KR101812653B1 - 분기 ｕｗｂ 안테나 - Google Patents

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KR101812653B1
KR101812653B1 KR1020110100781A KR20110100781A KR101812653B1 KR 101812653 B1 KR101812653 B1 KR 101812653B1 KR 1020110100781 A KR1020110100781 A KR 1020110100781A KR 20110100781 A KR20110100781 A KR 20110100781A KR 101812653 B1 KR101812653 B1 KR 101812653B1
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Abstract

제1 단부에서 전기 연결을 갖는 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트 및 제1 단부에서 전기 연결을 갖는 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트를 포함하는, 통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나. 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 삼각형 형태, 또는 다각형 형태들의 조합을 갖는다. 본 발명을 이용함으로써, 안테나의 볼륨이 감소되고, 초광대역폭이 달성될 수 있다.

Description

분기 ＵＷＢ 안테나{BRANCHED UWB ANTENNA}
본 발명은 통신 장비 내에서 사용될 작은 크기(dimension)들의 초광대역 안테나 디바이스에 관한 것이다.
제2 세대 및 제3 세대 무선 통신의 성공을 이용하여, 제4세대(4G) 또는 롱텀 에볼루션(LTE)이 지금 개발되고 있다. 4G/LTE 모바일 통신은 높은 데이터 레이트들로 광대역 멀티미디어 서비스들을 제공한다.
LTE 스펙은 적어도 100 Mbps의 다운링크 피크 레이트들 및 적어도 50 Mbps의 업링크 그리고 10 ms 미만의 RAN 왕복(round-trip) 시간들을 제공한다. LTE는 1.4 ㎒ 내지 20 ㎒의 스케일러블(scalable) 캐리어 대역폭들을 지원하고, 주파수 분할 이중화(FDD) 및 시분할 이중화(TDD) 모두를 지원한다. LTE 에볼루션의 다음 단계는 LTE 어드밴스드이고, 3GPP 릴리스 10 내에서 현재 표준화되고 있다. 표준은 다섯 개의 상이한 단말 클래스들이 음성 중심 클래스로부터 피크 데이터 레이트들을 지원하는 고속 엔드 단말까지 정의되었다는 것을 포함한다. 모든 단말들은 20 ㎒ 대역폭들을 프로세싱할 수 있을 것이다. 또한, 1.4 ㎒만큼 작고 20 ㎒만큼 큰 지원된 스펙트럼 슬라이스들을 갖는 증가된 스펙트럼 유연성이 존재한다. IMT 시스템들에 의해 현재 사용되는 모든 주파수 플랜들이 사용될 것이다.
LTE 내의 탐구 영역들 중 하나는 사용자 장비(UE) 및 eNODE B 사이의 인터페이스의 브로드 주파수 범위, 즉 698 ㎒ 내지 2690 ㎒이다. 표준 하프-다이폴들 또는 쿼터 파장 모노폴 안테나들이 사용될 것이라면, 안테나의 사이즈는 저 주파수 범위의 경우에 약 21 ㎝ 또는 10.5 ㎝이다. 이는 사용자 장비, 예컨대 모바일 폰들 내의 애플리케이션에 대해 너무 크게 보인다. 게다가, 표준 다이폴 및 모노폴 안테나들의 대역폭들은 4G 통신의 동작 대역들을 커버하기엔 너무 좁다.
상이한 안테나 설계들이 과거에 제안되고 사용되었고, 그 중 어느 것도 698 ㎒ 내지 2690 ㎒의 전체 주파수 범위를 커버하는 초광대역 특성들을 갖지 않는다.
예컨대, 두 개의 휘어진 부분들을 갖는 선형 전도체로 안테나 엘리먼트가 형성되는 안테나 디바이스는, 안테나 엘리먼트의 미리결정된 포지션에 피딩 단말이 배치되고 안테나 엘리먼트의 하나의 단부 부분이 접지되는 경우에서 사용될 수 있다. 안테나 디바이스는 또한 네 개의 휘어진 부분들을 갖는 선형 전도체로 형성되는 안테나 엘리먼트를 가질 수 있다. 이 방식으로, 안테나 디바이스는 장비 영역을 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 모노폴 안테나의 안테나 엘리먼트가 휘어지기 때문이다.
