KR20170133543A

KR20170133543A - 휴대 단말기

Info

Publication number: KR20170133543A
Application number: KR1020160063848A
Authority: KR
Inventors: 장정욱; 안중모; 박정일; 박종진; 신현석
Original assignee: 주식회사 아이엠텍
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-12-06
Also published as: CN107437658A

Abstract

본 발명은 메탈플레이트(10)에 급전포인트(P)를 두어 급전하면서 원거리 무선통신을 구현하는 고주파안테나(A)와, 메탈플레이트(10) 및 루프코일(X2)의 조합으로 근거리 무선통신을 구현하는 저주파안테나(RX)를 포함하고, 메탈플레이트(10)는 루프코일(X2)에 겹쳐지는 슬릿(S)을 통해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획되고, 고주파수에서 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 공진 커패시터(Cr) 및 저주파수에서 단락으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한 휴대 단말기에 관한 것이다.

Description

휴대 단말기{PORTABLE ELECTRONIC APPLIANCE}

본 발명은 저주파안테나의 루프코일을 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회시켜 원거리 무선통신 및 근거리 무선통신의 품질을 크게 향상시킬 수 있는 휴대 단말기에 관한 것이다.

일반적으로 휴대단말기는 스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북, PDA 등이 있고, 이러한 휴대단말기는 배터리의 전원으로 동작된다.

휴대단말기의 선행기술문헌으로서 공개특허 제2013-0113222호(안테나 및 이를 구비한 이동 단말기)를 소개할 수 있다.

도 1은 선행기술문헌과 관련된 이동 단말기의 블록 구성도(block diagram)이다.

이동 단말기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 무선 통신부(110), A/V(Audio/Video) 입력부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 인터페이스부(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다.

무선 통신부(110)는 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114) 및 위치정보 모듈(115) 등을 포함할 수 있고, A/V(Audio/Video) 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로 카메라(121)와 마이크(122) 등이 포함될 수 있으며, 사용자 입력부(130)는 이동 단말기(100)의 전후면 또는 측면에 위치하는 버튼(136), 터치 센서(정압/정전)(137)로 구성될 수 있다.

센싱부(140)는 이동 단말기(100)의 개폐 상태, 이동 단말기(100)의 위치, 사용자 접촉 유무, 이동 단말기의 방위, 이동 단말기의 가속/감속 등과 같이 이동 단말기(100)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시키고, 근접 센서(141)를 포함할 수 있으며, 출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152), 알람부(153) 및 햅틱 모듈(154) 등이 포함될 수 있다.

메모리부(160)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 전화번호부, 메시지, 오디오, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.

인터페이스부(170)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(170)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(170)에 포함될 수 있다.

제어부(180)는 통상적으로 이동 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다. 제어부(180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈(181)을 구비할 수도 있다.

전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

전원 공급부(190)는 예를 들어 배터리, 연결포트, 전원공급제어부 및 충전모니터링부를 포함할 수 있다.

도 2는 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면 사시도이다.

도 2를 참조하면, 단말기 바디의 후면 즉, 리어 케이스(102)에는 카메라(121')가 장착될 수 있다. 카메라(121')에 인접하게는 플래쉬(123)와 거울(124)이 배치될 수 있다. 플래쉬(123)는 카메라(121')로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향해 빛을 비추게 된다.

도 3은 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면커버(103)를 분리하여 리어 케이스의 표면을 도시한 배면도이고, 도 4는 선행기술문헌에 따른 안테나(200)가 이동 단말기(100)의 후면커버(103)에 부착된 것을 도시한 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 프론트 케이스(101), 리어 케이스(102), 후면커버(또는 배터리 커버)(103), 카메라(121'), 인터페이스(170), 마이크(122), 음향출력부(152'), 배터리(191), 배터리 장착부(104), USIM카드 장착부(105), 메모리카드 장착부(106)가 도시되어 있다.

리어 케이스(102) 표면에는 배터리 장착부(104), USIM카드 장착부(105) 및 메모리카드 장착부(106)와 같은 외장부품이 실장될 수 있는 공간을 구비할 수 있다. 일반적으로 리어 케이스(102)의 표면에 실장되는 외장부품은 이동 단말기(100)의 기능이 다양화되고 다양해진 소비자의 요구를 충족시키기 위해 이동 단말기(100)의 기능을 확장할 수 있도록 하기 위함이다.

안테나(200)는 이동 단말기(100)의 기능이 다양화되면서 외부 장치 및 서버와 무선 통신을 할 필요성이 높아졌다. 예를 들면, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 방송정보를 수신하기 위한 안테나(200)나, Wibro, HSDPA, GSM, CDMA, WCDMA, LTE 등 무선인터넷을 위한 안테나(200), 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 근거리 무선통신을 위한 안테나(200) 등이 필요하다.

이러한 안테나(200)는 전파의 수신을 위해 넓은 면적에 형성하는 것이 바람직하고 다른 전자부품들의 영향을 받지 않기 위해 이동 단말기(100)의 표면 쪽에 위치함이 바람직하다. 따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 일반적으로 전자부품이 실장 되지 않아 넓은 면적을 확보할 수 있는 후면커버(103)에 안테나(200)를 배치한다.

선행기술문헌의 안테나(200)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 연성기판(210), 2가지 종류의 패턴, 자성시트(230)를 주요구성으로 한다.

패턴은 크게 2가지 종류로 고주파용 패턴(220)과 저주파용 패턴(225)으로 구분된다. 즉, 서로 다른 주파수 대역을 이용하는 것을 특징으로 하며, 고주파용 패턴(220)은 무선통신에 적합하고, 저주파용 패턴(225)은 주로 근거리 무선통신 또는 배터리의 무선충전에 적합하다.

무선통신은 이동 단말기(100)의 기능이 다양화되면서, 전화통화를 위한 전파의 전송 이외에 NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification) 등의 기능을 위해서도 안테나가 필요하다.

선행기술문헌의 무선 통신용 안테나(200)가 이용되는 통신 방식의 예로 근거리 무선통신(NFC: Near Field Communication)을 들 수 있다. 근거리 무선통신은 전자태그(RFID)의 일종으로 약 13.56㎒ 주파수 대역을 이용하는 비접촉식 무선통신 모듈이다.

10㎝의 가까운 거리에서 단말기(100) 간의 데이터를 전송하는 기술로서, 통신거리가 짧기 때문에 상대적으로 보안이 우수하고 가격이 저렴해 주목받는 차세대 근거리 통신기술이다. 데이터 읽기와 쓰기를 모두 이용할 수 있으며, 블루투스처럼 기기간에 설정이 필요 없어 최근 이동 단말기(100)에 근거리 무선통신 기능을 부가하고 있다.

무선충전을 위해서는 충전장치에 적치되는 이동 단말기(100)의 위치에 관계없이 충전이 잘 이루어지도록 이동 단말기(100)에 넓게 무선 충전용 코일(225)이 배치되는 것이 필요하다.

또한, 근거리 무선통신의 경우도 통신을 위해 근거리 무선송신기에 근접시키기 때문에 안테나(225)의 위치에 따라 통신이 원활하게 이루어지지 않을 수 있기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이 넓은 면적에 균일하게 고주파용 패턴(220)이 배치된다.

즉, 무선충전이나 근거리 무선통신 모두 가까운 거리에서 이루어지는 것이므로, 원거리 통신을 위한 안테나에 비해 넓은 면적에 고르게 분포하여야 하며, 상술한 바와 같이 후면커버(103)에 배치된다.

