KR101401852B1 - 근거리장 결합된 기생 슬롯을 갖는 후면-캐비티형 슬롯 안테나 - Google Patents

근거리장 결합된 기생 슬롯을 갖는 후면-캐비티형 슬롯 안테나 Download PDF

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Abstract

전자 장치에는 안테나가 제공될 수 있다. 안테나는 도전성 안테나 캐비티를 포함할 수 있다. 안테나 공진 소자들이 안테나 캐비티에 탑재되어 캐비티 안테나를 형성할 수 있다. 안테나 캐비티는 만곡형 캐비티 개구를 정의하는 만곡형 에지를 갖는 금속 구조물로부터 형성될 수 있다. 가요성 인쇄 회로 기판은 금속층으로 코팅될 수 있다. 직접 급전 안테나 슬롯 및 기생 안테나 슬롯과 같은 슬롯 안테나 구조는 금속층 내의 개구로부터 형성될 수 있다. 가요성 인쇄 회로 기판은, 안테나 공진 소자가 안테나 캐비티의 개구와 부합하는 비평면형 만곡형 형상을 형성하도록, 구부러질 수 있다. 캐비티 개구의 에지를 안테나 공진 소자의 금속층에 전기적으로 밀봉하기 위해 땜납 링이 이용될 수 있다. 만곡형 개구는 전자 장치의 만곡형 하우징 벽과 정렬될 수 있다.

Description

근거리장 결합된 기생 슬롯을 갖는 후면-캐비티형 슬롯 안테나{CAVITY-BACKED SLOT ANTENNA WITH NEAR-FIELD-COUPLED PARASITIC SLOT}
본 출원은, 본 명세서에서 참조용으로 그 전체를 인용하는 2010년 3월 30일 출원된 미국 특허출원번호 12/750,661호의 우선권을 주장한다.
본 출원은 대체로 안테나에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 후면-캐비티형 슬롯 안테나와 같은 캐비티 안테나를 갖춘 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치는 종종 무선 통신 회로를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터는 2.4 GHz 및 5.0 GHz의 Wi-Fi® (IEEE 802.11) 대역을 이용하여 통신할 수 있다. 통신은 셀룰러 전화 통신 대역 및 기타의 무선 대역에서도 가능하다.
콤팩트하고 심미적으로 즐거운 무선 장치에 대한 소비자 요구를 만족시키기 위해, 제조사들은 적절한 형상과 작은 크기를 갖는 안테나를 생산하려고 지속적으로 노력하고 있다. 동시에, 제조사들은 안테나가 효율적으로 동작하고 부근의 회로와 간섭하지 않도록 보장하는 시도를 하고 있다. 이들 사항들은 때때로 서로 상충한다. 주의하지 않으면, 작은 안테나 또는 제한된 장치 하우징 내에 안테나가 들어맞도록 하는 형상을 갖는 안테나는 불량한 효율성을 보이거나 무선-주파수 간섭을 발생시키는 경향이 있을 수 있다.
따라서 향상된 안테나를 갖는 전자 장치를 제공할 수 있다면 바람직할 것이다.
전자 장치에는 안테나가 제공될 수 있다. 전자 장치는 컴퓨터 또는 기타의 전자 장비일 수 있다. 전자 장치용 안테나와 기타의 전기 컴포넌트를 수용하는 데에 만곡형 하우징 벽(curved housing wall)을 갖는 하우징이 이용될 수 있다.
안테나는 도전성 안테나 캐비티를 포함할 수 있다. 도전성 안테나 캐비티는 금속으로 형성될 수 있다. 금속 캐비티 부품들(parts)을 결합하여 안테나 캐비티를 형성하기 위해 레이저 용접 기술이 이용될 수 있다.
안테나 공진 소자들이 안테나 캐비티에 탑재되어 캐비티 안테나를 형성할 수 있다. 안테나 캐비티는 만곡형 캐비티 개구를 정의하는 만곡형 에지(curved edge)를 갖는 금속 구조물을 가질 수 있다. 안테나 공진 소자는 금속층으로 코팅된 가요성 인쇄 회로 기판을 가질 수 있다. 직접 급전 안테나 슬롯(directly fed antenna slot) 및 기생 안테나 슬롯(parasitic antenna slot)과 같은 슬롯 안테나 구조물이 금속층 내의 개구로부터 형성될 수 있다.
안테나 공진 소자의 가요성 인쇄 회로 기판은, 안테나 공진 소자가 구부러져 안테나 캐비티의 만곡형 개구와 부합하는 비평면형 만곡형 층의 형상을 형성하도록 가요축(flex axis)의 주위로 구부러질 수 있다. 안테나 공진 소자의 트레이스(trace)를 지지하기에 충분히 강성인 가요성 기판을 이용함으로써, 기저의 유전체 지지 구조물에 대한 필요성이 저감되거나 제거될 수 있다.
