KR20030020407A - Radio communication device with slot antenna - Google Patents

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KR20030020407A
KR20030020407A KR10-2003-7001103A KR20037001103A KR20030020407A KR 20030020407 A KR20030020407 A KR 20030020407A KR 20037001103 A KR20037001103 A KR 20037001103A KR 20030020407 A KR20030020407 A KR 20030020407A
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KR
South Korea
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slot
module
ground conductor
antenna
ground
Prior art date
Application number
KR10-2003-7001103A
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Korean (ko)
Inventor
케빈 알. 보일레
안토니우스 제이. 엠. 드그라우
로저 힐
피터 제이. 메쉬
Original Assignee
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set

Abstract

이동 전화 또는 블루투스(Bluetooth) 장치와 같은 무선 통신 장치는 슬롯(304)을 포함하는 그라운드 컨덕터(302) 및 그라운드 컨덕터를 안테나로서 기능하게 하기 위해 슬롯에 송수신기를 결합하는 수단(308)을 포함한다. 이러한 장치는 공지된 안테나 장치(arrangement)들보다 상당히 작은 부피로 효율적으로 방송 성능이 얻어지게 할 수 있다. 한 실시예에서 그라운드 컨덕터(302), 슬롯(304) 및 송수신기는 모듈(206)에 통합되는데, 이 모듈은 안테나 영역의 대부분을 제공하는 다른 그라운드 컨덕터에 접속하기 위해 적응된다. 다른 컨덕터는 일반적으로 인쇄 회로 기판 그라운드면 또는 이동 전화 핸드셋이 될 것이다. 매칭 및 광 대역 회로는 편리하게 모듈내에 포함될 것이다. 모듈과 다른 그라운드 컨덕터 사이의 접속 영역을 변화시킴으로써, 슬롯(304)의 공진 주파수는 수정될 수 있다.A wireless communication device, such as a mobile phone or a Bluetooth device, includes a ground conductor 302 comprising a slot 304 and means 308 coupling a transceiver to the slot to make the ground conductor act as an antenna. Such a device can allow for efficient broadcast performance to be obtained with a significantly smaller volume than known antenna arrangements. In one embodiment, ground conductor 302, slot 304 and transceiver are integrated into module 206, which is adapted to connect to other ground conductors that provide most of the antenna area. Other conductors will generally be a printed circuit board ground plane or mobile phone handset. Matching and wide band circuits will conveniently be included in the module. By changing the connection area between the module and the other ground conductor, the resonant frequency of the slot 304 can be modified.

Description

슬롯 안테나를 가진 무선 통신 장치{Radio communication device with slot antenna}Radio communication device with slot antenna

이동 전화 핸드셋들과 같은 무선 단말기들은 일반적으로, 정규 모드 나선형 또는 지그재그형 라인 안테나와 같은 외부 안테나 또는 평면 역-F 안테나(PIFA) 또는 이와 유사한 내부 안테나에 포함된다.Wireless terminals, such as mobile phone handsets, are generally included in an external antenna, such as a regular mode spiral or zigzag line antenna, or a planar inverted-F antenna (PIFA) or similar internal antenna.

이러한 안테나들은 소형이고(파장에 비례하여), 따라서 소형 안테나들의 근본적인 한계들로 인하여, 협 대역(narrowband)이다. 하지만, 셀룰러 무선 통신 시스템들은 일반적으로 10% 이상의 비대역폭(fractional bandwidth)을 가진다. 예를 들어 PIFA로부터 이러한 대역폭을 성취하기 위해서는, 패치 안테나의 대역폭과 그 부피 사이에 직접적인 관련이 있으므로 상당한 부피를 필요로 하지만, 이러한 부피는 핸드셋을 소형화하려는 현재의 경향 때문에 쉽게 이용할 수 없다. 따라서, 위에서 언급된 한계들 때문에, 오늘날의 무선 단말기들의 소형 안테나들로부터 효율적인 광대역 방사를 성취할 수 없다.These antennas are small (proportional in wavelength) and, therefore, narrowband due to the fundamental limitations of small antennas. However, cellular wireless communication systems generally have a fractional bandwidth of 10% or more. For example, to achieve this bandwidth from PIFA, there is a direct relationship between the bandwidth of the patch antenna and its volume, which requires considerable volume, but this volume is not readily available due to the current tendency to miniaturize the handset. Thus, due to the above mentioned limitations, efficient broadband radiation cannot be achieved from the small antennas of today's wireless terminals.

