KR20020044585A - 평형 인입식 이동전화 안테나 - Google Patents

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오자키어네스트티
트란알렌민-트리엣
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밀러 럿셀 비
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Abstract

평형 인입식 다이폴 안테나는 선택적으로 이동 전화 케이싱으로부터 인출되고 이동 전화 케이싱내에 인입되는 제 1 방사기 소자, 제 2 방사기 소자, 및 이동 전화의 인쇄 배선 기판 (PWB) 으로부터 전기 절연되는 카운터포이즈를 구비한다. 또한, 평형 인입식 다이폴 안테나는 제 1 및 제 2 신호를 각각 발생시키기 위하여 신호원과 적어도 제 2 방사 수단 및 카운터포이즈 사이에 연결되는 신호 평형화 수단을 더 구비한다. 제 1 및 제 2 신호는 실질적으로 동일한 크기를 갖고 180도만큼 이위상이다. 제 1 방사기가 인출상태에 있는 경우, 제 1 신호가 제 1 및 제 2 방사기 소자에 전송된다. 제 1 방사기가 인입상태에 있는 경우, 제 1 신호가 제 2 방사기에 전송되고, 제 2 신호가 카운터포이즈 및 제 1 방사기 소자에 전송된다. 제 1 및 제 2 신호는 평형 전류를 형성함으로써 대칭 방사 패턴을 형성할 수 있다.

Description

평형 인입식 이동전화 안테나{BALANCED, RETRACTABLE MOBILE PHONE ANTENNA}
최근, 전자장치에서의 발달로, 이동 전화의 성능이 상당히 향상되어 왔다. 예를 들면, 집적 회로 기술의 발달이 무선 주파수 (RF) 회로를 고성능화시켜 왔다. 이 RF 회로는 이동전화에서 통상적으로 볼 수 있는 송신기, 수신기 및 다른 신호 처리 구성요소를 구성하는데 이용된다. 또한, 집적 회로 기술의 발달은 RF 회로 크기의 축소를 유도하여, 이동 전화의 전체 크기를 감소시켜 왔다.
이와 유사하게, 배터리 기술의 발달은 이동전화에 이용되는 배터리가 더욱 소형이고, 더욱 경량이며, 더욱 오랜기간동안 지속되게끔 하여 왔다. 이러한 발달은 이동전화가 더욱 소형이고, 더욱 경량이고, 한번의 충전시 더욱 오랜 기간동안 동작하게끔 하여 왔다.
통상적으로, 이동전화의 유저는 그 유저로부터 임의의 방향에 위치될 수 있는 기지국 또는 다른 유저와 통신할 수 있어야 한다. 이러한 이유로 인하여, 유저의 이동 전화에서의 안테나는 모든 방향으로부터 그리고 모든 방향에서 신호를 송수신할 수 있어야 한다. 그 결과, 안테나는 방위각에서의 균일한 이득을 갖는 대칭 방사 패턴이 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 이동 전화가 인입식 안테나를 갖는 것이 바람직하다.
그러나, 최근의 통상적인 이동 전화에서 볼 수 있는 안테나는 대칭 방사 패턴이 존재하지 않는다. 일반적으로, 이동전화는 비평형 전류의 존재로 인한 비대칭 방사 패턴이 존재하는 모노폴 안테나 (예를 들면, 휩 안테나) 를 이용한다. 이는 모노폴 안테나의 형상 및 크기가 카운터포이즈로서 이용되는 인쇄 배선 기판 (PWB) 의 접지 평면의 형상 및 크기와 동일하지 않다는 점의 주요 원인으로 되어, 그 모노폴 안테나와 접지 평면의 전류 분포가 동일하지 않게 된다.
그 결과, 대칭 방사 패턴이 존재하는 이동 전화 안테나의 필요성이 점차 인식되어 왔다.
본 발명은 일반적으로 안테나에 관한 것이다. 좀더 자세하게, 본 발명은 이동전화의 평형 인입식 이동전화 다이폴 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 도면에서, 동일한 부재 번호는 기능적으로 유사한 소자 또는 구조적으로 유사한 소자를 나타낸다. 부재번호에서의 최좌측 숫자는 도면에 가장 처음 나타나는 구성요소를 표시한다.
도 1은 통상적인 이동 전화에 이용되는 모노폴 안테나를 나타낸다.
도 2는 모노폴 안테나에서의 전류 벡터를 나타낸다.
도 3은 다이폴 안테나를 나타낸다.
도 4는 상이한 길이의 다이폴 안테나에서의 전류 분포를 나타낸다.
도 5a는 1/2 파장 다이폴 안테나의 방사 패턴을 나타낸다.
도 5b는 전파장 다이폴 안테나의 방사 패턴을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시형태에 따른 평형 인입식 다이폴 안테나를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 평형 인입식 다이폴 안테나를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 평형 인입식 다이폴안테나를 나타낸다.
도 9, 도 10 및 도 11은 본 발명의 3가지 실시형태에 따른 밸룬을 나타낸다.
