이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 에어갭을 갖는 내장형 안테나에 대하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

(제1실시예)

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치에 형성된 방사체 패턴의 형상의 설명하기 위한 도 1의 전개도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치는 안테나 소자(50), 및 안테나 소자(50)가 실장되는 안테나 기판(100)을 구비한다.

먼저, 안테나 소자(50)는 다면체의 자성체 블럭(10), 자성체 블럭(10)의 외부면을 따라 권선되는 형태로 형성된 제1방사체 패턴(12), 자성체 블럭(10)의 한 면 이상에 형성되고, 해당 면에 형성되어 있는 제1방사체 패턴(12)과 소정거리 이격되어 형성된 커플링 패턴(20)을 포함하여 구성된다.

자성체 블럭(10)은 다면체의 자성체 재료로 구성된다. 자성체(Magneto-dielectric)란 자성을 띠는 것이 가능한 물질을 말하며, 산화철·산화크롬·코발트·페라이트 등이 있다.

수학식 1

수학식 1은 안테나 사이즈가 변하지 않을 때, 투자율과 유전율 사이의 비가 증가함에 따라 안테나의 대역폭(BW)이 증가함을 나타내는 식이다. 여기서, μ _r 은 투자율이며, ε _r 은 유전율이고, t는 안테나의 두께이다. 일반적으로, 안테나에 적용되는 고유전율의 유전체의 경우 투자율이 유전율보다 작다. 하지만, 투자율이 유전율보다 큰 자성체(본 발명의 제1실시예에 적용된 자성체 블럭의 투자율은 약 45이며, 유전율은 약 10이다.)를 이용할 경우 수학식 1에 근거하여 동일한 체적을 갖는 유전체를 사용하였을 때보다 넓은 대역폭을 구현할 수가 있다. 따라서, 종래 소형화를 위해 고유전율의 유전체 블럭을 이용하여 저주파 대역용 안테나를 구현할 경우 대역폭이 좁아지는 현상을 자성체의 투자율을 이용하여 극복할 수 있고, 대역폭은 유지하면서 안테나의 소형화가 가능하게 된다. 한편, 본 발명에 적용되는 자성체는 각기 다른 투자율 및 유전율을 갖으므로 구현하고 하는 공진 주파수에 따라 취사선택 할 수 있음은 물론이다. 즉, 본 발명에서는 투자율이 유전율보다 큰 자성체 블럭(10)을 이용해줌으로써 동일한 체적을 갖는 유전체 블럭을 사용하였을 때보다 공진 주파수 대역에서 보다 넓은 대역폭을 갖는 내장형 안테나가 구현되도록 하였다.

한편, 본 발명에 적용되는 자성체 블럭(10)은 각기 다른 투자율 및 유전율을 갖으므로 구현하고자 하는 공진 주파수에 따라 취사선택 할 수 있음은 물론이다. 그리고, 자성체 블럭(10)의 크기 및 모양은 구현하고자 하는 주파수 대역에 따라 달라질 수 있다.

제1방사체 패턴(12)은 자성체 블럭(10)의 외부면을 따라 권취 형성된다. 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 I ₁ 에서 I ₁₀ 까지의 제1방사체 패턴(12)은 자성체 블럭(10)의 일측면에 형성된 I ₁ 에서 I ₁₀ 까지의 제1방사체 패턴(12)과 각각 연결된다. 일측면에 형성된 제1방사체 패턴(12,I ₁ ~I ₁₀ )과 저면에 형성된 제1방사체 패턴(12,I ₁ ~I ₁₀ )이 별개인 것처럼 도시되어 있으나, 도 2를 도 1상태로 구현하면, 제1방사체 패턴(12)은 자성체 블럭(10)의 저면의 일측에서 시작하여 자성체 블럭(10)의 외부면을 따라 권취 형성되어 하나의 방사라인을 형성한다. 그리고, 제1방사체 패턴(12)는 급전부(예컨대, 제1방사체 패턴의 끝단)를 구비하고, 이 급전부는 안테나 기판(100)에 구비되어 있는 급전단(108)과 전기적으로 연결된다. 제1방사체 패턴(12)의 길이 및 선폭, 제1방사체 패턴(12)간 간격은 구현하고자 하는 공진 주파수 대역에 따라 달라질 수 있다.

자성체 블럭(10)의 저면에는 복수 개의 커플링 패턴(20)이 제1방사체 패턴(12)과는 분리 이격하여 각각 독립적으로 형성된다. 안테나 소자(50)가 안테나 기판(100)에 실장되면, 자성체 블럭(110)에 형성된 커플링 패턴(20)은 안테나 기판(100)에 구비되어 있는 접지단(106)과 전기적으로 연결되어, 제1방사체 패턴(12)으로 유입되는 전류의 흐름을 커플링한다. 제1방사체 패턴(12)와 커플링을 일으키는 커플링 패턴(20)의 개수는 구현하고자 하는 공진 주파수 대역 및 대역폭에 따라 달라질 수 있으며, 커플링 패턴(20)의 개수를 증감시켜 구현하고자하는 공진 주파수 및 대역폭을 조절할 수가 있다. 또한, 접지단(106)과 연결되는 커플링 패턴(20)의 개수를 조절하여 공진 주파수를 변경할 수도 있다. 본 발명의 제1실시예에서는 FM 라디오 주파수 대역(87.5 ~ 108MHz)에서 공진하도록 하기 위해 자성체 블럭(10)의 저면에 2개의 커플링 패턴(20)을 형성하였고, 각각의 커플링 패턴(20)이 모두 접지단(106)과 연결되도록 하였다.

다음으로, 안테나 기판(100)은 인쇄회로기판(120), 연결 패드(102,104), 접지단(106), 및 급전단(108)을 구비한다.

안테나 소자(50)는 인쇄회로기판(120,PCB)상의 비접지(NO-GND) 영역(112)에 실장된다. 예컨대, 인쇄회로기판(120)은 휴대 단말기에 내장되어 설치되는 인쇄회로기판이 될 수 있다. 일반적으로, 비접지 영역(112)은 인쇄회로기판(120)의 일측에 형성되며, 인쇄회로기판(120) 상에 실장되는 다른 칩들과 이격거리를 두기 위한 공간을 말한다. 비접지 영역(112)에는 연결 패드(102,104)가 형성되어 있다. 연결 패드(102,104)는 전도체이며, 연결 패드(102)는 급전단(108)과 전기적으로 연결되어 급전을 위해 사용된다. 연결 패드(102)는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 제1방사체 패턴(12;I ₁ )과 솔더링(Soldering)되어 연결된다. 그리고, 연결 패드(104)는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 제1방사체 패턴(12;I ₁₁ )과 솔더링되어 연결된다.

접지단(106)은 인쇄회로기판(120)에 하나 이상 형성되고, 접지단(106)은 자성체 블럭(10)에 형성된 커플링 패턴(20)과 접속된다. 그리고, 접지단(106)은 접지 영역(114)과 전기적으로 연결된다. 접지 영역(114)은 인쇄회로기판(120)상에 다른 칩들을 실장하기 위한 공간을 지칭한다.

