KR101710434B1 - 전기 접지로의 주파수 의존형 연결을 구비한 안테나 디바이스들 - Google Patents
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Abstract
무선 장치의 다양한 위치들에서 DC 및 RF 신호들의 공간 분포의 특정한 제어를 제공하는 안테나 디바이스들 및 기술들이 제공된다. 무선 장치는 다양한 디바이스 컴포넌트들을 포함하며, 그 각각은 안테나 디바이스들에서 원하는 동작을 성취하기 위한 사양을 갖는다.
Description
설계자들이 더욱더 많은 디바이스들에 통신 기능을 부가하고 있기 때문에, 안테나 회로들은 다양한 시나리오로 통신하도록 개발된다. 단일 디바이스 내에서, 복수의 애플리케이션들이 송신기들, 수신기들, 또는 양쪽 모두로서의 통합 안테나들을 작동할 수 있다. 그러한 다양한 애플리케이션들과 통신 신호들의 결합은, 직류(DC) 및 RF 신호들이 이 디바이스 컴포넌트들의 동작과의 간섭없이 다양한 지점들에서 공존하도록 요구한다. 다양한 구성들이 이 디바이스들을 위한 안테나들을 실행하기 위해 존재한다.
무엇보다도 본 명세서에서는 안테나 디바이스들에서 원하는 동작들을 성취하기 위한 다양한 디바이스 컴포넌트들에서 DC 및 RF 신호들의 공간 분포의 적절한 제어를 제공하는 안테나 디바이스들 및 기술들을 설명한다.
도 1 내지 도 3은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀들에 기초한 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선(one dimensional composite right and left handed metamaterial transmission lines)의 예시들을 도시한다.
도 4a는 예시적인 실시예에 따라, 도 2에서와 같은 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시(two-port network matrix representation)를 도시한다.
도 4b는 예시적인 실시예에 따라, 도 3에서와 같은 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀들에 기초한 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선을 도시한다.
도 6a는 예시적인 실시예에 따라, 도 4a에서와 같은 전송선 경우와 유사한 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 6b는 예시적인 실시예에 따라, 도 4b에서와 같은 전송선(TL)에 유사한 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 7a 및 도 7B는 예시적인 실시예에 따라, 균형잡힌 경우 및 비균형의 경우 각각을 고려한 도 2에서와 같은 유닛 셀의 분산 곡선들이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지(truncated ground)를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선을 도시한다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라, 도 8에서와 같은 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선의 등가 회로를 도시한다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라,네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나의 예시를 도시한다.
도 11은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나의 또다른 예시를 도시한다.
도 12는 예시적인 실시예에 따라, 도 11에서와 같은 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선의 등가 회로를 도시한다.
도 13은 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스의 제1 구성을 도시한다.
도 14는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스의 제2 구성을 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 예시적인 실시예에 따라, USB(Universal serial bus) 동글 디바이스 애플리케이션(dongle device application)에서 사용될 수 있는 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 MTM 안테나 구조를 도시한다.
도 16a-16c는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 주파수 의존형 접속을 갖는 무선 디바이스에 사용되는 MTM 안테나 구조의 실행을 도시한다.
도 17은 예시적인 실시예에 따라, 도 16a-16c에서 도시된 MTM 안테나 구조와 같은 MTM 안테나의 복귀 손실(return loss), 및 접지 평면으로의 직접 연결에 대한 복귀 손실을 도시한다.
도 18a는 예시적인 실시예에 따라, 도 16a-16c에 도시된 MTM 안테나 구조와 같은 MTM 안테나의 방사선 안테나 효율과, 및 접지 평면으로의 직접 연결에 대한 안테나 효율의 저주파수 범위의 비교를 도시한다.
도 18b는 도 16a-16c에 도시된 MTM 안테나와 접지 평면에 직접적으로 연결된 금속 플레이트들을 갖는 동일한 안테나의 측정된 방사선 안테나 효율의 고주파수 범위의 비교를 도시한다.
도 19a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면 구성에 대한 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스에서 사용되는 평면 MTM 안테나의 3D 투시도를 도시한다.
도 19b는 예시적인 실시예에 따라, 도 8A의 평면 MTM 안테나의 평면도를 도시한다.
도 19c는 예시적인 실시예에 따라, 도 19a 및 도 19b의 평면 MTM 안테나의 저면도를 도시한다.
도 20a-20e는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 상승된 MTM 안테나 구조의 복수 도면들(multiple views)을 도시한다.
도 21은 예시적인 실시예에 따라, 도 19a-19c에 도시된 평면 MTM 안테나 및 도 20a-20c에서 도시된 상승된 MTM 안테나의 복귀 손실들을 도시한다.
도 22는 예시적인 실시예에 따라, 저주파수 범위들을 위한 상승된 MTM 안테나들과 평면 MTM 안테나들 간의 방사 효율의 비교를 도시한다.
도 23은 예시적인 실시예에 따라, 고주파수 범위들을 위한 상승된(elevated) MTM 안테나들과 평면 MTM 안테나들 사이의 방사 효율의 비교를 도시한다.
도 24는 인간 두뇌 응용을 수반하는 방사 성능 테스팅을 위해 평면 MTM 안테나와 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위에 걸쳐 측정된 안테나 효율들의 저주파수 범위를 도시한다.
도 25는 인간 두뇌 응용을 수반하는 방사 성능 테스팅을 위해 평면 MTM 안테나와 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위에 걸쳐 측정된 효율의 고주파수 범위를 도시한다.
도 26a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스에서 사용되는 다중 셀 패치 구조들(multiple cell patch structures)을 갖는 평면 MTM 안테나의 3D 투시도를 도시한다.
도 26b는 예시적인 실시예에 따라, 도 26a에서와 같은 평면 MTM 안테나 구성의 평면도를 도시한다.
도 26c는 예시적인 실시예에 따라, 도 26a 및 도 26b의 평면 MTM 안테나 구성의 저면도를 도시한다.
도 27은 예시적인 실시예에 따라, 도 26a 내지 도 26c의 평면 MTM 안테나 구성의 복귀 손실을 도시한다.
도 28은 예시적인 실시예에 따라, 동작 주파수 대역들에서의 방사 효율을 도시한다.
도 29a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 MTM 안테나 구조를 사용하는 USB 동글 애플리케이션의 평면도를 도시한다.
도 29b는 예시적인 실시예에 따라, 도 29a의 USB 동글 애플리케이션의 저면도를 도시한다.
도 29c는 예시적인 실시예에 따라, 도 29a 및 도 29b의 USB 동글 애플리케이션의 측면도를 도시한다.
도 30은 예시적인 실시예에 따라, 도 29a 내지 도 29c의 안테나들 사이의 복귀 손실들 및 분리(isolation)를 도시한다.
도 31은 예시적인 실시예에 따라, 저대역에서 도 29a 내지 도 29c의 안테나들의 안테나 효율을 도시한다.
도 32는 예시적인 실시예에 따라, 고대역에서 도 29a 내지 도 29c의 안테나들의 안테나 효율을 도시한다.
첨부된 도면에서, 유사한 구성요소 및/또는 특징들은 동일한 참조 번호를 가질 수 있다. 또한 동일한 유형의 다양한 구성요소들은 참조 번호에 부수하는 제2 라벨에 의해 구별된다. 만약 단지 제1 참조 번호가 명세서에서 사용되는 경우, 발명의 상세한 설명은 제2 참조 번호와 관계 없이 동일한 제1 참조번호를 갖는 유사한 구성요소 중 어느 한 개에 적용가능할 것이다.
도 4a는 예시적인 실시예에 따라, 도 2에서와 같은 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시(two-port network matrix representation)를 도시한다.
도 4b는 예시적인 실시예에 따라, 도 3에서와 같은 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀들에 기초한 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선을 도시한다.
도 6a는 예시적인 실시예에 따라, 도 4a에서와 같은 전송선 경우와 유사한 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 6b는 예시적인 실시예에 따라, 도 4b에서와 같은 전송선(TL)에 유사한 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 7a 및 도 7B는 예시적인 실시예에 따라, 균형잡힌 경우 및 비균형의 경우 각각을 고려한 도 2에서와 같은 유닛 셀의 분산 곡선들이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지(truncated ground)를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선을 도시한다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라, 도 8에서와 같은 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선의 등가 회로를 도시한다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라,네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나의 예시를 도시한다.
도 11은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나의 또다른 예시를 도시한다.
도 12는 예시적인 실시예에 따라, 도 11에서와 같은 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선의 등가 회로를 도시한다.
도 13은 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스의 제1 구성을 도시한다.
도 14는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스의 제2 구성을 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 예시적인 실시예에 따라, USB(Universal serial bus) 동글 디바이스 애플리케이션(dongle device application)에서 사용될 수 있는 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 MTM 안테나 구조를 도시한다.
도 16a-16c는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 주파수 의존형 접속을 갖는 무선 디바이스에 사용되는 MTM 안테나 구조의 실행을 도시한다.
도 17은 예시적인 실시예에 따라, 도 16a-16c에서 도시된 MTM 안테나 구조와 같은 MTM 안테나의 복귀 손실(return loss), 및 접지 평면으로의 직접 연결에 대한 복귀 손실을 도시한다.
도 18a는 예시적인 실시예에 따라, 도 16a-16c에 도시된 MTM 안테나 구조와 같은 MTM 안테나의 방사선 안테나 효율과, 및 접지 평면으로의 직접 연결에 대한 안테나 효율의 저주파수 범위의 비교를 도시한다.
도 18b는 도 16a-16c에 도시된 MTM 안테나와 접지 평면에 직접적으로 연결된 금속 플레이트들을 갖는 동일한 안테나의 측정된 방사선 안테나 효율의 고주파수 범위의 비교를 도시한다.
도 19a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면 구성에 대한 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스에서 사용되는 평면 MTM 안테나의 3D 투시도를 도시한다.
도 19b는 예시적인 실시예에 따라, 도 8A의 평면 MTM 안테나의 평면도를 도시한다.
도 19c는 예시적인 실시예에 따라, 도 19a 및 도 19b의 평면 MTM 안테나의 저면도를 도시한다.
도 20a-20e는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 상승된 MTM 안테나 구조의 복수 도면들(multiple views)을 도시한다.
도 21은 예시적인 실시예에 따라, 도 19a-19c에 도시된 평면 MTM 안테나 및 도 20a-20c에서 도시된 상승된 MTM 안테나의 복귀 손실들을 도시한다.
도 22는 예시적인 실시예에 따라, 저주파수 범위들을 위한 상승된 MTM 안테나들과 평면 MTM 안테나들 간의 방사 효율의 비교를 도시한다.
도 23은 예시적인 실시예에 따라, 고주파수 범위들을 위한 상승된(elevated) MTM 안테나들과 평면 MTM 안테나들 사이의 방사 효율의 비교를 도시한다.
도 24는 인간 두뇌 응용을 수반하는 방사 성능 테스팅을 위해 평면 MTM 안테나와 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위에 걸쳐 측정된 안테나 효율들의 저주파수 범위를 도시한다.
도 25는 인간 두뇌 응용을 수반하는 방사 성능 테스팅을 위해 평면 MTM 안테나와 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위에 걸쳐 측정된 효율의 고주파수 범위를 도시한다.
도 26a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스에서 사용되는 다중 셀 패치 구조들(multiple cell patch structures)을 갖는 평면 MTM 안테나의 3D 투시도를 도시한다.
도 26b는 예시적인 실시예에 따라, 도 26a에서와 같은 평면 MTM 안테나 구성의 평면도를 도시한다.
도 26c는 예시적인 실시예에 따라, 도 26a 및 도 26b의 평면 MTM 안테나 구성의 저면도를 도시한다.
도 27은 예시적인 실시예에 따라, 도 26a 내지 도 26c의 평면 MTM 안테나 구성의 복귀 손실을 도시한다.
도 28은 예시적인 실시예에 따라, 동작 주파수 대역들에서의 방사 효율을 도시한다.
도 29a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 MTM 안테나 구조를 사용하는 USB 동글 애플리케이션의 평면도를 도시한다.
도 29b는 예시적인 실시예에 따라, 도 29a의 USB 동글 애플리케이션의 저면도를 도시한다.
도 29c는 예시적인 실시예에 따라, 도 29a 및 도 29b의 USB 동글 애플리케이션의 측면도를 도시한다.
도 30은 예시적인 실시예에 따라, 도 29a 내지 도 29c의 안테나들 사이의 복귀 손실들 및 분리(isolation)를 도시한다.
도 31은 예시적인 실시예에 따라, 저대역에서 도 29a 내지 도 29c의 안테나들의 안테나 효율을 도시한다.
도 32는 예시적인 실시예에 따라, 고대역에서 도 29a 내지 도 29c의 안테나들의 안테나 효율을 도시한다.
첨부된 도면에서, 유사한 구성요소 및/또는 특징들은 동일한 참조 번호를 가질 수 있다. 또한 동일한 유형의 다양한 구성요소들은 참조 번호에 부수하는 제2 라벨에 의해 구별된다. 만약 단지 제1 참조 번호가 명세서에서 사용되는 경우, 발명의 상세한 설명은 제2 참조 번호와 관계 없이 동일한 제1 참조번호를 갖는 유사한 구성요소 중 어느 한 개에 적용가능할 것이다.
안테나 디바이스의 전기 접지 구조의 형태, 디멘젼 및 위치는 RF 안테나 신호의 공간 분포에 영향을 줄 수 있으며, 따라서 RF 안테나 신호를 수신 또는 송신하는 데 있어서 안테나 디바이스의 동작에 영향을 줄 수 있다. 몇몇의 실시예들의 안테나 디바이스들에 있어서, 전기 접지 구조는 공통의 금속화 층(common metallization layer) 또는 상이한 금속화 층들에 위치한 하나 이상의 전도성 접지 전극들 및 구성요소들에 의해 형성될 수도 있다. 소정의 안테나 디바이스의 전기 접지의 형태, 디멘젼 및 위치는 안테나 디바이스가 제조될 때 고정되는 경향이 있다. 동작에서, 안테나 디바이스는 다른 회로 또는 디바이스들에 전기적으로 커플링(coupling)된다. 이러한 다른 회로들 또는 디바이스들과의 전기적 커플링은, 적어도 특정 동작들을 위한 안테나 디바이스에 대한 효과적인 전기 접지가 안테나 디바이스의 원래 전기 접지의 원래 형태, 원래 디멘젼 또는 둘 모두와 상이한 효과적인 형태, 디멘젼 또는 둘 모두를 갖도록, 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다.
예들 들어, 안테나 디바이스의 전기 접지는 회로의 전기 전도성 구성요소에 영구적으로 연결될 수도 있다. 이러한 연결은 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다. 다른 실시예에서, 안테나 디바이스는 또다른 디바이스의 전기 전도성 구성요소에 탈착가능하게 연결될 수도 있으며, 여기에서 다른 디바이스가 안테나 디바이스에 연결된 후에, 안테나 디바이스의 전기 접지가 다른 디바이스의 전기 전도성 구성요소에 연결 될 수 있으며 이러한 연결은 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다. 이러한 연결은 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다.
안테나 디바이스의 변화된 전자기 구성은 하나 이상의 RF 신호들을 송신 또는 수신하는 데 있어서 안테나 디바이스 성능을 저하시킬 수 있다. 본 명세서에서 기술된 안테나 디바이스들 및 기술들은 안테나 디바이스의 하나 이상의 동작 RF 주파수들에서 안테나 디바이스의 전자기 구성을 제어하도록 하나 이상의 주파수 의존형 커넥터들을 포함한다. 그러한 주파수 의존형 커넥터는, 신호의 주파수에 의존하는 신호로의 커넥터의 임피던스(impedance)에 변화를 주기 위해 하나 이상의 접지 전극을 갖는 전기 접지 전극 구조와 다른 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 그러한 주파수 의존형 커넥터는, 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 사이에 DC 신호의 전송을 허용하기 위해 저임피던스를 생성하고 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 사이에 하나 이상의 안테나 신호들의 전송을 막기 위해 그 하나 이상의 안테나 신호들에서 고임피던스를 생성하는 구조를 가질 수 있다. 이러한 특정 예에서, 주파수 의존형 커넥터는 원하는 주파수 의존형 거동을 가지는 인덕터 또는 회로일 수도 있다.
이상의 예시에 기초하는 안테나 디바이스의 한 가지 실시예는 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 하나 이상의 안테나 신호를 송신 또는 수신하는 하나 이상의 안테나, 그 하나 이상의 안테나와 통신하는 안테나 회로, 및 접지 전극 구조를 포함하며, 안테나 회로는 안테나 회로와 하나 이상의 안테나를 위한 전기 접지를 제공하기 위해 지 전극 구조에 연결되어 있다. 안테나 회로는 하나 이상의 안테나에 의한 송신을 위해 하나 이상의 안테나 신호를 생성하거나 하나 이상의 안테나로부터 하나 이상의 안테나 신호들을 수신한다. 이러한 안테나 디바이스에서, 전기 전도성 구성요소 도는 금속 플레이트가 제공되며 접지 전극 구조와 직접적인 접촉없이 접지 전극 구조로부터 간격이 떨어져 있다. 주파수 의존형 커넥터는 접지 전극 구조에 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트를 연결하기 위해 제공되며, 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 구조 사이의 DC 신호의 전송을 허용하기 위해 저임피던스를 생성하고 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 구조 사이에 하나 이상의 안테나 신호들의 전송을 차단하기 위해 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 고임피던스를 생성하도록 구성된다. 접지 전극 구조는 단일 접지 전극 또는 둘 이상의 접지 전극의 조합을 포함할 수 있다. 둘 이상의 접지 전극들은 공통 금속화 층 또는 둘 이상의 상이한 금속화 층으로 되어 있을 수 있다. 이 실시예에서, 접지 전극 구조는 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트로부터 주파수 의존형 커넥터에 의해 격리되어 있으며 DC 신호를 위해 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트에 연결되어 있다.
