KR101177603B1

KR101177603B1 - 일체형 안테나를 갖는 일렉트로닉스 장치

Info

Publication number: KR101177603B1
Application number: KR1020077030941A
Authority: KR
Inventors: 매츠 안데르손; 파울 할브죄르네르; 안데르스 리드베르그
Original assignee: 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2012-08-27
Also published as: US7639191B2; KR20080032054A; CA2611590A1; BRPI0520359A2; WO2007004929A1; US20080198076A1; CN101218708B; JP2008545327A; EP1900061A1; BRPI0520359B1; CN101218708A

Abstract

본 발명은 개인용 일렉트로닉스 장치(100,600)를 개시하는데, 이는 적어도 제1 주요 평면(120,610) 및 상기 장치 및 제2 파티 사이에서 전자기파를 통해 통신하기 위한 적어도 제1 안테나(110,620)를 포함한다. 안테나는 적어도 제1 안테나 요소(111) 및 제2 안테나 요소(112)를 포함하는 어레이 안테나이고, 상기 제1 주요 표면상에 배열된다. 바람직하게는, 일렉트로닉스 장치(100)는 개방되거나 폐쇄될 수 있는 리드(120)를 포함하는 휴대 가능한 컴퓨터이고, 상기 제1 주요 표면은 리드여서, 안테나(110)가 휴대 가능한 컴퓨터의 리드에 배열된다.

일렉트로닉스 장치, 주요 평면, 어레이 안테나, 리드

Description

일체형 안테나를 갖는 일렉트로닉스 장치{AN ELECTRONICS DEVICE WITH AN INTEGRATED ANTENNA}

본 발명은 개인용 컴퓨터와 같은 일렉트로닉스 장치를 개시한다. 장치는 적어도 제1 주요 표면 및 적어도 컴퓨터 및 제2 파티 사이에서 전자기파를 통해 통신하기 위한 제1 안테나를 포함한다.

컴퓨터와 같은 일렉트로닉스 장치를 예컨대, 네트워크에 접속시키거나 서로 접속시키는데 사용될 수 있는 다수의 무선 기술이 공지되어 있다. 공지된 이런 시스템의 예는 3G, WiMAX 및 WLAN이다. 대부분의 이런 기존 시스템은 더 높은 비트 전송률을 지향하고, 이러한 증가된 비트 전송률을 성취하는 한 방법은 소위 MIMO 기술(다중입력 다중출력 기술)을 사용하는 것이다.

MIMO를 성취하는 한 방법은 서로에 대해 비상관된(decorrelate) 출력을 갖는 여러 안테나(상관되지 않은 안테나)를 사용하는 것이다. 이는 다수의 직교이고, 이로 인해 비상관된 안테나를 갖는 컴퓨터, 특히 휴대가능한 컴퓨터("랩톱" 컴퓨터)에 구비되는 것이 공지되고 있다. 그런데, 공지된 이런 안테나 시스템은 가능한 넓게 안테나를 이격시킴으로써 안테나들 사이에 가능한 작은 결합을 만들기 위해서, 컴퓨터상의 사용 가능한 표면을 사용한다.

그러므로, 컴퓨터상에서 사용 가능한 에어리어는 "링크 버젯(link budget)"을 효율적으로 증가시키는데는 사용되지 않는다.

그러므로 상술된 바와 같이, 컴퓨터용 안테나 시스템 및 이런 안테나 시스템을 갖는 컴퓨터에 대한 요구가 있는데, 상기 안테나 시스템은 컴퓨터 및 다른 컴퓨터와 같은 제2 파티 또는 컴퓨터가 포함된 무선 네트워크 사이에서 접속을 위해 높은 성취도("링크 버젯")를 갖는 MIMO 기술을 사용할 수 있다.

이 요구는 적어도 제1 주요 평면을 포함하는 개인용 컴퓨터를 제공하는 본 발명에 의해서 처리된다. 게다가, 본 발명의 컴퓨터는 컴퓨터 및 제2 파티 사이에서 전자기파를 통해 통신하기 위한 적어도 제1 안테나를 포함하는데, 상기 안테나는 제1 및 제2 안테나 요소를 포함하는 어레이 안테나이다. 상기 어레이 안테나는 상기 제1 주요 평면상에 배열되는데, 이는 컴퓨터가 개방되거나 폐쇄될 수 있는 리드(lid)를 포함하는 휴대 가능한 컴퓨터라면, 리드일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 안테나는 제1 및 제2 접속 포트를 포함할 수 있는데, 이들 각각은 안테나의 하나의 빔에 관련된다.

