KR100619191B1 - 주파수 변화를 최소화한 삽통식 안테나 - Google Patents

Abstract

삽통식 안테나(102)는 제1 및 제2 단부(204, 222)를 갖는 상부 요소(200)를 갖고, 제1 단부(204)는 핸드폰 하우징(206) 상에 장착되어 핸드폰(208) 내의 신호 처리 회로 소자(210)에 전기적으로 연결된다. 삽통식 안테나(102)는 또한 상부 요소(200)에 활주식으로 결합하는 원통형 방사 요소(202)를 갖는다. 인입 또는 보관 위치에서, 상부 요소(200)와 원통형 방사 요소(202)의 제1 단부(204, 212)는 대체로 인접하고, 상부 요소(200)와 원통형 방사 요소(202)의 제2 단부(222, 216)도 대체로 인접한다. 로딩 코일(214)은 원통형 방사 요소(202)의 제2 단부(216)에 영구적으로 연결되는 제1 단부(218)를 갖고, 상부 요소(200)의 제2 단부(222)에 결합 가능한 제2 단부(220)를 갖는다. 로딩 코일(214)은 안테나(102)가 전개 위치에 있을 때 상부 요소(200)와 결합한다. 안테나(102)는 연장 및 인입 위치 모두에서 대체로 일정한 주파수를 제공한다.

핸드폰, 안테나, 상부 요소, 방사 요소, 로딩 코일

Description

주파수 변화를 최소화한 삽통식 안테나{MINIMUM FREQUENCY SHIFT TELESCOPING ANTENNA}

본 발명은 안테나와, 무선 신호를 수신하고 핸드폰과 같은 전자 장치에 관련된 무선 신호를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 그러한 핸드폰에 사용되는 삽통식 안테나에 관한 것이다.

많은 전자 장치들이 인입식 안테나, 즉 전자 장치의 하우징 내로부터 연장 가능하고 하우징 내로 인입 가능한 안테나를 사용한다. 핸드폰이나 다른 장치와 같은 전자 장치에서, 인입식 안테나는 인쇄 회로 기판 상의 핸드폰 하우징 내에 내장된 신호 처리 회로에 전기적으로 연결된다. 최적화된 작동을 위해, 신호 처리 회로 및 안테나는 각각의 임피던스가 대체로 정합되고 안테나가 소정의 주파수 또는 소정의 주파수 범위에서 작동하도록 상호 연결되어야 한다. 핸드폰은 크기가 점점 소형화되고 있으며, 이는 이러한 형태의 핸드폰에 사용된 안테나 시스템에 문제를 야기시킨다. 소형화는 기계적 및 전기적 연결을 복잡하게 하여, 핸드폰 하우징 내로 인입되는 인입식 안테나는 실제로 제작하는 관점에서 불가능하게 되었다.

미국 특허 제5,856,808호는 안테나가 연장된 위치에 있을 때, 동축 콘덴서를 한정하도록 구성된 고정 페룰 접촉부 및 인입식 안테나를 포함하는 무선 전화기를 위한 신호 공급점 정합 시스템을 개시한다. 이러한 종래 기술의 안테나는 인입된 위치와 연장된 위치에서 작동될 때 주파수가 변하는 결점을 갖는다. 미국 특허 제5,990,839호는 라디오 송수신기에 사용되는 인입식 안테나를 갖는 무선 전송 장치를 개시한다. 개시된 인입식 안테나는 하우징 내의 로드 안테나 주위에 위치된 제1 코일 및 안테나의 연장 위치에서 접촉하는 제2 코일을 갖는다. 개시된 코일은 안테나 시스템의 효율을 감소시키는 인입되고 연장된 모든 위치에서 신호를 방사하도록 사용된다.

따라서, 핸드폰에 사용될 수 있고 핸드폰 하우징 내에 내장될 필요가 없으며, 인입 또는 보관된 안테나 위치와 연장 또는 전개된 안테나 위치 사이의 주파수 변화를 최소화하는 인입식 안테나가 요구된다.

본 발명은 몇몇 도면에서 동일한 부품을 동일한 도면 부호로 표시한 첨부 도면을 참조하여 취해진 이하의 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다.

도1a 및 도1b는 본 발명에 따른 인입식 안테나를 갖는 핸드폰을 도시한다.