본 발명은 셀룰라 및 PCS 폰과 같은 이동 전화의 평형 인입식 다이폴 안테나를 개시한다. 이 평형 인입식 다이폴 안테나는 선택적으로, 이동 전화 케이싱으로부터 인출되고 이동전화 케이싱내에 인입할 수 있는 제 1 방사기, 제 2 방사기, 및 이동 전화의 인쇄 배선 기판 (PWB) 로부터 전기절연되는 카운터포이즈를 구비한다. 평형 인입식 다이폴 안테나는 제 1 및 제 2 신호를 각각 발생시키기 위하여, 신호원과 적어도 제 2 방사기 및 카운터포이즈 사이에 연결되는 신호 평형화 수단을 더 구비한다. 제 1 및 제 2 신호는 실질적으로 동일한 크기를 갖고 180도만큼 이위상이다. 제 1 방사기가 인출되는 경우, 제 1 신호가 제 1 및 제 2 방사기 소자에 전송되고, 제 2 신호가 카운터포이즈에 전송된다. 제 1 방사기 소자가 인입되는 경우, 제 1 신호가 제 2 방사기에 전송되고, 제 2 신호가 카운터포이즈 및 제 1 방사기 소자에 전송된다. 제 1 및 제 2 신호는 평형 전류를 생성함으로써 대칭 방사 패턴을 생성한다.
이하, 본 발명의 다양한 실시형태의 구성 및 동작에 더하여, 본 발명의 다른 이점 및 특징을 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명한다.
I. 본 발명의 개관
상술한 바와 같이, 최근의 통상적인 이동전화에서 볼 수 있는 안테나는 대칭 방사 패턴이 존재하지 않는다. 일반적으로, 이동 전화는, 비평형 전류의 존재로 인한 비대칭 방사 패턴이 존재하는 모노폴 안테나를 이용한다. 이것을 도 1 및 도 2에서 더 설명한다.
도 1은 통상적인 이동 전화 (101) 에서 이용되는 모노폴 안테나 (100) 를 나타낸다. 이동 전화 (101) 는 호출을 송수신하고 다른 모든 정상 전화 동작을 수행하는데 요청되는 송수신 회로 및 다른 보조 전자 및 기계 구성요소를 구비한다. 이들 구성요소는 잘 공지되어 있기 때문에, 본 발명의 일부분을 형성할 때 추가로 설명하거나 도시하지 않는다. 모노폴 안테나 (100) 는 방사기 (모노폴; 104), 인쇄 배선 기판 (PWB; 108), 리액티브 매칭 네트워크 (112) 및 신호원 (116) 을 구비한다. 리액티브 매칭 네트워크 (112) 는 제 1 및 제 2 출력부 (120 및 124) 를 구비한다. 제 1 출력부 (120) 는 모노폴 (104) 에 접속되어 있고, 제 2 출력부 (124) 는 PWB (108) 의 접지 평면 (128) 에 접속되어 있다. 이 접지 평면 (128) 은 모노폴 방사기 (104) 의 전류에 복귀 경로를 제공하도록 카운터포이즈로서 기능한다.
리액티브 매칭 네트워크 (112) 는 모노폴 (104) 에 비평형 피드 (feed) 를형성한다. 이 비평형 피드는 비평형 전류가 접지 평면 (128) 을 따라 흐르도록 한다. 이는 모노폴 (104) 의 형상 및 크기가 접지 평면 (128) 의 형상 및 크기와 동일하지 않는다는 점의 주요 원인으로 되어, 모노폴 (104) 과 접지 평면 (128) 의 전류 분포가 동일하지 않게 된다. 그 결과, 모노폴 (104) 과 접지 평면 (128) 은 비대칭 다이폴을 형성하기 때문에, 비대칭 방사 패턴 (즉, 왜곡 방사 패턴) 을 야기시킨다.
도 2 는 모노폴 (104) 과 접지 평면 (128) 각각에서의 전류 벡터 (I1, I2) 를 나타낸다. 접지 평면 (128) 에서의 전류 (I2) 의 수평 성분 (I2x) 은 모노폴 (104) 에서의 전류 (I1) 의 수평 성분 (I1x) 에 의해 평형화된다. 그러나, 접지 평면 (128) 에서의 전류 (I2) 의 수직 성분 (I2y) 은, 모노폴 (104) 에서의 반대편 수직 성분의 결여로 인하여, 비평형상태로 된다. 다이폴 (104) 의 형성 및 크기가 전류 벡터 (I1) 의 수직 성분의 형성을 방해한다. 그 결과, 비평형 전류가 접지 평면 (128) 을 따라 흘러, 왜곡 방사 패턴을 야기시킨다.
또한, 안테나의 방사 패턴이 PWB (108) 의 크기 및/또는 형상에 의해 조정될 때, 모노폴 안테나 (100) 는 적은 유연성을 제공한다. PWB (108) 의 크기 및/또는 형상이, PWB (108) 를 수용하는 이동 전화의 케이스의 크기 및/또는 형상에 의해 대부분 조정되기 때문에, 설계자들은 이동 전화 케이스의 이미 정해진 크기 및/또는 형상에 의해 방사 패턴의 선택에 있어 종종 곤란함으로 겪는다.
