KR20130050105A

KR20130050105A - 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기

Info

Publication number: KR20130050105A
Application number: KR1020110115269A
Authority: KR
Inventors: 류승우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-15
Also published as: US20130113674A1; US8933857B2

Abstract

본 발명은 유전체를 통한 공진 현상을 이용하여 전파를 송수신하도록 형성되는 유전체 공진기 안테나(DRA, Dielectric Resonator Antenna)와, 상기 유전체 공진기 안테나와 전기적으로 연결되어 무선신호를 처리하도록 이루어지는 인쇄회로기판, 및 상기 유전체 공진기 안테나와 상기 인쇄회로기판에 흐르는 전류를 이용하여 전파를 송수신할 수 있도록 상기 인쇄회로기판에 형성되는 결함 접지 구조(DGS, Defected Ground Structure)를 포함하는 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기를 제공한다.

Description

안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기{ANTENNA DEVICE AND MOBILE TERMINAL HAVING THE SAME}

본 발명은 전파를 송수신하도록 형성되는 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기에 관한 것이다.

이동 단말기는 휴대가 가능하면서 음성 및 영상 통화 기능, 정보를 입·출력하는 기능 및 데이터를 저장할 수 있는 기능 등을 하나 이상 갖춘 휴대용 전자기기이다.

이동 단말기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임 및 방송의 수신 등의 복잡한 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia Player) 형태로 구현되고 있다.

멀티 미디어 기기의 복잡한 기능을 구현하기 위해 하드웨어 또는 소프트웨어의 면에서 새로운 다양한 시도들이 적용되고 있다. 일 예로 사용자가 쉽고 편리하게 기능을 검색하거나 선택하기 위한 유저 인터페이스(User Interface) 환경이 제공되고 있다.

상기 시도들에 더하여, 상기 하드웨어 등의 기능을 보다 개선하는 방안이 고려될 수 있다. 이러한 개선 방안에는 사용자가 이동 단말기를 좀더 편리하게 사용하기 위한 구조적인 변화 및 개량이 포함된다. 상기 구조적인 변화 및 개량의 하나로 전파를 송수신하는 안테나 장치에 대해 고려될 수 있다.

안테나는 무선통신을 위해 전파를 송수신하도록 형성되는 장치로서, 이동 단말기에 필수적으로 요구되는 구성 요소이다. 이동 단말기는 음성 통화 외에 WiBro, DMB 등과 같은 다양한 기능들을 구현하는 추세이므로, 안테나는 상기 기능들을 만족시키는 대역폭들을 구현하여야 함은 물론, 이동 단말기에 내장될 수 있도록 소형으로 설계되어야 한다.

상기 요구에 따라, 다중 대역을 구현할 수 있는 안테나들이 설계되고 있다. 그러나, 안테나의 구조가 복잡하며, 공진 주파수, 대역폭, 이득 등과 같은 특성들을 결정하는 파라미터 값들을 독립적으로 조율하기가 어려운 문제가 있다.

본 발명의 일 목적은 저주파 및 고주파 대역에서 공진을 형성하는 듀얼 밴드의 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 보다 소형화되고, 방사 효율이 향상된 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 안테나 장치는 유전체를 통한 공진 현상을 이용하여 전파를 송수신하도록 형성되는 유전체 공진기 안테나(DRA, Dielectric Resonator Antenna)와, 상기 유전체 공진기 안테나와 전기적으로 연결되어 무선신호를 처리하도록 이루어지는 인쇄회로기판, 및 상기 유전체 공진기 안테나와 상기 인쇄회로기판에 흐르는 전류를 이용하여 전파를 송수신할 수 있도록 상기 인쇄회로기판에 형성되는 결함 접지 구조(DGS, Defected Ground Structure)를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 결함 접지 구조는 기설정된 간격을 두고 서로 마주보게 배치되는 제1 및 제2절연부를 포함하고, 상기 제1절연부와 상기 제2절연부 사이의 공간은 상기 전류가 집중될 수 있도록 그라운드부를 형성한다. 상기 그라운드부는 상기 인쇄회로기판의 두께 방향으로 상기 유전체 공진기 안테나와 서로 중첩되게 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2절연부는 상기 그라운드부를 중심으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 안테나 장치는 상기 유전체 공진기 안테나에 구비되며, 상기 결함 접지 구조와 전기적으로 연결되어 상기 유전체 공진기 안테나를 여기(excitation)시키도록 이루어지는 전송선로를 더 포함한다. 상기 전송선로는 상기 유전체 공진기 안테나의 측벽에 배치되고, 상기 인쇄회로기판에 수직하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 전송선로는 상기 유전체 공진기 안테나를 감싸도록 이루어질 수 있다. 상기 안테나 장치는 상기 인쇄회로기판의 일면에 배치되며, 일단은 상기 결함 접지 구조와 연결되고 타단은 상기 전송선로와 연결되는 연결부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 유전체 공진기 안테나 및 결함 접지 구조는 상호 연관되어 서로 다른 주파수 대역에서 공진을 형성한다. 상기 유전체 공진기 안테나는 상기 서로 다른 주파수 대역 중 고주파 대역에서 공진을 형성하며, 상기 유전체 공진기 안테나와 상기 결함 접지 구조는 전자기적으로 결합하여 상기 서로 다른 주파수 대역 중 저주파 대역에서 공진을 형성할 수 있다. 또한, 상기 저주파 대역에서 상기 유전체 공진기 안테나는 로딩(loading)을 하도록 이루어지고, 상기 결함 접지 구조는 상기 전류를 이용하여 전파를 방사(radiating)하도록 형성될 수 있다. 상기 저주파 대역은 2.4GHz 내외이며, 상기 고주파 대역은 5GHz 내외일 수 있다.

