KR101255688B1 - 광대역 이극 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다르게 제공된 제1(1) 및 제2 전도성 암(arm)(2)을 포함하는 이극 유형의 소형(compact) 광대역 안테나에 대한 것인데, 제1 암(1)이라고 불리는 암 중의 하나의 암은 전자 카드에 대한 적어도 하나의 덮개(cover)를 형성한다.

상기 안테나 유형은 PC 또는 유사한 디바이스와 같은 휴대용 전자 기기에 연결된다.

Description

광대역 이극 안테나{WIDE BAND DIPOLE ANTENNA}

본 발명은 이극 유형 광대역 안테나에 대한 것이고, 보다 특별하게는 랩탑 컴퓨터, PVA(Personal Assistant) 또는 다른 유사한 디바이스와 같은 휴대용 전자 기기 상에서 텔레비전 신호, 특히 디지털 텔레비전 신호의 수신을 위한 안테나에 대한 것이다.

현재 시장에는, 랩탑 컴퓨터 또는 PC 상에서 지상파 디지털 텔레비전 또는 TNT를 수신할 수 있는 장치가 존재한다. 랩탑 컴퓨터 상의 TNT 신호의 수신은 PC의 컴퓨팅 파워가 디지털 이미지의 스트림을 디코딩하기 위해 사용되게 한다. 아주 흔하게, 이 장치는 두 개의 인터페이스, 즉, 내부 또는 외부 VHF-UHF 안테나로의 연결을 위한 RF(radiofrequency) 인터페이스와 컴퓨터로의 연결을 위한 USB 인터페이스를 가진 박스(box)의 형태로 팔린다. 이러한 유형의 예는 마이크로소프트社의 미국 특허 출원 2004/0263417 또는 ACCTON Technology 社의 미국 특허 6544075에서 특히 주어진다. 하지만 이러한 두 개의 문서는 분리된 안테나를 포함하는 디바이스를 설명하는데, 이러한 안테나는 USB 유닛 상에 장착된 휩(whip) 또는 루프형 안테나이다.

또한, 이극 안테나를 텔레비전 신호 수신 안테나로서 사용하는 방법은 오래 동안 알려져 왔다. 일반적으로, 표준 이극 안테나는 λ/4와 현저하게 동일한 길이를 가지고, 서로 반대 방향에 위치된 두 개의 동일한 암(arm)을 포함한다. 암은 발전기에 의해 다르게 전원 공급된다. 이런 유형의 안테나는 전자기학의 초기로부터 연구되어왔으며, UHF 수신과 심지어 WLAN 유형의 무선 네트워크에서 보다 최근에 두드러지게 이용된다.

따라서, 본 발명은 전체 UHF 대역을 담당하고, 특히 USB 유형 커넥터를 사용해서 휴대용 디바이스에 연결될 수 있는 전자 보드와 연관된 소형 광대역 안테나를 제조하기 위해 이극 유형 안테나의 개념을 사용한다.

따라서, 본 발명은 다르게 제공된 제1 및 제2 전도성 암(arm)을 포함하는 이극 유형 광대역 안테나에 대한 것이다. 본 발명에 따라, 제1 암이라고 불리는, 암들 중의 하나의 암은 전자 카드에 대한 적어도 하나의 덮개를 형성한다.

제1 실시예에 따라, 제1 암은 상기 전자 카드가 삽입되는 박스의 형태를 가진다.

제2 실시예에 따라, 제1 암은 상기 전자 카드를 덮는 하나의 상부면을 포함한다. 두 개의 측면이 이 상부면과 결합될 수 있다.

바람직하게, 제1 및 제2 암은 서로에 대해 회전되게(in rotation) 장착되고, 각 암은 곡선의 프로파일을 가진 일반적인 직사각형 형태를 가지고, 바람직하게 이 프로파일은 이 두 암들이 서로에 대해 접힐 수 있도록 보완적이며, 따라서 소형이며 쉽게 휴대할 수 있는 안테나를 얻는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 하나의 특징에 따라, 상기 전자 카드는 한쪽 끝에서 상기 안테나를 제공하기 위한 접속 포트와, 다른 쪽 끝에서는 전자 기기로의 접속 포트를 포함한다. 바람직하게, 상기 전자 기기로의 접속 포트는 USB 접속 포트이다. 또한, 상기 전자 카드는 텔레비전 유형의 신호를 처리하기 위한 회로를 포함한다.

