KR101858777B1 - 평형 안테나 시스템 - Google Patents

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KR101858777B1
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피터 홀
젠 후아 샘프슨 후
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스마트 안테나 테크놀로지즈 엘티디.
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Abstract

본 발명은 정합회로를 통해 발룬과 연결된 라디에이터를 포함하는 평형 안테나 시스템에 관한 것이다. 특정 실시예들에서, 상기 라디에이터는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자를 구비하고, 상기 정합 회로는 상기 제1 방사 소자에 연결된 제1 임피턴스 정합회로와 상기 제2 방사 소자에 연결된 제2 임피턴스 정합회로를 구비한다. 상기 제1 및 제2 임피턴스 정합회로들은 동일할 수 있고, 발룬을 통해 단일 포트에 연결된다. 부품 수를 최소화하기 위해, 상기 정합회로와 발룬의 설계는 공동 최적화된다.

Description

평형 안테나 시스템{Balanced Antenna System}
본 발명은 평형 안테나 시스템에 관한 것이다. 특히, 배타적이지는 않지만, 본 발명은 이동 전화, 노트북(laptop), 개인 정보 단말기(PDA), 또는 라디오와 같은 휴대용 전자 기기에 사용되는 평형 안테나 시스템에 관한 것이다.
데이타를 송수신하기 위하여 다중 안테나들을 이용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 무선 시스템들은 다양한 다중경로 환경을 통해 증가된 용량에 대한 잠재력으로 관심이 증가하고 있다. 그러한 시스템들은 추가 스펙트럼 대역폭이 필요없으며, 다중 경로 전파의 사용으로 통신 성능(즉, 향상된 신호 품질 및 신뢰성)을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 2G 또는 3G 통신 규격중 하나를 사용하여 고속 데이타 통신을 얻기 위하여 잘 알려져 있으며 잘 사용되는 해결책이다.
라우터 소자들과 같은 실내 무선 어플리케이션들의 경우, 높은 이득, 무지향성 쌍극자 어레이 및 동일 직선형 안테나들에 널리 사용되는 외부 쌍극자 및 단극자 안테나들이 가장 인기가 있다.
그러나, 시장에는 MIMO 시스템들을 구비하는 휴대용 소자들이 극소수 있으며, 이는 주로 라디에이터들간의 필요한 절연을 유지하면서, 작은 소자(단말기의 작은 할당 공간)내 여러 라디에이터들의 구성에 대한 복잡성 때문이다.
이러한 문제에 대한 관련 해결책중 하나는 효과적인 방사를 위한 접지면 (그리고 특별히 접지면 전류들)이 필요없는 평형 라디에이터의 사용에 관한 것이다. 최근 몇년 동안, 평형 안테나 시스템들은 인체에 근접하게 유지할 때의 안정한 성능으로 인해 이동 전화 안테나 설계자들에게 많은 관심을 받고 있다. 이런 타입의 안테나에서, 안테나 소자상에 평형 전류만 흘러, 전화 섀시상에 흐르는 전류 효과를 상당히 감소시키고, 안테나 성능에 대한 인체의 영향은 작아질 수 있다.
평형 안테나 시스템의 구조는 일반적으로 밸런스 라인 또는 "발룬"(하나의 불평형 신호를 2개의 차동 평형신호들로 변환하거나 또는 반대로 변환하도록 구성된)에 의해 피드되는(feed) 방사 소자를 포함한다. 이러한 평형 안테나들은 성공적으로 PDA 및 노트북소자에서 2.45 GHz 및 5.2 GHz 에서 동작하는 두 소자구조의 설계에 적용해왔다. 그러나, 현재 낮은 주파수에서 그러한 구조를(예를 들어, DVB-H, GSM 또는 UMTS 휴대 전화에 있어 해당 공진의 물리적 크기로 인해) 구현하는 어려운(또는, 아마 불가능한) 것으로 간주된다; .
그러므로, 서비스 제공자 및 고객이 요구하는 주파수 범위의 전체 스펙트럼에 걸쳐 적용 범위를 제공 할 수 있는 모바일 소자에서 MIMO 어플리케이션을 위한 소형 평형 안테나 설계가 요구된다. 따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제들을 해결하는 데 도움을 주는 평형 안테나 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 정합회로를 통하여 발룬(Balun)과 연결된 라디에이터를 포함하는 평형안테나 시스템을 제공한다.
그러므로, 본 발명의 실시예들은 단순한 구조를 갖고, 다른 주파수 범위에 걸쳐 단일 공진으로 동작할 수 있는 평형안테나 시스템을 제공한다. 정합 회로가 발룬과 라디에이터 사이에 통합되어 있다는 사실은 보다 큰 유연성과 라디에이터의 제어를 가능하게 하여 보다 큰 튜닝 능력을 제공한다.
상기 라디에이터는 루프 또는 쌍극자 안테나로 구성되고, 제1 연료선 및 제2 연료선을 포함할 수 있다. 특정 실시 예에서, 상기 라디에이터는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자를 포함할 수 있다. 상기 라디에이터는 하나의 공진 주파수를 제공하도록 구성될 수 있고, 동시에 둘, 셋, 또는 그 이상의 더 많은 공진 주파수를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 넓은 주파수 범위에 걸친 단일 안테나 시스템을 구성할 수 있다.
상기 정합 회로는 제1 임피던스 정합회로 및 제2 임피던스 정합회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 임피던스 정합회로는 제1 연료선 및/또는 제1 방사 소자와 연결되고, 상기 제2 임피던스 정합회로는 제2 연료선 및/또는 제2 방사소자와 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 정합회로는 동일할 수 있으며, 발룬을 통해 단일 포트에 연결될 수 있다. 부품 수를 최소화하기 위해, 정합 회로와 발룬의 설계는 공동 최적화 될 수 있다.
종래 재구성가능한 평형 안테나는 평형 방사 소자들의 각 암 상에 버랙터 또는 스위치들을 통합시킨 것을 주목해야 할 것이다. 이와는 달리, 제안된 평형 안테나는 두 개의 동일한 외부 정합 회로, 각 방사 소자당 하나, 및 문헌에서 이전에는 제안되지 않았던 발룬 회로를 통합시킬 수 있다.
상기 발룬(Balun)은 바깥전류를 상쇄 또는 억제하여 불평형 신호를 평형신호로 전환하도록 구성될 수 있다. 다양한 발룬 종류는 쌍극자 안테나와 함께 사용되는 것으로 알려져 있다. 발룬으로는, 이들중 하나는 본 발명의 실시예에 채택될 수 있는 소위 전류(Current)발룬, 동축(Coax)발룬 또는 슬리브(Sleeve)발룬을 포함할 수 있다. 그러나, 특별한 실시예에서, 넓은 튜닝 범위를 갖는 평형 안테나 시스템을 제공하기 위해, 임피던스 임피던스 변환 용으로 구성된 광대역 LC 발룬을 채택하는 것이 바람직하다.
상기 발룬(Balun)은 제1 필터와 제2 필터를 포함할 수 있다. 상기 제1 임피던스 정합회로는 상기 제1 필터와 제1 방사소자 사이에 제공되고, 제2 임피던스 정합회로는 상기 제2 필터와 제2 방사소자 사이에 제공될 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 발룬(Balun)은 고역통과필터인 상기 제1 필터와, 저역통과필터인 상기 제2 필터와 T-접속(T-JUNCTION)을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 상기 발룬(Balun)은 병렬로 연결된 고역통과필터인 상기 제1 필터와 대역통과필터인 상기 제2 필터를 포함할 수있다.
상기 제1필터는 적어도 하나의 캐패시터를 포함하고, 상기 제2필터는 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
상기 고역통과필터 및/또는 저역/대역 통과필터는, 각각 하나 또는 둘 이상의 인덕터 또는 캐패시터 (예컨대, L-C 회로 형태로)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 고역통과필터는, 직렬 연결된 하나 또는 그 이상(예컨대, 세개)의 캐패시터나 병렬 연결된 하나 또는 그 이상(예컨대, 두개)의 인덕터를 포함할 수 있고, 상기 저역통과 필터는 직렬연결된 하나 또는 그 이상(예컨대, 세개) 의 인덕터나, 병렬로 연결된 하나 또는 그 이상(예컨대, 두개)의 캐패시터를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 고역통과필터는 인덕터 및 캐패시터를 포함하고, 상기 대역통과필터는 복수의 인덕터와 복수의 캐패시터를 포함할 수 있다. 상기 제1 필터와 제2 필터는 병렬로 연결될 수 있다.
특정 발룬 구성에서, 상기 제1 및 제2 필터들 각각의 부품수는 위상 차이와 넓은 대역폭을 제공하는 필터에서 많은 차수 중 차수의 크기에 대응할 수 있다. 특별한 구성에서, 상기 발룬은 하나, 둘, 또는 그 이상(예컨대, 다섯)의 차수를 갖는 (즉, 각각 하나, 둘, 또는 그 이상의 구성 요소 구성요소를 포함하는) 필터를 포함할 수 있다. 그러나, 출원인들은, 본 발명의 다른 실시예에서, 발룬 자체의 성능은 그리 중요하지 않으며, 간단히 각 필터에 하나의 인덕터(또는 캐패시터)를 채용하는 것도 충분하다는 것을 발견하였다.
본 발명의 특정 실시 예에서, 적어도 하나의 대체 가능한 구성요소는 제1 필터 및/또는 제2필터를 포함하도록 제공될 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 다른 구성요소를 대신해서 적어도 하나의 대체 가능한 구성요소를 구동시키도록 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 실시 예에서, 제2 고역통과필터 및/또는 제2 저역통과필터가 제공될 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 각각의 고역통과필터 및/또는 저역통과필터를 대신하여 상기 제2 고역통과필터 및/또는 제2 저역통과필터가 구동되도록 제공될 수 있다.
상기 제2 고역통과필터 및/또는 제2 저역통과필터는 하나 또는 그 이상의 인덕터 또는 캐패시터(예컨대, L-C회로 형태)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 고역통과필터는 직렬로 연결된 3개의 캐패시터와 병렬로 연결된 2개의 인덕터를 포함하고, 상기 제2 고역통과필터는 직렬로 연결된 3개의 인덕터와 병렬 연결된 2개의 캐패시터를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 제2 고역통과필터는 상기 고역통과필터와 다른 적어도 하나의 구성요소를 가지고, 상기 제2 저역통과필터는 상기 저역통과필터와 다른 적어도 하나의 구성요소를 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 특정 실시예에서, 제2 고역통과필터의 모든 구성 요소는 고역통과필터의 구성요소들과 다를 수 있고, 및/ 또는 제2저역통과필터의 모든 구성 요소들은 상기 저역통과필터의 구성요소들과 다를 수 있다.
상기 제1 및 제2 정합회로들은 각각 제1 및 제2 방사 소자들이 다른 주파수들을 튜닝하도록 재구성이 가능할 수 있다. 상기 제1 및 제2 정합회로들은 하나 또는 그 이상의 인덕터 또는 캐패시터(예를 들어, L-C 회로 형태)를 포함할 수 있으며, 가변 캐패시터(즉, 버랙터)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 정합회로는 구조적으로 동일하다(즉, 동일 방식으로 배열된 동일 구성요소들을 갖는다). 다른 정합회로들이 역시 특정 상황에서 채용될 수 있지만, 그러한 배열은 매우 양호한 공진을 제공할 수 있음을 이해할 수 있다.
특별한 실시예에서, 상기 제1 및/또는 제2 정합회로는 제1 인덕터, 캐패시터, 및 제2 인덕터를 포함한다. 상기 제1 인덕터는 상기 캐패시터와 병렬로 연결되고, 상기 제2 인덕터는 상기 캐패시터와 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 인덕터는 접지면(Ground Plane)과 연결될 수 있고, 상기 캐패시터는 튜닝가능하다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 적어도 하나의 대체 가능한 구성요소는 상기 제1 및/또는 제2 정합 회로를 포함하도록 제공될 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 다른 구성요소를 대신하여 적어도 하나의 대체 가능한 구성요소를 구동시키도록 제공될 수 있다.
특정 실시예들에서, 상기 제1 인덕터는 적어도 두 개의 가능한 인덕터의 그룹으로부터 선택할 수 있고, 상기 제2 인덕터는 적어도 다른 두 개의 가능한 인덕터의 그룹으로 선택할 수 있다.
상기 발룬 및/또는 제1 및 제2 정합회로의 대체 가능한 구성요소들은 안테나의 구성에 커다란 가요성을 허용하여, 안테나의 튜닝 범위가 크게 증가되도록 제공됨을 이해할 수 있다.