따라서, 이들은 직선 모노폴들보다 그러므로 더 짧은 길이를 필요로 하는 휘어진 모노폴들이다. 다수의 주파수 대역들 내에서 동작하는 분기 안테나들은 또한 핸드 헬드 무선 전화기들 내에서 사용되고 있다.
분기 안테나들은, 방사(radiating) 엘리먼트들로서 동작하고 단일 급전점으로부터 갈라지는(diverge) 기판 상에 배치된 전도성 트레이스들 쌍을 통상적으로 포함한다. 안테나는 일반적으로 평평한 기판을 포함하고, 상기 평평한 기판은 상기 평평한 기판 상에 배치되는 만곡(meandering) 방사 엘리먼트들 쌍을 갖는다. 만곡 방사 엘리먼트들은 사용자 장비 내에서 안테나를 RF 회로에 전기적으로 연결시키는 급전점으로부터 갈라진다. 만곡 방사 엘리먼트들의 각각은 각각의 주파수 대역 내에서 공진(resonate)하도록 구성된다.
분기 안테나들은 4G 동작을 위해서는 너무 좁은 주파수들 대역 내에서 전기 신호들을 송수신할 수 있다. 게다가, 분기 안테나의 사이즈를 감소시키기 위하여, 통상적으로 각각의 방사 엘리먼트의 만곡 패턴을 압축할 필요가 있고, 이는 통상적으로 방사 엘리먼트가 동작할 수 있는 주파수 대역을 좁힌다. 이를 해결하기 위해, 방사 엘리먼트들 쌍, 예컨대 평평한 유전체 기판의 표면 내에 배치된 전도성 구리 트레이스들을 갖는 상기 평평한 유전체 기판을 포함하는 안테나가 사용될 수 있다.
방사 엘리먼트들은 전기 커넥터로부터, 사용자 장비(UE) 내에서 안테나를 RF 회로에 전기적으로 연결시키는 급전점으로 분기한다. 각각의 방사 엘리먼트는, 각각의 주파수 대역 ― 바람직하게, 하나는 고 주파수 대역이고 하나는 저 주파수 대역임 ― 내에서 공진하도록 구성되는 각각의 전기 길이를 갖는 각각의 만곡 패턴을 갖는다. 유전체 기판의 사용을 위한 바람직한 재료는 FR4 또는 폴리이미드이다. 유전체 기판은 약 2 내지 약 4 사이의 유전 상수를 가져야 한다. 유전체 기판의 사이즈 및 형태는 튜닝 파라미터이다. 고 주파수 대역 방사 엘리먼트 및 저 주파수 대역 방사 엘리먼트의 크기들은 기판 표면의 공간 제한들에 따라 가변할 수 있다. 안테나의 대역폭은 상기 고 주파수 대역 방사 엘리먼트 및 저 주파수 대역 방사 엘리먼트의 만곡 패턴들의 형태 및 구성을 변경시킴으로써 조절될 수 있다.