본 발명의 다른 특징과 이점은 다른 실시예들의 설명을 읽을 때 나타날 것이며, 이 설명은 첨부된 도면들을 참조해서 실현된다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나의 제1 실시예의 투시 측면도.

도 2는 도 1의 안테나의 투시도.

도 3은 제각기 임피던스 정합 회로를 가지거나 가지지 않은, 도 2에 대한 안테나에 대한 주파수의 함수로서 임피던스 정합 곡선(S11)을 도시한 도면.

도 4는 제각기 임피던스 정합 회로를 가지거나 가지지 않은, 도 2의 안테나의 스미스 애버커스(Smith abacus)를 도시한 도면.

도 5는 임피던스 정합 회로를 가지거나 가지지 않은 주파수에 따른 안테나의 효율을 지시하는 곡선을 도시한 도면.

도 6은 도2의 안테나의 이득 방사 패턴을 도시한 도면.

도 7은 제2 암이 다른 위치를 차지하는 도 1과 동일한 표현을 도시한 도면.

도 8은 도 7에 도시된 암(2)의 다른 위치에 대한 주파수에 따라 임피던스 정합을 지시하는 곡선을 도시한 도면.

도 9는 안테나 다음에 임피던스 정합 회로가 올 때, 도 7에 도시된 암(2)의 다른 위치에 대한 주파수에 따른 임피던스 정합을 지시하는 곡선을 도시한 도면.

도 10은 암(2)의 다른 위치에 대해 도 7의 안테나의 이득 방사 패턴을 도시한 도면.

도 11은 안테나 출력에 제공된 임피던스 정합 회로를 개략적으로 도시한 도면.

도 12는 본 발명에 따른 안테나의 제2 실시예의 개략적인 투시도.

도 13과 도 14는 도 2의 안테나와 비교해서 도 12의 안테나에 대해 제각기, 주파수에 따른 임피던스 정합을 지시하는 곡선과, 주파수에 따른 안테나의 효율을 지시하는 곡선을 제각기 도시한 도면.

도 15는 본 발명의 제3 실시예의 개략적인 투시도.

도 16과 도 17은 도 2의 안테나와 비교해서 도 15 안테나에 대해, 주파수에 따른 임피던스 정합을 지시하는 곡선과, 주파수에 따른 안테나의 효율을 지시하는 곡선을 제각기 도시한 도면.

도 18은 본 발명의 제4 실시예의 개략적인 투시도.

도 19는 본 발명에서 사용된 전자 카드의 개략도.

설명을 간략히 하기 위해, 동일 요소는 도면에서 동일한 참조 번호를 가진다.

도 1과 도 2를 참조해서, 제1 설명은 본 발명에 따라 랩탑 컴퓨터 상에서 지상 디지털 텔레비전을 수신하기 위해 사용될 수 있는 소형 광대역 안테나의 제1 실 시예에서 주어질 것이다.

도 1과 도 2에서 개략적으로 도시된 것처럼, 이러한 이극 유형 안테나는 제1 전도성 암(1)과 제2 전도성 암(2)을 본질적으로 포함하고, 양쪽 모든 암들은 각각의 암의 끝점 중의 하나에 위치된 접합 부분(3)에 의해 서로에 연결된다.

보다 구체적으로, 암(2)은 전도성 금속, 금속화된 재질, 또는 다른 재질로 제조된 직사각형 플레이트에 의해 구성되고, UHF 대역(460 내지 870 MHz 사이의 대역)에서 작동하기 위해 작동 중앙 주파수에서 λ/4에 근접한 길이, 즉, 112 mm에 근접한 길이를 가진다. 이 두 개의 암은 부분(3)의 레벨에서 다른 암(1)으로의 연결을 가능케 하는 직선부(2a)와 곡선부(2b)를 가진다. 암(1)은 여기서 이후에 더 상세히 설명될 적어도 전자 카드에 대한 덮개로서 사용될 수 있도록 하는 형태를 가진다.

보다 구체적으로, 도 1과 도 2에서 도시된 암(1)은 상기 카드가 삽입될 수 있는 유닛을 형성하는 직사각형부(1a)를 포함하고, 이 암은 에너지가 점진적으로 방사되게 하는 점진적 테이퍼링(tapering)을 형성하는 곡선부(1b)에 의해 확장되고, 이런 방식으로 더 큰 주파수 대역에 대해 임피던스 정합을 증가시킨다. 암(1)의 길이는 또한 주목되게 λ/4이다. 암(1)은 금속 또는 금속화된 재질 또는 다른 재질로 제조된다.

