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KR101670173B1 - 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나 - Google Patents

메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나 Download PDF

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KR101670173B1
KR101670173B1 KR1020150078527A KR20150078527A KR101670173B1 KR 101670173 B1 KR101670173 B1 KR 101670173B1 KR 1020150078527 A KR1020150078527 A KR 1020150078527A KR 20150078527 A KR20150078527 A KR 20150078527A KR 101670173 B1 KR101670173 B1 KR 101670173B1
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KR
South Korea
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metal case
antenna
substrate
wireless headset
power supply
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KR1020150078527A
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문성진
전지환
김지훈
신현웅
김형동
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한양대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나가 제시된다. 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나는, 메탈 케이스; 상기 메탈 케이스 내부에 소정 간격 이격되어 형성되는 기판; 및 상기 기판 상에 접지면과 급전원을 포함하여 형성되며, 적어도 일부가 연장되어 상기 메탈 케이스와 연결되는 안테나 패턴부를 포함하고, 상기 메탈 케이스는 상기 접지면과 연결되어 방사체로 동작하며, 상기 메탈 케이스와 상기 기판 상에 형성되는 상기 급전원 사이에 급전 루프가 형성될 수 있다.

Description

메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나{Antenna Using Metal Case for Wireless Headset}
본 발명은 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 집중 소자를 활용하여 적절한 구조체를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 구현하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나에 관한 것이다.
각종 전자, 통신산업의 발달로 말미암아, 휴대용 단말기가 널리 보급되고 있으며, 사용자의 욕구에 부응하기 위하여 상기 단말기의 기능은 다양화되어 가고 있으며, 반면에 점차 소형 경박화 되어가고 있다. 이에 따라 상기 단말기에 부착 또는 부가하여 사용되고 있는 주변기기 역시 발전하고 있는 추세이며, 예를 들면, 착탈이 가능하거나(attachable) 또는 내장형(built-in)인 카메라 장치, 보조 메모리인 스마트카드, 단말기상에 장착하여 통화 가능하도록 설치되는 이어 마이크로폰, 단말기에 설치되는 블루투스 모듈에 의해 무선으로 통신하기 위한 블루투스 헤드셋 등이 있다.
블루투스 기능을 갖는 단말기들은 2.4GHz대역에서 동작하기 위한 별도의 블루투스용 안테나 모듈을 통신용 주 안테나 장치와 별도로 탑재하고 있으며, 소정의 블루투스용 모듈이 단말기의 메인 보드에 실장되어 블루투스 헤드셋과 근거리 무선 통신을 수행하고 있다.
블루투스 헤드셋은 상기 단말기와 근거리 무선 통신을 수행하기 위한 안테나 방사체를 구비한다. 종래에는 적어도 하나의 칩 안테나(chip antenna)가 상기 헤드셋의 기판상에 SMD 타입으로 실장된다. 상기 일반적으로 상기 칩 안테나는 세라믹 바디상에 일정 횟수로 코일이 권선되어 소정 대역에서 공진하도록 구성된다.
그러나 상술한 바와 같이 구성되는 블루투스 헤드셋은 안테나 방사체는 헤드셋 내부의 기판상에 설치해야 하기 때문에 안테나 실장 공간으로 인한 부피 증가된다.
한편, 무선 통신을 활용하는 무선 헤드셋은 보급률이 급격히 성장하고 있으며, 차후 유선 이어폰을 대체할 기술로 분류되고 있다. 현재 시판된 제품의 종류도 매우 다양하며, 메탈 케이스를 사용하는 무선 헤드셋의 경우 소비자들의 요구가 증대되고 있다. 하지만 메탈 케이스를 사용한 제품에서 안테나를 방사시키는 기술이 많지 않아서 현재 시판된 제품의 수가 적다.