안테나의 다른 예에서, 다수의 대역 안테나의 상이한 분기들이 상이한 주파수들에서 공진한다는 것이 중심 원리이다. 안테나 분기들은 안테나 분기들 및 사용자 장비(UE)의 트랜시버 회로 사이에서 신호들의 교환을 위한 공통 포트에 연결된다. 제1 분기는 제1 대역 내에서 공진 주파수들을 갖기 위한 길이 및 구성을 갖고, 제2 분기는 제2 대역 내에서 공진 주파수들을 갖기 위한 길이 및 구성을 갖는다. 안테나는, 예컨대 제조시, 대역들 모두에 대하여 대략 50 Ω의 임피던스로 튜닝된다. 각각의 안테나 분기는 비교적 얇은 가요성(flexible) 유전체 필름과 만곡 금속 라인에 의해 형성된 스트립 안테나로 구성된다. 금속 라인은 프린팅, 에칭, 또는 다른 적절한 방법들에 의해 형성될 수 있다. 필름이 가요성 재료이기 때문에, 프린팅 된 필름은 안테나 분기로서의 사용을 위해 일반적으로 실린더 형태로 롤링(rolling)될 수 있다. 실린더는, 안테나 설계 상황들에 따라, 부분적으로 개방되거나 또는 완전히 폐쇄될 수 있다. 예컨대, 안테나의 대역폭은 실린더의 지름을 가변시킴으로써 가변될 수 있다. 만곡 금속 라인은, 상이한 안테나 분기들이 상이한 주파수들에서 공진하도록, 안테나 분기들 사이에서 가변된다. 따라서, 다수의 공진들 및 다수의 분기들은 각각의 분기에 대하여 적절한 스트립 크기들 및 패턴들을 선택함으로써 달성될 수 있다. 안테나 분기들은 모노폴 안테나들과 유사하다.
안타깝게도, 분기 안테나들은, LTE 및 4G의 필요들을 충족시키기에는 너무 좁거나, 또는 UE의 가장자리(surround)들을 고려하기 위한 마진을 거의 갖지 않는 주파수들의 대역 내에서 전기 신호들을 송수신할 수 있다. 게다가, 핸드 안테나의 사이즈를 감소시키기 위하여, 방사 엘리먼트의 만곡 패턴을 압축시키는 것이 통상적으로 필요하다.
안타깝게도, 방사 엘리먼트의 만곡 패턴이 더욱 압축되면, 상기 방사 엘리먼트가 동작할 수 있는 주파수 대역은 통상적으로 더 좁아진다.
따라서, 초광대역 UE들에 대한 요구 및 이러한 모바일 통신 장비를 위한 종래의 안테나들이 갖는 문제점의 관점에서, LTE/4G 주파수 범위 내에서 동작할 수 있는 더 작은 UWB 안테나들에 대한 필요가 존재한다.
게다가, 최근에, 모바일 통신이 아닌 다른 필드들 내에서의 안테나들의 사용이 또한 증가해왔다. 예컨대, 특히 머신 대 머신 통신을 위한 산업 분야에서 또는 특히 환자 모니터링을 위한 의학 디바이스 분야에서 안테나들에 대한 증가하는 필요가 존재한다. 홈 자동화의 추구시 가정용 기구들의 분야에서 안테나들에 대한 요구가 또한 증가해왔다.
향상된 광대역 주파수 특성들 및 콤팩트한 사이즈를 갖는 안테나가 모바일 통신 장비에 대해서 뿐만 아니라, 비-모바일 장비에 대해서도 원해진다는 것이 이어진다.
그러므로, 본 발명의 목적은 초광대역인 무선 통신 장비를 위해 작은 안테나들을 제공하는 것이다. 이 목적은 독립항들에서 청구되는 바와 같은 본 발명에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 의해 정의된다.
본 발명의 관점에서 통신 장비는 사용자 장비(UE), 모바일 폰, 모바일 핸드-헬드 디바이스, 랩톱 컴퓨터를 위한 무선 모뎀, 랩톱 컴퓨터, 진공 클리너 등과 같은 모바일 장비, 또는 산업용 머신들, 가정용 기구들, 의학 디바이스들 등과 같은 비-모바일 장비를 지칭한다. 따라서, 본 발명의 관점에서 비-모바일 장비는 일반적으로, 사용자에 의해 휴대되거나 그리고/또는 돌아다니도록 의도되지 않는 디바이스를 지칭한다, 즉 보통 고정 디바이스이다. 가정용 기구들의 분야에서, 커피 머신 또는 냉장고가 본 발명의 관점에서 비-모바일 장비의 예들이다.
제1 단부에 전기 연결을 갖는 제1 접힌(folded) 분기 안테나 엘리먼트 및 제1 단부에서 전기 연결을 갖는 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트를 포함하는 통신 장비 내에서 초광대역 안테나를 사용하는 것은, 초광대역폭의 작은 사이즈 안테나를 갖는 장점을 갖는다.
