KR100649791B1 - 안테나와 컨덕터들 사이의 에너지 커플링을 방지하는 요소를 편입한 기판 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 장비(100,700)에서 내부 안테나(300)로 이용하기 위한 기생 소자(800,900)에 관한 것이다. 일반적으로 상기 안테나는 무선 장비와 결합되는 그라운드 평면(504,508)으로부터 오프셋 실장되며 기판(304)위에 지지되는 하나 이상의 전도성 트레이스들(302)을 갖는 기판 안테나이다. 하나 이상의 신호나 전력 전송 컨덕터들, 케이블들, 또는 신호 피드들(712)은 컨덕터로부터 발산하거나 컨덕터들 주위의 필드들에서 나오는 에너지를 포착하는 안테나에 신호들을 커플링하는 것이 가능한 기판 안테나(300)에 바로 인접하여 놓여진다. 택일적으로, 상기 컨덕터들은 상기 안테나(300)로 전송되는 에너지 부분을 차단한다. 기생 패치 요소(800,900)는 그러한 컨덕터들(712) 아래나 위에 또는 인접하여 놓여지는 얇은 전도성 구조를 사용하며, 상기 컨덕터들의 공진 또는 에너지 커플링 특성들을 바꿈으로써 상기 컨덕터들과 안테나 사이의 커플링으로부터 실재적인 에너지 부분을 감소시킨다. 기생 소자(800,900,902,904,906)는 모든 장치 이득을 증가시키는 상기 컨덕터들과 안테나 사이의 에너지 전송을 차단한다. 게다가, 기생 소자 및 그라운드 평면에의 상기 기생 소자의 기생 커플링은 무선 장비들의 이득 및 대역폭을 증가시킨다. 기생 소자는 다양한 물질들로부터 그리고 다양한 형태들로(800,900,902,904,906) 제조될 수 있으며 얇은 전도성 또는 금속 물질층을 설치하고 배치하는 다양한 공지 기술들을 사용하여 설치될 수 있다.

Description

안테나와 컨덕터들 사이의 에너지 커플링을 방지하는 요소를 편입한 기판 안테나{SUBSTRATE ANTENNA INCORPORATING AN ELEMENT PREVENTING THE COUPLING OF ENERGY BETWEEN ANTENNA AND CONDUCTORS}

본 발명은 일반적으로 무선 장비용 안테나들에 관한 것이며, 더 구체적으로, 내부에 설치된 안테나들에 관한 것이다. 본 발명은 무선 장비용의 개선된 에너지 커플링 특성, 이득 및 대역폭을 갖는 기생 소자로 된 내부 기판 안테나들에 관한 것이다.

안테나들은 무선 통신 장비와 시스템에서 중요한 구성 요소이다. 비록 안테나들은 많은 다른 형태 및 크기들로 이용 가능하지만, 그것들 각각은 동일한 기본 전자기 법칙에 따라 동작한다. 안테나는 유도파(guided wave)와 자유 공간파 사이 또는 반대로 자유 공간파와 유도파 사이의 전이 영역과 관련된 구조이다. 일반 법칙으로서, 외부로 개방된 전송선을 따라 전도되는 유도파는, 또한 전자기파로도 알려진 자유 공간파로 방사될 것이다.

최근 몇 년동안, 휴대 전화기, 이동 전화기 및 개인 휴대통신(PCS) 전화기들과 같은 개인용 무선 통신 장비 사용의 증가에 따라, 이러한 통신 장비들에 대해 적합한 작은 안테나들의 필요성이 증대되어 왔다. 집적 회로 및 배터리 기술에서의 최근의 발전으로 이러한 통신 장비들의 크기와 무게는 지난 몇 년에 걸쳐 극적으로 감소될 수 있었다. 크기에서의 감소가 여전히 요구되는 한 분야는 통신 장비 안테나들이다. 이것은 안테나의 크기가 그 장치의 크기를 감소시키는데 지대한 역할을 한다는 사실 때문이다. 게다가, 그 안테나 크기와 형태는 장비의 외관과 제조 비용에 큰 영향을 미친다.

무선 통신 장비용 안테나들을 설계하는데 고려되는 하나의 중요한 요인은 안테나 방사 패턴이다. 종래의 응용에서는, 통신 장비는 그 장치로부터 어떤 방향으로도 위치될 수 있는 다른 통신 장비나 기지국, 허브 또는 위성과 통신이 가능해야만 한다. 결과적으로, 이러한 무선 통신 장비들용 안테나들은 대략적으로 전방향성의 방사 패턴이나, 로컬 수평면으로부터 위로 연장되는 패턴을 갖는 것이 필수적이다.

무선 통신 장비용 안테나들을 설계하는데 고려되는 또 하나의 중요한 요인은 안테나의 대역폭이다. 예를 들어, PCS 통신 시스템으로 사용되는 전화기들과 같은 무선 장비들은 1.85-1.99 GHz에서 동작하기 때문에, 7.29 %의 사용 가능한 대역폭을 필요로 한다. 종래의 셀룰러 통신 시스템들을 사용하는 전화기는 824-894 MHz의 주파수 대역에 걸쳐 동작하므로 8.14 %의 대역폭을 필요로 한다. 따라서, 이러한 유형의 무선 통신 장비들에 사용되는 안테나들은 적절한 대역폭 요건들을 충족하도록 설계되어야 하며, 그렇지 않으면 통신 신호들은 심하게 감쇠된다.

무선 통신 장비들에서 일반적으로 사용되는 안테나의 한 유형은 휩(whip) 안테나인데, 상기 휩 안테나는 사용되지 않을 때 쉽게 장치 내로 인입된다. 그러나 휩 안테나에 관한 여러 가지 단점들이 있다. 종종, 상기 휩 안테나는 사용하기 위해 인출되어 있을 때, 심지어 인입되어 있을 때에도 물체들, 사람들, 또는 표면들에 포획되어 손상을 입기 쉽다. 심지어 휩 안테나는 그러한 손상을 최소화하기 위해 인입 가능하도록 설계되더라도, 원하는 것보다 큰, 인입되어 있을 때의 최소의 장비 하우징 크기를 필요로 할 수 있다.

휩 안테나들은 종종 상기 휩이 전화기 안으로 인입될 때 활성화되는 짧은 나선형 안테나들과 함께 사용된다. 나선형 안테나는 적절한 방사 커플링 특성들을 유지하기 위해 좀더 좁은 공간에서 동일한 방사기(radiator) 길이를 제공한다. 나선형 안테나는 훨씬 더 짧아지지만, 외관에 영향을 미치며 다른 물체들에 포획되도록, 무선 장비의 표면으로부터 상당한 거리만큼 튀어나온다. 무선 장비 내부에 상기 안테나를 위치시키는 것은 상당한 부피를 필요로 할 것이어서, 바람직하지 않다. 게다가, 그런 나선형 안테나들은 무선 장비 사용자들의 핸드 로딩(hand loading)에는 매우 민감하다.

무선 통신 장비들에서 사용하기에 적합한 것 같은 또 다른 유형의 안테나는 마이크로스트립(microstrip) 또는 스트립라인(stripline) 안테나이다. 그러나, 그런 안테나들은 여러가지 단점이 있다. 상기 안테나들은 원하는 것보다 훨씬 클수도 있고, 더 낮은 대역폭을 가질 수도 있으며, 바람직한 전방향성 방사 패턴이 없을 수도 결여할 수 있다.

그 용어가 암시하듯이, 마이크로스트립 안테나는 패치(patch)나 마이크로스트립 요소를 포함하며, 상기 패치나 마이크로스트립 요소는 보통 방사기 패치(radiator patch)로 불린다. 마이크로스트립 요소의 길이는 공진 주파수 f₀ 와 결합된 파장 λ₀ 에 관련하여 정해지는데, 상기 공진 주파수는 800 MHz나 1900 MHz와 같은, 관계되는 주파수와 정합되도록 선택된다. 통상적으로 사용되는 마이크로스트립 요소의 길이는 반파장(λ₀ /2) 및 1/4 파장(λ₀ /4)이다. 비록 몇가지 유형의 마이크로스트립 안테나들이 최근에 무선 통신 장비에서 사용되어 왔지만, 몇 가지 영역에서 추가적인 개선이 요구된다. 추가적인 개선이 요구되는 하나의 영역은 전체 크기의 감소이다. 현저한 개선이 요구되는 또 하나의 영역은 대역폭이다. 현재의 패치나 마이크로스트립 안테나 설계들은 실용적인 크기에서, 대부분의 통신 시스템에서 사용하도록 설계된 7.29 내지 8.14 % 또는 그 이상의 목표 대역폭 특성을 얻지 못할 것 같다.

종래의 패치 및 스트립 안테나들은 대부분의 무선 장비에서 넓은 그라운드 평면 근처에 놓여질 때 추가적인 문제가 발견된다. 그라운드 평면들은 공진 주파수를 바꿀 수 있는데, 이는 비-반복적인 제조 설계를 초래한다. 최소 표면 영역은 또한 방사 패턴들을 최적화하는 방식으로 실장되는 것을 막는다. 게다가, "핸드 로딩", 즉, 안테나 근처의 사용자의 손이 위치하는 것은 공진 주파수 및 안테나의 성능을 극적으로 변화시킨다.

방사 패턴들은 위에서 논의된 통신 링크를 정하는 것 뿐만 아니라, 무선 장비 사용자들에 대한 정부 방사 표준에 대해서도 아주 중요하다. 방사 패턴들은 최소의 방사량이 장치 이용자들에 의해 흡수될 수 있도록 제어되거나 조절되어야 한다. 무선 장비 이용자 가까이에서 허용될 수 있는 방사량에 대하여 확립된 정부 표준들이 있다. 이런 규정들 중 한가지 중요한 것은 내부 안테나들이 사용자에 대한 이론상의 방사 노출 때문에 무선 장비 내에서 여러 위치들에는 위치될 수 없다는 것이다. 그러나, 위에서 기술했듯이, 다른 위치들에 현재의 안테나들을 사용할 때, 그라운드 평면들과 기타 구조체들은 상기 안테나들의 효과적인 이용을 방해한다.

