KR100257137B1 - 무선 장치용 일체형 안테나 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR100257137B1
KR100257137B1 KR1019970025432A KR19970025432A KR100257137B1 KR 100257137 B1 KR100257137 B1 KR 100257137B1 KR 1019970025432 A KR1019970025432 A KR 1019970025432A KR 19970025432 A KR19970025432 A KR 19970025432A KR 100257137 B1 KR100257137 B1 KR 100257137B1
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엠. 틸 케빈
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비센트 비.인그라시아
모토로라 인코포레이티드
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Abstract

긴 유전체 튜브(110) 상에 아암 쌍을 형성하는 얇은 금속 재료의 스트립(strip; 220)은 안테나 조립체의 복사 부분(radiator portion)을 형성한다. 제1 복사판(310) 및 제2 복사 판(320)은 상기 유전체 튜브의 양 측면 상의 고온 용량성 판(270) 및 접지 용량성 판(280)에 각각 용량적으로 결합되고, 무선 장치의 제조성, 신뢰성 및 비용을 향상시키기 위해 단일 에칭 단계에서 형성된다.

Description

무선 장치용 일체형 안테나 조립체 및 그 제조 방법
본 발명은 안테나 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일체형으로 형성된 캐피시터(capacitor)를 그 내부에 갖는 안테나 조립체에 관한 것이다.
소형 또는 휴대형 지상 위성 무선 장치용 안테나는 높은 이득과 반구형 복사 패턴을 필요로 한다. 예를 들면, 쿼드리필라 나선형 안테나(quadripilar helix antenna)는 루프형 안테나 요소를 형성하여 높은 이득 및 반구형 형태를 제공하는 2쌍의 아암(arm)을 갖는다. 쿼드리필라 안테나에 있어서, 루프형 안테나 요소는 직각 방향으로 교차된다.
상기 안테나 요소들은 관계된 무선 장치 송수신기 임피던스 정합(matching)을 위해 임피던스 변환 네트워크(impedance transformation network)를 종종 사용한다. 캐패시터는 독립적으로 또는 다른 임피던스 변경 요소와 함께 이러한 변환 네트워크에 사용될 수 있다. 안테나 요소와 같은 조립체 내에 임피던스 변환 네트워크를 위치시키는 것이 가장 효과적인 것으로 판명되었다. 그러나, 안테나 요소와 같은 조립체 내에 임피던스 변환 네트워크를 위치시키는 것은 상기 조립체의 비용과 복잡도를 증가시킨다. 소수의 부품을 갖는 임피던스 변환 네트워크와 단순한 제조 방법을 사용하는 안테나 조립체는 제작성, 신뢰성 및 비용을 향상시키도록 설계된다.
제1도는 제1 해결책에 의한 일체형 안테나 조립에의 측면도.
제2도는 제2 해결책의 제1 실시예에 의한 안테나 조립체의 측면도.
제3도는 제2 해결책의 제1 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 사시도.
제4도는 제2 해결책의 제2 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 측면도.
제5도는 제2 해결책의 제3 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 측면도.
제6도는 제2 해결책의 제4 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 측면도.
제7도는 무선 송수신기, 사용자 인터페이스 및 안테나 조립체를 갖는 무선 전화기의 사시도.
제8도는 제2 해결책에 의한 일체형 안테나 조립체의 제조 방법을 도시하는 흐름도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
210 : 유전체 튜브 270, 870 : 고온 용량성 판
280, 880 : 접지 용량성 판 290 : 공급선
310,320 : 복사 판 부분
제1도는 안테나 요소와 같은 조립체 내에 위치된 용량성 임피던스 변환 네트워크를 갖는 제1 해결책에 의한 일체형 안테나 조립체의 측면도이다. 연장된 유전체 튜브(110)는 그 상에 형성된 얇은 금속 재료로 형성되고 상기 안테나 요소의 아암을 제공하는 4개의 스트립을 갖는다. 2쌍의 상기 아암은 양호하게는 상기 유전체 튜브(110) 주위로 비틀린 직교 루프(loop)를 형성하여 연장된 유전체 튜브(110)의 표면(130) 상에 원형으로 극성화된 쿼드리필라 나선형 안테나 요소를 형성한다. 상기 아암이 유전체 튜브(110) 주위로 비틀리지 않는 경우 교차된 루프형 안테나 요소가 대신 형성될 수 있다.
