KR920010205B1 - 휴대용 무선 장치 및 그의 안테나 시스템 - Google Patents

휴대용 무선 장치 및 그의 안테나 시스템 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

휴대용 무선 장치 및 그의 안테나 시스템
제1a도 및 제1b도는 특정 위치에서 본 발명에 따른 휴대용 무선 장치를 도시한 개략도.
제2도는 제1a도 및 제1b도의 무선 장치에 이용된 회로를 개략적으로 도시한 블럭도.
제3도는 본 발명의 상세한 실시예에 따른 안테나 부분을 상세하게 도시한 단면도.
제4a도 및 제4b도는 실시예의 특정한 안테나 방사 특성을 나타내는 차트.
제5a도 및 제5b도는 각각 특정 위치에서 본 발명의 다른 실시예를 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 케이싱 12,51 : 제1안테나 구조
13,53 : 안테나 소자 14 : 가동 접속부
15 : 송수신기 16,58 : 안테나 급전선
17,56 : 접지판 18,55 : 제2안테나 구조
19 : 안테나 듀플렉서 20 : 송신부
21 : 수신부 22 : 제어부
본 발명은 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 휴대용 무선 전화기 또는 이와 유사한 휴대용 무선 장치 및 이에 이용되는 안테나 시스템에 관한 것이다.
휴대용 무선 전화기와 같은 휴대용 무선 장치에 있어서, 송신 및 수신이 이루어지지 않거나 또는 낮은 레벨에서 이루어질 때, 통상의 안테나는 무선 장치의 전체 크기를 감소시키도록 무선 장치의 케이싱내에 수용되는 것이 휴대성의 관점에서 바람직하다. 상술한 바와 같이 안테나를 수용하기 위한 구현예는 지금까지 다음과 같은 여러가지 형태가 제안되었다.
특히, 안테나는 무선 장치가 소형으로 되도록 휴대용 무선 장치로부터 안테나 자체가 분리될 수 있는 것이었다. 그러나, 이것은 안테나를 장착하고 탈착할 때 문제가 있고, 무선 장치로부터 물리적으로 분리된 안테나를 쉽게 분실할 수 있다는 문제점을 야기시켰다. 게다가, 무선 장치는 안테나없이 무선 신호를 송신하거나 수신하는 것이 실질적으로 불가능하다.
안테나는 무선 장치의 길이를 감소시키도록 절첩 구조로 되어 있다. 절첩 안테나 구조에서 나타나는 단점은 절첩된 위치에서, 안테나의 방사 특성이 통상적으로 무선 장치에 결합되어 있는 차웨구조와 인쇄 회로 기판에 의해 수행되어 적합한 송신 및 수신을 방해하게 된다. 또한, 항상 외부에 노출되는 안테나는 외관성이 떨어지는 것이 사실이었다.
이전에 제안된 다른 구현예는 무선 장비가 동작하지 않거나 또는 낮은 레벨에서 동작될 때, 통상의 안테나는 무선 장치의 케이싱내로 집어 넣어져 내장 또는 내부 안테나로 스위칭된다. 그러나, 이 방법은 2개의 독립적인 안테나 및 안테나들을 스위칭하기 위한 스위치에 의존하지 않고서는 실행될 수 없다. 이 방법은 안테나 스위칭 동작을 연동시키기 위한 메카니즘이 반드시 필요하다는 사실에 비추어 상당한 공간이 필요하게 되어 이러한 무선 장치의 소형화에 장애가 된다. 또한, 외부 스위치는 신호의 고주파 손실을 악화시킨다. 이 안테나 스위칭 구조를 갖는 무선 장치는 구조가 복잡하게 되어 가격이 상승하게 된다.
신축 자재의 안테나(telescopic antenna)는 휴대용 무선 장치의 휴대성을 향상시키기 위한 다른 구성이다. 이 형태의 안테나는 작은 안테나 이득만을 필요로 할 때 무선 장치의 케이싱내에 포개 넣어진다. 그러나, 신축 자재의 안테나는 이의 직경이 안테나 끝으로 갈수록 매우 작아지기 때문에 기계적인 강도가 약하게 된다. 이러한 안테나는 또한 무선 장치의 케이싱에 수용시키기 위한 별도의 공간이 요구되므로 무선 장치의 소형화에 장애가 된다. 게다가, 안테나가 신축되어 구부러질때 안테나의 방사 특성은 상당히 떨어진다.
