WO2011115404A2

WO2011115404A2 - 내장형 복합구조 안테나

Info

Publication number: WO2011115404A2
Application number: PCT/KR2011/001787
Authority: WO
Inventors: 강혁진; 이재호; 김국현; 하지훈
Original assignee: 주식회사 네오펄스
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-09-22
Also published as: KR101024350B1; CN103493291A; WO2011115404A3

Abstract

본 발명은 내장형 복합구조 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세히는 안테나를 도전성 금속체만으로 구성하고 대역특성에 따라 최적의 수신감도를 보장할 수 있도록 안테나 구조를 자유롭게 설계할 수 있는 안테나를 제공하여 안테나 활용면적을 확장시켜 안테나 설계 편의성을 증가시키고 다중대역에 대해서도 용이하게 맞춤형 안테나 구조를 형성할 수 있는 내장형 복합구조 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 회로기판상에 수직으로 배치된 방사체와 방사체를 고정시키기 위해 사용되는 유전체 사이의 접촉면적 증가에 다른 강도와 특성을 임의적으로 조절할 수 있어 대역특성에 따른 설계 자율성을 보장할 뿐만 아니라 대역폭 조절 특성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

내장형 복합구조 안테나

본 발명은 내장형 복합구조 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세히는 안테나를 도전성 금속체만으로 구성하고 대역특성에 따라 최적의 수신감도를 보장할 수 있도록 안테나 구조를 자유롭게 설계할 수 있는 안테나를 제공하여 안테나 활용면적을 확장시켜 안테나 설계 편의성을 증가시키고 다중대역에 대해서도 용이하게 맞춤형 안테나 구조를 형성할 수 있는 내장형 복합구조 안테나에 관한 것이다.

이동통신망의 발전과 더불어 이에 따른 다양한 이동통신 표준 및 각 표준에 따른 대역을 수용하기 위한 이동통신 단말기의 발전이 지속적으로 진행되어 왔다. 상기 이동통신망은 상호 이질적인 서비스를 제공하는 통신망끼리 연결되어 통합 인프라망으로 진행되고 있는 추세이며, 이를 통해 단순 음성신호의 교환 뿐만 아니라 SMS 서비스, 멀티미디어 서비스 및 웹서비스까지 이르러 대용량 데이터 전송이 실시간으로 처리되는 통합 인프라망이 구축될 전망이다.

따라서, 상기와 같은 다양한 서비스를 제공하는 이동통신망에서 제공되는 각종 데이터를 송수신하기 위하여 상기 이동통신 단말기 또한 지속적인 발전을 거듭하고 있으며, 각종 통신망에서 제공하는 서비스를 안정적으로 수신하기 위하여 일차적으로 상기 이동통신 단말기의 안테나 구성이 매우 중요한 역할을 차지한다.

특히, 상기 안테나는 최근 상기 이동통신 단말기의 휴대성 및 심미성의 요구와 더불어, 기존 로드 안테나를 대신하여 상기 이동통신 단말기 내부에 실장되는 내장형 안테나로 대체되고 있으며 상기 로드 안테나만큼의 성능 보장을 위하여 다양한 형태의 안테나가 등장하고 있다.

기존의 상기 내장형 안테나는 일반적으로 유전체(캐리어)와, 방사체로 구성되고, 상기 유전체는 플라스틱 구조물로 제조되며, 상기 방사체는 도전성이 강한 금속으로 구성된 패턴에 상기 금속을 보호하기 위한 보호층이 형성된다.

상기와 같은 종래의 상기 내장형 안테나는 다음과 같은 방식으로 제작된다.

첫째로, 상기 내장형 안테나의 구성을 일반적인 조립방식으로 제작하는 방식이 있다. 즉, 상기 유전체의 표면에 상기 방사체를 체결수단을 통해 체결하는 방식이다.

상기와 같은 종래의 조립방식은 우선 상기 유전체에 상기 방사체를 체결하는 과정에 있어서 도 1에 도시된 바와 같이 상기 유전체(10)의 외관 형태에 따라 상기 방사체(20)를 꺽어서 체결해야 하고, 이로 인해 상기 유전체(10) 및 방사체(20) 상부에 결합되는 이동통신 단말기의 커버(30)가 상기 내장형 안테나와 일정 공간을 형성하며 이격되어, 공간 효용성이 떨어지는 문제점이 있다.

이를 개선하기 위한 두번째 방식으로, LDS(Laser Direct Structuring), 이중사출과 같은 제조방식이 도입되고 있다. 이와 같은 방식들은 도 2에 도시된 바와 같이 유전체(10) 외관의 곡면 형태에 따라 방사체(20)의 곡면 제조가 가능하여 상기 방사체(20)와 커버(30)사이의 공간형성을 방지할 수 있다.

우선, 이중사출은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 방사체(20)를 사출한 후 상기 유전체(10)를 생성하는 금형에 상기 방사체(20)를 넣어 상기 방사체(20)가 형성될 부분이 마련된 유전체(10)를 사출한 후 사출된 상기 유전체(10)에 상기 방사체(20)를 삽입하는 방식이다.

이와 같은 이중사출 방식은 상기 커버와 상기 상기 사출물을 제작하기 위한 금형이 복수가 필요하기 때문에 비용이 높고 수정이 어려워 대량생산에 적합한 제작방식이며, 소량생산에는 적용하기 어려운 제작방식이다.

