KR100601231B1

KR100601231B1 - 이동 전화기용의 다중 대역 망원경형 안테나

Info

Publication number: KR100601231B1
Application number: KR1020007004528A
Authority: KR
Inventors: 잉쯔눙
Original assignee: 텔레호낙티에볼라게트 엘엠 에릭슨(피유비엘)
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2006-07-19
Also published as: CN1282451A; HK1034606A1; EP1025612A1; CN1196227C; IL135747A0; US6310578B1; AU9562898A; KR20010031491A; TW392374B; JP2001521358A; WO1999022419A1

Abstract

휴대형 핸드헬드 통신 장치용 다중 대역 안테나 어셈블리에 대하여 개시되어 있다. 이 안테나 어셈블리는 고정된 다중 대역 베이스 안테나 및 신장된 위치와 수축된 위치 사이에서 조정될 수 있는 휩 안테나를 포함한다. 휩 안테나는 다중 주파수에서 공진을 달성하도록 선택된 길이를 갖는 망원경형 금속 부분을 포함한다. 신장된 위치에서, 휩 안테나는 베이스 안테나와 금속 대 금속으로 접촉하지 않고 전자기적으로 결합된다. 이 안테나는 기계적으로 단순하고 다중 대역 동작을 위하여 단 하나의 포트만을 필요로 한다.

휴대형 통신 장치, 다중 대역 안테나, 베이스 안테나, 휩 안테나, 브랜치 안테나, 나선형 안테나

Description

이동 전화기용의 다중 대역 망원경형 안테나{MULTIPLE BAND TELESCOPE TYPE ANTENNA FOR MOBILE PHONE}

본 발명은 일반적으로 휴대형 통신 장치용 안테나 디자인에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다중 대역 망원경형 안테나에 관한 것이다.

GSM, DCS, PCS, D-AMPS와 같은 다수의 서로 다른 디지털 시스템들이 셀룰러 네트워크에서, 종종 동일한 서비스 영역 내에서 사용된다. 전형적으로 이들 시스템은 서로 다른 주파수 범위에서 동작한다. 예를 들면, GSM 시스템은 890-960 MHZ에서 동작하고, DCS 시스템은 1710-1880 MHZ에서 동작한다. 다중 주파수 범위가 이용되는 서비스 영역들에서는, 서로 다른 시스템들에서 동작할 수 있는 2중 모드 이동 전화기 또는 이동 데이터 단말기가 바람직하다. 2중 대역 소형 안테나를 필요로 하는 2중 모드 전화기들이 개발되어왔다.

2중 대역 안테나 디자인에 상당한 노력이 기울여져왔다. 일본 특허 평6-37531호는 내부 기생 금속봉을 포함하는 나선형 안테나를 개시하고 있다. 이 안테나에서는, 금속봉의 위치를 조정함으로써 안테나를 2중 공진 주파수에 동조시킬 수 있다. 그러나 유감스럽게도, 이 디자인의 대역폭은 셀룰러 통신에 사용하기에는 너무 좁다. 프린트 모노폴 안테나(printed monopole antenna)에 근접하게 기생 스트립(parasitic strip)을 부가함으로써 2중 공진이 이루어지는 2중 대역 프린트 모노폴 안테나가 공지되어 있다. 그러한 안테나는 셀룰러 통신용으로 충분한 대역폭을 갖고는 있지만, 기생 스트립의 부가를 필요로 한다. 스웨덴의 모테코 에이비사(Moteco AB)는 코일 정합 2중 대역 휩 안테나 및 코일 안테나(coil matching dual band whip antenna and coil antenna)를 디자인하였는데, 이 안테나에서는 코일 정합 성분을 조정함으로써(900 MHZ의 경우 ¼λ이고 1800 MHZ의 경우 ½λ) 2중 공진이 이루어진다. 이 안테나는 비교적 양호한 대역폭 및 방사 성능을 갖기는 하지만, 그 길이는 40mm에 불과하다. 본 출원인이 출원한 건으로 본 출원과 동시 계류중이고 공동 양도된 출원으로서, 그 전체 내용이 참고 문헌으로 반영되어 있는 08/725,507호 출원, "Multiple Band Non-Uniform Helical Antennas"에는 비교적 사이즈가 작은 불균일 나선형 2중 대역 안테나가 개시되어 있다.

