KR101122144B1 - 통신 장치를 위한 기계적으로 튜닝 가능한 안테나 - Google Patents

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Abstract

통신 장치에서 이용되기 위한 무선 안테나 조립체는 접지 평면에 근접하게 배치된 안테나 요소를 구비하여 집지 평면과의 물리적 관계를 형성한다. 기계적 장치는 안테나 조립체의 주파수 대역을 변경하거나 또는 안테나 요소의 작동 임피던스를 변화시기 위하여 물리적 관계를 변화시키도록 이용된다. 물리적 관계는 안테나 요소의 형상을 기계적으로 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 안테나 요소가 제 1 방사 요소 및 제 1 방사 요소로부터 옆으로 거리를 두고 배치된 제 1 방사 요소를 포함할 때, 물리적 관계는 거리를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 물리적 목적물이 안테나 요소와 접지 평면 사이에 배치되었을 때, 물리적 관계는 물리적 목적물을 움직이거나 또는 비틀게 함으로써 변화될 수 있다. 그 목적물은 전기적으로 도전성이거나, 유전성이거나 또는 자성(magnetic)일 수 있다.

Description

통신 장치를 위한 기계적으로 튜닝 가능한 안테나{Mechanically tunable antenna for communication devices}
본 발명은 전체적으로 무선 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다양한 주파수 대역들에서 작동 가능하도록 튜닝될 수 있는 안테나에 관한 것이다.
이동 전화기들은 항상 여러 주파수 대역들에 걸쳐 있을 필요가 있는 안테나들을 가진다. 예를 들면, GSM 안테나는 4 개의 대역들을 포괄해야만 할 수 있는데, 예를 들면, GSM 900(880-960 MHz) 및 GSM 1800 (1710-1880 MHz)으로 지칭되는 2 개의 유럽 대역들 및, GSM 850 (824-894 MHz) 및 GSM 1900 (1850-1990 MHz)로 지칭되는 2 개의 미국 대역들을 포괄해야만 한다. 2 개의 상태들 사이에서 튜닝(tuning)될 수 있는 안테나를 제공하는 것이 유리하고 소망스러우며, 예를 들면, 유럽 상태는 GSM 900 및 GSM 1800 을 포괄하고, 미국 상태는 GSM 850 및 GSM 1900 을 포괄한다.
더욱이, 상이한 사용 상황에서 안테나 성능을 최적화시키도록 튜닝될 수 있는 안테나를 제공하는 것이 유리하다. 예를 들면, 이동 전화기 안테나의 임피던스(impedance)는 이동 전화기가 사용자의 머리 옆에 놓이거나 또는 사용자의 손에 의해 덮힐 때 튜닝이 되지 않을 수 있다. 또한, 전화기가 탁자 위에 놓이거나 가방 안에 놓일 때, 또는 전화기의 이동 부품들이 서로에 대하여 상이하게 위치되어 있을 때 안테나의 작동이 변화될 수 있다. 많은 이러한 상황들에서, 안테나는 안테나 성능을 향상시키기 위하여 튜닝을 필요로 할 수 있다.
튜닝 가능 안테나들에 대한 유사한 적용예들은 베이스 스테이션(base station) 안테나, 액세스 포인트(acess point) 및 다른 무선 통신 장치들에서 대해서도 존재한다.
본 발명은 접지 평면과의 관계로 배치된 안테나 요소를 가진 무선 안테나 조립체를 제공한다. 안테나 요소는 접지 평면에 대한 물리적 특성을 가진다. 안테나 요소의 작동 임피던스를 변화시키기 위하여, 또는 안테나 조립체의 주파수 대역을 변경하기 위하여 기계적 장치가 이용되어 물리적 특성을 변화시킨다. 본 발명의 일 구현예에서, 안테나 요소의 형상을 변화시키는 기계적 장치가 이용된다. 다른 구현예에서, 안테나 조립체는 안테나 요소와, 전기적으로 도전성인 부재와 접지 평면 사이의 물리적 특성을 형성하기 위하여 안테나 요소에 근접하게 배치된 금속 스트립(strip), 로드(rod) 또는 플레이트와 같은, 전기적으로 도전성의 부재를 가지며, 기계적 장치가 이용되어 전기적으로 도전성의 부재와 안테나 요소 사이 및/또는 전기적으로 도전성의 부재와 접지 평면 사이의 물리적인 관계를 변화시킨다. 예를 들면, 전기적으로 도전성의 부재와 안테나 요소 사이의 거리를 변화시키도록, 또는 전기적으로 도전성의 부재의 형상을 변화시키도록 기계적 장치가 이용될 수 있다. 안테나 요소와 접지 평면 사이의 커플링(coupling)은 접지 평면의 크기 또는 형상을 변경시킴으로써 변화될 수도 있다.
안테나 조립체가 이동 전화기와 같은 통신 장치에서 이용될 때, 장치 동체의 기계적 구조의 변화는 장치 동체 및 안테나 요소의 커플링 특성을 변화시키도록 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 특징은, 안테나 요소와 접지 평면 사이의 물리적 특성을 형성하는, 접지 평면과의 관계로 배치된 안테나 요소를 가진 무선 안테나 조립체이며, 여기에서 물리적 특성은 기계적으로 변화될 수 있다.
