KR100941739B1 - 디브이비에이치(dvb―h) 대역을 포함하는이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동통신용 단말기에 적용 가능한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것으로, 더 상세하게는 DVB-H 대역을 포함하는 현재 상용화되는 서비스 대역을 처리 가능한 주 안테나와 보조안테나를 이용한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것이다.
DVB-H 서비스의 경우 주파수 대역이 470 MHz ~ 702 MHz의 넓은 주파수 대역을 요구하고 있으며, 전기적 소형 안테나로 분류되는 모바일 단말기(Mobile Handset) 안테나[2]로 전체 대역폭을 만족시키는 일은 매우 힘들다. 더욱이 최근 주류를 이루는 내장형 안테나로의 구현은 이동통신 대역의 안테나 보다 긴 파장(Wave Length)으로 인해 더욱 어려운 조건을 가지고 있다.
본 발명에서는 DVB-H, GPS, DCS, PCS 대역을 만족하는 보조 안테나와 GSM 대역을 만족하는 주안테나를 사용하여 DVB-H 대역을 포함하는 다중대역 내장형 안테나를 제안하고자 한 것으로, 폴더구조의 상대적으로 큰 그라운드 조건과 기구적인 특성, 단말기 본체(Handset Body) LCD 부분의 옆면에 로딩라인(Loading Line)을 삽입하는 방법 등을 이용하여 DVB-H 대역의 안테나를 구성하고, 고차모드의 공진을 이용하여 GPS, DCS, PCS 대역을 만족하는 보조안테나를 구성하고, 또한 GSM, DVB-H 대역의 인접한 주파수 대역으로 인한 간섭 문제를 확인 할 수 있는 두 안테나간의 격리도를 확인하기 위한 목적의 GSM 대역의 평판 역 에프형 안테나(PIFA)를 레퍼런스 주 안테나로 사용하여, 주 안테나와 보조안테나를 이용한 DVB-H 대역을 포 함하는 다중대역 이동통신 단말기의 내장형 안테나를 제공하고자 한다.
이동통신단말기, 내장형안테나, DVB-H, 폴더, 폴디드 플래너 모노폴, 다중대역, 광대역, 보조안테나, 로딩라인
Description
도 1은 본 발명 DVB-H 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나의 구조를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 있어서, DVB-H 안테나(a), GSM 안테나(b), 그라운드(c)의 전개도.
도 3a는 본 발명에 있어서, 리턴 로스(Return Loss)를 나타낸 도면.
도 3b는 본 발명에 있어서, DVB-H대역에서의 이득(Peak Gain of Freq.domain)을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 있어서, 안테나의 방사패턴을 챔버에서 측정한 결과를 나타낸 도면.
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[4] P. Lindberg and A. Kaikkonen, "Earpiece cord antenna for DVB-H reception in wireless terminals", Electron. Lett., vol. 42, no. 11, pp. 609-611, May. 2006.
본 발명은 이동통신용 단말기에 적용 가능한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것으로, 더 상세하게는 DVB-H 대역을 포함하는 현재 상용화되는 서비스 대역을 처리 가능한 주 안테나와 보조안테나를 이용한 다중 대역 내장형 안테나에 관한 것이다.
현재 이동 통신 단말기는 단순한 무선전화의 개념을 넘어서 TV, 인터넷, 카메라/캠코더 기능 등의 다양한 기능을 포함하는 생활필수품으로 인식되고 있다.
이러한 이동 통신 단말기에 대한 사람들의 인식의 변화는 기본적인 이동통신기라는 특성상 더욱 더 작고, 사용에 편리하도록 디자인되도록 요구됨에 따라 외부 디자인 요소 중 중요한 안테나를 내장형으로 구성하여 사용자의 욕구를 만족시킬 수 있도록 하고 있는 추세이다.
