KR101617969B1 - 다중의 안테나들 및 적어도 하나의 기생 엘리먼트를 갖는 광대역 안테나 시스템 - Google Patents

다중의 안테나들 및 적어도 하나의 기생 엘리먼트를 갖는 광대역 안테나 시스템 Download PDF

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Abstract

다중의 안테나들 및 적어도 하나의 기생 엘리먼트를 갖는 광대역 안테나 시스템이 개시된다. 예시적인 설계에 있어서, 장치는 제 1 안테나 (310), 제 2 안테나 (320), 및 기생 엘리먼트 (330) 를 포함한다. 제 1 안테나 (310) 는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는다. 제 2 안테나 (320) 는 또한, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 가질 수도 있다. 기생 엘리먼트 (330) 는 제 1 안테나와 제 2 안테나 사이에 위치된다. 제 1 및 제 2 안테나들 (310, 320) 은 보드 상에 나란히 배치되고, 무선 디바이스의 상단부 또는 하단부에 위치되고, 및/또는 보드의 반대측들 (예를 들어, 전방측 및 후방측) 상에 형성될 수도 있다. 기생 엘리먼트 (330) 는, 제 1 및 제 2 안테나들 (310, 320) 이 형성되는 평면과 수직인 평면 상에 형성될 수도 있다.

Description

다중의 안테나들 및 적어도 하나의 기생 엘리먼트를 갖는 광대역 안테나 시스템{WIDEBAND ANTENNA SYSTEM WITH MULTIPLE ANTENNAS AND AT LEAST ONE PARASITIC ELEMENT}
본 개시는 일반적으로 통신에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 무선 디바이스에 대한 안테나 시스템에 관한 것이다.
무선 디바이스 (예를 들어, 셀룰러 폰 또는 스마트 폰) 는 안테나에 커플링된 송신기 및 수신기를 포함하여, 양방향 통신을 지원할 수도 있다. 데이터 송신을 위해, 송신기는 무선 주파수 (RF) 캐리어 신호를 데이터로 변조하여 변조된 신호를 획득하고, 변조된 신호를 증폭하여 적절한 신호 레벨을 갖는 송신 (TX) 신호를 획득하며, TX 신호를 안테나를 통해 기지국으로 송신할 수도 있다. 데이터 수신을 위해, 수신기는 안테나를 통해 수신 (RX) 신호를 획득할 수도 있고, RX 신호를 컨디셔닝 및 프로세싱하여 기지국에 의해 전송된 데이터를 복원할 수도 있다.
무선 디바이스는 성능을 개선하기 위해 다중의 안테나들에 커플링된 다중의 송신기들 및/또는 다중의 수신기들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 다중의 송신기들은 다중의 안테나들을 통해 다중의 신호들을 동시에 송신하여, 상이한 기능들을 위한 다중의 송신물들 (예를 들어, 음성 및 데이터) 을 전송하고, 송신 다이버시티를 달성하고, 다중입력 다중출력 (MIMO) 송신을 지원하는 등등을 실시할 수도 있다. 다중의 수신기들은 또한 다중의 안테나들로부터 다중의 신호들을 동시에 수신하여, 상이한 기능들을 위해 전송된 송신물들을 복원하고, 수신 다이버시티를 달성하고, MIMO 송신을 지원하는 등등을 실시할 수도 있다. 다중의 안테나들의 사용은 데이터 송신 및 데이터 수신 양자에 대한 성능을 개선시킬 수도 있다.
다양한 이유들로 인해 무선 디바이스 상에서 다중의 안테나들을 설계 및 형성하는 것은 난제일 수도 있다. 첫째, 무선 디바이스는 휴대용이고 소형 사이즈를 가질 수도 있으며, 소형 폼 팩터로 인해 무선 디바이스에 있어서 다중의 안테나들을 피팅하는 것은 난제일 수도 있다. 둘째, 모든 안테나들에 대해 우수한 성능을 획득하는 것이 난제일 수도 있다. 셋째, 무선 디바이스 내에서 다중의 안테나들 간의 원하는 분리를 획득하는 것이 난제일 수도 있다.
도 1 은 다중의 무선 시스템들과 통신하는 무선 디바이스를 도시한 것이다.
도 2 는 무선 디바이스의 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
도 3 은 2개의 안테나들 및 하나의 기생 엘리먼트를 갖는 광대역 안테나 시스템의 사시도를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b 는 안테나 캐리어 상의 광대역 안테나 시스템의 2개의 사시도들을 도시한 것이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c 는 안테나 캐리어 상의 광대역 안테나 시스템의 정면도, 배면도, 및 측면도를 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6d 는 기생 엘리먼트의 4개의 예시적인 설계들을 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b 는, 각각, 저주파수 대역 및 고주파수 대역에 대한 광대역 안테나 시스템에서의 2개의 안테나들의 효율을 도시한 것이다.
도 8 은 광대역 안테나 시스템에서 안테나들을 형성하기 위한 프로세스를 도시한 것이다.
도 9 는 광대역 안테나 시스템에서 안테나들을 사용하기 위한 프로세스를 도시한 것이다.
하기에 기재된 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 설계들의 설명으로서 의도되고, 본 개시가 실시될 수 있는 유일한 설계들만을 나타내도록 의도되지 않는다. 용어 "예시적인" 은 "예, 예증, 또는 예시로서 기능하는" 을 의미하도록 본 명세서에서 사용된다. "예시적인" 것으로서 본 명세서에서 설명되는 임의의 설계는 다른 설계들에 비해 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석되지는 않아야 한다. 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 설계들의 철저한 이해를 제공할 목적으로 특정 상세들을 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 예시적인 설계들은 이들 특정 상세들없이도 실시될 수도 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 일부 경우들에 있어서, 널리 공지된 구조들 및 디바이스들은 본 명세서에서 제시된 예시적인 설계들의 신규성을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해 블록 다이어그램 형태로 도시된다.
다중의 안테나들 및 적어도 하나의 기생 엘리먼트를 갖는 광대역 안테나 시스템이 본 명세서에서 설명된다. 광대역 안테나 시스템은 무선 디바이스들 (예를 들어, 셀룰러 폰들, 스마트 폰들, 무선 모뎀들 등) 태블릿들, 개인용 디지털 보조기들 (PDAs), 핸드헬드 디바이스들, 랩탑 컴퓨터들, 스마트 북들, 넷북들, 코드리스 폰들, 무선 로컬 루프 (WLL) 스테이션들, 블루투스 디바이스들, 소비자 전자 디바이스들 등과 같은 다양한 전자 디바이스들을 위해 사용될 수도 있다. 명료화를 위해, 무선 디바이스에 대한 광대역 안테나 시스템의 이용이 하기에 설명된다.
도 1 은 다중의 무선 통신 시스템들 (120 및 122) 과 통신하는 것이 가능한 무선 디바이스 (110) 를 도시한 것이다. 무선 시스템 (120) 은 광대역 CDMA (WCDMA), cdma2000, 또는 CDMA 의 기타 다른 버전을 구현할 수도 있는 코드분할 다중 액세스 (CDMA) 시스템일 수도 있다. 무선 시스템 (122) 은 모바일 통신용 글로벌 시스템 (GSM) 시스템, 롱텀 에볼루션 (LTE) 시스템, 무선 로컬 영역 네트워크 (WLAN) 시스템 등일 수도 있다. 단순화를 위해, 도 1 은 하나의 기지국 (130) 및 하나의 모바일 스위칭 센터 (MSC; 140) 를 포함하는 무선 시스템 (120), 및 하나의 기지국 (132) 및 하나의 무선 네트워크 제어기 (RNC) 를 포함하는 시스템 (122) 을 도시한다. 일반적으로, 각각의 시스템은 임의의 수의 기지국들 및 임의의 세트의 네트워크 엔터티들을 포함할 수도 있다.
