KR100455498B1 - 프린트안테나 - Google Patents

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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
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Abstract

프린트 안테나는 유전체 기판(10)의 한 측부상에 제공된 단급전 가늘고 긴 제 1 다이폴 소자(12)를 포함한다. 제 2 다이폴 소자들(16, 17)은 유전체 기판의 대향 측부상에 제공된다. 상기 제 2 다이폴은 기판을 통해 제 1 다이폴 소자 세로 축의 각 측부상에 배치되는 제 1 및 제 2 가늘고 긴 소자들(16, 17)을 포함한다. 상기 기판의 제 2 측부상의 접지면(14)은 제 1 다이폴 소자의 자유 단부로부터 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 1/4에 실질적으로 대응하는 거리에서 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)에 접속된다. 상기 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)은 파장의 1/4에 대응하며, 제 1 다이폴 소자(12)에 대해 경사지거나 또는 그로부터 평행하게 연장한다(도 4. 도시되지 않음). 한 쌍의 프린트 안테나들은 안테나 다이버시티 배열을 형성하기 위해 스위칭 소자와 접속될 수 있다(도 5, 도시되지 않음).

Description

프린트 안테나
미국특허 출원서 제 5,387,919호는 공통 세로축 대해 대칭으로 배치된 U-형, 1/4 파장, 금속 방열기들과 반대 방향을 향하는 대향 측부상의 전기 절연 기판을 포함하는 프린트 회로 안테나를 개시하고 있다. U-형 방열기들은 기본적으로 서로 겹쳐져 있고, 각각 평형화된 전송라인 도체들에 결합되며, 상기 평형화된 전송라인 도체들의 한 단부는 동축케이블에 접속되고, 다른 한 단부는 발룬(balun)에 접속된다. 상기 발룬, 동축케이블 및 방열기들의 축을 따르는 도체들을 배열하는 것에 의해 방열기들로부터의 방사 패턴을 방해하지 않는다. 발룬 사용을 위한 조건으로 프린트 안테나의 사용을 제한하는데, 그 이유는 안테나 자체가 수신기의 입력 회로 및/또는 송신기의 출력 회로에 직접 결합될 수 없기 때문이다.
본 발명은 수신기 및/또는 송신기의 하우징내에 통합하는데 적합한 프린트 안테나(printed antenna)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 한 쌍의 프린트 안테나들과 제 1 및 제 2 안테나들 중 어느 하나를 단락시키는 수단을 포함하는 안테나 다이버시티 배열, 및 프린트 안테나 또는 제 1 및 제 2 프린트 안테나들의 결합체를 포함하는 트랜시버에 관한 것이다.
도 1은 늘어진(drooping) 와이어 다이폴을 구비한 프린트 안테나의 제 1 실시예를 예시하는 도면.
도 2는 도 1의 II-II 라인을 절취한 단면도.
도 3은 트랜시버의 블록 개략도.
도 4는 프린트 슬리브 다이폴(printed sleeve dipole)을 구비한 본 발명에 따라 제조된 프린트 안테나의 제 2 실시예를 예시하는 도면.
도 5는 안테나들 중 하나 또는 다른 하나 사이를 스위칭하는 PIN 다이오드들과 함께, 도 1에 도시된 형태의 2개의 안테나들을 포함하는 안테나 다이버시티 배열에 대한 도면.
도 6은 도 5에 도시한 안테나 다이버시티 배열을 갖는 트랜시버에 대한 블록 개략도.
본 발명의 목적은 프린트 안테나들의 적용 범위를 증가시키는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따라, 유전체 기판의 한 측부상에 제공된 단급전 가늘고 긴 제 1 다이폴 소자(end fed elongate first dipole element) 및 유전체 기판의 제 2 측부상에 제공된 제 2 다이폴 소자를 포함하는 프린트 안테나로서, 상기 제 2 다이폴은 기판 및 제 1 다이폴 소자의 급전부와 동일 공간내의 접지면(ground plane)을 통해 제 1 다이폴 소자 세로축의 각 측부상에 배치되는 제 1 및 제 2 가늘고 긴 소자들을 포함하며, 상기 접지면은 제 1 및 제 2 소자들에 접속되는, 프린트 안테나가 제공된다.