더불어, 금형형태에 따라 상기 방사체의 크기에 제한이 있어 복잡한 형태의 방사체를 구성하기 어려울 뿐 아니라 사출과정이 번거롭기 때문에 수율이 낮은 동시에 제조비용은 상당한 문제점이 있다. 또한, 상기와 같은 문제점으로 인해 이중사출 방식으로 제조된 내장형 안테나는 안테나 영역이 차지하는 부분이 작아 방사 특성이 낮고 도금 두께가 얇아 손상에 따른 신뢰성이 떨어지며, 상기 안테나 영역에 비해 상기 유전체 영역이 차지하는 부분은 상대적으로 많아 상기 유전체 영역에 해당하는 부분의 효율성이 낮은 문제점이 있다.

한편, 상기 LDS는 도 4에 도시된 바와 같이 LDS용 수지(40)에 레이저(30)를 통해 방사체(20)가 형성될 부분을 식각한 후 상기 방사체(20) 부분에 해당하는 금속도금을 실시하고, 상기 금속도금에 보호층을 형성하여 내장형 안테나를 제조하는 기술이다.

그러나, 이와 같은 LDS 역시 이중사출 방식과 마찬가지로 유전체 구성을 위해 상기 LDS용 전용 수지가 필요하며, 상기 LDS용 전용 수지는 상기 이중사출 방식의 유전체로 인해 발생하는 문제점을 동일하게 가지고 있다. 또한, 상기 LDS용 전용 수지의 비용이 상당할 뿐 아니라 상기 LDS용 전용 수지의 가공에 필요한 레이저 장치의 비용도 상당하여 결과적으로 전체 안테나의 제조 비용이 크게 상승하는 문제점이 있다. 더불어, 상기 LDS 방식을 이용한 안테나의 수율이 낮아 비용면에서 이점이 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 단일 금속체 부분만으로 안테나를 구성하여 방사체의 활용면적을 최대한으로 활용할 수 있도록 함으로써, 안테나의 수신 성능을 향상시키고 상기 방사체에 대한 접촉면적 증가에 따른 유전체 배치를 통해 강도와 특성을 임의적으로 조절할 수 있는 것과 동시에 대역폭 조절 특성을 향상시키고, 내장형 안테나 설계에 대한 자율성을 크게 향상시킬 수 있는 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이동통신 단말기의 케이스에 맞추어 용이하게 안테나를 배치 및 가공할 수 있도록 하여 이동통신 단말기의 공간 활용성을 높이는 동시에 안테나 배치면에서 편의성을 보장하는 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

더하여, 본 발명은 기존의 안테나 배치방식과 다르게 안테나의 구조적 강도를 높임과 더불어 안테나의 성능을 향상시킬 수 있는 고유한 안테나 배치방식을 제공하는데 그 목적이 있다.

이외에도, 본 발명은 최소한의 금속체만으로 MIMO 안테나를 구현하도록 함으로써, 소형기기에도 MIMO 안테나를 적용하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단말기에 내장되는 내장형 복합구조 안테나에 있어서, 상기 단말기에 설치되는 회로기판과, 상기 회로기판에 설치되며 대역특성에 대응하여 절곡된 방사체를 포함하며, 상기 방사체는 길이방향에서 복수회 절곡된 상태로 상기 기판에 대하여 직립되어 기설정된 공간을 채우며 자체적으로 지지되는 안테나바디와, 상기 안테나바디의 일부가 내부 공간으로 절곡되어, 상기 기설정된 공간 내의 방사영역을 확장하는 방사영역확장부를 포함한다.

이때, 상기 안테나바디 및 방사영역 확장부는 프레스 가공방식을 통해 전개된 도전 금속을 절곡하여 대역특성을 가지도록 하거나, MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 통해 주물에 용융된 도전 금속을 주입하여 생성될 수도 있다.

또한, 상기 안테나바디 및 방사영역확장부는 인접한 방사면 사이에 발생하는 커플링 또는 길이를 이용하여 상기 대역특성이 결정될 수 있다.

더하여, 본 발명에 따른 상기 내장형 복합구조 안테나는 상기 안테나바디 및 방사영역확장부의 형상에 대응하는 홈이 구비되어 상기 홈에 상기 안테나바디 및 방사영역확장부가 삽입될 수 있도록 하고, 상기 홈에 삽입된 방사체와 함께 상기 기판에 고정되는 유전체를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 안테나바디 및 방사영역확장부와 상기 유전체의 접촉면적에 따라 커패시턴스 성분을 조절하여, 안테나의 대역특성을 조절할 수 있다.

한편, 상기 안테나바디의 평면 일부에 볼록부가 구비되며, 상기 유전체는 상기 볼록부가 걸릴 수 있는 턱이 구비되어, 상기 볼록부가 상기 턱에 걸려 상기 안테나바디 및 방사영역확장부가 상기 유전체에 고정되도록 하거나, 상기 안테나바디는 평면 일단이 갈고리 형상으로 구성된 걸림부가 구비되며, 상기 유전체는 일부에 상기 걸림부에 대응하는 턱이 구비되어, 상기 걸림부와 턱의 체결에 의해 상기 방사체가 상기 유전체에 고정되도록 할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 단말기에 내장되는 내장형 복합구조 안테나는, 개별 급전부와 연결되며 서로 인접 배치되고, 상기 단말기의 회로기판에 대하여 수직하게 직립되는 동시에 대역특성에 따라 복수회 절곡되는 복수의 방사체와, 상기 방사체와 각각 커플링되는 커플링부와 상기 커플링부를 서로 연결하는 연결부를 구비하며, 상기 커플링부와 연결부가 상기 단말기의 보드상에 수직하도록 지지하는 지지부로 구성된 안테나 플레이트를 포함한다.