또한, 상기 전송선로는 상기 연결부와 연결되어 상기 고주파 대역의 임피던스 매칭을 형성할 수 있으며, 상기 그라운드부는 상기 연결부 및 상기 전송선로와 연결되어 상기 저주파 대역의 임피던스 매칭을 형성할 수 있다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여, 본 발명은 단말기 바디와, 상기 단말기 바디의 내부에 장착되고 그라운드를 구비하는 인쇄회로기판과, 상기 그라운드와 전기적으로 연결되며 유전체를 통한 공진 현상을 이용하여 전파를 송수신하도록 형성되는 유전체 공진기 안테나(DRA, Dielectric Resonator Antenna), 및 상기 유전체 공진기 안테나와 상기 인쇄회로기판에 흐르는 전류를 이용하여 전파를 송수신할 수 있도록 상기 그라운드에 형성되는 결함 접지 구조(DGS, Defected Ground Structure)를 포함하는 이동 단말기를 개시한다.

상기 이동 단말기에는 상기 기술한 안테나 장치의 구조가 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 상기 그라운드부는 상기 유전체 공진기 안테나와 커플링되어 전파를 송수신할 수 있도록 상기 유전체 공진기 안테나에 대하여 기설정된 간격을 두고 인접하게 배치될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 안테나 장치는 유전체 공진기 안테나 및 이와 연결되는 결함 접지 구조를 구비하며, 유전체 공진기 안테나는 고주파 대역에서 공진을 형성하고, 유전체 공진기 안테나와 결함 접지 구조는 전자기적으로 결합하여 저주파 대역에서 공진을 형성하는바, 듀얼 밴드의 안테나 장치가 제공될 수 있다.

또한, 유전체 공진기 안테나는 고주파 대역에서 방사를 함과 동시에 저주파 대역에서 결함 접지 구조가 방사를 할 수 있도록 로딩을 하도록 이루어지므로, 안테나 장치가 보다 소형화될 수 있다. 뿐만 아니라, 유전체 공진기 안테나를 통해 보다 향상된 방사 효율을 얻을 수 있으며, 고주파 대역에서 넓은 대역폭이 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이동 단말기의 블록 구성도(Block Diagram).
도 2는 본 발명과 관련된 이동 단말기의 일 예를 전면에서 바라본 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 이동 단말기의 후면 사시도.
도 4는 도 2의 이동 단말기의 분해 사시도.
도 5 및 6은 도 4에 도시된 안테나 장치를 인쇄회로기판의 일면 및 타면에서 각각 바라본 사시도.
도 7은 도 6의 결함 접지 구조의 등가 회로도.
도 8은 결함 접지 구조의 유무에 따른 유전체 공진기 안테나의 반사 효율을 비교한 그래프.
도 9는 유전체 공진기 안테나의 유무에 따른 결함 접지 구조의 반사 효율을 비교한 그래프.
도 10a 및 10b는 각각 결함 접지 구조의 형상 변화의 일 예 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프.
도 11a 및 11b는 각각 결함 접지 구조의 형상 변화의 다른 일 예 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프.
도 12a 및 12b는 각각 전송선로의 길이 변화 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프.
도 13a 및 13b는 각각 전송선로의 너비 변화 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프.
도 14a 및 14b는 저주파 대역(2.4GHz)에서의 E 평면 및 H 평면 방사 패턴들을 각각 보인 도면들.
도 15a 및 15b는 고주파 대역(6.5GHz)에서의 E 평면 및 H 평면 방사 패턴들을 각각 보인 도면들.

이하, 본 발명과 관련된 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 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.

본 명세서에서 설명되는 이동 단말기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 전자책(E-book), 네비게이션 등이 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 이동 단말기(100)의 블록 구성도(block diagram)이다.

상기 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), A/V(Audio/Video) 입력부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 인터페이스부(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 이동 단말기가 구현될 수도 있다.

이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

무선 통신부(110)는 이동 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이 또는 이동 단말기(100)와 이동 단말기(100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신부(110)는 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114) 및 위치정보 모듈(115) 등을 포함할 수 있다.

방송 수신 모듈(111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송과 관련된 정보를 수신한다.

상기 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 상기 방송 관리 서버는, 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 생성하여 송신하는 서버 또는 기 생성된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 제공받아 단말기에 송신하는 서버를 의미할 수 있다. 상기 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 뿐만 아니라, TV 방송 신호 또는 라디오 방송 신호에 데이터 방송 신호가 결합한 형태의 방송 신호도 포함할 수 있다.

상기 방송 관련 정보는, 방송 채널, 방송 프로그램 또는 방송 서비스 제공자에 관련한 정보를 의미할 수 있다. 상기 방송 관련 정보는, 이동통신망을 통하여도 제공될 수 있다. 이러한 경우에는 상기 이동통신 모듈(112)에 의해 수신될 수 있다.

상기 방송 관련 정보는 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 형태로 존재할 수 있다.

