KR100964204B1 - 소형, 저 프로파일, 단일 피드, 다중-대역, 인쇄형 안테나 - Google Patents

소형, 저 프로파일, 단일 피드, 다중-대역, 인쇄형 안테나 Download PDF

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Abstract

셀룰러 이동전화기와 같은 송/수신 무선장치 내에 내장되는 작은 안테나 내의 금속 방사소자, 금속 접지면 소자, 금속 안테나 피드, 금속 단락회로 스트립 및 금속 용량성 부하 플레이트를 형성하기 위해 인쇄회로 및 2-샷 몰딩 기법이 이용된다. 평형 및 불평형, 단일-피드, 2중/3중-대역 안테나가 제공되는데, 여기서 방사소자는 접지면 소자와 측방향으로 이격되어 있고, 그것에 의해 접지면 소자 및 방사소자가 PCB의 동일 평면상에 배치되는 안테나를 포함하여 매우 저 프로파일 또는 높이를 갖는 안테나를 제공하게 된다. PCB 상의 박형 유전체 캐리지는 유전체 캐리지의 측벽들 상에 금속 용량성 부하 플레이트를 배치하는 것을 허용하고, 그것에 의해 유전체 캐리지의 상부 표면상에 있는 방사소자의 리액티브 부하를 제공하게 된다.
다중-대역, 인쇄형, 안테나, 방사소자

Description

소형, 저 프로파일, 단일 피드, 다중-대역, 인쇄형 안테나{COMPACT, LOW PROFILE, SINGLE FEED, MULTI-BAND, PRINTED ANTENNA}
본 특허출원은 참조로서 본 명세서에 포함된 미국 가특허출원 제60/412,406호의 "소형, 저 프로파일, 단일 피드, 다중-대역, 인쇄형 안테나"란 명칭의 이득을 청구한다.
본 발명은 무선통신 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀룰러 이동전화기와 같은 비교적 작은 무선통신 장치에 내장되거나 또는 함께 사용하기 위한 안테나에 관한 것이다.
다중-대역 및 다중-시스템 특성을 갖는 이동 시스템을 포함하여 무선 음성 및 데이터 통신 시스템에서, 셀룰러 이동전화기와 같은 무선 송/수신 장치의 물리적 크기를 감소시키는 것은 중요한 설계 고려사항이다.
무선장치에 내장되는 방사/수신 안테나(즉, 내부 안테나)에 있어서, 무선장치의 물리적 크기를 감소시키려는 요구로 인해 각 무선장치 내에서 내부 안테나 및 그것의 방사/수신 소자(이하에서, "방사소자(radiating element)"로 언급됨)에 대 해 허용되는 물리적 부피에 대하여 엄격한 제약이 부과되고 있다.
평면형 역-F자형 안테나(planar inverted-F antenna)(PIFA)가 무선장치의 내부 안테나로서 일반적으로 사용된다. PIFA의 방사소자를 수용하기 위해 무선장치 내에서 이용할 수 있는 물리적 부피의 감소는 PIFA의 대역폭 및 이득 양쪽 모두에 부정적인 영향을 야기한다.
또한, 추세가 이러한 내부 안테나의 높이를 약 3 밀리미터(㎜) 내지 약 5㎜로 제한하는 쪽으로 기울고 있어, 필요 대역폭 및 이득을 갖는 다중-대역 PIFA를 제공하는 것은 어렵다.
광자 밴드갭(photonic band gap)(PBG) 구조와 관련된 PIFA 설계가 이러한 감소된 높이의 부정적인 영향을 극복하기 위해 이용될 수 있기는 하지만, PBG 현상을 포함하는 이러한 PIFA에 대하여 접지면 설계에 의해 부과되는 관련 기하학적 구성은 대처하기 어렵다.
따라서, 안테나 및 시스템 설계자에게 PIFA의 얼마간의 또는 대부분의 이점을 특징으로 하고, 종래의 PIFA보다 작은 부피를 요구하는 안테나 구성은 중대한 가치를 지닌다.
본 발명은 인쇄회로(printed circuit) 기법을 이용한다. 안테나에서 인쇄회로 기법을 이용하는 것은, 예를 들어 참조로서 본 명세서에 포함된 미국특허 제5,754,145호, 제5,841,401호, 제5,949,385호, 제5,966,096호 및 제6,008,774호에 기재된 바와 같이 공지되었다.
(불평형 조건(unbalanced condition) 하의) 다중-대역 인쇄형 안테나가 인쇄 회로기판(PCB) 상에 형성된 접지면 소자(ground plane element)와 물리적으로 이격되어 있지만 동일 평면에 있도록 PCB 상에 형성된 방사소자를 구비하는 본 발명의 실시예에서, 인쇄형 안테나는 다중-대역, 인쇄형, 역-F자형 안테나(인쇄형-IFA)와 유사하다.
단일-대역 IFA는, 표제가 "Analysis and Design of an Inverted-F Antenna Printed On a PCMCIA Card for the 2.4 GHz ISM Band" (IEEE APS Magazine, Vol.44, No.1, 2002년 2월, P.37 ~ 44)인 논문에서 C. Soras et. al에 의해 설명되었다.
