이동통신 단말기용 ＤＶＢ-Ｈ 안테나{DVB-H Antenna for Mobile Telecommunications Handheld}

도 1은 기존의 내장형 안테나를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에서 제안된 DVB-H 안테나를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에서 제안된 DVB-H 안테나의 정합 회로를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에서 제안된 DVB-H 안테나의 반사손실을 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에서 제안된 DVB-H 안테나의 스미스 차트를 나타낸 그래프

도 6a,b는 본 발명에서 제안된 DVB-H 안테나에서 정합회로가 없을 때의 그래프

도 7a,b는 본 발명에서 제안된 DVB-H 안테나에서 2개의 정합회로가 있을 때의 그래프

도 8a,b는 본 발명에서 제안된 DVB-H 안테나에서 3개의 정합회로가 있을 때의 그래프

도9a,b,c는 본 발명에서 제안된 안테나의 정합회로에 있어서 소자 값을 변화하였을 때의 그래프

도 10은 본 발명에서 제안된 안테나의 이득 및 효율을 나타낸 그래프,

도 11a, b, c, d는 본 발명에서 제안된 안테나의 방사패턴을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200, 300: 상부 접지면

201, 301: 하부 접지면

202, 302: PCB 기판

203, 306: 급전선

204, 305: 방사체

205, 303: 힌지

206, 304: 단락선

본 발명은 이동 통신 단말기용 DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld) 안테나에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 낮은 주파수를 사용하면서도 대역폭이 넓은 DVB-H 안테나를 이동통신 단말기에 적합하도록 내장형으로 구현한 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나에 관한 것이다.

최근, 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화 됨과 아울러, 다양한 기능을 수행할 수 있도록 요구되고 있다. 이와 같은 요구를 만족시키기 위하여, 이동통신 단말기에 채용되는 내장회로 및 부품들은 다기능화를 만족하는 동시에 점차 소형화되고 있는 추세이다. 또한, 이와 같은 추세는 이동통신 단말기의 주요 부품중의 하나인 안테나에서도 마찬가지로 동일하게 진행되고 있다.

이동통신 단말기의 안테나는 크게 외장형과 내장형으로 구분된다. 외장형 안테나는 이동통신 단말기의 외부에 돌출되도록 설치된 것으로서, 이동통신 단말기의 내부에서 뽑아 사용하는 모노폴이나 외부에 고정되어 설치된 헬리컬 구조가 있다.

그러나 이와 같은 외장형 안테나는, 외부에 돌출되는 형상으로 인하여 이동통신 단말기의 외관을 헤치며, 이동통신 단말기의 전체적인 부피를 많이 차지한다는 문제점이 있다. 또한, 외장형 안테나는, 통화 모드에서 인체와 가까운 위치에 놓이게 되므로, 인체에 침입하는 전자파의 양이 많아지는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것이 내장형 안테나이다. 내장형 안테나는 이동통신 단말기의 형태(바(Bar)형, 플립(Flip)형, 폴더(Folder)형, 슬라이드(Slide)형 등에 따라 여러 가지가 있으나, 그 중 평면 역 F 안테나(PIFA)(Planar Inverted-F Antenna) 구조가 주종을 이루고 있다.

일반적인 PIFA 안테나의 경우, 베이스 혹은 케리어(Carrier)라 불리는 플라스틱 사출물 위에 탄성이 우수한 스테인레스 재질의 금속으로 안테나 방사체를 제작한 후, 그것을 PCB(Printed Circuit Board)의 안테나 단자에 접촉시켜 특성을 구현한다.

도 1은 일반적인 내장형 안테나를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 내장형 안테나는 유전체 기판(100) 위에 접지면(101)이 놓여 있고, 방사체(103) 끝단에 단락판(102)이 위치하고 있으며, 안테나의 임피던스 정합을 위해 급전점(104)의 위치가 정해진다. 단락판(102)의 폭을 방사체(103)의 폭보다 좁게 하면, 안테나 소자의 실효 인덕턴스가 증가하고 공진 주파수는 같은 길이의 패 치를 갖는 일반적인 단락형 마이크로스트립 안테나의 공진 주파수보다 낮아진다. 따라서 단락형 마이크로 스트립 안테나의 길이를 더욱 줄일 수 있고 PIFA와 동일한 구조를 갖게 할 수 있다.

안테나의 주파수와 방사특성 등은 안테나 방사체의 형상과 안테나의 부피에 의해 결정되는데, 이와 같은 이유로 방사체의 형상은 복잡하고 다양하다. 또한, PIFA 안테나가 PCB에 접촉되는 방법은 기계적인 결합이 납땜 등의 방법이 아니라, 방사체를 지지하고 있는 플라스틱 사출물을 PCB에 후크나 나사 등으로 조여 안테나의 급전(Feed)부 및 단락(Short)부가 PCB의 시그널라인과 접지부에 눌려 접촉되도록 하는 방법에 의해 결합된다.