본 발명의 제 2 특징은 통신 장치에서 무선 안테나를 튜닝시키는 방법으로서, 튜닝은 안테나 요소와 접지 평면 사이의 물리적인 관계를 변화시키는 기계적 장치를 이용함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 제 3 특징은 이동 전화기와 같은 통신 장치로서, 여기에서 안테나는 안테나 요소와 접지 평면 사이의 커플링 및/또는 안테나 요소와 장치 동체 사이의 커플링을 변화시킴으로써 기계적으로 튜닝될 수 있다.
본 발명은 도 1a 내지 도 25를 참조하여 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1a 는 본 발명의 하나의 구성에 따른, 기계적으로 튜닝 가능한 안테나의 개략적인 도면이다.
도 1b 는 본 발명의 다른 구성에 따른, 기계적으로 튜닝 가능한 안테나의 개략적인 도면이다.
도 2 는 기계적 장치에 의해서 굽혀질 수 있는 유연성 방사 부분을 가진, 튜닝 가능한 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 3 은 기계적 장치에 의해 회전될 수 있는 가동(movable)의 방사 부분을 가진, 튜닝 가능한 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 4 는 액튜에이터 재료로 덮혀있는 유연성 방사 부분을 가진, 튜닝 가능한 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 5a 는 기계적 장치에 의해서 굽혀질 수 있는 액튜에이터 또는 도전성 플레이트에 전자기적으로 커플링되어 있는 튜닝 가능 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 5b 는 회로 기판의 반대측에 위치된 액튜에이터에 의해 굽혀질 수 있는 도전성 플레이트에 전자기적으로 커플링되어 있는, 튜닝 가능한 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 6 은 기계적 장치에 의해 옆의 방향(lateral direction)으로 이동될 수 있는 도전성 플레이트에 전자기적으로 커플링되어 있는, 튜닝 가능한 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 7 은 기계적 장치에 의해 위 아래로 움직일 수 있는 도전성 플레이트에 전자기적으로 커플링되어 있는, 튜닝 가능한 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 8a 는 기계적 장치에 의해 굽혀질 수 있는 수직 스트립에 전자기적으로 커플링되어 있는 튜닝 가능한 안테나의 평면도를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 8b 는 도 8a 의 튜닝 가능 안테나의 측면도를 도시하는 개략적인 도면이 다.
도 8c 는 기계적 장치에 의해 굽혀질 수 있는 수직 스트립에 전자기적으로 커플링되어 있는 인버티드-F(inverted-F) 안테나의 개략적인 도면이다.
도 9 는 안테나 요소 아래에서 회전(swivel)될 수 있는 도전성 플레이트에 전자기적으로 커플링되어 있는 튜닝 가능 안테나의 개략적인 도면이다.
도 10 은 안테나 요소의 아래에서 옆으로 이동될 수 있는 도전성 플레이트에 전자기적으로 커플링되어 있는 튜닝 가능 안테나의 개략적인 도면이다.
도 11 은 기계적 장치에 의해 옆으로 움직일 수 있는 기생 안테나 요소에 전자기적으로 커플링되어 있는 튜닝 가능 안테나의 개략적인 도면이다.
도 12a 는 나선(helix)에 근접하게 위치된 도전성 부재를 움직임으로써 기계적으로 튜닝되는 헬릭스 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 12b 는 헬릭스 내부의 목적물 또는 로드를 움직임으로써 기계적으로 튜닝되는 헬릭스 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 12c 는 헬릭스의 길이를 변화시킴으로써 기계적으로 튜닝되는 헬릭스 안테나의 개략적인 도면이다.
도 13a 는 극(pole)에 근접하게 위치된 도전성 부재를 움직임으로써 기계적으로 튜닝되는 단극(monopole) 안테나 또는 윕(whip) 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 13b 는 극의 길이를 변화시킴으로써 기계적으로 튜닝되는 단극 안테나 또는 윕 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 14a 는 안테나에 근접하거나 또는 멀어지게 움직일 수 있는 금속 플레이트에 커플링된 세라믹 또는 유전체 공진기 안테나(DRA)의 개략적인 도면이다.
도 14b 는 DRA 에 대한 개략적인 도면으로서, 금속 로드가 접지 평면에 실질적으로 평행한 방향으로 세라믹 블록의 구멍에서 움직일 수 있다.
도 14c 는 DRA 의 개략적인 도면으로서, 금속 로드가 접지 평면에 실질적으로 직각 방향으로 세라믹 블록의 구멍에서 움직일 수 있다.
도 15 는 인버티드-F 안테나의 개략적인 도면으로서, 방사 요소는 단락 핀 및 급전 핀에 대하여 선형의 운동으로 이동될 수 있다.
도 16 은 방사 요소하에 용량성 급전부를 가지는 안테나의 개략적인 도면으로서, 용량성 급전부는 연장 가능한 급전 핀을 통해서 상승될 수 있거나 하강될 수 있다.
도 17a 는 용량성 커플링 플레이트(capacitive coupling plate)가 있는 기생 요소 및 방사 요소를 가진 안테나에 대한 개략적인 도면으로서, 용량성 커플링 플레이트는 하강되거나 상승되거나 또는 옆으로 움직일 수 있다.
도 17b 는 도 17a 의 안테나에 대한 측면도이다.
도 18a 는 급전 위치를 선택하기 위한 활강 가능 급전 로드에 하나 또는 그 이상의 금속 패치(metallic patches)들을 가진 안테나에 대한 개략적인 도면이다.
도 18b 는 활강 가능 급전 로드에 대한 상세도를 도시한다.
도 19a 는 튜닝 가능한 접지 평면에 근접하게 위치된 방사 요소를 가진 안테나의 개략적인 도면이다.