다중-대역 인쇄형 안테나가 PCB에 의해 지지되는 공동의, 4개의 측면으로 이루어진, 박스형 유전체 캐리지(dielectric carriage)의 상부 표면상에 위치된 방사소자를 구비하여, 그 방사소자가 PCB 상에 형성된 접지면 소자와 이격되어 있지만 평행하게 되는 본 발명의 실시예에서, 인쇄형 안테나는 미앤더-라인(meander-line) 안테나와 유사하다.
종래기술의 미앤더-라인 안테나는 미앤더-라인 방사소자가 PCB 상에 배치되도록 하지만, 본 발명은 인쇄형 안테나의 방사소자가 접지면 소자와 측방향으로 이격되어 있고 보다 위의 원하는 높이에 제공되는 분리된 유전체 표면상에 위치되도록 한다. 예를 들어, 접지면 소자는 무선장치 내에 위치되는 PCB 상에 배치되고, 이 PCB는 또한 무선장치의 회로 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 접지면 소자는 또한 무선장치의 통신 회로소자에 대한 접지전위로서 기능한다.
본 발명의 실시예는 대체로 평탄한 방사소자가 대체로 평탄한 접지면이 점유 한 평면 이외의 상이한 평면상에 위치되도록 하는데, 이들 2개의 평면은 대체로 평행하며, 본 발명의 실시예는 방사소자 상의 한 점을 접지면 상의 한 점으로 단락시킨다.
종래의 공지된 미앤더-라인 안테나와 달리, 본 발명은 측벽들이 인쇄형 안테나의 방사소자의 리액티브 부하(reactive loading)(예를 들어, 용량성 부하)를 제공하는 유전체 캐리지를 제공한다. 이 리액티브 부하는, 유전체 캐리지의 1개 또는 그 이상의 측벽들의 외부 표면과 대체로 동일 평면에 있고 미앤더-라인 방사소자의 1개 또는 그 이상의 엣지로부터 하향 연장된 1개 또는 그 이상의 도전성 금속 스트립 또는 플레이트에 의해 제공된다. 이 리액티브 부하는, 인쇄형 안테나의 미앤더-라인 방사소자의 물리적 길이를 증가시키지 않고도 인쇄형 안테나의 공진 주파수를 낮추거나 제어하는 것을 돕는다.
본 발명의 장점은, 본 발명에 따른 물리적으로 소형의, 저 프로파일, 단순한 기하학적 구성, 단일-피드, 평면형, 인쇄형 안테나가 만족할만한 이득 및 대역폭의 다중-대역 성능을 제공한다는 것이다.
본 발명에 따른 다양한 실시예의 구조적인 구성은 비용효율이 높고, 제조가 용이하다.
본 발명에 따른 다중-대역, 평면형, 인쇄형 안테나의 필수적인 대역폭 성능은 인쇄형 안테나 외부의 임피던스 정합망(impedance matching network)을 사용할 필요없이 실현된다.
셀룰러 전화기와 같은 무선장치의 제조에 의해 제공되는 내부 안테나의 기하 학적 구성에 대한 제약에도 불구하고, 본 발명은 물리적으로 소형이고, 단일-피드를 제공하고, 다중-대역이며, 만족할만한 이득 및 대역폭 성능을 제공하는 실용적인 인쇄형 안테나의 실시예를 제공한다.
본 발명은 물리적으로 소형이고, 저 프로파일 또는 높이를 갖는 단일-피드, 다중-대역, 평면형, 인쇄회로 안테나의 실시예를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예는 랩탑 컴퓨터 응용 내에서의 이용을 포함하여 RF 데이터 동작뿐만 아니라 다중-대역 셀룰러 음성동작을 필요로 하는 상업용 응용에 있어서 효용을 갖는다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 인쇄형 안테나는, 방사소자가 무선장치 내에 있는 PCB 상에 형성되고 무선장치 내에서 여타의 기능을 위해 사용되는 인쇄형 안테나를 포함하여 높이가 약 3㎜인 단일-피드, 2중-대역 또는 3중-대역 인쇄형 안테나를 포함한다.
본 발명에 따른 인쇄형 안테나의 실시예는, 표면 프로파일이 접지면과 측방향으로 이격되어 있고, 접지면에 평행하거나 또는 접지면에 수직이 될 수 있는 방사소자를 포함한다.
본 발명에 따른 평면형, 다중-대역 인쇄형 안테나의 구성 및 배치는 평형 조건 및 불평형 조건 양쪽 모두에 대해 최적화된다.
평형 조건에서, 본 발명에 따른 인쇄형 안테나는 방사소자와 접지면 또는 무 선장치의 섀시(chassis) 사이에 직접 물리적 접속을 제공하지 않는다.
불평형 조건에서, 본 발명에 따른 인쇄형 안테나는 방사소자의 세그먼트와 접지면 사이에 직접 전기적 접속을 제공한다.
방사소자가 접지면에 직접 전기적으로 접속되는 경우에(즉, 불평형 조건), 방사소자와 접지면 사이의 단락회로 접속은 방사소자의 물리적 치수를 증가시키지 않고도 방사소자의 공진 주파수 또는 주파수들을 낮춘다.
방사소자의 피드점(feed point)의 물리적 위치에 관한 이 단락회로의 물리적 위치뿐만 아니라 이 단락회로의 폭은 또한 방사소자의 공진 주파수 또는 주파수들을 튜닝하여 임피던스 정합을 이루는데 이용될 수 있는 튜닝 파라미터를 제공한다.