상기 방송 수신 모듈(111)은, 예를 들어, DMB-T(Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial), DMB-S(Digital Multimedia Broadcasting-Satellite), MediaFLO(Media Forward Link Only), DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld), ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcast-Terrestrial) 등의 디지털 방송 시스템을 이용하여 디지털 방송 신호를 수신할 수 있다. 물론, 상기 방송 수신 모듈(111)은, 상술한 디지털 방송 시스템뿐만 아니라 다른 방송 시스템에 적합하도록 구성될 수도 있다.

방송 수신 모듈(111)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(160)에 저장될 수 있다.

이동통신 모듈(112)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.

무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 이동 단말기(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.

근거리 통신 모듈(114)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.

위치정보 모듈(115)은 이동 단말기의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다.

도 1을 참조하면, A/V(Audio/Video) 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(121)와 마이크(122) 등이 포함될 수 있다. 카메라(121)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있다.

카메라(121)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(160)에 저장되거나 무선 통신부(110)를 통하여 외부로 전송될 수 있다. 카메라(121)는 사용 환경에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.

마이크(122)는 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 통화 모드인 경우 이동통신 모듈(112)을 통하여 이동통신 기지국으로 송신 가능한 형태로 변환되어 출력될 수 있다. 마이크(122)에는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.

사용자 입력부(130)는 사용자가 단말기의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 키 패드(key pad) 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

센싱부(140)는 이동 단말기(100)의 개폐 상태, 이동 단말기(100)의 위치, 사용자 접촉 유무, 이동 단말기의 방위, 이동 단말기의 가속/감속 등과 같이 이동 단말기(100)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다. 예를 들어 이동 단말기(100)가 슬라이드 폰 형태인 경우 슬라이드 폰의 개폐 여부를 센싱할 수 있다. 또한, 전원 공급부(190)의 전원 공급 여부, 인터페이스부(170)의 외부 기기 결합 여부 등을 센싱할 수도 있다. 한편, 상기 센싱부(140)는 근접 센서(141)를 포함할 수 있다.

출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152), 알람부(153), 및 햅틱 모듈(154) 등이 포함될 수 있다.

디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 이동 단말기가 통화 모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 이동 단말기(100)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우에는 촬영 또는/및 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.

디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(151)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 사용자는 단말기 바디의 디스플레이부(151)가 차지하는 영역을 통해 단말기 바디의 후방에 위치한 사물을 볼 수 있다.

이동 단말기(100)의 구현 형태에 따라 디스플레이부(151)이 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 이동 단말기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.

디스플레이부(151)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 디스플레이부(151)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.

터치 센서는 디스플레이부(151)의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이부(151)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.

터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(180)로 전송한다. 이로써, 제어부(180)는 디스플레이부(151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다.

도 1을 참조하면, 상기 터치스크린에 의해 감싸지는 이동 단말기의 내부 영역 또는 상기 터치 스크린의 근처에 근접 센서(141)가 배치될 수 있다. 상기 근접 센서는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 근접 센서는 접촉식 센서보다는 그 수명이 길며 그 활용도 또한 높다.

상기 근접 센서의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 상기 터치스크린이 정전식인 경우에는 상기 포인터의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 포인터의 근접을 검출하도록 구성된다. 이 경우 상기 터치 스크린(터치 센서)은 근접 센서로 분류될 수도 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 터치스크린 상에 포인터가 접촉되지 않으면서 근접되어 상기 포인터가 상기 터치스크린 상에 위치함이 인식되도록 하는 행위를 "근접 터치(proximity touch)"라고 칭하고, 상기 터치스크린 상에 포인터가 실제로 접촉되는 행위를 "접촉 터치(contact touch)"라고 칭한다. 상기 터치스크린 상에서 포인터로 근접 터치가 되는 위치라 함은, 상기 포인터가 근접 터치될 때 상기 포인터가 상기 터치스크린에 대해 수직으로 대응되는 위치를 의미한다.

상기 근접센서는, 근접 터치와, 근접 터치 패턴(예를 들어, 근접 터치 거리, 근접 터치 방향, 근접 터치 속도, 근접 터치 시간, 근접 터치 위치, 근접 터치 이동 상태 등)을 감지한다. 상기 감지된 근접 터치 동작 및 근접 터치 패턴에 상응하는 정보는 터치 스크린상에 출력될 수 있다.

음향 출력 모듈(152)은 호신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(152)은 이동 단말기(100)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.

알람부(153)는 이동 단말기(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 이동 단말기에서 발생 되는 이벤트의 예로는 호 신호 수신, 메시지 수신, 키 신호 입력, 터치 입력 등이 있다. 알람부(153)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(151)나 음성 출력 모듈(152)을 통해서도 출력될 수 있어서, 그들(151,152)은 알람부(153)의 일부로 분류될 수도 있다.

햅틱 모듈(haptic module)(154)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(154)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 있다. 햅택 모듈(154)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 제어가능하다. 예를 들어, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.

햅틱 모듈(154)은, 진동 외에도, 접촉 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극(eletrode)의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.

햅틱 모듈(154)은 직접적인 접촉을 통해 촉각 효과의 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 손가락이나 팔 등의 근 감각을 통해 촉각 효과를 느낄 수 있도록 구현할 수도 있다. 햅틱 모듈(154)은 이동 단말기(100)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.

메모리(160)는 제어부(180)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)을 임시 저장할 수도 있다. 상기 메모리(160)는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.

메모리(160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 이동 단말기(100)는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리(160)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.

