KR20130102171A

KR20130102171A - 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기

Info

Publication number: KR20130102171A
Application number: KR1020120023172A
Authority: KR
Inventors: 윤희준
Original assignee: 주식회사 팬택
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-17
Also published as: US20130234897A1

Abstract

본 발명에서는 메인 안테나의 급전패드와 커플링을 통해 간접급전되는 서브 안테나를 구현하여 해당 주파수 대역은 물론 원하는 주파수 대역을 추가로 지원할 수 있도록 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기는 해당 주파수 대역의 전자기파를 송수신하는 메인 안테나와, 상기 메인 안테나로 송수신되는 신호를 처리하는 회로가 실장된 회로기판과, 상기 메인 안테나와 상기 회로기판을 직접적으로 연결하며, 상기 회로기판상에 형성되는 급전패드와, 상기 급전패드와 마주하도록 이격하여 배치되어 상기 급전패드와 간접급전방식으로 연결된 서브 안테나를 포함한다.

Description

간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기{Wireless terminal with indirect feeding antenna}

본 발명은 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인 안테나의 급전패드와 커플링을 통해 간접급전되는 서브 안테나를 구현하여 해당 주파수 대역은 물론 원하는 주파수 대역을 추가로 지원할 수 있도록 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기에 관한 것이다.

최근에 보편화되고 있는 이동통신단말기 등의 슬림화나 소형화에는 안테나 기술의 발전 또한 중요한 요인이 될 수 있다.

예컨대, 종래 1세대 이동통신단말기들의 경우에는 스터드(stud) 타입의 안테나를 구비하여, 이동통신단말기의 상단 일측에 돌출된 형태의 외장을 가져 휴대가 불편하고 파손의 우려가 컸으며 이동통신단말기의 상품성에 큰영향을 미치는 디자인의 자유도가 한정되는 문제가 있었다.

그러나, 최근에는 대부분 안테나가 단말기의 하우징내에 장착되어 돌출된 형태의 안테나가 외관상 노출되지 않는 인테나(intenna) 형태가 보편적으로 채택되고 있다.

이러한 내장형 안테나의 경우에는 슬림화되고 소형화되는 이동통신단말기의 디자인 추세에 부합되도록 작은 부피내에서도 우수한 방사 특성과 넓은 대역폭을 가져야 하는 요구가 뒤따른다. 특히, 내장형 안테나의 경우에는 전체 이동통신단말기 내에서 실장될 수 있는 안테나 공간이 점점 더 협소화되고 있는 추세에 있기 때문에 전체안테나의 크기를 변화시키지 않는 범위내에서 우수한 특성을 얻어내야만 한다는 점이 안테나 설계에 있어서 큰 관건이다. 더구나, 최근의 단말기들의 경우에는 대부분 두개 또는 세개 이상의 대역을 수용해야 한다

예컨대, 제 4 세대 이동통신(4G)의 대표 주자로서 전세계적으로 보편화되고 있는 3GGP 표준에 의한 LTE(Long Term Evolution) 기술을 준수하는 이동통신 단말기의 경우 대부분 기본적으로 700MHz~960MHz, 2.5GHz~2.7GHz대역을 지원하여야 한다.

