KR101965026B1 - 접지면 개구를 가지는 다중대역 모노폴 안테나 장치 - Google Patents

접지면 개구를 가지는 다중대역 모노폴 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

금속성 접지면(metallic ground plane)에 결합된 모노폴 안테나(monopole antenna)는 상기 모노폴의 무선 주파수(RF) 빔을 조종하기 위해 사용되는 개구들(apertures)을 포함한다. 상기 개구들은 상기 모노폴 안테나를 구동하는 데 사용되는 상기 RF 신호의 파장에 기초한 길이, 폭, 및 상기 모노폴에서의 거리를 가질 수 있다. 상기 개구는 상기 개구 근방의 금속성 접지면의 단락부들(short portions)일 수 있는 PIN 다이오드 등의 하나 이상의 선택적인 기기들과 결합될 수 있다. 상기 금속성 접지면의 단락된 부분들은 상기 모노폴 방사 패턴의 조종을 가능하게 한다. 회로판 금속성 접지면은 단일 모노폴 안테나로부터 상이한 RF 신호 주파수들을 도파(direct)하기 위해 다수의 개구들을 포함할 수 있다. 다수의 모노폴 안테나들은 무선 기기 내부의 금속성 접지면 위에 구현될 수 있고, 각각의 모노폴 안테나는 대응하는 개구들을 가진다.

Description

접지면 개구를 가지는 다중대역 모노폴 안테나 장치 {MULTIBAND MONOPOLE ANTENNA APPARATUS WITH GROUND PLANE APERTURE}
본 발명은 일반적으로 무선 통신에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 모노폴 다중 주파수 안테나(monopole multi frequency antennas)에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서는, 더 높은 데이터 처리량 및, 데이터 통신을 방해할 수 있는 간섭(interference)의 감소에 대한 계속적으로 증가하는 요구가 있다. 국제 전기전자 기술자협회(Institute of Electrical and Electronic Engineers: IEEE) 802.11 네트워크에서의 무선 링크는, 다른 액세스 포인트들 및 스테이션들(access points and stations), 다른 무선 송신 기기들로부터의 간섭, 및 액세스 포인트와 원거리 수신 노드 사이의 무선 링크 환경에서의 변화나 방해에 영향받기 쉽다. 상기 간섭은 상기 무선 링크를 저해시킬 수 있고, 이에 의해 더 낮은 데이터 전송속도의 통신을 강제한다. 상기 간섭은, 몇몇 경우에서, 상기 무선 링크를 완전히 방해할 수 있을 만큼 충분히 강력할 수 있다.
도 1은 하나 이상의 원격 기기들과 통신하는, 당해 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 무선 기기(100)의 블록도이다. 도시되지는 않았지만, 도 1의 상기 무선 기기(100)는 안테나 소자들(antenna elements) 및 상기 802.11 프로토콜을 사용하여 동작할 수 있는 무선 주파수(RF) 송신기 및/또는 수신기를 포함한다. 도 1의 상기 무선 기기(100)는 셋톱 박스(set-top box), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 텔레비젼, PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 카드, 리모컨(remote control), 휴대폰 또는 스마트폰, 소형 게임기, 원격 단말기, 또는 다른 무선 단말기에 포함될 수 있다.
하나의 특정 예시에서, 상기 무선 기기(100)는 사용자에 의해 사용되도록 구성된 입력 메카니즘을 통해 입력을 수신하는 소형 기기(handheld device)일 수 있다.
상기 무선 기기(100)는 적절히 상기 입력을 처리하고 대응하는 RF 신호를 생성할 수 있다. 이때, 상기 생성된 RF 신호는 무선 링크를 통해 하나 이상의 수신 노드들(110 내지 140)에 전송될 수 있다. 노드들(120 내지 140)은 데이터를 수신하거나, 데이터를 송신하거나, 데이터를 송수신할 수 있다(즉, 송수신기(transceiver)).
무선 기기(100)는 802.11 무선 네트워크에서 발생할 수 있는 무선 링크를 통해 하나 이상의 원거리 수신 노드들과 통신하기 위한 액세스 포인트일 수도 있다. 상기 무선 기기(100)는 인터넷(도시되지 않음) 또는 유선 네트워크에 연결된 라우터(router)로부터 데이터 신호의 일부로서의 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 상기 무선 기기(100)는 하나 이상의 원거리 수신 노드들(예를 들어, 수신 노드들(110 내지 140))로 상기 데이터를 변환시키고 무선으로 전송할 수 있다. 상기 무선 기기(100)는 하나 이상의 노드들(110 내지 140)로부터 데이터의 무선 전송을 수신하고, 상기 수신된 데이터를 변환하고, 앞서 언급된 라우터 또는 어떤 다른 유선 기기를 통해 상기 인터넷을 거쳐 그 변환된 데이터의 전송을 허용할 수도 있다. 상기 무선 기기(100)는 둘 이상의 노드들(110 내지 140) 사이의 통신을 허용하는 무선 근거리통신망(LAN)의 일부를 형성할 수도 있다.