인터페이스부(170)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(170)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(170)에 포함될 수 있다.

식별 모듈은 이동 단말기(100)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(User Identify Module, UIM), 가입자 인증 모듈(Subscriber Identify Module, SIM), 범용 사용자 인증 모듈(Universal Subscriber Identity Module, USIM) 등을 포함할 수 있다. 식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트 카드(smart card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 포트를 통하여 단말기(100)와 연결될 수 있다.

상기 인터페이스부는 이동 단말기(100)가 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 상기 이동 단말기(100)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 이동 단말기로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 이동 단말기가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.

제어부(controller, 180)는 통상적으로 이동 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다. 제어부(180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈(181)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈(181)은 제어부(180) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(180)와 별도로 구현될 수도 있다.

상기 제어부(180)는 상기 터치스크린 상에서 행해지는 필기 입력 또는 그림 그리기 입력을 각각 문자 및 이미지로 인식할 수 있는 패턴 인식 처리를 행할 수 있다.

전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(180) 자체로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(160)에 저장되고, 제어부(180)에 의해 실행될 수 있다.

도 2는 본 발명과 관련된 이동 단말기(100)의 일 예를 전면에서 바라본 사시도이다.

개시된 이동 단말기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 슬라이드 타입, 폴더 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용이 가능하다.

바디는 외관을 이루는 케이스(케이싱, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 본 실시예에서, 케이스는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)로 구분될 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 사이에 형성된 공간에는 각종 전자부품들이 내장된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스가 추가로 배치될 수도 있다.

케이스들은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 재질, 예를 들어 스테인레스 스틸(STS) 또는 티타늄(Ti) 등과 같은 금속 재질을 갖도록 형성될 수도 있다.

단말기 바디에는 디스플레이부(151), 음향출력부(152), 카메라(121), 사용자 입력부(130/131,132), 마이크(122), 인터페이스(170) 등이 배치될 수 있다.

디스플레이부(151)는 프론트 케이스(101)의 주면의 대부분을 차지한다. 디스플레이부(151)의 양단부 중 일 단부에 인접한 영역에는 음향출력부(151)와 카메라(121)가 배치되고, 다른 단부에 인접한 영역에는 사용자 입력부(131)와 마이크(122)가 배치된다. 사용자 입력부(132)와 인터페이스(170) 등은 프론트 케이스(101) 및 리어 케이스(102)의 측면에 배치될 수 있다.

사용자 입력부(130)는 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받기 위해 조작되는 것으로서, 복수의 조작 유닛들(131,132)을 포함할 수 있다. 조작 유닛들(131,132)은 조작부(manipulating portion)로도 통칭 될 수 있으며, 사용자가 촉각 적인 느낌을 가면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다.

제1 또는 제2조작 유닛들(131,132)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 조작 유닛(131)은 시작, 종료, 스크롤 등과 같은 명령을 입력받고, 제2 조작 유닛(132)은 음향출력부(152)에서 출력되는 음향의 크기 조절 또는 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등과 같은 명령을 입력받을 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 이동 단말기(100)의 후면 사시도이다.

도 3을 참조하면, 단말기 바디의 후면, 다시 말해서 리어 케이스(102)에는 카메라(121')가 추가로 장착될 수 있다. 카메라(121')는 카메라(121, 도 2 참조)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 카메라(121)와 서로 다른 화소를 가지는 카메라일 수 있다.

예를 들어, 카메라(121)는 화상 통화 등의 경우에 사용자의 얼굴을 촬영하여 상대방에 전송함에 무리가 없도록 저 화소를 가지며, 카메라(121')는 일반적인 피사체를 촬영하고 바로 전송하지는 않는 경우가 많기에 고 화소를 가지는 것이 바람직하다. 카메라(121,121')는 회전 또는 팝업(pop-up) 가능하게 단말기 바디에 설치될 수도 있다.

카메라(121')에 인접하게는 플래쉬(123)와 거울(124)이 추가로 배치된다. 플래쉬(123)는 카메라(121')로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향해 빛을 비추게 된다. 거울(124)은 사용자가 카메라(121')를 이용하여 자신을 촬영(셀프 촬영)하고자 하는 경우에, 사용자 자신의 얼굴 등을 비춰볼 수 있게 한다.

단말기 바디의 후면에는 음향 출력부(152')가 추가로 배치될 수도 있다. 음향 출력부(152')는 음향 출력부(152, 도 2 참조)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.

단말기 바디의 측면에는 통화 등을 위한 안테나 외에 방송신호 수신용 안테나(미도시)가 추가적으로 배치될 수 있다. 방송수신모듈(111, 도 1 참조)의 일부를 이루는 상기 안테나는 단말기 바디에서 인출 가능하게 설치될 수 있다.

단말기 바디에는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(190)가 장착된다. 전원공급부(190)는 배터리(191, 도 4 참조)로 구현될 수 있으며, 배터리(191)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디에 착탈 가능하게 구성될 수 있다. 리어 케이스(102)에는 배터리(191)의 이탈을 제한하도록 이루어지는 배터리 커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

도 4는 도 2의 이동 단말기(100)의 분해 사시도로서, 단말기 바디의 내부에 배치되는 안테나 장치(200)를 보인 것이다.