캐비티 개구의 에지를 안테나 공진 소자의 금속층에 전기적으로 밀봉하기 위해 땜납 링(ring of solder)이 이용될 수 있다. 만곡형 개구는 전자 장치의 만곡형 하우징 벽과 정렬(align)될 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징, 그 본질, 및 다양한 이점들은, 첨부된 도면들과 이하의 양호한 실시예들의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나를 갖춘 예시적 전자 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나를 갖춘 예시적 전자 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예시적 안테나의 하부면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 안테나의 상부면 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 전자 장치 안테나용 슬롯 안테나 공진 소자와 같은 안테나 공진 소자가 형성될 수 있는 가요성 인쇄 회로 기판의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 예시적 캐비티 안테나의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 후면-캐비티형 전자 장치 안테나에서 사용하기 위한 직접 급전 슬롯과 근거리장 결합된 기생 슬롯을 갖는 슬롯 안테나 공진 소자가 형성된 예시적 직사각형 가요성 인쇄 회로의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 후면-캐비티형 전자 장치 안테나에서 사용하기 위한 직접 급전 슬롯과 근거리장 결합된 기생 슬롯을 갖는 슬롯 안테나 공진 소자가 형성된 각진 섹션이 있는 풋프린트를 갖는 예시적 가요성 인쇄 회로 구조의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이중-대역 안테나를 구현하기 위해 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 어떻게 이용될 수 있는지를 나타내는 그래프이다.
안테나는 무선 통신을 지원하기 위해 무선 전자 장치에서 이용된다. 무선 전자 장치는, 데스크탑 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 내장형 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 모니터, 무선 컴퓨터 카드, 무선 어댑터, 텔레비전, 셋탑 박스, 게임 콘솔, 라우터, 또는 기타의 전자 장비일 수 있다. 원한다면, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 또는 때때로 핸드헬드 컴퓨터라고 불리는 타입의 소형 휴대형 컴퓨터와 같은 휴대형 전자 장치에는 안테나가 제공될 수 있다. 안테나는 셀룰러 전화 또는 매체 재생기와 같은 무선 전자 장치에서 이용될 수 있다. 안테나가 이용되는 무선 전자 장치는 다소 더 작은 장치일 수도 있다. 더 작은 무선 장치의 예로서는, 손목시계형 장치, 목걸이형 장치, 핸드헬드 장치, 헤드폰, 및 수화기(earpiece) 장치, 및 기타의 착용가능한 소형 장치가 포함된다.
안테나를 포함하는 예시적 전자 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 전자 장치(10)는 하우징(12)과 같은 하우징을 가질 수 있다. 하우징(12)은 플라스틱 벽, 금속 하우징 구조물, 탄소 섬유 재료나 기타의 합성물로 형성된 구조물, 유리, 세라믹, 또는 기타의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 하우징(12)은 한 개의 부품으로 된(a single piece of) 재료를 이용하여(예를 들어, 유니바디(unibody) 구성을 이용하여) 형성되거나, 완성된 하우징 구조물을 형성하기 위해 조립되는 프레임, 하우징 벽, 및 기타의 개별 부품들로 형성될 수 있다.
(예로서) 하우징(12) 내에는 안테나(14)와 같은 안테나가 탑재될 수 있다. 일반적으로, 하우징(12)에는 하나의 안테나, 2개의 안테나, 또는 3개 이상의 안테나가 있을 수 있다. 도 1의 예에서는, 하우징(12)의 만곡형 벽과 동일 평면에 형성된 2개의 안테나가 장치(10) 내에 있다. 이것은 예시적인 것일 뿐이다.
안테나(14)는, 안테나 공진 소자, 및 원한다면, 캐비티 구조물을 포함할 수도 있다. 캐비티-타입 안테나에서, 공진 소자 구조물은 도전성 안테나 캐비티의 개구에 인접하게 배치된다. 캐비티의 존재는 안테나와 장치(10)의 주변 전기 컴포넌트들 사이의 무선 주파수 간섭을 방지하는 데 도움을 줄 수 있으며, 무선 주파수 안테나 신호를 원하는 방향으로 지향시키는 데 도움을 줄 수 있다. 캐비티 구조물은, 패치 안테나(patch antenna), 스트립 안테나(strip antenna), 복수의 아암(arm), 벤드(bend), 및 기타의 특징 부분을 갖는 안테나 공진 소자 트레이스, 또는 기타의 적절한 안테나 공진 소자 구조와 연계하여 이용될 수 있다. 여기서 때때로 예로서 설명되는 하나의 적절한 구성에서, 슬롯 안테나 공진 소자의 후면이 안테나 캐비티에 의해 형성되는 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 형성된다. 이것은 예시적인 것일 뿐이다. 일반적으로, 원한다면 임의의 적절한 캐비티 안테나 구조물이 장치(10)에 이용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 저장 및 처리 회로(16)를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)는, 하드 디스크 드라이브 저장 장치, 비휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리 또는 기타의 전기적으로 프로그램가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예를 들어, 스태틱 또는 다이내믹 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 하나 이상의 상이한 타입의 저장 장치를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)는 장치(10)의 동작을 제어하는 데 이용될 수 있다. 회로(16)의 처리 회로는, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기, 전용 처리 회로, 전력 관리 회로, 오디오 및 비디오 칩, 및 기타의 적절한 집적 회로와 같은 프로세서에 기초할 수 있다.