예를 들어, 노드(110)는 와이파이 기능(WI-FI capability)을 가진 휴대 기기일 수 있다. 노드(110)(휴대 기기)는 와이파이 카드 또는 무선 칩셋(chipset)을 포함하는 랩탑 컴퓨터일 수 있는 노드(120)와 통신할 수 있다. 노드(110)와 노드(120)에 의한, 및 이들 사이의 통신들은 RF와 802.11 순응 신호들의 방출을 통한 상기 무선 LAN 환경을 창설하는 상기 무선 기기(100)를 통해 라우팅(routing) 될 수 있다.
무선 기기(100)의 효율적인 설계는 시장에서의 경쟁력 있는 제품을 제공하는데 중요하다. 상이한 환경에서 활용될 수 있는 작은 공간(footprint)을 갖는 무선 기기(100)를 제공하는 것이 중요하다. 무선 기기(100)는 회로판(circuit board) 내에 들어가 있거나 상기 무선 기기에 수동으로 장착되는 다이폴 안테나(dipole antenna)를 가질 수 있다. 수동으로 장착될 때, 부합하는(matching) 안테나 소자들은, 비록 다른 수단에 의해 부착될 수 있지만, 상기 회로판의 반대면에 부착되어 보통은 납땜된다.
한편 본 발명과 관련된 종래의 기술 문헌은, 미국 등록 특허 US 7,388,552, 미국 등록 특허 US 3,846,799, 미국 등록 특허 US 3,577,196, 미국 등록 특허 US 4,975,711, 미국 등록 특허 US 6,753,826, 미국 등록 특허 US 4,145,693, 미국 등록 특허 US 7,084,816이 있다.
모노폴 안테나는 단일 방사소자(radiating element)만을 포함하고, 전송기의 접지면에 결합된다. 상기 모노폴 방사는 다이폴 안테나 방사 패턴으로 방사를 제공하기 위해 상기 접지면으로부터 반사된다. 다이폴 안테나 소자들은 빔 조종(beam steering) RF 신호들을 제공할 수 있지만, 모노폴 안테나보다 제작하는 데 더 비용이 많이 든다. 무선 기기에서 사용하기 위한 개선된 빔 조종 안테나 장치가 필요하다.
모노폴 안테나(monopole antenna)는 상기 모노폴의 무선 주파수(RF) 빔을 조종(steer)하기 위해 사용되는 개구들(apertures)을 포함하는 금속성 접지면(metallic ground plane)등의 접지면에 결합된다. 상기 개구들은 상기 모노폴 안테나를 구동하는 데 사용되는 RF 신호의 파장에 기초한 길이, 폭, 및 상기 모노폴로부터의 거리를 가질 수 있다. 상기 개구는 회로판 상의 상기 안테나의 공간(footprint)에 대해 원형, 사각형, 및 다른 패턴들을 포함한 여러 형상들과 패턴들 중 소정의 것으로 존재할 수 있다. 핀 다이오드들(PIN diodes)등의 하나 이상의 무선 주파수 스위치들은 상기 개구 근방의 상기 접지면의 일부에서 단락 회로(short circuit)를 선택적으로 제공할 수 있다. 상기 개구 근방의 상기 접지면의 일부와 단락 회로가 생성된 곳은 상기 모노폴 방사 패턴의 조종(steering)을 가능하게 한다. 회로판 접지면은 단일 모노폴 안테나로부터 상이한 RF 신호 주파수들을 도파하도록(direct) 다수의 개구들을 포함할 수 있다. 다수의 모노폴 안테나들은 무선 기기 내부의 접지면 위에서 구현될 수 있고, 각각의 모노폴 안테나는 대응하는 개구들을 가진다. 모노폴 안테나를 가지는 접지면 내부의 상기 개구들을 이용하는 것은 제조 비용을 절약하고, 무선 기기에 대한 낮은 프로파일(low profile)을 제공하는 데 기여할 수 있다.