무선 단말기들에 대한 공지된 안테나 장치가 갖는 다른 문제는 그들이 일반적으로 불불평하다는 것이며, 따라서 단말기 케이스에 강하게 결합된다. 그 결과 상당한 양의 방사가 안테나보다는 단말기 자체로부터 방사된다. 안테나 공급이 단말기 케이스에 직접 결합되어, 그 직접 결합의 이점을 갖는 무선 단말기는, 현재 계류중인 국제 특허 출원 WO 02/13306(출원 참조 번호 PHGB010056)에 개시된다. 안테나가 적절한 매칭 네트워크를 통하여 공급될 때, 단말기 케이스 또는 다른 그라운드 컨덕터는 효율적인 광대역 방사기로서 작용한다.Another problem with known antenna arrangements for wireless terminals is that they are generally uncomfortable, and thus are strongly coupled to the terminal case. As a result, a significant amount of radiation is emitted from the terminal itself rather than from the antenna. An antenna supply is directly coupled to the terminal case, and a wireless terminal having the advantage of its direct coupling is disclosed in the currently pending international patent application WO 02/13306 (application reference number PHGB010056). When the antenna is supplied through a suitable matching network, the terminal case or other ground conductor acts as an efficient broadband radiator.

본 발명은 그라운드 컨덕터 및 송수신기를 포함하는 무선 통신 장치에 관한 것이며, 또한 이러한 장치를 포함하는 무선 통신 기구에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication device comprising a ground conductor and a transceiver, and also to a wireless communication device including such a device.

도 1은 안테나와 무선 단말기의 결합을 나타낸, 비대칭 다이폴 안테나의 모델을 도시하는 도면.1 shows a model of an asymmetric dipole antenna, showing a combination of an antenna and a wireless terminal.

도 2는 그라운드 컨덕터상에 설치된 무선 주파수(RF) 모듈의 평면도.2 is a plan view of a radio frequency (RF) module installed on a ground conductor.

도 3은 슬롯된 그라운드면을 포함하는 RF 모듈의 평면도.3 is a plan view of an RF module including a slotted ground plane;

도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 유사한 구성에 대하여 MHz의 주파수(f)에 대비하여 측정된 효율(E)의 그래프.4 is a graph of the efficiency E measured against the frequency f of MHz for a configuration similar to that shown in FIGS. 2 and 3.

도 5는 마이크로스트립 라인에 의해 공급되는 슬롯된 PCB 그라운드면을 포함하는 테스트 피스(test piece)의 평면도.5 is a plan view of a test piece including a slotted PCB ground surface supplied by a microstrip line.

도 6은 매칭 없이, 도 5에 도시된 테스트 피스에 대하여 MHz의 주파수(f)에 대비하여 측정된 dB의 반사 손실(S11) 그래프.FIG. 6 is a graph of return loss (S 11 ) of dB measured against frequency f of MHz for the test piece shown in FIG. 5 without matching.

도 7은 매칭 없이, 800 내지 3000MHz의 주파수 범위를 넘은, 도 5에 도시된 테스트 피스에서 측정된 임피던스를 도시하는 스미스 차트.FIG. 7 is a Smith chart showing impedance measured in the test piece shown in FIG. 5 over a frequency range of 800-3000 MHz without matching. FIG.