위와 같은 문제점들을 인식하며, 기판 안테나(substrate antenna)라고 불리는 새로운 유형의 안테나가 축소된 크기와 적절한 이득과 함께 적절한 대역폭 특성들을 가지고, 핸드 로딩에 대한 감소된 응답 또는 핸드 로딩으로부터의 감소된 영향을 가지며, 또는 종래 기술에서의 몇가지 문제점이 감소된 무선 장비용 내부 안테나를 제공하기 위해 개발되었다. 이러한 유형의 안테나는 여기서 참조로 언급되는 1998년 2월 23일에 출원된 본원 출원의 동시계속출원인 미국 특허 출원 제 09/028,510호(대리인 사건 일람 제 QCPA518호) "기판 안테나"에 개시되어 있다.

비록 상기 기판 안테나는 내부 안테나 기술 분야를 진보시키고 그 기술 분야에서의 여러 문제들을 해결하지만, 상기 안테나는 원하는 이득이나 에너지 분배 조건들을 달성하지 못하는 몇가지 상태들이 있다. 즉, 상기 안테나는 원치 않는 모드나 방향으로 방사를 유도하거나 커플링하는데, 이는 안테나 이득을 감소시킨다. 게다가, 기판 및 다른 유형의 작은 내부 안테나들은 또한 무선 장비내에서 다양한 잡음 소스들에 인접하여 놓여짐으로써 부정적인 영향을 받는다. 무선 장비 내부에 놓여질 때 안테나는 신호들이나 전력을 전송하기 위해 사용되는 컨덕터들에 상대적으로 가까운 곳에 놓여질 수 있다. 무선 장비 내에서 이러한 컨덕터들이나 다양한 소스들로부터 상기 안테나에 커플링되는 신호들이나 신호 잡음 때문에, 안테나 이득 및 무선 장비 감도는 감소할 수 있다.

따라서, 원하는 이득과 감도 또는 감소된 잡음 특성들을 갖는 내부 안테나들을 달성하기 위하여, 무선 장비 내의 안테나들을 제조하고 실장하기 위한 새로운 안테나 구조 및 기술이 요구된다.

무선 장비용 내부 안테나들을 제조하는데 관련되는 기술분야에서 발견된 상기 및 기타 문제점에 대해, 본 발명의 하나의 목적은 안테나의 성능을 떨어뜨리는, 무선 장비에서의 다른 요소들이나 컨덕터들과 내부 안테나의 상호작용을 감소시키는 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 무선 장비의 내부 안테나에 대한 원하는 이득 값을 증가시키거나 유지하는 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 무선 장비의 내부 안테나에 대한 대역폭을 증가시키는 것이다.

본 발명의 한 가지 장점은 원하는 동작 특성들을 유지하는 동안 물리적으로 작은 내부 안테나를 제공하는 것이다.

상기 및 기타 목적들 및 장점들은 안테나에 인접하여 위치되고, 신호나 전력 전송용의 하나 이상의 컨덕터 또는 공급선을 갖는 무선 통신 장비의 내부 안테나와 함께 사용하기 위한 기생 소자로 구현된다. 상기 기생 소자는 일반적으로 안테나에 인접한 영역의 하나 이상의 컨덕터들에 인접하여, 또는 그 위나 그 아래에 적어도 하나의 전도성 물질층을 배치함으로써 형성된다. 기생 소자는 상당한 에너지가 상기 안테나와 컨덕터들 사이에서 커플링되는 것을 방지하는데 충분하도록 컨덕터들과 관련하여 미리 선택된 폭 및 컨덕터들에 따라 미리 선택된 길이를 가진다.

바람직한 내부 안테나는 예정된 두께의 유전체 기판 위에 지지되는 하나 이상의 방사기 트레이스(radiator trace)를 포함하는 기판 안테나이다. 적당한 크기가 무선 장비에 대해 관계되는 파장에 기초하여, 트레이스 길이 및 폭에 대해 선택되고 공간적으로 할당된다. 바람직한 실시예들에서는, 전도성 보호 물질이 인접 필드 방사 패턴에 대해 영 전류값을 제공하기 위해 상기 트레이스의 미리 결정된 부분 주위에 인접하여 배치된다. 지지 기판은 안테나가 사용되고 있는 장치 내의 회로들 및 구성 요소들과 관련된 그라운드 평면에 일반적으로 직각이고 오프셋되어 실장된다. 기판 안테나는 적절한 대역폭을 제공하는 매우 얇고 소형화된 구조를 사용한다. 안테나 소형화 및 더 다양한 사용가능한 형태에 따라, 기판 안테나는 무선 장비용 내부 안테나로서 매우 효과적으로 사용될 수 있다.

그러나, 무선 장비는 일반적으로 미리 선택된 신호 프로세싱 요소들과 전력 소스들 사이에 연장되며 안테나에 매우 인접하여 위치된 부분을 갖는 다양한 신호 또는 전력 전송 컨덕터들을 사용하는데, 상기 안테나는 컨덕터들 옆이나 위에 놓여진다. 바람직한 실시예들에서는, 안테나에 인접하여 위치되어 있는 영역 내의 하나 이상의 컨덕터들에 인접하여, 또는 그 위나 그 아래에 기생 소자를 위치시키는 것은 소정의 노이즈가 컨덕터들로부터 안테나에 커플링되는 것을 방지하도록 동작한다. 기생 소자나 패치는 무선장치의 안테나와 그라운드 평면사이의 슬롯이나 간극에 따라 전하의 분리를 발생시키도록 안테나에 인접하여 형성된다. 기생 소자는 안테나의 유효 또는 가상 영역을 증가시켜서 약 0.8 내지 1.5 dB까지 무선 장비의 이득 및 대역폭을 증가시킨다. 무선 통신 장비의 감도는 안테나의 잡음을 감소시킴으로써 증가된다.

컨덕터들을 통해 그라운드 평면에 기생 소자를 기생적으로 커플링시키는 것은 무선 장비의 이득 및 대역폭을 추가로 증가시킨다. 본 실시예에서는, 그 이득은 약 0.8 내지 1.5 dB까지 증가된다. 기생 소자 및 기생 커플링은 무선 장비들의 대역폭을 적어도 1.5배까지 증가시킨다.

바람직한 실시예들에서는, 기생 소자는 구리, 황동(brass), 알루미늄 또는 은과 같은 하나 이상의 전도성 물질층들로 형성된다. 전기 전도성 물질은 안테나에 인접하여 위치된 컨덕터들 위에 놓여질 수 있으며, 무선 장비에 대해 그라운드 전위로 커플링된다. 기생 소자는 바람직하게는 억제될 에너지량이나 방사량에 따라 사실상 완전히 컨덕터들을 커버한다. 기생 소자를 형성하는데 사용되는 전도성 물질의 크기나 면적은 또한 미리 선택된 양으로 안테나의 유효 영역 및 상응하는 대역폭을 증가시키도록 배열되거나 조절된다.

바람직한 실시예들에서, 전도성 물질은 안테나에 인접하여 위치한 컨덕터들 위에 놓여질 수 있는 얇은 전기 전도성 물질의 패치로 제작된다. 이 패치는 대체로 직각 형태, 대체로 원형 형태, 대체적으로 삼각 형태, 또는 복잡한 기하학적 형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 적어도 컨덕터들의 폭의 두 배로 형성되거나 제작된다.

본 발명의 추가적인 실시예들에서, 다중 전도성 물질층은 직접적으로 서로간에 사용될 수 있으며, 또는 다른 물질층이나 컨덕터들 사이에 삽입될 수 있다. 게다가, 다중 패치들이 바람직한 영역을 커버하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 기술되는데, 유사 참조 번호들은 일반적으로 동등하며, 기능적으로 유사하고, 및/또는 구조적으로 비슷한 요소들을 나타내며, 도면에서 처음에 나타나는 요소는 참조 번호에서 맨 왼쪽의 숫자로서 표시된다.

도 1a 및 도 1b는 휩 및 외부 나선형 안테나를 구비한 무선 전화기의 투시도 및 측면도를 도시한다.

도 2a 및 도 2b는 예시적인 내부 회로소자를 구비한 도 1b의 전화기의 측단면도와 후단면도를 도시한다.

도 3a 내지 도 3c는 도 1의 전화기에 사용가능한 기판 안테나를 도시한다.

도 4a 내지 도 4e는 여러 택일적인 기판 안테나 실시예들을 도시한다.

도 5a 및 도 5b는 기판 안테나를 사용하는 도 1b의 전화기의 측단면도 및 배면도를 도시한다.

도 6은 기판 안테나의 택일적인 실시예를 사용하는 도 1b의 전화기의 측단면도를 도시한다.

도 7은 한 부분에서 다른 부분으로 회전 결합부를 따라 연장되는 일련의 컨덕터들을 구비한 도 5a 및 도 5b의 전화기를 도시한다.

도 8a는 본 발명의 사상들에 따라 만들어진 기생 패치 요소의 평면도를 도시한다.

도 8b는 도 8a의 기생 패치의 측단면도를 도시한다.

도 9a 내지 도 9d는 도 8a 및 도 8b의 기생 패치에 대한 택일적인 실시예들의 평면도를 도시한다.

역 "F" 안테나와 같은 종래의 마이크로스트립 안테나는 개인용 휴대통신 장비들에서 상기 안테나를 잠재적으로 사용가능하게 하는 몇 가지 특성들을 갖지만, 셀룰러 및 PCS 전화기와 같은 무선 통신 장비에 있어서 유용한 상기 유형의 안테나를 만들기 위해서는 다른 영역들에서의 추가적인 개선이 요구된다. 추가적인 개선이 필요한 상기 영역 중 하나는 대역폭에 관한 것이다. 일반적으로 PCS 및 셀룰러 전화기들은 만족스럽게 동작되기 위해, 현재 마이크로스트립 안테나들에서 이용 가능한 것보다 더 큰 실용적인 크기로, 또는 이용 가능한 것보다 더 큰 대역폭을 필요로 한다.

추가적인 개선이 요구되는 또 다른 영역은 마이크로스트립 안테나의 크기이다. 예를 들어, 마이크로스트립 안테나 크기의 축소는 더 소형화되고 보기 좋은 무선 통신 장비를 만들 것이다. 사실, 이것은 심지어 이러한 안테나가 무선 통신 장비에서 사용될 수 있을지 아닐지를 결정할 수도 있다. 종래의 마이크로스트립 안테나 크기의 축소는 사용된 유전체 기판의 두께를 줄이거나, 유전 상수 값을 증가시켜, 그로 인해 필요한 길이를 단축시킴으로써 가능하게 된다. 그렇지만, 이것은 안테나 대역폭을 감소시키는 원치 않는 효과를 가지는데, 이로 인해 무선 통신 장비들 용으로 덜 적합하게 된다.