방사 신호를 전송하기 위한 무선 기기의 실시예는 회로판, 안테나, 개구, 및 무선 주파수 스위치를 포함한다. 상기 회로 기판은 금속성 접지와 적어도 하나의 기판층을 포함할 수 있다. 상기 안테나는 상기 회로판에 결합되어 무선 주파수(RF) 신호들을 전송할 수 있다. 상기 개구는 상기 금속성 접지면 층 내에 있을 수 있고, 상기 선택가능한 단락 기기는 상기 개구 위의 상기 금속성 접지면 상에서 선택되어 위치될 수 있다. 상기 단락 기기는 상기 안테나에 의해 방송(broadcast)된 무선 주파수(RF) 신호를 반사하도록 선택될 수 있다.
본 발명에 따라, 모노폴 안테나를 가지는 접지면 내부의 상기 개구들을 이용하는 것은 제조 비용을 절약하고, 무선 기기에 대한 낮은 프로파일(low profile)을 제공하는 데 기여할 수 있다.
도 1은 하나 이상의 원격 기기들(remote devices)과 통신하는 무선 기기의 블록도이다.
도 2는 무선 기기의 블록도이다.
도 3은 모노폴 안테나들(monopole antennas)과, 개구들(apertures)을 갖는 금속성 접지면(metallic ground plane)을 가지는 회로판의 사시도를 도시한다.
도 4는 모노폴 안테나와, 개구들을 갖는 금속성 접지면을 가지는 회로판의 측면도를 도시한다.
도 5는 모노폴 안테나와, 개구들을 갖는 금속성 접지면을 가지는 회로판의 평면도를 도시한다.
도 6은 모노폴 안테나와, 개구들을 갖는 금속성 접지면을 가지는 또 다른 회로판의 평면도를 도시한다.
안테나 장치는 하나 이상의 개구들(apertures)을 가지는 금속성 접지면(metallic ground plane)과 같은 접지면을 갖는 회로판에 결합된 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있다. 상기 개구들은 상기 하나 이상의 모노폴 안테나들의 무선 주파수(RF) 빔을 조종(steer)하도록 사용될 수 있다. 각각의 모노폴 안테나는 대응하는 개구들의 하나 이상의 집합들을 가질 수 있다. 각각의 개구 또는 개구들의 집합은 단일 모노폴 안테나로부터 상이한 RF 신호 주파수들을 도파하거나(direct), 및/또는 반사할 수 있다. PIN 다이오드 스위치와 같은 무선 주파수 스위치는 상기 개구 위에 위치되고, 상기 개구의 그 부분에 단락 회로(short circuit)를 제공하도록 선택될 수 있다. 상기 단락 회로는 상기 개구의 그 부분이 상기 RF 신호에 대한 접지면으로 동작하도록 한다. RF 신호의 빔 조종은 반사기(reflector) 또는 도파기(director)로 동작하지 않는 개구의 부분들을 가로지르는 접지를 선택적으로 제공하는 것에 의해 제공될 수 있다.
빔 조종을 위해 사용되는 개구는 대응하는 모노폴 안테나에 의해 전송되는 하나 이상의 RF 신호의 파장에 기초하여 설계될 수 있다. 금속성 접지면과 같은 접지면은 상기 모노폴 안테나를 구동하도록 사용되는 상기 RF 신호의 파장에 기초한 길이, 폭, 및 상기 모노폴로부터의 거리를 갖는 개구들을 가질 수 있다. 다수의 개구들은 상이한 주파수 RF 신호들을 반사하도록 단일 모노폴 안테나와 함께 사용될 수 있다. 상기 개구는 회로판 상의 상기 모노폴 안테나의 공간(footprint)에 대해 원형, 사각형, 및 다른 형상들을 형성하는 슬롯들(slots)을 포함하는 여러 형상들과 패턴들 중 소정의 것들로 존재할 수 있다. 빔 조종을 제공하기 위해 개구들과 함께 상기 모노폴 안테나를 사용하는 것은 제조 비용을 절약하고, 다이폴 안테나-기반의 무선 기기들과 비교할 때 낮은 프로파일을 제공하는 것을 돕는다.
도 2는 무선 기기(200)의 블록도이다. 도 2의 상기 무선 기기(200)는 도 1에 대해 나타나고 설명된 것과 같은 무선 기기(100)의 것과 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 무선 기기(200)의 구성들은 하나 이상의 회로판들 상에서 구현될 수 있다. 도 2의 상기 무선 기기(200)는 데이터 입/출력(I/O) 모듈(205), 데이터 프로세서(210), 무선 변조기/복조기(220), 패턴 선택기(215), 및 안테나 어레이(240)를 포함한다.