종래의 무선 단말기용 안테나는 PCB 상에 위치하게 되어 공기 중으로 전자기 에너지를 방사하게 되는데, 메탈 케이스가 안테나 주위를 둘러싸고 있는 경우 메탈 케이스는 방사체로부터 전자기 에너지를 공기 중으로 방사하는 것을 차폐시키는 역할을 하여 방사 성능에 문제가 되는 경우가 종종 발생한다. 그리고 메탈 케이스가 둘러싸고 있는 무선 블루투스 헤드셋 구조에서 메탈 케이스에 의해 방사 성능이 낮고 수신 감도가 낮다는 문제점이 있다.
한국등록특허 10-0781228호는 이러한 내장형 안테나 모듈을 갖는 블루투스 헤드셋에 관한 것으로, 안테나 모듈의 실장 공간을 효율적으로 적용하여 기기의 슬림화를 구현하는 블루투스 헤드셋에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 PCB 기판을 포함한 본체가 메탈 케이스로 둘러싸여 있을 경우, PCB 기판과 메탈 케이스 사이에 집중 소자를 활용하여 적절한 구조체를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 구현하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나를 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 메탈 케이스와 PCB 기판 상의 안테나 급전원 사이에 급전 회로를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 직접 활용함으로써 방사 특성을 높일 수 있으며, 추가적인 공진 루프를 구성하여 잡음원과 안테나간의 격리도를 향상시켜 안테나가 잡음의 간섭 없는 고감도 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나를 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나는, 메탈 케이스; 상기 메탈 케이스 내부에 소정 간격 이격되어 형성되는 기판; 및 상기 기판 상에 접지면과 급전원을 포함하여 형성되며, 적어도 일부가 연장되어 상기 메탈 케이스와 연결되는 안테나 패턴부를 포함하고, 상기 메탈 케이스는 상기 접지면과 연결되어 방사체로 동작하며, 상기 메탈 케이스와 상기 기판 상에 형성되는 상기 급전원 사이에 급전 루프가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 안테나 패턴부는 적어도 일측이 상기 기판으로부터 수직으로 연장되어 상기 메탈 케이스와 연결될 수 있다.
그리고, 상기 안테나 패턴부는 상기 접지면; 상기 급전원과 전자기적으로 결합되며 상기 메탈 케이스와 연결되는 급전부; 상기 접지면과 상기 메탈 케이스를 연결하는 단락핀; 및 상기 메탈 케이스와 상기 접지면을 연결하며 집중 소자가 배치된 연장부를 포함할 수 있다.
상기 급전부, 상기 단락핀, 및 상기 연장부는 일측이 상기 기판으로부터 수직으로 연장되어 상기 메탈 케이스와 연결될 수 있다.
상기 급전부는 상기 급전원으로부터 직렬로 연결되어 상기 급전원과 상기 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스를 조절하는 집중 소자가 배치될 수 있다.
상기 안테나 패턴부에는 적어도 하나 이상의 집중 소자가 배치되어, 상기 급전원과 상기 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스와 공진 주파수 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
상기 집중 소자 중 적어도 하나는 상기 급전원으로부터 직렬로 연결되어 상기 급전원과 상기 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스를 조절하는 커패시터(Capacitor)일 수 있다.
상기 집중 소자 중 적어도 하나는 상기 메탈 케이스와 연결되어 공진 주파수를 조절하는 커패시터(Capacitor)일 수 있다.
상기 안테나 패턴부는, 상기 기판 상에 형성되며 집중 소자를 통해 잡음원으로부터 안테나의 격리도를 조절하는 공진 루프를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면 PCB 기판을 포함한 본체가 메탈 케이스로 둘러싸여 있을 경우, PCB 기판과 메탈 케이스 사이에 집중 소자를 활용하여 적절한 구조체를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 구현하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 메탈 케이스와 PCB 기판 상의 안테나 급전원 사이에 급전 회로를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 직접 활용함으로써 방사 특성을 높일 수 있으며, 추가적인 공진 루프를 구성하여 잡음원과 안테나간의 격리도를 향상시켜 안테나가 잡음의 간섭 없는 고감도 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 기판 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 기판 구조에서 급전원의 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 반사손실을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 무선 헤드셋 안테나의 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
안테나의 방사 효율, 동작 주파수, 대역폭 등을 모두 충족시키는 고성능의 안테나를 설계하기 위해서는 안테나 주변 회로와의 커플링 관계 및 그라운드의 크기, 구조 등을 고려해야 한다.
