KR100384656B1 - 기생 소자를 구비한 이중-대역 나선형 안테나 - Google Patents

Abstract

두 개의 넓게 분리된 주파수 대역에서 전기 신호를 송·수신하는 안테나 시스템은, 나선형 안테나와, 이 나선형 안테나에 인접한 기생 소자를 포함하여 제공된다. 기생 소자는, 주파수 대역 중 높은 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템에 투과하면 나선형 안테나와 기생 소자가 용량성으로 결합되는 한편, 주파수 대역 중 낮은 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템에 투과하면 나선형 안테나가 사실상 기생 소자와 절연되도록 위치가 정해진다. 안테나 시스템의 유효 개구는 두 개의 동작 주파수 대역 모두에서 사실상 동일한 것이 바람직하며, 기생 소자는, 나선형 안테나의 내부 또는 외부 어느 곳에도 놓일 수 있으며, 나선의 긴 지름에 평행할 수도 있고, 또는 선택적으로 대각선으로 놓여 나선형 안테나의 둘 이상의 권선에 인접할 수도 있다. 또한, 상기 안테나 시스템은, 송신기, 수신기, 사용자 인터페이스 및, 안테나 피드 시스템을 구비한 무선전화기와 결합하여 구현될 수도 있다.

Description

기생 소자를 구비한 이중-대역 나선형 안테나{DUAL-BAND HELIX ANTENNA WITH PARASITIC ELEMENT}

선행 기술분야에 잘 알려져 있는 무선전화기는 일반적으로, 하나 이상의 다른 통신 단말기에 무선 통신 링크를 제공할 수 있는 통신 단말기를 말한다. 이러한 무선전화기는, 셀룰러 전화(cellular phone), 지상-이동전화(예컨대, 경찰서 및 소방서) 및, 위성 통신 시스템을 포함하는 각종 상이한 응용분야에 이용된다.

본래, 모든 무선전화기는 통신 신호를 송신 및/또는 수신하는 소정의 유형의 안테나 시스템을 포함한다. 과거에는, 아마도 간편함, 광대역 응답, 넓은 방상 패턴 및, 저렴한 비용등의 이유로 모노폴(monopole) 및 다이폴(dipole) 안테나가 가장 많이 이용되어 왔을 것이다. 특히, 반-파장(λ/ 2) 모노폴 및 다이폴 안테나는 다수의 무선전화기 응용에 성공적으로 이용되어 왔다. 그러나, 이하 설명되는 바와 같이, 상기 안테나는 특정 무선전화기 응용에는 전혀 적합하지 않다.

통신 기술이 발달함에 따라, 대부분의 무선전화기의 크기를 상당히 줄일 수 있게되어, 현재의 많은 무선전화기 응용은, 휴대하기 용이하고 사용자의 주머니에 넣기 편리한 작은 핸드 헬드(hand held) 무선전화기를 필요로 하는 이동전화 사용자에 맞춰 설계된다. 그러나, 통상적인 반-파장 및 1/4-파장 모노폴 안테나는 상기 응용분야에 그다지 적합하지 않는데, 이는, 비교적 작은 크기인 근래의 핸드헬드 송수신기에 비해 상기 안테나의 크기가 커, 상기 안테나를 상기 핸드헬드 무선전화기에 사용하는 것이 비실용적이기 때문이다.

나선형 안테나는, 핸드헬드 무선전화기 응용의 모노폴 안테나와 관련한 크기 문제에 대해 한 가지 잠정적인 해결책을 제시한다. 이러한 종류의 안테나는, 나선형으로 권선된 전도 부재(conducting member)를 포함하는 안테나에 관한 것이다. 전도 부재가 축을 중심으로 권선됨에 따라, 1/4 파장 또는 반-파장 나선형 안테나의 축 길이가 비교대상인 1/4 파장 모노폴 안테나 길이보다 상당히 작으므로, 종종 나선형 안테나는 1/4 파장 모노폴 안테나 길이가 금지되는 곳에 사용될 수 있다. 더욱이, 반-파장 또는 1/4 파장 나선형 안테나가, 일반적으로 반-파장 또는 1/4 파장 모노폴 안테나보다 상당히 짧다 하더라도, 동일한 유효 전기 길이(effective electrical length)를 나타낼 수 있다.

다수의 무선전화기 응용에 매우 적합하게 하는 나선형 안테나와 관련된 또 다른 잇점이 이들의 설계 유연성이다. 예컨대, 나선형 안테나는, 각각 상이한 형태의 방사 패턴을 제공하는 다수의 모드에서 동작하도록 설계될 수 있다. 상기와 같은 제1 모드를 "축 모드(axial mode)" 라고 하는데, 이는 통상적으로, 예정된 동작 주파수에 상응하는 파장보다 몇 배 더 긴 축 길이를 가지도록 나선형 안테나를 설계함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 모드에서, 나선형 안테나는 일반적으로 비교적 높은 이득의 방사 패턴을 제공하며, 이러한 패턴은 비교적 넓은 동작 대역폭에 걸쳐 유지될 수 있다. 그러나, 축 모드에서 제공되는 방사 패턴이 매우 방향 지향적이고 원형으로 성극되므로, 축 모드 동작은 일반적으로, 사용자가 소지한 송수화기(handset)가 기지국 안테나를 추적하지 않는 셀룰러 전화기와 같은 이동 무선전화기 응용에는 적합하지 않다.

나선형 안테나가 동작할 수 있는 제2모드를 정규 모드(normal mode)라고 한다. 상기 모드에서 동작하기 위해, 나선형 안테나는 일반적으로 작은 피치각(pitch angle)으로 작은 직경상에 권선되는 공진 길이(resonant length)(즉, 길이가 1/4λ, 1/2λ, 3/4λ, 또는 λ이며, 여기서 λ는 안테나가 동작할 주파수 대역의 중심 주파수에 상응하는 파장임)의 방사 소자를 구비한다. 따라서, 정규 모드에서 동작하도록 설계된 나선형 안테나는, 작고, 셀룰러 전화기와 같은 각종 휴대용 무선전화기 응용에 매우 적합하여 편리하다. 정규 모드에서, 안테나는 일반적으로, 역시 셀룰러 전화기 응용에 매우 적합한 직선으로 성극된 도넛 모양의 방사 패턴을 제공하지만, 불행히도 상기 안테나는 공진 주파수 주위에 있는 비교적 좁은 대역폭에만 이러한 방사 패턴을 제공한다. 또한, 안테나의 원래의 대역폭이 안테나의 나선형으로 권선된 방사 소자에 의해 형성되는 실린더(cylinder)의 직경에 비례하므로, 안테나의 직경이 작을수록 동작 대역폭이 더 작아진다(이외의 모든 것은 일치함).

