KR20010052176A - 2개의 능동 방사기를 구비한 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각각 도전성 재료로 제조된 제 1 및 제 2 도전 스트립 (404, 408) 을 구비하는 이중 스트립 안테나 (400) 에 관한 것이다. 제 1 및 제 2 스트립은 소정의 두께(t)를 갖는 유전체 기판 (412) 에 의해 분리되어 있다. 제 1 스트립 (404) 은 일 단부에서 제 2 스트립에 전기적으로 접속되어 있다. 동축 신호 피드(feed; 404)는 이중 스트립 안테나 (400) 에 결합되어 있다. 이중 스트립 안테나 (400) 는, 비대칭 도전체 종단을 갖는 양단 개방 평행판으로써 이중 스트립 안테나 (400) 를 동작시킴으로써 가능하게 되는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나 (200) 에 비해 대역폭의 증가를 가져온다. 양단 개방 평행판 도파관으로써의 이중 스트립 안테나 (400) 의 동작은 제 1 및 제 2 스트립 (404, 408) 의 길이와 폭에 대한 적절한 크기를 선택함으로써 행해질 수 있다. 안테나를 소형화하고 여러가지 유용한 형태를 갖게 함으로써 이중 스트립 안테나 (400) 가 내부 무선 장치 안테나로서 사용될 수 있게 한다.

Description

2개의 능동 방사기를 구비한 안테나{ANTENNA WITH TWO ACTIVE RADIATORS}

안테나는 무선 통신 장치와 시스템의 중요한 성분이다. 비록 수많은 모양과 크기가 각각인 다른 안테나가 사용되고 있지만, 그들은 각각 동일한 전자기 이론에 따라 동작한다. 안테나는 유도파와 자유 공간파 또는 그 반대 사이의 전송 영역과 연관된 구조체이다. 일반적인 원리로는, 개방된 전송 라인을 따라 이동하는 유도파는 전자기파라고 알려진 자유 공간파로 방사된다.

최근에는, 휴대할 수 있고 이동 가능한 전화기와 개인 통신 서비스(PCS) 전화기와 같은 개인 무선 통신 장치 사용의 증가로, 이러한 통신 장치에 적합한 소형의 안테나 필요성이 증가하였다. 최근의 집적 회로와 배터리 기술의 발달은 이러한 통신 장치의 크기와 무게를 과거 수년에 걸쳐 과감하게 줄일 수 있도록 하였다. 아직도 크기의 축소가 요구되는 한 영역은 통신 장치 안테나이다. 이는 안테나의 크기가 장치의 크기를 축소하는데 중요한 역할을 할 수 있는 사실에 기인한다. 그 외에, 안테나의 크기와 모양은 장치의 미적 감각과 제조 원가에 큰 영향을 준다.

무선 통신 장치용 안테나를 설계하는데 고려해야할 중요한 요소 중의 하나는 안테나의 방사 패턴이다. 통상적인 응용시, 통신 장치는 그 장치로부터 어떠한 방향에라도 위치할 수 있는 또다른 장치나 기지국, 허브 또는 위성과 통신할 수 있어야 한다. 따라서, 이러한 무선 통신 장치용 안테나는 거의 전 방향성 방사 패턴을 갖는 것이 절대적으로 필요하다.

무선 통신 장치용 안테나를 설계하는데 고려되어야 할 또다른 중요한 요인은 안테나의 대역폭이다. 예를 들면, PCS 통신 시스템으로 사용되는 전화기와 같은 무선 장치는 1.85~1.99㎓의 주파수에 걸쳐 동작하고, 따라서 7.29%의 유효 대역폭을 요한다. 전형적인 셀룰러 통신 시스템으로 이용한 전화기는 8.14%의 대역폭을 요하는 824~894㎒ 주파수에 걸쳐 작동한다. 따라서, 이러한 형의 무선 통신 장치에 사용하기 위한 안테나는 적절한 대역폭 요구에 맞도록 설계되어야지 그렇지 않으면 통신 신호는 심하게 감쇠된다.

무선 통신 장치에 통상적으로 사용되는 안테나의 한 유형은 휩 안테나로 사용하지 않을 때는 쉽게 장치 속으로 들어간다. 그러나, 휩 안테나에 관해서는 몇 가지의 불이익이 있다. 가끔, 휩 안테나는 수신하기 위해서 잡아 빼거나 집어넣었을 때도 물건, 사람이나 표면에 걸려서 손상되기 쉽다. 이러한 파손을 방지하기 위해 휩 안테나가 안으로 들어갈 수 있도록 설계된다 할지라도 장치의 전체 크기를 가로질러 연장하거나 장치의 어느 부분 내에서 중요한 부품과 회로의 배치에 방해가 될 수 있다. 집어넣을 때, 필요한 것보다 더 큰 최소의 장치 덮개 크기를 요할 것이다. 한편, 안테나를 집어넣을 때 크기를 줄이기 위해서 추가적인 확대부분을 가지도록 구성될 수 있지만 일반적으로, 사용자에게는 미관상 덜하고 더욱 가늘고 불안전하거나 혹은 조작성이 떨어진다고 여겨진다.

또, 휩 안테나는 본래 토로이달(toroidal) 즉, 가운데에 널(null)이 있는 도넛 같은 모양의 방사 패턴을 갖는다. 그러한 안테나를 이용하고 있는 휴대용 전화나 다른 무선 장치가 지면에 수직인 즉, 지면이나 국부 수평면에 대해서 90°각도를 이루는 안테나로 장착되어 있을 때, 이 널 또한 90°각도로 기울어진 중심축을 갖고 있다. 이는 일반적으로 들어오는 신호가 안테나에 대해서 90°각도로 도달하도록 강제되어 있지 않기 때문에 신호 수신을 방해하지 않는다. 그러나, 전화 사용자는 사용중에 수시로 그들의 휴대용 전화기를 기울여서 어떠한 관련 휩 안테나도 기울어지게 한다. 휴대용 전화기 사용자는 통상 그들의 전화기를 국부적인 수평선(수직에서 30°)에 대해 약 60°각도로 기울여 휩 안테나가 60°각도로 기울어지도록 하는 것이 관찰되어 왔다. 이 결과, 널의 중심축 역시 60°각도로 위치하게 된다. 그 각도에서 널은 60°각도로 도달하는 입력 신호의 수신을 방해한다. 불행히도 셀룰러 통신 시스템에서 입력 신호는 흔히 60°각도 범위나 그 근처 각도로 도달하고 잘못 위치한 널이 어떤 신호의 수신을 방해할 가능성이 커지고 있다.

무선 통신 장치에 사용하기에 적합할 것으로 보이는 또다른 유형의 안테나는 등각 안테나이다. 일반적으로 등각 안테나는 그것이 탑재되는 표면의 모양을 따르고 낮은 외형을 하고 있다. 등각 안테나 중에는 패치 안테나, 마이크로스트립 안테나, 스트립라인 안테나와 같은 몇가지 다른 유형이 있다. 마이크로스트립 안테나는 특히 최근에 개인 통신 장치에서 사용해 왔다.

용어가 암시하듯이, 마이크로스트립 안테나는 패치나 마이크로스트립 소자를 구비하고 있으며, 또한 보통 방사기 패치라고 일컫는다. 마이크로스트립 소자의 길이는 공진 주파수(f₀)와 연관된 파장(λ₀)에 관련하여 정해지며, 공진 주파수(f₀)는 800㎒나 1900㎒와 같은 관심 주파수에 맞도록 선택된다. 통상 사용되는 마이크로스트립 소자의 길이는 반파장(λ₀/2)과 1/4파장(λ₀/4)이다. 비록, 마이크로스트립 안테나중 몇가지 유형이 최근 무선 통신 장치에 사용되어 왔지만 몇몇 영역에선 더많은 개선이 요구된다. 더 많은 개선이 요구되는 그러한 영역중 하나는 전체의 크기를 줄이는 일이다. 중요한 개선이 요구되는 또다른 영역은 대역폭 영역이다. 전류 패치나 마이크로스트립 안테나 설계는, 진보된 통신 시스템에 사용하는데 요구되는 7.29 내지 8.14% 이상의 대역폭 특성을 얻기 위해서는 실질적인 크기로 나타나지 않는다.

