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KR100732666B1 - 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기 - Google Patents

복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기 Download PDF

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KR100732666B1
KR100732666B1 KR1020050124851A KR20050124851A KR100732666B1 KR 100732666 B1 KR100732666 B1 KR 100732666B1 KR 1020050124851 A KR1020050124851 A KR 1020050124851A KR 20050124851 A KR20050124851 A KR 20050124851A KR 100732666 B1 KR100732666 B1 KR 100732666B1
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Abstract

본 발명은, 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기에 관한 것으로서, 각종 부품소자가 장착된 회로기판, 회로기판의 일측면에 장착되며 이동통신 무선신호를 송수신하는 적어도 하나의 제1안테나, 회로기판의 타측면에 장착되며 부가적인 서비스를 위한 무선신호를 송수신하는 적어도 하나의 제2안테나를 포함한다. 이에 의해, 이동통신 단말기의 크기를 유지한 상태에서 복수의 안테나를 설치할 수 있으므로, 이동통신 단말기를 소형화할 수 있다.
이동통신 단말기, PIFA 안테나, 패치 안테나, 평면 안테나

Description

복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기{MOBILE TERMINAL BE MOUNTED PIURAL ANTENNA}
도 1은 본 발명에 따라 안테나가 실장된 이동통신 단말기의 회로기판의 사시도,
도 2는 도 1의 회로기판의 단면도,
도 3은 도 1의 회로기판의 배면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 회로기판 5 : 그라운드
10 : 3D PIFA 안테나 11 : 방사부
13 : 쇼트부 15 : 피딩부
20 : 패치 안테나 21 : 스트립 라인
23 : 피드포인트 25 : 방사부
본 발명은 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이동통신 단말기의 크기를 유지한 상태에서 복수의 안테나를 장착할 수 있는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기에 관한 것이다.
최근 이동통신 단말기의 기능이 다양화되면서, 이동통신 단말기 고유의 기능인 통신기능 이외에, WLAN을 통한 무선 인터넷 접속 기능, 지상파와 위성을 통해 제공되는 프로그램을 시청할 수 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 기능, GPS 위성을 이용한 위치인식기능, 그리고, 카메라, MP3, RFID와 같은 기능을 부가하여 사용자에게 다양한 서비스를 제공하고 있다.
이렇게 이동통신 단말기 고유의 통신기능 이외의 다양한 부가기능을 사용할 수 있도록 다중대역의 이동통신 단말기가 개발되고 있으며, 다중대역 이동통신 단말기의 구현을 위해서는 다중대역의 무선신호의 송수신이 가능한 안테나가 필요하다. 이러한 안테나는 소형의 크기와 넓은 대역폭, 그리고 고 이득의 특성을 가지는 것이 바람직하다.
일반적으로 이동통신 단말기에는 이동통신을 위해 외장 안테나 또는 내장 안테나가 장착되어 있다. 외장 안테나로는 모노폴(mono pole)안테나와 헤리컬(helical)안테나가 주로 사용되며, 내장 안테나로는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 안테나가 주로 사용되고 있다.
여기서, 모노폴 안테나나 헤리컬 안테나는 안테나가 외부로 노출도어 있으므로, 외부의 충격에 의해 안테나가 손상될 수 있다. 그리고 이동통신 단말기 사용시 안테나가 사용자의 머리에 위치하고 있어 전자파에 의해 사용자에게 악영향을 미칠 우려가 있다.
이와 같은 외장 안테나의 단점을 해소하기 위해 최근에는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 안테나가 주로 사용된다.
도 1을 참조하면, PIFA 안테나(10)는 그라운드(5), 방사부(11), 피드(Feed)부(15), 쇼트(Short)부(13)을 포함한 3차원 형태를 구성된다.
방사부(11)는 그라운드(5)의 상단에 배치되며, 쇼트부(13)는 방사부(11)의 끝단에 위치하여 그라운드(5)와 방사부(11)를 연결한다. 피드부(15)는 방사부(11)로 전류를 공급한다. 일반적으로 임피던스 매칭은 쇼트부(13)의 위치와 피드부(15)의 길이에 의해 결정된다.
이러한 PIFA 안테나(10)는 내장형 안테나로서 이동통신 단말기의 내부에 내장이 가능하므로, 외장 안테나의 단점을 상당 부분 해소하였으며, 외장 안테나에 비해 생산이 용이하다. 그러나, PIFA 안테나는 방사부(11)와 그라운드(5)의 간극과 사이즈 측면 등에서 크기를 소형화하는데 한계가 있다.
