WO2023214593A1 - 안테나를 구비하는 무선 이어버드 - Google Patents

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WO2023214593A1
WO2023214593A1 PCT/KR2022/006224 KR2022006224W WO2023214593A1 WO 2023214593 A1 WO2023214593 A1 WO 2023214593A1 KR 2022006224 W KR2022006224 W KR 2022006224W WO 2023214593 A1 WO2023214593 A1 WO 2023214593A1
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WO
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antenna
pattern
ground pattern
length
earbud
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/006224
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English (en)
French (fr)
Inventor
김덕윤
이병열
이상헌
윤준필
이정홍
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones

Definitions

  • This specification relates to electronic devices, and more specifically, electronic devices equipped with antennas. Particular implementations relate to wireless earbuds having an antenna and control circuitry.
  • Electronic devices such as cell phones, electronic accessories for computers, and other electronic equipment may contain wireless circuitry.
  • earbuds can be used as electronic devices to communicate wirelessly with cell phones and other devices.
  • Small electronic devices such as wireless earbuds may be configured to receive content played from a mobile terminal, which is a host device, through a Bluetooth frequency band.
  • Wireless earbuds are wearable electronic devices that are inserted into the human ear.
  • antennas and wireless communication circuits may not operate effectively to radiate wireless signals inside the body of a wireless earbud worn on the human body. Therefore, there is a problem that it is difficult to achieve desired wireless communication performance through wireless communication with surrounding electronic devices.
  • Wireless earbuds can be designed to receive wireless signals through the Bluetooth frequency band in the 2.4 GHz band.
  • the antenna provided inside the wireless earbud to receive wireless signals may be placed on the protrusion, or stalk portion, of the earbud.
  • the length of the stalk portion of the earbud increases. From a design perspective considering the use of earbuds, the length of the stalk portion of the earbuds may be limited to a certain length or less. Therefore, in this specification, an antenna design that can reduce the length of the antenna is required.
  • the operational bandwidth of the antenna provided in the wireless earbuds needs to be designed to be wider than that of other electronic devices that perform wireless communication through the Bluetooth frequency band. This is because when wearing wireless earbuds, the antenna resonance frequency may change depending on the movement of the human body or the movement of the wireless earbuds in the space inside the ear.
  • wireless quality may deteriorate in the Bluetooth frequency band of the 2.4 GHz band. If wireless quality deteriorates in this way, playback of content such as music delivered to wireless earbuds through the host device may be delayed or content quality may deteriorate.
  • a wireless connection between the host device and wireless earbuds may be required in other frequency bands in addition to the 2.4GHz band.
  • This specification aims to solve the above-mentioned problems and other problems. Additionally, another purpose is to provide a wireless earbud having an antenna structure with a reduced antenna length.
  • Another purpose of the present specification is to enable the antenna structure provided in the wireless earbud to operate in a plurality of frequency bands.
  • Another purpose of the present specification is to increase the operating bandwidth of an antenna provided in a wireless earbud.
  • Another purpose of the present specification is to stably receive a wireless signal even when the antenna resonance frequency changes as wireless earbuds are worn.
  • Another purpose of the present specification is to minimize changes in antenna performance due to the narrow antenna placement space inside the wireless earbud device.
  • Another purpose of the present specification is to minimize changes in antenna performance due to the narrow antenna placement space inside the wireless earbud device.
  • an earbud includes a housing having a main body portion with a speaker port and a stalk extending from the main body portion; and an antenna structure disposed within the stalk to radiate wireless signals to the outside of the earbud.
  • the antenna structure includes an antenna pattern connected to a power feeder and formed to a first length to radiate the signal; and a ground pattern connected to the ground pattern of the PCB and formed to surround the antenna pattern on one side and the other side of the antenna pattern.
  • the earbud may include a printed circuit board (PCB) configured to be electrically connected to the antenna structure.
  • the antenna structure may include the power feeder connected to the signal pattern of the PCB and configured to transmit a signal.
  • the ground pattern may include a first ground pattern connected to the ground pattern of the PCB and formed to a second length on one side of the antenna pattern.
  • the ground pattern may include a second ground pattern connected to the first ground pattern and formed to a third length.
  • the ground pattern may include a third ground pattern connected to the second ground pattern and formed to a fourth length on the other side of the antenna pattern.
  • the width of at least one of the first ground pattern and the third ground pattern may be wider than the width of the antenna pattern.
  • the second ground pattern may be formed perpendicular to the first ground pattern and arranged parallel to the power feeder.
  • the third ground pattern may be formed perpendicular to the second ground pattern and may be arranged parallel to the antenna pattern.
  • the third ground pattern may form an overlap area that overlaps the antenna pattern by a predetermined length in one axis direction on the other side of the antenna pattern.
  • the length of the second ground pattern in the other axis direction perpendicular to the one axis direction may be formed to be longer than the length of the power feeder.
  • the antenna pattern may be formed on a first flexible printed circuit board (FPCB) connected to the first side of the PCB.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the ground pattern may be formed on a second FPCB connected to a second side facing the first side of the PCB.
  • the second FPCB may include a first area attached to the second side of the PCB.
  • the second FPCB is formed to surround the antenna pattern and may include a second area coupled with the antenna pattern to form a radiation area.
  • the earbud may be attached to the second FPCB on which the first ground pattern is formed, and may include a battery disposed in a space between the first FPCB and the second FPCB on which the antenna pattern is formed.
  • the first ground pattern may include a first sub-pattern spaced apart from the third ground pattern by a first distance.
  • the first ground pattern may be bent at an end of the first sub pattern and may include a second sub pattern spaced apart from the third ground pattern by a second gap narrower than the first gap.
  • the earbud may include a microphone module attached to the second sub-pattern and disposed in a space between the first FPCB and the second FPCB on which the antenna pattern is formed.
  • the first side of the battery and the second side of the microphone module may be attached to the second FPCB.
  • the second side of the battery and the second side of the microphone module may form the first ground pattern.
  • the third gap between the second surface of the battery and the third ground pattern and the fourth gap between the second surface of the microphone module and the third ground pattern may be formed to be less than or equal to a predetermined distance.
  • the antenna structure may operate as an radiator in the 2.4 GHz band.
  • the antenna structure can operate as a radiator in the 5 GHz band.
  • the total length which is the sum of the first length of the antenna pattern, the second length of the first ground pattern, the connection length of the second ground pattern, and the third length of the third ground pattern, is half in the 2.4 GHz band. It can be formed within a predetermined range in wavelength length.
  • the antenna structure may operate as an radiator in the 2.4 GHz band.
  • the antenna structure can operate as a radiator in the 5 GHz band.
  • the length of the overlapping area between the antenna pattern and the third ground pattern may range from 1 mm to 5 mm.
  • the first length of the antenna pattern is 1.0 mm or more
  • the second length of the first ground pattern is 3.0 mm or more
  • the connection length of the second ground pattern is 0.5 mm or more
  • the third ground pattern may have a third length of 1.0 mm or more.
  • the length of the overlapping area may be within a predetermined range of 1.5 mm.
  • the first length of the antenna pattern is formed within a predetermined range from 7.4 mm
  • the second length of the first ground pattern is formed within a predetermined range from 13.5 mm
  • the connection length of the second ground pattern is within a predetermined range from 4.5 mm. It may be formed in a predetermined range
  • the third length of the third ground pattern may be formed in a predetermined range from 8.6 mm.
  • the length of the overlapping area may be within a predetermined range of 4.0 mm.
  • the first length of the antenna pattern is formed within a predetermined range from 6.0 mm
  • the second length of the first ground pattern is formed within a predetermined range from 7.0 mm
  • the connection length of the second ground pattern is within a predetermined range from 4.5 mm. It may be formed in a predetermined range
  • the third length of the third ground pattern may be formed in a predetermined range from 6.0 mm.
  • An electronic device that receives a wireless signal containing content includes a dielectric housing having a main body portion with a port and a protruding portion extending from the main body portion; And it may include an antenna module disposed within the protrusion to radiate a wireless signal to the outside of the electronic device.
  • the antenna module includes a power feeder connected to a signal pattern of a circuit structure disposed inside the main body and configured to transmit a signal; a radiator pattern connected to the power supply unit and formed to a first length to radiate the signal; and a ground pattern connected to the ground pattern of the circuit structure and formed to surround the radiator pattern on one side and the other side of the radiator pattern.
  • the circuit structure may be implemented as a printed circuit board (PCB) configured to be electrically connected to the antenna module.
  • the ground pattern may include a first ground pattern connected to the ground pattern of the PCB and formed to a second length on one side of the radiator pattern.
  • the ground pattern may include a second ground pattern connected to the first ground pattern and formed to a third length.
  • the ground pattern may be connected to the second ground pattern and may include a third ground pattern formed to the fourth length on the other side of the radiator pattern.
  • the second ground pattern may be formed perpendicular to the first ground pattern and arranged parallel to the power feeder.
  • the third ground pattern may be formed perpendicular to the second ground pattern and may be arranged parallel to the radiator pattern.
  • the third ground pattern may form an overlapping area on the other side of the radiator pattern that overlaps the radiator pattern by a predetermined length in one axis direction.
  • the electronic device may be operably coupled to the antenna module and may include an RF circuit that transmits a wireless signal in a specific frequency band to the antenna module.
  • the electronic device may be operably coupled to the RF circuit and include a processor configured to control the RF circuit.
  • the processor may control the RF circuit so that a first wireless signal in a first frequency band is received through the antenna module.
  • the processor controls the RF circuit to receive a second wireless signal in a second frequency band higher than the first frequency band from the host device through the antenna module. can do.
  • a wireless signal containing content can be received by placing an antenna structure with a reduced antenna length inside the housing of a wireless earbud.
  • an antenna structure in an electronic device such as a wireless earbud operates in multiple frequency bands, enabling stable reception of wireless signals even when the surrounding environment changes.
  • antenna bandwidth characteristics can be improved by forming a ground pattern to surround the antenna pattern to increase the effective volume of the antenna.
  • antenna efficiency characteristics can be improved by forming a ground pattern to surround the antenna pattern to increase the effective volume of the antenna.
  • an antenna structure in an electronic device such as wireless earbuds can be configured to operate in a wide band.
  • a wireless signal when wearing a wireless earbud, a wireless signal can be stably received even when the antenna resonance frequency changes according to the movement of the human body or the movement of the wireless earbud in the space inside the ear.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an example system including a wearable electronic device, such as a wireless earbud, and an electronic device that wirelessly communicates according to the present specification.
  • FIGS. 2 and 3 show a front perspective view and a back perspective view of the earbud according to the present specification.
  • Figures 4 and 5 show a radiator structure formed inside an earbud according to embodiments.
  • Figure 6 is a conceptual diagram showing antenna characteristics according to the effective volume of the antenna and a conceptual diagram showing the resonance length of the dipole antenna and the antenna of the combined loop structure proposed in this specification.
  • Figure 7 shows a side view and a front view of the antenna structure according to the present specification.
  • FIG. 8 compares antenna bandwidth characteristics and antenna efficiency characteristics according to the antenna structures of FIG. 7.
  • Figure 9 shows the antenna structure of a dipole antenna and a coupled loop structure and the resulting double resonance characteristics.
  • Figure 10 shows VSWR characteristics according to parameter adjustment in the antenna structures of Figures 9(a) and 9(b).
  • FIGS. 11A and 11B show antenna structures having different overlapping area lengths according to embodiments.
  • Figure 12 shows the side appearance and internal structure seen from the side of the earbud according to the present specification.
  • FIG. 13 shows a structure in which the antenna pattern and ground pattern of the side appearance of the earbud of FIG. 12 are implemented in the form of an FPCB.
  • FIG. 14 shows the front appearance and internal structure of the earbud of FIG. 12 as seen from the front.
  • Figure 15 shows the configuration of an electronic device and an antenna module including an antenna module according to the present specification.
  • the electronic device described in this specification may be a wearable device.
  • Wireless wearable electronic devices such as wireless earbuds, can communicate with host devices and with each other. Any suitable type of host electronics and wearable wireless electronics may be used in this type of arrangement.
  • the use of wireless hosts, such as cellular phones, computers, or wrist watches, may sometimes be described herein by way of example. Additionally, any suitable wearable wireless electronic device may wirelessly communicate with a wireless host.
  • the use of wireless earbuds to communicate with a wireless host is exemplary only.
  • a wireless electronic device host can wirelessly communicate with an accessory device, such as an earbud.
  • Figure 1 is a configuration diagram of an example system including an electronic device that wirelessly communicates with a wearable electronic device, such as a wireless earbud, according to the present specification.
  • the host electronic device 100a may be a mobile terminal capable of wireless communication or a wearable device other than wireless earbuds, but is not limited thereto.
  • the host electronic device 100a may be implemented as any electronic device capable of wireless communication with wireless earbuds, such as a computer, a laptop computer, a home network content playback device, or a vehicle communication device.
  • the wireless earbud 100 may be configured to include various components.
  • the wireless earbuds 100 may be configured to include an antenna module 200, an RF circuit 10, and a sensor module 20.
  • the wireless earbud 100 may be configured to further include a control circuit 30, a battery 40, and a speaker 50.
  • the host electronic device 100a may be configured to include an antenna module 200a and an RF circuit 10a to perform wireless communication with the earbud 100.
  • the host electronic device 100a may be configured to further include a sensor module 20, a control circuit 30, a battery 40, and a speaker 50, but is not limited thereto.
  • the host electronic device 100a may be configured to include more components than the earbud 100.
  • the antenna module 200 may be configured to receive a wireless signal including voice content from the host electronic device 100a.
  • the antenna module 200 may be configured to receive a wireless signal in a Bluetooth band, for example, a 2.4 to 2.488 GHz band, from the host electronic device 100a.
  • the wireless communication link between the host electronic device 100a and the earbud 100 is not limited to Bluetooth communication. Any wireless communication link capable of supporting short-range wireless communication between the host electronic device 100a and the earbud 100, for example, a short-range wireless communication link in 2.4 GHz, 5 GHz, or other frequency bands, may be used.
  • a wireless communication link in a mobile communication frequency band or a wireless communication link in a millimeter wave band that supports IoT wireless communication may be used.
  • a control command to control playback and volume of voice content can be transmitted to the host electronic device 100a through the antenna module 200.
  • the antenna module 200a of the host electronic device 100a may receive a wireless signal including a control command in the Bluetooth band.
  • Antenna module 200 may be operably coupled with RF circuitry 10 .
  • the antenna module 200 may be connected to the signal pattern of the RF circuit 10 through a power feeder (FP).
  • the antenna module 200 may be connected to the ground pattern of the RF circuit 10 through a ground connection part (GP).
  • the RF circuit 10 may be configured to amplify, filter, and process signals transmitted and received through the antenna module 200.
  • the sensor module 20 may be configured to include at least one sensor.
  • the sensor module 20 may be configured to include, but is not limited to, a proximity sensor capable of detecting the user's movement and proximity, a touch sensor capable of detecting user input, and a pressure sensor.
  • the sensor module 20 may further include an acceleration sensor and a gyro sensor.
  • Control circuit 30 may be operably coupled to sensor module 20, battery 40, and speaker 50.
  • the control circuit 30 may be configured to control the operation of the sensor module 20, battery 40, and speaker 50.
  • the battery 40 may be configured to supply power to various electronic components disposed inside the earbud 100.
  • the battery 40 may be configured to store power when it receives power from a charger and supply power to various electronic components.
  • the speaker 50 may be configured to reproduce voice content received from the host electronic device 100a.
  • the earbud 100 may be configured to have a housing-shaped mechanism structure and have a port such as a speaker port formed on the outside.
  • an antenna module capable of receiving or transmitting wireless signals from the earbud 100 may be disposed inside the housing.
  • Figures 2 and 3 show front and rear perspective views of the earbud according to the present disclosure.
  • the earbud 100 can be divided into a front (100F) and a rear (100R) based on one axis.
  • the housing 120 may include a main body portion 120b in which the speaker port 120a is formed.
  • the speaker port 120a may be formed to face the front of the earbud 100.
  • An elongated protruding portion, such as the stalk portion 122 of the housing 120, may extend outward from the main housing portion 120b.
  • the stalk portion 122 may be formed as an elongated protruding portion having a predetermined length (L) and diameter (D).
  • the main body portion 120b may have a shape that fits the user's ears.
  • the speaker 20 may be mounted on the main body portion 120b and aligned with the speaker port 120a. Speaker 20 may be used to provide sound to the user's ears.
  • Speaker port 120a may be formed from one or more openings in housing 120. One or more layers of plastic or metal mesh may be sandwiched between the speaker 20 and the opening(s) of the housing 120.
  • Housing 120 may be formed of metal, plastic, carbon fiber composite material or other fiber composite material, glass, ceramic, other material, or a combination of these materials.
  • the elongated shape of the stalk 122 allows the user to hold the earbud 100 by hand in the ear.
  • the stalk 122 may extend from the body portion 120b at the rear 100R of the housing 120 and may extend along the longitudinal stalk axis 120. Depending on the application, the stalk 122 may be formed in a certain curved shape in addition to a straight shape.