도 3 및 도 4는 안테나 소자(50)의 커플링 패턴(20)이 안테나 기판(100)의 접지단과 직접 연결되어 있는 경우 안테나의 전압 정재파비(VSWR) 및 임피던스 특성을 나타내는 도표이다.

도 3을 참고하면, 안테나 소자(50)의 커플링 패턴(20)이 안테나 기판(100)의 접지단과 직접 연결되어 있는 경우 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 장치는 98MHz 주파수 대역에서 공진하는 특성을 나타낸다.

따라서, FM 라디오를 수신할 수 있는 저주파 대역(87.5MHz~108MHz)을 만족한다. 도 4는 임피던스 특성을 나타내는 스미스 차트로서, 임피던스 매칭(Impedence matching)됨을 보여준다.

도 5 및 도 6은 안테나 소자(50)의 커플링 패턴(20)이 안테나 기판(100)의 접지단과 연결되어 있지 않은 경우 안테나의 전압 정재파비(VSWR) 및 임피던스 특성을 나타내는 도표이다.

도 5를 참고하면, 안테나 소자(50)의 커플링 패턴(20)이 안테나 기판(100)의 접지단과 연결되어 있지 않은 경우 본 발명의 제1실시예에 따른 내장형 안테나 장치는 168MHz 주파수대역에서 공진하는 특성을 나타낸다. 따라서, FM 라디오를 수신할 수 있는 저주파 대역을 만족하지 못한다. 도 6은 임피던스 특성을 나타내는 스미스 차트로서, 임피던스 미스매칭(Impedence mismatching)됨을 보여준다.

도 3 내지 도 6을 통해 확인한 바와 같이, 본 발명에서는 도 1에 도시한 구조(즉, 커플링 패턴이 인쇄회로기판의 접지단과 직접 연결되어 전자기적 커플링을 이용해 소정거리 이격하여 있는 제1방사체 패턴을 접지시키는 구조)를 통해, 공진 주파수를 약 70MHz 정도 낮추고, 대역폭을 개선하는 효과를 얻을 수 있으며, 임피던스 매칭(Impedence matching)을 만족시킬 수가 있다.

그리고, 전술한 것처럼, 투자율이 유전율보다 큰 자성체 블럭(10)을 이용해줌으로써 동일한 체적을 갖는 유전체를 사용하였을 때보다 해당 공진 주파수 대역에서 보다 넓은 대역폭을 갖는 내장형 안테나를 구현하였다.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 안테나 장치를 사용하면 휴대 단말기의 소형화가 가능해지고, 소형화된 휴대 단말기(예컨대, 핸드폰, PDA, MP3 플레이어 등) 등에 적용하는 것이 가능해진다.

또한, 공진 주파수를 조정하여 다양한 저주파 대역용 내장형 안테나를 구현할 수가 있다.

(제2실시예)

도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 제2실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치는 안테나 소자(50), 및 안테나 소자(50)가 실장되는 안테나 기판(150)을 구비한다.

안테나 소자(50)는 다면체의 자성체 블럭(10), 자성체 블럭(10)의 외부면을 따라 권선되는 형태로 형성된 제1방사체 패턴(12), 자성체 블럭(10)의 한 면 이상에 형성되고, 해당 면에 형성되어 있는 제1방사체 패턴(12)과 소정거리 이격되어 형성된 커플링 패턴(20)을 포함하여 구성된다.

도 7의 안테나 소자(50)는 제1실시예에서의 안테나 소자와 동일한 구성 및 기능을 수행한다. 따라서, 이하에서는 중복되는 설명을 피하기 위해 도 7의 안테나 소자(50)에 대한 설명은 생략하기로 한다.

안테나 기판(150)은 인쇄회로기판(120), 연결 패드(102,104), 접지단(106), 급전단(108), 비아홀(152), 및 제2방사체 패턴(154)을 구비한다.

안테나 소자(50)는 인쇄회로기판(120)상의 비접지(NO-GND) 영역(112)에 실장된다. 예컨대, 인쇄회로기판(120)은 휴대 단말기에 내장되어 설치되는 인쇄회로기판이 될 수 있다. 일반적으로, 비접지 영역(112)은 인쇄회로기판(120)의 일측에 형성되며, 인쇄회로기판(120) 상에 실장되는 다른 칩들과 이격거리를 두기 위한 공간을 말한다. 인쇄회로기판(120)은 자성체 블럭(10)과 다른 유전율을 갖는다. 인쇄회로기판(120)상의 비접지 영역(112)에는 연결 패드(102,104)가 형성되어 있다. 연결 패드(102,104)는 전도체이며, 연결 패드(102)는 급전단(108)과 전기적으로 연결되어 급전을 위해 사용된다. 연결 패드(102)는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 제1방사체 패턴(12;I ₁ )과 솔더링(Soldering)되어 연결된다. 그리고, 연결 패드(104)는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 제1방사체 패턴(12;I ₁₁ )과 솔더링되어 연결된다.

비접지 영역에 해당하는 인쇄회로기판(120)의 저면에는 제2방사체 패턴(154)이 형성된다. 제2방사체 패턴(154)은 내부가 도전성 물질로 도금 또는 충진된 비아홀(152)을 통해 제1방사체 패턴(12)과 연결된 연결 패드(104)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 제1방사체 패턴(12)과 제2방사체 패턴(154)과 전기적으로 연결되어 하나의 방사라인을 형성한다.

상기한 구조에 따르면, 비접지 영역(즉, 빈공간)인 인쇄회로기판(120)의 저면을 이용하여 안테나의 방사라인을 길게 구현해줄 수 있게 되어 공진 주파수를 낮춰줄 수가 있게 된다. 즉, 제2방사체 패턴(154)을 이용하여 안테나의 전기적 길이를 확보해 줄 수 있게 때문에 안테나 소자(50)의 사이즈를 소형화시킬 수 있다. 예컨대, 제1실시예에서의 안테나 소자의 크기가 27*7*2.5T이었다면, 제2실시예에서는 그 보다 작은 안테나 소자를 이용하더라도 동일한 공진 주파수를 구현할 수 있다. 때문에, 본 발명의 제2실시예에 따른 안테나 장치에 의하면 휴대용 단말기 내부 공간의 설계 자유도를 보다 향상시킬 수가 있고, 휴대용 단말기의 슬림화 및 소형화를 가능하게 한다.

인쇄회로기판(120)의 전면에 형성된 제2방사체 패턴(154)은 도 7 내지 도 9에 도시한 것처럼 미앤더 라인을 포함한 형태로 형성될 수 있다. 도 8 및 도 9의 직사각형 모양을 포함하는 제2방사체 패턴(154)은 자성체 블럭(10)의 저면에 폭방향으로 형성된 제1방사체 패턴(12)과 더 많은 커플링을 일으켜서, 도 7에 미앤더 라인으로만 이루어진 제2방사체 패턴(154)과 비교했을 때, 안테나의 공진주파수는 유지하면서 대역폭을 더 확장시키고 안테나 이득을 향상시키는 효과를 얻게 한다. 이를 통해 공진 주파수 대역에서 대역폭이 좁아지는 문제를 해결할 수 있다. 하지만 이에 국한되는 것은 아니며, 당업자가 유추 가능한 범위에서 다양한 형태로 구현될 수 있다.