그 중 메탈 케이스로 구성된 제품은 금속으로 이루어진 케이스에 의해 전자기적인 방사 특성을 차폐시키는 효과가 있기 때문에 일반적인 안테나 설계로는 고성능의 안테나를 구현하기 매우 어렵다. 그리고 무선 헤드셋의 경우 기기 특성상 수신 특성이 매우 중요하여 안테나의 방사 성능뿐만 아니라 안테나와 잡음원 사이의 격리도를 동시에 향상시켜야 한다.
아래에서는 메탈 케이스와 PCB 기판 상의 안테나 급전원 사이에 급전 회로를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 직접 활용할 수 있다. 그리고 급전 회로에 집중 소자를 배치함으로써 급전원과 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스를 조절하고 공진 주파수를 제어할 수 있다.
또한, 추가적인 공진 루프를 구성하여 잡음원과 안테나간의 격리도를 향상시켜 안테나가 잡음의 간섭 없이 고감도로 동작하도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋(1)은 적어도 하나 이상의 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나(100)와 밴드부(200)를 포함할 수 있다. 여기서, 헤드셋은 이어셋을 포함하며, 밴드부(200)는 넥 밴드, 헤드 밴드, 이어 밴드, 이어링 등이 될 수 있다.
WCDMA, LTE, GPS, Wi-Fi, 블루투스(Bluetooth) 등의 무선 통신을 위한 단말기 또는 기기의 케이스가 메탈 케이스인 경우 적용이 가능하다. 이에, 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나(100)의 케이스 부분을 메탈 케이스로 형성할 수 있다.
예를 들어, 15 x 60 mm2의 PCB 위에 설계된 안테나를 포함하는 임의의 블루투스 헤드셋의 구조를 나타낼 수 있다.
이러한 안테나는 WLAN 또는 블루투스(Bluetooth) 대역인 2.4~2.5GHz에서 동작하도록 설계될 수 있다. 그리고 PCB를 덮는 케이스는 메탈로 구성되어 있으며, 케이스 한쪽 면은 5mm의 높이로 이격되어 있을 수 있다.
본 실시예들은 PCB를 포함한 본체가 메탈 케이스로 둘러싸여 있을 때, PCB와 메탈 케이스 사이에 집중 소자를 활용하여 적절한 구조체를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 구현하는 것이다.
PCB와 메탈 케이스 사이의 구조체에 집중 소자를 구성함으로써 메탈 케이스의 특성모드를 활용할 수 있다. 구조체에 구성된 집중 소자를 통해 급전원과 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스를 조절할 수 있으며, 공진주파수 제어가 가능하다.
또한, 접지면에 집중 소자를 활용하여 임의의 구조체를 구성하여 안테나와 잡음원 사이의 격리도를 향상시킴으로써 안테나가 잡음 간섭 없이 고감도로 동작하게 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 메탈 케이스 방사 기술을 추가하여 고성능의 안테나를 설계한 것으로, 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나(100)는 메탈 케이스(110), 기판(120), 및 안테나 패턴부(130)를 포함할 수 있다.
메탈 케이스(110)는 기판(120) 및 소자들의 외부에 형성되는 케이스로, 메탈 소재로 이루어져 안테나의 방사체로 동작할 수 있다.
기판(120)은 메탈 케이스(110) 내부에 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 이러한 기판(120)은 안테나 장치의 지지를 위해 제공되며, 평판 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(120)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)일 수 있다.