도2는 인입 또는 보관 위치에 있는 본 발명의 안테나를 개략적으로 도시한다.

도3은 전개 또는 연장 위치에 있는 본 발명의 안테나를 개략적으로 도시한다.

도4는 본 발명에 따른 예시적인 안테나의 사시도이다.

도5는 본 발명의 일예의 안테나의 부품들의 전개 사시도이다.

도6은 인입 위치에 있는, 본 발명에 따른 예시적인 안테나의 단면도이다.

도7은 도6의 안테나에 사용되는, 본 발명의 일예에 따른 로딩 코일의 일실시예를 도시한다.

도8 및 도9는 본 발명의 안테나의 일예에 사용하는 로딩 코일의 다른 실시예를 도시한다.

도10은 도8 및 도9에 도시된 로딩 코일에 사용된, 인입 위치에 있는 본 발명의 안테나의 일예의 단면도이다.

도11은 연장 또는 전개 위치에 있는 본 발명의 안테나의 일예의 단면도이다.

도12는 인입 또는 보관 위치에 있는 본 발명의 안테나의 일예의 단면도이다.

일반적으로, 인입식 안테나는 연장 위치 및 인입 위치 모두에서 작동 시에 대체로 동일한 주파수를 제공한다. 본 발명의 최소 주파수 변화 인입식 안테나는 (모토로라 모델 번호 SUG1696AA와 같은) 핸드폰에 사용되지만, 무선 신호를 수신 및/또는 송신하는 임의의 형태의 전기 장치에도 사용될 수 있다. 본 발명의 일예에서, 안테나는 핸드폰 하우징 상의 외부에 장착된다. 인입식 안테나는 제1 및 제2 단부를 갖는 상부 요소를 가지며, 제1 단부는 핸드폰 하우징 상에 장착되어 핸드폰 내부의 신호 처리 회로 소자와 전기 연결을 이룬다. 안테나는 또한 상부 요소를 활주 가능하게 결합하는 원통형 방사 요소를 갖는다. 인입 또는 보관 위치에서, 상부 요소의 제1 단부 및 원통형 방사 요소는 대체로 인접하며, 원통형 요소 내의 상부 요소의 제2 단부 또한 대체로 인접한다. 로딩 코일 요소는 원통형 방사 요소의 제2 단부에 영구적으로 연결된 제1 단부를 구비하고, 상부 요소의 제2 단부와 결합 가능한 제2 단부를 구비한다. 로딩 코일 요소는 안테나가 보관 위치에 있을 때 상부 요소와 결합하고, 안테나가 전개 위치에 있을 때 상부 요소로부터 연결 해제된다.

도1a 및 도1b는 폴더형 핸드폰(100)을 도시한다. 폴더형 핸드폰(100)은 핸드폰(100)의 외부에 장착된 안테나(102)를 갖는다. 도1a는 안테나(102)가 보관 위치에 있는 닫힌 상태의 핸드폰(100)을 도시한다. 도1b는 안테나(102)가 전개된 위치에 있는 개방된 핸드폰(100)을 도시한다. 핸드폰(100)이 닫힌 상태에서, 커버(104)는 핸드폰(100)의 본체(108) 상에 장착된 키(106)를 덮는다. 종래 기술의 인입식 안테나는 통상적으로 안테나가 보관 위치에서 전개 위치로 이동될 때 주파수가 변화하는 문제점이 있었다. 또한, 금속 폴더형 핸드폰을 위한 안테나는 폴더형 핸드폰이 RF(무선 주파수) 기반일 때 800 MHz에서 대역폭이 감소하는 문제점이 있다. 플립을 기반으로 한 이러한 형태의 핸드폰의 금속 폴더 구조는 SAR(전자파 인체 흡수율)을 감소시키지만, 대역폭을 좁히게 된다. 보통의 나선형 안테나는 25 MHz의 대역폭만을 제공할 수 있다. 또한, 안테나가 핸드폰 하우징 내부로 인입되지 않을 때, 안테나의 정합을 용이하게 절환시키도록 안테나의 보관 또는 전개 위치를 감지하는 간단한 방법이 없다. 본 발명의 신규한 안테나는 주파수 변화 문제를 효과적으로 해결하며 40 MHz의 대역폭을 갖는다. 또한, 본 발명은 안테나의 보관 및 전개 위치 모두의 역할을 하는 단일 정합을 갖는다.