게다가, 패치 방사기와 같은 종래의 마이크로스트립 안테나들의 필드 패턴은 일반적으로 지향성(directional)이다. 대부분의 패치 방사기들은 안테나에 대한 로컬 수평면에 대해 상반구(upper hemisphere)로만 방사한다. 이러한 패턴은 그 장치의 움직임에 따라 움직이거나 회전하며, 도달 범위에서 원치 않는 널(null)들을 생성할 수 있다. 따라서, 마이크로스트립 안테나들은 많은 무선 통신 장비들에 사용하는데 그다지 바람직하지는 않았다.

기판 안테나는 전술한 문제 및 다른 문제들에 한가지 해결책을 제시한다. 기판 안테나는 무선 통신 장비들에 사용하는데 바람직한 다른 특성들을 보유하면서, 다른 안테나 설계들에 대해 크기의 감소 및 적절한 대역폭을 제시한다. 기판 안테나는 휴대용 전화기와 같은 무선 또는 개인용 휴대통신 장비의 최상부면 근처에 만들어질 수 있고, 또는 무선 장비의 지지 포스트, I/O 회로, 키패드 등과 같은 다른 요소들에 인접하여 또는 뒤에 실장될 수 있다. 기판 안테나는 또한 하우징을 형성하는 플라스틱 내에, 또는 무선 장비의 표면 상에 삽입되는 것과 같이 직접 내부에 만들어질 수 있다.

휩이나 외부 나선형 안테나와는 달리, 기판 안테나는 다른 내부 안테나들처럼, 물체들이나 표면들에 포획됨으로써 쉽게 손상받지 않는다. 이런 형태의 안테나는 또한 진보된 기구들 및 회로들에 대해 요구되는 내부 공간을 차지하지 않을 뿐 아니라, 안테나가 내부에 인입되었을 때 수용하기 위한 큰 하우징 크기를 필요로 하지도 않는다. 게다가, 기판 안테나는 거의 전방향 패턴을 방사하는데, 이는 상기 안테나를 많은 무선 통신 장비들에 적합하게 한다.

넓은 의미에서, 본 발명은 개인용 휴대통신 장비들, 무선 전화기들, 무선 모뎀들, 팩시밀리 장치들, 휴대용 컴퓨터들, 페이저들, 메시지 방송 수신기들 등과 같은, 임의의 무선 장비에서도 실행될 수 있다. 그러한 배경들 중 하나는 셀룰러, PCS 또는 다른 상용 통신 서비스들에 사용되는 것과 같은, 휴대용 무선 전화기이다. 다른 하우징 형태 및 스타일들에 상응하는, 다양한 무선 전화기들은 당업계에 공지되어 있다.

도 1은 위에서 논의된 셀룰러 및 PCS 시스템들과 같은 무선 통신 시스템들에 사용되는 일반적인 무선 전화기를 도시한다. 도 1(1a 및 1b)에 도시된 전화기는 클램 쉘(clam shell)형이거나 폴더형 전화기이다. 이러한 전화기는 위에서 언급된 셀룰러 및 PCS 시스템들과 같은 무선 통신 장비들에 사용되는, 인체 공학적으로 설계되고 개선된 무선 전화기의 전형이다. 다양한 형태나 스타일을 포함하는 다양한 무선 장비, 전화기 및 관련 물리적 구조들이 있기 때문에 상기 전화기들은 예시된 것일 뿐이고, 이하의 설명에서 분명하게 되는 바와 같이, 여기서 본 발명이 사용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b에, 휩 안테나(104) 및 나선형 안테나(106)를 지지하는 메인 하우징이나 몸체(102)를 갖는 전화기(100)가 도시되어 있다. 안테나(104)는 일반적으로 안테나(106)와 공통 중심 축을 공유하도록 실장되어, 적절한 동작에 필요하지 않을지라도, 안테나(104)가 인출될 때 나선형 안테나(106)의 중심을 통해 인출되거나 튀어나오도록 한다. 이런 안테나들은 사용되는 특정 무선 장비용의 주파수, 또는 관계되는 주파수에 대해 적절한 길이들을 갖도록 제조된다. 상기 안테나들의 구체적인 설계는 관련 기술 분야에 숙지되고 잘 알려져 있다.

하우징(102)의 전면은 또한 스피커(110), 디스플레이 패널 또는 스크린(112), 키패드(114), 마이크로전화기 또는 마이크로전화기 개구부(116), 및 커넥터(118)를 지지하는 것으로 도시되어 있다. 도 1a에서, 안테나(104)는 하우징(102)으로 인입된 상태로 도시되는 반면(시야각 때문에 보이지 않음), 도 1b에서 안테나(104)는 무선 장비가 사용되는 동안 일반적으로 부딪치는 인출된 위치에 있다. 또한 본 도면에서 무선 전화기의 상부에 설치된 배터리 또는 파워 팩(120)을 볼 수 있다.

위에서 검토한 대로, 휩 안테나(104)는 여러 단점을 갖는다. 한 가지는 상기 휩 안테나가 사용 중에 인출될 때, 다른 물체들이나 표면들에 포획됨으로써 손상을 입기 쉽다는 것이다. 안테나(104)는 또한 바람직하지 않게도 개선된 구조를 위해 부품들의 배치를 방해하는 식으로 내부 공간을 차지한다. 게다가, 안테나(104)는 인입되었을 때 수용할 수 없을 정도로 큰 최소 하우징 크기를 필요로 한다. 안테나(106)는 또한 다른 물체들이나 표면들에 포획됨으로써, 전화기 하우징(102) 내로 인입될 수 없게 된다. 게다가, 안테나(106)는 장비 사용자 손과의 접촉으로 인한 로딩이나 공진 주파수의 변화에 매우 취약하다.

본 발명의 용도는 명확성과 편의성을 위해 본 예시적인 무선 전화기에 관하여만 기술된다. 본 발명은 본 실시예 조건에서의 응용에 한정되는 것은 아니다. 다음의 설명을 읽은 후에는, 당업자가 어떻게 택일적인 조건들에서 본 발명을 달성할지가 명백해질 것이다. 사실, 본 발명은, 예를 들어, 이에 제한되지는 않지만, 휴대용 팩시밀리 머신들 및 무선 통신이 가능한 컴퓨터들과 같은 다른 무선 통신 장비들에서 일부 비-기판 안테나와 함께 이용될 수 있다는 것은 명백하다.

종래의 무선 전화기는 일반적으로 필요하거나 원하는 여러 기능들을 수행하기 위해 하나 이상의 회로 보드들 위에 다양한 내부 구성요소들을 지지한다. 도 2a 및 도 2b는 종래의 무선 전화기의 통상적인 내부 구조를 도시하고 있다. 도 2a는 회로소자나 구성요소들이 어떻게 하우징(102) 내에서 지지되는 지를 보여주기 위해 일측면에서 바라봤을 때 도 1b에 나타난 전화기의 단면도를 도시한다. 도 2b는 하우징(102) 내에서 일반적으로 발견되는 회로소자나 구성요소들의 관계를 보여주기 위해, 키패드의 반대편에서 후방에서 바라보았을 때의 상기 전화기의 절개도(cutaway)를 도시한다.

도 2a 및 도 2b에서는, 회로 보드(202)가 집적 회로나 칩들(204)과 같은 다양한 구성요소들, 저항기들 및 커패시터들과 같은 독립 구성요소들(206), 및 다양한 커넥터들(208)을 지지하는 하우징(102)의 내부에 도시되어 있다. 패널 디스플레이 및 키보드는 일반적으로 보드(202)의 반대편에 실장되는데, 와이어들 및 커넥터들(도시되지 않음)이 보드(202) 위의 회로소자와 스피커, 마이크로전화기 또는 기타 요소들을 인터페이스하고 있다. 안테나들(104 및 106)은 일측에 위치되고, 특별한 와이어 커넥터들, 클립들, 또는 페룰(ferrule)들(214), 및 상기와 같은 목적을 위한 컨덕터들 또는 와이어들(216)을 사용하여 회로 보드(202)에 접속된다.

종래의 전화기에서는, 금속 페룰(ferrule)(214)이 하우징(102)에 놓여진 안테나를 실장하기 위해 나선형 안테나(106)의 바닥에서 사용된다. 휩 안테나는 나선형 안테나 내로 슬라이드 하도록 실장되는데, 상기 휩 안테나가 나선형 안테나(106) 내에서 움직이는 것을 억제하기 위해 최상부 위에 넓은 팁과 바닥에 확장부(218)를 이용한다. 안테나(104)의 일부(218)는 또한 전도성이 있으며, 안테나가 인출될 때 일반적으로 페룰(214)과 전기적인 접촉을 발생시킨다. 신호들은 페룰(214)에서는 와이어(216)를 통해 그리고 안테나(106)에서는 일부(218)를 통해 전송된다.

일반적으로 미리 정해진 수의 지지 포스트들이나 지지 스탠드(210)들은 하우징 내의 회로 보드들이나 다른 구성요소들을 실장하기 위해 하우징(102)에서 사용된다. 하나 이상의 지지 리지(ridge)들이나 레지(ledge)들(211)은 또한 회로 보드들을 지지하는데 사용될 수 있다. 이러한 포스트들은 그것이 주형 플라스틱 주입으로 형성될 때와 같이, 하우징의 일부로서 형성될 수 있고, 그렇지 않으면 접착제나 다른 공지의 메커니즘을 이용하는 것과 같이, 일정한 곳에 고정되어 형성될 수 있다. 게다가, 하우징(102)의 부분들을 서로 고정시키기 위해 나사들, 볼트들, 또는 비슷한 패스너(213)들을 수용하도록 사용되는 하나 이상의 추가적인 패스닝 포스트(212)들이 있다. 즉, 하우징(102)은 다수의 부분들 또는 본체부분과 전자기기에 대한 커버를 이용하여 제조된다. 그 후에 패스닝 포스트(212)들이 하우징 부분을 함께 고정하기 위해 사용될 요소들(213)을 수용하기 위해 사용된다. 본 발명은 매우 효율적인 내부 안테나 설계를 제공하면서도, 다양한 포스트(210 또는 212)들을 쉽게 수용하거나 책임질 수 있다.