이때, 상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성에 따라 상기 안테나 플레이트와 방사체의 배치 및 상기 절곡특성이 결정될 수 있다.

또한, 상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역마다 안테나 플레이트의 커플링부와 방사체 간의 배치가 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.

더하여, 상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역마다 안테나 플레이트의 커플링부와 방사체 간의 배치가 동일한 것을 특징으로 할 수도 있다.

이외에도, 상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성은 안테나 플레이트와 방사체의 이격 거리, 안테나 플레이트의 커플링 부분 크기, 방사체와 안테나 플레이트의 인접 부분 길이, 방사체 사이의 거리, 방사체의 절곡특성에 따라 가변될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 단말기에 내장되는 내장형 복합구조 안테나는 개별 급전부와 연결되며 서로 인접 배치되고, 상기 단말기의 보드상에 수직배치되는 동시에 대역특성에 따라 기설정된 절곡 특성을 가지는 복수의 방사체와, 상기 보드상에 배치되며 상기 복수의 방사체를 덮도록 구성된 절연체와, 상기 절연체 상부에 배치되며, 상기 방사체와 각각 커플링되는 커플링부와 상기 커플링부를 서로 연결하는 연결부를 구비한 안테나 플레이트를 포함한다.

이때, 상기 절연체는 대역특성에 따라 방사체와 상기 안테나 플레이트 사이의 이격 거리를 결정할 수 있다.

또한, 상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성은 안테나 플레이트와 방사체의 이격 거리, 안테나 플레이트의 커플링 부분 크기, 방사체와 안테나 플레이트의 인접 부분 길이, 방사체 사이의 거리, 방사체의 절곡특성에 따라 가변될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단말기에 내장되는 내장형 복합구조 안테나는, 개별 급전부와 연결되며 서로 인접 배치되고, 상기 단말기의 보드상에 수직배치되는 동시에 대역특성에 따라 기설정된 절곡 특성을 가지는 복수의 방사체와, 상기 보드상에 배치되며, 상기 방사체와 각각 커플링되는 커플링부와 상기 커플링부를 서로 연결하는 연결부를 구비한 안테나 플레이트를 포함한다.

이때, 상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성은 안테나 플레이트와 방사체의 이격 거리, 안테나 플레이트의 커플링 부분 크기, 방사체와 안테나 플레이트의 인접 부분 길이, 방사체 사이의 거리, 방사체의 절곡특성에 따라 가변될 수 있다.

본 발명에 따르면, 회로기판에 수직배치한 후 수직방향으로 연장된 평면을 추가적으로 절곡하여 단일금속체로 구성된 방사체만으로 내장형 안테나를 구성할 수 있어, 내장형 안테나가 내장되는 공간을 최대한 활용하는 동시에 대역특성에 따라 다양하게 안테나를 절곡하여 복합구조의 안테나를 제공함으로써 특정 대역에 최적화된 안테나를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회로기판상에 수직으로 배치된 방사체와 방사체를 고정시키기 위해 유전체를 적용할 수 있으며, 이를 통해 충분한 접촉면적으로 강도와 특성을 임의적으로 조절할 수 있어 대역특성에 따른 설계 자율성을 보장할 뿐만 아니라 대역폭 조절 특성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

더하여, 본 발명은 방사체를 회로기판과 수직배치하고, 이를 통해 회로기판과 단말기의 케이스 사이에 형성되는 공간을 활용할 수 있어, 패턴 구현의 자유도가 높으므로 PIFA, Monopole, Loop 등 다양한 대역특성 및 특이형상에 대응되는 맞춤형 안테나를 제공하는 효과가 있다.

이외에도, 본 발명은 프레스 가공을 통한 절곡 방식으로 구성된 절곡형 안테나 뿐 아니라 주물을 이용한 MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 통해 곡면형 안테나까지 정밀하고 신속하게 제공할 수 있으며, 이를 통한 제품 수율 및 제조비용 절감을 통해 제품 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

더불어, 본 발명은 상기 방사체의 두께 및 너비 구성과 절곡 구성에 따라 인접하는 방사체 부분 사이의 신호 간섭에 따른 커플링 현상을 이용하여 대역 특성에 대응되는 안테나를 자유롭게 설계할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 최소한의 금속체만으로 격리특성이 향상된 MIMO 안테나를 구현할 수 있어, 소형기기에도 MIMO 안테나를 내장 및 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 조립과정에 따라 제조된 기존 내장형 안테나의 구조를 나타낸 도면.

도 2는 LDS 또는 이중사출에 따라 제조된 기존 내장형 안테나의 구조를 나타낸 도면.

도 3은 이중사출에 따른 기존 내장형 안테나의 제조과정을 나타낸 도면.

도 4는 LDS에 따른 기존 내장형 안테나의 제조과정을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나의 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나의 제조방식을 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나에 포함된 방사체와 유전체의 결합을 도시한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나에 포함된 방사체와 유전체의 결합방식을 도시한 도면.