하나의 적절한 배치에서, 저장 및 처리 회로(16)는, 인터넷 브라우징 애플리케이션, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 통화 애플리케이션, 전자메일 애플리케이션, 매체 재생 애플리케이션, 운영 체제 기능, 안테나 및 무선 회로 제어 기능 등과 같은 소프트웨어를 장치(10) 상에서 실행하는 데 이용될 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)는 적절한 통신 프로토콜을 구현하는 데 이용될 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)를 이용하여 구현될 수 있는 통신 프로토콜은, 인터넷 프로토콜, 무선 근거리 통신망 프로토콜(예를 들어, IEEE 802.11 프로토콜 -- 때때로 Wi-Fi®라고 함), Bluetooth® 프로토콜, 셀룰러 전화 통신 서비스 처리용 프로토콜 등과 같은 다른 단거리 무선 통신 링크용 프로토콜을 포함한다.
입력-출력 장치(18)는, 장치(10)에 데이터가 공급될 수 있게 하고, 장치(10)로부터 외부 장치로 데이터가 제공될 수 있게 하는 데 이용될 수 있다. 장치(10)에 이용될 수 있는 입력-출력 장치(18)의 예로서는, 터치스크린과 같은 디스플레이 스크린(예를 들어, 액정 디스플레이나 유기 발광 다이오드 디스플레이), 버튼, 조이스틱, 클릭 휠, 스크롤링 휠, 터치 패드, 키패드, 키보드, 마이크로폰, 스피커 및 사운드 생성용의 기타의 장치, 카메라, 센서 등이 포함된다. 사용자는, 장치(18)를 통해 명령을 공급하거나, 무선이나 유선 통신 링크를 통해 장치(10)와 통신하는 부속품을 통하여 장치(10)에 명령을 공급함으로써, 장치(10)의 동작을 제어할 수 있다. 유선이나 무선 접속을 통해 장치(10)와 통신하는 장치(18) 또는 부속품은 장치(10)의 사용자에게 시각 또는 청각 정보를 전달하는 데 이용될 수 있다. 장치(10)는 데이터 포트를 형성하기 위한(예를 들어, 컴퓨터, 부속품 등과 같은 외부 장비를 부착하기 위한) 커넥터를 포함할 수 있다.
무선 통신 장치(20)는 무선-주파수(RF) 트랜시버 회로(22)와 같은 통신 회로를 포함할 수 있다. 회로(22)는, 기저대역 프로세서, 무선-주파수 트랜시버, 전력 증폭기, 정합 회로, 필터, 및 스위칭 회로와 같은 하나 이상의 집적 회로를 포함할 수 있다. 안테나(14)와 트랜시버 회로(22) 사이에서 무선-주파수 안테나 신호를 라우팅하기 위해 전송 라인(transmission line)(24)과 같은 하나 이상의 전송 라인이 이용될 수 있다. 전송 라인(24)은, 마이크로스트립 전송 라인, 동축 케이블 전송 라인 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 만곡형 측벽을 갖춘 하우징을 가질 수도 있다. 만곡형 측벽을 수용하거나 기타의 설계 제약을 만족시키기 위해, 만곡형 안테나 공진 소자와 대응하는 만곡형 캐비티 개구를 갖춘 후면-캐비티형 안테나를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 도 3은 도 1의 장치(10)와 같은 장치에서 이용될 수 있는 만곡형 표면을 갖는 예시적인 캐비티 안테나를 도시한다. 도 3은 캐비티 안테나(14)의 하부면 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 캐비티 안테나(14)는 캐비티(26)와 같은 캐비티 구조물과 안테나 공진 소자(30)와 같은 안테나 공진 소자를 가질 수 있다. 캐비티 구조물(26)은, 금속이나 기타의 도전성 재료, 금속이나 기타의 도전성 재료로 코팅된 플라스틱이나 기타의 유전체 지지 구조물, 또는 기타의 적절한 도전성 구조물로부터 형성될 수 있다. 원한다면, 캐비티 구조물(26)은 제1 및 제2 부품으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 캐비티 구조물(26)은 이음매(seam, 28)에서 결합되고 레이저 용접된 제1 및 제2 금속 구조물로부터 형성될 수 있다.
