KR100913342B1 - 이동통신단말기의 내장형 지상파 디엠비 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지상파 디엠비(TDMB)용 안테나로서 이동통신 단말기의 내부에 장착되는 내장형 안테나이다.

본 발명은 헬릭스 안테나의 등가구조의 사각형 헬릭스 안테나를 이용하여, 다수 개의 헬릭스 등가 구조 안테나를 연결하여 구현한 가변 피치의 헬릭스 안테나와 접힌 형태의 모노폴 안테나를 복합하여 구현한 내장형 안테나로서, 가변 피치의 헬릭스 안테나는 접힌 형태의 모노폴 안테나의 안쪽의 영역에서 비선형의 가변 피치를 갖고 구현이 되며, 이 비선형 피치의 헬릭스의 끝단에서 접힌 모노폴 안테나가 연결되어진다. 이러한 안테나는 상대적으로 적은 체적을 가지게 되며, 이로 인하여 단말기 내부에 실장이 가능하도록 할 수 있게 된다.

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Description

이동통신단말기의 내장형 지상파 디엠비 안테나{Inner type terrestrial ＤＭＢ antenna}

본 발명은 이동통신단말기의 지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 수신을 위한 안테나에 관한 것으로, 헬리컬 등가구조를 이용하여 그 설치 체적을 줄여 이동통신 단말기내에 내장되는 이동통신 단말기 내장형 안테나에 관한 것이다.

근래에는 이동통신단말기는 일반 통신 기본 기능 외에 사진, 음악 및 동영상재생 및 편집에 이르기까지 다양한 멀티미디어 기능이 탑재되어 사용자에게 활용되고 있으며, 특히 다양한 멀티미디어 기술의 발전으로 ISDB(Intergrated Service Digital Broadcasting)라 하여 TV 프로그램도 데이터 서비스의 일부로 간주하여 종합정보 방송으로 통합한 멀티미디어 방송서비스의 일종인 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)방송을 이동통신 단말기로 시청 가능하게 되었다.

DMB 서비스는 방송센터에서 프로그램을 위성으로 송출하면 위성이 전파를 통해 전국의 DMB 단말기에 뿌려주는 방식인 위성 DMB 방식과 현재 비어 있는 공중파 VHF 채널을 활용해 DMB 방송을 하는 것으로 송신탑에서 보내오는 전파를 단말기를 통해 받아보는 지상파 DMB 방식으로 나눌 수 있다.

여기서, 지상파 DMB는 위성DMB와 달리 방송주파수 대역이 낮기 때문에 안테나를 별도로 구비해야함에 따라 이동통신단말기의 특성(휴대성)상 이동통신 단말기를 설계하는 데 있어, 제약이 뒤따르게 된다.

즉, 위성에서 전파를 받는 위성DMB의 경우 별도의 안테나가 필요 없지만 지상파DMB폰은 외장 안테나 또는 길게 뽑아서 쓰는 리트렉터블(Retractable) 안테나를 내장해야 하기 때문이다.

지상파 DMB의 수신을 위한 안테나의 경우 이동통신단말기와 비교하여 볼 때 비교적 크기가 큰 안테나 크기를 가지되는 관계로, 이러한 지상파 DMB 안테나의 경우 단말기에 착탈 또는 상기에서 같이 리트렉터블 구조가 일반적이다.

도 1은 종래 단말기용 지상파 DMB 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에서와 같이, 지상파 DMB안테나는 단말기(20)의 외부로 고정된 상태로 다단의 서로 다른 내경을 갖는 금속형의 관이 끼워진 형태로 사용시 인출되는 구조를 갖는 로드(ROD) 방식의 모노폴 안테나(Monopole)(10)로 구성된다.