무선 디바이스 (100) 는 또한 사용자 장비 (UE), 이동국, 단말기, 액세스 단말기, 가입자 유닛, 스테이션 등으로서 지칭될 수도 있다. 무선 디바이스 (110) 에는 임의의 수의 안테나들이 장비될 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 무선 디바이스 (110) 는 2개의 안테나들을 포함한다. 다중의 안테나들은, 다중의 서비스들 (예를 들어, 음성 및 데이터) 을 동시에 지원하고, 유해한 경로 효과들 (예를 들어, 페이딩, 다중경로, 및 간섭) 에 대해 다이버시티를 제공하고, MIMO 송신을 지원하여 데이터 레이트를 증가시키고, 및/또는 다른 이점들을 획득하기 위해 사용될 수도 있다. 무선 디바이스 (110) 는 무선 시스템 (120 및/또는 122) 과 통신하는 것이 가능할 수도 있다. 무선 디바이스 (110) 는 또한 방송국들 (예를 들어, 방송국 (134)) 로부터의 신호들을 수신하는 것이 가능할 수도 있다. 무선 디바이스 (110) 는 또한 하나 이상의 글로벌 네비게이션 위성 시스템들 (GNSS) 에 있어서 위성들 (예를 들어, 위성 (150)) 로부터의 신호들을 수신하는 것이 가능할 수도 있다.
일반적으로, 무선 디바이스 (110) 는, WCDMA, cdma2000, GSM, LTE, GPS 등과 같은 임의의 무선 기술들을 채용할 수도 있는 임의의 수의 무선 시스템들과의 통신을 지원할 수도 있다. 무선 디바이스 (110) 는 또한 임의의 수의 주파수 대역들 상에서의 동작을 지원할 수도 있다.
도 2 는 2개의 안테나들을 갖는 무선 디바이스 (110) 의 예시적인 설계의 블록 다이어그램을 도시한 것이다. 이 예시적인 설계에 있어서, 무선 디바이스 (110) 는 제 1 섹션 (212) 에 커플링된 제 1 안테나 (210; 안테나 1) 및 제 2 섹션 (222) 에 커플링된 제 2 안테나 (220; 안테나 2) 를 포함한다. 섹션 (212) 은 다중의 (K개) 주파수 대역들 상의 데이터 송신을 지원하는 송신 (TX) 모듈 (230), 및 K개의 주파수 대역들 상의 데이터 수신을 지원하는 수신 (RX) 모듈 (240) 을 포함하며, 여기서, K 는 임의의 정수값일 수도 있다. 섹션 (222) 은 하나 이상의 주파수 대역들 상의 데이터 송신을 지원하는 TX 모듈 (250), 및 다중의 (M개) 주파수 대역들 상의 데이터 수신을 지원하는 RX 모듈 (260) 을 포함한다. 일반적으로, TX 모듈들 (230 및 250) 은 동일하거나 상이한 주파수 대역들을 지원할 수도 있다. 유사하게, RX 모듈들 (240 및 260) 은 동일하거나 상이한 주파수 대역들을 지원할 수도 있다.
제 1 섹션 (212) 내에서, 스위치플렉서/듀플렉서 (214) 는 (i) TX 모듈 (230) 또는 RX 모듈 (240) 을 제 1 안테나 (210) 에 커플링시키고, (ii) 데이터 송신 동안 TX 모듈 (230) 내의 적절한 송신 경로를 제 1 안테나 (210) 에 커플링시키며, (iii) 데이터 수신 동안 RX 모듈 (240) 내의 적절한 수신 경로를 제 1 안테나 (210) 에 커플링시키도록 스위칭 및/또는 라우팅을 수행한다. 스위치플렉서/듀플렉서 (214) 는 제 1 안테나 (210) 에 커플링된 안테나 포트, 그리고 TX 모듈 (230) 내의 K개의 송신 경로들 및 RX 모듈 (240) 내의 K개의 수신 경로들에 커플링된 입력/출력 (I/O) 포트들을 갖는다. 스위치플렉서 (214) 는 임의의 소정 순간에 I/O 포트들 중 하나에 안테나 포트를 커플링시킨다.
TX 모듈 (230) 은, 상이한 주파수 대역들 및/또는 상이한 무선 시스템들을 지원할 수도 있는 K개의 송신 경로들을 포함한다. 예를 들어, 하나의 송신 경로는 관심있는 각각의 주파수 대역을 위해 사용될 수도 있다. 각각의 송신 경로는 TX 필터 (232) 및 전력 증폭기 (PA; 234) 를 포함한다. K개의 송신 경로들에 대한 TX 필터들 (232a 내지 232k) 은 RF 백-엔드 (270) 로부터의 (상이한 주파수 대역들에 대한 것일 수도 있는) 출력 RF 신호들을 수신하고, 필터링된 신호들을 PA들 (234a 내지 234k) 로 각각 제공한다. PA들 (234a 내지 P234k) 은 그 필터링된 신호들을 증폭하고 TX 신호들을 제공하며, 이 TX 신호들은 스위치플렉서/듀플렉서 (214) 를 통해 라우팅되고 제 1 안테나 (210) 를 통해 송신된다.
RX 모듈 (240) 은, 상이한 주파수 대역들 및/또는 상이한 무선 시스템들을 지원할 수도 있는 K개의 수신 경로들을 포함한다. 예를 들어, 하나의 수신 경로는 관심있는 각각의 주파수 대역을 위해 사용될 수도 있다. 각각의 수신 경로는 저잡음 증폭기 (LNA; 244) 에 커플링된 RX 필터 (242) 를 포함한다. K개의 수신 경로들에 대한 RX 필터들 (242a 내지 242k) 은 (상이한 주파수 대역들에 대한 것일 수도 있는) 그 RX 신호들을 필터링하고, 필터링된 신호들을 LNA들 (244a 내지 244k) 로 각각 제공한다. LNA들 (244a 내지 244k) 은 그 필터링된 신호들을 증폭하고 입력 RF 신호들을 RF 백-엔드 (270) 에 제공한다. 스위치플렉서/듀플렉서 (214) 는 제 1 섹션 (212) 에 대한 동작의 주파수 대역을 선택하고, 제 1 안테나 (210) 로부터의 RX 신호를 선택된 주파수 대역에 대한 수신 경로에 커플링시킨다.
제 2 섹션 (222) 내에서, 스위치플렉서/듀플렉서 (224) 는 제 2 안테나 (220) 에 커플링된 안테나 포트, 그리고 TX 모듈 (250) 내의 송신 경로 및 RX 모듈 (260) 내의 M개의 수신 경로들에 커플링된 I/O 포트들을 갖는다. TX 모듈 (250) 은 하나의 송신 경로에 대해 TX 필터 (252) 및 전력 증폭기 (254) 를 포함한다. RX 모듈 (260) 은 각각의 수신 경로에 대해 RX 필터 (262) 및 LNA (264) 를 포함한다. 스위치플렉서 (224) 는 제 2 섹션 (222) 에 대한 동작의 주파수 대역을 선택하고, 제 2 안테나 (220) 로부터의 RX 신호를 선택된 주파수 대역에 대한 수신 경로에 커플링시킨다.