그러므로, 안테나 제작을 위한 새로운 안테나 구조와 기술이 진보된 통신 시스템 요구와 균형이 잘 맞는 대역폭을 달성하기 위해서는 필요하다. 또한, 안테나 구조는 무선 장치 내에서 더욱 융통성 있는 부품 배치, 크게 개선된 미적 감각 및 감소된 안테나 손상을 제공하기 위해 내부 설치에 도움이 되어야 한다.

본 발명은 일반적으로 안테나, 좀더 구체적으로는 이중 스트립 다중 주파수 안테나에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특히 개선된 대역폭과 방사 특성을 갖는 무선 장치용 내부 안테나에 관한 것이다.

도 1a 와 도 1b 는 휩과 외부 헬리컬 안테나를 구비한 휴대폰을 도시한다.

도 2 는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나를 도시한다.

도 3 은 도 2 의 마이크로스트립 패치 안테나의 측면도를 도시한다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 이중 스트립 안테나를 도시한다.

도 5a 내지 도 5i 는 스트립을 연결하기 위해 자승 천이를 사용하는 본 발명의 몇가지 다른 실시예의 단면도를 도시한다.

도 6a 내지 도 6c 는 스트립을 연결하기 위해 만곡된 천이를 사용하는 본 발명의 몇가지 다른 실시예의 단면도를 도시한다.

도 7a 내지 도 7e 는 스트립을 연결하기 위해 V자형의 천이를 사용하는 본 발명의 몇가지 다른 실시예의 단면도를 도시한다.

도 8a 내지 도 8f 는 만곡되고 각이 지며, 복합된 스트립 형상을 사용하는 본 발명의 몇가지 다른 실시예의 단면도를 도시한다.

도 9a 내지 도 9c 는 어떤 특정 응용에 유용한 본 발명의 몇가지 다른 실시예의 사시도를 도시한다.

도 10 은 휴대폰의 사용시에 적합한 본 발명의 일 실시예의 측정된 감응 주파수를 도시한다.

도 11 은 PCS 무선 전화의 사용시에 적합한 본 발명의 또다른 실시예의 측정된 감응 주파수를 도시한다.

도 12 와 도 13 은 본 발명의 일 실시예에 대해 측정된 필드 패턴을 도시한다.

도 14a 와 도 14b 는 도 1 의 전화 내에 탑재된 본 발명의 일 실시예의 측면도 및 평면도를 도시한다.

도 15a, 도 15b, 도 15c, 및 도 15d 는 적소에 안테나를 탑재하는 다른 메카니즘을 도시한다.

도 16a, 도 16b, 및 도 16c 는 본 발명이 이용될 수 있는 부가적인 무선 장치를 도시한다.

본 발명은 이중 스트립 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 이중 스트립 안테나는 제 1 및 제 2 스트립을 포함하고 각각 금속판과 같은 도전성 재료로 되어 있다. 제 1 및 제 2 스트립은 유전체 기판이나 공기와 같은 유전체에 의해서 분리되어 있다. 제 1 스트립은 전기적으로 일 단부에서 제 2 스트립에 접속되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제 1 스트립의 길이는 제 2 스트립의 길이보다 짧고 제 1 스트립의 표면 면적은 제 2 스트립의 표면 면적보다 적다.

동축 피드 구조물은 이중 스트립 안테나에 접속되거나 연결되어 있다. 바람직한 실시예에서 동축 피드의 양 단자는 전기적으로 제 1 스트립에 접속되어 있고 동축 피드의 음 단자는 전기적으로 제 2 스트립에 접속되어 있다. 또다른 실시예에서는 이들 단자 또는 극성은 반대로 되어 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 이중 스트립 안테나는 평평한 도전성 스트립이나 폭이 좁은 판(시트)을 U자형 구조로 성형하거나 접거나 구부려서 제조한다. 그리고, U의 각 아암은 스트립중 하나를 형성한다. 다른 실시예에서는 2개의 스트립 사이의 전이, 결합 또는 접속을 위하여 다른 모양이 채택된다. 여기에는 원형과 정방형 모두 C, L, 및 V자형의 변형 또는 접어서 만든 것뿐만 아니라, 4분원, 2분원, 반타원, 포물선, 각지거나 단계화된 것들을 포함한다.

또한, 이중 스트립 안테나는 유전체 기판의 양쪽에 있는 스트립의 모양인 금속 화합물, 도전성 수지나 도전성 세라믹과 같은 1개 이상의 층의 도전체를 쌓아서 제조될 수 있다. 이 기술로 각 스트립의 한쪽 끝은 전기적으로 서로 접속되어 있다. 이 전기적 접속은 도전성 와이어, 땜납 재료, 도전성 테이프, 도전성 화합물이나 바이아스(vias)를 통해 도금된 1개 이상의 재료와 같은 여러 종류의 수단에 의해서 실행될 수 있다. 기판은 원하는 모양이나 그 위에 놓여지는 스트립의 상대적 위치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서 제 1 및 제 2 스트립은 2개의 평행 평면에서와 같이 서로 거의 평행으로 위치하고 있다. 본 발명의 또다른 실시예에서는, 제 1 스트립과 제 2 스트립은 공기나 자유 공간과의 개선된 임피던스 정합을 제공하기 위하여 제 1 스트립과 제 2 스트립이 전기적으로 접속된 곳에서부터 제 1 스트립과 제 2 스트립이 연장할 때, 그들은 개방된 단부에서 나팔꽃 모양으로 벌어진다.

본 발명의 또다른 실시예에서, V자형의 구조에 이용된 각도는 90°이하에서 거의 180°까지 변할 수 있고 곡선 구조는 관심 대상인 무선 장치 내의 설치 위치에 따라서 상대적으로 작거나 큰 직경을 이용할 수 있다. 도체의 폭은 그들이 테이퍼지게 하거나 굴곡을 주거나 또는 바깥 끝으로 향한 좁은 폭에 점진적으로 변화를 주도록 그들 각각의 길이에 따라서 바뀔 수 있다. 이들 특징과 유형중 몇 가지는 결합되어 한 개의 단일 안테나 구조가 된다.

또다른 실시예에서, 스트립 중 하나의 끝은 일반적으로, T자형의 끝을 갖도록 횡단 멤버로 되어 있다. 이것은 스트립 중 하나의 끝에 횡단 멤버를 부착함으로써 실행될 수 있다. 적어도 스트립 중의 하나는 그 길이에 따라서 짧은 미리 정해진 거리를 위하여 선택적으로 쪼개지거나 세분되어진다. 세분된 부분의 하나는 접혀지거나 스트립에 대한 각도로 방향이 바뀐다. 그리고, 나머지 부분은 스트립에 관해서 음의 각도로 접혀지거나 각도가 고쳐진다. 전형적으로 비록 요구되지는 않지만 각도는 90°이다. 이 각도에서 더 많은 Y자형 단부 구조가 허용될 수 있기 때문이다.

T자형 끝과 같은 접혀진 소자를 갖는 실시예를 위하여, 스트립의 이들 부분은 본딩 소자나 채널에서의 스냅이나 스크류 또는 조임쇠로 알려진 어떤 것 또는 조이는 수단을 이용하여 안테나의 나머지를 표면에 설치하기 위한 지지체로써 사용될 수 있다. 이러한 구성으로 안테나 소자는 충분히 두꺼운 자재로 제조되어 안테나의 과대한 변형을 방지한다. 또한, 이 접근 방법은 무선 장치 덮개 속으로 안테나를 직접 집어 넣게 함으로써 단순한 전화기 조립 기술을 제공한다.

또한, 이중 스트립 안테나 스트립의 모양은 3차원적으로 변화를 줄 수 있다. 2차원에서 납작한 평면으로 이루어진 한 쌍의 스트립은 호를 따라서 굽어질 수 있거나 또는 제 3 의 방향으로 접혀질 수 있다. 또한, 단순 오프셋 또는 짧은 곡선 및 제 3 차원에서의 폴드는 어떠한 응용을 위해서 계획된다.

본 발명에 의하면, 이중 스트립 안테나는 전형적인 1/4 파장 또는 1/2 파장 패치 안테나에 대해서 대역폭의 증가를 가져온다. 실험 결과는 이중 스트립 안테나는 적어도 대략 10%의 대역폭을 갖고 이것은 셀룰러와 PCS 전화기와 같은 무선 장치를 사용하는데 매우 이익이 된다는 것을 보여주고 있다.