종래의 안테나가 전개 위치에서 보관 위치로 이동될 때, 전기적 길이의 변화는 반사 손실로 인한 더 높은 대역으로의 주파수 변화를 유발한다. 안테나가 더욱 연장되면 더 많은 주파수 변화가 일어난다. 도2 및 도3은 보관 위치(도2) 및 전개 위치(도3)에 있는 본 발명의 안테나를 개략적으로 도시한다. 안테나는 원통형 방사 요소(202)가 활주 가능하게 결합되는 상부 요소를 갖는다. 상부 요소는 핸드폰(208) 하우징(206) 상에 장착되고 핸드폰(208) 내의 신호 처리 회로 소자(210)에 전기적으로 연결되는 제1 단부(204)를 갖는다. 원통형 방사 요소(202)는 원통형 방사 요소(202)가 보관 위치에 있을 때 대체로 상부 요소(200)의 제1 단부(204)에 인접하게 위치된 제1 단부(212)를 갖는다. 로딩 코일(214)은 원통형 방사 요소(202)의 제2 단부(216)에 연결된 제1 단부(218)를 갖는다. 로딩 코일(214)은 또한 안테나가 도2에 도시된 바와 같이 보관 위치에 있을 때 상부 요소(200)의 제2 단부(222)에 결합되는 제2 단부(220)를 갖는다. 핸드폰(208)이 작동하는 동안, 전류 경로(224)는 도2에 도시된 바와 같이 상부 요소(200), 로딩 코일(214) 및 원통형 방사 요소(202)를 통해 이루어진다.

도3에서, 안테나가 전개 위치에 있고 전류 흐름 경로(300)가 상부 요소(200)를 통과한 후에 원통형 방사 요소(202)를 통과하여 이루어진다. 본 발명의 원통형 인입식 안테나는 금속 폴더형 핸드폰(208) 상에 사용될 때 매우 낮은 SAR에서 우수한 효율 및 대역폭을 구비한 우수한 성능을 갖는다. 본 발명의 인입식 안테나는 또한 핸드폰(208) 내부에 공간을 요구하지 않는 장점을 갖는다. 종래 기술에서, 단일 정합을 사용할 때 안테나의 보관 및 전개 위치 모두에서 완전한 정합을 얻기는 어렵다. 이는 안테나가 전개 위치에서 보관 위치로 이동될 때 전기적 길이의 변화가 반사 손실로 인해 더 높은 대역으로의 주파수 변화를 일으키기 때문이다. 종래 기술의 단점은 본 발명의 안테나에 의해 극복된다. 안테나가 전개 위치(도3)에 있을 때, 로딩 코일(214)이 안테나의 개방 단부(원통형 방사 요소(212)의 제2 단부(216))에 위치하기 때문에 로딩 코일(214)은 안테나 성능에 큰 영향을 끼치지 않는다. 안테나가 보관 위치에 있을 때, 로딩 코일(214)은 상부 요소(200)를 원통형 방사 요소(202)에 연결한다. 따라서, 보관 위치에서 로딩 코일(214)의 안테나 성능 상의 효과(안테나의 전기적 길이를 증가시키는 유도 부하)가 현저하게 증가되고, 로딩 코일(214)은 전개 위치에서 안테나 튜닝 상에 영향을 끼치지 않는다. 안테나가 보관된 상태에서 공진 주파수는 더 낮은 대역으로 내려가서, 전개된 위치에서의 안테나 공진과 상응하게 된다. 인입 또는 보관 위치에 대한 공진 주파수는 로딩 코일(214)의 길이를 조절함으로써 선택될 수 있다. 측정 데이터는 본 발명의 안테나가 RF 기반 금속 플립형 핸드폰을 위한 보관 위치에서의 뛰어난 대역폭을 갖는다는 것을 나타낸다. 이러한 안테나는 특히 정상적인 사용 위치에서 전체 대역의 45 내지 64%에 이르는 800 MHz 대역에서 우수한 대역폭과 우수한 방사 효율을 달성한다. 또한, 특히 낮은 SAR을 달성하기에 가장 어려운 대역인 800 MHz에서 매우 낮은 SAR을 유지한다.