다중 대역 및 다중 모드를 실현하는 단말기가 점차 증가함에 따라 내장형 안테나는 추가적으로 다양한 대역을 쉽게 구현할 수 있어야 한다는 점과 대역 간의 성능 편차(이득, 상대적인 대역폭, 방사패턴 등등)가 적어야 한다는 점을 요구받고 있다.
본 발명에서는 DVB-H 대역을 포함하는 다중 대역 내장형 안테나를 제안하고자 한 것이다.
DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld)는 유럽에서 이동중 지상파 디지털 텔레비전(DTV) 수신율을 향상시키기 위해 제정된 기술표준으로 운전중이거나 보행중에도 고품질의 음성과 영상서비스를 언제, 어디서나 제공하는 이동멀티미디어 방송을 구현하는 서비스를 의미한다.
DVB-H는 유럽의 통신업체 노키아가 개발한 것으로, DVB-H는 주파수 활용 측면에서 지상파 DMB보다 우월하며, UHF 대역을 활용하는 장점이 있다.
이와 같은 DVB-H 서비스의 경우 주파수 대역이 470 MHz ~ 702 MHz의 넓은 주파수 대역을 요구하고 있으며, 전기적 소형 안테나로 분류되는 모바일 단말기(Mobile Handset) 안테나[2]로 전체 대역폭을 만족시키는 일은 매우 힘들다.
더욱이 최근 주류를 이루는 내장형 안테나로의 구현은 이동통신 대역의 안테나 보다 긴 파장(Wave Length)으로 인해 더욱 어려운 조건을 가지고 있다.
이에 본 발명에서는 DVB-H, GPS, DCS, PCS 대역을 만족하는 보조 안테나와 GSM 대역을 만족하는 주 안테나를 사용하여 DVB-H 대역을 포함하는 다중대역 내장형 안테나를 제안하고자 한 것으로,
폴더구조의 상대적으로 큰 그라운드 조건과 기구적인 특성, 단말기 본체(Handset Body) LCD 부분의 옆 면에 로딩라인(Loading Line)을 삽입하는 방법 등을 이용하여 DVB-H 대역에서 기본모드로 동작하고 GPS, DCS, PCS 대역에서 고차모드로 동작하는 안테나를 구성하고, 또한 GSM 대역의 평판 역 에프형 안테나(PIFA)를 레퍼런스 메인 안테나로 사용하여 GSM, DVB-H 대역의 인접한 주파수 대역으로 인한 간섭 문제를 확인 할 수 있는 두 안테나간의 격리도를 확인하여 DVB-H 대역을 포함하는 다중대역 이동통신 단말기의 내장형 안테나를 제공하고자 한 것이다.
본 발명은 단말기의 LCD 파트 부분에 DVB-H 안테나를 구성하고, 모듈파트에 GSM 안테나를 구성하며, 상기 DVB-H 안테나는 LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간을 이용하여 로딩 라인(Loading Line)을 추가하고, DVB-H 안테나부(Radiator)에 슬롯(Slot)을 구성하여 공진 주파수를 낮추도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 첨부된 도면 도 1 및 도 2에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,
단말기의 LCD가 실장될 LCD 파트의 제 1그라운드면(G1) 및 회로 모듈이 실장될 모듈 파트의 제2그라운드면(G2)과, 이들 제 1그라운드면(G1),제 2그라운드면(G2)을 연결하여 전체적인 그라운드의 전기적 길이를 결정하는 미엔더라인(Meander line)으로 구성되며, 미엔더 라인은 두개의 인쇄회로기판(PCB)의 접지면과 두 접지면을 연결하는 플랙서블 케이블 상에 구성되며, 상기 제 1그라운드면(G1)의 상부로 LCD 파트에 구성되는 DVB-H 안테나(10)와, 상기 그라운드면(G2)의 상부로 모듈파트에 구성되는 GSM 안테나(20)를 포함하여 구성되고,
상기 DVB-H 안테나(10)는 상하로 마주보며 공진층을 구성하여 광대역 처리가 가능한 접힌 안테나 구조를 갖도록 한 상부 방사체(11), 하부 방사체(12)와, 상부 방사체(11)로 부터 연장되며 본체(Body Case)사이에 실장될 LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간을 이용하여 추가되는 로딩 라인(Loading Line)(13)과 접힌 하부 방사체(12)에 슬롯(Slot)(12a)을 포함하여 구성된다.