Ⅰ. 발명의 개관 및 해설

종래의 마이크로스트립 안테나가 개인 통신 장치에 사용하기에 적합하게 하는 몇가지 특성을 가지고 있는 반면에, 휴대폰과 PCS폰과 같은 무선 통신 장치에 사용하기에 더 바람직하게 하기 위해 마이크로스트립 안테나의 다른 영역에서의 더 낳은 개선점이 아직까지 요구되고 있다. 진보된 개선점중의 하나는 대역폭에 있어 요구되고 있다. 일반적으로, PCS 와 휴대폰은 만족스럽게 동작하기 위해서는 약 8%의 대역폭을 요구한다. 현재 사용 가능한 마이크로스트립 안테나의 대역폭은 약 1-2%의 범위내에 있기 때문에, PCS 와 휴대폰의 사용에 더 적합하기 위해서는 대역폭의 증가가 요구된다.

진보된 개선점중의 또다른 영역은 마이크로스트립 안테나의 크기에 있어서 요구되고 있다. 예컨대, 마이크로스트립 안테나의 크기 축소는 무선 통신 장치가 좀더 소형이고 미각적으로 사용될 수 있게 한다. 실제로, 이러한 점은 심지어 이러한 안테나가 무선 통신 장치에서 사용될 수 있게 되는지에 대해서도 결정할 수 있다. 과거에는, 종래의 마이크로스트립 안테나의 크기를 축소하는 것은 사용된 유전체 기판의 두께를 줄이거나 유전체 상수를 증가시킴으로서 가능한 것이었다. 그러나, 이는 안테나의 대역폭을 감소시키는 바람직하지 않은 효과를 가져와 무선 통신 장치에 덜 적합하게 만들었다.

또한, 패치 방사기와 같은 종래의 마이크로스트립 안테나의 필드 패턴은 일반적으로 지향성이다. 대부분의 패치 방사기는 안테나에 대한 국부 수평선에 비례하여 상반구에서만 복사한다. 상술한 바와 같이, 이러한 패턴은 장치의 움직임에 따라 이동하거나 회전하고 도달 지역에 있어서 바람직하지 않은 널(null)이 생성될 수 있다. 그러므로, 마이크로스트립 안테나는 많은 무선 통신 장치에서 사용하는데 있어 매우 바람직하지 않았다.

본 발명은 상술한 것과 그 외의 문제점들에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명은 양단이 개방되고 비대칭인 도체 말단을 가진 평행판 도파관으로서 동작할 수 있는 이중 스트립 안테나를 지향하고 있다. 이중 스트립 안테나는 증가된 대역폭을 제공하고, 무선 통신 장치의 사용에 바람직한 다른 특성들을 유지하면서다른 안테나 디자인에 비해 크기가 축소되었다.

본 발명의 의한 이중 스트립 안테나는, 휴대 전화와 같은 무선 또는 개인 통신 장치의 상부면에 가깝게 설치될 수 있거나 무선 장치의 스피커, 이어폰, 입/출력 회로, 키패드 등과 같은 다른 부품의 인접 또는 뒤에 탑재될 수 있다. 또한, 이중 스트립 안테나는 무선 통신 장치가 사용될 수 있는 차량의 표면 위 또는 내부에도 설치될 수 있다.

휩 또는 외부 헬리컬 안테나와는 달리, 본 발명의 이중 스트립 안테나는 물체나 표면에 걸려서 쉽게 손상되지 않는다. 또한, 이 안테나는 개선된 특징과 회로에 필요한 내부 공간을 차지하지 않고 집어넣어질 때 받아들일 큰 덮개도 요하지 않는다. 본 발명의 이중 스트립 안테나는 자동화 생산으로 노동력을 줄일 수 있다. 그리고, 이는 생산비를 줄이고 신뢰도를 높인다. 또한, 이중 스트립 안테나는 거의 전방향성 패턴으로 방사하고, 이는 많은 무선 통신 장치에 적합하게 한다.

Ⅱ. 실시예 환경

본 발명을 상세히 설명하기 전에, 본 발명이 구현될 수 있는 실시예의 환경을 설명하는 것이 유익하다. 넓은 의미에서, 본 발명은 개인 통신 장치, 무선 전화, 무선 모뎀, 팩시밀리 장치, 휴대용 컴퓨터, 호출기, 메시지 방송 수신기 등과 같은 어떠한 무선 장치에서도 구현될 수 있다. 그러한 환경중 하나는, 가령, 휴대폰, PCS, 또는 다른 상용 통신 서비스와 같은 휴대할 수 있거나 손에 들고 쓰는 무선 전화이다. 상이한 덮개 형태와 스타일을 가진 여러 가지의 무선 전화가 공지되어 있다.

도 1a 와 도 1b 는 상술한 휴대폰과 PCS 시스템과 같은 무선 통신 시스템에서 사용된 전형적인 무선 전화기를 도시한다. 도 1 (1a, 1b) 에 도시된 무선 전화는 좀 구식인 몸체 형태 또는 구성을 가지고, 반면에 가령 도 14 에 도시된 바와 같은 다른 무선 전화기는 "조개 껍질" 또는 폴더형 구성을 하고 있다.

도 1 에 도시된 전화기는 휩 안테나 (104) 와, 휩과 중심을 공유하며 덮개 (108) 로부터 튀어나온 헬리컬 안테나 (106) 를 구비하고 있다. 덮개의 전면에는, 통상적인 무선 전화기 성분인 공지된 스피커 (110), 표시 패널 또는 화면 (112), 키패드 (116), 및 마이크로폰 또는 마이크로폰 액세스 홀 (118) 이 도시되어 있다. 도 1a 에서, 안테나 (104) 는 통상 사용시에 마주치는 연장된 위치에 있고, 반면에 도 1b 에서는, 안테나 (104) 가 들어가 있는 채로 도시되어 있다. 여러가지 무선 장치와 전화기가 있으므로, 이 전화기는 예시용으로만 사용되고 본 발명이 이용될 수 있는 물리적인 구성과 관련되어 있다.

상술한 바와 같이, 안테나 (104) 는 몇가지 단점을 가지고 있다. 하나는 사용시 뺄 때와 심지어 집어넣을 때에도, 다른 물건 또는 표면에 부딪힘으로서 손상되기 쉽다는 점이다. 또한, 안테나 (104) 는 특성과 배터리와 같은 전원을 포함한 회로를 향상시키기 위해 부품을 배치하는 식으로 전화기의 내부 공간을 차지하여 더 제한적이 되고 덜 유연하게 된다. 또한, 안테나 (104) 는 빼내어질 때 수용할 수 없을 정도로 큰 최소한의 덮개 크기를 요할 수 있다. 또한, 안테나 (106) 는 사용 중에 다른 물건이나 표면 상에 걸릴 수 있고 전화기 덮개 (102) 내로 집어넣을 수 없게 된다.

본 발명은 이러한 환경예에 관점에서 설명된다. 이러한 관점에서의 설명은 단지 명확성과 편리함을 위해서 제공되는 것이다. 본 발명은 이러한 환경예의 응용에 한정되는 것은 아니다. 다음 설명을 읽으면, 관련 분야의 당업자들에게는 다른 환경에서 본 발명을 어떻게 구현할 것인가가 명백해질 것이다. 실제로, 후술하는 바와 같이 본 발명은, 한정적이지 않고 휴대용 팩시밀리 또는 무선 통신 능력을 구비한 휴대용 컴퓨터 등과 같은 어떠한 무선 통신 장치에도 이용될 수 있다는 것이 명백해질 것이다.

도 2 는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나 (200) 를 도시한다. 안테나 (200) 는 마이크로스트립 소자 (204), 유전체 기판 (208), 기준 평면 (212), 및 피드 포인트 (216) 를 구비하고 있다. 마이크로스트립 소자 (204; 일반적으로, 방사기 패치라고도 한다) 와 기준 평면 (212) 은 각각 동판과 같은 도전성 재료층으로 제조된다.

가장 일반적으로 사용되는 마이크로스트립 소자와 관련된 기준 평면은, 비록 마이크로스트립 소자와 원과 같은 다른 형상을 갖는 관련된 기준 평면도 사용될지라도, 직사각형 소자로 이루어져 있다. 마이크로스트립 소자는, 인쇄 회로판의 한쪽면에 광에칭되고 기준 평면은 인쇄회로판의 다른쪽 면, 또는 또다른층에 광에칭되는 것을 포함하는 여러가지 공지된 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 마이크로스트립 소자와 기준 평면은, 도전성 재료를 기판 상에 선택적으로 배치, 유전체에 평판을 결합 또는 플라스틱을 도전성 재료로 피복함으로써 형성될 수 있다.