도 9는 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나를 MIMO 안테나로서 구현한 것을 도시한 도면.

도 10은 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나의 S-파라미터 특성을 나타낸 그래프.

본 발명은 안테나 활용면적을 극대화한 도전성 방사체를 이용한 내장형 복합구조 안테나를 제공한다. 이를 위해, 상기 방사체는 단말기에 구성되는 회로기판과 수직배치되며, 방사체의 일부는 상기 회로기판과 수직배치된 방사체 평면과 다른 평면으로 절곡될 수 있어, 안테나 활용면적을 확장하고 대역특성에 최적화된 복합구조를 가진 안테나를 제공할 수 있다.

즉, 본 발명은 안테나를 구성하는 방사체를 직접 가공하여 이동통신 단말기를 포함하는 각종 휴대용 단말기의 회로기판상에 직접 배치시켜 방사체만으로도 수신하고자 하는 대역특성에 따라 대응하는 안테나를 맞춤식으로 제작할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 상기 방사체는 상기 이동통신 단말기의 회로기판상에 수직형태로 배치 및 고정되며, 이를 통해 상기 방사체의 패턴 라인을 두껍게 유지하면서 안정성 및 성능향상을 보장할 수 있다.

또한, 상기 안테나는 상기 수직배치를 통해 기존에 사용하지 않던 상기 회로기판 및 이동통신 단말기의 커버 사이의 공간을 최대한으로 활용할 수 있으므로, 안테나의 형상을 자유로이 설계할 수 있으며 이는 안테나 대역 특성에 대한 자율성을 향상시킨다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나를 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나의 사시도로서, 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나는 도시된 바와 같이 도전 금속인 방사체(100)만으로 구성될 수 있으며, 상기 방사체(100)는 다음과 같이 구성된다.

상기 방사체(100)는 길이방향에서 복수회 절곡된 상태로 회로기판(200)에 대하여 수직하게 직립되어 기설정된 공간을 채우며 자체적으로 지지되는 안테나바디(101)와, 상기 안테나바디(101)의 일부가 내부 공간으로 절곡되어 상기 기설정된 공간 내의 방사영역을 확장하는 방사영역확장부(102)로 구성될 수 있다.

이때, 상기 안테나바디(101)에 대한 복수회 절곡은 사용자가 원하는 대역특성에 대하여 최적의 신호감도를 가지도록 절곡횟수를 조절할 수 있다. 즉, 상기 안테나바디(101)의 길이를 통한 수신대역 특성이 결정되는 것 뿐만 아니라, 상기 절곡횟수에 따라서 절곡된 안테나바디(101)의 인접한 면사이에 발생하는 커플링과, 커플링을 통해 간섭되는 신호를 통해 상기 안테나바디(101)의 전기적 길이를 조절시키는 특성 등을 이용하여 대역폭을 조절할 수 있다.

또한, 상기 방사영역확장부(102)는 상기 안테나바디(101)의 일부로 구성되며, 상기 안테나바디(101)가 복수회 절곡되는 방향과 다른 방향으로 절곡될 수 있으며, 공간을 비효율적으로 확장하는 것을 방지하기 위하여 상기 안테나바디(101)의 내부공간으로 절곡되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 방사영역확장부(102)의 절곡특성에 따라 상기 방사영역확장부(102)는 자신이 가지는 길이에 따른 방사영역확장과 더불어, 상기 방사영역확장부(102)와 인접한 상기 안테나바디(101)의 일부면 사이에 발생하는 커플링을 통해 상기 대역폭을 조절할 수도 있다.

상기한 바와 같은 안테나바디(101)와 방사영역확장부(102)의 구성을 포함하는 방사체(100)의 구성의 일실시예로서, 상기 회로기판(200)에 대하여 수직하게 직립된 평면을 상기 안테나바디(101)로 구성하고, 상기 방사영역확장부(102)를 상기 회로기판(200)에 대하여 수평하게 구성하여, 수직한 평면과 수평한 평면이 혼재해 있는 방사체(100)로 구성된 안테나를 제공할 수 있다.

이러한 수직한 평면과 수평한 평면 구조를 가진 방사체(100)를 단일 금속으로만 구성한 상기 내장형 복합구조 안테나는 상술한 바와 같이 상기 방사체(100)의 길이 및 상기 방사체(100)의 절곡 특성에 따른 인접 방사체 선로 사이의 간섭을 통해 대역 특성이 결정되며, 기존 내장형 안테나가 차지하는 공간을 그대로 활용하면서 기존 내장형 안테나에 비해 방사체 선로간의 거리와 방사체의 면적을 확보할 수 있으므로, 방사체(100) 선로간의 커플링을 줄이고 방사면적을 최대한 확보할 수 있다. 또한, 이와 같은 방사면적 확보에 따라 방사체(100)의 안테나 이득 및 효율을 증가시킬 수 있다.