무선 충전용 코일(225)과 무선 통신용 안테나(225)가 같은 위치에 배치되면 서로 간섭이 일어날 수 있으므로, 외측의 제1 영역과 내측의 제2 영역으로 나누어 각각 배치할 수 있다.

도면상에는 제1 영역에 고주파용 패턴(220)이 제2 영역에 저주파용 패턴(225)이 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 서로 위치가 바뀔 수도 있다. 상기 패턴들은 넓은 면적을 커버하기 위해 소용돌이 모양으로 형성된다.

그런데, 선행기술문헌과 관련된 이동 단말기는 후면커버(103)가 메탈로 이루어질 경우 방사체로서 작용될 수 있는데, 이러할 경우 고주파 및 저주파 상호간의 간섭이 일어나 무선통신 품질을 현저히 떨어드리는 문제점을 안고 있다.

대한민국 공개특허 10-2013-0113222

본 발명의 목적은 고주파안테나의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 휴대 단말기를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 저주파안테나의 루프코일로 하여금 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회되도록 하여 원거리 무선통신 및 근거리 무선통신의 품질을 크게 향상시킬 수 있는 휴대 단말기를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 저주파안테나의 루프코일을 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 공진 커패시터를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 휴대 단말기를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 저주파안테나의 루프코일을 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 인덕터를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 휴대 단말기를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 저주파안테나의 루프코일을 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 공진 커패시터 및 공진 인덕터로 된 공진회로부를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 휴대 단말기를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 공진 커패시터에 이어 공진 인덕터의 삽입으로 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나의 신호전력에 대한 전류 경로를 차단함으로써 고주파안테나의 충분한 길이 값을 갖도록 하고, 더불어 분산되거나 폐루프로 소멸되는 전류 경로를 차단하여 원거리 무선통신에 대한 고주파안테나 성능의 변화를 없앨 수 있으며, 이와는 반대로 수십 ㎒이하의 저주파수를 사용하는 근거리 무선통신을 위한 NFC, RFID, MST, WPT와 같은 자계 수신 회로를 갖는 저주파안테나의 신호전력 전달 성능을 대폭 개선하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 휴대 단말기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

메탈플레이트에 급전포인트를 두어 급전하면서 원거리 무선통신을 구현하는 고주파안테나와, 상기 메탈플레이트 및 루프코일의 조합으로 근거리 무선통신을 구현하는 저주파안테나를 포함하는 휴대 단말기에 있어서,

상기 메탈플레이트는 상기 루프코일에 겹쳐지는 슬릿을 통해 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 구획되고,

상기 저주파안테나의 루프코일은 상기 어퍼플레이트로부터 상기 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회되는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

본 발명은 고주파안테나의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 공진회로부를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 고주파수에서 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 공진 커패시터 및 저주파수에서 단락으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 공진 인덕터로 된 공진회로부를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 공진 커패시터에 이어 공진 인덕터의 삽입으로 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나의 신호전력에 대한 전류 경로를 차단하여 고주파안테나의 충분한 길이 값을 갖도록 하고, 더불어 분산되거나 폐루프로 소멸되는 전류 경로를 차단하여 원거리 무선통신에 대한 고주파안테나의 성능변화를 없앨 수 있으며, 이와는 반대로 수십 ㎒이하의 저주파수를 사용하는 근거리 무선통신을 위한 NFC, RFID, MST, WPT와 같은 자계 수신 회로를 갖는 저주파안테나의 신호전력 전달 성능을 대폭 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 저주파안테나의 루프코일로 하여금 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회되도록 하여 원거리 무선통신 및 근거리 무선통신의 품질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 저주파안테나의 루프코일을 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회시켜 공진 커패시터를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 저주파안테나의 루프코일을 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 인덕터를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 저주파안테나의 루프코일을 어퍼플레이트로부터 언더플레이트에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 공진 커패시터 및 공진 인덕터로 된 공진회로부를 슬릿의 일측에 부여함과 동시에 연결수단을 슬릿의 타측에 부여하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 공진 커패시터에 이어 공진 인덕터의 삽입으로 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나의 신호전력에 대한 전류 경로를 차단함으로써 고주파안테나의 충분한 길이 값을 갖도록 하고, 더불어 분산되거나 폐루프로 소멸되는 전류 경로를 차단하여 원거리 무선통신에 대한 고주파안테나 성능의 변화를 없앨 수 있으며, 이와는 반대로 수십 ㎒이하의 저주파수를 사용하는 근거리 무선통신을 위한 NFC, RFID, MST, WPT와 같은 자계 수신 회로를 갖는 저주파안테나의 신호전력 전달 성능을 대폭 개선하여 어퍼플레이트 및 언더플레이트로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 메탈플레이트의 슬릿에 저주파안테나를 배치하면서 공진 커패시터 및 공진 인덕터로 된 공진회로부를 장착한 경우 고주파수의 대역에 따라 약 -5.65dB에서부터 -9.72dB의 수동 이득이 나타나 원거리 무선통신의 품질을 양호하게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 메인회로기판으로부터 급전포인트에 급전하여 고주파안테나를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우의 저주파안테나인 NFC의 Tag 인식거리 30㎜를 기본으로 할 때 공진 커패시터 및 공진 인덕터로 된 공진회로부를 메탈플레이트의 슬릿에 장착한 경우 26∼43㎜로서 저주파 무선통신을 충분히 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 선행기술문헌과 관련된 이동 단말기의 블록 구성도.
도 2는 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면 사시도.
도 3은 선행기술문헌에 따른 이동 단말기의 후면커버를 분리하여 리어 케이스의 표면을 도시한 배면도.
도 4는 선행기술문헌에 따른 안테나가 이동 단말기의 후면커버에 부착된 것을 도시한 분해 사시도.
도 5a는 본 발명에 따른 휴대 단말기를 설명하기 위한 측면 개념도.
도 5b는 본 발명에 따른 휴대 단말기를 설명하기 위한 근거리 송신안테나 및 저주파안테나를 나타내는 원리도.
도 6a는 본 발명을 설명하기 위한 제1예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 측면도.
도 6b는 본 발명을 설명하기 위한 제1예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 메탈플레이트의 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도.
도 7a는 본 발명을 설명하기 위한 제2예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 측면도.
도 7b는 본 발명을 설명하기 위한 제2예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 메탈플레이트의 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도.
도 8a는 본 발명을 설명하기 위한 제3예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 측면도.
도 8b는 본 발명을 설명하기 위한 제3예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 메탈플레이트의 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도.
도 9a는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나를 나타내는 평면도 및 실험 사진.
도 9b는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도.
도 9c는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 평면도.
도 9d는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도.
도 9e는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 평면도.
도 9f는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기의 저주파안테나와 근거리 무선송신기의 근거리 송신안테나 상호간의 송수신율을 나타내는 그래프.
도 10a는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나를 나타내는 평면도.
도 10b는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도.
도 10c는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도.
도 10d는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기의 저주파안테나와 근거리 무선송신기의 근거리 송신안테나 상호간의 송수신율을 나타내는 그래프.
도 11a는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나를 나타내는 평면도 및 실험 사진.
도 11b는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도.
도 11c는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 평면도.
도 11d는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도.
도 11e는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기에 적용된 메탈플레이트를 사이에 두고 근거리 송신안테나 및 저주파안테나의 동작을 설명하기 위한 평면도.
도 11f는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기의 저주파안테나와 근거리 무선송신기의 근거리 송신안테나 상호간의 송수신율을 나타내는 그래프.
도 12a는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나를 나타내는 평면도.
도 12b는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도.
도 12c는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 휴대 단말기와 근거리 송신안테나 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도.
도 12d는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 근거리 무선송신기의 근거리 송신안테나(TX)와 휴대 단말기의 저주파안테나 상호간의 Return Loss를 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명을 설명하기 위한 제8예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트를 나타내는 평면도.
도 14a 및 도 14b는 본 발명을 설명하기 위한 제9예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터를 포함한 메탈플레이트를 나타내는 평면도.
도 15a 및 도 15b는 본 발명을 설명하기 위한 제10예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 인덕터를 포함한 메탈플레이트를 나타내는 평면도.
도 16a 및 도 16b는 본 발명을 설명하기 위한 제11예에 따른 휴대 단말기의 고주파안테나 및 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터 및 공진 인덕터로 된 공진회로부를 포함한 메탈플레이트를 나타내는 평면도.
도 17은 본 발명을 설명하기 위한 제12예에 따른 휴대 단말기의 저주파안테나를 나타내는 평면도.
도 18a는 본 발명을 설명하기 위한 제13예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나 및 근거리 무선통신을 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트를 나타내는 평면도 및 단면도(적색 점선을 기준으로 한 단면도).
도 18b는 본 발명을 설명하기 위한 제13예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나 및 근거리 무선통신을 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트를 나타내는 평면도 및 단면도(적색 점선을 기준으로 한 단면도).
도 19는 본 발명을 설명하기 위한 제14예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터를 포함한 메탈플레이트를 나타내는 평면도.
도 20a 및 도 20b는 본 발명을 설명하기 위한 제15예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트를 나타내는 평면도.
도 21a 및 도 21b는 본 발명을 설명하기 위한 제16예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터를 포함한 메탈플레이트를 나타내는 평면도.
도 22a 및 도 22b는 본 발명을 설명하기 위한 제17예에 따른 휴대 단말기의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 인덕터를 포함한 메탈플레이트를 나타내는 평면도이다.
도 23a 및 도 23b는 본 발명을 설명하기 위한 제18예에 따른 휴대 단말기의 고주파안테나 및 저주파안테나의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터 및 공진 인덕터로 된 공진회로부를 포함한 메탈플레이트를 나타내는 평면도.