도 8은 직렬 LC 매칭 회로를 통해서 공급된, 도 5에 도시된 테스트 피스에 대하여 MHz의 주파수(f)에 대비하여 측정된 dB의 반사 손실(S11) 그래프.FIG. 8 is a graph of return loss (S 11 ) of dB measured against frequency f of MHz for the test piece shown in FIG. 5, supplied through a series LC matching circuit. FIG.

도 9는 800 내지 3000MHz의 주파수 범위를 넘은, 직렬 LC 매칭 회로를 통해서 공급된, 도 5에 도시된 테스트 피스에서 측정된 임피던스를 도시하는 스미스 차트.FIG. 9 is a Smith chart showing the impedance measured at the test piece shown in FIG. 5, supplied through a series LC matching circuit, over a frequency range of 800-3000 MHz. FIG.

도 10은 매칭 없이, 도 5에 도시된 테스트 피스에 대하여 MHz의 주파수(f)에 대비하여 측정된 효율(E) 그래프.FIG. 10 is a graph of measured efficiency (E) versus frequency f of MHz for the test piece shown in FIG. 5 without matching. FIG.

도 11은 RF 모듈의 특수 실시예의 평면도.11 is a plan view of a particular embodiment of an RF module.

도 12는 도 11에 도시된 RF 모듈에 대하여 MHz의 주파수(f)에 대비하여 측정된 효율(E) 그래프.FIG. 12 is a graph of measured efficiency (E) versus frequency (f) of MHz for the RF module shown in FIG.

도 13은 도 11에 도시된 RF 모듈에 대하여 MHz의 주파수(f)에 대비하여 측정된 dB의 반사 손실(S11) 그래프.FIG. 13 is a graph of return loss (S 11 ) of dB measured against frequency f of MHz for the RF module shown in FIG.

본 발명의 목적은 무선 단말기에 대한 콤팩트(compact) 안테나 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a compact antenna device for a wireless terminal.

본 발명의 제 1 양상에 따라 슬롯을 포함하는 그라운드 컨덕터 및 슬롯에 송수신기를 결합하는 수단을 포함하는 무선 통신 장치가 제공되며, 이에 의해 그라운드 컨덕터는 안테나로서 기능할 수 있다.According to a first aspect of the invention there is provided a wireless communication device comprising a ground conductor comprising a slot and means for coupling a transceiver to the slot, whereby the ground conductor can function as an antenna.

슬롯은 송수신기를 그라운드 컨덕터에 효율적으로 결합할 수 있으며, 이동 전화 핸드셋들과 같은 무선 단말기들에서 전형적인 그라운드 컨덕터들의 크기(dimentions)는 넓은 방사 대역폭을 제공한다. 본 발명에 따라 제조된 장치에서, 안테나와의 간섭이나 안테나로부터의 간섭을 피하기 위해 구성 요소들로부터 이격되어야 하는 영역은 공지된 안테나 장치들보다 훨씬 작다.Slots can efficiently couple transceivers to ground conductors, and the dimensions of ground conductors typical of wireless terminals, such as mobile telephone handsets, provide wide radiation bandwidth. In the device manufactured according to the invention, the area to be separated from the components in order to avoid interference with or from the antenna is much smaller than known antenna devices.

그라운드 컨덕터 및 관련된 슬롯은, 인쇄 회로 기판 그라운드면과 같은 다른 그라운드 컨덕터상에 설치하는 모듈에 포함될 수 있다. 이러한 장치는 모듈내에서 공급이 정확히 제어되며 다른 그라운드 컨덕터가 더 큰 방사 영역을 제공한다는 이점을 갖는다. 이러한 모듈 역시 공지된 안테나 솔루션들보다 현저히 작게 만들어질 수 있으며, 부가적으로 동일한 부피내에 송수신기 회로를 포함할 수 있다.The ground conductor and associated slots can be included in a module that installs on another ground conductor, such as a printed circuit board ground plane. Such devices have the advantage that the supply is precisely controlled within the module and that other ground conductors provide a larger radiation area. Such a module can also be made significantly smaller than known antenna solutions and can additionally include transceiver circuitry in the same volume.

