KR100602539B1 - 이동 전화용 멀티플 밴드, 멀티플 브랜치 안테나 - Google Patents

Abstract

멀티플 브랜치를 갖는 멀티플 밴드 안테나에 관한 것으로서, 각각의 브랜치는 특정 주파수 밴드에서 공진하도록 선택된 길이와 기하 구조를 갖는다. 각각의 브랜치는 구불구불한 스트립 라인 패턴이 형성되고 소망의 형상으로 형성된 가요성의 막으로 형성될 수 있다. 또한, 각각의 브랜치는 스트립 라인을 소망의 형상의 부재에 에칭함으로써 형성될 수도 있다. 스트립 라인 패턴은, 기계적인 허용 오차 문제를 피할 수 있도록, 프린팅에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

주파수 밴드, 스트립 라인 패턴, 브랜치, 안테나, 이동 전화

Description

이동 전화용 멀티플 밴드, 멀티플 브랜치 안테나{MULTIPLE BAND, MULTIPLE BRANCH ANTENNA FOR MOBILE PHONE}

본 발명은 일반적으로 이동 통신 디바이스용 안테나에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 멀티플 밴드, 멀티플 브랜치 안테나에 관한 것이다.

GSM, DCS, PCS, 및 DAMPS 등의 여러 상이한 종류의 통신 시스템이 존재하기 때문에, 상이한 종류의 시스템들이 공통의 영역을 서비스할 가능성이 증가하고 있다. 이러한 시스템들은 전형적으로 상이한 주파수 범위에서 동작하는데, 예를 들면, GSM은 전형적으로 890∼960㎒에서 동작하고, DCS는 전형적으로 1710∼1880㎒에서 동작한다. 미래에는 홈 기반 무선 전화, 미니 데이터 링크, 무선 핸드 프리 세트와 같이 여러 가지 기능 중 임의의 기능을 이동 전화에 도입하는 것이 요망될 것이다. 이러한 이유로 인해, 멀티플 모드 안테나(즉, 통신 디바이스가 멀티플 밴드에서 동작할 수 있도록 상이한 주파수에서 공진할 수 있는 안테나)가 매우 요망된다.

몇몇 듀얼 밴드 안테나 설계가 공지되어 있다. 일본특허출원(6-37531)은 내부 무급전 금속 막대(inner parasitic metal rod)를 포함하는 헬릭스(helix)를 개시한다. 이 안테나에서는, 금속 막대의 위치를 조정하여 안테나를 듀얼 공진 주파수에 동조시킬 수 있다. 불행히도, 이러한 설계에서의 대역폭(bandwidth)은 셀룰러 통신에서 사용되기에는 너무 좁다. 프린트 모노폴 안테나(printed monopole antenna)의 상당히 근처에 무급전 스트립(parasitic strip)을 부가함으로써 듀얼 공진이 달성되는 듀얼 밴드 프린트 모노폴 안테나가 공지되어 있다. 이러한 안테나는 셀룰러 통신용으로 충분한 대역폭을 갖지만, 무급전 스트립을 부가하는 것이 필요하다. 스웨덴의 Moteco AB는 코일 매칭 듀얼 밴드 휩 안테나(coil matching dual band whip antenna) 및 코일 안테나를 설계하였는데, 이 안테나에서는 코일 매칭 성분(900㎒에서 1/4λ, 1800㎒에서 1/2λ)을 조정하여 듀얼 공진을 달성한다. 이 안테나는 상대적으로 양호한 대역폭과 방사(radiation) 성능을 갖지만, 그 길이는 단지 약 40㎜이다. 상대적으로 소형의 비균일 헬리컬 듀얼 밴드 안테나(non uniform helical dual band antenna)는 본 출원인에게 공동 양도되어 계류 중인 "멀티플 밴드 비균일 헬리컬 안테나(Multiple Band Non-Uniform Helical Antennas)"라는 명칭의 미국특허출원 제08/725,507호에 개시되어 있으며, 상기 출원의 내용은 본 명세서에 참고되어 있다.