도 2의 상기 무선 기기(200)는 MIMO 시스템을 구현할 수 있다. 상기 MIMO 시스템은 다수의 MIMO 체인들(chains)을 포함할 수 있고, 여기서, 각 체인은 모노폴 안테나를 사용하여 통신한다.
무선 주파수 스위치들은, 예를 들어 금속성 접지면 내부에서 개구부들을 선택하도록 하는 것과 같이, 패턴 선택기와 안테나 어레이(240)의 모노폴 안테나들 간에 무선 기기(200) 내부에서 사용될 수 있다. 무선 주파수 스위치들의 예시들은 도 5 및 6에 대해 논의된다.
도 2의 데이터 I/O 모듈(205)은 라우터(router)와 같은 외부 소스로부터 데이터 신호를 수신한다. 상기 데이터 I/O 모듈(205)은 무선 전송을 위한 무선 기기 회로망으로의 신호를 원격 기기(예를 들어, 도 1의 노드들(110 내지 140))에 제공한다. 상기 유선 데이터 신호는 데이터 프로세서(210)와 무선 변조기/복조기(220)에 의해 처리될 수 있다. 상기 처리되고 변조된 신호는, 이때, 이하 더욱 상세히 설명되는 안테나 어레이(240) 내부의 모노폴 안테나 소자들을 포함하는 하나 이상의 안테나 소자들을 통해 전송될 수 있다. 상기 데이터 I/O 모듈(205)은 하드웨어와 함께 동작하는 하드웨어 또는 소프트웨어의 소정의 조합일 수 있다.
도 2의 상기 패턴 선택기(215)는 안테나 어레이(240) 내부에 하나 이상의 무선 주파수 스위치들을 선택할 수 있다. 각각의 무선 주파수 스위치는 신호 빔 조종을 제공하도록 개구의 일부들을 선택적으로 단락하기 위해 금속성 접지면 내부의 개구의 일부를 가로질러 결합될 수 있다. 패턴 선택기(215)는 희망하는 방향으로 상기 신호를 반사하기 위한 하나 이상의 반사기들/도파기들을 선택할 수도 있다. 데이터 신호를 처리하는 것과 상기 처리된 신호를 하나 이상의 선택된 안테나 소자들로 이송하는 것은 "선택가능한 안테나 소자들을 구비한 주변적 안테나 장치를 갖는 회로판"으로 명칭된 미국 특허번호 7,193,562에 상세히 설명되고, 그 내용은 참조로써 포함된다.
안테나 어레이(240)는 안테나 소자 어레이, 개구들과 선택가능한 무선 주파수 스위치들을 갖는 금속성 접지면, 및 반사기들을 포함할 수 있다. 상기 안테나 소자 어레이는 하나 이상의 모노폴 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 모노폴 안테나 소자는 회로판에 장착될 수 있고, 2.4GHz 및 5.0GHz와 같은 하나 이상의 특정 주파수들에서 동작하도록 구성될 수 있다. 안테나 어레이(240)는 반사기/제어기 어레이를 포함할 수도 있다. 상기 장착가능한 안테나 소자와 반사기들은 무선 기기의 회로판 상의 다양한 장소들에 위치될 수 있다.
도 3은 모노폴 안테나들, 및 개구들을 갖는 접지면을 가지는 회로판의 사시도를 도시한다. 상기 접지면은 금속성 접지면을 포함할 수 있다. 모노폴 안테나 소자들(315, 330)은 회로판(310)에 결합될 수 있다. 상기 모노폴 안테나 소자(315)는 1/4 파장 소자(quarter wavelength element)일 수 있고, 회로판(310) 내의 금속성 접지면 위에 존재할 수 있다.
회로판(310)은 하나 이상의 기판층들과 접지면들을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 접지면들은 도 3에서 점선으로 도시된 하나 이상의 개구들(320, 325, 335, 340)을 포함할 수 있다. 각각의 개구는 상기 회로판의 접지면 내의 연속적인 슬롯(slot)과 같은 홀(hole) 또는 구멍(opening)을 포함할 수 있다. 상기 개구는 상기 접지면의 일부를 제거하는 것에 의한 제조 과정 동안을 포함하여 다양한 방법들 중 소정의 것에 의해 형성될 수 있다. 나타난 바와 같이, 다수의 개구들은 상이한 주파수들의 RF 신호들에 대한 빔 포밍(beam forming)을 제공하도록 각각의 모노폴 안테나 소자에 대해 형성될 수 있다. 예를 들어, 개구(325)는 개구(320)를 포함하고, 개구(340)는 개구(335)를 포함한다. 도 3이 두 개의 모노폴 안테나들(315, 330)를 구비한 안테나 장치를 도시하고 있지만, 더 많거나 더 적은 모노폴 안테나들이 본 발명의 안테나 장치 내에서 사용될 수 있다.