  • Figure 3 shows a rear perspective view of the earbud 100 of Figure 2.
  • the antenna 200 may have an elongated shape extending along an axis parallel to the length of the stalk 122 .
  • the antenna 200 may be formed from the power feeder 108 to the lower area of the stalk 122, but is not limited thereto.
  • antenna 200 may overlap structures such as battery 26 and other conductive components located in interior region 124 of housing 120. This structure may include conductive material that tends to shield the antenna 200.
  • the antenna feeder 108 may be located at the junction 12J of the housing 120 between the main body 120b and the stalk 122 rather than at a position overlapping the area 124 of the main body 120b. Placing the antenna feeder at the second position 108, such as the junction point 120J, rather than the first position 108', such as the main body 120b, prevents unnecessary radiation and current consumption occurring on other ground planes. This can help minimize it. By minimizing such unnecessary radiation and current consumption, battery current consumption can be reduced and antenna efficiency can be improved.
  • the antenna 200 may be formed of a patterned metal pattern or metal trace on a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • a PCB may be composed of a flexible printed circuit board (FPCB) (e.g., a printed circuit formed from a sheet of polyimide or other polymer substrate material).
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the electronic device external to the earbud may correspond to the host electronic device 100a of FIG. 1, and the earbud may correspond to the earbud 100 of FIG. 1.
  • the earbud 100 may perform wireless communication with the host electronic device 100a through the antenna module 200.
  • Earbuds are a type of electronic device that receives content through wireless communication with a host electronic device.
  • the earbuds may be referred to as TWS (True Wireless Stereo).
  • TWS Truste Wireless Stereo
  • FIGS. 4 and 5 show a radiator structure formed inside an earbud according to embodiments.
  • Figures 4(a) and 4(b) show a side view and a front view of an antenna disposed inside the external structure of an earbud.
  • an antenna structure 200a may be formed inside the housing 120 of the earbud 100.
  • the antenna structure 200a may include a power feeder 210, an antenna pattern 220a, and a ground 230.
  • the earbud 100 may further include a battery 240 and a microphone module 250.
  • the power feeder 210 is connected to the signal pattern of the PCB 150 and may be configured to transmit a signal to the antenna pattern 220a.
  • the antenna pattern 220a is connected to the power feeder 210 and may be formed to have a predetermined length to radiate a signal.
  • Ground 230 may be configured to be connected to the ground pattern of PCB 150.
  • the ground 230 may be configured to be connected to the housing 120 of the earbud 100.
  • the antenna structure 200a applied to the earbud 100 may be implemented as an Inverted-F antenna.
  • the antenna pattern 220a since a resonance phenomenon occurs due to the antenna pattern 220a, the antenna pattern 220a may be referred to as a resonating element arm.
  • the antenna pattern 220a may be implemented with a length within a predetermined range from 1/4 the length of the wavelength in the 2.4 GHz band.
  • the antenna resonance length and performance may be degraded in the 2.4 GHz band.
  • the antenna structure of the earbud 100 needs to operate in other frequency bands other than the 2.4GHz band, for example, the UWB band.
  • the antenna structure of the earbud 100 needs to be configured to generate multiple resonances so that it resonates in other frequency bands in addition to the 2.4 GHz band.
  • Figure 5 shows the antenna structure of a coupled loop structure that can be formed inside an earbud.
  • Figure 6 is a conceptual diagram showing antenna characteristics according to the effective volume of the antenna and a conceptual diagram showing the resonance length of a dipole antenna and an antenna with a combined loop structure proposed in this specification.
  • Figure 7 shows a side view and a front view of the antenna structure according to the present specification.
  • the antenna pattern 220 of the proposed antenna structure may be formed as a loop antenna configured to be coupled to the ground pattern 230 in one axis direction.
  • the antenna structure 200 may be configured to include a power feeder 210, an antenna pattern 220, and a ground pattern 230.
  • the antenna structure presented in this specification proposes an antenna structure for improving antenna performance of bar-type wireless earbuds.
  • the dipole antenna, monopole antenna, or Inverted-F antenna does not satisfy antenna performance such as bandwidth and efficiency, it is not easy to further improve the antenna performance.
  • issues of insufficient resonance length and antenna performance deterioration may occur in the 2.4GHz band.
  • these antennas do not easily implement multiple resonances, making it difficult to provide wireless communication services in frequency bands other than the Bluetooth band.
  • the antenna structure presented in this specification is a loop structure antenna using a coupling technique.
  • the loop structure antenna may be configured to include an antenna pattern 220, a ground pattern 230, and a power feeder 210.
  • the antenna structure 200 may resonate at a length of about half the wavelength from the power feeder 210 to the connection portion of the ground pattern 230.
  • the antenna structure 200 can adjust the resonance length of the antenna using an overlap area corresponding to the overlap length (Lo) between the antenna pattern 220 and the ground pattern 230.
  • the antenna structure 200 proposed in FIG. 5 can improve bandwidth and efficiency over dipole, monopole, and inverted-F antennas by using the bar portion of the earbud as a whole. Even when the length of the bar portion of the earbud is reduced, the antenna structure 200 can implement resonance length and improve antenna performance in the 2.4 GHz band. Additionally, the antenna structure 200 can implement multiple resonances, making it possible to provide additional wireless communication services other than Bluetooth.
  • the difference between the antenna structure 200 of FIG. 5 is that the ground pattern 230 is used as an antenna.
  • a ground 230 may be formed and a flexible circuit board (FPCB) may be placed in the same area as the ground 230.
  • the FPCB may be an unnecessary ground structure from an antenna perspective for purposes such as connecting a microphone or power line. Therefore, antenna performance may be degraded or parasitic resonance may occur due to the ground structure of the FPCB.
  • the impact on the antenna pattern 220a can be reduced by minimizing the ground 230 area.
  • the antenna structure 200 of FIG. 5 has a structural and technical feature in that it utilizes a ground structure that may degrade antenna performance or cause parasitic resonance as a separate ground pattern 230.
  • the antenna structure 200 utilizes a ground structure, which may degrade antenna performance or cause parasitic resonance, as a ground pattern, enabling overall antenna performance improvement and size reduction.
  • a microphone and a power line can be connected to the FPCB to implement the ground pattern 230. Since the ground pattern of the FPCB to which the microphone and power line are connected is used as an antenna, the antenna structure 200 of FIG. 5 can improve antenna performance and reduce its size.
  • antenna bandwidth characteristics and antenna efficiency characteristics may be determined according to the effective volume in which the antenna is formed.
  • the effective volume can be determined by the distance (r) at which the near field of the antenna is formed. If the effective volume of the antenna according to the distance (r) is expressed in electrical units, it can be expressed as kr 3 . Accordingly, the antenna bandwidth characteristics and antenna efficiency characteristics may be proportional to the effective volume of the antenna. Meanwhile, the resonance length of the antenna is inversely proportional to the length L of the antenna.
  • This principle is not limited to the dipole antenna of FIG. 7(a), but also applies to the monopole antenna, the Inverted F antenna, and the antenna structure 200 of FIG. 7(c). Accordingly, antenna performance may deteriorate when implementing the antenna within the limited space of the stalk portion of the earbud.
  • the dipole antenna may be configured to include a PCB 150, a power feeder 210, and an antenna pattern 220a.
  • the resonance length of the dipole antenna may be determined by the sum of the length of the power feeder 210 and the length of the antenna pattern 220a.
  • the antenna is not limited to a dipole antenna and can be replaced with a monopole antenna or an Inverted F antenna.
  • the antenna structure 200 may be configured to include a power feeder 210, an antenna pattern 220, and a ground pattern 230.
  • the resonance length of the antenna structure 200 may be determined by the sum of the length of the power feeder 210, the length of the antenna pattern 220, and the length of the ground pattern 230.
  • the antenna pattern 220 and the ground pattern 230 may be arranged to have an overlapping length.
  • the resonance length of the antenna structure 200 is the antenna pattern 220 and the ground pattern 230 from the sum of the length of the power feeder 210, the length of the antenna pattern 220, and the length of the ground pattern 230. This can be determined by subtracting the overlap length.
  • FIG. 7(a) shows a side view of the antenna structure 200 with the ground pattern 230 formed to surround the antenna pattern 220 disposed on the stalk 122, that is, the bar portion, of the wireless earbud.
  • FIG. 7(b) shows a front view of the antenna structure 200 with the ground pattern 230 formed to surround the antenna pattern 220 disposed on the stalk 122, that is, the bar portion, of the wireless earbud.
  • the antenna structure 200 may be configured to include a power feeder 210, an antenna pattern 220, and a ground pattern 230.
  • the first ground pattern 231 may be formed to be spaced apart from one side of the stalk 122 by a first gap Gb1.
  • the second ground pattern 232 may be formed to be spaced apart from the lower end of the stalk 122 by a second gap Gb2.
  • the third ground pattern 233 may be formed to be spaced apart from the lower end of the stalk 122 by a third gap Gb3.
  • the first gap Gb1 and the second gap Gb3 may be formed to be a predetermined distance or more in consideration of the lowest frequency within the operating band of the antenna structure 200.
  • the length L2 of the first ground pattern 231 is formed shorter than the length L4 of the third ground pattern 233. Accordingly, the first gap Gb1 may be formed to be wider than the third gap Gb3.
  • the second gap Gb2 may be set to the minimum gap to minimize the length of the stalk 122 of the earbud.
  • the second gap Gb2 may also be formed to be a predetermined distance or more in consideration of the lowest frequency within the operating band of the antenna structure 200.
  • the width of the antenna pattern 220 and the width of the ground pattern 230 may be set to be the same for manufacturing convenience or the difference may be set to be within a predetermined range.
  • the width of the ground pattern 230 may be formed to be wider than the width of the antenna pattern 220 in consideration of leaking fields on one side and the other side of the antenna pattern 220.
  • the width W2 of the ground pattern 230 is formed to be wider than the width W1 of the antenna pattern 220, the electric field becomes more concentrated within the antenna structure 200 than when formed with the same width. Additionally, as the width W2 of the ground pattern 230 is formed to be wider than the width W1 of the antenna pattern 220, the degree of freedom in antenna design increases and impedance matching can be achieved over a wider range. Accordingly, as the width W2 of the ground pattern 230 is formed to be wider than the width W1 of the antenna pattern 220, antenna efficiency characteristics and bandwidth characteristics may be improved.
  • the width W2 of the first ground pattern 231 and the third ground pattern 233 may be formed to be wider than the width W1 of the antenna pattern 220.
  • the width W2 of at least one of the first ground pattern 231 and the third ground pattern 233 may be formed to be wider than the width W1 of the antenna pattern 220.
  • the width of the third ground pattern 233 having an overlapping length Lo may be formed to be wider than the width of the first ground pattern 231 . Accordingly, it is possible to reduce the overall size of the antenna along with improving antenna bandwidth characteristics by overlapping areas with an overlap length (Lo).
  • FIG. 8 compares antenna bandwidth characteristics and antenna efficiency characteristics according to the antenna structures of FIG. 7.
  • the voltage standing wave ratio (VSWR) of the dipole antenna has the lowest value at the first frequency (f 0 ) of the first frequency band. Accordingly, the resonance frequency of the dipole antenna may be determined as the first frequency (f 0 ) of the first frequency band.
  • the VSWR of the antenna structure 200 has the lowest value at the first frequency (f 0 ) of the first frequency band. Accordingly, the resonant frequency of the antenna structure 200 may also be determined as the first frequency (f 0 ) of the first frequency band.
  • the impedance bandwidth of the antenna structure 200 is formed to be wider than that of the dipole antenna, so the antenna structure 200 operates in a wide band.
  • the antenna structure 200 that operates in a wide bandwidth has a wide bandwidth, which reduces sensitivity due to changes in antenna characteristics due to human contact when wearing earbuds.
  • the gain (or efficiency) of the antenna structure 200 is higher at the first frequency (f 0 ) than the gain (or efficiency) of the dipole antenna.
  • the bandwidth characteristics based on antenna gain (or antenna efficiency) also have wider characteristics for the antenna structure 200 than for the dipole antenna.
  • the antenna structure of the combined loop structure can operate as a radiator in a second frequency band in addition to the first frequency band. Accordingly, the antenna structure of the combined loop structure can operate as a multi-band radiator operating in multiple bands.
  • Figure 9 shows the antenna structure of a dipole antenna and a coupled loop structure and the resulting double resonance characteristics.
  • the dipole antenna is configured to include a power supply unit 210 connected to the PCB 150 and an antenna pattern 220a connected to the power supply unit 210.
  • the resonance length of the dipole antenna may be determined by the sum of the length of the power feeder 210 and the length of the antenna pattern 220a.
  • the length of the antenna pattern 220a is longer than the length of the power feeder 210 and operates as a main radiator. Accordingly, the antenna pattern 220a may be referred to as a resonating element arm.
  • the radiator structure is not limited to a dipole antenna, but can be implemented as a monopole antenna or an Inverted-F antenna.
  • the sum of the length of the power feeder 210 and the length of the antenna pattern 220a may be determined to be a value within a predetermined range from 1/4 of the wavelength in the first frequency band.
  • the antenna structure 220 includes a power supply unit 210 connected to the PCB 150, an antenna pattern 220 connected to the power supply unit 210, and a couple with the antenna pattern 220. It is configured to include a ringing ground pattern 230.
  • the resonance length of the antenna structure 220 may be determined by subtracting the overlap length from the sum of the lengths of the power feeder 210, the length of the antenna pattern 220, and the length of the ground pattern 230.
  • the length and width of the antenna pattern 220a can be adjusted. Impedance matching characteristics can be changed by adjusting the length and width of the antenna pattern 220a, and the resonance frequency can be changed accordingly.
  • the length and width of the antenna pattern 220 can be adjusted.
  • the length and width of the ground pattern 230 can be adjusted.
  • the performance of the antenna structure 200 can be tuned by adjusting the spacing (G1, G2) between the antenna pattern 220 and the ground pattern 230.
  • the antenna operates in a dual band in the first frequency band and the second frequency band.
  • the antenna double resonates at a first frequency (f 0 ) of the first frequency band and a second frequency (f 1 ) of the second frequency band.
  • the VSWR value of the antenna at the second frequency (f 1 ) is higher than the VSWR value of the antenna at the first frequency (f 0 ), thereby deteriorating antenna performance.
  • the VSWR value of the antenna at the second frequency (f 1 ) is greater than a threshold value, so the antenna cannot substantially operate as a radiator in the second frequency band. Therefore, it is not easy to implement multiple resonance in the antenna structures of FIGS. 7(b) and 8(a).
  • the antenna structure 200 may be implemented to operate in a dual band in a first frequency band and a second frequency band.
  • the antenna structure 200 double resonates at a first frequency (f 0 ) of the first frequency band and a second frequency (f 1 ) of the second frequency band.
  • Both the VSWR value of the antenna at the second frequency (f 1 ) and the VSWR value of the antenna at the first frequency (f 0 ) have values below the threshold. Accordingly, the antenna structure 200 can be implemented to operate in the first frequency band and the second frequency band. Accordingly, the antenna structure 200 of FIGS. 6(c) and 9(b) can implement multiple resonances.
  • Figure 10 shows VSWR characteristics according to parameter adjustment in the antenna structures of Figures 9(a) and 9(b).
  • the resonance frequency of the antenna can be adjusted by adjusting the effective length (La), which is the sum of the length of the power feeder 210 and the length of the antenna pattern 220a.
  • the effective length (La) of the antenna in FIG. 9(a) must be formed to be longer than a predetermined length.
  • the effective length (La) of the antenna there is a limit to reducing the length of the bar portion corresponding to the stalk portion of the earbud.
  • the resonance frequency of the antenna can be adjusted by adjusting the overlap length (Lo) of the antenna pattern 220 and the ground pattern 230.
  • Lo 1mm, 3mm, and 5mm
  • the resonance frequency moves to a lower frequency.
  • tuning of the resonance frequency is possible by increasing the overlap length Lo without increasing the maximum length in one axis direction of the ground pattern 230 in the antenna structure 200.
  • the resonance frequency can be kept constant while increasing the overlap length Lo and decreasing the length of the antenna structure 200 in one axis direction. Accordingly, there is an advantage that the length of the bar portion corresponding to the stalk portion of the earbud can be reduced while maintaining the resonance frequency of the antenna structure 200.
  • the earbud 100 may be configured to include a housing 120, an antenna structure 200, and a printed circuit board (PCB) 150.
  • the housing 120 may include a main body portion 120b with a speaker port and a stalk 120a extending from the main body portion 120b.
  • the antenna structure 200 may be disposed within the stalk 120b and configured to radiate wireless signals to the outside of the earbud 100.
  • the PCB 150 may be configured to be electrically connected to the antenna structure 200.
  • An antenna structure 200 may be formed inside the housing 120 of the earbud 100.
  • the antenna structure 200a may include a power feeder 210, an antenna pattern 220, and a ground pattern 230.
  • the power feeder 210 may be connected to the signal pattern of the PCB 150 and configured to transmit a signal to the antenna pattern 220.