전화가 사람의 머리와 비교적 가까우면, 신장된 휩 안테나가 높은 효율을 갖는다고 공지되어 있다. 상술된 바와 같은 전형적인 듀얼 밴드 신장 가능 휩 안테나(dual band extensible whip antenna)는 50Ω내에서 휩 안테나 임피던스를 2개의 밴드에 일치시키기 위해 복잡한 매칭 네트워크(matching network)를 필요로 한다. 듀얼 밴드 신축 가능 안테나는 본 출원인에게 공동 양도되어 계류 중인 "신축 가능 멀티 밴드 안테나(Retractable Multi-Band Antennas)"라는 명칭의 미국특허출원 제08/725,504호에 개시되어 있으며, 상기 출원의 내용은 본 명세서에 참고되어 있다. 이러한 안테나는 2개의 포트를 필요로 하는데, 그 하나는 헬리컬 안테나이고, 다른 하나는 휩 안테나이다. 상이한 모드에서의 포트들 간의 스위칭 수단이 필요하다.

멀티플 모드 휴대용 통신 디바이스는 효과적인 멀티플 밴드 안테나를 구비하는 것이 바람직하다. 상술된 바와 같은 종래의 듀얼 밴드 헬리컬 안테나는 몇 가지 문제점을 갖고 있다. 예를 들면, 기계적인 생산 허용 오차는, 특히 보다 높은 밴드에서, 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 또한, 사이한 밴드에서는 베이스 안테나와 신장 가능 휩 간의 거리가 달라질 수 있으므로, 듀얼 밴드 무급전 결합 신장 가능 안테나(dual band parasitic coupling extendible antenna)에 충분한 결합을 제공하는 것이 비교적 어려울 수 있다.

<발명의 요약>

본 발명은, 멀티플 공진 주파수에 동조될 수 있는 멀티플 밴드, 멀티플 브랜치 안테나를 제공함으로써, 상술한 문제점을 해결하고 부가적인 이점을 제공하기 위한 것이다. (예를 들면, GSM, DCS, 또는 PCS에 대응하는) 안테나의 멀티플 공진은 안테나 브랜치에서의 프린트 패턴을 다양하게 제공함으로써 달성될 수 있다. 안테나의 각각의 브랜치가 비교적 얇은 플라스틱 막 상에 프린트되어, 원통 형상으로 말릴 수 있다. 또는, 이 브랜치는 원통형 또는 다른 적절한 형상을 갖는 플라스틱 부재 상에 패턴을 에칭함으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 멀티플 브랜치 안테나는 매칭 네트워크 없이도 상이한 주파수에서의 공진을 달성한다. 안테나 브랜치가 프린팅에 의해 형성되는 경우, 기계적인 허용 오차의 문제를 피할 수 있다. 브랜치의 기하 구조를 변화시켜, 설계의 자유도를 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 원리를 구현한 멀티플 브랜치 안테나를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트 안테나 브랜치를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 안테나의 제조 방법을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 멀티플 브랜치 안테나를 포함하는 안테나 어셈블리에 대하여 측정한 반사 손실(return loss)을 그래프로 도시하는 도면.

본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 양호한 실시예에 관한 설명에 의해 더욱 자명해지며, 동일한 참조 번호는 동일한 성분을 나타낸다.

본 발명의 중심 원리는 멀티플 밴드 안테나의 상이한 브랜치가 상이한 주파수에서 공진한다는 점이다. 이러한 원리는 도 1에 잘 나타나 있는데, 도 1은 제1 브랜치(10) 및 제2 브랜치(12)를 구비하는 멀티플 브랜치 안테나를 도시한다. 안테나 브랜치는, 안테나 브랜치와, 휴대용 통신 디바이스(16)의 송수신기 회로 간의 신호를 교환하기 위한 공통 포트(14)에 접속된다. 제1 브랜치(10)는 제1 밴드에서의 주파수에서 공진할 수 있는 길이와 구성을 갖고, 제2 브랜치(12)는 제2 밴드에서의 주파수에서 공진할 수 있는 길이와 구성을 갖는다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 제1 밴드는 GSM 밴드이고, 제2 밴드는 DCS 밴드이다. 이러한 실시예에서, 제1 브랜치(10)는 대략적으로 GSM 신호의 1/4 파장이고, 제2 브랜치(12)는 대략적으로 DCS 신호의 1/4 파장이다. 이 안테나는, 예를 들면 제조 시에, 양 밴드 모두에 대하여 대략 50Ω의 임피던스로 동조된다. 안테나가 이와 같이 동조되면, 안테나와 포트(14) 사이에는 임피던스 매칭 회로가 필요하지 않게 된다.