RF 백-엔드 (270) 는 하향 변환기들, 상향 변환기들, 증폭기들, 필터들, 버퍼들 등과 같은 다양한 회로 블록들을 포함할 수도 있다. RF 백-엔드 (270) 는 LNA들 중 임의의 LNA 로부터의 입력 RF 신호를 주파수 하향변환, 증폭, 및 필터링하며, 입력 기저대역 신호를 데이터 프로세서 (280) 에 제공할 수도 잇다. RF 백-엔드 (270) 는 또한 출력 기저대역 신호를 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환하며, 출력 RF 신호를 TX 필터들 (232 및 252) 중 하나에 제공할 수도 잇다. 모듈들 (230, 240, 250 및 260) 및 RF 백-엔드 (270) 모두 또는 그 일부는 하나 이상의 아날로그 집적회로들 (ICs), RF IC들 (RFICs), 믹싱된 신호 IC들 등 상에서 구현될 수도 있다.
데이터 프로세서 (280) 는 무선 디바이스 (110) 에 대한 다양한 기능들, 예를 들어, 송신 및 수신되는 데이터에 대한 프로세싱을 수행할 수도 있다. 메모리 (282) 는 데이터 프로세서 (280) 에 대한 프로그램 코드들 및 데이터를 저장할 수도 있다. 데이터 프로세서 (280) 는 하나 이상의 주문형 집적회로들 (ASICs) 및/또는 다른 IC들 상에서 구현될 수도 있다.
무선 디바이스 (110) 의 설계는 다양한 이유들로 난제일 수도 있다. 첫째, 무선 디바이스 (110) 는 휴대용이고 소형 사이즈를 가질 수도 있다. 따라서, 무선 디바이스 (110) 의 사이즈, 두께, 및 안테나 체적이 가능하면 작아야 한다. 둘째, 무선 디바이스 (110) 는 송신 및 수신 양자를 행하기 위한, 예를 들어 동시적인 음성 및 데이터를 지원하기 위한 안테나들 (210 및 220) 을 요구할 수도 있다. 따라서, 안테나들 (210 및 220) 양자는 우수한 안테나 효율을 가져야 한다. 이는, 안테나 (220) 가 오직 데이터 수신을 위해 사용되는 다이버시티/보조 안테나이고 따라서 더 낮은 안테나 효율을 가질 수 있는 경우와 대조적이다. 셋째, 무선 디바이스 (110) 는, 다중의 주파수 대역들을 커버할 수도 있는 넓은 주파수 범위 상에서의 동작을 지원할 수도 있다. 예를 들어, 안테나 (210) 는 704 MHz 내지 960 MHz 또한 1710 MHz 내지 2170 MHz 의 동작을 지원할 수도 있다. 따라서, 안테나들 (210 및/또는 220) 은 무선 디바이스 (110) 에 의해 지원되는 넓은 주파수 범위에 걸쳐 우수한 성능을 가져야 한다. 넷째, 안테나들 (210 및 220) 이 모두 송신할 수 있기 때문에, 안테나들 (210 및 220) 은 상호변조 효과를 감소시키기 위해 우수한 분리를 가져야 한다. 안테나들 (210 및 220) 의 분리 요건들은, 송신 및 수신 모두를 행하는 프라이머리 안테나 및 수신만을 행하는 다이버시티 안테나를 갖는 안테나 시스템에 대한 것보다 더 엄격할 수도 있다.
일 양태에 있어서, 다중의 안테나들 및 적어도 하나의 기생 엘리먼트를 갖는 광대역 안테나 시스템이 본 명세서에서 설명된다. 기생 엘리먼트는, 전류를 전도하고 임의의 신호로 직접 적용되지 않는 도체 (예를 들어, 루프로 배열되는 와이어 또는 도전성 금속 트레이스) 이다. 하지만, 기생 엘리먼트는 공기 및/또는 기타 다른 수단을 걸친 커플링을 통해 인접 안테나들 및/또는 회로들로부터 신호들을 획득할 수도 있다. 기생 엘리먼트는 또한 기생 루프, 접지 루프 등으로 지칭될 수도 있다. 일 설계에 있어서, 광대역 안테나 시스템은 상대적으로 작은 체적으로 구현되고 우수한 성능 (예를 들어, 높은 주파수 효율) 을 가지며 넓은 주파수 범위에 걸친 우수한 분리를 갖는 2개의 안테나들을 포함한다. 이들 2개의 안테나들은 무선 디바이스 (110) 에 있어서 안테나들 (210 및 220) 을 위해 사용될 수도 있다. 광대역 안테나 시스템은 또한, 하기에 설명되는 바와 같은 다른 바람직한 특성들을 가질 수도 있다.
도 3 은 우수한 성능 및 우수한 분리를 갖는 광대역 안테나 시스템 (300) 의 예시적인 설계의 사시도를 도시한 것이다. 광대역 안테나 시스템 (300) 은 제 1 안테나 (310; 또는 안테나 1), 제 2 안테나 (320; 또는 안테나 2) 및 기생 엘리먼트 (330) 를 포함한다. 안테나들 (310 및 320) 은 도 2 의 무선 디바이스 (110) 에 있어서, 각각, 안테나들 (210 및 220) 을 위해 사용될 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 안테나들 (310 및 320) 은 모노폴 안테나들이다. 안테나들 (310 및 320) 은 또한 다른 안테나 구조들로 구현될 수도 있다.
도 3 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 안테나 (310) 는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들 (314 및 316) 을 갖는 개방 단부형 루프 (312) 로 형성되며, 즉, 2개의 단부들은 서로 접촉하지 않고 터치하지도 않는다. 갭은 임의의 적절한 폭을 가질 수도 있고, 공기를 포함한 임의의 비-도전성 재료로 형성될 수도 있으며, 2개의 단부들 (314 및 316) 의 전기적 접촉을 방지할 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 루프 (312) 는 특정 동작 주파수에서 파장의 대략 1/3 내지 1/2 의 길이를 가질 수도 있다. 안테나 (310) 는, 제 1 송신기 (도 3 에 도시 안됨) 로부터 제 1 TX 신호를 수신하고 제 1 RX 신호를 제 1 수신기 (또한 도 3 에 도시 안됨) 에 제공하는 안테나 입력부 (318) 를 갖는다. 안테나 (310) 의 다양한 부분들의 레이아웃 및 치수들은 원하는 주파수 범위에 걸쳐 우수한 성능을 획득하도록 선택될 수도 있다.
도 3 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 안테나 (320) 는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들 (324 및 326) 을 갖는 개방 단부형 루프 (322) 로 형성된다. 예시적인 설계에 있어서, 루프 (322) 는 파장의 대략 1/3 내지 1/2 의 길이를 가질 수도 있다. 안테나 (320) 는, 제 2 송신기 (도 3 에 도시 안됨) 로부터 제 2 TX 신호를 수신하고 제 2 RX 신호를 제 2 수신기 (또한 도 3 에 도시 안됨) 에 제공하는 안테나 입력부 (328) 를 갖는다. 안테나 (320) 의 다양한 부분들의 레이아웃 및 치수들은 원하는 주파수 범위에 걸쳐 우수한 성능을 획득하도록 선택될 수도 있다.
도 3 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 기생 엘리먼트 (330) 는 폐쇄 루프 (332) 로 배열되고 접지 평면들에 커플링된 2개의 단부들 (334 및 336) 을 갖는 도전성 금속 트레이스에 의해 형성된다. 기생 엘리먼트 (330) 는 안테나들 (310 및 320) 사이에 위치되고, 수개의 기능들을 수행한다. 첫째, 기생 엘리먼트 (330) 는 안테나들 (310 및 320) 간의 분리를 제공하고 2개 안테나들 간의 신호 누설을 감소시킨다. 둘째, 기생 엘리먼트 (330) 는 안테나들 (310 및 320) 의 성능을 튜닝 및 개선하는 것을 돕는다.