필요할 경우, 제 1 및 제 2 소자들은 기판의 평면과 수직을 이루는 제 1 다이폴 소자의 세로축에 대해 평행하게 연장하거나 또는 경사진다. 제 1 다이폴 소자의 세로축에 대해 10° 내지 30°, 예를 들면 30°의 경사각이 효과적인 성능을 제공한다고 밝혀졌다.
본 발명에 따른 제 2 양상에 따라, 평행하게 배열된 제 1 및 제 2 프린트 안테나들 및 상기 제 1 및 제 2 안테나들 중 미리 결정된 하나를 단락시키는 스위칭 수단의 결합체로서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 안테나들은 유전체 기판의 한 측부상에 제공된 단급전 가늘고 긴 제 1 다이폴 소자 및 유전체 기판의 제 2 측부상에 제공된 제 2 다이폴 소자를 포함하며, 상기 제 2 다이폴은 기판 및 제 1 다이폴 소자의 급전부와 동일 공간내의 접지면을 통해 관측되는 상기 제 1 다이폴 소자 세로 축의 각 측부상에 배치되는 제 1 및 제 2 가늘고 긴 소자들을 포함하며, 상기 접지면은 제 1 및 제 2 소자들에 접속되는, 제 1 및 제 2 프린트 안테나들 및 스위칭수단의 결합체가 제공된다.
상기 제 1 및 제 2 프린트 안테나들의 제 1 다이폴 소자들은 주요 주파수 또는 중심 주파수 파장의 실질적으로 1/4 내지 1/2 의 거리만큼 떨어져 있을 수 있다. 상기 스위칭 수단은 안테나 다이버시티 수단에 의해 동작되는 PIN 다이오드들을 포함한다.
본 발명에 따라 제조된 프린트 안테나는 송신기 및 수신기 회로의 구성들과 일체화 될 수 있는 저비용, 전방향성 소형 및 단급전형이어서, 발룬을 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따른 제 3 양상에 따라, 출력부를 갖는 송신기, 입력부를 갖는 수신기, 본 발명에 따른 프린트 안테나 및, 상기 출력부 및 입력부를 프린트 안테나에 결합하는 수단을 포함하는 트랜시버가 제공된다.
본 발명에 따른 제 4 양상에 따라, 출력부를 갖는 송신기, 입력부를 갖는 수신기, 본 발명에 따라 제조된 제 1 및 제 2 프린트 안테나들의 조합, 상기 출력부 및 입력부를 상기 제 1 및 제 2 프린트 안테나들에 결합하는 수단 및 상기 스위칭 수단을 작동시키는 수단을 포함하는 트랜시버가 제공된다.
본 발명은 수반하는 도면을 참조로 하여 일예에 의해 설명될 것이다.
도면에 있어서, 동일한 참조 부호들은 대응하는 부분들을 나타내는데 사용된다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 프린트 안테나는, 예를 들면 Duroid 또는 FR4 유리섬유로 된 기판(10)을 포함한다. 상기 기판(10)의 한 측부상에는 제 1 가늘고 긴 단급전 금속 다이폴(12)이 제공된다. 사용중에 다이폴의 유효 부분이 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 1/4에 실질적으로 대응하는 길이를 갖는 상부 단면부가 되도록, 상기 다이폴은 수직 배열된다. 상기 가늘고 긴 다이폴은 마이크로스트립(microstrip)으로 형성된다.