방사소자와 접지면 사이의 이러한 단락회로의 사용으로 또한 더 높은 레벨의 교차 편파 방사(cross polar radiation)를 제공하게 되고, 이 증가는 접지면에 대한 전류의 증가된 여기(excitation)의 결과이며, 그것은 방사소자와 접지면 사이에 차례로 단락회로가 존재하는데 기인한다.
본 발명에 따른 다중-대역, 평면형, 인쇄형 안테나는 또한 평면형 모노폴(monopole) 안테나로 분류될 수 있다. 그러나, 선형의 와이어형 방사소자를 포함하는 모노폴 안테나와 달리, 본 발명에 따른 인쇄형 안테나는 인쇄형 평면 모노폴의 방사소자가 그 방사소자 아래에 직접 위치되는 접지면과 결합되지 않는다는 중요한 차별점을 갖는 PIFA와 유사하다.
본 발명의 일 실시예에서, 방사소자가 무선장치의 접지된 섀시로서 기능하거나 모의하는 PCB 상에 형성된 미앤더-라인과 유사한 인쇄형 안테나에 의해 다중-대 역 성능이 제공된다.
이러한 인쇄형 안테나의 3중-대역(AMPS/PCS/BT) 성능은 폭이 약 37㎜이고, 길이가 약 12㎜인 평면 영역을 갖는 방사소자에 의해 제공된다. 본 발명의 부가적인 실시예에서, 2중-대역(GSM/DCS) 인쇄형 안테나는 폭이 약 33㎜이고, 길이가 약 13㎜인 평면 영역을 갖는 인쇄형 방사소자를 포함한다. 인쇄형 방사소자가 PCB의 일 표면상에 형성되기 때문에, 인쇄형 안테나의 프로파일 또는 높이는 매우 낮고, 대체로 PCB의 두께만으로 이루어진다.
본 발명의 이 실시예의 단일-피드, 다중-대역, 인쇄형 안테나는 원하는 대역폭 성능을 제공하는데, 그것은 외부 임피던스 정합망이 결여되어 있으며, 그것은 평형 조건 또는 불평형 조건 중 어느 하나에서 동작한다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 본 발명의 전술된 실시예는 셀룰러 전화기와 같은 무선장치 내에 있는 PCB의 상부 표면상에 위치된 박스형 유전체 캐리지의 상부 표면상에 방사소자가 형성되도록 수정된다. 유전체 캐리지의 상부에 위치된 이러한 방사소자의 구성 및 배치, 방사소자에 대한 관련 피드 메커니즘은 안테나 구조가 무선장치의 섀시 또는 PCB 상으로 용이하고 단순하게 집적되도록 한다.
본 발명의 이 실시예에서, 방사소자는, 방사소자의 대체로 평탄한 표면이 유전체 캐리지의 상부 표면 및 PCB의 상부 표면에 평행하거나, 또는 방사소자가 유전체 캐리지의 상부 표면 및 PCB의 상부 표면에 수직이 되도록 형성될 수 있다. 따라서, 방사소자는 PCB에 의해 유지되는 접지면에 평행하도록 또는 PCB에 의해 유지되는 접지면에 수직이 되도록 위치될 수 있다.
본 발명의 이 실시예는 또한 평형 조건 또는 불평형 조건 중 어느 하나에서 기능하는 다중-대역 인쇄형 안테나를 제공한다.
전술된 본 발명의 실시예에 대한 것이 참이었기 때문에, 본 발명의 이 실시예에 따른 단일-피드, 다중-대역(GSM/DCS) 성능은 외부 임피던스 정합망을 필요로 하지 않는다.
이러한 다중-대역 인쇄형 안테나 크기의 예시는 폭이 약 33㎜, 길이가 약 13㎜, 높이가 약 3㎜이고, 여기서 안테나의 방사소자는 무선장치 내에 있는 PCB에 의해 유지되는 접지면과 측방향으로 이격되어 있지만 대체로 평행하게 연장된다.
본 발명의 또다른 실시예는, 약 3㎜의 저 프로파일 또는 높이를 갖는 다중-대역, 평면형, 인쇄형 안테나를 제공한다. 이전의 실시예와 같이, 본 발명의 이 실시예는 또한 안테나의 방사소자의 아래에 직접 위치된 접지면을 포함하지 않는다. 따라서, 이 안테나는 평면형 모노폴 안테나와 유사하다. 그러나, 선형의 모노폴 안테나와 달리, 외부 임피던스 정합망을 필요로 하지 않고도 본 발명에 따라 임피던스 정합이 달성되고, 그것은 외부 임피던스 정합망에 의해 요구되는 분리된 전자 구성요소를 필요로 하지 않는다.
다중-대역 PIFA 설계에서 공지된 바와 같이, 본 발명의 이 실시예는 방사소자 내에 형성된 U자형의 슬롯을 포함하고, 이리하여 인쇄형 안테나의 다중-대역 성능을 제공하게 된다.
이와 같이, 약 33㎜의 폭, 약 13㎜의 길이 및 약 3㎜의 높이를 갖는 본 발명에 따른 인쇄형 안테나에 의해 2중-대역(GSM/DCS) 성능이 제공된다.
요약해 보면, 본 발명은 매우 소형이고, 매우 저 프로파일 또는 높이를 갖는 2중-대역 및 3중-대역 인쇄형 안테나의 실시예를 제공하는데, 여기서 안테나의 방사소자의 일부분은 단락회로로서 안테나의 접지면에 직접 전기적으로 접속되거나(즉, 불평형 조건), 또는 안테나의 방사소자의 일부분은 안테나의 접지면에 직접 전기적으로 접속되지 않는다(평형 조건).