본 발명은 상술한 문제들에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명은 예를들면, PCS 폰 또는 셀룰라 폰과 같은 이동 전화의 평형 인입식 다이폴 안테나이다. 본 발명은 이동 전화의 방사 패턴을 상당히 개선시키는 이동 전화의 평형 다이폴 안테나를 유용하게 실시한다. 또한, 본 발명은 인입식 안테나를 제공한다. 또한, 본 발명은 설계자가 PWB의 형상에 의해 구속받지 않고 이동 전화에 대한 원하는 방사 패턴을 선택하도록 한다. 평형 인입식 다이폴 안테나는, 이동 전화의 유저가 전방향 즉, 360도에서 균일하게 통신하도록 함으로써 최근의 이동 전화에서 볼 수 있는 종래의 안테나보다 더욱 우수한 성능을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 이동 전화에서의 다이폴 안테나의 이점들을 구현시킨다. 간단히 말하면, 다이폴 안테나는 발산형 2-와이어 전송선이다. 도 3은 다이폴 안테나 (300) 를 나타낸다. 다이폴 안테나 (300) 는 이 발산형 2-와이어 전송선 (316) 에 의해 신호원 (312) 에 접속되는 제 1 및 제 2 방사기 (304, 308) 를 각각 구비한다.
다이폴 안테나 (300) 는 L=λ, λ/2, λ/4와 같은 임의의 길이 (L) 를 가질 수 있으며, λ는 다이폴 안테나 (300) 의 동작 주파수 (f) 에 대응한다. 각각의 방사기 지름이 λ/100 보다 적은 경우, 제 1 및 제 2 방사기 (304, 308) 의 전류 분포가 사인곡선으로 된다. 상이한 길이를 갖는 복수의 다이폴 안테나에서의 대략적인 전류 분포의 예를 도 4에 도시한다.
다이폴 안테나 (300) 는 대칭 방사 패턴이 존재한다. 이 대칭 방사 패턴은 360도에서 균일한 이득을 제공함으로써, 전방향에서 동일한 유효 통신을 하게끔한다. 도 5a 및 도 5b는 선택된 길이를 갖는 다이폴 안테나 (300) 의 방사패턴을 나타낸다. 다이폴 안테나 (300) 의 전류 분포는 사인곡선인 것으로 추정된다.
도 5a는 λ/2인 길이를 갖는 다이폴 안테나의 방사 패턴을 나타낸다. L = λ/2에 대한 방사 패턴은 다음 수학식으로 주어진다.
도 5b는 λ인 길이를 갖는 다이폴 안테나의 방사 패턴을 나타낸다. L = λ에 대한 방사 패턴은 다음 수학식으로 주어진다.
λ/2인 길이를 갖는 다이폴 안테나의 방사 패턴을 나타낸다. L = λ/2에 대한 방사 패턴은 다음 수학식으로 주어진다.
Ⅱ. 본 발명
도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 3가지 실시형태를 나타낸다. 이들 실시형태의 각각은 평형 인입식 다이폴 안테나이다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제 1 안테나 (600) 를 나타낸다. 이 제 1 안테나 (600) 는 제 1 방사기 (604), 제 2 방사기 (606), 카운터포이즈(608), PWB (612), 및 밸룬 (616) 을 구비한다. 제 1 안테나 (600) 는 인출 상태 또는 인입 상태 모두로 존재할 수 있다. 인출상태에는, 제 1 방사기 (604) 가 케이싱 (602) 외부로 인출된다. 인입상태에는, 제 1 방사기 (604) 가 케이싱 (602) 내에 인입된다. 바람직한 실시형태에는, 제 1 방사기 (604) 의 인출 및 인입은 케이싱 (602) 에 의해 제공되는 가이드를 따라 이 방사기를 유저가 슬라이딩 함으로써 수행된다. 그러나, 제 1 방사기 (604) 의 인출 및 인입은 본 기술과 관련한 당업자에게 공지된 다른 기술을 통해 수행될 수도 있다. 도 6a는 인출상태에 있는 안테나 (600) 를 나타낸다. 도 6b는 인입 상태에 있는 안테나 (600) 를 나타낸다.
신호원 (620) 은 밸룬 (616) 에 접속된다. 이 신호원 (620) 은 각각 제 1 및 제 2 단자 (624 및 628) 를 갖는다. 제 1 단자 (624) 는 밸룬 (616) 에 접속되어 있는 반면, 제 2 단자 (628) 는 접지되어 있다. 일 실시형태에는, 신호원 (620) 이 PWB (612) 상에 설치된다. 동작시, 신호원 (620) 이 제 1 단자 (624) 에 의해 밸룬 (616) 에 단일 종료 RF 신호를 제공한다.
신호원 (620) 에 더하여, PWB (612) 는 이동 전화를 동작시키는데 요청되는 수신기, 송신기, 및 다른 신호 처리 회로와 같은 보드 회로를 지지한다. PWB (612) 는 그 보드 회로상의 모든 부분에 접지를 제공하는 접지 평면을 갖는다.