또한, 어레이 안테나는 진행파 안테나(travelling wave antenna)에 적합하지만, 또한 Butler 매트릭스(Butler matrix)에 배열되는 요소를 갖는 어레이 안테나일 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음 설명에서 상세히 설명될 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예의 개략도,

도2 내지 도5는 본 발명의 컴퓨터에서 사용할 수 있는 여러 가지 안테나를 도시하는 도면, 및

도6은 본 발명에 따른 대안적인 컴퓨터를 도시하는 도면.

도1은 예로서 개인용 컴퓨터(100)로 도시되는, 본 발명에 따른 일렉트로닉스 장치의 제1 실시예를 도시한다. 도1에 도시된 컴퓨터(100)는 휴대 가능한 컴퓨터("랩톱")이지만, 후술되는 바와 같이, 본 발명은 다른 종류의 개인용 컴퓨터 및 일렉트로닉스 장치에 동일하게 적용될 수 있다.

컴퓨터(100)는 다른 컴퓨터나 컴퓨터의 일부인 네트워크인 제2 사용자와 무선 전자기 통신을 한다. 상기 통신을 위해서, 컴퓨터(100)는 컴퓨터(100)의 리드(120: lid) 상에 또는 상기 리드(120) 내에 배열되는 어레이 안테나(110)를 사용한다. 일반적으로, 어레이 안테나는 컴퓨터의 "주요 몸체"(130) 상에 또는 상기 몸체(130) 내에 배열될 수 있다.

어레이 안테나(110)는 다수의 안테나 요소를 포함하는데, 그 중에서도 적어도 제1 안테나 요소(111) 및 제2 안테나 요소(112)를 포함한다. 이와 같은 배열은 이런 안테나를 위한 다수의 널리 공지된 디자인들 중에 선택되는데, 이들 전부는 필수적으로 편평한 안테나(flat antenna)를 제공하여, 안테나는 컴퓨터의 리드 또는 몸체상에 외부 "층"으로서 수용될 수 있고, 대안으로써, 예를 들어 "레이돔(radome)", 즉, 필수적으로 전자기적으로 투과성있는 커버에 의해 커버되는, 컴퓨터의 리드 또는 몸체에 수용될 수 있다.

도2는 본 발명의 컴퓨터(100)에서 사용될 수 있는 안테나(200)의 예를 도시한다. 안테나(200)는 적어도 제1 방사 요소(211) 및 제2 방사 요소(212)를 갖는 소위 "진행파" 유형의 어레이 안테나인데, 이는 서로 중심거리(D)만큼 일렬로 배열된다. 방사 요소가 서로 일렬로 접속되기 때문에, 어레이 안테나(200)의 입력/출력 포트(222,223)가 부착되는 제1 및 제2 "단부 요소"가 있을 것이다.

도2에 도시된 바와 같이, 안테나(200)는 제1 및 제2 안테나 빔(232,233)을 갖는데, 이들 각각은 안테나 포트(222,223)들 중 하나에 관련된다. 이는 제1 빔(232)은 제1 포트(222)에 액세스함으로써 사용될 수 있고, 유사한 방법으로, 제2 빔(233)은 제2 포트(223)에 관련된다는 것을 의미한다. 빔들 사이의 각도는 안테나의 안테나 요소들 사이의 중심 거리(D)에 의해 결정된다.

또한, 도2에서 도시되는 바와 같이, 진행파 안테나의 두 개의 안테나 빔은 안테나에 수직 방향으로 신장하는 가상선에 대해 서로의 "거울 상(mirro image)"이다. 그러므로 두 개의 빔은 때때로 "플러스" 또는 "마이너스" 방향이다.

도시된 바와 같이, 희망하는 안테나 빔들 사이에서 비상관을 획득하기 위해서, 많은 빔을 제공할 수 있는 편평한 안테나가 사용되는 동시에, 필수적으로 편평한 안테나인 어레이 안테나가 상술된 바와 같이 명쾌한 방법으로 컴퓨터에 수용될 수 있다.

도3은 본 발명의 컴퓨터에서 또한 사용될 수 있는 안테나의 다른 버전(300)을 도시한다. 이런 버전에서, 안테나(300)는 도시된 종류의 다수의 진행파 안테나에 포함되고, 도2에 관련하여 설명된다. 도3에는, 안테나의 수가 자유롭게 바뀔 수 있지만, 세 개의 안테나(310,311,312)가 도시된다.

이미 설명된 원리에 따르면, 진행파 안테나의 사용이 여섯 개의 다른 안테나 빔(321-327)의 결과를 가져오는데, 각각의 빔은 여섯 개의 다른 안테나 포트(331-337)들 중 하나에 관련된다.