예시적인 설계에 있어서, 광대역 안테나 시스템 (300) 은, 회로 보드에 결합될 수도 있는 안테나 캐리어 상에 구현될 수도 있다. 안테나 캐리어는, 폴리카보네이트와 같은 산업용 플라스틱일 수도 있는 비-도전성 유전체 재료로 제조될 수도 있다. 회로 보드는 무선 디바이스에 대한 다양한 회로 컴포넌트들을 반송할 수도 있다. 광대역 안테나 시스템 (300) 은, 가능하면 적은 공간 및 체적을 점유하여 안테나 캐리어가 가능하면 작을 수 있도록 구현될 수도 있다. 더욱이, 광대역 안테나 시스템 (300) 은, 회로 보드 상의 다른 회로 컴포넌트들의 배치 및 라우팅에 가능하면 적은 영향을 주도록 구현될 수도 있다.
도 4a 및 도 4b 는 안테나 캐리어 (350) 상의 광대역 안테나 시스템 (300) 을 구현하는 예시적인 설계의 2개의 사시도들을 도시한 것이다. 안테나 캐리어 (350) 는, 무선 디바이스의 상단부 또는 하단부에 대응할 수도 있는 회로 보드 (360) 의 일 단부에 결합될 수도 있다. 회로 보드 (360) 는 무선 디바이스에 대한 다양한 회로 컴포넌트들 (도 4a 및 도 4b 에는 도시 안됨) 을 포함할 수도 있다. 도 4a 는 회로 보드 (360) 의 전방측의 사시도를 도시하지만, 도 4b 는 회로 보드 (360) 의 후방측의 사시도를 도시한다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 안테나들 (310 및 320) 은 안테나 캐리어 (350) 상에 나란히 배치되고, 무선 디바이스의 일 단부에 위치된다. 이러한 안테나 구성은 안테나들 (310 및 320) 의 더 조밀한 레이아웃을 발생시키고, 회로 컴포넌트들의 배치 및 라우팅에 덜 영향을 줄 수도 있다. 안테나들 (310 및 320) 은 무선 디바이스의 상부 또는 저부에 위치될 수도 있으며, 이는 SAR (Specific Absorption Rate) 요건들 및 다른 FCC (Federal Communications Commission) 규정들을 충족시키기 위한 설계 유연성을 제공할 수도 있다. 도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 안테나 구성은 무선 디바이스의 상부에 위치된 일 안테나 및 저부에 위치된 다른 안테나를 갖는 안테나 구성에 비해, 적은 체적을 사용하고 더 우수한 분리 및 안테나 상관을 달성하며 다른 이점들을 제공할 수도 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 안테나들 (310 및 320) 은 안테나 캐리어 (350) 의 상이한 측부들 상에서 구현된다. 특히, 안테나 (310) 는 안테나 캐리어 (350) 의 일 측부 상에 구현되고, 안테나 (320) 는 안테나 캐리어 (350) 의 다른 측부 상에 구현된다. 이러한 안테나 배치는 2개의 안테나들 간의 더 우수한 분리, 테이블과 같은 평면 오브젝트에 의해 디튜닝되는 양 안테나들의 더 낮은 가능성, 2개의 안테나들이 동일 측부로부터 방사하지 않기 때문에 사용자에 대한 더 적은 방사 등등과 같은 다양한 이점들을 제공할 수도 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 안테나들 (310 및 320) 은 동일한 개방 루프 구조를 갖지만 상이한 형상들 및 치수들을 갖는다. 안테나 (310) 의 형상 및 치수는 안테나 (310) 에 대한 우수한 성능을 달성하기 위해 선택될 수도 있다. 유사하게, 안테나 (320) 의 형상 및 치수는 안테나 (320) 에 대한 우수한 성능을 달성하기 위해 선택될 수도 있다. 안테나들 (310 및 320) 의 형상들 및 치수들은 또한 안테나 캐리어 (350) 의 치수, 안테나들 (310 및 320) 이 활용되는 무선 디바이스의 사이즈 등과 같은 다른 제약들에 기초하여 결정될 수도 있다. 도 3 에 도시된 예시적인 설계는 안테나들 (310 및 320) 로 하여금 그 안테나의 요건들에 기초하여 각각의 안테나에 대한 우수한 성능을 획득하도록 개별적으로 커스터마이즈되게 할 수도 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시되지 않은 다른 예시적인 설계에 있어서, 안테나들 (310 및 320) 은 동일한 개방 루프 구조뿐 아니라 동일한 형상 및 치수를 가질 수도 있다. 예를 들어, 안테나 (310 또는 320) 중 어느 하나는 복제되고 180도 뒤집힐 수도 있다. 그 후, 도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 2개의 동일한 안테나들이 안테나 캐리어 (350) 의 반대 코너들에 나란히 배치될 수도 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 안테나 (320) 는 안테나 캐리어 (350) 의 후방측 상에 실질적으로 형성된다. 하지만, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 안테나 (310) 는 안테나 캐리어 (350) 의 전방측 및 상부 에지 양자에 형성된다. 이러한 예시적인 설계는 특정한 이점들을 제공할 수도 있다. 상부 에지는 통상적으로, 접지 평면으로부터 최대 클리어런스를 갖는다. 따라서, 안테나 설계는 가능하다면 상부 에지 상의 영역을 활용하도록 시도할 것이다. 하지만, 상부 에지가 제로의, 하나의, 또는 양자의 안테나들을 위해 사용되는지 여부는 안테나들의 전체 성능에 의존할 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 각각의 안테나는 안테나 캐리어 (350) 의 오직 일 측에만 형성된다. 이러한 예시적인 설계에 있어서, 안테나 (310) 는 안테나 캐리어 (350) 의 상부 에지가 아닌 오직 전방측에만 형성된다.
안테나들 (310 및 320) 의 나란한 및 전방-후방 구성은 핸드 효과들 및 SAR 문제들을 해결하기 위한 더 많은 유연성을 제공할 수도 있다. 안테나들 (310 및 320) 양자가 무선 디바이스의 상부에 배치되면, 2개의 안테나들은 무선 디바이스의 사용자의 핸드들에 의해 커버될 가능성이 훨씬 더 적어질 수도 있다. 안테나들 (310 및 320) 양자가 무선 디바이스의 저부에 배치되면, 일 안테나가 전방측에 위치되고 다른 안테나가 후방측에 위치되기 때문에 양자의 안테나들이 사용자의 핸드들에 의해 커버될 것이라는 가능성은 없다. 따라서, 안테나들 (310 및 320) 의 이러한 나란한 및 전방-후방 구성은 핸드 배치로 인한 더 적은 영향을 발생시킬 수도 있다. 이에 반해, 무선 디바이스의 상부에서 일 안테나 및 무선 디바이스의 저부에서 다른 안테나를 갖는 상부-저부 구성은 사용자의 핸드들에 의해 커버되는 것에 더 영향을 받기 쉬울 수도 있다. 안테나들 (310 및 320) 은, SAR 및 핸드 효과들의 우수한 밸런스가 획득될 수 있도록 설계 및 배치될 수도 있다.