상기 제1 방사 소자는 실질적으로 U 자형 또는 L-자형의 제1 스트립(Strip)(예를 들어, 금속)으로 구성되고, 상기 제1 방사소자는 기판(예컨대, 프린트 회로 기판, PCB)의 제1 단부에서 상기 기판의 제1 면 상에 제공될 수 있다. 상기 U 자형 또는 L자형 스트립은 상기 기판의 제1 단부의 절반에 위치하고, 그의 개방단부/면이 상기 제1 단부의 상기 중심 영역을 향해 내측으로 향하도록 배열될 수 있다. 짧은 연료선은 상기 기판의 중앙에 가장 가깝고 상기 기판의 상기 길이를 따라 확장되는 상기 U 자형 또는 L 자형 스트립의 시작점에 구비될 수 있다.
제2 방사 소자는 실질적으로 상기 제1 방사 소자와 유사하고 역시 상기 기판의 상기 제1 면상에 구비되나, 상기 제2 스트립의 개방 단부/측면이 상기 제1스트립의 상기 개방 단부/측면을 향하도록 상기 제1방사 소자에 대향하는 상기 기판의 상기 제1단부의 인접한 절반부에 배열될 수 있다.
갭이 상기 제1 및 제2방사 소자들의 각 연료선들 사이 및 상기 제1 및 제2 스트립의 각 단부들 사이에 구비될 수 있다.
접지면은 상기 제1 면에 대향하는, 상기 기판의 제2 면상에 구비될 수 있다. 상기 접지면은 실질적으로 직사각형이고, 그의 제2 단부(제1 단부에 대향하는)로부터 상기 연료선의 자유단에 대향하는 위치까지 기판 전면을 실질적으로 점유할 수 있다.
기판은 편리한 크기일 수 있으며, 일 실시예에서 통상적인 모바일 소자에 쉽게 수용가능하도록 대략 116x40 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 기판의 두께를 한정되지 않으나, 일반적으로 몇 밀리미터 (예 : 1mm, 1.5mm, 2mm 또는 2.5mm) 의 두께를 가질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에서, 제1 및 제2 방사 소자들은 대략 40x10mm2의 면적에 걸쳐 연장될 수 있다. 라디에이터의 크기는 제한되지 않고, 넓은 동작 대역폭 또는 높은 이득이 필요할 때 증가될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에서, 안테나는 동작 대역에 걸쳐 적어도 6dB 반사 손실을 갖으며, 470MHz 부터 2200MHz 까지의 주파수 범위에서 (예를 들어, 1730 MHz의 이상의 튜닝) 동작되도록 설계되었음이 입증되었다 .
상기 평형 안테나 시스템은 다중입력 다중출력(MIMO) 어플리케이션을 위해 구성될 수 있다. 이로 따라, 상기 평형 안테나 시스템은 다중안테나들을 갖는 시스템으로 통합될 수 있다. 각 안테나는 평형 또는 불평형일 수 있으며, 추가 스펙트럼 또는 송신기 파워의 필요없이, 시스템 용량을 증가시키기 위해 비상관 채널들을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 적어도 하나의 평형 안테나 시스템과 적어도 하나의 다른 안테나를 포함하는 MIMO 어플리케이션 안테나 구조를 제공할 수 있다.
상기 적어도 하나의 다른 안테나는 평형 또는 불평형 안테나에 의해 구성될 수 있으며, 재구성 가능하다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 다른 안테나는 본 발명의 제1 측면에 따를 수 있다.
각 안테나의 상대적 위치들은 양호한(또는 최적의) 안테나 절연을 제공하도록 선택될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이는 각 안테나가 최대허용거리만큼 다른 안테나와 이격시켜 얻어질 수 있다. 실제로, 제1 안테나는 상기 구조의 제1 단부에 위치하고, 제2 안테나는 상기 구조의 제2 단부에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 안테나들은 적어도 200mm, 적어도 150mm, 적어도 100mm, 또는 적어도 50mm 만큼 이격될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 평형 안테나 시스템은 상기 안테나 구조의 접지면에 슬롯을 제공하여 상기 다른 안테나로부터 절연될 수 있다.
다른 안테나용 최적의 특징들
특별한 실시예에서, 적어도 하나의 다른 안테나는 GB0918477.1에서 언급된 타입의 2-포트 섀시 안테나로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 다른 안테나는 서로 결합된 2개 또는 그 이상의 방사 소자들 및 각 방사 소자의 주파수 대역의 독립적인 튜닝을 위해 구성된 둘 또는 그 이상의 임피던스 정합회로들을 구비하는 재구성가능한 안테로 구성될 수 있으며, 이때 각 방사 소자는 하기의 각 상태: 구동상태, 플로팅 상태, 및 접지상태 각각에서 선택적인 동작을 위해 배열된다.
상기 다른 안테나의 상기 방사소자들의 적어도 하나는 비공명 공진기로 구성될 수 있다. 특별 실시예에서, 2개의 비공명 공진기가 채용된다. 각 방사소자는 광대역 및/또는 협대역 주파수들에 걸쳐 동작하도록 구성할 수 있다. 특별 실시예에서, 각 임피던스 매칭회로는 광대역 튜닝회로와 협대역 튜닝회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다른 안테나는 제1 면에 프린트된 접지면을 갖는 기판상에 제공될 수 있다. 제1 방사 소자는 상기 제1 면에 대향하고, 상기 접지면으로부터 횡적으로 이격된 상기 기판의 상기 제2 면상에 배열될 수 있다. 상기 제1 방사소자는 평면적이거나 또는 평면적이 아닌 금속 패치로 구성될 수 있다. 구체적 실시예에서, 상기 제1 방사소자는 평면 부분과 접지면에 직교하는 부분을 갖는 L-모양의 금속 패치로 구성될 수 있다. 직교 부분은 소위 제1 갭만큼 접지면으로부터 이격되도록, 상기 직교 부분이 접지면에서 가장 먼 상기 평면 부분의 에지로부터 연장될 수 있다.
제2 방사 소자는 평면적이거나 또는 평면적이 아닌 금속 패치로 구성될 수 있다. 특별한 실시예에서, 상기 제2 방사소자는 접지면에 직교하는 평면형 금속 패치로 구성될 수 있다. 제2방사 소자는 접지면과 제1 방사 소자의 직교 부분 (즉, 제1 갭이내)사이에 위치 할 수 있다. 접지면과 제1 방사 소자간의 거리는 소위 제2갭을 형성할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 제2방사 소자와 상기 제1방사 소자의 직교 부분간의 거리는 그들간의 상호 커플링량을 결정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이 거리는 전체에 걸쳐 상호 갭으로 간주될 수 있다.
각 방사 소자의 모양은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 환형, 별 모양, 또는 불규칙한 모양일 수 있다. 또한, 각 방사소자는 적어도 하나의 노치(notch) 또는 컷아웃(cut-out)을 포함할 수있다. 각 방사소자의 형상 및 구성은 문제의 어플리케이션용 상기 다른 안테나의 원하는 특성에 의해 정해질 수 있음을 이해할 수 있다.
마찬가지로, 상기 접지면의 크기와 모양은 모든 동작 모드에 대한 최적의 특성을 제공하기 위해 변경 될 수 있다. 따라서, 제1 접지면은, 예를 들어, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 환형, 또는 불규칙한 모양일 수 있다. 또한, 상기 접지면은 적어도 하나의 노치 또는 컷-아웃을 포함할 수 있다.
상기 다른 안테나의 각 방사 소자는 연관된 연료 포트를 가질 수 있다. 각 연료 포트는 관련된 방사 소자의 동작 상태를 선택하기 위한 제어 수단을 포함하는 제어 모듈에 연결될 수 있다. 상기 제어 수단은 상기 방사 소자가 플로팅되어, 상기 접지면에 연결되거나 또는 관련된 임피던스 정합회로에 의해 구동되도록 선택적으로 구성되는 스위치를 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 제1 연료 포트는 제1 방사 소자와 제1 임피던스 정합회로를 갖는 제1 제어 모듈 사이에 구비되고, 제2 연료 포트는 상기 제2 방사 소자와 제2 임피턴스 정합회로를 갖는 제2제어 모듈 사이에 제공 될 수있다.
상기 제1 연료 포트는 상기 방사소자의 중심 또는 중심을 벗어난 (예를 들어, 타측보다 상기 방사 소자의 일측에 더 인접한) 위치에 배열될 수 있다.
구체적 실시예에서, 제1 연료 포트는 제1 방사 소자의 길이를 따라서 거리의 대략 1/3에 위치할 수 있다. 이는 상기 접지면을 따라서 비대칭 전류가 발생되도록 하여 많은 다른 공진을 지원하는 점에서 유리하다. 그것은 또한 각 방향에서 다른 전기적 길이를 가짐으로 인해 제1 방사 소자는 더 많은 공진을 생성할 수 있다. 또한, 제1 방사 소자가 중심을 벗어나서 위치하는 것은 차례로 두 방사 소자간에 더 나은 커플링을 초래하는 제2 방사 소자에 인접하게 위치하도록 더 큰 공간을 제공한다.
제1 연료 포트는 에지를 따라 상기 접지면에 연결될 수 있다. 제1 연료 포트는 상기 에지의 중앙에서, 또는 그의 일측에서 또는 상기 일측을 향해서 연결될 수 있다. 제1 연료 포트를 상기 접지면의 측면에 연결하여 제2 방사 소자가 상기 접지면의 폭을 최대한 활용 할 수 있도록 한다. 그러나, 이 또한 상기 방사 소자와 상기 접지면 사이에 다른 커플링 효율을 초래한다.
특정 실시예에서, 제2 연료 포트가 제1 연료 포트 가까이에 배치된다. 이는 각 포트가 독립적으로 동작하거나 (ON), 인접한 연료 포트의 드라이버로 동작하거나 (접지), 또는 전기적으로 단절되도록 (OFF)한다. 이에 따라, 각 소자에 관하여 다른 동작 모드를 선택함으로써 각 방사 소자의 동작 주파수를 동적으로 튜닝할 수 있다. 아래의 표는 제1 연료 포트(Feed Port 1)와 제2 연료 포트(Feed Port 2)의 상기 상태들의 조합을 선택하는 것에 근거하여 몇 가지 가능한 동작 상태를 제공한다.
추가 안테나의 가능한 동작 상태들
상태 Mode 1 Feed Port 1 Mode 2 Feed Port 2
1 연료 안테나 ON 기생 접지
2 기생 접지 연료 안테나 ON
3 연료 안테나 ON 플로팅 OFF
4 플로팅 OFF 연료 안테나 ON
5 연료안테나 ON 연료 안테나 ON
모드 1과 모드 2는 제1 방사 소자와 제2 방사 소자의 동작 모드를 각각 나타냄을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 연료 포트가 ON 일때, 연관된 방사소자는 해당 임피던스 정합 회로에 의해 지원되는 주파수에서 공진하는 구동(또는 연료) 안테나로 작용한다. 연료 포트가 OFF(즉, 전기적으로 단절)일 때 연관된 방사 소자는 플로팅(즉, 지원되는 모든 주파수에서 공진) 되도록 허용된다. 연료 포트가 접지일때, 연관된 방사 소자는 기생 소자 (즉, 특정 주파수에서 공진하여, 효과적으로 다른 방사 소자가 그 주파수를 지원하는 것을 방지)로서 작용한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 다양한 세트의 동작 모드가 기존의 안테나설계에 대해 증가된 튜닝 능력을 허용하는 것이 높게 평가 될 것이다.
본 발명의 실시예에서, 상기 추가 안테나의 상기 제1 방사 소자는 대략 0.4 내지 3GHz의 튜닝 범위를 가질 수 있으며, 상기 추가 안테나의 상게 제2 방사 소자는 대략 1.6 내지 3 GHz의 (또는 그 이상)의 튜닝 범위를 가질 수 있다.
단일 튜닝 캐패시터는 각 동작 모드에서 상기 다른 안테나의 각 방사 소자를 튜닝하기 위해 채택될 수 있다. 상기 단일 튜닝 커패시터는 버랙터 다이오드로 구성될 수 있다.