유용한 실시예에서, 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 제1 단부로부터 제2 단부로 폭이 증가하는데, 그 이유는 이것이 안테나의 대역폭을 증가시키기 때문이다.
추가의 실시예에서, 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 삼각형 형태 또는 삼각형, 직사각형 또는 다각형 형태들의 조합을 갖고, 이는 안테나의 대역폭을 결정하는 것을 더욱 쉽게 한다.
추가의 유용한 실시예에서, 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은, 초광대역 안테나로서 제조하기에 간단하게 하는 비발디(Vivaldi) 안테나들이다.
추가의 실시예에서, 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 상이한 길이들을 갖고, 이는 안테나의 대역폭을 증가시키는 장점을 갖는다.
추가의 유용한 실시예에서, 제1 접힌 안테나 엘리먼트는 제1 주파수 대역으로 튜닝되고, 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 제2 주파수 대역으로 튜닝되며, 주파수 대역들 둘 다는 LTE/4G에 대하여 초광대역 안테나를 유용하게 만드는 698 ㎒ 내지 2690 ㎒ 내에 있다.
본 발명의 다른 유용한 실시예에서, 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 전도성 금속, 바람직하게 구리 또는 은으로 만들어지고, 그래서 상기 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 유용한 방사 특성들을 갖는다.
추가의 유용한 실시예에서, 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 인쇄회로기판(PCB) 또는 모바일 통신 장비의 섀시(chassis)에 전기적으로 연결된다. 안테나는, 예컨대 PCB의 RF 입/출력을 통해서와 같이 PCB에 직접적으로 접촉될 수 있거나, 또는 예컨대 통신 장비의 섀시(접지) 상에 장착된 RF 입/출력을 통해 PCB에 간접적으로 접촉될 수 있다.
유전체 엘리먼트를 제1 및 제2 접힌 분기 엘리먼트들 사이에 위치시키는 것은, 초광대역 안테나가 훨씬 더 작게 만들어질 수 있도록 하는 장점을 갖는다. 유사하게, 유전체 엘리먼트를 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 제1 단부 및 제2 단부 사이에, 그러므로 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트에 의해 생성되는 루프 내에 위치시키는 것은, 또한 초광대역 안테나를 사이즈가 더 작게 만드는 효과를 갖는다.
본 발명의 추가의 유용한 실시예에서, 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 유전체 엘리먼트 둘레에 감싸지거나(wrap) 또는 유전체 엘리먼트 상에 프린팅되어 안테나의 기계적 안정성을 향상시킨다.
본 발명의 추가의 유용한 실시예에서, 각각, 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 90°로 두 번 접히고, 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 90°로 세 번 접히며, 이는 초광대역 안테나를 사이즈가 더 작게 만든다.
제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 제2 단부를 자체로 전기적으로 단락되게 하고 루프를 생성하도록 하는 것은, 초광대역 안테나의 사이즈를 추가로 감소시키는 장점을 갖는다.
초광대역 안테나 내에서 제1 단부에서 제3 접힌 분기 안테나 엘리먼트가 전기 연결을 갖도록 하는 것은, VSWR을 추가로 향상시키거나 또는 대역폭을 증가시킬 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 추가의 유용한 실시예에서, 초광대역 안테나를 제조하는 방법은, 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 전도성 금속을 유전체 엘리먼트의 세 개의 측면들 상에 프린팅하는 단계, 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 전도성 금속을 상기 유전체 엘리먼트의 네 개의 측면들 상에 프린팅하는 단계를 포함한다.
도 1은 삼각형 형태의 안테나 엘리먼트들을 갖는 두 개의-분기 안테나를 나타낸다.
도 2는 도 1의 두 개의-분기 안테나의 다른 도면을 나타낸다.
도 3은 유전체 엘리먼트를 갖는 두 개의-분기 안테나를 나타낸다.
도 4는 디바이스 내에 장착된 도 3의 안테나의 VSWR을 나타낸다.
도 5는 삼각형 형태의 단락된 두 개의-분기 안테나를 나타낸다.