본 발명의 제2실시예에서는 상기한 바와 같은 구조를 통해 안테의 공진 주파수를 조정하는 것이 용이해진다. 즉, 자성체 블럭(10)에 형성된 제1방사체 패턴(12)의 형상은 변경하지 않고, 제2방사체 패턴(154)의 형상, 길이, 선폭 등을 변경하여 원하는 공진 주파수를 구현하는 것이 용이해진다.

접지단(106)은 인쇄회로기판(120)에 하나만 형성되고, 접지단(106)은 자성체 블럭(10)에 형성된 하나의 커플링 패턴(20)과 접속된다. 그리고, 접지단(106)은 접지 영역(114)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 접지 영역(114)은 인쇄회로기판(120)상에 다른 칩들을 실장하기 위한 공간을 지칭한다.

한편, 본 발명의 제1실시예에서는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 커플링 패턴(20)이 모두 접지단(106)과 연결되는 구조였다. 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 커플링 패턴(20)이 모두 접지단(106)에 연결되는 경우, 안테나의 공진 주파수 대역폭은 더 넓어지지만, 안테나 이득(gain)이 다소 떨어진다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에서는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 두 개의 커플링 패턴(20) 중 하나만 접지단(106)과 연결되도록 하여 떨어진 안테나 이득을 4dBi 정도 개선시켰다. 그리고, 전술한 바와 같이, 대역폭이 좁아지는 문제를 제2방사체 패턴(154)을 이용하여 해결하였다.

도 10은 도 7에 도시된 본 발명의 제 2실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치의 전압 정재파비(VSWR)를 나타내는 도표이다. 도 11은 도 7에 도시된 본 발명의 제 2실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 도표이다. 자성체 블럭(10)의 사이즈는 25*5*2T이고, 자성체 블럭의 투자율은 18이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치는 98MHz 주파수대역에서 공진하는 특성을 나타내서, FM 라디오를 수신할 수 있는 저주파 대역(87.5MHz~108MHz)을 만족한다. 도 11은 임피던스 특성을 나타내는 스미스 차트로서, 임피던스 매칭(Impedence matching)됨을 보여준다.

(제3실시예)

도 12 및 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 제3실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치는 안테나 소자(50), 및 안테나 소자(50)가 실장되는 안테나 기판(300)을 구비한다.

안테나 소자(50)는 다면체의 자성체 블럭(10), 자성체 블럭(10)의 외부면을 따라 권선되는 형태로 형성된 제1방사체 패턴(12), 자성체 블럭(10)의 한 면 이상에 형성되고, 해당 면에 형성되어 있는 제1방사체 패턴(12)과 소정거리 이격되어 형성된 커플링 패턴(20)을 포함하여 구성된다.

도 12의 안테나 소자(50)는 제1실시예에서의 안테나 소자와 동일한 구성 및 기능을 수행한다. 따라서, 이하에서는 중복되는 설명을 피하기 위해 도 12의 안테나 소자(50)에 대한 설명은 생략하기로 한다.

안테나 기판(300)은 복수 개의 기판(연결 패드,120b)을 구비하는 인쇄회로기판(120), 연결 패드(102,104), 접지단(106), 급전단(108), 비아홀(312), 복수 개의 기판사이에 형성되는 제2방사체 패턴(320), 인쇄회로기판(120)의 저면에 형성되는 제3방사체 패턴(330)을 포함하여 구성된다.

제3실시예에서의 인쇄회로기판(120)은 두 개의 기판(연결 패드, 120b)이 적층 형성되어 이루어진다. 그리고, 인쇄회로기판(120)은 자성체 블럭(10)과 다른 유전율을 갖는다.

이하에서는 참조부호 연결 패드의 인쇄회로기판을 '상층 기판'이라 칭하기로 하고, 상층 기판(260a)의 하부에 위치하는 참조부호 260b의 인쇄회로기판을 '하층 기판'으로 칭하기로 한다.

본 발명의 이해를 돕기 위해, 도 13에서 제2방사체 패턴(320) 및 제3방사체 패턴(330)이 형성된 인쇄회로기판 영역만을 분리하여 도시하였다.

도 12 및 도 13을 참고하면, 안테나 소자(50)는 인쇄회로기판(120)상의 비접지(NO-GND) 영역(112)에 실장된다. 인쇄회로기판(120)상의 비접지 영역(112)에는 연결 패드(102,104)가 형성되어 있다. 연결 패드(102,104)는 전도체이며, 연결 패드(102)는 급전단(108)과 전기적으로 연결되어 급전을 위해 사용된다. 연결 패드(102)는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 제1방사체 패턴(12;I ₁ )과 솔더링되어 연결된다. 그리고, 연결 패드(104)는 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 제1방사체 패턴(12;I ₁₁ )과 솔더링되어 연결된다.

제1방사체 패턴(12)의 끝단에 연결된 연결 패드(104)는 상층 기판(연결 패드)에 형성된 내부가 도전성 물질로 도금 또는 충진된 비아홀(212)을 통해 상층 기판(연결 패드)의 저면에 형성된 제2방사체 패턴(320)과 전기적으로 연결된다. 이때, 제2방사체 패턴(320)을 상층 기판(연결 패드)의 저면에 형성한 후 상층 기판(연결 패드)과 하층 기판(120b)을 결합할 수도 있고, 제2방사체 패턴(320)을 하층 기판(120b)의 상면에 형성한 후 하층 기판(120b)과 상층 기판(연결 패드)을 결합할 수도 있다. 이는 제조 공정에 따라 달라질 수 있다.

그리고, 제2방사체 패턴(320)의 끝단은 내부가 도전성 물질로 도금 또는 충진된 비아홀(306)을 통해 하층 기판(120b)의 하면에 형성된 제3방사체 패턴(330)과 전기적으로 연결된다.

따라서, 자성체 블럭(10), 상층 기판(연결 패드), 및 하층 기판(120b)에 각각 형성된 제1방사체 패턴(12), 제2방사체 패턴(320), 및 제 3방사체 패턴(330)은 전기적으로 서로 연결되어 하나의 방사라인을 형성한다. 이때, 제2방사체 패턴(320) 및 제3방사체 패턴(330)은 안테나 소자(50) 실장되는 인쇄회로기판 영역의 내부에 형성되는 것이 바람직하다. 자성체 블럭(10)이 실장되는 인쇄회로기판 영역 내에 방사체 패턴을 형성하면, 인쇄회로기판(120)의 접지 영역에 실장되는 다른 칩들과 일정한 이격거리를 둘 수 있게 되어 인접하는 다른 칩들로 인해 발생하는 간섭을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

한편, 제2방사체 패턴(320)은 미앤더 라인 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 미앤더 라인 형상으로 제2방사체 패턴(320)을 형성하면, 소정의 유전율을 갖는 상층 기판(연결 패드)을 사이에 두고 제2방사체 패턴(320)과 제1방사체 패턴(12)과의 상호 커플링을 유도하여 저주파 대역에서 대역폭을 확장시키는 것이 용이해진다.