또한 하부 방사체(12)의 선단에는 매칭 슬릿(12b)을 구성한다.
이와 같은 본 발명에서는 DVB-H의 470MHz ~ 702MHz 주파수 대역을 구현하기 위해 모바일 단말기(Mobile Handset)의 여러 구조 중에 그라운드의 크기가 가장 큰 폴더형 구조와 넓은 임피던스 대역 특성을 갖는 폴디드 플래너 모노폴(Folded Planar Monopole) 구조[3][4]의 안테나를 이용하였다.
DVB-H 안테나(10)의 설계 규격은 ETSI 권고사항과 상용 외장형 DVB-H 단말기의 측정, 공개된 기술중 DVB-H 안테나 설계 논문[5]을 참고하여 설계 기준을 전압정재파비(VSWR ;Voltage Standing Wave Ratio) 4:1로 결정하였다.
또한, DVB-H 대역은 GSM 대역과 주파수 차이가 크지 않아 간섭의 우려가 있기 때문에, GSM 대역 안테나(20)로 PIFA를 설계하여 두 안테나간의 격리도 15dB를 기준으로 하였다.
DVB-H 안테나(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 단말기의 LCD 파트(Part) 부 분에 위치한다.
공진 주파수를 낮추기 위해 LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간을 이용하여 로딩 라인(Loading Line)(13)을 추가하였고 부가적으로 DVB-H 안테나(10)의 방사체(Radiator)(12) 에 슬롯(12a)을 구성하였다.
상기 슬롯(12a)은 커런트의 길이를 길게 하기 위한 수단으로 방사체(12)의 선단, 매칭슬릿(12b)의 방향으로 근접 할수록 좋다.
단말기 본체의 양 옆면을 이용한 두 개의 로딩 라인(13)으로 인해 DVB-H 대역에서 DVB-H 안테나(10)의 전기적 길이(Electrical Length)는 λ/4가 되고, 전체 그라운드 면의 전기적 길이(Electrical Length)는 제 1그라운드면(G1)과 제 2그라운드면(G2) 그리고 두 제 1그라운드면(G1), 제 2그라운드면(G2)을 연결하는 미엔더 라인(Meander Line)의 전기적 길이(Electrical Length)의 총합이 된다.
이때 전체 그라운드 면의 전기적 길이(Electrical Length)는 DVB-H 대역에서 λ/4가 된다.
결국, 폴디드 플래너 모노폴 구조의 넓은 임피던스 대역 특성을 유지하면서 로딩 라인(13)과 슬롯(12a)을 이용하여 공진 주파수를 낮추었고, λ/4의 전기적 길이(Electrical Length)를 가지는 그라운드 조건에 의해 우수한 공진 특성을 얻었다.
즉, 로딩 라인(13)의 길이를 조절하게 되면, 공진주파수를 조절할 수 있는 것으로, 도 2에 있어서, 로딩 라인(13)의 길이(W3)를 조절하면 공진주파수를 조절할 수 있고, 방사체(11,12)의 폭(W1)은 대역폭을 결정하고, 길이(W2)는 주파수의 길이를 결정한다.
GSM 안테나(20)로 격리도 측정을 위해 제안된 PIFA는 제 2그라운드면(G2) 상에 구성되는 데, 이때, GSM 대역 PIFA의 위치가 두 안테나 간의 격리도에 영향을 미치게 된다.
그라운드의 크기가 GSM 대역에서 대략 λ/2 의 전기적 길이(Electrical Length)를 가지므로, 모듈파트의 끝 부분에 GSM 안테나(20)가 위치한다면 정반대편의 DVB-H 안테나(10)의 위치가 λ/2 떨어진 지점이 되어 격리도에 좋지 않다.