이와 같이 단일 안테나로 다중 대역을 지원하기 위한 방법으로는, 송수신용 방사체에 복수의 패턴을 형성하여 이중 공진을 구현하는 방법 등이 이용될 수 있으나, 넓은 수신 대역폭을 얻어내기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 메인 안테나의 급전패드와의 커플링을 통한 간접급전 방식으로 서브 안테나에 급전이 이루어지도록 함으로써, 메인 안테나의 공진과 함께 서브 안테나에 의한 추가적인 공진을 발생하여 메인 안테나가 지원하는 주파수 대역은 물론 원하는 주파수 대역을 추가로 지원할 수 있는 다중 대역 및 광대역ㅇㄹ 지원하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 메인 안테나의 공진 주파수 대역을 변화시키지 않으면서 서브 안테나에 의한 추가적인 공진을 발생시킴으로써 다중 대역 안테나 설계를 용이하게 할 수 있는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 메인 안테나의 기능을 위해 기존 단말기 내에 형성된 공간에 보조 안테나를 형성함으로써 단말기의 체적 변화 없이 소형화된 원래 크기를 유지할 수 있는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기는 해당 주파수 대역의 전자기파를 송수신하는 메인 안테나와, 상기 메인 안테나로 송수신되는 신호를 처리하는 회로가 실장된 회로기판과, 상기 메인 안테나와 상기 회로기판을 직접적으로 연결하며, 상기 회로기판상에 형성되는 급전패드와, 상기 급전패드와 마주하도록 이격하여 배치되어 상기 급전패드와 간접급전방식으로 연결된 서브 안테나를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메인 안테나 및 급전패드는 상기 회로기판의 일면에 형성되고, 상기 서브안테나는 상기 회로기판의 이면에 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 안테나는 상기 메인 안테나의 하방에 상기 메인 안테나와 마주보도록 평행하게 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 안테나는 상기 메인 안테나와 마주보지 않도록 상기 메인 안테나와 수직방향으로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로기판은 단말기의 일측에 배치되는 메인 PCB와, 단말기의 타측에 배치되며, 상기 메인PCB와 RF케이블로 연결되어 신호가 전달되는 급전패드가 형성되는 서브 PCB와, 상기 메인 안테나의 배치 영역과 중첩되지 않도록, 상기 서브 PCB의 일측에 서브 PCB와 이격하여 배치되는 그라운드를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그라운드는 상호 나란하게 배치된 복수의 층으로 구성되고, 상기 각 층은 비아 홀(Via hole)을 통하여 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 PCB에는 상기 그라운드의 일면과 마이크로스트립 라인을 통해 전기적으로 연결된 접지패드가 형성되고, 상기 메인 안테나는 상기 접지패드와 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 PCB의 상부에는 상기 메인 안테나가 고정되는 안테나 캐리어부가 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 안테나는 상기 그라운드의 이면과 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 안테나와 상기 그라운드의 접속 유무를 단속하는 스위치 소자를 포함한다.

본 발명에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기에 따르면, 메인 안테나의 급전패드와 서브 안테나의 커플링에 의해 서브 안테나에 간접급전이 이루어져 다중대역 및 광대역에서의 공진이 가능함에 따라 메인 안테나의 체적 변화 없이 메인 안테나의 주파수 대역은 물론 원하는 주파수 대역을 추가로 지원할 수 있는 효과가 있다.

또한, 서브 안테나가 추가되더라도 기존 단말기 내에 형성된 공간에 서브 안테나를 형성하므로 단말기의 체적 변화 없이 소형화된 단말기의 기존 크기를 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 서브 안테나의 메인 안테나에 대한 간섭이 발생하지 않아 메인 안테나의 안테나 성능이 유지될 수 있으며, 서브 안테나가 필요할 경우에만 선택적으로 구현할 수 있어 주파수 대역의 특성에 따라 안테나 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기의 배치도,
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 메인안테나와 서브안테나의 배치상태를 보인 사시도,
도 3은 메인안테나와 서브안테나 및 회로기판을 보인 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메인안테나와 서브안테나의 배치구조를보인 사시도,
도 5는 메인안테나와 서브안테나와 회로기판 및 캐리어부를 보인 사시도,
도 6은 메인안테나와 서브안테나와 회로기판을 보인 단면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기의 회로도,
도 8은 서브 안테나가 구현되지 않은 상태에서 멀티밴드를 지원하는 메인 안테나의 주파수별 VSWR 특성을 나타낸 그래프,
도 9는 회로기판의 이면에 하이밴드를 지원하는 서브 안테나를 간접 급전 방식으로 구현했을 때 주파수별 VSWR 특성을 나타낸 그래프,
도 10 내지 11은 회로기판의 이면에 로우 밴드를 지원하는 서브 안테나를 간접 급전 방식으로 구현했을 때 주파수별 VSWR 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기의 배치도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기는 해당 주파수 대역의 전자기파를 송수신하는 메인 안테나(100), 상기 메인 안테나(100)로 송수신되는 신호를 처리하는 회로가 실장된 회로기판(200), 상기 메인 안테나(100)와 상기 회로기판(200)을 직접적으로 연결하며, 상기 회로기판(200)상에 형성되는 급전패드(300) 및 상기 급전패드(300)와 마주하도록 이격하여 배치되어 상기 급전패드(300)와 간접급전방식으로 연결된 서브 안테나(400)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 메인안테나와 서브안테나의 배치상태를 보인 사시도이다. 도 2는 회로기판을 생략한 도면으로서, 도 2를 참조하면, 메인 안테나(100)는 단일 밴드에서 공진하거나, 멀티 밴드에 공진하는 안테나 일 수 있다. 상기 메인 안테나(100)가 멀티 밴드를 지원할 경우, 각 대역에서 공진이 발생하도록 각 대역의 파장(λ)에 대하여 λ/4의 길이를 갖는 복수의 방사패턴(101,102)이 형성된다. 방사패턴(101,102)은 통신 단말기에서 무선 신호의 송수신을 위해 구비된다. 즉 방사패턴(101,102)은 미리 정해진 공진 주파수 대역에서 공진(共振)하여 전자기파를 송수신하는 역할을 한다. 이러한 방사패턴(101,102)은 회로기판(200)에 배열된다. 그리고 방사패턴(101,102)은 금속 재질의 전송 회로로 이루어진다. 이 때 방사패턴(101,102)은 별도의 캐리어의 표면을 따라 패터닝(patterning)될 수 있다. 여기서, 방사패턴(101,102)은 캐리어의 이격 두께에 상응하는 거리로 회로기판(200)으로부터 이격될 수 있다. 또한 방사패턴(101,102)은 적어도 하나의 절곡(折曲)부가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 방사패턴(101,102)은 미앤더(meander) 구조, 스파이럴(spiral) 구조, 스텝(step) 구조 또는 루프(loop) 구조 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.