도 3 은 종래의 마이크로스트립 안테나 (200) 의 측면도를 도시한다. 중심 도체 (220) 와 외부 도체 (224) 를 갖는 동축 케이블은 안테나 (200) 에 접속되어 있다. 중심 도체 (양의 단자; 220) 는 피드 포인트 (216) 에서 마이크로스트립 소자 (204) 에 접속되어 있다. 외부 도체 (음의 단자;224) 는 기준 평면 (212) 에 접속되어 있다. 마이크로스트립 소자 (204) 의 길이(L)는 유전체 기판 (208; Richard C. Johnson과 Henry Jasik 공저의 “안테나 엔지니어링 핸드북”제 2 판의 7장, 7-2페이지 참조) 에서 일반적으로 반파장과 같게 되고, 다음 관계식에 의해 표현된다.

여기서, L=마이크로스트립 소자 (204) 의 길이

ε_r=유전체 기판 (208) 의 상대적인 유전 상수

λ₀=자유 공간 파장

λ_d=유전체 기판 (208) 에서의 파장

유전 상수와 피드 인덕턴스의 변화는 정확한 크기를 예측할 수 없게 하므로 정확한 길이를 결정하기 위해 흔히 테스트 소자가 설치된다. 두께(t)는 보통 파장보다 훨씬 짧고, 횡단 전류나 모드를 최소화하거나 또는 방지하기 위해 0.01λ₀의 크기가 된다. 선택된 t의 값은 안테나가 동작해야 할 대역폭에 기초하게 되고 후에 더 상세히 논의된다.

마이크로스트립 소자 (204) 의 폭 “w”은, 좀더 높은 차수의 모드가 여기되지 않도록 유전 기판 재료에서의 파장(λ_d)보다 작아야 한다. 예외는 다중 신호 피드가 고차의 모드를 소거하기 위해 사용되는 경우이다.

통상적으로 사용되는 2번째 마이크로스트립 안테나는 1/4 파장 마이크로스트립 안테나이다. 1/4 파장 마이크로스트립 안테나의 기준 평면은 통상적으로 마이크로스트립 소자의 면적보다도 더 큰 면적을 가지고 있다. 마이크로스트립 소자의 길이는 기판 재료에 있어 관심있는 주파수에서 대략 1/4 파장이다. 기준 평면의 길이는 기판 재료에 있어 관심있는 주파수에서 대략 반파장이다. 마이크로스트립 소자의 일 단부는 기준 평면에 전기적으로 접속되어 있다.

1/4 파장 마이크로스트립 안테나의 대역폭은 유전체 기판의 두께에 달려있다. 상술한 바와 같이, PCS나 셀룰러 무선 전화기를 동작시키려면 대략 8%의 대역폭을 요한다. 1/4 파장 마이크로스트립 안테나가 8%의 대역폭 요구 조건을 만족시키기 위해서는 유전체 기판 (208) 의 두께는 셀룰러 주파수 밴드(824-894㎒)에 대해서는 대략 1.25인치여야 하고 PCS 주파수 밴드에 대해서는 0.5인치여야 한다. 이렇게 두께가 크게 되는 것은, 대략 두께가 0.25인치 정도가 요구되는 소형의 무선 또는 개인 통신 장치에 있어서는 명백히 바람직하지 않다. 두께가 큰 안테나는 통상적으로 대부분의 무선 통신 장치의 이용가능한 부피 내에 수용될 수 없다.

Ⅲ. 본 발명

본 발명의 일 실시예에 의해 구성되고 동작하는 이중 스트립 안테나 (400) 는 도 4 에 도시되어 있다. 도 4 에서, 이중 스트립 안테나 (400) 는 제 1 스트립 (404), 제 2 스트립 (408), 유전체 기판 (412), 및 동축 피드 (416) 를 구비하고 있다. 제 1 스트립 (404) 은 일 단부에 또는 근처에 있는 제 2 스트립 (408) 에 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 및 제 2 스트립은 각각 예컨대, 구리, 황동, 알루미늄, 은 또는 금과 같은 도전성 재료로 제조된다. 제 1 및 제 2 스트립 (404, 408) 은 공기나 이러한 용도로 알려진 발포체과 같은 유전 재료 또는 기판에 의해 서로 격리되어 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 스트립 (404, 408) 은 실질적으로 서로 평행하게 놓여져 있다. 또다른 실시예에서는(예컨대, 도 7a 내지 7c 와 도 9b 참조), 공기 또는 자유 공간과의 더 나은 임피던스 매칭을 제공하기 위해, 제 1 및 제 2 스트립이 열린 단부에서 꽃잎 모양으로 벌어진다.

제 1 스트립 (404) 의 길이는 주로 이중 스트립 안테나 (400) 의 공진 주파수를 결정한다. 이중 스트립 안테나 (400) 에서, 제 1 스트립 (404) 의 길이는 특정 동작 주파수에 적절하게 크기가 정해진다. 종래의 1/4 파장 마이크로스트립 안테나에서, 방사기 패치의 길이는 대략 λ/4이고, 여기서 λ는 자유 공간에서 전자파의 관심 주파수에서의 파장이다. 이중 스트립 안테나 (400) 에서, 제 1 스트립의 길이 (404) 는 동일 주파수에서 동작하는 1/4 파장 마이크로스트립 안테의 방사기 패치의 길이보다 대략 20% 작다. 제 2 스트립 (408) 의 길이는 동일한 주파수에서 동작하는 1/4 파장 마이크로스트립 안테나의 기준 평면의 길이보다 대략 40% 작다. 그러므로, 본 발명은 안테나의 전체 길이에 있어서의 큰 감소를 허용하고, 이는 개인 통신 장치의 사용에 있어서 더욱 바람직한 것이 된다.

통상적으로, 종래의 마이크로스트립 안테나의 기준 평면은 방사기 패치보다 더 넓은 것을 요한다. 전형적으로, 적절하게 동작하기 위해서는 적어도 반파장의 크기가 되야한다. 이중 스트립 안테나 (400) 에서, 제 2 스트립 (408) 의 면적은 종래의 마이크로스트립 안테나의 기준 평면의 면적보다 훨씬 더 작고, 이는 안테나의 전체 크기를 상당히 축소시킨다.

동축 피드 (416) 는 이중 스트립 안테나 (400) 에 결합되어 있다. 여기서 양의 단자 또는 내부 도체가 되는 일 단자는 제 1 스트립 (404) 에 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 음의 단자 또는 외부 도체인 다른 단자는 제 2 스트립 (408) 에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜시버 또는 다른 공지된 무선 장치 또는 무선 회로도와 같은 신호부(도시되지 않음)를 이중 스트립 안테나 (400) 에 결합시킨다. 여기서 사용된 신호부는 신호원과/또는 신호 수신기에 의해 제공된 기능성을 가리키는 점을 주목해야 한다. 이 신호부가 이들 기능중 하나 또는 둘다를 제공하는지에 대한 것은 안테나 (400) 가 무선 장치로 동작하기 위해 어떻게 구성되어 있는지에 달려있다. 안테나 (400) 는 예컨대, 신호부가 신호원으로 동작하는 경우에는 전송 소자로서 단독으로 사용되거나 동작될 수 있다. 반면에, 안테나 (400) 가 수신 소자로 사용되거나 단독으로 동작할 때는 신호부가 신호 수신기로서 동작한다. 신호부는, 안테나 (400) 가 송신과 수신 소자로서 접속되거나 사용될 때 트랜시버로서의 두가지 기능 모두를 제공한다.