축 모드, 정규 모드, 또는 이들 두 가지가 적절히 결합된 모드(proportional combination)에서 동작하는 나선형 안테나는, 더 통상적인 다이폴 또는 모노폴 안테나가 너무 큰 다수의 응용에 있어서는 논리적인 선택이지만, 두 개 이상의 넓게 분리된 주파수 대역에서 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있는 비교적 작은 안테나를 필요로하는 무선전화기 응용이 많이 있다. 한 가지 응용예가 이중-대역 셀룰러 전화기로서, 이는, 850 MHz 및 1920 MHz 주파수 대역과 같은 두 개의 주파수 대역에서 동작하는 셀룰러 전화기를 말한다. 다양한 위성통신 시스템은 이중-대역 성능을 필요로하는 또 다른 응용예를 제공하는데, 이는 상기 시스템이 통상적으로 넓게 분리된 송신 및 수신 주파수 대역을 가지고있기 때문이다. 그러나, 불행히도 상기 전술된 바와 같이, 나선형 안테나는 일반적으로, 정규 모드에서 동작할 때 상기 안테나 유형의 잠재적인 대역폭 제한으로 인해 넓은 주파수 대역에 걸쳐 준-전방향성(quasi-omni-directional) 방사 패턴을 제공할 수 없기 때문에 상기 응용에 그다지 적합하지 않다.

상기 언급된 나선형 안테나의 한계에도 불구하고, 여러가지 이중-대역 나선형 안테나 시스템이 제안되어 왔다. 예컨대, Olesen 등에게 허여된 U.S. 특허 제 4.554,554 호에는, PIN 다이오드를 포함하는 4실선(quadrifilar) 나선형 안테나가 각 소자를 따라 스위치하여 소자의 전기 길이를 변경함으로써 상기 안테나를 두 개의 상이한 주파수 중 하나에서 선택적으로 공진시키는 수단을 제공하는 것이 개시되어 있다. 그러나, Olesen 등에게 허여된 특허에 개시되어 있는 안테나는, 축 모드에서 동작할 때 상기-언급된 문제점을 해결하지 못하므로 전방향성 방사 패턴을 제공하지 못하며, 정규 모드에서 동작하도록 하는 상응하는 안테나 설계는 핸드헬드 무선전화기에 사용할 수 없을 정도로 커질 수도 있다.

마찬가지로, Garay 등에게 허여된 U.S. 특허 제 4,494,122 호에는, 제1 주파수에서 공진하는 상부 방사 소자 및 탱크 회로(tank circuit)와, 제2 주파수에서 공진하는 나선형 소자 및 관련 슬리브 부재(sleeve member)를 포함하는 안테나 시스템이 개시되어 있다. 상기 장치는 잠재적으로 종래의 슬리브가 있는 다이폴보다 짧지만, 비교적 여전히 크며, 각각의 공진 주파수를 중심으로 안테나의 이용가능한 동작 대역폭이 매우 작아, 상기 안테나 시스템은 셀룰러 전화기와 같은 다수의 잠정적인 이중-대역 응용에는 적합하지 않다.

Siwiak 등에게 허여된 U.S. 특허 제 4,442,438 호는, 두 개의 1/4 파장 나선형 안테나 요소와 직선형 전도 요소를 포함하며, 의도한대로 두 개의 상이한 주파수에서 공진하는 안테나 시스템이 개시되어 있다. 그러나, 상기 Siwiak 등에게 허여된 특허에 개시되어 있는 안테나는 넓게 분리된 주파수에서는 공진하지 못하는데(개시된 공진 주파수는 827 MHz 와 850 MHz 임), 이는, 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역에서 동작하도록 하는 것과 대조적으로 단일 동작 대역폭만을 커버하도록 안테나 응답을 확장하여 안테나가 설계되기 때문이다. 국제 특허 출원 WO 97/11507호는, 공통 기판에 인터리브(interleave)될 수 있는 두 개의 4실선 나선형 안테나를 포함하는 이중-대역 8실선(octafilar) 나선형 안테나를 개시하고 있다. 상기 개시된 한 실시예에서, 4실선 나선형 안테나 중 하나가 수동으로 구동된다. 그러나, WO 97/11507호에서 개시된 안테나는, 정규 모드와는 대조적으로 방사 모드(radial mode)에서 동작하며, 총 8개의 분리된 나선형 안테나 요소에 대해 두 개의 4실선 나선형 안테나를 필요로한다.EP 0,635,898호에는, 정규 모드에서 동작하며, 원하는 동작 주파수 범위의 상한값(upper limit) 부근의 범위에서 1/4파장 방사기(radiator)로서 동작하도록 조정되는 추가 부재를 포함하는 나선형 안테나가 개시되어 있는 한편, 상기 나선형 안테나는 원하는 동작 주파수 범위 중 낮은 주파수로 조정되어 향상된 대역폭을 가진 안테나를 제공한다. 그러나, 여기에 개시된 안테나 또한 상기 언급된 문제점을 해결하지 못하는데, 이는, 상기 안테나가 넓게 분리된 주파수 대역에서 공진하지 않으므로 이중-대역 안테나로 이용하기에 적합하지 않기 때문이다.

마지막으로, 이 외의 나선형 안테나 시스템이 일본 특허 제 5-136623 호와 U.S.특허 출원번호 제 08-725507 호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 각각 전도성 튜브와 가변 피치 권선을 이용한 이중 대역 동작을 설명한다. 그러나, 이러한 두 가지 접근방법에서 이용되는 이중-대역 동작을 제공하는 메카니즘(mechanism), 즉 나선 상의 인접한 권선 사이를 결합하는 것은 일반적으로, 더 높은 주파수 대역에서는 더 좁은 동작 대역폭으로 나타나며, 또한 제한된 설계 유연성만을 제공할 수도 있다. 더욱이, 일본 특허 제 5-136623 호에 기술된 안테나는 또한, 더 높은 주파수 대역에서 유효 개구가 감소한다.

따라서, 이중-대역 무선전화기에 대해 상기-언급된 요구사항 및 상기 무선전화기에 있어서의 현재 안테나 시스템이 가진 문제점을 고려해 볼 때, 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역에서 동작할 수 있는 소형의 전방향성 무선전화 안테나가 필요하다.

본 발명은 주로, 무선전화기용 안테나 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히 휴대용 무선전화기와 이용하기 위한 이중-대역 나선형 안테나 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나 시스템을 포함하는 이중-대역 무선전화기의 블럭도.

도 2는 본 발명의 안테나 시스템의 바람직한 실시예를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 안테나 시스템의 선택적인 실시예를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 안테나 시스템의 선택적인 실시예를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 안테나 시스템의 선택적인 실시예를 나타내는 도면.

도 6은 더 낮은 주파수 대역(850MHz)에서의 본 발명 안테나 시스템에 대한 바람직한 실시예의 성능을 나타내는 도면.