특정 실시예에서 세 개 이상의 방사 소자가 상기 추가 안테나의 주파수 튜닝 민첩성을 높이기 위해 채택될 수있다. 제3 또는 후속의 방사 소자는 상기에서 정의된 제1 갭 내에 위치 할 수 있다. 제3 또는 후속의 방사 소자는 3GHz의 보다 큰 주파수에서 작동하도록 구성될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 상기 다른 안테나를 채택하는 장점은 그 분야의 지식을 가진 자가 쉽게 많은 동작 주파수로 안테나를 구성할 수 있다는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 다양한 임피던스 정합 회로 구성을 상기 다른 안테나가 듣기와 어플리케이션 모드 모두에서 동작할 수 있도록 쉽게 구현 될 수 있다. 이에 따라, 상기 설명한 다른 안테나 설계는 넓은 주파수 튜닝 범위 또는 광대역 성능을 제공할 수 있다. 그러나, 그들이 동일한 주파수에 있을 때 두 포트간에 강한 커플링이 있기 때문에, 자체적으로 MIMO 성능을 제공할 수 없다. 비교적 낮은 주파수 (예를 들어 700MHz)에서도, 시뮬레이션 결과에서 커플링이 대략 제로(0) 로 나타났다. 그러나, 휴대 전화 어플리케이션에 적합한 제품의 경우, 커플링이 적어도 -15dB인 것이 주목된다.
따라서, MIMO 어플리케이션들에 적합한 적어도 두 개의 커플링되지 않은 재구성 안테나를 제공하기 위해, 본 발명의 제1 측면의 평형 안테나 시스템과 상기 다른 안테나를 결합하는 것이 바람직하다. 시뮬레이션은 적어도 -30.53dB의 절연은 본 발명의 제2 측면에 따른 실시예로 얻어질 수 있어, MIMO 소자들에 이상적인 구조를 형성할 수 것으로 나타났다. 결과는 또한, 안테나의 구조가 넓은 튜닝 가능한 범위 (예를 들어, 470MHz에서 2200MHz)을 제공하고, DVB-H, GSM710, GSM850, GSM900, GPS1575, GSM1800, PCS1900 및 UMTS2100을 포함하는 모바일 장치에서 사용하기 위한 잠재력을 가지고 있음을 제시하였다. 그러므로, 제안된 안테나 구조는, 특히 휴대폰, 노트북, PDA와 같은 소형 단말기 모바일 장치에서 MIMO 어플리케이션을 위한 이상적인 후보자이다.
파라메트릭 연구는 본 발명의 실시예에 따른 특정 안테나 구조의 최적 구성을 평가하기 위해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 특정 실시예는 지금 첨부된 도면을 참조하여 설명한다:
도 1A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평형 안테나의 정면도이다;
도 1B는 도 1A의 평형 안테나의 배면도이다;
도 2는 도 1A 와 IB에 도시된 평형 안테나와 함께 사용하기위한 발룬 구성에 대한 회로도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평형 안테나 시스템의 개략도이다;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 정합 회로 구성의 회로도이다;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 발룬 구성 및 다중 임피던스 정합 구성을 포함하는 평형 안테나 시스템의 회로도이다;
도 6은 1.11pF부터 lOpF 까지의 버랙터의 캐패시턴스 범위에 걸쳐, 도 5에 도시된 회로의 제1 구성용 주파수에 대한 반사 손실의 그래프이다;
도 7은 0.21pF부터 lOpF 까지의 버랙터의 캐패시턴스 범위에 걸쳐, 도 5에 도시된 회로의 제2 구성용 주파수에 대한 반사 손실의 그래프이다;
도 8은 0.38pF부터 lOpF 까지의 버랙터의 캐패시턴스 범위에 걸쳐, 도 5에 도시된 회로의 제3 구성용 주파수에 대한 반사 손실의 그래프이다;
도 9A는 섀시 안테나와 결합된 도 1A와 도 1B의 평형 안테나를 포함하는 결합 M1MO 안테나 시스템의 정면도이다;
도 9B는 도 9A의 결합 MIMO 안테나 시스템의 배면도이다;
도 10은 도 5의 회로에 연결될 때 도 9A 및 9B의 MIMO 안테나 시스템을 위한 S 매개 변수의 그래프이다;
도 11A는 평형 안테나가 구동될 때 도 9A 및 9B의 MIMO 안테나 시스템을 통한 전류분포를 도시한 것이다;
도 11B는 섀시 안테나가 구동될 때 도 9A 및 9B의 MIMO 안테나 시스템을 통한 전류분포를 도시한 것이다;
도 12A는 평형 안테나가 구동될 때 도 9A 및 9B의 MIMO 안테나 시스템을 통한 평균 전류분포를 도시한 것이다;
도 12B는 섀시 안테나가 구동될 때 도 9A 및 9B의 MIMO 안테나 시스템을 통한 평균 전류분포를 도시한 것이다;
도 13A는 평형 안테나가 700MHz 에서 구동될 때 도 9A 및 9B의 MIMO 안테나 시스템을 통한 원거리(far field) 전류분포를 도시한 것이다;
도 13B는 섀시 안테나가 700MHz 에서 구동될 때 도 9A 및 9B의 MIMO 안테나 시스템을 통한 원거리 전류분포를 도시한 것이다
도 14A는 측방 장착형 섀시 안테나와 결합된 도 1A와 도 1B의 평형 안테나를 포함하는 다른 결합 M1MO 안테나 시스템의 정면도이다;
도 14B는 도 14A의 결합 MIMO 안테나 시스템의 배면도이다;
도 15은 도 5의 회로에 연결될 때 도 14A 및 14B의 MIMO 안테나 시스템을 위한 S 매개 변수의 그래프이다;
도 16A는 제2 측방 장착형 평형 안테나와 결합된 도 1A와 도 1B의 평형 안테나를 포함하는 또 다른 결합 M1MO 안테나 시스템의 정면도이다;
도 16B는 도 16A의 결합 MIMO 안테나 시스템의 배면도이다;
도 17은 도 5의 회로에 연결될 때 도 16A 및 16B의 MIMO 안테나 시스템을 위한 S 매개 변수의 그래프이다;
도 18A는 측방 장착형 섀시 안테나와 결합된 두개의 평형 안테나를 포함하는 또 다른 결합 M1MO 안테나 시스템의 정면도이다;
도 18B는 도 18A의 결합 MIMO 안테나 시스템의 배면도이다;
도 19는 도 5의 회로에 연결될 때 도 18A 및 18B의 MIMO 안테나 시스템을 위한 S 매개 변수의 그래프이다;
도 20은 본 발명의 실시예에서 사용되는 대체 발룬 구성의 회로도이다;
도 21A 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평형 안테나의 정면도이다;
도 21B는 도 21A의 평형 안테나의 배면도이다;
도 21C는 도 21A에 도시된 방사소자의 확대평면도이다;
도 22는 도 21A 내지 도 21C의 안테나용 발룬 및 정합회로 배열을 도시한 것이다;
도 23은 도 22의 회로의 출력 Zb1 및 Zb2 의 주파수에 대한 위상 그래프이다;
도 24는 도 22의 정합회로의 버랙터들이 10pF부터 0.2pF 까지 변할 때의 주파수에 대한 시뮬레이션 반사 계수들을 도시한 것이다.
도 25A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평형 안테나의 정면 사시도 및 확대 상세도이다;
도 25B는 도 25A의 평형 안테나의 배면도이다;
도 25C는 도 25A 및 도 25B의 평형 안테나의 방사 소자들의 정면 평면도이다;
도 26은 도 25A 내지 도 25C의 안테나용 발룬 및 정합회로 배열을 포함하는 회로도이다;
도 27은 도 26의 회로에서 버랙터가 10pF에서 0.1pF로 변화할 때의 주파수에 대한 시뮬레이션 반사 계수를 도시한 것이다;
도 28는 도 21A 내지 도 21C의 안테나용 발룬 및 정합회로를 포함하는 다른 회로도이다;
도 29는 도 28의 회로에서 버랙터가 10pF에서 0.1pF로 변화하는 경우의 주파수에 대한 시뮬레이션 반사 계수를 도시한 것이다;
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 다른 평형 안테나의 정면 및 배면도이다;
도 31는 도 30의 안테나용 발룬 및 정합회로 배열을 포함하는 회로도이다;
도 32는 도 31의 회로에서 버랙터가 10pPF 에서 0.28pF로 변화할 때의 주파수에 대한 시뮬레이션 반사 계수를 도시한 것이다;
도 33A는 본 발명의 실시예에 따라 따른 다른 평형 안테나의 정면 사시도이다
도 33B는 도 33A의 평형 안테나의 배면 사시도이다;
도 34는 도 33A 및 도 33B의 안테나에서 각 방사소자의 구동용 회로도이다;
도 35는 도 34의 회로에서 버랙터가 약 15.4pF에서 0.4pF로 변화할 때의 주파수에 대한 시뮬레이션 반사 계수를 도시한 것이다; 및
도 36은 접지면이 슬롯을 구비하도록 변형된 도 33B의 안테나와 유사한 도면이다.
도 1A와 IB를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 평형 안테나 시스템(10)이 도시되었다. 평형 안테나 시스템(10)은 하기에서 상세히 설명하는 바와 같이, 재구성 가능하고, 휴대 전화, 노트북이나 PDA와 같은 휴대용 제품에 사용되도록 설계된다.
평형 안테나 시스템(10)은 대략 116x40mm2 의 표면적과 대략 1.115mm의 두께를 갖는 마이크로웨이브 기판(12) (예를 들어, 인쇄 회로 기판, PCB)상에 구비되어, 상기 시스템이 통상적인 이동 전화에 용이하게 수용될 수 있다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 제1 방사 소자(14)는 기판(120의 제1 면(16)의 제1 단부(18)에 구비된다. 상기 제1 방사 소자(14)는 실제적으로 상기 기판(12)의 제1 단부(18)의 절반에 배열된 U자형 제1 스트립층(20)으로 구성되고, 그의 개방된 단부(22)가 제1 단부(18)의 중심 영역을 향해 내측으로 향하도록 배열된다. 짧은 연료선(24)은 기판(12)의 중심에 가장 가까운 제1스트립(20)의 시작점에 구비되어 기판(12)의 상기 길이를 따라 연장된다.
제1 방사 소자(14)와 실질적으로 유사한 제2 방사 소자(26)는 상기 기판(12)의 제1 면(16)에 역시 구비되고, 상기 기판(12)의 상기 제1단부(18)의 인접한 절반에 위치한다. 그러므로, 상기 제2방사 소자(26)는 그의 개방된 단부(30)가 제1단부(18)의 중심 영역을 향해 내측으로 향하도록 역시 배열되는 실제적으로 U자형인 제2 스트립층(28)으로 구성된다. 이에 따라, 제2방사 소자(26)는 제1방사 소자(14)의 반대 방향에 배열된다(orientated). 짧은 연료선(32)은 기판(12)의 중심에 가장 가까운 제2 스트립(28)의 시작점에 다시 구비되어 기판(12)의 상기 길이를 따라 연정된다.
갭(34)은 제1 및 제2 방사 소자들(14, 28)의 각 연료선들(24, 32) 사이 그리고 제1 및 제2스트립 들(20, 28)의 각 단부(36)사이에 구비된다. 그러므로, 제1 및 제2 방사 소자(14, 26)는 쌍극자 안테나(37)를 구성한다. 도 1A에 도시된 본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 방사 소자들(14, 26)은 함께 대략 40x10 mm2 에 걸쳐 연장된다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 접지면(38)은 상기 제1 면(16)에 대향하는 상기 기판(12)의 제2 면(40)에 구비된다. 상기 접지면(38)은 실질적으로 사각형이며, 기판의 제2 단부(42) (상기 제1단부(18)에 대향하는)부터 상기 연료선들(24, 32)에 실질적으로 대향하는 위치까지의 실질적인 기판(12) 전 표면을 차지한다. 상기 접지면은 대략 100x40 mm2의 크기를 갖는다.
상기 평형 안테나 시스템 (10)은 상기 제1 및 제2 방사 소자들(14, 26)에 연결되는 발룬 및 2개의 정합회로를 포함하는데, 이들은 명료화를 위해 도 1A 및 도 1B에는 도시되지 않았으나 상기 접지면(38)에 대향하는 상기 기판(12)의 상기 제1 면(16)에 구비될 수 있다.
적합한 발룬 (50)의 예는 LC 회로도 형태로 도 2에 도시된다. 이 특정 발룬 (50)은 광대역 특성을 가지며, 공개된 일본 특허 출원 번호 2005-198167호에서 Iizuka와 Watanabe 가 실질적으로 설명하였다. 이에 따라, 상기 발룬(50)은 제1(불균형) 포트(Zu)에서 수신된 전기신호를 하이패스(54) 및 로우 패스(56)으로 분기하도록 구성되는 T-접합(52)에 대한 입력을 형성하는 상기 제1 포트(Zu)를 포함한다. 상기 하이패스(54)는 제1 고역통과필터(HPF)로 피드(feed)되도록 배열되고, 상기 로우 패스는 제2 저역통과필터(LPF)로 피드되도록 배열된다.
