KR100737569B1 - 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기에 관한 것으로서, 3차원 내장형 안테나로 커플링 방식을 통해 고주파수 대역에서 폴을 분산시켜 GPS 및 PCS 대역에 적합한 폴들을 형성하고, 더불어 CDMA 대역인 800MHz 또한 성능 향상이 가능하게 구성한 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신단말기의 트라이 폴 방식의 내장형 안테나는 끝단에 CDMA 대역인 800MHz의 주파수를 제어하는 제1 구역과, 상기 제1 구역에서 연장되어 위치하며 PCS 주파수의 특성을 갖는 제2 구역과, 상기 제2 구역에서 측부로 연장되어 상기 제1 구역과 제2 구역의 측부에 평행하게 위치하며 PCS와 전체 특성의 임피던스 영향을 주는 제3 구역을 구비한 상판 패턴;과, 상기 상판 패턴의 제2 구역에서 아래로 연장되어 상기 상판 패턴과 평행하게 위치하며 GPS와 PCS의 고주파수에서의 주파수 커플링이 고주파수 밴드에서 하나의 폴을 복수 개의 폴로 분산하는 하판 패턴;을 포함하여 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

이동통신단말기, 내장형 안테나, PCS, GPS, CDMA, 트라이 폴, 패턴

Description

트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기{Mobile Communication Terminal with A Tri-Pole type of Intenna}

도 1은 종래의 기술에 따른 역F안테나를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 나타낸 저면 사시도이고,

도 3a는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 평면도이며,

도 3b는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 좌측면 사시도이고,

도 3c는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 정면 사시도이다.

도 4a는 도 2에 도시된 GPS패턴을 제거하거나 커플링을 형성하지 않은 경우에 VSWR의 실측정치이고,

도 4b는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 VSWR의 실측정치이다.

도 5a는 도 2에 도시된 하판 패턴과 상판 패턴의 이격거리에 따른 주파수 폴의 변화를 나타낸 개략도이고,

도 5b는 도 2에 도시된 하판 패턴의 위치를 나타낸 개략도이다.

도 6은 도 2에 도시된 내장형 안테나의 방사패턴을 나타낸 사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 내장형 안테나 110 : 상판 패턴

111 : 제1 구역 112 : 제2 구역

113 : 제3 구역 120 : 하판 패턴

121 : 측벽 124 : 제4 구역

본 발명은 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기에 관한 것으로서, 특히, 3차원 내장형 안테나로 커플링 방식을 통해 고주파수 대역에서 폴을 분산시켜 GPS 및 PCS 대역에 적합한 폴들을 형성하고, 더불어 CDMA 대역인 800MHz 또한 성능 향상이 가능하게 구성한 것이다.

종래에 사용되었던 이동통신단말기의 내장형 안테나는 역F안테나(PIFA; Planar Inverted F Antenna)이거나 모노 폴 타입의 안테나이다. 이와 같은 안테나들은 패턴 구조상 캐리어의 윗면, 옆면, 앞면 등에 장착되어 이용된다. 이와 같은 역F안테나 또는 모노 폴 타입의 안테나는 일반적으로 체적이 크기 때문에 안테나를 설치할 수 있는 체적이 작을 경우에는 트라이 모드를 구현하기에 어려움이 있고, 설사 구현하더라도 그 성능이 떨어진다는 단점이 있다.

최근 이동통신단말기는 그 기능들이 증가하는 반면에 크기는 작아지는 추세이며, 이와 같은 조건을 만족하기 위해서는 이동통신단말기에 실장되는 전기 전자부품의 크기가 작아질 수밖에 없다. 이동통신단말기를 구성하는 안테나 또한 실장 될 수 있는 체적이 작아지고 있다. 하지만, 최근 이동통신단말기는 CDMA, PCS, GPS등 다양한 기능이 추가되면서 안테나의 대역범위 또한 넓어지면서 다양화되고 있다.

따라서 이동통신단말기의 안테나 또한 CDMA, GPS, PCS 조건 및 크기의 최소화에 맞춰 다양한 패턴이 개발되고 있다.

