KR101012731B1

KR101012731B1 - Ｐｉｆａ 설계에서 슬롯 간극의 최적 이용법

Info

Publication number: KR101012731B1
Application number: KR1020057008090A
Authority: KR
Inventors: 고빈드 랭가스와미 카담비; 윌리스 레이몬드 하디; 스립파시 야라시; 시어도어 사무엘 히브론
Original assignee: 센츄리온 와이어리스 테크놀로지스 인코퍼레이티드
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2011-02-09
Also published as: US7183982B2; AU2003301942A1; AU2003301942A8; EP1568101A2; EP1568101A4; US20040104851A1; KR20050084972A; WO2004045019A3; WO2004045019A2

Abstract

에지를 갖는 평면인 금속 방사 소자(10)를 제공함으로써, 방사 소자 내에 측벽, 방사 소자의 에지 상에 위치되는 개방 슬롯-단부 및 방사 소자 내에 위치되는 폐쇄 슬롯-단부를 갖는 슬롯(11)을 제공함으로써, 적어도 일부분이 방사 소자와 동일평면 상에 있고, 슬롯의 측벽과 물리적인 접촉(engaging)없이 개방 슬롯-단부로부터 폐쇄 슬롯-단부로 연장되는 얇은 선형의 금속 세그먼트를 제공함으로써, 평면 안테나의 동작 파라미터가 제어된다. 금속 세그먼트는 안테나의 접지면에 접속될 수 있어, 그에 따라 무급전 소자를 형성하고, 또는 금속 세그먼트는 방사 소자에 접속될 수 있어, 그에 따라 방사 소자의 확장부(18)를 형성한다.

방사 소자, PIFA, 단락 포스트, 급전 포스트, 평면 안테나, 방사 에지, 무방사 에지, 지그재그형 슬롯, 선형 슬롯

Description

ＰＩＦＡ 설계에서 슬롯 간극의 최적 이용법{OPTIMUM UTILIZATION OF SLOT GAP IN PIFA DESIGN}

본 발명은 송/수신 전파 안테나(예를 들어, 무선 통신에 사용되는 안테나)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송/수신 방사 소자(이하, "방사 소자"로 언급됨) 내에 슬롯을 갖는 평면 역-Ｆ형 안테나(Planar Inverted-F Antennas)(PIFAs) 및 마이크로스트립 안테나와 같은 평면 안테나에 관한 것이다.

핸드헬드 휴대용 장치(예를 들어, 무선 호출기, 휴대용 전화기 및 셀룰러 전화기)를 위한 안테나는 크기에 있어서 소형화, 중량에 있어서 경량화 및 물리 부피에 있어서 콤팩트화되어야 한다. 동일평면-장착(flush-mounted) 또는 내장 안테나가 종종 요구되고, 이 형태의 응용을 위해서 특히 PIFAs가 두드러진다. 다수의 설치에 대하여, PIFA는 셀룰러 통신 응용에 있어서 내부 안테나로서의 사용에 바람직한 선택이다.

소위 PIFAs로 지칭되는 이유는, 공기 유전체를 갖는 PIFA가 측면에서 보았을 때 아래로 향하는 문자 Ｆ를 닮았기 때문이다(예를 들어, R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl 및 A. Ittipiboon에 의한 출판물 MICROSTRIP ANTENNA DESIGN HANDBOOK(2001, Artech House 주식회사 판권소유)의 단락 10.7 참조).

PIFA의 기술 및 설계 발전은 크기-소형화 및 단일 급전 PIFA의 다중 대역 성능의 강화를 이끌었다. 단일 급전 PIFA의 다중 대역 성능 능력은 또한 동시에 이중 셀룰러(cellular) 응용 및 이중 넌-셀룰러(non-cellular) 응용을 포함하는 것으로 향상되었다.

PIFA 설계는 PIFA의 방사 소자 내에 슬롯의 형성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 참조로서 포함된 미국특허 제6,573,869호는 안테나의 전계 모드 분포(electric field modal distribution)에서 다중 주파수 종속 널(nulls)을 야기시키기 위해 나선형 슬롯이 형성된 방사체를 갖는 다중-대역 PIFA를 제공한다.

PIFA의 방사 소자 내의 슬롯의 길이, 외형(contour) 및 위치의 선택은 관심 설계 파라미터에 좌우되고, 때때로 PIFA의 방사 소자 내에 하나 이상의 슬롯이 있는 것이 바람직하다.

방사 소자의 공진 주파수를 감소시키기 위해 반응 장하(reactive loading) 툴로서 슬롯을 제공하는 것 뿐만 아니라, 다중 대역 동작을 위해 단일 대역 PIFA의 방사 소자의 물리적인 파티션에 슬롯을 사용하는 것은 PIFA의 방사 소자 내의 슬롯의 2가지 중요한 기능 역할을 형성한다. 부가적으로, 슬롯의 외형 및 위치는 다중 대역 PIFA의 상위 공진 대역의 편파 특성을 제어하기 위해 선택될 수 있다.

PIFA의 방사 소자 내에 슬롯의 도입은 방사 소자의 유효 표면적을 감소시키는 바람직하지 않은 영향을 끼치고, 이는 PIFA의 대역폭 및 이득 양쪽 모두에 대해 저하 효과를 안내한다.

슬롯을 갖는 것에 부가적으로, PIFA의 방사 소자는 또한 일반적으로 방사 소자의 에지에서 굽은 금속 세그먼트 또는 탭의 형태인 용량성 장하(capacitive loading) 소자와 결합될 수 있는데, 이들 세그먼트는 접지면에 접촉하지 않고 접지면 쪽으로 하향 연장된다. 그러나, 용량성 장하는 PIFA의 이득 및 대역폭 양쪽 모두에 부정적인 영향을 끼친다. 예로서, 본 명세서에 참조로서 포함된 미국특허 제5,764,190호는 용량성 장하형(capacitive loaded) PIFA를 제공한다.

슬롯 장하 및 용량성 장하는 PIFA의 물리적인 크기를 증가시키지 않고 원하는 공진을 달성하는데 매우 자주 이용된다.