일반적으로, 밸룬의 목적은 비평형 소스 (또는 비평형 전송선) 에 평형 안테나를 접속시키는 것이다. 본 실시형태에는, 밸룬 (616) 이 제 1 방사기 (604), 제 2 방사기 (606), 및 카운터포이즈 (608) 을 비평형 소스, 즉 신호원 (620) 에링크시킨다. 신호원 (620) 의 출력이 단일 종료되기 때문에, 그 출력은 비평형상태이다. 신호원 (620) 으로부터의 단일 종료 출력이 제 1 방사기 (604), 제 2 방사기 (606), 및 카운터포이즈 (608) 에 직접 접속되는 경우, 제 1 안테나 (600) 에 비평형 전류를 야기시킨다. 따라서, 밸룬 (616) 을 이용하여, 비평형 소스를 평형 소스로 변환한다.
밸룬 (616) 은 제 1 및 제 2 출력 단자 (632 및 636) 를 각각 가진다. 이 제 1 및 제 2 출력 단자 (632 및 636) 는 제 2 방사기 (606) 와 카운터포이즈 (608) 에 각각 접속된다. 밸룬 (616) 은 단일 종료 신호를, 제 1 출력 단자 (632) 와 제 2 출력 단자 (636) 에 의해 각각 전송되는 제 1 및 제 2 신호로 변환한다. 제 1 및 제 2 신호는 동일한 크기를 갖고 180도만큼 이위상이다. 밸룬 (616) 의 동작은 후술한다.
제 1 안테나 (600) 를 최적으로 동작시키기 위해서는, 카운터포이즈 (608) 가 PWB (612) 의 접지 평면으로부터 전기적으로 절연되어야만 한다. 이러한 카운터포이즈 (608) 의 절연으로 인하여, 카운터포이즈 (608) 로부터 PWB (612) 의 접지 평면으로 전류가 흐르지 못하게 하는 것을 확보할 수 있다. 카운터포이즈 (608) 가 접지평면으로부터 전기적으로 절연되지 못하는 경우, PWB (612) 의 접지 평면을 따라 비평형 전류가 흐르기 때문에, 왜곡 방사 패턴이 야기된다. 이러한 카운터포이즈 (608) 에 대한 절연은 PWB (612) 와 카운터포이즈 (608) 사이의 갭을 유지시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 카운터포이즈 (608) 가 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, PWB (612) 와 평행하게 위치될 수 있다. 다른 방법으로는, 카운터포이즈 (608) 가, 후술될 여러 공지 기술에 의해 PWB (612) 상에서 구성될 수도 있다. 그 경우에, 일반적으로, 카운터포이즈 (608) 는 절연 재료에 의해 PWB (612) 의 접지 평면으로부터 절연된다.
본 발명에 따르면, 제 1 출력 단자 (632) 에 링크된 방사기는 제 1 신호에 의해 여기된다. 또한, 카운터포이즈 (608) 및 카운터포이즈에 접속된 임의의 방사기는, 제 1 신호와 동일한 크기를 갖고 180도만큼 이위상이며 제 2 출력 단자 (636) 상에 전달되는 제 2 신호에 의해 여기된다. 이들 접속은 제 1 신호에 의해 전달하는 방사기, 및 제 2 신호를 전달하는 카운터포이즈 (및 임의의 접속된 방사기) 에서 평형 전류가 순환하게끔 한다. 그 결과, 제 1 안테나 (600) 는 대칭 방사 패턴을 발생시킨다.
일반적으로, 카운터포이즈 (608) 는 이동 전화 케이싱 (602) 의 내측에 수용된다. 즉, 카운터포이즈 (608) 는 외측에는 보여지지 않는다. 일 실시형태에는, 제 1 방사기 (604) 와 카운터포이즈 (608) 가 실질적으로 동일한 크기 및/또는 형상을 갖는다. 그러나, 제 1 방사기 (604) 와 카운터포이즈 (608) 가 유사하지 않은 크기 및/또는 형상을 가질 수도 있다. 카운터포이즈 (608) 가 PWB (612) 상에 인쇄될 수도 있다. 다른 방법으로는, 카운터포이즈 (608) 가 이동 전화 케이스에 내장된 금속성 스트립 또는 도전성 와이어일 수도 있다. 카운터포이즈 (608) 는 다른 공지 기술을 이용하여 구성할 수도 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 일 실시형태에는, 제 1 방사기 (604) 가 직선 컨덕터이다. 일반적으로, 이러한 직선 컨덕터를 휩 (whip) 이라 한다. 비도전성 재료로 형성되는 비도전성 팁 (610) 은 제 1 방사기 (604) 의 최상단에 고정된다. 바람직한 실시형태에는, 비도전성 팁 (610) 이 플라스틱으로 형성되어, 비방사한다. 그러나, 다른 실시형태에는, 비도전성 팁 (610) 은 관련 기술의 당업자에게 공지되어 있는 어떠한 비도전성 재료로도 형성될 수 있다. 바람직한 실시형태에는, 비도전성 팁 (610) 이 그 단부에 넙 (nub) 을 구비할 수도 있다. 이 넙은 인입된 상태의 제 1 방사기 (604) 를 유저가 인출하게끔 한다.