이상에서의 하나 이상의 안테나 및 본 명세서에 설명된 다른 안테나 디바이스들은 다양한 안테나 구조들로 이루어질 수 있으며, 우현(right-handed:RH) 안테나 구조들 및 복합 좌우현(composite right and left handed: CRLH) 메타물질(MTM) 구조들을 포함한다. 우현 안테나 구조에서, 전자기파의 전파는 전기장(E), 자기장(H), 및 파수 벡터(wave vector)(β) (또는, 전파 상수)를 고려할 때 (E, H, β) 벡터장들을 위한 오른손 법칙에 따른다. 위상 속도 방향은 신호 에너지 전파(그룹 속도) 방향과 동일하며, 굴절률은 양수이다. 그러한 물질들은 우현(RH) 물질로서 지칭된다. 대부분의 자연의 물질들은 우현 물질들이다. 인위적인 물질들 또한 우현 물질이 될 수 있다.
메타물질은 인위적인 구조를 갖는다. 메타물질에 의해 유도된 전자기 에너지의 파장(λ)보다 훨씬 작은 구조 평균 유닛 셀 사이즈(ρ)로 설계되는 경우, 메타물질은 유도된 전자기 에너지에 대해 균질한 매질처럼 거동할 수 있다. RH 물질들과 달리, 메타물질은 음의 굴절률을 나타낼 수 있고, 위상 속도 방향이 신호 에너지 전파 방향에 반대가 될 수도 있으며, 상기 (E, H,β) 벡터장들의 상대적인 방향은 왼손 법칙을 따른다. 음의 굴절률을 갖는 동시에 음의 유전율(permittivity)(ε) 및 투자율(permeability)(μ)을 갖는 메타물질은 순 좌현(pure LH) 메타물질로 지칭된다.
많은 메타물질들은 LH 물질과 RH 물질의 혼합체이며 따라서 CRLH 메타물질들이다. CRLH 메타물질은 저주파수에서 LH 메타물질처럼 거동하고 고주파수에서 RH 물질처럼 거동할 수 있다. 다양한 CRLH 메타물질의 실시예 및 특성은 예컨대, 칼로즈 및 이토(Caloz and Itoh)의 "electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Application" John Wiley & Sons (2006)에 설명되어 있다. CRLH 메타물질들 및 안테나에서의 그 응용들은 타쯔오 이토(Tatsuo Itoh)의 "Invited paper: Prospects for Metamaterials" Electronic Letters, Vol. 40, No. 16 (2004년 8월)에 설명되어 있다.
CRLH 메타물질들은 특정 응용들을 위해 맞춤화된 전자기 특성들을 나타내도록 구성되고 엔지니어링될 수 있으며, 다른 물질들을 사용하기 어렵거나 비현실적이거나 실행불가능할 수 있는 응용들에서 사용될 수 있다. 부가적으로, CRLH 메타물질들은 새로운 응용들을 개발하고 RH 물질들로 가능하지 않은 새로운 디바이스들을 구성하는 데 사용될 수도 있다.
메타물질(MTM) 구조들은 안테나, 전송선들, 및 다른 RF 구성요소들 및 디바이스들을 구성하는 데 사용될 수 있으며, 기능성 개선, 사이즈 감소, 및 성능 개선과 같은 광범위한 기술적 진보들을 가능하게 한다. MTM 구조는 하나 이상의 MTM 유닛 셀들을 갖는다. MTM 유닛 셀을 위한 등가 회로는 RH 직렬 인덕턴스(LR), RH 분류(shunt) 커패시턴스(CR), LH 직렬 커패시턴스(CL), 및 LH 분류 인덕턴스 (LL)를 포함한다. MTM 기반 구성요소들 및 디바이스들은 분포 정수 회로(distributed circuit) 요소들, 집중 정수 회로(lumped circuit) 요소들, 또는 그 둘의 조합을 사용하여 실행될 수 있는 이러한 CRLH MTM 유닛 셀들에 기초하여 설계될 수 있다. 통상적인 안테나들과 달리, MTM 안테나 공진들은 LH 모드의 존재에 의해 영향을 받는다. 일반적으로, LH 모드는 고주파수 공진들의 매칭을 향상시키는 것 뿐 아니라 저주파수 공진들을 촉진하고 더 잘 매칭되도록 돕는다. MTM 안테나 구조들은 "저대역" 및 "고대역" 을 포함하는 복수의 주파수 대역들을 지원하도록 구성될 수 있다. 저대역은 적어도 하나의 LH 모드 공진을 포함하며, 고대역은 안테나 신호와 연관된 적어도 하나의 RH 모드 공진을 포함한다.
MTM 안테나 구조들의 몇가지 예들 및 실시예들이 2007년 4월 27일에 출원된 미국특허출원 번호 제11/741,674호 "Antennas, Devices and Systems Based on Metamaterial Structures" 및 2009년 9월 22일에 발행된 미국특허 제7,592,957호 "Antennas Based on Metamaterials Structures" 에 설명되어 있다. 이상의 미국 특허 문서들의 개시는 참조로서 본 명세서에 결합된다. 이러한 MTM 안테나 구조들은 통상적인 FR-4 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 연성 인쇄 회로(FPC) 보드를 사용하여 제조될 수도 있다. 다른 제조 기술들의 예들은 박막 제조 기술, SOC(System On Chip) 기술들, LTCC(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 기술들, 및 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 기술들을 포함한다.
MTM 안테나 구조들의 한가지 유형은 단일층 금속화(Single-Layer Metallization:SLM) MTM 안테나 구조이다. MTM 구조의 전도성 부분들은 기판의 한 측면 상에 형성된 SLM 층에 위치되어 잇다.
이중층 금속화 비아-레스(Two-Layer Metallizaton Via-Less:TLM-VL) MTM 안테나 구조는 기판의 두 개의 평형한 표면들 상에 두 개의 금속화 층들을 갖는 또다른 유형의 MTM 안테나 구조이다. TLM-VL은 한 금속화 층의 전도성 부분들을 다른 금속화 층의 전도성 부분들에 연결하는 전도성 비아들(vias)을 갖지 않는다. SLM 및 TLM-VL MTM 안테나 구조들의 예시들 및 실시예들은 2008년 10월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제12/259,477호, "Single-Layer Metallization and Via-Less Metamaterial Structures"에 설명되어 있으며, 그 개시는 본 명세서에 참조로 결합된다.
도 1은 네 개의 유닛 셀들에 기초한 일차원 (1D) CRLH MTM 전송선(TL)의 예를 도시한다. 한 개의 유닛 셀은 셀 패치(cell patch) 및 비아(via)를 포함하며, 원하는 MTM 구조를 구성하기 위한 구성요소이다. 도시된 TL 예는 기판의 두 개의 전도성 금속화 층들로 형성된 네 개의 유닛 셀들을 포함하며, 네 개의 전도성 셀 패치들이 기판의 최상부의 전도성 금속화 층 상에 형성되고 기판의 다른 측면은 접지 전극으로서의 금속화 층을 구비한다. 네 개의 중심 전도성 비아들(centered conductive vias)은 각각 네 개의 셀 패치들을 접지 평면으로 연결하기 위해 기판을 관통하도록 형성된다. 좌측 상의 유닛 셀 패치는 제1 공급선에 전자기적으로 커플링되어 있고 우측 상의 유닛 셀 패치는 제2 공급선에 전자기적으로 커플링되어 있다. 몇몇의 실시예에서, 각 유닛 셀 패치는 인접 유닛 셀과 직접적인 접촉 없이 인접 유닛 셀 패치에 전자기적으로 커플링되어 있다. 이러한 구조는 한 공급선으로부터 RF 신호를 수신하고 다른 공급선으로부터 RF 신호를 출력하도록 MTM 전송선을 형성한다.
도 2는 도 1의 1D CRLH MTM TL의 등가 네트워크 회로를 도시한다. ZLin' 및 ZLout' 은 각각 TL 입력 부하 임피던스 및 TL 출력 부하 임피던스에 대응하며, 각 단부에서의 TL 커플링에 기인한다. 이것은 인쇄 이중층 구조의 예시이다. LR 은 유전 기판 상의 셀 패치에 기인하며, CR은 셀 패치와 접지 평면 사이에 끼워져 있는 유전 기판에 기인한다. CL은 두 개의 인접 셀 패치들의 존재에 기인하며, 비아는 LL을 유도한다.
각 개별 유닛 셀은 직렬(SE) 임피던스 Z 및 분류(SH) 어드미턴스 Y 에 대응하는 두 개의 공진들 ωSE 및 ωSH 를 가질 수 있다. 도 2에서, Z/2 블록은 LR/2 및 2CL의 직렬 조합을 포함하고, Y 블록은 LL 및 CR의 병렬 조합을 포함한다. 이러한 파라미터들 간의 관계들은 다음과 같이 표현된다:
도 1의 입력/출력 에지들에서의 두 개의 유닛 셀들은 CL을 포함하지 않는다. 왜냐하면 CL은 두 개의 인접 셀 패치들 사이의 커패시턴스를 나타내고 이들 입력/출력 에지들에서 사라지기 때문이다. 에지 유닛 셀에서 CL 부분이 존재하지 않는 것은 ωSE 주파수가 공명하는 것을 방지한다. 그러므로, 오직 ωSH 가 m=0 공명 주파수로서 나타난다.
계산 분석을 단순화하기 위해, ZLin' 및 ZLout' 직렬 커패시터의 부분은 사라진 CL 부분을 보상하기 위해 포함되며, 잔여 입력 및 출력 부하 임피던스들은 도 3에서 도시된 바와 같,이 각각 ZLin' 및 ZLout'으로서 표시된다. 이러한 조건하에서, 모든 유닛 셀들은 도 3의 두 개의 직렬 Z/2 블록 및 한 개의 분류 Y 블록에 의해 표시되며, Z/2 블록은 LR/2 및 2CL의 직렬 조합을 포함하고, Y 블록은 LL과 CR의 병렬 조합을 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 각각, 도 2 및 도 3에서 도시된 부하 임피던스 없는 TL 회로들을 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 5는 네 개의 유닛 셀들에 기초한 1D CRLH MTM 안테나의 예를 도시한다. 도 1의 1D CRLH MTM TL과 상이하게, 도 5의 안테나는 안테나를 안테나 회로에 연결하기 위해 좌측상의 유닛 셀을 공급선에 커플링하고 우측상의 유닛셀은 네 개의 셀들이 RF 신호를 송신 또는 수신하기 위해 공기(air)와 인터페이싱(interface)하도록 개방 회로로 되어 있다.
도 6a는 도 5에서의 안테나 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다. 도 6b는 모든 유닛 셀들을 동일하게 하기 위해 사라진 CL 부분을 계산하도록 에지들에서의 변경을 가진 도 5의 안테나 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 도 4a 및 도 4b 각각에 도시된 TL 회로들에 유사하다.
매트릭스 표기에서, 도 4b는 다음과 같은 소정의 관계를 나타낸다:
여기에서 도 3의 CRLH MTM TL 회로가 Vin 및 Vout 단부들로부터 봤을 때 대칭이기 때문에 AN = DN이다.
도 6a 및 도 6b에서, 파라미터들 GR' 및 GR은 방사선 저항을 나타내고, 파라미터들 ZT' 및 ZT 는 종료 임피던스(termination impedence)를 나타낸다. ZT', ZLin' 및 ZLout' 각각은 이하에서 표시된 바와 같이 부가적인 2CL로부터의 기여분을 포함한다:
방사 저항 GR 및 GR'은 안테나를 구축하거나 시뮬레이팅하여야 유도될 수 있기 때문에, 안테나 설계를 최적화하는 것이 어려울 수도 있다. 그러므로, TL 접근법을 채택하고 나서 다양한 종단기들 (ZT)를 가진 그 대응 안테나들을 시뮬레이팅하는 것이 바람직하다. 식(1)에서의 관계들은, 두 에지들에서 사라진 CL 부분을 반영하는 변경된 값 AN', BN', CN'를 가진 도 2의 회로에 대해 유효하다.
주파수 대역들은 N CRLH 셀 구조를 nπ전파 위상 길이로 공진하도록 하여 유도된 확산 방정식(dispersion equation)으로부터 결정될 수 있으며, 여기에서 n=0, ±1, ±2,... ±N 이다. 여기에서, N CRLH 셀들 각각은 식(1)에서 Z 및 Y에 의해 표시되며, 이것은 도 2에서 도시된 구조와 상이하고, CL은 단부 셀들로부터 사라진다. 그러므로, 이러한 두 구조들과 연관된 공진들이 상이하다는 것을 예상할 수 있다. 그러나, 확장된 계산들은, 모든 공진들이 n=0일 때를 제외하고는 동일하고 여기에서 ωSE 및 ωSH 가 도 3의 구조에서 공진하며 오직 ωSH 만이 도 2의 구조에서 공진한다는 것을 보여준다. 양의 위상 오프셋들(n>0)은 RH 영역 공진들에 대응하고 음의 값들(n<0)은 LH 영역 공진들과 연관된다.
Z 및 Y 파라미터들을 갖는 N 개의 동일한 CRLH 셀들의 확산 관계가 이하에 주어진다:
여기에서 Z 및 Y는 식(1)에서 주어지며, AN은 도 3에서와 같은 N 개의 동일한 CRLH 유닛 셀들의 선형 캐스케이드로부터 유도되며, p는 셀 사이즈이다. 홀수 n=(2m+1)과 짝수 n=2m 공진들은 각각 AN=-1 및 AN=1과 연관된다. 도 4a 및 도 6a의 AN' 에 대하여, n=0 모드는 ω0 = ωSH 에서만 공진하고 단부 셀들에서 CL이 존재하지 않음으로 인해 ωSE 및 ωSH 둘 모두에서 공진하지는 않는다. 고차(higher-order) 주파수들은 표 1에서 특정된 x의 상이한 값들에 대하여 이하의 식에 의해 주어진다.:
표 1은 N=1, 2, 3, 및 4에 대한 χ값들을 제공한다. 에지 셀들(도 3)에 완전한 CL이 존재하는지 또는 CL이 존재하지 않는지(도 2) 여부에 관계없이 고차 공진들 (｜n｜> 0) 이 동일하다는 것을 주의해야 한다. 게다가, n=0 에 근접한 공진들은 작은 χ값들(χ하한 0에 가까운 값)을 가지는 반면에, 고차 공진들은 식(4)에서 나타난 바와 같이 χ상한 4 에 이르는 경향이 있다.
표 1: N=1, 2, 3 및 4 셀들에 대한 공진들
주파수 ω의 함수로서의 확산 곡선β는 ωSE 및 ωSH (평형(balanced), 즉 LR CL = LL CR) 및 ωSE 및 ωSH (비평형(unbalanced)) 경우들에 대하여 도 7a 및 도 7b에 도시된다. 후자의 경우에, 최소값(ωSE , ωSH )과 최대값(ωSE , ωSH ) 간의 주파수 갭이 있다. 제한 주파수들 ωmin 및 ωSmax 값들은 이하의 식들에서 나타난 바와 같이 가 χ그 상한 χ=4에 이를 때 식(5)의 동일한 공진 방정식들에 의해 주어진다.
부가적으로, 도 7a 및 도 7b는 확산 곡선들(dispersion curves)을 따라 공진 위치의 예시들을 제공한다. RH 영역(n > 0)에서, 구조 사이즈 l = Np (p는 셀 사이즈)는 주파수가 감소함에 따라 증가한다. 반대로, LH 영역에서, Np가 더 작은 값을 가질수록 저주파수들에 도달하며, 따라서 사이즈 감소가 발생한다. 확산 곡선들은 이러한 공진들 주변의 대역폭의 몇가지 표시를 제공한다. 예컨대, LH 공진들은 확산 곡선들이 거의 평평(flat)하기 때문에 좁은 대역폭을 갖는다. RH 영역에서, 확산 곡선들이 더 가파르기 때문에 대역폭이 더 넓다. 광대역들(broadbands)을 얻기 위한 제1 조건, 즉 제1 BB 조건은 다음과 같이 표현될 수 있다.:
여기에서 χ는 식(4)로 주어지고 ωR은 식(1)에서 정의되어 있다. 식(4)의 확산 관계(dispersion relationship)는, 식(7)의 제1의 BB 조건 (COND1)에서의 제로 분모에 이르는 ｜AN｜= 1일 때 공진들이 발생한다. 상기하자면, AN 은 N 개의 동일한 유닛 셀들(도 4b 및 도 6b)의 제1 송신 매트릭스 입력이다. 그 계산은 COND1이 실제로 N에 독립적이고 식(7)에서의 제2 방정식에 의해 주어진다는 것을 나타낸다. 확산 곡선들의 기울기를 정의하여 가능한 대역폭들을 정의하는 것은 표 1에서 도시된 바와 같은 공진들에서의 분자 및 χ의 값들이다. 타겟팅된 구조들은 4%를 조과하는 대역폭을 가진 사이즈에 있어서 최대 Np = λ/40이다. 작은 셀 사이즈들 p를 갖는 구조들에 대하여, 식(7)은 높은 ωR 값들이 COND1, 즉 낮은 CR 및 LR 값들을 만족하는 것을 나타내며, 이것은 n<0에 대하여, 다른 항목들(1-χ/4 → 0)에서 표 1의 4에 근접한 χ값들에서 공진들이 발생하기 때문이다.
이상에서 나타내어진 바와 같이, 일단 확산 곡선 기울기들이 가파른 값들을 가지면, 다름 단계는 적절한 매칭(matching)을 확인하는 것이다. 이상적인 매칭 임피던스들은 고정 값들을 가지며 큰 매칭 네트워크 풋프린트(footprint)들을 필요로 하지 않을 수도 있다. 여기에서 "매칭 임피던스" 는 안테나에서와 같이 단일 측면 공급(single side feed)의 경우에서의 공급선 및 종단기를 지칭한다. 입력/출력 매칭 네트워크를 분석하기 위해,도 4b에서의 TL 회로에 대하여 Zin 및 Zout이 계산될 수 있다. 도 3의 네트워크는 대칭이기 때문에, Zin = Zout라는 것을 증명하는 것은 간단하다. Zin 은 이하의 식에서 나타나는 바와 같이 N에 독립적이라는 것이 증명될 수 있다.