또한 마이크로 스트립에 형성된, 상기 기판(10)의 반대 측부상에는 접지면 및 제 2 다이폴이 제공되며, 상기 제 2 다이폴은 제 1 다이폴 소자의 자유 단부로 부터 파장의 1/4에 실질적으로 대응하는 거리에서 접지면(14)에 접속되고 그로부터이격되어 연장하는 마이크로 스트립의 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)을 포함한다. 각각의 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)은 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 1/4에 대응하는 길이를 갖는다. 상기 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)은 제 1 다이폴 소자의 세로축에 대해 경사지고, 실제적으로 바람직한 각도의 범위는 10° 내지 45°이며, 30° 는 6GHz 에서 동작할 때 양호한 결과들을 제공한다고 밝혀졌다. RF 관점에서, 제 1 다이폴 소자(12)와 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)은 저 임피던스, 급전 라인 임피던스와 정합되는 임피던스에서 2개의 다이폴들 사이에 통상 50 옴인 전기 접속을 제공하는 반파장 안테나를 형성한다. 접지면(14)의 폭은, 급전이 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)의 수렴점에서 중심 급전점에 도달할 수 있도록 감소된다. 접지면 폭의 감소는 마이크로 스트립의 임피던스에 작은 영향을 미친다. 임피던스는 상기 가늘고 긴 제 1 다이폴 소자(12)의 폭을 변화시킴으로써 정확한 값으로 복귀될 수 있다.
상기 안테나에 대한 실험은 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)이 안테나의 방향성 요건을 충족시키는 고전적 도너트형 패턴을 갖는 프린트 안테나를 충분히 제공할 수 있다는 것을 보여준다. 상기 수평면 주위의 안테나 패턴은 2dB 이하로 변화한다. 수직면에 있어서 패턴의 피크는 방위각보다 위의 20° 내지 30° 사이에 위치한다. 단급전시키는 것에 의해, 프린트 안테나는 방사 패턴 왜곡을 최소화시킨다.
도 3을 참조하면, 트랜시버(20)는 단급전점에 의해 다이플렉서(22)에 접속된 도 1 및 도 2 에 도시된 형태의 프린트 안테나(18)를 포함하며, 상기 다이플렉서는 출력 트랜스듀서(25)에 접속된 수신기(24)에 결합된 출력부(23)를 갖는다. 상기 다이플렉서(22)는 마이크로폰(27)에 접속된 송신기(28)에 접속된 입력부(26)를 갖는다. 마이크로콘트롤러(29)는 수신기 및 송신기의 동작을 제어한다.
도 4 는 도 1 및 도 2 에 도시된 제 1 실시예와 동일한 소정의 특징들을 갖는 프린트 안테나의 제 2 실시예를 설명하므로, 재설명은 피하였다. 본 실시예에 있어서, 제 1 다이폴 소자(12)에 대한 급전부(30)는 상기 소자보다 협소하다. 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)을 포함하는 제 2 다이폴 소자에 대한 급전부는 급전부(30)와 동일한 폭을 가지므로, 4 에는 도시하지 않았다. 본 제 2 실시예에 있어서 제 1 및 제 2 소자들(16, 17)은 상기 급전부와 평행하게 하향 연장하나 급전부를 중첩시키지는 않는다. 특히, 제 1 및 제 2 다이폴들에 대한 급전부는 기판(10)의 양 측부상에 배열된 2개의 동일한 폭의 프린트 도체들로 구성되는 평행 스트립 전송라인으로 구성된다. 상기 급전 라인들 중 하나는 안테나의 중심에서 평행 소자들(16, 17)에 접속된다. 상기 회로의 다른 측부상의 다른 급전 라인, 급전부(30)는 상부 다이폴 소자를 형성하기 위해 연장된다. 균형을 위해 상기 상부 제 1 다이폴 소자(12)의 폭은 그의 급전부(30) 보다 크며, 제 1 및 제 2 소자들(16, 17) 사이의 전체 거리와 동일한 폭을 갖는다. 이 모든 급전부 구조체는 도 1 및 도 2에 도시된 것 보다 협소하다.