  • the antenna pattern 220 is connected to the power feeder 210 and may be formed to have a first length (L1) so that a signal is radiated.
  • the ground pattern 230 may be configured to be connected to the ground pattern of the PCB 150.
  • the ground pattern 230 may be formed to surround the antenna pattern 220 at a second length (L2) and a third length (L3) on one side and the other side of the antenna pattern 220.
  • the ground pattern 230 may be configured to include a plurality of conductive patterns.
  • the ground pattern 230 implemented with a plurality of conductive patterns may be formed to surround the antenna pattern 220.
  • the ground pattern 230 may be configured to include a first ground pattern 231 and a second ground pattern 232. Accordingly, the ground pattern 230 may be arranged to surround the antenna pattern 220 in the lower area and the side area of the antenna pattern 220.
  • the ground pattern 230 may be configured to include a first ground pattern 231, a second ground pattern 232, and a third ground pattern 233.
  • the first ground pattern 231 may be configured to be connected to the ground pattern of the PCB 150.
  • the first ground pattern 231 may be formed to have a second length L2 on one side of the antenna pattern 230 .
  • the second ground pattern 232 may be formed to be connected to the first ground pattern 231.
  • the second ground pattern 232 may be formed to have a fourth length L4 in the lower area of the antenna pattern 220 .
  • the third ground pattern 232 may be formed to be connected to the second ground pattern 232.
  • the third ground pattern 232 may be formed to have a third length L3 on the other side of the antenna pattern 220 .
  • the width W2 of the first ground pattern 231 and the third ground pattern 233 may be formed to be wider than the width W1 of the antenna pattern 220.
  • the width W2 of at least one of the first ground pattern 231 and the third ground pattern 233 may be formed to be wider than the width W1 of the antenna pattern 220.
  • the width of the third ground pattern 233 having an overlapping length Lo may be formed to be wider than the width of the first ground pattern 231 . Accordingly, it is possible to reduce the overall size of the antenna along with improving antenna bandwidth characteristics by overlapping areas with an overlap length (Lo).
  • the second ground pattern 232 may be formed perpendicular to the first ground pattern 231.
  • the second ground pattern 232 may be arranged parallel to the power feeder 220.
  • the third ground pattern 233 may be formed perpendicular to the second ground pattern 232.
  • the third ground pattern 233 may be arranged parallel to the antenna pattern 220.
  • the third ground pattern 233 may form an overlapping area on the other side of the antenna pattern 220 that overlaps the antenna pattern 220 in one axis direction by a predetermined length.
  • the third ground pattern 233 may be arranged to have a length (Lo) that is parallel to the antenna pattern 220 in one axis direction and overlaps the antenna pattern 220 in the other axis direction.
  • the length L4 of the second ground pattern 232 in the other axis direction perpendicular to one axis direction may be formed to be longer than the length Lf of the power feeder 210 . Accordingly, the ground pattern 230 may be formed to surround the antenna pattern 2220 on one side and the other side. Accordingly, the overall size of the antenna structure 200 can be reduced compared to the case where the ground pattern 230 is formed only on one side or the other side.
  • the antenna structure 200 may be implemented such that the length from the power feeder 210 to the ground pattern 230 connected to the PCB 150 is within a predetermined range from 1/2 the length of the wavelength in the 2.4 GHz band.
  • antenna characteristics such as resonance frequency and impedance matching characteristics can be adjusted by adjusting the overlapped length (Lo) between the antenna pattern 220 and the ground pattern 230.
  • the antenna structure 200 can have improved bandwidth and efficiency compared to the existing Inverted-F antenna.
  • the antenna structure 200 may operate as a radiator in the Bluetooth band, which is the 2.4 GHz band.
  • the first length L1 of the antenna pattern 220, the second length L2 of the first ground pattern 231, the connection length L4 of the second ground pattern 232, and the third ground pattern 233 It can operate as an radiator by the total length which is the sum of the third length (L3).
  • the antenna structure 200 can be formed by L1 + L2 + L3 + L4 to have a range within a predetermined range from a half-wavelength length in the 2.4 GHz band.
  • the antenna structure 200 can be formed by L1 + L2 + L3 + L4-Lo, which is the total length minus the overlap length (Lo), within a predetermined range from the half-wave length in the 2.4 GHz band.
  • the antenna structure 200 may operate as a radiator in a frequency band other than the 2.4 GHz band.
  • the antenna structure 200 can operate as a radiator even in the 5 GHz band.
  • the antenna structure 200 can operate as a radiator in the UWB band or Wi-Fi band of the 5 GHz band.
  • the resonance length of the antenna structure 200 in the 5 GHz band may be determined by the length (L1) of the antenna pattern 220.
  • the resonance length of the antenna structure 200 may be formed to be as long as a predetermined range from the length L1 of the antenna pattern 220.
  • each part of the antenna structure 200 operating in a dual band of the first frequency band and the second frequency band may be determined as follows.
  • the antenna structure 200 operating in dual bands can operate as a radiator in the 2.4 GHz band and the 5 GHz band.
  • the length (Lo) of the overlapping area of the antenna pattern 220 and the third ground pattern 233 may be in the range of 1 mm to 5 mm.
  • FIGS. 11A and 11B show antenna structures having different overlap area lengths according to embodiments.
  • Figure 10a shows the antenna structure 200-1 when the length (Lo) of the overlapping area is 1.5 mm.
  • Figure 10b shows the antenna structure 200-2 when the length (Lo) of the overlapping area is 4.0 mm.
  • the length Lo of the overlapping area increases, the length of the antenna pattern 220 and the length of the ground pattern 230 may be further reduced. Accordingly, if the length (Lo) of the overlapping area increases, the overall size of the antenna structure 200-2 can be reduced.
  • the bandwidth characteristics may slightly deteriorate as the overall size decreases.
  • the bandwidth characteristics may slightly deteriorate as the overall size decreases.
  • the length (Lo) of the overlapping area is reduced below the second threshold, the overall size may increase and the double resonance characteristic may not occur.
  • the length (Lo) of the overlapping area between the antenna pattern 220 and the third ground pattern 233 may be formed in a range between 1 mm and 5 mm.
  • the first length L1 of the antenna pattern 220 may be formed to be 1.0 mm or more.
  • the first length L1 of the antenna pattern 220 may be formed to be within a predetermined range of about 7.4 mm or more, but is not limited thereto.
  • the first length (L1) of the antenna pattern 220 may be determined differently depending on the housing material of the earbud, the influence of surrounding components, and the length (Lo) of the overlapping area.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be 3.0 mm or more.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be formed to be within a predetermined range of about 13.5 mm or more, but is not limited thereto.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be formed to be less than the maximum length of the stalk, that is, the bar portion of the earbud.
  • connection length L4 of the second ground pattern 232 may be formed to be 0.5 mm or more.
  • the connection length L4 of the second ground pattern 232 may be formed to be within a predetermined range of about 4.5 mm or more, but is not limited thereto.
  • the connection length L4 of the second ground pattern 232 may be formed to be less than the maximum width of the stalk, that is, the bar portion of the earbud.
  • the third length L3 of the third ground pattern 233 may be formed to be 1.0 mm or more.
  • the third length L3 of the third ground pattern 233 may be formed to be within a predetermined range of about 8.6 mm or more, but is not limited thereto.
  • the third length L3 of the third ground pattern 233 may be determined differently depending on the housing material of the earbud, the influence of surrounding components, and the length Lo of the overlapping area.
  • the length (Lo) of the overlapping area of the antenna pattern 220 and the third ground pattern 233 may be formed within a predetermined range from 1.5 mm.
  • the first length L1 of the antenna pattern 220 may be within a predetermined range of 7.4 mm.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be formed within a predetermined range from 13.5 mm.
  • the connection length L4 of the second ground pattern 232 may be within a predetermined range of 4.5 mm.
  • the third example structure may be formed so that the length (Lo) of the overlapping area of the antenna pattern 220 and the third ground pattern 233 is within a predetermined range of 4.0 mm.
  • the first length L1 of the antenna pattern 220 may be within a predetermined range of 6.0 mm.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be formed within a predetermined range from 7.0 mm.
  • the connection length L4 of the second ground pattern 232 may be within a predetermined range of 4.5 mm.
  • the third length L3 of the second ground pattern 233 may be formed within a predetermined range of 6.0 mm.
  • the length (L4) of the antenna structure 200 can be reduced from 13.5 mm to 7.0 mm. Since the ground pattern 230 is formed to surround the antenna pattern 220, the maximum length L4 of the antenna structure 200 corresponds to the length L4 of the third ground pattern 233. The length L4 of the antenna pattern 220 having the overlap length Lo ranges from 7.0 mm to 13.5 mm. On the other hand, the antenna structure of FIG. 6(b) is formed to have a length of about 26 mm to 30 mm.
  • the antenna structure 200 in which the ground pattern 230 according to the present specification surrounds the antenna pattern 220 and is formed to have an overlapping area can have its length reduced to less than 1/2. Therefore, through the antenna structure 200 according to the present specification, it is possible to improve content reception performance and user convenience by reducing the length of the antenna and reducing the length of the bar portion of the earbud while improving antenna bandwidth and gain performance.
  • the antenna structure of the earbud according to the present specification may be implemented on at least one flexible printed circuit board (FPCB).
  • FPCB flexible printed circuit board
  • Figure 12 shows the side appearance and internal structure from the side of the earbud according to the present disclosure.
  • FIG. 13 shows a structure in which the antenna pattern and ground pattern of the side appearance of the earbud of FIG. 12 are implemented in the form of an FPCB.
  • FIG. 14 shows the front appearance and internal structure of the earbud of FIG. 12 as seen from the front.
  • the antenna pattern 220 may be formed on a first flexible circuit board (FPCB) 161 connected to the first side of the PCB 150.
  • the ground pattern 230 may be formed on the second FPCB 162 connected to the second side facing the first side of the PCB 150.
  • the second FPCB 162 may be formed to include a plurality of areas. It may be referred to as the FPCB 160, including the first FPCB 161 and the second FPCB 162.
  • the second FPCB 162 may be formed to include a first region 162-R1 and a second region 162-R2.
  • the first region 162-R1 may be attached to the second surface of the PCB 150 so that the ground of the PCB 150 extends.
  • the first area 162-R1 may correspond to the first ground area 231 of FIG. 5.
  • the second region 162-R2 is formed to surround the antenna pattern 220 and may be coupled with the antenna pattern 220 to form a radiation area.
  • the second area 162-R2 may correspond to the second ground area 232 and the third ground area 233 of FIG. 5.
  • the earbud 100 may further include a battery 240 and a microphone module 250.
  • the battery 240 may be placed in the space between the first FPCB 161 and the second FPCB 162.
  • the battery 240 may be attached to the second FPCB 162 on which the first ground pattern 231 is formed.
  • the ground pattern 231 may be formed in a bent structure so that different components are arranged.
  • the ground pattern 231 may be configured to include a first sub-pattern 231a and a second sub-pattern 231b.
  • the first sub-pattern 231a may be arranged to be spaced apart from the third ground pattern 233 by a first gap G1.
  • the second sub-pattern 231b may be formed by bending the end of the first sub-pattern 231a.
  • the second sub-pattern 231b may be arranged to be spaced apart from the third ground pattern 233 by a second gap G2 that is narrower than the first gap G1.
  • the microphone module 250 may be attached to the second sub-pattern 231b.
  • the microphone module 250 may be placed in the space between the first FPCB 161 and the second FPCB 162 where the antenna pattern 220 is formed.
  • the battery 240 may be disposed in the first region 162-R1 of the second FPCB 162.
  • the upper area of the battery 240 may be attached to the second FPCB 162 on which the first ground pattern 231 is formed.
  • the lower area of the battery 240 may be disposed to be spaced apart from the second FPCB 162 on which the third ground pattern 233 is formed by a third gap G3.
  • the microphone module 250 may be disposed in the second region 162-R2 of the second FPCB 162.
  • the lower area of the microphone module 250 may be disposed on the support portion 162a of the second FPCB 162.
  • the lower area of the microphone module 250 may be disposed to be spaced apart from the first FPCB 162 on which the third ground pattern 233 is formed by a third gap G3. Accordingly, the lower area of the battery 240 and the lower area of the microphone module 250 may form the first ground pattern 231. Accordingly, even though the second FPCB 162 is formed by bending, the first ground pattern 231 can be formed at a constant height.
  • the battery 240 is disposed in the first region 162-R1 and a separate component is disposed on the top of the second region 162-R2 to form an antenna structure.
  • other electronic components and modules can be optimally placed.
  • the first side of the battery 240 and the second side of the microphone module 250 may be attached to the second FPCB 162.
  • the second side of the battery 240 and the second side of the microphone module 250 may form a first ground pattern 231. Accordingly, even though the second FPCB 162 is formed by bending, the first ground pattern 231 can be formed at a constant height.
  • the battery 240 is disposed in the first region 162-R1 and a separate component is disposed on the top of the second region 162-R2 to form an antenna structure.
  • other electronic components and modules can be optimally placed.
  • the distance between the lower area of the battery 240 and the lower area of the microphone module 250 may be set to be the same as described above or may be set to an interval within a predetermined range.
  • the third gap G3 between the second surface of the battery 240 and the third ground pattern 233 and the fourth gap between the second surface and the third ground pattern 233 of the microphone module 250 ( G4) can be formed at a predetermined interval or less.
  • the length Lo of the overlapping area of the antenna pattern 220 and the third ground pattern 233 may be formed in a range of 1 mm to 5 mm.
  • the first length L1 of the antenna pattern 220 may be 1.0 mm or more.
  • the first length L1 of the antenna pattern 220 may be formed to be within a predetermined range of about 7.4 mm or more, but is not limited thereto.
  • the first length (L1) of the antenna pattern 220 may be determined differently depending on the housing material of the earbud, the influence of surrounding components, and the length (Lo) of the overlapping area.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be 3.0 mm or more.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be formed to be within a predetermined range of about 13.5 mm or more, but is not limited thereto.
  • the second length L2 of the first ground pattern 231 may be formed to be less than the maximum length of the stalk, that is, the bar portion of the earbud.
  • connection length L4 of the second ground pattern 232 may be formed to be 0.5 mm or more.
  • the connection length L4 of the second ground pattern 232 may be formed to be within a predetermined range of about 4.5 mm or more, but is not limited thereto.
  • the connection length L4 of the second ground pattern 232 may be formed to be less than the maximum width of the stalk, that is, the bar portion of the earbud.
  • the third length L3 of the third ground pattern 233 may be formed to be 1.0 mm or more.
  • the third length L3 of the third ground pattern 233 may be formed to be within a predetermined range of about 8.6 mm or more, but is not limited thereto.
  • the third length L3 of the third ground pattern 233 may be determined differently depending on the housing material of the earbud, the influence of surrounding components, and the length Lo of the overlapping area.
  • earbuds may be referred to as electronic devices. Since the earbuds receive content such as music through wireless communication with a mobile terminal (host device), wireless earbuds can also constitute an electronic device. Meanwhile, the above-described structural and technical features can be applied to the following electronic devices. In addition, the configuration of the antenna structure (antenna module) below and the wireless connection method through an electronic device equipped with the same can be applied to the earbuds described above.
  • FIG. 15 shows the configuration of an electronic device and an antenna module including an antenna module according to the present specification, as described above.
  • the electronic device 100 includes an antenna module 200 and may further include an RF circuit 10 and a processor 30.
  • an electronic device 100 having an antenna structure will be described.
  • an electronic device 100 such as a wireless earbud, may include the antenna module 200 of FIGS. 1 and 14 and the dielectric housing 120 of FIG. 2.
  • an electronic device 100 such as wireless earbuds, includes an RF circuit 10, a sensor module 20, a control circuit 30, batteries 40 and 240, and microphones 50 and 250. ) may further be included.
  • a memory may be included in the control circuit 30 or may be provided separately. If the electronic device 100, such as a wireless earbud, has a memory, it can receive a wireless signal from the host device 100a through a Wi-Fi wireless interface in addition to Bluetooth and UWB.
  • the memory may be configured to store received content, control information, or settings information.
  • the electronic device 100 may be configured to include a dielectric housing 120 and an antenna module 200.
  • the dielectric housing 120 may be configured to have a main body portion 120b with a port and a protruding portion 122 extending from the main body portion.
  • the antenna module 200 may be disposed within the protrusion 122 and configured to radiate wireless signals to the outside of the electronic device.
  • the antenna module 200 may include a power feeder 210 connected to a signal pattern of a circuit structure disposed inside the main body 120 and configured to transmit a signal.
  • the antenna module 200 may include a radiator pattern 220 connected to the power feeder and formed to a first length L1 to radiate a signal.
  • the antenna module 200 may include a ground pattern 230 that is connected to the ground pattern of the circuit structure and is formed to surround the radiator pattern 220 on one side and the other side of the radiator pattern 220 .
  • the ground pattern 230 may be formed to have a second length L2 and a third length L3 to surround one side and a lower area of the radiator pattern 220 .