제1 및 제2 판(150, 160)은 각각의 고온 및 접지 판(170, 180)에 대향한다. 제1 미 ㅊ제2 판(150, 160)은 얇은 금속 재료로 제조된 대응되는 쌍의 스트립(120)에 각각 연결된다. 고온 및 접지 판(170, 180)은 평형된 공급선(balanced feedline; 190)의 고온 및 접지 리드(lead)에 각각 연결된다.
유전체 튜브(110) 상에 얇은 금속 재료의 스트립(120)을 형성하기 위한 3차원 에칭은 복사 요소(radiating element)용으로 수행되고, 유전체 디스크(140) 상의 2차원 에칭은 상기 판(150, 160, 170, 180)을 형성하기 위해 수행된다. 이후, 판(150, 160)은 대응되는 쌍의 스트립(120)에 납땜된다. 이러한 구성은 2조각의 부품과 4개의 납땜된 조인트를 갖는 조밀한 조립체를 형성하고, 상기 조인트 중 하나는 제1 및 제2 판(150, 160)중의 하나와 대응되는 한 쌍의 스트립(120) 사이에 위치한다. 그럼에도 불구하고, 더욱 감소된 부품 및 납땜 조인트가 바람직하다. 다양한 에칭 단계와 임의의 불필요한 납땜 단계를 제거하는 것이 추가적으로 제조성, 신뢰성 및 비용을 향상시키는 것이다.
제2도 및 제3도는 각각 제1도이 제1 해결책보다 제조 단계 및 구성 요소가 작은 제2 해결책의 제1 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 측면도 및 사시도이다. 특히, 제1도의 제1 해결책의 4개의 납땜 조인트 및 제1 조각 부품은 불필요하다. 단일 3차원 에칭은 상기 제2 해결책에 따라 필요한 유일한 에칭이다. 더욱이, 4개의 납땜 조인트는 상기 판과 스트립을 동일한 에칭 단계에서 동일한 재료로부터 형성하여 일체로 형성된 안테나 조립체를 제조함으로써 제거된다.
얇은 금속 재료의 스트립(220)은 연장된 유전체 튜브(210)의 표면(230) 상의 제1 복사 판 부분(310) 및 제2 복사 판 부분(320)으로서 상기 동일한 재료로부터 형성된다. 또한, 고온 및 접지 용량성 판(270, 280)은 제1 및 제2 복사 판 부분(310, 320)에 대향하는 상기 연장된 유전체 튜브의 일 측면 상에 배치된 얇은 금속 재료로 형성된다. 연장된 유전체 튜브와 상기 판들 사이에 플랜지(330)를 형성한다. 공급선(290)의 고온 및 접지 리드는 고온 및 접지 용량성 판(270, 280)에 각각 연결된다. 이들 2개의 연결부는 이러한 안테나 조립체에 필요한 유일한 납땜 조인트이다. 고온 및 접지 용량성 판(270, 280)을 공급 단부 근처의 상기 유전체 튜브(210)의 내부표면 상에 형성함으로써, 스트립(220)과 복사 판 부분(310, 320)을 형성하는 동일한 3차원 에칭 단계는 단일 에칭 작업에서 고온 및 접지 용량성 판(270, 280)을 또한 형성한다.ㅜ 향상된 제조성, 신뢰성 및 비용을 갖는 일체형 조립체를 생산하기 위해서는 안테나 조립체 아암의 캐피서터 및 복사 아암을 정합시키는 상기 2개의 용량성 판을 형성하는 것이 수행될 필요가 없다.
제2도 및 제3도의 공급선(290)은 불평형되고, 양호하게는 분리된 덮개 발룬(split-sheath balun; 평형-불평형 네트워크)을 형성하는 상기 공급 단부 근처의 외부 리드 상의 분리된 덮개(295)를 포함한다. 판(310, 320, 270, 280)에 의해 형성된 캐피서터와 함께 분리된 덮개(295)는 임피던스 변환 네트워크를 제공한다. 공급 단부의 공급선(290)의 중앙 리드(297)는 상기 공급선(290)의 외부 리드의 다른 측면은 접지 용량성 판(280)에 납땜된다. 따라서, 본 발명의 구성은 편리하게는 발룬을 일체로 형성된 안테나 조립체 내에 위치시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 분리된 덮개 발룬은 다른 발룬 형태로 대체될 수 있고, 임피던스 정합을 위해 여전히 사용되는 캐피시터와 함께 제거될 수 있다.