도 19b 는 다른 튜닝 가능 접지 평면에 근접하게 위치된 방사 요소를 가진 안테나의 개략적인 도면이다.
도 20a 는 크램쉘 부분들의 커플링을 변화시키기 위하여 금속 플레이트를 가진 크램쉘 전화기에 대한 개략적인 도면이다.
도 20b 는 활강 가능 부분들의 커플링을 변화시키기 위한 금속 플레이트를 가진 슬라이드 전화기의 개략적인 도면이다.
도 21a 는 전화기가 폐쇄 위치에 있을 때 안테나 요소를 도시하는 접힘 가능 전화기의 개략적인 도면이다.
도 21b 는 전화기가 개방 위치에 있을 때 안테나 요소를 도시하는 접힘 가능 전화기의 개략적인 도면이다.
도 22 는 액튜에이터를 잠그는 한가지 방법을 나타낸다.
도 23a 는 스프링 클램프를 해제시키는 방법을 나타낸다.
도 23b 는 선형 액튜에이터를 잠그는 한가지 방법을 나타낸다.
도 24 는 다중 상태(multi-state) 스프링 클램프를 도시한다.
도 25 는 본 발명의 다양한 구현예들에 따른, 기계적으로 튜닝 가능한 안테나를 가진 이동 전화기의 개략적인 도면이다.
본 발명에 따른, 기계적으로 튜닝 가능한 안테나는 도 2 내지 도 24 에 도시된 바와 같이, 여러 가지 상이한 방식으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 기계적으로 튜닝 가능한 안테나는 도 1a 에 도시된 바와 같이, 방사 요소(radiation element) 또는 안테나 요소의 형상을 변화시키도록 이용되는 기계적 장치에 의해서 튜닝될 수 있다. 대안으로서, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 안테나 요소는 가까이에 위치된 전기 도전성 목적물에 전자기적으로 커플링되고, 도전성 목적물은 기계적 장치에 의해서 안테나 요소에 대한 위치 또는 형상을 변화시키도록 된다. 안테나가 2 개의 근접한 주파수 대역들을 포괄(cover)하도록 이용될 수 있는 이동 전화기에서, 안테나 요소의 형상 및 도전성 목적물의 형상 또는 위치의 변화는 하나의 주파수 대역으로부터 다른 주파수 대역으로 안테나의 공진 주파수들을 변화시키도록 설계된다. 그와 같은 것에 의해, 각각의 주파수 대역은 협소한 주파수 대역폭을 가질 수 있다. 또한, 보다 상세하게는, 안테나의 입력 임피던스(input impedance)를 변화시킴으로써, 공진 주파수를 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 임피던스 정합(impedance match)의 품질, 대역폭 및 방사 효율이 변화되거나 변경될 수 있다. 액튜에이터를 통한 안테나의 변화는 안테나 방사 요소와 접지 평면 사이의 물리적인 관계도 변화시킨다. 이것은 안테나가 전체적으로 접지 평면 배치에 예민하다는 사실에 기인한다. 더욱이, 도 19a 및 도 19b 에 도시된 바와 같이 접지 평면 자체를 조정하는 것도 가능하다. 안테나의 튜닝은 이동 전화기의 상이한 부분들 사이의 커플링 변화 또는 이동 전화기상의 안테나 위치 변화에 의해 달성될 수도 있다.
도 1a 에 도시된 배치에서, 안테나 조립체(1)는 접지 평면(92)을 가진 회로 기판(90)상에 배치되어 있는 안테나 요소(10)를 구비한다. 안테나 요소(10)는 급전 지점(20)에 작동 가능하게 연결된다. 가능하게는, 안테나 요소(10)가 접지 또는 단락 핀(22)에도 연결된다(도 8c, 15 및 도 17b, 18a 참조). 안테나 조립체는 안테나 요소(10)에 근접하게 위치된 하나 또는 그 이상의 기생 방사 요소(parasitic radiating elements, 30)들을 가질 수 있다. 도 1a 에 도시된 바와 같이, 기계적 장치(80)는 안테나 요소(10)의 형상을 변화시키는데 이용된다. 예를 들면, 기계적 장치(80)는 안테나 요소(10)의 일부에 직접 또는 간접적으로 힘을 가하는 가동 샤프트(movable shaft)를 가진 액튜에이터 또는 모터일 수 있다. 그와 같은 것에 의해, 안테나 요소(10)의 일부는 굽힘되거나, 비틀림되거나, 또는 움직일 수 있다. 기계적 장치는 회로 기판(90)에서 안테나 요소(10)와 같은 측에 위치될 수 있거나, 또는 회로 기판의 반대측에 위치될 수 있다.
도 1b 에 도시된 구성에서, 안테나 요소(10)는 안테나 요소(10)에 근접하게 위치된 도전성 또는 유전성(dielectric)/자성(magnetic) 부재(60)에 전자기적으로 커플링된다. 안테나 조립체는 안테나 요소(10)에 근접하게 위치된 하나 또는 그 이상의 기생 방사 요소(parasitic radiating element, 30)를 가질 수 있다. 기계적 장치(80)는 도전성 또는 유전성/자성 부재(60)의 위치 또는 형상을 변화시키도록 이용되어, 필요할 때, 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이의 전자기 커플링을 변화시킨다. 예를 들면, 기계적 장치(80)는 안테나 요소(10)의 일부에 직접 또는 간접적으로 힘을 가하는 가동 샤프트를 가진 액튜에이터 또는 모터일 수 있다. 그와 같은 것에 의해, 안테나 요소(10)의 일부는 굽힘되거나, 비틀림되거나 또는 움직일 수 있다. 기계적 장치는 회로 기판(90)에서 도전성 또는 유전성/자성 부재(60)와 같은 측에 위치될 수 있거나, 또는 회로 기판의 반대측에 위치될 수 있다.