본 발명에 의해 구성된 이중 스트립 안테나는 전형적인 1/4 파장 또는 반파장 패치 안테나에 대해서 대역폭의 증가를 제공한다. 실험상의 결과는 이중 스트립 안테나가 무선 전화에 매우 바람직한 대략 10%의 대역폭을 갖는다는 것을 보여준다. 대역폭의 증가는, 주로 이중 스트립 안테나를 양단 개방된 평행판 도파관으로서 동작시켜 가능해지지만, 비대칭 도전체 종단의 경우에는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나로서 동작시켜야 한다. 방사기 패치와 기준 평면을 구비한 종래의 마이크로스트립 패치 안테나와는 달리, 이중 스트립 안테나에서는, 제 1 및 제 2 스트립이 능동 방사기로서 동작한다. 이중 스트립 안테나의 동작 동안에, 표면 전류는 제 2 스트립과 마찬가지로 제 1 스트립으로 유도된다. 제 1 및 제 2 스트립에 대해 적절한 크기 즉, 길이와 폭을 선택함으로써, 양단 개방된 평행판 도파관으로서의 이중 스트립 안테나의 동작이 가능해진다. 즉, 제 1 및 제 2 스트립의 길이와 폭은, 제 1 및 제 2 스트립이 능동 방사기로서 동작할 수 있도록 주의깊게 그 크기가 정해진다. 발명자는 분석 방법과 관련 분야에 공지된 EM 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 제 1 및 제 2 스트립의 크기를 적절하게 선택하였다. 시뮬레이션 결과는 공지된 실험 방법을 사용하여 입증되었다.

본 발명에서, 대역폭은 해당하는 안테나의 크기를 증가시키지 않고 증가된다. 이는 일반적으로 패치 안테나의 두께를 증가시켜 대역폭이 증가되는 종래의 패치 안테나의 이론에 상반되는 것이며, 이로 인해 패치 안테나에 대한 전체 크기가 더 커지게 된다. 그러므로, 본 발명은 이중 스트립 안테나로 하여금 상대적으로 작은 크기를 갖게 하고, 따라서 PCS 와 셀룰러 전화기와 같은 무선 통신 장치에 더 적합하게 되었다.

본 발명의 일 실시예에서, 이중 스트립 안테나 (400) 는 평평한 도체 시트를 U자형으로 구부림으로써 이루어진다. 가령, 이것에 한정되는 것은 아닌 4분원, 반원, 반타원, 포물선, 모난형, 원형이고 정방형의 C자형, L자형, 및 V자형과 같은 여러가지 다른 형태가 공간과 배치 제한 또는 요구 조건에 따라 사용될 수 있다. V자형 구조에 대한 접합부에 사용된 각은 90°미만에서부터 거의 180°에 이르기까지 변화할 수 있다. 구부러진 구조물은 상대적으로 작거나 큰 반경들을 사용할 수 있다.

도체의 폭은, 그것들이 외부 단부(피드 부분이 아님)쪽으로 점차 가늘어지고, 구부러지며 또는 폭에 있어서 더 좁아지거나 넓어지는 쪽으로 단계적으로 변화하는 식으로 각각의 길이를 따라 변화될 수 있다. 관련 분야의 당업자들에게 명확히 이해되는 바와 같이, 이들 효과 또는 형태는 단일 안테나 구조물에서 결합될 수 있다. 예컨대, 또다른 차원에서 구부러지거나 접혀지는 해당 제 2 스트립 위에 배치된 각진 단계화된 스트립이 가능하다.

본 발명의 스트립에 대한 다른 실시예 또는 형태의 몇몇 단면도가 도 5a 내지 5g, 6a 내지 6c, 7a 내지 7d, 및 8a 내지 8f 에 도시되어 있고, 참조 번호의 마지막 숫자는 제 1 또는 제 2 스트립 즉, 4 또는 8 을 각각 가리킨다. 첫번째 순자와 마지막 문자는, 도 5a에서의 504A, 도 7b에서의 708b 등과 같이, 소자가 나타나는 도면을 가리킨다.

도 5a 내지 도 5i 에 도시된 안테나 실시예의 단면은, 스트립을 함께 접속하기 위한 직사각형 또는 정방형 전환을 이용하는 본 발명의 또다른 형태를 도시한다. 즉, 도 5a 내지 도 5i 에 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 스트립은 실질적으로 곧은 도전성 접속 소자 또는 전환 스트립 (506; 506A 내지 506I) 을 이용하여 함께 접속되거나 결합된다. 또한, 서로 상대적인 스트립에 대한 방향에 있어서의 또다른 변화가 실질적으로 정방형인 코너로 이루어질 수 있다. 방향에 있어서의 각 변화는, 실질적으로 수직이거나 또는 90°각도로 각 스트립의 새로운 부분을 이전 부분으로 배치시키는 것을 수반한다. 물론, 이들 각도는 대부분의 응용에 있어서 정확할 필요는 없고, 상술한 바와 같이 구부러지거나 모서리가 깎인 코너와 함께 다른 각도도 사용될 수 있다.

도 5b 는, 더 긴 제 2 스트립을 수용하기 위해서 스트립이, 안테나 구조에 대한 요구되는 총 길이를 유지하기 위해 접혀질 수 있다는 점을 도시하고 있다. 도 5c 는 접힙부가 제 1 스트립이 놓여 있는 평면쪽으로 또는 그 반대로 향할 수 있다는 점을 도시하고 있다. 도 5d 는 제 2 스트립이 부분적으로 또는 완전히 제 1 스트립 주위로 접혀질 수 있다는 점을 도시하고 있다. 도 5e 는 마찬가지로 접혀진 구조물을 통한 제 1 스트립의 연장을 도시하고 있다. 도 5f 는 더 작은 “단계”로 이루어지는 제 1 및 제 2 스트립에 대한 방향의 변화를 도시하고 있다.

도 5g 와 도 5h 는 특히, 스트립 중의 하나가 T형 또는 Y형 단부를 갖는 실시예를 도시하고 있다. 이러한 구성에서, T형 또는 Y형 단부는 결합 소자, 채널에서의 스냅, 나사 또는 다른 알려진 잠금 장치를 이용하여 어떤 표면에 안테나의 나머지를 탑재시키는 지지대로서 사용될 수 있다. T형 또는 Y형은, 스트립 (508F) 의 단부 상에 또다른 스트립 (510) 을 부착하거나 종축 즉, 길이 방향을 따라 스트립 (508F) 의 단부를 쪼개거나 스트립의 나머지에 상대적으로 한 부분을 상부로 하고 다른 부분은 하부로 향하게 함으로써 형성될 수 있다. 또한, 각 스트립의 일 단부는 전체적으로 Y자 형상을 만들기 위해 도 5i 에 도시된 바와 같이 휘거나 한 각도로 향하게 될 수 있다. 여기서, T 또는 Y 자(모난) 단부를 포함하는 안테나 단부는, 안테나 전체의 무게를 지탱하고 변형시키지 않으면서 원하는 공간을 유지하기 위해 충분한 두께를 가진 재료로 제조될 수 있다. 이러한 유형의 구조체는 단순한 무선 장치와 안테나 조립 기술을 제공한다. 전형적으로, 각도는 비록 그렇게 요구되는 것은 아니지만 90°이고 그렇게 해서 더 많은 Y자형의 단부 구조물이 허용되게 된다.

도 6a 내지 도 6c 에 도시된 안테나 실시예의 단면은, 스트립을 같이 접속시키기 위하여 만곡된 또는 곡선형의 전이를 이용한 본 발명에 대한 다른 형태를 예시한다. 즉, 도 6a 내지 도 6c 에 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 스트립은 만곡된 도정성 접속 소자 또는 전이 스트립 (606) 을 이용하여 함께 접속되거나 결합된다. 스트립 (606) 은 한정적이지 않은 4분원, 반원, 반타원, 또는 포물선 또는 그 조합을 포함하는 여러가지 형태를 가질 수 있다. 만곡된 구조물은, 특정한 응용에서 요구되는 것처럼 상대적으로 작거나 큰 반경을 이용할 수 있다. 또한, 각 스트립은 도 5a 내지 도 5i 에 도시된 바와 같이 안테나 구조체에 대한 전체적인 요구 길이를 유지시키기 위해 접혀질 수 있다. 도 6a 는 통상적인 반원으로 만곡된 전이, 도 6b 는 통상적인 4분원, 또는 타원, 만곡된 전이, 및 도 6c 는 통상적인 포물선 만곡된 전이를 도시하고 있다. 이러한 유형의 전이들은 또한 조합하여 사용될 수 있다.

