KR100413585B1

KR100413585B1 - 단일 피드점 정합 시스템

Info

Publication number: KR100413585B1
Application number: KR10-2000-7003385A
Authority: KR
Inventors: 홀샤우저하워드이.; 섀들러로버트에이.; 헤이즈게라르드; 개먼존더블유.
Original assignee: 에릭슨 인크.
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2004-01-07
Also published as: WO1999017399A1; MY120055A; CN1133233C; IL135179A; CN1280715A; EP1019979A1; AU9404698A; JP2001518729A; EP1019979B1; DE69803686D1; HK1033209A1; AU744665B2; US5856808A; KR20010052080A; DE69803686T2; IL135179A0

Abstract

무선 전화기용 단일 피드점 정합 시스템은 안테나가 신장된 위치에 있을 때 그 사이에 동축 커패시터를 형성하도록 구성되는 접이식 안테나 및 고정 페룰을 포함한다.

Description

단일 피드점 정합 시스템{SINGLE FEED POINT MATCHING SYSTEMS}

다수의 무선 전화기는 접이식 안테나, 즉 무선 전화기 하우징에서 신장가능하고 축소가능한 안테나를 이용한다. 이 접이식 안테나는 내부에 배치된 인쇄 회로 기판(printed circuit board)상에 위치한 신호 처리 회로(signal processing circuit)에 전기 접속된다. 최적으로 작동하기 위해, 상기 신호 처리 회로와 안테나는, 각자의 임피던스가 실질적으로 "정합"하도록 상호접속되어야 하는데, 즉 원하지 않는 안테나 임피던스 성분을 여과하거나 보상하여 회로 피드에서 50ohm의 임피던스를 제공해야 한다. 유감스럽게도, 접이식 안테나는 본래 동적인 구성요소, 즉 하우징 및 인쇄 회로 기판에 대해 움직이거나 이동하는 구성요소를 구비하고 있어, 그 자체로서 일반적으로 단일 임피던스 값을 가지지 않기 때문에 상기와 같은 정합 시스템을 복잡하게 한다. 대신, 접이식 안테나는 통상적으로 신장된 위치와 축소된 위치에 있을 때 매우 상이한 임피던스 값을 발생시킨다. 따라서, 임피던스 정합 시스템이 안테나의 임피던스를 변경하여 상기 안테나가 신장되고 축소될때 단자의 임피던스를 적절하게 정합시키는 것이 바람직하다.

정합 네트워크의 물리적인 구성은 무선 전화기 및 내부에 배치된 인쇄 회로기판의 소형화로 인해 더욱 복잡해진다. 수많은 대중적인 휴대용 전화는 소형화되고있다. 실제로, 수많은 최신 모델은 11 내지 12 센티미터 길이에 불과하다. 인쇄 회로 기판을 무선 전화기 내부에 배치하기 때문에, 그 크기 또한 휴대용 무선 전화기의 소형화에 상응하여 축소되고 있다. 유감스럽게도, 인쇄 회로 기판의 크기가 감소하기 때문에, 일반적으로 무선 전화기의 원하는 동작 및 성능 파라미터를 지원하는데 이용할 수 있는 공간의 양도 그에 상응하여 감소한다. 따라서, 무선 전화기및 인쇄 회로 기판의 제한된 공간을 능률적이며 효율적으로 활용하는 것이 바람직하다.

이러한 소형화는 또한, 기계적인 지지를 위한 하우징과 일반적으로 상호접속해야 하는 외부로 신장되는 접이신 안테나와 같은 다른 부품, 및 상기 설명된 바와 같이 신호를 처리하기 위해 인쇄 회로 기판과 동작 가능하게 연결되된 임피던스 정합 시스템에 복잡한 기계적 및 전기적인 접속을 초래할 수 있다.

당업자에게 공지된 바와같이, 접이식 안테나는 일반적으로 신장된 위치와 관련된 하나와 축소된 위치와 관련된 하나의 소망의 정합 회로를 구비한다. 신장된 위치에서, 안테나는 일반적으로 반파(λ/ 2) 부하로 동작한다. 이러한 상황에서, 관련 임피던스는 600 Ohms 만큼 높이 상승할 수도 있다. 이와는 대조적으로, 축소된 위치에서, 안테나 막대(rod)는 일반적으로 대략 50 Ohms 정도의 임피던스를 가진 1/4 파장(λ/ 4) 부하로 동작한다. 따라서, 안테나가 신장된 위치에 있으면, 부가적인 임피던스를 정합하기 위하여 L-C 정합 회로가 필요하거나 바람직할 수도 있다.

종래의 휴대용 무선 전화기는 다양한 안테나 접속을 사용하여 정합 시스템을 안테나의 위치에 대응하는 회로로 스위칭하여 상기 시스템을 안테나 및 인쇄 회로 기판 또는 신호 처리기와 전기적으로 접속시켰다. 예컨대, Tsunekawa 등의 U.S. 특허 제 5,374,937호는 무선 전화기 하우징내의 인쇄 회로 기판상에서 아래쪽으로 이격된 접촉부(contact) 또는 단자를 제안하고 있으며, 상기 접촉부 또는 단자는 관계된 정합 네트워크와 결합하거나 단락시키는 역할을 한다. 유감스럽게도, 이러한 유형의 스위칭 접속은 다수의 신호 피드점을 가진 와이핑 접촉(wiping contact)과 같은 다수의 분리된 스위칭 요소(discrete switching components)를 사용할 수 있고, 게다가 인쇄 회로 기판상에서 원치않는 양의 공간을 사용할 수도 있다.