상기 고역통과필터(HPF)는 직렬연결된 세개의 캐패시터(CHI, CH2, CHI)와 상기 캐패시터들 사이에 제공된 각 분기에 병렬로 연결된 두 개의 인덕터(LH1, LH1)를 갖는 L-C 회로로 구성된다. 각 인덕터(LH1)는 접지면(40)에 연결되고, 상기 캐패시터들(CH1, CH2, CH1)로부터 출력은 임피턴스(ZbH)를 구성한다.
상기 저역통과필터(LPF)는 직렬연결된 3개의 인덕터(LL1, LL2, LL1)와 상기 인덕터들사이에 제공된 각 분기에 병렬로 연결된 두 개의 커패시터(CL1)를 갖는 L-C 회로로 구성된다. 각 캐패시터(CL1)는 접지면(40)에 연결되고, 상기 인덕터들(LL1, LL2, LL1)로부터 출력은 임피턴스(ZbL)를 구성한다. ZbH와 ZbL는 함께 평형 출력 Zb를 구성한다.
또 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 평형 안테너사 시스템(10)은 도 1A에 도시된 평형 쌍극자 안테나(37)로 피드를 위해 사용되는 도 2에 도시된 발룬(50) 및 그들 사이에 구비되는 임피던스 정합회로(60)를 포함한다. 본 예시에서, 평형 안테나 시스템(10)를 구동시키기 위해 발룬(50)의 제1(불평형) 포트 Zu로 피드되는 입력 Port 1가 도시됨을 주목해야 할 것이다. 좀더 구체적으로, 임피던스(ZbH)를 갖는 고역통과필터는 발룬(50)으로부터 정합회로(60)과 쌍극자 안테나(37)의 Feed 1(즉, 도 1A의 연료선(24))에 연결되고, 임피던스(ZbL)를 갖는 저역통과필터는 상기 발룬(50)으로부터 상기 정합 회로(60)와 상기 쌍극자 안테나(37)의 Feed 2(즉, 도 1A의 연료선(32))에 연결된다.
하기에서 좀더 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 쌍극자 안테나(37)와 상기 발룬(50) 사이에 상기 정합 회로(60)를 통합시킴으로써, 시스템은 재구성 가능하게 만들어질 수 있으며, DVB-H, 모든 GSM 및 UMTS2100 주파수 대역을 포함할 수 있는 470MHZ에서 2200MHZ까지의 넓은 튜닝 범위를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 특정 임피던스 정합 회로(60)의 회로도이다. 본 예시에서, 발룬(50)으로부터 Feed 1 및 Feed 2 까지의 임피던스(ZbH)를 갖는 고역통과필터와 임피던스(ZbL)를 갖는 저역통과필터의 경로들은 각각 분리되어, 임피던스 정합회로(60)는 제1 정합 회로(62)와 제2 정합 회로(64)로 분기됨을 주목해야 할 것이다. 본 특별한 실시예에서, 제1 및 제2 정합 회로(62, 64)는 동일하며, 평형 쌍극자 안테나(37)의 각 레그에 임피던스 변환을 제공하도록 구성된다.
좀더 구체적으로, 제1 및 제2 정합회로(62, 64)은 각각 상기 접지면(40)에 평행하게 연결되는 인덕터(L2) 및 직렬 연결된 캐패시터(C1/C2)와 상기 인덕터(L1)를 포함한다. 상기 캐패시터(C1/C2)는 제1 및 제2 정합 회로(62, 64)의 임피던스가 조정되어 주파수 범위에서 안테나(37)를 튜닝하도록 가변될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예는 특정 주파수 범위에 걸쳐 튜닝을 가능하게 할 수 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이 집적된 튜닝 회로(70)에 다중 발룬 구성들 및 다중 임피던스 정합 구성들을 포함시킴으로써 좀더 큰 튜닝 범위를 얻을 수 있음을 발견하였다. 본 실시예에서, 입력 Port 1 (불균형 연료선)이 상기 회로(70)의 좌측에 구비되고, 상기 불평형 연료선이 발룬 구성(72)을 통해 두 개의 평형 연료선으로 변환된다. 상기 고역통과필터는 제1 임피던스 정합회로(74) 및 Feed 1을 거쳐 평형 쌍극자 안테나(37)에 연결되고, 상기 저역통과필터는 제2 임피던스 정합회로(76) 및 Feed 2를 거쳐 평형 쌍극자 안테나(37)에 연결된다.
상기 발룬 구성(72)은 도 2와 관련하여 설명된 고역통과필터의 구조와 동일하지만, 캐패시터들과 인덕터들에 대해 다른 값들을 갖는, 제1고역통과필터(78)와 제2고역통과필터(80)을 포함한다. 제1(단극 쌍접점) 스위치(82)는 언제든 채택될 수 있는 제1 또는 제2 고역통과필터(78, 80)중 하나를 선택하기 위해 제공된다. 도 2에 관련하여 설명된 저역통과필터의 구조와 동일하지만, 캐패시터들과 인덕터들에 대해 다른 값들을 갖는, 제1 저역통과필터(84)와 제2 저역통과필터(86)을 포함한다. 제2(단극 쌍접점) 스위치(88)는 언제든 채택될 수 있는 제1 또는 제2 저역통과필터(84, 86)중 하나를 선택하기 위해 제공된다. .
제1 임피던스 정합회로(74)는 도 4와 관련하여 상술한 형태를 갖지만, 병렬 인덕터(L2)로서 선택가능한 세개의 다른 인덕터들(L7, L8, L9)와 직렬 인덕터(L1)로 선택가능한 3개의 또 다른 인덕터들(L1, L2, L3)를 포함한다. 각종 스위치가 제1 임피던스 정합회로(74)의 구성 요소들의 원하는 조합을 활성화하기 위해 구비된다. 위와 같이, 튜닝가능한 캐패시터(C1) (즉, 버랙터)는 두 세트의 인덕터들 사이에 구비된다. 튜닝가능한 캐패시터(C1)는 0.2pF에서 lOpF까지 조정될 수 있다.
마찬가지로, 제2 임피던스 정합회로(76)는 도 4와 관련하여 상술한 형태를 갖지만, 병렬 인덕터(L2)로서 선택가능한 세개의 다른 인덕터들(L14, L15, L16)와 직렬 인덕터(L1)로 선택가능한 3개의 또 다른 인덕터들(L4, L5, L6)를 포함한다. 각종 스위치가 제2 임피던스 정합회로(76)의 구성 요소들의 원하는 조합을 활성화하기 위해 구비된다. 위와 같이, 튜닝가능한 캐패시터(C2) (즉, 버랙터)는 두 세트의 인덕터들사이에 구비된다. 튜닝가능한 커패시터(C2)는 0.2PF에서 lOpF까지 조정될 수 있다.
도 5의 회로는 안테나의 응답을 나타내는 1 포트 S-파라미터 파일을 생성하기 위해 트랜션트 솔버(transient solver)을 사용하여 도 1A와 IB의 안테나 구조를 시뮬레이션했던 시뮬레이션 툴(CST Microwave Studio®)를 사용하여 설계되었으며, 정합 네트워크를 설계하기위한 시작 지점으로 사용되었다. 제1 및 제2 정합 회로(74, 76)내 구성 요소들의 값들은 문헌에서 이용할 수있는 표준 공식을 사용하여 계산 하였다. Microwave Office(AWR 회사로부터 구할 수 있는 RF/마이크로 웨이브 설계 플랫폼(platform))이 안테나의 반사 손실 성능을 최적화하기 위해 각 인덕터의 값을 조정하는 데 사용되었다. 캐패시터(C1, C2)는 설계 프로세스의 본 단계동안 각각 10pF에 고정되었다. 이는 동일 시뮬레이션 툴은 여기에서 설명된 모든 시뮬레이션에 사용됨을 알 수 있다.
본 출원인은 이러한 시뮬레이션들 중에, 원하는 동작 대역(470MHz 내지 2200MHz) 전체에 걸쳐 단일 공진을 얻기 위해, 적어도 6dB 반사 손실을 갖는, 정합네트워트(74, 76)의 세개의 다른 구성들과 상기 발룬(72)용 2개의 서로 다른 구성들도 필요하다는 것을 알게되었다. 이러한 다른 구성들은 도 5에 도시된 회로에 집적되었으나, 원하는 경우 별도의 세개의 회로들로 제공 될 수 있다.
하기의 표 2는 필요한 스펙트럼 적용범위를 구하기 위해, 도 5에 도시된 스위치의 필요한 논리 상태들을 열거하였다. 본 실시예에서, 도 5의 스위치(82)와 같은 단극 쌍접점 스위치가 "1"로 표시된 'on' 위치 및 '0'로 표시된 'off' 위치에 있다. 도 5에 도시된 바와 같은 쌍극 쌍접점 스위치의 경우, '0'은 1과 2로 표기된 노드들이 연결되고 4와 5로 표기된 노드들이 연결된 상황을 나타낸다. 반면에, '1'은 1과 3로 표기된 노드들이 연결되고 4와 6로 표기된 노드들이 연결된 상황을 나타낸다. 도 5는 스위치 각각이 디폴트 위치에 있음을 도시하였다.
동작 논리상태들
모드 X Y Z 동작 밴드 출력 (MHz)
A 1 1 0 470-640
B 1 0 0 630-1520
C 0 0 1 1500-2200
이로써, 표 2에 설명되고, 모드 A, B 및 C 로 나타낸 세 가지 상태들은 상기 안테나의 동작의 상대적으로 좁은 세 가지 대역과 관련있다.
모드 A 동작시, 도 6에 도시된 바와 같이 10pF 부터 1.11pF까지 버랙터(C1, C2)를 함께 변화시킴으로써 공진 주파수를 470MHz 부터 640MHz까지 이동시킬 수 있다.
도 7은 10pF 부터 0.21pF까지 버랙터(C1, C2)가 함께 가변될 때, 630MHz 부터 1520MHz까지 공진 주파수가 조정될 수 있는 동작 모드 B를 도시한 것이다.
마찬가지로, 도 8은 10pF 부터 0.38pF까지 버랙터(C1, C2)가 함께 가변될 때, 1500MHz 부터 2200MHz까지 공진 주파수가 조정될 수 있는 동작 모드 C를 도시한 것이다.
이에 따라, 이상적인 구성 요소들을 사용한 시뮬레이션 결과는 본 안테나 구조가 1730 MHz의 넓은 튜닝 범위를 갖는 것을 보여준다. 따라서, 안테나의 공진 주파수가 DVB-H, GSM710, GSM850, GSM900, GPS 1575, GSM 1800, PCS 1900, 및 UMTS2100 대역을 포함하도록 튜닝될 수 있다.
버랙터(C1, C2)는 상기 예에서 함께 가변되나, 다른 실시예들에서, 각 버랙터를 다른 값으로 설정하여 튜닝을 얻을 수 있음을 주목해야 할 것이다.
다중 입력 다중 출력(MIMO) 어플리케이션에 적합한 안테나 구조(90)은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도 9A 및 9B에 도시된다. 상기 안테나 구조(90)는 2-포트 섀시 안테나(100)과 결합하여 상기에서 설명된 상기 평형 안테나 시스템(10)을 포함한다. 상기 설명한 바와 같이, MIMO 소자는, 추가 스펙트럼 또는 송신기 파워의 필요없이, 통신 링크의 용량을 증가하기 위해 다중 비상관 채널/안테나를 이용한다. 비상관 안테나는 필요한 (또는, 최상의) 안테나간 절연을 유도하는 최적의 위치에 종단되어야 한다. 최상의 절연값들은 안테나들이 최대 허용 거리만큼 이격될 때(예를 들어, 기판(12)의 상측 에지에 하나 그리고 기판의 하측 에지에 하나), 종종 얻을 수 있다. 이 특별 실시예에서, 안테나들은 대략 100mm의 거리만큼 상기 기판(12)의 길이를 따라 분리된다.
본 어플리케이션에서, 본 발명에 따른 MIMO 시스템의 많은 예들이 설명된다. 처음 세가지 경우, 상기 MIMO 시스템이 두 개의 별도의 안테나를 포함함을 알 수 있을 것이다. 반면, 4번째 경우에는, 상기 MIMO 시스템이 별도의 세 개 안테나를 포함한다.
도 9A 및 도 9B에 도시된 MIMO 시스템에서, GB0918477.1에서 자세히 설명된 타입인 2-포트 섀시 안테나(100)는 GB0918477.1에서 자세히 설명된 타입이며, 연속적인 이중대역동작이 가능한 1쌍의 비공진 커플링 소자(112, 114)을 포함한다. 상기 커플링 소자들(112, 114)는 40x5x7 mm3의 상대적으로 작은 부피 공간을 차지하며, 상기 기판(12)의 제 2면(40)과 동일한 면상의 섀시(116)의 상단에 위치하고, 반면 평형 안테나 시스템(10)의 쌍극자 안테나(37)는 대향하는 제1 면(16)에 위차한다.
