 다중대역 안테나(260)가 구비된 폴더형 휴대 단말기(200)와 종래의 내장형 안테나가 구비된 폴더형 휴대 단말기(2)를 비교한 뮤트(Mute)율의 시험 결과를 나타낸 것으로서, 표 1에 나타낸 바와 같이 송수화의 뮤트(Mute)율이 우수함을 알 수 있다.

[표 1]

또한, 표 2는 GSM 주파수 대역에 따른 본 발명의 다중대역 안테나(260)가 구비된 폴더형 휴대 단말기(200)와 종래의 내장형 안테나가 구비된 폴더형 휴대 단말기(2)를 비교하여 송수신율의 시험 결과를 나타낸 것이며, 표 3은 DCS 주파수 대역에 따른 송수신율의 시험 결과를 나타낸 것이다.

[표 2]

[표 3]

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 휴대 단말기에 있어서,
   상기 휴대 단말기에 송수신된 신호에 따라 동작하도록 상호 종속적으로 연결되는 다중대역 안테나와;
   상기 다중대역 안테나의 끝단부가 일정한 간격으로 이격되어 다수의 주파수 대역에 대해 공진하기 위한 공진부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 적용되는 다중대역 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 다중대역 안테나는 유전율을 갖는 서로 다른 다면의 기본체와,
   상기 기본체의 하부면에 형성되어 휴대 단말기로부터 송수신된 신호를 급전하기 위한 제1급전부와,
   상기 제1급전부로부터 기본체의 서로 다른 다면에 따라 굴곡되어 제1주파수 대역에 해당하는 길이의 패턴으로 형성되는 제1안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 적용되는 다중대역 안테나.
3. 제2항에 있어서, 상기 다중대역 안테나는 상기 제1급전부와 연결되어 휴대 단말기로부터 송수신된 신호를 급전하기 위한 제2급전부와,
   상기 제2급전부로부터 상기 제1안테나에 대칭되어 제2주파수 대역에 해당하는 길이의 패턴으로 형성되는 제2안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 적용되는 다중대역 안테나.
4. 제3항에 있어서, 상기 다중대역 안테나는 상기 제1안테나와 제2안테나가 전기적으로 상호 커플링 되어 다수의 주파수 대역에 대해 공진하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 적용되는 다중대역 안테나.
5. 제4항에 있어서, 상기 다수의 주파수 대역은 GSM 주파수 대역 및 DCS 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 적용되는 다중대역 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 다중대역 안테나는 상기 휴대 단말기로부터 송수신된 신호를 급전하기 위한 제1급전부와
   제2급전부가 연결된 부위에 슬롯이 형성되어 상기 슬롯의 크기에 따라 원하지 않는 주파수 대역의 기생공진을 제거하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 적용되는 다중대역 안테나.