도 7은 더 높은 주파수 대역(1920MHz)에서의 본 발명 안테나 시스템에 대한 바람직한 실시예의 성능을 나타내는 도면.

현재의 무선전화기와 관련된 상기 한계점을 고려할 때, 본 발명의 목적은, 근래의 핸드헬드 셀룰러 전화기에 이용하기에 충분히 작은 이중-대역 무선전화기용 안테나 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 두 가지 대역 모두에 걸쳐 동작하거나 송수신기(transceiver)와 인터페이스하는데 별도의 회로가 필요없는 무선전화기용 이중-대역 안테나 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 두 개 이상의 상이한 주파수에서 공진할 수 있는 안테나 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 이외의 목적, 특징 및 잇점은, 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명과 첨부한 특허청구범위를 읽으면 더욱 명백해질 것이다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적은, 나선형 안테나와 이 나선형 안테나에 인접하게 놓여있는 하나 이상의 기생 소자를 포함함으로써 적어도 두 개의 분리된 주파수 대역에서 공진하도록 하는 나선형 안테나 시스템에 의해 제공된다. 기생 소자를 유리하게 배치하여 나선형 안테나의 선택된 권선만을 기생소자와 결합함으로써, 우수한 임피던스 정합(impedance matching)을 보이며 비교적 저렴하게 제작할 수 있는 작고 성능이 높은 이중-대역 안테나 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역에서 전기 신호를 송·수신하는 안테나 시스템은, 나선형 안테나와 이 나선형 안테나에 인접한 기생 소자를 포함하도록 되어 있다. 이러한 본 발명의 실시예에서, 기생 소자는, 더 높은 주파수 대역의 고주파 에너지(radio frequency energy)가 안테나 시스템에 투과하면 나선형 안테나와 기생 소자가 용량성으로 결합하는 한편, 더 낮은 주파수 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템에 투과하면 나선형 안테나가 사실상 기생 소자와 절연되도록 위치가 정해진다. 또한, 안테나 시스템의 유효 개구는 상기 두 가지 주파수 대역 모두에서 사실상 동일하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 나선형 안테나는 정규 모드에서 작동하도록 구성되며, 안테나 피드(antenna feed)에서 본 안테나의 임피던스는 약 50 ohms 이 될 수 있다. 이 외에도, 상기 안테나 시스템은, 인접하지 않은 권선에서의 나선형 안테나와 기생 소자 간에만 에너지가 결합하도록 설계될 수도 있다. 더욱이, 상기 안테나 시스템은 또한, 나선형 안테나를 기생 소자와 물리적으로 절연시키는 유전체(dielectric)를 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 나선형 안테나는 더 낮은 주파수 대역에서 기생 소자와 관계없이 공진하도록 설계될 수도 있다. 더욱이, 나선형 안테나의 적어도 두 권선과 인접하게 나선형 안테나의 외부에 기생 소자를 놓을 수도 있다. 이 외에도, 송신기, 수신기, 사용자 인터페이스 및, 안테나 피드 시스템을 구비한 무선전화기와 결합하여 안테나 시스템을 구현할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 기생 소자는 나선형 안테나의 내부를 통해 비스듬히 놓인다. 이러한 실시예에서, 기생 소자는 나선형 안테나 상의 적어도 두 개의 권선에 근접하도록 놓일 수도 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 기생 소자가 나선형 안테나의 외부에 인접하게 놓일 수도 있다.

본 발명의 또 다른 또 하나의 관점에 있어서, 나선형 안테나에 인접하게 제2 기생 소자가 제공될 수 있는데, 여기서 제2 기생 소자는, 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역 중 낮은 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템에 투과하면 나선형 안테나와 제2 기생 소자가 용량성으로 결합하는 한편, 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역 중 낮은 주파수 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템에 투과하면 나선형 안테나가 사실상 제2 기생 소자와 절연되도록 위치가 정해진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 안테나 시스템은, 824 내지 894MHz 와 1850 내지 1990MHz 주파수 대역에서 전기 신호를 송·수신한다. 이러한 본 발명의 실시예에서, 나선형 안테나의 직경은 약 6-10 밀리미터이고, 나선형 안테나의 축 길이는 약 20-25 밀리미터이며, 기생 소자는 약 10-14 밀리미터 길이로 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 안테나 시스템은, 두 개 이상의 넓게 분리된 주파수 대역에서 동작할 수 있는 비교적 작은 준-전방향성 안테나를 제공한다. 이러한 동작은 수동적으로 이루어지며, 능동 스위칭이나 또는 사용자 입력을 필요로 하지 않는다. 또한, 이러한 안테나는, 임피던스 정합을 요구하지 않고, 각각의 동작 주파수 대역에서 동작할 때 안테나의 전체 개구를 효과적으로 이용하도록 설계될 수도 있으므로, 안테나에 의해 송신 및/또는 수신된 신호 에너지의 양을 극대화할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 안테나 시스템은 인접하지 않은 권선을 통한 결합만을 허용하도록 설계되므로, 안테나가 작동할 모든 주파수 대역에서 안테나 시스템의 동작 대역폭을 극대화할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은, 여러가지 상이한 형태로 실시될 수도 있어 여기서 설명한 실시예에 제한된 것으로 해석되어서는 안된다; 오히려, 이들 실시예는, 상기 개시가 완전하도록 하여, 당업자들에게 본 발명 범위를 충분히 전달하기 위해 제공되는 것이다. 이 외에도, 당업자들은 본 발명을 각종 응용에 유리하게 이용할 수 있다는 것을 알고 있으므로, 어떠한 방법으로든 본 발명을 여기에 기재된 응용예에 제한된 것으로 해석해서는 안된다. 전체에 걸쳐 동일한 숫자는 동일한 요소에 관한 것이다.

본 발명에 따른 안테나 시스템(20)을 포함하는 무선전화기(10)의 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 무선전화기(10)는, 예컨대 위성 통신 단말기, 핸드헬드 셀룰러 전화기 또는 생활 무선 송수신기(citizen-band radio transceiver)와 같은 양방향(two-way) 와이어리스(wireless) 무선 음성 통신 단말기 형태를 포함할 수 있다.

도 1을 보면, 무선전화기(10)는 일반적으로 송신기(12), 수신기(14) 및, 사용자 인터페이스를 포함한다. 당업자들에게 잘 알려져있는 바와 같이, 송신기(12)는, 무선전화기(10)에 의해 송신될 정보를 무선통신에 적합한 전자 신호로 변환하고, 수신기(14)는, 무선전화기(10)에 의해 수신될 전자 신호를 복조하여, 상기 신호에 포함된 정보를 사용자가 이해할 수 있는 형태로 사용자 인터페이스(16)에 제공한다. 핸드헬드 무선전화기에 이용하기에 적합한 매우 다양한 송신기(12), 수신기(14), 및 사용자 인터페이스(16)(예컨대, 마이크로폰(microphone), 키패드(keypad), 회전식 다이얼(rotary dial))가 당업자들에게 공지되어 있어, 이러한 장치를 무선전화기(10)에 설치할 수도 있다.