안테나 공진 소자(30)는 캐비티(26)의 개구에 탑재된 인쇄 회로 보드와 같은 기판 상에 형성될 수 있다. 도 3에서, 캐비티(26)는 그 개구면이 아래쪽으로 향하도록 배향된다. 도시된 바와 같이, 캐비티(26)는, 측벽(26A, 26B, 및 26C) 및 평면형 후면 벽(26D)과 같은 평면형 수직 측벽 구조물을 포함할 수 있다. 원한다면, 캐비티(26)는 다른 형상(예를 들어, 수평 및 수직으로 만곡형 벽을 갖는 형상, 벤드(bend)를 갖는 형상 등)으로 형성될 수 있다. 도 3의 예는 예시일 뿐이다.
도 4는 캐비티(26)가 위쪽으로 향하는 배향의 도 3의 안테나(14)의 분해 사시도이다. 이 배향에서, 캐비티 개구(32)는 캐비티(26)의 상부에서 볼 수 있다. 캐비티 개구(32)는, 만곡형 에지(34) 및 직선형 에지(36)를 포함한, (도 4의 예에서) 4개의 에지를 가진다. 에지(34)는 만곡형이기 때문에, 개구(32) 및 이러한 타입의 다른 개구들은 때때로 만곡형 안테나 캐비티 개구라고 불린다. 안테나 공진 소자(30)는, 가요축(33)의 주위로 소자(30)를 구부려서 형성되는 비평면형 만곡형 층과 같은 만곡형 형상을 가질 수 있다. 그 결과, 소자(30)는 개구(32)의 만곡형 형상과 부합한다. 이것은, 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(10)의 만곡형 하우징 벽(12)에 들어맞을 수 있는 만곡형 형상을 갖춘 안테나(14)를 제공한다.
안테나 공진 소자(30)는, 스탬핑된 금속 호일, 와이어, 유전체 기판 상에 형성되는 구리나 기타의 도전성 재료의 트레이스, 이들 도전성 구조물들의 조합, 또는 기타의 적절한 도전성 구조물로부터 형성될 수 있다. 공진 소자는, 패치 안테나 설계, 역-F 안테나 설계, 모노폴, 다이폴, 슬롯, 안테나 코일, 평면형 역-F 안테나, 또는 기타 유형의 안테나에 기초할 수 있다. 여기서 때때로 예로서 설명되는 한 적절한 배치에서, 안테나 공진 소자(30)는, 하나 이상의 슬롯 안테나 구조물이 형성된 금속이나 기타의 도전성 재료의 층(때때로 접지면 소자 또는 접지면이라고 함)으로부터 형성된다. 슬롯 구조물은, 예를 들어, 도전층의 직사각형이나 각진-직사각형(angled-rectangular) 개구에 의해 정의될 수 있다. 도전층은, (예로서) 하나 이상의 구리층(예를 들어, 패터닝된 구리 트레이스)이나 기타의 금속으로부터 형성될 수 있다.
안테나 공진 소자(30)의 도전 부분은, 사출 성형(injection-molded) 또는 압축 성형된(compression-molded) 플라스틱 부분과 같은 유전체 기판 상에, 강성 인쇄 회로 보드 상에, 또는 강성이며 가요성("강성 가요성") 부분으로부터 형성된 기판 상에 형성될 수 있다. 안테나 공진 소자(30)는 또한, 폴리이미드로 된 얇은 가요성 시트(sheet)와 같은 폴리머로 된 얇은 가요성 층에 기초하는 가요성 인쇄 회로 보드 상에 형성될 수도 있다. 원한다면, 얇은 가요성 폴리이미드 시트를 지지하기 위해 지지 구조물(예를 들어, 강성 지지물 또는 플라스틱으로 된 가요성 층)이 이용될 수 있다.
안테나 공진 소자(30)는 또한, 충분히 얇은 층에 형성되어 가요성을 갖게 한 강성 인쇄 회로 보드 재료로부터 형성될 수도 있다. 예를 들어, 안테나 공진 소자(30)는, 두께가 약 0.09 내지 0.2mm, 약 0.05 내지 .3mm, 0.25mm 미만, 0.2mm 미만, 약 0.14mm이거나, 또는 안테나 공진 소자(30)가 개구(32)의 형상을 수용하도록 구부러질 수 있게 하는 또 다른 적절한 두께의 FR-4(내연성 섬유유리-충전된 에폭시 인쇄 회로 보드 기판 재료)의 층으로부터 형성될 수 있다.