이것은 음의 실수들을 갖는다. B1/C1이 0보다 큰 한 가지 이유는 식(4)에서 ｜AN｜≤1 의 조건에 기인하며, 이것은 이하의 임피던스 조건을 초래한다:
제2의 광대역(BB) 조건은 상수 매칭(constant matching)을 유지하기 위해, Zin이 공진들에 가까운 주파수에 따라 약간씩 변화하는 것이다. 실제 입력 임피던스 Zin'는 식(3)에 나타난 바와 같은 CL 직렬 커패시턴스로부터의 기여분을 포함하는 것을 기억해야 한다. 제2 BB 조건은 이하에서와 같이 주어진다:
도 2 및 도 3의 전송선 예시와 상이하게, 안테나 설계들은, 구조 에지 임피던스와 양호하지 않게 매칭된 무한 임피던스를 갖는 개방 단부 측면(open-ended side)을 갖는다. 커패시턴스 종단기는 이하의 식에 의해 주어진다:
이것은 N에 의존하고 순수하게 가상의 것이다. LH 공진들이 RH 공진들보다 통상적으로 더 좁기 때문에, 선택된 매칭 값들은 n>0 영역보다 n<0 영역에서 유도된 것들에 근접하다.
LH 공진들의 대역폭을 증가시키는 한 가지 방법은 분류 커패시터 CR을 감소시키는 것이다. 이 감소는 식(7)에서 설명된 더 가파른 확산 곡선들의 더 높은 ωR값들을 초래할 수 있다. CR을 감소시키는 다양한 방법들이 존재하며, 이는 1) 기판 두께를 증가시키는 것, 2) 셀 패치 영역을 감소시키는 것, 3) 트런케이트 접지(truncated ground)를 초래하는, 최상부 셀 패치 아래의 접지 영역을 감소시키는 것, 또는 이 기술들의 조합들을 포함하지만 그에 한정되지는 않는다.
도 1 및 도 5의 MTM TL 및 안테나 구조들은 완전한 접지 전극으로서 기판의 전체의 저부 표면을 덮는데 전도층을 사용한다. 기판 표면의 하나 이상의 부분들을 노출시키도록 패터닝된 트런케이트 접지 전극은 완전한 기판 표면의 영역보다 더 작게 접지 전극의 영역을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 이것은 공진 대역폭을 증가시키고 공진 주파수를 튜닝(tune)한다. 트런케이트 접지 구조의 두 가지 예들은 도 8 및 도 11을 참조하여 논의되며, 여기에서 기판의 접지 전극 측 상의 셀 패치의 풋프린트의 영역에서의 접지 전극의 양이 감소되고, 잔여 스트립 선(비아 선(via line))이 셀 패치의 풋프린트 외부의 주 접지 전극에 셀 패치를 연결하는 데 사용된다. 이러한 트런케이트 접지 접근법은 광대역 공진들을 달성하기 위해 다양한 구성으로 실행될 수도 있다.
도 8은, 접지 전극이 셀 패치 아래로 한 방향을 따라 셀 패치보다 더 작은 디멘젼을 가질 경우, 4중 셀(four-cell) MTM 전송선을 위한 트런케이트 접지 전극의 한 예를 도시한다. 접지 전도층은, 비아들에 연결되고 셀 패치들 아래를 통해 통과하는 비아 선(via line)을 포함한다. 비아 선은 각 유닛 셀의 셀 패치의 디멘젼보다 작은 폭을 가진다. 트런케이트 접지의 사용은, 기판 두께가 증가될 수 없거나 안테나 효율에 있어서의 관련된 감소로 인해 셀 패치 영역이 감소될 수 없는 경우, 상용 디바이스의 실행들에 있어서 다른 방법들보다 우월한 바람직한 선택이 될 수도 있다. 접지가 트런케이팅(truncate)되는 경우, 도 8에서 도시된 바와 같은 주 접지에 비아들을 연결하는 금속화 스트립(metallization strip) (비아 선)에 의해 다른 인덕터 Lp(도 9)가 도입된다. 도 10은 도 8에서의 TL 구조에 유사한 트런케이트 접지를 갖는 4중 셀 안테나 대응물(four-cell antenna counterpart)을 도시한다.
도 11은 트런케이트 접지 구조를 갖는 MTM 안테나의 또다른 예시를 도시한다. 이 예에서, 접지 전도층은 셀 패치들의 풋프린트 외부에 형성된 비아 선들 및 주 접지를 포함한다. 각 비아 선은 제1 말단부(distal end)에서 주 접지에 연결되고 제2 말단부에서 비아에 연결된다. 비아 선은 각 유닛 셀의 셀 경로의 디멘젼보다 작은 폭을 갖는다.
트런케이트 접지 구조를 위한 방정식들이 유도될 수 있다. 트런케이트 접지 예들에서, 분류 커패시턴스 CR은 작게 되고, 공진들은 식(1), (5) 및 (6)과 표 1에서와 같은 방정식들을 따른다. 두 가지 접근법이 존재한다. 도 8 및 도 9는 첫번째 접근법, 접근법 1을 제시하며, 여기에서 공진들은 (LR +Lp)로 대체된 후에 식(1), (5), 및 (6) 및 표 1에서와 동일하다. ｜n｜≠ 0 에 대하여, 각 모드는 (1) LR을 위한 ω±n이 (LR +Lp)로 대체되는 것 (2) LR을 위한 ω±n이 (LR +Lp/n)에 의해 대체되는 것에 대응하는 두 개의 공진들을 가지며, N은 유닛 셀들의 수이다. 이러한 접근법 1 하에서, 임피던스 방정식은 이하와 같이 된다:
식(11)
여기에서 Zp=jωLp 및 Z, Y는 식(2)에 정의된다. 식(11)의 임피던스 방정식은 두 개의 공진들 ω및 ω' 이 각각 저임피던스 및 고임피던스를 갖는다는 것을 제공한다. 따라서, 대부분의 경우들에서 ω공진들 부근에서 튜닝하는 것이 용이하다.
제2 접근법, 접근법 2는 도 11 및 도 12에서 도시되며, 공진들은 LL이 (LL+Lp)로 대체된 후 식(1), (5), 및 (6) 과 표 1에서와 동일하다. 제2 접근법에서, 분류 커패시터 CR이 감소되는 동안 결합된 분류 인덕터 (LL+Lp)는 증가하며, 이것은 더 낮은 LH 주파수들을 초래한다.
이상의 예시적인 MTM 구조들은 두 개의 금속화층들 상에 형성되고 두 개의 금속화층들 중 하나는 접지 전극으로 사용되며, 전도성 비아를 통해 다른 금속화층과 연결된다. 그러한 이중층 CRLH MTM TL들 및 비아를 가진 안테나들은 도 1 및 도 5에서 도시된 완전한 접지 전극 또는 도 8 및 도 10에서 도시된 트런케이트 접지 전극으로 구성될 수 있다.
한 실시예에서, SLM MTM 구조는 제1 기판 표면 및 반대 기판 표면을 갖는 기판; 및 제1 기판 표면 상에 형성되고 유전 기판을 관통하는 전도성 비아없이 SLM MTM 구조를 형성하기 위해 두 개 이상의 전도성 부분들을 갖도록 패터닝되는 금속화층을 포함한다. 금속화 층 내에 전도성 부분들은, SLM MTM 구조의 셀 패치; 셀 패치로부터 공간적으로 분리된 접지; 접지 및 셀 패치와 상호 연결된 비아 선; 및 셀 패치와 직접적으로 접촉하지 않고 셀 패치에 용량성 커플링(capactively coupling)되어 있는 공급선을 포함한다. LH 직렬 커패시턴스 CL은 공급선과 셀 패치 사이의 갭을 통한 용량성 커플링에 의해 생성된다. RH 직렬 인덕턴스 LR은 공급선과 셀 패치에서 주로 생성된다. 이러한 SLM MTM 구조에서 두 개의 전도성 부분들 사이에 수직으로 끼워진 유전 물질은 존재하지 않는다. 결과적으로, SLM MTM 구조의 RH 분류 커패시턴스 CR은 무시할 수 있는 정도로 작게 설계될 수도 있다. 작은 RH 분류 커패시턴스 CR은 여전히 셀 패치와 접지 사이에서 유도될 수 있으며, 둘 모두는 단일 금속화층에 있다. SLM MTM 구조내의 LH 분류 인덕턴스 LL은 기판을 관통하는 비아가 존재하지 않기 때문에 무시할 수 있을 정도이지만, 접지에 연결된 비아 선은 LH 분류 인덕턴스 LL에 등가인 인덕턴스를 생성할 수 있다. TLM-VL MTM 안테나 구조는 수직 용량성 커플링을 생성하기 위해 두 개의 상이한 층에 위치된 공급선 및 셀 패치를 가질 수도 있다.
SLM 및 TLM-VL MTM 안테나 구조들과 상이하게, 다중층 MTM 안테나 구조는 적어도 하나의 비아에 의해 연결된 두 개 이상의 금속화 층들에 전도성 부분들을 갖는다. 그러한 다중층 MTM 안테나 구조들의 예시들 및 실시예들은 2008년 10월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제12/270,410호, "Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via,"에서 설명되어 있으며, 그 개시는 참조로서 본 명세서에 결합된다. 이러한 다중 금속화 층들은, 두 개의 금속화 층들이 전기절연 물질(예컨대 유전성 물질)에 의해 분리되어 있는 기판, 막, 또는 플레이트 구조에 기초하여 다중 전도성 부분들을 갖도록 패터닝된다. 두 개 이상의 기판들은, 특정 기술 특징들 또는 이점들을 성취하도록 다중 금속화 층들을 위한 다중 표면들을 제공하기 위해 유전성 스페이서(dielectric spacer)와 함께 또는 유전성 스페이서 없이 적층될 수 있다. 그러한 다중층 MTM 안테나 구조들은 한 금속화층의 한 개의 전도성 부분을 다른 금속화층 내의 다른 전도성 부분에 연결하는 적어도 하나의 전도성 비아를 수행할 수도 있다. 이는 한 금속화 층 내의 한 전도성 부분과 다른 금속화 층 내의 다른 전도성 부분과의 연결을 허용한다.
이중층 MTM 안테나 구조의 실시예는 제1 기판 표면 및 제1 기판 표면의 반대편에 제2 기판 표면을 갖는 기판; 제1 기판 표면 상에 형성된 제1 금속화층; 및 제2 기판 표면 상에 형성된 제2 금속화층을 포함하며, 두 개의 금속화 층들은 제1 금속화층 내의 한 전도성 부분을 제2 금속화 층 내의 다른 전도성 부분에 연결하는 적어도 한 개의 전도성 비아를 갖는 하나 이상의 전도성 부분들을 구비하도록 패터닝된다. 트런케이트 접지는 표면의 일부가 노출되어 있는 상태로, 제1 금속화 층 상에 형성될 수 있다. 제2 금속화 층의 전도성 부분들은 MTM 구조 및 공급선의 셀 패치를 포함할 수 있으며, 공급선의 말단부는 셀 패치에 근접하게 위치되고 셀 패치로 또는 셀 패치로부터의 안테나 신호를 송신하기 위해 셀 패치에 용량성 커플링되어 있다. 셀 패치는 노출된 표면의 적어도 부분과 평행하게 형성된다. 제1 금속화층 내의 전도성 부분들은 제1 금속화층 내의 트런케이트 접지와 제2 금속화 층 내의 셀 패치를 기판에 형성된 비아를 통해 연결하는 비아 선을 포함한다. LH 직렬 커패시턴스 CL은 공급선과 셀 패치 사이의 갭을 통한 용량성 커플링에 의해 생성된다. RH 직렬 인덕턴스 LR은 공급선과 셀 패치에서 주로 생성된다. LH 분류 인덕턴스 LL은 주로 비아 및 비아 선에 의해 유도된다. RH 분류 커패시턴스 CR은 주로 제2 금속화층 내의 셀 패치와 제1 금속화층 상에 투영된 셀 패치의 풋프린트의 비아 선의 부분 사이에서 유도된다. 민더 선(meander line)과 같은 부가적인 전도성 선이 광대역 또는 다중대역 안테나 동작을 지원하기 위해 RH 모노폴 공진을 유도하도록 공급선에 부착될 수 있다.
MTM 안테나들에 의해 지원될 수 있는 다양한 주파수 대역들의 예들은 셀 폰 및 모바일 디바이스 애플리케이션들, WiFi 애플리케이션들, WiMax 애플리케이션들 및 다른 무선 통신 애플리케이션들을 위한 주파수 대역들을 포함한다. 셀 폰 및 모바일 디바이스 애플리케이션들을 위한 주파수 대역들의 예들은: 두 대역, 즉 CDMA (824 - 894 MHz) 및 GSM(880 - 960 MHz) 대역들을 포함하는 셀룰러 대역(824 - 960 MHz); 및 세 대역들, 즉 DCS(1710 - 1880 MHz), PCS(1850 - 1990 MHz), 및 AWS/WCDMA (2110 - 2170 MHz)을 포함하는 PCS/DCS 대역(1710 - 2170 MHz)이다.
MTM 구조는, PCB 자리배치 요인들(PCB real-estate factors)과 같은 애플리케이션의 요구들, 디바이스 성능 요구들, 및 다른 사양들에 따르도록 특정하게 맞춤화될 수 있다. MTM 구조 내의 셀 패치는, 예컨대 직사각형, 다각형, 부정형, 지그재그(zigzag)형, 원형, 타원형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태들 및 디멘젼들을 가질 수 있다. 비아 선 및 공급선은 또한, 예컨대 직사각형, 다각형, 부정형, 및 지그재그(zigzag)형, 원형, 타원형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태 및 디멘젼들을 포함할 수 있다. 공급선의 말단부는 용량성 커플링을 변경시키는 도약대(launch pad)를 형성하도록 변형될 수 있다. 도약대는 예컨대 직사각형, 다각형, 부정형, 지그재그(zigzag)형, 원형, 타원형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태들 및 디멘젼들을 가질 수 있다. 도약대와 셀 패치 간의 갭은, 예컨대 직선, 곡선, L형선, 지그재그 선, 불연속선, 인클로징 선(enclosing line), 및 상이한 형태들의 조합을 포함하는, 다양한 형태들을 취할 수 있다. 공급선들, 도약대, 셀 패치, 및 바이선들 중 일부는 다른 것들과 상이한 층에 형성될 수 있다. 공급선, 도약대, 셀 패치, 및 비아 선 중 일부는 한 금속화 층에서 상이한 금속화 층으로 연장될 수 있다. 안테나 부분은 주 기판보다 몇 밀리미터 위로 위치될 수도 있다. 다중셀 1D 구조를 형성하기 위해 복수의 셀들이 직렬로 캐스캐이딩(cascade) 될 수도 있다. 2D 구조를 형성하기 위해 복수의 셀들이 직교(orthogonal) 방향으로 캐스캐이딩될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 단일 공급선이 복수의 셀 패치들에 전력을 전달하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 부가적인 전도성 선은, 이러한 부가적인 전도성 선이 예컨대 직사각형, 부정형, 지그재그(zigzag)형, 평면 나선형, 수직 나선형, 민더(meander)형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태 및 디멘젼들을 가질 수 있는 공급선 또는 도약대에 부가될 수도 있다. 부가적인 전도성 선은 기판의 최상부 층, 가운데 층, 또는 최저부 층이나, 기판보다 몇 밀리미터 위에 위치될 수 있다.
다른 유형의 MTM 안테나는 비평면 MTM 안테나들을 포함한다. 그러한 비평면MTM 안테나 구조들은, MTM 안테나의 안테나 섹션들이 휴대용 무선 통신 디바이스와 같은 무선 통신 디바이스의 할당된 공간 또는 부피에 맞게 조절된 소형 구조를 제공하기 위해 비평면 구성으로 공간적으로 분포되도록, MTM 안테나의 하나 이상의 안테나 섹션들이 동일한 MTM 안테나의 하나 이상의 다른 안테나 섹션들로부터 멀리 떨어지도록 배열된다. 예컨대, MTM 구조의 하나 이상의 안테나 섹션들이 L형 안테나 구성과 같은 비평면 구성으로 공간적으로 분포되도록 또다른 유전 기판 상에 MTM 안테나의 하나 이상의 다른 안테나 섹션들을 위치시키면서, MTM 구조의 하나 이상의 안테나 섹션들이 유전 기판 상에 위치될 수 있다. 다양한 애플리케이션들에서, MTM 안테나의 안테나 부분들은 3차원(3D) 기판 구조로 평행하거나 비평행하게 다양한 부분들을 수용하도록 배열될 수 있다. 그러한 비평면 MTM 안테나 구조들은 상품 인클로즈 내부 또는 그 둘레에 둘러쌓여질 수도 있다. 비평면 MTM 안테나 구조 내의 안테나 섹션들은 인클로즈(enclose), 하우징 벽들(housing walls), 안테나 캐리어(antenna carrier), 또는 공간을 절약하는 다른 패키징 구조들에 맞물리도록 배열될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비평면 MTM 안테나 구조의 적어도 하나의 안테나 섹션이 그러한 패키징 구조의 근접한 평면에 가깝게 또는 그와 실질적으로 평행하게 위치되며, 여기에서 안테나 섹션은 그러한 패키징 구조의 내부 또는 외부에 존재할 수 있다. 몇몇의 다른 실시예들에서, MTM 안테나 구조는 상품의 하우징의 내부벽, 안테나 캐리어의 외부 표면, 또는 디바이스 패키지의 윤곽(contour)에 등각(conformal)으로 이루어질 수 있다. 그러한 비평면 MTM 안테나 구조들은 평면 구성으로 된 유사한 안테나보다 더 작은 풋프린트를 가질 수 있으며, 따라서 셀룰러 폰과 같은 휴대용 통신 디바이스에서 이용가능한 제한된 공간에 맞게 될 수 있다. 몇몇의 비평면 MTM 안테나 설계들에서, MTM 안테나의 부분 또는 전체가 사용되지 않는 동안 공간을 절약하기 위해 접혀지거나 내부로 슬라이딩될 수 있도록 스위블(swivel) 메커니즘 또는 슬라이딩 메커니즘이 결합될 수 있다. 부가적으로, 적층된 기판들이, 메인 보드 위의 공간을 이용하기 위해 적층된 기판들 사이의 기계적 및 전기적 접촉을 결합하고 MTM 안테나의 상이한 안테나 섹션들을 지지하는 데, 유전 스페이서를 가지고 또는 유전 스페이서 없이 사용될 수도 있다.