한편, 각각 다른 주파수 대역을 통해 서비스되는 DMB 기능, 위치인식기능, RFID 기능을 지원하기 위해서는, 각각 다른 주파수 대역에서 동작하는 별도의 안테나를 필요로 한다. 그러나, 이러한 기능의 지원을 위해 이동통신 단말기에 복수의 PIFA 안테나를 장착할 경우에는 이동통신 단말기의 크기가 커지게 되며, 이동통신 단말기의 크기를 유지한 상태에서는 충분한 공간이 확보되지 아니하기 때문에 장착할 수 있는 PIFA 안테나의 수가 제한된다.
최근에는 3차원 형상인 PIFA 안테나를 대신하여 이동통신용으로서 평면(Planar) 안테나를 장착하는 방식이 제안되어 있다. 평면 안테나는 PCB 회로기판에 실장가능하여 안테나의 장착을 위한 별도의 공간의 거의 필요하지 아니하다는 장점이 있다. 그러나, 평면 안테나의 특성상 방향성을 갖는 서비스에는 사용이 어렵다는 문제점이 있어 아직 이동통신용으로 실용화되기에는 무리가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 이동통신 단말기의 크기를 유지한 상태에서 복수의 안테나를 장착할 수 있는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 각종 부품소자가 장착된 회로기판; 상기 회로기판의 일측면에 장착되며, 이동통신 무선신호를 송수신하는 적어도 하나의 제1안테나; 및, 상기 회로기판의 타측면에 장착되며, 부가적인 서비스를 위한 무선신호를 송수신하는 적어도 하나의 제2안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1안테나 및 제2안테나는, 평면(Planar)안테나인 것이 바람직하다.
상기 제1안테나는 PIFA 안테나와 패치 안테나 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제2안테나는 PIFA 안테나와 패치 안테나 중 어느 하나일 수 있다.
상기 PIFA 안테나는, 상기 이동통신 무선신호를 송수신하는 방사부와, 상기 방사부에 전류를 공급하는 피드부와, 그라운드, 상기 방사부를 상기 그라운드와 연결하는 쇼트부를 포함할 수 있다.
상기 패치 안테나는, 상기 무선신호를 송수신하는 평면의 방사부와, 상기 방사부에 전류를 공급하는 피드포인트와, 상기 그라운드와 상기 방사부를 연결하는 스트립 라인을 포함할 수 있다.
상기 제1안테나는 상기 PIFA 안테나이고, 상기 제2안테나는 패치 안테나인 것이 바람직하다.
상기 PIFA 안테나는 상기 회로기판의 일측면의 일단부에 장착되고, 상기 패치 안테나는 상기 회로기판의 배면에 상기 PIFA 안테나가 장착된 영역에 대응되도록 장착될 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 이동통신 단말기에는 복수의 내장형 안테나가 설치되어 있으며, 복수의 안테나는 회로기판의 양측면에 각각 설치되어 있다.
각 안테나는 평면(Planar) 안테나로 마련할 수 있으며, 여기서 평면 안테나는 평면이거나 두께가 아주 얇은 3차원의 안테나를 통칭한다. 평면 안테나로는 3D PIFA, PIFA, 패치(Patch) 안테나 등을 들 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 안테나가 실장된 이동통신 단말기의 회로기판의 사시도이고, 도 2는 도 1의 회로기판의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 회로기판(1)의 일측면에는 제1안테나인 3D PIFA 안테나(10)가 설치되어 있으며, 회로기판(1)의 타측면에는 제2안테나인 패치 안테나(20)가 장착되어 있다.
3D PIFA 안테나(10)는, 그라운드(5), 방사부(11), 피드부(15), 쇼트부(13)을 포함한다.
방사부(11)는 전류를 전파로 변환하여 공기중에 송신하거나 수신하는 영역으 로서, 판상으로 형성된다. 도 1에는 방사부(11)가 사각 판상으로 도시되어 있으나, 마름모, 원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 슬릿 등을 이용하여 다양한 패턴을 형성하도록 설계할 수도 있음은 물론이다.
피드부(15)는 방사부(11)와 회로기판(1)을 연결하며, 방사부(11)에 수직으로 연결되어 있다. 방사부(11)는 회로기판(1)으로부터 공급된 전류를 방사부(11)에 전달함으로써, 방사부(11)에서 전파를 송수신할 수 있도록 한다.