도 7a 내지 도 7e 에 도시된 안테나 실시예의 단면들은 스트립을 함께 접속하기 위해 V자형의 전이를 이용한 본 발명에 대한 다른 형태를 도시한다. 즉, 도 7a 내지 도 7e 에 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 스트립은 분리된 도전성 접속 소자 또는 전이 스트립을 이용하지 않고 매우 작은 것을 이용하여 함께 접속되거나 결합된다. 대신에, 제 1 및 제 2 스트립은 외측으로 분리되거나 나팔꽃 모양으로 벌어지는 구성으로 공통 접합부로부터 연장하고 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 각 스트립은 도 5a 내지 도 5h 에 도시된 바와 같이 안테나 구조물에 대한 전체적인 요구 길이를 유지하기 위해 접혀질 수 있다.

도 7a 내지 도 7b 는 통상적으로 곧은 V자형 또는 그것들이 함께 결합되는 끝이 뾰족한 각 전이를 도시하고 있다. 도 7b 에서는, 통상적으로 평행한 스트립을 형성하고 서로에 대해 삼소된 각 기울기를 제공하기 위해 2개의 스트립이 굽어져 있다. 도 7c 내지 도 7 에서는, 초기의 V자형 결합 후에, 2개의 스트립 중 적어도 하나가 만곡되어 있다. 도 7c 에서는, 지수 함수적 또는 포물선 함수를 따르는 것처럼, 양 스트립이 만곡되어 있다. 도 7d 에서는, 오직 한 스트립만이 만곡되어 있고 도 7e 에서는 양 스트립이 만곡되어 있으나 곧은 부분으로 접혀져 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 유형의 전이는 또한 특정 응용에 있어서는 요구되는 바와 같이 조합하여 사용될 수 있다.

도 8a 내지 도 8f 는 만곡되고, 모가 났으며, 복합된 스트립을 이용한 본 발명의 스트립에 대한 몇가지 다른 실시예 또는 형태를 도시하고 있다. 여기서, 스트립은 그것들의 길이에 대해 서로 실질적으로 평행하게 놓여져 있으나, 원형, 구불구불한 형 또는 그것들이 도전성 접속 소자 또는 전이 스트립 (806; 806A 내지 806F) 을 이용하여 접속되거나 결합된 곳으로부터 외측으로 연장하는 V 자형 경로를 따르게 된다.

또한, 이중 스트립 안테나의 형태는 3차원적으로 변화할 수 있다. 2차원에서 평평한 표면으로서 나타나는 한 쌍의 스트립은 원호를 따라 만곡되거나 3차원(여기서는 z)에서의 각으로 휘어질 수 있다. 한 쌍의 스트립이 만곡되거나 z 방향으로 휘어지는 본 발명의 몇가지 실시예가 도 9a 내지 도 9c 에 도시되어 있고 여기서, 참조 번호의 마지막 숫자는 제 1 및 제 2 스트립을 지칭한다. 이들 실시예는, 안테나가 특정 소자 또는 장치 내의 구조물 주위에 “꼭 맞도록”요구되어질 수 있는 무선 장치에서의 특정 공간 내에 놓여질 것이 요구될 때 매우 요용하다.

도 9a 는, 실질적으로 서로 평행한 2개의 평면 내에 있는 도 4 에 도시된 제 1 및 제 2 스트립을 도시하고 있다. 그러나, 각 스트립은 또한 각 평면 내에서 3차원적으로 형태가 구부러져 있다. 도 9b 는, V자형 또는 2차원적으로 보여질 때는 끝이 뾰족한 각 전이로 함께 접속되는 도 7 에 도시된 바와 같은 제 1 및 제 2 스트립을 도시하고 있다. 그러나, 2개의 스트립은 또한 제 1 스트립이 열린 단부쪽으로 끝이 점점 가늘어지는 것처럼 3차원적으로 더 큰 각 전치를 갖는다. 도 9c 에서, 2개의 스트립은 그들이 함께 결합하는 곳에서 통상적으로 U자형의 전이를 갖고, 통상적으로 2차원적으로 서로에 대해 평행한 평행 스트립을 형성한다. 그러나, 양 스트립은 3차원적으로 보여지는 바와 같이 그것들 각각의 길이 방향으로 따라 만곡된 오프셋 부분을 갖는다.

또한, 이중 스트립 안테나 (400) 는 유전체 기판의 양면 상에 금속 스트립을 에칭 또는 증착하고 비아스(vias), 점퍼, 커텍터, 또는 와이어를 통해 하나 이상의 도금된 것을 사용하여 일 단부에서 함께 금속 스트립을 전기적으로 접속하여 구성될 수 있다. 또, 이중 스트립 안테나 (400) 는 플라스틱 재료를 원하는 형태(U, V 또는 C자 또는 만곡되거나 직사각형 등)를 갖는 지지 구조물로 주조하거나 형성하여 구성되어질 수 있으며, 액체 형태의 도전성 재료를 포함하는 공지된 방법을 이용하여 적절한 부분에 금속성 재료로 플라스틱을 도금하거나 피복하여 구성될 수 있다.

이중 스트립 안테나 (400) 는 종래의 마이크로스트립 안테나보다 훨씬 더 넓은 대역폭을 제공한다. 앞서 주목된 바와 같이, 종래의 마이크로스트립 안테나는 매우 좁은 대역폭을 가져서 개인 통신 장치에서 사용하기에 덜 바람직하게 만들거나 심지어는 완전히 사용불가능하게 되기도 한다. 이와는 대조적으로 이중 스트립 안테나 (400) 는 대략 10%의 대역폭을 제공하고 따라서, 무선 통신 장치의 사용에 있어서, 적절하게 된다.

본 발명에서, 대역폭의 증가는 주로 이중 스트립 안테나 (400) 를 양단 개방된, 그러나 비대칭 도전체 종단인 평행판 도파관으로서 동작시킴으로써 가능하게 된다. 이와는 대조적으로, 종래의 패치 방사기의 대역폭은 전형적으로 우전체 기판의 두께를 증가시킴으로써 증가된다. 그러나, 패치 방사기의 전체적인 크기를 증가시키는 두께를 증가시키면, 무선 통신 장치에서 사용하는데 있어서 덜 바람직하고 심지어는 비실용적이 되기도 한다.

이중 스트립 안테나 (400) 에서, 제 1 및 제 2 스트립 (404, 408) 모두 능동 방사기 즉, 양단 개방된 도파관으로 기능한다. 이는 적절한 크기 즉, 제 1 및 제 스트립 (404, 408) 의 길이와 폭을 선택함으로써 가능하게 된다. 즉, 제 1 및 제 2 스트립의 길이와 폭은, 제 1 및 제 2 스트립 (404, 408) 이 파장 또는 관심 주파수에서 능동 방사기로서 수행할 수 있게 주의깊게 크기가 정해진다.

방사기 또는 안테나 대역폭을 증대시키기 위해서는, 바람직한 실시예에서, 각 스트립의 크기가 기선택된 방식으로 서로 연관된 상이한 중심 주파수를 설정하기 위해 선택된다. 예컨대, f₀가 안테나의 원하는 중심 주파수라고 하자. 더 짧은 스트립의 길이는 그것의 중심 주파수가 f₀+f나 그 근처에 있도록 하고, 더 긴 스트립의 길이는 그것의 중심 주파수가 f₀-f나 그 근처에 있도록 선택되어질 수 있다. 이는 3f/f₀에서부터 4f/f₀까지의 정도로 넓은 대역폭을 가진 안테나를 제공한다. 즉, f₀에 관련된 +/- 주파수 오프셋의 사용은 안테나 방사기 대역폭을 증대시키는 구성을 낳게 한다. 이러한 구성에서, 2개의 스트립의 공진 주파수 분리가 작아지도록f는 크기에 있어서 f₀(f〈〈f₀)보다 작도록 선택된다. 만약,f가 f₀만큼이나 크게 선택되면, 안테나는 만족스럽게 작동하지 않을 것이다. 즉, 각 스트립이 독립 안테나 방사기로서 동작하는 이중 밴드 안테나로서 사용하고자 하는 것이 되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에서, 이중 스트립 안테나 (400) 는 셀룰러 주파수 밴드 즉, 824-894㎒에 대해 적절히 크기가 정해진다. 셀룰러 주파수 밴드에 대한 이중 스트립 안테나 (400) 의 크기는 아래의 표 1에 주어져 있다.