연장된 유전체 튜브(210)의 공급 단부는 양호하게는 내벽 부분(215)에 의해 밀폐된다. 제2 해결책의 제1 실시예의 내벽 부분(215)은 양호하게는 공급선(290)의 기계적 지지부를 제공하고, 부수적으로 상기 공급선(290)을 고온 및 접지 용량성 판(270, 280)에 전기적으로 연결시키는 금속화 경로(metalization path)용 표면을 제공한다. 연장된 유전체 튜브(210)는 양호하게는 원형 단면을 갖는 원통형이지만 정사각형 단면을 갖는 사각형 형태 또는 계란형, 직사각형 또는 다른 단면을 형성시키는 다른 형태일 수도 있다.
제1 및 제2 복사 판 부분(310, 320)과 고온 및 접지 용량성 판(270, 280)에 의해 형성된 캐피시터는 공급선(290)의 임피던스를 복사 구조체의 아암(220)에 정합되도록 전형적으로 배치된다. 정합에 필요한 전기 용량은 연장된 유전체 튜브(210)의 유전 상수와 같은 안테나 구조체의 다른 특성, 즉 상기 연장된 유전체 튜브의 폭, 상기 튜브의 두께, 스트립(220)에 의해 형성된 아암의 길이, 제1 및 제2 복사 판 부분(310, 320)의 면적, 및 고온 및 접지 용량성 판(270, 280)의 면적과 같은 특성에 따른다. 상기 안테나의 아암은 양호하게는 1.621 GHz의 공칭 공명 주파수에 대해 대략 103.6 mm(4.08 in)의 곡선을 따른 길이를 갖는다. 따라서, 연장된 유전체 튜브(210)는 양호하게는 대략 114.3 mm(4.50 in)의 길이와 대략 17.52 mm(0.690 in)의 폭을 갖는다. 양호하게는 대략 1.22 mm(0.048 in)의 상이 연장된 유전체 튜브의 두께를 가짐으로써, 제2도 및 제3도의 제1 실시예에 있어서, 제1 및 제2 복사 판 부분은 양호하게는 각각 대략 115.48 mm2(0.179 in2)의 면적을 가지고, 고온 및 접지 용량성 판은 양호하게는 각각 대략 99.35 cm2(0.154 in2)의 면적을 갖는다. 유전체 튜브(210)의 직경이 감소한다면, 상기 판의 면적을 증가시키고 상기 판 사이의 분리를 감소시키거나 또는 유전체 재료의 유전 상수를 증가시킴으로써 전기 요량은 증가되어야 한다. 공치 ㅇ공명 주파수가 증가된다면, 아암의 길이는 감소하여야 하고, 전기 용량은 상기 판의 면적을 감소시키고 상기 판들 사이의 분리를 감소하여야 하고, 전기 용량은 상기 판의 면적을 감소시키고 상기 판들 사이의 분리를 감소시키거나 또는 상기 유전체 재료의 유전 상수를 감소시킴으로써 감소하여야 한다. 그럼에도 불구하고, 상기 판의 크기는 상기 유전체의 두께가 증가함에 따라 또한 증가한다. 유전체 재료는 양호하게는 대략 3.15의 유전 상수를 갖는 폴리에테르이미드 플라스틱 재료로 제조되고, 얇은 금속 재료 스트립은 양호하게는 에칭 전에 유전체 재료에 아교 접착된 구리로 제조된다.
제4도는 제2 해결책의 제2 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 사시도이다. 제2 실시예에 있어서 연장된 유전체 튜브(410)의 표면(430)은 상기 표면(430)의 공급 단부로부터 돌출된 플랜지(435)를 구비한다. 제1 및 제2 복사 판 부분(510, 520)은 상기 플랜지(435)의 제1 측면 상에 형성되어 아암(420)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 복사 판 부분(510, 520)과 아암(420)은 양호하게는 한 단계의 에칭에 의해 형성된 동일한 금속 재료를 갖는다. 따라서, 고온 및 접지 용량성 판(470, 480)은 플랜지(435)의 다른 측면 상에 형성된다. 따라서, 고온 및 접지 용량성 판(470, 480)은 상기 플랜지의 대향 측면들 상의 제1 및 제2 복사 판 부분(510, 520)에 전기 용량적으로 결합되며, 이 경우에 제1 및 제2 복사 판 부분과 고온 및 접지 용량성 판은 단일 에칭 단계에서 형성되어서 신뢰성, 제조성 및 비용을 향상시킬 수 있다.