각각의 방사패턴(101,102)이 해당 주파수의 공진을 위한 길이를 갖도록 구성하기 위해서는 방사패턴(101,102)의 길이가 신호의 주파수 크기에는 반비례하고 신호의 파장 길이에는 비례하므로 저주파 대역을 충족시키는 방사패턴(101)의 길이가 상대적으로 고주파 대역을 충족시키는 방사패턴(102)의 길이에 비하여 길게 형성된다. 또한, 상기 메인 안테나(100)에는 회로기판(200)과 연결되어 각 방사패턴(101,102)에 급전을 하기 위한 급전 라인(110)과 접지를 위한 접지 라인(120)이 일체로 형성될 수 있다.

일례로, 상기 메인 안테나(100)에는 700MHz~960MHz (LTE,CELL,G850,G900) 대역을 지원하기 위한 Low-band 방사패턴(101)과, 1700MHz~2100MHz (DCS1800/PCS1900/US PCS/WCDMA) 대역을 지원하기 위한 High-band 방사패턴(102)을 포함할 수 있다.

회로기판(200)은 메인 안테나(100)로 송수신되는 신호를 처리하는 것으로, 메인PCB일 수 있고, 추가적으로 구비된 서브PCB일 수도 있다. 회로기판(200)은 통신 단말기에서 전자 부품들을 지지한다. 즉, 회로기판(200) 상에 메모리 및 제어부와 같은 전자 부품이 실장될 수 있다. 그리고 회로기판은 기판 몸체(board body)와 접지를 위한 그라운드(ground)를 포함할 수 있다.

상기 기판 몸체는 회로 기판(200)에서 급전(急電) 및 신호 전달을 위해 제공된다. 이러한 기판 몸체는 평판 구조를 갖는다. 이 때 기판 몸체의 일 면은 그라운드 영역과 소자 영역으로 구분될 수 있다. 그리고 기판 몸체는 다수개의 급전 선로들이 내재된 유전체로 이루어질 수 있다. 이 때 기판 몸체는 다수개의 유전 플레이트들이 적층되어 구현될 수 있다. 또한 각각의 급전 선로는 양단부를 통해 외부로 노출되고, 급전 선로의 일단부는 외부 전원에 연결될 수 있다. 게다가, 급전 선로의 타단부는 소자 영역을 통해 외부로 노출될 수 있다. 이를 통해, 외부 전원으로부 일단부를 통해 급전 시, 급전 선로는 타단부로 전원을 공급하게 된다.

그라운드는 회로 기판(200)에서 접지(接地)를 위해 제공된다. 이러한 그라운드는 상기 기판 몸체의 그라운드 영역에 배치된다. 이 때 그라운드는 평판 구조를 갖는다. 여기서, 그라운드는 그라운드 영역의 전체 영역에서 기판 몸체의 일면에 수평 또는 수직하게 배치될 수 있다. 또한 그라운드는 그라운드 영역의 일부 영역에서 기판 몸체의 일면에 수평 또는 수직하게 배치될 수 있다. 그리고 그라운드는 다양한 형태의 요홈(groove) 또는 홀(hole)이 형성된 평판 구조로 구현될 수 있다.

급전패드(300)는 회로기판(200)상에 형성되며, 메인 안테나(100)와 회로기판(200)을 직접적으로 연결한다. 메인 안테나(100)는 급전패드(300)와 연결되는 급전라인(110)을 포함한다.