한 가지 대안이, Gerard J.Hayes와 Howard E. Holshouser가 "Radiotelephone with Antenna Matching Switching System Configurations" 이란 제목으로 1997년 5월 20일 출원하여 공동 계류중인 특허 출원 제 08/858,982호에 기재되어 있다. 이 시스템은, 횡 방향으로 이격된 회로 및 안테나 접촉을 이용하여, 정합 시스템을 작동시키는데 필요한 인쇄 회로 기판상의 공간 양을 감소시킨다. 또 다른 대안은, Howard E.Holshouser가 "Radiotelephone with Integrated Antenna Matching Systems"란 제목으로 1997년 4월 29일에 출원하여 공동 계류중인 특허출원 제 08/841,193호에 기재되어 있다. 이들 특허 출원 각각은 본원에 참조되어 있다.접이식 최상부 로드 안테나(load antenna)를 위한 또 다른 스위칭 기술이 Davidson의 EP-A-0 718 909에 기재되어 있다. 축소된 위치에서, 내부 피드점과 안테나 사이의 결합은 최상부 로드 나선형 소자의 중간 위치에서 전도성 콜릿(conductive collet)까지 신장하여 부착된 탭(tap)을 통해 제공된다. 상기 전도성 콜릿은 안테나가 축소될 때 하우징의 최상부에서 신장하는 보조 전도성 콜릿을 수납할 수 있는 크기와 구성을 갖는다. 안테나의 입력 임피던스(Z_I)는 안테나가 신장된 위치에 있는지 또는 축소된 위치에 있는지에 관계없이 실질적으로 동일하게 된다. 상기 피드점과 안테나간을 결합하면, 안테나가 신장된 위치 및 축소된 위치에 있을 때 모두에서 동일한 정합 회로를 사용할 수 있게 된다.

본 발명은 전화기에 관한 것으로서, 특히 접이식 안테나(retractable antenna)를 구비한 전화기에 이용되는 정합 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 정합 시스템의 바람직한 실시예에 대한 개략적인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 축소가능한 안테나와 관련 베이스 유닛의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 안테나 커넥터의 측면 사시도.

도 3a는 도 3의 커넥터의 다른쪽 측면 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 축소된 위치에서의 축소가능한 안테나를 구비한 무선 전화기의 부분적으로 잘라낸 사시도.

도 4a는 도 4에 도시한 무선 전화기의 상부 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 무선 전화기에 놓인 신장된 위치의 축소가능한 안테나의 측면 사시도.

도 5a는 도 5에 도시한 무선 전화기의 상부 사시도.

도 6은 도 5에서의 라인(6-6)을 따라 얻은 단면도.

도 7은 안테나와 접촉 페룰(또는 원통형 전도체) 사이의 구성과 본 발명에 따른 용량 계산에 사용된 식의 파라미터(L,b,a)에 대한 도면.

도 7a는 안테나 막대 코어의 반경(a)을 나타내는 도 7에 도시한 안테나의 단면도.

도 8은 본 발명에 따른 정합 시스템과 관련된 임피던스를 나타내는 복잡한 임피던스 플롯(plot)을 그래프로 나타낸 테스트 데이터와, 테스트 설비(test fixture)를 통해 본 원래의 임피던스를 나타내는 그래프.

따라서, 본 발명의 제1 목적은, 안테나의 성능 저하를 최소화하는 방식으로 무선 전화기용 정합 시스템을 접이식 안테나와 결합시킬 수 있는 단일 피드점을 구비한 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단일 피드점을 구비한 경제적인 접이식 안테나 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 안테나의 물리적인 축소 및 신장에 대응하는 소망의 신호 경로로 자동적으로 스위칭되는 정합 시스템을 구비한 접이식 안테나 어셈블리를 제공하는 것이다.