본 발명에 따른 평면형, 인쇄형 안테나의 구조적인 구성은 방사소자와 측방향으로 이격되어 있는 위치에서 차례로 접지면을 유지하는 PCB에 의해 유지되는 유전체 캐리지의 상부 표면 또는 상기 유전체 캐리지의 측벽들 상에 안테나의 방사소자의 형성을 용이하게 한다.
PCB 또는 무선장치의 섀시 내로 또는 상으로 본 발명에 따른 인쇄형 안테나를 집적하는 것은 도전성 피드 리드(conductive feed lead)를 이용함으로써(즉, 평형 조건) 또는 도전성 피드 리드와 도전성 단락 리드를 이용함으로써(즉, 불평형 조건) 용이해지는데, 여기서 도전성 리드 또는 리드들은 물리적으로 유전체 캐리지의 측벽들의 외부 표면과 대체로 동일 평면에 위치될 수 있다. 이러한 외부 도전성 리드의 사용으로 무선장치 내로 인쇄형 안테나의 집적이 단순화된다.
본 발명에 따른 인쇄형 안테나는 다중-대역 인쇄형 안테나에 대한 평형 조건 또는 불평형 조건 중 어느 하나의 선택을 제공한다. 평형 조건을 이용하면 안테나의 방사소자가 무선장치의 섀시로부터 분리되는 경우에도 바람직한 안테나 성능을 확보하게 된다.
본 발명의 실시예에서, 본 발명에 따른 2중/3중-대역의 하위 및 상위 공진 특성의 독립적인 제어를 용이하게 하는 튜닝 파라미터가 확인될 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 인쇄형 안테나의 상부 투시도.
도2는 도1과 다소 유사한 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 인쇄형 안테나의 상부 투시도.
도3은 본 발명에 따른 단일-피드, 3중-대역, 인쇄형 안테나를 도시하는 도2와 유사한 도면.
도4a는 4개의 측벽으로 이루어진 유전체 캐리지만이 도시되어 있는 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 평형, 인쇄형 안테나의 투시도.
도4b는 단락회로 금속 스터브(stub)에 의한 불평형 안테나를 도시하는 도4a와 유사한 도면.
도5a는 유전체 캐리지만이 도시되어 있는 본 발명에 따른 단일-피드, 3중-대역, 불평형, 인쇄형 안테나의 투시도.
도5b는 도5a에서 숨겨져 있는 유전체 캐리지의 2개의 측벽의 외부 표면을 도시하는 도면.
도1은 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 인쇄형 안테나의 상부 투시도이고, 여기서 무선장치 내의 섀시와 같은 지지부재로서 기능하는 PCB의 상부 표면의 일측 단부 상에는 안테나의 5개의 세그먼트로 이루어진, 미앤더-라인형, 금속 방사소자가 형성되어 있고, 안테나의 금속 미앤더-라인 방사소자는 PCB의 상부 표면상에 또한 형성된 안테나의 금속 접지면 소자와 측방향으로 이격되어 있고 동일 평면에 있으며, 접지면 소자는 인쇄회로 접속으로 방사소자의 일 세그먼트에 접속된 단락회로이고 그것에 의해 안테나의 불평형 조건을 제공한다.
도2는 도1과 다소 유사한 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 인쇄형 안테나의 상부 투시도이고, 여기서 금속 접지면 소자를 유지하는 도1의 PCB의 일측 단부에 의해 4개의 측벽이 유지되는 공동의, 박스형, 유전체 캐리지의 상부 표면상에는 안테나의 5개의 세그먼트로 이루어진, 미앤더-라인, 금속 방사소자가 형성되어 있고, 유전체 캐리지의 상부 표면은 접지면 소자에 대체로 평행하며, 접지면 소자는 분리된 와이어 또는 금속 스트립 접속으로 방사소자의 일 세그먼트에 접속된 단락회로이고 그것에 의해 안테나로 불평형 조건을 제공하며, 안테나의 리액티브 부하를 제공하는 측면-위치되고 하향 연장된 금속 플레이트를 구비하고 있다.
도3은 본 발명에 따른 단일-피드, 3중-대역, 인쇄형 안테나를 도시하는 도2와 유사한 도면이고, 여기서 금속 미앤더-라인 방사소자는 부가적인 L자형의 금속 세그먼트를 포함한다.
도4a는 4개의 측벽으로 이루어진 유전체 캐리지만이 도시되어 있는 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 평형, 인쇄형 안테나의 투시도이고, 이 안테나는 3개의 슬롯 세그먼트를 갖고, 측면-배치되고 하향 연장된 금속 부하 플레이트를 구비하며, 방사소자의 일 엣지로부터 하향 연장된 금속 안테나 피드를 갖는 대체로 U 자형의 슬롯을 포함하는 평탄한 플레이트형, 금속 방사소자를 포함한다.
도4b는 도4a와 유사한 도면이고, 여기서 안테나는 안테나 피드와 측방향으로 이격되어 있고 PCB(예를 들어, 도2에 도시된 PCB)의 접지면 소자에 전기적으로 접속된 단락회로 금속 스터브(stub)에 의한 불평형 안테나이다.