도 2는, 본 발명의 안테나 시스템(20)에 대한 바람직한 실시예를 나타낸다. 도 2를 보면, 안테나 시스템(20)은 일반적으로, 안테나 피드 구조(22), 방사 소자(30) 및, 기생 소자(40)를 포함한다. 더욱이, 안테나 시스템(20)은 또한, 바람직한 실시예에서 엔드 캡(end cap)을 구비한 플라스틱 튜브인 레이돔(radom)을 포함할 수도 있다.

방사 소자(30)는, 동(copper)과 같은 전기적인 전도성 물질의 연속 와이어(continuous wire)나 또는 스트립(strip)을 포함하는 것이 바람직하다. 도 2를 보면, 이러한 와이어 또는 스트립이 나선형으로 권선되어 있다. 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 방사 소자(30)의 기점(origin)(32)은 안테나 피드 구조(22)와 전기적으로 결합되고, 말단부(distal end)(34)는 개방된다. 그러나, 당업자들이 알고있는 바와 같이, 방사 소자(30)는, 반드시 기점(32)으로 피드될 필요는 없고, 선택적으로 말단부(34)로부터 피드될 수도 있다.

도 2에 나타나있는 바와 같이, 안테나 시스템(20)의 나선형 안테나는, 방사 소자(30)에 의해 정해지는 실린더의 직경에 상응하는 직경(D)과, 상기 실린더의 높이에 상응하는 축 길이(H)를 갖는다. 안테나는 또한, 방사 소자의 길이(L)와 피치각에 의해 정해지며, 이는 단위 축 길이마다 나선이 감기는 회전 수에 대한 함수이다. 도 2에 도시된 안테나 시스템(20)의 실시예에 있어서, 방사 소자(30)는, 작은 직경 상에서 작은 피치각으로 권선되므로, 정규 모드에서 동작하도록 설계된다.

도 2에 또한 나타나있는 바와 같이, 전도성 와이어 또는 스트립을 동축 지지관(coaxial supporting tube)(38)의 길이를 따라 나선형으로 권선함으로써 방사 소자(30)를 구현할 수 있다. 그러나, 당업자들이 알고있는 바와 같이, 상기 안테나는 나선형으로 권선된 자체-지지하는 전도성 와이어 또는 스트립(30)으로 구현될 수 있기 때문에 동축 지지관(38)이 필요다. 전도성 물질의 스트립으로 방사 소자(30)를 구현함에 있어, 비교적 넓은 스트립(예컨대, 1500 내지 1660MHz 주파수 범위에서 동작하도록 설계한 안테나에 대해서는 대략 3 내지 5 밀리미터 정도임)을 사용하여 손실을 줄이고 방사 소자(30)와 관련된 인덕턴스를 최소화함으로써, 안테나(20)의 임피던스를 송신기(12) 및 수신기(14)의 임피던스에 정합하는 것을 용이하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 당업자들이 역시 알고 있는 바와 같이, 방사 소자(30)는, 동축 길이 전체에 걸쳐 일정한 직경을 유지한다는 점에서 실제 나선형일 필요는 없다. 이와는 대조적으로, 본 발명 범위 내에 있는 다른 실시예는, 축 둘레에 코일 또는 부분 코일을 형성하지만, 한 단부에서 다른 단부까지 직경이 변한다는 점에서 나선형인 방사 소자(30)를 포함한다. 따라서, 안테나 시스템(20)의 바람직한 실시예는 원통형 덮개를 형성하는 방사 소자(30)를 구비하지만, 대신 원뿔형 덮개나 또 다른 혁신적인 표면을 형성하는 방사 소자(30)를 구비하도록 상기 안테나 시스템(20)을 구현할 수도 있다.

안테나 시스템(20)의 나선형 안테나에 의해 제공되는 방사 패턴은 본래, 나선 직경(D), 피치각 및, 소자 길이(L)에 대한 함수이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방사 소자(30)의 전기 길이(electrical length)는 약 λ/4, λ/2, λ/3, 또는 λ(여기서 λ는, 안테나가 동작할 주파수 대역 중 낮은 주파수 대역의 중심 주파수에 상응하는 파장임)인데, 이는, 상기 안테나가 더 낮은 동작 주파수 대역에서 공진하기 때문이다. 그러나, 본 발명의 개시에 비추어 당업자들이 알게 되는 바와 같이, 안테나 시스템(20)의 나선형 부분은 상기 안테나가 동작할 낮은 주파수 대역에서 반드시 공진하도록 설계될 필요는 없다. 왜냐하면, 다수의 기생 소자를 사용하여 다수의 공진점을 생성할 수 있어, 방사 소자(30)가 상기 동작 대역 중 하나에서 공진할 필요가 없기 때문이다. 또한, 여기에 기술되어 있는 바와 같이, 1/4 의 배수인 다른 파장과는 대조적으로 λ/4의 기생 소자를 사용하여 동작하는 것이 바람직할 수도 있는데, 이는, 이러한 길이의 방사 소자의 임피던스(일반적으로는 50 ohms 정도임)가 소스 전송선(source transmission line)(18)의 임피던스에 더욱 쉽게 정합할 수 있기 때문이다.

더욱이, 당업자들이 또한 알고있는 바와 같이, 레이돔 효과로 인해 방사 소자(30)의 실제 물리적인 길이가 상당히 줄어들 수 있는데, 왜냐하면, 상기 레이돔은 자유공간(free space)에서보다 길이가 더 짧아지도록 전파 속도를 변경하는 경향이 있기 때문이다. 상기 효과는 소형화가 중요 목표라는 점에서 유리하므로, 본 발명의 안테나 시스템(20)이 또한, 1/4 파장의 배수가 아닌 물리적인 길이를 갖는 방사 소자(30)를 사용하여 공진 또는 공진에 가깝게 동작할 수도 있다는 것을 알게될 것이다. 또한, 실제의 또는 전기(레이돔 효과를 응용한 것임) 길이(λ/4, λ/2, 3λ/4 그리고 λ)의 소자를 가진 나선형 안테나가 공진 동작하는 것으로 공지되어 있는 한편, 상기 공진 또는 공진에 가까운 동작은 또한, 추가 정합 수단을 통한 그 밖의 다른 길이의 방사 소자(30)를 이용하여 얻어질 수도 있으므로, 소스와 부하(load)간에 우수한 전력 전달을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 1/4 파장의 배수인 방사 소자 길이를 가진 나선형 안테나로 제한되지 않는다는 것을 알아두어야 한다.