제 2 방사기 (606) 는 나선형 컨덕터이다. 제 2 방사기 (606) 는 제 1 출력 단자 (632) 에 물리적으로 접속되어, 케이싱 (602) 외부로 돌출한다. 나선형 방사기는 관련기술의 당업자에게 공지된 것이다.
도 6a는 인출된 상태에 있는 제 1 안테나 (600) 를 나타낸다. 이 상태에는, 제 1 방사기 (604) 가 케이싱 (602) 으로부터 제 2 방사기 (606) 의 나선형 중심을 통과하여 그리고 제 2 방사기를 넘어 외측으로 인출된다. 이 위치에서, 제 1 방사기 (604) 가 제 1 출력 단자 (632) 상에 전달되는 신호를 방사한다. 바람직한 실시형태에는, 제 1 출력 단자 (632) 상에 전달되는 신호는 제 2 방사기 (606) 를 통하여 제 1 방사기 (604) 로 전송된다. 이 전송은 제 1 방사기 (604) 가 제 1 출력 단자 (632) 또는 제 2 방사기 (606) 에 접속되어질 것을 요하지 않는다. 그 대신에, 제 1 방사기 (604) 는 제 2 방사기 (606) 에 의해 전자기적으로 여기된다. 그러나, 다른 실시형태에는, 제 1 안테나 (600) 가 인출상태에 있는 경우, 제 1 방사기 (604) 가 제 2 방사기 (606) 및/또는 제 1 출력 단자 (632) 에 물리적으로 접속될 수도 있다. 인출상태의 경우에는, 제 1 방사기(604) 가 RF 에너지를 방사시, 제 2 방사기 (606) 보다 우위를 차지한다.
도 6b는 인입 상태에 있는 제 1 안테나 (600) 를 나타낸다. 이때, 제 1 방사기 (604) 가 케이싱 (602) 내에 인입된다. 제 1 방사기 (604) 는 제 1 출력 단자 (632) 상에 전달되는 신호를 더 이상 방사하지 않는다. 다만, 제 1 방사기 (604) 는 카운터포이즈 (608) 에 물리적으로 접속된다. 따라서, 제 1 안테나 (600) 가 인입상태에 있는 경우, 제 1 방사기 (604) 는 카운터포이즈로서 작용한다. 인입상태의 경우에, 제 1 방사기 (604) 가 제 2 방사기 (606) 의 나선형의 어떠한 부분도 통과하지 않는다. 따라서, 제 2 방사기 (606) 는 제 1 방사기 (604) 를 전자기적으로 여기시키지 않는다. 제 1 방사기 (600) 가 인입상태에 있는 경우, 비도전성 팁 (610) 은 제 2 방사기 (606) 의 최상부의 외측으로 돌출하는 넙을 가진 제 2 방사기 (606) 의 나선형 중심에 위치된다. 그러한 돌출은 유저가 제 1 방사기 (604) 를 당겨, 제 1 안테나 (600) 가 인출상태에 위치되게끔 한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제 2 안테나 (700) 를 나타낸다. 본 실시형태는 제 2 방사기 (606) 를 기판형 (substrate) 방사기 (706) 로 교체한 것을 제외하고는, 제 1 방사기 (600) 와 동일한 방식으로 접속되는 동일 구성요소를 구비한다. 또한, 도전성 클립 (708) 이 제 1 방사기 (604) 에 부착된다. 기판형 방사기 (706) 는 인쇄 회로 기판상에서 에칭된 컨덕터이다. 기판형 방사기 (706) 는 제 1 출력 단자 (632) 에 접속된다. 바람직한 실시형태에는, 기판형 방사기 (706) 는 PWB (612) 상에서 에칭된다. 그러나,다른 실시형태에는, 기판형 방사기 (706) 가 별도 회로 기판상에서 에칭될 수도 있다. 제 1 안테나 (600) 와 같이, 제 2 안테나 (700) 도 인출 상태 및 인입 상태 모두에 존재할 수 있다.
도 7a는 인출상태에 있는 제 2 안테나 (700) 를 나타낸다. 이때, 제 1 방사기 (604) 는 케이싱 (602) 으로부터 외측으로 인출되어, 제 1 출력 단자 (632) 에 전기 접속된다. 바람직한 실시형태에는, 이러한 접속이 클립 (708) 에 의해 제공된다. 클립 (708) 은 제 1 방사기 (604) 에 부착되어, 제 1 방사기 (604) 가 인출상태되는 경우에, 제 1 출력 단자 (632) 와 물리적인 콘택트를 성립시킨다. 제 2 안테나 (700) 의 다른 실시형태에는, 인출상태인 경우에, 제 1 방사기 (604) 가 제 1 출력 단자 (632) 또는 기판형 방사기 (706) 에 물리적으로 접속된다. 다만, 이들 실시형태에는, 인출상태인 경우에, 제 1 방사기 (604) 가 기판형 방사기 (706) 에 의해 전자기적으로 여기된다.