도 1a 에 도시된 배치에 따른 기계적 튜닝은 도 2, 도 3, 도 4, 도 12c 및 도 13b 에 도시되어 있다. 도 1b 에 도시된 배치에 따른 기계적인 튜닝은 도 5a,도 5b, 도 6, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 9, 도 10 및 도 16 에 도시되어 있으며, 여기에서 근접한 도전성 또는 유전성/자성 요소의 변화는 안테나 요소(10)와 접지 평면 사이의 커플링(coupling)을 변화시키도록 설계된다. 기생 요소가 안테나 요소에 근접하게 위치되었을 때, 기계적인 튜닝은 도 11 에 도시된 바와 같이 안테나 요소와 기생 요소 사이의 커플링을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 도 12a, 도 12b, 도 13a, 도 14a-14c, 도 15, 도 17a 및 도 17b 에서, 안테나 요소와 접지 평면 사이의 커플링 및/또는 안테나 요소와 기생 요소 사이의 커플링은 안테나 요소에 대하여 전기적 도전성 또는 유전성/자성 부재를 움직임으로써 변화될 수 있다.
도 2 는 유연성 방사 부분(11)에 연결된 안테나 요소(10)를 가진 안테나를 개략적으로 나타낸 것이다. 유연성 방사 부분(11)의 단부 팁(end tip)을 미는 액튜에이터(62)를 이용하여, 유연성 방사 부분(11)의 단부 팁은 접지 평면(92)에 대하여 위 아래로 움직일 수 있다.
대안으로서, 안테나 요소(10)는 피봇 지점에서 회전될 수 있는 단부 부분(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 단부 부분(12)을 미는 액튜에이터를 이용하여, 단부 부분(12)은 도 3 에 도시된 바와 같이 피봇 지점을 중심으로 회전될 수 있다.
도 4에서, 안테나 요소의 단부 부분은 안테나 요소(10)의 형상을 변화시키기 위한 액튜에이터 요소(62)에 의해 부분적으로 덮힌다. 액튜에이터 요소(62)의 폭은 안테나 요소(10)의 폭과 같거나 또는 상이할 수 있다.
도 2 내지 도 4에서, 안테나 요소(10)의 형상은 적어도 부분적으로 공진 주파수 대역 또는 대역들을 결정한다. 안테나 요소(10)의 형상을 변화시키는 것은 공진 주파수에 영향을 미치는 안테나의 물리적 특성을 변화시킨다. 형상 변화의 범위는 적용시에 소망되는 주파수 변경에 의해서 정해진다. 예를 들면, 최초 형상의 안테나 요소가 제 1 상태에서의 공진을 제공하도록 설계된다면, 변경된 형상에서의 안테나 요소는 제 2 상태의 공진을 제공한다. 이들 2 가지 상태들중 하나는 GSM 900 (880-960 MHz) 및 GSM 1800 (1710-1880 MHz) 의 유럽 대역들을 포괄하도록 설계될 수 있다. 다른 상태는 예를 들면, GSM 850 (824-894 MHz) 및 GSM 1900 (1850-1990 MHz)의 미국 대역들을 포괄하도록 설계될 수 있다. 본 발명은 결코 GSM 대역들에만 제한되지 않으므로, 다른 대역들 또는 프로토콜들, 예를 들면, CDMA, PDC, WCDMA, BLUETOOTH, WLAN, HLAN, GPS, WiMax, UWB, FM, RFID, DVB-H, DRM, DAB, AM 및 다른 셀 방식(Cellular) 또는 셀 방식이 아닌(Non-Cellular) 무선 시스템을 포괄하도록 소망될 수 있다.
도 5a 내지 도 10 에서, 안테나 요소(10)의 형상은 튜닝 과정에서 변화되지 않는다. 안테나 요소(10)는 근접한 도전성 요소에 전자기적으로 커플링되고, 도전성 요소의 형상은 기계적 장치에 의해 변화되지 않는다. 도 5a 에 도시된 바와 같이, 도전성 요소는 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이에 배치된 액튜에이터(62)이다. 액튜에이터(62)는 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이의 커플링을 변화시키기 위하여 굽혀지게 된다. 액튜에이터(62)는 도 5b 에 도시된 바와 같이 접지 평면(92)의 다른 측에 배치될 수도 있다. 그러한 경우에, 동체(52)가 액튜에이터(62)에 의해 굽혀지게 될 수 있도록, 금속 플레이트 또는 유전성/자성 동체(52)는 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이에 배치되고, 동체(52)는 핀(64)에 의해 액튜에이터(62)에 연결된다.
도 6 에 도시된 바와 같은 상이한 구현예에서, 금속 플레이트 또는 유전성/자성 동체(52)는 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이의 커플링을 변화시키도록 접지 평면(92)에 실질적으로 평행한 방향으로 기계적 장치에 의해 옆으로(laterally) 이동된다. 도 7 에 도시된 다른 구현예에서, 금속 플레이트 또는 유전성/자성 동체(52)는 커플링을 변화시키기 위한 기계적 장치에 의해서 위 아래로 움직인다.