도 4를 참조하면, 단말기 바디의 내부 공간에는 인쇄회로기판(210)이 배치된다. 인쇄회로기판(210)은 리어 케이스(102)에 단말기 바디의 주면 대부분을 차지하도록 장착될 수 있다. 인쇄회로기판(210)은 이동 단말기(100)의 각종 기능을 동작시키기 위하여 이동 단말기(100)를 제어하는 제어부(180, 도 1 참조)의 일 예로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 인쇄회로기판(210)은 디스플레이(151a)를 통하여 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)하도록 이루어진다.

인쇄회로기판(210)의 적어도 일면에는 이동 단말기(100)의 각종 기능을 동작시키기 위한 전자소자들이 장착된다. 예를 들어, 인쇄회로기판(210)의 일면에는 디스플레이(151a), 음향 출력 모듈(152) 및 카메라(121) 등이 장착될 수 있다.

인쇄회로기판(210)의 일측(또는 일면)에는 전파의 송수신을 위한 안테나 장치(200)가 구비된다. 안테나 장치(200)는 단말기 바디의 일단, 예를 들어, 사용자에게 미치는 전파의 영향이 최소화될 수 있도록 음향 출력 모듈(152)로부터 이격된 위치, 즉 마이크(122)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 안테나 장치(200)는 복수 개로 구비되어 서로 다른 기능을 갖도록 형성될 수 있으며, 이들 간의 간섭이 최소화될 수 있도록 기설정된 간격을 두고 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 안테나 장치(200)는 디스플레이(151a)를 사이에 두고 이동 단말기(100)의 길이방향의 양단에 각각 배치될 수 있다.

이하에서는 보다 소형화되고, 향상된 방사 효율을 가지며, 저주파 및 고주파 대역에서 공진을 형성하는 듀얼 밴드의 안테나 장치(200)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5 및 6은 도 4에 도시된 안테나 장치(200)를 인쇄회로기판(210)의 일면 및 타면에서 각각 바라본 사시도이고, 도 7은 도 6의 결함 접지 구조(230)의 등가 회로도이다.

도 5 및 6을 참조하면, 안테나 장치(200)는 인쇄회로기판(210), 유전체 공진기 안테나(220, DRA, Dielectric Resonator Antenna) 및 결함 접지 구조(230, DGS, Defected Ground Structure)를 포함한다.

인쇄회로기판(210)은 유전체 공진기 안테나(220)와 전기적으로 연결되어 송수신된 무선 신호를 처리하도록 이루어진다. 인쇄회로기판(210)은 그라운드(211)를 구비하며, 그라운드(211)는 인쇄회로기판(210) 상에 형성되는 도전성의 플레이트 형태를 가질 수 있다. 본 실시예는 그라운드(211)가 인쇄회로기판(210)의 내부에 형성된 것을 예시하고 있으며, 그라운드(211)의 외부에는 절연성 물질이 형성되어 있다.

유전체 공진기 안테나(220)는 그라운드(211)와 전기적으로 연결되며, 유전체를 통한 공진 현상을 이용하여 전파를 송수신하도록 형성된다. 유전체 공진기 안테나(220)는 High Dielectric Low Loss Material로 정의되는 유전체 공진기를 이용한 안테나로서, 특정 대역에 적합하게 다양한 형태(육면체, 원기둥, 원뿔 등)로 설계될 수 있다.

유전체 공진기 안테나(220)는 방사(radiating) 및 로딩(loading)의 특성을 갖는다(material antenna의 특성). 구체적으로, 유전체 공진기 안테나(220)는 그라운드(211)에 급전 연결되어 소정의 방사 패턴을 발생시켜 RF 신호를 출력하거나 외부의 RF 신호를 수신하도록 이루어진다. 또한, 유전체 공진기 안테나(220)는, 후술할 바와 같이, 결함 접지 구조[230, 구체적으로, 그라운드부(233)]가 소정의 방사 패턴을 발생시킬 수 있도록 로딩하도록 이루어진다.

인쇄회로기판(210)에는 결함 접지 구조(230)가 형성된다. 결함 접지 구조(230)는 그라운드(211)에 식각 등의 방법으로 절연된 구조가 형성된 것으로서, 특정 대역에서 신호의 저지 특성을 보일 뿐만 아니라, 신호의 전송 속도가 느려지는 특성을 갖는다. 결함 접지 구조(230)는 유전체 공진기 안테나(220)와 그라운드(211)에 흐르는 전류를 이용하여 전파를 송수신할 수 있도록 이루어진다.

결함 접지 구조(230)는 그라운드(211)에 다양한 기하학적 패턴으로 형성될 수 있다. 본 도면에 도시된 결함 접지 구조(230)를 일 예로 들어 설명하면, 결함 접지 구조(230)는 기설정된 간격을 두고 서로 마주보게 배치되는 제1 및 제2절연부(231, 232)를 포함할 수 있다. 제1절연부와 제2절연부(231, 232) 사이의 공간은 전류가 집중될 수 있도록 그라운드부(233)를 형성한다. 그라운드부(233)를 흐르는 전류가 제1 및 제2절연부(231, 232)의 둘레를 따라 각각 흐르고, 인덕턴스와 캐패시턴스가 형성됨으로써, 결함 접지 구조(230)는 방사체로 동작할 수 있다. 제1 및 제2절연부(231, 232)는 그라운드부(233)를 중심으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다.