보다 상세하게는, 급전단(108)을 통해 제1방사체 패턴(12)에 유입되는 전류는 자성체 블럭(10)의 저면에 일정한 간격을 두고 폭방향으로 형성되어 있는 직선 형태의 방사체 패턴들을 순차적으로 통과하게 된다.

그리고, 제1방사체 패턴(12)을 거친 전류는 비아홀(312)를 거쳐 제2방사체 패턴(320)으로 유입된다. 이 경우, 제2방사체 패턴(320)이 미앤더 라인 형상으로 형성되어 있으면, 자성체 블럭(10)의 저면에 일정한 간격을 두고 폭방향으로 형성되어 있는 직선 형태의 제1방사체 패턴(12)과 동일 방향에 대한 상호 유도(mutual inductance)를 통해 공진 주파수 대역에서 대역폭이 좁아지는 문제를 해결할 수 있다.

더불어, 적층형성되어 있는 인쇄회로기판(120)의 두께가 일정하다는 가정 하에 상층 기판(연결 패드)의 두께는 하층 기판(120b)에 비해 얇게 형성되는 것이 바람직하다.

상층 기판(연결 패드)의 두께가 얇을 수록 상층 기판(연결 패드)의 저면에 형성된 제2방사체 패턴(320)과 자성체 블럭(10)에 형성된 제1방사체 패턴(12) 간의 물리적인 거리는 가까워지게 되고, 제2방사체 패턴(320)과 제1방사체 패턴(12) 간의 상호 유도는 더욱 극대화될 수 있다. 이때, 상층 기판(연결 패드)과 자성체 블럭(10)이 서로 다른 유전율을 갖으면, 유전율 차이로 인해 공진 주파수 대역이 저주파 대역으로 하향 이동한다.

한편, 제3방사체 패턴(330)을 제2방사체 패턴(320)과 같이 미앤더 라인 형상을 갖도록 형성하는 경우, 전술한 바와 같은 이유로 저주파 대역에서 대역폭을 확장시키는 것이 용이할 뿐만 아니라, 안테나의 전기적인 길이를 증가시켜 안테나의 공진 주파수 대역을 하향 이동시킬 수 있는 효과가 있다. 이에 대해서는 도 15 및 도 16을 통해 자세하게 후술하기로 한다.

도 14는 제3방사체 패턴(330)이 'ㄷ' 형상을 갖도록 형성된 제3실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸다. 도 14의 안테나 장치는 도 12의 안테나 장치와 제3방사체 패턴(330)의 형상에 있어서 서로 차이가 있다.

도 14에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제3방사체 패턴(330)의 형상만을 변경하여 원하는 공진 주파수를 구현하는 것이 용이해진다. 즉, 기본적으로 제1방사체 패턴(12)과 제2방사체 패턴(320)의 형상은 변경하지 않고, 제3방사체 패턴(330)의 형상만을 변경하여 원하는 공진 주파수를 용이하게 조정하는 것이 가능해진다.

도 15는 도 12에 도시된 저주파 대역용 안테나 장치의 공진 주파수를 나타낸 도표이고, 도 16은 도 14에 도시된 저주파 대역용 안테나 장치의 공진 주파수를 나타낸 도표이다.

도 15을 참고하면, 감쇄량이 -0.2dB인 지점을 기준으로 하였을 때, 약 40 ~ 65MHz에서 공진 주파수 대역이 넓게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 광대역 효과를 통해 외부영향에 의해 저하될 수 있는 송수신기능을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치의 경우, 기본적으로 저주파 대역(예컨대, FM 라디오 주파수 대역)의 신호를 수신하는 것을 목적으로 한다. 하지만, 저주파 대역 뿐만 아니라 다른 주파수 대역(약 220 ~ 315MHz)에서도 공진하여 듀얼 모드로 동작하는 것을 확인할 수 있다.

즉, 제3실시예에 따른 안테나 장치는, 적층 구조를 갖는 제2방사체 패턴(320) 및 제3방사체 패턴(330)의 형상으로 인해 다중 대역에서도 공진하는 것이 가능하기 때문에, 듀얼 모드 안테나로 활용될 수 있다.

한편, 도 15을 살펴보면, 제3일실시예에 따른 안테나 장치는 FM 라디오 수신이 가능한 주파수 대역(87.5 ~ 108MHz) 보다 낮은 대역에서 공진 주파수 대역이 구현된 것을 확인할 수 있다.

통상적으로 제한된 공간 내에서 안테나의 공진 주파수를 고역화시키는 것은 방사체 패턴의 형상 및 구조 변경을 통해 용이하게 이루어질 수 있는 일이며, 이는 당업자라면 용이하게 구현할 수 있는 사항이다. 하지만, 제한된 공간 내에서 안테나의 공진 주파수를 저역화시키는 것은 상대적으로 어렵다.

즉, FM 라디오 수신이 가능한 주파수 대역(87.5 ~ 108MHz)으로 고역화시키는 것은 용이하게 실시할 수 사항이며, 전술한 바와 같이, 제 3방사체 패턴의 형상의 변경하여 공진 주파수를 용이하게 조절(고역화)할 수 있다.

도 16을 참고하면, 제3방사체 패턴(330)의 형상 변경을 통해 FM 라디오 수신이 가능한 주파수 대역으로 공진 주파수가 변경된 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 제3실시예에서는 두 개의 기판(상층 기판 및 하층 기판)만을 이용하여 제2방사체 패턴(320) 및 제3방사체 패턴(330)을 형성하였다. 하지만, 휴대 단말기의 여유 공간 및 기판의 두께 등을 고려하여, 3개 이상의 기판이 적측형성된 인쇄회로기판(120)을 구현하는 것도 가능하다. 예컨대, 상층 기판, 중층 기판, 및 하층 기판의 저면에 방사체 패턴을 각각 형성하고, 서로 비아홀을 통해 연결하여 하나의 방사라인을 갖도록 구현할 수도 있다. 이 경우 방사라인의 전기적인 길이를 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

(제4실시예)

도 17은 본 발명의 제4실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 18은 본 발명의 제4실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치를 통해 구현된 방사라인의 형상를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제4실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치는 안테나 소자(70), 및 안테나 소자(70)가 실장되는 안테나 기판(400)을 구비한다.

먼저, 안테나 소자(70)는 다면체의 자성체 블럭(10), 및 자성체 블럭(10)의 상면 및 양측면에 걸쳐 형성된 복수 개의 제1방사체 패턴(40)을 포함하여 구성된다. 그리고, 안테나 소자(70)는 안테나 기판(400)의 비접지 영역에 실장된다. 비접지 영역은 인쇄회로기판(120) 상에 실장되는 다른 칩들과 이격거리를 두기 위한 공간을 지칭하며, 도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명에 따른 인쇄회로기판(120)에는 휴대용 단말의 기능을 구현하기 위해 필요한 다양한 칩셋들이 실장될 수 있다.