도 6은 도 5의 안테나의 다른 도면을 나타낸다.
도 7은 두 개의 유전체 엘리먼트들을 갖는 단락된 두 개의-분기 안테나를 나타낸다.
도 8은 디바이스 내에 장착된 도 7의 안테나의 VSWR을 나타낸다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 기초한 더욱 상세한 설명이 제공된다.
먼저, 바람직한 실시예가 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 본 명세서에 전개되는 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 그보다는, 이들 실시예들은, 이 명세서가 철저하고 완벽하며 본 발명의 범위를 당업자에게 완전히 전달하도록 제공된다. 도면들에서, 같은 부호들은 전체를 통틀어 같은 엘리먼트들을 지칭한다.
특히, LTE 또는 4G 네트워크 내에서 모바일 통신 장비 내에서 사용되고 있다는 상황에서 이 바람직한 실시예의 안테나가 설명된다. 그러나, 작은 초광대역 안테나들이 고정 무선 액세스, WLAN, WiFi 등을 포함하는 많은 상이한 상황들에서 사용될 수 있다는 것이 고려될 수 있다.
아래의 설명을 통틀어, 두 개의-분기 안테나는 모바일 통신 장비 내에서 사용되는 것으로 설명되고, 상기 모바일 통신 장비는 사용자 장비(UE), 모바일 폰, 모바일 핸드헬드 디바이스, 랩톱 컴퓨터를 위한 무선 모뎀 등일 수 있다. 그러나, 안테나는 가정용 기구들, 산업용 머신들, 의학 디바이스들 등과 같은 비-모바일 디바이스들 내에서 또한 사용될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 접힌 다이폴들 및 모노폴들은 종래에 사용자 장비들 또는 모바일 디바이스들 내에서 필요한 안테나들의 사이즈를 감소시키기 위한 것으로 알려진다. 설명된 바와 같이, LTE 및 4G의 환경에서, 이들 다이폴들 및 모노폴들에 의해 제공되는 대역폭은 충분하지 않다. 필요한 광대역폭을 달성하기 위해, 즉 698 ㎒로부터 2690 ㎒까지를 달성하기 위해, LTE의 경우, 삼각형 형태 안테나들 또는 비발디 안테나들이 본 발명에서 사용된다. 삼각형 형태 안테나들 또는 비발디 안테나들이 종래 방식으로 사용된다면, 이들 초광대역 안테나들이 UE 또는 모바일 디바이스에 맞지 않으므로, 사이즈 문제가 다시 존재할 것이다.
광대역 동작은 차세대 무선 단말들을 포함하는 여러 현실적인 애플리케이션들에서 점점 인기가 있어 왔다. 사이즈가 더 작고 구조가 단순한 광대역 안테나들이 이러한 애플리케이션들을 위해 통상적으로 선호된다. 마이크로스트립 패치 안테나들이 때때로 무선 통신 시스템들을 위해 사용되는데, 그 이유는 마이크로스트립 패치 안테나들이 작은 사이즈, 가벼운 무게, 낮은 프로파일, 낮은 비용을 갖고, 제작하고 조립하기에 쉽기 때문이다.
비발디 안테나는 회로기판 상에 프린팅된 2-차원 호른(horn)처럼 보인다, 즉 회로기판 상의 전기 전도성 금속은 2개의 지수(exponential) 패턴들에 의해 경계가 설정된 구멍(aperture)을 향해 넓어진다. 급전은 상기 구멍의 반대 측면에 있다. 삼각형 안테나들은, 삼각형의 정점들의 각도가 가변할 수 있으므로, 상이한 사이즈들이 될 수 있다.
때때로, 등변 삼각형들이 사용된다. 다시, 넓은 구멍을 갖는 단부는 방사 측면이고, 삼각형의 끝(tip)은 급전될 것이다.
이 방식으로, 안테나의 크기들을 작게 유지하면서 동시에, 비발디 및 삼각형 안테나들의 광대역 특성들이 사용된다. 이는 안테나 엘리먼트들을 접음으로써 달성된다.