PIFA의 성능에 대한 슬롯의 전술된 결점에도 불구하고, PIFA의 방사 소자 내에 슬롯의 형성은 원하는 공진을 제공하기 위해서 뿐만 아니라 다중 대역 성능을 실현하기 위해 필요할 수도 있다.

마찬가지로, 용량성 장하는 무선 장치 내에 내부 안테나의 배치에 이용가능한 물리 부피에 관해 제기되는 엄격한 제약을 고려하여 PIFA 설계에 있어서 일반적인 요건이 될 수 있다.

PIFA의 방사 구조 내에 지그재그형 패턴(meandering pattern)의 이용의 예시로서, 본 명세서에 참조로서 포함된 미국특허 제6,380,895호는 마이크로스트립 PIFA에 방사 구조를 제공하는데, 여기서 지그재그형 패턴에 의해 제1 패치가 제2 패치에 접속된다. 제1 패치는 방사 구조로 RF 신호를 공급하기 위한 수단을 포함하고, 지그재그형 패턴은 2개의 패치 사이에서 유도성 접속의 역할을 한다.

본 발명은 PIFA의 동작 파라미터를 제어하기 위해 PIFA의 방사 소자 내에 슬롯의 외형을 형성하는 간극의 최적 이용법을 제공한다. 본 발명은 PIFA에서의 이용을 위해 개시되지만, 본 발명은 방사 소자 내에 슬롯을 갖는 평면 안테나에서 일반적으로 이용된다.

종래 기술에 따른 PIFAs에 있어서, 방사 소자의 슬롯 영역은 예를 들어 도9에 도시된 바와 같이 PIFA의 방사 소자의 소정의 부분에 대해 물리적으로 접속(presence)하지 않는데, 도9에 있어서 PIFA의 대체로 평면인 장방형 금속 방사 소자(90)(상면에서 도시됨)는 무방사 에지(non-radiating edge)(91), 방사 에지(radiating edge)(97), 무방사 에지(91)에 대해 대체로 수직 연장되는 짧은 수직 세그먼트(93)를 갖는 대체로 균일한-폭의 Ｌ-형 슬롯(92), 무방사 에지(91)에 대해 대체로 평행 연장되는 긴 수평 세그먼트(94), 방사 소자(91)를 PIFA(90)의 금속 접지면(도시되지 않음)에 전기적으로 접속시키기 위해 방사 소자(90)의 평면으로부터 하향 연장되는 무방사 에지(91) 상의 단락-포스트(shorting-post) 또는 영역(95) 및 RF 신호의 송/수신을 위해 방사 소자(90)와 접속하는 무방사 에지(91) 상의 급전-포스트(feed-post) 또는 영역(96)을 포함한다. Ｌ-형 슬롯(92)의 길이는 수직 슬롯 세그먼트(93) 및 수평 슬롯 세그먼트(96)의 길이의 합이다.

본 발명에 따르면, PIFAs는 PIFA의 금속 방사 소자 내에 제공되는 슬롯 내에 금속 세그먼트를 포함한다. 본 발명에 따르면, 이 금속 세그먼트는 방사 소자에 접속될 수 있어, 그에 따라 방사 소자의 확장부를 형성하고, 또는 이 금속 세그먼트는 PIFA의 접지면에 접속될 수 있어, 그에 따라 PIFA를 위한 단락된 무급전 소자(shorted parasitic element)를 형성한다.

본 발명의 구성 및 배치는 슬롯에 의해 제공되는 간극 영역의 효과적인 이용법을 제공하는데, 이는 PIFA의 방사 소자의 유효 또는 가상 물리 치수를 증가시키는 것과 같다. 물리적인 치수에서의 이 가상 증가는 원하는 공진을 실현하기 위해 일반적으로 요구되는 용량성 장하에서의 감소를 촉진한다. 용량성 장하에서의 감소는 또한 PIFA의 대역폭이나 이득, 또는 대역폭 및 이득 양쪽 모두를 향상시킨다.

방사 소자의 슬롯으로 연장되는 방사 소자의 금속 세그먼트의 외형의 적절한 선택으로, PIFA의 선형 치수에 관한 엄격한 제약이 있는 경우라도 용량성 장하 요건을 완전히 극복할 수 있다.

PIFA의 방사 소자의 슬롯 내에 금속 세그먼트를 제공하는 본 발명의 개념에 따르면, 슬롯 내의 이 금속 세그먼트의 일측 단부는 방사 소자에 물리적으로 접속될 수 있거나, 또는 슬롯 내의 이 금속 세그먼트의 일측 단부는 PIFA의 접지면에 물리적으로 접속될 수 있다.

전술된 미국특허출원 제10/135,312호는 PIFA의 방사 소자와 접지면 사이의 공간 내에 배치되는 단락된 무급전 소자에 의한 배타적인 공진의 발생을 설명한다.

본 발명의 구성 및 배치에 있어서, 이러한 배타적인 공진 대역이 제공되는데, 여기서 방사 소자 및 단락된 무급전 소자는 공통 평면 내에 있다. 본 발명에 있어서(도8 참조), 단락된 무급전 소자는 방사 소자의 슬롯 영역 내에 배치되고, 단락된 무급전 소자는 방사 소자에 전기적으로 접속되지 않는다. 방사 소자 및 단락된 무급전 소자의 이 공통평면 배치는 단일 급전, 다중 대역 PIFA의 제조를 용이하게 한다.

도1은 본 발명의 제1 실시예의 상면도로, 여기서 PIFA의 평면인 금속 방사 소자는 방사 소자의 무방사 에지 상에 위치되는 개방 단부를 갖는 대체로 균일한 폭의 Ｌ-형 슬롯을 포함하고, Ｌ-형 슬롯의 짧은 수직 슬롯-세그먼트 또는 다리는 방사 소자의 무방사 에지로부터 대체로 수직 연장되며, Ｌ-형 슬롯의 긴 수평 슬롯-세그먼트 또는 다리는 무방사 에지에 대해 대체로 평행한 경로 내에서 지그재그형으로 진행하고, 방사 소자의 지그재그형이고 대체로 균일한 폭의 금속 확장부는 방사 소자와 동일평면 상에 있으며, Ｌ-형 슬롯의 개방 단부에 들어가고, Ｌ-형 슬롯 내에서 대체로 중심에 위치하며, 대체로 Ｌ-형 슬롯의 길이를 따라 연장됨.