자성체 블럭(10)은 자성체 재료로 구성될 수 있다. 자성체(Magneto-dielectric)란 자성을 띠는 것이 가능한 물질을 말하며, 산화철, 산화크롬, 코발트, 페라이트 등이 있다. 자성체 블럭(10)에 대한 자세한 설명은 도 1에서의 설명으로 대체하기로 한다. 본 발명에 적용되는 자성체 블럭(10)은 각기 다른 투자율 및 유전율을 갖으므로 구현하고자 하는 공진 주파수에 따라 취사선택 할 수 있음은 물론이다. 그리고, 자성체 블럭(10)의 크기 및 모양은 구현하고자 하는 주파수 대역에 따라 달라질 수 있다.

자성체 블럭(110)에는 제1방사체 패턴(40)이 폭 방향으로 복수 개 형성된다. 이때, 각각의 제1방사체 패턴(40)은 자성체 블럭(110)의 상면과 양측면에 걸쳐 형성되며, 인접하는 상부 패턴(120)과는 분리 이격되게 형성된다. 예컨대, 도 17에서는 10개의 제1방사체 패턴(40)이 자성체 블럭(10)의 폭방향으로 형성되어 있다.

그리고, 자성체 블럭(110)의 상면에 형성된 제1방사체 패턴(40)은 안테나 소자(70)가 안테나 기판(400)에 실장되었을 때, 복수 개의 제1방사체 패턴(40)과 복수 개의 제2방사체 패턴(420)이 서로 전기적으로 연결되어 헬리컬(helical) 타입을 갖는 하나의 방사라인을 제공할 수 있도록 형성된다. 즉, 자성체 블럭(10)의 상면에 형성된 다수 개의 제1방사체 패턴(40)은 자성체 블럭(10)의 단변에 대해 소정 각도(예컨대, 5°~ 15°) 기울어져 각각 형성된다. 제1방사체 패턴(40)의 길이, 개수, 폭, 패턴 간 간격, 기울기 등은 구현하고자 하는 공진 주파수, 자성체 블럭의 크기, 제2방사체 패턴(420)의 형상 및 간격 등에 따라 변경될 수 있다.

그리고, 자성체 블럭(10)의 저면에는 복수 개의 제1방사체 패턴(40)에 각각 대응하여 연결된 연결 패드(46)가 형성된다. 이 연결 패드(46)는 안테나 소자(70)가 안테나 기판(400)에 실장되었을 때, 제1방사체 패턴(40)이 제2방사체 패턴(220)과의 용이하도록 접속될 수 있도록 한다(도 18참조).

자성체 블럭(10)의 하면 및 측면에 걸쳐 형성된 연결 패드(32,34)는 인쇄회로기판(120)의 상면에 형성된 연결 패드(432,434)에 접속되며, 제1방사체 패턴(40)과는 분리 이격되어 있다.

연결 패드(32,34)는 안테나 소자(70)가 안테나 기판(400)에 실장될 때, 연결 패드(32,34)와의 솔더링을 통해 결합 강도를 높일 수 있도록 하기 위함이며, 경우에 따라 생략하여도 무방하다.

다음으로, 안테나 기판(400)은 커플링 패턴(410), 제2방사체 패턴(420), 연결 패드(102,104,432,434,440), 비아홀(438), 접지단(106), 급전단(108), 및 인쇄회로기판(120)을 구비한다.

인쇄회로기판(120)의 복수 개의 제2방사체 패턴(420), 제2방사체 패턴(420)과 분리 이격되어 있는 하나 이상의 커플링 패턴(410)이 형성된다. 예컨대, 도 1에는 11개의 제2방사체 패턴(420)과 2개의 커플링 패턴(410)이 형성되어 있다.

제2방사체 패턴(420)은 인쇄회로기판(120)의 저면에 형성되며, 인접하는 다른 제2방사체 패턴(420)과 소정 간격을 두고 평행하게 형성된다. 그리고, 각각의 제2방사체 패턴(420)은 양끝단에 각각 형성되어 있는 비아홀(438)을 통해 인쇄회로기판(120)의 상면에 형성된 연결 패드(102,104,440)와 전기적으로 연결된다.

비아홀(438)은 내부가 도전성 물질로 도금 또는 충진되어 있어 제2방사체 패턴(420)과 연결 패드(102,104,440)를 전기적으로 연결한다. 여기서, 비아홀(438)은 도전성 수직연결수단으로 제공되는 것으로서 다른 실시형태에서는 인쇄회로기판(120)의 측면에 형성된 도체 패턴일 수 있다.

그리고, 비아홀(438)을 통해 제2방사체 패턴(420)과 연결된 연결 패드(102,104,440)는 제1방사체 패턴(40) 및 제2방사체 패턴(420)이 헬리컬(helical) 타입을 갖는 하나의 방사라인을 제공하도록 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 연결 패드(46)와 전기적으로 연결된다.

안테나 소자(70)가 안테나 기판(400)에 결합되면, 도 18에 도시한 바와 같이, 인쇄회로기판(120)의 일측 모서리에 형성된 비아홀(438a)을 시작으로 인쇄회로기판(120)의 타측에 모서리에 형성된 비아홀(438b)까지 이어지는 헬리컬 타입을 갖는 하나의 방사라인이 형성된다. 즉, 비아홀-제2방사체 패턴-비아홀-제1방사체 패턴-비아홀-제2방사체 패턴-비아홀-제1방사체 패턴의 순으로 연속하여 이어지는 하나의 방사라인이 형성된다.

상기한 구조를 갖는 방사라인은 동일한 공간에서 효과적으로 방사체 패턴을 집적화시킬 수 있으며, 보다 긴 전기적 공진 길이를 갖는 방사라인을 제공할 수 있다. 예컨대, 인쇄회로기판의 두께가 1.5mm 상태에서, 종래에는 원하는 안테나 특성을 얻기 위해서 3mm의 두께를 갖는 안테나 소자가 필요하였다면, 본 발명에서는 그 절반의 두께(1.5mmm)를 갖는 안테나 소자만으로도 종래와 동일한 안테나 특성이 나타나도록 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 제4실시예에서와 같이 유전율이 서로 다른 이종의 베이스(즉, 자성체 블럭과 인쇄회로기판)를 이용하여 방사라인을 구현하면, 일정한 유전율을 갖는 하나의 베이스를 이용하여 방사라인을 구현해주었을 때보다 공진 주파수 대역을 하향 이동시킬 수 있고, 공진 주파수 대역을 광대역화시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 인쇄회로기판(120)의 유전율과 자성체 블럭(110)의 유전율은 서로 상이하다.

도 19는 본 발명의 제4실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치를 측면에서 바라본 모양을 나타내는 도면이다(도 17의 'A' 방향에서 바라본 모양).

도 19를 참고하면, 제2방사체 패턴(420)이 형성되어 있는 인쇄회로기판(120)의 저면에는 하나 이상의 커플링 패턴(410)이 복수 개의 제2방사체 패턴(420)과 분리 이격되어 형성된다. 복수 개의 제2방사체 패턴(420)은 비아홀(438)을 통해 자성체 블럭(10)에 형성된 제1방사체 패턴(40)과 전기적으로 연결되지만, 커플링 패턴(410)은 인쇄회로기판(120)의 양끝단에 각각 형성된 비아홀(438)을 통해 자성체 블럭(10)에 형성된 연결 패드와 전기적으로 연결될 뿐 제1방사체 패턴(40)과는 직접 연결되지 않는다.