도 8a 내지 도 8c 에 도시된 구현예에서, 수직의 금속 스트립(62)은 액튜에이터로서 이용되고 안테나 요소(10)에 근접하게 배치된다. 안테나 요소는 급전 핀(20)을 가지고 가능하게는 단락 핀(22)을 가진다. 도 8a 에 도시된 바와 같이, 액튜에이터(62)가 하나의 상태에 있을 때 액튜에이터의 일부는 안테나 요소(10)의 아래에 위치된다. 다른 상태에 있을 때, 액튜에이터는 안테나 요소(10)로부터 벗어나 밖으로 굽혀진다. 또 다른 상태에 있을 때, 액튜에이터의 큰 부분이 안테나 요소의 아래에 위치되도록 액튜에이터는 안으로 굽혀진다. 도 8b 및 도 8c 는 안테나 요소(10) 및 접지 평면(92)에 대한 액튜에이터(62)의 위치를 도시하는 측면도이다.
안테나 요소(10)는 접지 핀(22)을 가지거나 또는 가지지 않는 평탄한 안테나의 일부일 수 있다. 접지 핀(22)이 없다면, 도 8c 에 도시된 바와 같이, 안테나 요 소(10)는 인버티드-L 안테나(inverted-L antenna; ILA)의 일부이다. 접지 핀(22)이 있다면, 안테나 요소(10)는 도 8c 에 도시된 바와 같이 인버티드-F 안테나(IFA)의 일부이다. 안테나 요소(10)는 정상적인 인버티드-L 또는 인버티드-F 안테나로서의 협소한 스트립일 수 있거나, 또는 평탄한 인버티드-L 안테나(planar inverted-L antenna; PILA)) 또는 평탄한 인버티드-F 안테나(PIFA)의 경우에서와 같이 넓은 플레이트일 수 있다.
도 9 및 도 10 은 본 발명의 2 가지 상이한 구현예들을 도시하며, 여기에서는 금속 플레이트 또는 유전성/자성 동체가 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이에 배치되고, 금속 플레이트 또는 유전성/자성 동체의 일부는 옆으로 이동되어서 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이의 커플링을 변화시킨다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 금속 플레이트 또는 유전성/자성 동체(54)는 피봇 지점에 회전 가능하게 장착됨으로써 그것이 기계적 장치에 의해 변화될 수 있다. 동체(54)는 모터, 소용돌이형 굽힘(curled bending) 액튜에이터 또는 선형 액튜에이터에 의해 회전될 수 있다.
도 10 에 도시된 바와 같이, 금속 플레이트 또는 유전성/자성 동체(55)는 액튜에이터, 모터 또는 다른 기계적 장치로써 하나 또는 그 이상의 방향들로 옆으로 이동된다. 더욱이, 동체(55)는 접지 평면에 수직인 방향으로 움직일 수 있거나 또는 접지 평면(92)과의 각도를 형성하도록 틸트(tilt)될 수 있다.
도 11 에 있어서, 금속 플레이트(56)는 안테나 요소(10)에 전자기적으로 커플링된 기생 요소로서 이용된다. 기생 요소는 기생 요소와 안테나 요소(10) 사이의 거리를 변화시키기 위하여 기계적 장치에 의해서 옆으로 변화될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 헬릭스 안테나(helix antenna)를 기계적으로 튜닝시키는 일부 방법들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 헬릭스 안테나는 접지 평면(92)에 커플링된 헬리컬 도전성 요소(10)를 가진다. 그러한 헬릭스 안테나를 튜닝시키기 위하여, 금속성 또는 유전성/자성 로드(rod) 또는 플레이트(57)가 커플링을 위하여 헬리컬 요소(10)에 근접하게 배치된다. 금속성 또는 유전성/자성 로드 또는 플레이트(57) 사이의 거리는 도 12a에 도시된 바와 같이 커플링을 변화시키기 위한 기계적 장치에 의해 변화될 수 있다. 상이한 구현예에서, 금속성 또는 유전성/자성 목적물(58)은 적어도 부분적으로 헬리컬 요소(10)의 내부에 배치된다. 기계적 장치는 도 12b 에 도시된 바와 같이 헬릭스 축에 실질적으로 평행한 방향을 따라서 목적물(58)을 움직이도록 이용된다. 대안으로서, 헬리컬 요소(10)의 물리적 특성은 기계적 장치를 이용하여 헬리컬 요소(10)를 신장시키거나 또는 압축시킴으로써 변화될 수 있다.
도 13a 및 도 13b 는 단극(monopole) 또는 윕(whip) 안테나를 기계적으로 튜닝시키는 일부 방법을 나타낸다. 도 13a 에 도시된 바와 같이, 금속 또는 유전성/자성 플레이트 또는 로드(59)는 커플링을 위한 선형 안테나 요소(10)에 근접하게 배치된다. 플레이트 또는 로드(59)와 안테나 요소(10) 사이의 거리는 커플링을 변화시키기 위하여 기계적 장치에 의해 증가되거나 감소될 수 있다. 대안으로서, 플레이트 또는 로드(59)는 기계적 장치에 의해 굽혀지거나 또는 틸트될 수 있다. 도 13b 에 도시된 바와 같이, 선형 안테나 요소(10)는 길이를 조절하도록 모터로 움직 여질 수 있는 망원경식 윕(telescopic whip)이다. 동일한 장치가 2 중극(bipoles)과 같은 다른 안테나 유형들에 적용될 수도 있다.