이들 및 그외 다른 목적은 단일 고정 신호 피드점을 사용하고 정합 네트워크에서 안테나 고유의 용량 특성을 이용하는 안테나 어셈블리를 사용하는 본 발명에 의해 충족된다. 특히, 본 발명의 제1 양상은, 전도성 코어(conductive core) 및 외부 표면을 가지며 이 안테나의 중심을 통과하는 중심축을 형성하는 대향하는 제1 및 제2 단부를 포함하는 원통형 안테나를 구비한 안테나 어셈블리를 포함한다. 이 안테나는 자신의 외부 표면상에 위치된 코어와 전기적으로 연결되어 있는 상부 및 하부 접촉부를 포함한다. 이 어셈블리는 또한 상단부와 하단부를 가지며 이것을 관통하는 개구를 포함하는 비전도성 베이스 유닛(base unit)을 포함한다. 이 개구는 내부에 안테나 부분을 수납하도록 구성된다. 상기 베이스 유닛은 자신의 하단부에 단단하게 부착되어 이것로부터 신장하는 전도성 페룰(ferrule)을 포함한다. 이 안테나는 베이스 유닛 내에 및 그 외부로 축소 및 신장하여, 상기 안테나가 축소되면 안테나의 상부 접촉부가 페룰과 전기 접촉하도록 하고, 안테나가 신장되면 페룰과 안테나가 그 사이에 커패시터를 형성하도록 한다. 베이스 유닛의 개구는 안테나의 중심축을 따라 신장하고, 안테나가 상기 중심축을 따라 베이스 유닛의 내부와 외부로 이동하며, 또한 페룰은 원통형 전도체로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 하부 접촉부에 인접한 안테나 외부 표면은 절연 장벽(insulating barrier)을 포함하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 있어서, 안테나 어셈블리는 내부에 배치된 인쇄 회로 기판과 이 인쇄 회로 기판에 부착된 안테나 커넥터(connector)를 포함하는 무선 전화기 내에 포함된다. 안테나 커넥터가 그 위에 각각의 접지(ground) 및 신호 접촉부를 포함하여, 상기 페룰이 신호 접촉부와 맞닿아 안테나 및 무선 전화기로 RF 신호를 송신하고 또한 그로부터 RF 신호를 수신하기 위한 단일 신호 피드점을 제공한다.

본 발명은, 안테나의 이동에 상응하여 자동으로 스위칭되는 제1 및 제2 신호 경로를 형성하도록 안테나, 페룰 및, 안테나 커넥터를 구성한다는 잇점이 있다. 특히, 안테나를 신장하면 제1신호 경로가 동작하고, 안테나를 축소하면 제2신호 경로가 동작한다. 또한, 본 발명은, 안테나 막대의 고유의 용량 특성을 정합 회로의 일부로서 이용한다.

본 발명의 또 다른 양상은 정합 시스템을 구비한 무선 전화기이다. 상기 무선 전화기는 무선 전화 하우징, 이 하우징내에 배치된 인쇄 회로 기판 및, 하우징에 고착된 안테나 커넥터를 포함한다. 안테나 커넥터는 제1 및 제2 접촉부를 포함한다. 무선 전화기는 또한 무선 전화기 하우징에 부착되며 내부에 개구를 가진 안테나 베이스를 포함한다. 이 안테나 베이스는 무선 전화기 외부로 신장하는 부분 및 무선 전화기 내에 포함되는 부분을 포함한다. 하우징 내에 포함되는 부분은 그 위에 접촉 페룰을 포함한다. 무선 전화기는 또한, 안테나가 그에 대해 자유롭게 축소 및 신장하도록 안테나 베이스에 수납되도록 조정된 세로 방향으로 신장하는 안테나를 포함한다. 안테나는 상부와 하부의 전기 접촉부를 포함한다. 안테나가 축소되면, 상부 접촉부가 페룰 및 제1안테나 커넥터 접촉부와 전기적으로 연결되어 제1신호 경로를 형성한다. 안테나가 신장되면, 하부 접촉부가 접촉 페룰과 이격되고, 하부 접촉부 및 접촉 페룰은 제2 및 제1 접촉부 각각과 전기적으로 연결되어 정합 L-C 회로를 제공한다. L-C 회로의 커패시터는 축소된 위치에서의 안테나와 접촉 페룰에 의해 형성된다는 잇점이 있다.

본 발명의 다른 양상은 상술된 바와 유사하지만 무선 전화기용 정합 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 안테나의 이동에 상응하여 자동으로 스위칭되는 제1 및 제2 신호 경로를 형성하도록 안테나, 페룰 및, 안테나 커넥터를 구성한다는 잇점이 있다. 특히, 안테나를 신장하면 제1신호 경로가 동작하고, 안테나를 축소하면 제2신호 경로가 동작한다. 또한, 본 발명은, 안테나 막대의 고유의 용량 특성을 정합 회로의 일부로서 이용하며, 스위칭하여 안테나의 임피던스를 정합하는데 필요한 무선 전화기 내부의(및 인쇄 회로 기판상의) 공간 양을 최소화하는 단일 피드점을 이용한다.

본 발명에 대한 상기 및 그 밖의 목적 및 양상은 이하에서 상세히 설명된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 여기서 상기 도면은 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 도시한다. 그러나, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 실시될 수도 있어, 여기서 설명하는 실시예에 제한되는 것으로 해석해서는 안된다. 전 도면에서 동일한 번호는 동일한 소자를 의미한다. 명확하게 하기 위하여 층이 확대되어 도시될 수 있다.

일반적으로, 도 1에 개략적으로 설명하는 바와 같이, 안테나(20)를 무선 전화기 외부로 신장하면, 본 발명은 단일 신호 피드 접점(15)과 전기 접속되는 회로 경로내에 커패시터(12) 및 인덕터(14)를 포함하는 정합 네트워크(10)를 제공한다. 도시한 바와 같이, 커패시터(12)는 안테나(20) 및 접촉 페룰(40)에 의해 형성된 동축 커패시터로서 형성된다는 잇점이 있다. 인덕터(14)는 안테나 막대(25)의 단부에 놓인 하부의 전도성 접촉부(29)와 함께 전기 접촉부(17)에 의해 회로 경로내에 포함된다. 따라서, 안테나 막대(25)(전도성 코어(25a) 및 비전도성 외부 표면(25b)을 가짐)가 통상적인 정합 네트워크에서 바람직하지 않은 효과를 발생시키는 고유의 용량 특성을 가질 수 있다는 점을 인식하고, 본 발명은 이러한 용량 특성을 이용하여 이들을 정합 네트워크(10)에서 용량성 요소로서 포함한다. 무선 전화기가 단일 피드점(15)을 포함하여, 신호 경로가 신장된 위치 및 축소된 위치 모두에서 50 Ohm의 임피던스로(신장 위치에서 증가된 임피던스를 정합함) 동작하고 무선 전화기의 인쇄 회로 기판과 동작가능하게 관계되는 것이 바람직하다. 이 RF 피드(15)는 무선 전화기 신호를 처리하는 인쇄 회로 기판(80) 또는 다른 기판과 전기 접속된다(도 4).