한편, 도 17 내지 도 19에서는 인쇄회로기판(120)의 저면에 두개의 커플링 패턴(410)이 형성되어 있는 것으로 도시하였다. 하지만, 커플링 패턴(410)의 개수 및 위치는 구현하고자 하는 주파수 대역 및 대역폭에 따라 달라질 수 있으며, 저주파 대역에서 FM 라디오 주파수 대역을 만족하도록 커플링 패턴(410)의 개수를 증감시키거나 위치를 변경시킬 수 있다.

커플링 패턴(410)은 비아홀(438)을 통해 인쇄회로기판(120)의 상면에 형성된 연결 패드(432,434)와 전기적으로 연결된다. 그리고, 연결 패드(434)는 접지단(270)과 전기적으로 연결되고, 접지단(106)은 인쇄회로기판상의 접지 영역(114)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 연결 패드(434)는 접지부로서의 역할을 수행하게 된다.

본 발명에서는 이러한 구조(즉, 커플링 패턴이 인쇄회로기판의 접지단과 직접 연결되어 전자기적 커플링을 이용해 소정거리 이격하여 있는 방사체 패턴을 접지시키는 구조)를 통해, 공진 주파수를 저역화하고, 임피던스 매칭을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

도 20은 도 17에 도시된 안테나 기판의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 17에 도시된 안테나 기판과 동일한 구성 요소에는 동일한 참조부호를 붙여 그 설명을 생략하기로 한다.

도 20의 안테나 기판(420)이 도 17의 안테나 기판(400)과 다른 점은, 복수 개의 기판이 적층 형성되어 있는 인쇄회로기판(120)을 구비하고 있고, 제2방사체 패턴(420) 및 커플링 패턴(410)이 복수 개의 기판 사이에 형성되어 있는 것이다.

이하에서는 참조부호 연결 패드의 인쇄회로기판을 '상층 기판'이라 칭하기로 하고, 상층 기판(120a)의 하부에 위치하는 참조부호 120b의 기판을 '하층 기판'으로 칭하기로 한다.

상층 기판(120a)과 하층 기판(120b) 사이에는 복수 개의 제2방사체 패턴(420)이 형성된다. 제2방사체 패턴(420)은 인접하는 다른 제2방사체 패턴(420)과 소정 간격을 두고 평행하게 형성된다.

그리고, 도 17에서와 마찬가지로 각각의 제2방사체 패턴(420)은 양끝단에 각각 형성되어 있는 비아홀(438)을 통해 인쇄회로기판(120)의 상면에 형성된 연결 패드(도시 생략)와 전기적으로 연결된다.

비아홀(438)을 통해 제2방사체 패턴(420)과 연결된 각각의 연결 패드는 제2방사체 패턴(420) 및 제1방사체 패턴(40)이 헬리컬(helical) 타입을 갖는 하나의 방사라인을 제공하도록 제1방사체 패턴(40)과 전기적으로 연결된다.

도 20에서의 안테나 기판(420)은 도 17의 안테나 기판(400)과 비교했을 때, 방사라인의 전기적인 길이는 다소 짧아지지만, 제2방사체 패턴(420) 및 커플링 패턴(410)이 외부로 직접 노출되지 않기 때문에 외부로 인한 간섭을 최소화시킬 수 있다. 예컨대, 휴대용 단말기 내부에 안테나 기판(420)이 설치되는 경우, 안테나 기판(420)의 저면에 위치하는 금속성 물질, 칩셋 등으로 인해 발생되는 노이즈를 최소화시켜줄 수 있는 효과가 있다.

도 21은 도17의 결합도이다.

도 22는 본 발명의 제4실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치의 공진 주파수를 나타내는 그래프이다.

도 22를 참조하면, FM 라디오 수신이 가능한 대역(87.5 ~ 108MHz)에 걸쳐 넓은 공진 주파수 대역이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 광대역 효과를 통해 외부영향에 의해 저하될 수 있는 송수신기능을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

(제5실시예)

도 23 및 도 24는 본 발명의 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치는 안테나 소자(50), 및 안테나 소자(50)가 실장되는 안테나 기판(500)을 구비한다. 그리고, 본 발명에 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치는 휴대 단말기의 메인회로기판에 실장된다.

안테나 소자(50)는 다면체의 자성체 블럭(10), 자성체 블럭(10)의 외부면을 따라 권선되는 형태로 형성된 제1방사체 패턴(12), 자성체 블럭(10)의 한 면 이상에 형성되고, 해당 면에 형성되어 있는 제1방사체 패턴(12)과 소정거리 이격되어 형성된 커플링 패턴(20)을 포함하여 구성된다.

도 23의 안테나 소자(50)는 제1실시예에서의 안테나 소자와 동일한 구성 및 기능을 수행한다. 따라서, 이하에서는 중복되는 설명을 피하기 위해 도 23의 안테나 소자(50)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

안테나 기판(500)은 연성인쇄회로기판(140,FPCB, 이하,'연성회로기판'), 연결 패드(504,506), 및 제2방사체 패턴(502)를 구비한다.

안테나 소자(50)는 연성회로기판(140)의 일면(예컨대, 연성회로기판의 상면)에 실장된다.

연결 패드(506)는 급전부로 사용되며, 자성체 블럭(10)의 저면 일측 끝단에 형성된 제1방사체 패턴(12;I ₁ )과 솔더링되어 전기적으로 연결된다. 그리고, 추후 본 발명의 제5실시예에 따른 안테나 장치가 휴대 단말기의 메인회로기판에 실장될 때, 휴대 단말기의 메인회로기판에 구비되는 급전단과 연결 패드(506)를 솔더링으로 용이하게 연결할 수 있도록 연결 패드(506)의 끝단에는 비아홀(508)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

연결 패드(504)는 접지부로 사용되며, 자성체 블럭(10)의 저면에 형성된 커플링 패턴(20)과 솔더링되어 전기적으로 연결된다. 그리고, 추후 본 발명의 제5실시예 따른 안테나 장치가 휴대 단말기의 메인회로기판에 실장되면, 연결 패드(504)는 휴대 단말기의 메인회로기판에 구비된 접지단과 연결된다. 이를 위해 연결 패드(504)의 끝단에는 비아홀(508)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

제2방사체 패턴(502)은 자성체 블럭(10)의 저면 타측 끝단에 형성된 제1방사체 패턴(12)과 솔더링되어 전기적으로 접속된다. 이를 위해 제2방사체 패턴(502)은 제1방사체 패턴(12)과 접속되는 접속부와 그 접속부에 연장되어 연성회로기판(140)에서 자성체 블럭(10)이 실장된 영역의 외부에 형성되는 방사부를 구비한다. 여기서, 상기한 접속부와 방사부는 도 23에 도시된 절곡부(510)를 기준으로 구분될 수 있다. 즉, 제2방사체 패턴(502)에서 절곡부(510)를 기준으로 제1방사체 패턴(12)과 솔더링되는 부분이 접속부에 해당되고, 그 접속부에 연장되어 연성회로기판(140)에서 자성체 블럭(10)이 실장된 영역의 외부에 형성되는 부분이 방사부에 해당된다. 이는 이하에서 설명되는 도면에서도 마찬가지로 적용된다.