안테나들 (310 및 320) 의 나란한 및 전방-후방 구성은 또한, 2개의 안테나들로 하여금 상부-저부 구성보다 더 적은 체적으로 구현될 수 있게 할 수도 있다. 예를 들어, 안테나들 (310 및 320) 은 대략 15 밀리미터 (mm) 의 높이를 갖는 안테나 캐리어 (350) 로 구현될 수도 있다. 이에 반해, 필적하는 성능을 갖는 2개의 안테나들은 상부-저부 구성을 위한 2개의 안테나 캐리어들 상에 구현될 수도 있으며, 일 안테나는 대략 11 mm 의 높이를 갖는 일 안테나 캐리어 상에 구현되고, 다른 안테나는 대략 9 mm 의 높이를 갖는 다른 안테나 캐리어 상에 구현된다. 따라서, 나란한 및 전방-후방 구성은 상부-저부 구성에 비해 무선 디바이스의 전체 길이를 대략 5 mm 만큼 감소시킬 수도 있다. 나란한 및 전방-후방 구성은 무선 디바이스 상의 체적 리소스를 이용함에 있어서 더 효율적일 수도 있다.
일반적으로, 안테나의 전체 성능 (예를 들어, 효율 및 대역폭) 은 안테나의 사이즈와 관련될 수도 있고, 더 우수한 성능은 통상적으로 더 큰 안테나로 획득될 수도 있으며, 그 역도 성립한다. 예시적인 설계에 있어서, 안테나들 (310 및 320) 은 상이한 대역폭 요건들을 가지며, 안테나 (310) 의 요구된 대역폭은 안테나 (320) 의 요구된 대역폭보다 더 넓다. 그 후, 안테나 (310) 는 안테나 (320) 보다 더 큰 사이즈로 구현될 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 안테나 (310) 는 2개의 안테나들에 대한 전체 체적의 대략 56% 를 점유할 수도 있으며, 안테나 (320) 는 전체 체적의 대략 44% 를 점유할 수도 있다. 총 체적은 또한 55/45 분할, 60/40 분할, 65/35 분할, 또는 기타 다른 분할에 기초하여 안테나들 (310 및 330) 사이에서 분할될 수도 있다. 안테나들 (310 및 330) 에 대해 분할된 퍼센티지는 2개의 안테나들의 대역폭 요건들 및/또는 다른 팩터들에 의존할 수도 있다.
일반적으로, 안테나들 (310 및 320) 은 각각 임의의 적절한 형상, 사이즈, 및 배치를 가질 수도 있다. 각각의 안테나의 형상, 사이즈, 및 배치는 안테나의 요건들, 무선 디바이스의 공간 제약들, 및/또는 다른 팩터들에 의존할 수도 있다. 도 3, 도 4a 및 도 4b 는, 하기 설명되는 바와 같이, 넓은 주파수 범위에 걸쳐 우수한 성능을 달성하도록 선택되었던 특정 형상들, 사이즈들, 및 배치들을 갖는 안테나들 (310 및 320) 의 예시적인 설계를 도시한다. 각각의 안테나의 형상, 사이즈, 및 배치는 또한 도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 예시적인 설계로부터 변경될 수도 있으며, 이는 본 개시의 범위 내에 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 기생 엘리먼트 (330) 는 안테나들 (310 및 320) 사이에 위치되고 2개의 안테나들에 의해 공유된다. 기생 엘리먼트 (330) 는 안테나들 (310 및 320) 간의 분리를, 특히, 양자가 동시에 송신하고 있는 경우에 개선시키는 것을 돕는다. 특히, 기생 엘리먼트 (330) 는 (도전성 금속 트레이스로의 기생 엘리먼트 (330) 의 구현에 기인한) 전계 및 (루프인 기생 엘리먼트 (330) 에 기인한) 자계 양자에 대한 실드를 생성한다. 전계 및 자계 양자에 대한 실드는 안테나들 (310 및 320) 간의 분리를 개선시키는 것을 돕는다.
기생 엘리먼트 (330) 는 또한, 안테나 (310 및/또는 320) 의 대역폭을 연장시킬 수도 있는 상이한 주파수들에서 전류 플로우의 상이한 모드들을 형성하는 것을 돕는다. 저주파수 대역 (예를 들어, 대략 800 MHz) 에서, 기생 엘리먼트 (330) 는 루프 (332) 를 따른 전체 원에서 흐르는 표면 전류를 갖는다. 고주파수 대역 (예를 들어, 대략 2100 MHz) 에서, 기생 엘리먼트 (330) 는 루프 (332) 에서의 일 포인트에서 전류 널을 갖는다. 널 포인트보다 높은 전류 플로우는 접지 평면을 향하고, 널 포인트보다 낮은 전류 플로우도 또한 접지 평면을 향한다. 널 포인트는 주파수에 의존하고, 동작 주파수에서의 변경으로 시프트할 수 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 예시적인 설계에 있어서, 안테나들 (310 및 320) 및 기생 엘리먼트 (330) 는 3차원 (3D) 공간에 있어서 상이한 평면들 상에서 구현될 수도 있다. 특히, 안테나들 (310 및 320) 은 3D 공간에 있어서 3개의 가능한 평면들 (예를 들어, x, y, 및 z 평면들) 의 제 1 평면 (예를 들어, x 평면) 상에서 구현된다. 제 1 평면은 안테나 캐리어 (350) 의 평면에 대응한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 기생 엘리먼트 (330) 는, 제 1 평면에 수직인 제 2 평면 (예를 들어, y 평면) 상에 구현된다. 이러한 구성은 특정 이점들을 제공할 수도 있으며, 예를 들어, 기생 엘리먼트로 하여금 더 적은 체적을 점유하게 할 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 기생 엘리먼트 (330) 는 안테나들 (310 및 320) 과 동일 평면 상에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 기생 엘리먼트 (330) 는 90도 뒤집히고, 안테나 캐리어 (350) 의 전방측 또는 후방측 상에 형성될 수도 있다.
다른 예시적인 설계에 있어서, 다중의 기생 엘리먼트들이 안테나들 (310 및 320) 사이에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 기생 엘리먼트 (330) 는 복제될 수도 있으며, 복제된 기생 엘리먼트는 기생 엘리먼트 (330) 옆에 배치될 수도 있다. 다른 예로서, 일 기생 엘리먼트는 안테나 (310) 옆의 전방측 상에 위치될 수도 있고, 다른 기생 엘리먼트는 안테나 (320) 옆의 후방측 상에 위치될 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 도 3 에 도시된 바와 같이, 기생 엘리먼트 (330) 는 루프를 형성하는 도전성 금속 트레이스로 구현될 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 기생 엘리먼트 (330) 는 루프와 직렬로 커플링된 캐패시터를 포함한다. 예를 들어, 기생 엘리먼트 (330) 는 도 3 에 숫자 330 아래의 화살표에 의해 표시된 포인트에서 분해될 수도 있고, 이 포인트에 직렬 캐패시터 (340) 가 삽입될 수도 있다. 일 예시적인 설계에 있어서, 캐패시터 (340) 는 고정 값을 가질 수도 있으며, 이 고정 값은 기생 엘리먼트 (330) 에 대한 원하는 공진 주파수를 획득하고 안테나 (310 및/또는 330) 에 대한 우수한 성능을 획득하기 위해 선택될 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 캐패시터 (340) 는, 우수한 성능을 획득하도록 설정될 수도 있는 조정가능한 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, 안테나 (310 및/또는 320) 의 성능은 (예를 들어, 설계 단계 및/또는 제조 단계 동안) 캐패시터 (340) 의 서로다른 가능한 값들에 대해 특징을 나타낼 수도 있으며, 무선 디바이스 상에 저장될 수도 있다. 그 성능은 효율, 분리 등에 의해 정량화될 수도 있다. 그 후, 캐패시터 (340) 의 적절한 값이, 무선 디바이스의 현재의 동작 주파수, 및 우수한 성능이 안테나 (310 및/또는 320) 에 대해 획득될 수 있도록 하는 저장된 특성들에 기초하여 선택될 수도 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 광대역 안테나 시스템 (300) 은 단순한, 조밀한 그리고 저비용의 구조로 구현될 수도 있다. 광대역 안테나 시스템 (300) 은 또한 형성하기 쉬울 수도 있고, 다른 안테나 시스템들에 비해 다른 이점들을 가질 수도 있다.