메인 안테나(100)의 방사패턴(101,102)은 급전 선로들의 타단부에 접촉한다. 이 때 방사패턴(101,102)에서 급전 선로와 접촉지점, 즉 방사패턴(101,102)의 일단부에 급전패드(300)가 형성된다. 그리고 방사패턴(101,102)은 그라운드에 의해 접지된다. 이 때 방사패턴(101,102)은 그라운드에 접촉할 수 있다. 여기서, 방사패턴(101,102)에서 그라운드와 접촉 지점, 즉 방사패턴(101,102)의 타단부에 접지패드가 형성될 수 있다.

이를 통해, 외부 전원으로부터 급전패드(300)을 통해 전원 인가 시, 방사패턴(101,102)이 공진 주파수 대역에서 공진한다. 이 때 방사패턴(101,102)의 동작 시, 주변 영역에 자장(磁場)이 형성될 수 있다.

서브 안테나(400)는 급전패드(300)와 마주하도록 이격하여 배치되어 급전패드(300)와 간접급전방식으로 연결된다. 서브 안테나(400)는 급전패드(300)에 커플링(coupling)되어 간접급전이 이루어지며, 메인 안테나(100)와의 매칭을 위해 그라운드와 연결되어 있다. 메인 안테나(100)와 서브안테나(400)는 동일한 공진주파수 대역을 지원할 수 있고, 서로 다른 공진 주파수 대역을 지원할 수 있다. 상기 서브 안테나(400)는 공진 주파수 대역에서 공진하여 무선 신호를 송수신한다.

일례로, LTE band 주파수 대역을 추가로 지원하고자 할 경우, 서브안테나(400)는 700MHz~900MHz, 2.5GHz~2.7GHz를 공진 주파수 대역으로 한다. 원하는 주파수 밴드에서 공진 주파수를 형성하기 위해서는 기본적으로 안테나의 최소 패턴 길이가 λ/4 일 때 공진 하게 된다. 예를 들어 2.5GHz~ 2.7GHz의 하이밴드(high band)를 위한 서브안테나(400)를 구현하고자 한다면 회로기판(200)의 이면에 패턴 길이의 합이 2.5GHz~2.7GHz의 λ/4 의 길이 값으로 구현을 하게 되면 안테나 체적의 증가 및 메인 안테나(100)의 패턴의 변형 없이도 멀티밴드 안테나를 구현 할 수 있다. 또한 700MHz~900MHz의 로우 밴드(low band)를 위한 서브안테나(400)를 구현하고자 한다면 회로기판(200)의 이면에 패턴 길이의 합이 700MHz~900MHz의 λ/4 의 길이 값으로 구현 시키면 된다. 하지만 하이밴드(high band)에 비해 로우 밴드(low band)의 파장이 길기 때문에 상대적으로 메인안테나(100)에 영향을 주게 되어 메인안테나(100)의 로우 밴드(low band)의 주파수 이동 및 임피던스의 변화를 초래할 수 있다.

일반적으로 휴대 단말기 안테나가 새로운 공진 주파수를 추가로 지원하기 위해서는 메인 안테나(100)의 형태를 변화시켜 새로운 안테나를 만들어야 한다. 또한 새로워진 안테나를 구현 하기 위한 체적도 증가하게 되는 문제가 있다. 하지만, 상기한 바와 같이 메인 안테나(100)의 급전패드(300)와 간접급전되는 서브 안테나(400)의 구현으로, 다중대역 및 광대역에서의 공진이 가능함에 따라 메인 안테나(100)의 체적 변화 없이 메인 안테나(100)의 주파수 대역은 물론 원하는 주파수 대역을 추가로 지원할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 메인안테나(100) 및 서브 안테나(400)는 평면형 역-에프 안테나(PIFA;planar inverted-F antenna), 굴곡형태의 패턴으로 이루어지는 곡류형 안테나(meander antenna), 루프 안테나(loop antenna), 역 에프 안테나(inverted-F antenna), 와이어형 안테나(wire type antenna) 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며, 단말기 환경에 따라 공지의 다양한 안테나 구조가 적용 가능하다.