비평면, 3D MTM 안테나들은 다양한 구성으로 실행될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 설명된 MTM 셀 세그먼트들은 다양한 MTM 구조들 부근에 형성된 튜닝 요소들을 갖는 설계를 실행하기 위한 비평면, 3D 구성들로 배열될 수도 있다. 2009년 5월 13일에 출원된 미국 특허출원 제12/465,571호, "Non-Planar Metamaterial Antenna Structures" 는 예컨대, MTM 구조들 부근에 튜닝 요소들을 실행할 수 있는 3D 안테나 구조들을 개시하고 있다. 미국 특허출원 제12/465,571호의 전체 개시 내용은 본 명세서의 개시의 일부로서 참조로 결합된다.
한 관점에서, 미국 특허출원 제12/465,571호는, 인클로즈를 형성하는 벽들, 디바이스 하우징 내부에 위치되고 다른 벽들보다 제1 벽에 더 근접하게 위치된 제1 안테나부, 제2 안테나부를 포함하는 디바이스 하우징을 포함하는 안테나 디바이스를 개시한다. 제1 안테나부는 제1 벽에 근접한 제1 평면에 배열된 하나 이상의 제1 안테나 컴포넌트들을 포함한다. 제2 안테나부는 제1 평면과 상이한 제2 평면에 배열된 하나 이상의 제2 안테나 컴포넌트들을 포함한다. 이러한 디바이스는, 안테나 신호의 적어도 하나의 공진 주파수를 지원하고 공진 주파수의 한 개의 파장의 절반보다 작은 디멘젼을 갖는 CRLH MTM 안테나를 형성하기 위해 제1 안테나 섹션의 하나 이상의 제1 안테나 컴포넌트들과 제2 안테나부의 하나 이상의 제2 안테나 컴포넌트들이 전자기적으로 커플링되도록 제1 안테나부와 제2 안테나부를 연결하는 조인트 안테나부(joint antenna part)를 포함한다. 다른 관점에서, 미국 출원 번호 제 12/465,571호는 패키징 구조를 인게이징(engage)하도록 구성된 안테나 디바이스를 개시하고 있다. 이러한 안테나 디바이스는 패키징 구조의 제1 평면 섹션에 근접하게 구성된 제1 안테나 섹션을 포함하고, 제1 안테나 섹션은 제1 평면 기판, 및 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함한다. 제2 안테나 섹션이 이러한 디바이스에 제공되며, 패키징 구조의 제2 평면 섹션에 근접하게 구성된다. 제2 안테나 섹션은 제2 평면 기판, 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제2 전도성 부분을 포함한다. 이러한 디바이스는 또는 제1 및 제2 안테나 섹션들을 여녈하는 조인트 안테나 섹션을 포함한다. 적어도 하나의 제1 전도성 부분, 적어도 하나의 제2 전도성 부분, 및 조인트 안테나 섹션은 안테나 신호 내의 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하기 위해 CRLH MTM 구조를 집합적으로 형성한다. 그러나 또다른 실시예에서, 미국 특허출원 제12/465,571호는, 패키징 구조에 인게이징하도록 구성되고, 연성 유전 물질을 갖는 기판과 그 기판에 연관된 둘 이상의 전도성 부분들을 포함하여 안테나 신호 내의 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH MTM 구조를 형성하는 안테나 디바이스를 개시한다. CRLH MTM 구조는 패키징 구조의 제1 평면 섹션에 근접하게 구성된 제1 안테나 섹션, 패키징 구조의 제2 평면 섹션에 근접하도록 구성된 제2 안테나 섹션, 및 제1 안테나 섹션과 제2 안테나 섹션 사이에 형성되고 패키징 구조의 제1 평면 섹션과 제2 평면 섹션들에 의해 형성되는 코너 부근에서 굽은 제3 안테나 섹션으로 나누어진다.
복귀 손실, 이득, 및 방사 효율은, PCP 자리배치(real-estate)가 제한되는 경우 특히 소형 모바일 통신 디바이스를 위한 중요한 안테나 성능 지표이다. 일반적으로, 안테나 사이즈가 감소하면 효율이 감소한다. 소정의 제한된 공간을 가지고 높은 성능 지표를 획득하는 것은 특히 셀 폰 및 다른 소형 모바일 통신 디바이스들을 위한 안테나 설계에서 큰 도전이 된다. 예컨대, PCB 상의 자리배치는 더 작은 모바일 디바이스 크기로 인해 제한되기 때문에, RF 회로, 키패드, 마이크로폰, 액정디스플레이(LCD), 배터리 및 카메라 등의 설계가 더 어려워질 수 있다. 복귀 손실, 이득, 방사 효율을 포함하는 안테나 성능은 안테나에 인접한 동일한 PCB 상의 다른 물체들에 의해 상당히 저하될 수 있다. 다른 외부 물체들은 안테나 성능에 또한 간섭할 수 있는 인체를 포함한다. 몇몇의 경우에, 인체에 RF 신호들이 흡수되는 것을 최소화하기 위해, 안테나를 인체 효과들로부터 차폐하는 것은 중요하다.
안테나 구조들은 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus: USB) 어댑터들 및 퍼스널 컴퓨터 메모리 카드 국제 협회(Personal Computer Memory Card International Association: PCMCIA) 카드들과 같은 다른 작은 디바이스들 상에 설치될 수 있다. 이러한 디바이스들은 통상적으로, 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 호스트 디바이스에 플러깅(plug)되어 네트워크 카드들, 외부 스토리지, 프린트, 및 멀티미디어 디바이스들과 같은 외부 디바이스들과 통신하기 위한 주변 인터페이스로서 작용한다. 안테나 성능은 호스트 디바이스 PCB 접지 및 호스트 디바이스 LCD와 같은 이러한 부가적인 물체들의 근접성에 의해 영향을 받을 수 있다. 성능은 또한 호스트 디바이스 크기, 모양 및 구조에 기초하여 변화될 수도 있다. 그러므로, 임베디드 디바이스(embedded device)가 호스트 디바이스와 독립적으로 동작하는 것을 확실히 하는 것은 수용가능하고 안정된 안테나 성능을 달성하기 위한 중요한 설계 요소이다. 예컨대, 호스트 디바이스로부터 임베디드 디바이스를 격리시키는 데 사용되는 몇가지 설계 특징들은, 다른 회로 컴포넌트들 및 디바이스들의 동작에 영향을 미치지 않고 물체들을 둘러쌈으로써 도입되는 간섭을 완화시키는 방법으로서 주파수 의존형 커넥터들 또는 능동 컴포넌트들을 이용하는 안테나 디바이스들을 포함할 수도 있다. 본 명세서는 MTM 안테나 구조에 근접한 물체들의 근접성 효과를 제거 또는 최소화하기 위한 몇가지 주파수 의존형 격리(frequency-dependent isolation) 기술들 및 구조들을 설명한다.
특정 회로 컴포넌트들을 안테나로부터 격리하기 위하여 안테나를 지원하고 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 디바이스의 실시예는, 하나 이상의 기판들; 하나 이상의 기판들에 의해 지지되는 하나 이상의 금속화 층들; 하나 이상의 금속화 층들 중 한 층 내에 형성된 접지 전극; 상기 하나 이상의 금속화 층들 중 적어도 한 층 내에 형성된 하나 이상의 금속 플레이트들; 상기 하나 이상의 금속화 층들 중 적어도 한 층 내에 형성된 여러 전도성 부분들; 및 하나 이상의 전기 컴포넌트들을 포함할 수도 있으며, 각각은 하나 이상의 금속 플레이트들 및 접지 전극과 전기적으로 커플링되고, RF 주파수 소스가 하나 이상의 전기 컴포넌트들과 연관된 임피던스를 결정한다.
도 13은 무선 디바이스(1300)에서의 안테나의 성능을 향상시키기 위해 사용되는 격리 기술들 및 구조들의 예를 도시한다. 도 13에서, 금속 플레이트(1301)는 안테나(1303) 및 접지 평면(1305)에 근접하게 위치된다. 한가지 예에 따르면, 금속 플레이트(1301)는 키패드(keypad), 키 돔들(key domes), 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하도록 구성될 수도 있다. 접지 평면(1305)은 적절한 접지를 허용하기 위해 금속 플레이트(13010) 상에 위치된 집적 컴포넌트들 및 안테나(1303)에 의해 공유될 수도 있다. 무선 송수신기와 같은 안테나 소스(1309)는 안테나(1303)에 RF 입력 신호들을 공급하고 안테나(1303)을 접지 평면(1305)에 연결하는 데 사용될 수도 있다. DC 동작 동안, 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하기 위해DC 전류가 금속 플레이트(1301)에 공급될 수 있다. 그러나, 높은 RF 동작에서, 이러한 집적 컴포넌트들과 안테나(1303) 사이의 바람직하지 않은 상호작용들이 존재하여 안테나의 성능을 감소시킬 수도 있다. 따라서, 특정 주파수들에서, 안테나(1303)를 금속 플레이트(1301) 상에 위치된 이러한 집적 셀룰러 컴포넌트들로부터 격리시키는 것은 안테나 성능에 있어서 특별한 관심대상이며 이익이 된다. 하나 이상의 안테나들이 집적 컴포넌트들에 인접하여 동작할 수 있도록 하는 다양한 격리 기술들 및 구조들이 본 명세서에 제시된다. 예컨대, 인덕터(1307)와 같은 주파수 의존형 특성들을 갖는 전기 컴포넌트는 금속 플레이트(1301)를 접지 평면(1305)에 커플링하고 특정 주파수들에서 안테나(1303)로부터 금속 플레이트(1301)를 격리하는 데 사용될 수도 있다. DC 동작에서, 인덕터(1307)는 집적 컴포넌트들로부터의 DC 전류를 왜곡(distortion)없이 접지 평면(1305) 내의 다른 회로 컴포넌트들에 전달할 수 있도록 하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 인덕터(1307)는 RF 전류를 안테나(1303)와의 역상호작용들을 생성하는 금속 플레이트(1301)로 이동하는 것을 방지할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 따라서, 금속 플레이트(1301)와 접지 평면(1305) 사이에 인덕터(1307)와 같은 이러한 주파수 의존형 커넥터를 이용함으로써, 키패드, 키 돔들, 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 컴포넌트들이 고주파수 동작 동안 안테나(1303) 성능에 악영향을 끼치지 않으면서 금속 플레이트(1301) 상에서 안전하게 동작할 수 있다.
다른 무선 디바이스 구성들은 비평면 무선 디바이스를 포함할 수도 있다. 예컨대, 도 13에 도시된 안테나(1303)는 비평면 무선 디바이스를 형성하기 위해 금속 플레이트(1301)와 접지 평면(1305)에 실질적으로 평행하고 그들로부터 공간적으로 분포된 상이한 평면 상에 형성될 수 있다. 부가적으로, 이전에 제시된 격리 기술들 및 구조들이 격리를 제공하기 위해 비평면 무선 디바이스에 적용될 수 있으며, 이것은 하나 이상의 안테나들이 다른 회로 컴포넌트들에 인접하여 동작할 수 있도록 한다.
도 14에서, 예컨대 비평면 무선 디바이스(1400)은 제1 표면 및 두 개의 전도성 요소들, 금속 플레이트(1401) 및 접지 평면(1405) 상에 형성된 안테나(1403)를 포함할 수도 있다. 무선 송수신기와 같은 안테나 소스(1409)는 안테나(1403)에 RF 입력 신호들을 공급하고 접지 평면(1405)에 안테나(1403)을 연결하는 데 사용될 수도 있다. 금속 플레이트(1401)는 안테나(1403)에 실질적으로 평행하고 안테나(1403) 아래에 위치되도록 구성될 수도 있으며, 따라서 인체 효과와 같은 물체들에 의해 야기되는 무선 간섭을 감소시키기 위해서 인체와 같은 인접 물체들과 안테나(1403) 사이에 물리적 장벽 또는 차폐로서 작용할 수 있다. 부가적으로, 금속 플레이트(1401)는 키패드, 키 돔들, 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하도로 구성될 수도 있다. 접지 평면(1405)은 금속 플레이트(1401)에 형성된 안테나(1403), 다른 회로 및 셀룰러 컴포넌트들에 의해 공유될 수도 있다. DC 동작에서, DC 전류가 이러한 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하기 위해 금속 플레이트(1401) 에 공급될 수 있다. 그러나, 고주파수에서, 이전 실시예들에서 설명된 바와 같은 이러한 셀룰러 컴포넌트들이 안테나(1403)와 간섭하여 감소된 안테나 성능을 초래할 수 있다.
이전 실시예에서 설명된 유사한 격리 기술 및 구조가 비평면 무선 디바이스(1400)에 적용될 수 있다. 예컨대, 인덕터와 같이, 주파수 의존형 특성들을 갖는 전기 컴포넌트(1407)는 금속 플레이트(1401)를 접지 평면(1405)에 커플링하고 특정 주파수들에서 금속 플레이트(1401)를 접지 평면(1405)로부터 격리하는 데 사용될 수도 있다. DC 동작에서, 예컨대, 인덕터(1407)는 집적 컴포넌트들로부터의 DC 전류가 왜곡없이 다른 회로 컴포넌트들로 전달될 수 있도록 하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 인덕터(1407)는 RF 전류가 금속 플레이트(1401)로 이동하는 것을 방지하여 안테나(1403)로의 간섭을 제거하거나 최소화할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수 있다. 금속 플레이트(1401)와 접지 평면(1407) 사이에 인덕터(1407)와 같은 주파수 의존형 커넥터를 이용함으로써, 키패드, 키 돔들, 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 컴포넌트들이 고주파수 동작 동안 안테나 성능에 악영향을 미치지 않으면서 금속 플레이트(1401) 상에 장착될 수 있다. 또한, 인덕터(1407)와 결합하여, 금속 플레이트(1401)는 인체 효과를 완화시키기 위해 안테나(1403)에 대한 차폐로서 작용할 수 있으며, 인체에 의해 흡수되는 특정 흡수율(Specific Absorption Rate: SAR)을 감소시키는 것을 도울 수도 있다.
도 15a는 USB 동글 디바이스 애플리케이션(1500)에 사용된 복수의 안테나들의 성능을 향상시키는 데 사용된 격리 기술들 및 구조들의 예를 도시한다. USB 동글 디바이스(1501)의 한 예는, 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 호스트 디바이스(1505)의 USB 포트(1503)에 삽입될 수도 있는 USB 수 커넥터(male connector) 또는 플러그(1507)을 갖는 휴대용 하드웨어를 포함한다.. USB 동글 디바이스(1501)는 무선 애플리케이션들을 지원하고 복수의 내장 안테나들을 포함한다. 도 15a에서, 안테나 성능은 호스트 디바이스(1505)와 연관된 LCD 패널 사이즈 및 접지 평면 사이즈와 같은 주변 물체들에 의존할 수 있다. 이러한 물체들은 임피던스 매칭 및 방사 효율을 포함하는 복수의 안테나들의 성능을 최적화시키기 어렵거나 불안정하게 만들 수 있다. 도 15b는 주변 물체들에 의해 생성된 최적화 문제들을 극복하기 위해 USB 동글 디바이스(1501) 내에 집적된 복수의 안테나 구조들의 한 실시예를 도시한다.
도 15b에서, USB 동글 디바이스(1501)는 제1 안테나(1525) 및 제2 안테나(1527), 제1 안테나 소스(1531), 제1 안테나 (1525) 및 제2 안테나(1527) 각각에 RF 입력 신호들을 공급하는 데 사용되는 제2 안테나 소스(1533), 제1 안테나 소스(1531) 및 제2 안테나 소스(1533)에 연결된 접지 평면(1523), 및 전기 컴포넌트(1529)를 통해 접지 평면(1523)에 커플링된 금속 플레이트(1521)를 포함하며, 금속 플레이트(1521)는 또한 USB 수 커넥터(1507)에 연결되어 있다.
동작에서, 접지 평면(1523)은 금속 플레이트(1521) 및 두 안테나(1525, 1527)을 통해 USB 수 커넥터(1507)에 연결된 호스트 디바이스(1505)에 접지를 제공하도록 구성된다. 그러나, 컴퓨터(1505)와 연관된 주변 물체들이 특정 주파수들에서 두 안테나들의 성능에 간섭하여 그 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서, 특정 주파수들에서 컴퓨터(1505)와 연관된 주변 물체들로부터 두 안테나(1525, 1527)를 격리시키는 것은 안테나 성능에 관하여 이익이 될 수 있다. 예컨대, 접지 평면(1523)에 금속 플레이트(1521)를 연결하고 특정 주파수들에서 금속 플레이트(1521)를 두 안테나들(1525, 1527)로부터 격리시키기 위해서 전기 컴포넌트(1529)가 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터에 의해 대체될 수도 있다. DC 동작에서, 예컨대 인덕터는 DC 전류를 허용하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. USB 동글 디바이스(1501)가 USB 커넥터(1507)를 통해 호스트 디바이스(1505)의 USB 슬롯(1503)으로 플러그되는 경우, DC 및 저주파수 신호들이 금속 플레이트(1521)를 통해 호스트 디바이스(1505)로부터 USB 동글 디바이스(1501)로 공급되어 USB 동글 디바이스(1501)의 접지 평면(1523) 상에 제조된 모든 회로들에 공급될 수도 있다.
고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 예컨대 인덕터는 RF 전류가 이동하는 것을 차단할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 예컨대, USB 동글 디바이스(1501) 내의 두 안테나(1525, 1527)에 호스트 디바이스(1505)와 연관된 LCD 패널 또는 대형 접지 평면에 의해 야기된 RF 간섭은 인덕터(1529)에 의해 방지될 수 있다. 따라서, USB 동글 애플리케이션에 사용되는 다중 안테나들의 성능을 유지하거나 향상시키기 위해 두 안테나들로부터 접지 평면을 효과적으로 격리하는 데 주파수 의존형 커넥터가 사용될 수도 있다.
호스트 디바이스(1505)와 USB 동글 디바이스(1501) 사이에 전송되는 다른 신호들은 디지탈 신호들을 포함할 수도 있다. 그러나, 이 신호들은 통상적으로 접지 평면(1523)을 필요로 하거나 사용하지 않는다. 따라서, 호스트 디바이스(1505)로부터 접지 평면 (1523)을 격리하는 것은 전송된 디지털 신호들에 영향을 미치지 않을 수도 있다.