더하여, 상술한 회로기판(200)에 수직으로 직립된 상기 방사체(100)를 통해 종래 기판상에 평면형태로 구현되던 종래 안테나 방사체의 두께보다 두껍게 구성할 수 있어 그 자체로서 견고하여 별도 보조구성 없이도 사용될 수 있기 때문에, 제작 편의성 및 비용이 절감되는 이점이 있다. 또한, 수직평면 구조의 상기 방사체(100)의 일부를 절곡하여 회로기판(200)에 대하여 수평한 평면을 가지도록 함으로써 다양한 형태를 가진 내장형 복합구조 안테나를 제공할 수 있어 특정 대역에 대하여 최적화된 안테나를 제공할 수 있다. 더불어, 수평한 평면구조 이외에도 상기 방사체(100)에 대한 절곡의 방향 또는 각도에 따라 다양한 복합구조를 가지도록 응용할 수 있으며, 곡면형상으로도 제작이 가능하다.

따라서, 기존 내장형 안테나의 방사체 구성이 회로기판의 크기 뿐만 아니라 방사체가 결합되는 유전체의 크기까지 고려하여 구성하여야 되기 때문에 대역특성에 대응되는 안테나 길이 및 최상의 신호감도를 유지할 수 있는 안테나 패턴 모양을 자유롭게 설계할 수 없는 문제점을 본 발명은 상술한 바와 같은 방사체(100)를 회로기판(200)과 수직배치하여 회로기판(200)과 이동통신 단말기의 커버 사이에 형성되는 공간을 활용하는 안테나 설계를 통해 해결할 수 있다.

또한, 기존 내장형 안테나의 면적 대부분이 유전체로 이루어져 실제 신호 송수신을 수행하는 방사체(100)의 면적이 상대적으로 적어 방사 효율이 낮은 반면, 본 발명은 방사체(100)만으로 구성된 내장형 안테나를 제공할 수도 있어, 방사효율을 높일 수 있다.

더불어, 상술한 바와 같이 상기 방사체(100)의 두께 및 너비 구성 또는 방사체(100)의 절곡 형상에 따라 인접하는 방사체 선로 사이의 신호 간섭에 따른 커플링 현상을 이용하여 대역 특성에 대응되는 안테나를 자유롭게 구성할 수 있으며, 제작 편의성을 증대시킬 수 있다.

한편, 대역특성에 따라 결정된 방사체의 복합구조 형상은 도 6에 도시된 바와 같은 제조 방식을 통해 제조될 수 있다.

첫번째 제조방식으로, 도 6(a)에 도시된 일반 프레스(PRESS) 가공 기술을 이용하여 방사체(100)를 전개시킨 후 상기 절곡 형상에 대응하여 상기 방사체(100)를 절곡하고, 상기 이동통신 단말기의 커버에 맞추어 절삭하는 것으로 제작이 완료된다. 이때, 상기 기판에 안정적으로 고정될 수 있도록, 상기 방사체의 일측면에는 상기 회로기판의 홀에 대응하여 삽입되는 돌출부가 형성될 수도 있다.

두번째 제조방식으로, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 대역특성 또는 상기 방사체(100)가 장착되는 상기 단말기 커버의 구조에 따라 결정된 방사체(100)의 절곡 형상 또는 곡면형상에 대한 주물을 제조한 후 MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 이용하여 상기 주물에 용융된 상기 도전 금속을 주입하는 방식이 사용될 수 있다.

이와 같은, MIM 또는 DIE-CASTING 방식은 상기 방사체(100)의 절곡 형상을 별도의 가공 없이 직접 획득할 수 있도록 하며, 상기 방사체(100)의 절곡 형상 중 절곡된 경계선 부분 주위를 곡면으로 처리한 곡면형상에 대해서도 용이하게 제작이 가능하여 정밀도를 증가시킬 수도 있다. 이때, 상기 곡면형상은 상기 이동통신 단말기의 상부커버의 형상을 고려하여 상기 방사체(100)가 인접하는 부분을 상기 이동통신 단말기의 상부커버의 형상에 맞추어 구성될 수 있어, 곡면형태로 구성된 상기 방사체(100)의 상면에 맞추어 상기 이동통신 단말기의 상부커버가 안정적으로 결합하여 조립될 수 있다.

상술한 바와 같은 상기 내장형 복합구조 안테나에 대한 제조 방식 중 일반 프레스 가공 기술을 이용한 방식은 소량 생산에 사용될 수 있으며, 상기 MIM 또는 DIE-CASTING 방식은 대량생산에 사용될 수 있도록 하여, 사업자는 필요에 따라 원하는 방식을 자유롭게 선택하여 생산 비용을 크게 절감할 수 있다.

한편, 상기 방사체(100)의 고정은 상기 방사체(100) 일측면에 상술한 바와 같이 방사체의 제조과정에서 돌출부를 형성하여 상기 회로기판의 홀에 삽입한 후 납땜하여 고정시킬 수 있다. 상기 방사체(100)의 일측면에 "노루발" 구조로 형성된 단자를 구성하여 상기 회로기판에 납땜하여 고정시킬 수 있다. 이외에도, 상기 방사체(100)의 일측면에 원형 구조로 형성된 단자를 구성하여 상기 기판에 볼트와 같은 체결수단을 통해 체결할 수도 있어 조립 편의성을 제공한다.

상술한 고정방법 이외에도, 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나는 도 7과 같이 방사체(100)만으로 구성할 수 있으나, 상기 방사체(100)를 회로기판(200)에 안정적으로 고정시키기 위한 용도로서 상기 유전체(300)를 활용할 수도 있다.