본 발명에 따른 휴대 단말기의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.

도 5a는 본 발명에 따른 휴대 단말기(200)를 설명하기 위한 측면 개념도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 휴대 단말기(200)를 설명하기 위한 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)를 나타내는 원리도이다.

스마트 폰, 테블릿 PC 등과 같은 휴대 단말기(200)는 근거리 무선통신을 통해 무선 태그 및 소액 결재를 하거나 배터리(20) 충전을 할 수 있도록 설계된다.

즉, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)에 연동되는 저주파안테나(RX) 및 배터리(20)를 휴대 단말기(200) 속에 내장하여 전자기 유도방식으로 근거리 송신안테나(TX)에서 자기장을 발생시키고 저주파안테나(RX)에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 내는 자기유도로서 무선 태그 및 소액 결재 등을 하거나 배터리(20)의 무선 충전을 가능케 할 수 있도록 설계되는 것이다.

도 6a는 본 발명을 설명하기 위한 제1예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 측면도이고[설명상의 편의를 위하여 메탈플레이트(10)를 경계로 근거리 송신안테나(TX)를 위에 배치하고 저주파안테나(RX)를 아래에 배치함], 도 6b는 본 발명을 설명하기 위한 제1예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 메탈플레이트(10)의 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 무선송신기(100)에 전원을 공급하여 근거리 송신안테나(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하지만, 이 자기장은 메탈플레이트(10)를 투과하지 못하기 때문에 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)가 유도전류를 만들지 못하여 결국 근거리 무선통신을 실현할 수 없게 된다.

도 6b의 메탈플레이트(10)의 표면에 표시된 점선화살표는 근거리 송신안테나(TX)에 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해 유도된 메탈플레이트(10)의 표면 전류밀도를 나타내는 것인데, 근거리 송신안테나(TX)의 전류방향과 반대되는 전류(Eddy Current)가 발생될 경우 자계를 약화시켜 결국 메탈플레이트(10)의 이면에 나타난 바와 같이 저주파안테나(RX)로의 유도전류를 전혀 만들지 못하여 결국 근거리 무선통신을 실현할 수 없게 되는 것이다.

도 7a는 본 발명을 설명하기 위한 제2예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 측면도이고[설명상의 편의를 위하여 메탈플레이트(10)를 경계로 근거리 송신안테나(TX)를 위에 배치하고 저주파안테나(RX)를 아래에 배치함], 도 7b는 본 발명을 설명하기 위한 제2예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 메탈플레이트(10)의 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도이다.

도 7a에 도시된 바와 같이 유도홀(11)을 지닌 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 무선송신기(100)에 전원을 공급하여 근거리 송신안테나(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하는데, 이 자기장은 메탈플레이트(10)를 투과하지 못하는 대신 유도홀(11)을 통해 극히 일부가 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)를 링크(Link)시켜 유도전류를 형성케 함으로써 미약하게나마 근거리 무선통신 즉, 자기유도로서 무선 태그, 소액 결재 또는 배터리(20)의 충전을 불안전하게 할 수 있게 된다.

도 7b의 메탈플레이트(10)의 표면에 표시된 점선화살표는 근거리 송신안테나(TX)에 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해 유도된 메탈플레이트(10)의 표면 전류밀도를 나타내는 것인데, 근거리 송신안테나(TX)의 전류방향과 반대되는 전류를 발생시키면서 자계를 약화시키는 대신 유도홀(11)을 통한 극히 일부의 자기장만이 메탈플레이트(10)의 이면에 나타난 바와 같이 유도되어 저주파안테나(RX)로의 유도전류를 미량(5％ 내외)으로 링크시켜 결국 무선 태그, 소액 결재 또는 배터리(20)의 충전을 원활하게 실현치 못하는 한계를 확인할 수 있다.

도 8a는 본 발명을 설명하기 위한 제3예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 측면도이고[설명상의 편의를 위하여 메탈플레이트(10)를 경계로 근거리 송신안테나(TX)를 위에 배치하고 저주파안테나(RX)를 아래에 배치함], 도 8b는 본 발명을 설명하기 위한 제3예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 메탈플레이트(10)의 평면 및 이면을 함께 나타내는 개념도이다.

도 8a에 도시된 바와 같이 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 지닌 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 무선송신기(100)에 전원을 공급하여 근거리 송신안테나(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하는데, 이 자기장은 메탈플레이트(10)를 투과하지 못하는 대신 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 전방위로 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)를 링크시켜 유도전류를 형성케 함으로써 근거리 무선통신 즉, 자기유도로서 무선 태그, 소액 결재 또는 배터리(20)의 충전을 가능할 수 있게 된다.