  • the ground pattern 230 may be formed to have a second length (L2) to a fourth length (L4) to surround one side, a lower region, and the other side of the radiator pattern 220.
  • the circuit structure may be implemented with a printed circuit board (PCB) configured to be electrically connected to the antenna module 220.
  • the ground pattern 230 is connected to the ground pattern of the PCB 150 and may include a first ground pattern 231 formed to a second length on one side of the radiator pattern 220.
  • the ground pattern 230 may include a second ground pattern 232 connected to the first ground pattern 231 and formed to a second length L2.
  • the ground pattern 230 is connected to the second ground pattern 232 and may include a third ground pattern 233 formed to a fourth length L4 on the other side of the radiator pattern 220.
  • the second ground pattern 232 may be formed perpendicular to the first ground pattern 231.
  • the second ground pattern 232 may be arranged parallel to the power feeder 210.
  • the third ground pattern 233 may be formed perpendicular to the second ground pattern 232.
  • the third ground pattern 233 may be arranged parallel to the radiator pattern 220.
  • the third ground pattern 233 forms an overlapping area on the other side of the radiator pattern 220 that overlaps the radiator pattern 220 by a predetermined length in one axis direction.
  • the overlapping area has an overlapping length (Lo) in one axis direction.
  • the radiator pattern 220 may be formed on a first flexible printed circuit board (FPCB) 161 connected to the first side of the PCB 150.
  • the ground pattern 230 may be formed on the second FPCB 162 connected to the second side facing the first side of the PCB 150.
  • the second FPCB 162 may include a first region 162-R1 attached to the second side of the PCB 150.
  • the second FPCB 162 is formed to surround the radiator pattern 220 and may include a second region 162-R2 that is coupled to the radiator pattern 220 to form a radiation area.
  • FIG. 14 shows the configuration of an electronic device and an antenna module including an antenna module according to the present specification, as described above.
  • the electronic device 100 includes an antenna module 200 and may further include an RF circuit 10 and a processor 30.
  • the RF circuit 10 may be operably coupled to the antenna module 200 and configured to transmit a wireless signal in a specific frequency band to the antenna module 200 .
  • Processor 30 may be operably coupled to RF circuitry 10 and configured to control RF circuitry 10 .
  • the processor 30 may control the RF circuit 10 so that the first wireless signal in the first frequency band B1 is received through the antenna module 200. If the signal quality of the first wireless signal is below the threshold, the wireless signal can be received through another frequency band and the content included in the wireless signal can always be stably received. To this end, the processor 30 or the processor of the host device 100a may determine whether the signal quality of the first wireless signal is below the threshold.
  • the host device 100a can transmit content such as music to the electronic device 100, such as wireless earbuds, through the second wireless signal in the first frequency band.
  • the signal quality of a wireless signal can be determined by whether the SNR and SINR of the wireless signal are above a threshold, but is not limited to this.
  • the signal quality of the wireless signal may be estimated from whether the user is moving and the resulting movement speed and/or acceleration through the sensor module 20.
  • the quality of a wireless signal can be estimated through the extent to which a user enters or is adjacent to a specific area where other users are expected to be present at a specific time. Additionally, the quality of the wireless signal can be estimated by determining the value sensed through the above-described sensor module 20 and the degree of entry into or proximity to a specific area.
  • the first wireless signal may be, but is not limited to, a Bluetooth signal or a Wi-Fi signal in the 2.4 GHz band.
  • the second wireless signal may be a UWB signal or a Wi-Fi signal in the 5GHz band, but is not limited thereto.
  • the host device 100a may simultaneously transmit the same content to the electronic device 100 through a first wireless signal and a second wireless signal.
  • the processor 30 may selectively receive the first wireless signal and the second wireless signal or may receive the second wireless signal simultaneously.
  • the processor 30 transmits a second wireless signal in a second frequency band (B2) higher than the first frequency band (B1) from the host device (100a) to the antenna module (
  • the RF circuit 10 can be controlled to receive data through 200).
  • the first wireless signal may be a wireless signal of the first frequency band (B1), that is, the first frequency (f1) of the 2.4 GHz band.
  • the second wireless signal may be a wireless signal in the second frequency band (B2), that is, the second frequency (f2) in the 5GHz band. Accordingly, the electronic device 100 can improve content playback capabilities by receiving wireless signals through a different wireless interface from the host device 100a.
  • a wireless signal containing content can be received by placing an antenna structure with a reduced antenna length inside the housing of a wireless earbud.
  • an antenna structure in an electronic device such as a wireless earbud operates in multiple frequency bands, enabling stable reception of wireless signals even when the surrounding environment changes.
  • antenna bandwidth characteristics can be improved by forming a ground pattern to surround the antenna pattern to increase the effective volume of the antenna.
  • antenna efficiency characteristics can be improved by forming a ground pattern to surround the antenna pattern to increase the effective volume of the antenna.
  • an antenna structure in an electronic device such as wireless earbuds can be configured to operate in a wide band.
  • a wireless signal when wearing a wireless earbud, a wireless signal can be stably received even when the antenna resonance frequency changes according to the movement of the human body or the movement of the wireless earbud in the space inside the ear.
  • the antenna structure disposed in the wireless earbud and its control operation may be implemented through software, firmware, or a combination thereof.
  • the antenna structure disposed in the wireless earbud and the configuration for performing control operations thereon can be implemented as computer-readable code on a program-recorded medium.
  • Computer-readable media includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Disk), SDD (Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. It also includes those implemented in the form of carrier waves (e.g., transmission via the Internet).
  • the computer may include a control unit of the terminal or wireless earbud, that is, a processor. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

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Abstract

실시 예에 따른 이어버드(earbud)는 스피커 포트가 있는 본체부(main body portion)와 상기 본체부로부터 연장되는 스토크(stoke)를 갖는 하우징; 및 상기 스토크 내에 배치되어 무선 신호를 상기 이어버드의 외부로 방사하는 안테나 구조를 포함할 수 있다. 상기 안테나 구조는 급전부와 연결되고 상기 신호가 방사되도록 제1 길이로 형성된 안테나 패턴; 및 상기 PCB의 그라운드 패턴과 연결되고 상기 안테나 패턴의 일 측 및 타 측에서 상기 안테나 패턴을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.

Description

안테나를 구비하는 무선 이어버드
본 명세서는 전자 기기에 관한 것으로 보다 상세하게는 안테나를 구비하는 전자 기기이다. 특정 구현은 안테나와 제어 회로를 구비한 무선 이어버드에 관한 것이다.
휴대폰, 컴퓨터 및 기타 전자 장비용 전자 액세서리와 같은 전자 기기에는 무선 회로가 포함될 수 있다. 예를 들어, 휴대 전화 및 기타 장비와 무선으로 통신하는 전자 기기로 이어버드를 사용할 수 있다.
무선 이어버드(wireless earbud)와 같은 소형 전자 기기는 블루투스 주파수 대역을 통해 호스트 기기인 이동 단말기로부터 재생되는 컨텐츠를 수신하도록 구성될 수 있다. 무선 이어버드는 인체의 귀에 삽입되는 웨어러블 전자 기기에 해당한다.
무선 이어버드와 같은 소형 전자 기기에 안테나 및 무선 통신 회로를 구현하는 데 또 다른 문제가 발생할 수 있다. 이와 관련하여, 인체에 착용되는 무선 이어버드의 본체 내부에는 무선 신호를 방사하도록 안테나가 효과적으로 동작하지 않을 수 있다. 따라서, 주변 전자 기기와 무선 통신을 통해 원하는 성능의 무선 통신 성능을 달성하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
무선 이어버드는 2.4GHz 대역의 블루투스 주파수 대역을 통해 무선 신호를 수신하도록 설계될 수 있다. 무선 신호를 수신하기 위해 무선 이어버드 내부에 구비되는 안테나는 이어버드의 돌출부, 즉 스토크 부분에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 2.4GHz 대역에서 동작하는 안테나의 공진 길이를 고려하면 이어버드의 스토크 부분의 길이가 증가하게 된다. 이어버드의 사용을 고려한 디자인적 관점에서 이어버드의 스토크 부분의 길이는 일정 길이 이하로 제한될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 안테나의 길이를 축소할 수 있는 안테나 설계가 요구된다.
한편, 무선 이어버드에 구비되는 안테나의 동작 대역폭(operational bandwidth)은 블루투스 주파수 대역을 통해 무선 통신을 수행하는 다른 전자 기기의 동작 대역폭보다 넓게 설계될 필요가 있다. 무선 이어버드 착용 시에 인체의 움직임 또는 귀 내부의 공간에서 무선 이어버드의 움직임에 따라 안테나 공진 주파수가 변경될 수 있기 때문이다.
또한, 무선 이어버드를 착용한 사용자의 주변 환경에 따라 2.4GHz 대역의 블루투스 주파수 대역에서 무선 품질이 저하될 수 있다. 이와 같이 무선 품질이 저하되는 경우 호스트 기기를 통해 무선 이어버드로 전달되는 음악과 같은 컨텐츠의 재생이 지연되거나 컨텐츠 품질이 저하될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 2.4GHz 대역 이외에 다른 주파수 대역에서도 호스트 기기와 무선 이어버드 간에 무선 연결이 필요할 수 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 안테나 길이가 축소된 안테나 구조를 구비하는 무선 이어버드를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 무선 이어버드에 구비되는 안테나 구조를 복수의 주파수 대역에서 동작되도록 하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 무선 이어버드에 구비되는 안테나의 동작 대역폭을 증가시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 무선 이어버드를 착용함에 따라 안테나 공진 주파수가 변경 시에도 무선 신호를 안정적으로 수신하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 무선 이어버드의 기구 내부에 배치되는 협소한 안테나 배치 공간에 따른 안테나 성능 변화를 최소화하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 무선 이어버드의 기구 내부에 배치되는 협소한 안테나 배치 공간에 따른 안테나 성능 변화를 최소화하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 이어버드(earbud)는 스피커 포트가 있는 본체부(main body portion)와 상기 본체부로부터 연장되는 스토크(stoke)를 갖는 하우징; 및 상기 스토크 내에 배치되어 무선 신호를 상기 이어버드의 외부로 방사하는 안테나 구조를 포함할 수 있다. 상기 안테나 구조는 급전부와 연결되고 상기 신호가 방사되도록 제1 길이로 형성된 안테나 패턴; 및 상기 PCB의 그라운드 패턴과 연결되고 상기 안테나 패턴의 일 측 및 타 측에서 상기 안테나 패턴을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 이어버드는 상기 안테나 구조와 전기적으로 연결되도록 구성된 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 상기 안테나 구조는 상기 PCB의 신호 패턴과 연결되고 신호를 전달하도록 구성된 상기 급전부를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 패턴은 상기 PCB의 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 안테나 패턴의 일 측에서 제2 길이로 형성되는 제1 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고 제3 길이로 형성되는 제2 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그라운드 패턴은 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 안테나 패턴의 타 측에서 제4 길이로 형성되는 제3 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴 및 상기 제3 그라운드 패턴 중 적어도 하나의 너비는 상기 안테나 패턴의 너비보다 더 넓게 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴과 수직하게 형성되고, 상기 급전부와 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제3 그라운드 패턴은 상기 제2 그라운드 패턴과 수직과 형성되고, 상기 안테나 패턴과 평행하게 배치될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제3 그라운드 패턴은 상기 안테나 패턴의 타 측에서 상기 안테나 패턴과 일 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되는 중첩 영역을 형성할 수 있다.
실시 예에서, 상기 일 축 방향에 수직한 타 축 방향으로 상기 제2 그라운드 패턴은 길이는 상기 급전부의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 패턴은 상기 PCB의 제1 면과 연결되는 제1 연성 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)에 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 패턴은 상기 PCB의 제1 면을 마주보는 제2 면과 연결되는 제2 FPCB에 형성될 수 있다. 상기 제2 FPCB는 상기 PCB의 제2 면에 부착되는 제1 영역을 포함할 수 있다. 상기 제2 FPCB는 상기 안테나 패턴을 둘러싸도록 형성되고, 상기 안테나 패턴과 커플링 결합되어 방사 영역을 형성하는 제2 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 이어버드는 상기 제1 그라운드 패턴이 형성된 상기 제2 FPCB에 부착되고, 상기 안테나 패턴이 형성된 상기 제1 FPCB와 상기 제2 FPCB 사이의 공간에 배치되는 배터리를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 그라운드 패턴은 상기 제3 그라운드 패턴과 제1 간격만큼 이격되어 배치된 제1 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴은 상기 제1 서브 패턴의 단부에서 절곡되고, 상기 제3 그라운드 패턴과 상기 제1 간격보다 좁은 제2 간격만큼 이격되어 배치된 제2 서브 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 이어버드는 상기 제2 서브 패턴에 부착되고, 상기 안테나 패턴이 형성된 상기 제1 FPCB와 상기 제2 FPCB 사이의 공간에 배치되는 마이크로폰 모듈을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 배터리의 제1 면과 상기 마이크로폰 모듈의 제2 면은 상기 제2 FPCB에 부착될 수 있다. 상기 배터리의 제2 면과 상기 마이크로폰 모듈의 제2 면은 상기 제1 그라운드 패턴을 형성할 수 있다.
실시 예에서, 상기 배터리의 제2 면과 상기 제3 그라운드 패턴 간의 제3 간격과 상기 마이크로폰 모듈의 제2 면과 상기 제3 그라운드 패턴 간의 제4 간격은 소정 간격 이하로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 구조는 2.4GHz 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 상기 안테나 구조는 5GHz 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이 및 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 제3 길이의 합인 총 길이는 상기 2.4GHz 대역에서 반 파장 길이에서 소정 범위 내의 범위로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 구조는 2.4GHz 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 상기 안테나 구조는 5GHz 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 상기 안테나 패턴과 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 중첩 영역의 길이는 1mm 내지 5mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이는 1.0mm 이상으로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이는 3.0mm 이상으로 형성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이는 0.5mm 이상으로 형성되고, 상기 제3 그라운드 패턴은 상기 제3 길이는 1.0mm 이상으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 중첩 영역의 길이는 1.5mm에서 소정 범위 내로 형성될 수 있다. 상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이는 7.4mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이는 13.5mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이는 4.5mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 제3 길이는 8.6mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 중첩 영역의 길이는 4.0mm에서 소정 범위 내로 형성될 수 있다. 상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이는 6.0mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이는 7.0mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이는 4.5mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 제3 길이는 6.0mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 컨텐츠가 포함된 무선 신호를 수신하는 전자 기기는 포트가 있는 본체부(main body portion)와 상기 본체부로부터 연장되는 돌출 부(protruding portion)를 구비하는 유전체 하우징; 및 상기 돌출 부 내에 배치되어 무선 신호를 상기 전자 기기의 외부로 방사하는 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 본체부의 내부에 배치된 회로 구조의 신호 패턴과 연결되고 신호를 전달하도록 구성된 급전부; 상기 급전부와 연결되고 상기 신호가 방사되도록 제1 길이로 형성된 방사체 패턴; 및 상기 회로 구조의 그라운드 패턴과 연결되고 상기 방사체 패턴의 일 측 및 타 측에서 상기 방사체 패턴을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 회로 구조는 상기 안테나 모듈과 전기적으로 연결되도록 구성된 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)으로 구현될 수 있다. 상기 그라운드 패턴은 상기 PCB의 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 방사체 패턴의 일 측에서 제2 길이로 형성되는 제1 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고 제3 길이로 형성되는 제2 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그라운드 패턴은 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 방사체 패턴의 타 측에서 상기 제4 길이로 형성되는 제3 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴과 수직하게 형성되고, 상기 급전부와 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제3 그라운드 패턴은 상기 제2 그라운드 패턴과 수직과 형성되고, 상기 방사체 패턴과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제3 그라운드 패턴은 상기 방사체 패턴의 타 측에서 상기 방사체 패턴과 일 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되는 중첩 영역을 형성할 수 있다.
실시 예에서, 상기 전자 기기는 상기 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 특정 주파수 대역의 무선 신호를 상기 안테나 모듈로 전달하는 RF 회로를 포함할 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 RF 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 RF 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 프로세서는 제1 주파수 대역의 제1 무선 신호가 상기 안테나 모듈을 통해 수신되도록 상기 RF 회로를 제어할 수 있다. 상기 제1 무선 신호의 신호 품질이 임계치 이하라고 판단되면, 상기 프로세서는 호스트 기기로부터 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역의 제2 무선 신호가 상기 안테나 모듈을 통해 수신되도록 상기 RF 회로를 제어할 수 있다.
이와 같은 안테나 구조를 구비하는 무선 이어버드의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드의 하우징의 내부에 안테나 길이가 축소된 안테나 구조를 배치하여, 컨텐츠가 포함된 무선 신호를 수신할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드와 같은 전자 기기에서 안테나 구조가 복수의 주파수 대역에서 동작하도록 하여, 주변 환경에 변경 시에도 안정적으로 무선 신호의 수신이 가능하다.