도2는 도1과 다소 유사한 본 발명의 제2 실시예의 상면도로, PIFA의 평면인 금속 방사 소자는 방사 소자의 무방사 에지 상에 개방 단부를 갖는 대체로 Ｌ-형이고 균일한 폭의 슬롯을 포함하고, 슬롯의 수평 세그먼트는 선형이며, 방사 소자의 지그재그형 금속 확장부는 방사 소자와 동일평면 상에 있고, 방사 소자의 금속 확장부는 Ｌ-형 슬롯의 개방 단부에 들어가며, 슬롯 내에서 대체로 중심에 위치하고, 대체로 Ｌ-형 슬롯의 길이를 따라 연장됨.

도3은 도1 및 도2와 다소 유사한 본 발명의 제3 실시예의 상면도로, 여기서 PIFA의 평면인 금속 방사 소자는 방사 소자의 무방사 에지 상에 있는 개방 단부를 갖는 대체로 Ｌ-형이고 균일한 폭의 슬롯을 포함하고, 방사 소자와 동일평면 상에 있는 방사 소자의 금속 확장부는 Ｌ-형 슬롯의 개방 단부에 들어가며, 대체로 Ｌ-형 슬롯의 길이를 따라 연장되고, 360°전환하여 Ｌ-형 슬롯의 수평 세그먼트의 길이를 따라 역으로 연장됨.

도4는 본 발명의 제4 실시예의 상면도로, 여기서 PIFA의 평면인 금속 방사 소자는 대체로 Ｌ-형인 슬롯을 포함하는데, Ｌ-형 슬롯은 방사 소자의 무방사 에지에 대해 대체로 평행 연장되는 수평 세그먼트 및 방사 소자의 측면 에지 상에 개방 단부를 제공하는 수직 세그먼트를 갖고, 방사 소자의 지그재그형 금속 확장부는 Ｌ-형 슬롯의 개방 단부에 들어가며, 슬롯 내에서 대체로 중심에 위치하고, 대체로 Ｌ-형 슬롯의 길이를 따라 연장됨.

도5는 도4와 다소 유사한 본 발명의 제5 실시예의 상면도로, 여기서 대체로 Ｌ-형인 슬롯의 수평 세그먼트는 방사 소자의 2개의 대체로 균일한 폭의 지그재그형 확장부를 포함하는데, 이들 2개의 확장부는 대체로 Ｌ-형 슬롯의 수평 세그먼트를 동일하게 분할함.

도6은 도5와 유사한 본 발명의 제6 실시예의 상면도로, 여기서 방사 소자의 측면 에지 상의 상대적으로 긴 금속 단락 포스트 및 방사 소자의 방사 에지 상의 상대적으로 짧은 금속 급전 포스트는 방사 소자의 동일평면 상에 있는 부분으로서 제공되고, 이 도면은 또한 점선에 의해 단락 포스트 및 급전 포스트가 방사 소자의 평면으로부터 PIFA의 금속 접지면(도시되지 않음) 쪽으로 하향으로 대체로 90°로 어떻게 굽혀지는지를 도시하며, 단락 포스트의 길이는 방사 소자와 접지면 사이의 거리에 걸쳐져(span), 그에 따라 방사 소자의 측면 에지를 접지면에 전기적으로 접속시킴.

도7은 본 발명의 제7 실시예의 상면도로, 여기서 PIFA의 평면인 방사 소자는 방사 소자의 무방사 에지로부터 대체로 수직 연장되는 2개의 대체로 선형인 슬롯을 포함하고, 2개의 슬롯의 개방 단부는 무방사 에지를 따라 서로 이격되며, 제1 슬롯은 방사 소자와 동일평면 상에 있고 대체로 제1 슬롯 내의 중심에 위치하는 방사 소자의 지그재그형 확장부를 포함하고, 제2 슬롯은 방사 소자와 동일평면 상에 있고 대체로 제2 슬롯 내의 중심에 위치하는 방사 소자의 선형 확장부를 포함함.

도8은 도1과 다소 유사한 본 발명의 제8 실시예의 상면도인데, 그 차이점은 Ｌ-형 슬롯의 중심을 따라 지그재그형으로 진행하는(meander) 동일평면 상에 있는 금속 패턴이 PIFA의 금속 접지면에 전기적으로 접속되어, 그에 따라 단락된 무급전 소자를 형성하는 것임.

도9는 PIFA의 종래 기술에 따른 방사 소자의 상면도로, 여기서 대체로 Ｌ-형인 슬롯은 방사 소자 내에 형성되어, 슬롯의 수직 세그먼트는 방사 소자의 무방사 에지에 대해 대체로 수직 연장되고, 슬롯의 수평 세그먼트는 방사 소자의 무방사 에지에 대해 대체로 평행 연장됨.

도10은 종래 기술에 따른 PIFA의 측면도로, 이 도면은 PIFA의 역-Ｆ형을 도시하고, 이 도면은 본 발명에 따라 구성 및 배치되는 PIFA 내에 제공되는 형태의 금속 접지면을 도시함.

도1은 본 발명의 제1 실시예를 도시한다.

설명되는 본 발명의 다른 실시예에서와 같이, 방사 소자의 상면이 도시되는데, 종래 기술에 따른 도10에 도시된 바와 같이, 방사 소자가 접지면과 공간적으로 결합된다는 것이 이해된다. 단순화를 위해, 본 발명의 실시예에 있어서 결합되는 접지면은 도1 내지 도8에는 도시되지 않는다.