플랜지(435)는 상기 표면(430)의 공급 단부로부터 돌출하는 동축상의 스커트부(skirt) 또는 링을 형성할 수 있다. 따라서, 동축상 스커트부 또는 링은 양호하게는 공급선(490)의 외경과 동축인 직경을 갖는다. 따라서, 공급선(490)은 동축상 스커트부 또는 링과의 기계적 일체성 및 효율적인 전기적 연결을 위해 상기 링에 가압 끼워맞춤될 수 있다. 가압 끼워맞춤될 때, 2개의 분리된 덮개의 외부 리드는 고온 및 접지 용량성 판으로서 작용할 수 있다. 전기적 연결이 가압 끼워맞춤에 의해 달성딘다 하더라도 신뢰성 향상을 위해서는 납땜 조인트가 바람직하다.
제5도는 제2 해결책의 제3 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 측면도이다. 패드(737)는 스템(stem; 739)에 의해 연장된 유전체 튜브(610)의 공급 단부에서 내벽(615)으로부터 현수된다. 패드(737)는 양호하게는 디스크(disk)로 형상화되고, 원통형 튜브(610)의 축방향 중심에서 상기 스템(739)에 의해 동축상으로 현수된다. 제1 및 제2 복사 판 부분(710, 720)은 패드(737)의 제1 측면 상에 형성되고, 고온 및 접지 용량성 판(670, 680)은 상기 패드(737)의 제2 측면 상에 형성된다. 제1 및 제2 복사 판 부분(710, 720)은 단일 에칭 단계로 제2 도 또는 제4도의 제1 또는 제2 실시예에서와 같이 스트립(620)에 전기적으로 결합된다. 공급선(690)을 기계적으로 안정하게 하기 위한 패드(737) 내의 구멍(738)은 양호하게는 제5도에 도시된 바와 같이 형성된다.
제6도는 제2 해결책의 제4 실시예에 의한 일체형 안테나 조립체의 측면도이다. 제4 실시예에 있어서, 고온 및 접지 용량성 판(870, 880)은 연장된 유전체 튜브(810)의 내부 표면 상에서의 깊이 형성되고, 반면에 제1 및 제2 복사 판 부분(910, 920)은 일 단계로 연장된 유전체 튜브(810)의 외부 표면 상에 또는 동시에 내부 및 외부 표면 상에 형성된다. 상기 튜브의 공급 단부는 용이한 에칭을 위해 개방된 상태로 남아 있을 수 있다.
제7도는 본 발명에 의한 휴대형 무선 장치를 도시하고 있다. 양호하게는 무선 전화인 휴대형 무선 장치(1005)는 사용자 인터페이스(1030)에 연결된 무선 송수신기(1020)를 보유하고 있다. 상기 사용자 인터페이스는 스피커, 이어폰, 및 사용자를 위한 자판 및/또는 디스플레이 장치와 같은 제어부를 갖는다. 사용자 인터페이스(1030)는 무선 송수신기(1020)의 작동을 제어하고 음성 교환용 변환기를 제공한다. 무선 전화기의 경우에, 무선 송수신기(1020)는 듀플렉스(duplex)를 통해 안테나 조립체(1010)의 공급선의 고온 및 접지 라인에 공히 연결되는 송신기 및 수신기를 갖는다.
제8도는 제2 해결책에 의한 일체형 안테나 조립체의 제조 방법에 관한 흐름도이다. 단계(1110)에 있어서, 얇은 금속 재료를 갖는 연장된 유전체 튜브가 제공된다. 단계(1120)에 있어서, 얇은 금속 재료는 스트립으로 제조된 아암을 형성하고 제1 및 제2 복사 판을 형성하고 또한 고온 및 접지 용량성 판을 형성하기 위해 단일 단계로 에칭된다. 상기 고온 용량성 판은 제1 및 제2 복사 판에 대향하는 연장된 유전체 튜브의 일 측면 상에 형성된다. 따라서, 안테나의 복사 아암과 정합 캐피시터의 판을 형성하기 위해 단지 하나의 에칭 단계가 필요한다. 단계(1130)에 있어서, 공급선의 고온 및 접지 리드는 예컨대 단지 2개의 납땜 단계에에 의해 고온 및 접지 용량성 판에 연결된다. 본 발명은 제조성, 신뢰성 및 비용을 향상시키기 위한 것이다. 본 발명의 에칭 단계는 화학적 에칭, 레이저 에칭 또는 기계적 에칭에 의해 수행될 수 있다. 각각의 경우에 있어서, 상기 에칭은 단일 단계로 효과적으로 수행될 수 있으며, 따라서 다중 조각 부품 및 불필요하 납땜 조인트를 회피할 수 있게 된다. 얇은 금속 재료의 제공과 상기 에칭은 얇은 금속 재료를 유전체 튜브에 부착 또는 아교 접착하기 전에 이를 형상화함으로써 함께 수행될 수 있다.