도 2는 안테나(20) 및 관련 베이스 유닛(30)의 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 안테나(20)는 직선형(linear) 막대(25) 및 단부 캡(end cap)(26)에 놓인 나선형 코일(helical coil)과 같은 최상부 로딩된 소자(top loaded element)(22)를 포함한다. 안테나의 외부 표면(21)은 직선형 막대에 놓인 상부와 하부 접촉부(27,29)를 제외하면 비전도성이다. 직선형 막대는 내부 전도성 코어(25a)(도 7a)를 포함한다. 최상부 소자(22), 코어(25a), 및 상부와 하부 접촉부(27,29)는 전기적으로 통한다. 안테나 코어(25a)는 이하에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이 규정된 소정의 반경(a)을 가진 원통형인 것이 바람직하다. 단부 캡(26)은 직선형 소자와 최상부 소자(22)의 중간에 하부 신장부(26a)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 안테나(20)의 하부는 하부 접촉부(29)에 인접하여 확대된 부분(enlarged portion)(28)을 포함하는 것이 바람직하다. 이하에서 또한 설명하는 바와 같이, 상기 확대된 부분(28)은 안테나를 신장하여 신호 및 분로 인덕터 경로를 분리시켜 정합 회로(10)를 제공할 때 피드점(15)과 전기 접촉부(17) 사이에 절연 장벽을 제공하도록 구성된다. 당업자들에게 공지된 바와 같이, 상기 안테나는 다른 대안으로 구성할 수 있다. 따라서, 신장된 위치에서는 반파로 동작하고 축소된 위치에서는 1/4 파장 스터브(stub)(나선형 모양임)로 동작하는 최상부 로딩된 모노폴 (monopole)로 설명했지만, 본 발명은 이 안테나 로드로만 제한되지 않고 또다른 안테나 구성이 또한 본 발명에 이용될 수 있다. 예컨대, 반파장의 정수배를 갖는 안테나 로드, 코일, 디스크 또는 그외 다른 유형의 안테나 로드 소자를 들 수 있다.

안테나(20)의 전기적인 길이 (일반적으로 최상부 로드 소자(22) 및 직선형 막대(25)의 길이에 의해 정해짐)를 미리 정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 안테나(20)의 전기적인 길이가 반파장 또는 반파장의 정수배를 제공하도록 구성되어, 안테나(20)가 동작 주파수로 공진하도록 하는 것이다.

도 2에 도시된 바와같이, 베이스 유닛(30)은 그 중심을 통해 형성된 개구(35)를 포함한다. 이 개구(35)는 안테나(20)가 이를 통해 이동(신장 및 축소)하도록 크기화되고 구성된다. 베이스 유닛(30)의 상부 부분(32)은 안테나(20)가 축소된 위치에 있을 때(도 4) 그 안에 단부 캡(26)의 하부 단부를 수납하는 수납 개구(36)로서 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서, 접촉 페룰(40)은 베이스 유닛(30)의 최하부에 배치되어 중심축(50)(베이스 유닛(30)의 대향하는 단부 사이를 신장하는 선에 의해 형성된 축)과 정렬한다(도 7a). 상기 접촉 페룰(40)은 베이스 유닛(30)의 최하부에서 신장하는 원통형 접촉부인 것이 바람직하다. 상기 베이스 유닛은 상기 접촉 페룰(40)를 제외하고 비전도성인 것이 바람직하다. 그러나, 베이스 유닛(30)은 또한, 개구(35)의 내부면을 따라 배치된 전기적 트래이스 (electrical trace)(도시하지 않음)와 같은 전기적인 전도 부분을 포함하여, 안테나(20)가 축소된 위치에 있을 때 안테나 상부 접촉부(27) 및 접촉 페룰(40) 사이의 전기적인 접촉을 용이하게 할 수 있다. 어떤 경우에서든, 베이스 유닛(30)은 무선 전화기 하우징(75)에 조립되도록 구성된다(도 4). 베이스 유닛은, 다수의 무선 전화기내에 있는 삽입물(insert)에 용이하게 부착하기 위해 나삿니 부분(threaded portion)(34)을 포함하는 것이 바람직하다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 안테나(20)를 신장하면, 몸체의 대부분이 하우징(75)의 외부에 있게되며, 이와는 대조적으로 안테나(20)를 축소하면, 안테나(20)의 대부분은 무선 전화기(75) 내부에 놓인다. 동작시에, 안테나 막대(25)는 중심축(50)을 따라 하우징 통로(30)(도 7)의 내부와 외부로 신장하고 상기 하우징(75)과 결합하여, 이하에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 안테나의 축소 및 신장에 상응하여 안테나 베이스 유닛(30) 내에서의 안테나(20)의 위치에 의해 상이한 회로 경로가 형성되고 작동하게 된다. 무선 전화기는 또한, 안테나로부터의 신호 또는 RF 피드를 무선 전화기의 내부와 외부로 접속하기 위해, 안테나에 인접한 하우징에 배치된 무선 전화기 인쇄 회로 기판(80)을 포함한다. 당업자들이 알고 있는 바와 같이, 인쇄 회로 기판(80)은 단일 피드점(15)을 통해 안테나(20)를 지나 전기 신호를 수신(및 송신)하도록 구성된다.