도 7b는 인입상태에 있는 제 2 방사기 (700) 를 나타낸다. 이때, 제 1 방사기 (604) 는 케이싱 (602) 내에 인입된다. 인입상태인 경우, 클립 (708) 이 제 1 출력 단자 (632) 와 더 이상 콘택트하지 않는다. 따라서, 제 1 방사기 (604) 가 제 1 출력 단자 (632) 상에 전달되는 신호를 더 이상 방사하지 않는다. 다만, 인입상태인 경우에, 제 1 방사기 (604) 가 카운터포이즈 (608) 에 물리적으로 접속된다. 따라서, 제 2 안테나 (700) 가 인입상태에 있는 경우에, 제 1 방사기 (604) 는 카운터포이즈로서 작용한다. 또한, 제 2 안테나 (700) 가 인입상태에 있는 경우에, 제 1 방사기 (604) 가 기판형 방사기 (706) 에 의해 전자기적으로 여기되지 않는다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 제 3 안테나 (800) 를 나타낸다. 본 실시형태에는, 제 1 방사기 (604) 와 제 2 방사기 (606) 가 본 실시형태에 없다는 것을 제외하고는, 제 1 안테나 (600) 와 동일한 구성요소를 구비한다. 그 대신에, 제 3 안테나 (800) 는 합성 (composite) 방사기 (812) 를 구비한다. 이 합성 방사기 (812) 는 제 1 방사 소자 (804), 접속 소자 (806), 및 제 2 방사 소자 (810) 를 구비한다. 제 2 방사 소자 (810) 는 접속 소자 (806) 위에 있고, 이 접속 소자 (806) 는 제 1 방사 소자 (804) 위에 있다. 바람직한 실시형태에는, 제 1 방사 소자 (804) 가 휩 컨덕터이고, 제 2 방사 소자 (810) 가 나선형 컨덕터이다. 그러나, 다른 실시형태에는, 다른 컨덕터 형상을 채용할 수도 있다. 접속 소자 (806) 는 제 1 방사 소자 (804) 를 제 2 방사 소자 (810) 에 링크시킨다. 접속 소자 (806) 는 합성 방사기 (812) 의 위치에 기초하여, 제 1 방사 소자 (804) 와 제 2 방사 소자 (810) 를 전기 접속하거나 접속단절하는 스위치를 구비한다. 제 1 안테나 (600) 와 제 2 안테나 (700) 의 같이, 제 3 안테나 (800) 도 인출 상태 및 인입 상태 모두에 존재할 수 있다.
따라서, 합성 방사기 (812) 는 케이싱 (602) 의 외측으로 인출될 수도 있고, 케이싱 (602) 내에 인입될 수도 있다. 바람직한 실시형태에는, 접속 소자 (806) 는, 합성 방사기 (812) 가 인출상태에 있는 경우에 폐쇄하고 합성 방사기 (812) 가 인입상태에 있는 경우에 개방하는 기계 스위치를 구비한다. 이 기계 스위치는 관련 기술의 당업자에 공지된 것이다. 다른 실시형태에는, 접속 소자(806) 가 전자 스위치를 채용할 수도 있다.
도 8a는 인출상태에 있는 제 3 안테나 (800) 를 나타낸다. 이때, 합성 방사기 (812) 는 케이싱 (602) 으로부터 외측으로 인출된다. 인출상태인 경우에, 접속 소자 (806) 가 제 1 방사 소자 (804) 와 제 2 방사 소자 (810) 를 전기 접속한다. 이들 소자가 접속되기 때문에, 인출상태인 경우에, 합성 방사기 (812) 는 제 1 출력 단자 (632) 에 접속되는 단일 방사 컨덕터가 된다. 카운터포이즈 (608) 는 제 2 출력 단자 (636) 에 접속된다.
도 8b는 인입상태에 있는 제 3 방사기 (800) 를 나타낸다. 이때, 합성 방사기 (812) 는 케이싱 (602) 내에 인입되어, 케이싱 (602) 의 외부로 돌출한 제 2 방사 소자 (810) 만이 남겨진다. 인입상태인 경우, 접속 소자 (806) 가 제 1 방사 소자 (804) 와 제 2 방사 소자 (810) 와 전기절연된다. 따라서, 이 위치에서는, 제 2 방사 소자 (810) 만이 제 1 출력 단자 (632) 에 접속된다. 제 1 방사 소자 (804) 는 카운터포이즈 (608) 에 접속된다. 따라서, 합성 방사기 (812) 가 인입상태에 있는 경우에, 제 1 방사 소자 (804) 는 제 2 방사 소자 (810) 에 대해 카운터포이즈로서 작용한다.