도 2b의 확대도에서 나타난 것 같이, 회로 보드(202)는 일반적으로 꽤 복잡한 회로 상호접속 구조를 형성하기 위해 여러 교호적인 컨덕터 층들을 갖는 회로 보드 및 함께 결합된 유전체 기판의 다중층 회로 보드로서 제조된다. 그런 보드들은 기술 분야에서 공지되어 있고 숙지되어 있다. 전체 구조의 일부로서, 보드(202)는 적어도 하나의, 바닥 대부분의 표면 위에 있거나 중간 위치에 있는 보드 내에 삽입된 그라운드 층들이나 그라운드 평면들을 갖는다.

무선 장비에서의 안테나들이 그라운드 평면에서 전류들을 발생시키는 방식으로, 무선장치의 그라운드 평면에 대해 적절하게 놓여진다면 더 크고 덜 유용한 안테나들은 더 작고 더 소형화된 안테나 요소로 대체될 수 있다고 알려져 있다. 이것은 전술한 동시계속출원에 개시된 대로 기판 안테나의 창안 및 발달을 이끌어왔다.

전형적인 기판 안테나(300)는 도 3a 내지 도 3c의 평면도 및 측면도에 나타난다. 도 3a 및 도 3b에서, 기판 안테나(300)는 스트립 또는 연장된 컨덕터로도 언급되는 전도성 트레이스(302), 유전체 지지 기판(304) 및 신호 공급 영역(306)을 포함한다. 전도성 트레이스(302)는 원하는 안테나 방사기 구조를 형성하기 위해 직렬로 함께 전기 접속되는 2이상의 트레이스로 제조될 수 있다. 트레이스(302)는 기판(304)의 한쪽 단부에 또는 상기 단부에 인접한 신호 공급 영역(306)의 전도성 패드(308)에 전기 접속된다.

기판(304)은 상기 용도로 알려진 회로 보드 또는 탄성있는 물질과 같은, 유전체 물질 또는 기판으로부터 제조된다. 예를 들어, 프린트 배선 회로용 보드(PCB)에 기초한 작은 섬유유리가 사용될 수 있다. 전자공학 및 안테나 설계 분야의 당업자들은 원하는 유전체 특성들 또는 안테나 대역폭 특성들에 기초하여 적절한 안테나 기판을 제조하기에 유용한 여러 부속품들에 매우 익숙하다.

트레이스는 예를 들어, 구리, 황동, 알루미늄, 은 또는 금, 또는 안테나 요소들을 제조하는데 유용한 것으로 알려진 다른 전도성 물질들 또는 콤파운드들과 같은, 전도성 물질들로부터 제조된다. 상기 트레이스는 기판 역할을 하는 플라스틱 또는 전도성 에폭시 수지 내에 삽입된 전도성 물질들을 포함할 수 있다. 트레이스 물질은 유전체 기판 위에 전도성 물질의 표준 포토에칭과 같은, 이에 제한되지는 않지만, 공지 기술을 사용하여 증착될 수 있는데, 상기 기술은 기판 위에 전도성 물질을 증착 또는 도금하는 방법; 또는 접착제 등을 이용하여 지지 기판 위에 얇은 전도성 물질 플레이트를 위치시키는 방법을 포함한다. 게다가, 공지된 코딩 또는 증착 기술들은 원하는 대로 형태를 만들 수 있는 플라스틱 지지 기판 위에 금속 또는 전도성 물질을 증착하기 위해 사용될 수 있다.

트레이스(302)의 길이는 주로 기판 안테나(300)의 공진 주파수를 결정하며, 특정한 동작 주파수에 대해 적절한 치수로 만들어진다. 관련 주파수에 대해 유효 파장(λ)의 1/4에 근사한 전도성 물질, 트레이스 또는 트레이스들이 일반적으로 사용된다. 당업자들은 상응하는 전송 또는 수신회로에 회로소자 임피던스를 정합시킬 목적으로 λ/4보다 약간 크거나 작은 길이를 만드는 것의 장점들을 쉽게 알게 될 것이다. 게다가, 노출된 케이블들, 와이어들 또는 클립들과 같은 접속 요소들은 안테나의 전체 길이에 기여하며, 알려진 바와 같이 트레이스들의 크기를 선택할 때 고려된다.

무선 장비가 하나 이상의 주파수에서 통신 가능한 경우에, 트레이스(302)의 길이는 그러한 주파수들의 관계에 기초한다. 즉, 다수 주파수들은 파장의 단편들과 관련된다면, 수용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 주파수에 대한 λ/4 길이는 두 번째 주파수에 대한 3λ/4 또는 λ/2와 일치한다. 다수 주파수들에 대하여 단일 방사기들을 사용하는 이러한 관계들은 기술분야에서 숙지되어 있다.

횡단 전류들 또는 모드들을 최소화하거나 방지하고 최소 안테나 크기(두께)를 유지하기 위해, 트레이스 또는 트레이스들의 두께(302)는 대개 파장의 작은 단편의 배수로 존재한다. 선택된 값은 안테나 설계 분야에서 공지된 대로 안테나가 동작하는 대역폭에 기초한다. 트레이스(302)의 폭은 또한 고차 모드들이 여기되지 않도록 유전체 기판 물질에서의 파장보다 작다.

트레이스(302)의 총 길이는 약 λ/4 이지만, 상기 트레이스는 전체 안테나 구조가 길이에 있어서 λ/4보다 훨씬 작도록 트레이스 자신을 따라 뒤쪽으로 인출되기 위해 구부러지거나 휘거나 또는 새로운 방향으로 돌려진다는 것이 유의되어야 한다. 컨덕터, 지지 기판 및 총 길이 치수들은 종래의 스트립 또는 패치 안테나들에 비해 전체 안테나 크기의 상당한 축소를 제공하도록 결합하여, 개인용 휴대통신 장비들에 사용되는데 더욱 바람직하게 만든다. 예를 들어, 적절하게 동작시키기 위해, 크기가 적어도 λ/4인 종래 마이크로스트립 안테나 그라운드 평면을 비교해보라.

도 3a 및 도 3c에 도시된 것처럼, 전도성 패드(308)는 신호 공급 영역(306)에 위치되며 트레이스(302)에 전기적으로 커플링되거나 접속된다. 일반적으로 패드(308) 및 트레이스(302)는 반드시 필요한 것은 아니지만, 같은 제조 기술을 사용하여, 가능하면 단일 구조로 같은 물질로부터 형성된다. 패드(308)는 단순히 안테나 임피던스나 성능에 악영향을 주지 않고서 신호 전송의 목적으로 트레이스(302)와의 좋은 전기적 접촉을 만드는 것이 필요하다.

몇몇 구성들에서는, 상기 트레이스는 회로 보드 또는 신호 소스들 또는 수신기들과 이격되어 마주하고 있으며, 기판은 트레이스와 보드 사이에 놓여진다. 여기서, 전도성 패드(308)는 기판 주위에 연장되기 위한 와이어 또는 다른 컨덕터를 요구하지 않고서 회로 보드로부터 바로 쉽게 접근하기에는 부적절하게 놓여진다. 이것은 원하는 것보다는 더 복잡하다. 따라서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제 2 접촉 패드(310)는 기판을 통해 신호들을 전송하기 위해 사용되는 기판 및 전도성 비아들(vias)의 반대쪽 상에 사용될 수 있다.

신호 전송 공급선은 기술 분야에서 공지된 구조인, 스프링 형 또는 스프링 로드된 접촉부들 또는 클립들을 통해 전기 접속 및 신호 전송을 허용하는 패드(308 및 310)를 사용하여 기판 안테나(300)에 커플링된다. 이것은 특성화된 커넥터들이나 접촉 구조체들의 수동 설치를 제거함으로써 무선 장비의 구조 및 제조를 단순화한다. 이것은 또한 상기 안테나가 수선이나 업그레이드 또는 개조와 같은 것이 필요하거나 요구될 때 편리하게 교체될 수 있다는 것을 의미한다. 위에서 논의된 대로, 접촉 구조는 트레이스 치수들을 선택할 때 고려되는 전체 안테나 방사기 길이에 기여한다.

신호 공급선은 기판 안테나(300)에 회로 보드(202) 위의 신호 처리 유니트나 회로소자(구체적으로 도시되지 않음)로부터의 신호를 커플링한다. '회로소자'나 신호 유니트는 일반적으로 수신기, 전송기, 증폭기, 필터, 트랜시버 등을 포함하는 공지된 신호 처리 회로들에 의해 제공되는 기능을 언급하는데 사용된다는 것을 유의하라.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 안테나(300)를 형성하는데 사용되는 트레이스들에 대한 택일적인 실시예들을 도시한다. 도 4a에서, 트레이스(302')는 기판(304)(윤곽이 도시됨)의 길이를 따라 연장되는 단일의 얇은 전도성 스트립으로 나타나며, 한쪽 단부 위에 라운딩된 접촉 패드(308)에 접속되거나 접촉 패드와 함께 형성되며, 비접촉 단부에 형성된 확장부 또는 라운딩된 부분(402)을 가진다. 이런 트레이스는 "도그 본(dog bone)"의 형태를 갖는다.

도 4b에서는, 트레이스(302")는 더 네모진 접촉 패드(308)에 접속되거나 그것과 함께 형성되는 더 긴 얇은 전도성 스트립으로 형성된다. 여기에, 상기 스트립은 기판(304)의 길이를 따라 연장된다. 도 4c에서는, 트레이스(302"')는 또한 기판(304)의 길이를 따라 연장되도록 형성되며, 멀리있는 비접촉 단부(404) 근처에서 구부러지거나 폴딩되어(folded), 접촉 패드 방향으로 방향이 돌려진다. 이로서 안테나는 λ/4 길이 요소를 형성하기 위해 사용되는 트레이스의 길이보다 더 짧은 전체 길이를 가질 수 있다. 이하 기술될 때, 다양한 패턴들이나 형태들은 다른 방향들을 따라 트레이스를 구부리거나 방향을 전환시킬 때 사용될 수 있다는 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 사각 코너들, 원형 밴드들, 또는 다른 형태들은 본 발명의 특성으로부터 변화되지 않고서, 상기 기능을 위해 사용될 수 있다. 트레이스는 또한 다른 부분에서보다 폴딩된 뒷 부분에서 더 넓다. 도 4b 및 도 4c에서처럼, 상기 증가한 폭은 몇몇 응용들에 유용할 안테나에 대한 개선된 대역폭이나 "탑 로딩(top loading)"을 제공한다. 그러나 이런 여분 폭은 본 발명에는 필요로 하지 않는다.