도1은 본 발명에 따라 구성 및 배치된 PIFA의 대체로 평탄하거나 평면인 금속 방사 소자(10)의 상면이고, 여기서 방사 소자(10)는 대체로 Ｌ-형인 지그재그형-경로 슬롯(11)을 포함한다. Ｌ-형 슬롯(11)의 개방 단부(12)는 방사 소자의 무방사 에지(13), 즉 PIFA의 금속 접지면(도시되지 않음)에 전기적으로 접속되는 저면 단부를 갖는 하향 연장되는 단락 포스트 또는 단락 영역(15)을 포함하는 방사 소자(10)의 에지 상에 위치된다. 도1에 있어서, 급전 포스트 또는 급전 영역(14)도 또한 방사 소자(10)의 무방사 에지(13) 상에 배치된다.

Ｌ-형 슬롯(11)의 길이의 대부분은 도면부호(16)에 의해 확인되는 바와 같이 대체로 균일한 폭을 갖는다. Ｌ-형 슬롯(11)의 수직으로 연장되는 부분(17)은 선형이고, 무방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장된다. Ｌ-형 슬롯(11)의 수평으로 연장되는 부분(18)은 3개의 수직으로 연장되는 세그먼트(19, 20 및 21)를 포함하는 지그재그형 경로를 따른다. 3개의 수직으로 연장되는 세그먼트(19, 20 및 21)의 위치에서, 도면부호(38)에 의해 확인되는 바와 같이, Ｌ-형 슬롯(11)이 보다 큰 수직 폭을 갖는다는 것에 주목하라.

Ｌ-형 슬롯(11)의 지그재그형 경로는 방사 소자(10)의 공진 주파수를 감소시키는 장하 효과(loading effect)를 제공하고, 이는 방사 소자(10)를 포함하는 PIFA의 물리적인 치수를 증가시키지 않고 달성된다.

도1에 도시된 바와 같이, 방사 소자(10)의 지그재그형 금속 세그먼트(22)는 Ｌ-형 슬롯(11) 내에 제공되고, 세그먼트(22)의 단부(23)만이 Ｌ-형 슬롯(11)의 개방 단부(12)에서 또는 그 근처에서 방사 소자(10)에 접속된다. 방사 소자(10)에 접속된 단부(23)를 갖는 이 지그재그형 금속 세그먼트(22)는 대체로 Ｌ-형 슬롯(11)의 지그재그형 경로를 따르거나, 그에 대응한다.

보다 상세하게는, 금속 세그먼트(22)는 수직으로-연장되는 제1 부분(24) 및 수평으로-연장되는 제2 부분(25)으로 이루어지고, 이들 양쪽 모두는 Ｌ-형 슬롯(11)의 인접 측벽(39)으로부터 대체로 동일 거리만큼 이격된다.

세그먼트(22)의 제3, 제4 및 제5 부분(26, 27 및 28)은 Ｌ-형 슬롯(11)의 수직 부분(19)으로 상향 연장되는 세그먼트(22)의 수직으로 연장되는 부분을 형성한다. 세그먼트(22)의 이 수직으로 연장되는 부분은 수직 부분(19)의 인접 측벽(39)으로부터 대체로 동일 거리만큼 이격된다.

금속 세그먼트(22)의 수평으로-연장되는 제6 부분(29)도 또한 Ｌ-형 슬롯(11)의 인접 측벽(39)으로부터 대체로 동일 거리만큼 이격된다.

금속 세그먼트(22)의 제7, 제8 및 제9 부분(30, 31 및 32)은 Ｌ-형 슬롯(11)의 수직 부분(20)으로 상향 연장되는 세그먼트(22)의 수직으로 연장되는 부분을 형성한다. 세그먼트(22)의 이 수직으로 연장되는 부분은 수직으로 연장되는 부분(20)의 인접 측벽(39)으로부터 대체로 동일 거리만큼 이격된다.

세그먼트(22)의 수평으로-연장되는 제10 부분(33)도 또한 Ｌ-형 슬롯(11)의 인접 측벽(39)으로부터 대체로 동일 거리만큼 이격된다.

금속 세그먼트(22)의 제11 부분(34)은 Ｌ-형 슬롯(11)의 수직 부분(21)으로 수직 상향 연장되고, 세그먼트(22)의 이 부분도 또한 수직 부분(21)의 인접 측벽(39)으로부터 대체로 동일 거리만큼 이격된다.

Ｌ-형 슬롯(11) 내에 위치되는 금속 세그먼트(22)의 지그재그형 경로는 또한 방사 소자(10)를 포함하는 PIFA의 선형(길이 및 폭) 치수를 가상으로 증가시키는 효과를 제공한다.

방사 소자(10)의 일부분 또는 세그먼트(22)가 Ｌ-형 슬롯(11)으로 연장되는 본 발명의 이 구성 및 배치는 AMPS 대역에서 공진하는 PIFA의 설계에 있어서 유용하다. 예로서, 이러한 방사 소자(10)는 약 33㎜의 폭(35) 및 약 13㎜의 길이를 갖고, PIFA의 높이는 약 4.5㎜였으며(도10의 치수(37) 참조), PIFA의 접지면은 약 35㎜의 폭 및 약 75㎜의 길이를 가졌다.

전술된 슬롯 및 금속 세그먼트가 없고, 용량성 장하 소자가 없는 방사 소자를 갖는 종래의 AMPS 대역 PIFA에 대한 약 87.31㎜의 반-주변길이(semi-perimeter)와 비교하여 볼 때, 전술된 치수를 갖는 AMPS-대역 PIFA의 반-주변길이는 단지 약 46㎜이다.

즉, 본 발명을 이용하면, PIFA의 전체 크기에 있어서 현저한 소형화가 야기된다.

도2에 있어서, 도1의 전술된 실시예는 변형되는데, 여기서 Ｌ-형 슬롯(41)의 수평 부분(40)은 선형이다, 즉 지그재그형 경로가 없다. 그러나, Ｌ-형 슬롯(41)의 수평 부분(40)의 길이를 따라 연장되는 금속 방사 소자(43)의 금속 세그먼트(42)는 도1에 도시되는 금속 세그먼트(22)의 전술된 경로와 유사한 지그재그형 경로를 따른다.