도 14a 내지 도 14c 는 본 발명의 일부 구현예들에 따라서, 전기적으로 비도전성인 블록 및 가능하게는 도전성 부분들을 포함하는 세라믹 또는 유전성 공진기 안테나(dielectric resonator antenna;DRA, 10)를 기계적으로 튜닝하는 일부 방법들을 도시한다. 도 14a 에 도시된 바와 같이, 금속 또는 유전성/자성 플레이트 또는 로드(58)는 커플링을 위해서 안테나 요소(10)에 근접하게 배치된다. 금속 또는 유전성/자성 플레이트 또는 로드(58)는 기계적 장치에 의해 움직일 수 있어서 안테나 요소(10)와 플레이트 또는 로드(58) 사이의 거리가 증가되거나 또는 단축될 수 있다. 도 14b 에 도시된 바와 같이, 금속 또는 유전성/자성 로드(59)가 구멍을 통해서 세라믹 블록 안으로 삽입되어 안테나 요소(10)의 물리적 특성을 변화시킬 수 있다. 로드(59)의 삽입 깊이는 접지 평면(92)에 실질적으로 평행한 움직임의 방향에 의해 조절될 수 있다. 대안으로서, 로드(59)의 삽입 깊이는 도 14c 에 도시된 바와 같이 접지 평면에 실질적으로 수직인 움직임의 방향에 의해 조절될 수 있다. 로드(59)는 접지 평면(92)에 대하여 상이한 각도들에서 안테나 요소(10) 안으로 삽입될 수 있다는 점이 주목되어야 한다.
인버티드-F 안테나에서, 안테나 요소(10)는 급전 핀(20) 및 단락 핀(22)에 작동 가능하게 연결된다. 본 발명의 일 구현예에서, 안테나 요소(10)와 핀(20,22)들 사이의 전기적인 접촉들은 고정되지 않는다. 인버티드-F 안테나를 기계적으로 튜닝시키기 위하여, 기계적 장치는 도 15 에 도시된 바와 같이 단락 및 급전 핀들 에 대하여 옆 방향으로 안테나 요소(10)를 변화시키도록 이용된다. 마찬가지의 장치가 접지용 핀을 가지지 않는 인버티드-L 안테나에 적용될 수도 있다.
본 발명의 상이한 구현예에서, 안테나는 용량성 급전 플레이트(capacitive feed plate)를 조절함으로써 기계적으로 튜닝된다. 도 16 에 도시된 바와 같이, 용량성 급전 플레이트(63)는 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이에 배치된다. 용량성 급전 플레이트(63)는 연장 가능한 급전 핀(23)에 연결되어, 용량성 급전 플레이트(63) 사이의 거리는 연장 가능한 급전 핀(23)의 길이를 변화시킴으로써 기계적으로 조절될 수 있다. 이러한 장치에서, 접지 핀(22)은 선택적이다. 급전 핀은 안테나 요소(10)에 대한 그것의 위치를 변화시키도록 연장되거나, 늘려지거나, 또는 당겨질 수 있다. 상이한 구현예에서, 안테나 요소(10)와 금속 기생 요소(30) 사이의 용량성 커플링은 도 17a 및 도 17b 에 도시된 바와 같이 안테나 요소(10)와 기생 요소(30) 사이의 금속 플레이트(66)의 배치를 조절함으로써 변화될 수 있다. 금속 플레이트(66)는 안으로, 밖으로, 위로 그리고 아래로 움직일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 안테나는 활강 가능 용량성 또는 갈바닉 연결부(slidable capacitive or galvanic connector)를 이용하여 기계적으로 튜닝된다. 도 18a 에 도시된 바와 같이, 안테나 요소(10)는 접지 평면(92)으로의 단락 핀(22)에 연결될 수 있다. 금속 부분(15)들의 열(row)은 안테나 요소(10)에 고정되게 부착된다. 활강 가능 용량성 또는 갈바닉 연결부(160)는 안테나 요소(10)에 대한 용량성 급전 또는 갈바닉 급전을 제공하도록 이용된다. 도 18b 에 도시된 바와 같이, 연결부(160)는 절연 재료로 제작된 로드 및 급전 케이블(24)에 연결된 전기적으로 도전성 코어를 구비한다. 연결부(160)는 로드 표면상에 있는 하나 또는 그 이상의 금속 패치(metal patch, 64)들을 더 포함하는데, 각각의 패치는 도전성 코어에 전기적으로 연결된다. 연결부(160)는 금속 장치에 의해 움직일 수 있어서 하나 또는 그 이상의 금속 패치들이 하나 또는 그 이상의 금속 부분(15)들과 접촉하게 되어 상이한 접촉 지점들에서 안테나 요소(10)에 갈바닉 급전을 제공할 수 있다. 대안으로서, 연결부(160)는 금속 부분들에 근접하게 배치되어 안테나 요소(10)에 용량성 급전을 제공한다.
안테나의 튜닝은 도 19a 및 도 19b 에 도시된 바와 같이 접지 평면을 기계적으로 튜닝함으로써 달성될 수도 있다. 도 19a 에 도시된 바와 같이, 금속 스트립(192)과 같은 유연성 튜닝 요소는 접지 평면(92)의 섹션(section)에 위치된다. 금속 스트립(192)의 형상은 안테나 요소(10)와 접지 평면(92) 사이의 커플링을 변화시키도록 기계적 장치에 의해 굽혀질 수 있다. 상이한 구현예에서, 도 19b 에 도시된 바와 같이, 접지 평면(92)은 슬롯(93)을 가지고, 활강 가능 금속 플레이트(193)는 기계적 장치에 의해 슬롯(93)의 작동 및 물리적 특성을 변화시키도록 될 수 있다.