도 4d에서, 트레이스(302"")는 한쪽 에지에 따른 탭이나 돌출부 및, 반대 에지 위의 상응하는 삽입부 또는 함몰부로서 제조된 기판의 에지를 닯은 더욱 복잡한 형태를 띤다. 기판의 길이에 따른 상기 탭들 및 다른 각진 부분들 및 함몰부들은 무선 장비 하우징 및 다양한 지지 요소들의 측면이나 형태들과 인터페이스하도록 제공된다. 즉, 기판의 에지들(304)은 하우징 내에 고정되도록 여러가지 형태로 형성되거나 여러가지 형태를 닮을 수 있다. 상기 에지들은 하우징의 벽들에 상응하는 변형부들과 정합되거나 상기 변형부 주위에 위치되기 위해서, 다양한 범프들, 압출 성형부들, 요철부들, 또는 하우징 벽들의 표면들로부터의 공지된 돌출부들을 우회하도록, 또는 심지어 무선 장비에 놓여지는 것이 필요한 와이어들, 컨덕터들 및 케이블들에 대해 갭들을 남기도록 형성될 수 있다. 기판의 측면들이나 에지들은 상기 목적으로 다양한 라운딩된 사각 또는 다른 형태들을 사용할 수 있다. 다시 폴딩된 트레이스의 단부와 안테나의 에지로부터 트레이스를 뒤로 고정시키는 역할을 하는 기판의 에지 사이의 공간(406)을 유의하라.

더욱이, 트레이스(302: 302',302",302"' 및 302"") 또는 기판 안테나(300)의 형태는 또한 삼차원적 의미에서 다양할 수 있다. 즉, 트레이스들은 일반적으로 평탄한 표면들에서 형성되는 반면, 기판 또는 기판 표면은 다양한 실장 구조체들을 수용하기 위해 구부러지거나 휘어질 수 있다. 즉, 기판은 구부러지거나 휘어진 구조, 다양한 표면으로서, 또는 일반적으로 얇지만 강한 성질때문에 설치하는 동안 변형됨으로써 제조될 수 있다. 당업자들에게는 다양한 곡선들이나 굴곡들이 이러한 크기에서 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 기판 표면은 마찬가지로 몇 가지 종류의 "구불구불해진(meandered)" 패턴을 형성할 수 있을 것이다.

만들어지고 시험된 도 1의 전화기에 사용되었을 때 기판 안테나에 대한 바람직한 실시예는 도 4e의 전면도에 나타난다. 여기서, 기판(304)은 약 1mm의 트레이스 폭을 갖는 전체길이가 대략 52mm가 되도록 제조되었다. 이런 구성에 있어서, 부분이 폴딩되는 것은 바람직하지 않았고 폭은 확장부없이 실질적으로 균일하였다. (반대쪽 표면 상의)접촉 패드들(308 및 310)은 두개의 패드를 접속시키기 위해 기판을 통해 연장되는 일련의 적절한 전도성 비아들을 가진 약 4.5 x 6mm 의 면적으로 만들어졌다. 사용된 섬유유리 기판은 두께가 약 1mm이고 트레이스들 및 패드들은 약 0.01mm 두께이다.

도 5a 및 도 5b에 있어서, 안테나들(104 및 106)은 기판 안테나(300)로 대체되었다. 회로 보드(202)는 구리 및 섬유유리와 같은 전도성 및 유전체 물질들의 다중층을 포함하는 것으로 도 5a에 도시되어 있는데, 이는 당업계에서 다층 보드 또는 프린트 배선 회로용 보드(PCB)로 불리는 것을 형성한다. 이것은 유전 물질층(502) 위에 금속 컨덕터층(504), 그 위에 유전체 물질층(506), 그 위에 금속 컨덕터층(508)이 있는 것으로 도시되어 있다. 전도성 비아들(도시되지 않음)은 외측 표면 위의 구성요소들과 다른 층들이나 레벨들 위의 다양한 컨덕터들을 상호접속시키기 위해 사용된다. 소정의 층 위의 에칭 패턴들은 그 층에 대한 상호접속 패턴들을 결정한다. 이런 구성에서는, 층들(504 또는 508) 중 하나가 기술 분야에서 공지된대로, 일반적으로 언급되는 바와 같이, 보드(202)에 대한 그라운드 층이나 평면을 형성할 수 있을 것이다.

안테나(300)는 회로 보드(202)에 인접하여 실장되지만, 그라운드 평면에서 오프셋되고 그라운드 평면에 실질적으로 수직인 기판(304)과 함께 놓여진다. 이런 배열은 안테나(300)에 대해 매우 얇은 외형을 제공하는데, 이는 안테나(300)를 매우 제한된 공간들에서 하우징(102)의 표면 근처에 위치시킬 수 있도록 한다. 예를 들어, 안테나(300)는 종래 마이크로스트립 안테나 설계들을 사용하여 달성할 수 없던 것인, 패스너(fastener) 또는 마운팅 포스트(mounting post)들과 하우징(102)의 측면 사이에 놓여질 수 있다.

택일적으로, 그러한 포스트들은 부가적인 지지 메커니즘이나 부착물을 필요로 하지 않고 자동적으로 안테나(300)를 위치시키거나 지지하도록 사용될 수 있다. 이것은 매우 단순한 실장 메커니즘 또는 기판을 제자리에 고정시키는 수단을 제공하는데, 이는 안테나를 설치하는데 드는 인건비를 줄이며, 잠재적으로 자동화된 조립을 가능하게 한다. 택일적으로, 기판(304)은 작은 브래킷들을 사용하여, 또는 하우징(102)의 벽들을 제조하는데 사용되는 물질 내에 형성된 포스트, 범프, 리지, 슬롯, 채널 등을 사용하여 제자리에 고정될 수 있다. 즉, 상기 지지부들은 제조될 때 몰딩 주입에 의한 장비 하우징의 벽에 몰드되거나 형성된다. 그 후에 이러한 지지 요소들은 전화기의 조립 동안, 상기 지지요소들에 대해, 그 내부에 또는 그 사이에 삽입될 때 또는 부착된 패스너를 사용하여 제자리에서 기판(304)을 고정시킬 수 있다. 다른 실장 수단들은 무선 장비의 측벽이나 몇몇 다른 부분이나 구성요소에 대하여 기판을 고정시키는 접착제나 테이프의 사용이다.

도 5b에서 나타난 것처럼, 기판(304)은 무선 장비 내의 다른 요소들, 형태들 또는 구성요소들을 수용하기 위해 또는 하우징의 형태와 비슷하게 정합시키기 위해 휘어지거나 구부러질 수 있다. 기판은 이러한 형태로 제조되거나, 설치될 때 변형될 수 있다. 얇은 기판을 사용하여 기판이 설치되었을 때 기판이 구부러지거나 휘어질 수 있으며, 이는 기판에 인접한 표면들에 대해 장력이나 압력을 제공한다. 이러한 압력은 일반적으로 패스너들을 필요로 하지 않고 기판을 제자리에 고정시키는 역할을 한다. 그 후에 몇 가지 포획 형태는 제자리에 고정되는 하우징의 인접하는 회로 보드 및 커버들이나 부분들을 설치함으로써 간단하게 달성된다. 그러나, 본 발명이 적절하게 동작하도록 제조나 설치동안 기판을 구부리거나 휠 필요는 없다.

전도성 패드(308)는 스프링 접촉부나 클립(516)을 사용하여 보드(202)에 인접하고 전기적으로 커플링되거나 접속되어 위치된다. 스프링 접촉부나 클립(516)은 솔더링이나 전도성 접착제와 같은 공지 기술들을 사용하여 회로 보드(202)에 실장된다. 클립(516)은 안테나(300)에 커플링되는 무선 장비 내에서 사용되는 하나 이상의 원하는 전송 및 수신 회로들로의, 그리고 상기 회로들부터의 신호들을 전달하기 위해 적절한 컨덕터들이나 전도성 비아들로 일 단부를 통해 전기적으로 접속된다. 클립(516)의 다른 쪽 단부는 일반적으로 자유롭게 유동하고, 회로 보드(202)에서 안테나(300)가 놓여진 방향으로 연장된다. 더욱 구체적으로, 클립(516)은 접촉 패드(308 또는 310)가 위치되는 트레이스(302)의 단부에 인접하여 놓여있다. 도면들에서 도시된 바와 같이, 클립(516)은 구조로 동작하는데 좀더 융통성 및 간소화를 제공하는 원형이나 아치형 유형으로 구부러진다. 그러나, 클립들의 다른 형태들 또한 유용한 것으로 알려져 있다. 스프링 접촉부나 클립(516)은 일반적으로 구리나 황동과 같은 금속 물질로부터 제조되지만, 이런 형태의 응용에 대해 공지된 어떠한 변형가능한 전도성 물질도 기술 분야에 공지된 대로, 신호 감쇠나 다른 원하는 접촉 특성들에 따라 사용될 수 있다.

안테나(300)는 층(504)과 같은 그라운드 평면 위에 또는, 그라운드 평면과 병렬로, 그리고 바로 인접하여 놓여지지 않기 때문에, 안테나는 충분히 큰 방사 저항을 가지거나 또는 유지한다. 이것은 안테나(300)에 대해 상당한 손실들을 일으키지 않고서 적절한 정합을 제공하는 것이 가능하다는 것을 의미하는데, 즉, 안테나가 좋은 정합 임피던스를 갖게 된다. 이러한 효율성은 안테나(300)가 회로 보드(202)의 일측에 다양한 위치로 오프셋되어 이동될 때에도, 다시 말해서, 안테나가 측면으로, 그러나 보드(202)에 더 가깝지는 않도록 이동된다 하더라도 이러한 효율은 유지된다.
하우징에 대해 그라운드 평면의 에지에 인접하여 그 위에, 또는 에지를 넘어서 안테나를 위치시킴으로써, 그 안테나는 종래의 휩 안테나에서 보다 전방향성인 패턴을 제공한다. 이러한 안테나의 위치는 또한 결과적인 방사 패턴이 대부분 무선 통신 장비들에 대해 원하는 바와 같이 실질적으로 수직으로 분극화된다는 것을 의미한다.