상기 결함 접지 구조(230)는 도 7에 도시된 등가 회로로 표현될 수 있다. L 및 C 값은 제1 및 제2절연부(231, 232)의 형상[또는, 그라운드부(233)의 형상]과 관련되며, 그 형상의 변화에 따라 저주파 대역에서의 공진 특성이 변하게 된다. 구체적으로, L 값은 제1 및 제2절연부(231, 232)의 둘레와 관련되고, 그 둘레가 길어질수록 L 값은 증가하게 된다. 또한, C 값은 그라운드부(233)를 형성하는 일면의 양측에 각각 배치되는 면 사이의 거리와 관련되고, 그 거리가 멀어질수록 C 값은 감소하게 된다.

그라운드부(233)는 인쇄회로기판(210)의 두께 방향으로 유전체 공진기 안테나(220)와 서로 중첩되게 배치될 수 있다. 상기 구조에 의하면, 그라운드부(233)가 유전체 공진기 안테나(220)와 기설정된 간격을 두고 인접하게 배치되어 커플링됨으로써, C 값이 증가하는 효과가 있으며, 이를 통해 안테나의 길이가 보다 짧게 설계될 수 있다.

유전체 공진기 안테나(220)에는 결함 접지 구조(230)와 전기적으로 연결되는 전송선로(222)가 구비된다. 전송선로(222)는, 도시된 바와 같이, 유전체 공진기 안테나(220)의 측벽에 배치되고, 인쇄회로기판(210)에 수직하게 형성될 수 있다. 또는, 전송선로(222)가 유전체 공진기 안테나(220)를 감싸도록 설계하여 그 길이를 증가시킴으로써, 고주파 대역이 보다 낮아지도록 이루어질 수도 있다.

인쇄회로기판(210)에는 일단은 결함 접지 구조(230)와 연결되고, 타단은 전송선로(222)와 연결되는 연결부(212)가 구비된다. 유전체 공진기 안테나(220)는 결함 접지 구조(230), 연결부(212) 및 전송선로(222)를 통해 흐르는 전류에 의해 여기(excitation)된다.

구체적으로, 상기 전류에 의해 자기장이 발생되며, 상기 자기장은 전류 소스로서 작용하여 유전체 공진기 안테나(220)를 여기시킨다. 즉, 유전체 공진기 안테나(220)는 마그네틱 전류 소스에 의해 급전된다. 이 경우, 유전체 공진기 안테나(220)에 소정 크기의 변위 전류가 흐르게 되며, 상기 변위 전류에 의해 특정 공진 주파수가 구현된다.

이하에서는, 상기 구조의 안테나 장치(200)가 서로 다른 주파수 대역에서 공진을 형성하는 것에 대하여 시뮬레이션 결과를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 유전체 공진기 안테나(220)는 14mm(a)×5.08mm(b)×18.3mm(c) 및 유전율 10.2로 설계되었고, 그라운드(211)는 25mm(d)×20mm(e)로 설계되었으며, 전송선로(222), 연결부(212) 및 결함 접지 구조(230)의 상세 치수는 f=6mm, g=5.5mm, h=1.6mm, j=9.2mm 및 k=9.5mm 이다.

도 8은 결함 접지 구조(230)의 유무에 따른 유전체 공진기 안테나(220)의 반사 효율을 비교한 그래프이고, 도 9는 유전체 공진기 안테나(220)의 유무에 따른 결함 접지 구조(230)의 반사 효율을 비교한 그래프이다.

앞서 설명한 안테나 장치(200)에 의하면, 유전체 공진기 안테나(220) 및 결함 접지 구조(230)는 상호 연관되어 서로 다른 주파수 대역, 즉, 저주파 및 고주파 대역에서 공진을 형성한다. 예를 들어, 안테나 장치(200)가 IEEE802.11a/b/g의 표준 동작 주파수에서 동작할 수 있도록 저주파 대역은 2.4GHz 내외, 고주파 대역은 5GHz 내외가 될 수 있다.

도 8을 참조하면, 결함 접지 구조(230)와 결합되지 않은 유전체 공진기 안테나(220)는 반사 효율 -10dB을 기준으로 고주파 대역(대략 4.4GHz 에서 8GHz에 이르는) 싱글 와이드 밴드(single wide band)를 형성한다. 반면에, 결함 접지 구조(230)와 결합된 유전체 공진기 안테나(220)는 상기 고주파 대역과 함께 저주파 대역의 듀얼 밴드(dual band)를 형성한다.

도 9를 참조하면, 유전체 공진기 안테나(220)와 결합되지 않은 결함 접지 구조(230)는 2.4GHz 내외에서 아주 미세한 반사 효율을 나타낼 뿐, 그 자체로 특정 밴드를 형성하지는 않는다. 이에 반해, 결함 접지 구조(230)가 유전체 공진기 안테나(220)와 결합되면, 저주파 및 고주파 대역에서 듀얼 밴드를 형성한다.

상기 듀얼 밴드는 유전체 공진기 안테나(220)가 고주파 대역에서 공진을 형성하고, 결함 접지 구조[230, 구체적으로, 그라운드부(233)]가 유전체 공진기 안테나(220)와 전자기적으로 결합하여 저주파 대역에서 공진을 형성하는 것에 기인한다. 즉, 상기 구조에 의하면 유전체 공진기 안테나(220)의 고주파 대역에서의 와이드 밴드 특성은 그대로 유지되면서, 그라운드부(233)가 방사체 역할을 하고 유전체 공진기 안테나(220)와 커플링됨으로써, 저주파 대역에서 공진을 형성하게 된다.