본 발명에 따르면, 각각의 평형 인입식 다이폴 안테나는 전체 길이를 갖는다. 이 전체 길이는 2개의 구성요소의 합이다. 그 제 1 구성요소는 제 1 출력 단자 (632) 상에 전달되는 신호를 전송하는 방사기의 결합 길이이다. 그 제 2 구성요소는 임의의 방사기의 길이에 더하여, 제 2 출력 단자 (636) 상에 전달되는 신호를 전송하는 카운터포이즈 (608) 의 길이이다. 바람직한 실시형태에는, 그 전체 길이는 인출 상태든 인입상태든 동일하게 된다. 예를 들면, 제 1 안테나 (600) 가 인출상태에 있는 경우에, 제 1 안테나 (600) 의 전체 길이는 제 1 방사기 (604) 와 카운터포이즈 (608) 의 결합 길이이다. 그러나, 제 1 안테나 (600) 가 인입상태에 있는 있고, 제 1 방사기 (604) 가 카운터포이즈로서 작용하는 경우에는, 안테나 (600) 의 전체 길이는 제 2 방사기 (606) 와 제 1 방사기 (604) 의 결합 길이이다. 따라서, 이들 전체 길이는 모두 실질적으로 동일하다. 이와 마찬가지로, 이러한 원리가 제 2 안테나 (700) 와 제 3 안테나 (800) 에도 적용되며, 본 발명에 따른 평형 인입식 다이폴 안테나의 다른 실시형태에도 적용될 수 있다.
바람직한 실시형태에는, 전체 길이가 λ/2 이며, λ는 동작 주파수에 대응하는 파장이다. 그러나, λ, λ/4 등과 같은 다른 전체 길이가 이용될 수도 있다. 일 실시형태에는, 전체 길이가, 셀룰러 주파수 대역 (대략 900 MHz) 에 걸쳐 동작하도록 크기조절된다. 다른 실시형태에는, 전체 길이가, PCS 주파수 대역 (대략 1.9 GHz) 에 걸쳐 동작하도록 크기조절된다.
본 발명에 따라 실시되는 평형 인입식 다이폴 안테나를 이동 전화용으로 설명하였지만, 본 발명의 기본 개념은 다른 통신 장치에 적용할 수도 있다. 또한, 본 명세서에 설명한 안테나는 신호 송신과 신호 수신 모두를 할 수 있다.
도 9는 일 실시형태에 따른 밸룬 (900) 을 나타낸다. 밸룬 (900) 은 신호원으로부터 단일 종료 비평형 신호를 수신하여, 다이폴 안테나에 평형 신호를 출력한다. 밸룬 (900) 은 2개의 인덕터 (904, 908) 와 2개의 커패시터 (912,916) 를 구비한다. 인덕터 (904) 와 커패시터 (912) 는 그 일단부가 신호원 (920) 에 접속된다. 인덕터 (908) 는 그 일단부가 커패시터 (912) 에 접속되고, 인덕터 (908) 의 타단부는 접지된다. 커패시터 (916) 는 그 일단부가 인덕터 (904) 에 접속되고, 커패시터 (916) 의 타단부가 접지된다. 출력 신호 (924, 928) 는 평형화되고, 서로에 대하여 180만큼 시프트된 위상이다.
도 10은 다른 실시형태에 따른 밸룬 (1000) 을 나타낸다. 밸룬 (1000) 은, 신호원 (1024) 로부터의 단일 종료 출력을 수신하여 출력 단자 (1008) 에서 평형 신호를 출력하는 파워 스플릿터 (1004) 를 구비한다. 인덕터 또는 초크 (1016) 는 출력 단자 (1012) 와 직렬로 접속된다. 출력 단자 (1008) 는 방사기 (1030) 에 접속되고, 출력 단자 (1012) 는 인덕터 (1016) 를 통하여 카운터포이즈 (1020) 에 접속된다.
파워 스플릿터 (1004) 의 기능은 신호원 (1024) 로부터의 신호를, 각각이 동일한 양을 갖는 2개의 신호로 스플릿트하는 것이다. 제 1 신호는 방사기 (1030) 에 공급된다. 제 2 신호는 인덕터 (1016) 에 의해 위상이 180도 시프트되어, 그 위상 시프트 신호가 카운터포이즈 (1020) 에 공급된다. 밸룬 (900 및 1000) 은 예를 들어 설명하기 위한 것뿐이다.
도 11은 동축선로 (1102) 가 다이폴 안테나 (1108) 에 직접 접속되게끔 하는 폴드 밸룬 (1100) 을 나타낸다. 코액스 (coax) 외측 컨덕터 (1112) 는 중심 컨덕터 (1120) 으로부터 공급되는 폴 (1116) 에 접속된다. 코액스 (1112) 는 1/4 파장에 대하여 피더 코액스 (feeder coax; 1104) 의 측면을 따라 구동한다. 다른 폴 (1128) 은 피더 코액스 (1104) 의 차폐부에 직접 접속한다. 선택된 수개의 밸룬을 설명하였만, 다른 종류의 밸룬을 본 발명에 쉽게 이용할 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태를 상술하였지만, 이들은 단지 예를 들기 위하여 설명한 것으로, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 의미와 범위는 상술한 실시형태로 한정되지 않으며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 의해서만 정의되어야 한다.