기판 안테나의 장점은 실장되거나 제자리에 놓여지기 위해서, 그라운드 평면이나 회로 보드의 부분을 제거하는 것이 불필요하다는 것이다. 큰 패치 안테나들이나 요소들은 너무 큰 면적을 필요로 하여서 실장되기 위한 공간을 가지기 위해서는, 회로 보드의 일부가 제거되거나 회로들이 이동될 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 특성들은 또한 잡음 포착(pick up)을 줄이고 상대적인 대역폭을 증가시킴으로써, 상기 제안된 다른 형태들의 내부 안테나들의 동작을 개선시킬 수 있다고 예상된다.

무선 장비의 안테나(300) 동작에 강한 영향을 주는 세 가지 주된 에너지 손실들이 있다. 이것들은 사용자 손에 의한 유전체 로딩, 사용자 머리에서의 흡수, 사용자 손에서의 흡수로 인하여 야기되는 임피던스 부정합 손실이다. 그러한 에너지 흡수 또는 부정합 손실은 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 예를 들어, 손이나 머리 흡수는 통신 장비에 의해 사용되는 신호들을 상당히 감쇠시켜, 성능을 악화시킬 수 있다.

이러한 효과들에 가장 민감하다고 고려되는 안테나(300)의 부분은 트레이스(302)의 개방되고, 공급선이 아니고, 단부이며, 인접한 굴곡부이다. 안테나의 이러한 부위는 사용자의 손이 가장 최소의 접촉을 발생하게 하거나 그 손과 상당한 간격을 유지하도록 전화기 하우징 내에 위치되거나 놓여질 수 있다. 이러한 안테나 설계는 손 흡수를 최소화시키도록, 또 더욱 중요하게는 손의 존재나 안테나에 인접한 다른 물체들에 의해 (그러한 변화가 바람직할 때는 제외하고) 만들어질 수 있는 부정합 손실을 줄이기 위해 무선 장비 내 배치에서의 융통성을 허용한다.

핸드 로딩의 효과들을 줄이고, 에너지 분배를 개선시키고 다른 이점들을 제공하기 위해서, 안테나는 안테나 트레이스들 다음에 놓여진 전도성 실드를 가질 수 있다. 몇 가지 응용들에 대해서는, 전기 전도성 실드 물질을 기판 안테나의 부분에 인접하여, 또는 그 주위에 배치하는 것이 바람직하다. 이것은 안테나의 멀리 떨어진 필드 패턴으로 유도되는 에너지를 갖는 필드 배열 근처에 영 전류를 발생시킴으로써 개선된 방사 특성들을 가질 수 있는 "실드된" 기판 안테나를 만들어낸다. 실드는 일반적으로 안테나 트레이스들에 평행한 평면 및 그들의 위쪽이나 아래에 증착되는 전도성 물질층들로 형성된다. 상기 실드는 일반적으로 트레이스들 위에 증착된 부가적인 유전체 기판들이나 물질을 사용하고 나서, 실드 위에 전도성 물질을 증착하거나 코팅함으로써 달성된다. 각각의 실드 층들은 또한 전도성 비아들, 테이프 등을 사용하여, 안테나의 측면들을 따라 실드를 더욱 증가시키도록 서로간에 전기적으로 접속될 수 있다. 전도성 물질들, 형태들, 스타일들 및 크기들의 다양성은 안테나에 대해 실드 층들이나 구조들을 형성하는데 사용될 수 있다. 그러한 안테나는 여기서 참조로 편입되는 "실드된 기판 안테나"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 09/059,605호에 개시되어 있다.

하우징(102) 내에서 안테나 크기를 줄이거나 융통성 있게 배치하는 것을 추가로 돕기 위해, 안테나는 또한 무선 장비 내에 하우징이나 표면 위에 전도성 물질을 위치시키거나 증착시킴으로써 형성될 수 있다. 즉, 하우징 측벽을 따라 상대적으로 깨끗한, 또는 방해가 없는 경로가 있는 곳에서, 트레이스는 바로 벽 위에 증착되거나 형성될 수 있다. 이것은 트레이스(302)가 지지 기판으로 동작하는 하우징 위에 직접 배열되는 것으로 도 6의 측단면도에 나타나 있다.

사용된 하우징 벽의 부분이 금속 코팅되거나 금속의 또는 다른 전기 전도성 물질로부터 제조되는 경우에, 절연 물질의 중간층이 하우징과 트레이스들(302) 사이에 사용될 수 있다. 이러한 구성에서 원하는 트레이스 구성을 갖는 금속층은 하우징의 측면에 대한 압력에 의해 무선 장비 내에 쉽게 배치되는 접착제 베이킹(baking)을 갖는 얇은 물질층 위에 형성될 수 있다. 이런 단계는 심지어 기계류 기술 분야에서 공지된 "피크 앤 플레이스(pick and place)"를 사용하여 자동화될 수 있다.

그러나, 당업자들에게는 그라운드 평면에 대한 안테나나 전도성 물질의 상대적인 위치결정이 위에서 논의된 것과 동일하다는 것이 명백할 것이다.

불행하게도, 도 1a 및 도 1b의 전화기와 같은 몇 가지 무선 장비들에서 사용될 때, 기판 안테나가 원하는 것보다 더 낮은 이득을 갖는 경향을 가지고, 무선 장비가 잡음으로 인해 소위 "둔감해지며(de-sensitized)", 원치않는 에너지 분배 패턴을 나타내는 상황에 있다.

기판 및 다른 내부 안테나들은 안테나에 의한 잡음이나 신호의 포착(pick-up)을 야기할 수 있는 다양한 신호 소스들 및 컨덕터들에 인접하여 놓여진다. 이것은 무선장치가 원하는 통신 신호들에 대해 더 낮은 감도를 초래하는 내부 잡음 포착(감소된 이득)을 제거하기 위해 덜 민감하게 만들어질 것을 필요로 한다. 내부 안테나는 또한 에너지 또는 방사가 장비나 회로소자 내에서 원치 않는 모드들이나 방향들로 유도되거나 커플링되는 것을 허용하는데, 이는 달성가능한 안테나 이득을 감소시킨다. 동시에, 에너지 커플링은 장치 사용자에 대한 방향을 따라서, 안테나 이외의 다른 요소들로부터 일부 에너지가 원치않게 방사되는 것을 유발할 수 있다.

게다가, 기판 안테나가 개선된 대역폭을 나타내는 동안 증가된 대역폭을 갖는 무선 장비 설계들에 대한 계속적인 관심이 있다. 이것은 다중 통신 시스템들에서, 다수 국가들에서, 또는 다수 주파수들이 사용되는 다른 동작 "모드들"에서 사용되는 장치들에 특히 유용하다.

그 결과는 기판 안테나가 핸드 로딩의 충격을 최소화하도록 위치될 수 있는 내부 안테나이고, 이것이 종래의 안테나들보다 덜 민감하다 하더라도, 부가적인 작업이 전체 대역폭 및 이득을 개선시키면서 부정합 손실들 및 잡음을 줄이기 위해 필요하다는 것이다. 소정의 무선 장비 구성들에서의 문제들을 해결하기 위해, 기판 안테나와 조합하여 동작하는 새로운 기생 소자나 패치가 제작되었다. 이런 요소의 구조 및 동작은 아래에서 설명된다.

도 7에 나타난 것처럼, 클램쉘(clamshell)형이나 폴딩(folding)형 무선 장비나 도 1a 및 도 1b에서 나타난 것과 같은 전화기(700)는 회전 결합부(706)에 함께 고정되는 상위 섹션 또는 부분(702) 및 하위 섹션 또는 부분(704)을 갖는다. 이러한 배열에서, 상위 부분(702)은 기술 분야에서 잘 알려진, 바이브레이터나 특정 비퍼 모듈과 같은 경보 장치(보이지 않음), 배터리나 파워팩(120),디스플레이(112), 전화기 스피커(110)를 지지하거나 수용하는데 일반적으로 사용된다.

플렉스-케이블, 플렉스-전선 또는 매우 미세하고 평탄하고 작은 플렉서블 컨덕터들이나 케이블들이 배터리 접촉부(710) 세트, 스피커(110) 또는 상위 부분(702)에 실장된 경고 요소들과 하위 하우징 부분(704)의 회로 보드(202) 사이에 전력이나 신호들을 전송하는데 사용된다. 그러나, 다양한 공지된 케이블들이나 와이어들은 본 발명의 특성들에서 벗어나지 않고서 다양한 공지 요소들에서 및 그 요소들로부터, 그러한 신호들을 전송하기 위해 무선 장비 내에서 사용될 수 있다. 이런 유형들의 전송에 관련되는 신호들은 매우 낮은 전력과 주파수에 있으며, 일반적으로 전화기 동작이나 무선 장비 사용자에게 아무 문제도 제공하지 않는다. 이런 신호들은 응용 및 구체적인 신호에 따라 아날로그나 디지털 형태일 수 있다.

평탄한 다중 컨덕터 플렉스-케이블(712)의 형태인 컨덕터들의 세트가 보드(202) 바로 아래에서부터 결합부를 가로질러 배터리 접촉부(710)와 스피커 접촉부(714)의 세트까지 이르는 것이 도 7에 도시된다. 불행하게도, 이런 컨덕터들은 안테나(300)용 트레이스(302)의 적어도 일 단부 매우 가까이에서 통과한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 컨덕터들은 상기와 같은 컨덕터들로부터 더 떨어져 있고 실드되어 있는, 도 2에 나타난 휩 안테나용 커넥터들이나 접촉부들과 달리, 안테나(300)의 부분으로 효과적으로 동작하는, 안테나(300)의 공급부에 인접하여 클립(516) 가까이에 배열되어 있다. 이것은 무선 장비에 대해 여러가지 문제들을 야기시킨다.