도 4 에 도시된 안테나는 도 3 에 도시된 트랜시버의 안테나(18)로 대체될 수 있다.
도 5 에 도시된 안테나 다이버시티 배열은 도 1 및 도 2 에 도시된 형태의 2개의 프린트 안테나들을 포함한다. 참고를 용이하게 하기 위해, 제 2 안테나의 다이폴 소자들은 참고번호 12', 16' 및 17'로 표시하였다. 상기 안테나들은 제 1 다이폴 소자들(12, 12')이 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 실질적으로 1/2에 대응하는 거리만큼 떨어져 있도록 기판(10)상에 설계된다. 이들 2개의 다이폴 소자들의 급전 라인들은 다이폴들과 같은 폭을 가지며 50 옴 라인을 포함한다. 공통 급전점(32)은 상기 라인의 실질적으로 중간점에 제공된다. 제 2 다이폴의 제 1 및 제 2 소자들(16, 17 및 16', 17')은 기판(10)의 대향 측부상에 위치한다. PIN 다이오드들(34, 36)은 주 방사 영역으로부터 이격된 위치에서 제 1 다이폴 소자들(12, 12')의 급전 라인들에 접속된다. 이들 PIN 다이오드들은 또한 단자들(46)에 결합된 용량성 스터브들(42, 44)을 포함하는 각각의 저역 필터들(38, 40)에 접속된다.
안테나 다이버시티 배열에 대한 미설명된 실시예에 있어서, 제 1 다이폴 소자들(12, 12') 사이의 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 실질적으로 1/4의 거리는 양호한 결과들을 초래하는 것으로 밝혀졌다. 1/2 및 1/4 파장 사이의 거리들은 또한 유익한 결과들은 제공한다.
도 6 에 도시된 트랜시버는 도 5 에 도시된 2개의 안테나 다이버시티 배열을 포함하며, 그의 급전 단자는 다이플렉서(50)에 접속된다. 송신기(28)는 상기 다이플렉서(50)의 입력부에 결합된다. 수신된 신호를 위한 출력부(51)는 전파 신호의 세기(RSSI)를 측정하는 수단(52)과 출력 트랜스듀서(25)를 갖는 전파 수신기(20)에 접속된다. 측정된 RSSI들은, 상기 다이폴들 중 하나에 가해지는 수신된 신호의 세기가 PIN 다이오드들(34, 36)의 에너지화에 반대되게 저하되어, 활성 안테나가 접지면에 단락되고 다른 비활성 안테나 소자가 작동되고 신호의 세기가 측정되도록결정되는 상태하에, 마이크로콘트롤러(29)에 계전된다. 만약 상기 RSSI가 이전에 선정된 안테나로부터 수신된 것보다 크다면, 새로운 안테나가 선정된다. 그러나, 그렇지 않을 경우, 스위칭 사이클은 반대로 되고 이전의 활성 안테나는 다이플렉서(50)에 접속된다.
본 명세서를 판독함으로써, 당업자에 의한 다양한 수정이 가능해질 수 있을 것이다. 그와 같은 다양한 변화는 설계, 제조 또는 본원에서 이미 설명된 특징 대신 또는 상기 특징에 부가하여 사용될 수 있는 프린트 안테나 및 부품들의 사용에 있어서 이미 공지된 특징들을 포함한다. 비록 청구항들이 본원의 특징들에 대한 특정한 조합을 이룬다 할지라도, 본원의 설명 범위는 또한 청구항에 청구된 것과 동일한 발명에 관한 것인지의 여부 및 본원과 같은 기술적 문제점들을 경감시킬 수 있는지의 여부에 대해 명백한 또는 절대적인 또는 총괄적인 새로운 특징 또는 새로운 특징들의 조합 형상을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 본 출원인은 본원 또는 그로부터 파생되는 부가의 응용이 실행되는 동안, 새로운 청구항들이 상기 특징 및 그와같은 특징에 대한 조합 형태로 구성될 수 있음을 주지시키는 바이다.