도 2에 역시 나타나있는 바와 같이, 안테나 시스템(20)은, 방사 소자(30)에 인접하게 놓이지만 직접 전기적으로 접촉하지는 않는 기생 소자(40)를 포함한다. 기생 소자(40)는, 방사 소자(30) 부근에 놓이는 전기적 전도 물질을 포함할 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 기생 소자(40)는 공진하지 않는 전도성 와이어 또는 스트립을 포함하며, 그 단부(42,44)는 나선형 권선에 매우 근접해있다. 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 기생 소자(40)는, 방사 소자(30)의 권선에의해 형성된 실린더의 바로 외부에 평행하게 놓이며, 단부 지점(44)은 방사 소자(30) 말단부 상의 마지막 권선에 인접하고, 단부 지점(42)은 방사 소자(30) 시작 단부 상의 마지막 권선에 인접한다.

도 2에 또한 나타나있는 바와 같이, 기생 소자(40)는, 테플론(TEFLON), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리우레탄(polyeurethane) 등의 유전 물질(46)에 의해 방사 소자(30)와 절연되는 것이 바람직한데, 이는, 기생 소자(40)와 방사 소자(30)가 직접 전기 접촉되는 것을 방지하는데 기여하고, 기생 소자(40)와 방사 소자(30) 간에 최적 간격(optimal spacing)을 유지할 수 있게 한다. 바람직한 실시예에서, 기생 소자(40)는 플라스틱 주조(plastic casting)에서 성형된 전도성 와이어 또는 스트립으로 구현된다. 그러나, 당업자들이 알고 있는 바와 같이, 유전 물질 버퍼(dielectric material buffer)(46)가 필요하지는 않다.

안테나 시스템(20)은 다음과 같이 동작한다. 무선전화기(10)가 동작할 더 낮은 주파수 대역의 전자 신호가 안테나 시스템(20)에 투과하면, 방사 소자(30)는, 공진 모드(방사 소자(30)가 더 낮은 주파수 대역의 신호에 대해 공진 길이인 경우)에서 동작하여 상기 주파수 대역내에서 통신을 제공한다. 또한, 기생 소자(40)의 단부(42,44)와 방사 소자(30) 간의 거리를 신중히 선택함으로써, 이러한 더 낮은 주파수에서 방사 소자(30)에 투과된 신호가 기생 소자(40)와 쉽게 결합하지 않고, 대신 주로 혹은 바람직하게는 오로지 방사 소자(30)에만 남아있도록 안테나 시스템(20)을 설계할 수도 있다. 그러나, 높은 동작 주파수 대역에서는, 방사 소자(30)와 기생 소자(40) 간의 용량성 결합이 매우 증가하여, 에너지가 방사 소자(30)로부터 기생 소자(40)로 결합한 다음, 하나 이상의 나선형 권선을 바이패스(bypass)하는 경로를 따라 방사 소자(30)로 되돌아온다. 따라서, 안테나 시스템(20)에 투과되는 높은 주파수 대역에 있는 에너지의 일부는 용량성 결합 효과로 인해 단축된 전기적 경로를 얻으며, 이는 안테나 시스템(20)에 2차 유효 공진 주파수를 제공한다.

상기 용량성 결합 효과는, 다음과 같은 커패시터에 대한 리액턴스(reactance) 식을 참조하면 가장 잘 이해될 것이다:

여기서, f는 동작 주파수이고 C는 커패시턴스(capacitance)이다. 이 식은, 커패시터(이 경우에는 기생 소자(40))의 리액턴스가 주파수가 증가함에 따라 더 작아지므로 기생 소자(40)와의 용량성 결합은 사실상 높은 주파수에서 증가한다는 것을 나타낸다. 따라서, 기생 소자(40)가 낮은 주파수에서는 방사 소자(30)와 실제로 절연되지만, 높은 주파수에서는 방사 소자(30)와 용량성 결합되도록 안테나 시스템(20)을 설계할 수 있다.

당업자들이 알고 있는 바와 같이, 높은 주파수 대역의 신호에 발생하는 용량성 결합 양은 주로 기생 소자(40)와 방사 소자(30) 권선 간의 거리에 의존한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 거리는, 방사 소자(30)에 투과된 높은 동작 주파수 대역의 에너지의 전부는 아니더라도 일부가 기생 소자(40)와 용량성 결합하도록 선택된다. 따라서, 이러한 실시예에서, 기생 소자(40)는 실제적인 전기적 단락(electrical short)의 역할을 하지 않고, 대신 "분배 임피던스(distributive impedance)"를 생성함으로써, 기생 소자(40)가 걸쳐있는 권선에 대한 방사 소자(30)와 기생 소자(40) 간에 에너지가 분배된다. 그러므로, 안테나 시스템(20)을 포함하는 전체 구조는, 낮은 주파수 대역과 높은 주파수 대역 모두에서 동작하고 있을 때 방사하며, 이러한 상태에서 안테나 시스템(20)의 유효 개구는 낮은 주파수 대역과 높은 주파수 대역 모두에서 사실상 동일하다. 이는, 안테나의 모든 권선이 상기 주파수 대역에서 전기 신호를 송·수신하는데 사용되므로, 상기 주파수 대역 중 높은 주파수 대역에서 동작할 때 안테나 시스템(20)이 수신 신호를 극대화할 수 있다는 점에서 유리하다.

더욱이, 전술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방사 소자(30)는 50 ohms 정도의 고유 임피던스를 갖도록 설계될 수 있는 1/4 파장의 나선이므로, 송신기(12)와 수신기(14)를 안테나 시스템(20)에 결합하기 위해 무선전화기(10)에 보편적으로 사용되는 50 ohms의 동축 결선(18)에 정합된다. 이 외에도, 본 발명으로 알 수 있는 바에 따르면, 안테나가 공진하는 주파수, 분리된 동작 주파수 대역 각각을 통해 얻어지는 전압 정재파비(voltage standing wave ratio) 및, 안테나 피드 시스템(22)에서 본 안테나 시스템(20)의 임피던스에 의해, 기생 소자(40)의 단부(42와 44)와 방사 소자(30)의 각 권선 간의 물리적인 거리가 안테나 시스템(20)의 성능을 최적화하도록 조정될 수 있다는 것을 알게될 것이다.

따라서, 도 2에 도시된 안테나 시스템은, 두 개 이상의 넓게 분리된 주파수 대역(여기서, 본 명세서상에서 사용하는 넓게 분리된이란 용어는, 상기 주파수 대역의 낮은 대역의 중심 주파수의 적어도 30% 만큼 떨어진 주파수 대역을 의미함)에서 동작할 수 있는 비교적 작은 준-전방향성 안테나이다. 또한, 상기 안테나는 임피던스 정합을 필요로하지 않아 유리하고, 또한 전체 안테나가 두 가지 주파수 대역 모두에서 방사하므로, 동작 주파수에 관계없이 그 유효 개구가 실제로 동일하며, 따라서 상기 안테나는 안테나에 의해 송신 및/또는 수신되는 신호 에너지의 양을 극대화한다.