도 4는 모노폴 안테나(440), 및 개구들을 갖는 접지면을 가지는 회로판(450)의 측면도를 도시한다. 상기 회로 기판(450)은 최상층(top layer, 405), 금속성 접지면(410), 및 바닥층(bottom layer, 415)을 포함한다. 오직 세 개의 층들이 나타나지만, 회로판(450)은 도 4에 도시된 세 개의 층들보다 더 많거나 더 적게 가질 수 있다.
안테나 소자(440)는 상기 회로판(450)의 상기 최상면에 장착된다. 상기 안테나 소자(440)는 하나 이상의 회로판 최상층(405), 접지층(410), 및 바닥층(420)을 통해 연장하는 슬롯들을 통해 삽입될 수 있거나, 소정의 다르느 방식으로 상기 면과 결합될 수 있다. 상기 모노폴 안테나 소자(440)는 RF 신호를 수신하고 하나 이상의 주파수들로 방사하도록 무선 변조기/복조기(220)에 결합될 수 있다. 상기 모노폴 안테나 방사의 일부는 금속성 접지면(410)에 의해 반사될 수 있다. 상기 모노폴 안테나 소자 방사와 반사된 방사는 다이폴 안테나에 의해 제공된 것과 유사한 방사 패턴을 제공한다.
금속성 접지면(410)은 많은 개구들(420, 425, 430, 435)을 포함할 수 있다. 상기 개구들은 모노폴 안테나 소자(440) 주위에 형성된다. 예를 들어, 개구들(430, 435)은 모노폴 안테나 소자(440) 주위에 형성된 원형 또는 반원형 슬롯과 같은 단일 집합의 개구들의 일부일 수 있다. 개구들(420, 425)은 모노폴 안테나 소자(440) 주위에 개구를 형성할 수도 있다. 개구들(430, 435)은 모노폴 안테나 소자(440)에 더 근접하고, 하나 이상의 무선 주파수 스위치들과 함께 제1 더 높은 주파수로 RF 신호를 도파할 수 있고, 반면에, 개구들(420, 425)은 모노폴 안테나 소자(440)로부터 더 멀리 위치되고, 하나 이상의 무선 주파수 스위치들을 사용하여 제2 더 낮은 주파수로 RF 신호를 도파하도록 설계될 수 있다. 상기 모노폴 안테나 소자(440)에 더 근접한 상기 개구들은 더 높은 주파수 RF 신호를 빔 조종할 수 있고, 반면에, 상기 모노폴 안테나 소자(440)로부터 멀리 있는 상기 개구들은 더 낮은 주파수 RF 신호를 빔 조종할 수 있다.
상기 모노폴 안테나(440)의 크기를 최소화하거나 감소시키기 위해, 각각의 모노폴 안테나 소자는 하나 이상의 하중 구조들(loading structures)을 포함할 수 있다. 전자들의 속도를 늦추고 각각의 모노폴 안테나 소자의 공진(resonance)을 변화시키도록 부하 구조를 구성하는 것에 의해, 상기 모노폴 안테나 소자는 전기적으로 더 짧게 된다. 다시 말해서, 주어진 동작 주파수에서, 부하 구조들을 제공하는 것은 상기 모노폴 안테나 소자의 면적을 감소시킨다. 하나 이상의 모노폴 안테나 소자에 대해 상기 부하 구조들을 제공하는 것은 상기 안테나 소자의 크기를 최소화시킨다.
회로판(450)은 안테나(440)에 선택적으로 결합된 무선 주파수 공급 포트(radio frequency feed port, 455)를 포함한다. 하나의 안테나 소자가 도 4에 묘사되지만, 더 많은 안테나 소자들이 구현되어 무선 주파수 공급 포트(455)에 선택적으로 결합될 수 있다. 또한, 도 4의 안테나 소자(440)는 실질적으로 회로 기판의 중앙으로 향하지만, 대칭적이고 비대칭적인 다른 형상들과 배치들이 구현될 수 있다. 무선 주파수 공급 포트(455)는 RF 신호를 가진 각각의 모노폴 안테나를 제공하도록 하나 이상의 모노폴 안테나 소자들에 결합될 수 있다.