도5a는 유전체 캐리지만이 도시되어 있는 본 발명에 따른 단일-피드, 3중-대역, 불평형, 인쇄형 안테나의 투시도이고, 이 유전체 캐리지는 유전체 캐리지의 4개의 측벽의 내부 표면 및 외부 표면상에 위치된 8개의 세그먼트로 이루어진 금속 방사소자를 포함하며, 이 안테나는 PCB(예를 들어, 도2에 도시된 PCB)의 접지면 소자에 전기적으로 접속되는 하향 연장된 단락회로 스트립 및 하향 연장된 안테나 피드 스트립(antenna feed strip)을 포함한다.
도5b는 도5a에서 숨겨져 있는 유전체 캐리지의 2개의 측벽의 외부 표면을 도시하고 있다.
도1은 PCB(18)의 일측 단부상의 작은 영역 내에 위치된 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역(GSM 대역 및 DCS 대역), 인쇄형 안테나(10)의 상부/측부/단부 투시도이다.
참조번호 17은, 셀룰러 전화기와 같은 무선장치 내의 섀시와 같이 잘 알려진 방식으로 기능하는 PCB(18)의 평탄하고, 비교적 큰 영역이며, 상부-위치된 금속 표면을 나타내고, 여기서 치수(19, 20)는 대체로 셀룰러 전화기의 폭 및 길이에 해당한다. 금속 표면(17)은 셀룰러 전화기의 구성요소에 대한 접지-전위 접속으로서 기능할 수 있고, 여기서 이들 구성요소는 점으로 된 박스(26)로 표현된다.
안테나(10)는 5개의 금속 세그먼트(즉, 안쪽의 세그먼트(12), 상기 세그먼트(12)의 일측 단부로부터 대체로 수직으로 연장된 세그먼트(13), 상기 세그먼트(13)의 일측 단부로부터 대체로 수직으로 연장된 세그먼트(14), 상기 세그먼트(14)의 일측 단부로부터 대체로 수직으로 연장된 세그먼트(15) 및 상기 세그먼트(15)의 일측 단부로부터 대체로 수직으로 연장된 세그먼트(16))로 이루어지는 금속 인쇄회로 방사소자(11)를 포함한다. 이로써, 방사소자(11)는 사각형 나선(rectangular spiral)으로 칭해질 수 있다.
본 발명의 이 실시예에 따르면, 큰 영역이고, 평면인 금속 표면(17)은 또한 안테나(10)의 접지면 소자(17)로서 기능하고, 이 접지면 소자(17)는 방사소자(11)와 측방향으로 이격되어 있고 동일 평면에 있다(즉, 방사소자(11)는 그 아래에 직접 위치된 접지면 소자를 구비하지 않는다).
본 발명의 이 실시예는, 단락회로가 금속 방사소자 세그먼트(16)의 일측 단부를 금속 접지면(17)에 접속시키는 인쇄회로 금속 세그먼트(21)를 제공함으로써 불평형 안테나(10)를 제공한다.
방사소자 세그먼트(16) 상의 점(22)은 안테나 피드점을 의미하고, 분리된 전기 도체(25)가 안테나 피드(22)를 무선장치의 섀시로서 PCB(18)를 사용하는 무선장치 내에 있는 전자/전기 회로 구성요소(26)에 접속시킨다.
제한적이지 않은 예시로서, 안테나(10)에 의한 점유부피는 PCB(18)의 두께와 대체로 동일한 높이, 약 12㎜의 길이(23) 및 약 33㎜의 폭(24)을 갖는다.
도2는 도1과 다소 유사한 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 인쇄형 안테 나(30)의 상부 및 측부 투시도이다.
안테나(30)는, 안테나(30)가 캐리지의 4개의 측벽의 상부 표면에 의해 정의된 대체로 평탄한 상부 표면 및 캐리지의 4개의 측벽의 하부 표면들에 의해 정의되고 상부 표면에 대체로 평행한 대체로 평탄한 하부 표면을 갖는 공동의, 4개의 측면으로 이루어진, 박스형 유전체 캐리지(31)를 포함하고, 이 하부 표면이 금속 접지면 소자(17)를 유지하는 도1의 PCB(18)의 일측 단부 상에 장착되거나 PCB(18)에 의해 유지된다는 면에서 도1의 안테나(10)와는 상이하다.
예를 들어, 유전체 캐리지의 4개의 측벽은 약 2㎜의 두께를 가지고, 이는 유전체 캐리지(31)의 상부 표면에 대체로 평행하게 연장되는 치수이다.
발명의 상세한 설명에서 기술된 유전체 캐리지는 약 2.5 내지 약 3.0의 유전율을 갖는 플라스틱재로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 플라스틱재인 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌(ABS) 및 고밀도-폴리에틸렌(HDPE)이 유전체 캐리지(31)를 만드는데 사용될 수 있다.
도2에서, 안테나의 5개의 세그먼트(12 내지 16)로 이루어진, 인쇄회로, 금속 방사소자(11)는 유전체 캐리지(31)의 대체로 평탄한 상부 표면상에 형성되고, 상부 표면은 PCB(18) 및 접지면 소자(17)에 대체로 평행하게 된다.
역시, 안테나(30)는, 방사 세그먼트(16)가 방사 세그먼트(16)의 일측 단부 및 접지면 소자(17)와 납땜되는 분리된 와이어 접속부(32)를 통해 접지면 소자(17)에 전기적으로 접속되는 불평형 안테나이다.