구체적으로, 전송선로(222)는 연결부(212)와 연결되어 고주파 대역의 임피던스 매칭을 형성하고, 그라운드부(233)는 연결부(212) 및 전송선로(222)와 연결되어 저주파 대역의 임피던스 매칭을 형성한다. 특히, 저주파 대역에서 유전체 공진기 안테나(220)는 로딩을 하도록 이루어지고, 결함 접지 구조(230)는 그라운드부(233)에 집중되는 전류를 이용하여 전파를 방사하도록 이루어진다.

도 10a 및 10b는 각각 결함 접지 구조(230)의 형상 변화의 일 예 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프이고, 도 11a 및 11b는 각각 결함 접지 구조(230)의 형상 변화의 다른 일 예 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프이다.

상기 도면들을 참조하면, 결함 접지 구조(230)의 형상이 변화함에 따라 저주파 대역이 이동하는 것을 알 수 있다. 반면에, 고주파 대역은 거의 변하지 않는다. 이는 저주파 대역은 결함 접지 구조(230)의 그라운드부(233)에 집중되는 전류에 의해 여기되는 것에 기인한다.

도 10a 및 10b를 참조하면, 각 절연부(231, 232)의 둘레 및 서로 마주보는 면 사이의 거리가 변하게 되므로, 도 7에 도시된 등가 회로의 L 값과 C 값이 변하게 된다. 따라서, 저주파 대역의 주파수 및 반사 효율 등 공진 특성이 변하게 된다.

시뮬레이션 결과에 의하면, 각 절연부(231, 232)의 그라운드부(233)를 형성하는 일면의 양측에 각각 배치되는 면 사이의 거리(yp)가 멀어질수록 저주파 대역의 주파수는 감소하며, 상기 거리에 따라 반사 효율이 변한다. 본 실시예의 설계 조건에서 상기 거리(yp)가 8mm일 때 가장 좋은 반사 효율을 보인다.

도 11a 및 11b를 참조하면, 그라운드부(233)의 폭(xp), 즉, 각 절연부의 둘레가 변하게 되므로, 도 7에 도시된 등가 회로의 L 값이 변하게 된다. 따라서, 저주파 대역의 주파수 및 반사 효율 등 공진 특성이 변하게 된다.

시뮬레이션 결과에 의하면, 그라운드부(233)의 폭(xp)이 줄어들수록 저주파 대역의 주파수는 감소하며, 상기 폭(xp)에 따라 반사 효율이 변한다. 본 실시예의 설계 조건에서 상기 폭(xp)이 1.2mm 및 1.6mm일 때 가장 좋은 반사 효율을 보인다.

도 12a 및 12b는 각각 전송선로(222)의 길이(feed length) 변화 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프이고, 도 13a 및 13b는 각각 전송선로(222)의 너비 변화(feed width) 및 이에 따른 반사 효율을 비교한 그래프이다.

상기 도면들을 참조하면, 전송선로(222)의 형상이 변화함에 따라 고주파 대역의 공진 특성이 변하는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 저주파 대역은 거의 변하지 않는다. 이는 유전체 공진기 안테나(220)가 전송선로(222)에 의해 여기되며, 전송선로(222)가 연결부(212)와 연결되어 고주파 대역의 임피던스 매칭을 형성하는 것에 기인한다.

도 12a 및 12b를 참조하면, 전송선로(222)의 길이가 길어질수록 고주파 대역의 주파수는 감소한다. 또한, 도 13a 및 13b를 참조하면, 전송선로(222)의 폭이 커질수록 고주파 대역의 주파수는 증가한다.

도 14a 및 14b는 저주파 대역(2.4GHz)에서의 E 평면 및 H 평면 방사 패턴들을 각각 보인 도면들이고, 도 15a 및 15b는 고주파 대역(6.5GHz)에서의 E 평면 및 H 평면 방사 패턴들을 각각 보인 도면들이다.

상기 도면들을 참조하면, 저주파 대역에서는 결함 접지 구조(230)로 인하여 전방향의 방사 패턴이 형성된다. 반면에, 고주파 대역에서는 유전체 공진기 안테나(220)가 공진을 형성하므로, 비대칭의 방사 패턴이 형성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 안테나 장치(200)는 유전체 공진기 안테나(220) 및 이와 연결되는 결함 접지 구조(230)를 구비하며, 유전체 공진기 안테나(220)는 고주파 대역에서 공진을 형성하고, 유전체 공진기 안테나(220)와 결함 접지 구조(230)는 전자기적으로 결합하여 저주파 대역에서 공진을 형성하는바, 듀얼 밴드의 안테나 장치(200)가 제공될 수 있다.

또한, 유전체 공진기 안테나(220)는 고주파 대역에서 방사를 함과 동시에 저주파 대역에서 결함 접지 구조(230)가 방사를 할 수 있도록 로딩을 하도록 이루어지므로, 안테나 장치(200)가 보다 소형화될 수 있다. 뿐만 아니라, 유전체 공진기 안테나(220)를 통해 보다 향상된 방사 효율을 얻을 수 있으며, 고주파 대역에서 넓은 대역폭이 구현될 수 있다.