이를 도 7을 통해 상세히 설명하면, 도 7(a)는 대역특성에 따라 형성된 복합구조의 방사체(100)를 형성하고, 상기 방사체(100)가 삽입될 수 있는 보조구조물을 유전체(300)로서 생성할 수 있다.

상기 유전체(300)는 복합구조로 형성된 상기 방사체의 패턴에 대응하는 복합구조의 삽입구가 구성되어 있으며, 이에 따라 도 7(b)에 도시된 바와 같이 상기 유전체(300)의 삽입구로 상기 방사체(100)의 패턴이 삽입되며, 상기 유전체(300)는 일단이 상기 회로기판(200)과 고정되도록 걸림부가 구성되어 이를 통해 상기 회로기판(200)과 수직한 구조의 방사체(100)가 도 7(c)에 도시된 바와 같이 회로기판(200)상에서 흔들리는 것을 방지하여 안정적으로 회로기판(200)에 고정되도록 할 수 있다.

또한, 이러한 방사체(100)와 유전체(300)의 결합을 통해, 기존 안테나 제작 비용과 유사하면서도, 상기 방사체(100)의 면과 유전체(300)의 면 사이의 접촉면적 확장에 따른 커패시턴스 성분의 조절폭을 크게 향상시킬 수 있으며, 이는 대역 선택폭을 크게 확장시킬 수 있다.

한편, 상기 방사체(100)와 유전체(300)의 안정적인 고정을 보조하기 위하여, 상기 방사체(100)와 유전체(300) 사이에 부가적인 체결방식을 적용할 수 있다.

이를 도 8을 통해 설명하면, 도 8(a)는 안테나 구성의 예를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 상기 방사체(100)의 일단면에 볼록부(110)가 형성되고, 상기 유전체(300)에는 상기 볼록부(110)가 걸릴 수 있는 턱(301)을 형성하여, 상기 방사체(100)를 상기 유전체(300)에 결합하는 경우 상기 볼록부(110)가 상기 턱(301)에 걸려 상기 방사체(100)가 상기 유전체(300)로부터 이탈되지 않도록 할 수 있다.

또한, 도 8(c)는 다른 안테나 구성의 실시예를 도시한 도면으로서, 갈고리 모양의 구조로 상기 방사체(100)의 일부에 걸림부(120)를 형성하고 상기 유전체(300)의 일부에 상기 걸림부(120)가 걸릴수 있는 턱(301)을 형성하여, 상기 방사체(100)를 상기 유전체(300)에 결합하는 경우 상기 걸림부(120)가 상기 턱(301)에 걸려 상기 방사체(100)가 상기 유전체(300)로부터 이탈되지 않도록 할 수 있다.

이와 같은 도 8의 구조를 통해 상기 방사체(100)는 상기 유전체(300)에 안정적으로 고정되며, 상기 방사체(100)가 특정방향으로 기울거나 회로기판(200)에서 이탈되는 것을 방지하여 안정적으로 신호를 수신하도록 할 수 있다.

한편, 상기와 같이 고정된 방사체(100)의 상부로 상기 이동통신 단말기의 상부커버(케이스)가 결합되게 되는데, 이때 상기 방사체(100) 또는 상기 유전체(300)는 상기 상부커버의 형상에 따라 절삭되어, 상부커버가 안정적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 상기 방사체(100) 또는 상기 유전체(300)는 상기 이동통신 단말기의 상부 커버와 상기 회로기판(200)사이의 공간 내에서 자유롭게 구성될 수 있으며, 기존 내장형 안테나보다 너비나 두께의 구성에 있어서 제약이 적다.

한편, 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나는 기출원 등록된 등록번호 10-0922230호의 다층안테나의 특성을 가지도록 구현될 수 있다. 상기 다층안테나는 복수 안테나 스트립를 인접배치하고, 상기 안테나 스트립들과 이격되도록 안테나 플레이트를 형성한 다층구조의 안테나로서, 이를 통해 상기 안테나 스트립 사이에 발생하는 커플링이 상기 플레이트와 안테나 스트립 사이에 발생되도록 하여 안테나 스트립 사이의 커플링 현상을 차단함으로써 아이솔레이션 특성을 개선시킨 것으로서 MIMO 안테나로 동작할 수 있는 발명이다.

이와 같은, MIMO 안테나로서 동작하는 다층 안테나의 특성을 본 발명의 내장형 복합구조 안테나를 통해 구현할 수 있다.

이를 도 9를 통해 상세히 설명하면, 도 9(a)에 도시된 바와 같이 기판에 대하여 수직하게 직립되며 복수회 절곡되어 복합구조를 가지도록 구성된 복수의 방사체(130, 140)가 각각 개별 급전부와 연결되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 각 방사체(130, 140)의 평면과 이격 배치되어 각각 커플링되는 커플링부(401)와 상기 커플링부를 연결하는 연결부(402)를 구비하며, 개별 급전부 없이 상기 기판상에 수직하게 배치되어 상기 커플링부(401)와 상기 연결부(402)의 평면이 상기 기판과 수직하게 배치될 수 있도록 상기 커플링부(401) 및 상기 연결부(402)를 지지하는 지지부(403)로 구성된 안테나 플레이트(400)를 상기 복수의 방사체(130, 140)와 일정공간으로 이격시켜 배치하여 상기 MIMO 안테나의 특성을 가진 내장형 복합구조 안테나를 구성할 수 있다.