좀더 구체적으로, 두 개의 커플링 소자들(112, 114)은 서로 가까이에 정착되어 상기 접지면(38)을 통해 구동된다. 제1 커플링 소자(112)는 섀시(116)를 구성하고 상기 접지면에 평행한 평면부분과 상기 접지면(38)에 직교하는 직교부분(118)를갖는 L-자형의 금속 패치로 구성된다. 상기한 바와 같이, 평면 부분(116)은 상기 접지면(38)으로부터 상기 기판의 대향면에 구비되어 그로부터 횡방향으로 이격된다. 상기 직교 부분(118)은 상기 접지면(38)으로부터 가장 먼 평면부분(116)의 에지로부터 연장되어, 상기 직교부분(118)은 소위 제1 갭(120)만큼 상기 접지면(38)으로부터 이격된다. 이 특별 실시예에서, 제1 갭(120)은 10mm 보다 작다.
이때, 제2 커플링 소자(114)도 평면 사각형을 형성하는 금속 패치로 구성된다. 제2 커플링 소자(114)도 상기 접지면(38)에 직교하도록 배열되어(orientated), 상기 제1 갭(120)내에 위치한다. 이에 따라, 제2 방사소자(114)는 효과적으로 L-자형의 제1 커플링 소자(12)에 의해 2개의 이웃하는 측면상에 둘러싸여진다. 도시된 실시예에서, 제2 커플링 소자(114)는 대략 제1 커플링 소자(112)의 길이의 절반이고, 상기 제1 커플링 소자(112)의 에지로부터 살짝 끼워진다. 상기 접지면(38)과 상기 제 2커플링 소자(112)간의 거리는 소위 제2 갭(122)을 형성한다. 상기 제2 커플링 소자(114)와 상기 제1 커플링 소자(12)의 직교 부분(118)간의 거리는 그들간의 상호 커플링의 양을 결정한다. 그러므로, 이 거리는 상호 갭(124)으로 간주될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 각 방사 소자 (112, 114)는 각각 제2 및 제3 연료 포트(126, 128)를 통해 제1 및 제2 제어 모듈에 각각 연결된다. 상기 제2 연료포트(126) (Port 2)는 상기 제1 커플링 소자(112)의 상기 직교 부분(118)과 제1 제어모듈(미도시)사이에서 확장되고, 상기 제1 커플링 소자(112)의 길이를 따라 상기 거리의 대략 1/3에 위치한다. 제3 연료 포트(128) (Port 3)은 상기 제2 연료 포트(126)에 인접하게 위치하고, 인접하는 제2 제어모듈(미도시)에 연결된다. GB0918477.1에서 설명한 바와 같이, 각 커플링 소자(112, 114)은 선택적으로, 독립적으로 구동되어, 플로팅되거나 또는 각 제어 모듈들의 동작을 통해 접지상태로 고정시킨다. 이에 따라, 상기 평형 쌍극자 안테나(37)의 관련하여 상기에서 설명한 바와 같은 방식으로 다른 동작 모드들을 선택하므로써, 각 커플링 소자(112, 114)의 동작 주파수를 동적으로 튜닝할 수 있다.
Port 1을 통해 평형 안테나 시스템(10)을 구동시켜 상기 MIMO 안테나 구조(90)를 동작시키고, Port 2 및 Port 3를 이용하여 섀시(100)의 상기 커플링 소자(112, 114) 각각을 구동시킬 수 있다. 예시 목적으로, Port 1은 도 5에 도시된 회로와 유사한 회로에 연결되었고, Port 2만이 섀시 안테나(100)에 연결되어 활성화되었다. 좀더 구체적으로, Port 2는 GB0918477.1 에서 설명된 타입의 회로에 연결되었고, Port 3은 단순히 50 ohm 부하에 연결되었으나 독립적으로 튜닝가능하였다.
도 10은 상기 설명한 환경에서 도 9A 및 9B 의 상기 MIMO 안테나 구조에 대한 S 파라미터의 그래프를 도시한 것이다. 이에 따라, 섀시 안테나(100)의 Port 2의 반사손실이 약 -35.92dB 인 반면에, 상기 평형 안테나 시스템(10)의 반사 손실은 대략 -11.62dB 인 것으로 나타났다. 또한, S21 반사 손실 (평형 안테나(10)와 섀시 안테나(100)간의 절연 측정)는 대략 -30.53dB 인 것이 도 10으로부터 명백하다.
상기 평형 안테나(10)와 상기 섀시 안테나(100)간의 낮은 절연은 상기 평형 안테나(10)가 구동하거나 (도 11A) 또는 상기 섀시 안테나(100)가 구동될때(도 1IB) 얻어지는 도 11A 및 도 11B 의 전류분포도로부터 설명되어질 수 있다. 따라서, 각각의 경우에 구동중인 안테나 주위에 매우 큰 전류가 집중되고, 다른 안테나에는 거의 또는 전혀 흐르지 않음을 알 수 있다.
도 12A와 12B는 두 평형 안테나(10)가 구동 또는 섀시 안테나(100)가 구동될 때의 평균 전류 분포를 예시를 통해 이 결과를 입증하였다.
도 13A와 13B에 도시된 바와 같이, 상기 MIMO 안테나 시스템의 전류 분포의 방향성이 평형 안테나가 구동될 때(도 13A)와 섀시 안테나가 구동될 때(도 13B) 다르다. 이는 두 안테나간의 커플링이 낮은 이유를 설명한다.
본 시뮬레이션이 이상적 구성 요소를 사용하여 계산된 것임을 주목한다. 실제로, 안테나 구조(90)와 도 5의 정합 회로의 통합은 안테나 구조의 효율성 및 이득에 영향을 미칠 것이다. 상기 안테나의 구조(90)가 정합회로에 연결된 후, 상기 섀시 안테나가 총 -5.06 dB의 효율과 -3.072 dB의 실현이득을 갖는 반면에, 상기 평형 안테나가 총 -1.038 dB의 효율과 0.7664 dB 의 실현이득을 갖는 효과가 산출될 수 있다. 그러므로, 이러한 결과는 정합회로의 추가 손실을 반영한다.
도 14A와 14B는 도 1A와 IB의 평형 안테나(10)와 도 9A와 9B의 섀시 안테나(100)를 포함하는 다른 결합 MIMO 안테나 시스템(140)의 정면도와 배면도를 각각 도시한 것이나, 이 경우 상기 섀시 안테나(100)는 기판(12)의 단부보다 측면에 장착된다. 상기 평형 안테나(10)와 비교하면, 이 구성에서 두 안테나간의 최대 허용 분리를 제공하도록, 상기 섀시 안테나(100)는 여전히 기판(12)의 반대 단부(기판의 반대 측면)를 향해 장착된다. 도시된 바와 같이, 안테나들은 기판(12)의 길이를 따라 대략 60 mm의 거리만큼 떨어진다.
위와 같이, Port 1은 상기 평형 안테나(10)에 연결되어 도 5의 회로에 의해 구동되고, Port 2는 대형 커플링 소자(112) (GB0918477.1에서 설명한 타입의 정합 회로에 의해 구동되는)에 연결되고, Port 3은 소형 커플링소자(114)에 연결되어 단순히 50 ohm 부하에 연결되었다.
도 15은 도 5의 정합 네트워크를 통합시키는 평형안테나(10)의 반사 손실이 -22.16 dB 인 반면, 섀시 안테나(100)의 반사손실이 -46.98 dB 인 것을 도시한다. 상기 평형 안테나(10)와 상기 섀시 안테나(100)간의 S12 절연이 약 -22.62 dB 인것도 도 15부터 명백하다.
도 16A와 16B는 제 2 평형 안테나(152)(도 1A와 IB와 동일한)에 도 1A와 IB의 평형 안테나(10)를 포함하는 다른 결합 MIMO 안테나 시스템(150)의 정면도와 배면도를 각각 도시한 것으로, 상기 평형 안테나(10)와 비교하면 기판(12)의 반대 단부를 향해 (상기 기판의 동일 측면상에) 장착되나, 보는 바와 같이 평형 안테나(10)에 직교하도록 배열되어 상측 단부를 따라 위치한다. 도시된 바와 같이, 안테나들은 기판(12)의 길이를 따라 대략 60 mm의 거리만큼 떨어진다.
이 실시예에서, Port 1은 상기 설명한 바와 같이 연결되고, Port 2는 제2 평형 안테나(152)에 연결되고, 도 5에 도시된 회로와 유사한 다른 최적회로에 연결된다.
도 17은 각 안테나가 각각 정합네트워크에 연결될 때의 MIMO 안테나 시스템(150)의 S 매개 변수를 도시한다. 평형안테나(10)의 반사 손실이 -11.12 dB 인 반면, 제2평형 안테나(152)의 반사손실이 -9.52 dB 인 것을 도시한다. 본 실시예에서, 두 평형 안테나간의 S12 절연이 약 -17.65 dB 인 것을 알 수 있다.
도 18A 및 도 18B는 두 평형 안테나들(10)(도 1A와 IB에 관련하여 설명과 동일한) 두 평형 안테나들(10)를 포함하는 또 다른 결합 MIMO 안테나 시스템(160)의 정면도와 배면도를 각각 도시한 것이다. 그러나, 이 특별 실시예에서, 기판(162)은 대략 90x66 mm2의 면적을 갖으며, 셰시 안테나(100)는 상기 기판의 장측면의 중간에 장착되고, 2개의 평형 안테나들은 섀시 안테나(100)로부터 가장 멀리 떨어진 기판의 두 코너 부분에 장착된다. 두 평형 안테나들은 기판(162)의 길이 방향에 대해 대략 45°의 내측으로 경사진 각도로 배열된다. 두개의 평형 안테나(10) 각각은 기판(162)의 짧은 디멘젼을 따르는 방향을 따라 약 30.64 mm 만큼 섀시 안테나(100)로부터 분리되고, 기판(162)의 긴 디멘젼을 따라 약 19.29 mm 만큼 서로 분리되어진다.
이 실시예에서, Port 1과 Port 2는 각각 각 평형 안테나(10)와 각각의 정합회로에 연결되고, Port 3은 섀시 안테나(100)의 대형 커플링 소자(112) (및 그의 최적 병합회로)에 연결된다. 본 실시예에서, 소형 커플링 소자(114)는 개방회로로서 남아 있다.
도 19는 정합네트워크를 포함하는 제1의 평형안테나(10)의 반사 손실이 -28.32 dB 인 반면, 정합 네크워크를 포함하는 제2의 평형 안테나(10)의 반사손실이 -12.14 dB 이고, 정합 네트워크를 포함하는 큰 커플링 소자(112)의 반사손실이 -23.41 dB 인 것을 도시한다. 이들 안테나들의 절연은 두 평형 안테나간에는 약 -10.885 dB, 섀시 안테나와 제2평형 안테나간 그리고 섀시 안테나와 제1평형안테나간에는 16.88 dB 및 -17.07 dB 로 적합함을 보여준다.
도 20은 본 발명의 실시예에 사용할 수 있는 대체 발룬(170)의 회로도이다. 상기 발룬(170)은 실질적으로, Yeh, Liu 및 Chiou 가 "Compact 28-GHz Subharmonically Pumped Resistive Mixer MMIC Using a Lumped-Element High- Pass/Band-Pass Balun', published in IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 15, No.2, February 2005" 에서 설명한 LC 회로를 포함한다.
도시된 바와 같이, 발룬(170)는 고역통과필터 (제1 필터) (172) 및 대역 통과 필터(제2 필터) (174)를 포함한다. 제1(불평형) 포트(Zu)는 T-접합을 통해 상기 고역통과필터(172)와 대역통과필터(174)에 연결된다. 상기 고역통과필터(172)는 하나의 캐패시터(C)와 하나의 인덕터(L) 및 임피던스(Zb1)을 구성하는 출력을 포함한다. 대역 통과 필터(174)는 세개의 인덕터(C)와 두 개의 캐패시터(C) 및 임피던스(Zb2)를 구성하는 출력을 포함한다. 본 실시예에서는, 인덕터(L)은 모두 동일하지만, 대역통과필터(174)에서, 캐패시터들중의 하나(2C 로 표기된 분로(shunt) 캐패시터를 구성하는)는 다른 캐패시터들의 값(C)의 2배임을 알 수 있다.