도4는 본 발명의 안테나의 사시도이다. 안테나(400)는 핸드폰에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되는 나사 커넥터(402)를 갖는다. 이는 신호 처리 회로 소자(210)에 전기적으로 연결되지만, 핸드폰의 금속 하우징에는 접지되거나 연결되지 않는다. 이러한 실시예에서, 상부 요소(404)는 두개의 삽통 섹션(406, 408)을 갖는다. 섹션(408)은 안테나(400)를 보관하도록 섹션(406) 위로 삽통된다. 원통형 방사 요소(410)는 안테나(400)가 보관 위치에 있도록 상부 요소(404) 위로 활주된다. 안테나(400)는 도4에서 전개 위치로 도시된다. 상부 요소(404)가 하나의 고정된 길이일 수 있고 복수의 삽통 섹션을 가질 수 있음을 이해해야 한다.

도5는 본 발명의 안테나의 일실시예의 전개 사시도이다. 나사 커넥터(500)는 핸드폰에 기계적 또는 전기적인 연결을 제공한다. 상부 요소(506)의 하나의 섹션을 형성하는 니켈 티타늄 와이어 또는 동등한 금속의 와이어는 니켈 티타늄 로드(502)를 형성한다. 로드(502)는 절연 슬리브(508)를 갖는다. 상부 요소(506)의 제2 섹션은 예컨대 블랙 크롬 또는 다른 적절한 재료로 마무리된 스테인레스 강으로 형성된 페룰 튜브(504)이다. 하부 활주 접촉부(505) 및 상부 멈춤 접촉부(510)는 상부 요소(506)가 삽통될 수 있는 기계 장치를 제공한다. 원통형 방사 요소(512)는 황동 재료 또는 임의의 동등한 재료로 형성된다. 원통형 방사 요소(512)는 황동 재료로 구성된 부싱(514), 절연기(516) 및 내부 접촉 부싱(518)을 포함한다. 이러한 요소(514, 516, 518)들의 조립은 원통형 방사 요소(512)가 상부 요소(506)를 활주 가능하게 결합하는 것을 허용한다. 원통형 방사 요소(512)는 또한 본 실시예에서 평평한 단일 코일인 로딩 코일을 포함한다. 이러한 실시예에서, 평평한 단일 코일(520)은 카본 강인 뮤직 와이어로 형성된다. 원통형 방사 요소(512)는 또한 원통형 방사 요소(512)를 덮는 플라스틱 쉘(522)을 갖는다.

도6은 도5에 도시된 안테나가 보관 위치에 있는 것을 도시한 단면도이다. 이러한 보관 위치에서, 로딩 코일(520)은 상부 멈춤 접촉부(510) 및 내부 접촉 부 싱(518)을 거쳐 상부 요소(506)에 전기적으로 연결된다. 개시된 실시예에서, 로딩 코일(520)은 원통형 방사 요소(512)에 납땜 또는 클림핑된 제1 단부(700)를 갖는다. 로딩 코일(520)의 제2 단부(702)는 내부 접촉 부싱(518)에 납땜 또는 클림핑된다.

도8 및 도9는 로딩 코일(800)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 로딩 코일(800)은 2 mm의 코일 피치를 갖는 우측 나사로 형성된다. 코일은 카본 강 뮤직 와이어로 형성된다. 로딩 코일(800)은 도10의 본 발명의 안테나의 단면도에 도시된다.

도11 및 도12는 본 발명에 따른 안테나(1100)의 다른 단면도이다. 도12는 보관 또는 인입 위치에서의 안테나(1100)를 도시하고, 도11은 연장 또는 전개 위치에서의 안테나(1100)를 도시한다. 도12에 도시된 바와 같이, 인입 위치에서의 안테나(1100)는 약 38 mm의 전체 길이를 가지며, 전개 위치에서의 안테나는 약 62 mm의 전체 길이를 갖는다.