이러한 타입의 구성에 의해, 소자(30)는, 만곡형 개구(32)에 순응하기에 충분한 가요성을 가지며, 또한 추가의 유전체 지지 구조물 상에 놓이지 않고도(예를 들어, 캐비티(26) 내에 플라스틱 지지물을 이용하지 않고도) 원하는 형상을 유지하기에 충분히 강성을 가질 수 있다. 유전체 지지 구조물은 (원한다면) 캐비티(26)로부터 생략될 수 있기 때문에, 캐비티(26)는 전적으로 공기로 채워질 수 있다. 그 결과, 캐비티(26)의 내부의 안테나 공진 소자(30) 아래에는 어떠한 유전체 지지물도 없을 것이다. 이것은, 소자(30)를 유전체 지지물에 인접하게 배치할 때 발생할 수도 있는 성능 변동(예를 들어, 안테나 소자와 기저의 유전체 지지물 사이의 작은 분리에서의 불확실성으로부터 발생할 수도 있는 성능 변동)을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.
도 5는 예시적 안테나 공진 소자의 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 공진 소자(30)는 강성 또는 가요성 인쇄 회로 보드 기판(기판(38))과 같은 기판으로부터 형성될 수 있다. 기판(38)은 (도 5의 층(40)으로서 개략적으로 도시된) 유전체 및 패터닝된 금속으로 된 층들을 포함할 수 있다. 컴포넌트(50)와 같은 컴포넌트들은 (도 5의 배향에서) 기판(38)의 하부측에 형성되고, 컴포넌트(44)와 같은 컴포넌트들은 (도 5의 배향에서) 기판(38)의 상부측에 형성될 수 있다. 기판(38)의 한 측에만 컴포넌트들이 탑재되는 구성이 이용될 수도 있다.
컴포넌트(44 및 50)는, 표면 실장 기술(SMT; surface mount technology) 커패시터, 저항, 인덕터, 스위치, 필터, 무선-주파수 커넥터(예를 들어, 소형 동축 케이블 커넥터), 케이블, 클립, 또는 기타의 적절한 컴포넌트와 같은 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 소자(30)의 도전성 트레이스(예를 들어, 기판(38)의 표면이나 기판(38)의 층(40)의 패터닝된 또는 블랭킷 금속막)는, 전기 컴포넌트들을 상호접속하고 안테나 공진 소자 구조물을 형성하는 데 이용될 수 있다. 표면 트레이스는, 안테나 공진 소자(30)의 상부면(42)(즉, 도 4의 배향에서 안테나 공진 소자(30)의 내측면) 상에 형성되거나, 안테나 공진 소자(30)의 하부면(즉, 도 4의 배향에서 안테나 공진 소자(30)의 외측면) 상에 형성될 수 있다.
안테나 슬롯(48)과 같은 안테나 공진 소자(30)에 대한 하나 이상의 슬롯은, 표면(42) 상의(또는 층(40) 내의) 금속이나 기타의 도전성 재료로 된 층 내부에 형성될 수 있다. 도 5의 예에서, 슬롯(48)은 금속층(42)(예를 들어, 구리층) 내부에 형성된다. 컴포넌트(44)는, 예를 들어, 슬롯(48)을 가교하는(bridge) SMT 커패시터일 수 있다.
조립 동안에, 전기적으로 단락시킴으로써 안테나 공진 소자(30)의 에지를 안테나 캐비티(26)의 에지(34 및 36)에 밀봉하기 위해(도 4), 땜납을 수용하는 표면(42)의 주변부에 있는 금으로 된 링, 또는 기타의 재료로 된 링(즉, 링(46)) 상에 형성된 땜납 링과 같은 도전성 재료로 된 링이 이용될 수 있다. 때때로 밀봉 링(sealing ring) 또는 도전성 밀봉 링이라 불리는 땜납 링(46)은 층(38)의 주변부를 에워쌀 수 있으며, 사각형 형상, 만곡형 에지를 갖는 형상, 각진 에지를 갖는 형상, 직선형 및 만곡형 에지의 조합을 갖는 형상 등을 가질 수 있다.