안테나(300)가 MIMO 수신을 위해 사용된다면, 이는 다음 방법으로 수행될 수 있다: N 개의 MIMO 빔 및 M 개의 안테나 빔이 있다면(M>N), 수신된 신호 품질이 각각의 M 개의 안테나 포트 상에서 지속적으로 또는 시간적 간격을 두고 측정된다. 그래서 가장 높은 신호 품질을 갖는 이러한 포트들로부터의 신호는 안테나(300)가 배열되는 컴퓨터에서 사용된다. 신호 품질은 신호대 잡음비(SNR) 또는 캐리어대 간섭비(C/I)와 같은 공지된 방법으로 측정된다.

MIMO-시스템에서, 여러 안테나 빔에서 여러 정보 또는 데이터 스트림을 전송하기 위해서 하나의 동일한 주파수가 항상 사용되는데, 이는 서로에 대해 직교될 본 발명에서 사용되는 안테나 빔에 대한 요구를 설명한다. 시스템은 또한 확장될 수 있고 부가적인 비상관은 방사 요소가 이중극을 갖도록 함으로써 획득되는데, 상기 이중극은 수직극과 수평극이다. 이런 디자인으로, 도3에 도시된 안테나가 실제로 여섯 개가 아니라 열 두 개의 빔을 가질 것이다.

본 발명의 컴퓨터는 예컨대, 사무실 환경과 같은 상대적으로 상호 연관적인 환경에 있다고 가정된다. 이는 안테나 빔의 출력이 컴퓨터 및 컴퓨터가 통신하는 제2 파티(네트워크 기지국, 제2 컴퓨터 등) 사이의 그들의 비상관을 유지하도록 기대될 수 있다는 것을 의미한다.

도4에서는, 본 발명의 컴퓨터에서 사용하기 위한 대안적인 안테나(400)가 도 시된다. 안테나(400)와 도3에 도시된 안테나(300)의 주요 차이점은 여섯 개의 빔(각각의 안테나로부터 두 개)이 생성될 수 있다는 것에 의해서, 세 개의 1차원 진행파 안테나를 포함한다는 것이고, 이들 전부는 동일한 고도면에 있다.

안테나(300)와는 대조적으로, 도4에 도시된 안테나(400)는 또한 내부접속되는 다수의 1차원 배열(바람직하게는 진행파 배열)을 포함하므로, 2차원 어레이 안테나를 생성한다. 2차원 어레이 안테나는 당업자에게 널리 공지된 개념이므로, 여기서 더 설명되지 않을 것이다. 그러나 2차원 어레이 안테나에 의해 획득되는 하나의 이점은 안테나 빔이 또한 고도면에서 분리되어, 2차원 어레이 안테나(400)에 포함된 1차원 어레이 안테나 각각이 네 개의 다른 빔 방향을 생성할 수 있다는 것이다.

도5에서는 본 발명에서 사용하기 위한 대안적인 안테나(500)가 도시된다. 안테나(500)는 도4에 도시된 안테나와 유사하지만, 안테나(500)에서는 가변성 위상 쉬프터(510)가 방사 요소들 사이에 배열될 뿐만 아니라, 가변성 위상 쉬프터(520)가 서로 다른 1차원 배열을 서로 접속시키는 접속 상에 배열된다. 위상 쉬프터는 널리 공지된 방법으로 적절하게 안테나 빔의 방향을 정하는데 사용될 수 있다. 위상 쉬프터(510)는 제1 평면에서 안테나 빔의 방향을 정하는데 사용되고, 위상 쉬프터(520)는 제1 평면에 직교하는 제2 평면에서 안테나 빔의 방향을 정하는데 사용된다.

도6에서는 본 발명에 따라 컴퓨터의 대안적인 실시예(600)를 도시한다. 지금까지, 본 발명은 휴대 가능한 컴퓨터에서 구현되는 것으로 설명되었지만, 도6에 도시된 바와 같이, 부가적인 설치형 개인용 컴퓨터에서 동일하게 구현될 수 있다.

그러므로 컴퓨터(600)는 필수적으로 설치하여 사용하도록 하지만, 또한 무선 수단에 의해 네트워크 또는 다른 컴퓨터에 접속될 수 있다. 이런 컴퓨터에서, 본 발명에 따라 안테나를 배열하는데 적합할 제1 주요 평면은 컴퓨터용 하우징(housing)의 측면들 중 하나일 수 있다. 일반적으로, 휴대 가능한 컴퓨터에 또한 유효할 대안은 컴퓨터의 다른 PCB들과 함께 컴퓨터의 내부에 배열될 별도의 보드 상에 안테나를 배열하는 것이다.