도 1에 도시된 것처럼, 암(1과 2)은 거의 동일한 전체 길이, 즉, 도시된 실시예에서 118.7 mm의 길이를 가진다. 보다 구체적으로, 직선부는 70 mm의 길이와 25 mm의 폭을 가진다. 또한, 박스의 형태의 암(1)은 10 mm의 높이를 가진다. 두 개 의 암(1과 2)은 접합부(3)의 레벨에서 서로 연결되고, 이 접합부는 전자기 신호를 처리하기 위해 발전기 또는 수신기 회로에 상기 안테나가 연결되게 하는 접합 요소를 3a에서 포함한다. 안테나의 전자기적 동작을 방해하지 않기 위해서, 상기 접합부는 전파에 상대적으로 트랜스페어런트(transparent)한 재질을 사용해서 제조된 접합 요소를 포함하며, 반면에 전기 접합은 전자기 신호를 처리하기 위해 발전기 또는 수신기 회로에 연결된 금속 스트랜드(strand), 동축 케이블 이나 유사한 케이블에 의해 제공된다. 금속 스트랜드와 암(2)간의 단락을 방지하기 위해서, 개구(opening)가 암(2)에서 필요하다.

위에서 언급된 것처럼, 두 개의 암(1과 2)은 전도성 재질, 특히 금속성의 재질로 제조된다. 따라서, 이것은 상기 플레이트를 절단하여 금속 플레이트로부터 제조될 수 있다.

위에서 주어진 크기를 보여주는 도 2의 안테나는 상업용 전자기 소프트웨어(IE3D)를 사용해서 시뮬레이션되었다. 이러한 시뮬레이션에서, 안테나는 대기 중에 있으며, 양호한 전도성(σ>=5.10⁷S/m)을 가진 전도성 재질에 의해 구성되는 것이 가정된다. 시뮬레이션의 결과는 단지 안테나 상에서만 수행된 시뮬레이션과, 안테나가 도 11을 참조하여 설명된 것과 같은 임피던스 정합 회로에 연결되어 있을 때 수행된 시뮬레이션에 주로 관련이 있는 도 3 내지 도 6의 곡선에서 주어진다.

도 3은 임피던스 정합 회로를 구비한 도 2의 안테나의 임피던스 정합 곡선과, 임피던스 정합 회로를 구비하지 않은 도 2의 안테나의 임피던스 정합 곡선을 도시한다. 이 곡선은 임피던스 정합 셀이 UHF 대역 전체, 즉, 460 내지 870 MHz 사이의 주파수에 걸쳐 양호한 임피던스 정합을 획득할 수 있는 반면에, 임피던스 정합 회로를 가지지 않고 획득된 곡선은 보다 제한된 주파수 대역에 걸쳐서 양호한 임피던스 정합을 가질 수 있다는 것을 보여 준다.

도 5는 임피던스 정합 회로를 가진 안테나와 임피던스 정합 회로를 가지지 않은 안테나의 효율을 지시하는 곡선을 보여준다. 획득된 곡선은 이전 결과를 확증하고, 임피던스 매칭 회로가 사용될 때, 80%보다 큰 안테나 효율이 전체 UHF 대역에 대해 획득되는 것을 보여 준다.

도 6의 방사 도면은 도 2의 안테나가 이극 안테나로서 작동한다는 것을 확증하는 이득 방사도이다.

위에서 언급된 것처럼, 안테나의 암(2)은 암(1)에 대해 회전되게 장착되어서, 최적의 수신을 위해 안테나를 지향하게 한다. 도 7에서, 암(1)에 대해 암(2)의 다른 위치들이 보여 지는데, 즉, 두 암들간의 각도 ∝가 20으로 참조되는 0˚인 하나의 위치, 두 암들 간의 각도 ∝가 주목되게 21로서 참조되는 30˚인 하나의 위치, 두 암들에 의해 이루어지는 각도 ∝가 주목되게 22로서 참조되는 45˚인 하나의 위치, 두 암들 간의 각도 ∝가 주목되게 23으로서 참조되는 60˚인 하나의 위치와 두 암들 간의 각도 ∝가 주목되게 24로서 참조되는 90˚인 하나의 위치가 보여진다.

암(1)에 대해 암(2)의 기울기의 영향을 결정하기 위해서, 시뮬레이션이 암의 다른 위치에 대해서 수행되었다. 시뮬레이션의 결과는 도 8 내지 10에서 제각기 제 공된다.