도 3의 캐비티 안테나(14)의 단면도가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 안테나(14)에 급전(feed)하기 위해 동축 케이블(24)과 같은 전송 라인이 이용될 수도 있다. 전송된 무선-주파수 안테나 신호는, 케이블(24)을 이용하여 트랜시버 회로(22)로부터 안테나(14)로 라우팅될 수 있다. 신호 수신 동안에, 수신된 무선-주파수 안테나 신호는 케이블(24)을 이용하여 안테나(14)로부터 트랜시버(22)로 라우팅될 수 있다. 케이블(24)(또는 장치(10)의 다른 전송 라인 구조물)은, 정극성 안테나 급전 단자(58) 및 접지 안테나 급전 단자(56)와 같은 안테나 급전 단자를 이용하여 안테나(14)에 결합될 수 있다. 접지 급전부(56)는, 땜납이나 커넥터를 이용하여 케이블(24) 내의 도전성 외측 브레이드(braid)(예를 들어, 케이블(24)의 접지 경로)에 전기적으로 접속될 수 있다. 정극성 급전부(58)는, 땜납이나 커넥터를 이용하여 정극성 중심 와이어(54)(예를 들어, 케이블(24)의 정극성 신호 경로)에 전기적으로 접속될 수 있다. 안테나 급전 단자(56 및 58)는 도 5의 슬롯(48)과 같은 하나 이상의 슬롯을 가교할 수 있다.
브라켓(52)과 같은 정렬 브라켓(스프링 클립)이나 기타의 적절한 정렬 구조물(예를 들어, 플라스틱 정렬 구조물)이 (예를 들어, 땜납이나, 스크류, 클립, 스프링, 용접, 접착제와 같은 고정자 등을 이용하여) 안테나 공진 소자(30)의 기판(38)에 장착될 수 있다. 브라켓(52)과 같은 정렬 구조물은, 조립 동안에 캐비티(26)에 관하여 공진 소자(38)를 정렬하는 데 도움을 줄 수 있다. 원한다면, 장착 브라켓(60)과 같은 장착 구조물이 (예를 들어, 용접이나 기타의 적절한 부착 메커니즘을 이용하여) 캐비티 구조물(26)에 접속될 수 있다. 브라켓(60)에는 홀(62)과 같은 개구가 제공될 수 있다. 안테나(14)가 장치(10)의 하우징(12) 내부에 탑재될 때, 스크류, 히트 스테이크(heat stake), 정렬 포스트(alignment post), 또는 기타의 구조물이 홀(62)을 관통할 수 있다.
원한다면, 안테나 공진 소자(30)에는 하나보다 많은 슬롯이 포함될 수 있다. 도 7은, 2개의 슬롯에 기초하는 안테나 공진 소자(30)에 이용될 수 있는 예시적 구성을 도시한다. 도 7의 안테나 공진 소자(30)의 각각의 슬롯은 도전층(42)(예를 들어, 안테나 공진 소자용 기판의 전체 표면을 가로질러 연장되는 구리층) 내의 각각의 개구로부터 형성될 수 있다. 도전성 땜납 링(46)은 층(42)의 주변부를 에워쌀 수 있다. 링(46)은 소자(30)가 캐비티(26)에 탑재되기 이전에 또는 이후에 형성될 수 있다. 컴포넌트(44)와 같은 컴포넌트(예를 들어, SMT 커패시터)가 (예를 들어, 하나 이상의 슬롯(48)을 가교하는 한 쌍의 단자에 의해) 소자(30)에 탑재될 수 있다.
슬롯들의 한쪽 또는 양쪽 모두는, 급전 단자(56 및 58)로부터 형성된 안테나 급전부를 이용하여 급전될 수 있다. 도 7의 예에서, 상위 슬롯(48A)은 슬롯(48A)의 대향 측들(즉, 더 긴 측들) 상에 위치해 있는 급전 단자(56 및 58)를 이용하여 직접 급전되고, 이 슬롯은 커패시터(44)에 의해 가교되는 반면, 하위 슬롯(48B)은 전송 라인(24)에 의해 직접 급전되지 않는 기생 안테나 소자로서 역할한다. 이러한 타입의 구성에서, 하위 슬롯은, 근거리장 전자기 결합을 통해 상위 슬롯에 근거리장 결합된다. 기생 슬롯(48B)은, 커패시터(44)와 같은 튜닝 소자와 연계하여, 안테나(14)를 튜닝한다. 이것은, 안테나(14)의 대역폭과 같은 안테나(14)의 성능 속성과 안테나(14)의 성능에서의 공진 피크의 위치가 최적화되는 것을 허용한다.
도 8은 슬롯(48)이 어떻게 다른 형상(예를 들어, 벤드(bend)를 갖는 직사각형)을 가질 수 있는지를 도시한다. 일반적으로, 임의 개수의 직접 급전 슬롯과 기생 슬롯이 있을 수 있으며, 이들 슬롯들은 직사각형, 복수의 아암이나 벤드를 갖는 직사각형, 만곡형 형상 등을 가질 수 있다. 전형적인 이중 대역 구조에서, 직접 급전 슬롯의 크기는 관심대상 기본 주파수(fundamental frequency)에서의(즉, 하위 대역의 중심 주파수에서의) 한 개 파장과 동일한 둘레를 가진다. 상위 대역에서의 응답은 조화파 공진(harmonic resonance)을 이용함으로써 얻어질 수 있다(즉, 상위 대역의 중심 주파수는 기본 주파수의 조화파와 일치할 수 있다).