이때, 각 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400) 사이의 커플링 현상을 통해 하나의 방사체에서 발생되는 신호가 다른 방사체로 유기되는 것을 방지하여 상기 아이솔레이션 특성을 개선시킬 수 있으며, 이를 통해 상기 내장형 복합구조 안테나가 상기 MIMO 안테나로서 동작하도록 구성할 수 있다.

즉, 일측의 방사체와의 커플링에 의해 안테나 플레이트(400)로 유기되는 전류의 흐름은 타측의 방사체와 안테나 플레이트 사이에 형성된 커패시턴스 성분에 의해 차단되어 상호 간섭하지 않게 되므로, 상기 MIMO 안테나로서의 기능을 수행할 수 있다.

또한, 각 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400) 사이의 커플링 위치를 조절할 경우 안테나의 특성을 다양하게 조절할 수 있는데 이러한 조절을 통해서 각 안테나(130, 140)마다 공진점을 상이하게 설정할 수 있으며 이러한 경우 스위칭 안테나를 이용한 튜너블 안테나를 구성할 수 있게 된다.

더하여, 상기 복수의 방사체(130, 140)와 인접한 안테나 플레이트(400)의 배치 구조를 조절함에 따라 상이한 대역 특성을 가지는 스위칭 안테나를 용이하게 구성할 수 있고, 서로 유기되는 신호를 차단하므로 MIMO나 스마트 안테나와 같이 동일 대역을 사용하는 안테나의 성능을 높일 수 있다.

이외에도, 상기 다층 안테나의 특허와 달리 절연층이 필요하지 않아 안테나 구성 비용을 더욱 절감하면서도 제작 편의성을 크게 증대시킬 수 있는 MIMO 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 복수의 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400)를 수직 배치하여 구성함으로써 상술한 공간활용성을 극대화하여 더 다양한 대역특성에 대하여 최적화된 MIMO 안테나를 제공할 수 있다.

더하여, 도 9(a)에 도시된 구성 이외에도, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 상기 내장형 복합구조 안테나는 회로기판의 개별 급전부와 각각 연결된 복합구조의 상기 복수의 방사체(130, 140)를 덮도록 유전체(500)를 배치시킬 수 있으며, 상기 유전체(500) 상부에 평면구조로 형성된 상기 안테나 플레이트(400)를 배치하여, 상기 복수의 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400) 사이에 일정 공간이 형성되도록 함으로써 상기 각 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400) 사이에 커플링이 발생하도록 할 수 있으며, 상기 커플링을 통한 아이솔레이션 특성을 가지도록 할 수 있다.

이외에도, 도 9(c)에 도시된 바와 같이 개별 급전부와 각각 연결된 상기 복수의 방사체(130, 140)를 회로기판에 배치하고, 상기 각 방사체(130, 140)와 이격되는 평면구조로 형성된 상기 안테나 플레이트(400)를 상기 회로기판상에 직접 구성하여 상기 각 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400)간 커플링이 발생하도록 유도할 수 있다.

이때, 상기 도 9(b)와 도 9(c)에 구성되는 상기 안테나 안테나 플레이트(400)는 상기 유전체(500)나 회로기판의 구조를 따라서 다양한 구조를 취할 수 있고, 곡면 형태의 구성도 가능하다.

상술한 바와 같이 상기 도 9에서 설명한 복수의 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400)는 각각 대칭되는 한쌍의 안테나부를 이루게 되며, 상기 복수의 방사체(130, 140)는 각각 서로 다른 신호가 급전되는 독립적인 안테나의 급전부분 및 방사부분으로 동작한다. 더하여, 상기 복수의 방사체(130, 140)와 인접한 안테나 플레이트(400)의 양단 부분은 각각 커플링에 의해 급전되는 안테나로서 동작하며, 동시에 상기 양단을 연결하는 일단의 연결 부분에 의해서 인접 안테나 유기 신호가 차단되고 잡음이 제거된다.

이때, 상기 각 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400)의 이격 거리, 안테나 플레이트(400)의 커플링 부분(양 측단) 크기, 상기 각 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400)의 인접 부분 길이, 방사체(130, 140) 사이의 거리, 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400)의 절곡 특성 등에 의해 대역특성이 결정될 수 있다.

또한, 커플링 효과에 의해 안테나 길이가 연장된 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 안테나부간 간섭을 억제하면서도 안테나의 대역 특성 변경을 방지할 수 있게 되므로, 본 발명에 따른 내장형 복합구조 안테나가 MIMO 안테나로서 동작하도록 할 수 있으며, 복수의 방사체(130, 140)와 안테나 플레이트(400)의 구성만으로도 MIMO 안테나의 구성이 가능하여 비용절감면에서 큰 이점을 가질 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시에 따라 내장형 복합구조 안테나를 MIMO 안테나의 특성을 가지도록 구성하였을 경우의 S 파라메터 특성을 보인 것으로, 도시된 그래프의 S21은 dB스케일로 도시되고, S11과 S22는 전압정재파비(VSWR)의 비율을 나타낸다. 도시된 바와 같이 S11과 S22은 전압정재파비 2.5 이하의 값을 가지며, 사용 대역인 2.5~2.7GHz에서 S21이 개선된 특성을 보이고 있어 안테나 간 간섭이 크게 줄었음을 알 수 있다.