도 8은 암(2)의 다른 위치에 대해 주파수에 따라 임피던스 정합을 지시하는 다른 곡선을 도시한다. 각도 값 ∝이 낮을 때 안테나는 높은 주파수에 대해 자연적으로 임피던스 정합되고, 그 역도 성립되는 다는 것이 주목될 것이다. 사실상, 각도 ∝=0˚일 때, 전계(E)는 낮은 주파수에서 쉽게 성립될 수 있으며, 각도 ∝=90˚일 때는, 전계(E)가 높은 주파수에서 쉽게 성립될 수 있다.

도 8은 단지 안테나에 대한 결과만을 제공한다. 이 경우에, 안테나는 UHF 주파수 전체에 걸쳐서 임피던스 정합되지 않는다. 만약 도 11에 도시된 것과 같은 임피던스 정합 셀이 사용된다면, 도 9의 임피던스 정합 곡선이 이 경우에 획득된다. 이 곡선에 따라서, 상위 대역은 암(2)의 모든 위치에 대해서 -6 dB보다 낮은 계수(S11)를 가진 양호한 임피던스 정합을 가지고, 낮은 대역은 0˚과 60˚사이의 암(2)의 위치에 대해서 -6 dB보다 낮은 S11을 가진 양호한 임피던스 정합을 가진다.

또한, 도 10은 안테나의 암(2)의 다양한 위치에 대한 660 MHz의 주파수에서의 방사 패턴을 보여 준다. 방사 패턴은 기울기의 각도 ∝에 따라 기울어진다. 이 기울기는 디지털 텔레비전 신호의 수신을 최적화할 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 임피던스 정합 셀이 도 11에서 개략적으로 도시된다. 이 도면에서 안테나(A)는 인덕터(C)와 커패시터(C)에 의해 구성되는 셀에 연결된다. 안테나는 저 잡음 증폭기(LNA)에 연결된 커패시터(C)와 직렬로 연결되며, 반면에 인덕터(L)는 접지와 안테나의 커패시터(C)로의 연결점 사이에 장착된다.

양호한 임피던스 정합을 얻기 위해, 커패시터(C)와 인덕터(L)의 값은 C = 5 pF와 L = 15 nH가 된다. 이러한 임피던스 정합 셀은 60˚인 각도 ∝에서 기울어진 암에 대해 최적화되었다.

도 12 내지 14를 참조해서, 본 발명의 제1 실시예의 변형이 이제 설명될 것이다. 도 12에서 도시된 것처럼, 이 경우에 안테나는 도 2의 암(2)과 동일한 암(2)과, 도 2의 암(1)을 형성하는 박스의 상부면(12)에 의해 구성되는 암(1)을 포함한다. 이 경우에, 도 13과 14에서 제각기 도시된 임피던스 정합과 효율 곡선이 획득된다. 도 12의 안테나와 도 2의 안테나의 임피던스 정합을 비교하는 도 13의 곡선은 양호한 임피던스 정합이 UHF 대역 전체에 걸쳐서 여전히 획득되는 것을 보여 준다. 도 14의 곡선은 이 경우에, 도 12의 안테나의 효율이 저 대역에서 도 2의 안테나의 효율보다 낮다는 것을 보여 주는데, 이는 도 2의 암(1)의 측면이 제거되고 더 낮은 벽들 때문이다.

도 15 내지 도 17을 참조해서, 본 발명의 제3 실시예가 이제 설명될 것이다. 이 경우에, 암(2)은 도 2와 12의 안테나의 암(2)과 동일하며, 반면에 암(1)은 단지 상부면(1c)과 측면(1d)만을 포함한다. 이 경우에, 암(1)은 전자 카드 상으로 맞추어지는 덮개를 형성한다. 도 16과 도 17에서 도시된 시뮬레이션의 결과는 이 실시예가 도 2의 실시예와 주목되게 유사한 결과를 제공한다는 것을 증명한다. 상기 실시예는 도 2의 실시예보다 쉽게 산업화될 수 있는 이점을 지닌다.

본 발명에 따른 안테나의 또 다른 실시예의 설명이 도 18을 참조해서 이제 주어질 것이다. 이 경우에, 암(10)은 직사각형 박스의 형태를 가지는 요소에 의해 구성되는데, 이 박스의 상부면이 압형되어, 부분(10c)이 획득된다. 상기 압형된 부분이 운반을 위해 접힐 때, 상기 압형된 부분이 암(20)을 수용할 수 있다. 암(20)은 절반의 타원에 대응하는 형태를 가진다.