도 7에 도시된 타입의 안테나 공진 소자에 의한 후면-캐비티형 슬롯 안테나의 성능에 대한 세부조정의 영향이 도 9에 도시되어 있다. 도 9는 동작 주파수(f) 대비 안테나 성능(정재파 비 SWR)의 그래프이다. 점선 곡선(66)은, 기생 슬롯(48B)이 없고 튜닝 커패시터(44)가 없이 안테나 슬롯(48A)이 급전될 때의 안테나 성능에 대응한다. 실선 곡선(64)은, 안테나 슬롯(48A)이 직접 급전되고, 기생 슬롯(48B)이 존재하고, 튜닝 커패시터(44)가 존재할 때의 안테나 성능에 대응한다.
도 9의 예에서, 주파수 fa 및 fb는, IEEE 802.11 통신을 지원하기 위한 이중 대역 안테나와 같은 이중 대역 안테나에 대한 중심 주파수이다. 이러한 타입의 시나리오에서, 주파수 fa는, 예를 들어, 2.4 GHz이고, 주파수 fb는, 예를 들어, 5 GHz일 수 있다. (예를 들어, 안테나(14)에서 2개 대역보다 많거나 2개 대역보다 적은 대역을 이용하거나, 상이한 대역 주파수를 이용하는) 다른 타입의 안테나 구조가 이용될 수도 있다. 이중 대역 IEEE 802.11 구성의 이용은 예시일 뿐이다.
슬롯(48B)과 커패시터(44)가 존재하지 않을 때, 안테나는 양쪽 모두 원하는 통신 대역과 정렬되지 않는 공진 피크(72 및 74)를 보일 수 있다(즉, 피크(72 및 74)는 양쪽 모두가 대역 중심 주파수 fa 및 fb와 정렬되지 않을 수 있다). 상위 및 하위 대역에서의 안테나의 대역폭도 원하는 것보다 좁을 수 있다. 예를 들어, 공진 피크(74)와 연관된 대역(즉, 상위 대역)의 대역폭(BW1)은 바람직하지 못하게 좁을 수 있다.
슬롯(48B)과 커패시터(44)가 존재할 때, 안테나(14)는 원하는 바와 같이 동작할 수 있다. 특히, 공진 피크(74)는, 커패시터(44)의 존재에 의해 주파수에서 더 아래로 이동할 수 있다(커패시터의 더 큰 값은 대응적으로 피크(74)에서의 더 큰 하향 주파수 이동을 생성하는 데 이용됨). 이 위치에서, 주파수 피크(70)는 상위 대역 중심 주파수 fb와 적절하게 정렬될 수 있다. 피크(72)의 위치도 역시 (예를 들어, 하위 대역 주파수 fa와 적절하게 정렬되는 주파수 피크(68)에 의해 도시된 위치로) 이동할 수 있다. 기생 슬롯(48B)의 존재는 안테나의 대역폭을 넓히는 데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 상위 주파수 fb에서의 안테나(14)의 대역폭은 (기생 슬롯이 없을 시의) BW1으로부터 (기생 슬롯(48B)의 존재시의) BW2로 넓어질 수 있다.
실시예에 따르면, 도전성 캐비티와, 제1 및 제2 안테나 급전 단자를 이용하여 직접 급전되는 제1 슬롯 및 제1 및 제2 안테나 급전 단자에 의해 직접 급전되지 않고 기생 안테나 슬롯으로서 역할하는 제2 슬롯을 포함하는 안테나 공진 소자를 포함하는, 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나를 튜닝하는 안테나 공진 소자 상의 전기 컴포넌트를 역시 포함하는 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 제1 슬롯을 가로질러 전기적으로 접속되는 안테나 공진 소자 상의 커패시터를 역시 포함하는 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나 공진 소자가 가요성 인쇄 회로 보드 기판을 포함하는 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 가요성 인쇄 회로 보드 기판이 에폭시를 포함하는 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 가요성 인쇄 회로 보드 기판이 0.2 mm 미만의 두께를 갖는 섬유유리-충전된 에폭시를 포함하는 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나 공진 소자를 도전성 캐비티에 단락(short)시키는 땜납 링(a ring of solder)을 또한 포함하는 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 도전성 캐비티는 캐비티 에지를 가지고, 안테나 공진 소자는 제1 및 제2 슬롯이 형성되는 금속층을 포함하며, 금속층은 주변 에지를 갖는, 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공되며, 이 후면-캐비티형 슬롯 안테나는 또한, 안테나 공진 소자의 금속층의 주변 에지를 캐비티 에지에 전기적으로 접속하는 주변 에지를 따른 도전성 재료의 링을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 도전성 캐비티는 적어도 하나의 만곡형 캐비티 에지를 포함하고, 안테나 공진 소자는 제1 및 제2 슬롯이 형성되는 비평면형 금속층을 포함하며, 비평면형 금속층은 주변 에지를 갖는, 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공되며, 이 후면-캐비티형 슬롯 안테나는 또한, 안테나 공진 소자의 비평면형 금속층의 주변 에지를 만곡형 캐비티 에지를 포함하는 캐비티 에지에 전기적으로 접속하는 도전성 재료의 링을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 도전성 캐비티는 만곡형 개구를 가지고, 안테나 공진 소자는 가요축의 주위로 구부러져 도전성 캐비티의 만곡형 개구와 부합하는 만곡형 기판을 포함하는, 후면-캐비티형 슬롯 안테나가 제공된다.