비록 본 발명이 상기의 설명 및 도면에서 개시되었으나, 이러한 개시는 단지 예시적인 것이며 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 범위 및 요지를 벗어나지 않고서도 당업자에 의해 수행될 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (10)

  1. 무선 장치용 안테나 조립체에 있어서, 표면을 갖는 연장된 유전체 튜브, 상기 연장된 형태의 유전체 튜브의 형태와 동축인 상기 튜브의 표면 상에 배치된 얇은 금속 재료의 스트립으로 형성된 적어도 한 쌍의 아암을 포함하는 안테나소자, 상기 연장된 유전체 튜브의 상기 표면 상에 배치된 한 쌍의 아암과 동일한 얇은 금속으로 일체로 형성된 제1 복사 판 부분, 상기 연장된 유전체 튜브의 상기 표면 상에 배치된 다른 한 쌍의 아암과 동일한 얇은 금속으로 일체로 형성된 제2 복사 판 부분, 안테나 조립체와 무선 장치 사이에 에너지를 공급하기 위한 고온 리드 및 접지 리드를 갖는 공급선, 상기 공급선의 고온 리드에 전기적으로 연결되고 상기 제1 복사 판 부분과 용량성 결합을 위해 상기 제1 복사 판 부분에 대향하는 상기 연장된 유전체 튜브의 일 측면 상에 배치된 얇은 금속 재료로 형성된 고온 용량성 판, 및 상기 공급선의 접지 리드에 전기적으로 연결되고 상기 제2 복사 판 부분과 용량성 결합을 위해 상기 제2 복5사 판 부분에 대향하는 상기 연장된 유전체 튜브의 일 측면 상에 배치된 얇은 금속 재료로 형성된 접지 용량성 판을 포함하되, 상기 연장된 유전체 튜브의 유전 상수, 상기 연장된 유전체 튜브의 폭, 상기 연장된 유전체 튜브의 두께, 상기 아암의 길이, 상기 제1 및 제2 복사 판 부분의 영역, 및 상기 고온 및 접지 용량성 판의 영역은 상기 공급선 및 상기 안테나 소자의 임피던스를 정합시키기에 충분한 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연장된 유전체 튜브는 상기 표면의 공급 단부로부터 돌출하는 플랜지를 구비하여 상기 플랜지의 제1 및 제2 단부를 형성하고, 상기 제1 복사 판 부분과 상기 제2 복사 판 부분은 상기 플랜지의 제1 측면상에 형성되고, 고온 용량성 판과 접지 용량성 판은 상기 플랜지의 제2 측면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 연장된 유전체 튜브의 공급 단부에 동축 스커트부를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 연장된 유전체 튜브는 상기 공급 단부에서 내벽에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 연장된 유전체 튜브의 상기 내벽으로부터 현수된 패드를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 패드는 스템에 의해 상기 연장된 유전체 튜브의 내벽으로부터 반경 방향으로 현수되는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고온 용량성 판과 상기 접지 용량성 판은 공급 단부 근처의 상기 연장된 유전체 튜브의 내부 표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 아암은 상호 직교 관계를 갖는 얇은 금속 재료의 2쌍의 스트립을 포함하고, 상기 2쌍의 아암은 원형으로 극성화된 안테나 조립체를 형성하는 교차된 루프형 안테나 조립체를 제공하는 2개의 직교 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 공급선은 발룬을 포함하는 불평형된 공급선이고, 상기 공급선은 동축이고 상기 접지 리드는 상기 공급선의 외부 도전체이며, 상기 발룬은 분리된 덮개 발룬 구조체를 형성하기 위해 상기 공급선의 접지도전체에서 분리된 덮개를 구비하고, 상기 분리된 덮개의 측면은 상기 고온 및 접지 용량성 판 중의 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 안테나 조립체는 휴대형 무선 장치의 무선 송수신기에 연결디는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.
KR1019970025432A 1996-06-19 1997-06-18 무선 장치용 일체형 안테나 조립체 및 그 제조 방법 KR100257137B1 (ko)

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