도 3은 메인안테나와 서브안테나 및 회로기판을 보인 사시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기는 메인 안테나(100) 및 급전패드(300)는 상기 회로기판(200)의 일면에 형성되고, 상기 서브안테나(400)는 상기 회로기판(200)의 이면에 형성된다. 회로기판(200)은 평판의 형태를 취하고, 회로기판(200)의 일면에는 메인 안테나(100)와 급전패드(300)가 형성되어 메인안테나(100)와 급전패드(300)는 직접연결 된다. 그러나 서브안테나(400)와 급전패드(300)는 서로 다른 면에 형성되어져 있기 때문에 직접 연결할 수 없으며, 그 사이에 회로기판(200)을 두고 커플링되어 급전이 이루어진다. 상기 급전패드(300)는 메인 안테나(100)의 급전을 위해 형성되지만, 회로기판(200)의 두께가 얇을 경우 커플링을 통해 급전 패드와 전기적으로 연결되어 간접급전이 이루어지는데, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5mm 정도로 얇을 경우 간접급전이 가능하다. 따라서, 상기 서브 안테나(400)에 전원을 공급하기 위한 별도의 급전라인, 급전패드를 구비하지 않더라도, 메인 안테나(100) 이외에 추가적인 안테나 구현이 가능하며, 메인 안테나(100)의 공진 주파수 뿐 아니라, 서브 안테나(400)의 공진 주파수 대역에서 데이터 송수신이 가능하다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 서브 안테나(400)와 메인 안테나(100)는회로기판(200)의 상부와 하부에 서로 마주보도록 평행하게 배치될 수 있다. 상기의 경우 메인 안테나(100)의 방사 패턴(101,102)과 서브 안테나(400)의 방사 패턴이 중첩되며 배치될 수 있는데, 이때 서브 안테나(400)는 하이 밴드(high-band)에 대한 추가적인 밴드를 지원하는 실시 예에 적용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 서브 안테나(400)가 하이 밴드를 지원하는 경우 안테나 방사 패턴의 길이가 상대적으로 짧아지게 되므로 메인 안테나(100)와 서브 안테나(400)의 방사 패턴이 중첩되는 영역이 최소화될 수 있다. 따라서, 서브 안테나(400)로 인한 메인 안테나 (100)간섭이 최소화될 수 있으므로 위와 같은 구성은 서브 안테나(400)가 하이 밴드를 지원하는 실시예에 적용하는 것이 바람직하다. 반면, 서브 안테나(400)가 로우 밴드(low-band)를 지원하는 경우 서브 안테나(400)의 방사 패턴이 상대적으로 길어지게 되므로 메인 안테나(100)와 중첩되는 영역이 커지게 된다. 따라서, 서브 안테나(400)의 방사로 인해 메인 안테나(100)의 간섭이 발생할 가능성이 높아지게 된다.

도 8은 서브 안테나가 구현되지 않은 상태에서 멀티밴드를 지원하는 메인 안테나의 주파수별 VSWR 특성을 나타낸 그래프이고, 도 9는 회로기판의 이면에 하이밴드를 지원하는 서브 안테나를 간접 급전 방식으로 구현했을 때 주파수별 VSWR 특성을 나타낸 그래프이다. 이때, 상기 회로기판(200)은 메인 PCB(210)일 수 있고, 서브 PCB(230)일 수 있지만, 서브 PCB(230)의 이면에 서브 안테나(400)를 구현하였을 경우를 일례로 설명한다.

도 8을 참조하면, 메인 안테나(100)만 구비된 경우 f5 ~ f6주파수 대역에서만 안테나 효율이 확보 될 수 있으며, f7 ~ f8 주파수에서의 안테나 효율은 상당히 저조함을 확인할 수 있다. 반면, 도 9를 참조하면, 메인 안테나(100)의 패턴변화가 없이 f5 ~ f6주파수 대역의 안테나 효율을 유지하면서, f7 ~ f8 주파수 대역에 대한 추가적인 안테나 효율을 확보할 수 있게 된다. 즉, 간접급전 방식의 서브 안테나(400)를 회로기판(200)의 이면에 추가하는 것만으로 메인 안테나(100)의 공진 주파수의 특성의 변화 없이f5 ~ f6주파수에서 안테나 효율을 확보함과 동시에 f7 ~ f8 주파수에서의 안테나 효율 또한 확보된다. 따라서, 메인 안테나(100)를 구현 하는 체적의 증가 없이 추가 공진을 발생시켜 멀티밴드 안테나를 구현 할 수가 있다.