도2의 구성 및 배치에서 유전체 캐리지(31)의 사용으로 1개 또는 그 이상의 하향 연장된 금속 플레이트(35, 36)의 준비를 허용하게 되고, 이들 금속 플레이트는 유전체 캐리지(31)의 측벽과 동일 평면에 있으며, 안테나(30)에 대한 리액티브 부하 플레이트(35, 36)로서 기능한다. 이들 부하 플레이트는 안테나의 공진 대역을 독립적으로 제어한다. 예를 들어, 부하 플레이트(36)는 주로 상위 공진 주파수 대역을 제어한다.
각 금속 플레이트(35, 36)의 상위 엣지는 각각 2개의 인접하는 방사 세그먼트(15, 16)에 전기적으로 접속되거나, 일체적으로 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 유전체 캐리지(31)의 높이(37)는 약 3㎜이다.
본 발명의 의도 및 범위 내에서, 유전체 캐리지(31)는 또한 2-샷 몰딩(molding) 프로세스에 의해 형성될 수 있고, 여기서 캐리지의 2번째-샷 플라스틱재는 전술된 방사 세그먼트 및 부하 플레이트를 제공하기 위해 금속화된다.
도3은 본 발명에 따른 단일-피드, 3중-대역(AMPS 대역, PCS 대역 및 BT 대역), 인쇄형 안테나(40)를 도시하고 있고, 여기서 안테나(40)는 안테나(40)의 방사소자가 대체로 방사소자 세그먼트(16)의 중간부분으로부터 방사 세그먼트(12)쪽으로 연장된 부가적인 L자형의 인쇄회로 금속 세그먼트(41)를 포함한다는 것을 제외하고는 대체로 도2의 안테나(30)와 동일하다. 보다 상세하게는, L자형의 세그먼트(41)는 방사 세그먼트(16)에 대체로 수직으로 연장된 제1 금속부(42) 및 방사 세그먼트(12)와 이격되어 있고 대체로 평행하게 연장된 제2 금속부(43)를 포함한다.
도4a 및 도4b는 각 실시예의 유전체 캐리지만이 도시되어 있는 본 발명의 2개의 다른 실시예를 도시하고 있다. 예를 들어, 도4a 및 도4b에 도시되어 있는 유 전체 캐리지는 도2에 도시되어 있는 유전체 캐리지를 대체한다.
도4a는 전술된 바와 같이 4개의 측벽으로 이루어진 유전체 캐리지(51)만이 도시되어 있는 본 발명에 따른 단일-피드, 2중-대역, 평형, 인쇄형 안테나(50)의 투시도이다.
안테나(50)는 거기에 형성된 대체로 U자형의 슬롯(53)을 갖는 평탄한 플레이트형 금속 방사소자(52)를 포함하고, 상기 슬롯(53)은 3개의 대체로 선형의 슬롯 세그먼트(54, 55 및 56)에 의해 형성된다.
안테나(50)는 또한 방사소자(52)의 2개의 대향 엣지(60, 61)와 일체적으로 형성되거나, 전기적으로 접속되는 적어도 2개의 측면-배치되고 하향 연장된 금속 부하 플레이트(57, 58)를 포함한다.
금속 안테나 피드(59)는 방사소자(52)의 엣지(63)와 일체적으로 형성되거나, 전기적으로 접속된다.
도4b는 도4a와 유사한 도면이고, 여기서 안테나(70)는 방사소자(52)의 엣지(63)로부터 하향 연장된 단락회로 금속 스터브(71)에 의한 불평형 안테나이다. 단락회로 스터브(71)는 안테나 피드(59)와 측방향으로 이격되어 있고, 단락회로 스터브(71)는 PCB의 접지면 소자(예를 들어, 도1에서의 PCB(18) 및 접지면(17))에 전기적으로 접속되어 있다.
도4a 및 도4b에 도시되어 있는 2개의 유전체 캐리지의 3개의 치수(23, 24 및 37)는 도2 및 도3에 관하여 전술된 치수와 대체로 동일하다.
도5a 및 도5b는 본 발명의 또다른 다중-대역 실시예의 2개의 상이한 투시도 이고, 여기서 안테나의 인쇄형 방사소자는 방사소자가 결합된 접지면 소자의 평면에 대체로 수직으로 연장된 평면내에 개별적으로 놓인 8개의 대체로 선형의 금속 세그먼트를 포함하고, 8개의 금속 세그먼트는 또한 이 접지면 소자에 대체로 평행하고 보다 위에 이격되어 있는 공통평면을 점유한다. 예를 들어, 도5a 및 도5b에 도시되어 있는 유전체 캐리지는 도2에 도시되어 있는 유전체 캐리지를 대체한다.
도5a는 4개의 측벽으로 이루어진 유전체 캐리지(81)가 도시되어 있는 본 발명에 따른 단일-피드, 다중-대역, 불평형, 인쇄형 안테나(80)의 투시도이고, 도5b는 도5a에서 숨겨져 있는 유전체 캐리지(81)의 2개의 측벽의 외부 표면을 도시하고 있다.