쇼트부(13)는 방사부(11)와 평행하게 배치되며, 방사부(11)와 그라운드(5)를 연결한다. 쇼트부(13)는 방사부(11)를 순환한 전류를 그라운드(5)로 안내한다.
이러한 피드부(15)와 쇼트부(13)에 의해, 방사부(11)는 회로기판(1)으로부터 소정 폭 이격된 위치에 배치된다.
그라운드(5)는 회로기판(1)에 형성된 그라운드(5)를 사용하며, 그라운드(5)의 형상은 3D PIFA 안테나(10)와 패치 안테나(20)의 특성과, 원하는 동작대역에 따라 여러가지 패턴으로 형성할 수 있다. 즉, 3D PIFA 안테나(10)의 S11 특성, 패치 안테나(20)의 S11 특성 및 3D PIFA 안테나(10)와 패치 안테나(20) 간의 S12 특성이 최적화되도록 그라운드(5)에 패턴을 형성할 수 있다.
이러한 구성에 의한 3D PIFA 안테나(10)의 작동과정을 간단히 살펴보면, 피드부(15)를 통해 방사부(11)에 전류가 공급되면, 방사부(11)에서는 전류를 전파로 변환시켜 방사한다. 그리고 전류는 쇼트부(13)를 통해 그라운드(5)로 되돌아간다. 이 때, 방사부(11)를 통해 입력된 외부로부터의 전파도 그라운드(5)를 통해 회로기판(1)에 제공된다.
이러한 3D PIFA 안테나(10)는 Omni-directonal 특성을 가지며, 이동통신 무선신호의 송수신을 위해 사용된다.
한편, 3D PIFA 안테나(10)의 성능은, 대역폭(band width), 공진 주파수에서의 반사 손실(Return Loss), 임피던스 매칭 효율 등에 의해 좌우된다. 일반적으로 임피던스 매칭은 쇼트부(13)의 위치와 피드부(15)의 길이에 의해 결정된다.
도 3은 도 1의 회로기판의 배면도이다. 도시된 바와 같이, 회로기판(1)의 배면에는 평면안테나의 일종인 패치 안테나(20)가 장착되어 있다.
패치 안테나(20)는, 방사부(25), 피드포인트(23), 스트립 라인(21), 그라운드(5)를 포함한다.
방사부(25)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 사각판상으로 형성되며, 사각판상 이외에 원판으로 형성될 수도 있다. 이러한 방사부(25)에는 슬릿을 이용하여 다양한 패턴을 형성할 수도 있으며, 패턴에 의해 안테나의 동작대역을 변동시킬 수 있다.
스트립 라인(21)은 방사부(25)의 일측으로부터 연장된 띠 형상으로 형성되며, 안테나의 동작 특성에 따라 복수의 절곡부위를 가질 수 있다. 스트립 라인(21)의 길이는, 임피던스의 실수부가 50Ω으로 매칭되어 방사부(25)의 공진이 일어나도록 설계된다.
이러한 스트립 라인(21)의 말단부는 회로기판(1)의 수직방향으로 절곡되어 회로기판(1)을 관통하며, 스트립 라인(21)의 말단부는 3D PIFA 안테나(10)의 그라운드(5)에 연결된다. 따라서, 본 패치 안테나(20)는 별도의 그라운드(5)를 필요로 하지 아니하므로, 패치 안테나(20)의 구조를 간단화할 수 있다.
피드포인트(23)는 방사부(25)로부터 연장된 스트립 라인(21)의 일측에 형성되며, 방사부(25)에 전류를 공급한다.
이러한 패치 안테나(20)는, 회로기판(1)의 배면에 3D PIFA 안테나(10)가 장착된 회로기판(1)의 영역에 대응되는 영역에 장착된다. 그러나, 회로기판(1)의 배면에 3D PIFA 안테나(10)의 장착위치와 일치하지 아니하는 영역에 장착할 수도 있음은 물론이다.
패치 안테나(20)는, 3D PIFA 안테나(10)가 이동통신 무선신호를 송수신하는데 반해, RFID 무선신호, GPS 위성신호, DMB용 무선신호 등을 송수신할 수 있으며, 패치 안테나(20)는 방사부(25)의 전면 방향으로 방향성을 갖는다.