따라서, 제1방사체 패턴(12)과 연성회로기판(140)에 형성된 제2방사체 패턴(502)은 하나의 방사라인을 형성한다(도 26참조).

상기한 구조에 따르면, 투자율이 유전율보다 큰 자성체 블럭(10)에 형성된 제1방사체 패턴(12)으로 인해 동일한 안테나 사이즈에서 고유전율의 유전체를 사용하였을 때보다 넓은 대역폭을 구현할 수가 있게 된다. 그리고, 제1방사체패턴(12)과 전기적으로 연결되어 방사라인을 길게 형성해 주는 연성회로기판(140)에 형성된 제2방사체 패턴(502)으로 인해 안테나의 공진주파수를 낮춰 줄 수 있게 된다.

그리고, 제1방사체 패턴(12) 및 제2방사체 패턴(502)에 공급되는 전류에 의하여 일어나는 공진과, 커플링 패턴(20), 제1방사체 패턴(12) 및 제2방사체 패턴(502)에 의하여 일어나는 공진의 상호작용으로 인하여 방사특성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 제2방사체 패턴(502)의 길이 또는 폭, 제2방사체 패턴(502)에 형성된 슬롯 등에 의해 제2방사체 패턴(502)이 방사하는 전파의 방사특성 및 공진 주파수가 변경된다. 즉, 제2방사체 패턴(502)의 튜닝에 의해 안테나 방사특성 및 공진주파수가 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제5실시예에 따른 안테나 장치를 단말기 내부에 실장할 때 제2방사체 패턴(502)만을 변경함으로써 원하는 방사특성 및 공진주파수를 구현할 수 있다. 또한, 전술한 것처럼 제2방사체 패턴(502)은 연성회로기판(140)에 형성되어 있어서, 단말기 내부에서 절곡부(510)를 따라서 자유롭게 절곡이 가능하다. 이는 단말기 설계시 부품배치 구조의 자유도 및 부품의 집적도를 높여줄 수 있게 해주기 때문에 단말기의 소형화 및 슬림화를 도모할 수 있게 한다. 한편, 절곡부(510)는 도면에 도시된 부분에 한정되는 것은 아니며, 연성회로기판(140)의 형상 및 구조에 따라 변경이 가능하다. 그리고, 연성회로기판(140)의 형상 및 구조 또한 단말기 내부의 여유 공간에 따라 변경이 가능하다.

도 24 및 도 25는 연성회로기판(140)의 다양한 실시예를 나타낸다.

그리고, 도 26은 도 23의 결합도이다.

그리고, 도 27은 안테나 소자(50)가 도 25의 (a)에 도시된 안테나 기판(520)에 실장된 모습을 나타내는 평면도이다.

도 28은 본 발명의 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나가 휴대 단말기의 메인회로기판 실장된 모양을 설명하기 위한 사시도이다.

도 28을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나는 휴대 단말기의 메인회로기판(800)상에 실장 된다. 보다 상세하게는, 연성회로기판(140)에서 안테나 소자(50)가 실장된 부분은 메인회로기판(800) 상에 위치하여 실장되고, 연성회로기판(140)에서 제2방사체 패턴(520)이 형성된 영역은 휴대 단말기 내부의 여유공간에 위치하게 된다. 예컨대, 본 발명의 제5실시예에 따른 안테나 장치가 휴대 단말기의 메인회로기판(800)에 장착될 때, 연성회로기판(140)에 형성된 제2방사체 패턴(502)이 메인회로기판(450)의 상면과 서로 직각을 이루도록 절곡부(510)가 절곡되어 장착된다. 이때, 제2방사체 패턴(502)과 메인회로기판(800) 간에 이격거리를 둠으로써, 안테나의 방사특성에 대한 메인 회로기판(800)으로부터의 간섭을 완화할 수가 있다. 즉, 제2방사체 패턴(502)은 휴대 단말기의 메인회로기판(800)과 소정거리 이격하여 휴대 단말기 내부에 설치되기 때문에 메인회로기판의 회로단으로부터 간섭을 적게 받게 되고, 이로 인해 안테나의 방사특성이 향상된다. 참고로, FM 라디오 수신용 내장형 안테나는 주변 간섭(Noise)에 매우 민감하여 주변 간섭에 따라 방사특성이 많이 좌우된다. 바람직하게는, 주변 간섭을 차단하기 위해 메인회로기판(800)과 제2방사체 패턴(502) 사이에 차폐막을 형성할 수도 있다.

이처럼, 본 발명의 제5실시예에 따른 안테나 장치가 휴대 단말기의 메인회로기판(800)에 장착될 때, 안테나 소자(50)에 대해서는 물리적인 변형을 가할 수 없고, 제2방사체 패턴(502)이 형성된 연성회로기판(140)에 대해서만 물리적인 변형을 가할 수 있다. 따라서, 안테나 소자(50)에 형성된 급전 패드 및 접지 패드의 물리적 변형에 따른 안테나 방사특성의 열화가 최소화된다. 반면, 제2방사체 패턴(502)은 연성회로기판(140) 상에 형성되기 때문에 휴대 단말기 내부의 여유공간에 위치하도록 장착하는 것이 용이하고, 단말기 설계시 부품배치 구조의 자유도 및 부품의 집적도를 높여줄 수 있게 해준다.

도 29는 본 발명의 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치의 주파수 대역별 수신신호강도를 나타내는 도표이다.

도 29에서는 이어폰 안테나(Earphone Antenna)를 FM 수신을 위한 안테나로 사용하는 경우, 안테나 소자(Chip antenna), 즉, 안테나 소자(50)만을 FM 수신을 위한 안테나로 사용하는 경우, 그리고 본 발명의 제5실시예에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나 장치를 사용하는 경우에 따른 안테나의 수신신호강도(RSSI:Received Signal Strength Indication)를 나타낸다. 여기서, 적용되는 안테나 소자(50)의 재원은, 투자율인 18인 자성체 블럭, 사이즈 12*5*2T이다. 종래 사용되던 이어폰 안테나(Earphone Antenna)의 경우 저주파 대역에서 전체적으로 수신신호강도가 양호한 것을 확인할 수 있다. 하지만, 앞서 배경기술에서 언급한 바와 같이, 이어폰을 단말기로부터 분리하는 경우 FM 라디오 수신 효율이 극히 낮아지게 되는 치명적인 문제점이 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치의 경우, 종래 적용되던 이어폰 안테나와 비교했을 때, 전체적인 수신신호강도는 다소 낮지만 거의 대등한 수신신호강도를 나타낸다. 즉, 본 발명에 따르면, FM 라디오를 수신할 수 있는 저주파 대역(87.5MHz~108MHz)에서 원하는 수신신호강도를 나타내고, 저주파 대역에서 넓은 대역폭을 만족하면서 임피던스 매칭되는 저주파 대역용 내장형 안테나 장치가 구현된다. 또한, 안테나 효율 및 방사특성은 유지하며 소형화가 가능하여 이동 통신 단말기 등에 적용할 수 있으며, 주파수를 다양화할 수 있는 저주파 대역용 안테나 장치가 구현된다.