보다 상세하게는, 도2에 있어서, 금속 세그먼트(42)는 방사 소자(43)의 무방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장되는 제1 부분(44), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 평행 연장되는 제2 부분(45), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장되는 제3 부분(46), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 평행 연장되는 제4 부분(47), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장되는 제5 부분(48), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 평행 연장되는 제6 부분(49), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장되는 제7 부분(50), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 평행 연장되는 제8 부분(51), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장되는 제9 부분(52) 및 무방사 에지(13)에 대해 대체로 평행 연장되는 제10 부분(53)을 포함한다.

도3에 도시된 본 발명의 실시예는 방사 소자(61) 내에 제공되는 Ｌ-형 슬롯(41) 내에 위치되는 금속 세그먼트가 지그재그형 경로의 변형된 형태를 따른다는 점에서 전술된 도2의 실시예와 상이하다. 도1 및 도2에 대하여 전술된 바와 같은 다중-전환(multi-turn) 지그재그형 경로의 결여는 도3에 도시된 바와 같이 금속 세그먼트에 보다 긴 전체 선형 길이를 제공함으로써 보상된다.

보다 상세하게는, 방사 소자(61)와 동일평면 상에 있는 금속 세그먼트는 무 방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장되는 제1 부분(62), 무방사 에지(13) 및 대체로 슬롯의 수평 세그먼트(66)의 전체 길이에 대해 대체로 평행 연장되는 제2 부분(63), 무방사 에지(13)에 대해 대체로 수직 연장되는 제3 선회(turn-around) 부분(64), 및 무방사 에지(13) 및 대체로 슬롯의 수평 세그먼트(66)의 전체 길이에 대해 대체로 평행 연장되는 제4 부분(65)을 포함한다.

도4는 본 발명의 또다른 실시예를 제공하는데, 여기서 금속 방사 소자의 급전 포스트(14) 및 단락 포스트(15)는 서로 직교 배치된다. 즉, 급전 포스트(14)는 방사 소자(72)의 방사 에지(113) 상에 위치되고, 단락 포스트(15)는 방사 소자(72)의 측면 에지(무방사 에지)(73) 상에 위치된다.

또한, 단락 포스트(15) 및 방사 소자(72) 내에 있는 Ｌ-형 슬롯(71)의 개방 단부(70) 양쪽 모두는 PIFA의 방사 소자(72)의 좁은 측면 에지(무방사 에지)(73) 상에 위치된다. 도4에 있어서, 무방사 에지(73)가 방사 소자(72)의 좁은 치수를 따라 연장된다는 것에 주목하라.

도4의 Ｌ-형 슬롯(71)은, 슬롯의 개방 단부(70)가 방사 소자(72)의 좁은 치수에 위치된다는 것을 제외하고는 도2의 Ｌ-형 슬롯(41)과 대체로 유사하다.

본 발명의 전술된 실시예에서와 같이, Ｌ-형 슬롯(71) 내에 배치되는 금속 세그먼트(74)는 Ｌ-형 슬롯(71)의 개방 단부(70)에서 또는 그 근처에서 방사 소자(72)에 접속된다.

도2에 대하여 전술된 바와 같이, 금속 세그먼트(74)는 방사 소자(72)와 동일평면 상에 있고, 금속 세그먼트(74)는 방사 소자(72) 내에 있는 대체로 Ｌ-형인 슬 롯(71)의 수평 세그먼트를 따라 지그재그형으로 진행하는(meander) 경로를 따른다.

방사 소자(72)의 좁은 치수를 따르는 Ｌ-형 슬롯(71)의 개방 단부(70)의 배치 뿐만 아니라 급전 포스트(14) 및 단락 포스트(15)의 직교 배치는, 폭이 약 35㎜이고, 길이가 75㎜인 접지면 상에, 폭이 약 33㎜이고, 길이가 약 13㎜인 방사 소자(72)를 갖는 AMPS 대역 PIFA의 설계에 이용되었고, 여기서 PIFA의 높이는 약 4.5㎜이다.

도1 내지 도4에 도시된 바와 같은 본 발명의 이전 실시예에 있어서, PIFA의 금속 방사 소자의 슬롯 영역 내에 단일 금속 세그먼트가 제공되고, 이 금속 세그먼트는 방사 소자의 확장부로서 형성된다.

도5는 본 발명의 제5 실시예를 제공하는데, 여기서 PIFA의 방사 소자(72) 내에 형성되는 대체로 Ｌ-형인 슬롯(71) 내에 2개의 분리된 금속 세그먼트(78 및 79)가 제공된다. 이들 2개의 금속 세그먼트(78 및 79)는 Ｌ-형 슬롯(71)의 수평 세그먼트의 대향 측면(80 및 81)에서 방사 소자(72)에 접속된다.

방사 소자(72)의 2개의 확장부를 형성하게 되는 슬롯(71) 내에 2개의 분리된 금속 세그먼트(78 및 79)의 형성은 PIFA의 설계에 있어 부가적인 자유도(degree of freedom)를 제공한다. 2개의 금속 세그먼트(78 및 79)의 각각의 전체 수평 길이는 PIFA의 공진 주파수를 제어하는데 반대 효과를 제공하는 것으로 보여진다.

본 발명의 도5의 실시예를 이용하여, 약 35㎜ 폭 및 약 75㎜ 길이의 금속 접지면을 갖고, 약 33㎜의 폭, 약 13㎜의 길이 및 약 4.5㎜의 높이를 갖는 AMPS 대역 PIFA가 구성되었고, 이 PIFA는 용량성 장하 소자를 필요로 하지 않으며, 이는 방사 소자(72)를 접지면 쪽으로 그 에지의 일부를 따라 하향으로 굽힐 필요가 없다는 것을 내포한다.

도5에 도시된 바와 같은 PIFA의 방사 소자(72)의 복합 조립체가 급전 포스트(14) 및 단락 포스트(15)를 가지면서 도6에 도시되는데, 여기서 점선(82 및 83)은 급전 포스트(14) 및 단락 포스트(15)가 하향으로 굽혀지는 위치를 나타내어, 급전 포스트의 단부(84)는 PIFA의 접지면 상에 위치되고, 단락 포스트(15)의 단부(85)는 물리적으로 접촉되어(engage), 접지면에 전기적으로 접속된다.