1/4 파장 모노폴 안테나(10)는 도 2에서와 같이, RLC 직렬 공진 회로의 등가 형태로 동작을 하는데 안테나를 수납하기 위하여 안테나를 접어서 단말기 내부로 집어넣게 되면 이러한 RLC의 모든 요소가 완전히 다른 값을 갖게 되고 이로 인하여 안테나의 공진주파수가 완전 다른 대역으로 이동하게 되고, 이는 안테나의 성능을 완전히 저하시키게 된다. 이로 인하여 단말기는 정상적인 동작을 할 수 없는 상태가 된다.

따라서, 이와 같은 종래 안테나는 도 1에서와 같이 단말기 외부로 인출시켜 사용하게 된다.(리트랙터블)

이와 같은 종래 안테나를 사용하기 위해서는 단말기 내부로부터 안테나의 손잡이 부분을 잡고 도 1에서와 같은 형태로 인출시키면 된다.

이와 같이 종래 이동통신 단말기에 사용된 지상파 DMB용 안테나는 이동통신용 안테나와 별도로 외장 리트렉터블 안테나를 사용한 형태로 DMB 방송 수신시 단말기 외부로 안테나를 길게 뽑은 형태로 사용되어져 왔다.

그러나 이러한 안테나들은 폭은 좁지만 길이가 길기 때문에 이동통신용 단말기의 설계에 어려움을 겪을 수밖에 없으며, 사용시 불편하였다.

또한, 안테나의 견고함이 취약하여 파손의 위험이 있으며, 이동통신용 안테나와의 간섭을 피할 수 없을 뿐만 아니라 단말기의 외관에 많은 영향을 받는다.

또한, 금속파이프를 이용하여 다단으로 구현된 모노폴 안테나는 외부의 물리적인 힘에 쉽게 구부러지는 기구적 한계점을 가지고 있음은 물론, 금속 파이프를 다단으로 구성하여 제작하는 안테나이다 보니 안테나 파이프 내경의 치수 공차에 아주 민감하게 파이프간의 마찰력이 변화하게 되며, 이는 제품의 생산 과정에 불량률을 좌우하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 이러한 단점을 보완하기 위하여 파이프 내부에 텐션 장치를 부가적으로 추가하는 방법도 있으나 이는 생산을 보다 까다롭게 하며, 이 또한 텐션에 의한 불량률을 가지고 있는 한계점이 있다.

본 발명은 헬리컬 등가구조를 이용하여 가변 비선형 피치의 헬릭스 안테나와 모노폴을 직렬로 연결하여 안테나를 구현한 것으로, 모노폴 안테나가 접힌 형태로 헬릭스 안테나의 외각을 감싸는 형태로 구성하여 이동통신 단말기에 내장시킬 수 있도록 한 것으로, 이동통신 단말기의 내부에 장착된 상태에서 정상적으로 지상파 DMB 수신이 가능함은 물론, 사용이 편리하고 기구적으로 단말기 외부에 노출되는 부분이 없도록 하여 파손을 원천적으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 안테나 제조 과정을 종래와 같은 수공 조립방식에서 벗어나, PCB 공정을 통한 대량 생산 및 높은 생산 수율의 극대화를 통하여 안정된 제품의 품질을 보장하고, 대량생산을 통하여 저렴한 안테나의 제조 및 공급이 가능하도록 한 것이다.

본 발명은,

헬리컬 등가 구조를 이용하여 가변 비선형 피치의 헬릭스 안테나와 모노폴을 직렬로 연결한 구조를 갖으며, 모노폴 안테나를 접힌 형태로 헬릭스 안테나의 외각을 감싸는 형태로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명을 따르는 안테나는 PCB 공정을 이용하여 제품의 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 구조를 갖는 것으로, 종래 제품은 여러 단계의 제조 공정과 부품 가공공차에 따른 불량 요인과 사람이 수작업으로 조립하는 생산 방식 등에 따른 불량 요인 등을 포함하는 제품이어서 생산에 무척 어려운 제품인 반면, 본 발명 안테나 구조에 따르면, PCB 공정의 높은 신뢰성과 정확성을 바탕으로 저렴한 비용으로 대량 생산을 할 수 있는 방식의 안테나를 구현할 수 있다.