도 3은 본 발명의 안테나 시스템에 대한 선택적인 실시예를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서, 기생 소자(40)는, 방사 소자(30)에 의해 형성된 나선의 내부에 놓이며, 상기 나선의 상부 좌측에서 하부 우측으로 연장하도록 비스듬히 위치한다. 이 실시예에서, 기생 소자(40)가 나선의 적어도 두 지점(방사 소자(30) 말단부 상의 마지막 권선의 좌측과, 방사 소자(30)의 시작 단부에 인접한 권선의 우측)에 근접해 있으므로, 기생 소자(40)는 나선의 인접하지 않은 권선 간을 결합한다.

본 발명의 개시에 비추어 당업자들이라면 알게 되는 바와 같이, 인접하지 않은 권선을 결합하는 것은, 전체 방사 구조에 걸쳐 최적화를 가능하게 하므로 설계 유연성을 상당히 증가시킨다. 따라서, 본 발명의 안테나 설계는 이러한 향상된 유연성을 이용하여, 안테나 시스템(20)의 임피던스를 안테나 피드 네트워크(22)의 임피던스에 정합시키는 것을 도우며, 안테나가 동작할 모든 주파수 대역에서 안테나 시스템의 동작 대역폭을 극대화할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 기생 소자(40)는 나선 상의 단지 두 개의 권선에만 근접하도록 배치될 수도 있다. 이러한 구조는 안테나 시스템 제작을 간단하게 할 수 있다는 잇점이 있다.

본 발명의 안테나 시스템에 대한 또 다른 실시예가 도 4에 나타나있다. 이 실시예에 있어서, 기생 소자(40)는 비-직선형(non-linear)이며, 방사 소자(30)에 의해 형성된 나선 외부에 상기 나선의 긴 지름(major axis)에 평행한 위치에 놓여있다. 비-직선형 설계로 인해, 기생 소자(40)는 나선의 여러 권선과 인접하게 놓이지만, 그 외의 것과는 더 멀리 떨어지게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 안테나 시스템(20)은, 다수의 기생 소자를 포함하여 두 개 이상의 분리된 주파수 대역에서 동작할 수도 있다. 도 5는 이러한 안테나 시스템(20)의 실시예를 나타내는 것으로서, 이는 최대 3개의 넓게 분리된 주파수대역에서 동작하도록 설계된다. 도 5를 보면, 안테나 시스템(20)은, 방사 소자(30)에 의해 형성된 나선의 긴 지름 외부에 평행하게 놓여있는 제1 기생 소자(50)와, 동일한 방향으로 나선의 반대측에 놓여있는 더 짧은 제2 기생 소자(52)를 포함한다. 상기 실시예에 있어서, 안테나가 동작할 세 개의 주파수 대역 중 가장 높은 대역에서 방사 소자(30)에 투과되는 고주파 에너지가 제1 기생 소자(50) 및 제2 기생 소자(52)와 용량성으로 결합하여, 상기 용량성으로 결합된 방사 소자(30)와 제1 및 제2 기생 소자(50, 52) 결합이 안테나 시스템(20)이 동작할 주파수 대역 중 가장 높은 대역에서 공진하도록 하는 방식으로, 방사 소자(30)와 제1 및 제2 기생 소자(50, 52) 사이로 에너지가 분배된다. 마찬가지로, 안테나가 동작할 세 개의 주파수 대역 중 중간 대역에서 방사 소자(30)에 투과되는 고주파 에너지가 제1 및 제2 기생 소자(50, 52) 중 적어도 하나와 용량성으로 결합하여, 상기 용량성으로 결합된 방사 소자(30)와 제1 및 제2 기생 소자(50, 52) 중 적어도 하나와의 결합이 안테나 시스템(20)이 동작할 세 개의 주파수 대역 중 중간 대역에서 공진하도록 하는 방식으로, 제1 및 제2 기생 소자(50, 52) 중 적어도 하나와 방사 소자(30) 간에 에너지가 분배된다. 그러나, 안테나가 동작할 주파수 대역 중 가장 낮은 대역에서 고주파 에너지가 방사 소자(30)에 투과되면, 상기 에너지는 제1 또는 제2 기생 소자(50, 52)와 쉽게 결합하지 않고, 대신 상기로부터 사실상 절연된 상태를 유지한다. 그러나, 방사 소자(30)를 세 개의 주파수 대역 중 가장 낮은 대역에서 공진하도록 설계할 때는, 단독으로 동작하는 방사 소자(30)가 안테나가 동작할 주파수 대역 중 가장 낮은 대역에서 송신 및/또는 수신하는 작용을 한다.

상기 기술된 바와 같이, 안테나 시스템(20)에 대한 바람직한 실시예에 있어서, 안테나의 임피던스는 안테나 피드 회로(22)에서 보면 약 50 ohms 이다. 상기 임피던스는, 방사 소자(30)를 1/4 파장 나선으로 하고 기생 소자(40)의 위치와 길이를 선택함으로써 얻어질 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 안테나 시스템(20)은 동축 결선(18)을 통해 송신기(12) 및 수신기(14)와 결합하는데, 이것은 일반적으로 50 ohms 정도의 임피던스를 나타낸다. 따라서, 상기 실시예에서는 안테나 시스템(20)의 임피던스가 소스 전송선(18)의 임피던스에 정합되기 때문에 임피던스 정합 네트워크 없이 최대 전력 전송을 얻을 수 있다. 그러나, 당업자들이 알고있는 바와 같이, 임피던스 정합 네트워크는 안테나의 임피던스를 소스 전송선의 임피던스에 정합하도록 변형하는 것으로 선행 기술분야에 잘 알려져있다. 따라서, 상기 범위의 임피던스를 가진 안테나는 임피던스 정합 네트워크와 연결되는 추가 하드웨어를 필요로하지 않는다는 잇점이 있긴 하지만, 본 발명에 따라 설계되는 안테나가 50 ohms 정도의 임피던스를 갖도록 설계될 필요는 없다.

본 발명에 따르면, 기생 소자는 나선형 안테나에 인접한 다양한 위치와 상이한 여러 방향으로 배치될 수 있다는 것을 알게될 것이다. 그러나, 최적 위치와 방향은 안테나 시스템에 정해져있는 특정 크기와 성능 요구에 따라 매우 변할 수 있다. 따라서, 기생 소자의 위치를 정하기 위해 본 발명 안테나 시스템을 이용하여 얻을 수 있는 유연성은, 허용된 VSWR 및 대역폭 성능을 제공하고, 두 개 이상의 특정 주파수 대역에서 공진하며, 사용자가 요구한 크기와 부피 제한을 충족하는 안테나를 설계하고자 할 때 설계자에게 여러 단계의 자유권한(freedom)을 부여한다. 이러한 설계 유연성은, 심미성 고려와 사용자의 작은 무선전화기 요구로 인해 허용가능한 안테나의 크기와 부피가 종종 매우 제한되기 때문에 매우 중요하다.