상기 발룬(170)은 기본적으로 병렬로 연결된 하나의 고역통과필터(172) 및 하나의 대역 통과 필터(174)를 포함하는 위상(out-of-phase) 파워 스플리터임을 주목해야 할 것이다. 상기 발룬(170)은 광대역을 제공할 수 있지만 (그리고 상기에서 설명한 발룬(50)보다 적은 구성요소로 구비하여 작은 손실을 초래하는), 실제로, 상기 발룬(170)은 두 불평형 출력(Zb1, Zb2)간에 180도 이하의 위상차를 제공할 수 있다. 그러므로, 180도의 위상차를 필요로 하는 실시예들에서는 도 2에 도시된 타입의 발룬을 채용하는 것이 좀더 편리하고, 180도의 위상차가 필요하지 않은 실시예들에서는 도 20에 도시된 타입의 발룬을 채용하는 것이 좀더 편리하다.
발명의 실시예에서 발룬(170)을 채용하여 각 제1 및 제2 정합회로용으로 하나의 발룬(170)만의 구성 및 2개의 구성만을 채용하므로써 470 내지 2200MHz의 원하는 튜닝 범위를 얻을 수 있음을 발견하였다. 이로써, 도5의 실시예와 비교하면, 좀더 간단한 회로를 채용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평형 안테나 시스템(200)은 도 21A 내지21C에 도시된다. 상기에서 설명한 바와 같이, 평형 안테나 시스템(200)은 하기에서 좀더 상세히 설명하는 바와 같이 재구성이 가능하고, 휴대 전화, 노트북이나 PDA와 같은 휴대용 제품에 사용을 위해 설계된다.
평형 안테나 시스템(200)은 대략 110mm의 길이 (L1), 대략 40mm의 폭(W), 대략 5mm의 두께 H를 갖는 마이크로웨이브 기판 202(예를 들어, 인쇄 회로 기판, PCB)상에 구비되어 통상적인 이동 전화에 용이하게 수용될 수 있다.
도 21C에 최적으로 도시된 바와 같이, 제1 방사 소자(204)는 상기 기판(202)의 제1 면(206)상의 제1 단부(208)에 구비된다. 상기 제1 방사 소자(204)는 실질적으로 상기 제1 단부(208)를 향해 상기 기판(202)의 절반에 위치하고, 그의 개방측면(212)이 상기 제1 단부(208)의 중앙 영역을 향해 내측으로 대향하도록 배열되는(orientated) 실질적인 L-자형 제1 스트립층으로 구성된다. 짧은 연료선(214)은 상기 기판(202)의 중심에 가장 가까운 제1 방사 소자(204)의 시작점에 구비되어 기판(20)의 길이를 따라 연장된다.
실질적으로 상기 제1 방사 소자(204)와 유사한 제2 방사 소자(216)는 역시 기판(202)의 제1 면(206)에 구비되어 상기 기판(202)의 상기 제1 단부(208)의 인접한 절반에 위치한다. 그러므로, 상기 제2 방사 소자(216)는 그의 개방측면(220)이 역시 상기 제1 단부(208)의 중앙 영역을 향해 내측으로 대향하도록 배열되는(orientated) 실질적인 L-자형 제2 스트립층으로 구성된다. 그러므로, 상기 제2 방사 소자(216)은 상기 제1 방사 소자의 대향하는 방향에서 배열된다(orientated). 짧은 연료선(222)은 다시 상기 기판(202)의 중심에 가장 가까운 제2 방사 소자(216)의 시작점에 구비되어, 상기 기판(202)의 길이를 따라 연장된다.
갭(224)은 상기 제1 및 제2 방사 소자들(204, 216)의 각 연료선들(214, 222)사이 그리고 제1 및 제2 스트립들의 각 단부들(226)사이에 구비된다. 따라서, 제1 및 제2 방사 소자들(204, 216)은 큰 쌍극자 안테나(227)를 형성한다. 도 21C에 도시된 본 실시예에서, 제1 및 제2 방사 소자들(204, 166)은 기판(202)의 길이를 따라 대략 70mm 연장되는 장측면(l1)과 기판(202)의 폭을 따라 대략 19mm 연장되는 단측면(l2)를 갖는다. 제1 및 제2 스트립들 각각의 폭(w)은 대략 1mm 이고, 갭(224, d)는 대략 2mm 정도이다. 연료선들(214, 222) 각각은 대략 10mm의 길이(l3)를 갖는다.
도 21B에 도시된 바와 같이, 접지면(218)은 상기 제1 면(206)에 대향하는 기판(202)의 제2 면(230)에 구비된다. 상기 접지면(208)은 실질적으로 직사각형이고, 그의 제2 단부(232)로부터 연료선들(214, 222)의 자유단에 실질적으로 대향하는 위치까지의 기판(202)의 전 표면을 실질적으로 차지한다. 상기 접지면(228)은 대략 100 mm 의 길이(L2)를 가지고, 상기 기판(202)의 전체 폭(W)에 걸쳐 연장된다.
상기 평형 안테나 시스템(200)은 역시 제1 및 제2 방사 소자들(204, 216)에 연결되는 발룬 및 두 정합회로를 구비하지만, 명료함을 위해 도 21A 내지 도 21C 에는 도시되지 않았으며, 접지면(228)에 대향하는 기판(202)의 제1 면(206)에 구비될 수 있다.
도 22는 도 21A 내지 도 21C의 안테나(200)용으로 적합한 발룬(240) 및 정합회로 배열(250)의 회로도이다. 발룬(240)은 불평형 신호(Zu)를 분기하는 T-접속(242)로부터 분기들에 병렬로 연결되는 하나의 인덕터(L5, 1nH) 및 하나의 캐패시터(C3, 0.1pF)를 포함한다. 정합회로 배열(250)은 발룬(240)의 인덕터(L5)에 연결되고 실제로 제1 방사 소자(204)의 연료선(214)으로 피드되는 평형신호(Zb1)에서 종료되는 제1 정합회로(252)와, 발룬(240)의 캐패시터(C3)에 연결되고 실제로 상기 제2방사 소자(216)의 연료선(222)으로 피드되는 평형신호(Zb2)에서 종료되는 제2 정합회로(254)를 포함한다. 제1 및 제2 정합회로들(252, 254) 각각은 인덕터(L3, L4) (각각 3.5nH), 캐패시터(C1, C2) (각각 10pF), 및 제4 2인덕터(L1, L2) (각각 9.4nH)를 포함한다. 각각의 경우, 캐패시터(C1, C2)는 10pF 부터 0.2pF 까지 가변가능한 버랙터로 대체될 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 정합 회로들(252, 254) 및 발룬(240)의 통합이 평형 피드(feed) (Zb1, Zb2)를 필요한 동작 주파수내에서 불평형 피드(Zu)로 전달하기 위해 약 180 °의 필요한 위상차를 생성하기 위해 최적화될 수 있다.
도 24는 도 22의 회로에 의해 공급될 때 대형 평형 안테나(200)용 주파수에 대한 시뮬레이션된 반사 계수를 도시한 것이다. 좀더 구체적으로, 평형 안테나는 동시에 세 개의 공명을 제공하도록 구성되고, 정합 회로 배열(250)에서 버랙터는 (C1 및 C2로 나타낸)은 6dB 이상의 반사 손실을 유지하면서, 저대역 (700MHz 부터 1010MHz), 중 대역 (1620MHz 부터 2490MHz), 및 고 대역 (2740MHz 부터 3000MHz)을 포함하도록 세 개의 공진 주파수를 이동시키도록, 10pF 부터 0.2pF로 가변될 수 있다. 따라서, 본 안테나 구조(200)는 실제 구성요소의 손실을 고려하더라도, 필요한 동작 대역내에서 고효율을 제공할 수 있다. 또한, 안테나 구조의 최적화, 또는 다른 정합회로의 추가는 관심있는 나머지 주파수 대역을 포함하도록 사용될 수 있다.
도 25A, 25B 및 25C는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단일 튜닝가능한 공진 주파수를 갖는 재구성가능한 평형 쌍극자 안테나(300)를 도시한 것이다. 평형 안테나(300)는 2.33의 유전율, 0.0009의 손실 탄젠트, 1.143mm의 두께, 대략 114mm의 길이(L1), 및 대략 40mm 의 폭(W)을 갖는 마이크로 웨이브 기판(302), 즉 Taconic TLY-3-0450-C5 상에 구비된다. 안테나(300)는 기판(302)의 제1 단부(306)에 장착되고, 약 40mm X l4mm의 전체 면적을 차지하도록 기판(302)의 폭(W)에 걸쳐 실질적으로 확장하는 2개의 금속 방사소자들(304)를 포함한다. 방사 소자들(304)는 0.01778mm의 금속 두께를 가지고, 예를 들어 스페이서(미도시)를 이용하여 기판(302) 상부의 5mm의 높이(H)에 장착된다. 따라서, 안테나(300)는 통상적인 휴대 전화에 용이하게 수용될 수 있다.
도 25B에 도시된 바와 같이, 금속 접지면(307)이 기판(302)의 배면상에 구비된다. 접지면(307)은 100 X 40mm2의 면적을 점유하고, 방사 소자(304)가 배치되는 영역의 단부에 대향하는 위치에서 종료된다.
방사 소자들(304)은 2 mm의 갭(d)이 각 방사 소자들(304)사이에 제공되도록 기판(302)의 중앙의 횡축의 각 측면에 대칭적으로 배열된다. 각 방사 소자(304)는 실질적으로 직사각형으로 형성되나, L-자형 컷-아웃(308)은 제1 단부(306)에 인접하게 배열되어, 각 직사각형의 내측 부분(310)이 제1 단부(306)에서 미싱(missing)되며, 내측 부분(310)의 미싱부분부터 상기 기판(202)의 단부에 인접하지만 이격된 위치까지 확장되는 횡방향 슬릿(312)이 상기 제1 단부(306)로부터 짧은 거리로 제공된다. 연료선(315)은 방사 소자들(304)을 하기에서 설명될 제어회로에 연결하기 위해, 상기 제1단부(306)에 대향하는 단부에서, 방사소자들(304) 각각의 내측 단부에 인접하여 구비된다. 평형 안테나(300)의 모든 특징의 디멘젼은 하기의 표 3에 주어진다.
도 25A 내지 도 25C에 도시된 안테나의 디멘젼들
H 5 mm W4 12 mm
W 40 mm W5 14 mm
L1 114 mm l1 2 mm
L2 100 mm l2 10 mm
W1 14 mm l3 2 mm
W2 5 mm l4 2 mm
W3 17 mm l5 12 mm
도 26은 도 25A 내지 도 25C의 안테나용 발룬(320) 및 정합 회로(322)를 포함하는 회로도를 도시한 것이다. 실제로, 상기 발룬(320)과 정합회로(320)는 접지면(307)에 대향하는 상기 기판(302)상에 구비되어, 상기 연료선들(315)을 통해 방사 소자들(304)에 연결된다. 이 실시예에서, 상기 발룬(320)은 병렬 연결된 10.4 nH의 인덕터와 1.9pF의 캐패시터를 포함한다. 상기 정합회로(322)는 각각 발룬(320)의 분기와 각 방사 소자(304)사이에 연결되는 2개의 동일 회로들을 포함하며, 최대 10pF 까지의 버랙터(C1)와 병렬로 연결되고 차례로 41nH의 인덕터와 직렬로 연결된 1.3nH의 인덕터를 포함한다.
도 27에 도시된 바와 같이, 10pF부터 0.1pF까지 도 26의 버랙터(C1)을 가변시킴으로써, 적어도 6dB 반사손실을 갖고, 대략 700MHz 부터 2434MHz 까지 안테나(300)의 주파수를 튜닝할 수 있다. DVB-H 대역 또는 2500MHz 이상의 경우, 정합회로가 더 제공될 수 있다. 이에 따라, 안테나(300)는 회로의 집중소자들(lumped elements)상의 높은 소모손실(dissipated loss) 및 700 MHz와 같은 저주파수에서 낮은 효율을 갖지만, 그의 크기는, 예를 들어, 휴대전화시계와 같은 소형 단말기의 MIMO 어플리케이션에 적합하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 도 21A 내지 도 21C에 도시된 구조와 동일하고 하기의 표 4의 상세 디멘젼들을 갖는 재구성 가능한 안테나가 제공된다.
도 21A 내지 도 21C에 도시된 안테나의 디멘젼들
H 5 mm L1 12 mm
W 40 mm L2 100 mm
l1 50 mm l2 19 mm
l3 10 mm d 2 mm
W 1 mm - -
따라서, 안테나는 1mm 트랙 폭, 0.01778 mm의 금속 두께 및 50mm X 40mm 의 크기를 갖는 L-자형 쌍극자 암을 포함하고, 110 X 40mm2의 전체 크기와 100 X 40mm2 의 접지면 크기를 갖는다. 안테나는 마이크로 웨이브 기판물질, 2.33의 유전율, 0.0009의 손실 탄젠트, 및 1.143 mm의 두께를 갖는 Taconic TLY-3-0450-C5상에 구성된다.