전화기가 사람의 머리에 비교적 가까이 있을 때에는 신장된 휩 안테나가 높은 효율을 갖는다는 것이 알려져 있다. 상술한 것들과 같은 전형적인 2중 대역 신장 가능한 휩 안테나는 2개 대역에 대한 휩 안테나 임피던스를 50 옴 내에서 정합시키기 위한 복잡한 정합 네트워크를 필요로 한다. 본 출원인이 출원한 건으로 본 출원과 동시 계류중이고 공동 양도된 출원으로서, 그 전체 내용이 참고 문헌으로 반영되어 있는 08/725,504호 출원, "Retractable Multi-Band Antennas"에는 2중 대역 수축 가능한 안테나(dual band retractable antenna)가 개시되어 있다. 그러한 안테나는 2개의 포트를 필요로 하는데, 하나는 나선형 안테나 용도이고, 다른 하나는 휩 안테나 용도이다. 이 서로 다른 모드를 위한 포트들 간에 스위칭하기 위한 수단이 요구된다.

<발명의 개요>

다중 대역 안테나의 경우 포트들 간의 스위칭, 부가적인 기생 스트립, 및 복잡한 임피던스 정합 네트워크와 같은 복잡성을 회피하는 한편으로 셀룰러 통신에 적합한 대역폭을 갖는 것이 바람직할 것이다. 또한, 그러한 안테나의 경우 고품질 통신 성능을 달성하는 한편으로 핸드헬드 휴대형 통신 장치 내에 비교적 적은 저장 공간이 필요하도록 사이즈가 콤팩트한 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 신장된 휩 위치 및 수축된 휩 위치 양자 모두를 위한 단일 포트를 갖는 신장 가능한 2중 대역 안테나를 제공함으로써, 상기 문제점들을 해소하고, 다른 이점들을 달성한다. 상기 단일 포트는 신장 가능한 휩 안테나와 베이스 안테나 사이의 금속 대 금속 접촉이 회피되는 전자기 결합 기술(electromagnetic coupling technique)을 이용함으로써 가능하게 된다. 브랜치 안테나(branch antenna) 또는 불균일 나선형 안테나가 베이스 안테나로서 이용될 수 있다. 망원경형 휩 안테나는 휩이 신장된 위치에 있을 때는 수동형 안테나로서 동작하는 반면, 고정된 베이스 안테나는 능동형 안테나로서 동작한다. 휩의 총 길이는 다중 대역(즉, GSM 및 DCS 대역)에 대한 방사 효율을 최적화하도록 선택된다. 전화기가 사용자의 머리에 근접하여 사용되는 경우, 신장된 휩은 바디 로스(body loss)를 줄여서, 방사 효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명 및 그 이점들은 이하 바람직한 실시예의 상세한 설명을 첨부 도면과 관련하여 독해함으로써 보다 확실히 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나가 구비된 핸드헬드 휴대형 통신 장치를 도시하는 도면으로서, 안테나가 수축된 위치에 있는 것을 도시하고 있음.

도 2는 신장된 위치에 있는 도 1의 안테나를 도시하는 도면.

도 3은 신장된 위치에 있는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 안테나를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 안테나의 2개 대역에서의 통화 위치 방사 효율을 그래프로 도시하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 안테나의 2개 대역에서의 리턴 로스(return loss)를 그래프로 도시하는 도면.

본 발명에 따른 다중 대역 안테나는 바람직하게는 휩 안테나의 수축된 위치 및 신장된 위치 양자 모두를 위한 능동형 안테나로서 2중 대역 베이스 안테나를 이용한다. 휴대형 통신 장치의 수신기 회로와 베이스 안테나 사이의 안테나 피드 커넥터가 고정된다. 핸드헬드 휴대형 통신 장치 내에서 이용 가능한 비교적 작은 공간 내에 안테나를 저장하기 위하여, 휩 안테나는 바람직하게는 다중 주파수에서 공진하게 되는 길이를 달성하기 위한 망원경형 안테나이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 다른 안테나 어셈블리를 갖는 핸드헬드 휴대형 통신 장치(10)가 도시되어 있다. 안테나 어셈블리는 고정된 베이스 안테나 소자(12)와 연장 가능한 휩 안테나(14)를 포함한다. 고정된 베이스 안테나는 다중 대역의 통신 신호들을 주고받고, 안테나 피드 커넥터 RF를 통하여 장치(10) 내에 포함된 송수신기 처리 회로(도시되지 않음)와 인터페이스한다. 베이스 안테나(12)는 2중 대역 나선형 안테나, 다중 대역 크로치 프린트 안테나, 또는 다른 적당한 다중 대역 안테나일 수 있다. 이하에서 설명하겠지만, 다중 대역 크로치 프린트 안테나가 선호된다. 장치(10) 내의 저장을 위하여 수축된 위치에 있는 것으로 도시된, 신장 가능한 휩 안테나(14)는 안테나(14)가 신장될 수 있도록 구비된 수 개의 소자들을 포함한다. 휩 안테나(14) 및 그 구성 소자들은 도 2와 관련하여 보다 자세히 도시되고 설명된다.