소형 단급전 안테나는 UHF 및 마이크로파 주파수들에서 동작되는 휴대용 전기통신 제품용으로 적합하다.

Claims (10)

  1. 유전체 기판의 한 측부상에 제공된 단급전 가늘고 긴 제 1 다이폴 소자(end fed elongate first dipole element) 및 상기 유전체 기판의 제 2 측부상에 제공된 제 2 다이폴 소자를 포함하는 프린트 안테나로서, 상기 제 2 다이폴은 상기 기판 및 상기 제 1 다이폴 소자의 급전부와 동일 공간내의 접지면(ground plane)을 통해 상기 제 1 다이폴 소자 세로축의 각 측부상에 배치되는 제 1 및 제 2 가늘고 긴 소자들을 포함하며, 상기 접지면은 상기 제 1 및 제 2 소자들에 접속되는, 프린트 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면은 상기 제 1 다이폴 소자의 자유 단부로부터 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 1/4에 실질적으로 대응하는 거리에서 상기 제 1 및 제 2 소자들에 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 소자들의 길이들은 상기 거리에 실질적으로 대응하는 것을 특징으로 하는, 프린트 안테나.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 소자들은 서로에 대해 평행한 것을 특징으로 하는, 프린트 안테나.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 소자들은 상기 제 1 다이폴 소자에 대해 10 내지 45 도의 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는, 프린트안테나.
  5. 평행하게 배열된 제 1 및 제 2 프린트 안테나들 및 상기 제 1 및 제 2 안테나들 중 미리 결정된 하나를 단락시키는 스위칭 수단의 결합체로서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 안테나들은 유전체 기판의 한 측부상에 제공된 단급전 가늘고 긴 제 1 다이폴 소자 및 상기 유전체 기판의 제 2 측부상에 제공된 제 2 다이폴 소자를 포함하며, 상기 제 2 다이폴은 상기 기판 및 상기 제 1 다이폴 소자의 급전부와 동일 공간내의 접지면을 통해 관측되는 상기 제 1 다이폴 소자 세로축의 각 측부상에 배치되는 제 1 및 제 2 가늘고 긴 소자들을 포함하며, 상기 접지면은 상기 제 1 및 제 2 소자들에 접속되는, 제 1 및 제 2 프린트 안테나들 및 스위칭 수단의 결합체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 안테나들의 상기 가늘고 긴 제 1 다이폴 소자들은 실질적으로 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 1/4 및 1/2 사이의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 프린트 안테나들 및 스위칭 수단의 결합체.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 안테나들의 접지면은 상기 제 1 소자의 자유 단부로부터 상기 주요 주파수(또는 중심 주파수) 파장의 1/4에 실질적으로 대응하는 거리에서 상기 제 1 및 제 2 소자들 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 소자들의 길이들은 상기 거리에 실질적으로 대응하는 것을 특징으로하는, 제 1 및 제 2 프린트 안테나들 및 스위칭 수단의 결합체.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 소자들은 상기 제 1 다이폴 소자에 대해 10 내지 45 도의 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는, 제 1 및 제 2 프린트 안테나들 및 스위칭 수단의 결합체.
  9. 출력부를 구비한 송신기, 입력부를 구비한 수신기, 청구항 제1항 또는 제2항에 청구되는 프린트 안테나 및 상기 출력부 및 입력부를 상기 프린트 안테나에 결합시키는 수단을 포함하는, 트랜시버.
  10. 출력부를 구비한 송신기, 입력부를 구비한 수신기, 청구항 제5항 또는 제6항에 청구되는 제 1 및 제 2 프린트 안테나들의 조합, 상기 출력부 및 입력부를 상기 제 1 및 제 2 프린트 안테나들에 결합시키는 수단 및 상기 스위칭 수단을 작동시키는 수단을 포함하는, 트랜시버.
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