최근 RFID 시스템과 이동통신과의 결합으로 mRFID(mobile RFID)라는 서비스가 제공되고 있다. mRFID 기술에서는 이동통신 단말기에 전자태그, 리더, 안테나 및 처리모듈을 장착함으로써, 타 전자태그로부터 정보를 읽어들여 사용자에게 유용한 정보서비스를 제공하거나, 이동통신 단말기내의 전자태그를 통해 타 기기에 이동통신 단말기로부터의 정보를 전달할 수 있다. 이러한 mRFID 기술에서 사용되는 RFID용 안테나는 908.5 내지 914MHz 대역의 무선신호를 송수신하게 되므로, 본 패치 안테나(20)의 동작대역을 RFID 무선신호의 주파수 대역과 매칭시켜 RFID용 안테나로 사용할 수 있다.
한편, GPS 위성은 이동통신 단말기와의 무선신호 송수신을 통해 이동통신 단말기의 위치를 파악하게 된다. GPS 위성과의 통신을 위해 안테나 동작대역은 GPS 위성신호의 주파수 대역(L2대역:1227.6MHz, L1대역:1575.42MHz)과 매칭되어야 하며, 본 패치 안테나(20)의 동작대역을 GPS 위성신호의 주파수 대역과 매칭시켜 GPS용 안테나로 사용할 수 있다.
DMB 서비스는 위성 DMB 서비스와 지상파 DMB 서비스로 분류되며, 위성 DMB 서비스의 경우에는 지상파 DMB 보다 고 주파수 대역인 S-band 2.630 ~ 2.655 GHz 대역을 사용한다. 그리고 지상파 DMB 서비스의 경우, 주파수 대역이 204 내지 210MHz이다. 따라서, 위성 DMB용 안테나로 사용할 것인지 지상파 DMB용 안테나로 사용할 것인지에 따라, 본 패치 안테나(20)의 동작대역을 해당 주파수 대역과 매칭시키면 된다.
한편, 상술할 실시예에서는, 3D PIFA 안테나(10)를 이동통신용으로 사용하고, RFID, GPS, DMB 서비스를 위해 패치 안테나(20)를 사용하는 것으로 설명하였다. 그러나, 3D PIFA 안테나(10)를 RFID, GPS, DMB 서비스용으로 사용하고, 패치 안테나(20)를 이동통신용으로 사용할 수 있도록 설계할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상술한 실시예와는 달리 회로기판의 양면에 패치 안테나(20)를 장착하여 사용할 수도 있고, 패치 안테나(20)를 복수개 장착하여 사용할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 회로기판의 양면에 3D PIFA 안테나와 패치 안테나를 각각 장착시킴으로써, 이동통신 단말기의 크기를 유지한 상태에서 복수의 안테나를 설치할 수 있다. 따라서, 복수의 안테나 장착시 이동통신 단말기의 크기를 증가시킬 필요가 없으므로, 이동통신 단말기를 소형화할 수 있 다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 각종 부품소자가 장착된 회로기판;
    상기 회로기판의 일측면에 장착되며, 이동통신 무선신호를 송수신하는 적어도 하나의 제1안테나; 및,
    상기 회로기판의 타측면에 장착되며, 부가적인 서비스를 위한 무선신호를 송수신하는 적어도 하나의 제2안테나를 포함하며, 상기 제1안테나는 무지향성 안테나이고, 상기 제2안테나는 지향성 안테나인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1안테나 및 제2안테나는, 평면(Planar)안테나인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1안테나는 PIFA 안테나와 패치 안테나 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2안테나는 PIFA 안테나와 패치 안테나 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 PIFA 안테나는, 상기 이동통신 무선신호를 송수신하는 방사부와, 상기 방사부에 전류를 공급하는 피드부와, 그라운드, 상기 방사부를 상기 그라운드와 연결하는 쇼트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 패치 안테나는, 상기 무선신호를 송수신하는 평면의 방사부와, 상기 방사부에 전류를 공급하는 피드포인트와, 상기 그라운드와 상기 방사부를 연결하는 스트립 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1안테나는 상기 PIFA 안테나이고, 상기 제2안테나는 패치 안테나인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 PIFA 안테나는 상기 회로기판의 일측면의 일단부에 장착되고, 상기 패치 안테나는 상기 회로기판의 배면에 상기 PIFA 안테나가 장착된 영역에 대응되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나가 장착된 이동통신 단말기.
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