지금부터, 안테나 커넥터(100)에 대한 바람직한 실시예를 나타내는 도 3과 3a를 참조한다. 도시한 바와 같이, 안테나 커넥터(100)는 제1 전도성 접촉부(115)및 전기적으로 분리된 제2 전도성 접촉부(117)를 포함한다. 상기 제1 접촉부(115)는 단일 신호 피드(15)를 형성하며, 상기 제2 전도성 접촉부(117)는 안테나가 신장될 때 정합 회로의 인덕터 접촉부(17)를 형성한다. 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 제1 접촉부(115)는 상기 안테나를 신장하고 축소할 때 모두 접촉 페룰(40)과 전기적 및 기계적으로 결합되어 단일 신호 피드점(15)을 제공하도록 구성된다. 이와는 대조적으로, 제2 접촉부(117)는 안테나(20)를 신장할 때 안테나(20)의 하부 접촉부(29)와 맞닿도록 구성된다. 축소하면, 제2 접촉부(117)는 전기적으로 작동하지 않는데, 이는 안테나(20)의 비전도성 표면만을 접촉하기 때문이다. 도 4a에 도시된 바와같이, 임의적으로 하부 접촉부는 내부 접지(ground)(127)와 결합한다.

제1 접촉부(115)는 평활한 표면의 제2 접촉부(117)에서 공간적으로 이격되어 있는 위쪽으로 신장하는 스프링 접촉부가 바람직하다. 커넥터(100)는 또한 공장 시험(factory testing)용으로 이용될 수 있는 접지 접촉부(125)를 포함할 수 있다.

커넥터는 기판상의 상응하는 트레이스가 커넥터의 신호 및 접지 경로와 정렬하도록 인쇄 회로 기판(80)에 고정된다. 도시된 바와 같이, 커넥터(100)는 카운터보어 개구(counterbored opening)(120)를 포함하는 것이 바람직하다. 나사(screw)와 같은 나삿니를 가진 소자가 무선 전화기(75)의 인쇄 회로 기판(80)과 개구(120) 내로 리세스될 수 있다.

도 4 및 4a는 축소된 위치의 안테나(20)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 단부 캡(26a)의 하부는 안테나 베이스 개구(36) 안에 수납된다. 단부 캡(26a)의 하부및 개구(36)는 적절하게 축소될 때 위치내로 스냅하도록 구성되는 것이 바람직하다. 직선형 안테나 막대(25)는 베이스 유닛(35)의 개구를 통해 신장한다. 안테나 상부 접촉부(27)는 접촉 페룰(40)과 전기적으로 통하고, 접촉 페룰(40)은 제1 커넥터 접촉부(115)(신호 피드(15))와 전기적으로 결합된다. 따라서, 상부 접촉부(27)와 전기적으로 접속되는 최상부 소자(22)는 안테나의 하부 직선형 막대(25) 소자 부분을 바이패스하여 직접 신호 피드(15)로 들어간다(따라서 λ/4 파장의 안테나를 제공하는 것이 바람직함). 이러한 위치에서, 제2 커넥터 접촉부(117)는 단지 안테나의 비전도성 외부 표면(25b)에 접촉하므로 전기적으로 작동하지 않는다. 상부 접촉부(27)의 외부 표면(예컨대, 측면 또는 단부)은 접촉 페룰(40)과 물리적으로 접촉하는 것이 바람직하다. 그러나, 상부 접촉부(27)는 또한 자신(27)과 접촉 페룰(40)의 중간에 놓인 접촉 채널 등을 통해 접촉 페룰(40)과 전기적으로 통할 수 있다(도시되지 않음). 안테나 막대의 단부를 임의로 접지시킬 수도 있다. 이러한 임의적인 접지는 전화기내에 또한 배치된 인쇄 회로 기판상의 커넥터로서 제공될 수 있다.

이와는 대조적으로, 도 5 및 5a에 도시된 바와같은 신장된 위치에서, 안테나 상부 접촉부(27)는 무선 전화기 하우징(75)의 외부로 그리고 접촉 페룰(40)로부터 떨어져 세로방향으로 신장한다. 대신, 접촉 페룰(40)은 안테나의 직선형 막대(25) 부분에 인접하게 배치되어, 상기 도 1에서 설명한 바와 같은 정합 회로(10)에 커패시터(12)를 제공한다. 도시된 바와 같이, 임의적으로 부가적인 커패시터(12b)를 추가하여 도 5a에 도시한 바와 같은 커패시터(12)를 보완할 수 있다. 하부 접촉부(29)는 제2 접촉부(117)와 맞닿아, 정합 회로내의 인덕터 접촉부(17) 및 관련 분로 인덕터(14)를 결합시킨다. 장벽(28a)은 단일 피드(15)와 인덕터 경로(17) 사이에 절연성의 전기적 및 공간적인 버퍼를 제공하여, 적절한 회로 동작을 보장하도록 하는 것이 바람직하다. 일반적인 인덕터는 대략 6 및 8mH 사이의 크기이다.