도 8b의 화살표 1(a1)은 메탈플레이트(10)의 표면에 표시된 것으로 근거리 송신안테나(TX)에 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해 유도되어 메탈플레이트(10)의 표면 전류밀도 및 전류방향[근거리 송신안테나(TX)를 바라보는 메탈플레이트(10) 표면에 흐르는 전류방향]을 나타내고, 화살표 2(a2)는 근거리 송신안테나(TX)에 마주보는 메탈플레이트(10)의 표면에 유도된 전류가 오픈홀(12)을 통해 저주파안테나(RX)가 마주보는 메탈플레이트(10)의 이면으로 흐르는 전류방향을 나타내고, 화살표 3(a3)은 오픈홀(12)을 경유하여 넘어오는 전류가 저주파안테나(RX)가 바라보는 메탈플레이트(10)의 이면에 흐르는 전류방향을 나타내고, 인입점 I(I)는 근거리 송신안테나(TX)에 흐르는 전류가 저주파안테나(RX)가 마주보는 메탈플레이트(10)의 이면으로 들어가는 전류를 나타내고, 인출점 O(O)는 메탈플레이트(10)의 저주파안테나(RX)에 흐르는 전류가 근거리 송신안테나(TX)가 마주보는 메탈플레이트(10)(10)의 표면으로 나오는 전류를 나타내는데, 총체적으로 보면 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장이 발생하고, 이 자기장은 유도홀(11) 및 오픈홀(12)을 통해 전방위로 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)를 링크시켜 강한 유도전류를 형성케 함으로써 근거리 무선통신, 즉 무선 태그, 소액 결재 또는 배터리(20)의 무선충전을 보장할 수 있게 되는 것이다.

도 9a는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX)를 나타내는 평면도 및 실험 사진이고, 도 9b는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도이고, 도 9c는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 평면도이고, 도 9d는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도이고, 도 9e는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 평면도이며[설명상의 편의를 위하여 슬릿(S)을 경계로 메탈플레이트(10)의 크기를 줄여 도시함], 도 9f는 본 발명을 설명하기 위한 제4예에 따른 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)와 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 송수신율을 나타내는 그래프이다.

도 10a는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX)를 나타내는 평면도이고, 도 10b는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도이고, 도 10c는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도이고, 도 10d는 본 발명을 설명하기 위한 제5예에 따른 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)와 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 송수신율을 나타내는 그래프이다.

본 발명을 설명하기 위한 제4예 및 제5예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 5a 및 도 9a 내지 도 9e 그리고 도 10a 내지 도10c에 도시된 바와 같이 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)에 연동되는 저주파안테나(RX) 및 예를 들어 배터리(20)를 커버링하여 보호하는 메탈플레이트(10)를 구비하고, 메탈플레이트(10)는 저주파안테나(RX)에 걸쳐지는 슬릿(Slit; S)을 구비하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획되는 구조로 이루어진다.

이와 같이 제4예 및 제5예에 따른 휴대 단말기(200)는 메탈플레이트(10)의 슬릿(S) 사이에 흐르는 반대 방향의 전류에 의해서 도 9b 내지 도 9e 그리고 도 10b 내지 도 10c에 도시된 바와 같이 슬릿(S)이 있는 국소 부위만 강한 전자기장이 발생하여 슬릿(S) 주변만 방사체로서 역할을 하여 근거리 송신안테나(TX)로부터 저주파안테나(RX)로의 자계전달 효율이 크게 떨어뜨릴 수밖에 없는 한계를 안고 있다.

근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)와 NFC로 동작되는 저주파안테나(RX)가 예를 들어 30㎜ 떨어진 거리에서 송수신율을 측정한 결과 도 9f 및 도 10d에 도시된 바와 같이 S21에 -45dB로 에너지 송수신율이 무선통신 가능 송수신율인 -29.5dB에 비해 약 15dB(1/64배)까지 감소하여 근거리 무선통신을 구현할 수 없게 되는 것이다.

도 11a는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX)를 나타내는 평면도 및 실험 사진이고, 도 11b는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도이고, 도 11c는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 평면도이고, 도 11d는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도이고, 도 11e는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기(200)에 적용된 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 송신안테나(TX) 및 저주파안테나(RX)의 동작을 설명하기 위한 평면도이며[설명상의 편의를 위하여 슬릿(S)을 경계로 메탈플레이트(10)의 크기를 줄여 도시함], 도 11f는 본 발명을 설명하기 위한 제6예에 따른 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)와 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 송수신율을 나타내는 그래프이다.

도 12a는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX)를 나타내는 평면도이고, 도 12b는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 부분 확대 평면도이고, 도 12c는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 휴대 단말기(200)와 근거리 송신안테나(TX) 상호간의 자계형성을 시뮬레이션화시킨 측면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제6예 및 제7예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 5a 및 도 11a 내지 도 11e 그리고 도 12a 내지 도12c에 도시된 바와 같이 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)에 연동되는 저주파안테나(RX) 및 배터리(20)를 커버링하여 보호하는 메탈플레이트(10)를 구비하고, 메탈플레이트(10)는 저주파안테나(RX)에 걸쳐지는 슬릿(Slit; S)을 구비하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획되며, 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)는 슬릿(S)의 일측에 설치된 공진 커패시터(C)에 의해 접속됨과 동시에 슬릿(S)의 타측에 설치된 연결수단(13)에 의해 접속되면서 폐회로를 구성하여 메탈플레이트(10)로 하여금 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)에 연동되면서 방사체로서 동작토록 하여 근거리 무선통신을 가능케 한다.

이때, 연결수단(13)은 접속인덕터(13a), 접속패치(13b) 또는 접속커패시터(13c)일 수 있으며, 이러한 접속인덕터(13a), 접속패치(13b) 또는 접속커패시터(13c)는 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b) 상호간을 접속시켜 폐회로를 구성하기 위함이다.

접속패치(13b)는 메탈플레이트(10)에 슬릿(S)을 부여할 때 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b) 상호간을 직접 연결할 수 있도록 하는 가공으로 형성시킬 수 있으며, 이러할 경우 저항값이 특히 낮아 바람직하고, 접속인덕터(13a) 역시 저항값이 낮으므로 본 발명에 적용할 수 있고, 나아가 접속커패시터(13c)는 용량이 큰 것을 활용하여 저항값을 낮출 수 있도록 설계함으로써 본 발명에 적용할 수 있게 된다.

이와 같은 슬릿(S)에 의해 메탈플레이트(10)가 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획됨과 동시에 공진 커패시터(C) 및 연결수단(13)인 접속인덕터(13a), 접속패치(13b) 또는 접속커패시터(13c)에 의해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)가 폐회로를 구성함으로써 메탈플레이트(10)의 슬릿(S) 사이에 흐르는 반대 방향의 전류에 의해서 도 11b 내지 도 11e 그리고 도 12b 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 슬릿(S) 전체에 걸쳐 표면전류의 세기의 변화없이 메탈플레이트(10) 전체에 큰 전류가 흐르면서 강한 자기장을 발생시켜 슬릿(S) 주변뿐만 아니라 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획된 메탈플레이트(10) 전체가 방사체로 역할을 하여 근거리 송신안테나(TX)로부터 저주파안테나(RX)로의 자계전달 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

즉, 슬릿(S)에 의해 메탈플레이트(10)가 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획됨과 동시에 공진 커패시터(C) 및 연결수단(13)에 의해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)가 폐회로를 구성한 상태에서 메탈플레이트(10)를 사이에 두고 근거리 무선송신기(100)에 전원을 공급하여 근거리 송신안테나(TX)에 전류를 흐르게 하면 자기장을 발생하는데, 이 자기장은 메탈플레이트(10)를 투과하지 못하는 대신 슬릿(S)을 통해 전방위로 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)를 링크시켜 유도전류를 형성케 할 수 있고, 특히 공진 커패시터(C)로서 주파주 공진을 가능케 함으로써 근거리 무선통신 즉, 자기유도로서 무선 태그, 소액 결재 또는 배터리(20)의 충전 등을 가능케 할 수 있는 것이다.