안테나의 튜닝은 예를 들면 이동 전화기의 상이한 장치 부분들 사이의 커플링을 변화시킴으로써 달성될 수도 있다. 기계적인 힌지에 의해 서로 회전 가능하게 커플링되고 유연성 연결부(210)에 의해 전기적으로 연결된 상부 부분(202) 및 하부 부분(204)을 가진 크램쉘 전화기(clamshell phone, 200)에서, 기계적으로 움직일 수 있는 금속 플레이트(67)는, 도 20a 에 도시된 바와 같이, 부분들 사이의 커플링 을 변화시키기 위하여 상부 부분과 하부 부분에 근접하여 배치된다. 유연성 연결부(212)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있는, 활강 가능 상부 부분(206) 및 하부 부분(206)을 가진 슬라이드 전화기(201)에서, 금속 플레이트 또는 유전성/자성 대상체(69)는 상부 부분과 하부 부분 사이에 배치된다. 대상체(69)는 부분들 사이의 커플링을 변화시키기 위하여 여러 방향으로 기계적으로 변화될 수 있다.
도 20a 및 도 20b 에 도시된 크램쉘 전화기(200) 및 슬라이드 전화기(201)에서, 상부 부분과 하부 부분 사이의 상대적인 움직임은 안테나 요소의 위치를 변화시키도록 이용될 수 있다. 예를 들면, 도 21a 에 도시된 크램쉘 전화기(200)에서, 전화기가 폐쇄된 위치에 있을 때 안테나 요소의 길이 방향 축이 힌지(211)에 실질적으로 평행하도록 안테나 요소(10)의 방향이 정해진다. 전화기가 개방 위치에 있을 때, 전화기의 주파수 대역들을 변화시키거나, 또는 안테나 요소의 작동 임피던스를 변화시키기 위하여 안테나 요소(10)의 배향을 변화시키도록 스프링(230)과 같은 기계적 장치를 이용할 수 있다. 예를 들면, 안테나 요소의 길이 방향 축이 실질적으로 힌지(211)에 수직이도록, 안테나 요소(10)가 그것의 방향을 변화시키게 될 수 있다.
기계적으로 튜닝된 안테나의 물리적인 특성의 변화를 이루도록 하기 위하여 액튜에이터가 굽혀지게 되는 구현예들에서, 액튜에이터의 위치를 변화시키는 기계적 장치에 대한 연속적인 전류 공급의 필요성을 제거하면서 안테나의 특정한 튜닝 위치를 유지하기 위하여, 액튜에이터의 하나 또는 2 개의 위치들이 잠길 수 있는 것이 소망스럽고 유리하다. 예를 들면, 액튜에이터(62)가 굽혀졌을 때, 도 22 에 도시된 바와 같이 액튜에이터(62)(도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 8a 참조)는 스프링 클램프(82)에 의해 잠금 위치에 유지될 수 있다. 스프링의 휴지 위치(rest position)로 복귀시키도록, 음의 전압(negative voltage)이 액튜에이터를 아래로 움직이기 위하여 인가될 수 있어서 액튜에이터의 팁은 스프링 클램프(82)를 벗어나서 미끄러진다. 스프링 클램프(82)는 도 23a 에 도시된 바와 같이 다른 액튜에이터 또는 모터에 의해 움직여질 수도 있어서 잠겨 있는 액튜에이터를 해제시킨다. 도 23b 는 스프링 클램프(82)가 선형 액튜에이터(89)의 움직임을 잠그도록(lock) 어떻게 이용될 수 있는가를 나타낸다. 액튜에이터에 대한 2 개 또는 그 이상의 잠금 위치를 가지는 것이 소망스러울 때, 예를 들면 도 24 에 도시된 바와 같은 다중 상태(multi-state) 스프링 클램프(83)가 이용될 수 있다. 대안으로서, 2 개의 상이한 상태들에서 잠기는 이중 안정 재료(bi-stable materials)가 이용될 수 있으며, 그에 의해서 그 어떤 잠금 메카니즘에 대한 필요성도 없어진다.
본 발명의 다양한 구현예들에 따른 기계적으로 튜닝 가능한 안테나는, 동일한 안테나가 상이한 주파수 대역들을 포괄하는데 이용될 수 있도록 이동 전화기에서 이용될 수 있다. 도 25 는 그러한 이동 전화기의 개략적인 도면이다. 도 25 에 도시된 바와 같이, 이동 전화기(300)는 회로 기판(90)을 수용하는 상부 부분(312) 및 하부 부분(314)을 가진다. 이동 전화기(300)는 상부 부분(330)에 배치된 디스플레이 모듈(320) 및 키이패드(330)를 포함한다. 이동 전화기(300)는 기계적으로 튜닝 가능한 안테나를 가지는데, 이것은 회로 기판(90)상에 배치된 안테나 요소(10)를 포함한다. 기계적 장치(80)는 안테나의 튜닝을 위하여 안테나 요소(10)의 물리 적 특성을 변화시키도록 안테나 요소(10)에 근접하여 배치된다. 이동 전화기(300)는 회로 기판상에 신호 프로세서(93) 및 RF 전방 단부(91)를 포함한다. 안테나 요소(10)는 기계적 장치에 의해서 그 형상을 변화시키도록 될 수 있다. 대안으로서, 기계적 장치는 안테나 요소와 근접한 목적물 사이의 커플링을 변화시키도록 이용된다.