도 7 및 7a는 원하는 용량을 나타내도록 접촉 페룰 및 안테나 막대의 구성을 결정하는데 사용될 수 있는 기하학적이며 전기적인 관계를 도시하는 것이다. 예컨대, 바람직한 용량값은 800Mhz 대역의 무선 전화기에 대해 약 3 피코패럿 (picogarads)(pF)이 바람직한다. 종래, 이 값을 조절하기 위한 한 가지 선택사항은 안테나 길이를 조절하는 것이었다. 유감스럽게도, 이러한 조절은 무선 전화기의 동작 대역폭에 나쁜 영향(좁게함)을 줄 수 있다. 식 1에 나열된 기하학적인 파라미터를 변화시킴으로써, 원하는 용량값을 결정하는 것이 바람직하다:

식 1

상기 식에 있어서, " ε"는 안테나 코어에 사용된 물질의 유전율(예컨대, NiTi 막대 위의 DELRIN 돌출), "L"은 접촉 페룰(40)의 세로 길이, "a"는 안테나 코어(25a)의 반경, 그리고 "b"는 접촉 페룰(40)의 내부 반경이다. 막대(25b)의 외부 표면이 상기 코어(25a)와 중심이 같은 것이 바람직하다. 일반적으로, 외부 표면 물질은 코어(25a)에 압출되거나 부착되어 융해된다. DELRIN을 이용하면, 전형적인 페룰 길이는 약 11.5mm이다. 당업자들이 알고 있는 바와 같이, 특정 용량값에서, 필요한 페룰의 길이(L)는 안테나 막대 외부 표면 물질의 유전율의 세기에 의해 영향을 받는다. 나일론 및 이와 유사한 물질은 일반적으로 3.7의 상대적인 유전율을 가지는 것에 비해 테프론(TEFLON)은 약 2.1이다.

도 8은 복잡한 임피던스 플롯에서 발생한 테스트 데이터를 나타내는 것으로서, 원래의 임피던스와 정합 후의 임피던스를 도시한다. 상기 데이터는, 분로 인덕터가 이득 성능을 저하시키지 않는다는 것을 나타내며, 안테나를 관찰하면 측정된 임피던스에 약간의 변화만을 나타낸다는 잇점을 있다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "인쇄 회로 기판"이란 용어는 임의의 마이크로일렉트로닉스 패키징 기판(microelectronics packaging substrate)을 포함하는 것을 의미한다.

상술된 내용은 본 발명을 설명하고자 하는 것이지 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 본 발명의 전형적인 실시예가 서술되었지만, 당업자들이라면 본 발명의 새로운 기술적 사상 및 장점을 벗어남이 없이 이 실시예에 대해서 다양한 변형을 행할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 모든 변형은 특허 청구 범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 범위내에 포함된다. 특허청구범위에 있어서, 수단과 기능 구절은 상술된 기능을 수행하는 본원에서 서술된 구조와, 구조상 동일한 것 뿐 아니라 등가의 구조를 모두 포함하고자 하는 것이다. 따라서, 상술된 내용은 본 발명을 설명하기 위한 것이지 상술된 실시예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 상술된 실시예에 대한 변형 뿐 아니라 그 밖의 실시예도 또한 첨부한 특허청구범위의 범위내에 포함된다는 것을 것을 이해하여야만 한다. 본 발명은 이하의 청구범위 및 본원 청구범위에 상당하는 청구범위에 의해 규정된다.

Claims

무선 전화기용 안테나 어셈블리에 있어서,

전도성 코어(25a) 및 비전도성 외부 표면(25b)을 가지며, 이의 중심을 통과하는 중심축을 형성하는 대향하는 제1 및 제2 단부를 구비하는 원통형 안테나(20)로서, 상기 안테나(20)는 상기 코어(25a)와 전기적으로 통하며 상기 안테나의 외부 표면(25b)에 놓인 상부 및 하부 접촉부(27,29)를 구비하는 원통형 안테나(20) 및,

최상부 및 최하부 단부를 가지며, 이를 관통하며 상기 안테나의 부분을 이 안에 수납하도록 구성된 개구(35)를 구비하는 비전도성 베이스 유닛(30)으로서, 자신(30)의 최하부에 고정 부착되어 이로부터 신장하는 전도성 페룰(40)을 구비하는 비전도성 베이스 유닛(30)을 포함하는데,

상기 안테나는 상기 베이스 유닛(30)의 내부와 외부로 축소 및 신장하여, 상기 안테나(20)가 축소되면 상기 안테나 상부 접촉부(27)가 상기 페룰(40)과 전기적으로 접촉하도록 하고, 상기 안테나가 신장되면 상기 페룰(40) 및 상기 안테나(20)가 그 사이에서 커패시터(12)를 형성하도록 하며,

