KR20010013068A - 무선 장치 루프 안테나 - Google Patents

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Abstract

호출기 같은 소형 무선 장치는, 제 1(18) 및 제 2 전도성 종단부(20)에 의해 서로 연결된 제 1(22) 및 제 2 전도체(24)에 의해 형성된 일반적으로 기다란 루프를 포함하는 인쇄 회로 루프 안테나(12)를 갖는다. 고정값 Q가 높은 콘덴서(26)는 제 1 종단부(18)에 병합되고 가변 콘덴서(30)는 제 2 종단부에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 제 1(22) 및 제 2 도체(24)를 서로 연결하는 탭(28)에 병합된다, 루프 안테나는 저손실 재료로 제조될 수 있고, 또는 유전체 기판 상에서 트랙 또는 서로 맞대어 트랙을 포함할 수 있다. 루프 안테나(12)는 RF 회로에 직접 연결될 수 있거나 RF 회로에 유도적으로 결합될 수 있다.

Description

무선 장치 루프 안테나{A RADIO APPARATUS LOOP ANTENNA}
호출기에서 루프 안테나의 이용은 공지되고, 통상적으로 안테나는 원하는 형태로 구부린 금속의 스트립(strip)이며, 단일 가변 콘덴서는 안테나를 동조하기 위해 루프의 종단 양단에 연결된다. 호출기는 저가격의 제품이 되도록 의도되었기 때문에, 적절하고 저가의 가변 콘덴서는 해당 주파수에서 일반적으로 손실이 많다는 결점 및 취약한 온도 성능을 가질 수 있지만 구성 소자 비용은 최소화된다. 게다가 넓은 주파수 범위에서 안테나를 동조하기 위한 단일 가변 콘덴서의 사용은 동조가 열악하다는 단점을 가진다.
본 발명은 무선 장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는, 국한적인 것은 아니지만, 예를 들어 호출기와 같이 루프 안테나를 구비하는 물리적 소형 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 루프 안테나에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 무선 장치의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 무선 장치 내에서 사용을 위한 루프 안테나의 제 1 실시예를 도시하는 개략도.
도 3은 도 1에 도시된 무선 장치 내에서 사용을 위한 루프 안테나의 제 2 실시예를 도시하는 개략도.
도 4는 루프 안테나를 자기 루프 결합을 사용하는 PCB로의 결합을 도시하는 개략도.
도 5는 도 2에서 원으로 표시된 일부분을 확대 설명한 도면.
도 6 및 도 7은 도 2 및 도 3에서 각각 도시된 루프 안테나를 사용하는 이중 루프 배치를 도시하는 개략도.
도 8은 루프 안테나의 제 3 실시예를 도시하는 개략도.
도 9는 송신선으로부터 제조된 루프 안테나의 개략도.
본 발명의 목적은 저가의 구성 소자를 사용하고 비교적 동조하기 쉬운 비교적 효과적인 소형 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양상에 따라 루프 안테나를 포함하는 무선 장치가 제공되는데, 상기 루프 안테나는 제 1 및 제 2의 전도성 종단부에 의해 서로 연결된 제 1 및 제 2 전도체에 의해 형성된 일반적으로 기다란 루프, 제 1 종단부에 병합된 고정값 콘덴서, 제 2 종단부에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 제 1 및 제 2 전도체를 서로 연결하는 탭(tap) 및 상기 탭 내의 가변 콘덴서를 포함한다.
본 발명의 제 2 양상에 따라 루프 안테나가 제공되는데, 상기 루프안테나는 제 1 및 제 2의 전도성 종단부에 의해 서로 연결된 제 1 및 제 2 전도체에 의해 형성된 일반적으로 기다란 루프, 제 1 종단부로 병합된 고정값 콘덴서, 제 2 종단부에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 제 1 및 제 2 전도체를 서로 연결하는 탭 및 상기 탭 내의 가변 콘덴서를 포함한다.