Claims

단말기에 내장되는 내장형 안테나에 있어서,

상기 단말기에 설치되는 회로기판; 및

상기 회로기판에 설치되며, 대역특성에 대응하여 절곡된 방사체를 포함하고,

상기 방사체는

길이방향에서 복수회 절곡된 상태로 상기 기판에 대하여 직립되어 기설정된 공간을 채우며 자체적으로 지지되는 안테나바디; 및

상기 안테나바디의 일부가 내부 공간으로 절곡되어, 상기 기설정된 공간 내의 방사영역을 확장하는 방사영역확장부를 포함하며,

상기 안테나바디 및 방사영역확장부의 형상에 대응하는 홈이 구비된 유전체를 더 포함하고, 상기 유전체는 상기 홈에 삽입된 상기 방사체와 함께 상기 기판에 고정되며,

상기 안테나바디의 평면 일부에 볼록부가 구비되며, 상기 유전체는 상기 볼록부가 걸릴 수 있는 턱이 구비되어, 상기 볼록부가 상기 턱에 걸려 상기 안테나바디 및 방사영역확장부가 상기 유전체에 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 안테나바디 및 방사영역 확장부는 프레스 가공방식을 통해 전개된 도전 금속을 절곡하여 대역특성을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 수직 방사체를 가진 내장형 복합구조 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 안테나바디 및 방사영역 확장부는 MIM 또는 DIE-CASTING 방식을 통해 주물에 용융된 도전 금속을 주입하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수직 방사체를 가진 내장형 복합구조 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 안테나바디 및 방사영역확장부는 인접한 방사면 사이에 발생하는 커플링 또는 길이를 이용하여 상기 대역특성이 결정되는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 안테나바디 및 방사영역확장부와 상기 유전체의 접촉면적에 따라 커패시턴스 성분을 조절하여, 안테나의 대역특성을 조절하는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 1에 있어서,

상기 안테나바디는 평면 일단이 갈고리 형상으로 구성된 걸림부가 구비되며, 상기 유전체는 일부에 상기 걸림부에 대응하는 턱이 구비되어, 상기 걸림부와 턱의 체결에 의해 상기 방사체가 상기 유전체에 고정되도록 하는 내장형 복합구조 안테나.
단말기에 내장되는 내장형 안테나에 있어서,

개별 급전부와 연결되며 서로 인접 배치되고, 상기 단말기의 회로기판에 대하여 수직하게 직립되는 동시에 대역특성에 따라 복수회 절곡되는 복수의 방사체; 및

상기 방사체와 각각 커플링되는 커플링부와 상기 커플링부를 서로 연결하는 연결부를 구비하며, 상기 커플링부와 연결부가 상기 단말기의 보드상에 수직하도록 지지하는 지지부로 구성된 안테나 플레이트

를 포함하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 7에 있어서,

상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성에 따라 상기 안테나 플레이트와 방사체의 배치 및 상기 절곡특성이 결정되는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 8에 있어서,

상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역마다 안테나 플레이트의 커플링부와 방사체 간의 배치가 상이한 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 8에 있어서,

상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역마다 안테나 플레이트의 커플링부와 방사체 간의 배치가 동일한 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 8에 있어서,

상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성은 안테나 플레이트와 방사체의 이격 거리, 안테나 플레이트의 커플링 부분 크기, 방사체와 안테나 플레이트의 인접 부분 길이, 방사체 사이의 거리, 방사체의 절곡특성에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
단말기에 내장되는 내장형 안테나에 있어서,

개별 급전부와 연결되며 서로 인접 배치되고, 상기 단말기의 보드상에 수직배치되는 동시에 대역특성에 따라 기설정된 절곡 특성을 가지는 복수의 방사체;

상기 보드상에 배치되며 상기 복수의 방사체를 덮도록 구성된 절연체; 및

상기 절연체 상부에 배치되며, 상기 방사체와 각각 커플링되는 커플링부와 상기 커플링부를 서로 연결하는 연결부를 구비한 안테나 플레이트

를 포함하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 12에 있어서,

상기 절연체는 대역특성에 따라 방사체와 상기 안테나 플레이트 사이의 이격 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 12에 있어서,

상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성은 안테나 플레이트와 방사체의 이격 거리, 안테나 플레이트의 커플링 부분 크기, 방사체와 안테나 플레이트의 인접 부분 길이, 방사체 사이의 거리, 방사체의 절곡특성에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.
단말기에 내장되는 내장형 안테나에 있어서,

개별 급전부와 연결되며 서로 인접 배치되고, 상기 단말기의 보드상에 수직배치되는 동시에 대역특성에 따라 기설정된 절곡 특성을 가지는 복수의 방사체; 및

상기 보드상에 배치되며, 상기 방사체와 각각 커플링되는 커플링부와 상기 커플링부를 서로 연결하는 연결부를 구비한 안테나 플레이트

를 포함하는 내장형 복합구조 안테나.
청구항 15에 있어서,

상기 안테나 플레이트의 커플링부와, 상기 커플링부와 커플링되는 방사체로 정의되는 각 방사영역의 대역 특성은 안테나 플레이트와 방사체의 이격 거리, 안테나 플레이트의 커플링 부분 크기, 방사체와 안테나 플레이트의 인접 부분 길이, 방사체 사이의 거리, 방사체의 절곡특성에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 내장형 복합구조 안테나.