매칭 회로 역시 모듈내에 포함될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 장치는 특히 광대역 매칭 회로를 통하여 구동하는데에 적합하다. 이중 및 다중 대역 매칭 회로들도 포함될 수 있다.Matching circuitry may also be included in the module. The device manufactured according to the invention is particularly suitable for driving through a broadband matching circuit. Dual and multi-band matching circuits may also be included.

본 발명에 따라 제조된 장치에 PIFA를 부가함으로써, 매우 작은 부피로부터, 편파 다이버시티(polarisation diversity)가 성취될 수 있다.By adding PIFA to the device manufactured according to the invention, polarization diversity can be achieved from very small volumes.

본 발명의 제 2 양상에 따라 본 발명의 제 1 양상에 따라 제조된 장치를 포함하는 무선 통신 장치가 제공된다.According to a second aspect of the present invention there is provided a wireless communication device comprising an apparatus manufactured according to the first aspect of the invention.

본 발명은, 종래 기술에서 제안되지 않은, 안테나 및 무선 핸드셋의 임피던스들이 분리할 수 있는 비대칭 다이폴(dipole)의 것들과 유사하고, 안테나 임피던스가 비방사 결합 소자로 대치될 수 있다는 인식을 기반으로 한다.The present invention is similar to those of an asymmetric dipole that can separate the impedances of the antenna and the wireless handset, which are not proposed in the prior art, and are based on the recognition that the antenna impedance can be replaced with a non-radiative coupling element. .

이제 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여, 예시한 방법에 의해서 설명될 것이다.Embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the attached drawings.

도면에서 동일한 참조 번호들은 동일한 성분들을 가리키는데 사용되었다.Like reference numerals in the drawings are used to indicate like components.

공통 계류중인 국제 특허 출원 WO 02/13306(출원 참조 번호 PHGB010056)은 적절한 매칭 네트워크를 통하여 공급되고 효율적인 광대역 방사기로서 작동하는 무선 단말기의 케이스 또는 단말기의 일부를 형성하는 다른 그라운드 컨덕터내의 안테나 장치를 개시한다. 이러한 출원의 모든 내용은 참조 자료로서 여기에 포함된다.Common pending international patent application WO 02/13306 (Application No. PHGB010056) discloses an antenna device in a case of a wireless terminal or other ground conductor which forms part of a terminal which is supplied via a suitable matching network and which acts as an efficient broadband radiator. . All content of these applications is incorporated herein by reference.

요약하면, 안테나와 무선 단말기(예로서 이동 전화 핸드셋)의 결합은 비대칭 다이폴로 간주될 수 있다. 도 1은 무선 핸드셋의 안테나 공급점에서, 전송 모드에서 송수신기에 의해 보여지는 임피던스의 이러한 모델을 도시한다. 비대칭 다이폴의 제 1 아암(102)은 안테나의 임피던스, 제 2 아암(104)은 핸드셋의 임피던스를 나타내며, 양 아암은 소스(106)에 의해서 구동된다. 도면에 도시된 바와 같이, 이러한 장치의 임피던스는 가상 그라운드(108)에 대해 개별적으로 구동된 각 아암(102, 104)의 임피던스의 합과 실질적으로 동일하다. 모델은 소스(106)가 송수신기의 임피던스를 나타내는 임피던스에 의해서 대치될 때 수신측에 대하여도 동일하게 유효하다.In summary, the combination of an antenna and a wireless terminal (eg mobile telephone handset) may be considered an asymmetric dipole. 1 shows this model of impedance seen by a transceiver in transmission mode at the antenna supply point of a wireless handset. The first arm 102 of the asymmetric dipole represents the impedance of the antenna, the second arm 104 represents the impedance of the handset, and both arms are driven by the source 106. As shown in the figure, the impedance of such a device is substantially equal to the sum of the impedances of each arm 102, 104 driven separately with respect to the virtual ground 108. The model is equally valid for the receiving side when the source 106 is replaced by an impedance representing the impedance of the transceiver.