도 5a 는 광대역 안테나 시스템 (300) 및 회로 보드 (360) 를 갖는 안테나 캐리어 (350) 의 정면도를 도시한 것이다. 이 정면도에 있어서, 안테나 (310) 및 기생 엘리먼트 (330) 의 절반이 보이고, 안테나 (320) 는 보이지 않는다.
도 5b 는 광대역 안테나 시스템 (300) 및 회로 보드 (360) 를 갖는 안테나 캐리어 (350) 의 배면도를 도시한 것이다. 이 배면도에 있어서, 안테나 (320) 및 기생 엘리먼트 (330) 의 절반이 보이고, 안테나 (310) 는 보이지 않는다.
도 5c 는 광대역 안테나 시스템 (300) 및 회로 보드 (360) 를 갖는 안테나 캐리어 (350) 의 측면도를 도시한 것이다. 이 측면도에 있어서, 안테나 (310) 의 오직 일부만이 보인다.
도 5a 및 도 5c 는 일 예시적인 설계에 따른 안테나 캐리어 (350) 및 회로 보드 (360) 의 다양한 치수들을 도시한 것이다. 이러한 예시적인 설계에 있어서, 안테나 캐리어 (350) 는 대략 58 mm 의 폭, 대략 15 mm 의 높이, 및 대략 8 mm 의 두께를 갖는다. 회로 보드 (360) 는 대략 58 mm 의 폭 및 대략 123 mm 의 높이를 갖는다. 안테나 캐리어 (350) 및 회로 보드 (360) 의 치수들은 안테나 캐리어 (350) 및 회로 보드 (360) 를 포함하는 무선 디바이스 (예를 들어, 셀룰러 폰 또는 스마트 폰) 의 작은 사이즈에 의해 결정된다. 도 5a 및 도 5c 에 도시된 바와 같이, 대략 58mm×15mm×8mm 의 작은 사이즈는 우수한 성능을 갖는 2개의 안테나들 (310 및 320) 을 구현하기에 충분할 수도 있다.
도 5a 내지 5c 는 광대역 안테나 시스템 (300) 및 회로 보드 (360) 에 대한 안테나 캐리어 (350) 의 일 예시적인 설계의 특정 치수들을 도시한 것이다. 안테나 캐리어 (350) 및 회로 보드 (360) 는 또한, 무선 디바이스의 사이즈, 안테나들 (310 및 320) 의 요건들 등에 의존할 수도 있는 다른 치수들을 가질 수도 있다.
도 3 내지 도 4b 는 도전성 금속 트레이스로의 기생 엘리먼트 (330) 의 예시적인 설계를 도시한 것이다. 기생 엘리먼트는 또한 다른 방식들로 구현될 수도 있다.
도 6a 내지 도 6d 는, 광대역 안테나 시스템을 위해 사용될 수도 있는 기생 엘리먼트의 4개의 예시적인 설계들을 도시한 것이다. 도 6a 는 도전성 금속 트레이스로 구현된 기생 엘리먼트 (630) 의 예시적인 설계를 도시한 것이다. 기생 엘리먼트 (630) 는 도 3 에서의 기생 엘리먼트 (330) 와 유사하다. 도 6b 는 더 두꺼운 게이지를 갖는 도전성 금속 트레이스로 구현된 기생 엘리먼트 (632) 의 예시적인 설계를 도시한 것이다. 도 6c 는 솔리드 플레이트로 구현된 기생 엘리먼트 (634) 의 예시적인 설계를 도시한 것이다. 도 6d 는 더 협소한 플레이트 또는 로드로 구현된 기생 엘리먼트 (636) 의 예시적인 설계를 도시한 것이다. 기생 엘리먼트는 또한 다른 형상들, 사이즈 등으로 구현될 수도 있다. 일반적으로, 기생 엘리먼트의 최상의 형상은 주파수 요건들, 보드의 치수들 등과 같은 다양한 팩터들에 의존할 수도 있다.
도 7a 는 저주파수 대역에 대한 광대역 안테나 시스템 (300) 에서의 안테나들 (310 및 320) 의 효율을 도시한 것이다. 수평축은 주파수를 표기하고, MHz 단위로 제공된다. 수직축은 효율을 표기하고, 데시벨 (dB) 단위로 제공된다. 도 7a 에 도시된 바와 같이, 안테나 (310) 는 대략 700 MHz 내지 대략 1180 MHz 에서 -4 dB 이상의 효율을 갖는다. 따라서, 안테나 (310) 는 저주파수 대역에 있어서 704 MHz 내지 960 MHz 의 동작을 지원할 수 있다. 도 7a 에 또한 도시된 바와 같이, 안테나 (320) 는 대략 820 MHz 내지 대략 930 MHz 에서 -4 dB 이상의 효율을 갖는다. 안테나 (320) 는 이 주파수 범위에 걸쳐 우수한 효율로 데이터 송신 및 수신 양자를 지원할 수 있다. 이는 안테나 (320) 로 하여금 음성 및/또는 다른 서비스들에 대한 우수한 성능을 제공할 수 있게 할 수도 있다. 안테나 (320) 는 700 MHz 내지 1200 MHz 에서 -9 dB 이상의 효율을 갖고, 이 주파수 범위에 걸쳐 송신 및/또는 수신 다이버시티를 지원할 수 있다.
도 7b 는 고주파수 대역에 대한 광대역 안테나 시스템 (300) 에서의 안테나들 (310 및 320) 의 효율을 도시한 것이다. 도 7b 에 도시된 바와 같이, 안테나 (310) 는 1600 MHz 내지 2800 MHz 에서 -4 dB 이상의 효율을 갖는다. 도 7b 에 또한 도시된 바와 같이, 안테나 (320) 는 대략 1860 MHz 내지 대략 2050 MHz 에서 -4 dB 이상의 효율을 갖는다. 따라서, 안테나 (320) 는 이 주파수 범위에 걸쳐 음성 및/또는 다른 서비스들에 대한 우수한 성능을 제공할 수도 있다. 더욱이, 안테나 (320) 는 대략 1700 MHz 내지 대략 2320 MHz 에서 -10 dB 이상의 효율을 갖고, 따라서, 이 주파수 범위에 걸쳐 송신 및/또는 수신 다이버시티를 지원할 수 있다.
도 7a 및 도 7b 에 도시된 바와 같이, 도 3 내지 도 5c 에 도시된 예시적인 설계에 기초하여, 안테나 (310) 는 700 MHz 내지 1200 MHz 또한 1600 MHz 내지 2800 MHz 의 넓은 대역폭을 갖는다. 안테나 (320) 는 더 협소한 대역폭을 지원한다. 광대역 안테나 시스템 (300) 은 넓은 주파수 범위에 걸쳐 다중의 안테나들을 활용하여 다양한 어플리케이션들에 대한 우수한 성능을 제공할 수 있다.