이런 이유로 도 1에 나타낸 바와 같이, 힌지 부분에 GSM 안테나(20)를 위치시켰다.
이때, DVB-H 안테나(10)와 GSM 안테나(;PIFA)(20)는 그라운드와 안테방사체(Radiator) 사이에 유전체 층이 삽입되지 않은 에어(Air) 상태에서 제작되었다.
두 안테나의 측정결과 DVB-H 안테나(10)의 리턴 로스(Return Loss)를 S11, GSM 안테나(20)의 리턴 로스(Return Loss)를 S22, 두 안테나간 격리도를 S21이라 하였을 때, 도 3a와 같은 특성을 가지고, DVB-H 대역에서 도 3b에 도시된 바와 같이, ETSI 권고기준 이상의 이득을 가진다.
GPS, DCS, PCS 대역에서는 평균 0 dBi 이상의 이득을 얻을 수 있었으며, DVB-H 대역을 포함한 전 대역의 방사패턴을 챔버(Anechoic Chamber)에서 측정한 결과 도 4에 도시된 바와 같은 방사 패턴을 가진다.
이와 같은 본 발명 안테나의 측정결과 DVB-H 대역에서 ETSI 권고기준 이상의 이득, GPS, DCS, PCS 대역에서는 평균 0 dBi 이상의 이득을 얻을 수 있었으며, 또 한 GSM 대역에서 격리도 17 dB 이상을 얻음으로써 실제 내장형 DVB-H 안테나로의 적용 가능함을 알 수 있었다.
넓은 주파수 대역을 갖는 DVB-H 대역을 포함하는 경우 내장형이 어려워 상용화되거나 연구된 사례가 없었으나, 이와 같은 본 발명을 적용하면, 다중 대역 이동통신단말기의 안테나를 내장형으로 구성할 수 있다.
Claims (7)
- 단말기의 LCD가 실장될 LCD 파트의 제 1그라운드면(G1) 및 회로모듈이 실장될 모듈 파트의 제 2그라운드면(G2)과, 이들 제 1그라운드면(G1), 제 2그라운드면(G2)을 연결하여 전체적인 그라운드 전기적길이를 결정하는 미엔더라인(Meander line)으로 구성되는 인쇄회로기판(PCB)의 접지면을 포함하고, 상기 제 1그라운드면(G1)의 상부로 LCD 파트에 구성되는 DVB-H 안테나(10)를 포함하여 구성되며,상기 DVB-H 안테나(10)는 접혀져 상하로 마주보며 공진층을 구성하여 광대역 처리가 가능한 접힌 안테나 구조를 갖도록 한 상부 방사체(11), 하부 방사체(12)와, 상부 방사체(11)로 부터 연장구성되며 본체(Body case)내에 실장될 LCD 패널(Panel)과 본체(Body Case) 사이의 공간에 추가되는 로딩 라인(Loading Line)(13)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
- 제 1항에 있어서, 접힌 하부 방사체(12)에 슬롯(Slot)(12a)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
- 제 1항에 있어서, 하부 방사체(12)의 선단에는 매칭 슬릿(12b)을 구성한 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2그라운드면(G2)의 모듈파트에 구성되는 GSM 안테나(20)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
- 제 4항에 있어서, 상기 GSM안테나(20)는 힌지부에 구성한 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
- 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 GSM 안테나(20)는 다중 대역 역 에프형 안테나(PIFA)로 구성되는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
- 제 1항에 있어서, DVB-H 안테나(10)의 전기적 길이는 λ/4이고, 그라운드면(G1+G2+미엔더라인)의 전기적 길이는 DVB-H 대역에서 λ/4로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디브이비에이치(DVB-H) 대역을 포함하는 이동통신단말기의 다중 대역 내장형 안테나.
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