본 발명의 또 다른 관점으로, 안테나 시스템(20)을 제작하는 방법이 개시된다. 이러한 본 발명 관점에 따르면, 방사 소자(30)와 이 방사 소자(30)에 인접한 기생 소자(40)를 구비함으로써, 두 개의 분리된 주파수 대역에서 통신하는 안테나 시스템(20)이 제공된다. 기생 소자(30)의 위치는, 주파수 대역 중 높은 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템(20)에 투과되면 방사 소자(30)와 기생 소자(40)가 용량성으로 결합하는 한편, 주파수 대역 중 낮은 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템(20)에 투과되면 방사 소자(30)가 기생 소자(40)와 사실상 절연되도록 정해진다. 본 발명의 개시에 비추어 당업자들이 알게되는 바와 같이, 바람직한 실시예에서 방사 소자의 직경은, 안테나 시스템(20)에 허용된 부피내에 맞는 가장 큰 직경의 나선형 안테나로 선택될 수 있다. 방사 소자(30)의 길이는 안테나의 공진 길이에 상응하는 길이로 선택될 수 있으며, 이는 바람직한 실시예에서, 동작 주파수 대역 중 낮은 대역의 중심 파장의 1/4 이다. 안테나 시스템(20)의 축 길이는 설계 사양에서 안테나 시스템(20)에 허용된 길이로 선택될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 기생 소자의 최적 위치는, 다양한 크기의 기생 소자(40)가 방사 소자(30)에 인접하여 다양한 위치와 방향에 있을 때, 고주파 에너지를 안테나 시스템(20)에 공급하여 네트워크 애널라이저(network analyzer)를 사용하여 안테나 출력을 측정함으로써 결정될 수 있다. 상기 방법을 이용하면, 특정 크기, VSWR, 및 주파수 응답 요구를 충족하는 안테나 시스템(20)을 제공하도록 기생 소자(40)의 크기와 위치 및 방향이 선택될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 기생 소자(40)는, 안테나 시스템(20)의 유효 개구가 이것이 작동할 두 주파수 대역 모두에서 사실상 동일하도록 위치가 정해진다.

실시예 1

안테나 시스템(20)은 본 발명에 따라, 824 MHz 내지 894 MHz 와 1850 MHz 내지 1990 MHz 에서 동작하도록 구성되었다. 이러한 본 발명의 실시예에 있어서, 방사 소자(30)는 유리섬유 관(fiberglass tube)에 약 6회 권선된 동 스트립을 포함하는데, 여기서 상기 방사 소자(30)의 길이는 대략 88 밀리미터(850 MHz 에서의 1/4 파장)이고, 축 길이는 25 밀리미터 정도이며, 나선의 직경은 약 8 밀리미터이다. 상기 실시예에서, 기생 소자(40)는 13 밀리미터 길이의 공진하지않는 전도성 와이어로 구현되는데, 이는, 나선의 긴 지름에 평행한 위치에 있는 방사 소자(30)에 의해 형성된 나선의 외부에 인접(약 0.2 밀리미터 떨어짐)하게 놓여있다. 기생 소자(40)는 와이어의 외측면 둘레에 유전체 코팅(dielectric coating)(46)을 포함한다. 본 발명의 상기 실시예에 있어서, 방사 소자(30)의 기점(32)에서 대략 한번 반 권선해 올라간 방사 소자(30) 둘레에 기생 소자(40)의 한 단부를 1 또는 2회 감고, 기점(32)에서 대략 네번 반 권선해 올라간 방사 소자(30) 둘레에 기생 소자(40)의 다른 단부를 1 또는 2회 감음으로써, 기생 소자(40)가 위치한다. 이 실시예에서, 기생 소자(40)를 둘러싸고있는 유전체 코팅(46)은 방사 소자(30)의 중간 권선(즉, 기생 소자(40)가 방사 소자(30) 둘레에 감겨있는 권선 사이의 권선)에 접촉한다.

실시예 2

824 MHz 내지 894 MHz AMPS 주파수 대역과 1850 MHz 내지 1990 MHz PCS 주파수 대역에서 동작하도록 설계된 본 발명에 따라 제2 안테나 시스템(20)이 구성되었다. 상기 실시예에서, 방사 소자(30)는 섬유유리 관에 대략 5회 반 권선된 동 스트립을 포함하는데, 여기서 방사 소자(30)의 길이는 약 88밀리미터이고(850 MHz 에서의 1/4 파장임), 축 길이는 20밀리미터 정도이며, 나선의 직경은 약 7밀리미터이다. 상기 실시예에 있어서, 기생 소자(40)는 10 밀리미터 길이의 공진하지않는 전도성 와이어로 구현되며, 이는, 나선의 긴 지름에 평행한 위치에 있는 방사 소자(30)에 의해 형성된 나선의 외부에 인접(약 0.2 밀리미터 떨어짐)하게 놓인다. 기생 소자(40)는 와이어의 외측면 둘레에 유전체 코팅(46)을 포함하였다. 본 발명에 대한 상기 실시예에 있어서, 방사 소자(30)의 기점(32)에서 대략 한번 반 권선해 올라간 방사 소자(30) 둘레를 기생 소자(40)의 한 단부가 1 또는 2회 감고, 기점(32)에서 대략 네번 반 권선해 올라간 방사 소자(30) 둘레를 기생 소자(40)의 다른 단부가 1 또는 2회 감음으로써, 기생 소자(40)의 위치가 정해진다.

도 6과 7은, 두 개의 동작 주파수 대역에걸친 상기 안테나 시스템(20)의 응답을 나타낸다. 도 6에 나타나있는 바와 같이, 안테나 시스템(20)은 824 내지 894 MHz 주파수 범위에 걸쳐 2.0 미만의 VSWR을 제공하며, 도 7은, 1850 내지 1990 MHz 주파수 범위에 걸쳐 2.5 미만의 VSWR이 유지된다는 것을 도시한다. 따라서, 상기 안테나 시스템은 AMPS 와 PCS의 두 가지 주파수 대역에 걸친 이중-대역 동작을 제공한다.

도면, 명세서, 및 실시예에서, 본 발명의 일반적인 바람직한 실시예가 개시되어 있는데, 특정 용어를 사용했다 하더라도, 이러한 용어는 개략적이며 설명적인 의미로만 사용될 뿐, 제한을 목적으로 하는 것은 아니며, 본 발명 범위는 이하 특허청구범위에서 설명될 것이다. 따라서, 당업자들 스스로가, 본 발명 범위를 벗어나지 않고 본 명세서상에 명백히 기재된 것 이외의 이중-대역 안테나 시스템과 무선전화기, 및 관련 방법을 알아낼 수 있다.