유전체 캐리지(81)는 4개의 대체로 직교-배치된 측벽(82, 83, 84 및 85)을 포함한다. 본 발명의 이 실시예에서, 유전체 캐리지 벽(84)은 전술된 다양한 유전체 캐리지의 어떠한 측벽에서도 요구되지 않는 갭(86)을 포함하고 있고, 상기 갭(86)은 유전체 캐리지(81)의 4개의 측벽의 내부 표면 및 외부 표면상에 안테나(80)의 8개의 세그먼트로 이루어진 방사소자의 배치가 용이하도록 제공되는 것임을 주목하자.
도5a 및 도5b의 방사소자를 구성하는 8개의 금속 세그먼트는 세그먼트(90)(도5b), 세그먼트(91)(도5a), 세그먼트(92)(도5a), 세그먼트(93)(도5b), 세그먼트(94)(도5b), 세그먼트(95)(도5a), 세그먼트(96)(도5a) 및 세그먼트(97)(도5a)로 이루어진다.
도5a에 도시된 바와 같이, 도5a 및 도5b의 안테나(80)는 방사 세그먼트(91) 로부터 연장된 금속 피드 스트립(100)을 포함하고, 안테나(80)는 피드 스트립(100)과 이격되어 있는 위치에서 방사 세그먼트(91)로부터 연장된 단락회로 스트립(101)에 의한 불평형 안테나이다. 단락 스트립(101)은 접지면 소자(예를 들어, 도2의 접지면 소자(17))에 방사 세그먼트(91)의 직접 전기접속이 용이하도록 제공된다.
본 발명의 또다른 실시예는 (1) 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같은 방사소자 및 (2) 도2, 도3, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같은 방사소자의 결합으로 이루어진다.
다시 말하면, 유전체 캐리지가 제공되는 본 발명의 이 실시예에서, 제1 방사소자는 접지면에 평행하나 동일 평면에 있지 않도록 유전체 캐리지의 상부 표면상에 위치되고, 제2 방사소자는 접지면에 대체로 수직으로 연장되고 보다 위에 위치되도록 유전체 캐리지 측벽들의 표면상에 위치된다.
상기 상세한 설명은 주로 방사소자, 접지면 소자, 안테나 피드 및 전술된 다양한 안테나의 단락회로 스트립을 형성하기 위해 인쇄회로 기법을 사용하는 것에 관한 것이기는 하지만, 2번째-샷 플라스틱재가 안테나의 금속부분을 형성하도록 금속화되는 2-샷 몰딩 프로세스를 이용하여 전술된 바와 같은 안테나를 제조하는 것은 본 발명의 의도 및 범위 내에 있다.
요약해 보면, 본 발명의 다양한 실시예는 방사소자가 접지면 소자로부터 측방향으로 이격되어 있는 평형 및 불평형 양쪽 모두의 단일-피드 안테나를 제공하여, 매우 저 프로파일 또는 높이를 갖는 안테나를 제공하게 된다. 그 결과, 본 발명에 따른 안테나는 특히 셀룰러 전화기와 같은 소형의 핸드헬드 무선장치 내에서 유용하다.
이 안테나 프로파일 또는 높이는, 안테나의 금속 접지면 소자 및 금속 방사소자가 PCB의 동일 표면상에 형성되는 경우에(즉, 접지면과 방사소자가 동일 평면에 있는 경우에) 최소가 된다.
그러나, 박형 유전체 캐리지를 사용하면, 안테나의 프로파일 또는 높이는 적은 양만큼만 증가되고, 금속 부하 플레이트는 유전체 캐리지의 측벽들 상에 제공되어 그것에 의해 안테나의 리액티브 부하를 제공하게 되며, 이들 금속 부하 플레이트는 또한 안테나의 공진 주파수 대역의 독립적인 제어를 용이하게 한다.
본 발명의 실시예의 방사소자는 2중-대역 및 3중-대역 안테나의 준비를 용이하게 하는 기하학적 형태로 제공된다.
본 발명의 여타의 실시예가 당업자들에게 손쉽게 명백해질 것이므로, 그것은 상기의 상세한 설명이 본 발명의 의도 및 범위에 대한 제약으로서 취해지는 것을 의도하지는 않는다.

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  29. 물리적으로 소형의 안테나에 있어서,
    인쇄회로기판-여기서, 상기 인쇄회로기판의 표면의 비교적 큰 영역의 부분 상에 위치된 금속 접지면을 가짐-;
    상기 인쇄회로기판의 상기 표면의 비교적 작은 영역의 부분 상에 위치된 박형 유전체 캐리지-여기서, 상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 작은 영역의 부분은 상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 큰 영역의 부분과 인접함-;
    상기 유전체 캐리지의 측벽들 중 하나에 형성된 갭;
    상기 갭을 통하여 연장되도록, 또한 상기 측벽들의 내부 표면 및 외부 표면 양쪽 모두 상에 위치되도록 상기 유전체 캐리지의 상기 측벽들 상에 형성된 금속 안테나 소자; 및
    상기 안테나 소자로부터 연장된 금속 안테나 피드 스트립
    을 포함하고,
    여기서, 상기 유전체 캐리지는 복수의 측벽을 갖는데, 상기 측벽의 상부 표면들은 상기 유전체 캐리지의 상부 표면을 정의하고 상기 측벽의 하부 표면들은 상기 유전체 캐리지의 하부 표면을 정의하며,
    상기 유전체 캐리지의 상기 상부 표면은 상기 유전체 캐리지의 상기 하부 표면에 대체로 평행하고,
    상기 유전체 캐리지의 상기 하부 표면은 상기 인쇄회로기판의 상기 표면의 상기 비교적 작은 영역의 부분 상에 위치되어 있으며,
    상기 안테나 소자는 상기 접지면과 측방향으로 이격되어 있고 보다 위에 위치되어 있으며, 상기 접지면에 대체로 수직으로 연장된
    안테나.