본 명세서에 따르면, 안테나 패턴을 둘러싸도록 그라운드 패턴을 형성하여 안테나의 유효 체적을 증가시켜 안테나 대역폭 특성을 개선할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 패턴을 둘러싸도록 그라운드 패턴을 형성하여 안테나의 유효 체적을 증가시켜 안테나 효율 특성을 개선할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드와 같은 전자 기기에서 안테나 구조가 광대역 동작하도록 구성할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드 착용 시에 인체의 움직임 또는 귀 내부의 공간에서 무선 이어버드의 움직임에 따라 안테나 공진 주파수가 변경 시에도 무선 신호를 안정적으로 수신할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드의 기구 내부에 배치되는 협소한 안테나 배치 공간에 따른 안테나 성능 변화를 최소화하여, 이에 따라 무선 통신 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서에 따른 무선 이어버드와 같은 웨어러블 전자 기기와 무선으로 통신하는 전자 기기를 포함하는 예시적인 시스템의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 명세서에 따른 이어버드의 전면 사시도 및 배면 사시도를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 실시예들에 따른 이어버드 내부에 형성되는 방사체 구조를 나타낸다.
도 6은 안테나의 유효 체적(effective volume)에 따른 안테나 특성을 나타내는 개념도와 다이폴 안테나와 본 명세서에 제안된 결합 루프 구조의 안테나의 공진 길이를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 명세서에 따른 안테나 구조의 측면도와 전면도를 나타낸 것이다.
도 8은 도 7의 안테나 구조들에 따른 안테나 대역폭 특성 및 안테나 효율 특성을 비교한 것이다.
도 9는 다이폴 안테나와 결합 루프 구조의 안테나 구조와 이에 따른 이중 공진 특성을 나타낸다.
도 10은 도 9(a) 및 도 9(b)의 안테나 구조에서 파라미터 조정에 따른 VSWR 특성을 나타낸 것이다.
도 11a 및 도 11b는 실시예들에 따른 서로 다른 중첩 영역의 길이를 갖는 안테나 구조들을 나타낸다.
도 12는 본 명세서에 따른 이어버드의 측면 외관과 측면에서 본 내부 구조를 나타낸다.
도 13은 도 12의 이어버드의 측면 외관의 안테나 패턴 및 그라운드 패턴이 FPCB 형태로 구현된 구조를 나타낸 것이다.
도 14는 도 12의 이어버드의 전면 외관과 전면에서 본 내부 구조를 나타낸다.
도 15는 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기와 안테나 모듈의 구성을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 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. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기는 웨어러블 디바이스(wearable device)일 수 있다. 무선 이어버드와 같은 무선 웨어러블 전자 기기는 호스트 디바이스와 그리고 서로 통신할 수 있다. 이러한 유형의 배열에서 임의의 적절한 유형의 호스트 전자 기기 및 웨어러블 무선 전자 기기가 사용될 수 있다. 셀룰러 전화, 컴퓨터 또는 손목 시계와 같은 무선 호스트의 사용은 때때로 본 명세서에서 예로서 설명될 수 있다. 또한, 임의의 적절한 웨어러블 무선 전자 기기가 무선 호스트와 무선으로 통신할 수 있다. 무선 호스트와 통신하기 위한 무선 이어버드의 사용은 단지 예시적이다.
무선 전자 기기 호스트가 이어버드와 같은 액세서리 디바이스와 무선으로 통신할 수 있다. 이와 관련하여, 도 1은 본 명세서에 따른 무선 이어버드와 같은 웨어러블 전자 기기와 무선으로 통신하는 전자 기기를 포함하는 예시적인 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 호스트 전자 기기(100a)는 무선 통신을 수행할 수 있는 이동 단말기 또는 무선 이어버드와 다른 웨어러블 기기일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 호스트 전자 기기(100a)는 무선 이어버드와 무선 통신을 수행할 수 있는 임의의 전자 기기, 예컨대 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 홈 네트워크의 컨텐츠 재생 장치 또는 차량의 통신 장치 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
무선 이어버드(100)는 다양한 구성 요소를 구비하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 무선 이어버드(100)는 안테나 모듈(200), RF 회로(10) 및 센서 모듈(20)을 포함하도록 구성될 수 있다. 무선 이어버드(100)는 제어 회로(30), 배터리(40) 및 스피커(50)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 호스트 전자 기기(100a)는 이어버드(100)와 무선 통신을 수행하기 위해 안테나 모듈(200a), RF 회로(10a)를 포함하도록 구성될 수 있다. 호스트 전자 기기(100a)는 센서 모듈(20), 제어 회로(30), 배터리(40) 및 스피커(50)를 더 포함하도록 구성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 호스트 전자 기기(100a)는 이어버드(100)보다 더 많은 구성 요소를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(200)은 호스트 전자 기기(100a)로부터 음성 컨텐츠를 포함하는 무선 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(200)은 블루투스 대역, 예컨대 2.4 내지 2.488GHz 대역의 무선 신호를 호스트 전자 기기(100a)로부터 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 호스트 전자 기기(100a)와 이어버드(100)간의 무선 통신 링크는 블루투스 통신에 한정되는 것은 아니다. 호스트 전자 기기(100a)와 이어버드(100)간의 근거리 무선 통신을 지원할 수 있는 임의의 무선 통신 링크, 예컨대 2.4GHz, 5GHz, 또는 기타 주파수 대역의 근거리 무선 통신 링크가 사용될 수 있다. 응용에 따라, IoT 무선 통신을 지원하는 이동 통신 주파수 대역의 무선 통신 링크 또는 밀리미터파 대역의 무선 통신 링크가 사용될 수도 있다.
또한, 이어버드(100)에 구비된 조작 버튼에 의해 사용자 입력이 인가되면 음성 컨텐츠에 대한 재생 및 음량 등을 제어하도록 제어 명령을 안테나 모듈(200)을 통해 호스트 전자 기기(100a)로 전달할 수 있다. 호스트 전자 기기(100a)의 안테나 모듈(200a)은 제어 명령을 포함하는 무선 신호를 블루투스 대역에서 수신할 수 있다.
안테나 모듈(200)은 RF 회로(10)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 안테나 모듈(200)은 RF 회로(10)의 신호 패턴과 급전부(FP)를 통해 연결될 수 있다. 안테나 모듈(200)은 RF 회로(10)의 그라운드 패턴과 그라운드 연결부(GP)를 통해 연결될 수 있다. RF 회로(10)는 안테나 모듈(200)을 통해 송신되는 신호 및 수신되는 신호를 증폭, 필터링 및 처리하도록 구성될 수 있다.
센서 모듈(20)은 적어도 하나의 센서들을 구비하도록 구성될 수 있다. 센서 모듈(20)은 사용자의 움직임 및 근접 여부를 감지할 수 있는 근접 센서, 사용자 입력을 감지할 수 있는 터치 센서 및 압력 센서 등을 포함하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 센서 모듈(20)은 가속도 센서 및 자이로 센서 등을 더 구비할 수도 있다.
제어 회로(30)는 센서 모듈(20), 배터리(40) 및 스피커(50)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 제어 회로(30)는 센서 모듈(20), 배터리(40) 및 스피커(50)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
배터리(40)는 이어버드(100) 내부에 배치되는 각종 전자 부품에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 배터리(40)는 충전기로부터 전력이 수신되면 전력을 저장하고, 각종 전자 부품에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 스피커(50)는 호스트 전자 기기(100a)로부터 수신된 음성 컨텐츠를 재생하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 이어버드(100)는 하우징 형태의 기구 구조로 형성되고 스피커 포트와 같은 포트가 외부에 형성되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 이어버드(100)에서 무선 신호를 수신하거나 또는 송신할 수 있는 안테나 모듈은 하우징 내부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2 및 도 3은 본 명세서에 따른 이어버드의 전면 사시도 및 배면 사시도를 나타낸다.
도 2의 전면 사시도를 참조하면, 이어버드(100)는 일 축을 기준으로 전면(100F) 및 후면(100R)으로 구분될 수 있다. 하우징(120)은 스피커 포트(120a)가 형성되는 메인 본체부(120b)를 구비할 수 있다. 스피커 포트(120a)는 이어버드(100)의 전면을 향하도록 형성될 수 있다. 하우징(120)의 스토크 부분(122)과 같은 긴 돌출 부(elongated protruding portion)는 메인 하우징 부분(120b)으로부터 외측으로 연장될 수 있다. 스토크 부분(122)은 소정 길이(L)와 직경(D)을 갖는 긴 돌출 부(elongated protruding portion)로 형성될 수 있다.
본체부(120b)는 사용자의 귀에 꼭 맞는 형상을 가질 수 있다. 스피커(20)는 본체 부(120b)에 장착될 수 있고 스피커 포트(120a)와 정렬될 수 있다. 스피커(20)는 사용자의 귀에 소리를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 스피커 포트(120a)는 하우징(120)의 하나 이상의 개구로부터 형성될 수 있다. 하나 이상의 플라스틱 또는 금속 메쉬 층이 스피커(20)와 하우징(120)의 개구(들) 사이에 개재될 수 있다
하우징(120)은 금속, 플라스틱, 탄소 섬유 복합 재료 또는 기타 섬유 복합 재료, 유리, 세라믹, 기타 재료, 또는 이들 재료의 조합으로 형성될 수 있다. 스토킹(122)의 긴 형상은 귀에서 사용자가 이어버드(100)를 손으로 잡는 것을 가능하게 한다. 스토크(122)는 하우징(120)의 후방(100R)에서 본체 부(120b)로부터 연장될 수 있고 길이방향 스토크 축(120)을 따라 연장될 수 있다. 응용에 따라 스토크(122)는 직선 형상 이외에 일정한 형태의 곡면 형상(curved shape)으로 형성될 수도 있다.
도 3은 도 2의 이어버드(100)의 후면 사시도를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(200)는 스토크(122)의 길이에 평행한 축을 따라 연장되는 긴 형상을 가질 수 있다. 안테나(200)는 급전부(108)로부터 스토크(122)의 하부 영역까지 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 안테나(200)는 하우징(120)의 내부 영역(124)에 위치한 배터리(26) 및 기타 전도성 구성요소와 같은 구조를 중첩(overlap)될 수 있다. 이러한 구조는 안테나(200)를 차폐하는 경향이 있는 전도성 재료를 포함할 수 있다.
안테나 급전부(108)는 본체 부(120b)의 영역(124)과 중첩되는 위치가 아니라 본체 부(120b)와 스토크(122) 사이의 하우징(120)의 접합부(12J)에 위치될 수 있다. 안테나 급전부의 위치를 메인 본체부(120b)와 같은 제1 위치(108')보다 접합점(120J)과 같은 제2 위치(108)에 배치하는 것이 다른 그라운드 평면 상에서 발생하는 불요 방사 및 전류 소모를 최소화하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 불요 방사 및 전류 소모를 최소화하여 배터리의 전류 소모를 감소시키고 안테나 효율을 향상시킬 수 있다.
안테나(200)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB) 상의 패턴화된 메탈패턴 또는 메탈 트레이스(metal trace)로 형성될 수 있다. PCB는 경성 재질의 기판 이외에 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB) (예: 폴리이미드 또는 기타 폴리머 기판 재질의 시트로 형성된 인쇄 회로)로 구성될 수 있다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 이어버드(earbud) 내부에 배치되는 방사체를 통해 이어버드 외부의 전자 기기와 무선 통신을 수행하는 구성에 대해 설명한다. 이어버드 외부의 전자 기기는 도 1의 호스트 전자 기기(100a)에 대응하고, 이어버드는 도 1의 이어버드(100)에 대응될 수 있다. 이어버드(100)는 안테나 모듈(200)을 통해 호스트 전자 기기(100a)와 무선 통신을 수행할 수 있다. 이어버드는 호스트 전자 기기와 무선 통신을 통해 컨텐츠를 수신하는 일종의 전자기기에 해당한다. 이어버드는 TWS (True Wireless Stereo)로 지칭될 수 있다. 호스트 전자 기기와 무선 통신을 수행하는 이어버드 내부에 배치되는 방사체 구조에 대해 상세하게 설명한다.
이와 관련하여, 도 4 및 도 5는 실시예들에 따른 이어버드 내부에 형성되는 방사체 구조를 나타낸다. 도 4(a) 및 도 4(b)는 이어버드 외부 구조의 내부에 안테나가 배치된 측면도 및 전면도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 이어버드(100)의 하우징(120) 내부에 안테나 구조(200a)가 형성될 수 있다. 안테나 구조(200a)는 급전부(210), 안테나 패턴(220a) 및 그라운드 (230)를 포함할 수 있다. 이어버드(100)는 배터리(240) 및 마이크로폰 모듈(250)를 더 포함할 수 있다. 급전부(210)는 PCB(150)의 신호 패턴과 연결되고 안테나 패턴(220a)으로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 안테나 패턴(220a)은 급전부(210)와 연결되고 신호가 방사되도록 소정 길이로 형성될 수 있다. 그라운드(230)는PCB(150)의 그라운드 패턴과 연결되도록 구성될 수 있다. 그라운드(230)는 이어버드(100)의 하우징(120)과 연결되도록 구성될 수 있다.
이어버드(100)에 적용되는 안테나 구조(200a)는 Inverted-F 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 패턴(220a)에 의해 공진 현상이 발생하므로 안테나 패턴(220a)을 공진 소자 암(Resonating Element Arm)으로 지칭할 수 있다. 일 예로, 안테나 패턴(220a)은 2.4GHz 대역에서 파장의 1/4 길이에서 소정 범위 내의 길이로 구현될 수 있다.
한편, 이어버드(100)의 착용성을 향상시키기 위해 바(bar) 부분에 해당하는 스토크(122)의 길이를 축소할 필요가 있다. 이와 관련하여, 이어버드(100)의 스토크(122) 부분의 길이를 축소 시 2.4GHz 대역에서 안테나 공진 길이의 부족 및 성능 저하가 발생할 수 있다. 또한, 사람들이 밀집된 공공 장소에서 블루투스 인터페이스를 통해 이어버드(100)가 무선 통신을 수행하는 경우 무선 성능이 저하될 수 있다. 이를 위해, 이어버드(100)의 안테나 구조가 2.4GHz 대역 이외에 다른 주파수 대역, 예컨대 UWB 대역에서도 동작할 필요가 있다. 이를 위해, 이어버드(100)의 안테나 구조는 2.4GHz 대역 이외에 다른 주파수 대역에서도 공진하도록 다중 공진이 발생되도록 구성될 필요가 있다.
도 5는 이어버드 내부에 형성될 수 있는 결합 루프(coupled loop) 구조의 안테나 구조를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 6은 안테나의 유효 체적(effective volume)에 따른 안테나 특성을 나타내는 개념도와 다이폴 안테나와 본 명세서에 제안된 결합 루프 구조의 안테나의 공진 길이를 나타내는 개념도이다. 한편, 도 7은 본 명세서에 따른 안테나 구조의 측면도와 전면도를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 제안된 안테나 구조의 안테나 패턴(220)은 그라운드 패턴(230)과 일 축 방향으로 커플링되도록 구성된 루프 안테나로 형성될 수 있다. 안테나 구조(200)는 급전부(210), 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230)를 포함하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 제시되는 안테나 구조는 바 타입의 무선 이어버드의 안테나 성능 개선을 위한 안테나 구조를 제안한다. 이와 관련하여, 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, Inverted-F 안테나는 대역폭 및 효율과 같은 안테나 성능을 만족하지 않는 경우 안테나 성능의 추가 개선이 용이하지 않다. 한편, 바 타입의 무선 이어버드의 bar 부분의 길이를 축소 시 2.4GHz 대역에서 공진 길이 부족 및 안테나 성능 저하 이슈가 발생할 수 있다. 또한, 이러한 안테나들은 다중 공진 구현이 용이하지 않아 블루투스 대역 이외의 주파수 대역에서 무선 통신 서비스를 제공하기 용이하지 않다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 안테나 구조는 커플링 기법을 적용한 루프구조 안테나이다. 루프 구조 안테나는 전술한 바와 같이 안테나 패턴(220), 그라운드 패턴(230) 및 급전부(210)를 포함하도록 구성될 수 있다. 급전부(210)에서 그라운드 패턴(230)의 연결부까지 파장의 약 1/2 길이에서 안테나 구조(200)가 공진할 수 있다. 하지만, 안테나 구조(200)는 안테나 패턴(220)과 그라운드 패턴(230) 간의 중첩 길이(Lo)에 대응하는 중첩 영역을 이용하여 안테나의 공진 길이 조절이 가능하다.
따라서, 도 5에서 제안된 안테나 구조(200)는 이어버드의 bar 부분을 전체적으로 사용하여 다이폴, 모노폴, Inverted-F 안테나보다 대역폭 및 효율을 개선할 수 있다. 이어버드의 bar 부분의 길이 축소시에도 안테나 구조(200)는 2.4 GHz대역에서 공진 길이 구현 및 안테나 성능 개선이 가능하다. 또한, 안테나 구조(200)는 다중 공진 구현이 가능하여 블루투스 이외의 추가적인 무선 통신 서비스 제공이 가능하다.