알려진 바와 같이, 안테나는 전기 신호들을 전송하고 그리고/또는 수신하기 위한 디바이스이다. 전송 안테나는 통상적으로 급전 어셈블리를 포함하고, 상기 급전 어셈블리는 전자기장을 방사하기 위해 반사 표면 또는 구멍을 유도하거나 조명한다. 수신 안테나는 통상적으로, 입사 방사선 필드를 수집 피드로 포커싱하는 표면 또는 구멍을 포함하여 상기 입사 방사선 필드에 비례하는 전자 신호를 생성한다.
전압 정재파비(VSWR:voltage standing wave radio)는 UE와 같은 통신 디바이스의 급전 라인 또는 전송 라인과 안테나 급전점의 임피던스 매치에 관한 것이다. 무선 주파수(RF) 에너지를 최소 손실로 방사하거나 또는 수신된 RF 에너지를 UE 수신기에 최소 손실로 전달하기 위하여, UE 안테나의 임피던스는 전통적으로 전송 라인 또는 급전점의 임피던스에 매칭된다.
종래의 UE들은 내부 PCB 상의 신호 프로세싱 회로에 연결되는 트랜시버에 전기적으로 연결되는 안테나를 통상적으로 사용한다. 안테나 및 트랜시버 사이에 전달되는 전력을 최대화하기 위하여, 안테나 및 트랜시버는 그들의 각각의 임피던스들이 사실상 매칭되도록, 즉 급전점에서 50 Ω 임피던스 값을 제공하기 위해 전자적으로 튜닝되도록 상호연결된다.
도 1은 삼각형 형태의 두 개의 분기 안테나(100)를 나타낸다. 제1 분기 안테나 엘리먼트(101) 및 제2 분기 안테나 엘리먼트(102)는 접지(103)에 연결되고, 상기 접지(103)는 바람직하게 PCB 기판이다. 두 개의 분기 안테나(100)는 바람직하게 전도성 금속으로 이루어지고, 금속 스트립에 의해 접지, 즉 PCB 기판에 접합된다. 안테나는 접지 및 분기점 사이에서 상당히 좁고, 상기 분기점으로부터 두 개의-분기 안테나 엘리먼트들(101 및 102)은 2-차원 삼각형 형태를 갖는다. 분기 안테나 엘리먼트들(101 및 102) 모두는 두 번 접힌다.
제1 분기 안테나 엘리먼트(101)는 제1 접힘이 90°로 이루어질 때까지 접지(103)로부터 이어진다. 제2 접힘은 다른 90°로 동일 방향으로 이루어진다. 제2 분기 안테나 엘리먼트(102)의 제1 접힘은, 제1 분기 안테나 엘리먼트(101)의 제1 접힘 이전에 발생하고, 분기 안테나 엘리먼트(101)의 제1 접힘의 방향으로 분기(branch out)한다. 제2 분기 안테나 엘리먼트(102)의 제1 접힘은 제2 분기 안테나 엘리먼트(102)의 제1 부분에 대하여 90°이고, 그런 다음에 제1 분기 안테나 엘리먼트(101)의 제1 부분에 평행하게 된다. 제2 분기 안테나 엘리먼트(102)의 제2 접힘은 다시 제2 분기 안테나 엘리먼트(102)의 제2 부분에 대하여 90°로 이루어지고, 그래서 제2 분기 안테나 엘리먼트(102)의 제3 부분은 제1 분기 안테나 엘리먼트(101)의 제2 부분에 대하여 평행하다.
도 2는 도 1의 안테나(100)의 다른 도면이고, 두 개의-분기 안테나(100)가 PCB 기판(103)에 어떻게 고정되는지 그리고 접힌 분기 안테나 엘리먼트들(101 및 102)이 어떻게 삼각형 형태를 갖는지를 더욱 명확하게 나타낸다.