또한, 안테나의 내장화를 통한 종래의 안테나가 가지고 있는 기구적인 문제점과 전기적인 문제점을 해결하는 안테나로서, 단말기의 디자인에 따라서 손쉽게 외형을 변경시킬 수 있는 구조를 갖는 것으로, 안테나를 단말기의 디자인에 구애받지않고 내장이 가능하도록 하는 구조를 갖는다.

또한, 종래의 안테나는 단말기 내부 수납 시 동작을 안 한다는 단점이 있었으나 본 발명의 안테나는 항시 안테나를 구동 시킬 수 있다는 장점이 있기 때문에 사용자 입장에서는 항시 사용이 가능하다는 장점이 있다.

도 3은 본 발명 이동통신단말기의 내장형 지상파 디엠비 안테나의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명 안테나를 각 방향에서 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 그 구조 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

가변 피치 헬릭스 안테나(100)와 접힌 형태의 모노폴 안테나(200)를 직렬로 연결한 구조이며,

상기 가변 피치 헬릭스 안테나(100)는 다수의 수직 비아(via)(101)와 도체패턴(102)를 통해 헬릭스 피치브릿지(103)가 직렬로 연결된 구조로 이루어지며, 헬릭스 피치브릿지(103)는 급전부(104)로부터 비선형적으로 증가하는 길이를 갖도록 구성되며,

모노폴 안테나(200)는 가변 피치 헬릭스 안테나(100)의 급전부(104)의 반대단에 직렬로 연결되는 접힌 제 1모노폴 안테나(201) 및 접힌 모노폴 브릿지(202)와 수직 비아(205)를 통해 연결되는 제 2 접힌 모노폴 안테나(203) 및 제 3 접힌 모노폴 안테나(204)로 구성된다.

이와 같은 본 발명에 있어서,

가변 피치 헬릭스 안테나(100)와 접힌 형태의 모노폴 안테나(200)가 직렬로 연결되며, 모노폴 안테나(200)가 가변 피치 헬릭스 안테나(100)를 감싼 형태로 구성된다.

상기 가변 피치 헬릭스 안테나(100)의 일 측으로는 급전부(104)가 연결되고, 그 반대단에 모노폴 안테나(200)가 직렬로 연결되면서, 코일과 등가구조를 갖는 헬릭스 안테나를 구성하게 된다.

이때, 가변 피치 헬릭스 안테나(100)는 급전부(104)로부터 비선형적으로 증가하는 가변 피치 형태로 이루어진다.

헬릭스 피치 브릿지(103)의 길이에 따라 공진주파수가 조정된다.

따라서 헬릭스 피치 브릿지(103)의 증가치를 조정하면 안테나의 공진 주파수를 조정할 수 있게 됨으로써, 대역폭을 조정할 수 있게 되는 것으로, 피치의 비선형적인 증가를 통해 대역폭을 확대할 수 있게 된다.

제 1 접힌 모노폴 안테나(201)가 가변 피치 헬릭스 안테나(100)에 연결되며 접힌 모노폴 브릿지(202)를 거쳐 제 2 접힌 모노폴 안테나(203), 제 3접힌 모노폴 안테나(204)가 가변 피치 헬릭스 안테나(100)를 둘러싸면서 직렬로 연결 구성된다.

본 발명의 안테나는 PCB 공정을 이용하여 제조할 수 있는 구조를 갖는다.

두 장의 유전체를 이용하여 제조하게 되는 바,

먼저 가변 피치 헬릭스 안테나(100)를 포함하는 저층의 유전체를 구현하고 구현된 유전체 시트위에 접힌 모노폴 안테나(204)와 접힌 모노폴 브릿지(202)를 포함하는 상층 유전체 시트를 적층하고 수직 비아(205)를 통해 접힌 모노폴 안테나(201)(203)(204) 및 모노폴 브릿지(202)를 연결한다.