MTM 안테나를 지원하며 MTM 안테나로부터 특정 회로 요소를 격리하기 위해 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 디바이스의 한 실시예는, 디바이스 인클로즈; 디바이스 인클로즈 내에 위치되고, 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 기판 구조에 의해 지지되는 접지 전극; 기판 구조의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트 및 접지 전극에 연결된 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트; 기판 구조의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트를 제2 금속 플레이트에 연결하기 위해 기판 구조에 형성된 몇몇 비아들(vias); 기판 구조에 의해 지지되는 몇몇의 전기 전도성 부분들로서, 접지 전극, 기판 구조의 적어도 일부, 및 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 복합 좌우현 (Composite Right and Left Handed: CRLH) 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성된다.
도 16a 내지 도 16d는 다른 회로 요소들이 MTM 안테나에 근접하게 되어 있는 소형 핸드헬드 무선 디바이스(1600)에 사용되는 MTM 안테나의 성능을 개선하기 위한 격리 기술들 및 구조들을 도시한다. 소형 핸드헬드 디바이스(1600)는 두 주파수 범위들, 즉 880MHz 내지 960MHz, 및 1710MHz 내지 1880MHZ을 지원할 수 있는 다중 대역 디바이스로서 구성될 수도 있다.
도 16a는 소형 핸드헬드 무선 디바이스(1600)의 측면도를 도시한다. 핸드헬드 무선 디바이스(1600)는 도 16a에 도시된 기판(1653)의 각 측면 상에 형성된 최상부 층(1601) 및 저부층(1602)을 포함할 수도 있다. 최상부 층(1601) 및 저부층(1602)의 정면도는 각각 도 16b 및 도 16c에 도시된다.
도 16b는 무선 디바이스(1600)의 최상부 층(1601)의 구조적 요소들을 도시한다. 이 구조적 요소들은 최상부 접지 평면(1615), 전기 컴포넌트(1607)에 의해 최상부 접지 평면(1615)에 연결된 최상부 금속 플레이트(1605), 및 금속 플레이트(1605)에 인접한 MTM 안테나(1651)을 포함한다.
도 16c는 무선 디바이스(1600)의 저부층(1602)의 구조적 요소들을 도시한다. 이 구조적 요소들은 저부 접지 평면(1633); 저부 금속 플레이트(1631); 최상부 층(1601) 상의 MTM 안테나(1651)를 저부 접지 평면(1633)에 연결하기 위한 비아 선(via line)(1621); 저부 금속 플레이트(1631)를 최상부 금속 플레이트(1605)에 연결하기 위한 한 쌍의 비아들(1635); 및 PCB에 폰 키들(phone keys)을 연결하도록 설계되는 몇몇의 키 돔들(1603)을 포함한다. 키 돔들(1603)이 폰 키들과 동일한 레이아웃(layout)을 따르기 때문에, 키 돔들(1603)은 저부 접지 평면(1633), 저부 금속 플레이트(1631), 및 노출된 기판과 같이 도 16c에 도시된 다른 구조들을 오버랩할 수도 있다.
최상부 접지 평면(1615) 및 저부 접지 평면(1633)은 기판 내에 형성된 비아들의 어레이(도시되지 않음)를 사용하는 것에 의하거나 기판의 직각 에지를 따라 형성된 전도성 선들에 의해 단일 접지 평면을 형성하도록 연결될 수도 있다. 도 16b 내지 도 16c에서 도시된 바와 같이, 최상부 접지 평면 및 저부 접지 평면(1615, 1633) 모두를 포함하는 접지 평면은 MTM 안테나(1651), 및 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)에 의해 공유된다.
핸들헬드 디바이스(1600)의 소형도(compactness)로 인해, 키 돔들(1603), 및 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)과 같은 주변 물체들이 MTM 안테나(1651) 에 인접하여 있고 MTM 안테나 성능과 간섭을 일으킬 수도 있다. 따라서, 동작 동안, 이러한 물체들이 특정 주파수들에서 MTM 안테나(1651)의 성능에 간섭을 일으키거나 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서, 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)로부터 MTM 안테나(1651)를 격리시키는 것이 특정 안테나 성능 지표에 있어서 특별한 관심대상이 될 수도 있다. 특히, 최상부 금속 플레이트(1605) 및 저부 금속 플레이트(1631)는, 키 돔들(1603) 및 DC 전원 트레이스들(supply traces)에 의해 사용되는 저부 접지 평면(1633)의 인접성에 의한 RF 간섭 없이 임피던스 매칭 및 방사 효율과 같은 안테나 성능을 유지하기 위해, 최상부 접지 평면(1615) 및 저부 접지 평면(1633) 각각으로부터 격리될 수도 있다. 예컨대, 접지 평면(1615)에 최상부 금속 플레이트(1605)를 연결하고 특정 주파수들에서 MTM 안테나(1651)로부터 저부 금속 플레이트(1631)를 포함한 최상부 금속 플레이트(1605)를 격리하기 위해, 전기 컴포넌트(1607)가 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터로 대체될 수도 있다. DC 주파수에서, 인덕터는 DC 전류를 허용하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 따라서, 키 돔들(1603)이 적절히 기능할 수 있도록 DC 바이어스가 인덕터를 통해 최상부 및 저부 금속 플레이트들(1605, 1631)에 공급될 수도 있다.
RF 주파수에서, 인덕터는 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)를 최상부 접지 평면 및 저부 접지 평면(1615, 1633) 각각으로부터 격리하기 위해 고임피던스를 제공한다. 다르게 말하면, 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)는 단일 접지 평면 대신에 두 개의 분리된 금속 플레이트들로서 나타날 수도 있으며, 따라서 MTM 안테나(1651)의 성능을 감소시킬 수도 있는 충분한 전류 흐름이나 간섭이 부족하다.
도 16d는 무선 디바이스(1600)와 연관된 두 개의 적층된 층, 최상부 층(1601) 및 저부 층(1602)의 정면도를 도시한다.
도 17은 접지 평면에 직접 연결된 최상부 금속 플레이트(1605)와 도 16d에서 도시된 바와 같이 인덕터와 주파수 의존형 커넥터(1607)를 통해 접지 평면에 연결된 최상부 금속 플레이트(1605) 사이에 신호 주파수 함수로서의 MTM 안테나(1651)의 측정된 복귀 손실의 비교를 표시한다. 도 17에서, 수평축은 MTM 안테나(1651)를 통해 전송된 신호의 주파수이고, 수직축은 신호의 dB로 표현된 복귀 손실이다. 도 17의 측정된 복귀 손실의 비교 도표는, 최상부 금속 플레이트(1605)가 접지 평면에 직접 연결될 때 이 결과가 인덕터가 대부분의 모든 주파수들에서 최상부 금속 플레이트(1605)와 접지 평면 사이에 커플링될 때보다 더 큰 복귀 손실을 초래한다는 것을 나타낸다. 이러한 도면들에서, 더 낮은 복귀 손실 수들은 일반적으로 소스로부터 부하로 더 나은 임피던스 매칭을 나타내고, 따라서 금속 플레이트와 접지 평면이 직접 연결되는 대신에 인덕터를 통해 연결될 때 달성되는 더 나은 성능 지표를 보여준다.
도 18a 및 도 18b는 접지 평면에 직접 연결된 최상부 금속 플레이트(1605)와 도 16d에 도시된 바와 같이 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터(1607)를 통해 접지 평면에 연결되는 최상부 금속 플레이트(1605) 사이에 저주파수 및 고주파수 범위 각각에 걸쳐 MTM 안테나(1651)의 방사 안테나 효율의 비교를 표시한다. 양 도면들에서의 결과들은 저주파수 및 고파수 범위의 MTM 안테나(1651)의 효율이 최상부 금속 플레이트가 인덕터를 통해 접지 평면에 연결될 때 더 높다는 것을 나타낸다. 따라서, 도 17 및 도 18a 내지 도 18b에서 증명된 바와 같이, 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터는, MTM 안테나 (1651)로부터 주변 물체드로가 연관된 RF 간섭을 격리하고 복쉬 손실이나 효율과 같은 안테나 성능 지표들을 향상시키기 위해 소형 집적 회로 설계들에서 사용될 수도 있다.
도 16a 내지 도 16d에 도시된 무선 디바이스의 다른 MTM 안테나 설계들은 도 19a 내지 도 19c에 도시된 평면 안테나 설계(1901)를 포함할 수도 있다. 평면 MTM 안테나(1901)의 등척도, 최상부 층의 정면도, 및 저부 층의 정면도가 각각 도 19a 내지 19C에 도시된다.
도 19a에 도시된 등척도에서, MTM 안테나(1901)는 기판(1903)의 말단부에 위치된다. 최상부 접지 평면(1905)은 최상부 층(1902) 상에 형성되고, MTM 안테나(1901)에 인접하게 형성된다. 명확히 하기 위해, 도 19a에 도시된 몇몇의 오버래핑 구조 요소들로부터 MTM 안테나(1901)를 구분하기 위해 최상부 층(1902)의 정면도가 도 19b에 또한 제공된다. 도 19a 및 도 19b를 참조하면, 평면 MTM 안테나(1901)는 기판(1903)의 최상부 층(1902) 상에 형성된 셀 패치(1931)와 같은 몇몇의 전도성 부분들; 셀 패치(1931)로 및 셀 패치(1931)로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 커플링 갭(1941)을 통해 셀 패치(1931)에 용량성 커플링되는 공급선(1933); 공급선(1933)에 부착되고 기판(1903)의 최상부 층(1902) 및 저부 층(1904) 상에 형성되는 전도성 나선형부(1935)를 포함할 수도 있다. 공급선 (1933)의 말단부는 안테나를 통해 외부로 전송될 안테나 신호를 생성하고 공급하거나, 안테나를 통해 수신되는 안테나 신호를 수신하거나 프로세싱하는 안테나 회로와 통신할 수도 있는 공급 포트(feed port)(1911)에 커플링된다. 몇몇 비아들(1937)은, 최상부 층(1902) 내의 전도성 부분들과 저부 층(1904) 내의 전도성 부분들 사이에 전도성 연결부들을 제공하기 위해 각각의 비아 홀(via hole)들에 삽입된다. 이러한 예에서, 전도성 나선형부(1935)는 공급선(1933)에 부착된다. 전도성 나선형부(1935)는 최상부 나선형 부분(1951), 저부 나선형 부분(1953), 및 기판(1903)을 관통하는 비아들(1937)을 포함한다. 최상부 나선형 부분 및 저부 나선형 부분(1951, 1953) 모두 도 19b 및 도 19c 에서 각각 참조되어 있다. 도 19a에 도시된 몇몇의 오버래핑 구조 요소들로부터 안테나 구조를 구분하기 위해 저부 층(1904)의 정면도가 도 19c에 또한 제공된다. 도 19b에서, 최상부 나선형 부분(1951)는 최상부 층(1902) 내에 형성된 개별 세그먼트들로 구성된다.
도 19c를 참조하면, 저부 나선형 부분(1953)은, 도시된 저부 층(1904)에 도시된 개별 세그먼트들의 또다른 세트로 구성되며; 비아들(1937)은 도 19a에 도시된 수직 나선형 형태를 형성하기 위해 최상부 개별 세그먼트 및 저부 개별 세그먼트를 연결하는 데 사용된다. 공급선(1933)에 부착된 부가 전도성 선은 RH 모노폴 공진을 유도할 수 있다. 이러한 예에서 사용되는 수직 나선형부 대신에, 민더 선(meander line), 지그재그 선, 또는 다른 유형의 선들 또는 스트립(strip)들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 공급선(1933) 및 전도성 나선형부(1935)가 직접적으로 그러나 상이한 총 길이를 가지고 연결될 수 있다. 비아 선(1909)은 저부 층(1904)에 형성되고 저부 접지 평면(1907)에 연결된다. 비아(1939)는 최상부 층(1902) 내의 셀 패치(1931)를 저부 층(1904)의 비아 선(1909)에 연결한다.
동작에서, 무선 디바이스(1600) 내의 이러한 평면 MTM 안테나(1901)의 성능은 인체와 같은 인근 물체들에 위치될 때 감소되고, 따라서 전체적인 핸드헬드 디바이스 성능을 저하시킨다. MTM 안테나(1901)이 다른 전도 면에 인접한 경우 안테나 성능을 유지시키기 위해 이전 실시예들에서 설명된 다른 격리 기술 및 구조들이 이러한 MTM 안테나 구성에 적용될 수도 있다. 예컨대, 인체 또는 다른 외부 물체들과 같은 인근 소스들로부터의 간섭들을 제거하거나 최소화하기 위해, 평면 MTM 안테나(1901)이 상승될 수 있으며, 이러한 간섭을 차폐하기 위해 금속 플레이트들이 평면 MTM 안테나(1901) 아래에 부가될 수도 있다. 그러나, 이러한 금속 플레이트들이 다른 회로 요소들을 지원하기 위해 접지 평면에 연결된 경우들에서, 이러한 금속 플레이트들은 MTM 안테나(1901)의 성능을 방해하거나 저하시킬 수도 있다. 따라서, 접지 평면으로부터 상승된 MTM 안테나 아래의 금속 플레이트로부터 RF 간섭을 제어하고 격리시키기는 것은 안테나 성능에 있어서 중요하다. 격리 기술 및 구조들을 사용하는 상승된 MTM 안테나의 실시예가 다음에 제공된다.
도 20a 내지 도 20d는 상승된 MTM 안테나(2007) 및 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스(2000)의 복수의 도면들을 도시한다. 상승된 안테나 설계들은 복수의 표면들 및 기판들에 걸쳐 안테나를 형성함으로써 안테나 성능을 개선하도록 구성될 수도 있다.
상승된 MTM 안테나를 지원하고 특정한 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리하는 데 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 디바이스의 실시예는, 디바이스 인클로즈; 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 제1 평면 기판; 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 평면; 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 제1 평면 기판의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트를 연결하기 위한 제1 평면 기판 내에 형성된 몇몇의 비아들; 제1 금속 플레이트를 접지 평면에 연결하기 위한 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 전기 컴포넌트; 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 평면 섹션에 근접하게 구성되며, 제2 평면 기판 및 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 전도성 부분을 포함하는 안테나 섹션; 및 디바이스 인클로즈의 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 디바이스 인클즈의 평면 섹션에 근접하게 구성된 제3 평면 기판을 포함하고, 적어도 하나의 전도성 부분은 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서의 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성한다.
도 20a는 상승된 MTM 안테나를 지원하고, 특정 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리시키는 데 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는, 무선 디바이스(2000)의 등척도(isometric view)를 도시한다. 무선 디바이스(2000)는 세 개의 기판들, 즉 제1 기판(2001), 제2 기판(2003), 및 제 3 기판(2005)을 포함한다. 이러한 세 개의 기판들은, 제1 기판(2001)이 최상부 층이 되도록 구성되고 제3 기판(2005)이 저부 층이 되도록 구성되며 제2 기판(2003)이 제1 기판(2001)과 제3 기판(2005) 사이에 있도록 구성되는 순서대로 적층될 수도 있다. 다양한 유형의 기판 물질이 도 20a 내지 도 20d에 도시된 무선 디바이스(2000) 설계에 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 기판(2001) 및 제3 기판(2005)에 대하여 FR-4 물질이 사용될 수 있는 반면, 제2 기판(2003)에 대하여 공기가 사용될 수 있다.
무선 디바이스(2000)는 도 20a에서 도시된 제1 기판(2001) 상에 제조된 상승된 MTM 안테나(2007)을 포함한다. 도 20b 및 도 20c는 안테나를 도 20a에 도시된 몇몇의 다른 오버래핑 구조 요소들과 구분하기 위해 상승된 MTM 안테나(2007)의 최상부 층 및 저부 층 각각의 정면도를 도시한다. 도 20b 및 도 20c에서 상승된 MTM 안테나(2007)는, 제1 기판(2001)의 최상부 층 상에 형성된 셀 패치(2051), 셀 패치(2051)로부터 및 셀 패치(2051)로 안테나 신호를 지향시키기 위해 커플링 갭(2055)을 통해 셀 패치(2051)에 용량성 커플링되는 공급선(2053), 공급선(2053)에 부착되고 제1 기판(2001)의 최상부 층 및 저부 층 상에 형성되는 전도성 나선형부(2057)와 같은 몇몇의 전도성 부분들을 포함할 수도 있다. 공급선(2053)의 말단부는, 공급선(2053)을 안테나 입력 포트(2009)에 연결하는 전도성 선(2071) 및 제1 기판(2001)을 관통하는 비아(2059)에 의해 도 20a 및 도 20d에 도시된 안테나 입력 포트(2009)에 커플링된다. 공급선(2053)은, 안테나를 통해 외부로 전송될 안테나 신호를 생성하고 공급하거나 안테나를 통해 수신된 안테나 신호를 수신하고 프로세싱하는 안테나 회로와 통신할 수도 있다. 도 20b 및 도 20c를 다시 참조하면, 몇몇의 비아들(2061)이 제1 기판(2001)의 저부 층 내의 전도성 부분들과 최상부 층 내의 전도성 부분들 사이에 전도성 연결들을 제공하기 위해 개별 비아 홀들 내에 삽입된다. 이러한 예에서, 전도성 나선형부(2057)는 공급선(2053)에 부착된다. 전도성 나선형부(2057)는 최상부 나선형 부분, 저부 나선형 부분, 및 제1 기판(2001)을 관통하는 비아들(2061)을 포함한다. 최상부 나선형 부분은 최상부 층 내에 형성된 개별 세그먼트들로 구성되어 있으며; 저부 나선형 부분은 저부 층에 형성된 개별 세그먼트들의 다른 세트로 구성되어 있으며; 비아들(2061)은 수직 나선형 형태를 형성하기 위해 최상부 개별 세그먼트들과 저부 개별 세그먼트들을 연결하는 데 사용된다. 공급선(2053)에 부착된 부가적인 전도성 선은 RH 모노폴 공진을 유도할 수 있다. 이 예에서 사용된 수직 나선형부 대신에, 민더 선, 지그재그 선 또는 다른 형태의 선들 또는 스트립들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 공급선(2053) 및 전도성 나선형부(2057)는 직접적으로 연결되지만 상이한 총 길이를 가질 수 있다. 도 20c를 참조하면, 긴 비아 선(2063)은 제1 기판(2001)의 저부 층에 형성되고 도 20b에 도시된 짧은 비아 선(2067)에 연결되며, 짧은 비아 선(2067)은 비아(2069)를 통해 제1 기판(2001)의 최상부 층 상에 형성된다. 짧은 비아 선(2067)은 제1 기판(2001) 및 제2 기판(2003)의 수직 측면을 따라 연장된 금속(2073)의 수직 스트립에 의해 최상부 접지 평면(2013)에 연결된다. 비아(2065)는 제1 기판(2001)의 저부 층의 비아 선(2063)에 최상부 층의 셀 패치(2051)를 연결한다.