고정값 콘덴서 및 떨어져 위치한 가변 콘덴서를 사용함으로써, 안테나의 동조는 가변 콘덴서보다 더 높은 Q를 갖고, 저비용 구성 소자일 수 있는 가변 콘덴서에 의해 덜 열악한 방식으로 안테나가 동조되도록 제한된 동조 범위를 생성하는 고정값 콘덴서에 의해 조절된다. 탭의 위치 선정은 탭을 고정값 콘덴서로 이동하면 동조 범위는 증가하지만 손실은 증가하고, 탭을 제 2 종단부로 이동하면 동조 범위는 감소하지만 효율은 증가한다는 기준을 고려하여 선택된다.
가변 콘덴서는 기계적으로 조정가능한 콘덴서 또는 버랙터(varactor)와 같은 전기적으로 조정가능한 콘덴서를 포함한다. 전기적으로 조정가능한 콘덴서는 안테나를 다른 주파수에 동조될 수 있도록 하는 반면에, 버랙터와 같은 구성 소자는 손실성 장치이다. 손실성 효과는 루프 안테나에서 전기적 동조 범위를 최소화하고 언급된 제 1 탭에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 제조 허용 오차로 인한 공진 주파수의 변화를 보정하기 위해 충분한 동조 범위를 갖는 기계적으로 조정가능한 콘덴서를 구비하는 또 하나의 탭을 제공하는 것으로 막을 수 있다.
높은값의 dc 차단 콘덴서는 안테나의 제 2 종단부에 병합될 수 있고, 버랙터 바이어싱 전압원과 안테나의 연결은 차단 콘덴서의 어느 한쪽을 통해 이루어진다.
루프 안테나를 제조하는 편리한 방법은 절연 기판 상에서 전도성 트랙(track)으로 제조하는 것이다. 만약 기판 내의 손실이 허용가능하지 않다면, 고정값 콘덴서를 갖지만 탭을 구비하지 않는 제 2 루프가 기판의 반대 면에 제공된다. 손실을 발생시키는 임의의 에지(edge) 효과는 구조 내에 E-전계를 주지 않는 패러디 케이지 타입(Faraday cage type) 구조를 만들도록 기판을 통해 루프를 서로 연결하는 것으로 막을 수 있다.
루프 안테나는 일반적으로 평면일 수 있고, 인쇄 회로 기판(PCB) 재료로 인한 손실을 회피하면서, PCB 상에서 안테나와 RF 성분을 결합하는 편리한 방법은 루프 안테나에 인접하지만 일정간격을 유지하는, PCB 상에 장착된 루프에 의해 결합하는 자기 루프를 사용하는 것이다.
PCB 상의 RF 구성 소자에 직접 연결할 수 있는 루프 안테나의 실시예에서, 고정값 콘덴서를 구비하는 제 1 종단부와 제 1 및 제 2 전도체는 RF 구성 소자를 수반하는 PCB 상의 인쇄 전도성 트랙을 포함하는 제 2 종단부와 거의 직교하게 확장하는 구조를 포함한다.
또한 본 발명은 대응하는 제 1 및 제 2 종단을 구비하는 거의 동일한 공간에 걸치는 제 1 및 제 2 전도체를 포함하는 루프 안테나를 구비하는 무선 장치를 제공하고, 상기 제 1 전도체의 제 1 종단 및 제 2 전도체의 제 2 종단부는 장치의 RF 회로에 출력을 제공한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예를 통해 지금부터 기술될 것이다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 대응하는 특성을 나타내기 위해 사용되고 있다.
도 1을 참조하여 무선 장치는 제 2 루프(14)에 의해 PCB(16) 상에 장착된 RF 회로에 유도적으로 결합된 루프 안테나(12)를 구비하는 호출기(10)를 포함한다. RF 회로 및 디코더에 대한 설명은 본 발명을 이해하는데 관련되지 않아서 기술되지 않을 것이다.
도 2는 자기-지지 금속 루프 또는 절연 기판 상의 도전성 트랙일 수 있는 루프 안테나(12)의 제 1 실시예를 도시한다.