상기 무선 전화기는 내부에 배치된 인쇄 회로 기판(80) 및 상기 인쇄 회로 기판에 부착된 안테나 커넥터(100)를 포함하고, 상기 안테나 커넥터(100)는 그 위에 각각의 분로(117) 및 신호 접촉부(115)를 포함하며,

상기 페룰(40)은 상기 신호 접촉부(115)와 맞닿아 단일 신호 피드점(15)을 제공하여, RF 신호를 상기 안테나(20) 및 상기 무선 전화기로 송신하고 그로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 베이스 유닛 개구(35)는 상기 안테나의 중심축을 따라 신장하고, 상기 안테나는 중심축을 따라 상기 베이스 유닛(30)의 내부와 외부로 이동하며, 상기 페룰(40)은 원통형 전도체인 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 하부 접촉(29)에 인접한 상기의 안테나 외부 표면은 절연 장벽(28a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
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제1항에 있어서, 상기 안테나(20), 상기 페룰(40) 및, 상기 안테나 커넥터(100)가 제1 및 제2 신호 경로를 형성하며, 상기 제1 신호 경로는 상기 안테나를 신장하면 동작하고, 상기 제2신호 경로는 상기 안테나를 축소하면 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제5항에 있어서, 상기 제1 신호 경로는 용량성(12) 및 유도성(14) 부품을 구비한 L-C 정합 회로를 제공하도록 구성되며, 상기 용량성 부품(12)은 상기 안테나(20) 및 상기 페룰(40)에 의해 형성되고, 상기 유도성 부품은, 상기 안테나 하부 접촉부(29)가 상기 안테나 커넥터 분로 접촉부(117)와 맞닿으면 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 안테나(20)는 세로방향의 일련의 순서로, 제1외부 직경(26)의 최상부 로딩된 안테나 소자(22), 제2 외부 직경(26a)의 스텝 다운(steped down) 부분 및, 그 주변에 상부 접촉부(27)를 갖는 제3 외부 직경의 직선형 막대(25) 소자를 구비하며, 상기 베이스 유닛(30)은 상기 안테나가 완전히 축소된 위치에 있을 때 그 안에 상기 스텝 다운 부분(26a) 및 상기 상부 접촉부(27)를 수납하도록 구성되는(36) 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제7항에 있어서, 상기 안테나(20) 및 상기 베이스 유닛(30)은 완전히 축소된 위치에서 단단히 조여져 기계적으로 고착되는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 커패시터(12)는 약 3pF의 동축 커패시터인 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제2항에 있어서, 상기 커패시터의 용량값("C")은, 상기 코어("a")(25a)의 반경폭과, 상기 원통형 전도체(40)의 길이("L") 및 내부 반경폭("b")에 상응하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
제10항에 있어서, 상기 용량값은에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 안테나 어셈블리.
정합 시스템을 갖는 무선 전화기에 있어서,

하우징에 위치된 인쇄 회로 기판(80), 및 상기 하우징에 고착되고 제1 및 제2 접촉부(115, 117)를 구비하는 안테나 커넥터(100)를 포함하는 무선 전화기 하우징,

상기 무선 전화기 하우징에 부착되어 그 안에 개구(35)를 구비한 안테나 베이스(30)로서, 상기 안테나 베이스(30)는 상기 무선 전화기의 외부로 신장하는 부분(32) 및 상기 무선 전화기 내에 포함되는 부분(34)을 포함하며, 상기 하우징내에 포함되는 상기 부분은 그 위에 접촉 페룰(40)을 구비하도록 되어 있는 안테나 베이스(30) 및,