제 1 스트립 (404) 의 길이(L1)	3.0인치
제 2 스트립 (408) 의 길이(L2)	4.9인치
제 1 스트립 (404) 의 폭(W1)	0.2인치
제 2 스트립 (408) 의 폭(W2)	0.4인치
유전체 기판 (412) 의 두께(T)	0.3인치

상기 실시예에서, 0.010인치 두께의 황동이 제 1 및 제 2 스트립 (404, 408) 을 구성하기 위해 사용되었고, 공기가 유전체 기판 (412) 으로서 사용되었다. 또한, 동축 피드 (416) 의 양의 단자는 안테나의 닫힌 단부(짧아진 단부)로부터 0.3인치의 거리만큼 떨어져 제 1 스트립 (404) 에 접속되어 있었다. 이러한 두께 또는 훨씬 더 큰 재료를 사용함으로써 안테나 자체의 기계적인 구조로 하여금 제 2 스트립 (408) 위의 제 1 스트립 (404) 을 지탱하도록 한다. 그렇지 않으면, 스페이서 또는 비 도전성 재료(또는 유전체)의 지지체가 공지된 기술을 이용하여 서로 대응하는 2개의 스트립을 위치시키는데 사용된다.

또한, 모든 안테나 또는 스트립은 덮개를 제조하는데 사용되는 재료에 형성된 포스트, 릿지, 채널 등을 이용하여 무선 장치 덮개 부분 내에 보관되어질 수 있다. 즉, 이러한 지지체는 제조시 주사 몰딩과 같은 것으로 장치 덮개의 벽에 주조되거나 또는 다르게 형성된다. 그 다음, 이들 지지 소자는 전화기의 조립 동안에, 그들 사이 또는 그들 내부에 삽입될 때 도전성 스트립을 소정의 위치에서 지지되도록 할 수 있다.

도 10 은 셀룰러 주파수 밴드에 걸쳐 동작하도록 크기가 정해진 이중 스트립 안테나 (400) 의 일 실시예의 측정된 주파수 응답을 도시하고 있다. 도 10 은 안테나가 825㎒에서 -7.94㏈ 주파수 응답을 가지고 960㎒에서 -9.22㏈의 주파수 응답을 가진다는 것을 도시하고 있다. 그러므로, 안테나는 15.3% 대역폭을 갖는다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 이중 스트립 안테나 (400) 는 PCS 주파수 밴드 즉, 1.85~1.99㎓에 걸쳐 동작하도록 크기가 정해진다. PCS 주파수 밴드용 이중 스트립 안테나 (400) 의 크기는 아래의 표 2에 주어져 있다.

제 1 스트립 (404) 의 길이(L1)	1.34인치
제 2 스트립 (408) 의 길이(L2)	2.21인치
제 1 스트립 (404) 의 폭(W1)	0.2인치
제 2 스트립 (408) 의 폭(W2)	0.2인치
유전체 기판 (412) 의 두께(T)	0.08인치

상기 실시예에서, 0.010인치 두께의 황동이 제 1 및 제 2 스트립 (404, 408) 을 구성하기 위해 사용되었고 로하셀 발포체(ε_r=1.05)가 유전체 기판 (412) 을 제조하는데 사용되었다. 또한, 동축 피드 (416) 의 양의 단자가 안테나의 닫힌 단부(짧아진 단부)로부터 0.2인치의 거리만큼 떨어져 제 1 스트립 (404) 에 접속되어 있었다.

도 11 은 PCS 주파수 밴드에 걸쳐 동작하도록 크기가 정해진 이중 스트립 안테나 (400) 의 일 실시예의 측정된 주파수 응답을 도시한다. 도 11 은 안테나가 1.85㎓와 1.99㎓에서 -10㏈응답을 가지는 것을 도시하고 있다.

도 12 와 도 13 은 PCS 주파수 밴드에 걸쳐 동작하는 이중 스트립 안테나 (400) 의 일 실시예에 대한 측정된 필드 패턴을 도시하고 있다. 특히, 도 12 는 방위도에서의 필드 에너지의 크기 도표를 도시하고 도 13 은 입면도에서의 필드 에너지의 크기 도표를 도시하고 있다. 도 12 와 도 13 모두, 이중 스트립 안테나가 거의 전자 무지향성의 방사 패턴을 가지는 것을 나타내고 있고, 이로 인해 많은 무선 통신 장치의 사용에 있어 적합하게 한다.

도 14a 와 도 14b 는 도 1 의 전화기 내에 설치된 본 발명의 일 실시예의 측면 및 배면 절단 단면도를 각각 도시하고 있다. 이러한 전화기는 필요로 하거나 요구되어지는 다양한 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 회로판 상에 통상적으로 지지된 여러가지 내부 소자들을 구비하고 있다. 도 14a 와 도 14b 에서, 집적 회로 또는 칩 (1404), 저항기와 커패시터와 같은 개별 소자 (1406), 및 여러가지 커넥터 (1408) 와 같은 다양한 소자를 지탱하는 덮개 (102) 의 내부인 회로판 (1402) 이 도시되고 있다. 패널 디스플레이와 키보드는 전형적으로 전화기 덮개 (102) 의 앞면을 향하게 판 (1402) 의 배면 상에 설치되어 있고 전화기 덮개 (102) 의 앞면을 향하고 있으며, 와이어와 커넥터(도시하지 않음)로 스피커, 마이크로폰, 또는 다른 유사한 소자를 보드 (1402) 상의 회로에 결부시키고 있다.

도 14a 의 측면도에서, 회로 보드 (1402) 는 도전성인 다수의 층과 유전체 재료로 이루어져 있으며 관련 분야에서 다층 또는 인쇄된 회로 보드(PCB)라고 불리는 것을 형성하기 위해 함께 결합되어 있다. 이러한 보드는 관련 분야에서 널리 알려져 있다. 이는, 금속 도체층 (1418) 을 지지하거나 그 옆에 배치된 유전체 재료층 (1416) 옆에 배치된 금속 도체층 (1414) 옆에 배치된 유전체 재료층 (1412) 으로서 도시되어 있다. 상이한 층들 또는 레벨들 상의 여러가지 도체들을 외부 표면 상의 성분들로 상호 연결하기 위해 도전성 비아스가 사용된다. 어떤 주어진 층 상의 에칭된 패턴은 그 층에 대한 상호 연결 패턴을 결정한다. 이러한 구성에서는, 층 (1414) 또는 층 (1418) 중 하나는 기준층 또는 보드 (1402) 에 대한 기준 평면을, 관련 분야에 공지된 바와 같이 형성할 수 있다.

이중 스트립 안테나 (1400) 는 회로 보드 (1402) 에 인접한 덮개의 상부 근처에 설치된 것으로 도시되어 있다. 도 14a 와 도 14b 에서, 리지 (1420) 는 안테나 (400) 의 스트립 중 하나인 상부 스트립에 인접한 것으로 도시되어 있고, 반면에 리지 (1422) 는 안테나의 하부 스트립에 인접한 것으로 도시되어 있다. 또한, 이러한 구성에서 리지 (1422) 는, 안테나를 인접한 덮개 벽으로부터 이격시키기 위해 임의의 지지 립 또는 렛지 (1424) 를 가지고 형성된다. 양 리지 모두, 원하는 바대로 이러한 렛지를 이용할 수 있다. 안테나 (400) 는 마찰 또는 압착 피트를 이용하거나 몇가지 공지된 접착제 또는 이러한 기능에 유용하다고 알려진 혼합물을 결합함으로써 리지 사이에 간단히 안전하게 보관될 수 있다.

상술한 바와 같이, 안테나는 덮개를 제조하는데 사용된 재료에 형성된 포스트, 리지, 채널 등을 이용하여 무선 장치 덮개의 부분 내에 안전하게 보관될 수 있다. 그 다음, 이들 지지 성분들은 전화기의 조립 동안에 그들 사이 또는 그들 내부에 삽입될 때 제 위치에 도전성 스트립을 수용할 수 있다. 한편, 안테나 (400) 는 접착제 또는 덮개의 측면, 더 바람직하게는 유전체 재료 또는 브래킷, 스크류 또는 유사한 조임 소자를 이용하여 적소에 탑재될 수 있는 브래킷 어셈블리에 대해서 안테나를 안전하게 하는 유사한 기술들을 이용하여 적소에 배치된다.