이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 안테나 브랜치가 도시되어 있다. 안테나 브랜치는, 비교적 얇고 가요성인(flexible) 유전체 막(20)과 구불구불한(meandering) 금속선(22)에 의해 형성된 스트립 안테나로 구성된다. 금속선은 프린팅, 에칭, 또는 다른 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 막이 가요성 재료이므로, 프린트된 막은 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같이 안테나 브랜치로서 사용되기 위해 원통형으로 말릴 수 있다. 안테나 설계의 고려 사항에 따라, 원통이 부분적으로 열리거나 완전히 닫힐 수 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들면, 안테나의 대역폭은 원통의 직경을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 물론, 설계의 고려 사항에 따라, 안테나 브랜치는 원통 이외의 형상으로 형성될 수 있으며, 상이한 브랜치들은 상이한 기하 구조(예를 들면, 타원)를 가질 수 있다는 것에 유의해야 한다. 또한, 금속선(22)은 유전체 원통 상에 직접 에칭될 수 있다. 상이한 기하 구조와 제조 방법을 사용함으로써, 설계 자유도를 증대시킬 수 있다.

구불구불한 금속선(22)은, 상이한 안테나 브랜치가 상이한 주파수에서 공진하도록, 안테나 브랜치들 사이에서 변경되는 것이 바람직하다. 따라서, 멀티플 브랜치에서의 멀티플 공진은 각 브랜치에 대하여 적절한 스트립 치수와 패턴을 선택함으로써 달성될 수 있다.

안테나 브랜치는 모노폴 안테나와 유사하며, 이동 전화와 같은 휴대용 헨드-헬드(hand-held) 통신 디바이스에 사용될 때 비교적 높은 효율을 갖는다. 전형적인 듀얼 밴드 헬리컬 안테나의 듀얼 공진은 피치 각도(pitch angle) 혹은 다른 헬리컬 파라미터(helical parameter)를 변화시킴으로써 달성된다. 헬리컬 안테나에서의 공진 주파수가 헬리컬 파라미터의 기계적인 허용 오차에 의존하므로, 본 발명에 따른 멀티플 브랜치 안테나는 상당한 이점을 제공한다. 특히, 스트립 라인의 패턴 또는 치수를 변화시킴으로써 안테나의 높이가 용이하게 조정될 수 있으므로, 본 발명에 따른 프린트 멀티플 브랜치 안테나는 기계적인 허용 오차 문제의 가능성을 상당히 감소시킨다.

본 발명의 안테나는, 본 출원인에게 공동 양도되어 계류 중인 "이동 전화용 멀티플 밴드 텔레스코프형 안테나(Multiple Band Telescope Type Antenna for Mobile Phone)"라는 명칭의 특허출원에 개시된 무급전 신장 가능 듀얼 밴드 안테나용의 멀티플 모드 베이스 안테나로서 특히 적합한데, 상기 출원의 내용은 본 명세서에 참고되어 있다. 휩 안테나와 연동하여 베이스 안테나로서 사용될 때, 본 발명의 멀티플 모드, 멀티플 브랜치 안테나는 휩 안테나와 베이스 안테나 간의 결합 거리를 용이하게 조정할 수 있게 한다. 이는, 공지된 듀얼 밴드 헬리컬 안테나에 비해 상당한 이점을 제공한다.

이제 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 멀티플 밴드, 멀티플 브랜치 안테나를 포함하는 안테나 어셈블리에 대하여 측정된 반사 손실이 그래프로 도시되어 있다. 본 일례에서는, 플라스틱 막을 대략 25㎜의 길이와 대략 9㎜의 직경을 갖는 실질적으로 원형인 원통으로 구부린다. 도 4는 상이한 주파수에서의 반사 손실을 ㏈로 나타낸다. 본 도면은 GSM 주파수 밴드에 대응하는 제1 피크, DCS 주파수 밴드에 대응하는 제2 피크, 및 PCS 주파수 밴드에 대응하는 보다 얕은 제3 피크를 도시한다. 본 발명에 따른 적절한 안테나가 GSM, DCS, PCS, 또는 다른 주파수 밴드에 대응하는 2 이상의 밴드에서 동작하도록 설계될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 본 발명에 따른 안테나의 방사 패턴 검사는, 본 발명의 안테나가 헬리컬 안테나와 유사한 성능을 보다 넓은 대역폭에서 달성한다는 것을 나타낸다.

상술된 설명은 교시적인 그리고 예시적인 목적만을 위해 제공되는 다양한 상세한 설명을 포함한다. 전술한 특정 실시예들은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니며; 이하의 청구 범위 및 이들의 합법적인 등가물에 의해 정의된 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 방식으로 변화될 수 있다.