이때 가변 피치 헬릭스 안테나(100)는 다수의 수직 비아(101)와 도체패턴(102)에 의하여 헬릭스 피치 브릿지(103)의 양쪽 끝단을 직렬로 연결하여 유전체 시트의 다른 면과 연결하는 역할을 하게 되는 것으로,

수직 비아(101)와 헬릭스 피치 브릿지(103)에 의해 헬릭스 안테나와 등가 회로를 구성하게 된다.

상기 급전부(104)는 이동통신 단말기의 터미널과의 연결을 위한 수단이다.

이는 가변 피치 헬릭스 안테나(100)의 시작점이 된다.

비선형 피치 폭을 가지고 증가하는 헬릭스 피치 브릿지(103)는 공진 대역폭을 증가 시켜주는 역할을 하게 된다.

가변 피치 헬릭스 안테나(100)의 다른 측 종단은 접힌 제 1접힌 모노폴 안테나(201)과 연결이 되고, 이는 다시 수직 비아(205)와 모노폴 브릿지(202)와 연결되고, 수직 비아(205)를 통하여 제 2접힌 모노폴 안테나(203)로 연결되며, 이는 다시 수직 비아(205)를 통하여 최종적으로 제 3접힌 모노폴 안테나(204))까지 연결되는 구조를 갖게 된다.

도 5는 본 발명 안테나의 등가 회로를 나타낸다.

종래의 안테나는 도 2에서와 같은 등가회로를 갖고, 본 발명을 따르는 안테나는 도 4에서와 같이 종래의 안테나의 공진 회로(R2,L2.C2)에 저항(R1), 코일(L1), 콘덴서(C1)의 직병렬의 공진 회로를 추가하게 된다.

이때 저항(R1),코일(L1),콘덴서(C1)의 값은 가변 피치 헬릭스 안테나(100)에 의하여 결정되어지게 되는 것으로, 가변 피치 헬릭스 안테나(100)의 피치를 가변하여 안테나의 공진 주파수 대역 및 대역폭을 조정할 수 있게 된다.

도 1은 종래 이동통신단말기의 디엠비(DMB) 안테나를 나타낸 도면.

도 2는 종래 이동통신단말기의 DMB 안테나 등가회로.

도 3은 본 발명 이동통신단말기의 내장형 지상파 디엠비 안테나의 구조를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 있어서, 도 3의 안테나를 각 방향에서 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 있어서, 디엠비 안테나의 등가회로도.

Claims (4)

1. 헬릭스 안테나(100)와 모노폴 안테나(200)가 직렬로 연결되면서, 모노폴 안테나(200)가 접힌 상태로 헬릭스 안테나(100)를 둘러싸는 구조로 이루어지며,

   상기 헬릭스 안테나(100)는 다수의 수직 비아(via)(101)와 도체 패턴(102)을 통해 헬릭스 피치브릿지(103)를 직렬로 연결하여 헬릭스 등가 구조를 갖도록 이루어지며,

   상기 모노폴 안테나(200)는 헬릭스 안테나 급전부(104)의 반대단에 직렬로 연결되는 접힌 제 1접힌 모노폴 안테나(201) 및 접힌 모노폴 브릿지(202)와 수직 비아(205)를 통해 연결되는 접힌 제 2, 3접힌 모노폴 안테나(203,204)들을 포함하여 헬릭스 안테나를 둘러싸는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기의 내장형 지상파 디엠비 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 헬릭스 안테나(100)에 있어서, 헬릭스 안테나(100)의 헬릭스 피치 브릿지(103)의 길이를 급전부(104)의 위치로부터 비선형적으로 증가시켜 헬릭스 안테나(100)의 피치를 비선형으로 증가 시키는 가변 피치 헬릭스 안테나로 구성한 것을 특징으로 하는 이동통신단말기의 내장형 지상파 디엠비 안테나.
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