도 2는 휩 안테나(14)가 신장된 위치에 있는 경우에 도 1의 안테나 어셈블리 및 휴대형 통신 장치(10)를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 휩 안테나(14)는 튜브(16)(예를 들면, 플라스틱 또는 다른 적당한 비전도성 재료로 이루어짐)를 포함하는데, 이 튜브(16)는 장치(10)와 미끄러질 수 있도록 결합되어(slidably engaged) 적어도 그 일부가 장치(10)의 외부에 있는 위치까지 신장될 수 있다. 명백히, 튜브(16)는 전체 휩 안테나(14)가 장치(10)로부터 분리되는 것을 방지하기 위한 수단을 구비하여야 한다. 휩 안테나(14)는 금속봉(18)을 더 포함한다. 금속봉(18)은 튜브(16) 내에 미끄러질 수 있도록 포함된 제1 단부(18a), 및 금속 튜브(20)와 미끄러질 수 있도록 결합된 제2 단부(18b)를 구비하고 있다. 도 2에 도시된 신장된 위치에서는, 제1 및 제2 단부(18a 및 18b) 사이의 금속봉(18)의 일부가 노출된다. 또한 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 단부(18a 및 18b)는 신장 가능한 휩 안테나(14)의 일체성을 유지하기 위하여 (노출된 부분에 비하여) 증가된 직경을 갖는 것이 바람직하다.

휩 안테나(14)는 금속 튜브(20)를 더 포함하는데, 그 안에서 금속봉(18)의 제2 단부(18b)가 미끄러질 수 있도록 유지된다. 금속봉(20)은 플라스틱 또는 다른 적당한 비전도성 재료로 이루어진 봉(22)에 연결된다. 다시 도 1을 참조하면, 봉(22)은 2중 대역 베이스 안테나(12)의 길이에 대응하는 길이를 갖는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 봉(22)은 휩 안테나 소자들이 장치(10) 안으로 너무 밀려들어가는 것을 방지하는 캡 부분(24)을 더 포함한다.

도 2에 도시된 신장된 위치에서는, 휩 안테나(14)가 기생 안테나로서 동작한다는 것을 알아야 한다. 금속봉(18)은 튜브들(16 및 20)의 외부에 노출되어 전도성 금속 튜브(20)에 연결된다. 또한, 휩 안테나(14)와 베이스 안테나(12) 사이에 금속 대 금속 접촉이 없다는 것을 알아야 한다. 휩 안테나(14)는 신장된 위치에서 베이스 안테나(12)와 전자기적으로 결합되어, 후술하는 방식으로 안테나 어셈블리의 성능을 향상시킨다. 단일 안테나 피드 커넥터는 휩 안테나(14)의 신장된 위치 및 수축된 위치 모두에 대해 공통 포트를 제공한다. 안테나가 서로 다른 대역의 주파수에서 공진할 수 있게 하는 데 필요한 정합 또는 스위칭 네트워크가 전혀 없다.

도 3은 본 발명에 따른 휩 안테나(14)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서는, 금속 튜브(20)가 코일 또는 다른 적당한 방식으로 배치된 하나 이상의 금속 와이어를 갖는 비전도성(예를 들면, 플라스틱) 튜브(21)로 대체된다. 도 3의 안테나는 도 2의 것과 실질적으로 동일한 성능을 달성한다.