본 발명의 다른 실시예에서와 같이, 도6에 도시된 복합 조립체는 2-샷 몰딩 또는 금속 도금된 플라스틱 기술(metal plated plastic technique) 중 어느 한 쪽을 이용하여 형성되는 것이 이상적이고, 이 복합 조립체는 또한 통상적으로 지그재그형(meander-line type) 안테나에 이용된 형태의 가요성 보드(flex board) 상에 형성될 수 있다.

도1 내지 도6에 도시된 본 발명의 PIFA 설계의 실시예는 PIFA의 방사 소자 내에 단일 Ｌ-형 슬롯의 사용을 포함한다. 단일 급전, 이중 대역 PIFA에 있어서, 이 단일 Ｌ-형 슬롯 구성은 하위 또는 상위 공진 대역의 독립적인 튜닝 제어의 어려움 또는 결여와 같은 단점을 가질 수도 있다.

도7에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, PIFA의 방사 소자(100)의 구성이 도시되는데, 여기서 2개의 선형 또는 직선 슬롯(101 및 102)은 방사 소자의 무방사 에지(103)로부터 대체로 수직 연장되고, 이 무방사 에지는 또한 단락 포스트(15) 및 급전 포스트(14)를 포함한다. 본 발명의 이 실시예는 단일 급전 PIFA의 하위 및 상위 공진 대역의 튜닝에 있어서 상대적으로 독립적인 제어의 이점을 제공한다.

2개의 개별 슬롯(101 및 102)의 길이 및 무방사 에지(103)를 따르는 이들 2개의 개별 슬롯의 위치는 다른 공진 대역은 거의 영향을 끼치지 않으면서 하나의 특정 공진 대역에만 튜닝 효과를 제공한다.

선형 슬롯(101) 내에 지그재그형 금속 방사 소자 세그먼트(104)를 제공하고, 선형 슬롯(102) 내에 선형인 금속 방사 소자 세그먼트(105)를 제공하는 전술된 발명의 개념은 또한 방사 소자 내에 하나 이상의 슬롯을 갖는 이중 대역 또는 다중 대역 PIFA로 확장될 수 있는데, 여기서 이들 양쪽 모두(104, 105)는 방사 소자(100)의 확장부의 역할을 한다.

도7의 단일 급전, 다중 대역 PIFA는 본 발명의 도1 내지 도6의 실시예의 모든 새롭고 비범한 품질을 제공하고, 부가적으로 도7의 PIFA 실시예는 슬롯(101 및 102)의 크기 및 위치의 선택에 의해 PIFA의 하위 및 상위 주파수 대역의 튜닝에 있어서 상대적으로 독립적인 제어의 바람직한 특징을 제공한다.

개별 슬롯(101 및 102) 내에 형성되는 금속 방사 소자 세그먼트(104 및 105)의 길이 및 프로파일은 개별 공진 대역에만 영향을 끼친다.

2개의 슬롯(101 및 102) 내에서 세그먼트(104 및 105)가 따르는 경로는 유사할 수도 있고, 또는 유사하지 않을 수도 있다. 즉, 2개의 슬롯(101 및 102)의 각각에서 금속 세그먼트의 경로는 선형이거나 지그재그형일 수 있고, 또는 그 경로는 선형 및 지그재그형 양쪽 모두의 결합일 수도 있다.

또한, 도7에 있어서, 2개의 슬롯(101 및 102)의 개방 단부(106 및 107)가 PIFA의 방사 소자(100)의 무방사 에지(103) 상에 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이것이 요건은 아니다. 즉, 방사 소자(100)의 대향하고 평행한 에지(103 및 109) 상에 개방 단부를 갖는 2개의 슬롯이 제공될 수도 있다.

또한, 도7에 도시된 본 발명의 실시예는, 2개의 직선 슬롯(101 및 102)이 Ｌ-형 슬롯 및 직선 슬롯과 같은 2개의 슬롯 결합 또는 2개의 Ｌ-형 슬롯으로 대체될 수 있는 변형을 포함할 수 있다.

도8에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, 단일 급전, 3중 대역 또는 다중 대역 PIFA의 금속 방사 소자(110)가 도시되어 있다.

도8에 있어서, 방사 소자(110)의 크기, 급전 포스트(14)의 위치, 단락 포스트(15)의 위치, PIFA의 금속 접지면의 크기, 지그재그형 Ｌ-형 슬롯(111)의 크기와 위치 및 PIFA의 높이(즉, 방사 소자(110)와 접지면 사이의 거리)는 PIFA의 이중 공진 주파수를 결정한다.

도8의 PIFA의 부가적인 공진 주파수는 또한 지그재그형 Ｌ-형 슬롯(111) 내에 지그재그형 금속 세그먼트(112)를 형성함으로써 실현된다. 본 발명의 이 실시예에 있어서, 금속 세그먼트(112)는 PIFA의 접지면에 접속되어, 그에 따라 단락된 무급전 소자로서 작동한다.

단락된 무급전 소자(112)의 길이는 (GPS 또는 블루투스와 같은) 실제 관심이 되는 원하는 부가적인 공진 대역을 실현하기 위해 조정될 수 있다.

이중 대역 PIFA의 대체로 Ｌ-형인 슬롯(111) 내에 단락된 무급전 소자(112)의 형성은 PIFA의 종래의 공진 특성을 불량튜닝할(detune) 수도 있다. 방사 소자 (110)의 재-최적화는 PIFA의 종래에 달성된 이중 공진 특성을 회복하는 것이 필요할 수도 있다. 종종, PIFA의 원하는 이중 공진을 실현하기 위해서, 또한 무급전 소자(112)에 의해 제공되는 필요한 부가적인 공진을 보유하기 위해서, 방사 소자(110) 및 단락된 무급전 소자(112)를 튜닝하는데 있어서 교대 전환(alternate turns)을 포함하는 반복적인 설계 사이클이 허가될(warrant) 수도 있다.