기판(120)은 단일 유전 플레이트로 구현될 수 있으며, 다수개의 유전 플레이트들이 적층되어 구현될 수도 있다. 또한 기판(120)은 전송 선로(도시되지 않음)가 내재되어 있다. 여기서, 전송 선로는 일단부를 통해 안테나 장치의 외부 전원(도시되지 않음)에 연결될 수 있다.
안테나 패턴부(130)는 안테나 장치에서 미리 정해진 주파수 대역의 신호 송수신을 위해 제공된다. 즉, 안테나 패턴부(130)는 일정 주파수 대역에서 공진(共振)하여, 신호를 통과시킬 수 있다. 이 때 안테나 패턴부(130)는 미리 정해진 기준 임피던스(impedance)에서 공진한다.
안테나 패턴부(130)는 기판(120) 상에 금속 물질의 패터닝(patterning)을 통해 형성되며, 접지면(135)과 급전원(131)을 포함할 수 있다. 그리고 안테나 패턴부(130)의 적어도 일부가 연장되어 메탈 케이스(110)와 연결될 수 있다. 이에 따라 메탈 케이스(110)는 접지면(135)과 연결되어 방사체로 동작하며, 메탈 케이스(110)와 기판(120) 상에 형성되는 급전원(131) 사이에 급전 루프가 형성될 수 있다.
한편, 급전원(131)은 급전 신호를 제공하며, 전송 선로에 연결되어 외부 전원으로부터 전송 선로를 통해 급전 시 급전부(136) 일정 거리 이내의 주변 영역에 전자기장을 형성함으로써, 급전 신호를 제공할 수 있다.
또한, 접지면(135)은 안테나가 내장되는 통신 기기의 전기/전자 소자들에 접지 전압을 제공할 수 있다. 이러한 접지면(135)은 안테나 패턴부(130)의 접지를 위해 제공될 수 있다.
안테나 패턴부(130)는 적어도 일측이 기판(120)으로부터 수직으로 연장되어 메탈 케이스(110)와 연결될 수 있다. 즉, 기존의 안테나는 기판(120) 상 x, y 평면 상에 회로를 구현하였으나, 실시예에 따른 안테나는 x, y 평면 상에 회로가 구현되며, z 방향으로 연장되어 메탈 케이스(110)와 연결됨으로써, 방사 특성을 높일 뿐만 아니라 별도의 방사체를 구성하지 않음으로써 전체 부피를 줄일 수 있다. 이 때, 안테나 패턴부(130)에 구성되는 집중 소자는 2d 상에 배치해도 상관 없어 구현상 어려움이 없다.
안테나 패턴부(130)에는 적어도 하나 이상의 집중 소자(132, 133)가 배치되어, 급전원(131)과 메탈 케이스(110) 사이의 입력 임피던스와 공진 주파수 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
일 예로, 집중 소자 중 적어도 하나는 급전원(131)으로부터 직렬로 연결되어 급전원(131)과 메탈 케이스(110) 사이의 입력 임피던스를 조절하는 커패시터(Capacitor, CF)(132)일 수 있다.
다른 예로, 집중 소자 중 적어도 하나는 메탈 케이스(110)와 연결되어 공진 주파수를 조절하는 커패시터(Capacitor, CR)(133)일 수 있다.
이러한 안테나 패턴부(130)는 더 구체적으로 접지면(135), 급전부, 단락핀, 및 연장부를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 안테나 패턴부(130)는 급전원(131)과 전자기적으로 결합되며 메탈 케이스(110)와 연결되는 급전부와, 접지면(135)과 메탈 케이스(110)를 연결하는 단락핀과, 메탈 케이스(110)와 접지면(135)을 연결하며 집중 소자가 배치된 연장부를 포함할 수 있다. 여기서, 급전부는 급전원(131)으로부터 직렬로 연결되어 급전원(131)과 메탈 케이스(110) 사이의 입력 임피던스를 조절하는 집중 소자가 배치될 수 있다.