도 12d는 본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따른 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)와 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX) 상호간의 Return Loss를 나타내는 그래프로서 S11 및 S22 그래프를 보면 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)와 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX) 사이에 Return Loss가 발생하여 공진 커패시터(C)로 연결한 슬릿(S)이 중계안테나로서 동작하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 저주파안테나(RX)는 도 11a 및 도 12a에 도시된 바와 같이 메탈플레이트(10)의 어느 한쪽으로 편심되게 배치되어 배터리(20)의 위치와 중첩되지 않도록 하여 휴대 단말기(200)의 슬림화를 보장케 한다.

본 발명을 설명하기 위한 제7예에 따라 메탈플레이트(10)는 도 12a에 도시된 바와 같이 슬릿(S)에 연통되는 개구홀(S1)을 더 구비하여 미 도시된 카메라 모듈이 장착될 수 있도록 할 수 있음은 물론이다.

한편, 저주파안테나(RX)는 근거리 송신안테나(TX)에 연동되어 배터리(20)를 무선 충전시킬 수도 있고, 저주파안테나(RX)는 NFC, RFID, MST로 동작될 수 있음은 물론이다.

휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)는 원거리(Far Field)에서는 방사선 통신(Radio Communication)을 하고 근거리에서는 Inductor 결합 시스템(Inductor Coupling System)으로 역할을 한다.

예를 들어, 저주파안테나(RX)가 근거리 송신안테나(TX)에 연동되어 배터리(20)를 무선 충전시키고자 할 경우 저주파안테나(RX)는 전자기 유도원리, 즉 유도자계 원리에 따라 근거리 무선송신기(100)의 근거리 송신안테나(TX)에 전류를 흘려 자기장을 형성하고 그 위에 휴대 단말기(200)를 놓아 100∼200㎑ 주파수 대역 또는 6MHz 주파수 대역에서 배터리(20)를 충전케 할 수 있다.

나아가, 저주파안테나(RX)가 NFC로 동작될 경우 주파수는 13.56㎒이며 Inductor로서 작용을 하며 근거리 송신안테나(TX)와 커플링(Coupling)된다.

즉, 한 Inductor로부터 또 다른 Inductor 주변을 통과하면, 두 번째 Inductor 안에 유도전류(Induced current)가 생성되고, 이러한 비접촉식 에너지 전달을 이용하는 것이 NFC의 원리인 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 휴대 단말기(200)에 내장된 저주파안테나(RX)는 근거리 무선통신으로서 배터리(20)의 충전을 가능케 하거나 RFID, MST 또는 NFC 태그 등을 구현케 할 수 있도록 하는 것이다.

도 13은 본 발명을 설명하기 위한 제8예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제8예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 13에 도시된 바와 같이 슬릿(S)을 통해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획된 메탈플레이트(10)를 포함하고, 나아가 메탈플레이트(10), 예를 들면 어퍼플레이트(10a)에 급전포인트(Antenna Feeding Point; P)를 두어 급전하면서 원거리 무선통신을 구현하는 고주파안테나(A)를 포함할 수 있는데, 이 고주파안테나(A)는 휴대 단말기(200) 내의 미 도시된 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)로 급전하여 메탈플레이트(10)에 흐르는 신호전력에 대한 전류경로의 길이를 설계하여 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 실현할 수 있도록 한다.

이때, 고주파안테나(A)의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 결정하는 메탈플레이트(10)에 흐르는 신호전력의 전류는 여러 경로로 분산되지 않도록 하거나 폐루프를 형성하여 상쇄되지 않도록 할수록 원거리 무선통신의 송수신 이득을 높일 수 있게 된다.

그리고, 메탈플레이트(10)를 사용하는 휴대 단말기(200)는 PIFA(Planar Inverted-F Antenna) 또는 다이폴 안테나(Dipole Antenna)에 관계없이 급전포인트(P)에 미 도시된 C-clip 또는 도전성 패드를 통해 급전할 수 있도록 설계되며, 이러한 급전포인트(P)는 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같이 다수의 원거리 무선통신의 수에 맞게 여러 개로 설계될 수 있음은 물론이다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명을 설명하기 위한 제9예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A) 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터(Cr)를 포함한 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

일반적으로 커패시터는 고주파수에서 단락(Short)으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방(Open)으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 특성이 있다.

본 발명을 설명하기 위한 제9예에 따라 휴대 단말기(200)에 적용되어 원거리 무선통신을 수행하기 위한 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 고주파안테나(A)의 주파수는 수백 ㎒이상을 사용하고 있어 공진 커패시터(Cr)는 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키게 된다.

이때, 슬릿(S)에 의해 구획된 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 된 메탈플레이트(10)는 자체의 1턴(Turn)의 루프로 형성된 인덕턴스 L1을 가지고, 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스를 Cr이라 할 때, 도 14a 및 도 14b와 같은 메탈플레이트(10)의 공진주파수는

와 같이 된다.

그런데, 도 14a 및 도 14b와 같이 메탈플레이트(10)를 갖는 휴대 단말기(200)에 있어 저주파안테나(RX)가 슬릿(S)에 겹쳐있고 근거리 무선통신을 위한 공진 커패시터(Cr)를 가질 경우 공진 커패시터(Cr)가 고주파수에서 단락으로 작용되어 고주파안테나(A)의 신호전력의 전류 경로를 바꿔 원거리 무선통신을 위한 고주파수를 변경시킬 뿐만 아니라 공진 커패시터(Cr)에 의해 원거리 무선통신을 위한 고주파수에서 단락으로 작용되어 슬릿(S)이 오히려 메탈플레이트(10)를 분절케 하여 고주파안테나(A)의 길이 역할을 해야 하는 어퍼플레이트(10a)를 방사체(Radiator)로서 작용할 수 없도록 하는 현상을 초래하곤 한다.

이러한 문제로 인하여 자계를 이용하는 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)는 매우 높은 성능을 보이나 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)는 정상적인 기능을 구현치 못하는 문제를 발생하곤 하는 것이다.

도 15a 및 도 15b는 본 발명을 설명하기 위한 제10예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A) 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 인덕터(L)를 포함한 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

일반적으로 인덕터(L)는 저주파수에서 단락(Short)으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방(Open)으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 특성이 있다.

도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 도 14a 및 도 14b의 공진 커패시터(Cr) 대신 인덕터(L)를 사용하면 600㎒이상의 고주파수를 갖는 원거리 무선통신의 신호전력에 대한 전류는 인덕터(L)를 잘 통과하지 못하여 전류 경로 및 전류 세기가 변하지 않게 되어 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)의 성능에 거의 영향을 주지 않게 된다.

그러나, 이러한 인덕터(L)를 슬릿(S)에 연결할 경우 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)의 정상적인 성능을 구현케 할 수 있을 지라도 수 ㎑∼수십 ㎒를 사용하는 근거리 무선통신에 해당되는 NFC, MST, RFID, WPT와 같은 자계를 활용하는 저주파안테나(RX)는 메탈플레이트(10)의 루프코일(X2)에 따른 동작을 정상적으로 수행치 못하게 할 뿐만 아니라 단순히 링 형태인 폐루프로 보이게 되어 근거리 무선통신에 대한 송수신 이득을 얻지 못하는 현상을 초래하곤 한다.

도 16a 및 도 16b는 본 발명을 설명하기 위한 제11예에 따른 휴대 단말기(200)의 고주파안테나(A) 및 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 포함한 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

최근의 휴대 단말기(200)에 있어 통화 영상 음성을 전송하기 위한 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, 3G, 2G, MRD 또는 LTE와 같은 고주파안테나(A)의 고주파수는 수백 ㎒이상을 사용하고, 자계를 이용하는 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)는 루프코일(X2)을 통해 NFC, MST, RFID, WPT와 같은 수십 ㎒이하를 사용한다.