루프 안테나(12)는 일반적으로 길지만 그것의 정확한 모양은 무선 장치의 모양에 의존한다. 안테나(12)는 제 1(22) 및 제 2 도체(24)에 의해 서로 연결된 제 1(18) 및 제 2 종단부(20)를 갖는다. 칩 콘덴서(26)는 제 1 종단부(18) 내에 병합되어 안테나(12)의 동조 범위를 결정하는 역할을 한다. 전도성 탭(28)은 제 2 종단부(20)에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 제 1(22) 및 제 2 도체(24)를 서로 연결한다. 기계적으로 가변적인 콘덴서(30)는 안테나(12)를 양호하게 동조하기 위해 탭(28) 내에 포함된다. 콘덴서(26)는 가변 콘덴서(30)보다 더 높은, 즉 적어도 대략 10 정도 더 큰, Q를 갖는다. 칩 콘덴서(26)는 예를 들어 유리 또는 세라믹 콘덴서일 수 있다.
탭(28)의 위치는 다수의 인자를 고려하여 경험적으로 결정된다. 탭(28)이 칩 콘덴서(26)에 더 근접할수록 동조 범위는 커지지만 더 큰 손실이 생기고, 탭(28)이 제 2 종단부(20)에 더 근접할수록 동조 범위는 작아지지만 효율은 더 커진다. 안내를 위해, 일반적으로 평면 종단을 구비하는 Hi Q 기판 상의 기다란 인쇄 회로 루프 안테나는, 35mm 길이와 9mm 폭 및 470MHz의 주파수를 갖고, 탭의 위치는 제 2 종단부로부터 대략 12mm 정도가 적당하다는 것이 발견되었다. 칩 콘덴서(26)는 2.2 피코-패러드의 값을 갖고 가변 콘덴서(30)는 1.3에서 3.7 피코-패러드 범위를 갖는다.
도 3은 몇몇 주파수에서 동작하는 무선 장치에 대해 적당한 전기적으로 동조 가능한 루프 안테나를 도시한다. 간결성을 위해 단지 도 2와 도 3 사이의 차이만 기술될 것이다. 이 실시예에서 가변 콘덴서는 탭(28) 상에 부착된 버랙터 다이오드(32)를 포함한다. 버랙터 다이오드(32)의 정전 용량을 변경하기 위해, DC 차단 콘덴서(38)는 제 2 종단부(20)로 병합되고 바이어스 전압은 꼬아진 도체(40)에 의해 콘덴서(38)의 각 면에 인가된다.
버랙터 다이오드는 일반적으로 손실성 장치이고 손실성 효과는 루프 안테나(12)를 동조하도록 높은 Q 칩 콘덴서(26)를 사용하여 최소화된다. 추가적으로 제 2 탭(34)은 탭(28)에 인접한 지점이지만 일정 간격을 유지하는, 제 1(22) 및 제 2 도체(24) 사이에 제공된다. 기계적으로 조정가능한 콘덴서(36)는 제 2 탭(34)으로 병합되고, 콘덴서(36)는 제조 동안에 공진 주파수의 변화를 보정하기 위해 충분한 동조 범위를 갖는다.
도시된 대로 RF 회로에 결합은 루프(14)에 의해서 이루어진다. 그러나 도전성 연결이 필요하다면, 이것은 요구되는 임피던스를 얻기 위한 위치에서 제 1(22) 및 제 2 도체(24)에 각각 연결된 전선(42,44)에 의해 얻어질 수 있다. 만약 가능하다면 전선(42,44)은 DC 바이어스 전압 역시 제공할 수 있다.
도 1의 설명에서 언급되고 도 4에서 더 명확히 도시된 대로, 루프 안테나(12)는 전선의 길이 만큼 형성된 자기 결합 루프(14)에 의해 PCB(16)에 결합될 수 있다. 이런 결합 형태의 장점은 루프 안테나(12)가 PCB(16) 및 그 손실 특성에서 격리될 수 있고 루프 안테나(12)가 저비용에서 개별적으로 제조될 수 있다는 것이다.
도 5는 도 2의 원으로 둘러싼 부분의 상세도이다. 루프 안테나(12)는 예를 들어, PCB의 엷은 판으로 직접 에칭(etching)하거나 유전체 기판(46) 상에 도전성 트랙을 인쇄함으로써 기판(46)의 한쪽 면에 도전성 트랙으로 제조될 수 있다. 그러나 안테나의 감도는 기판(46)의 양쪽 상에 루프 안테나(12,121)를 서로 맞대어 제공함으로써 개선될 수 있다. 기판(46)의 양쪽 면은 동일한 전위를 가질 것이기 때문에 기판 재료 내의 E- 전계는 제거될 것이고 최소의 손실이 있을 것이다.