상기 안테나 베이스 개구(35)에 수납되도록 적응되어 상기 안테나가 상기 개구에 대해 자유롭게 축소 및 신장하도록 세로방향으로 신장하는 안테나(20)로서, 상기 안테나는 상부 및 하부 전기 접촉부(27,29)를 포함하며, 상기 안테나가 축소하면, 상기 상부 접촉부(27)는 상기 접촉 페룰(40) 및 상기 제1 안테나 커넥터(115)와 전기적으로 통하여 제1 신호 경로를 형성하고, 상기 안테나(20)가 신장하면, 상기 하부 접촉부(29)가 상기 접촉 페룰(40)과 이격되고 상기 하부 접촉부(29) 및 상기 접촉 페룰(40)이 상기 제2 접촉부(117) 및 상기 제1 접촉부(115)의 각각의 접촉부와 전기적으로 통하여 인덕터 및 커패시터를 갖는 정합 L-C 회로(10)를 제공하며, 상기 L-C 회로의 상기 커패시터(12)는 상기 접촉 페룰(40) 및 상기 안테나(20)에 의해 형성되도록 되어 있는, 세로방향으로 신장하는 안테나(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제12항에 있어서, 상기 안테나 베이스(30)는 상기 무선 전화기 하우징에 부착하기 위한 비전도성 나삿니 부분(34)을 구비하는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제12항에 있어서, 상기 안테나 베이스(30)는 비전도성이며, 상기 접촉 페룰(40)은 상기 나삿니 부분(34)의 내부 직경에 부착되는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제12항에 있어서, 상기 하부 접촉부(29)에 인접한 상기 안테나 외부 표면(28)은 대부분의 안테나 외부 표면(21) 보다 더 길게 방사상으로 신장하는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나 커넥터 접촉부(115,117)는 각각의 분로 및 신호 접촉부를 포함하며, 상기 접촉 페룰(40)은 상기 신호 접촉부(115)와 맞닿아, 단일 피드점(15)을 제공하여 RF 신호를 상기 안테나와 상기 무선 전화기로 송신하고 그로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제16항에 있어서, 상기 L-C 회로(10)는 용량성 및 유도성 부품(12,14)을 구비하여, 상기 유도성 부품(14)이 상기 분로 접촉부(117)와 직렬 연결되고, 상기 안테나 하부 접촉부(29)가 상기 안테나 커넥터 접지 접촉부(125)와 맞닿으면 작동하는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제17항에 있어서, 상기 안테나는 세로방향의 일련의 순서로 하여, 제1외부 직경(26)의 최상부 로딩된 안테나 소자(22), 제2 외부 직경(26a)의 스텝 다운 부분 및, 그 주변에 상기 상부 접촉부(27)를 갖는 제3 외부 직경의 직선형 막대 소자(25)를 포함하며, 상기 베이스(36)는 상기 안테나(20)가 완전히 축소된 위치에 있을 때, 상기 스텝 다운 부분(26a) 및 상기 상부 접촉부(27)를 그 안에 수납하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제18항에 있어서, 상기 안테나(20) 및 상기 베이스(30)는 완전히 축소된 위치에서 단단히 조여져 기계적으로 고착되는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제12항에 있어서, 상기 커패시터(12)는 약 3pF의 동축 커패시터인 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제12항에 있어서, 상기 안테나(20)는 코어(25a) 반경 및 외부 표면(25b) 반경을 갖는 원통형 안테나(25)이고, 상기 접촉 페룰(40)은 길이("L") 및 내부 반경폭("b")을 가진 원통형 페룰이며, 상기 커패시터의 용량값("C")은 상기 코어("a")의 반경폭과 상기 접촉 페룰(40)의 길이 및 내부 반경폭에 상응하는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
제21항에 있어서, 상기 용량값은 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 정합 시스템을 갖는 무선 전화기.
축소가능한 안테나를 구비한 무선 전화기용 정합 시스템에 있어서,

전도성 코어(25a) 및 외부 표면(25b)을 갖고 그 중심을 통과하는 중심축을 형성하는 대향하는 제1 및 제2 단부를 구비하는 원통형 안테나(20)로서, 상기 안테나는 상기 코어(25a)와 전기적으로 통하는 상부 및 하부 접촉부(27,29)를 구비하는 원통형 안테나(20) 및,

최상부 및 최하부 단부를 가지며 이를 통과하는 개구(35)를 포함하는 비전도성 베이스 유닛(30)으로서, 상기 개구는 이 안에 상기 안테나 부분을 수납하도록 구성되고, 상기 베이스 유닛(30)은 자신(30)의 최하부에 고정 부착되어 이로부터 신장하는 전도성 페룰(40)을 구비하는, 비전도성 베이스 유닛(30)을 구비하며,

상기 안테나(20)는 상기 베이스 유닛(30)의 내부와 외부로 축소 및 신장하여, 상기 안테나가 축소하면 상기 안테나 상부 접촉부가 상기 페룰(40)과 전기적으로 접촉하도록 하고, 상기 안테나(20)가 신장하면, 정합 회로(10)용 용량성 소자(12)는 상기 페룰(40)과 상기 안테나(20) 사이의 전기적인 통신에 의해 작동되고 상기 페룰(40) 및 상기 안테나(20)의 이격 관계의 기계적인 구성에 의해 형성되며,

상기 무선 전화기는 내부에 배치된 인쇄 회로 기판(80) 및 상기 인쇄 회로 기판(80)에 부착된 안테나 커넥터(100)를 구비하며, 상기 안테나 커넥터(100)는 그 위에 각각의 분로 및 신호 접촉부(117,115)를 구비하며, 상기 페룰(40)은 상기 신호 접촉부(115)와 맞닿아, 단일 신호 피드점(15)을 제공하여, RF 신호를 상기 안테나 및 상기 무선 전화기로 송신하고 그로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 정합 시스템.
삭제
제23항에 있어서, 상기 안테나(20), 상기 페룰(40) 및, 상기 안테나 커넥터(100)가 제1 및 제2 신호 경로를 형성하며, 상기 제1 신호 경로는 상기 안테나가 신장될 때 동작하고, 상기 제2 신호 경로는 상기 안테나가 축소될 때 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 정합 시스템.
제25항에 있어서, 상기 제1신호 경로는 용량성 및 유도성 부품(14)을 갖는 L-C 정합 회로(10)를 제공하도록 구성되고, 상기 용량성 부품(12)의 적어도 한 부분은 상기 안테나(20) 및 상기 페룰 전도체(40)에 의해 형성되며, 상기 유도성 부품(14)은 상기 안테나 하부 접촉부(29)가 상기 안테나 커넥터 분로 접촉부(117)와 맞닿을 때 작동되는 것을 특징으로 하는 무선 전화기용 정합 시스템.