도 20a에 도시된 부가적인 구조 요소들은, 제3 기판(2005)의 양 측면 상에 형성된 접지 평면을 포함한다. 그 접지 평면은 두 개의 전도성 평면, 즉 최상부 접지 평면(2013) 및 저부 접지 평면(2023)을 포함하며, 이는 제3 기판(2005)에 형성된 비아들의 어레이(도시되지 않음)를 사용하는 것에 의하거나 제3 기판(2005)의 수직 에지를 따라 형성된 전도성 선들에 의해 연결될 수 있다. 안테나 비아 선(201)은 제1 기판(2001) 및 제2 기판(2004)의 수직 측면을 따라 연장된 비아 선(2011)을 통해 최상부 접지 평면(2013)에 연결될 수도 있다. 최상부 접지 평면(2013)으로 비아 선(2011)을 종단시킴으로써, MTM 안테나(2007)는 효율을 증가시키기 위해 전체 접지 평면(2013)을 라디에이터(radiator)의 일부로서 사용할 수 있다. 최상부 및 저부 금속 플레이트들(2015, 2017)은 제1 기판(2001)과 동일한 풋프린트를 가지며, 제3 기판(2005)의 양 측면들에 부가된다. 두 금속 플레이트들(2015, 2017)은 몇몇의 비아들(2019)에 의해 연결된다.
동작에서, 도 20a, 도 20d, 및 도 20e에 도시된 무선 디바이스(2000)의 최상부 및 저부 금속 플레이트들(2015, 2017)은 차폐로서 작용할 수 있으며, 따라서 제3 기판(2005)의 저부 측면으로부터 나오는 인체 효과의 영향을 최소화할 수 있다. 이 금속 플레이트들(2015, 2017)이 상승된 MTM 안테나(2007)를 위한 충분한 차폐를 제공할 수 있으면서, 금속 플레이트들(2015, 2017) 내의 다른 RF 회로들을 집적하는 것은 무선 디바이스(2000) 상의 부가적인 공간을 절약할 수 있다. DC 동작 동안에, RF 회로들을 지원하기 위해 금속 플레이트(2015, 2017)에 DC 전류가 공급될 수 있다. 그러나, 높은 RF 동작에서, 이러한 RF 회로들과 상승된 MTM 안테나(2007) 사이의 바람직하지 않은 상호작용들이 존재하여 안테나의 성능을 감소시킬 수도 있다. 따라서, 상승된 MTM 안테나(2007)를 특정 주파수에서 금속 플레이트들(2015, 2017)로부터 격리시키는 것은 안테나 성능에 있어서 특별한 관심의 대상이 되고 이익이 될 수 있다.
도 20e에서, 예컨대, 인덕터와 같은 주파수 의존형 특성들을 갖는 전기 컴포넌트(2021)는, 저부 금속 플레이트(2017)을 포함하여 최상부 금속 플레이트(2015)를 특정 주파수들에서 상승된 MTM 안테나(2007)로부터 격리시키기 위해서 최상부 금속 플레이트(2015)와 저부 접지 평면(2023) 사이에 커플링될 수도 있다. DC 동작에서, 예컨대, 인덕터 (2021)는 금속 플레이트들(2015, 2017) 상에 형성된 집적 회로들로부터의 DC 전류가 왜곡 없이 무선 디바이스(2000) 내의 다른 회로 컴포넌트들로 전달될 수 있도록 하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수 있다. 그러나, 고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 인덕터(2021)는 RF 전류가 금속 플레이트들(2015, 2017)로 흘러들어가는 것을 차단하여, 금속 플레이트들(2015, 2017)과 연관된 간섭이 고주파수 동작 동안 MTM 안테나 성능에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수 있다.
도 21은 도 20a 내지 도 20e에 도시된 무선 디바이스(2000)에 사용된 상승된 MTM 안테나의 복귀 손실과 비교하여 도 19a 내지 19C에 도시된 것과 같은 평면 MTM 안테나의 복귀 손실의 그래프를 도시한다. 복귀 손실은 전송 효율의 함수로서 dB로 표시된다. 도 21에 표시된 결과들은 몇몇의 실시예들에서 상승된 MTM 안테나(2007)가 특정 주파수에서 평면 MTM 안테나(1901)와 유사한 임피던스 매칭을 갖는다는 것을 보여준다. 따라서, 도 20의 상승된 MTM 안테나 (2007)는 금속 플레이트들(2015, 2017)의 사용을 통해 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서도, 도 19에서 도시된 평면 MTM 안테나와의 비교에서 유사한 임피던스 매칭 결과들을 산출한다.
도 22 및 도 23은 저대역 주파수 및 고대역 주파수 각각에 대하여 상승된 MTM 안테나들 및 평면 MTM 안테나들에 대한 방사 효율들을 도시한다. 도 22에서, 상승된 MTM 안테나는 평면 MTM 안테나보다 저대역에서 더 양효한 안테나 효율을 나타낸다. 도 23에서, 평면 MTM 안테나 및 상승된 MTM 안테나 모두 고대역에서 비슷한 안테나 효율을 나타낸다. 따라서, 도 20의 상승된 MTM 안테나(2007)는 금속 플레이트들(2015, 2017)의 사용을 통해 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서도, 도 19에서 도시된 평면 MTM 안테나에 비교하여 더 양호하거나 비슷한 효율 결과들을 산출한다.
도 24 및 도 25는, 사람의 헤드 팬텀(head phantom)의 좌우 측면과 같이, 사람의 헤드 애플리케이션(head application)에 수반된 방사 성능 테스트를 위한 평면 MTM 안테나 및 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위들에 대한 안테나 효율들을 도시한다. 대조적으로, 그 도면들은 사람의 헤드 애플리케이션들에서 상승된 MTM 안테나가 평면 MTM 안테나보다 더 양효한 안테나 효율을 갖는다는 것을 도시한다. 이러한 결과들은 또한 인체에 의해 야기되는 근접성 효과들을 수반하는 애플리케이션들에 채용된 금속 플레이트들의 효율성을 지지한다.
복수의 셀 패치 구조들을 가지며 특정 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리시키기 위해 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 평면 MTM 안테나를 지원하는 무선 디바이스의 실시예는, 디바이스 인클로즈; 디바이스 인클로즈 내부에 놓여지고 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 기판 구조의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 전극; 기판 구조의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트를 접지 전극에 연결하기 위한 제1 전기 컴포넌트로서 RF 주파수 소스가 제1 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 제1 전기 컴포넌트; 접지 전극에 제2 금속 플레이트를 연결하기 위한 제2 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 제2 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 제2 전기 컴포넌트; 및 기판 구조에 의해 지지되는 몇몇의 전기 전도성 부분들을 포함하고, 접지 전극, 기판 구조의 적어도 부분, 및 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성된다.
도 26a, 도 26b, 도 26c는 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스(2600)에서 사용되는 복수의 셀 패치 구조들을 갖는 평면 MTM 안테나의 실시예의 등척도, 최상부 층(2600-1)의 정면도, 및 저부 층(2600-2)의 정면도를 각각 도시한다.
도 26b의 등척도 및 최상부 층(2600-1)을 참조하면, MTM 안테나(2601)는 공급선(2602), 공급선(2602)의 근위 단부(proximal end)에 연결된 도약대(launch pad)(2603); 공급선에 연결된 민더 구조(meander structure)(2605), 공급선(2602)의 말단부에 용량성 커플링된 셀 패치(2607), 기판(2611)의 최상부 상에 프린트된 최상부 접지 평면(2610)에 셀 패치(2607)를 연결하는 데 사용된 비아 선(2609)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 셀 패치(2607)는 컷 슬롯(cut slot)(2608)에 의해 분리된 두 섹션들을 포함한다. 기판(2611)은 예컨대4.4의 유전상수 및 1mm의 높이를 갖는 FR-4와 같은 PCB 물질로 형성될 수도 있다. 도약대(2603)의 말단부에 형성된 안테나 입력(2625)은 MTM 안테나 구조(2601)로 RF 입력 신호들을 공급하는 데 사용된다.
도 26a의 등척도 및 도 26c의 저부 층(2600-2)을 참조하면, 두 개의 금속 플레이트들(2613, 2615)은 기판(2611) 아래에 형성된다. 두 금속 플레이트들(2613, 2615)은 두 개의 인덕터들(2619, 2621)과 같은 한 쌍의 전기 컴포넌트들 각각을 통해 저부 접지 평면(2617)에 연결된다. 최상부 접지 평면(2610)은 기판(2611)의 양 측면 상의 단일 접지 평면을 형성하기 위해 기판(2611)을 통해 비아들의 어레이(도시되지 않음)에 의해 저부 접지 평면(2617)으로 연결된다.
동작에서, DC 주파수에서, DC 전류는 두 개의 인덕터들(2619, 2621)을 통해 금속 플레이트들(2613, 2615) 상에 형성된 다른 컴포넌트들에 공급될 수 있다.
RF 주파수에서, 두 인덕터는 안테나 성능에 부정적인 효과들을 감소시킬 수 있는 고임피던스 컴포넌트들과 같이 작용한다. 또한, 금속 플레이트들(2613, 2615)은 안테나가 인체와 같은 주변 물체들 부근에 위치될 때 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 MTM 안테나(2601)에 차폐를 제공할 수 있다. 부가적으로, 이러한 금속 플레이트들(2613, 2615)은 SAR 측정들과 관련된 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 기판(2611)의 저부 측면에 안테나 방사를 감소시킬 수 있다. 도약대(2603)에 의해 기여될 수 있는 모노폴 모드의 방사 효율 및 임피던스 매칭을 돕기 위해 금속 플레이트(2615) 상의 L 형 컷아웃(cut out) 영역(2623)이 이러한 애플리케이션에 사용될 수도 있다. 컷 슬롯(cut slot)(2608)의 폭 및 금속 플레이트들(2613, 2615) 사이의 공간은 LH 모드 및 민더 모드의 향상된 임피던스 매칭을 달성하기 위해 최적화될 수 있다.
도 27은 도 26a 내지 도 26c에 도시된 무선 디바이스(2600)에 사용된 평면 MTM 안테나(2601)의 dB로 표시된 복귀 손실을 도시한다. 도 26의 평면 MTM 안테나(2601)는 금속 플레이트들(2613, 2615)의 사용을 통한 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서, 도 19에서 도시된 평면 MTM 안테나에 비교하여 유사한 복귀 손실 결과를 산출한다.
도 28a 및 도 28b는 복수의 주파수 범위들에 걸쳐 도 26a 내지 도 26c에 도시된 평면 MTM 안테나(2601)를 위한 방사 효율을 도시한다. 도 26의 평면 MTM 안테나(2601)는 금속 플레이트들(2613, 2615)의 사용을 통한 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서, 도 19에 도시된 평면 MTM 안테나에 비교하여 방사 효율 결과들을 산출한다.
하나 이상의 비평면 MTM 안테나들을 지원하고 특정 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리시키는 데 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 USB 동글 디바이스의 실시예는, 디바이스 인클로즈; 디바이스 인클로즈 내에 위치되고 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 제1 평면 기판; 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면 상에 형성된 접지 평면; 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성된 제1 금속 플레이트; 제1 평면 기판의 제2 표면 상에 형성된 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트와 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 제1 평면 기판에 형성된 몇몇 비아들; 제1 금속 플레이트를 접지 평면에 연결하기 위해 제1 평면 기판의 제2 표면 상에 형성된 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 전기 컴포넌트; 디바이스 인클로즈와 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션에 근접하게 되도록 구성되며, 제1 평면 기판 및 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함하는 제1 안테나 섹션; 디바이스 인클로즈와 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제2 평면 섹션에 근접하게 되도록 구성되며, 제2 평면 기판 및 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제2 전도성 부분을 포함하는 제2 안테나 섹션; 제1 안테나 섹션 및 제2 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션; 디바이스 인클로즈에 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되며, 제1 평면 기판 및 제1 평면 기판에 연관된 적어도 하나의 제3 전도성 부분을 포함하는 제3 안테나 섹션; 디바이스 인클로즈에 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제4 평면 섹션에 근접하게 구성되며, 제4 평면 기판 및 제4 평면 기판에 연관된 적어도 하나의 제4 전도성 부분을 포함하는 제4 안테나 섹션; 및 제3 안테나 섹션과 제4 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션을 포함하고, 적어도 하나의 제1 전도성 부분 및 적어도 하나의 제2 전도성 부분은 제1 안테나 섹션 및 제2 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호 내에 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하며, 적어도 하나의 제3 전도성 부분과 적어도 하나의 제4 전도성 부분은 제3 안테나 섹션 및 제4 안테나 섹션과 연관된 제2 안테나 신호에 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성한다.
도 29a, 도 29b, 도 29c는 접지 평면에 주파수 의존형 연결을 갖는 두 개의 비평면, L형 MTM 안테나들(2903, 2905)를 갖는 무선 USB 동글 디바이스(2900)의 최상부, 저부, 및 측면의 도면들을 각각 도시한다. USB 동글 디바이스(2900)는 랩톱 또는 다른 디바이스(도시되지 않음)와 같은 호스트 디바이스의 USB 포트에 연결될 수 있는 USB 커넥터 (2901)를 포함한다. USB 동글 디바이스(2900)는 두 개의 안테나들, 즉 제1 안테나(2903) 및 제2 안테나(2905)를 포함할 수도 있다. 제1 안테나(2903)는 USB 동글 디바이스(2900)의 말단부에 형성되고, 제2 안테나(2905)는 USB 커넥터(2901)에 인접한 측면 에지에 형성된다.
도 29a에서, USB 동글 디바이스(2900)는 세 개의 기판들, 즉 제1 기판(2907), 제2 기판(2909), 및 제3 기판(2911)으로 이루어 진다. 제1 기판(2907) 및 제2 기판(2909)은 제3 기판(2911)에 수직으로 각각 장착된다. 제1 안테나(2903)의 요소들은 제1 기판(2907) 및 제3 기판(2911) 상에 이루어진다. 제2 안테나(2905)의 요소들은 제2 기판(2909) 및 제3 기판(2911) 상에 이루어진다. 제1 기판(2907) 및 제2 기판(2909)와 같은 복수의 기판들 상에 제1안테나(2903) 요소들 및 제2 안테나(2905) 요소들의 부분들을 만드는 것은 장착될 다른 컴포넌트들을 위해 제3 기판상의 공간을 절약할 수 있다.
도 29a를 다시 참조하면, 비평면, L형 MTM 안테나들 (2903, 2905) 각각은 다각형 형태이고 제3 기판(2911)로부터 각각의 수직 기판들(2907, 2909)로 연장된 셀 패치들(2951, 2953) 각각을 구비한다. 제1 안테나(2903)와 연관된 공급선(2957)은, 제3 기판(2911) 상에 또한 형성되고 커플링 갭(2971)을 통해 셀 패치(2953)에 전자기 커플링된다. 제2 안테나(2905)와 연관된 공급선(2955)은 제2 기판(2909) 상에 형성되고 제3 기판(2911)로 연장되며 커플링 갭(2973)을 통해 셀 패치(2951)에 전자기 커플링된다. 민더선은 모노폴 모드를 유도하기 위해 두 안테나들 각각에서 공급선에 부가될 수도 있다.
도 29a 및 도 29b를 참조하면, 제2 안테나(2905)와 연관된 최상부 비아 선(2959)은 제2 기판(2909)에 형성된다. 최상부 비아 선(2959)은 제3 기판(2911)에 형성된 비아(2963) 및 셀 패치(2951)에 연결된다. 비아(2963)는 저부 접지(2919)에 연결된 도 29b에 도시된 저부 비아 선(2917)에 연결된다. 따라서, 제2 안테나(2905)의 셀 패치(2951)는 최상부 비아 선(2959), 비아(2963), 및 저부 비아 선(2917)을 통해 저부 접지(2919)에 커플링된다. 제1 안테나(2903)에 연관된 최상부 비아 선(2961)은 제1 기판(2907)에 형성된다. 최상부 비아 선(2961)은 제3 기판(2911)에 형성된 비아(2965) 및 셀 패치(2953)에 연결된다. 비아(2965)는 저부 접지(2919)에 연결된, 도 29b에 도시된, 저부 비아 선(2916)에 연결된다. 따라서, 제1 안테나(2907)의 셀 패치(2953)는 최상부 비아 선(2961), 비아(2965), 및 저부 비아 선(2916)을 통해 저부 접지(2919)에 커플링된다.
도 29b에서, 저부 접지(2919)는, 단일 접지 평면을 형성하기 위해, 제3 기판(2911)에 형성된 비아들의 어레이(도시되지 않음)를 사용하는 것에 의해서 또는 제3 기판(2911)의 수직 에지를 따라 형성된 전도성 선들에 의해 최상부 접지 평면(2915)에 연결될 수도 있다. 제1 안테나(2903) 및 제2 안테나(2905) 모두의 비아 선들(2917)은 안테나 효율을 최대화하기 위해 제3 기판(2911)의 저부 접지 평면(2919) 상에서 종단된다.