도 28은 상기 설명한 안테나의 회로도를 도시한 것이다. 이 회로는 접지면(228)에 대향하는 기판(202)상에 제공되고 연료선(214, 222)를 거쳐 방사 소자(204, 216)에 연결된 발룬(330) 및 병합회로(332)를 포함한다. 이 실시예에서, 발룬(330)은 병렬 연결된 12nH의 인덕터와 2pF 캐패시터를 포함한다. 상기 정합 회로(332)는 각각 발룬 (330)의 분기와 방사 소자들(204, 216)중 하나 사이에 연결된 두 개의 동일한 회로를 포함하고, 10 pF 까지의 버랙터(C1)와 병렬로 연결되고 차례로 26 nH의 인덕터와 직결로 연결된 7.3 nH의 인덕터를 포함한다.
도 29에 도시된 바와같이, 10 pF부터 0.1 pF까지 도 28의 버랙터(C1)을 가변시킴으로써, 적어도 6dB 반사손실을 갖고, 633 MHz 부터 3000 MHz 이상 동시에 포함하도록 세개의 개별 주파수를 튜닝할 수 있다. 좀더 구체적으로, 648 MHz 부터 1616 MHz 까지의 저 대역 공진 주파수, 1704 MHz 부터 2560 MHz 까지의 중 대역 공진 주파수, 및 2280 MHz부터 3000 MHz 까지의 고 대역 공진 주파수를 6dB 이상의 반사 손실을 유지하면서 튜닝할 수 있다. DVB-H 대역의 경우, 정합회로들이 더 채용될 수 있다. 따라서, 집중 소자들 및 기판의 약간의 소모 손실에도 불구하고, 저주파수들에서 낮은 효율을 초래하여, 예외적인 튜닝 범위가 특별히 저손실 물질로 구성되는 소형 단말기에서 MIMO 어플리케이션에 적합한 이 안테나를 만든다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 재구성 가능한 평형 안테나(400)의 정면도 및 배면도를 도시한 것이다. 상기 안테나(400)는 상기에서 설명하고 도 21A 내지 도 21C에 도시된 안테나와 유사하지만, 하기 표 5의 상세 디멘젼들을 갖는다.
도 30에 도시된 안테나의 디멘젼들
H 5 mm L1 12 mm
W 40 mm L2 100 mm
l1 70 mm l2 19 mm
l3 10 mm d 2 mm
W 1 mm - -
따라서, 상기 안테나(400) 는 1 mm 트랙 폭, 0.01778 mm의 금속 두께 및 70mmx40mm 의 크기를 갖는 L-자형 쌍극자 방사 소자들(404)을 포함하고,110 X 40 mm2의 전체 크기와 100 X 40 mm2 의 접지면 크기를 갖는다. 안테나는 마이크로 웨이브 기판물질(402), 2.33의 유전율, 0.0009의 손실 탄젠트, 및 1.143 mm의 두께를 갖는 Taconic TLY-3-0450-C5상에 구성된다. 포트(408)은 적합한 회로를 통해 방사 소자들(404)를 구동하기 위한 접지면(406)상에 구비된다.
도 31은 상기 안테나(400)의 회로도를 도시한 것이다. 이 회로는 접지면(406)(그러나, 포트(408)을 통해 구동가능한)에 대향하는 기판(402)상에 제공되고 연료선를 거쳐 방사 소자(404)에 연결되는 발룬(410) 및 병합회로(412)를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 발룬(410)은 병렬 연결된 13.2 nH의 인덕터와 2.3 pF 캐패시터를 포함한다. 상기 정합 회로(412)는 각각 발룬 (410)의 분기와 방사 소자들(404) 중 하나 사이에 연결된 두 개의 동일한 회로를 포함하고, 최대 10 pF 까지의 버랙터(C1)와 병렬로 연결되고 차례로 9.4 nH의 인덕터와 직결로 연결된 1.9 nH의 인덕터를 포함한다.
도 32에 도시된 바와 같이, 10 pF부터 0.28 pF까지 도 31의 버랙터(C1)을 가변시킴으로써, 적어도 6dB 반사손실을 갖고, 705 MHz 부터 3000 MHz 이상 동시에 포함하도록 세 개의 개별 주파수를 튜닝할 수 있다. 좀더 구체적으로, 705 MHz 부터 951 MHz 까지의 저 대역 공진 주파수, 1692 MHz 부터 2457 MHz 까지의 중 대역 공진 주파수, 및 2826 MHz부터 3000 MHz 까지의 고 대역 공진 주파수를 6dB 이상의 반사 손실을 유지하면서 튜닝할 수 있다. 그러므로, 이상적인 구성요소들을 이용한 시뮬레이션 결과들은 안테나(400)가 3개의 대역 행동(behavior)을 가짐을 보여준다. 저 대역은 LTE700, GSM850 및 EGSM900 을 포함하여 튜닝할 수 있고, 중 대역은 PCN, GSM 1800, GSM 1900, PCS, 및 UMTS을 포함하도록 튜닝할 수 있기 때문에, 저 대역 및 중 대역은 대부분의 기존의 셀룰러 서비스를 포함할 수 있다. 출원인들은 실제 구성요소들의 결합은 684 MHzd에서 적어도 -3.77 dB의 효율을 제공함을 발견하였다. 그러므로, 안테나(400)는 본 발명의 일부 실시예들과 연관될 수 있는 저주파수에서의 저효율 문제를 해결할 수 있음을 믿어진다.
도 33A 및 도 33B는 본발명의 실시예에 따른 다중 입력 다중 출력 (MIMO) 어플리케이션들에 적합한 다른 평형 안테나의 정면도 및 배면도를 각각 도시한 것이다. 안테나(500)는 기본적으로 도 9A 및 도 9B에 도시되어 설명된 2-포트 섀시 안테나(100)와 결합된 도 30의 안테나(400)를 포함한다. 따라서, 2-포트 섀시 안테나(100)는 GB0918477.1에서 자세히 설명한 타입으로서, 동시 듀얼 밴드 동작 할 수있는 1쌍의 비공진 커플링 소자(112, 114)를 포함한다.
MIMO 안테나(500)는 118x40 mm2의 전체 크기를 가지며, 100x40 mm2 의 접지면 (502)을 갖는다. 섀시 안테나(100)는 40 X 4 X 7 mm3의 작은 볼륨을 점유하고 방사 소자(404)가 배치된 단부에 대향하는 기판(402)의 타단으로부터 떨어져 장착된다. 도 33A에 도시된 바와 같이, 방사 소자(404)는 기계적인 지지를 제공하기 위해, 방사 소자 (404) 자체보다 넓게 그리고 긴 추가 U-자형의 기판(504) 상에 구비된다. 평형 안테나 소자(400) 및 섀시 안테나(100)의 커플링 소자들(112, 114)은 Rohacell ™ 재료에 의해 제공된다. 제1 포트(Port 1)는 적절한 회로를 통해 방사 소자(404)를 구동하기 위한 접지면(502)을 통해 제공된다. 마찬가지로, 제2 포트(Port 2)는 커플링 소자(112)를 구동하기 위한 접지면(502)의 제2 단부를 통해 제공된다.
도 34는 각 포트들과 각 방사 및 커플링 소자들(404, 112, 114)사이에 구비된 소자들의 회로도를 도시한다. 따라서, 평형 안테나(400)의 경우, Port 1는 병렬로 연결된 13nH의 인덕터와 3pF의 캐패시터를 포함하는 발룬 (510)에 연결된다. 발룬(510)의 각각의 암은 동일한 정합 회로(512)를 통해 방사 소자들(404)중 하나에 연결된다. 각 정합 회로(512)는 10pF 까지의 버랙터(C1)와 병렬 연결되고 차례로 5.6nH의 인덕터와 직렬 연결된 1.9nH의 인덕터를 포함한다. 섀시 안테나(100)의 경우, 제1 L-네트워크 정합 회로(514)는 Port 2와 커플링 소자(114) 사이에 연결되고, 제2 L-네트워크 정합회로(516)는 Port 3과 커플 링 소자(112) 사이에 연결된다. 제1 정합 회로(514)는 10pF 까지의 버랙터(C2)과 병렬 연결되고 차례로 27nH의 인덕터와 직렬 연결된 5.1nH의 병렬 인덕터를 포함한다. 제2 정합 회로(516)는 10pF 까지의 버랙터(C3)과 병렬 연결되고 차례로 2nH의 인덕터와 직렬 연결된 2.4nH의 병렬 인덕터를 포함한다.
MIMO 안테나(500)는 CST Microwave Studio® 로 시뮬레이션되었고 안테나의 주파수 응답을 나타내는 s4p 파일은 Applied Wave Research 의 Microwave Office 를 사용하여 각 정합 회로에 대한 상기의 최적의 구성 요소 값을 결정하는 데 사용되었다.
안테나(500)도 0V 내지 15V 에 대해 0.409pF 부터 15.435pF(상기 설명한 범위보다 넓은) 가변되는 캐패시턴스를 갖는 MV34003-150A의 타입인 네개의 버랙터 다이오드를(C1, C1, C2, C3)로 입증되었다. 10KΩ의 저항과 결합된 dc 바이어스선은 양의 전압을 공급하는 각 버랙터의 양극에 부착된다. 저항은 dc 선에 나타나는 잔여 RF 신호를 감쇠를 위해 채용되었다. 음의 전압은 Mini-Circuits®의 bais-teeZX85-122G-S+를 이용하여 SMA 콘넥터(즉, 50 ohm의 임피던스를 갖는 동축 RF 콘넥터)의 내부 도체로부터 공급되었다.
도 35는 도 34의 회로에서 버랙터가 대략 15.4pF 부터 0.4pF까지 가변될 때 주파수에 대하여 측정된 반사 계수를 도시한다. 따라서, 안테나(500)가 3 개의 동시 대역에서 동작할 수 있음을 알 수 있다. 섀시 안테나(100)의 Port 2 및 3은 측정하는 동안 개방회로였다. 버랙터의 전압은 0V부터 15V까지 가변되고, 그 결과 공진 주파수는 6dB 이상의 반사 손실을 유지하면서, 저대역의 경우 646 MHz 부터 848 MHz까지, 중 대역의 경우 1648 MHz 부터 2074 MHz 까지, 고 대역의 경우 2512MHz 부터 3000 MHz 까지 가변된다. 하기의 표 6은 버랙터의 전압이 0V 부터 15V까지 가변될 때 섀시 안테나 (100)의 두 포트에 대해 측정된 반사 계수를 보여준다. 각 포트에서의 측정을 하는 동안 다른 두 포트가 개방 회로가 남아있다. 평형 안테나(400)와는 달리, 섀시 안테나(100)의 각 포트는 하나의 공진을 구동한다. 각 포트의 주파수는 각각 597 MHz 부터 1124 MHz까지 및 1586 MHz부터 2332 MHz까지 각각 가변된다. 따라서, 안테나(500)는 646MHz 부터 848 MHz까지 및 1648 MHz 부터2074 MHz까지MIMO 동작을 제공한다. 버랙터의 캐패시턴스 튜닝 범위가 넓어진 경우, 주파수 튜닝 범위가 증가될 수도 있을 것이다.
Port 2와 3에 대한 다양한 주파수에서의 순간(instantaneous) 대역폭은 표 6에 나타나있다. 동일한 주파수에 대한 Port 1의 대역폭도 나타나있다. 이들 중 최소는 순간 MIMO 대역폭을 나타낸다. Port 2 는 Port 3보다 훨씬 좁은 대역폭을 제공하는 것을 알 수 있다. 표 6은 최소 MIMO 대역폭이 14 MHz(771 MHz의 중심 주파수에서)이고 최대 MIMO 대역폭(1812 MHz의 중심 주파수에서) 93 MHz의 것을 나타낸다.
버랙터가 0V 부터 15V 까지 가변될 때 Port2 및 3(섀시 안테나)의 측정된 반사계수들
전압
(V)		 주파수
(MHz)		 반사계수
(dB)		 대역폭@
6dB(MHz)		 동일 주파수에서
Port 1의 대역폭
Port 2 0 597 -19.72 39 -
1 644 -21.30 42 17
3.5 771 -32.71 34 14
7 921 -18.32 44 -
12 1075 -12.03 41 -
15 1124 -10.62 35 -
Port 3 0 2586 -21.60 236 -
1 1631 -25.97 289 73
3.5 1812 -15.87 233 93
7 2067 -18.41 224 61
12 2300 -25.11 204 -
15 2332 -23.91 189 -
하기의 표 7은 MIMO 안테나(500)에 대한 측정된 S 파라미터를 제공한다. 이들 결과로부터 S21가 모든 대역에서 적어도 15dB이기 때문에 절연이 양호함이 명백하다.