도 4를 참조하면, GSM 및 DCS 대역 모두에 대한 도 1 및 2의 안테나의 통화 위치 방사 효율이 도시되어 있다. 도 4의 그래프는 휴대형 통신 장치(10)가 사용자의 머리 가까이에 유지된 것을 가정하고 있다. 전형적인 스터브(베이스) 안테나는 GSM에 대해서는 대략 40% 그리고 DCS에 대해서는 대략 53%의 방사 효율을 달성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 휩 안테나(14)의 금속 부분의 길이가 대략 60mm일 때, DCS 대역에 대해서만 제1 효율 피크치가 달성된다. 이 길이가 대략 140mm까지 증가하면, GSM 및 DCS 대역 모두에 대해 제2 효율 피크치에 도달된다. 이 길이에서, 안테나는 양 대역에 대해 공진하고, 방사 효율은 스터브 안테나 경우로부터 GSM에 대해서는 대략 59% 그리고 DCS에 대해서는 64%로 향상된다. 이들 향상된 내용은 DCS 대역에 대해서는 대략 3-5dB 그리고 GSM 대역에 대해서는 5-8dB의 이득 증가에 대응한다. 본 발명의 망원경형 안테나 디자인은 상기 길이가 달성될 수 있도록 함과 동시에, 휴대형 통신 장치(10) 내에 이용 가능한 비교적 작은 공간 내에 안테나가 저장될 수 있게 한다.

결합(coupling)을 최적화하기 위하여, 휩 안테나(14)의 금속 부분과 베이스 안테나(12) 사이의 거리는 대략 0.03 파장이어야 한다. 베이스 안테나의 공진 부분과 휩 부분 사이의 길이는 파장으로 측정되어야 하기 때문에, 그 거리는 이상적으로는 GSM에 대해서보다 DCS에 대해서 더 가깝다. 본 발명에 따른 신장 가능한 휩 안테나는 본 출원인이 출원한 건으로 본 출원과 동시 계류중이고 공동 양도된 출원으로서, 그 전체 내용이 참고 문헌으로 반영되어 있는 출원, "Multi Band Crotch Printed Antenna for Mobile Phone"에 기술되어 있는 것과 같은 베이스 안테나와 함께 사용되는 것이 바람직하다. 그러한 브랜치 안테나는 서로 다른 주파수들에 대응하는 별개의 브랜치들을 갖기 때문에 2중 대역 응용의 베이스 안테나에 특히 적합하다. 이 예에서는, 휩 안테나(14)의 금속 부분과 관련 안테나 브랜치 사이의 거리가 GSM에 대해서는 대략 9mm 그리고 DCS에 대해서는 대략 4.5mm이어야 하는데, 이는 브랜치 안테나의 브랜치들의 길이 및 배치를 선택함으로써 달성될 수 있다. 수축된 경우 및 신장된 경우에 대한 리턴 로스(return loss)의 그래프 표시가 도 5에 도시되어 있다. 이 그래프는 상술한 결합 거리(coupling distance)를 가정하고 있다.

상기 실시예들은 안테나가 (대략 900 MHZ에서 동작하는) GSM 및 (대략 1800 MHZ에서 동작하는) DCS 모두에 대해서 사용되는 것을 가정하여 설명되었지만, 안테나는 (대략 1900 MHZ에서 동작하는) PCS 대역 또는 다른 주파수 대역들에서 공진을 달성하도록 디자인될 수도 있다.

상기 설명은 교육 및 설명 용도로만 제공된 다수의 상세 내용들을 포함한다. 앞에서 논한 특정 예들은 발명의 한정 사항들을 제시하는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 이들 예는 이하의 청구범위 및 그 법적 균등물에 의해 정의되는 바와 같이, 발명의 범주를 벗어나지 않고서 여러 방법으로 변형될 수 있다.

Claims

핸드헬드 휴대형 통신 장치(hand-held portable communication device) 내에 포함될 수 있는(containable) 다중 대역 안테나 어셈블리에 있어서,