본 발명을 설명하기 위한 제11예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이 메탈플레이트(10)에 급전포인트(P)를 두어 급전하면서 원거리 무선통신을 구현하는 고주파안테나(A)와, 메탈플레이트(10) 및 루프코일(X2)의 조합으로 근거리 무선통신을 구현하는 저주파안테나(RX)를 포함한다.

이때, 메탈플레이트(10)는 루프코일(X2)에 겹쳐지는 슬릿(S)을 통해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획된다.

그리고, 본 발명을 설명하기 위한 제11예의 특징에 따라 고주파수에서 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 공진 커패시터(Cr) 및 저주파수에서 단락으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한다.

이에 따라, 슬릿(S)에 의해 구획된 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 된 메탈플레이트(10)는 자체로서 1턴(Turn)의 루프로 형성된 인덕턴스 L1을 갖고 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스를 Cr이라 하면서 공진 인덕터(L2)의 인덕턴스를 L2라 할 때 본 발명에 의한 공진회로부(30)의 공진주파수는

로 이루어지며 저주파안테나(RX)로 설정된 저주파수에서 공진될 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 공진 커패시터(Cr)에 이어 공진 인덕터(L2)의 삽입으로 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)의 신호전력에 대한 전류 경로를 차단함으로서 고주파안테나(A)의 충분한 길이 값을 갖도록 할 수 있고, 더불어 분산되거나 폐루프로 소멸되는 전류 경로를 차단하여 원거리 무선통신에 대한 고주파안테나(A)의 성능변화를 없앨 수 있으며, 이와는 반대로 수십 ㎒이하의 저주파수를 사용하는 근거리 무선통신을 위한 NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification), MST(Magnetic Secure Transmission), WPT(Wireless Power Transfer)와 같은 자계 수신 회로를 갖는 저주파안테나(RX)의 신호전력 전달 성능을 대폭 개선하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 연결수단(13)은 접속인덕터(13a), 접속패치(13b) 및 접속커패시터(13c) 중 어느 하나일 수 있음은 물론이다.

본 발명의 제11예에 따라 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)(예를 들면 NFC)를 미 배치한 경우, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr)만 장착한 경우, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 장착한 경우에 대한 고주파안테나(A)의 수동 이득을 표 1로 나타내 보면 아래와 같다.

[표 1]

표 1에서 확인할 수 있듯이, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)(예를 들면 NFC)를 미 배치한 경우 고주파수의 대역에 따라 약 -4.72dB에서부터 -9.24dB의 수동 이득이 나타나 원거리 무선통신의 품질을 양호하게 함을 알 수 있다.

그러나, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr)만 장착한 경우 고주파수의 대역에 따라 약 -10,48dB에서부터 -13.21dB의 수동 이득이 나타나 원거리 무선통신의 품질을 현저하게 약화시키게 된다.

반면, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 장착한 경우 고주파수의 대역에 따라 약 -5.65dB에서부터 -9.72dB의 수동 이득이 나타나 원거리 무선통신의 품질을 양호하게 함을 확인할 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 제11예에 따라 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현하면서 공진 커패시터(Cr)를 슬릿(S)에 장착한 경우, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현하면서 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 슬릿(S)에 장착한 경우에 대한 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리를 표 2로 나타내 보면 다음과 같다.

[표 2]

표 2에서 확인할 수 있듯이, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우의 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리 30㎜를 기본으로 할 때 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)를 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 장착하지 않는 경우 8∼22㎜로서 저주파 무선통신을 구현하기 어려움을 알 수 있다.

그러나, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우의 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리 30㎜를 기본으로 할 때 공진 커패시터(Cr)를 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 장착한 경우 26∼43㎜로서 저주파 무선통신을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

반면, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우의 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리 30㎜를 기본으로 할 때 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 장착한 경우 26∼43㎜로서 저주파 무선통신을 충분히 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 17은 본 발명을 설명하기 위한 제12예에 따른 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)를 나타내는 평면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제12예에 따른 휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)는 도 17에 도시된 바와 같이 플렉시블필름(X1)과, 플렉시블필름(X1)에 패터닝된 루프코일(X2)로 이루어진다.

도 18a는 본 발명을 설명하기 위한 제13예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A) 및 근거리 무선통신을 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도 및 단면도(적색 점선을 기준으로 한 단면도)이고, 도 18b는 본 발명을 설명하기 위한 제13예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A) 및 근거리 무선통신을 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도 및 단면도(적색 점선을 기준으로 한 단면도)이다.

휴대 단말기(200)의 저주파안테나(RX)는 플렉시블필름(X1)에 증착된 동박을 에칭하여 루프코일(X2)로 패터닝시켜 구현될 수 있는데, 이러한 루프코일(X2)은 플렉시블필름(X1)에 적어도 최소한의 면적을 가지면서 권회된다.

이러할 경우 메탈플레이트(10)와 겹친 부분의 루프코일(X2) 사이에는 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이 수 pF이상의 커패시턴스(C_p1∼C_pn)를 갖게 되고, 이러한 커패시턴스(C_p1∼C_pn)는 수백 ㎒이상의 원거리 무선통신을 위한 고주파수를 통과시킬 수 있을 만큼 커서 고주파수에서 단락(Short)으로 작용하게 된다.

예를 들어, 어퍼플레이트(10a) 및 루프코일(X2) 사이에 형성된 커패시턴스를 C_P_upper라 하고 언더플레이트(10b) 및 루프코일(X2) 사이에 형성된 커패시턴스를 C_P_under라 할 때, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)로 급전된 신호전력의 전류는 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이 어퍼플레이트(10a)에서 C_P_upper에 의해 루프코일(X2)로 유기되고, 이렇게 유기된 전류는 다시 C_P_under에 의해 언더플레이트(10b)로 유기되어 폐루프 형태로 흐름으로써, 고주파안테나(A)로서의 길이 값을 갖지 못하게 하여 원거리 무선통신을 위한 성능을 구현할 수 없도록 한다.

도 19는 본 발명을 설명하기 위한 제14예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A) 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터(Cr)를 포함한 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제14예에 따라 휴대 단말기(200)에 적용되어 원거리 무선통신을 수행하기 위한 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 고주파안테나(A)의 주파수는 수백 ㎒이상(예를 들면 600㎒이상)을 사용하고 있어 공진 커패시터(Cr)는 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키게 된다.

이때, 슬릿(S)에 의해 구획된 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 된 메탈플레이트(10)는 자체의 1턴(Turn)의 루프로 형성된 인덕턴스 L1을 가지며, 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스를 Cr이라 할 때, 도 19와 같은 메탈플레이트(10)의 공진주파수는

와 같이 된다.

그런데, 도 19와 같이 메탈플레이트(10)를 갖는 휴대 단말기(200)에 있어 저주파안테나(RX)가 슬릿(S)에 겹쳐있고 근거리 무선통신을 위한 공진 커패시터(Cr)를 가질 경우 공진 커패시터(Cr)가 고주파수에서 단락으로 작용되어 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)로 급전된 신호전력의 전류는 어퍼플레이트(10a)에서 C_P_upper에 의해 루프코일(X2)로 유기되고, 이렇게 유기된 전류는 다시 C_P_under에 의해 언더플레이트(10b)로 유기되어 폐루프 형태로 흐름으로써, 고주파안테나(A)로서의 길이 값을 갖지 못하게 할 뿐만 아니라 고주파안테나(A)의 신호전력의 전류 경로를 바꿔 원거리 무선통신을 위한 고주파수를 변경시키고, 나아가 공진 커패시터(Cr)에 의해 원거리 무선통신을 위한 고주파수에서 단락으로 작용되어 슬릿(S)이 오히려 메탈플레이트(10)를 분절케 하여 고주파안테나(A)의 길이 역할을 해야 하는 어퍼플레이트(10a)를 방사체로서 작용할 수 없게 한다.