도 33A-B의 MIMO 안테나용 측정된 S 파라미터들, *: 평형 안테나의 버랙터에 대한 인가전압
전압(V) 포트들 주파수(MHz) S11(dB) S22(dB) S21(dB)
0* & 1.3+ 1 & 2 646 -16.85 -32.14 -20.15
1.72* & 2.53 + 1 & 2 710 -16.25 -27.21 -17.17
6.85 * & 5.6 + 1 & 2 850 -10.85 -36.53 -18.25
0* & 1.1 + 1 & 3 1645 -14.62 -25.36 -26.57
1.9* & 2.1+ 1 & 3 1710 -16.01 -18.71 -25.40
12* & 6.4 + 1 & 3 2050 -13.09 -14.54 -15.58
도 36은 도 33B의 안테나와 유사한 도면이나, 접지면(502)이 Port 1 주위에 U-자형 슬롯(520)을 구비하도록 변형되었다. 특정 어플리케이션의 경우, MIMO 안테나(500)는 주전송 및 수신안테나(예를 들어 새시 안테나)의 경우 적어도 -4.5 dB의 총 효율을 갖고 제2 수신 안테나(예를 들어 평형 안테나)의 경우 -5.5 dB의 총 효율을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 도 33A와 33B에 따른 평형 안테나(400)와 통합될 때 섀시 안테나(100)의 실현 이득이 저주파수에서 적어도 5 dB의 감소있음을 알 수 있었다. 이 문제를 해결하기 위해, 출원인은 도 36에 도시된 바와 같이, 평형 안테나(400)와 섀시 안테나(100)의 정합회로들을 접지면(502)에 슬롯(502)을 도입하여 절연시키는 것을 제안했다.
하기의 표 8은 도 36에 도시된 바와 같이, 슬롯(502)를 포함하는 MIMO 안테나(500)에 대한 시뮬레이션 반사 계수, 방사 효율, 총 효율, 및 실현 이득을 나타낸다. 본 실시예에서, 섀시 안테나(100)의 실현 이득은 687 MHz에서 -7.89dB이므로, 다른 매개 변수에 영향을 주지 않고 단순히 슬롯(520)을 포함하여, 6.28dB (79.6 %)만큼 향상되었다.
도 36의 안테나에 대한 시뮬레이션 반사 계수, 방사 효율, 총 효율, 및 실현 이득
평형 안테나 섀시안테나
평형 안테나용 캐패시터 주파수
(MHz)		 시뮬레이션 반사효율
(dB)		 시뮬레이션 방사효율
(dB)		 시뮬레이션 총효율
(dB)		 시뮬레이션 실현이득
(dB)		 시뮬레이션 반사효율
(dB)		 시뮬레이션 방사효율
(dB)		 시뮬레이션 총효율
(dB)		 시뮬레이션 실현이득
(dB)		 시뮬레이션 절연
(dB)

10pF
 687 -20.16 -3.34 -3.38 -2.10 -12.92 -3.36 -3.59 -1.61 -48.92
1722 -12.64 -1.24 -1.70 1.80 -10.01 -0.45 -0.70 4.49 -28.99
- - - - - - - - - -
본 발명의 실시예는 넓은 주파수 범위(예를 들어 646MHz 부터 300MHz)에 대해 튜닝이 가능하고 양호한 안테나 절연을 갖는 MIMO 안테나 구조에 다른 안테나와 함께 통합될 수 있는 재구성 가능한 평형 안테나를 제공할 수 있음이 명백하다. 평형 안테나는 DVB-H, GSM710, GSM850, GSM900, GPS1575, GSM1800, PCS1900, 및 UMTS2100로 알려진 기존의 셀룰러 서비스를 포함할 수 있으며, MIMO 어플리케이션, 특히 이동 소자들, 노트북, 및 PDA 들과 같은 소형 단말기에서 이상적인 후보자이다.
다양한 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 상기 실시예에 대해 행하여짐은 당업자에 자명할 것이다. 특히, 하나의 실시예와 관련하여 설명된 특징들은 역시 다른 실시예에 통합될 수 있다.

Claims (47)

  1. 통합된 정합 회로와 발룬(balun)에 연결된 라디에이터를 포함하는 평형 안테나 시스템에 있어서,
    상기 라디에이터는 각각이 피드 라인을 포함하는 제1 방사소자와 제2 방사소자를 포함하고,
    상기 정합 회로는 입력과 출력을 가지는 제1 임피던스 정합회로와, 입력과 출력을 가지는 제2 임피던스 정합회로를 포함하고,
    상기 발룬은 제1 및 제2 평형 신호들의 입력을 위한 제1 및 제2 입력들, 상기 제1 및 제2 평형 신호들을 단일 불평형 신호로 변환하기 위한 회로, 및 상기 불평형 신호의 출력을 위한 단일 출력을 포함하고,
    상기 제1 방사소자의 피드 라인은 상기 제1 임피던스 정합 회로의 입력에 연결되고, 상기 제2 방사소자의 피드 라인은 상기 제2 임피던스 정합 회로의 입력에 연결되고,
    상기 제1 임피던스 정합 회로의 출력은 상기 발룬의 상기 제1 입력에 연결되고, 상기 제2 임피던스 정합 회로의 출력은 상기 발룬의 상기 제2 입력에 연결되고,
    상기 제1 및 제2 임피던스 정합 회로들과 상기 발룬은 통합되고(integrated), 상기 안테나 시스템의 동작 대역폭에서 상기 제1 및 제2 방사소자들의 피드 라인들 사이에서 180°위상차를 제공하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발룬은 RF 신호를 상쇄 또는 억제하여 불평형 신호들을 평형신호들로 전환하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발룬은 전류(current) 발룬, 동축(coax) 발룬, 또는 슬리브(sleeve) 발룬 중에서 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발룬은 임피던스 변환을 위한 광대역 LC 발룬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발룬은 제1 필터와 제2 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 정합회로는 상기 제1 필터와 상기 제1 방사소자 사이에 제공되고, 상기 제2 임피던스 정합회로는 상기 제2 필터와 상기 제2 방사소자 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발룬은 상기 제1 필터로 구성된 고역 통과 필터와 상기 제2 필터로 구성된 저역 통과 필터를 포함하고,
    상기 고역 통과 필터와 상기 저역 통과 필터가 T-접합(T-junction)으로부터 분기들에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발룬은 상기 제1 필터로 구성된 고역 통과 필터와 상기 제2 필터로 구성된 대역 통과 필터를 포함하고, 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 발룬은 상기 제1 필터로 구성된 고역 통과 필터와 상기 제2 필터로 구성된 저역 통과 필터를 포함하고,
    상기 고역 통과 필터와 상기 저역 통과 필터가 T-접합(T-junction)으로부터 분기들에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터, 또는 상기 저역 통과 필터, 또는 상기 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터는 하나 또는 그 이상의 인덕터 또는 커패시터를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터는 직렬로 연결된 하나 또는 그 이상의 커패시터와, 인덕터가 없거나 병렬로 연결된 하나 또는 그 이상의 인덕터를 포함하고,
    상기 저역 통과 필터는 직렬로 연결된 하나 또는 그 이상의 인덕터와, 커패시터가 없거나 병렬로 연결된 하나 또는 그 이상의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    제2 고역 통과 필터, 또는 제2 저역 통과 필터, 또는 제2 고역 통과 필터 및 제2 저역 통과 필터가 상기 발룬에 연결되고,
    상기 고역 통과 필터, 또는 상기 저역 통과 필터, 또는 상기 고역 통과 필터 및 상기 저역 통과 필터 대신에 상기 제2 고역 통과 필터, 또는 상기 제2 저역 통과 필터, 또는 상기 제2 고역 통과 필터 및 상기 제2 저역 통과 필터가 활성화될 수 있도록 적어도 하나의 스위치가 제공되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 고역 통과 필터, 또는 상기 제2 저역 통과 필터, 또는 상기 제2 고역 통과 필터 및 상기 제2 저역 통과 필터는 L-C 회로를 포함하고, 상기 제2 고역 통과 필터는 직렬로 연결된 3개의 커패시터와 병렬로 연결된 2개의 인덕터를 포함하고, 상기 제2 저역 통과 필터는 직렬로 연결된 3개의 인턱터와 병렬로 연결된 2개의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 발룬은 상기 제1 필터로 구성된 고역 통과 필터와 상기 제2 필터로 구성된 대역 통과 필터를 포함하고, 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 정합회로, 또는 상기 제2 임피던스 정합회로, 또는 상기 제1 임피던스 정합회로 및 상기 제2 임피던스 정합회로는 상기 제1 방사소자, 또는 상기 제2 방사소자, 또는 상기 제1 방사소자 및 상기 제2 방사소자 각각이 서로 다른 주파수로 동조(tuned)될 수 있도록 재구성 가능한 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 정합회로, 또는 상기 제2 임피던스 정합회로, 또는 상기 제1 임피던스 정합회로 및 상기 제2 임피던스 정합회로는 가변 커패시터로 구성된 L-C 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 정합회로, 또는 상기 제2 임피던스 정합회로, 또는 상기 제1 임피던스 정합회로 및 상기 제2 임피던스 정합회로는 제1 인덕터, 커패시터, 및 제2 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 인덕터는 상기 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 제2 인덕터는 상기 커패시터와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 인덕터는 접지면(ground plane)에 연결되고, 상기 커패시터는 조정 가능한(tunable) 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    적어도 하나의 대체 가능한 구성요소(alternative component)가 상기 제1 임피던스 정합회로, 또는 상기 제2 임피던스 정합회로, 또는 상기 제1 임피던스 정합회로 및 상기 제2 임피던스 정합회로에 포함되도록 제공되고, 적어도 하나의 스위치는 상기 적어도 하나의 대체 가능한 구성요소가 다른 구성요소 대신 활성화될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사소자는 U 자형의 제1 스트립(strip)으로 구성되고, 기판의 제1면(side)에서 상기 기판의 상기 제1면의 제1 단부(end)까지 제공되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 U 자형의 스트립은 상기 기판의 상기 제1 단부의 절반에 위치하고, 상기 U 자형의 스트립의 개방 단면이 상기 제1 단부의 중심 영역을 향해 안쪽으로 향하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 피드 라인은 상기 기판의 중심에 가장 가까운 상기 U 자형의 스트립의 시작점에 구비되어 상기 기판의 길이 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제2 방사소자는 상기 제1 방사소자와 유사하고, 상기 제2 방사소자는 상기 기판의 상기 제1 단부에 구비되는 U 자형의 제2 스트립을 포함하고, 상기 U 자형의 제2 스트립은 상기 기판의 상기 제1 단부의 인접한 절반부에 배열되고, 상기 U 자형의 제2 스트립의 개방 단면이 상기 제1 방사소자에 포함된 상기 U자형의 스트립의 개방 단면을 향하도록 상기 제1 방사소자에 대향하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 방사소자들의 상기 피드 라인들 사이 및 상기 제1 및 상기 제2 스트립들의 단부들 사이에 갭이 제공되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 기판의 제2 단부에 제공되고 상기 제1 단부에 대향하는 접지면이 제공되는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
  27. 제1항의 평형 안테나 시스템; 및
    적어도 하나의 추가 안테나를 구비하는 MIMO 어플리케이션용 안테나 구조.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 안테나는 평형 또는 불평형 안테나를 포함하고, 재구성 가능한 것을 특징으로 하는 안테나 구조.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 평형 안테나 시스템은 기판의 제1 단부에 위치하고, 상기 적어도 하나의 추가 안테나는 상기 기판의 제2 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 안테나는 서로 결합된 2개 또는 그 이상의 방사 소자들 및 각 방사소자의 주파수 대역의 독립적인 튜닝을 위한 2개 또는 그 이상의 임피던스 정합회로들을 포함하는 재구성 가능한 안테나로 구성되며, 각 방사소자는 구동상태, 플로팅 상태, 및 접지 상태 각각의 상태에서 선택적으로 동작하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 평형 안테나 시스템은 접지면에 슬롯을 제공하여 상기 적어도 하나의 추가 안테나로부터 절연되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 통합된 정합 회로와 발룬은 상기 안테나 시스템의 동작 대역폭에 걸쳐 서로 다른 주파수에 대해 상기 통합된 정합 회로와 발룬을 능동적으로 재구성하는 적어도 하나의 가변 임피던스 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형 안테나 시스템.
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