튜닝을 위해서 안테나 요소에 근접하게 배치된 금속 플레이트는 예를 들면 액튜에이터 또는 모터를 이용함으로써 굽혀질 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 그러나, 금속 플레이트가 액튜에이터와 함께 굽혀질 수 있도록 금속 플레이트는 액튜에이터에 의해 덮힐 수 있다. 더욱이, 안테나 요소와 금속 플레이트 사이의 커플링은 가변적인 두께를 가진 액튜에이터 또는 가변적인 크기 및 형상을 가진 액튜에이터를 이용함으로써 변화될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 이동 전화기와 같은 통신 장치에서 이용되는 무선 안테나를 튜닝하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은, 적어도 하나의 방사 요소를 가진 무선 안테나에서, 무선 안테나의 주파수 대역을 변화시키기 위하여 또는 방사 요소의 작동 임피던스를 변화시키기 위하여, 접지 평면에 대한 방사 요소의 물리적 특성을 변화시키는 기계적 장치를 이용한다. 일부 구현예들에서, 본 발명의 방법은 방사 요소의 형상을 변화시키는 기계적 장치의 이용을 포함한다. 다른 구현예들에서, 기계적 장치는 방사 요소와 그 물리적 목적물 사이의 커플링을 변화시키기 위하여 그리고/또는 방사 요소와 접지 평면 사이의 커플링을 변화시키기 위하여, 방사 요소에 근접하게 배치된 물리적 목적물 또는 부재를 변화시키는 기계적 장치가 이용된다. 물리적 목적물은 전기적으로 도전성의 스트립(strip), 로드(rod) 또는 플레이트(plate)일 수 있거나, 또는 유전성 또는 자성 재료로 제작될 수 있다. 2 개 또는 그 이상의 장치 부분들을 가진 통신 장치에서, 장치 부분들의 상대적인 위치는 사용자에 의해서 기계적으로 변화될 수 있고, 상대적인 위치 변화는 안테나의 물리적 특성에 영향을 미치는데 이용될 수 있다.
이동 전화기들은 항상 여러 주파수 대역들을 포괄하는데 필요한 안테나들을 가진다. 예를 들면, GSM 안테나는 4 개의 대역들을 포괄해야만 할 수 있으며, 즉, GSM 900(880-960MHz) 및 GSM 1800(1710-1880MHz) 로 지칭되는 2 개의 유럽 대역들 및, GSM 850 (824-894 MHz) 및 GSM 1900 (1850-1990 MHz) 로 불리우는 2 개의 미국 대역들을 포괄해아만 할 수 있다. 2 개의 상태들 사이에서 튜닝될 수 있는 안테나를 제공하는 것이 유리하고 바람직스러울 수 있으며, 예를 들면, 유럽의 상태에서는 GSM 900 및 GSM 1800을 포괄하고 US 상태에서는 GSM 850 및 GSM 1900을 포괄하는 것이다. 다른 대역 또는 프로토콜을 포괄하는 것이 소망스러울 수 있으며, 예를 들면, CDMA, PDC, WCDMA, BLUETOOTH, WLAN, HLAN, GPS, WiMax, UWB, FM, RFID, DVB-H, DRM, DAB, AM 및 다른 셀 방식 무선 시스템 및 여기에서 언급되지 않은 셀 방식이 아닌 무선 시스템들을 포괄하는 것이 소망스러울 수 있다. 이동 전화기뿐만 아니라, 다른 전자 장치들은 이동식 및 고정식 모두가 본 발명으로부터 이득을 얻을 수 있으며, 왜냐하면 이것은 다양한 시스템들의 안테나 구현예들에 적용 가능하기 때문이다. 베이스 스테이션(Base Station), 액세스 포인트(Access Points) 및 다른 전자 장치들이 주어진 공간내의 표준적인 안테나 디자인을 향상시키도록 본 발명의 다양한 안테나 조립체들을 이용할 수 있다. 본 발명은, 비록 이동 전화기의 구현예에 중점을 두고 있을지라도, 결코 이동 전화기에 제한되는 것은 아니다.
따라서, 비록 본 발명이 하나 또는 그 이상의 구현예들에 대하여 설명되었을지라도, 당업자들은 형태 및 세부 사항에서 상기의 변형 및 다양한 다른 변형들, 생략 및 변화들이 본 발명의 범위를 이탈하지 않으면서 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다.
본 발명은 이동 통신 장치 및 그 밖의 장치들에 포함되는 안테나에서 이용될 수 있다.

Claims (42)

  1. 슬롯 면적(slot area)을 가진 슬롯을 구비하는 접지 평면;
    접지 평면에 전자기적으로 커플링된 방사 요소;
    플레이트를 포함하는 튜닝 요소(tuning element)로서, 튜닝 요소는 방사 요소로부터 측방향의 거리를 두고 위치하며, 상기 측방향의 거리는 상기 방사 요소의 측방향으로 상기 방사 요소와 상기 플레이트 사이의 이격 거리인, 튜닝 요소; 및,
    측방향의 거리를 조절하도록 구성된 튜닝 요소에 결합된 기계적 장치로서, 측방향의 거리를 조절하는 것은 슬롯 면적을 변화시키도록 플레이트를 움직이는 것을 포함하는, 기계적 장치;를 구비하는, 무선 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    플레이트는 금속 플레이트인, 무선 안테나.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    플레이트는 접지 평면의 슬롯 면적에 대하여 미끄러지도록 구성된 활강 가능 플레이트인, 무선 안테나.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    기계적 장치는 액튜에이터인, 무선 안테나.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    기계적 장치는 모터인, 무선 안테나.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 무선 안테나를 구비하는, 통신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    통신 장치는 이동 터미널(mobile terminal)인, 통신 장치.
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