이러한 문제로 인하여 자계를 이용하는 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)는 매우 높은 성능을 보이나 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)는 정상적인 기능을 구현치 못하는 문제를 발생시킨다.

도 20a 및 도 20b는 본 발명을 설명하기 위한 제15예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)의 동작특성을 나타내는 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제15예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같이 메탈플레이트(10)에 급전포인트(P)를 두어 급전하면서 원거리 무선통신을 구현하는 고주파안테나(A)와, 메탈플레이트(10) 및 루프코일(X2)의 조합으로 근거리 무선통신을 구현하는 저주파안테나(RX)를 포함한다.

이때, 메탈플레이트(10)는 루프코일(X2)에 겹쳐지는 슬릿(S)을 통해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획되고, 저주파안테나(RX)의 루프코일(X2)은 어퍼플레이트(10a)로부터 언더플레이트(10b)에 이르기까지 1Turn으로 권회되는 것을 핵심 특징으로 한다.

메탈플레이트(10)와 루프코일(X2) 사이의 C_P_upper 및 C_P_under에 의해 폐루프가 형성되는 것을 없애기 위하여 본 발명을 설명하기 위한 제15예에 따른 휴대 단말기(200)는 저주파안테나(RX)를 제작함에 있어서 통상의 타입처럼 루프코일(X2)을 다수 회 권회시키는 것이 아닌 어퍼플레이트(10a)로부터 언더플레이트(10b)에 이르기까지 1Turn으로 권회시키는 것이고, 이와 같이 1Turn의 루프코일(X2)일 경우 도 20a와 같이 슬릿(S)과 교차하는 길이 D에 의해 급전포인트(P)를 경유한 전류의 길이가 결정되어 고주파안테나(A)의 동작주파수를 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, 3G, 2G, MRD 또는 LTE에 맞게 조절할 수 있고, 나아가 도 20b의 D'와 같이 루프코일(X2)을 연결수단(13)에 겹치게 하면 급전포인트(P)를 경유한 신호전력의 전류의 흐름 경로를 최대로 할 수 있어 원거리 무선통신의 성능저하를 최소화시킬 수 있게 된다.

도 21a 및 도 21b는 본 발명을 설명하기 위한 제16예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A) 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터(Cr)를 포함한 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제16예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 21a 및 도 21b에 도시된 바와 같이 고주파수에서 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 공진 커패시터(Cr)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한다.

즉, 메탈플레이트(10)와 루프코일(X2) 사이의 C_P_upper 및 C_P_under에 의해 폐루프가 형성되는 것을 없애기 위하여 본 발명을 설명하기 위한 제16예에 따른 휴대 단말기(200)는 저주파안테나(RX)를 제작함에 있어서 통상의 타입처럼 루프코일(X2)을 다수 회 권회시키는 것이 아닌 어퍼플레이트(10a)로부터 언더플레이트(10b)에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 공진 커패시터(Cr)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한 것이다.

이때, 슬릿(S)에 의해 구획된 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 된 메탈플레이트(10)는 자체의 1턴(Turn)의 루프로 형성된 인덕턴스 L1을 가지며, 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스를 Cr이라 할 때, 도 21a 및 도 21b와 같은 메탈플레이트(10)의 공진주파수는

와 같이 되고, 나아가 공진 커패시터(Cr)에 의한 고주파수에서의 단락은 예를 들면 추가의 인덕터로서 보완케 할 수 있음은 물론이다.

도 22a 및 도 22b는 본 발명을 설명하기 위한 제17예에 따른 휴대 단말기(200)의 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A) 및 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 인덕터(L)를 포함한 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제17예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 22a 및 도 22b에 도시된 바와 같이 저주파수에서 단락으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 인덕터(L)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 상기 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한다.

즉, 메탈플레이트(10)와 루프코일(X2) 사이의 C_P_upper 및 C_P_under에 의해 폐루프가 형성되는 것을 없애기 위하여 본 발명을 설명하기 위한 제17예에 따른 휴대 단말기(200)는 저주파안테나(RX)를 제작함에 있어서 통상의 타입처럼 루프코일(X2)을 다수 회 권회시키는 것이 아닌 어퍼플레이트(10a)로부터 언더플레이트(10b)에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 인덕터(L)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한 것이다.

도 22a 및 도 22b에 도시된 바와 같이 도 21a 및 도 21b의 공진 커패시터(Cr) 대신 인덕터(L)를 사용하면 600㎒이상의 고주파수를 갖는 원거리 무선통신의 신호전력에 대한 전류는 인덕터(L)를 잘 통과하지 못하여 전류 경로 및 전류 세기가 변하지 않게 되어 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)의 성능에 영향을 거의 주지 않게 된다.

그리고, 인덕터(L)를 슬릿(S)에 연결할 경우 수 ㎑∼수십 ㎒를 사용하는 근거리 무선통신에 해당되는 NFC, MST, RFID, WPT와 같은 자계를 활용하는 저주파안테나(RX)는 메탈플레이트(10)의 루프코일(X2)에 따른 동작을 정상적으로 수행치 못할 경우를 대비하여 공진 커패시터(Cr)로서 보완케 할 수 있음은 물론이다.

도 23a 및 도 23b는 본 발명을 설명하기 위한 제18예에 따른 휴대 단말기(200)의 고주파안테나(A) 및 저주파안테나(RX)의 동작특성을 나타내는 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 포함한 메탈플레이트(10)를 나타내는 평면도이다.

본 발명을 설명하기 위한 제18예에 따른 휴대 단말기(200)는 도 23a 및 도 23b에 도시된 바와 같이 메탈플레이트(10)에 급전포인트(P)를 두어 급전하면서 원거리 무선통신을 구현하는 고주파안테나(A)와, 메탈플레이트(10) 및 루프코일(X2)의 조합으로 근거리 무선통신을 구현하는 저주파안테나(RX)를 포함하고, 메탈플레이트(10)는 루프코일(X2)에 겹쳐지는 슬릿(S)을 통해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획되고, 고주파수에서 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 공진 커패시터(Cr) 및 저주파수에서 단락으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한다.

즉, 메탈플레이트(10)와 루프코일(X2) 사이의 C_P_upper 및 C_P_under에 의해 폐루프가 형성되는 것을 없애기 위하여 본 발명을 설명하기 위한 제18예에 따른 휴대 단말기(200)는 저주파안테나(RX)를 제작함에 있어서 통상의 타입처럼 루프코일(X2)을 다수 회 권회시키는 것이 아닌 어퍼플레이트(10a)로부터 언더플레이트(10b)에 이르기까지 1Turn으로 권회시키면서 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, MRD 또는 LTE 등과 같은 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 NFC, MST, WPT 또는 RFID 등과 같은 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 한 것이다.

휴대 단말기(200)에서 WiFi, Bluetooth, W-CDMA, GPS, 3G, 2G, MRD 또는 LTE와 같은 고주파안테나(A)의 고주파수는 수백 ㎒이상을 사용하고, 자계를 이용하는 근거리 무선통신을 위한 저주파안테나(RX)는 루프코일(X2)을 통해 NFC, MST, RFID, WPT와 같은 수십 ㎒이하를 사용한다.