이와 관련하여, 도 5의 안테나 구조(200)의 차별점은 그라운드 패턴(230)을 안테나로 활용한 것에 있다. 이와 관련하여, 도 4의 안테나 구조에서도 그라운드(230)가 형성되고 그라운드(230)와 동일한 영역에 연성회로 기판(FPCB)가 배치될 수 있다. 한편, FPCB는 마이크로폰 또는 전원라인 연결 등의 용도로 안테나 관점에서는 불필요한 그라운드 구조일 수 있다. 따라서, FPCB의 그라운드 구조로 인하여 안테나 성능을 저하 또는 기생 공진을 발생시킬 수 있다. 도 4의 안테나 구조에서 그라운드(230) 영역을 최소화하는 구조로 안테나 패턴(220a)에 미치는 영향을 적게 할 수 있다.
한편, 도 5의 안테나 구조(200)는 안테나 성능 저하 또는 기생 공진을 발생시킬 수도 있는 그라운드 구조를 별도의 그라운드 패턴(230)으로 활용한 것에 구조적 및 기술적 특징이 있다. 안테나 구조(200)는 안테나 성능 저하 또는 기생 공진을 발생시킬 수도 있는 그라운드 구조를 그라운드 패턴으로 활용하여 전체적인 안테나 성능 향상 및 사이즈 축소를 가능하게 한 것이다. 도 5의 안테나 구조(200)에서도 그라운드 패턴(230)을 구현하기 위한 FPCB에 마이크로폰 및 전원라인이 연결될 수 있다. 이러한 마이크로폰 및 전원라인이 연결된 FPCB의 그라운드 패턴이 안테나로 활용되므로 도 5의 안테나 구조(200)는 안테나 성능 향상 및 사이즈 축소가 가능하다.
도 6(a)를 참조하면, 안테나 대역폭 특성 및 안테나 효율 특성은 안테나가 형성되는 유효 체적(effective volume)에 따라 결정될 수 있다. 유효 체적은 안테나의 근접 필드(near field)가 형성되는 거리(r)에 의해 결정될 수 있다. 거리(r)에 따른 안테나의 유효 체적을 전기적 단위로 나타내면 kr3으로 표현될 수 있다. 따라서, 안테나 대역폭 특성 및 안테나 효율 특성은 안테나의 유효 체적에 비례할 수 있다. 한편, 안테나의 공진 길이는 안테나의 길이 L에 반비례한다. 이러한 원리는 도 7(a)의 다이폴 안테나에 한정되는 것이 아니라 모노폴 안테나, Inverted F 안테나 및 도 7(c)의 안테나 구조(200)에도 적용된다. 이에 따라, 이어버드의 스토크 부분의 제한된 공간 내에 안테나 구현 시 안테나 성능이 저하될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 다이폴 안테나는 PCB(150), 급전부(210) 및 안테나 패턴(220a)를 포함하도록 구성될 수 있다. 다이폴 안테나는 공진 길이는 급전부(210)의 길이와 안테나 패턴(220a)의 길이의 합으로 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나는 다이폴 안테나에 한정되는 것은 아니고 모노폴 안테나 또는 Inverted F 안테나로 대체될 수 있다.
도 6(c)를 참조하면, 안테나 구조(200)는 급전부(210), 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 구조(200)의 공진 길이는 급전부(210)의 길이와 안테나 패턴(220)의 길이 및 그라운드 패턴(230)의 길이의 합으로 결정될 수 있다. 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230)이 중첩 길이를 갖도록 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 구조(200)의 공진 길이는 급전부(210)의 길이와 안테나 패턴(220)의 길이 및 그라운드 패턴(230)의 길이의 합에서 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230)이 중첩 길이를 뺀 값으로 결정될 수 있다.
도 7(a)는 안테나 패턴(220)을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴(230)이 형성된 안테나 구조(200)가 무선 이어버드의 스토크(122), 즉 bar 부분에 배치된 측면도를 나타낸다. 도 7(b)는 안테나 패턴(220)을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴(230)이 형성된 안테나 구조(200)가 무선 이어버드의 스토크(122), 즉 bar 부분에 배치된 전면도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 안테나 구조(200)는 급전부(210), 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 7(a)를 참조하면, 제1 그라운드 패턴(231)은 스토크(122)의 일 측과 제1 간격(Gb1)만큼 이격되게 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(232)은 스토크(122)의 하단부와 제2 간격(Gb2)만큼 이격되게 형성될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 스토크(122)의 하단부와 제3 간격(Gb3)만큼 이격되게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 간격(Gb1) 및 제2 간격(Gb3)은 안테나 구조(200)의 동작 대역 내의 최저 주파수를 고려하여 소정 간격 이상으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 그라운드 패턴(231)의 길이(L2)가 제3 그라운드 패턴(233)의 길이(L4)보다 더 짧게 형성된다. 이에 따라, 제1 간격(Gb1)이 제3 간격(Gb3)보다 더 넓게 형성될 수 있다. 제2 간격(Gb2)은 이어버드의 스토크(122)의 길이를 최소화기 위해 최소 간격으로 설정될 수 있다. 제2 간격(Gb2)도 안테나 구조(200)의 동작 대역 내의 최저 주파수를 고려하여 소정 간격 이상으로 형성될 수 있다.
도 7(b)를 참조하면, 안테나 패턴(220)의 너비 및 그라운드 패턴(230)의 너비는 제작 편의상 동일한 너비 또는 그 차이가 소정 범위 이내가 되도록 설정될 수 있다. 다른 예로, 안테나 패턴(220)의 일 측 및 타 측에서 누설 필드(fringing field)를 고려하여 그라운드 패턴(230)의 너비가 안테나 패턴(220)의 너비보다 더 넓게 형성될 수 있다.
그라운드 패턴(230)의 너비(W2)가 안테나 패턴(220)의 너비(W1)보다 더 넓게 형성됨에 따라 동일한 너비로 형성된 경우보다 전계가 안테나 구조(200) 내에 더 집중되게 된다. 또한, 그라운드 패턴(230)의 너비(W2)가 안테나 패턴(220)의 너비(W1)보다 더 넓게 형성됨에 따라 안테나 설계 자유도가 증가하고 임피던스 매칭이 더 광대역으로 이루어질 수 있다. 따라서, 그라운드 패턴(230)의 너비(W2)가 안테나 패턴(220)의 너비(W1)보다 더 넓게 형성됨에 따라 안테나 효율 특성 및 대역폭 특성이 향상될 수 있다.
제1 그라운드 패턴(231) 및 제3 그라운드 패턴(233)의 너비(W2)가 안테나 패턴(220)의 너비(W1)보다 더 넓게 형성될 수 있다. 다른 예로, 제1 그라운드 패턴(231) 및 제3 그라운드 패턴(233) 중 적어도 하나의 너비(W2)가 안테나 패턴(220)의 너비(W1)보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 중첩 길이(Lo)를 갖는 제3 그라운드 패턴(233)의 너비가 제1 그라운드 패턴(231)의 너비보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이에 따라, 중첩 길이(Lo)를 갖는 중첩 영역에 의한 안테나 대역폭 특성 개선과 함께 안테나 전체 사이즈 축소가 가능하다.
한편, 도 8은 도 7의 안테나 구조들에 따른 안테나 대역폭 특성 및 안테나 효율 특성을 비교한 것이다.
도 7 및 도 8(a)를 참조하면, 다이폴 안테나의 VSWR(voltage standing wave ratio)은 제1 주파수 대역의 제1 주파수(f0)에서 가장 낮은 값을 갖는다. 따라서, 다이폴 안테나의 공진 주파수는 제1 주파수 대역의 제1 주파수(f0)로 결정될 수 있다. 도 7 및 도 8(b)를 참조하면, 안테나 구조(200)의 VSWR은 제1 주파수 대역의 제1 주파수(f0)에서 가장 낮은 값을 갖는다. 따라서, 안테나 구조(200)의 공진 주파수도 제1 주파수 대역의 제1 주파수(f0)로 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 구조(200)의 임피던스 대역폭이 다이폴 안테나의 임피던스 대역폭보다 더 넓게 형성되어, 안테나 구조(200)는 광대역 동작한다. 광대역 동작하는 안테나 구조(200)는 대역폭이 넓어 이어버드의 착용 시 인체 접촉에 의해 안테나 특성이 변경되는 것에 의한 민감도(sensitivity)가 감소하게 된다.
도 7, 도 8(c) 및 도 8(d)를 참조하면, 다이폴 안테나의 이득 (또는 효율)보다 안테나 구조(200)의 이득 (또는 효율)이 제1 주파수(f0)에서 더 높은 값을 갖는다. 안테나 이득 (또는 안테나 효율)을 기준으로 한 대역폭 특성도 다이폴 안테나보다 안테나 구조(200)가 더 넓은 특성을 갖는다.
한편, 본 명세서에 따른 결합 루프 구조의 안테나 구조는 제1 주파수 대역이외에 제2 주파수 대역에서도 방사체로서 동작할 수 있다. 이에 따라, 결합 루프 구조의 안테나 구조는 다중 대역에서 동작하는 다중 대역 방사체로서 동작할 수 있다. 도 9는 다이폴 안테나와 결합 루프 구조의 안테나 구조와 이에 따른 이중 공진 특성을 나타낸다.
도 7 및 도 9(a)을 참조하면, 다이폴 안테나는 PCB(150)에 연결된 급전부(210)와 급전부(210)에 연결된 안테나 패턴(220a)를 포함하도록 구성된다. 다이폴 안테나의 공진 길이는 급전부(210)의 길이와 안테나 패턴(220a)의 길이의 합으로 결정될 수 있다. 안테나 패턴(220a)의 길이가 급전부(210)의 길이보다 길고 메인 방사체로 동작한다. 따라서, 안테나 패턴(220a)을 공진 소자 암(resonating element arm)으로 지칭할 수 있다.
방사체 구조는 다이폴 안테나에 한정되는 것이 아니라, 모노폴 안테나 또는 Inverted-F 안테나로 구현될 수 있다. 모노폴 안테나로 구현 시 급전부(210)의 길이와 안테나 패턴(220a)의 길이의 합이 제1 주파수 대역에서 파장의 1/4에서 소정 범위 내의 값으로 결정될 수 있다.
도 7 및 도 9(b)을 참조하면, 안테나 구조(220)는 PCB(150)에 연결된 급전부(210), 급전부(210)에 연결된 안테나 패턴(220) 및 안테나 패턴(220)과 커플링되는 그라운드 패턴(230)을 포함하도록 구성된다. 안테나 구조(220)의 공진 길이는 급전부(210)의 길이, 안테나 패턴(220)의 길이 및 그라운드 패턴(230)의 길이의 합에서 중첩 길이를 뺀 값으로 결정될 수 있다.
도 8(b) 및 도 9(a)의 안테나의 성능 튜닝을 위해 안테나 패턴(220a)의 길이와 폭을 조절할 수 있다. 안테나 패턴(220a)의 길이와 폭을 조절하여 임피던스 매칭 특성을 변경할 수 있고, 이에 따라 공진 주파수가 변경될 수 있다. 도 7(c) 및 도 8(b)의 안테나 구조(200)의 성능 튜닝을 위해 안테나 패턴(220)의 길이와 폭을 조절할 수 있다. 안테나 구조(200)의 성능 튜닝을 위해 그라운드 패턴(230)의 길이와 폭을 조절할 수 있다. 또한, 안테나 패턴(220)과 그라운드 패턴(230) 사이의 간격(G1, G2)를 조절하여 안테나 구조(200)의 성능을 튜닝할 수 있다. 전술한 파라미터 조정을 통해 안테나 구조(200)의 임피던스 매칭 특성을 변경할 수 있고, 이에 따라 공진 주파수가 변경될 수 있다.
도 6(b), 도 9(a) 및 도 9(c)를 참조하여, 안테나가 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서 이중 대역 동작하는지를 설명한다. 안테나는 제1 주파수 대역의 제1 주파수(f0) 및 제2 주파수 대역의 제2 주파수(f1)에서 이중 공진한다. 하지만, 제2 주파수(f1)에서의 안테나의 VSWR 값은 제1 주파수(f0)에서의 안테나의 VSWR 값보다 높은 값을 가져 안테나 성능이 저하된다. 제2 주파수(f1)에서의 안테나의 VSWR 값은 임계치 이상의 값을 가져 안테나는 제2 주파수 대역에서 실질적으로 방사체로 동작할 수 없다. 따라서, 도 7(b) 및 도 8(a)의 안테나 구조는 다중 공진 구현이 용이하지 않다.
도 6(c), 도 9(b) 및 도 9(d)를 참조하면, 안테나 구조(200)는 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서 이중 대역 동작하도록 구현될 수 있다. 안테나 구조(200)는 제1 주파수 대역의 제1 주파수(f0) 및 제2 주파수 대역의 제2 주파수(f1)에서 이중 공진한다. 제2 주파수(f1)에서의 안테나의 VSWR 값과 제1 주파수(f0)에서의 안테나의 VSWR 값은 모두 임계치 이하의 값을 갖는다. 따라서, 안테나 구조(200)는 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구현될 수 있다. 따라서, 도 6(c) 및 도 9(b)의 안테나 구조(200)는 다중 공진 구현이 가능하다.
한편, 도 9(a) 및 도 9(b)의 안테나 구조에서 파라미터 조정에 따른 안테나 공진 특성에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 10은 도 9(a) 및 도 9(b)의 안테나 구조에서 파라미터 조정에 따른 VSWR 특성을 나타낸 것이다.
도 9(a)의 안테나에서 급전부(210)의 길이와 안테나 패턴(220a)의 길이의 합인 유효 길이(La)을 조절하여 안테나의 공진 주파수를 조정할 수 있다. 도 9(a) 및 도 10(a)를 참조하면, La = 11mm, 14mm, 17mm로 변경됨에 따라 공진 주파수는 더 낮은 주파수로 이동된다. 이와 관련하여, 이어버드 내에 배치되는 안테나의 공진 주파수를 2.4GHz 대역으로 설정하기 위해 안테나의 공진 길이를 파장의 1/2 또는 1/4 수준으로 유지하여야 한다. 따라서, 안테나의 공진 길이를 파장의 1/4보다 소정 수준 이하로 축소하기 어렵다. 이에 따라, 도 9(a)의 안테나의 유효 길이(La)는 소정 길이 이상으로 형성되어야 한다. 하지만, 안테나의 유효 길이(La)를 고려할 때 이어버드의 스토크 부분에 해당하는 bar 부분의 길이를 축소하는데 한계가 있다.
도 9(b)의 안테나 구조(200)에서 안테나 패턴(220)과 그라운드 패턴(230)의 중첩 길이(Lo)를 조절하여 안테나의 공진 주파수를 조정할 수 있다. 도 9(b) 및 도 10(b)를 참조하면, Lo = 1mm, 3mm, 5mm로 변경됨에 따라 공진 주파수는 더 낮은 주파수로 이동된다. 이와 관련하여, 안테나 패턴(220)과 그라운드 패턴(230)의 중첩 길이(Lo)를 증가시켜 안테나 구조(200)의 유효 길이를 증가시키지 않고도 공진 주파수 변경이 가능하다. 따라서, 안테나 구조(200)에서 그라운드 패턴(230)의 일 축 방향으로 최대 길이를 증가시키기 않고도 중첩 길이(Lo)를 증가시켜 공진 주파수의 튜닝이 가능하다. 따라서, 중첩 길이(Lo)를 증가시키고 안테나 구조(200)의 일 축 방향의 길이를 감소시키면서도 공진 주파수를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 안테나 구조(200)의 공진 주파수를 유지하면서도 이어버드의 스토크 부분에 해당하는 bar 부분의 길이를 축소시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3 및 도 5 내지 도 10을 참조하면, 이어버드(100)는 하우징(120), 안테나 구조(200) 및 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)(150)를 포함하도록 구성될 수 있다. 하우징(120)은 스피커 포트가 있는 본체부(main body portion)(120b)와 본체부(120b)로부터 연장되는 스토크(stoke)(120a)를 구비할 수 있다. 안테나 구조(200)는 스토크(120b) 내에 배치되어 무선 신호를 이어버드(100)의 외부로 방사하도록 구성될 수 있다. PCB(150)는 안테나 구조(200)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
이어버드(100)의 하우징(120) 내부에 안테나 구조(200)가 형성될 수 있다. 안테나 구조(200a)는 급전부(210), 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(210)는 PCB(150)의 신호 패턴과 연결되고 안테나 패턴(220)으로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 안테나 패턴(220)은 급전부(210)와 연결되고 신호가 방사되도록 제1길이(L1)로 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 PCB(150)의 그라운드 패턴과 연결되도록 구성될 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 안테나 패턴(220)의 일 측 및 타 측에서 제2 길이(L2) 및 제3 길이(L3)로 안테나 패턴(220)을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
그라운드 패턴(230)은 복수의 도전 패턴들을 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 도전 패턴들로 구현되는 그라운드 패턴(230)은 안테나 패턴(220)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 제1 그라운드 패턴(231) 및 제2 그라운드 패턴(232)을 포함하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 그라운드 패턴(230)은 안테나 패턴(220)의 하부 영역과 측면 영역에서 안테나 패턴(220)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
안테나 구조(200)의 전체 길이를 더 감소시키기 위해 그라운드 패턴(230)은 제1 그라운드 패턴(231), 제2 그라운드 패턴(232) 및 제3 그라운드 패턴(233)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(231)은 PCB(150)의 그라운드 패턴과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(231)은 안테나 패턴(230)의 일 측에서 제2 길이(L2)로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(232)은 제1 그라운드 패턴(231)과 연결되도록 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(232)은 안테나 패턴(220)의 하부 영역에서 제4 길이(L4)로 형성될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(232)은 제2 그라운드 패턴(232)과 연결되도록 형성될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(232)은 안테나 패턴(220)의 타 측에서 제3 길이(L3)로 형성될 수 있다.