상기 패턴 선택기(215)는, 하나 이상의 모노폴 안테나 소자들을 선택하고 및/또는 개구의 일부를 단락시키도록, 도 2의 다이오드 스위치들(225, 230, 235)과 같은 무선 주파수 스위치들, GaAs FET, 또는 다른 RF 스위칭 기기들을 포함할 수 있다. PIN 다이오드는 각각의 안테나 소자를 스위치 온 또는 오프하기 위한 단극단투형(single-pole single-throw) 스위치를 포함할 수 있다(즉, 안테나 소자(440)을 무선 주파수 공급 포트(310)에 결합하거나 분리).
일련의 제어 신호들은 각각의 PIN 다이오드를 편향시키는 데 사용될 수 있다. DC 전류를 순바이어스(forward biased)하여 전도하는 상기 PIN 다이오드를 가지고, 상기 PIN 다이오드 스위치가 온(on)되고, 개구 위에 위치된 PIN 다이오드는 상기 개구의 그 부분을 가로지르는 단락을 제공할 수 있다. 역바이어스된 상기 다이오드를 가지고, 상기 PIN 다이오드 스위치는 오프(off)된다. 상기 PIN 다이오드들은 개구의 선택된 부분에 단락을 제공하도록 상기 개구 위에 위치된다. 다양한 실시예들에서, 상기 무선 주파수 공급 포트(455), 상기 패턴 선택기(215), 및 상기 안테나 소자들(440)은 함께 근접하여 상기 회로판 전역에 퍼질 수 있다.
하나 이상의 발광 다이오드들(LED)(도시되지 않음)은 상기 안테나 소자 선택기에 결합될 수 있다. 상기 LED들은 상기 안테나 소자들(320 내지 370)이 온 또는 오프된 것의 가시적인 표시자로서 기능한다. 일 실시예에서, LED는 상기 PIN 다이오드들을 가진 회로 내에 위치되어, 그 결과 대응하는 안테나 소자가 선택될 때 상기 LED가 빛난다.
모노폴 안테나 소자(440)는 상기 회로판 내의 슬롯들, 결합 패드들(coupling pads), 또는 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게 알려진 다른 결합 방법들을 사용하여 상기 회로 기판(450)에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 장착된 안테나 소자의 방사를 반사하거나 도파하기 위한 반사기들은 하나 이상의 결합 패드들에서 상기 회로 기판에 결합될 수도 있다. 회로판 장착 패드들과 결합 패드 홀들은 2009년 8월 21일에 출원된 "이중대역 안테나에 대한 장착가능한 안테나 소자들"로 명칭된 미국 특허출원번호 12/545,758에 상세히 설명되고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
상기 안테나 구성들(예를 들어, 모노폴 안테나 소자(440))은 RF 전도재료로부터 형성된다. 예를 들어, 상기 모노폴 안테나 소자(440)와 상기 접지 구성들(410)은 금속 또는 다른 RF 전도재로부터 형성될 수 있다.
만약 외부에 장착된 반사기/도파기들이 있다면, 이들은 하나 이상의 상기 안테나 소자들의 지향성 방사 패턴을 방위각(azimuth)으로 제한하기 위해 회로판(450)에 추가로 구현될 수 있다. 선택가능한 구성들에 대한 다른 이점들은 2005년 1월 21일에 출원된 "선택가능한 소자들로 최소화된 안테나 장치에 대한 시스템 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허출원번호 11/041,145에 개시되고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
도 5는 모노폴 안테나 및, 개구들을 갖는 금속성 접지면을 가지는 회로판의 평면도를 도시한다. 회로판(500)은 개구들(505, 510), 무선 주파수 스위치들(515, 520), 및 모노폴 안테나 소자(525)를 포함한다. 상기 회로판(500)은, 적어도 제1 측과, 상기 제1 측에 실질적으로 평행할 수 있는 제2 측을 가지는 기판을 포함한다. 상기 기판은, 예를 들어, FR4, Rogers 4003, 또는 소정의 다른 유전체 등의 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다.
개구(505)는 상기 개구 위, 상기 개구를 가로질러, 또는 상기 개구에 걸쳐 위치된 복수의 무선 주파수 스위치들(520)을 포함한다. 특정 주파수의 RF 신호가 상기 접지면을 향해 안테나 소자(525)에 의해 전송됨에 따라, 상기 RF 신호의 반사는 개구(505) 내에 전류를 유도한다. 개구(505)는 상기 전류가 상기 반사된 RF 신호에 의해 생성되도록 하기 위해 상기 특정 RF 주파수에 기초한 길이, 폭, 및 상기 안테나로부터의 거리를 가질 수 있다. 상기 개구(505)에 유도된 전류는 상기 개구가 상기 RF 신호의 도파기 및/또는 반사기로서 동작하도록 야기한다. 개구(505) 위에 위치된 무선 주파수 스위치들은 상기 개구를 가로질러 단락 회로, 또는 "단락"을 제공하도록 선택될 수 있다. 개구의 부분들을 가로지르는 각각의 단락은, 상기 개구의 그 부분이 더 이상 도파기 및/또는 반사기로 동작하지 않고 상기 RF 신호에 대한 접지면으로 작용하도록 야기한다.