광대역 안테나 시스템 (300) 에 있어서 안테나들 (310 및 320) 간의 분리가 또한 측정되었고, 500 MHz 내지 3000 MHz 의 전체 주파수 범위에 걸쳐 9 dB 이상인 것으로 발견되었다.
명료화를 위해, 2개의 안테나들 (310 및 320) 및 하나의 기생 엘리먼트 (330) 를 갖는 특정 광대역 안테나 시스템 (300) 이 상기에 상세히 설명되었다. 일반적으로, 광대역 안테나 시스템은 임의의 수의 안테나들 및 임의의 수의 기생 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 안테나들의 수는 무선 디바이스의 요건들에 의존할 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 적어도 하나의 기생 엘리먼트는 안테나들의 각 쌍 사이에 위치되어, 분리를 제공하고 가능하게는 다른 기능들을 수행할 수도 있다. 각각의 안테나는, 안테나의 요건들 그리고 가용 공간 및 체적에 의존할 수도 있는 임의의 적절한 형상 및 사이즈를 가질 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 장치 (예를 들어, 무선 디바이스, 안테나 캐리어와 같은 보드, IC 등) 는 제 1 안테나, 제 2 안테나, 및 기생 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 제 1 안테나 (예를 들어, 도 3 및 도 4a 의 안테나 (310)) 는 신호들의 제 1 세트를 송신 및 수신하도록 구성될 수도 있으며, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 가질 수도 있다. 제 2 안테나 (예를 들어, 도 3 및 도 4b 의 안테나 (320)) 는 신호들의 제 2 세트를 송신 및 수신하도록 구성될 수도 있으며, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 또한 가질 수도 있다. 기생 엘리먼트 (예를 들어, 도 3, 도 4a 및 도 4b 의 기생 엘리먼트 (330)) 는 제 1 안테나와 제 2 안테나 사이에 위치될 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 안테나들은 보드 (예를 들어, 안테나 캐리어) 상에 나란히 배치될 수도 있다. 제 1 및 제 2 안테나들은 무선 디바이스 내부에 있을 수도 있으며, 무선 디바이스의 상단부 또는 하단부에 위치될 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 제 1 안테나는 보드의 제 1 측 (예를 들어, 전방측) 상에 형성될 수도 있고, 제 2 안테나는 제 1 측의 반대쪽인 보드의 제 2 측 (예를 들어, 후방측) 상에 형성될 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이, 제 1 안테나는 보드의 일 측 상에 또한 일 에지 상에 형성될 수도 있고, 제 2 안테나는 보드의 오직 일 측 상에만 형성될 수도 있다. 일반적으로, 각각의 안테나는 보드의 오직 일 측상에만, 또는 보드의 양 측상에, 또는 보드의 일측 및 일 에지 상에, 또는 보드의 양측 및 다중의 에지들 상에 형성될 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나들은 3D 공간에 있어서 제 1 평면 (예를 들어, x 평면) 상에 형성될 수도 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 기생 엘리먼트 (330) 는, 제 1 평면에 수직인 3D 공간에서의 제 2 평면 (예를 들어, y 평면) 상에 형성될 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나들 그리고 기생 엘리먼트는 동일 평면 상에 형성될 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 안테나들은 상이한 형상들 및/또는 상이한 전체 치수들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 안테나는 직방형 형상을 가질 수도 있지만, 제 2 안테나는 "L" 형상을 가질 수도 있다. 제 1 및 제 2 안테나들은 또한 다른 형상들을 가질 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나들은 동일 형상 및 동일 치수를 가질 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나들은 폭이 60 mm 미만, 높이가 20 mm 미만, 및 두께가 10 mm 미만인 체적 내에서 구현될 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나들은, 안테나가 활용되는 무선 디바이스의 사이즈에 의존할 수도 있는 다른 치수들의 체적 내에서 구현될 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 예를 들어, 도 7a 및 도 7b 에 도시된 바와 같이, 제 1 안테나는 제 1 대역폭을 가질 수도 있으며, 제 2 안테나는 제 1 대역폭과는 상이한 제 2 대역폭을 가질 수도 있다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나들은 유사한 대역폭을 가질 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 제 1 안테나는 특정 주파수 미만의 제 1 주파수 범위 (예를 들어, 700 MHz 내지 1200 MHz) 에서의 또한 특정 주파수 이상의 제 2 주파수 범위 (예를 들어, 1600 MHz 내지 2800 MHz) 에서의 동작을 지원할 수도 있다. 제 2 안테나는 제 1 안테나와 동일하거나 상이한 주파수 범위들 상에서의 동작을 지원할 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 기생 엘리먼트는, 폐쇄 루프로 배열되고 제 1 안테나와 제 2 안테나 사이에 전계 및 자계 양자에 대한 실드를 제공하는 도전성 금속 트레이스를 포함할 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 어떠한 다른 회로 컴포넌트들도 기생 엘리먼트에 커플링되지 않는다. 다른 예시적인 설계에 있어서, 캐패시터는 기생 엘리먼트와 직렬로 커플링될 수도 있다. 캐패시터는 기생 엘리먼트에 대한 고정된 공진 주파수를 획득하기 위해 고정된 값을 가질 수도 있다. 대안적으로, 캐패시터는 기생 엘리먼트에 대한 가변 공진 주파수를 획득하기 위해 조정가능한 값을 가질 수도 있다. 제 1 및/또는 제 2 안테나의 성능은 기생 엘리먼트의 공진 주파수에 의해 변경될 수도 있다.
도 8 은 안테나들을 형성하기 위한 프로세스 (800) 의 예시적인 설계를 도시한 것이다. 신호들의 제 1 세트를 송신 및 수신하는데 사용되는 제 1 안테나가 형성될 수도 있다. 제 1 안테나는, 예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 가질 수도 있다 (블록 812). 신호들의 제 2 세트를 송신 및 수신하는데 사용되는 제 2 안테나가 또한 형성될 수도 있다 (블록 814). 제 2 안테나는 또한, 예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 가질 수도 있다. 기생 엘리먼트가, 예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 안테나와 제 2 안테나 사이에 형성될 수도 있다 (블록 816).
예시적인 설계에 있어서, 제 1 및 제 2 안테나들은 보드 상에 나란히 형성될 수도 있다. 제 1 및 제 2 안테나들은 무선 디바이스 내부에 있을 수도 있으며, 무선 디바이스의 상단부 또는 하단부에 위치될 수도 있다. 예시적인 설계에 있어서, 제 1 안테나는 보드의 제 1 측 (예를 들어, 전방측) 상에 형성될 수도 있고, 제 2 안테나는 제 1 측의 반대쪽인 보드의 제 2 측 (예를 들어, 후방측) 상에 형성될 수도 있다. 상기 설명된 바와 같이, 제 1 및 제 2 안테나들은 다양한 특성들 및 속성들을 가질 수도 있다.
도 9 는 안테나들을 사용하기 위한 프로세스 (900) 의 예시적인 설계를 도시한 것이다. 신호들의 제 1 세트는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는 제 1 안테나를 통해 송신 및 수신될 수도 있다 (블록 912). 신호들의 제 2 세트는, 제 1 안테나와 제 2 안테나 사이에 위치된 기생 엘리먼트에 의해 제 1 안테나로부터 분리될 수도 있는 제 2 안테나를 통해 송신 및 수신될 수도 있다 (블록 914). 제 2 안테나는 또한, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 가질 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 제 1 안테나는, 하나 이상의 주파수 대역들을 커버할 수도 있는 제 1 주파수 범위에 걸쳐 동작될 수도 있다. 제 2 안테나는, 제 1 주파수 범위와 유사하거나 상이할 수도 있는 제 2 주파수 범위에 걸쳐 동작될 수도 있다. 상기 설명된 바와 같이, 제 1 및 제 2 안테나들은 다양한 특성들 및 속성들을 가질 수도 있다.