Claims (20)

1. 멀티플 밴드, 멀티플 브랜치 안테나에 있어서,

   제1 주파수 밴드에 대응하는 주파수들에서 공진하기 위한 제1 길이 및 제1 단면 기하 구조를 갖는 제1 브랜치; 및

   제2 주파수 밴드에 대응하는 주파수들에서 공진하기 위한 제2 길이 및 제2 단면 기하 구조를 갖는 제2 브랜치

   를 포함하고,

   상기 제1 주파수 밴드는 상기 제2 주파수 밴드와 상이하며,

   상기 제1 및 제2 브랜치들은 상기 제1 및 제2 주파수 밴드들의 무선 주파수 신호들을 각각 송수신하도록 동작하는 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   각각의 브랜치는 상이한 금속 스트립 라인 패턴이 형성된 가요성의 유전체 막을 포함하는 안테나.
3. 제2항에 있어서,

   상기 금속 스트립 라인 패턴은 프린팅에 의해 형성되는 안테나.
4. 제2항에 있어서,

   상기 금속 스트립 라인 패턴은 에칭에 의해 형성되는 안테나.
5. 제1항에 있어서,

   각각의 브랜치는 유전체 부재 상의 금속 스트립 라인 패턴들을 에칭함으로써 형성되는 안테나.
6. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 브랜치들은 각각 GSM 주파수 밴드, DCS 주파수 밴드, 및 PCS 주파수 밴드 중 하나에 대응하는 길이들을 갖는 안테나.
7. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단면 기하 구조들은 실질적으로 유사한 안테나.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단면 기하 구조들은 실질적으로 원통형이고, 원하는 대역폭과 사이즈를 얻도록 선택된 직경들을 갖는 안테나.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 브랜치들은 공통 임피던스로 동조되는 안테나.
10. 제5항에 있어서,

    상기 유전체 부재는 실질적으로 원통형의 기하 구조를 갖는 안테나.
11. 멀티플 모드, 핸드-헬드, 휴대용 통신 디바이스에 있어서,

    멀티플 모드에서 통신 신호들을 교환하기 위한 송수신기 회로; 및

    상기 송수신기 회로와 멀티플 모드 안테나 사이에서 인터페이스하기 위한 단일 포트

    를 포함하고,

    상기 멀티플 모드 안테나는,

    제1 모드에서 제1 주파수 밴드에 대응하는 주파수들에서 공진하기 위한 제1 길이 및 제1 단면 기하 구조를 갖는 제1 브랜치, 및

    제2 모드에서 제2 주파수 밴드에 대응하는 주파수들에서 공진하기 위한 제2 길이 및 제2 단면 기하 구조를 갖는 제2 브랜치

    를 포함하며,

    상기 제1 주파수 밴드는 상기 제2 주파수 밴드와 상이하며,

    상기 제1 및 제2 브랜치들은 상기 제1 및 제2 주파수 밴드들의 무선 주파수 신호들을 각각 송수신하도록 동작하는 디바이스.
12. 제11항에 있어서,

    각각의 브랜치는 상이한 금속 스트립 라인 패턴이 형성된 가요성의 유전체 막을 포함하는 디바이스.
13. 제12항에 있어서,

    상기 금속 스트립 라인 패턴은 프린팅에 의해 형성되는 디바이스.
14. 제12항에 있어서,

    상기 금속 스트립 라인 패턴은 에칭에 의해 형성되는 디바이스.
15. 제11항에 있어서,

    각각의 브랜치는 유전체 부재 상의 금속 스트립 라인 패턴들을 에칭함으로써 형성되는 디바이스.
16. 제12항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 모드들은 GSM 및 DCS이고, 상기 제1 및 제2 브랜치들은 각각 상기 GSM 주파수 밴드와 상기 DCS 주파수 밴드에 대응하는 길이들을 갖는 디바이스.
17. 제12항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 단면 기하 구조들은 실질적으로 유사한 디바이스.
18. 제17항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 단면 기하 구조들은 실질적으로 원통형이고, 원하는 대역폭과 사이즈를 얻도록 선택된 직경들을 갖는 디바이스.
19. 제11항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 브랜치들은 공통 임피던스로 동조되어, 상기 단일 포트와, 제1 및 제2 브랜치들 사이에는 별도의 임피던스 매칭 네트워크들이 없게 하는 디바이스.
20. 제15항에 있어서,

    상기 유전체 부재는 실질적으로 원통형의 기하 구조를 갖는 디바이스.

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