두 개의 분기 안테나 내에 두 개의 접힌 엘리먼트들을 갖는 것은, 초광대역 안테나의 대역폭을 훨씬 더 증가시키고, LTE의 하한 대역 그리고 뿐만 아니라 LTE 대역의 상한 단부를 하나의 단일 안테나 내에서 커버하는 것이 가능하게 한다. 이는, VSWR이 안테나(100) 전체에 대하여 초광대역폭을 가지면서 동시에 모바일 통신 디바이스 내에서의 동작을 위해 여전히 허용되도록 각각의 분기가 설계되고 튜닝될 수 있다는 것을 의미한다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 유전체 슬랩(slab)(204)이 두 개의 분기 안테나(100)의 제1 분기 안테나 엘리먼트(101) 및 제2 분기(102) 사이에 사용될 수 있다. 유전체 재료를 부가하는 것은, 안테나가 동일한 주파수 대역에 대하여 훨씬 더 작게 만들어지도록 한다. 부가하여, 유전체 슬랩을 두 개의 분기 안테나 엘리먼트들 사이에 두는 것은 안테나의 안정성을 향상시킨다. 또한, 유전체 슬랩 둘레에 두 개의 분기 안테나 엘리먼트들을 감거나 또는 유전체 슬랩 상에 프린팅되는 두 개의 분기 안테나 엘리먼트들을 포함하는 제조 프로세스가 허용된다.
유전체 엘리먼트는 또한 제2 접힌 분기 안테나(102)에 의해 형성되는 루프 내에 삽입될 수 있다.
위에 설명된 바와 같은 안테나(100)의 사이즈는 50 ㎜×10 ㎜×8 ㎜이고, 이로써 통상적으로 유전체 슬랩(204)의 두께는 5 ㎜이고 접지 플레이트/PCB 기판의 사이즈는 50 ㎜×100 ㎜이다.
도 4는 도 3의 안테나가 디바이스 내에 장착될 때 도 3의 안테나의 전압 정재파비(VSWR)를 나타낸다. VSWR은 LTE를 위해 관련된 주파수 범위, 즉 698 ㎒ 내지 2690 ㎒ 내에서 도시된다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 모바일 통신 디바이스 내에서 사용하기 위해 관심 대상인 전체 주파수 범위에 걸쳐 VSWR이 수용될 수 있다.
도 5는 삼각형 형태의 단락된 두 개의 분기 안테나(300)를 나타낸다. 두 개의 분기들은 하나의 단부에서 접지/PCB 기판(303)에 그리고 폭에서의 이득을 향해 분기점으로부터 연결된다. 제1 분기 안테나 엘리먼트(301)의 경우에, 이 특정한 경우에, 제1 분기 안테나 엘리먼트(301)는 삼각형 부분 이후에 접혀지고, 직사각형 부분으로 되고, 그런 다음에 상기 직사각형 부분은 다시 접혀진다. 제2 분기 안테나 엘리먼트(302)는 또한 삼각형 형태도 갖고, 폭이 여전히 증가하는 동안에 접혀지고, 제2 접힘은 삼각형 형태의 단부에서 이루어진다. 제2 접힘 이후에, 제2 분기 안테나 엘리먼트는 직사각형 형태를 갖는다. 제2 분기 안테나 엘리먼트(302)의 제2 단부는 제1 분기 안테나 엘리먼트(301)의 삼각형 부분과 전기 연결(304)을 갖고, 그러므로 단락이 생성된다.
도 6은 도 5의 안테나의 다른 도면을 나타내며, 여기서 제2 분기 안테나 엘리먼트(302)의 제2 단부가 제1 분기 안테나 엘리먼트(301)의 삼각형 부분에 전기적으로 연결된다는 것이 더욱 명확하게 나타난다. 이 단락 연결은 제1 분기 안테나 엘리먼트(301)의 삼각형 부분의 높이의 약 절반에서 발생한다.
도 5 및 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 제2 분기 안테나 엘리먼트(302)는 단락 연결(304)로 인해 루프를 생성한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 4와 비교할 때, 이는 안테나의 향상된 VSWR을 도출한다.