안테나를 적소에 탑재시키기 위한 이러한 또다른 메카니즘중 몇 가지가 도 15a 내지 도 15d 의 도면에 도시되어 있다. 일련의 범프가 도 15a 에, 접착제의 사용이 도 15b 에, 복합물의 사용이 도 15c 에 도시되어 있다.

도 15a 의 실시예에서, 리지 (1420, 1422) 와 같이 안테나를 지지하기 위해 일련의 돌출부 또는 범프 (1502, 1504) 가 사용되고 있다. 이들 연장부는 원, 정방형, 또는 요구되는 응용에 적절하도록 다른 모양을 가질 수 있다. 도 15b 에서, 채널 (1506) 한 세트가 안테나가 있게 되는 덮개 (102) 의 벽에 형성되어 있다. 재차, 접착제, 풀, 포팅 복합물 등이 마찰과 마찬가지로 안테나를 적소에 안전하게 놓는데 사용될 수 있다. 도 15c 에서, 안테나는 표면에 대해서 단순히 적소에 부착되어 있거나 결합되어 있고, 반면에 도 15d 에서는 접착층 또는 스트립 (1610) 등의 안테나를 형성하는 스트립중 하나에 결합된 소자를 이용하여 안테나가 벽, 지지 리지 또는 심지어 브래킷 (1608) 에 대해 안전하게 적소에 보호된다.

도 16a, 도 16b, 및 도 16c 는 본 발명이 사용될 수 있는 부가적인 무선 장치를 도시하고 있다. 무선 전화기의 또다른 스타일은 도 16a 와 도 16b 에 도시되어 있고, 컴퓨터, 모뎀, 또는 유사한 휴대용 전자 장치와 연계되어 사용되는 무선 장치용 덮개의 코너 부분이 도 16c 에 도시되어 있다.

도 16a 와 도 16b 에서, 전화기 (1600) 는 주 덮개 또는 휩 안테나 (1604) 를 지지하는 몸체 (1602) 와 헬리컬 안테나 (1606) 를 구지한 것으로 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 비록 적절한 동작을 위해 요구되는 것이 아닐지라도 연장될 때, 헬리컬 안테나 (1606) 의 중심을 통해 연장하거나 돌출하도록 안테나 (1604) 는, 통상적으로 안테나 (1606) 와 공통 중심축을 공유하도록 탑재된다. 이들 안테나는 특정 무선 장치가 사용되는 관심 또는 사용 주파수에 적절한 길이를 갖도록 제조된다. 그들 특정 설계는 관련 분야에서 잘 알려지고 이해되어 있다.

또한, 덮개 (1602) 의 전면은 스피커 (1610), 디스플레이 패널 또는 스크린 (1612), 키패드 (1614), 마이크로폰 또는 마이크로폰 개구 (1616), 및 커넥터 (1618) 을 지지하는 것으로 도시되어 있다. 도 16b 에서, 안테나 (1604) 는 무선 장치 사용 동안에 전형적으로 마주치는 연장된 위치에 있고, 도 16a 에서는 안테나 (1604) 가 덮개 (1602; 보는 각도 때문에 도시되지 않음) 로 집어넣어져 있는 것으로 도시되어 있다.

도 16c 의 일부 잘라낸 도면에서는, 안테나 (400) 가 리지 (1420, 1422) 의 조합, 및 무선 장치 (1630) 의 상부 코너부에서의 연장부 (1602) 를 이용하여 적소에 안전하게 놓여져 있다. 케이블 또는 도체 세트 (1632) 는 휴대용 컴퓨터, 데이터 단자, 팩시밀리 기계 등과 같은 무선 장치 내의 적절한 회로에 안테나를 접속시키기 위해 사용된다.

본 발명의 다양한 실시예를 기술하였지만, 이들은 예로서만 제시된 것이지, 여기에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 그러므로, 본 발명의 넓이와 범위는 상술한 실시예의 어떠한 것에 한정되어서는 안되고, 다음 청구 범위와 그들의 등가물에 의해서만 정의되어야만 한다.

Claims (23)

1. 전자기 에너지의 능동 방사기로서 동작하도록 선택된 길이를 갖는 제 1 도전성 스트립과,

   기선택된 두께를 가지고 전자기 에너지의 능동 방사기로서 동작하도록 선택된 길이를 갖는 유전체 재료에 의해 상기 제 1 스트립으로부터 그것의 길이를 따라 분리되고, 상기 제 1 스트립은 일단부에서 상기 제 2 스트립에 전기적으로 접속되며, 둘다 비대칭인 도전체 종단을 가진 양단 개방된 평행판 도파관으로 동작하는 제 2 도전성 스트립을 구비하는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 도전성 스트립 길이는 그것이 제 1 기선택 주파수에서 전자기 에너지의 능동 방사기로서 동작하도록 선택되고,

   상기 제 2 도전성 스트립 길이는 그것이 제 1 기선택 주파수로부터 약간 벗어난 제 2 기선택 주파수에서 전자기 에너지의 능동 방사기로서 동작하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 안테나는 원하는 중심 주파수 f₀를 가지고, 상기 제 1 도전성 스트립 길이는 스트립이 f₀+f(소정의 주파수 오프셋) 근처의 중심 주파수를 가지도록 선택되며, 상기 제 2 도전성 스트립 길이는 스트립이 f₀-f 근처의 중심 주파수를 가지도록 선택되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 스트립은 전기적으로 도전성인 재료의 평평한 시트를 미리 선택된 형태로 구부림으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 스트립은 전기적으로 도전성인 재료의 평평한 시트를 미리 선택된 모양으로 구부림으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 스트립은 금속 재료를 유전 기판 상에 증착시키고 일 단부에서 상기 금속 스트립들을 전기적으로 접속시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 스트립은, 평평한 도전성 재료를 U의 각 아암이 한 스트립을 형성하는 U 형상으로 만듬으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 스트립은, 평평한 도전성 재료를 V의 각 아암이 한 스트립을 형성하는 V 형상으로 만듬으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 스트립은 상기 제 2 스트립에 실질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 스트립은 한 개방된 단부 근처에서 서로 나팔꽃 모양으로 벌어지는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
11. 제 1 항에 있어서,

    양 및 음의 단자를 갖는 동축 신호 피드를 더 구비하며, 상기 양의 단자는 상기 제 1 스트립에 전기적으로 결합되어 있고, 상기 음의 단자는 상기 제 2 스트립에 전기적으로 결합되어 있으며, 상기 이중 스트립 안테나가 상기 동축 피드를 통하여 전기적인 신호로 활성화될 때, 상기 표면 전류가 상기 제 1 및 제 2 스트립 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
12. 제 1 항에 있어서,

    양 및 음의 단자를 갖는 동축 피드를 더 구비하며, 상기 양의 단자는 상기 제 2 스트립에 전기적으로 결합되어 있고, 상기 음의 단자는 상기 제 1 스트립에 전기적으로 결합되어 있으며, 상기 이중 스트립 안테나가 상기 동축 피드를 통하여 전기적인 신호로 활성화될 때, 상기 표면 전류가 상기 제 1 및 제 2 스트립 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 스트립의 길이는 동등하지 않는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 1 스트립의 길이는 제 2 스트립의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 스트립의 길이는 실질적으로 동등한 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 스트립의 폭은 동등하지 않는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 스트립의 폭은 상기 제 2 스트립의 폭과 동등한 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 유전체 재료는 공기인 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
19. 제 1 항에 있어서,

    상기 유전체 재료는 발포체인 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
20. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 스트립 및 제 2 스트립의 길이와 폭은, 상기 이중 스트립 안테나가 0.85~1.99㎓의 주파수 범위를 갖는 신호들을 수신하고 전송할 수 있도록 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
21. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 스트립 및 제 2 스트립의 길이와 폭은, 상기 이중 스트립 안테나가 824~894㎒의 주파수 범위를 갖는 신호들을 수신하고 전송할 수 있도록 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
22. 제 1 항에있어서,

    상기 제 1 스트립의 길이와 폭은 각각 대략 1.5인치와 0.2인치이고, 상기 제 2 스트립의 길이와 폭은 각각 대략 2.1인치와 0.2인치인 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.
23. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 스트립의 길이와 폭은 각각 대략 2.8인치와 0.2인치이고, 상기 제 2 스트립의 길이와 폭은 각각 대략 5인치와 0.4인치인 것을 특징으로 하는 이중 스트립 안테나.