이상에서 설명된 안테나 장치 및 이를 구비하는 이동 단말기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

유전체를 통한 공진 현상을 이용하여 전파를 송수신하도록 형성되는 유전체 공진기 안테나(DRA, Dielectric Resonator Antenna);
상기 유전체 공진기 안테나와 전기적으로 연결되어 무선신호를 처리하도록 이루어지는 인쇄회로기판; 및
상기 유전체 공진기 안테나와 상기 인쇄회로기판에 흐르는 전류를 이용하여 전파를 송수신할 수 있도록 상기 인쇄회로기판에 형성되는 결함 접지 구조(DGS, Defected Ground Structure)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 결함 접지 구조는 기설정된 간격을 두고 서로 마주보게 배치되는 제1 및 제2절연부를 포함하고,
상기 제1절연부와 상기 제2절연부 사이의 공간은 상기 전류가 집중될 수 있도록 그라운드부를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 2항에 있어서,
상기 그라운드부는 상기 인쇄회로기판의 두께 방향으로 상기 유전체 공진기 안테나와 서로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제1 및 제2절연부는 상기 그라운드부를 중심으로 서로 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 유전체 공진기 안테나에 구비되며, 상기 결함 접지 구조와 전기적으로 연결되어 상기 유전체 공진기 안테나를 여기(excitation)시키도록 이루어지는 전송선로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 5항에 있어서,
상기 전송선로는 상기 유전체 공진기 안테나의 측벽에 배치되고, 상기 인쇄회로기판에 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 5항에 있어서,
상기 전송선로는 상기 유전체 공진기 안테나를 감싸도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 5항에 있어서,
상기 인쇄회로기판의 일면에 배치되며, 일단은 상기 결함 접지 구조와 연결되고 타단은 상기 전송선로와 연결되는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1항에 있어서,
상기 유전체 공진기 안테나 및 결함 접지 구조는 상호 연관되어 서로 다른 주파수 대역에서 공진을 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 9항에 있어서,
상기 유전체 공진기 안테나는 상기 서로 다른 주파수 대역 중 고주파 대역에서 공진을 형성하며, 상기 유전체 공진기 안테나와 상기 결함 접지 구조는 전자기적으로 결합하여 상기 서로 다른 주파수 대역 중 저주파 대역에서 공진을 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 10항에 있어서,
상기 저주파 대역에서 상기 유전체 공진기 안테나는 로딩(loading)을 하도록 이루어지고, 상기 결함 접지 구조는 상기 전류를 이용하여 전파를 방사(radiating)하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 10항에 있어서,
상기 저주파 대역은 2.4GHz 내외이며, 상기 고주파 대역은 5GHz 내외인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 10항에 있어서,
상기 유전체 공진기 안테나에 구비되고, 상기 결함 접지 구조와 전기적으로 연결되어 상기 유전체 공진기 안테나를 여기(excitation)시키도록 이루어지는 전송선로; 및
상기 인쇄회로기판의 일면에 배치되며, 일단은 상기 결함 접지 구조와 연결되고 타단은 상기 전송선로와 연결되는 연결부를 더 포함하며,
상기 전송선로는 상기 연결부와 연결되어 상기 고주파 대역의 임피던스 매칭을 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 13항에 있어서,
상기 결함 접지 구조는 기설정된 간격을 두고 서로 마주보게 배치되는 제1 및 제2절연부를 포함하고,
상기 제1절연부와 상기 제2절연부 사이의 공간은 상기 전류가 집중될 수 있도록 그라운드부를 형성하며,
상기 그라운드부는 상기 연결부 및 상기 전송선로와 연결되어 상기 저주파 대역의 임피던스 매칭을 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
단말기 바디;
상기 단말기 바디의 내부에 장착되고, 그라운드를 구비하는 인쇄회로기판;
상기 그라운드와 전기적으로 연결되며, 유전체를 통한 공진 현상을 이용하여 전파를 송수신하도록 형성되는 유전체 공진기 안테나(DRA, Dielectric Resonator Antenna); 및
상기 유전체 공진기 안테나와 상기 인쇄회로기판에 흐르는 전류를 이용하여 전파를 송수신할 수 있도록 상기 그라운드에 형성되는 결함 접지 구조(DGS, Defected Ground Structure)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
제 15항에 있어서,
상기 결함 접지 구조는 기설정된 간격을 두고 서로 마주보게 배치되는 제1 및 제2절연부를 포함하고,
상기 제1절연부와 상기 제2절연부 사이의 공간은 상기 전류가 집중될 수 있도록 그라운드부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
제 16항에 있어서,
상기 그라운드부는 상기 유전체 공진기 안테나와 커플링되어 전파를 송수신할 수 있도록 상기 유전체 공진기 안테나에 대하여 기설정된 간격을 두고 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
제 15항에 있어서,
상기 유전체 공진기 안테나 및 결함 접지 구조는 상호 연관되어 서로 다른 주파수 대역에서 공진을 형성하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
제 18항에 있어서,
상기 유전체 공진기 안테나는 상기 서로 다른 주파수 대역 중 고주파 대역에서 공진을 형성하며, 상기 유전체 공진기 안테나와 상기 결함 접지 구조는 전자기적으로 결합하여 상기 서로 다른 주파수 대역 중 저주파 대역에서 공진을 형성하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.
제 19항에 있어서,
상기 저주파 대역에서 상기 유전체 공진기 안테나는 로딩(loading)을 하도록 이루어지고, 상기 결함 접지 구조는 상기 전류를 이용하여 전파를 방사(radiating)하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이동 단말기.