본 발명을 설명함에 있어서, 방사 소자의 슬롯 영역으로 방사 소자의 확장부를 배치할 때, 확장부가 방사 소자와 동일평면 상에 있었다고 가정되었다. 이 동일평면성(co-planarity)은 방사 소자의 제조에 비교적 용이한 바람직한 이점을 제공한다.

그러나, 방사 소자의 슬롯 영역으로 방사 소자를 연장하는 개념, 또는 방사 소자의 슬롯 영역으로 분리된 단락된 무급전 소자를 배치시키는 개념은 이 동일평면성을 필요로 하지 않고 구현될 수 있다.

이 일반화된 시나리오에 있어서, 방사 소자와 동일평면 상에 있기 위해 방사 소자의 확장부의 일부분 또는 세그먼트만이 슬롯 영역으로 또는 슬롯 영역을 통해 연장될 필요가 있고, 확장부의 나머지는 PIFA 또는 마이크로스트립 안테나와 같은 평면 안테나의 접지면과 방사 소자 사이에 이용가능한 공간(예를 들어, 도10에서 방사 소자와 접지면 사이에 존재하는 공기-유전체 공간 참조)으로 연장될 수 있다. 이러한 일반화된 설계의 구현은 방사 소자와 접지면 사이에 존재하는 공간으로 방사 소자의 확장부의 동일평면 상에 있는 세그먼트의 연장을 용이하게 하는 슬롯 영역(region)의 면적만을 필요로 한다. 본 발명의 설명을 간결하게 유지하려는 관점 에서, 또한 반복을 방지하려는 관점에서, 방사 소자의 슬롯 내에 위치되는 금속 소자가 방사 소자와 접지면 사이에 존재하는 공간 내에 있는 부분을 포함하는 본 발명의 실시예에 대해 추가적인 상세 설명을 필요로 하지는 않는다.

전술된 바와 같이 본 발명이 상세하게 설명되었지만, 이 상세화된 설명은 본 발명의 사상 및 범위에 대한 제약이 되어서는 안된다는 것이 의도된다.

Claims

접지면;

상기 접지면 상에 이격된 방사 소자;

상기 방사 소자 내에 형성된 측벽을 갖는 슬롯; 및

상기 슬롯 내에, 상기 측벽과 물리적인 접촉없이 위치된 상기 방사 소자의 확장부

를 포함하며,

상기 방사 소자는 에지를 가지며,

상기 슬롯은 상기 에지 상에 위치된 개방 단부 및 상기 방사 소자 내에 위치된 폐쇄 단부를 가지며,

상기 확장부는, 상기 방사 소자에 접속되고, 상기 슬롯의 개방 단부에 인접 위치된 제1 단부를 갖고,

상기 확장부는, 상기 슬롯의 폐쇄 단부에 인접 위치된 제2 단부를 갖는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 확장부의 일부분은 상기 방사 소자와 상기 접지면 사이의 공간 내에 위치되는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 방사 소자를 상기 접지면에 접속시키는 단락 포스트(shorting post)

를 더 포함하는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 확장부의 제2 단부는 상기 방사 소자와 상기 접지면 사이의 공간 내에 위치되는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 에지는 상기 방사 소자의 방사 에지(radiating edge)인

안테나.
제1항에 있어서,

상기 에지는 상기 방사 소자의 무방사 에지(non-radiating edge)인

안테나.
제6항에 있어서,

상기 단락 포스트는 상기 방사 소자의 무방사 에지 상에 위치되는

안테나.
제7항에 있어서,

상기 무방사 에지 상의 급전 포스트(feed post)

를 더 포함하는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 에지는 상기 방사 소자의 방사 에지이고,

상기 방사 에지 상의 급전 포스트

를 더 포함하는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 에지는 선형 에지이고, 상기 슬롯은 상기 선형 에지에 대해 수직 연장되는 제1 부분 및 상기 선형 에지에 대해 평행 연장되는 제2 부분을 가지며, 상기 확장부는 상기 슬롯의 제1 부분을 통해 연장되는 제1 부분을 포함하고, 상기 확장부는 상기 슬롯의 제2 부분을 통해 연장되는 제2 부분을 포함하는

안테나.
제10항에 있어서,

상기 확장부의 제2 부분은 상기 방사 소자와 상기 접지면 사이의 공간으로 추가 연장되는

안테나.
제10항에 있어서,

상기 슬롯의 제2 부분은 상기 선형 에지에 대해 평행 연장되는 경로 내에서 지그재그형으로 진행하고(meander), 상기 확장부의 제2 부분은 상기 선형 에지에 대해 평행 연장되는 경로 내에서 지그재그형으로 진행하는

안테나.
제12항에 있어서,

상기 확장부의 제2 부분은 상기 방사 소자와 상기 접지면 사이의 공간으로 추가 연장되는

안테나.
제10항에 있어서,

상기 슬롯의 제2 부분은 상기 선형 에지에 대해 평행 연장되는 선형 부분이고, 상기 확장부의 제2 부분은 상기 슬롯의 제2 부분을 통해 한 방향으로 연장되는 제1 부분, 상기 슬롯의 폐쇄 단부에 위치되는 선회(turn-around) 부분 및 상기 슬롯의 제2 부분을 통해 제2 방향으로 연장되는 제3 부분을 포함하는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 에지는 상기 방사 소자의 무방사 에지이고,

상기 안테나는,

상기 방사 소자 상의 방사 에지;

상기 방사 에지 상의 급전 포스트; 및

상기 방사 소자를 상기 접지면에 접속시키는 상기 무방사 에지 상의 단락 포스트를 더 포함하는

안테나.
제15항에 있어서,

상기 슬롯은 상기 무방사 에지에 대해 수직 연장되는 선형 부분을 포함하고, 상기 확장부는 상기 슬롯의 선형 부분을 통해 확장되는 것과 같이 지그재그형 경로(meandering path)를 따르는