안테나 임피던스가 안테나 공급을 핸드셋에 결합하는 물리적으로 작은 캐퍼시터(capacitor)에 의해 대치될 수 있음이 WO 02/13306에서 개시된다. 한 실시예에서 캐퍼시터는 10x40x100mm의 크기를 갖는 핸드셋상의 2x10x10mm의 크기를 갖는 병렬 평면 캐퍼시터였다. 핸드셋의 세심한 디자인에 의해서, 대역폭을 종래의 안테나와 핸드셋 결합보다 훨씬 크게 할 수 있다. 이유는, 핸드셋이 낮은 Q의 방사 소자(시뮬레이션들은 전형적인 Q가 약 1임을 보여준다)로서 작동하지만, 종래의 안테나들은 일반적으로 약 50의 Q를 갖기 때문이다.It is disclosed in WO 02/13306 that the antenna impedance can be replaced by a physically small capacitor that couples the antenna supply to the handset. In one embodiment the capacitor was a parallel planar capacitor having a size of 2x10x10 mm on a handset with a size of 10x40x100 mm. The careful design of the handset allows the bandwidth to be much larger than conventional antenna and handset combinations. The reason is that while the handset operates as a low Q radiating element (simulations show that typical Q is about 1), conventional antennas generally have a Q of about 50.

송수신기를 그라운드면에 결합하기 위하여 병렬 평면 캐퍼시터를 사용하는 것의 문제점은 상당한 부피(비록 이 부피가 PIFA가 필요로 하는 것보다 훨씬 적지만)를 필요로 한다는 것이다. 항상 작아지는 무선 단말기들에 대한 현재의 경향의 일부로서, (이동 전화 또는 블루투스 단말기과 같은) 장치에 필요한 RF 회로를 포함하는 낮은 프로파일 모듈들이 개발되고 있다. 이러한 모듈들은 일반적으로 비록 실딩(shielding)이 항상 필요하지 않을지라도, 금속 컨테이너에 둘러싸여 실딩된다. 상술한 크기의 캐퍼시터 평판의 부가는 그 높이를 배가함으로써 이러한 모듈이 점유한 부피를 2배 이상 증가시키며, 이것은 바람직하지 않다.The problem with using parallel planar capacitors to couple the transceiver to the ground plane is that it requires significant volume (although this volume is much less than that required by PIFA). As part of the current trend towards ever-smaller wireless terminals, low profile modules are being developed that include the RF circuitry needed for a device (such as a mobile phone or a Bluetooth terminal). Such modules are generally shielded by a metal container, although shielding is not always necessary. The addition of a capacitor plate of the size described above doubles its height, thereby increasing the volume occupied by such a module by more than two times, which is undesirable.

본 발명에 따라 제조된 장치에서, RF 전력은 송수신기로부터 그라운드면의 슬롯을 지나 그라운드면에 공급된다. 이 장치는 도 2 및 도 3에 참조로 도시되며, 각 도면들은 그라운드 컨덕터상에 탑재된 RF 모듈과 슬롯된 그라운드면을 포함하는RF 모듈의 평면도이다. RF 모듈(206)은 직사각형 컷아웃(204; cut-out)(대시(dashed)로 도시)을 구비한 직사각형 그라운드면(202)을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)상에 적재된다. 모듈(206)은, 컷아웃(204)보다 약간 큰 크기를 갖는 그라운드면(302)을 포함하여 두 개의 그라운드면(202, 302)을 전기적으로 접속시킨다. 모듈의 그라운드면(302)은 모듈(206)의 동작 주파수보다 약 1/4 파장이 긴 슬롯(304)을 구비한다. 모듈은 RF 회로(306)(상세히 도시하지 않았음)및 RF 회로로부터 떨어진 슬롯(304)의 측면에 대한 접속(308)을 포함한다.In the device manufactured according to the invention, RF power is supplied from the transceiver to the ground plane via a slot in the ground plane. This apparatus is shown with reference to FIGS. 2 and 3, each of which is a plan view of an RF module including an RF module mounted on a ground conductor and a slotted ground plane. The RF module 206 is mounted on a printed circuit board (PCB) having a rectangular ground surface 202 with a rectangular cutout 204 (shown in dashed). Module 206 electrically connects two ground surfaces 202 and 302, including ground surface 302 having a size slightly larger than cutout 204. The ground plane 302 of the module has a slot 304 about 1/4 wavelength longer than the operating frequency of the module 206. The module includes an RF circuit 306 (not shown in detail) and a connection 308 to the side of the slot 304 away from the RF circuit.