도 30은 본 발명의 제1실시예 내지 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치 중 어느 하나를 구비하는 저주파 대역용 안테나 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 31는 도 30에 도시된 저역통과 필터부(700) 및 저잡음 증폭부(710)의 회로도이다.

본 발명에 따른 저주파 대역용 안테나 모듈은 제1실시예 내지 제5실시예에 따른 저주파 대역용 안테나 장치 중 어느 하나의 안테나 장치(이하, 안테나 장치), 저역통과 필터부(700), 및 저잡음 증폭부(LNA:Low Noise Amplifier, 710)를 구비한다.

저잡음 증폭부(710)는 안테나 장치을 통해 수신되는 신호를 증폭시켜 높은 레벨의 신호강도(RSSI)로 FM 라디오 수신이 가능하게 한다. 저잡음 증폭부(710)는 입력되는 수신 신호를 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭 포인트를 잡아서 설계되고, 저잡음 증폭부(710)를 거쳐 증폭된 수신 신호는 FM 칩셋(720)으로 입력된다. 저잡음 증폭부(710)가 동작하기 위해서는 일정한 전원이 공급되어야 한다. 본 발명에 적용되는 저잡음 증폭부(710)는 당업자가 다양한 공지의 기술을 이용하여 용이하게 구현할 수 있는 기술적 사항이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

저역통과 필터부(700)는 안테나 장치와 저잡음 증폭부(710) 사이에 위치하여 안테나 장치를 통해 수신받은 수신 신호 중에서 소정의 저주파 대역(예컨대, 87.5 ~ 108MHz) 수신 신호만을 통과시켜줌으로써, 잡음(Noise) 및 타 주파수 대역(FM 라디오 주파수 대역을 제외한 주파수 대역)의 영향을 감소시킨다. 또한, 저역통과 필터부(700)는 안테나 정합 구조를 포함한다. 따라서, 저역통과 필터부(700)는 안테나 장치의 임피던스를 FM 라디오 신호의 주파수 대역 범위에서 저잡음 증폭부(710)의 임피던스로 정합(Impedance matching)하여 안테나 장치에 인가된 전위차를 저잡음 증폭부(710)로 최대한 전달한다. 도 31를 참조하면, 저역통과 필터부(700)는 5개의 캐패시터(C1,C2,C3,C4,C5)와 2개의 인덕터(L1, L2)를 구비한다.

본 발명에서는 안테나 장치와 저잡음 증폭부(710) 사이에 저역통과 필터부(700)를 위치시켜줌으로써, 안테나 장치의 소형화로 인해 안테나의 이득 및 대역폭이 감소하는 현상을 해결하고 타 주파수 대역에 대한 차단 특성이 좋은 저주파 대역용 안테나 모듈을 구현하였다. 또한, 본 발명에서는 안테나 장치와 저잡음 증폭부(710) 사이에 저역통과 필터부(700)를 위치시켜줌으로써, FM 라디오 주파수 대역을 제외한 타 주파수 대역을 필터링하는 동시에 안테나 장치와 저잡음 증폭부(710) 사이에서 안테나 정합을 수행할 수 있도록 해주었다.

한편, 본 발명에 따른 안테나 장치는 소정의 저주파 대역을 수신하기 때문에 저역통과 필터부(700)를 저잡음 증폭부(710)의 전단에 위치시키더라도 다수 개의 캐패시터와 인덕터로 인한 손실에 크게 영향을 받지 않게 되고, 안테나 특성에 큰 지장을 주지 않을 수 있게 된다.

도 32 내지 도 34는 본 발명에 따른 저주파 대역용 안테나 모듈의 안테나 특성을 설명하기 위한 도표이다. 도 32는 본 발명에 따른 저주파 대역용 안테나 모듈에서 저역통과 필터부(700)가 구비되지 않았을 경우에 주파수별 동작 특성을 나타내는 도표이고, 도 33은 저역통과 필터부(700)가 저잡음 증폭부(710)의 후단에 위치하였을 때의 주파수별 동작 특성을 나타내는 도면이고, 도 34는 저역통과 필터부(700)가 저잡음 증폭부(710) 전단에 위치하였을 때의 주파수별 동작 특성을 나타내는 도표이다.

도 32를 참조하여 주파수별 동작 특성을 살펴보면, 저역통과 필터부(700)가 적용되지 않은 안테나 모듈의 경우, 저잡음 증폭부(710)의 특성으로 인하여 FM 라디오 주파수 대역(87.5 ~ 108MHz)은 물론, 타 주파수 대역에서까지 삽입손실(S(2,1))이 증가하여 있는 것을 확인할 수 있다. 100MHz에서 삽입손실은 28.519dB이고, 200MHz에서 삽입손실은 28.193dB이고, 400MHz에서 삽입손실은 27.431dB 인 것을 확인할 수가 있다. 즉, 저역통과 필터부(700)가 적용되지 않은 안테나의 경우, FM 라디오 주파수 대역 이외에 타 주파수 대역의 잡음까지 증폭될 수 있고, 이로 인해 타 주파수 대역의 잡음 및 주파수 간섭으로 인해 안테나의 수신 감도가 악화될 수 있으며, 안테나의 이득은 물론 대역폭에도 영향을 끼칠 수 있다.

도 33 및 도 34를 참조하여 저역통과 필터부(700)의 위치에 따른 주파수별 동작 특성을 살펴보면, 저역통과 필터부(700) 위치에 따라, 즉, 저역통과 필터부(700)가 저잡음 증폭부(710)의 전단에 위치하느냐 후단에 위치하느냐에 따라 반사손실(S(1,1))에서 뚜렷한 차이점을 나타낸다. 저역통과 필터부(700)가 저잡음 증폭부(710) 전단에 위치하였을 경우, 150MHz 이상에서 반사손실이 0dB를 나타낸다. 즉, 저역통과 필터부(700)가 저잡음 증폭부(710) 전단에 위치하였을 경우가 FM 라디오를 수신할 수 있는 주파수를 포함하는 저주파 대역(대략 0~150MHz)의 신호가 더 잘 통과되고 있음을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 따르면 수신하고자하는 주파수 대역을 제외한 타 주파수 대역의 잡음 및 간섭을 차단하여 높은 레벨의 신호 강도로 FM 라디오를 수신하게 해줌으로써, 안테나의 방사 이득 및 주파수 대역폭이 개선된 저주파 대역용 안테나 모듈을 제공받을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 저주파 대역용 내장형 안테나 장치는 휴대용 단말기에만 국한되어 적용될 수 있는 것은 아니며, 소형 음향기기 및 저주파를 수신하기 위한 장치 등에도 적용될 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.