제1 그라운드 패턴(231) 및 제3 그라운드 패턴(233)의 너비(W2)가 안테나 패턴(220)의 너비(W1)보다 더 넓게 형성될 수 있다. 다른 예로, 제1 그라운드 패턴(231) 및 제3 그라운드 패턴(233) 중 적어도 하나의 너비(W2)가 안테나 패턴(220)의 너비(W1)보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 중첩 길이(Lo)를 갖는 제3 그라운드 패턴(233)의 너비가 제1 그라운드 패턴(231)의 너비보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이에 따라, 중첩 길이(Lo)를 갖는 중첩 영역에 의한 안테나 대역폭 특성 개선과 함께 안테나 전체 사이즈 축소가 가능하다.
제2 그라운드 패턴(232)은 제1 그라운드 패턴(231)과 수직하게 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(232)은 급전부(220)와 평행하게 배치될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 제2 그라운드 패턴(232)과 수직하게 형성될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 안테나 패턴(220)과 평행하게 배치될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 안테나 패턴(220)의 타 측에서 안테나 패턴(220)과 일 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되는 중첩 영역을 형성할 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 안테나 패턴(220)과 일 축 방향으로 평행하게 배치되고 타 축 방향으로 중첩된 길이(Lo)를 갖도록 배치될 수 있다.
일 축 방향에 수직한 타 축 방향으로 제2 그라운드 패턴(232)은 길이(L4)는 급전부(210)의 길이(Lf)보다 더 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 그라운드 패턴(230)이 일 측 및 타 측에서 안테나 패턴(2220)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 그라운드 패턴(230)이 일 측 또는 타 측에만 형성된 경우보다 안테나 구조(200)의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
안테나 구조(200)는 급전부(210)에서 PCB(150)에 연결되는 그라운드 패턴(230)까지의 길이가 2.4GHz 대역에서 파장의 1/2 길이에서 소정 범위 내의 길이가 되도록 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230) 사이의 중첩된 길이(Lo)를 조절하여 공진 주파수와 임피던스 매칭 특성과 같은 안테나 특성을 조절할 수 있다. 이어버드(100)의 스토크(122) 부분을 전체적으로 사용하여 안테나 체적을 증가시켜, 안테나 구조(200)가 기존 Inverted-F 안테나보다 대역폭 및 효율이 개선될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나 구조(200)는 2.4GHz 대역인 블루투스 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1), 제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2), 제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4) 및 제3 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)의 합인 총 길이에 의해 방사체로 동작할 수 있다. L1 + L2 + L3 + L4에 의해 안테나 구조(200)가 2.4GHz 대역에서 반 파장 길이에서 소정 범위 내의 범위로 형성될 수 있다. 전체 길이에서 중첩 길이(Lo)를 뺀 L1 + L2 + L3 + L4-Lo에 의해 안테나 구조(200)가 2.4GHz 대역에서 반 파장 길이에서 소정 범위 내의 범위로 형성될 수 있다.
또한, 안테나 구조(200)는 2.4GHz 대역과 다른 주파수 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 일 예로, 안테나 구조(200)는 5 GHz 대역에서도 방사체로 동작할 수 있다. 안테나 구조(200)는 5 GHz 대역의 UWB 대역 또는 Wi-Fi 대역에서도 방사체로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 중첩된 길이(Lo)를 갖는 안테나 구조(200)에서 5GHz 대역에서 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230) 간의 커플링 량은 2.4GHz 대비 감소할 수 있다. 이에 따라, 5GHz 대역에서 안테나 구조(200)의 공진 길이는 안테나 패턴(220)의 길이(L1)로 결정될 수 있다. 5GHz 대역에서 안테나 구조(200)의 공진 길이는 안테나 패턴(220)의 길이(L1)에서 소정 범위만큼 긴 길이로 형성될 수 있다.
제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역의 이중 대역에서 동작하는 안테나 구조(200)의 각 부분의 길이는 다음과 같이 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 이중 대역에서 동작하는 안테나 구조(200)는 2.4GHz 대역 및 5GHz 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 안테나 패턴(220)과 제3 그라운드 패턴(233)의 중첩 영역의 길이(Lo)는 1mm 내지 5mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a 및 도 11b는 실시예들에 따른 서로 다른 중첩 영역의 길이를 갖는 안테나 구조들을 나타낸다.
도 10a는 중첩 영역의 길이(Lo)가 1.5mm인 경우 안테나 구조(200-1)를 나타낸다. 도 10b는 중첩 영역의 길이(Lo)가 4.0mm인 경우 안테나 구조(200-2)를 나타낸다. 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 중첩 영역의 길이(Lo)가 증가하면 안테나 패턴(220)의 길이 및 그라운드 패턴(230)의 길이를 더 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 중첩 영역의 길이(Lo)가 증가하면 안테나 구조(200-2)의 전체 사이즈를 감소시킬 수 있다.
하지만, 중첩 영역의 길이(Lo)를 제1 임계치 이상으로 증가시키면 전체 사이즈가 감소함에 따라 대역폭 특성이 다소 저하될 수 있다. 한편, 중첩 영역의 길이(Lo)를 제2 임계치 이하로 감소시키면 전체 사이즈가 증가하고 이중 공진 특성이 발생하지 않을 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 안테나 패턴(220)과 제3 그라운드 패턴(233)의 중첩 영역의 길이(Lo)가 1mm 내지 5mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 도 10a를 참조하면, 제1 예시 구조는 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 1.0mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 약 7.4mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 이어버드의 하우징 재질, 주변 부품 영향 및 중첩 영역의 길이(Lo)에 따라 상이하게 결정될 수 있다.
제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 3.0mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 약 13.5mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 이어버드의 스토크, 즉 bar 부분의 최대 길이 미만의 길이로 형성될 수 있다.
제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 0.5mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 약 4.5mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 이어버드의 스토크, 즉 bar 부분의 최대 너비 미만의 길이로 형성될 수 있다.
제3 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 1.0mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제3 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 약 8.6mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 이어버드의 하우징 재질, 주변 부품 영향 및 중첩 영역의 길이(Lo)에 따라 상이하게 결정될 수 있다.
도 11a를 참조하면, 제2 예시 구조는 안테나 패턴(220)과 제3 그라운드 패턴(233)의 중첩 영역의 길이(Lo)가 1.5mm에서 소정 범위 내로 형성될 수 있다. 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 7.4mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 13.5mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 4.5mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 8.6mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 구조(220)의 제2 예시 구조의 총 길이는 L1 + L2 + L3 + L4 - Lo = 7.4mm + 13.5mm + 4.5mm + 8.6mm -1.5mm= 32.5mm로 결정될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 제3 예시 구조는 안테나 패턴(220)과 제3 그라운드 패턴(233)의 중첩 영역의 길이(Lo)가 4.0mm에서 소정 범위 내로 형성될 수 있다. 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 6.0mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 7.0mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 4.5mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 6.0mm에서 소정 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 구조(220)의 제3 예시 구조의 총 길이는 L1 + L2 + L3 + L4 - Lo = 6.0mm + 7.0 mm + 4.5mm + 6.0 mm - 4.0mm= 19.5 mm 로 결정될 수 있다. 따라서, 중첩 길이(Lo)를 증가시켜 전체 안테나 구조의 길이를 감소시키면서도 안테나 성능을 유지할 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 중첩 길이(Lo)가 1.5mm에서 4.0mm까지 증가함에 따라 안테나 구조(200)의 길이(L4)는 13.5mm에서 7.0mm로 감소시킬 수 있다. 그라운드 패턴(230)이 안테나 패턴(220)을 둘러싸도록 형성되므로 안테나 구조(200)의 최대 길이(L4)는 제3 그라운드 패턴(233)의 길이(L4)에 대응된다. 중첩 길이(Lo)를 갖는 안테나 패턴(220)의 길이(L4)는 7.0mm 내지 13.5mm의 범위를 갖는다. 반면에, 도 6(b)의 안테나 구조는 약 26mm 내지 30mm의 길이를 갖도록 형성된다.
본 명세서에 따른 그라운드 패턴(230)이 안테나 패턴(220)을 둘러싸고 중첩 영역을 갖도록 형성되는 안테나 구조(200)는 길이를 1/2 이하로 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 구조(200)를 통해 안테나 대역폭 및 이득 성능을 개선시키면서도 안테나 길이를 감소시켜 이어버드의 bar 부분을 길이를 감소시켜 컨텐츠 수신 성능 개선 및 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 이어버드의 안테나 구조는 적어도 하나의 연성 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12는 본 명세서에 따른 이어버드의 측면 외관과 측면에서 본 내부 구조를 나타낸다. 도 13은 도 12의 이어버드의 측면 외관의 안테나 패턴 및 그라운드 패턴이 FPCB 형태로 구현된 구조를 나타낸 것이다. 도 14는 도 12의 이어버드의 전면 외관과 전면에서 본 내부 구조를 나타낸다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 안테나 패턴(220)은 PCB(150)의 제1 면과 연결되는 제1 연성 회로 기판(FPCB)(161)에 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 PCB(150)의 제1 면을 마주보는 제2 면과 연결되는 제2 FPCB(162)에 형성될 수 있다. 제2 FPCB(162)는 복수의 영역들을 포함하도록 형성될 수 있다. 제1 FPCB(161)와 제2 FPCB(162)를 포함하여 FPCB(160)로 지칭할 수 있다.
제2 FPCB(162)는 제1 영역(162-R1) 및 제2 영역(162-R2)을 포함하도록 형성될 수 있다. 제1 영역(162-R1)은 PCB(150)의 제2 면에 부착되어 PCB(150)의 그라운드가 연장되도록 형성될 수 있다. 제1 영역(162-R1)은 도 5의 제1 그라운드 영역(231)에 대응될 수 있다. 제2 영역(162-R2)은 안테나 패턴(220)을 둘러싸도록 형성되고, 안테나 패턴(220)과 커플링 결합되어 방사 영역을 형성할 수 있다. 제2 영역(162-R2)은 도 5의 제2 그라운드 영역(232) 및 제3 그라운드 영역(233)에 대응될 수 있다.
본 명세서에 따른 이어버드에 안테나 구조(200) 이외에 다른 부품들이 배치될 수 있다. 이어버드(100)는 배터리(240) 및 마이크로폰 모듈(250)를 더 포함할 수 있다. 배터리(240)는 제1 FPCB(161)와 제2 FPCB(162) 사이의 공간에 배치될 수 있다. 배터리(240)는 제1 그라운드 패턴(231)이 형성된 제2 FPCB(162)에 부착될 수 있다.
한편, 그라운드 패턴(231)은 절곡된 구조로 형성되어 서로 다른 부품들이 배치되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 패턴(231)은 제1 서브 패턴(231a) 및 제2 서브 패턴(231b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 서브 패턴(231a)은 제3 그라운드 패턴(233)과 제1 간격(G1)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제2 서브 패턴(231b)은 제1 서브 패턴(231a)의 단부에서 절곡되어 형성될 수 있다. 제2 서브 패턴(231b)은 제3 그라운드 패턴(233)과 제1 간격(G1)보다 좁은 제2 간격(G2)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
마이크로폰 모듈(250)은 제2 서브 패턴(231b)에 부착될 수 있다. 마이크로폰 모듈(250)은 안테나 패턴(220)이 형성된 제1 FPCB(161)와 제2 FPCB(162) 사이의 공간에 배치될 수 있다.
배터리(240)는 제2 FPCB(162)의 제1 영역(162-R1)에 배치될 수 있다. 배터리(240)의 상부 영역이 제1 그라운드 패턴(231)이 형성된 제2 FPCB(162)에 부착될 수 있다. 배터리(240)의 하부 영역은 제3 그라운드 패턴(233)이 형성된 제2 FPCB(162)와 제3 간격(G3)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
마이크로폰 모듈(250)은 제2 FPCB(162)의 제2 영역(162-R2)에 배치될 수 있다. 마이크로폰 모듈(250)의 하부 영역이 제2 FPCB(162)의 지지부(162a)에 배치될 수 있다. 마이크로폰 모듈(250)의 하부 영역은 제3 그라운드 패턴(233)이 형성된 제1 FPCB(162)와 제3 간격(G3)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 배터리(240)의 하부 영역과 마이크로폰 모듈(250)의 하부 영역이 제1 그라운드 패턴(231)을 형성할 수 있다. 따라서, 제2 FPCB(162)가 절곡되어 형성됨에도 불구하고 제1 그라운드 패턴(231)은 일정한 높이로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 FPCB(162)가 절곡되는 경우 제1 영역(162-R1)에 배터리(240)가 배치되고 제2 영역(162-R2)의 상부에 별도의 부품이 배치되어, 안테나 구조 이외에 다른 전자 부품들 및 모듈이 최적으로 배치될 수 있다.
배터리(240)의 제1 면과 마이크로폰 모듈(250)의 제2 면은 제2 FPCB(162)에 부착될 수 있다. 배터리(240)의 제2 면과 마이크로폰 모듈(250)의 제2 면은 제1 그라운드 패턴(231)을 형성할 수 있다. 따라서, 제2 FPCB(162)가 절곡되어 형성됨에도 불구하고 제1 그라운드 패턴(231)은 일정한 높이로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 FPCB(162)가 절곡되는 경우 제1 영역(162-R1)에 배터리(240)가 배치되고 제2 영역(162-R2)의 상부에 별도의 부품이 배치되어, 안테나 구조 이외에 다른 전자 부품들 및 모듈이 최적으로 배치될 수 있다.
배터리(240)의 하부 영역과 마이크로폰 모듈(250)의 하부 영역 간의 간격은 전술한 바와 같이 동일하게 설정되거나 또는 소정 범위 내의 간격으로 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 배터리(240)의 제2 면과 제3 그라운드 패턴(233) 간의 제3 간격(G3)과 마이크로폰 모듈(250)의 제2 면과 제3 그라운드 패턴(233) 간의 제4 간격(G4)은 소정 간격 이하로 형성될 수 있다.
도 9 내지 도 13을 참조하면, 안테나 패턴(220)과 제3 그라운드 패턴(233)의 중첩 영역의 길이(Lo)가 1mm 내지 5mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 1.0mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 약 7.4mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 패턴(220)의 제1 길이(L1)는 이어버드의 하우징 재질, 주변 부품 영향 및 중첩 영역의 길이(Lo)에 따라 상이하게 결정될 수 있다.
제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 3.0mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 약 13.5mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 그라운드 패턴(231)의 제2 길이(L2)는 이어버드의 스토크, 즉 bar 부분의 최대 길이 미만의 길이로 형성될 수 있다.
제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 0.5mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 약 4.5mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 그라운드 패턴(232)의 연결 길이(L4)는 이어버드의 스토크, 즉 bar 부분의 최대 너비 미만의 길이로 형성될 수 있다.
제3 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 1.0mm 이상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제3 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 약 8.6mm에서 소정 범위 내의 길이로 이상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 그라운드 패턴(233)의 제3 길이(L3)는 이어버드의 하우징 재질, 주변 부품 영향 및 중첩 영역의 길이(Lo)에 따라 상이하게 결정될 수 있다.
이상에서는 본 명세서에 따른 이어버드 내부에 구비되는 안테나 구조와 안테나 구조를 구비하는 이어버드에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서에 따른 이어버드 내부에 구비되는 안테나 구조와 안테나 구조를 구비하는 전자 기기에 대해 전술한 구조적 특징 및 기술적 특징을 참조하여 설명한다. 이와 관련하여, 이어버드를 전자 기기로 지칭할 수 있다. 이어버드가 이동 단말기 (호스트 기기)와 무선 통신을 통해 음악과 같은 컨텐츠를 수신하므로 무선 이어버드도 전자 기기를 구성할 수 있다. 한편, 전술한 구조적 특징 및 기술적 특징이 이하의 전자 기기에 대해 적용될 수 있다. 또한, 이하의 안테나 구조 (안테나 모듈)의 구성 및 이를 구비하는 전자 기기를 통한 무선 연결 방식이 전술한 이어버드에도 적용될 수 있다.