이러한 급전부, 단락핀, 및 연장부는 일측이 기판(120)으로부터 수직으로 연장되어 메탈 케이스(110)와 각각 연결될 수 있으며, 각각에 대해서는 아래에서 구체적으로 설명하기로 한다.
더욱이, 안테나 패턴부(130)는 안테나의 격리도를 조절하는 공진 루프를 더 포함할 수 있다. 공진 루프는 기판(120) 상에 형성되며 집중 소자(134)를 통해 잡음원으로부터 안테나의 격리도를 조절할 수 있다. 여기서, 집중 소자는 커패시터(Capacitor, CI)(134)가 사용될 수 있다.
즉, 안테나 패턴부(130)에 추가적인 공진 루프를 설계함으로써, 잡음으로부터 안테나로 유입되는 경로를 바꿔 수신 감도를 높일 수 있다.
한편, 종래의 안테나(10)는 도 6에 도시된 바와 같이, 케이스(11) 내에 기판(12)이 형성되며, 기판(12)의 x, y 평면 상에 집중 소자를 사용하여 안테나 패턴부(13)가 형성되는 루프타입 안테나를 사용하였다. 그러나, 별도의 방사체를 구성함으로써 전체 부피가 커질 뿐만 아니라 메탈 케이스(110)의 구현이 어렵다.
이에, 본 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나(100)는 기판(120) 외부에 형성되는 케이스를 메탈 케이스(110)로 구현하고, 급전원(131)으로부터 집중 소자(커패시터 등)(132, 133)를 사용하여 기판(120)으로부터 수직(z 방향)으로 메탈 케이스(110)와 연결함으로써, 메탈 케이스(110)를 방사체로 사용하는 루프타입 안테나를 구현할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 기판 구조를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나(100)의 기판(120) 평면 상의 구조를 나타내는 것으로, 기판(120) 상의 안테나 패턴부(130)는 수직으로 메탈 케이스(110)와 연결되어 루프타입 공진 루프 구조를 가질 수 있다.
급전원(131)과 단락핀(137)으로 급전 루프를 형성하며, 급전원(131)으로부터 직렬로 연결된 집중 소자(커패시터, CF)(132)를 통해 안테나의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 그리고 메탈 케이스(110)를 방사시키기 위한 전류 루프 모드는 단락핀(137)과 집중 소자(커패시터, CR)(133)를 포함한 루프로 형성되며, 커패시터 CR(133)을 통해 공진 주파수를 제어할 수 있다.
아래에서는 기판(120) 상에 형성된 안테나 패턴부(130)에 대해 더 구체적으로 설명하기로 한다.
안테나 패턴부(130)는 기판(120) 상에 금속 물질의 패터닝(patterning)을 통해 형성되며, 적어도 일부가 연장되어 메탈 케이스(110)와 연결될 수 있다. 이러한 안테나 패턴부(130)는 접지면(135), 급전부(136), 단락핀(137), 및 연장부(138)를 포함할 수 있다.
접지면(135)은 안테나가 내장되는 통신 기기의 전기/전자 소자들에 접지 전압을 제공할 수 있다. 이러한 접지면(135)은 안테나 패턴부(130)의 접지를 위해 제공될 수 있다.
급전부(136)는 급전 신호를 제공하는 급전원(131)과 전자기적으로 결합되며, 방사체로 사용되는 메탈 케이스(110)와 연결될 수 있다. 급전부(136)는 전송 선로에 연결되어 외부 전원으로부터 전송 선로를 통해 급전 시 급전부(136) 일정 거리 이내의 주변 영역에 전자기장을 형성할 수 있다.
이러한 급전부(136)에는 급전원(131)으로부터 직렬로 연결되는 집중 소자(132)가 배치될 수 있다. 집중 소자(132)는 커패시터(CF)일 수 있으며, 급전원(131)과 메탈 케이스(110) 사이의 입력 임피던스를 조절할 수 있다.