도 7은 제1 분기 안테나 엘리먼트(401) 및 제2 분기 안테나 엘리먼트(402) 사이에 그리고 제2 분기 안테나 엘리먼트(402)의 접힌 루프 내부에 삽입된 두 개의 유전체 슬랩들을 갖는 단락된 두 개의 분기 안테나(400)를 나타낸다. 이들 유전체 슬랩들(205, 206)은 안테나의 주파수 응답을 낮추는 선택적 특징들이다. 제1 분기(401) 및 제2 분기(402) 안테나 엘리먼트들은 비발디 형태 또는 삼각형 형태의 초광대역 안테나 엘리먼트들이고, 하나의 단부에서 접지/PCB 기판(403)에 연결된다. 이 실시예에서, 제2 분기 안테나 엘리먼트(402)는 자체로 단락되고, 그래서 제2 단부가 제1 단부와 연결되고, 이로써 루프가 생성된다.
도 7의 안테나의 통상적인 파라미터들은 50 ×10×8 ㎜의 안테나 사이즈, 5 ㎜의 유전체 두께, 그리고 50×100 ㎜의 접지 플레이트 사이즈에 대한 것이다.
도 8은 도 7의 안테나가 디바이스 내에 장착될 때 도 7의 안테나의 전압 합산 비율(VSWR)을 나타낸다. 여기서, VSWR이 LTE/4G에 의해 사용되는 주파수 범위 내에서 합리적이라는 것을 볼 수 있다.

Claims (15)

  1. 통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나로서,
    분기점;
    제1 단부에서 전기 연결을 갖는 제1 접힌(folded) 분기(branch) 안테나 엘리먼트; 및
    제1 단부에서 전기 연결을 갖는 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 폭이 커지면서(gaining in width) 상기 분기점으로부터 이어지고;
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 삼각형 부분 및 직사각형 부분을 포함하며;
    상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 접힌 삼각형 부분 및 직사각형 부분 ― 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 제2 단부는 상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 상기 삼각형 부분에 연결되고 상기 삼각형 부분과 전기적으로 단락됨 ― 을 포함하는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 상기 제1 단부로부터 제2 단부로 폭이 증가하는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 상이한 길이들을 갖는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 제1 주파수 대역으로 튜닝되고, 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 제2 주파수 대역으로 튜닝되며, 주파수 대역들 둘 다는 698 ㎒ 내지 2690 ㎒ 내에 있는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 전도성 금속, 바람직하게 구리 또는 은으로 이루어지는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 인쇄 회로 기판 또는 모바일 통신 장비의 섀시(chassis)에 전기적으로 연결되는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트 사이에 위치된 유전체 엘리먼트
    를 더 포함하는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 상기 제1 단부 및 제2 단부 사이에 위치된 유전체 엘리먼트
    를 더 포함하는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 상기 유전체 엘리먼트 둘레에 둘러싸지거나(wrap) 또는 상기 유전체 엘리먼트 상에 프린팅되는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각, 상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 90°로 두 번 접히고, 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 90°로 세 번 접히는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  13. 삭제
  14. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 단부에서 전기 연결을 갖는 제3 접힌 분기 안테나 엘리먼트
    를 더 포함하는,
    통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나.
  15. 모바일 통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나를 제조하는 방법으로서,
    제1 단부에서 전기 연결을 가지는 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 전도성 금속을 유전체 엘리먼트의 세 개의 측면들 상에 프린팅하는 단계; 및
    제1 단부에서 전기 연결을 가지는 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 전도성 금속을 상기 유전체 엘리먼트의 네 개의 측면들 상에 프린팅하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트들은 폭이 커지면서 분기점으로부터 이어지고;
    상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 삼각형 부분 및 직사각형 부분을 포함하며;
    상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트는 접힌 삼각형 부분 및 직사각형 부분 ― 상기 제2 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 제2 단부는 상기 제1 접힌 분기 안테나 엘리먼트의 상기 삼각형 부분에 연결되고 상기 삼각형 부분과 전기적으로 단락됨 ― 을 포함하는,
    모바일 통신 장비 내에서 사용하기 위한 초광대역 안테나를 제조하는 방법.
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