이중 루프 안테나(12,121)의 제조에 따라, 에지 효과는 상술한 이점에 반대로 영향을 미칠 수 있지만, 루프 안테나를 서로 연결해서, 즉 기판(46) 내의 구멍(48)을 통해 도금하여 기판 내에 E- 전계를 제지하는 패러디 케이지 타입(Faraday Cage type) 구조가 생성된다. 구멍(48)은 도전성 트랙의 중앙에 도시되었지만, 트랙의 여백 영역 같은 다른 위치에 있을 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 2와 도 3에 도시된 제 1 및 제 2 실시예를 기초한 이중 루프 안테나의 실시예를 도시한다. 간결성을 위해 기판(46)은 참조되지만 도시되지 않는다. 도 6 및 도 7의 루프 안테나(121)는 각각 루프 안테나(12)와 동일한 모양과 크기이고 그 제 1 종단부(181)에 칩 콘덴서(261)를 갖지만, 안테나의 동조를 간단히 하기 위해 제 1(221) 및 제 2 도체(241)를 연결하는 탭 상에 가변 콘덴서를 갖지 않는다.
도 8은 루프 안테나(12)의 실시예를 도시하는데, 상기 실시예에서 제 2 종단부(20) 및 기계적으로 가변가능한 콘덴서(30)를 갖는 탭(28)은 PCB(16)에 거의 직교하게 확장하는 루프 안테나의 일부를 갖는 PCB(16)에 의해 휴대된다. 더 특별히, 제 1(22) 및 제 2 도체(24)와 함께 제 1 종단부(18)는 은으로 도금된 구리와 같은 낮은 손실 물질이다. 제 2 종단부(20)가 루프 안테나의 일부와 같은 동일한 재료로 제조되는 것이 가능하다. 높은 Q- 콘덴서(26)는 제 1 종단부 내의 틈에 삽입되고 원하는 주파수 채널 위에서 루프를 동조하기 위해 사용된다. 콘덴서(26)는 예를 들어 ptfe가 로드된(loaded) 기판과 같은 적절한 도금과 낮은 손실 기판을 갖는 소형 PCB로 제조될 수 있고, 또는 소형 PCB 상에 장착된 높은 Q 고정값 콘덴서일 수 있다. 제 2 종단부(20)는 PCB 상에 구리 트랙을 포함하고 기계적으로 조정가능한 콘덴서(30)는 요구되는 주파수에서 전체 루프 안테나의 공진을 이끈다. 루프 안테나(12)의 제 2 종단부(20)는 저잡음 증폭기(50)에 조화하기 위해 요구되는 임피던스 변환을 얻기 위해 루프의 나머지에 유도적으로 분기하기 위해 사용된다.
결과 네트워크의 Q는 기계적으로 조정가능한 콘덴서(30)가 루프 안테나(12)의 낮은 임피던스 부분에 걸치기 때문에 더 높게 되고, 이 콘덴서(30)의 등가 와류 저항은 안테나가 적용될 때, 값에 있어서 높은 Q 콘덴서(26) 양단의 임피던스 비율에 의해 제 2 종단부(20)와 루프 안테나(12)의 나머지 접합부의 임피던스 값까지 변환된다. 콘데서(30)의 정전 용량은 유사하게 값이 변환되고 그래서 낮은 정전 용량이지만 루프 안테나(12)의 종단 양단에 더 높은 Q 장치로서 나타난다.
저비용의 구성 소자를 이용하여 상대적으로 소형 안테나를 제조하는 또 하나의 수단은 송신선으로 안테나를 제조하는 것이다. 안테나는 검출 시스템의 Q가 전기적 크기의 감소를 보상하기 위해 상승한다면 더 작게 제조될 수 있다. 송신선 공진기에 대한 통상적 Q값은 보통의 집중 임피던스 회로로 획득할 수 있는 것 보다 훨씬 더 높다.