암(10과 20)의 크기는 주목되게 동일하고, 요구되는 작동 주파수에서 근사적으로 λ/4에 대응한다. 다른 도면들의 경우에서처럼, 암(10과 20)은 상호 연결 부분(30)의 레벨에서 상호 연결되어, 서로에 대해서 회전될 수 있게 된다.

도 19를 참조해서, 본 발명에 따른 전자 카드의 실시예에 대한 설명이 이제 주어질 것인데, 안테나의 암(1)은 이 전자 카드에 대한 덮개 또는 박스를 형성한다. 이 전자 카드는 디지털 텔레비전 신호를 처리하기 위해 필요한 모든 집적 회로를 포함한다. 도 14에서 도시된 것처럼, 따라서 이 카드(100)는 안테나의 회전 부분(3 또는 30)의 레벨에서 안테나의 출력으로 연결된 저 잡음 증폭기(101)를 포함하고, LNA 증폭기로부터의 신호는 동조기(102)로 전송되고, 그 다음에 USB 인터페이스(104)에 연결된 복조기(103)에 전송된다. 전자 카드는 USB 연결 포트(105)를 구비하고 있다. 만약 필요하다면, 전자 카드는 RE 부분의 차폐물(shielding)을 구비할 수 있다.

전자 기기로의 접속을 가능케 하는, 예를 들면 메모리 카드(컴팩트 플래시, SD, XD 등)를 위해 사용되는 포맷과 같은 다른 유형의 접속 포트가 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.

상기 전자 카드는 70에서 80 mm 사이의 길이와, 15에서 25 mm 사이의 폭을 가져서, 그것을 도 2에서 도시된 것처럼 박스를 형성하는 암(1)으로 쉽게 삽입시킬 수 있도록 제조될 수 있다.

상기 설명된 전자 카드는 본 발명의 경우에서 사용될 수 있는 전자 카드의 하나의 예만을 구성할 뿐이라는 것이 명백하다. 실시예의 변형에 따라, 이 카드는 또한 개인 데이터, 사진 또는 음악을 운반하기 위해 사용되는 표준 USB 키로 통합될 수 있다.

본 발명은 이극 유형 광대역 안테나에 이용가능하고, 보다 특별하게는 랩탑 컴퓨터, PVA(Personal Assistant) 또는 다른 유사한 디바이스와 같은 휴대용 전자 기기 상에서 텔레비전 신호, 특히 디지털 텔레비전 신호의 수신을 위한 안테나에 이용가능하다.

Claims (11)

1. 제 1 전도성 암(arm)(1, 10) 및 제 2 전도성 암(2, 20)을 포함하는 이극(dipole) 유형의 소형 광대역 안테나에 있어서,

   상기 제 1 전도성 암(1, 10) 및 제 2 전도성 암(2, 20)은 상기 제 1 및 제 2 전도성 암 각각의 끝점(extreities) 중 하나에 위치된 접합 부분(articulation zone)의 레벨에 서로 연결되고, 상기 제1 및 제 2 전도성 암은 상기 접합 부분의 레벨에서 하나의 공급 라인에 의해 전원 공급되고, 상기 제 1 및 제 2 전도성 암 중 첫 번째 전도성 암은 전자 카드(100)를 위한 덮개를 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 전도성 암 각각은 주파수 대역을 넓히기 위해 접합 부분의 레벨에서 곡선의 프로파일에 의해 확장하는 직사각형 형태를 갖는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 전도성 암(1, 10)은 상기 전자 카드(100)가 삽입되는 박스의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 제 1 전도성 암(1, 10)은 상기 전자 카드(100)를 덮는 하나의 상부면(1c)과 두 개의 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
4. 제3항에 있어서, 상기 제 1 전도성 암(1, 10)은 두 개의 측면(1d)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전도성 암(1, 10) 및 제 2 전도성 암(2, 20)은 상기 안테나의 동작 중심 주파수에서 λ/4와 동일한 길이를 각각 가지는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전도성 암은 서로에 대해 회전되게(3) 장착되는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
7. 삭제
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전도성 암(1, 10) 및 제 2 전도성 암(2, 20)은 자신들이 서로에 대해 접히도록 하는 보완적인 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 카드(100)는 한쪽 끝에서 상기 안테나에 전원을 제공하기 위한 접속 포트와, 다른 쪽 끝에서는 전자 기기로의 접속 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
10. 제9항에 있어서, 상기 전자 기기로의 접속 포트는 USB 접속 포트(105)인 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.
11. 제9항에 있어서, 상기 전자 카드는 텔레비전 유형의 신호를 처리하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이극 유형의 소형 광대역 안테나.

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