안테나.
제16항에 있어서,

상기 슬롯은 상기 무방사 에지에 대해 수직 연장되는 선형인 제1 부분 및 상기 슬롯의 제1 부분으로부터 상기 무방사 에지로 평행 연장되는 선형인 제2 부분을 포함하고, 상기 확장부는 상기 슬롯의 선형인 제1 부분을 통해 연장되는 것과 같이 지그재그형 경로를 따르는 제1 부분을 포함하며, 상기 확장부는 상기 슬롯의 제2 부분을 통해 연장되는 것과 같이 상기 확장부의 제1 부분으로부터 선형인 경로를 따라 연장되는 제2 부분을 포함하는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 에지는 상기 방사 소자의 무방사 에지이고,

상기 안테나는,

상기 방사 소자 상의 방사 에지;

상기 방사 에지 상의 급전 포스트; 및

상기 방사 소자를 상기 접지면에 접속시키는 상기 무방사 에지 상의 단락 포스트를 더 포함하며,

여기서, 상기 슬롯은 상기 무방사 에지 상에 위치된 개방 단부 및 상기 방사 소자 내에 위치된 폐쇄 단부를 갖고,

상기 확장부는, 상기 슬롯의 길이의 중간에 제1 부분의 제2 단부를 위치시키기 위해, 상기 슬롯의 개방 단부에 인접한 상기 방사 소자에 접속된 제1 부분을 가지며,

상기 확장부는 상기 제1 부분의 제2 단부에 인접한 상기 방사 소자에 접속된 제1 단부를 갖는 제2 부분을 갖고, 상기 제2 부분은 상기 슬롯의 폐쇄 단부에 인접 위치된 제2 단부를 갖는

안테나.
제18항에 있어서,

상기 확장부의 제1 부분 및 제2 부분은 지그재그형 경로를 따르는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 안테나는 마이크로스트립 안테나 및 평면 역-Ｆ형 안테나(Planar Inverted-F Antenna)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 평면 안테나인

안테나.
제1항에 있어서,

상기 접지면은 금속 접지면을 포함하며;

상기 방사 소자는 상기 접지면으로부터 이격된 금속 방사 소자를 포함하며;

상기 확장부는, 상기 슬롯 내에, 상기 측벽과 물리적인 접촉없이 위치된 금속 소자

를 포함하는 안테나.
제21항에 있어서,

상기 금속 소자는 상기 접지면에 접속되는

안테나.
제22항에 있어서,

상기 접지면 및 상기 방사 소자는 서로 평행 연장되는 평면 부재이고, 상기 금속 소자의 적어도 일부분은 상기 방사 소자와 동일평면 상에 있는

안테나.
제23항에 있어서,

상기 금속 소자의 일부분은 상기 방사 소자와 상기 접지면 사이의 공간 내에 위치되는

안테나.
제23항에 있어서,

상기 슬롯은 길이 치수를 포함하며, 상기 금속 소자는 상기 슬롯의 길이 치수보다 긴 유효 길이 치수를 갖기 위해 상기 슬롯의 길이를 따라 지그재그형으로 진행하는

안테나.
제25항에 있어서,

상기 방사 소자를 상기 접지면에 접속시키는 단락 포스트

를 더 포함하는 안테나.
제21항에 있어서,

상기 금속 소자는 상기 방사 소자에 접속되는

안테나.
제27항에 있어서,

상기 접지면 및 상기 방사 소자는 서로 평행 연장되는 평면 부재이고, 상기 금속 소자의 적어도 일부분은 상기 방사 소자와 동일평면 상에 있는

안테나.
제28항에 있어서,

상기 금속 소자의 일부분은 상기 방사 소자와 상기 접지면 사이의 공간 내에 위치되는

안테나.
제29항에 있어서,

상기 슬롯은 길이 치수를 포함하며, 상기 금속 소자는 상기 슬롯의 길이 치수보다 긴 유효 길이 치수를 갖기 위해 상기 슬롯의 길이 치수를 따라 지그재그형으로 진행하는

안테나.
제30항에 있어서,

상기 방사 소자를 상기 접지면에 접속시키는 단락 포스트

를 더 포함하는 안테나.
제21항에 있어서,

상기 안테나는 마이크로스트립 안테나 및 평면 역-Ｆ형 안테나로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는

안테나.
제1항에 있어서,

상기 안테나는,

상기 방사 소자를 상기 접지면에 접속시키는 단락 포스트를 더 포함하며;

상기 방사 소자는 에지를 가지며,

상기 슬롯은,

측벽, 상기 에지 상에 위치되는 개방 단부 및 상기 방사 소자 내에 위치되는 폐쇄 단부를 갖는 제1 슬롯; 및

측벽, 상기 제1 슬롯의 개방 단부로부터 이격되는 위치에서 상기 에지 상에 위치되는 개방 단부 및 상기 방사 소자 내에 위치되는 폐쇄 단부를 갖는 제2 슬롯;

을 가지며,

상기 확장부는,

상기 제1 슬롯의 개방 단부에서 상기 제1 슬롯에 들어가고, 상기 제1 슬롯의 측벽과 물리적으로 접촉하지 않고 상기 개방 단부로부터 상기 제1 슬롯의 폐쇄 단부까지 상기 제1 슬롯의 길이를 따라 연장되는 상기 방사 소자의 제1 확장부; 및

상기 제2 슬롯의 개방 단부에서 상기 제2 슬롯에 들어가고, 상기 제2 슬롯의 측벽과 물리적으로 접촉하지 않고 상기 개방 단부로부터 상기 제2 슬롯의 폐쇄 단부까지 상기 제2 슬롯의 길이를 따라 연장되는 상기 방사 소자의 제2 확장부

를 포함하는 안테나.
제33항에 있어서,

상기 방사 소자의 제1 확장부는 선형 및 지그재그형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 경로를 따르고, 상기 방사 소자의 제2 확장부는 선형 및 지그재그형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 경로를 따르는

안테나.
제34항에 있어서,

상기 안테나는 마이크로스트립 안테나 및 평면 역-Ｆ형 안테나로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는

안테나.
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