  30. 물리적으로 소형의 안테나에 있어서,
    인쇄회로기판-여기서, 상기 인쇄회로기판의 표면의 비교적 큰 영역의 부분 상에 위치된 금속 접지면을 가짐-;
    상기 인쇄회로기판의 상기 표면의 비교적 작은 영역의 부분 상에 위치된 박형 유전체 캐리지-여기서, 상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 작은 영역의 부분은 상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 큰 영역의 부분과 인접함-;
    상기 유전체 캐리지의 상부 표면상의 제1 금속 방사소자; 및
    상기 유전체 캐리지의 측벽들 상의 제2 금속 방사소자
    를 포함하고,
    여기서, 상기 유전체 캐리지는 복수의 측벽을 갖는데, 상기 측벽의 상부 표면들은 상기 유전체 캐리지의 상기 상부 표면을 정의하고 상기 측벽의 하부 표면들은 상기 유전체 캐리지의 하부 표면을 정의하며,
    상기 유전체 캐리지의 상기 상부 표면은 상기 유전체 캐리지의 상기 하부 표면에 대체로 평행하고,
    상기 유전체 캐리지의 상기 하부 표면은 상기 인쇄회로기판의 상기 표면의 상기 비교적 작은 영역의 부분 상에 위치되어 있으며,
    상기 제1 금속 방사소자는 상기 접지면과 측방향으로 이격되어 있고 보다 위에 위치되어 있으며, 상기 접지면에 대체로 평행하게 연장되어 있고,
    상기 제2 금속 방사소자는 상기 접지면과 측방향으로 이격되어 있고 보다 위에 위치되어 있으며, 상기 접지면에 대체로 수직으로 연장된
    안테나.
  31. 물리적으로 소형의 평면형 모노폴 안테나에 있어서,
    인쇄회로기판-여기서, 상기 인쇄회로기판의 표면의 비교적 큰 영역의 부분 상에 위치된 금속 접지면을 가짐-;
    상기 인쇄회로기판의 상기 표면의 비교적 작은 영역의 부분 상에 위치된 박형 유전체 캐리지;
    상기 유전체 캐리지의 상부 표면상의 대체로 평탄한 금속 안테나 소자;
    적어도 하나의 측벽과 밀접하게 인접하고, 상기 안테나 소자로부터 상기 인쇄회로기판의 상기 표면쪽 방향으로 연장된 적어도 하나의 금속 부하 플레이트; 및
    상기 안테나 소자의 일 엣지로부터 연장된 금속 안테나 피드 스트립
    을 포함하고,
    여기서, 상기 인쇄회로기판의 비교적 작은 영역의 부분은 상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 큰 영역의 부분과 인접하며,
    상기 유전체 캐리지는 복수의 측벽을 갖는데, 상기 측벽의 상부 표면들은 상기 유전체 캐리지의 상기 상부 표면을 정의하고 상기 측벽의 하부 표면들은 상기 유전체 캐리지의 하부 표면을 정의하며,
    상기 유전체 캐리지의 상기 상부 표면은 상기 유전체 캐리지의 상기 하부 표면에 대체로 평행하고,
    상기 유전체 캐리지의 상기 하부 표면은 상기 인쇄회로기판의 상기 표면의 상기 비교적 작은 영역의 부분 상에 위치되어 있으며,
    상기 안테나 소자는 거기에 형성된 대체로 U자형의 슬롯을 갖고,
    상기 대체로 U자형의 슬롯은 상기 안테나 소자의 일 엣지 상에 위치된 개방슬롯을 갖는
    안테나.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 큰 영역의 부분 상의 전기적 송/수신 구성 요소; 및
    상기 안테나 피드 스트립을 상기 송/수신 구성요소의 입/출력에 전기적으로 접속시키는 수단
    을 더 포함하는 안테나.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 대체로 U자형의 슬롯은 폐쇄슬롯 단부 및 상기 개방슬롯 단부를 갖는 연속 슬롯을 형성하도록 접속된 3개의 대체로 선형의 슬롯 세그먼트를 포함하는
    안테나.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 접지면으로부터 전기적으로 절연되어 있는 상기 안테나 소자에 의한 평형 안테나인
    안테나.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 큰 영역의 부분 상의 전기적 송/수신 구성 요소; 및
    상기 안테나 피드 스트립을 상기 송/수신 구성요소의 입/출력에 전기적으로 접속시키는 수단
    을 더 포함하는 안테나.
  36. 제31항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 안테나 소자를 상기 접지면에 전기적으로 접속시키기 위해 상기 안테나 소자의 상기 엣지로부터 연장된 단락회로 금속 스터브에 의한 불평형 안테나인
    안테나.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 단락회로 스터브는 상기 안테나 피드와 측방향으로 이격되어 있는
    안테나.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 상기 비교적 큰 영역의 부분 상의 전기적 송/수신 구성 요소; 및
    상기 안테나 피드 스트립을 상기 송/수신 구성요소의 입/출력에 전기적으로 접속시키는 수단
    을 더 포함하는 안테나.
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