그러므로, 본 발명의 목적은 무선 장치로부터 분리시키지 않고서도 무선 장치를 소형화시키고 휴대성을 향상시키는 휴대용 무선 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안테나를 휴대에 용이한 위치에서도 안테나의 방사 특성을 양호하게 유지하는 휴대용 무선 장치용 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외관이 미려한 휴대용 무선 장치용 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 휴대용 무선 장치용 안테나 시스템은 무선 장치의 케이싱내에 결합된 기관 또는 접지판 내부에 안테나 소자를 갖고 있는 제1안테나 구조, 및 제2안테나 구조를 갖고 있다. 제1안테나 구조는 무선 장치 외형의 일부를 형성하는 제1위치와 무선 장치 외부로 돌출된 제2위치 사이에서 이동할 수 있도록 가동 접속부를 갖고 있다. 제1안테나 구조가 제1위치에 있을때, 제2안테나 구조는 안테나 방사 특성을 정정하여 안테나의 특성을 보정시킨다. 제2안테나 구조는 케이싱 내부의 접지판에 부착된다.
이하, 본 발명의 목적 및 장점들을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
제1a도 및 제1b도와 제2도를 참조하면, 본 발명을 실시하는 휴대용 무선 장치가 도시되어 있는데 이 무선 장치는 케이싱(11)을 포함한다. 제1a도 및 제1b도를 참조하면, 제1안테나 구조(12)는 케이싱(11)에 기계적으로 접속되고 무선 장치의 안테나의 주요 소자를 구성한다. 제1안테나 구조(12)는 안테나 편향기의 주요 소자인 안테나 소자(13), 및 안테나 편향기의 일부분으로서 사용되는 가동 접속부(14)를 구비하고 있다. 송수신기(15), 송수신기(15)와 가동 접속부(14)를 상호접속시킨 안테나 급전선(16), 기판 또는 접지판(17), 및 제2안테나 구조(18)이 케이싱(11)에 결합된다. 제2도를 참조하면, 일반적으로, 송수신기(15)는 안테나 듀플렉서(19), 송신부(20), 수신부(21), 및 송신부(20)과 수신부(21)을 제어하기 위한 제어부(22)를 갖는다. 또한, 무선 장치는 도시하지 않았으나 전원 공급부 및 다이얼링 유니트를 포함한다. 이 실시예에서, 제1안테나 구조(12)는 2개의 상이한 위치, 즉 제1안테나 구조(12)가 케이싱(11)의 외형의 일부로서 형성된 제1위치[제1a도]와 케이싱(11)로부터 돌출된 제2위치[제1b도] 사이에서 이동할 수 있다.
제1a도에 도시한 바와 같이, 제1안테나 구조(12)는 케이싱(11)에 의해 정해진 무선 장치의 외형의 일부를 형성한다. 안테나 소자(13)이 제1a도에 도시한 바와 같이 케이싱(11)에 결합되어 접지전위를 갖는 접지판(17)에 근접하게 배치되고, 제2안테나 구조(18)이 없는 것으로 가정한다. 그러면, 안테나 이득 및 방사 임피던스와 같은 무선 장치의 안테나 특성이 변화되어 저하되고. 안테나 소자(13)이 자유 공간에서 존재한다고 가정한 상태하에서의 특성과 비교된다. 제2안테나 구조(18)은 자유 공간이 지닌 경우에 저하될 수 있는 이러한 안테나 특성을 보정하는 역할을 한다. 제2안테나 구조(18)은 접지판(17)에 부착되게 배치되고 보다 상세하게 후술한 바와 같이 적합한 보정을 실행하기 위한 형태 및 크기로 된다.
제1b도에 도시한 바와 같이, 제1안테나 구조(12)는 케이싱(11)의 외형으로부터 돌출되는 제2위치에서 가동 접속부(14)에 의해 회전될 수 있다. 이 접속부(14)는 본 분야에 공지된 바와 같이 회전가능축을 갖고 있는 형태이다. 제1b도는 명확히 하기 위해 케이싱(11)의 내부 배열을 도시하지 않았으나, 제1b도는 제1안테나 구조(12)에 배치된 안테나 소자(13)의 특정한 구성을 도시하였다. 특히, 안테나 소자(13)은 금속 와이어로 이루어진 헬리컬 휩 구조(helical whip structure)를 구비한다. 제1b도에 도시한 제2위치에서, 안테나 소자(13) 및 제2안테나 구조(18)은 서로 일정거리 떨어져 있으므로 서로 전기적으로 미약하게 결합된다. 무선 장치의 안테나 특성은 실질적으로 안테나 소자(13)의 특성에 의해 결정된다. 제1b도에 도시한 상태에서, 안테나 특성은 제2안테나 구조(18)의 특성에 관계없이 결정될 수 있다.