호스트 디바이스(도시되지 않음)의 USB 포트에 연결될 때 USB 커넥터(2901)에 대한 향상된 성능 지표들은, 두 안테나들(2903, 2905) 및 다른 RF 및 기저대역 회로들을 포함하는 USB 동글 디바이스(2900)의 접지 평면이 호스트 디바이스로부터 격리될 때 달성될 수도 있다. 접지 평면을 격리하는 것은, 두 개의 작은 금속 플레이트들, 최상부 금속 플레이트(2921), 및 저부 금속 플레이트(2923)를 도 29a 내지 도 29b에 도시된 최상부 접지 평면 및 저부 접지 평면(2915, 2919) 각각으로부터 분리되어 있는 USB 동글 커넥터(2901) 주변에서 실행시킴으로써 달성될 수도 있다. 향상된 성능 지표들에 부가하여, USB 동글 디바이스(2900)의 안테나 성능은 그러한 격리 기술을 사용하여 USB 동글 디바이스(2900)에 연결된 호스트 디바이스에 독립적으로 되도록 할 수도 있다.
USB 동글 디바이스(2900)를 위한 전력이 통상적으로 호스트 디바이스에 의해 공급되기 때문에, USB 커넥터(2901)로부터 제3 기판 상에 제조된 다른 컴포넌트들로의 DC 연결이 필요할 수도 있다. 예시된 실시예에서,호스트 디바이스로부터 USB 커넥터(2901)로 전도된 DC 바이어스를 지원하기 위해, 인덕터(2925)와 같은 전기 컴포넌트는 최상부 금속 플레이트(2921)와 최상부 접지 평면(2915) 사이에 장착될 수도 있다. 최상부 금속 플레이트(2921) 및 저부 금속 플레이트(2923)는 또한 비아들(2913)을 통해 서로 연결된다. 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(2921)의 형태와 사이즈는 최적의 안테나 매칭, 안테나 효율, 및 두 안테나(2903, 2909)와 안테나 원거리 상관관계(antenna far-field correlation)를 달성하도록 최적화될 수 있다.
도 30은 도 29a 내지 도 29c의 안테나 1과 안테나 2 사이의 측정된 복귀 손실 및 격리를 도시하며, 양 안테나들이 740MHz 내지 900MHz 및 1850MHz 내지1990 MHz의 주파수 범위에서 동작하는 것을 보여준다.
도 31 및 도 32는 저대역 및 고대역 각각에서 안테나 1 및 안테나 2의 측정된 안테나 효율들을 보여준다.
격리된 접지 기술들 및 이 문서에 설명된 연관 구조들은, 이상에서 설명된, 비-MTM 안테나 설계, 평면 MTM 안테나 설계들, 다중층 MTM 안테나 설계들, 및 비평면 MTM 안테나 설계를 나타내는 안테나 구성들을 제시한다. 주파수 의존형 커넥터들로서 작용하는 전기 컴포넌트들의 상이한 유형들을 수반하는 이상에서 설명된 안테나 구성들에 다른 격리된 접지 기술들이 실행될 수도 있다. 예컨대, 전기 컴포넌트들의 인용된 예시들이 인덕터들의 사용을 포함했었지만, 다른 컴포넌트들은 커패시터들, 또는 커패시터들 및 인덕터들의 조합과 같은 다른 수동 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 예컨대, 커패시터가 접지 평면과 금속 플레이트 사이에 부착될 때, 고주파수 신호가 접지 평면과 금속 플레이트에 장착된 회로들 사이에 전파될 수 있다. 커패시터가 제공하는 고임피던스로 인해, DC 및 저주파수 신호들이 커패시터의 두 양단에서 차단된다. 따라서, 안테나 및 다른 RF 회로들의 설계가 주파수 의존형 커넥터들로서의 커패시터들의 사용에 기초하여 변경될 수도 있다.
주파수 의존형 커넥터들의 다른 실시예들은, 접지 평면와 금속 플레이트를 연결하기 위해 조합하여 사용되는, 인덕터들 및 커패시터들과 같은 복수의 수동 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 예컨대, 한 실시예에서, 금속 플레이트는 인덕터의 한 단부에 연결될 수도 있으며, 인덕터의 다른 단부는 커패시터의 한 단부에 연결된다. 그리고 나서, 커패시터의 다른 단부는 L-C 회로를 형성하는 접지 평면에 연결될 수 있다. 이러한 경우에, DC 및 고주파수 신호는 이러한 L-C 회로를 통해 지나갈 수 없으며, 단지 중간 주파수(intermediate frequency) 신호들만이 접지 평면 및 금속 플레이트 상에 장착된 회로들 사이에서 전파될 수 있다. 상이한 주파수 신호들이 접지 평면과 금속 프레이트 사이에 전파될 필요가 있는 상이한 애플리케이션들에 기초하여, 수동 컴포넌트들의 상이한 구성들이 실행될 수도 있으며, 안테나 및 다른 RF 회로들은 그에 따라 변경될 수 있다.
부가적으로, 이러한 예들에서 전기 컴포넌트들이 RF 스위치, 시간 의존형 스위치, 및 핀 다이오드와 같은 능동 컴포넌트를 포함할 수 있다. 그러나, 부가적인 제어 회로들은 주파수, 시간 또는 전압 임계치와 같은 의존성 요인(dependant factor)에 따라 이 능동 디바이스들의 온 및 오프 상태들을 결정하도록 하는 것이 필요할 수도 있다. 예컨대, 접지에 연결된 능동 컴포넌트를 이용하는 디바이스의 한 실시예에서, RF 스위치는 접지 평면 상의 회로로부터 금속 플레이트 상의 회로로 RF 신호를 전송하기 위해 제2 주파수 상태에서 온 상태로 될 수 있다. 다른 주파수 상태에서, RF 스위치는 RF 신호가 안테나 디바이스의 SAR 레벨을 감소시킬 수 있는 금속 플레이트로 전파되는 것을 방지하기 위해 오프 상태로 될 수도 있다.
본 명세서는 많은 특정예들을 포함하지만, 이러한 것들은 청구 범위 또는 임의의 발명의 범위에 대한 제한이 되지 않아야 하며, 오히려 특정 실시예들에 고유한 특징들의 설명으로서 인식되어야 한다. 개별 실시예들의 문맥에서 본 명세서에 설명되는 임의의 특징들은 또한 단일 실시예에서 결합되어 실행될 수 있다. 역으로, 단일 실시예의 문맥에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 특정한 서브조합으로 복수의 실시예들에서 실행될 수도 있다. 게다가, 특정 조합으로 작용되는 것으로 이상에서 설명된 특징들은 몇몇의 경우에 조합을 위해 실행될 수 있으며, 청구되는 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변형예에 관한 것이다.
특정한 실시예들이 본 명세서에서 설명되었다. 이상에 설명된 실시예들 및 다른 본 명세서에 설명되고 예시된 것에 기초하여 실시예들의 변형예들 및 개선예들이 이루어질 수 있다.
이상의 설명으로부터 본원은 적어도 아래의 발명들을 포함함을 이해할 수 있을 것이다.
1. 하나 이상의 기판; 상기 하나 이상의 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 금속화 층(metallization layer); 상기 하나 이상의 금속화 층 중 한 층에 형성되는 접지 전극; 상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 하나 이상의 금속 플레이트; 상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 복수의 전도성 부분들; 및 하나 이상의 전기 컴포넌트로서, 각각이 상기 하나 이상의 금속 플레이트 및 상기 접지 전극에 전기 커플링되어 있는 상기 전기 컴포넌트를 포함하고, 상기 하나 이상의 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스는 외부 RF 주파수 소스로부터 결정가능한, 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 복수의 집적 컴포넌트(intergrated component)들이 상기 하나 이상의 금속 플레이트들의 적어도 하나의 하우징에 형성되는, 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 집적 컴포넌트들은 복수의 키 돔들을 포함하는, 디바이스.
4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 집적 컴포넌트들은 마이크로폰을 포함하는, 디바이스.
5. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 전기 컴포넌트는 능동 전기 컴포넌트인, 디바이스.
6. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 전기 컴포넌트는 수동 전기 컴포넌트인, 디바이스.
7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 컴포넌트는 인덕터인, 디바이스.
8. 제1항에 있어서,상기 하나 이상의 기판 각각은 제1 표면 및 제2 표면을 구비하는 유전 물질로 구성되고, 상기 복수의 전도성 부분들은 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나의 표면 상에 형성된 상기 하나 이상의 금속 층들 상으로 패터닝되는, 디바이스.
9. 제8항에 있어서, 제1 기판은 인클로즈 구조의 제1 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하며 제1 전도성 부분을 포함하고, 제2 기판은 상기 제1 기판과 상이하게 구성되고, 상기 인클로즈 구조의 제2 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 상기 제2 평면 섹션에 근접하며, 제2 전도성 부분을 포함하고, 조인트 섹션(joint section)은 상기 제1 기판 및 제2 기판을 커플링(couple)하는, 디바이스.
10. 제8항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들 및 상기 제1 기판들 및 제2 기판들의 적어도 부분은, 안테나 신호와 연관된 복수의 주파수 공진들을 나타내는 복합 좌우현(composite left and right handed:CRLH) 메타물질 구조를 형성하도록 구성되는, 디바이스.
11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분, 및 상기 제1 기판 및 제2 기판의 적어도 부분은 안테나 신호와 연관된 복수의 주파수 공진들을 나타내는 CRLH 메타물질 구조를 형성하도록 구성되는, 디바이스.
12. 제10항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 셀 패치(cell patch); 상기 셀 패치에 근접한 말단부(distal end)를 구비한 공급선으로서, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되고, 상기 셀 패치로 및 셀 패치로부터의 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부(proximal end)를 구비하는 상기 공급선(feed line); 및 상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아 선(via line)을 포함하는, 디바이스.
13. 제12항에 있어서, 상기 공급선의 말단부 부분은 용량성 커플링을 변경하기 위해 도약대(launch pad)를 형성하는, 디바이스.
14. 제12항에 있어서, 상기 공급선은 전도성 선 부착물(conductive line attachment)을 포함하는, 디바이스.
15. 제14항에 있어서, 상기 전도성 선 부착물은 민더 선(meander line) 형태, 평면 나선형(planar spiral) 형태, 지그재그 선(zigzag line) 형태, 수직 나선형 형태, 또는 상이한 형태들의 조합을 구비하도록 구성되는, 디바이스.
16. 제8항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 제1 금속화 층에 형성된 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접한 말단부를 구비하는 공급선으로서, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되고, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부를 구비하는, 상기 공급선; 제2 금속화 층에 형성되고 접지에 커플링되는 비아 선; 및 상기 제1 금속화 층과 상기 제2 금속화 층 사이에 형성되고 상기 셀 패치 및 상기 비아 선을 커플링하는 비아를 포함하는, 디바이스.
17. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 복수의 셀 패치들; 상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링된 말단부와 상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치로 또는 그 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는, 공급선; 및 상기 접지 전극에 상기 복수의 셀 패치들 각각을 커플링하는 복수의 비아 선들을 포함하는, 디바이스.
18. 디바이스 인클로즈; 상기 디바이스 인클로즈 내에 위치하고 제1 표면 및 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 상기 기판 구조에 의해 지지되는 접지 전극; 상기 기판 구조의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 접지 전극에 연결되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 상기 전기 컴포넌트와 연관되는 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트; 상기 기판 구조의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트를 상기 제2 금속 플레이트로 연결하기 위한 상기 기판 구조에 형성되는 복수의 비아들; 및 상기 기판 구조에 의해 지지되는 복수의 전기 전도성 부분들을 포함하고, 상기 접지 전극, 상기 기판 구조의 적어도 부분, 및 상기 복수의 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성되는, 무선 디바이스.
19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링된 말단부와 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 접지로 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
20. 제19항에 있어서, 상기 전기 컴포너느는 수동 전기 컴포넌트 또는 능동 전기 컴포넌트로 구성되는, 무선 디바이스.
21. 제20항에 있어서, 상기 수동 전기 컴포넌트는 인덕터로 구성되는, 무선 디바이스.
22. 디바이스 인클로즈; 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 제1 평면 기판; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 평면; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 상기 제1 평면 기판의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판에 형성되는 복수의 비아들; 상기 접지 평면에 상기 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 상기 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트; 상기 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 평면 섹션에 근접하게 구성되는 안테나 섹션으로서, 제2 평면 기판, 및 상기 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 전도성 부분을 포함하는, 상기 안테나 섹션; 및 상기 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 평면 섹션에 근접하도록 구성된 제3 평면 기판을 포함하고, 상기 적어도 하나의 전도성 부분은, 상기 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하는, 무선 디바이스.
23. 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전도성 부분은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 그에 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트로 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아선을 포함하는, 무선 디바이스.
24. 제23항에 있어서, 상기 비아선은 상기 제2 평면 기판 및 제3 평면 기판의 에지를 따라 연장되는, 무선 디바이스.
25. 제22항에 있어서, 상기 제3 평면 기판은 공기(air)로 구성되는, 무선 디바이스.
26. 제22항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 수동 전기 컴포넌트 또는 능동 전기 컴포넌트로 구성되는, 무선 디바이스.
27. 제26항에 있어서, 상기 수동 전기 컴포넌트는 인덕터로 구성되는, 무선 디바이스.
28. 디바이스 인클로즈; 상기 디바이스 인클로즈 내부에 위치되고, 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 상기 기판 구조의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 전극; 상기 접지 전극의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트; 상기 접지 전극에 상기 제1 금속 플레이트를 연결하기 위한 제1 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스는 상기 제1 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 제1 전기 컴포넌트; 상기 접지 전극에 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위한 제2 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스는 상기 제2 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 제2 컴포넌트; 및 상기 기판 구조에 의해 지지되는 복수의 전기 전도성 부분들을 포함하고, 상기 접지 전극, 상기 기판 구조의 적어도 부분, 및 상기 복수의 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성되는, 무선 디바이스.
29. 제28항에 있어서, 상기 복수의 전기 전도성 부분들은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위한 공급포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 상기 접지 전극에 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
30. 제29항에 있어서, 상기 셀 패치는, 상기 비아 선에 커플링되고 상기 제1 금속 플레이트 위로 투영되는 제1 셀 플레이트; 및 상기 제1 셀 플레이트에 인접하고 상기 제2 금속 플레이트 위로 투영되는 제2 셀 플레이트를 포함하는, 무선 디바이스.
31. 제30항에 있어서, 상기 제1 셀 플레이트 및 제2 셀 플레이트는 슬롯에 의해 분리되는, 무선 디바이스.
32. 제30항에 있어서, 상기 제2 금속 플레이트의 한 코너는 L 형 컷아웃(cutout)을 구비하도록 구성되는, 무선 디바이스.
33. 디바이스 인클로즈; 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하고 상기 디바이스 인클로즈 내부에 위치되는 제1 평면 기판; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면 상에 형성되는 접지 평면; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성되는 제1 금속 플레이트; 상기 제1 평면 기판의 제2 표면 상에 형성되는 제2 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판에 형성된 복수의 비아들; 상기 접지 평면에 상기 제1 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성되는 전기 컴포넌트로서, 상기 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스는 외부 RF 주파수 소스에 의해 결정가능한, 상기 전기 컴포넌트; 상기 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제1 안테나 섹션으로서, 상기 제1 평면 기판, 및 상기 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함하는, 상기 제1 안테나 섹션; 상기 디바이스 인클로즈의 제2 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제2 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제2 안테나 섹션으로서, 제2 평면 기판, 및 상기 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제2 전도성 부분을 포함하는, 상기 제2 안테나 섹션; 상기 제1 안테나 섹션과 상기 제2 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션; 상기 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제3 안테나 섹션으로서, 상기 제1 평면 기판, 및 상기 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제3 전도성 부분을 포함하는, 상기 제3 안테나 섹션; 상기 디바이스 인클로즈의 제4 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제4 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제4 안테나 섹션으로서, 제4 평면 기판, 및 상기 제4 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제4 전도성 부분을 포함하는, 상기 제4 안테나 섹션; 및 상기 제3 안테나 섹션과 상기 제4 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 전도성 부분 및 상기 적어도 하나의 제2 전도성 부분은 상기 제1 안테나 섹션 및 제2 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하고, 상기 적어도 하나의 제3 전도성 부분 및 상기 적어도 하나의 제4 전도성 부분은 상기 제3 안테나 섹션 및 제4 안테나 섹션과 연관된 제2 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 또다른 CRLH 메타물질 구조를 형성하는, 무선 디바이스.
34. 제33항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전도성 부분은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
35. 제34항에 있어서, 상기 디바이스 인클로즈는 USB 동글로 구성되는, 무선 디바이스.
36. 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 하나 이상의 안테나 신호를 송신 또는 수신하는 하나 이상의 안테나; 상기 하나 이상의 안테나와 통신하고, 상기 하나 이상의 안테나에 의한 송신을 위한 상기 하나 이상의 안테나 신호들을 생성하거나 상기 하나 이상의 안테나로부터 하나 이상의 안테나 신호를 수신하는, 안테나 회로; 상기 안테나 회로가 상기 안테나 회로 및 상기 하나 이상의 안테나를 위한 전기 접지를 제공하도록 연결되는, 접지 전극 구조; 상기 접지 전극 구조와 직접적인 접촉 없이 상기 접지 전극 구조로부터 이격된 전기 전도성 컴포넌트; 및 상기 전기 전도성 컴포넌트를 상기 접지 전극 구조에 연결하며, 상기 전기 전도성 컴포넌트와 상기 접지 전극 구조 사이에 DC 신호의 전송을 허용하기 위해 저임피던스를 생성하고 상기 전기 전도성 컴포넌트와 상기 접지 전극 구조 사이에 상기 하나 이상의 안테나 신호의 전송을 차단하기 위해 상기 하나 이상의 RF 주파수에서 고임피던스를 생성하도록 구성된, 주파수 의존형 커넥터를 포함하는, 무선 디바이스.
37. 제36항에 있어서, 각 안테나는 메타물질 구조를 포함하는, 무선 디바이스.
38. 제36항에 있어서, 각 안테나는 CRLH 메타물질 구조를 포함하는, 무선 디바이스.
39. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 인덕터를 포함하는, 무선 디바이스.
40. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 트랜지스터를 포함하는, 무선 디바이스.
41. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 다이오드를 포함하는, 무선 디바이스.
42. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 커패시터를 포함하는, 무선 디바이스.