한편, DVB-H는 유럽식 디지털 TV 기술인 DVH-T 를 활용한 차세대 모바일 기술로서 세계 3대 모바일 TV 기술중 하나이다. 그런데, 유럽에서 상용화가 확실시되고 있는 DVB-H 시스템의 경우, 사용 주파수가 매우 낮고, 주파수 대역폭 또한 매우 넓어 이동 통신 단말기용 내장화에 매우 어려움을 겪고 있다. 특히, 안테나의 경우 그 크기는 주파수에 매우 큰 영향을 받으며 주파수가 낮을수록 안테나의 크기는 그 주파수의 파장에 비례하여 커지기 때문에, 낮은 주파수를 사용하는 안테나의 크기는 내장형으로 제작하기에 매우 큰 문제점으로 작용하게 된다. 특히, DVB-H 안테나의 경우 주파수 대역이 UHF(Ultra High Frequency) 대역 (470 ~ 702 MHz)이면서 대역폭이 매우 넓어 내장형으로 제작하기가 더욱 어렵다. 즉, DVB-H 안테나의 경우 주파수가 매우 낮기 때문에 방사체(103)의 크기를 매우 크게 해야 하며, 상기와 같은 구조의 경우 기본적으로 이중 공진 특성이 나타나게 되어 대역폭이 매우 협소하 다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 낮은 주파수를 사용하면서도 대역폭이 넓은 DVB-H 안테나를 이동통신 단말기에 적합하도록 내장형으로 구현한 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나는, PCB 기판상에 위치하는 하부 접지면; 상기 하부 접지면과 이격되어 위치하는 상부 접지면; 상기 하부 접지면의 일측과 상기 상부 접지면의 일측을 연결하는 힌지; 상기 하부 접지면과 상기 상부 접지면 사이의 공간에 위치하는 굴곡된 형태의 방사체; 상기 방사체의 좌측 또는 우측의 상측부와 상기 상부 접지면을 연결하는 단락선; 상기 하부 접지면의 일부가 제거된 부분과 상기 방사체의 좌측 또는 우측의 하측부를 연결되는 급전선; 및 상기 급전선의 일부를 제거하여 직렬 또는 병렬로 칩 커패시터를 위치시키고, 상기 급전선과 상기 하부 접지면 사이에 병렬로 칩 인덕터와 칩 커패시터를 위치시켜 형성된 정합회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 방사체는 ㄷ자 형, V자 형, 반원형, 원형, 다각형 중의 어느 하나의 형태로 굴곡되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 단락선 및 상기 급전선은 상기 방사체의 좌측 및 우측 중의 동일한 측의 상측부 및 하측부에 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 병렬 칩 커패시터는 상기 직렬 칩 커패시터와는 다른 값을 가진다.

또한, 상기 정합회로는 상기 병렬 칩 인덕터, 상기 직렬 칩 커패시터, 상기 병렬 칩 커패시터의 위치를 바꾸어 주파수 대역이 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상부 접지면과 상기 방사체의 사이에는 슬롯이 형성되는 것이 바람직하다.

이로써, 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나는, 이동통신 단말기에 적합한 내장형으로 구현되면서도 낮은 주파수를 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 넓은 범위의 대역폭을 사용할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나의 구조를 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 의한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나는 PCB 등으로 이루어진 기판(202)상에 하부 접지면(201)이 위치하고, 하부 접지면(201)과 이격된 위치에 상부 접지면(200)이 위치한다. 여기서, 상부 접지면(200)의 일측과 하부 접지면(201)의 일측은 힌지로 연결된다. 또한, 상부 접지면(201)과 하부 접지면(200) 사이의 공간에는 방사체(204)가 구비되며, 방사체(204)의 우측 상측부는 단락선(206)을 이용하여 상부 접지면(200)과 연결되고 방사체(204)의 우측 하측면은 급전선(203)을 통하여 하부 접지면(201) 중의 일부가 제거된 부분과 연결되어 전류가 인가된다. 상부 접지면(200)과 방사체(204)의 사이에는 슬롯이 형성되며, 이와 같은 슬롯의 형태는 사각형태 또는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

[실시예]

도 3은 본 발명에서 제안한 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나의 실시 예이다. 전체 안테나의 크기는 40*200㎟이며, 방사체(305)는 37*4*4㎟이며, 기판(302)은 높이가 0.8㎜이며 유전율이 4.5인 FR-4 기판을 사용하였다. 도 3은 본 발명에서 제안한 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나의 정합회로 면을 나타낸 것이다. 상부 접지면(300)과 하부 접지면(301)은 그 일측이 힌지(303)로 연결되어 있으며, 상부 접지면(300)과 하부 접지면(301) 사이에는 디귿 (ㄷ)자 모양으로 굴곡된 방사체(305)가 구비되어 있다. 또한, 방사체(305) 우측 상측부에는 단락선(304)이 위치하여 상부 접지면(300)과 연결되며, 하부 접지면(301)의 일부가 제거된 부분과 방사체(305)의 우측 하축부는 급전선(306)을 통하여 연결되어 전류가 인가된다. 또한, 급전선(306)의 일부를 제거하여 직렬로 칩 커패시터(307)를 위치시키며, 급전선(306)과 하부 접지면(301) 사이에는 병렬로 칩 인덕터(308)를 위치시키고, 칩 인덕터(308) 하부에는 병렬로 칩 커패시터(309)를 위치시켜 정합회로를 형성한다. 직렬 칩 커패시터(307)와 병렬 칩 인덕터(308)를 이용하여 안테나의 실수 값을 높이고 허수 값을 줄이는 정합을 유도하며, 안테나의 광대역화를 유도한 후 병렬 칩 커패시터(309)를 추가하여 스미스 차트상의 주파수들을 원하는 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 원안으로 모을 수 있게 된다.