도시된 구성 요소 외에도, 도1 내지 도6에 도시된 안테나는 기능을 위해서 접지 평면을 필요로 한다. 이런 접지 평면은 구리와 같은 전기적으로 반사 물질로 된 박막층으로 디자인되고, 유전 물질에 의해 "안테나 층"으로부터 이격되며, 안테나 층 아래에 위치되는 것이 바람직한데, 상기 "아래"라는 용어는 본원에서 안테나 또는 안테나들이 방사되는 방향에 관하여 사용된다.

또한, 상술되는 바와 같이, 안테나 스스로는 또한 기판상의 전도층에 바람직하게 에칭되어, 본원에서 보여지는 바와 같이 일렉트로닉스 장치에 통합될 수 있는 얇은 "안테나 시트(antenna sheet)"를 남길 수 있다. 그러므로 안테나는 안테나의 방사 요소가 형성되는 전도성 물질로 된 제1 층 및 안테나 요소에 대한 접지 층을 구성하는 전도성 물질로 된 제2 층에 포함될 것이고, 상기 두 개의 층은 유전 물질로 된 적어도 하나의 층에 의해 이격된다.

유전 물질은 공기를 포함하는, 다소 임의의 널리 공지된 물질일 수 있는데, 즉, 두 개의 층 사이에 단지 공기만큼 이격될 수 있다.

본 발명은 상술된 것에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 특허 청구항의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다. 예를 들어, 진행파 안테나와 다른 어레이 안테나가 사용되는데, 예컨대, Butler 메트릭스 안테나이다. 게다가, 안테나는 각각의 요소의 개별적인 위상 제어와 함께 패치와 같은 방사 요소를 포함할 수 있다.

또한, 어레이 안테나는 안테나에 대해 충분히 큰 일렉트로닉스 장치의 외부 또는 내부의 임의의 표면에 위치될 수 있다.

Claims

개인용 일렉트로닉스 장치(100,600)로서, 상기 장치는 적어도 제1 주요 표면(120,610)을 포함하고, 컴퓨터와 제2 파티 사이에서 전자기파를 통해 통신을 하기 위한 적어도 제1 안테나(110,620)를 포함하며, 상기 안테나는 적어도 제1 안테나 요소(111) 및 제2 안테나 요소(112)를 포함하는 어레이 안테나이고, 상기 어레이 안테나는 상기 제1 주요 표면상에 배열되는, 개인용 일렉트로닉스 장치에 있어서,

상기 안테나(110,620)는 제1 접속 포트(222) 및 제2 접속 포트(223)를 포함하고, 각각의 상기 접속 포트는 상기 안테나의 각각의 빔(232,233)에 관련되고,

상기 안테나는 진행파 안테나(200)이며,

안테나가 MIMO 수신을 위해 사용될 때 N 개의 MIMO 빔 및 M 개의 안테나 빔이 있고, M>N이며, 수신된 신호 품질이 각각의 M 개의 안테나 포트 상에서 측정되고, 가장 높은 신호 품질을 갖는 포트로부터의 신호가 상기 개인용 일렉트로닉스 장치에서 사용하도록 된 것을 특징으로 하는 개인용 일렉트로닉스 장치.
제 1항에 있어서,

휴대 가능하거나 설치용 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 개인용 일렉트로닉스 장치.
제 1항에 있어서,

PDA(Personal Digital Assistant: 개인용 휴대용 정보 단말기)인 것을 특징으로 하는 개인용 일렉트로닉스 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

개인용 일렉트로닉스 장치는 개방되거나 폐쇄될 수 있는 리드(120)를 포함하는 휴대 가능한 컴퓨터이고, 상기 제1 주요 표면은 상기 리드이며, 상기 안테나(110)가 상기 휴대 가능한 컴퓨터의 리드에 배열되는 것을 특징으로 하는 개인용 일렉트로닉스 장치.
삭제
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 안테나는 Butler 메트릭스로 배열된 요소를 갖는 어레이 안테나인 것을 특징으로 하는 개인용 일렉트로닉스 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 안테나가, 방사 요소가 형성되는 전도성 물질로 된 제1 층과, 상기 안테나 요소에 대한 접지 층을 구성하는 전도성 물질로 된 제2 층에 포함하며, 상기 두 개의 층은 유전 물질로 된 적어도 하나의 층에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는 개인용 일렉트로닉스 장치.
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