43. 제36항에 있어서, 상기 전기 전도성 컴포넌트에 연결되고, 상기 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 상기 하나 이상의 안테나로부터 전기적으로 격리되는, 전기 유닛을 포함하는, 무선 디바이스.
44. 제41항에 있어서, 상기 전기 유닛은 하나 이상의 키 돔을 포함하는, 무선 디바이스.
45. 제41항에 있어서, 상기 전기 유닛은 마이크로폰을 포함하는, 무선 디바이스.
46. 제36항에 있어서, 상기 하나 이상의 안테나 및 상기 접지 전극 구조를 형성하도록 패터닝되는 금속화 층을 포함하는, 무선 디바이스.
47. 제36항에 있어서, 상기 하나 이상의 안테나 및 상기 접지 전극 구조를 형성하도록 패터닝되는 복수의 금속화 층들을 포함하는, 무선 디바이스.
48. 제36항에 있어서, 상기 접지 전극 구조는 단일 접지 전극을 포함하는, 무선 디바이스.
49. 제36항에 있어서, 상기 접지 전극 구조는 둘 이상의 접지 전극을 포함하는, 무선 디바이스.
이상의 설명으로부터 본원은 적어도 아래의 발명들을 포함함을 이해할 수 있을 것이다.
1. 하나 이상의 기판; 상기 하나 이상의 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 금속화 층(metallization layer); 상기 하나 이상의 금속화 층 중 한 층에 형성되는 접지 전극; 상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 하나 이상의 금속 플레이트; 상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 복수의 전도성 부분들; 및 하나 이상의 전기 컴포넌트로서, 각각이 상기 하나 이상의 금속 플레이트 및 상기 접지 전극에 전기 커플링되어 있는 상기 전기 컴포넌트를 포함하고, 상기 하나 이상의 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스는 외부 RF 주파수 소스로부터 결정가능한, 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 복수의 집적 컴포넌트(intergrated component)들이 상기 하나 이상의 금속 플레이트들의 적어도 하나의 하우징에 형성되는, 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 집적 컴포넌트들은 복수의 키 돔들을 포함하는, 디바이스.
4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 집적 컴포넌트들은 마이크로폰을 포함하는, 디바이스.
5. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 전기 컴포넌트는 능동 전기 컴포넌트인, 디바이스.
6. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 전기 컴포넌트는 수동 전기 컴포넌트인, 디바이스.
7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 컴포넌트는 인덕터인, 디바이스.
8. 제1항에 있어서,상기 하나 이상의 기판 각각은 제1 표면 및 제2 표면을 구비하는 유전 물질로 구성되고, 상기 복수의 전도성 부분들은 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나의 표면 상에 형성된 상기 하나 이상의 금속 층들 상으로 패터닝되는, 디바이스.
9. 제8항에 있어서, 제1 기판은 인클로즈 구조의 제1 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하며 제1 전도성 부분을 포함하고, 제2 기판은 상기 제1 기판과 상이하게 구성되고, 상기 인클로즈 구조의 제2 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 상기 제2 평면 섹션에 근접하며, 제2 전도성 부분을 포함하고, 조인트 섹션(joint section)은 상기 제1 기판 및 제2 기판을 커플링(couple)하는, 디바이스.
10. 제8항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들 및 상기 제1 기판들 및 제2 기판들의 적어도 부분은, 안테나 신호와 연관된 복수의 주파수 공진들을 나타내는 복합 좌우현(composite left and right handed:CRLH) 메타물질 구조를 형성하도록 구성되는, 디바이스.
11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분, 및 상기 제1 기판 및 제2 기판의 적어도 부분은 안테나 신호와 연관된 복수의 주파수 공진들을 나타내는 CRLH 메타물질 구조를 형성하도록 구성되는, 디바이스.
12. 제10항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 셀 패치(cell patch); 상기 셀 패치에 근접한 말단부(distal end)를 구비한 공급선으로서, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되고, 상기 셀 패치로 및 셀 패치로부터의 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부(proximal end)를 구비하는 상기 공급선(feed line); 및 상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아 선(via line)을 포함하는, 디바이스.
13. 제12항에 있어서, 상기 공급선의 말단부 부분은 용량성 커플링을 변경하기 위해 도약대(launch pad)를 형성하는, 디바이스.
14. 제12항에 있어서, 상기 공급선은 전도성 선 부착물(conductive line attachment)을 포함하는, 디바이스.
15. 제14항에 있어서, 상기 전도성 선 부착물은 민더 선(meander line) 형태, 평면 나선형(planar spiral) 형태, 지그재그 선(zigzag line) 형태, 수직 나선형 형태, 또는 상이한 형태들의 조합을 구비하도록 구성되는, 디바이스.
16. 제8항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 제1 금속화 층에 형성된 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접한 말단부를 구비하는 공급선으로서, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되고, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부를 구비하는, 상기 공급선; 제2 금속화 층에 형성되고 접지에 커플링되는 비아 선; 및 상기 제1 금속화 층과 상기 제2 금속화 층 사이에 형성되고 상기 셀 패치 및 상기 비아 선을 커플링하는 비아를 포함하는, 디바이스.
17. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 복수의 셀 패치들; 상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링된 말단부와 상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치로 또는 그 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는, 공급선; 및 상기 접지 전극에 상기 복수의 셀 패치들 각각을 커플링하는 복수의 비아 선들을 포함하는, 디바이스.
18. 디바이스 인클로즈; 상기 디바이스 인클로즈 내에 위치하고 제1 표면 및 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 상기 기판 구조에 의해 지지되는 접지 전극; 상기 기판 구조의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트 및 상기 접지 전극에 연결되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 상기 전기 컴포넌트와 연관되는 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트; 상기 기판 구조의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트를 상기 제2 금속 플레이트로 연결하기 위한 상기 기판 구조에 형성되는 복수의 비아들; 및 상기 기판 구조에 의해 지지되는 복수의 전기 전도성 부분들을 포함하고, 상기 접지 전극, 상기 기판 구조의 적어도 부분, 및 상기 복수의 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성되는, 무선 디바이스.
19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링된 말단부와 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 접지로 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
20. 제19항에 있어서, 상기 전기 컴포너느는 수동 전기 컴포넌트 또는 능동 전기 컴포넌트로 구성되는, 무선 디바이스.
21. 제20항에 있어서, 상기 수동 전기 컴포넌트는 인덕터로 구성되는, 무선 디바이스.
22. 디바이스 인클로즈; 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 제1 평면 기판; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 평면; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 상기 제1 평면 기판의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판에 형성되는 복수의 비아들; 상기 접지 평면에 상기 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 상기 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트; 상기 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 평면 섹션에 근접하게 구성되는 안테나 섹션으로서, 제2 평면 기판, 및 상기 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 전도성 부분을 포함하는, 상기 안테나 섹션; 및 상기 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 평면 섹션에 근접하도록 구성된 제3 평면 기판을 포함하고, 상기 적어도 하나의 전도성 부분은, 상기 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하는, 무선 디바이스.
23. 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전도성 부분은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 그에 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트로 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아선을 포함하는, 무선 디바이스.
24. 제23항에 있어서, 상기 비아선은 상기 제2 평면 기판 및 제3 평면 기판의 에지를 따라 연장되는, 무선 디바이스.
25. 제22항에 있어서, 상기 제3 평면 기판은 공기(air)로 구성되는, 무선 디바이스.
26. 제22항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트는 수동 전기 컴포넌트 또는 능동 전기 컴포넌트로 구성되는, 무선 디바이스.
27. 제26항에 있어서, 상기 수동 전기 컴포넌트는 인덕터로 구성되는, 무선 디바이스.
28. 디바이스 인클로즈; 상기 디바이스 인클로즈 내부에 위치되고, 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 상기 기판 구조의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 전극; 상기 접지 전극의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트; 상기 접지 전극에 상기 제1 금속 플레이트를 연결하기 위한 제1 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스는 상기 제1 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 제1 전기 컴포넌트; 상기 접지 전극에 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위한 제2 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스는 상기 제2 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 제2 컴포넌트; 및 상기 기판 구조에 의해 지지되는 복수의 전기 전도성 부분들을 포함하고, 상기 접지 전극, 상기 기판 구조의 적어도 부분, 및 상기 복수의 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성되는, 무선 디바이스.
29. 제28항에 있어서, 상기 복수의 전기 전도성 부분들은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위한 공급포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 상기 접지 전극에 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
30. 제29항에 있어서, 상기 셀 패치는, 상기 비아 선에 커플링되고 상기 제1 금속 플레이트 위로 투영되는 제1 셀 플레이트; 및 상기 제1 셀 플레이트에 인접하고 상기 제2 금속 플레이트 위로 투영되는 제2 셀 플레이트를 포함하는, 무선 디바이스.
31. 제30항에 있어서, 상기 제1 셀 플레이트 및 제2 셀 플레이트는 슬롯에 의해 분리되는, 무선 디바이스.
32. 제30항에 있어서, 상기 제2 금속 플레이트의 한 코너는 L 형 컷아웃(cutout)을 구비하도록 구성되는, 무선 디바이스.
33. 디바이스 인클로즈; 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하고 상기 디바이스 인클로즈 내부에 위치되는 제1 평면 기판; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면 상에 형성되는 접지 평면; 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성되는 제1 금속 플레이트; 상기 제1 평면 기판의 제2 표면 상에 형성되는 제2 금속 플레이트; 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판에 형성된 복수의 비아들; 상기 접지 평면에 상기 제1 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성되는 전기 컴포넌트로서, 상기 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스는 외부 RF 주파수 소스에 의해 결정가능한, 상기 전기 컴포넌트; 상기 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제1 안테나 섹션으로서, 상기 제1 평면 기판, 및 상기 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함하는, 상기 제1 안테나 섹션; 상기 디바이스 인클로즈의 제2 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제2 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제2 안테나 섹션으로서, 제2 평면 기판, 및 상기 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제2 전도성 부분을 포함하는, 상기 제2 안테나 섹션; 상기 제1 안테나 섹션과 상기 제2 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션; 상기 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제3 안테나 섹션으로서, 상기 제1 평면 기판, 및 상기 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제3 전도성 부분을 포함하는, 상기 제3 안테나 섹션; 상기 디바이스 인클로즈의 제4 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제4 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제4 안테나 섹션으로서, 제4 평면 기판, 및 상기 제4 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제4 전도성 부분을 포함하는, 상기 제4 안테나 섹션; 및 상기 제3 안테나 섹션과 상기 제4 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 전도성 부분 및 상기 적어도 하나의 제2 전도성 부분은 상기 제1 안테나 섹션 및 제2 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하고, 상기 적어도 하나의 제3 전도성 부분 및 상기 적어도 하나의 제4 전도성 부분은 상기 제3 안테나 섹션 및 제4 안테나 섹션과 연관된 제2 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 또다른 CRLH 메타물질 구조를 형성하는, 무선 디바이스.
34. 제33항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전도성 부분은, 셀 패치; 상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및 상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
35. 제34항에 있어서, 상기 디바이스 인클로즈는 USB 동글로 구성되는, 무선 디바이스.
36. 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 하나 이상의 안테나 신호를 송신 또는 수신하는 하나 이상의 안테나; 상기 하나 이상의 안테나와 통신하고, 상기 하나 이상의 안테나에 의한 송신을 위한 상기 하나 이상의 안테나 신호들을 생성하거나 상기 하나 이상의 안테나로부터 하나 이상의 안테나 신호를 수신하는, 안테나 회로; 상기 안테나 회로가 상기 안테나 회로 및 상기 하나 이상의 안테나를 위한 전기 접지를 제공하도록 연결되는, 접지 전극 구조; 상기 접지 전극 구조와 직접적인 접촉 없이 상기 접지 전극 구조로부터 이격된 전기 전도성 컴포넌트; 및 상기 전기 전도성 컴포넌트를 상기 접지 전극 구조에 연결하며, 상기 전기 전도성 컴포넌트와 상기 접지 전극 구조 사이에 DC 신호의 전송을 허용하기 위해 저임피던스를 생성하고 상기 전기 전도성 컴포넌트와 상기 접지 전극 구조 사이에 상기 하나 이상의 안테나 신호의 전송을 차단하기 위해 상기 하나 이상의 RF 주파수에서 고임피던스를 생성하도록 구성된, 주파수 의존형 커넥터를 포함하는, 무선 디바이스.
37. 제36항에 있어서, 각 안테나는 메타물질 구조를 포함하는, 무선 디바이스.
38. 제36항에 있어서, 각 안테나는 CRLH 메타물질 구조를 포함하는, 무선 디바이스.
39. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 인덕터를 포함하는, 무선 디바이스.
40. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 트랜지스터를 포함하는, 무선 디바이스.
41. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 다이오드를 포함하는, 무선 디바이스.
42. 제36항에 있어서, 상기 주파수 의존형 커넥터는 커패시터를 포함하는, 무선 디바이스.
43. 제36항에 있어서, 상기 전기 전도성 컴포넌트에 연결되고, 상기 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 상기 하나 이상의 안테나로부터 전기적으로 격리되는, 전기 유닛을 포함하는, 무선 디바이스.
44. 제41항에 있어서, 상기 전기 유닛은 하나 이상의 키 돔을 포함하는, 무선 디바이스.
45. 제41항에 있어서, 상기 전기 유닛은 마이크로폰을 포함하는, 무선 디바이스.
46. 제36항에 있어서, 상기 하나 이상의 안테나 및 상기 접지 전극 구조를 형성하도록 패터닝되는 금속화 층을 포함하는, 무선 디바이스.
47. 제36항에 있어서, 상기 하나 이상의 안테나 및 상기 접지 전극 구조를 형성하도록 패터닝되는 복수의 금속화 층들을 포함하는, 무선 디바이스.
48. 제36항에 있어서, 상기 접지 전극 구조는 단일 접지 전극을 포함하는, 무선 디바이스.
49. 제36항에 있어서, 상기 접지 전극 구조는 둘 이상의 접지 전극을 포함하는, 무선 디바이스.
Claims (49)
- 하나 이상의 기판;
상기 하나 이상의 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 금속화 층(metallizaation layer);
상기 하나 이상의 금속화 층 중 한 층에 형성되는 접지 전극;
상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 하나 이상의 금속 플레이트;
상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 복수의 전도성 부분들; 및
하나 이상의 전기 컴포넌트로서, 각각이 상기 하나 이상의 금속 플레이트 및 상기 접지 전극에 커플링되는, 상기 하나 이상의 전기 컴포넌트
를 포함하고,
상기 하나 이상의 전기 컴포넌트에 의해 설정된 임피던스는,
상기 하나 이상의 전기 컴포넌트를 통해 접지 전극에 DC 신호를 전송하기 위한, 그리고 상기 하나 이상의 전기 컴포넌트를 통한 접지 전극으로의 안테나 신호를 제거하거나 억제하기 위한, 특정 주파수 의존형 임피던스
를 포함하고,
상기 복수의 전도성 부분들 및 하나 이상의 기판 중 적어도 하나의 기판의 일부분은 안테나 신호와 연관된 복수의 주파수 공진을 나타내는 복합 좌우현(Composite left and right handed: CRLH) 메타물질 구조를 형성하도록 구성되는, 디바이스. - 제1항에 있어서,
복수의 전도성 부분들은,
셀 패치;
상기 셀 패치에 근접한 말단부를 구비하고, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되며, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트(feed port)에 커플링되는 근위 단부를 구비하는, 공급선(feed line); 및
상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아 선(via line)을 포함하는, 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 기판은,
인클로즈 구조의 제1 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하며, 상기 복수의 전도성 부분들 중 제1 전도성 부분을 포함하는 제1 기판; 및
상기 제1 기판과 상이하게 구성되고, 상기 인클로즈 구조의 제2 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제2 평면 섹션에 근접하며, 상기 복수의 전도성 부분들 중 제2 전도성 부분을 포함하는 제2 기판을 포함하고,
상기 제1 기판 및 제2 기판이 조인트 섹션에 의해 커플링되는, 디바이스. - 삭제
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 공급선은 전도성 선 부착물(conductive line attachment)을 포함하는, 디바이스. - 제5항에 있어서,
상기 전도성 선 부착물은 민더 선(meander line) 형태, 평면 나선형(planar spiral) 형태, 지그재그 선(zigzag line) 형태, 수직 나선형 형태, 또는 상이한 형태들의 조합을 구비하도록 구성되는, 디바이스. - 제1항에 있어서,
복수의 집적 컴포넌트들이 상기 하나 이상의 금속 플레이트의 적어도 한 하우징에 형성되는, 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 기판 각각은 제1 표면 및 제2 표면을 구비하는 유전 물질을 포함하고,
상기 복수의 전도성 부분들은 상기 제1 표면 또는 제2 표면 중 적어도 하나 상에 형성되는 상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층 상에 패터닝되는, 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 전도성 부분들은,
제1 금속화 층에 형성되는 셀 패치;
상기 셀 패치에 근접한 말단부(distal end)를 구비하고, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되며, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부(proximal end)를 구비하는, 공급선;
제2 금속화 층에 형성되고 접지에 커플링되는 비아 선; 및
상기 제1 금속화 층과 상기 제2 금속화 층 사이에 형성되고 상기 셀 패치와 상기 비아 선을 커플링하는 비아를 포함하는, 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 전도성 부분들은,
복수의 셀 패치들;
상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치에 근접하고 그에 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치로 및 그 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및
상기 복수의 셀 패치들을 각각 상기 접지 전극에 커플링하는 복수의 비아 선들을 포함하는, 디바이스. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 셀 패치들은,
비아 선에 커플링되고 제1 금속 플레이트 위로 투영되는 제1 셀 플레이트; 및
상기 제1 셀 플레이트에 인접하고 제2 금속 플레이트 위로 투영되는 제2 셀 플레이트를 포함하는, 디바이스. - 제11항에 있어서,
상기 제1 셀 플레이트와 제2 셀 플레이트는 슬롯에 의해 분리되는, 디바이스. - 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 제2 금속 플레이트의 한 코너는 L 형 컷아웃(cutout)을 구비하도록 구성되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 전기 컴포넌트는 하나 이상의 수동 전기 컴포넌트 또는 능동 전기 컴포넌트를 포함하는, 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 하나 이상의 수동 전기 컴포넌트는 인덕터를 포함하는, 디바이스. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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