여기서, 방사체(305)는 ㄷ자 모양으로 굴곡된 것으로 설명하였지만, 방사체(305)의 형상은 이에 한정된 것은 아니며, V자 형, 반원형, 원형, 다각형 등의 다양한 형태로 굴곡될 수 있다. 또한, 도면에는 상부 접지면(300)과 하부 접지면(301)의 좌측부가 힌지(303)로 연결된 것으로 도시하였지만, 상부 접지면(300)과 하부 접지면(301)의 우측부가 힌지로 연결될 수도 있다. 다만, 이 경우 단락선(304)은 방사체(305)의 좌측 상측부와 상부 접지면(300)을 연결하는 것이 바람직하며, 급전선(306)은 방사체(305)의 좌측 하측부와 하부 접지면(301)의 일부가 제거된 부분을 연결하는 것이 바람직하다.

또한, 정합회로는 직렬 칩 커패시터(307)와 병렬 칩 인덕터(308) 및 병렬 칩 커패시터(309)의 순서로 형성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정된 것은 아니며 병렬 칩 인덕터, 병렬 칩 커패시터, 및 직렬 칩 커패시터의 위치를 바꾸어 주파수 대역을 조절할 수도 있다.

도 4는 본 발명에서 제안한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나의 반사손실 그래프를 나타낸 것이다. 도 4에서 보는 바와 같이 VSWR 2.5:1 에서DVB-H 주파수 대역 (470 ~ 702 MHz)을 모두 만족하는 것을 볼 수 있다.

또한, 도 5는 본 발명에서 제안한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나의 스미스 차트 특성을 나타낸 그래프이다. 도 5에서 보는 바와 같이 VSWR 2.5:1 원안에 모든 주파수 대역이 위치해 있는 것을 볼 수 있다.

또한, 도 6a,b는 본 발명에서 제안한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나의 정 합회로가 없을 경우의 그래프를 나타낸 것이다. 도 6a에서 보는 바와 같이 반사 손실의 특성이 주파수 대역을 만족하지 못하며, 도 6b 에서 보는 바와 같이 스미스 차트상에서 VSWR 2.5:1을 만족하지 못한다.

또한, 도 7a, b는 본 발명에서 제안한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나의 경우 정합회로를 2개만 형성했을 경우의 그래프이다. 그림에서 보는 바와 같이 높은 쪽 주파수가 원하는 주파수를 만족하지 못하였다.

또한, 도 8a,b는 본 발명에서 제안한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나에서 3개의 정합회로를 구성했을 때의 그래프이다. 직렬 칩 커패시터(307)와 병렬 칩 인덕터(308)를 이용하여 안테나의 실수 값을 높이고 허수 값을 줄이는 정합을 유도하고 안테나의 광대역화를 유도한 후 병렬 칩 커패시터(309)를 추가함으로써 스미스 차트상의 주파수들을 원하는 VSWR 원안으로 모을 수 있게 된다.

또한, 도 9a,b,c는 본 발명에서 제안한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나에서 각각의 소자 값들을 변화하였을 때의 그래프이다. 도면에 나타난 바와 같이 소자 값의 변화에 따라 주파수가 이동하는 것을 볼 수 있다. 적절한 소자 값을 이용하여 안테나 튜닝이 용이하다.

도 10은 본 발명에서 제안한 이동 통신 단말기용 DVB-H 안테나의 안테나 이득 및 효율을 나타낸 것이다.

도 11a, b, c, d는 본 발명에서 제안한 이동 통신용 다중대역 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이, 폴더 타입의 단말기의 상부 접지면과 하부 접지면 사이에 ㄷ자 모양으로 굴곡된 방사체를 구비하고, 이 방사체는 상부 접지면의 방사체와 단락되고 하부 접지면은 급전선과 결합해 신호를 전송한다. 특히, 하나의 방사체만으로는 원하는 주파수 대역을 만족할 수 없어 별도의 광대역 정합회로를 급전선과 방사체 사이에 형성하여 저주파에서 광대역 성분을 유도하여 DVB-H 주파수 대역(470 ~ 702 MHz)을 만족시켰다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나는 상부 접지면과 하부 접지면 사이에 굴곡된 형태의 방사체를 구비함으로써, 단말기상의 협소한 공간 내에 충분한 크기의 안테나 공간을 확보하여 매우 낮은 주파수에서의 광대역 정합의 어려움을 극복할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 DVB-H 안테나는, 조절하고자 하는 주파수 대역을 정합소자 값을 이용하여 손쉽게 조절할 수 있게 되며, 이득 및 효율이 높아 이동통신용 DVB-H용 안테나로 매우 적합하게 된다.