예시적인 설계에 있어서, 기생 엘리먼트와 직렬로 커플링된 캐패시터의 값은 기생 엘리먼트의 공진 주파수를 변경하도록 조정될 수도 있다. 이러한 조정은 제 1 및/또는 제 2 안테나의 성능을 개선시킬 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 광대역 안테나 시스템은 IC, 아날로그 IC, RFIC, 믹싱된 신호 IC, ASIC, 인쇄 회로 보드 (PCB), 전자 디바이스 등 상에 구현될 수도 있다. 광대역 안테나 시스템은 또한 다양한 IC 프로세스 기술들로 제조될 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 광대역 안테나 시스템을 구현하는 장치는 자립형 디바이스일 수도 있거나 더 큰 디바이스의 부분일 수도 있다. 디바이스는 (i) 자립형 IC, (ii) 데이터 및/또는 명령들을 저장하는 메모리 IC들을 포함할 수도 있는 하나 이상의 IC들의 세트, (iii) RF 수신기 (RFR) 또는 RF 송신기/수신기 (RTR) 와 같은 RFIC, (iv) 이동국 모뎀 (MSM) 과 같은 ASIC, (v) 다른 디바이스들 내에 임베딩될 수도 있는 모듈, (vi) 수신기, 셀룰러 폰, 무선 디바이스, 핸드셋, 또는 모바일 유닛, (vii) 기타 등등일 수도 있다.
하나 이상의 예시적인 설계들에 있어서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수도 있다. 소프트웨어에서 구현된다면, 그 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 컴퓨터 판독가능 매체 상으로 저장 또는 전송될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 일 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체 양자를 포함한다. 저장 매체는, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수도 있다. 한정이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장부, 자기 디스크 저장부 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 원하는 프로그램 코드를 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 수록 또는 저장하는데 이용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 커넥션이 컴퓨터 판독가능 매체로 적절히 명명된다. 예를 들어, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, 디지털 가입자 라인 (DSL), 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 이용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 소프트웨어가 송신된다면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임쌍선, DSL, 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는 컴팩트 디스크 (CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크 (DVD), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하며, 여기서, 디스크 (disk) 는 통상적으로 데이터를 자기적으로 재생하지만 디스크 (disc) 는 레이저를 이용하여 데이터를 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들이 또한, 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
본 개시의 상기 설명은 당업자로 하여금 본 개시를 제조 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 본 개시에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 용이하게 자명할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위로부터 일탈함없이 다른 변경들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에서 설명된 예들 및 설계들에 한정되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위를 부여받아야 한다.

Claims (23)

  1. 신호들의 제 1 세트를 송신 및 수신하도록 구성된 제 1 안테나로서, 상기 제 1 안테나는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는, 상기 제 1 안테나;
    신호들의 제 2 세트를 송신 및 수신하도록 구성된 제 2 안테나; 및
    적어도 하나의 접지 평면의 2개의 각각의 대향하는 면에 각각 커플링된 2개의 분리된 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는 기생 엘리먼트로서, 상기 기생 엘리먼트는 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나 사이에 위치되고, 상기 적어도 하나의 접지 평면은 상기 기생 엘리먼트의 상기 개방 단부형 루프의 상기 2개의 분리된 단부들을 분리하는 갭 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 상기 기생 엘리먼트를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 안테나는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 보드 상에 나란히 배치되는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 무선 디바이스 내부에 있고, 상기 무선 디바이스의 상단부 또는 하단부에 위치되는, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나는 보드의 제 1 측 상에 형성되고, 상기 제 2 안테나는 상기 제 1 측의 반대쪽인 상기 보드의 제 2 측 상에 형성되는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 3차원 (3D) 공간에 있어서 제 1 평면 상에 형성되고, 상기 기생 엘리먼트는 상기 제 1 평면에 수직인 3D 공간에서의 제 2 평면 상에 형성되는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나는 상이한 형상들을 갖는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나는 상이한 전체 치수들을 갖는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 폭이 60 밀리미터 (mm) 미만, 및 높이가 20 mm 미만인 체적 내에서 형성되는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 두께가 10 mm 미만인 체적 내에서 형성되는, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나는 제 1 대역폭을 갖고, 상기 제 2 안테나는 상기 제 1 대역폭과는 상이한 제 2 대역폭을 갖는, 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나는 특정 주파수 미만의 제 1 주파수 범위에서의 또한 상기 특정 주파수 이상의 제 2 주파수 범위에서의 동작을 지원하는, 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기생 엘리먼트는, 상기 루프에 배열되고 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나 사이에 전계 및 자계 양자에 대한 실드를 제공하는 도전성 금속 트레이스를 포함하는, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 기생 엘리먼트는 상기 루프를 형성하는 와이어 또는 도전성 금속 트레이스를 포함하는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기생 엘리먼트의 루프와 직렬로 커플링된 캐패시터를 더 포함하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 캐패시터는 상기 기생 엘리먼트의 공진 주파수를 변경하기 위해 조정가능한 값을 갖는, 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 집적회로를 포함하는, 장치.
  18. 신호들의 제 1 세트를 송신 및 수신하는데 사용되는 제 1 안테나를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 안테나는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는, 상기 제 1 안테나를 형성하는 단계;
    신호들의 제 2 세트를 송신 및 수신하는데 사용되는 제 2 안테나를 형성하는 단계; 및
    적어도 하나의 접지 평면의 2개의 각각의 대향하는 면에 각각 커플링된 2개의 분리된 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는 기생 엘리먼트를 형성하는 단계로서, 상기 기생 엘리먼트는 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나 사이에 위치되고, 상기 적어도 하나의 접지 평면은 상기 기생 엘리먼트의 상기 개방 단부형 루프의 상기 2개의 분리된 단부들을 분리하는 갭 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 상기 기생 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 안테나를 형성하는 단계는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는 상기 제 2 안테나를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 보드 상에 나란히 형성되고, 무선 디바이스 내부에 있고, 상기 무선 디바이스의 상단부 또는 하단부에 위치되는, 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나는 보드의 제 1 측 상에 형성되고, 상기 제 2 안테나는 상기 제 1 측의 반대쪽인 상기 보드의 제 2 측 상에 형성되는, 방법.
  22. 신호들의 제 1 세트를 송신 및 수신하는데 사용되는 제 1 안테나를 형성하는 수단으로서, 상기 제 1 안테나는, 오버랩하고 갭에 의해 분리된 2개의 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는, 상기 제 1 안테나를 형성하는 수단;
    신호들의 제 2 세트를 송신 및 수신하는데 사용되는 제 2 안테나를 형성하는 수단; 및
    적어도 하나의 접지 평면의 2개의 각각의 대향하는 면에 각각 커플링된 2개의 분리된 단부들을 갖는 개방 단부형 루프의 형상을 갖는 기생 엘리먼트를 형성하는 수단으로서, 상기 기생 엘리먼트는 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나 사이에 위치되고, 상기 적어도 하나의 접지 평면은 상기 기생 엘리먼트의 상기 개방 단부형 루프의 상기 2개의 분리된 단부들을 분리하는 갭 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 상기 기생 엘리먼트를 형성하는 수단을 포함하는, 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 보드 상에 나란히 형성되고, 무선 디바이스 내부에 있고, 상기 무선 디바이스의 상단부 또는 하단부에 위치되는, 장치.
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