이에 따라, 슬릿(S)에 의해 구획된 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 된 메탈플레이트(10)는 자체로서 1턴(Turn)의 루프로 형성된 인덕턴스 L1을 갖고 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스를 Cr이라 하면서 공진 인덕터(L2)의 인덕턴스를 L2라 할 때 본 발명의 제18예에 의한 공진회로부(30)의 공진주파수는

이와 같이 공진 커패시터(Cr)에 이어 공진 인덕터(L2)의 삽입으로 원거리 무선통신을 위한 고주파안테나(A)의 신호전력에 대한 전류 경로를 차단함으로서 고주파안테나(A)의 충분한 길이 값을 갖도록 할 수 있고, 더불어 분산되거나 폐루프로 소멸되는 전류 경로를 차단하여 원거리 무선통신에 대한 고주파안테나(A) 성능의 변화를 없앨 수 있으며, 이와는 반대로 수십 ㎒이하의 저주파수를 사용하는 근거리 무선통신을 위한 NFC, RFID, MST, WPT와 같은 자계 수신 회로를 갖는 저주파안테나(RX)의 신호전력 전달 성능을 대폭 개선하여 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장할 수 있도록 하는 것이다.

루프코일(X2)이 1Turn으로 이루어져 저주파안테나(RX)의 인덕턴스가 너무 낮아 발생할 수 있는 Mis-Matching 및 전류의 부족 문제는 루프코일(X2)에 직렬로 연결하는 인덕턴스 보상용 Discrete(또는 lumped: 집중소자) 추가의 인덕터를 더 연결하여 매칭함으로서 해결할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 제18예에 따라 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)(예를 들면 NFC)를 미 배치한 경우, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr)만 장착한 경우, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 장착한 경우에 대한 고주파안테나(A)의 수동 이득을 표 3으로 나타내 보면 아래와 같다.

[표 3]

표 3에서 확인할 수 있듯이, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)(예를 들면 NFC)를 미 배치한 경우 고주파수의 대역에 따라 약 -4.72dB에서부터 -9.24dB의 수동 이득이 나타나 원거리 무선통신의 품질을 양호하게 함을 확인할 수 있다.

그러나, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr)만 장착한 경우 고주파수의 대역에 따라 약 -10.85dB에서부터 -13.37dB의 수동 이득이 나타나 원거리 무선통신의 품질을 약화시킴을 확인할 수 있다.

반면, 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 저주파안테나(RX)를 배치하면서 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 장착한 경우 고주파수의 대역에 따라 약 -5.43dB에서부터 -9.51dB의 수동 이득이 나타나 원거리 무선통신의 품질을 양호하게 함을 확인할 수 있다.

본 발명의 제18에 따라 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현하면서 공진 커패시터(Cr)를 슬릿(S)에 장착한 경우, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현하면서 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)플 슬릿(S)에 장착한 경우에 대한 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리를 표 4로 나타내 보면 다음과 같다.

[표 4]

표 4에서 확인할 수 있듯이, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우의 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리 30㎜를 기본으로 할 때 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)를 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 장착하지 않는 경우 8∼22㎜로서 저주파 무선통신을 구현하기 어려움을 알 수 있다.

그러나, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우의 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리 30㎜를 기본으로 할 때 공진 커패시터(Cr)를 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 장착한 경우 25∼43㎜로서 저주파 무선통신을 충분히 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한, 메인회로기판으로부터 급전포인트(P)에 급전하여 고주파안테나(A)를 통한 원거리 무선통신을 구현한 경우의 저주파안테나(RX)인 NFC의 Tag 인식거리 30㎜를 기본으로 할 때 공진 커패시터(Cr) 및 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 메탈플레이트(10)의 슬릿(S)에 장착한 경우 25∼43㎜로서 저주파 무선통신을 충분히 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

본 발명은 스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북, PDA 및 각종 가전제품 등에 쓰여지는 무선통신 분야에 이용될 수 있다.

100 : 근거리 무선송신기 TX : 근거리 송신안테나
200 : 휴대 단말기 RX : 저주파안테나
X1 : 플렉시블필름 X2 : 루프코일
10 : 메탈플레이트 10a : 어퍼플레이트
10b : 언더플레이트 Cr : 공진 커패시터
11 : 유도홀 12 : 오픈홀
S : 슬릿 S1 : 개구홀
13 : 연결수단 13a : 접속인덕터
13b : 접속패치 13c : 접속커패시터
20 : 배터리 a1 : 화살표 1
a2 : 화살표 2 a3 : 화살표 3
I : 인입점 I O : 인출점 O
P : 급전포인트 A : 고주파안테나
L : 인덕터 L2 : 공진 인덕터
30 : 공진회로부

Claims

메탈플레이트(10)에 급전포인트(P)를 두어 급전하면서 원거리 무선통신을 구현하는 고주파안테나(A)와, 상기 메탈플레이트(10) 및 루프코일(X2)의 조합으로 근거리 무선통신을 구현하는 저주파안테나(RX)를 포함하는 휴대 단말기(200)에 있어서,
상기 메탈플레이트(10)는 상기 루프코일(X2)에 겹쳐지는 슬릿(S)을 통해 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 구획되고,
상기 저주파안테나(RX)의 루프코일(X2)은 상기 어퍼플레이트(10a)로부터 상기 언더플레이트(10b)에 이르기까지 1Turn으로 권회되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기(200).
제1항에 있어서,
고주파수에서 단락(Short)으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방(Open)으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 공진 커패시터(Cr)를 상기 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 상기 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 상기 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 상기 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 상기 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기(200).
제1항에 있어서,
저주파수에서 단락으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 인덕터(L)를 상기 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 상기 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 상기 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 상기 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 상기 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기(200).
제1항에 있어서,
고주파수에서 단락으로 작용되어 고주파 신호전력을 통과시키는 반면 저주파수에서 개방으로 작용되어 저주파 신호전력을 차단시키는 공진 커패시터(Cr) 및 저주파수에서 단락으로 작용되어 저주파 신호전력을 통과시키는 반면 고주파수에서 개방으로 작용되어 고주파 신호전력을 차단시키는 공진 인덕터(L2)로 된 공진회로부(30)를 상기 슬릿(S)의 일측에 부여함과 동시에 상기 슬릿(S)의 타측에 연결수단(13)을 부여하여 상기 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)로 하여금 방사체로 동작케 하여 상기 고주파안테나(A)의 원거리 무선통신을 비롯한 상기 저주파안테나(RX)의 근거리 무선통신을 더불어 보장하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기(200).
제4항에 있어서,
상기 공진회로부(30)의 공진주파수는 상기 메탈플레이트(10)의 어퍼플레이트(10a) 및 언더플레이트(10b)에 의한 인덕턴스를 L1, 상기 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스를 Cr, 상기 공진 인덕터(L2)의 인덕턴스를 L2라고 할 때
로 이루어지며 상기 저주파안테나(RX)로 설정된 저주파수에서 공진되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기(200).
제1항에 있어서,
상기 연결수단(13)은 접속인덕터(13a), 접속패치(13b) 및 접속커패시터(13c) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 휴대 단말기(200).
제1항에 있어서,
상기 저주파안테나(RX)는 플렉시블필름(X1)과, 상기 플렉시블필름(X1)에 패터닝된 루프코일(X2)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기(200).