개구(505) 위에 위치된 각각의 무선 주파수 스위치는 패턴 선택기(215)와 같은 선택 메카니즘(selecting mechanism)에 선택적으로 결합될 수 있다. 하나 이상의 무선 주파수 스위치들(520)을 선택하는 것에 의해, 상기 모노폴 안테나 소자(525)에 의해 제공된 상기 RF 주파수 빔이 희망하는 방향으로 조종될 수 있다(예를 들어, 단락되지 않은 슬롯의 부분들에 의해).
개구(510)는 모노폴 안테나 소자(525) 주위로 연장하는(즉, 포함하는) 원형 슬롯으로 형성된다. 상기 원형 개구(510)는, 모노폴 안테나 소자(525)로부터 D1(개구(510)에 의해 형성된 원의 반경)의 거리에 위치되고, W1의 폭을 가진다. 개구(505)의 길이는 대략 2πr 또는 2π(D1)으로 제공되는 상기 원형 개구의 둘레이다.
개구(505)는 모노폴 안테나 소자(525) 주위로 연장하는 원형 슬롯으로서 개구(510) 내부에 형성된다. 개구(505)는 모노폴 안테나 소자(525)로부터 D2의 거리에 위치되고, W2의 폭을 가진다. 개구(505)의 길이는 대략 2π(D2)로 제공된다.
빔 조종을 제공하기 위한 개구의 폭과 길이뿐 아니라 모노폴 안테나로부터의 상기 개구의 거리도 상기 RF 신호의 주파수에 기초하여 결정될 수 있고, 상기 개구 및 무선 주파수 스위치들은 빔 조종을 통해 반사하고자 하는 목적이다. 예를 들어, 더 짧은 파장 RF 신호들에 대해, 무선 주파수 스위치들을 발생시키는 단락 회로를 구비한 개구는 모노폴 안테나 소자에 더 근접하여 제공될 수 있다. 더 큰 파장 신호들을 빔 조종하기 위한 무선 주파수 스위치들을 발생시키는 단락 회로를 구비한 개구는 모노폴 안테나로부터 멀리 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 모노폴 안테나와 같은 단일 안테나에 대한 다수의 개구들은, 5.0GHz 신호, 2.4GHz 신호, 및 다른 주파수들의 RF 신호들의 신호들을 반사하도록 사용될 수 있다. 개구(510)가 2.4GHz RF 신호를 반사/도파하는 데 사용될 수 있고, 개구(505)가 5.0GHz 신호를 도파/반사하는데 사용될 수 있다면, 각 개구의 치수는, 무선 주파수 스위치들(515)을 가진 개구(510)가 5.0GHz 신호의 방사 패턴에 별로 영향을 미치지 않고 보이지도 않게 상기 2.4GHz 신호를 빔 조종할 수 있도록 선택될 수 있다. 무선 주파수 스위치들(520)을 가진 개구(505)는 2.4GHz 신호의 방사 패턴에 별로 영향을 미치지 않고 보이지도 않게 상기 5.0GHz 신호를 빔 조종할 수 있다.
도 6은 모노폴 안테나, 및 개구들을 갖는 금속성 접지면을 가지는 회로판의 평면도를 도시한다. 회로판(600)은 외부 사각형 개구를 형성하는 개구들(605, 610, 615, 620), 내부 사각형 개구를 형성하는 개구들(635, 640, 645, 650), 무선 주파수 스위치들(630, 655), 및 모노폴 안테나 소자(660)를 포함한다. 도 6의 회로판은 도 5의 회로판과 유사할 수 있다.
각각의 개구들(605, 610, 615, 620)은 바깥쪽으로 굴곡된 종단들을 갖는 비교적 직선의 슬롯으로 형성되고, 각각의 개구의 각각의 종단에 위치된 무선 주파수 스위치들(655)을 포함한다. 상기 개구들은 안테나(660)로부터 D2의 거리에서 모노폴 안테나(660) 주위에 사각형 형상을 형성하도록 위치되고, 각각은 W2의 폭을 가진다. 각각의 개구의 길이는 대략 다이오드들(630) 사이의 각각의 슬롯의 길이이다. 각각의 무선 주파수 스위치들(630)은 패턴 선택기(215) 등의 선택 메카니즘에 선택적으로 결합될 수 있다. 상기 무선 주파수 스위치들(630) 중 하나가 선택적으로 스위치 온 되면, 대응하는 개구를 가로질러 단락 회로가 형성된다. 하나 이상의 무선 주파수 스위치들(630)을 선택하는 것에 의해, 상기 모노폴 안테나 소자(660)에 의해 제공된 상기 RF 주파수 빔은 수신 노드와 관련된 것과 같은 희망하는 방향으로 조종될 수 있다.