단락핀(137)은 접지면(135)과 방사체로 사용되는 메탈 케이스(110)를 직접적으로 연결함으로써, 메탈 케이스(110)를 방사시킬 수 있다. 단락핀(137)은 접지면(135)과 연결되어 급전 시 안테나 패턴부(130)를 접지시킬 수 있다.
연장부(138)는 메탈 케이스(110)와 접지면(135)을 연결하며 집중 소자(133)가 배치되어, 공진 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 집중 소자(133)는 커패시터(CR)가 사용될 수 있다.
여기서, 급전부(136), 단락핀(137), 및 연장부(138)는 일측이 기판(120)으로부터 수직으로 연장되어 메탈 케이스(110)와 각각 연결될 수 있다.
따라서 실시예에 따르면 기판(120) 상의 안테나 패턴부(130)를 연장하여 메탈 케이스(110)와 연결하여 메탈 케이스(110)를 방사체로 동작시킴으로써, 방사 특성을 높일 수 있다. 또한, 메탈 케이스(110)를 방사체로 사용하여 별도의 방사체를 구성하지 않음으로써, 전체 부피를 줄여 기기를 소형화할 수 있다.
또한, 안테나 패턴부(130)는 안테나의 격리도를 조절하는 공진 루프(139)를 더 포함할 수 있다. 공진 루프(139)는 기판(120) 상에 형성되며 집중 소자(134)를 통해 잡음원으로부터 안테나의 격리도를 조절할 수 있다. 여기서, 집중 소자(134)는 커패시터(Capacitor, CI)가 사용될 수 있다.
즉, 안테나 패턴부(130)에 추가적인 공진 루프를 설계함으로써, 잡음으로부터 안테나로 유입되는 경로를 바꿔 수신 감도를 높일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 기판 구조에서 급전원의 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 안테나 패턴부(130)의 입력 임피던스는 루프 형태에 연결된 집중 소자를 이용해서 조절이 가능하기 때문에 위치에 관계없이 구현 가능하다.
즉, 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나에서 급전원(131)의 위치와 메탈 케이스(110)와 직접 접지되는 단락핀(shorting pin)의 위치나 집중 소자의 위치에 제한되지는 않는다.
도 5는 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 반사손실을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나는 블루투스(Bluethooth) 대역인 2.4 ~ 2.485GHz 대역 내에서 -6dB 이하로 반사 계수가 나타남으로써, 타겟 주파수 내에서 반사 손실을 만족한다.
표 1은 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 방사 특성 Passive 측정 결과를 나타낸다.
Figure 112015053594534-pat00001
표 1에 도시된 바와 같이, 방사 효율에서 알 수 있듯이 우수한 방사성능을 나타낸다.
표 2는 일 실시예에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나의 수신 감도 측정 결과를 나타낸다.
Figure 112015053594534-pat00002
표 2의 (a)는 안테나 패턴부(130)를 수직으로 연장하여 메탈 케이스(110)와 연결함으로써, 메탈 케이스(110)를 방사체로 사용하여 방사 특성을 높일 수 있으며, 표 2의 (b)는 안테나 패턴부(130)에 추가적인 공진 루프를 구현함으로써, 잡음원으로부터 안테나로 유입되는 경로를 바꿔 수신 감도를 높일 수 있다.
공진 루프를 추가하였을 경우, 블루투스 채널 0, 39, 78 채널의 평균이 -81.39에서 -83.35 정도로 효과가 좋아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나에서 공진 루프를 추가 구성하여 방사 특성뿐만 아니라 수신 특성도 좋아질 수 있다.
이와 같이, 실시예들에 따르면 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나는 고감도 안테나 설계를 위해 추가적인 공진 루프를 구현함으로써, PCB 기판에 존재하는 잡음원으로부터 안테나와의 격리도를 향상시킬 수 있다.