단일의 다중 대역 베이스 안테나(multiple band base antenna); 및

신장된 위치와 수축된 위치 사이에서 조정될 수 있는 휩 안테나(whip antenna)를 포함하며,

상기 신장된 위치에서의 상기 휩 안테나는 상기 베이스 안테나와 금속 대 금속으로 접촉하지 않고 상기 베이스 안테나와 전자기적으로 결합되고,

상기 휩 안테나는 상기 핸드헬드 휴대형 통신 장치 내에 포함될 수 있으며 상기 핸드헬드 휴대형 통신 장치와 미끄러질 수 있도록 결합된(slidably engaged) 비전도성 튜브, 상기 비전도성 튜브와 결합된 제1 단부 및 전도성 튜브의 제1 단부와 미끄러질 수 있도록 결합된 제2 단부를 갖는 금속봉(metal rod), 및 상기 전도성 튜브의 제2 단부에 결합된 비전도성 봉을 포함하는 다중 대역 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 휩 안테나는 금속 부분을 가지며, 상기 신장된 위치에서의 상기 금속 부분의 길이는 다중 대역에서 공진을 달성하도록 선택되는 다중 대역 안테나 어셈블리.
제2항에 있어서, 상기 다중 대역은 GSM, DCS 및 PCS에 대응하는 2이상의 대역을 포함하는 다중 대역 안테나 어셈블리.
제3항에 있어서, 상기 금속 부분은 다중 대역들 각각에서 신호의 대략 0.03 파장에 상당하는 거리만큼 상기 베이스 안테나로부터 분리되는 다중 대역 안테나 어셈블리.
제2항에 있어서, 상기 휩 소자 길이는 대략 140mm인 다중 대역 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 안테나는 상기 휩 안테나의 상기 신장된 위치 및 수축된 위치 모두에서 단일 포트를 통하여 상기 통신 장치 내에 위치하는 송수신기 회로와 통신하는 다중 대역 안테나 어셈블리.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전도성 튜브는 하나 이상의 전도성 와이어를 갖는 플라스틱 튜브인 다중 대역 안테나 어셈블리.
제8항에 있어서, 상기 전도성 와이어들은 상기 플라스틱 튜브에 코일 방식으로 배치된 다중 대역 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 베이스 안테나는 브랜치 안테나(branch antenna)인 다중 대역 안테나 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 베이스 안테나는 나선형 안테나(helix antenna)인 다중 대역 안테나 어셈블리.
핸드헬드 휴대형 통신 장치에 있어서,

고정된 다중 대역 베이스 안테나;

신장된 위치와 수축된 위치 사이에서 조정될 수 있는 휩 안테나 -신장된 위치에서의 휩 안테나는 상기 베이스 안테나와 금속 대 금속으로 접촉하지 않고 상기 베이스 안테나와 전자기적으로 결합되며, 수축된 위치에서의 휩 안테나는 상기 통신 장치 내에 포함됨-; 및

상기 통신 장치 내의 송수신기 회로와 상기 베이스 안테나 사이의 단일 포트 -상기 단일 포트는 상기 휩 안테나가 수축된 위치에 있을 때는 상기 베이스 안테나에 신호를 제공하고 그로부터 신호를 수신하며, 상기 휩 안테나가 신장된 위치에 있을 때는 상기 베이스 안테나 및 상기 휩 안테나로부터 신호를 수신함-

를 포함하고,

상기 휩 안테나는 상기 핸드헬드 휴대형 통신 장치 내에 포함될 수 있으며 상기 핸드헬드 휴대형 통신 장치와 미끄러질 수 있도록 결합된 비전도성 튜브, 상기 비전도성 튜브와 결합된 제1 단부 및 전도성 튜브의 제1 단부와 미끄러질 수 있도록 결합된 제2 단부를 갖는 금속봉, 및 상기 전도성 튜브의 제2 단부에 결합된 비전도성 봉을 포함하는 핸드헬드 휴대형 통신 장치.
제12항에 있어서, 상기 베이스 안테나는 브랜치 안테나인 핸드헬드 휴대형 통신 장치.
제12항에 있어서, 상기 베이스 안테나는 나선형 안테나인 핸드헬드 휴대형 통신 장치.
제12항에 있어서, 상기 휩 안테나는 길이가 대략 140mm인 금속 부분을 갖는 핸드헬드 휴대형 통신 장치.
제12항에 있어서, 상기 휩 안테나는 신장된 위치에 있을 때 다중 대역들 각각에서 신호의 대략 0.03 파장의 거리만큼 상기 베이스 안테나로부터 분리되는 금속 부분을 갖는 핸드헬드 휴대형 통신 장치.
삭제
제12항에 있어서, 상기 전도성 튜브는 하나 이상의 전도성 와이어를 갖는 플라스틱 튜브인 핸드헬드 휴대형 통신 장치.
제18항에 있어서, 상기 전도성 와이어들은 상기 플라스틱 튜브에 코일 방식으로 배치된 핸드헬드 휴대형 통신 장치.