도 10 내지 11은 회로기판의 이면에 로우 밴드를 지원하는 서브 안테나를 간접 급전 방식으로 구현했을 때 주파수별 VSWR 특성을 나타낸 그래프이다. 상기 도 10 내지 도 11을 참조하면, 로우 밴드(low band)를 지원하는 서브안테나(400)의 경우 파장이 길어 메인안테나(100)와 가깝게 구현 되면 메인안테나(100)의 로우 밴드 공진 주파수에 영향을 미치게 되어 공진 주파수의 이동이나 임피던스의 변화를 주게 된다. 따라서, 메인안테나(100)의 로우 밴드 공진 주파수의 이동이 필요 할 시에 로우 밴드 공진 주파수 근처에 맞게 서브안테나(400)를 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메인안테나와 서브안테나의 배치구조를 보인 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 서브 안테나(400)는 상기 메인 안테나(100)와 마주보지 않도록 상기 메인 안테나(100)와 수직방향으로 형성된다. 상기 도 4는 회로기판(200)을 생략한 도면으로서, 상기와 같이 서브안테나(400)가 메인 안테나(100)와 중첩되지 않도록 서로 회피하여 배치되는 경우는 서브 안테나(400)의 주파수 대역이 로우 밴드(low-band)일 경우에 적합하다. 로우 밴드, 즉 저주파수의 경우 파장이 길다. 따라서 서브 안테나(400)의 길이가 길어질 수 있으며, 서브 안테나(400)는 메인 안테나(100)의 주파수 특성에 영향을 주게 되고, 간섭 가능성이 높아진다.

따라서, 메인안테나(100)와 서브 안테나(400)의 이격거리를 어느 정도 확보하여 상호간의 간섭을 최소화하는 것이다. 상기의 경우 서브안테나(400)의 일부는 급전패드(300)의 방사전극과 전자기적 커플링이 이루어져 간접급전되도록 급전패드(300)와 가깝게 중첩되며, 나머지 부분은 메인안테나(100)와 멀게 배치한다. 일례로, 상기 메인안테나(100)는 휴대용 단말기의 하단에 수평방향으로 배치될 수 있고, 서브안테나(400)는 휴대용 단말기의 좌측 또는 우측에 수직방향으로 배치될 수 있다.

상기와 같은 실시예는 서브안테나(400)의 메인 안테나(100)에 대한 간섭을 최소화하기 위하여 서브안테나(400)의 급전부만 메인 안테나(100)의 급전패드(300)와 대향하게 배치하고 서브안테나(400)의 방사 패턴은 메인 안테나(100)와 이격되도록 떨어져 배치한 것으로, 본 발명은 서브안테나(400)와 메인 안테나(100)가 수직하게 배치된 경우에 한정하는 것은 아니며, 배치 형태에 따라 수직방향 뿐 아니라 다양한 방향으로의 배치가 가능하다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 회로기판(200)은 단말기의 일측에 배치되는 메인 PCB(210)와, 단말기의 타측에 배치되며, 상기 메인PCB(210)와 RF케이블(220)로 연결되어 신호가 전달되는 급전패드(300)가 형성되는 서브 PCB(230)와,상기 메인 안테나(100)의 배치 영역과 중첩되지 않도록, 상기 서브 PCB(230)의 일측에 서브PCB(230)와 이격하여 배치되는 그라운드(240)를 포함한다.

일반적으로 휴대용 단말기는 상단에 메인PCB(210)를 형성하고, 그 하단에 배터리(250), 그리고 서브 PCB(230) 가 배치된다. 메인 안테나(100)는 서브PCB(230)의 상방에 위치하며 메인 안테나(100)에에 신호를 주기 위해서는 메인PCB(210)에서 RF케이블(220)을 통해 서브PCB(230)의 급전패드(300)와 연결이 되며, 메인 안테나(100)는 급전패드(300)와 직접 연결된다.

서브 안테나(400)의 경우, 상기 서브 PCB(230)의 하방에 위치하며, 상기 메인 안테나(100)와 직접 연결되어 급전하는 급전접(300)과 직접 연결되지 않고, 그 사이에 서브 PCB(230)를 두고 이격하여 커플링을 통한 간접 급전으로 안테나로서 작용하게 된다. 서브 안테나(400)는 급전패드(300)에 의하여 급전되게 적어도 일부가 상기 급전패드(300)와 서로 마주보면서 평행하도록 이루어진다. 이를 통하여 서브 안테나(400)는 급전패드(300)의 간접급전 라인으로 동작하게 된다. 따라서, 메인 안테나(100)와 서브 안테나(400)의 구성으로 다중 대역 안테나를 구현할 수 있다.