이와 관련하여, 도 15는 전술한 바와 같이 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기와 안테나 모듈의 구성을 나타낸다. 전자 기기(100)는 안테나 모듈(200)을 포함하고 RF 회로(10) 및 프로세서(30)를 더 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 15를 참조하여, 안테나 구조를 구비하는 전자 기기(100)에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 무선 이어버드와 같은 전자 기기(100)는 도 1 및 도 14의 안테나 모듈(200) 및 도 2의 유전체 하우징(dielectric housing)(120)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 15를 참조하면, 무선 이어버드와 같은 전자 기기(100)는 RF 회로(10), 센서 모듈(20), 제어 회로(30), 배터리(40, 240) 및 마이크로폰(50, 250)을 더 포함할 수 있다. 제어 회로(30)에 포함되거나 또는 이와 별도로 메모리(memory)가 구비될 수도 있다. 무선 이어버드와 같은 전자 기기(100)가 메모리를 구비하는 경우, 블루투스, UWB 이외에 Wi-Fi 무선 인터페이스를 통해 호스트 기기(100a)로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 메모리는 수신된 컨텐츠, 제어 정보 또는 설정 정보를 저장하도록 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 15를 참조하여 안테나 모듈(200)을 구비하는 전자 기기(100)에 대해 설명한다. 전자 기기(100)는 유전체 하우징(120) 및 안테나 모듈(200)을 포함하도록 구성될 수 있다. 유전체 하우징(120)은 포트가 있는 본체부(main body portion)(120b)와 본체부로부터 연장되는 돌출 부(protruding portion)(122)를 구비하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(200)은 돌출 부(122) 내에 배치되어 무선 신호를 전자 기기의 외부로 방사하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(200)은 본체부(120)의 내부에 배치된 회로 구조의 신호 패턴과 연결되고 신호를 전달하도록 구성된 급전부(210)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(200)은 급전부와 연결되고 신호가 방사되도록 제1 길이(L1)로 형성된 방사체 패턴(220)을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(200)은 회로 구조의 그라운드 패턴과 연결되고 방사체 패턴(220)의 일 측 및 타 측에서 방사체 패턴(220)을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴(230)을 포함할 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 제2 길이(L2) 및 제3 길이(L3)로 형성되어 방사체 패턴(220)의 일 측 및 하부 영역을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 제2 길이(L2) 내지 제4 길이(L4)로 형성되어 방사체 패턴(220)의 일 측, 하부 영역 및 타 측을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
회로 구조는 안테나 모듈(220)과 전기적으로 연결되도록 구성된 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)으로 구현될 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 PCB(150)의 그라운드 패턴과 연결되고, 방사체 패턴(220)의 일 측에서 제2 길이로 형성되는 제1 그라운드 패턴(231)을 포함할 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 제1 그라운드 패턴(231)과 연결되고 제2 길이(L2)로 형성되는 제2 그라운드 패턴(232)을 포함할 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 제2 그라운드 패턴(232)과 연결되고, 방사체 패턴(220)의 타 측에서 제4 길이(L4)로 형성되는 제3 그라운드 패턴(233)을 포함할 수 있다.
제2 그라운드 패턴(232)은 제1 그라운드 패턴(231)과 수직하게 형성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(232)은 급전부(210)와 평행하게 배치될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 제2 그라운드 패턴(232)과 수직하게 형성될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 방사체 패턴(220)과 평행하게 배치될 수 있다. 제3 그라운드 패턴(233)은 방사체 패턴(220)의 타 측에서 방사체 패턴(220)과 일 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되는 중첩 영역을 형성한다. 중첩 영역은 일 축 방향으로 중첩된 길이(Lo)를 갖는다.
방사체 패턴(220)은 PCB(150)의 제1 면과 연결되는 제1 연성 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)(161)에 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(230)은 PCB(150)의 제1 면을 마주보는 제2 면과 연결되는 제2 FPCB(162)에 형성될 수 있다. 제2 FPCB(162)는 PCB(150)의 제2 면에 부착되는 제1 영역(162-R1)을 포함할 수 있다. 제2 FPCB(162)는 방사체 패턴(220)을 둘러싸도록 형성되고, 방사체 패턴(220)과 커플링 결합되어 방사 영역을 형성하는 제2 영역(162-R2)을 포함할 수 있다.
한편, 전자 기기(100)는 호스트 기기(100a)와 서로 다른 무선 인터페이스를 통해 무선 신호를 수신하여 컨텐츠 재생 능력을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여 도 14는 전술한 바와 같이 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기와 안테나 모듈의 구성을 나타낸다. 전자 기기(100)는 안테나 모듈(200)을 포함하고 RF 회로(10) 및 프로세서(30)를 더 포함할 수 있다.
RF 회로(10)는 안테나 모듈(200)과 동작 가능하게 결합되고, 특정 주파수 대역의 무선 신호를 안테나 모듈(200)로 전달하도록 구성될 수 있다. 프로세서(30)는 RF 회로(10)와 동작 가능하게 결합되고, RF 회로(10)를 제어하도록 구성될 수 있다.
프로세서(30)는 제1 주파수 대역(B1)의 제1 무선 신호가 안테나 모듈(200)을 통해 수신되도록 RF 회로(10)를 제어할 수 있다. 제1 무선 신호의 신호 품질이 임계치 이하이면 다른 주파수 대역을 통해 무선 신호를 수신하여 항상 무선 신호에 포함되는 컨텐츠를 안정적으로 수신할 수 있다. 이를 위해, 제1 무선 신호의 신호 품질이 임계치 이하인지 여부는 프로세서(30)가 판단하거나 또는 호스트 기기(100a)의 프로세서가 판단할 수 있다.
제1 무선 신호의 신호 품질이 임계치 이하이면 호스트 기기(100a)는 제1주파수 대역의 제2 무선 신호를 통해 음악과 같은 컨텐츠를 무선 이어버드와 같은 전자 기기(100)로 전달할 수 있다. 무선 신호의 신호 품질은 무선 신호의 SNR, SINR이 임계치 이상인지 여부로 판단할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
무선 신호의 신호 품질은 센서 모듈(20)을 통해 사용자의 움직임 여부와 이에 따른 이동 속도 및/또는 가속도로부터 추정될 수도 있다. 무선 신호의 품질은 사용자가 특정 시간 대에 다른 사용자가 많을 것으로 판단되는 특정 영역 내에 진입 또는 인접 정도를 통해 추정될 수 있다. 또한, 무선 신호의 품질은 전술한 센서 모듈(20)을 통해 센싱된 값 및 특정 영역 내에 진입 또는 인접 정도를 판단하여 추정될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 무선 신호는 2.4GHz 대역의 블루투스 신호 또는 Wi-Fi 신호일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 무선 신호는 5GHz 대역의 UWB 신호 또는 Wi-Fi 신호일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 실시간 컨텐츠와 같은 경우 호스트 기기(100a)는 동일한 컨텐츠를 제1 무선 신호 및 제2 무선 신호를 통해 전자 기기(100)로 동시에 송신할 수 있다. 신호 품질에 따라 프로세서(30)가 제1 무선 신호 및 제2 무선 신호를 선택적으로 수신하거나 또는 동시에 수신할 수도 있다.
제1 무선 신호의 신호 품질이 임계치 이하라고 판단되면, 프로세서(30)는 호스트 기기(100a)로부터 제1 주파수 대역(B1)보다 높은 제2 주파수 대역(B2)의 제2 무선 신호가 안테나 모듈(200)을 통해 수신되도록 RF 회로(10)를 제어할 수 있다. 제1 무선 신호는 제1 주파수 대역(B1), 즉 2.4GHz 대역의 제1 주파수(f1)의 무선 신호일 수 있다. 제2 무선 신호는 제2 주파수 대역(B2), 즉 5GHz 대역의 제2 주파수(f2)의 무선 신호일 수 있다. 따라서, 전자 기기(100)는 호스트 기기(100a)와 서로 다른 무선 인터페이스를 통해 무선 신호를 수신하여 컨텐츠 재생 능력을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 안테나 구조를 구비하는 무선 이어버드의 구성에 대해 상세하게 설명하였다. 이러한 안테나 구조를 구비하는 무선 이어버드의 기술적 효과는 다음과 같이 요약될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드의 하우징의 내부에 안테나 길이가 축소된 안테나 구조를 배치하여, 컨텐츠가 포함된 무선 신호를 수신할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드와 같은 전자 기기에서 안테나 구조가 복수의 주파수 대역에서 동작하도록 하여, 주변 환경에 변경 시에도 안정적으로 무선 신호의 수신이 가능하다.
본 명세서에 따르면, 안테나 패턴을 둘러싸도록 그라운드 패턴을 형성하여 안테나의 유효 체적을 증가시켜 안테나 대역폭 특성을 개선할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 패턴을 둘러싸도록 그라운드 패턴을 형성하여 안테나의 유효 체적을 증가시켜 안테나 효율 특성을 개선할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드와 같은 전자 기기에서 안테나 구조가 광대역 동작하도록 구성할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드 착용 시에 인체의 움직임 또는 귀 내부의 공간에서 무선 이어버드의 움직임에 따라 안테나 공진 주파수가 변경 시에도 무선 신호를 안정적으로 수신할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 무선 이어버드의 기구 내부에 배치되는 협소한 안테나 배치 공간에 따른 안테나 성능 변화를 최소화하여, 이에 따라 무선 통신 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 무선 이어버드에 배치되는 안테나 구조와 이에 대한 제어 동작은 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 한편, 무선 이어버드에 배치되는 안테나 구조와 이에 대한 제어 동작을 수행하는 구성은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 판독할 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), 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 단말 또는 무선 이어버드의 제어부, 즉 프로세서를 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.

Claims (20)

  1. 이어버드(earbud)에 있어서,
    스피커 포트가 있는 본체부(main body portion)와 상기 본체부로부터 연장되는 스토크(stoke)를 갖는 하우징;
    상기 스토크 내에 배치되어 무선 신호를 상기 이어버드의 외부로 방사하는 안테나 구조; 및
    상기 안테나 구조와 전기적으로 연결되도록 구성된 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함하고,
    상기 안테나 구조는,
    상기 PCB의 신호 패턴과 연결되고 신호를 전달하도록 구성된 급전부;
    상기 급전부와 연결되고 상기 신호가 방사되도록 제1 길이로 형성된 안테나 패턴; 및
    상기 PCB의 그라운드 패턴과 연결되고 상기 안테나 패턴의 일 측 및 타 측에서 상기 안테나 패턴을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴을 포함하는, 이어버드.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 그라운드 패턴은,
    상기 PCB의 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 안테나 패턴의 일 측에서 제2 길이로 형성되는 제1 그라운드 패턴;
    상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고 제3 길이로 형성되는 제2 그라운드 패턴; 및
    상기 제2 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 안테나 패턴의 타 측에서 제4 길이로 형성되는 제3 그라운드 패턴을 포함하고,
    상기 제1 그라운드 패턴 및 상기 제3 그라운드 패턴의 너비는 상기 안테나 패턴의 너비보다 더 넓게 형성되는, 이어버드.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 패턴은,
    상기 제1 그라운드 패턴과 수직하게 형성되고, 상기 급전부와 평행하게 배치되고,
    상기 제3 그라운드 패턴은,
    상기 제2 그라운드 패턴과 수직과 형성되고, 상기 안테나 패턴과 평행하게 배치되는, 이어버드.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제3 그라운드 패턴은,
    상기 안테나 패턴의 타 측에서 상기 안테나 패턴과 일 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되는 중첩 영역을 형성하는, 이어버드.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 일 축 방향에 수직한 타 축 방향으로 상기 제2 그라운드 패턴은 길이는 상기 급전부의 길이보다 더 길게 형성되는, 이어버드.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 안테나 패턴은,
    상기 PCB의 제1 면과 연결되는 제1 연성 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)에 형성되는, 이어버드
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 그라운드 패턴은,
    상기 PCB의 제1 면을 마주보는 제2 면과 연결되는 제2 FPCB에 형성되고,
    상기 제2 FPCB는,
    상기 PCB의 제2 면에 부착되는 제1 영역; 및
    상기 안테나 패턴을 둘러싸도록 형성되고, 상기 안테나 패턴과 커플링 결합되어 방사 영역을 형성하는 제2 영역을 포함하는, 이어버드.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 패턴이 형성된 상기 제2 FPCB에 부착되고, 상기 안테나 패턴이 형성된 상기 제1 FPCB와 상기 제2 FPCB 사이의 공간에 배치되는 배터리를 더 포함하는, 이어버드.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 패턴은,
    상기 제3 그라운드 패턴과 제1 간격만큼 이격되어 배치된 제1 서브 패턴; 및
    상기 제1 서브 패턴의 단부에서 절곡되고, 상기 제3 그라운드 패턴과 상기 제1 간격보다 좁은 제2 간격만큼 이격되어 배치된 제2 서브 패턴을 포함하는, 이어버드.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 서브 패턴에 부착되고, 상기 안테나 패턴이 형성된 상기 제1 FPCB와 상기 제2 FPCB 사이의 공간에 배치되는 마이크로폰 모듈을 더 포함하는, 이어버드.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 배터리의 제1 면과 상기 마이크로폰 모듈의 제2 면은 상기 제2 FPCB에 부착되고,
    상기 배터리의 제2 면과 상기 마이크로폰 모듈의 제2 면은 상기 제1 그라운드 패턴을 형성하는, 이어버드.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리의 제2 면과 상기 제3 그라운드 패턴 간의 제3 간격과 상기 마이크로폰 모듈의 제2 면과 상기 제3 그라운드 패턴 간의 제4 간격은 소정 간격 이하로 형성되는, 이어버드.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 안테나 구조는 2.4GHz 대역 및 5GHz 대역에서 방사체로 동작하고,
    상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이 및 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 제3 길이의 합인 총 길이는 상기 2.4GHz 대역에서 반 파장 길이에서 소정 범위 내의 범위로 형성되는, 이어버드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 안테나 구조는 2.4GHz 대역 및 5GHz 대역에서 방사체로 동작하고,
    상기 안테나 패턴과 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 중첩 영역의 길이는 1mm 내지 5mm 사이의 범위로 형성되고,
    상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이는 1.0mm 이상으로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이는 3.0mm 이상으로 형성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이는 0.5mm 이상으로 형성되고, 상기 제3 그라운드 패턴은 상기 제3 길이는 1.0mm 이상으로 형성되는, 이어버드.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중첩 영역의 길이는 1.5mm에서 소정 범위 내로 형성되고,
    상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이는 7.4mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이는 13.5mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이는 4.5mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 제3 길이는 8.6mm에서 소정 범위로 형성되는, 이어버드
  16. 제14항에 있어서,
    상기 중첩 영역의 길이는 4.0mm에서 소정 범위 내로 형성되고,
    상기 안테나 패턴의 상기 제1 길이는 6.0mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 상기 제2 길이는 7.0mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 연결 길이는 4.5mm에서 소정 범위로 형성되고, 상기 제3 그라운드 패턴의 상기 제3 길이는 6.0mm에서 소정 범위로 형성되는, 이어버드.
  17. 전자 기기에 있어서,
    포트가 있는 본체부(main body portion)와 상기 본체부로부터 연장되는 돌출 부(protruding portion)를 구비하는 유전체 하우징;
    상기 돌출 부 내에 배치되어 무선 신호를 상기 전자 기기의 외부로 방사하는 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 본체부의 내부에 배치된 회로 구조의 신호 패턴과 연결되고 신호를 전달하도록 구성된 급전부;
    상기 급전부와 연결되고 상기 신호가 방사되도록 제1 길이로 형성된 방사체 패턴; 및
    상기 회로 구조의 그라운드 패턴과 연결되고 상기 방사체 패턴의 일 측 및 타 측에서 상기 방사체 패턴을 둘러싸도록 형성된 그라운드 패턴을 포함하는, 전자 기기.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 회로 구조는 상기 안테나 모듈과 전기적으로 연결되도록 구성된 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)으로 구현되고,
    상기 그라운드 패턴은,
    상기 PCB의 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 방사체 패턴의 일 측에서 제2 길이로 형성되는 제1 그라운드 패턴;
    상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고 제3 길이로 형성되는 제2 그라운드 패턴; 및
    상기 제2 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 방사체 패턴의 타 측에서 상기 제4 길이로 형성되는 제3 그라운드 패턴을 포함하는, 전자 기기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴과 수직하게 형성되고, 상기 급전부와 평행하게 배치되고,
    상기 제3 그라운드 패턴은 상기 제2 그라운드 패턴과 수직과 형성되고, 상기 방사체 패턴과 평행하게 배치되고,
    상기 제3 그라운드 패턴은,
    상기 방사체 패턴의 타 측에서 상기 방사체 패턴과 일 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되는 중첩 영역을 형성하는, 전자 기기.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 특정 주파수 대역의 무선 신호를 상기 안테나 모듈로 전달하는 RF 회로; 및
    상기 RF 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 RF 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    제1 주파수 대역의 제1 무선 신호가 상기 안테나 모듈을 통해 수신되도록 상기 RF 회로를 제어하고,
    상기 제1 무선 신호의 신호 품질이 임계치 이하라고 판단되면, 호스트 기기로부터 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역의 제2 무선 신호가 상기 안테나 모듈을 통해 수신되도록 상기 RF 회로를 제어하는, 전자 기기.
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