실시예에 따르면, 만곡형 개구를 갖는 도전성 캐비티와, 만곡형 개구와 부합하는 만곡형 형상을 형성하는 비평면형 금속층을 갖는 안테나 공진 소자를 포함하는 캐비티 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나 공진 소자가 비평면형 금속층에 2개의 안테나 슬롯을 포함하는 캐비티 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 2개의 안테나 슬롯들 중 하나를 가로질러 접속되는 커패시터를 포함하는 캐비티 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 제1 안테나 급전 단자와 제2 안테나 급전 단자를 또한 포함하고, 제1 안테나 급전 단자와 제2 안테나 급전 단자는 슬롯들 중 하나의 대향 측들 상에 위치하는, 캐비티 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나 공진 소자가 가요성 인쇄 회로 보드 기판을 포함하고, 도전성 캐비티는 공기로 채워지는, 캐비티 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나 공진 소자가 하나의 직접 급전 안테나 슬롯과 하나의 기생 안테나 슬롯을 포함하는 캐비티 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 비평면형 금속층이 주변 에지를 가지고, 도전성 캐비티는 캐비티 에지를 포함하며, 안테나 공진 소자는, 안테나 공진 소자의 주변 에지를 캐비티 에지에 단락시키는 땜납 링에 의해 캐비티에 밀봉되는, 캐비티 안테나가 제공된다.
실시예에 따르면, 만곡형 하우징 벽과, 만곡형 캐비티 개구를 갖는 도전성 안테나 캐비티를 갖추고 만곡형 캐비티 개구와 부합하도록 구부러지는 비평면형 안테나 공진 소자를 갖춘 캐비티 안테나를 포함하고, 만곡형 캐비티 개구는 만곡형 하우징 벽과 동일한 평면에 놓이는, 전자 장치가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나 공진 소자가, 직접 급전 안테나 슬롯이 형성되고 기생 안테나 슬롯이 형성되는 비평면형 금속층을 갖는 가요성 인쇄 회로 보드를 포함하고, 캐비티 안테나는 공기로 채워지는, 전자 장치가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 비평면형 금속층을 도전성 안테나 캐비티의 짝을 이루는 에지에 전기적으로 접속하는 땜납 링을 역시 포함하는 전자 장치가 제공된다.
전술된 내용은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않고 당업자에 의해 다양한 수정이 이루어질 수 있다. 전술된 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 장치로서,
    만곡형 전자 장치 하우징 벽(curved electronic device housing wall); 및
    만곡형 캐비티 개구를 갖는 도전성 안테나 캐비티를 가지며, 상기 만곡형 캐비티 개구와 부합하도록 구부러지는 비평면형 안테나 공진 소자를 갖는 캐비티 안테나 - 상기 비평면형 안테나 공진 소자는 상기 만곡형 전자 장치 하우징 벽과 동일한 평면에 놓임 -
    를 포함하는, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나 공진 소자는, 직접 급전 안테나 슬롯이 형성되며 기생 안테나 슬롯이 형성되는 비평면형 금속층을 갖는 가요성 인쇄 회로 보드를 포함하고, 상기 캐비티 안테나는 공기로 채워지는, 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비평면형 금속층을 상기 도전성 안테나 캐비티의 짝을 이루는 에지(mating edge)에 전기적으로 접속하는 땜납 링을 더 포함하는 전자 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전자 장치는 처리 회로를 더 포함하며, 상기 만곡형 전자 장치 하우징 벽은 상기 전자 장치의 외측면 부분들을 포함하는, 전자 장치.
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