그라운드(240)는 장방형으로 구비되며, 상기 메인PCB(210) 또는 서브PCB(230)와 별도로 형성되거나 메인PCB(210) 또는 서브PCB(230)와 일체로 이루어져 기판자체가 그라운드(240)의 기능을 수행할 수 있다. 메인 안테나(100)의 방사빔을 그라운드(240)가 차단하게 된다. 이에 안테나의 방사 효율이 감소 된다. 따라서, 메인 안테나(100)의 경우 안테나 방사 효율을 극대화 하기 위해 상기 메인 안테나(100)의 배치 영역과 중첩되지 않도록, 상기 서브 PCB(230)의 일측에 서브PCB(230)와 이격하여 그라운드(240)를 배치한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 그라운드(240)는 상호 나란하게 배치된 복수의 층으로 구성되고, 상기 각 층은 비아 홀(Via hole)을 통해 연결된다.

그라운드(240)는 전면에 형성된 상기 제 1 그라운드(241), 배면에 형성된 상기 제2 그라운드(242)를 포함할 수 있다. 상기 제2 그라운드(242)는 상기 제 1 그라운드(241)와 비아홀을 통해 전기적으로 연결된다. 상기 비아홀은 상기 회로기판(200)을 포토 에칭(photo etching)시에 미리 일정한 위치에 일정한 직경을 가지는 홀(hole) 가공을 하고 도금을 하여 상기 회로기판(200) 전면의 상기 제 1, 2 그라운드(241,242)가 상호 전기적으로 연결되도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 서브 PCB(230)에는 상기 그라운드(240)의 일면과 마이크로스트립 라인(510)을 통해 전기적으로 연결된 접지패드(500)가 형성되고, 상기 메인 안테나(100)는 상기 접지패드(500)와 연결된다.

상기 접지패드(500)는 상기 그라운드(240)와 마이크로 스트립 라인(micro strip line, 510)을 통해 전기적으로 연결되어 단락되도록 구성될 수 있다. 마이크로 스트립 라인(510)은 일반적으로 배면에 그라운드 면이 형성되고 전면에는 신호선이 형성되어 전자기 신호를 전달하는 구조이나, 상기 마이크로 스트립 라인(510)은 상기 접지패드(500)를 그라운드(240)에 단락시키기 위한 것으로 상기 회로기판(200)의 배면에 신호선이나 그라운드 면을 반드시 요하는 것은 아니다. 상기 마이크로스트립 라인(510)은 그 길이가 동작 주파수 대역에서 파장(λ)에 비해 짧고 라인의 폭은 얇은 고 임피던스(high impedance)로 구현하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 메인 PCB(210)으로부터 공급된 전류가 급전패드(300)를 통하여 메인 안테나(100)에 전달되고, 선형으로 형성된 메인 안테나(100)의 각 방사패턴(101,102)의 타단부까지 순환한 전류가 다시 접지패드(500)를 통하여 그라운드(240)로 들어오게 되면서, 공기중의 전자기파를 송수신하는 전송 라인이 형성된다.

도 5는 메인안테나와 서브안테나와 회로기판 및 캐리어부를 보인 사시도이고, 도 6은 메인안테나와 서브안테나와 회로기판을 보인 단면도이다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기는 상기 서브 PCB(230)의 상부에는 상기 메인 안테나(100)가 고정되는 안테나 캐리어부(600)가 형성된다. 상기 캐리어부(600)는 서브 PCB(230)와 메인 안테나(100) 사이에 위치한다. 상기 캐리어부(600)는 상기 이동단말기의 내부에 장착 되도록 규격에 맞게 속이 비어 있는 직육면체의 형상으로 이루어질 수 있으며, 서브 PCB(230)와 이격 두께를 갖는 평판구조로 구성되며, 그 표면에는 안테나의 특성이 제공되도록 메인 안테나(100)의 방사패턴(101,102)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 캐리어부(600)는 폴리올리핀(Polylefine)을 주성분으로 하는 폴리에틸렌 수지(Polyethylene), ABC 수지(Acrylonitrile butadiene styrene), PVC 수지(Polyvinyl chloride) 및 폴리카보네이트 수지(Polycarbonate)와 같은 플라스틱 고분자(Plastic Polymer)로 형성되며, 상기 플라스틱 고분자는 인장강도와 표면 탄성력이 우수하다. 특히, 상기 캐리어부(600)는 폴리카보네이트 수지로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 폴리카보네이트 수지로 이루어진 캐리어부(600)의 표면에 패드 프린팅 등의 방식에 의해 형성된 방사패턴(101,102)은 후공정 과정 중 상기 방사패턴의 형성재인 전도성 잉크가 압축 및 수축되어도 상기 캐리어부(600)의 우수한 표면 탄성력에 의하여 상기 방사패턴(101,102)의 손상이 방지되므로 상기 메인안테나(100)의 성능유지에 유리할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명의 상기 서브 안테나(400)는 상기 그라운드(240)의 이면과 연결되어 접지가 이루어진다.