도면에서, 도 1은 종래의 기술에 따른 역F안테나를 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 역F안테나(10)는 캐리어(13)의 상면에 평판 구조로서 소정의 패턴으로 가공된 평판 안테나가 메인PCB에 실장된 것으로서, 일반적인 역F안테나(10)의 크기는 가로 38mm, 세로 16mm, 높이 6mm의 체적을 갖는다.

하지만, CDMA, GPS, PCS와 같이 이동통신단말기의 기능이 증가하면서, 상기의 체적 내에서 상기 기능들에 만족할 만한 트라이 폴 방식의 안테나를 구현하기에 어려움이 있다.

해당 주파수의 특성을 구현하다고 하더라도, 거의 듀얼 폴(dual pole)의 특성으로 하나의 폴로는 CDMA, 그리고 다른 하나의 폴로는 GPS와 PCS를 만족하도록 구현하고 있다. 이럴 경우에 GPS와 PCS의 주파수 밴드가 약 300MHz가 넘게 되는데, 이런 광대역의 안테나를 구현하기에 어려움이 있다. 결국 GPS 성능은 어느 정도 손실을 감수하는 측면에서 안테나를 제작하게 된다. 만약 트라이 폴을 개발하더라도 GPS 대역폭이 상당히 좁게 구현되기 때문에 대체적으로 GPS 수동적 게인(passive gain) 경우 -5dBi 내외를 넘는 경우가 많아 GPS특성을 만족하는데 어려움이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 종래의 내장형 안테나보다 작은 체적에서 이동통신단말기에서 구현하고자 하는 다양한 기능들에 적합한 주파수 대역을 구현할 수 있는 트라이 폴 방식의 안테나를 장착한 것으로서, 이동통신단말기의 소형화 추세 및 다기능화 추세에 적합한 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신단말기의 트라이 폴 방식의 내장형 안테나는 끝단에 CDMA 대역인 800MHz의 주파수를 제어하는 제1 구역과, 상기 제1 구역에서 연장되어 위치하며 PCS 주파수의 특성을 갖는 제2 구역과, 상기 제2 구역에서 측부로 연장되어 상기 제1 구역과 제2 구역의 측부에 평행하게 위치하며 PCS와 전체 특성의 임피던스 영향을 주는 제3 구역을 구비한 상판 패턴;과, 상기 상판 패턴의 제2 구역에서 아래로 연장되어 상기 상판 패턴과 평행하게 위치하며 GPS와 PCS의 고주파수에서의 주파수 커플링이 고주파수 밴드에서 하나의 폴을 복수 개의 폴로 분산하는 하판 패턴;을 포함하여 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하판 패턴은 상기 상판 패턴에서 1~1.5mm로 이격되어 위치한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하판 패턴은 상기 상판 패 턴의 제2 구역의 폭 내에 위치한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하판 패턴의 길이는 상기 제2 구역 범위 내에 위치하며 상기 제2 구역을 넘지 않는 길이이다.

아래에서, 본 발명에 따른 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 내장형 안테나를 나타낸 사시도이고, 도 3a는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 평면도이며, 도 3b는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 좌측면 사시도이고, 도 3c는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 정면 사시도이다. 그리고 도 4a는 도 2에 도시된 GPS패턴을 제거하거나 커플링을 형성하지 않은 경우에 VSWR의 실측정치이고, 도 4b는 도 2에 도시된 내장형 안테나의 VSWR의 실측정치이다. 또한 도 5a는 도 2에 도시된 하판 패턴과 상판 패턴의 이격거리에 따른 주파수 폴의 변화를 나타낸 개략도이고, 도 5b는 도 2에 도시된 하판 패턴의 위치를 나타낸 개략도이며, 도 6은 도 2에 도시된 내장형 안테나의 방사패턴을 나타낸 사진이다.

도 2 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 3차원 내장형 안테나(100)는 상판 패턴(110)과 하판 패턴(120)이 일체로 구성된다.

보다 구체적으로 도 3a에 보이듯이, 3차원 내장형 안테나(100)의 상판 패턴(110)은 그 끝단에 CDMA 대역인 800MHz의 주파수를 제어하는 제1 구역(111)과, 제1 구역(111)에서 연장되며 상판 패턴(110) 중간지점에 위치하며 PCS 주파수의 특성을 갖는 제2 구역(112)과, 상기 제2 구역(112)에서 연장되어 상기 제1 구역(111) 과 제2 구역(112)의 측부에 평행하게 위치하며 PCS와 전체 특성의 임피던스 영향을 주는 제3 구역(113)을 포함한다.