컨덕터들의 이런 위치결정은 상기 컨덕터들에 의해 생성되는 전자기장들이 필드 주위에서 또는 컨덕터들에서 나오는 약간의 에너지를 "포착"하거나 획득하는 안테나와 상호작용하도록 허용한다. 게다가, 다른 소스들에서의 신호들은 실드되지 않은 컨덕터들에 의해 편승되거나 포착될 수 있으며 안테나 근처 영역으로 전송될 수 있다. 그 결과 컨덕터들에 의해 포착되거나 컨덕터 상에서 이동하는 신호들의 적어도 일부분은 안테나로 전송된다. 그러한 컨덕터들에서 안테나에 커플링된 신호들은 그것들이 증폭되는 무선 장비용 수신 회로소자로 전송될 수 있다. 이것은 그러한 신호들은 유용한 통신 신호들이 아니고 잡음을 나타내기 때문에 바람직하지 않다. 다시 말해서, 스피커(110)용으로 의도된 출력 오디오 신호, 경고 장치를 트리거하는데 사용되는 명령들 또는 신호들 또는 심지어 배터리 리드에서의 신호들까지도 안테나(300)에 편승될 수 있다. 더욱이, 몇몇 다른 신호들은 안테나나 전송 회로소자에서의 출력을 포함하며 실드되지 않은 이런 컨덕터들에 의해 차단당할 수 있다.

어쨌든, 이 잡음은 무선 장비에서 무시되거나 억제되어야 한다. 이것은 잡음을 해결하기 위해 장치 수신 회로들의 감도를 낮출 것을 요구하거나 그러한 결과를 가져온다. 즉, 그러한 회로들은 그러한 잡음이 처리 회로들의 나머지들로 증폭되거나 피드백되지 않도록 낮은 레벨 신호들(잡음)에 덜 민감해야 한다. 불행하게도, 그것은 또한 저전력의 "실제" 원하는 통신 신호들을 검출하거나 사용하는 기능을 감소시키거나 떨어뜨리는 결과를 가져온다. 또다른 거리상의 부효과는 통신 시스템이 다른 시스템 사용자들에 대해 더 큰 장해를 발생시키고 전체 시스템 용량을 감소시키는 몇 가지 무선 장비들에 도달하기 위해 평균적으로 더 많은 전력을 사용하는 것이 요구될 수 있다는 것이다.

동시에, 컨덕터들은 어느 정도까지 안테나에 의해 생성되는 필드들과 공진하는 것이 가능하며, 적은 비율의 안테나 방사나 에너지가 컨덕터들로 방향을 바꾼다. 이런 효과는 스프링 클립 접촉부(516)를 통해 전송되는 에너지나 전력에 비해 매우 작을 수 있는 반면에, 상기 효과는 여전히 상당한 손실을 나타내며 여러 방식으로 무선 전화기의 동작에 강한 영향을 미칠 수 있다. 먼저, 안테나로부터 전화기의 어떤 다른 부분으로 방향을 바꾼 에너지는 손실 통신 전력을 나타낸다. 이것은 기술 분야서 언급되는 대로, 특정한 출력 전력 레벨이나 수지(budget)를 유지하기 위해 배터리와 같은 제한된 전원들로부터 더 많은 전력이 소모되는 것을 의미한다. 이것은 통신의 질과 전화기에 대해 이용가능한 동작이나 대기 시간 양쪽에 모두 상당한 영향을 미친다.

따라서, 본 발명은 컨덕터들에 의해 안테나에 전송되거나 방사되는 에너지를 줄일 수 있도록 상기 컨덕터들이 안테나들 주위나 인접한 영역들에 배치되는 방식으로 변형된다. 기판 안테나와 조화되어 동작하기 때문에, 본 기술은 안테나 이득, 무선 장비 수신 감도, 및 안테나 대역폭을 증가시키고 임피던스 정합을 개선시키며 원치 않는 방사를 감소시킨다.

본 발명의 제 1 실시예는 도 8a의 평면도 및 도 8b의 측단면도에 도시된다. 도 8a 및 도 8b에서 및 후속의 도면들에서, 설명의 명료함을 위해 단지 회로 보드(202)의 윤곽만이 도시된다. 일련의 컨덕터들로 구성되는 얇고 거의 평탄한 와이어 하니스(harness) 또는 플렉스-케이블(712)은 구체적인 설계에 따라, 보드의 상부 표면이나 회로 보드(202)의 하부에 있는 하나 이상의 커넥터들로부터 연장된다. 당업자들은 이런 유형의 컨덕터 조립체 및 상기 조립체가 인터페이스하는 커넥터들에 매우 익숙하다.

하니스(712)는 안테나(300)의 단부 가까이와 상위 부분(702)의 외측 표면을 따라 통과한다. 하니스(712)의 상위 단부 가까이에는, 서로 다른 컨덕터들이 다른 유형의 잘 알려진 신호들이나 전압을 전송하기 위해 사용되는 하나 이상의 배터리 접촉부들(710), 스피커 접촉부들(714) 또는 갖가지의 접촉부들 각각에 접속시키기 위하여 다른 방향들로 또는 다른 경로들을 따라 연장된다. 이런 구성에서는, 안테나(300)에 바로 인접하여 통과하는 하니스 또는 케이블(712)로써, 의사 잡음이 발생하거나 안테나에 커플링된다. 이것은 안테나에 접속된 수신 회로들의 감도나 처리 소자들이 잡음의 영향을 줄이기 위해 감소되어야 한다는 것을 의미한다. 이것은 통신 신호에 대해 무선 장비에 관한 전체 감도에서의 상응하는 감소나 하락을 가져온다. 이러한 감소의 크기는 3-4dB 의 범위라고 결정되었는데, 이는 상당히 크다.

케이블(712)과 안테나(300) 사이의, 또는 전화기 주위 인접대기와의 에너지 커플링을 최소화하거나 막기 위해, 기생 소자나 패치(800)가 실드 요소로 동작하도록 사용되거나 케이블이나 컨덕터들의 공진 또는 에너지 커플링 특성들을 변형시키기 위해 사용된다. 동시에, 기생 소자(800)는 안테나(300)와 회로 보드(202)의 그라운드 평면 사이의 간격, 갭 또는 슬롯을 따라 전하를 분리시키는 역할을 하며, 이것은 관계되는 주파수에 있는 안테나의 유효 또는 가상 영역을 증가시킨다. 이것은 따라서 안테나(300)의 이득 및 대역폭을 증가시킨다. 무선 장비의 이득은 약 0.8에서 1.5dB의 범위로 증가한다.

기생 소자를 케이블(712)을 사용하는 회로 보드(202)의 그라운드 평면에 기생적으로 결합함으로써, 무선 장비의 이득 및 대역폭에서의 추가적인 증가를 얻을 수 있다. 이것은 약 0.8 내지 1.5dB의 인자로 이득을 증가시킬 수 있다. 기생 소자 및 기생 커플링은 무선 장비들의 대역폭을 적어도 약 1.5배 증가시킨다. 택일적으로, 기생 소자는 바람직하게는 아래에서 더욱 논의되는 와이어(908)와 같은 컨덕터를 사용하여 그라운드 평면에 커플링될 수 있다.

기생 소자나 패치(800)는 예를 들어, 구리, 황동, 알루미늄, 은, 금 또는 다른 전도성 물질들이나 안테나 요소들을 제조하는데 유용한 것으로 알려진 콤파운드들과 같은 전도성 물질로부터 제조된다. 이것은 플라스틱, 합성 수지 또는 전도성 에폭시들 내에 삽입된 전도성 물질들을 포함할 수 있다.

기생 소자를 만드는 물질은 플라스틱 지지 요소나 제자리에 실장되는 기판 위에 금속 또는 전도성 물질을 증착하는 것과 같은, 그러나 그것에 국한되지 않는 여러 공지기술들 중 하나를 이용하여 도포될 수 있다. 택일적으로, 얇은 플레이트나 전도성 물질이나 금속의 호일(foil)은 테이핑되거나 접착제 콤파운드를 사용하는 것과 같은 방법으로 제자리에 고정되는데 사용될 수 있다. 그 물질 자체는 적절한 크기로 하니스(712)위에 눌러지는 물질과 같은 "스티커"나 얇은 금속 테이프로 형성될 수 있다. 즉, 더 얇고 더 탄성있는 요소들이 접착제 콤파운드나 테이프들과 같은, 다양한 공지 수단들을 사용하여 제자리에 고정된다. 더 두꺼운 물질이나 패치 요소들은 일반적으로 특히 패치가 또한 하니스(712)를 제공하도록, 전송 및 제거를 쉽게하기 위해 기판 위에 실장될 때, 클립들, 나사들 또는 스냅들을 이용하여 제자리에 고정된다. 케이블 및 무선 장비 하우징의 표면 위에 전도성 물질층을 코팅하기 위해 표준 도금 또는 다른 증착 기술을 이용하는 것이 또한 가능하다. 이것은 기판 안테나를 제조하기 위해 논의된 것과 비슷한, 액상 형태인 전도성 물질을 사용하는 것을 포함한다.

게다가, 패치 요소는 단일 전도성 물질층으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이러한 구성에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 다중 물질층들은 차단되어야 할 에너지 크기나 주파수에 기초하여 기생 소자에 대해 원하는 전체 두께를 달성하는데 또는 특정 영역들을 커버하는데 사용될 수 있다. 다중층들은 특히 복잡한 형태를 이루거나 제조를 단순화하는데 사용될 수 있다. 다수 물질층들은 또한 지지 기판과 같은 다른 물질들 사이에 삽입되거나 그 위에 증착될 수 있다. 택일적으로 다중층들은 패치나 전도성층이 단일 측면에 놓여지는 것과 반대로, 컨덕터들에 삽입되거나 컨덕터들의 반대쪽 측면 위에 놓여지는 경우에 사용된다.

기생 소자는 적어도 케이블이나 하니스의 상당한 부분을 커버하도록 실장된다. 반드시 커버되어야 하는 케이블의 정확한 비율은 없지만, 그것은 소정의 응용에서 최소화되거나 차단되어야 할 에너지 커플링 양이나 재-방사량에 기초한다. 케이블의 전체 길이가, 특히 내부 안테나에 인접하거나 그 아래 영역에서 커버되는 것이 바람직하다. 기생 소자의 폭은 안테나와 커플링하는 필드를 막기 위해서, 커버될 케이블 또는 컨덕터 폭의 적어도 두배이다.