개구들(635, 640, 645, 650)은 또한 사각형 형상을 형성하지만, 개구들(605, 610, 615, 620)에 의해 형성된 사각형 내에서 모노폴 안테나 소자(660)에 더 근접하게 위치된다. 개구들(635, 640, 645, 650)은 안테나(660)로부터 D1의 거리에 위치되고, 각각은 W2의 폭을 가진다. 선택가능한 무선 주파수 스위치(655)는 각각의 개구들(635, 640, 645, 650)의 각각의 종단에 위치된다. 무선 주파수 스위치들(655)은 개구들(605, 610, 615, 620) 위에, 가로질러, 또는 걸쳐서 위치된다. 무선 주파수 스위치(655)가 스위치 온 되면, 상기 개구를 가로질러 단락 회로가 형성된다. 도 6에서, 무선 주파수 스위치들(630)을 가진 상기 개구들(605, 610, 615, 620)은 2.4GHz 신호를 빔 조종하기 위해 사용될 수 있고, 반면에, 무선 주파수 스위치들(655)을 가진 내부 개구들(635, 640, 645, 650)은 5.0GHz 신호를 빔 조향하기 위해 사용될 수 있다.
여기에 개시된 실시예들은 설명적인 것이다. 여기서 설명된 구조와 방법의 다양한 수정 또는 적응이 당해 기술분야에 숙련된 기술자에게 명확하게 될 것이다. 본 개시의 교시(teaching)에 의존하고 이러한 교시들이 당해 기술분야에서 개선되는 것을 통한 그러한 수정들, 적응들, 및/또는 변형들은 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 따라서, 여기서의 설명과 그림들은 여기에 첨부된 청구항들에 개시된 특정한 한정들을 참조하여 제한되어야 한다.

Claims (12)

  1. 방사 신호(radiation signal)를 전송하기 위한 무선 기기에 있어서,
    금속성 접지면과 적어도 하나의 기판층을 포함하는 회로판;
    상기 회로판에 결합되어 무선 주파수(RF) 신호들을 전송하는 모노폴 안테나;
    상기 금속성 접지면 내의 하나 이상의 개구(aperture); 및
    상기 하나 이상의 개구 위에 위치된 적어도 하나의 선택가능한 무선 주파수 스위치를 포함하고,
    상기 하나 이상의 개구는,
    제1 주파수의 제1 RF 신호를 빔 조종하기 위한 제1 개구 및 제2 주파수의 제2 RF 신호를 빔 조종 하기 위한 제2 개구를 포함하고,
    상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 높고,
    상기 제2 개구는 상기 제1 개구보다 상기 모노폴 안테나로부터 더 가깝게 위치하는
    무선 기기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모노폴 안테나는 상기 회로판에 수직인, 무선 기기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 제1 RF 신호의 파장과 관련된 길이를 가지는, 무선 기기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 제1 RF 신호의 파장과 관련된 폭을 가지는, 무선 기기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 안테나로부터 거리를 두고 위치하고, 상기 거리는 상기 제1 RF 신호의 파장과 관련된, 무선 기기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 개구는 모노폴 안테나(monopole antenna)에 의해 방송되는 상기 제2 RF 신호를 반사하도록 선택가능한 제2 무선 주파수 스위치를 가지는, 무선 기기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 선택가능한 무선 주파수 스위치는 핀 다이오드(PIN diode)를 포함하는, 무선 기기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 안테나의 방사 패턴은 하나 이상의 선택가능한 무선 주파수 스위치들을 선택하는 것에 의해 제어되는, 무선 기기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 개구와 제2 무선 주파수 스위치는 상기 금속성 접지면에 의해 RF 신호의 반사를 일으키고, 상기 제2 RF 신호는 상기 제1 개구 근방의 상기 금속성 접지면에 의해 반사된 상기 제1 RF 신호보다 더 높은 주파수를 가지는, 무선 기기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 금속성 접지면 내의 단일 구멍(opening)에 의해 형성되는, 무선 기기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 금속성 접지면 내의 복수의 구멍들에 의해 형성되는, 무선 기기.
  12. 삭제
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