PCB 기판에 존재하는 직렬 공진기는 잡음원으로부터 안테나와의 격리도를 향상시키는 임의의 구조체로써, 공진 주파수를 결정하는 공진 루프의 크기와 집중 소자 CI의 조절을 통해 격리도 제어가 가능하다. 이는, 제안된 구조에서 안테나가 동작하는 2.4~2.5GHz 대역에서 격리도 향상 공진 루프를 통해 수신감도가 향상되었음을 알 수 있다.
휴대 무선 단말기의 메탈 케이스 적용이 필요함에 따라 안테나의 방사 성능 및 잡음 특성을 개선하기 위한 노력은 지금까지 무수히 많이 이루어져 왔으나, 실제 제품에 적용할 수 있도록 간단한 모델은 제시되지 못하고 있다. 본 실시예들과 같이 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나 기술을 활용하는 경우, 휴대폰, 무선 헤드셋, GPS 단말기 등에서 메탈 케이스를 적용하여 높은 방사 성능, 고감도의 안테나를 실현시킬 수 있다. 즉, 실시예들에 따른 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나를 통해 모바일 안테나 분야에서 높은 방사 성능, 고감도, 고격리도 안테나를 매우 효율적으로 구현할 수 있다.
따라서, 단말기 내부의 PCB 기판을 포함한 본체가 메탈 케이스로 둘러싸여 있을 경우, 단말기 급전원으로부터 메탈 케이스 사이에 집중 소자를 안테나 구조체를 구성하여 메탈 케이스를 방사체로 활용할 수 있다. 또한, 집중 소자를 활용한 임의의 구조체를 통해 격리도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나
110: 메탈 케이스
120: 기판
130: 안테나 패턴부
131: 급전원
135: 접지면

Claims (9)

  1. 메탈 케이스;
    상기 메탈 케이스 내부에 소정 간격 이격되어 형성되는 기판; 및
    상기 기판 상에 접지면과 급전원을 포함하여 형성되며, 적어도 일부가 연장되어 상기 메탈 케이스와 연결되는 안테나 패턴부
    를 포함하고,
    상기 안테나 패턴부는 상기 기판 상에 형성되며 집중 소자를 통해 잡음원으로부터 안테나의 격리도를 조절하는 공진 루프를 포함하고,
    상기 메탈 케이스는 상기 접지면과 연결되어 방사체로 동작하며, 상기 메탈 케이스와 상기 기판 상에 형성되는 상기 급전원 사이에 급전 루프가 형성되는 것을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 패턴부는
    적어도 일측이 상기 기판으로부터 수직으로 연장되어 상기 메탈 케이스와 연결되는 것
    을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 패턴부는
    상기 접지면;
    상기 급전원과 전자기적으로 결합되며 상기 메탈 케이스와 연결되는 급전부;
    상기 접지면과 상기 메탈 케이스를 연결하는 단락핀; 및
    상기 메탈 케이스와 상기 접지면을 연결하며 집중 소자가 배치된 연장부
    를 포함하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 급전부, 상기 단락핀, 및 상기 연장부는
    일측이 상기 기판으로부터 수직으로 연장되어 상기 메탈 케이스와 연결되는 것
    을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 급전부는
    상기 급전원으로부터 직렬로 연결되어 상기 급전원과 상기 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스를 조절하는 집중 소자가 배치되는 것
    을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 패턴부에는 적어도 하나 이상의 집중 소자가 배치되어, 상기 급전원과 상기 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스와 공진 주파수 중 적어도 하나를 제어하는 것
    을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 집중 소자 중 적어도 하나는 상기 급전원으로부터 직렬로 연결되어 상기 급전원과 상기 메탈 케이스 사이의 입력 임피던스를 조절하는 커패시터(Capacitor)인 것
    을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
  8. 제6항 있어서,
    상기 집중 소자 중 적어도 하나는 상기 메탈 케이스와 연결되어 공진 주파수를 조절하는 커패시터(Capacitor)인 것
    을 특징으로 하는 메탈 케이스를 이용한 무선 헤드셋 안테나.
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