도 9는 각각의 반대편 종단이 증폭기(50)의 각 입력에 결합되는 루프를 형성하기 위해 굽은, 병렬로 배열된 송신선(60,62)을 포함하는 루프 안테나의 예를 도시한다. 송신선(60,62)은 자기적으로 방사 전계에 결합하고 그것에 의해 안테나로 동작하는 송신선 변환기로 동작한다. 안테나의 동조는 해당 주파수로 미리 동조된 안테나의 제조가 가능하도록 송신선 길이의 잘 제어된 파라미터에 의존한다.
선택적으로 기계적으로 조정가능한 콘덴서(30)는 안테나 동조를 조절하기 위해 제공될 수 있다.
송신선 안테나의 구현은 다음을 포함할 수 있다.
(1) 외곽 도체 또는 다른 쪽 종단의 도전성 덮개에 연결된 한 종단의 내부 도체, 및 한쪽 종단에서 외곽으로부터 얻어진 출력과 다른 종단에서의 내부 도체를 갖는 동축케이블의 다중-턴 나선;
(2) 유전체에 의해 삽입된 두 개의 전도성 금속박(foil)을 포함하는 박막 나선형으로 감긴 소자와 같은 콘덴서. 한 금속박의 내부 종단은 다른 금속박의 외부 종단에 연결되고, 출력은 다른 금속박의 내부 종단 및 한 금속박의 외부 종단에서 유도된다;및
(3) PCB 또는 반도체 제조를 위한 스트립라인 구조.
본 명세서를 읽음으로, 다른 변경이 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 변경은 설계, 제조와 무선 장치의 이용 및 그것을 위한 루프 안테나에서 이미 공지된 다른 특성을 포함할 수 있고 여기서 이미 기술된 특성을 대신하여 또는 추가해서 사용될 수 있다.
루프 안테나는 호출기와 같은 소형 장치를 위해 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 루프 안테나를 구비하는 무선 장치에 있어서, 상기 루프 안테나는,
    제 1 및 제 2 전도성 종단부에 의해 서로 연결된 제 1 및 제 2 전도체로 형성된 일반적으로 기다란 루프, 상기 제 1 종단부로 병합된 고정값 콘덴서, 상기 제 2 종단부에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 상기 제 1 및 제 2 도체를 서로 연결하는 탭 및 상기 탭 내의 가변 콘덴서를 포함하는 무선 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고정값 콘덴서는 상기 가변 콘덴서보다 더 높은 Q를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가변 콘덴서는 전기적으로 조정가능한 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 또 하나의 탭이 언급된 상기 제 1 탭에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 상기 제 1 및 제2 도체를 서로 연결하고, 기계적으로 조정가능한 콘덴서가 상기 다른 탭에 구비되는 것을 특징으로 하는 무선 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 루프 안테나는 기판을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 도체와 제 1 및 제 2 종단부는 상기 기판 상에 인쇄 전도성 트랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 언급된 상기 제 1 루프의 또 하나의 일반적으로 기다란 루프가 제 1 및 제 2 전도성 종단부에 의해 상기 기판의 반대쪽 상에 서로 연결된 제 1 및 제 2 인쇄 전도성 트랙을 형성하고, 고정값 콘덴서가 상기 또 하나의 루프의 상기 제 1 종단부로 병합된 것을 특징으로 하는 무선 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 기판의 양쪽면에 상기 전도성 트랙이 상기 기판을 통한 연결에 의해 전기적으로 서로 연결된 것을 특징으로 하는 무선 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 도체와 상기 제 1 종단부는 상기 제 2 종단부에 거의 직교하게 확장하는 것을 특징으로 하는 무선 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 루프 안테나는 RF 구정 소자를 휴대하는 회로 기판 상에 장착된 또 하나의 루프에 유도적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 무선 장치.
  10. 루프 안테나에 있어서,
    제 1 및 제 2 전도성 종단부에 의해 서로 연결된 제 1 및 제 2 전도체에 의해 형성된 일반적으로 기다란 루프, 상기 제 1 종단부에 병합된 고정값 콘덴서, 상기 제 2 종단부에 인접하지만 일정간격을 유지하는, 상기 제 1 및 제 2 도체를 서로 연결하는 탭 및 상기 탭 내의 가변 콘덴서를 포함하는 루프 안테나.
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