Claims (36)

1. 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역에서 전기 신호를 송·수신하는 안테나 시스템(20)에 있어서,

   나선형 안테나(30), 및

   상기 나선형 안테나(30)에 인접한 기생 소자(40)를 포함하는데,

   상기 기생 소자(40)는, 상기 주파수 대역 중 높은 대역의 고주파 에너지가 상기 안테나 시스템(20)에 투과하면, 상기 나선형 안테나(30)와 상기 기생 소자(40)가 용량성으로 결합하여 상기 나선형 안테나(30)의 전기 길이를 효과적으로 단축하는 한편, 상기 주파수 대역의 낮은 대역의 고주파 에너지가 상기 안테나 시스템에 투과하면, 상기 나선형 안테나(30)가 사실상 상기 기생 소자(40)로부터 절연되도록 위치가 정해지고,

   상기 안테나 시스템(20)의 유효 개구가 실제로 상기 주파수 대역 모두에서 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 기생 소자(40)는, 상기 나선형 안테나(30)의 내부에 대각선으로 배치되어 상기 나선형 안테나(30)의 단지 두 지점에만 근접한 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 기생 소자(40)는 상기 나선형 안테나(30)의 두 개 이상의 권선에 인접하여 상기 나선형 안테나(30)의 외부에 놓이는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
4. 제1항, 2항, 또는 3항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지는 단지, 인접하지 않은 권선에서의 상기 나선형 안테나(30)와 상기 기생 소자(40) 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
5. 제1항, 2항, 또는 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기생 소자(40) 부분은 상기 나선형 안테나(30)의 하나 이상의 권선에 부착되는데, 상기 나선형 안테나(30)와 상기 기생 소자(40)가 접하는 지점에서 이들을 물리적으로 절연시키는 유전체(46)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
6. 제1항, 2항, 또는 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나선형 안테나(30)는 상기 주파수 대역 중 낮은 대역에서 상기 기생 소자(40)와 관계없이 공진하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
7. 제1항, 2항, 또는 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나선형 안테나(30)에 인접한 제2 기생 소자(52)를 더 포함하는데, 상기 제2 기생 소자(52)는, 상기 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역의 낮은 대역보다 높은 제3 주파수 대역의 고주파 에너지가 상기 안테나 시스템(20)에 투과하면, 상기 나선형 안테나(30)와 상기 제1 및 제2 기생 소자(50,52)가 용량성으로 결합되는 한편, 상기 두 개의 넓게 분리된 주파수 대역의 낮은 대역의 고주파 에너지가 상기 안테나 시스템에 투과하면, 상기 나선형 안테나(30)가 사실상 상기 제2 기생 소자(52)와 절연되도록 놓이는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   송신기(12),

   수신기(14),

   사용자 인터페이스(16), 및

   안테나 피드 시스템(22)을 구비한 무선전화기와 결합하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 나선형 안테나(30)는 정규 모드에서 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
10. 제1항에 있어서, 안테나 피드(22)에서 본 임피던스가 약 50ohms 인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 안테나 시스템(20)은 824 내지 894 MHz 와 1850 내지 1990 MHz의 주파수 대역에서 전기 신호를 송·수신하도록 구성하며, 상기 나선형 안테나(30)는 824 내지 894 MHz의 주파수 대역에서 공진하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 나선형 안테나(30)의 직경이 약 6 내지 10 밀리미터이고, 상기 나선형 안테나(30)의 축 길이가 약 20 내지 25 밀리미터인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 기생 소자(40)는, 상기 나선형 안테나(30)의 두 개 이상의 권선에 인접하여 상기 나선형 안테나(30)의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
14. 제11항에 있어서, 상기 기생 소자(40)가 약 10 내지 14 밀리미터의 길이이고, 적어도 기생 소자(40) 부분은 나선형 안테나(30)에서 약 0.2 밀리미터 떨어져 놓이는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
15. 두 개의 분리된 주파수 대역에서 통신하는 안테나 시스템(20)을 제작하는 방법으로서, 나선형 안테나(30)를 제공하는 단계 및, 상기 나선형 안테나에 인접하게 기생 소자(40)를 제공하는 단계를 포함하는 안테나 시스템 제작 방법에 있어서,

    주파수 대역 중 높은 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템(20)에 투과하면 나선형 안테나(30)와 기생 소자(40)가 용량성으로 결합하여 상기 나선형 안테나(30)의 전기 길이를 효과적으로 단축시키는 한편, 주파수 대역 중 낮은 대역의 고주파 에너지가 안테나 시스템(20)에 투과하면 나선형 안테나(30)가 사실상 기생 소자(40)와 절연되도록 기생 소자의 위치를 정하는 단계, 및

    안테나 시스템(20)의 유효 개구가 두 개의 주파수 대역 모두에서 사실상 동일하도록 기생 소자(40)의 위치를 정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 제작 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 기생 소자(40)는 나선형 안테나(30)의 내부를 통해 대각선으로 놓이는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 제작 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 나선형 안테나(30)는 정규 모드에서 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 제작 방법
18. 제15항에 있어서, 상기 나선형 안테나(30)는, 주파수 대역 중 낮은 대역에서 기생 소자(40)와 관계없이 공진하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템 제작 방법.
19. 나선형 안테나(30)와 나선형 안테나(30)에 인접하게 놓인 기생 소자(40)를 포함하는 이중-대역 안테나 시스템(20)을 이용하여 신호를 수신하는 방법으로서, 기생 소자(40)가 나선형 안테나(30)로부터 사실상 절연되어 있는 동안, 나선형 안테나(30)의 공진 주파수에 상응하는 제1주파수 대역에서 나선형 안테나(30)를 통해 신호를 수신하는 단계를 포함하는 이중-대역 안테나 시스템(20)을 이용한 신호 수신 방법에 있어서,

    제1주파수 대역보다 높은 제2주파수 대역에서 나선형 안테나(30)와 기생 소자(40)의 결합을 통해 신호를 수신하기 위해, 나선형 안테나(30)의 전기 길이를 효과적으로 단축시키기도록 나선형 안테나(30)와 기생 소자(40)를 용량성으로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중-대역 안테나 시스템을 이용한 신호 수신 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 나선형 안테나(30)와 기생 소자(40)를 용량성으로 결합하는 단계를 수행함에 있어, 에너지는 단지 인접하지 않은 권선에서 나선형 안테나(30)와 기생 소자(40) 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 이중-대역 안테나 시스템을 이용한 신호 수신 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 안테나 시스템(20)은 상기 나선형 안테나(30)와 상기 기생 소자(40)를 물리적으로 절연시키는 유전체(46)를 더 포함하고, 기생 소자(40) 부분은 나선형 안테나(30)의 하나 이상의 권선 둘레에 감기는 것을 특징으로 하는 이중-대역 안테나 시스템을 이용한 신호 수신 방법.
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