따라서, 상기 메인 PCB(210)으로부터 공급된 전류가 급전패드(300)를 통하여 간접급전 방식으로 서브 안테나(400)에 전달되고, 선형으로 형성된 서브 안테나(400)의 방사패턴을 따라 타단부까지 순환한 전류가 서브안테나(400)와 그라운드(240)를 연결하는 접지라인(410) 을 통하여 그라운드(240)로 들어오게 되면서, 공기중의 전자기파를 송수신하는 전송 라인이 형성된다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기의 회로도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 간접급전안테나가 내장된 휴대용 단말기는 상기 서브 안테나(400)와 상기 그라운드(240)의 접속 유무를 단속하는 스위치 소자(700)를 포함한다.

스위치 소자(700)는 서브 안테나(400)와 그라운드(240)에 연결되어 서브 안테나(400)와 그라운드(240)의 단락을 결정한다. 스위치 소자(700)는 접지라인(710)을 통하여 메인 그라운드(240)와 연결된 상태이므로, 서브 안테나(400)와 그라운드(240)를 전기적으로 연결 또는 차단할 수 있다. 스위치 소자(700)는 다이오드, 트랜지스터, FET(Field Effect Transistor), MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)스위치 소자와 같은 전류와 전압을 이용하여 스위칭 역할이 가능한 RF 스위치 소자를 포함할 수 있다. 상기와 같은 스위치 소자(700)의 on/off 동작으로, 서브 안테나(400)와 그라운드(240)의 연결이 선택적으로 이루어질 경우, 각 안테나의 공진 주파수 대역을 비롯한 무선통신 환경에 따라 무선품질을 최대로 유지하기 위해 가변적으로 운용이 가능한 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 메인안테나
101,102 : 방사패턴
110 : 급전라인
120 : 접지라인
200 : 회로기판
210 : 메인PCB
220 : RF케이블
230 : 서브PCB
240 : 그라운드
241 : 제1 그라운드
242 : 제2 그라운드
250 : 배터리
300 : 급전패드
400 : 서브안테나
410 : 접지라인
500 : 접지패드
510 : 마이크로스트립 라인
600 : 캐리어부
700 : 스위치 소자
710 : 접지라인

Claims

해당 주파수 대역의 전자기파를 송수신하는 메인 안테나;
상기 메인 안테나로 송수신되는 신호를 처리하는 회로가 실장되는 회로기판;
상기 메인 안테나와 상기 회로기판을 직접적으로 연결하며, 상기 회로기판상에 형성되는 급전패드;
상기 급전패드와 마주하도록 이격하여 배치되어 상기 급전패드와 간접급전방식으로 연결된 서브 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제1항에 있어서,
상기 메인 안테나 및 급전패드는 상기 회로기판의 일면에 형성되고, 상기 서브안테나는 상기 회로기판의 이면에 형성된 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제 1항에 있어서,
상기 서브 안테나는 상기 메인 안테나의 하방에 상기 메인 안테나와 마주보도록 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기
제 1항에 있어서,
상기 서브 안테나는 상기 메인 안테나와 마주보지 않도록 상기 메인 안테나와 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제 1항에 있어서,
상기 회로기판은:
단말기의 일측에 배치되는 메인 PCB;
단말기의 타측에 배치되며, 상기 메인PCB와 RF케이블로 연결되어 신호가 전달되는 급전패드가 형성되는 서브 PCB;
상기 메인 안테나의 배치 영역과 중첩되지 않도록, 상기 서브 PCB의 일측에 서브 PCB와 이격하여 배치되는 그라운드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제 5항에 있어서,
상기 그라운드는 상호 나란하게 배치된 복수의 층으로 구성되고, 상기 각 층은 비아 홀(Via hole)을 통하여 연결된 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제 5항에 있어서,
상기 서브 PCB에는 상기 그라운드의 일면과 마이크로스트립 라인을 통해 전기적으로 연결된 접지패드가 형성되고, 상기 메인 안테나는 상기 접지패드와 연결된 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제 5항에 있어서,
상기 서브 PCB의 상부에는 상기 메인 안테나가 고정되는 안테나 캐리어부가 형성된 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제 5항에 있어서,
상기 서브 안테나는 상기 그라운드의 이면과 연결된 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.
제 9항에 있어서,
상기 서브 안테나와 상기 그라운드의 접속 유무를 단속하는 스위치 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접급전 안테나가 내장된 휴대용 단말기.