따라서, 본 발명은 외부에 장착되고 연장 및 인입 위치 모두에서 대체로 일정한 주파수를 제공하는 핸드폰과 같은 전자 장치에 사용하기 위한 삽통식 안테나를 제공하는 종래 기술에서의 요구 사항을 만족시킨다. 본 발명의 안테나는 인입 및 연장 위치에서 동일한 정합을 갖는 장점을 가지며, 따라서 절환 가능한 정합 요소가 요구되지 않는다. 본 발명의 안테나는 또한 단극 나사 안테나와 비교할 때 안테나가 인입된 위치에서 RF 기반 플립형 핸드폰을 위한 개선된 대역폭을 갖는다. 또한, 본 발명의 안테나는 금속 폴더형 핸드폰에 채용되었을 때, 인입 및 연장 위치 모두에서 매우 낮은 SAR을 갖는다.

본 발명은 도시된 장치의 특정 상세한 설명에 한정되지 않으며, 다른 변경과 적용이 고려된다. 특정한 다른 변경이 본 발명의 기술 사상에 벗어남 없이 전술된 장치에서 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 안테나는 무선 신호를 송신 및/또는 수신하는 임의의 형태의 전자 기구에 용이하게 사용될 수 있다. 또한, 상부 요소를 상부 요소 상의 중심에 있지 않은 원통형 방사 요소와 같은 원통형 방사 요소에 연결하기 위해 활주식으로 결합 가능한 기구는 물론 안테나의 (사용된 삽통 섹션의 수를 조정함으로써) 인입 및 연장 위치 모두에서의 다양한 길이는 본 발명에 의해 달성된다. 또한, 나선 이외의 다른 구조는 물론 양호한 실시예로 도시된 것 보다 더 많거나 적은 개수의 회전수를 갖는 로딩 코일과 같은 로딩 코일의 다른 구성은 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 도면에 도시된 것은 예시로 해석되어야 하며 한정하는 것이 아니다.

Claims (25)

1. 하우징 및 적어도 하나의 처리 모듈을 갖는 전자 장치에 사용되는 안테나 시스템이며,

   전자 장치의 하우징에 기계적으로 연결되어, 전자 장치 내의 처리 모듈과 전기적으로 결합되는 제1 단부, 및 제2 단부를 갖는 상부 요소와,

   상부 요소와 활주식으로 결합가능하고, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 단일 방사 요소와,

   방사 요소의 제2 단부 상에 장착되고, 방사 요소의 제2 단부와 전기적으로 연결되는 제1 단부, 및 제2 단부를 갖는 로딩 코일을 포함하며,

   방사 요소는 로딩 코일의 제2 단부가 상부 요소의 제2 단부에 전기적으로 연결되도록, 방사 요소를 상부 요소의 적어도 일부분 위의 인입된 위치에 놓아 형성된 보관 위치를 갖고, 방사 요소의 제1 단부가 상부 요소의 제2 단부에 연결되어 로딩 코일의 제2 단부가 상부 요소로부터 연결 해제되도록, 방사 요소를 상부 요소에 대해 연장된 위치에 놓아 형성된 전개 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상부 요소는 삽통식 구조를 갖는 안테나 시스템.
3. 제1항에 있어서, 방사 요소는 대체로 원통형 구조를 갖는 안테나 시스템.
4. 제1항에 있어서, 방사 요소는 대체로 상부 요소를 둘러싸고 상부 요소 위로 삽통되는 안테나 시스템.
5. 제1항에 있어서, 로딩 코일은 안테나 시스템의 작동 주파수가 대체로 방사 및 상부 요소의 보관 위치와 전개 위치에서 대체로 일정하도록 구성된 안테나 시스템.
6. 제1항에 있어서, 로딩 코일은 대체로 나선형 구조를 갖는 안테나 시스템.
7. 제1항에 있어서, 로딩 코일은 대체로 평평한 구조를 갖는 안테나 시스템.
8. 제1항에 있어서, 안테나 시스템은 보관 위치에서는 처리 모듈로부터 상부요소의 제1 단부에서 제2 단부로, 로딩 코일의 제2 단부에서 제1 단부로, 그리고 방사 요소의 제2 단부에서 제1 단부를 통과하는 전류 경로를 가지며, 전개 위치에서는 상부 요소의 제1 단부에서 제2단부로, 방사 요소의 제1 단부에서 제2 단부를 통과하는 전류 경로를 갖는 안테나 시스템.
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