제3도는 안테나의 주요 특성을 결정하는 제1 및 제2안테나 구조(12 및 18), 및 접지판(17)을 상세히 도시하였다. 도시한 바와 같이, 안테나 구조는 금속 와이어로 이루어진 안테나 소자(13), 이 안테나 소자(13) 를 보호하기 위한 플라스틱 또는 이와 유사한 유전체 기판으로 제조된 커버(23), 및 가동 접속부(14)를 갖는다. 플라스틱 또는 이와 유사한 유전체 기판으로 제조된 케이싱(11)은 접지판(17) 및 제2안테나 구조(18)로부터 제1안테나 구조(12)를 분리하도록 구성 및 배치된다. 안테나 급전선(16)은 가동 접속부(14)에 한쪽 단부가 전기적으로 접속되고 제2도의 듀플렉서(19)에 다른쪽 단부가 전기적으로 접속된다. 가동 접속부(14)는 금속으로 제조되고 안테나 소자(13) 및 급전선(16)을 전기적으로 접속시킨다.
또한 가동 접속부(14)는 케이싱(11) 및 제1안테나 구조(12)를 기계적으로 고정시킨다. 헬리컬 안테나 소자(13)의 확장된 길이는 사용된 주파수 파장의 거의 1/4로 된다. 제1안테나 구조(12)가 제1b도에 도시한 바와 같이 배치될 때 최적의 안테나 특성이 설정되도록 조정된다. 안테나 특성에 대한 케이싱(11)과 커버(23)의 영향은 최소한의 손실을 가지며 얇게 될 때 무시할 수 있다. 한편, 안테나 구조(12)가 제1a도에 도시한 위치에 놓여지면, 안테나 특성은 현저하게 효율적으로 된다. 상세히 말하면, 제2안테나 구조(18)이 없다면, 제1안테나 이득이 자유 공간에서의 이득에 비해 20dB 이상으로 감소되고 이것은 안테나 소자(13)이 접지판(17)에 접근할 때 헬리컬 안테나 소자(13)과 접지판(17) 사이의 캐패시턴스의 증가로 인해 감소되는 방사 임피던스에 의해 이루어질 수 있다. 제2안테나 구조(18)은 이의 한쪽 단부가 접지판(17)에 전기적으로 접속된 금속 와이어를 포함한다. 제2안테나 구조(18)은 필요한 주파수 및 대역폭을 고려한 크기로 형성 및 배치되어 제1안테나 구조(12)가 적절하게 정합된다.
예를들어, 제2안테나 구조(18)은 장방형 링크-형 구조를 구비하고 안테나 소자(13)의 개방 단부에 매우 근접하게 배치된다. 이 링크-형 구조는 접지관(17) 및 제1안테나 구조(12) 사이의 거리를 상당히 감소시킴으로써 무선 장치의 전체 크기를 감소시킨다. 제2안테나 구조(18)은 예를들어, 플라스틱으로 제조된 고정 부재에 의해 접지판(17)에 부착될 수 있다. 이러한 구성에서, 제2안테나 구조(18)은 인덕턴스 소자의 역할을 하므로, 제1안테나 구조(12)가 접지판(17)에 근접하여 생기는 캐패시턴스 성분을 보상한다. 상술한 제2안테나 구조(18)의 구조적 및 전기적 특성은 단지 예시하기 위한 것이고, 제1안테나 구조(12)의 특성과 필요한 안테나 특성의 관계를 정합하여 선택될 수 있다. 또한, 이 구조의 일부분이 제1안테나 구조(12)의 구조적 소자를 형성하도록 접지판(17)이 구성된다.
제4a도 및 제4b도는 각각 제1a도 및 제1b도에 도시한 위치에 관련된 특정한 측정치의 결과를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 주파수가 962MHz일때, 평균 이득(Gav)은 제1a도의 위치에서 -4.8dBd(dBd : 다이폴 안테나 이득에 의해 정규화된 안테나 이득)로 측정되고 제1b도의 위치에서는 -3.5dBd로 측정되었다. 그러므로, 도시한 실시 예에서, 제1안테나 구조(12)가 무선 장치의 외형의 일부를 형성하는 것으로 간주되는 위치로 이동되는 경우에도 안테나의 이득 감소를 1.3dB로 억압하는 것이 가능하다.
제5a도 및 제5b도를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 또한, 이 실시예는 2개의 상이한 위치, 즉, 케이싱(52)에 포개지는 제1위치[제5a도] 및 케이싱(52)로부터 돌출되는 제2위치[제5b도]사이에서 가동하는 제1안테나 구조(51)을 갖고 있다. 도시한 실시예에서, 제1안테나 구조(51) 내부에는 평판-형 구조를 갖고 있는 안테나 소자(53)이 있다. 종래의 것인 슬라이딩 메카니즘(54)는 안테나 구조가 상술한 2개의 위치 사이에서 가동하도록 하기 위해 사용된다.