전송기로서의 동작에서, RF 회로(306)로부터의 전력은 슬롯을 걸쳐서 그라운드면들(302, 302)에 공급된다. 수신기로서의 동작에서, 그라운드면들(302, 202)이 수신한 RF 신호들은 슬롯(304)에 의해서 추출되고 RF 회로(306)에 공급된다. 이러한 공급 장치는 WO 02/13306에 기술된 커패시터 결합과 같이 광 대역폭을 제공하지 않지만, 장치는 종래의 안테나들에 비교해서 넓은 대역폭을 제공하고, 부피와 대역폭 사이의 절충(trade-off)은 많은 어플리케이션들에 적절할 것이다.In operation as a transmitter, power from RF circuit 306 is supplied to ground planes 302, 302 across a slot. In operation as a receiver, RF signals received by ground surfaces 302 and 202 are extracted by slot 304 and supplied to RF circuit 306. Such a supply does not provide optical bandwidth like the capacitor coupling described in WO 02/13306, but the device provides a wider bandwidth compared to conventional antennas, and there is a lot of trade-off between volume and bandwidth. Will be appropriate for the application.

도시된 슬롯(304)은 RF 회로(306) 주위를 둘러싸게 된다. 슬롯의 공진 주파수가 1/4 파장 슬롯 공진에 의해 주로 결정되고, 그것의 대역폭이 슬롯(304)과 그라운드면들(302, 202)의 결합에 의해 결정되도록 설계될 수 있다. 슬롯(304)을 모듈(206)내로 통합하는 것은 모듈의 그라운드면(302)과 PCB 그라운드면(202) 사이의 접속들을 변화시킴으로써 그것의 공진 주파수를 튜닝을 가능하게 한다. PCB 그라운드면(202)의 컷아웃(204)이 직사각형이고 모듈(206)과 비슷한 크기로 도시되었다 하더라도, 이것은 중요하지 않다. 컷아웃(204)은 슬롯(304) 바로 밑의 PCB 상에 금속(metallisation)이 없도록 하는 것이 필요하다(실제, 적어도 제품 허용 오차와 정렬 에러만큼 컷아웃(204)이 슬롯(304)보다 크므로, 유효 슬롯 크기들은 컷아웃(204)의 크기들에 의해서가 아니고, 모듈(206)내의 슬롯(304)의 크기들에 의해서 결정된다). 모듈은 PCB상에 남아있는 회로로부터 상대적으로 멀지만, 모듈에 바로 접속할 수 있도록 유지되기 때문에, 도시된 바와 같이, PCB 가장자리의 모듈(206) 위치가 알맞다.The slot 304 shown is wrapped around the RF circuit 306. The resonant frequency of a slot can be designed primarily by quarter wavelength slot resonance, and its bandwidth determined by the combination of slot 304 and ground planes 302, 202. Incorporating the slot 304 into the module 206 enables tuning its resonant frequency by changing the connections between the module's ground plane 302 and the PCB ground plane 202. Although the cutout 204 of the PCB ground surface 202 is rectangular and shown to be of similar size as the module 206, this is not important. The cutout 204 needs to be free of metallisation on the PCB directly below the slot 304 (actually the cutout 204 is larger than the slot 304 by at least product tolerances and alignment errors). The effective slot sizes are determined by the sizes of the slots 304 in the module 206, not by the sizes of the cutouts 204). The module is relatively distant from the circuitry remaining on the PCB, but since it remains accessible for direct access to the module, the module 206 location of the PCB edge is appropriate as shown.