당업자들은 그 장비에 대해 예정된 목표 감도값을 달성하기 위해 고려되어야 하는, 주어진 무선 장비 설계를 위해 억제되기를 원하는 잡음량이나 존재하는 잡음량을 알 것이다. 당업자들은 또한 특정한 장치 응용들에 대해, 유효 안테나 영역 및 상응하는 이득과 대역폭을 증가시키는 것이 바람직하게 되는 인자도 알 것이다. 이러한 인자들은 패치 요소들에 대한 특정 치수들을 선택하는데 사용된다.

도 8a 및 도 8b에서, 기생 패치(800)는 결합부(706) 및 배터리 접촉부(710) 사이의 전 영역을 커버하는 것으로 나타난다. 이런 배열이 바람직한 효과들을 갖거나 작용시키는데 더욱 쉬운 것으로서 바람직한 반면, 패치는 무선 장비의 동작을 개선시키거나 적절히 작동시키는데 항상 이렇게 클 것을 요하는 것은 아니다.

도 8a 및 도 8b에 나타난 기생 소자는 직각 또는 정사각형 또는 전체적 윤곽을 사용한다. 그러나 적절한 양의 케이블이 커버하는 한, 패치 요소(800)는 다양한 다른 형태들이나 구성들을 가질 수 있다. 도 8a 및 도 8b의 기생 소자용의 택일적인 실시예들이나 구성들이 도 9a에서 도 9d의 평면도에 나타난다. 도 9a에서, 기생 소자(900)는 원형이나 타원 형태를 사용하여 도시되는데; 도 9b에서, 기생 소자(902)는 삼각 형태를 사용하여 나타나고; 도 9c에서, 기생 소자(904)는 원형 에지들로 더욱 늘어난 형태를 사용하며; 도 9d 에서, 기생 소자(906)는 더욱 복잡한 일련의 직선 및 각진 에지나 측면들을 갖는다.

각각의 도면들에서, 기생 소자(800,900,902,904,906)는 무선 장비용 그라운드에 커플링되거나 접속되는 것으로 나타난다. 여기에서, 상기 그라운드는 회로 보드(202)의 그라운드 평면 상에 위치하나, 그것이 유일한 경우일 필요는 없다. 도 9a에서 이 커플링은, 신호가 하니스(712)의 부분을 따라 통과하거나 그 부분을 형성하는 케이블들 중의 하나를 통해 그라운드에 커플링되는, 기생적인 것으로 나타난다. 도 9b, 9c, 9d에서 이 커플링은 와이어, 케이블 또는 비슷한 컨덕터(908)를 사용하여 나타내어진다. 도 9b에서 컨덕터(908)는 커넥터(910)를 통해 회로 보드(202)의 그라운드 평면에 접속된다. 도 9c에서 컨덕터(908)는 배터리 단자들(710)에 대한 그라운드 리드에 접속시키고, 도 9d에서 컨덕터(908)는 하니스(712)의 컨덕터들 중 하나를 통해 회로 보드(202)의 그라운드 평면에 접속시킨다. 그라운드 컨덕터(908) 또는 하니스(712) 또는 보드(202)에 기생 소자를 접속시키는 것은 솔더링, 전도성 접착체들이나 포팅 콤파운드들, 와이어 클립들, 탭들, 압착된 물질 또는 공지의 전기 커넥터들과 같은, 그러나 여기에 국한하지 않는, 장치들이나 잘 알려진 다양한 커넥션 기술들을 이용하여 달성될 수 있다. 몇몇 응용에서는, 컨덕터는 무선 장비 내에서 다른 패스너들, 포스트들 등을 사용하여 기생 소자에 대해 단순히 압착되는 일 단부 위에 접촉 표면을 가질 수 있다. 기생 소자(800)의 영역이나 크기들은 또한 기생 소자에 의해 제거되거나 감소되어야 하는 예상된 또는 예측된 신호들의 주파수들에 따라 조절될 수 있다.

도 8a, 도 8b 및 도 9a 내지 도 9d에서 기생 소자(800)는 전화기의 앞면 및 뒷면에 대해 하니스 또는 케이블 위에 놓여지는 것으로 나타난다. 즉, 케이블링 또는 하니스는 먼저 전화기의 조립 동안 제자리에 실장되며, 패치 요소는 뒤에 하니스 위에 놓여진다. 그러나, 패치가 먼저 설치되고 하니스가 그 뒤에 설치될 수도 있다. 이것은 패치의 제거를 필요로 하지 않고 더욱 유용한 위치에 하니스를 갖는 장점을 갖는다. 이것은 또한 전화기의 제조 동안 잠재적으로 더욱 쉽게 자동화된 패치 물질의 배치나 증착을 제공한다.

게다가, 단지 하나의 패치 요소가 도 8a, 도 8b, 및 도 9a 내지 도 9d에서 도시되어 있지만, 본 발명은 상기 구성에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 다수 패치들은 방사 커플링이 가장 심각하거나 또는 제어하기 더 쉬운 특정 영역들을 커버하기 위해 사용될 수 있다. 다수 패치들은 특히 복잡한 형태를 이루도록, 또는 설치를 간소화하도록 사용될 수 있다. 택일적으로, 다수 패치들은 또한 패치나 전도성층이, 단일 측면에 대하여 반대쪽으로, 컨덕터들의 반대쪽 측면 위에 위치하도록 사용될 수 있다.

전술한 기생 패치 요소에 대한 한 가지 실시예는 대략 41mm 및 51mm 크기인 얇은 금속 "스티커"의 형태로 제조되었으며 무선 전화기의 플렉스-케이블 구조 위에 놓여졌다. 도 4d와 관련하여 전술한 치수들을 갖는 실드된 기판 안테나의 형태인 내부 안테나가 상기 무선 전화기 내에서 사용되었다. 본 발명의 특징인 기생 소자를 사용한 결과는 약 2-3dB의 무선 전화기에 대한 이득에서의 대략적인 증가였으며, 약 1.8 배 또는 약 80%의 안테나 대역폭에서의 증가였다. 더욱이, 안테나에 접속되는 다른 요소들과의 임피던스 정합이 개선되었으며, 이는 부정합 손실들을 감소시켰다. 이러한 결과들은 명백하게 새로운 기생 패치 요소가 잡음의 영향을 감소시키고, 대역폭을 증가시키며, 무선 통신 장비들에서의 응용을 매우 유용하게 만드는 다른 특징 및 효과를 제공한다는 것을 나타낸다.

본 발명의 일실시예에 따른 내부 안테나를 사용하고 휩 안테나(104) 및 나선형 안테나(106) 양쪽을 제거하는 것의 물리적 이익들과 결과들은 도 5c의 측평면도에 명백하게 도시되어 있다. 도 5c에서, 전화기(100')는 도 1b의 전화기와 같지만 안테나들(104 및 106) 대신에 본 발명을 사용한 것으로 도시된다. 이런 구성에서, 하우징(102')은 외부 안테나들과 일반적으로 관련된 개구부들 없이, 더 미학적인 형태를 제공하면서 제조되었다.

바람직한 실시예들에 대한 상기 서술은 당업자라면 누구나 본 발명을 만들거나 사용할 수 있는 것이 가능하도록 제공되어 있다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은, 사용된 무선 장비의 유형과 같이, 자명할 것이고, 본 명세서에 정의된 발명의 사상은 특별한 능력없이도 다른 실시예에 적응될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 나타난 실시예들에 국한되지 않고 본 명세서에 개시된 새로운 특징 및 사상에 따라 가장 넓은 범위로 정해져야 한다.

Claims (30)

1. 내부 기판 안테나에 인접하여 위치된 하나 이상의 신호 또는 전력 전송 컨덕터들 또는 신호 공급선들을 구비하는 무선 통신 장비에서 상기 내부 기판 안테나와 함께 사용하기 위한 기생 소자(parasitic element)로서,

   상기 기판 안테나는 미리-결정된 두께를 갖는 유전체 지지 기판 상에 지지된 하나 이상의 전도성 트레이스(conductive trace)들을 포함하고,

   상기 지지 기판은 상기 무선 장비와 관련된 그라운드 평면으로부터 오프셋되고 상기 그라운드 평면에 직각으로 실장되며,

   상기 기생 소자는 상기 안테나에 인접한 영역에서 상기 하나 이상의 컨덕터들에 인접하여 배치된 적어도 하나의 전도성 물질층을 포함하며, 상기 전도성 물질층은 상기 물질층 영역에서 상기 안테나와 상기 컨덕터들 사이에서 에너지가 커플링되는 것을 방지하도록 상기 컨덕터들에 관하여 미리-선택된 폭(width) 및 상기 컨덕터들을 따라 미리-선택된 길이(length)를 가지는 기생 소자(parasitic element).
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 물질층은 상기 하나 이상의 컨덕터들 위나 아래에 위치되는 기생 소자.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하나 이상의 컨덕터들은 상기 무선 장비의 미리 선택된 신호 처리 소자들과 전원들 사이까지 연장되고, 상기 기판 안테나에 바로 인접하여 위치된 부분을 가지는 기생 소자.
4. 제 1항에 있어서,

   적어도 두 개의 전도성 물질층들을 포함하는 기생 소자.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 미리-선택된 폭은 상기 컨덕터들보다 적어도 2배 넓은 기생 소자.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 전도성 물질층은 상기 기판 안테나에 인접한 상기 컨덕터들 위에 위치된 얇은 전기 전도성 물질의 패치(patch)를 포함하는 기생 소자.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 패치는 상기 무선 장비의 그라운드 평면에 기생적으로(parasitically) 커플링되는 기생 소자.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 패치는 실질적으로 사각형 형태를 갖는 기생 소자.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 패치는 실질적으로 원형 형태를 갖는 기생 소자.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 패치는 실질적으로 삼각형 형태를 갖는 기생 소자.
11. 제 6 항에 있어서,

    상기 패치는 다수의 직선(rectilinear) 및 각진(angular) 측면들(edges)을 포함하는 형태를 갖는 기생 소자.
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