무선 장치의 안테나의 주요 특성을 결정하는 제1안테나 구조(51) 및 제2안테나 구조(55)는 기판 또는 접지판(56)과 함께 상세하게 제6도에 도시하였다. 도시한 바와 같이, 안테나 구조(51)은 안테나 소자(53), 안테나 소자(53)을 보호하기 위해 플라스틱으로 제조된 커버(57), 슬라이드 메카니즘(54)의 일부분을 갖는다. 케이싱(52)는 제2안테나 구조(55) 및 접지판(56)을 제1안테나 구조(51)로부터 분리시킨다. 안테나 급전선(58)은 평탄한 안테나 소자(53)의 측면에 입접하여 접속된다. 안테나 소자(53)의 측면들의 전체 길이는 사용된 주파수의 거의 1/2의 파장이 되도록 선택된다. 제2안테나 구조(55)는 안테나 급전선(58)이 접속되는 위치에 근접한 안테나 소자(53)의 측면으로부터 측정된 파장의 거의 1/4인 위치에서 접지판(56)에 기계적으로 부착되고 전기적으로 접속된다. 보다 상세히 말하면, 이 위치는 평탄한 안테나의 개방 단부에 대응하고 안테나 정합이 가장 용이하게 설정되게 한다. 제1도에 도시한 안테나 구조(18)과 유사한 제2안테나 구조(55)는 인덕턴스 소자를 구성하는 링형 금속 와이어에 의해 수행된다. 다시, 안테나 소자(53)이 접지판(56)을 향해 이동될 때, 결과적인 캐패시턴스 성분은 제2안테나 구조(55)에 의해 보상된다. 이것은 무선장치의 안테나 이득이 저하되는 것을 성공적으로 방지한다.
본 발명을 특정한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 이 설명은 제한된 의미로 해석되어서는 안된다. 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명의 설명을 참조한 다음에 본 발명의 다른 실시예 뿐만 아니라 상술한 실시예의 여러가지 변형을 가할 수 있다. 그러므로, 첨부한 특허 청구의 범위는 본 발명의 범위내세 포함되는 실시예들 및 다른 변형을 포함하는 것으로 고려되어야 한다.

Claims (10)

  1. 무선 장치용 안테나 시스템에 있어서, 상기 장치의 케이싱내에 결합된 접지판(17 ; 56), 제1위치와 제2위치 사이에서 가동하는 제1안테나 구조(12 ; 51) 및 상기 제1안테나 구조가 상기 제1위치에 있을때, 상기 제1안테나 구조의 안테나 방사 특성을 보정하기 위해 상기 케이싱 내부의 상기 접지판에 부착된 제2안테나 구조(18 ; 55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 장치용 안테나 시스템.
  2. 제1항체 있어서, 상기 제1안테나 구조는 내부에 수용된 안테나 소자(13 ; 53)과 가동 접속부(14)를 포함하고 상기 가동 접속부(14)에 의해 상기 케이싱의 외형의 일부를 형성하는 제1위치와 상기 케이싱의 외부로 돌출된 제2위치 사이에서 가동하게 되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2안테나 구조(18 ; 55)는 상기 제1안테나 구조가 상기 제1위치에 있을 때 상기 안테나 소자(13 ; 53)의 개방 단부에 근접하게 배치된 상기 접지판상에 제공되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 안테나 소자(13 ; 53)은 헬리컬 휩 형 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 안테나 소자(13 ; 53)은 평탄한 판형 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2안테나 구조(18 ; 55)는 링형 금속 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 가동 접속부(14)는 상기 제1안테나 구조(12 ; 51)로 하여금 상기 제1안테나 구조의 한 단부 주위에서 회전가능하게 하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  8. 제2항에 있어서, 상기 가동 접속부(14)는 상기 제1안테나 구조(12 ; 51)로 하여금 케이싱상에서 미끄러지게 하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  9. 휴대용 무선 장치에 있어서, 상기 장치의 케이싱내에 결합된 접지판(17 ; 56), 제1위치와 제2위치 사이에서 가동하는 제1안테나 구조(12 ; 51) 및 상기 제1안테나 구조가 상기 제1위치에 있을 때 상기 제1안테나 구조의 안테나 방사 특성을 보정하기 위한 제2안테나 구조(18 ; 55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 장치.
  10. 제9항에 있어서, 송신부(20) 및 수신부(21)을 내부에 결합시킨 케이싱(11)을 더 포함하고, 상기 제1안테나 구조는 내부에 결합된 안테나 소자(13 ; 53)과 가동 접속부(14)를 포함하고, 상기 가동 접속부에 의해 상기 케이싱의 외형의 일부를 형성하는 제1위치와 상기 케이싱의 외부로 돌출된 제2위치에서 가동하게 되며, 듀플렉서를 통하여 상기 송신부 및 수신부에 연결되어 있고, 상기 제2안테나 구조는 상기 케이싱 내부의 상기 접지판(17 ; 56)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 장치.
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