Claims (26)

  1. 케이싱, 신호원, 송수신 회로, 및 상기 케이싱내에 구비된 상기 송수신 회로와 상기 신호원에 대하여 접지 평면이 상부에 형성되어 있는 인쇄 배선 기판 (PWB) 을 구비하는 이동 전화용 평형 인입식 다이폴 안테나로서,
    도전성 재료로 형성되며, 선택적으로 상기 케이싱으로부터 인출되고 상기 케이싱으로부터 인입되는 제 1 방사 소자;
    도전성 재료로 형성되는 제 2 방사 소자;
    도전성 재료로 형성되며, 상기 PWB 접지 평면으로부터 전기 절연되는 카운터포이즈;
    상기 신호원과 적어도 상기 제 2 방사 소자 및 상기 카운터포이즈 사이에 연결되어, 실질적으로 동일한 크기를 갖고 180만큼 이위상인 제 1 및 제 2 신호를 각각 발생시키는 신호 평형화 수단;
    상기 제 2 방사 소자에 상기 제 1 신호를 전송하기 위한 수단;
    상기 카운터포이즈에 상기 제 2 신호를 전송하기 위한 수단;
    상기 제 1 방사 소자가 인출되는 경우에, 상기 제 1 방사 소자에 상기 제 1 신호를 전송하기 위한 수단; 및
    상기 제 1 방사 소자가 인입되는 경우에, 상기 제 1 방사 소자에 상기 제 2 신호를 전송하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 방사 소자는 나선형 컨덕터인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소자는 휩 컨덕터인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 방사 소자는 기판형 방사기인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소자에 상기 제 1 신호를 전송하기 위한 상기 수단은, 상기 제 1 방사 소자를 상기 제 2 방사 소자에 전자기적으로 연결하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소자에 상기 제 1 신호를 전송하기 위한 상기 수단은, 상기 제 1 방사 소자를 상기 신호 평형화 수단에 전기 접속하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소자를 상기 신호 평형화 수단에 전기 접속하기 위한 상기 수단은, 상기 제 1 방사 소자에 부착되는 도전성 클립을 구비하는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터포이즈는 PWB 상에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터포이즈는 도전성 와이어인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터포이즈는 금속성 스트립인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호는 셀룰라 주파수 대역에 있는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호는 PCS 주파수 대역에 있는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나의 전체 길이는 λ이고, λ는 동작 주파수에 대응하는 파장인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나의 전체 길이는 λ/2이고, λ는 동작 주파수에 대응하는 파장인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소자가 인출되는 경우의 상기 안테나의 전체 길이는 상기 제 1 방사 소자가 인입되는 경우의 상기 안테나의 전체 길이와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  16. 케이싱, 신호원, 송수신 회로, 및 상기 케이싱내에 구비된 상기 송수신 회로와 상기 신호원에 대하여 접지 평면이 상부에 형성되어 있는 인쇄 배선 기판 (PWB) 을 구비하는 이동 전화용 평형 인입식 다이폴 안테나로서,
    도전성 재료로 형성된 제 1 방사 소자, 상기 제 1 방사 소자에 연결되는 접속 소자, 및 상기 접속 소자에 연결되는 도전성 재료로 형성되는 제 2 방사 소자를 갖는 케이싱으로부터 선택적으로 인출되고 상기 케이싱내에 인입되는 합성 방사기 소자;
    도전성 재료로 형성되며, 상기 PWB 접지 평면으로부터 전기 절연되는 카운터포이즈;
    상기 신호원과 적어도 상기 제 2 방사 소자 및 상기 카운터포이즈 사이에 연결되어, 실질적으로 동일한 크기를 갖고 180만큼 이위상인 제 1 및 제 2 신호를 각각 발생시키는 신호 평형화 수단;
    상기 합성 방사기 소자가 인출되는 경우에, 상기 제 1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자에 상기 제 1 신호를 전송하기 위한 수단; 및
    상기 합성 방사기 소자가 인입되는 경우에, 상기 제 2 방사 소자에 상기 제 1 신호를 전송하며 상기 제 1 방사 소자에 상기 제 2 신호를 전송하기 위한 수단을 구비하고,
    상기 접속 소자는 상기 합성 방사기가 인출되는 경우에 상기 제 1 및 제 2 방사 소자와 전기 접속하고, 상기 합성 방사기가 인입되는 경우에 상기 제 1 및 제 2 방사 소자와 전기접속단절하는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 방사 소자는 나선형 컨덕터인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소자는 휩 컨덕터인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 카운터포이즈는 PWB 상에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 카운터포이즈는 도전성 와이어인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 카운터포이즈는 금속성 스트립인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호는 셀룰라 주파수 대역에 있는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  23. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호는 PCS 주파수 대역에 있는 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  24. 제 16 항에 있어서, 상기 안테나의 전체 길이는 λ이고, λ는 동작 주파수에 대응하는 파장인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  25. 제 16 항에 있어서, 상기 안테나의 전체 길이는 λ/2이고, λ는 동작 주파수에 대응하는 파장인 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
  26. 제 16 항에 있어서, 상기 합성 방사기 소자가 인출되는 경우의 상기 안테나의 전체 길이는 상기 합성 방사기 소자가 인입되는 경우의 상기 안테나의 전체 길이와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 평형 인입식 다이폴 안테나.
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