그리고 도 3b 및 도 3c에 보이듯이, 하판 패턴(120)은 상판 패턴(110)에서 수직하게 연장된 측벽(121)에서 다시 상판 패턴(110)과 1~1.5mm 간격으로 이격되어 제2 구역(112)과 평행하게 위치하며, 하판 패턴(120)과 측벽(121)이 형성하는 제4 구역(124)은 GPS 주파수 영역을 제어하는데, 상기 GPS와 PCS의 고주파수에서의 주파수 커플링이 고주파수 밴드(1.575GHz~1.99GHz)에서 하나의 폴을 두 개의 폴로 분산한다. 이와 같은 폴의 분산은 차후에 구체적으로 설명한다.

한편, 도 3b에 보이듯이, 수직한 측벽(121)은 내장형 안테나의 좌측 옆면을 나타낸 것으로서, 측벽(121)을 형성하여 하판 패턴(120) 아래까지 연장하여 내려둠으로써, 내장형 안테나(100)의 공간 활용도를 향상시키면서 GPS 공진을 위한 충분한 길이를 확보할 수 있다.

또한, 도 3c에 보이듯이, 하판 패턴(120)이 상판 패턴(110)에서 PCS의 특성을 나타내는 제2 구역(112)의 하단에 평행하게 위치함으로써, 고주파수 밴드(GPS와 PCS의 주파수 대역인 1.575GHz~1.99GHz)에서 도 4a 및 4b에 보이듯이 하나의 폴을 두 개의 폴로 분산하다.

아래에서는 하판 패턴의 형성에 따른 주파수 대역 변화에 대해 설명한다.

상판 패턴(110)과 하판 패턴(120) 사이의 이격된 간격은 1~1.5mm인 것이 바람직하다.

만약 이격된 간격이 1mm미만일 경우에는 도 5a에 도시된 바와 같이, 고주파 수 쪽에 위치한 GPS와 PCS 대역의 주파수 폴이 상호 멀어지는 방향으로 이동함을 알 수 있다. 즉 GPS 주파수 폴은 저주파수 쪽으로, 그리고 PCS 주파수 폴은 고주파수 쪽으로 이동하게 되고, 반대로 1.5mm를 초과하게 되면, 서로의 커플링 효과가 떨어져 즉 상호 유기전류가 발생하지 않게 되어 고주파수 쪽에서 하나의 폴로 나타나게 된다.

이와 같이 GPS와 PCS 대역의 주파수 폴이 적정 주파수 대역에 위치하기 위해서는 상판 패턴(110)과 하판 패턴(120) 사이의 간격이 1~1.5mm인 것이 바람직하다.

한편, 상판 패턴(110)에 대응하여 위치한 하판 패턴(120)의 위치는 도 5b에 도시된 바와 같이, 상판 패턴(110)의 제2 구역(112) 폭 내에 위치하는 것이 바람직하다.

하판 패턴(120)이 상판 패턴(110)과 평행한 상태에서, 하판 패턴(120)이 상판 패턴(110) 중 PCS 주파수의 특성을 갖는 제2 구역(112)의 폭 범위를 넘어갈 경우에, 폴의 분산이 잘 이루어지지 않게 됨으로써, 본 발명의 효과를 구현할 수 없게 된다.

또한, 하판 패턴(120)이 상판 패턴(110)에 대해 평행하고, 제2 구역(112)의 폭 범위 내에 위치한 상태에서 하판 패턴(120)의 길이는 제2 구역(112)의 길이 내에 위치하는 것이 바람직하다.

하판 패턴(120)은 PCS와 커플링 효과로 GPS 대역에서 공진을 형성시키도록 유도하는 영향을 주기 때문에, 지나치게 하판 패턴(120)이 길이가 길어서 제1 구역(111) 즉 800MHz 주파수 특성을 갖는 구역까지 연장될 경우에, 800MHz에서도 커 플링이 생겨 800MHz에 대역폭이 좁게 되거나 800MHz 공진 형성에 악영향을 주게 되고, 또한 고주파수에서도 원활한 공진 형성을 유도하지 못하게 된다.

따라서 하판 패턴(120)의 최대 길이는 상판 패턴(110)의 제2 구역(112) 내에 위치하는 것이 바람직하다. 반면, 하판 패턴(120)의 길이가 제2 구역(112) 내에서도 너무 짧을 경우(5mm미만)에는 GPS 대역에서의 원활한 공진 형성을 기대하기 어렵게 된다.

이와 같은 조건을 만족하는 하판 패턴(120)이 형성된 본 발명의 트라이 폴 방식의 내장형 안테나(100)를 시험한 결과에 대해 아래에서 설명한다.

도 4a는 하판 패턴을 제거하여 커플링이 전혀 발생하지 않거나 하판 패턴을 상판 패턴에서 멀리 떨어뜨렸을 경우에 나타나는 VSWR의 실측정치이다.

이와 같은 조건에서는 거의 듀얼 폴이 형성되며 이때 GPS가 4.0:1이하가 나오며 PCS 경우 특성이 좋지 않은 상태(8.0:1이하)임을 알 수 있다.

반대로, PCS가 만족하게 되면, GPS 폴은 상대적으로 나빠짐을 보인다. 여기에서, 안테나 크기는 가로 35mm, 세로 12.5mm, 높이 5mm이며, 안테나 패턴 구조는 모노 폴 방식이다. 결국 작은 크기의 안테나에서 GPS에서 PCS까지 이르는 약 300MHz의 광대역을 하나의 폴로 만족하기란 쉽지 않다는 것을 알 수 있다.

이에 반해, 도 4b는 본 발명의 내장형 안테나를 시험한 VSWR의 실측정치이다.

도 4b에 보이듯이, 3차원을 활용한 PCS 및 CDMA를 제어하는 상판 패턴(110) 하단에 하판 패턴(120)을 커플링함으로써, 3개의 폴 즉 트라이 폴이 형성됨을 알 수 있다.

이와 더불어, 도 5는 본 발명의 내장형 안테나의 방사특성을 실측한 데이터이다. 아래의 방사 특성을 통해 볼 수 있듯이, CDMA 경우 -1~1dBi, GPS 경우 0dBi, PCS 경우에 0dBi 이상의 좋은 전계강도 특성을 나타내고 있다.

한편, 앞에서 설명한 내장형 안테나는 금속판을 절곡 및 절단하여 상판 패턴과 하판 패턴을 구현할 수 있지만, 다르게는 FPCB를 이용하여 유연한 안테나를 구현할 수 있다. 이럴 경우에 상판 패턴과 하판 패턴 사이에 캐리어를 두어 이격 간격을 유지할 수 있게 구성한다.

다르게는 상판 패턴과 하판 패턴은 금속판으로 구성하고, 상판 패턴과 하판 패턴을 연결하는 측벽 부분만을 유연한 전도체로 연결하여 구성할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기는 작은 크기를 가지면서 이동통신단말기의 다양한 기능 즉 CDMA, PCS, GPS를 구현할 수 있도록 제작된 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 장착함으로써, 이동통신단말기의 크기를 축소할 수 있을 뿐만 아니라, 이동통신단말기의 기능을 다양화할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (4)

1. 끝단에 CDMA 대역인 800MHz의 주파수를 제어하는 제1 구역과, 상기 제1 구역에서 연장되어 위치하며 PCS 주파수의 특성을 갖는 제2 구역과, 상기 제2 구역에서 측부로 연장되어 상기 제1 구역과 제2 구역의 측부에 평행하게 위치하며 PCS와 전체 특성의 임피던스 영향을 주는 제3 구역을 구비한 상판 패턴;과,

   상기 상판 패턴의 제2 구역에서 아래로 연장되어 상기 상판 패턴과 평행하게 위치하며 GPS와 PCS의 고주파수에서의 주파수 커플링이 고주파수 밴드에서 하나의 폴을 복수 개의 폴로 분산하는 하판 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하판 패턴은 상기 상판 패턴에서 1~1.5mm로 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 하판 패턴은 상기 상판 패턴의 제2 구역의 폭 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하판 패턴의 길이는 상기 제2 구역 범위 내에 위치하며 상기 제2 구역을 넘지 않는 길이인 것을 특징으로 하는 트라이 폴 방식의 내장형 안테나를 구비한 이동통신단말기.

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