도 2 및 도 3에 도시된 것과 유사한, 블루투스 어플리케이션에서 사용하기 위한 실시예에 대하여 측정하였다. 이러한 실시예에서, RF 회로 및 슬롯(304)이 반드시 포함된 모듈(206)은 (컷아웃(204)을 가지지않는) PCB 그라운드면(202)에서 제공되었다. 모듈(206)은 PCB 그라운드면(202)에 접속된 금속 컨테이너에 수용되고, 이것은 기준 그라운드가 RF와 다른 요소들간 공유되는 것을 보장한다. PCB 그라운드면(202)의 크기들은 100x40mm이며, 모듈(206)과 슬롯(304)을 수용하는 이들의 부피(따라서 도 3에 도시된 바와 같은 모듈의 부피에 대응함)는 15x13x2mm이다. 접힌 슬롯(304)은 1mm의 폭과 17mm의 총 길이를 가진다.Measurements were made for an embodiment for use in a Bluetooth application, similar to that shown in FIGS. 2 and 3. In this embodiment, the module 206, which must include the RF circuit and the slot 304, was provided at the PCB ground plane 202 (without the cutout 204). The module 206 is housed in a metal container connected to the PCB ground plane 202, which ensures that the reference ground is shared between RF and other elements. The dimensions of the PCB ground plane 202 are 100x40 mm, and their volume to accommodate the module 206 and the slot 304 (and thus correspond to the volume of the module as shown in Figure 3) is 15x13x2 mm. The folded slot 304 has a width of 1 mm and a total length of 17 mm.

이 실시예의 효율(E)을 측정하고, 그 결과를 2300 내지 2760MHz 사이의 주파수들에 대해 도 4에 도시한다. 효율은 350MHz 이상의 대역폭에 걸쳐 50% 이상 크다는 것을 알 수 있다. 이것은 15x10x5mm 크기의 PIFA로부터 얻어질 수 있던 대역폭의 약 2배이면서 반 이하의 부피를 점유한다. 다른 이점은 다른 평면 안테나 솔루션들과 달리, 안테나 동작과의 간섭을 피하기 위해 다른 회로를 이격시키기 위한 상당한 부피가 필요하지 않다는 것이다.The efficiency E of this embodiment is measured and the result is shown in FIG. 4 for frequencies between 2300 and 2760 MHz. It can be seen that the efficiency is greater than 50% over a bandwidth above 350 MHz. This occupies less than half the volume, which is about twice the bandwidth that could be obtained from a 15x10x5 mm PIFA. Another advantage is that unlike other planar antenna solutions, no significant volume is required to space other circuits to avoid interference with antenna operation.

테스트 피스(test piece)는 본 발명의 다른 응용성을 조사하기 위해 제작되었다. 도 5는 (측정된 절연 상수가 4.1인) 0.8mm 두께의 FR4 회로 기판상에 40x100mm의 크기를 갖는 구리 그라운드면(202)을 포함하는 테스트 피스의 평면도이다. 3x26.5mm의 슬롯(304)은 그라운드면에 제공되고, 이 슬롯은 PCB의 배면상에 있고, 슬롯(304)의 폐단부(closed end)로부터 3mm 이격된 비어홀(508)을 통해서 슬롯의 가장자리에 접속되는 2.5mm 폭의 마이크로스트립 라인(506; 점선으로 도시)을 통해 공급된다.Test pieces were made to investigate other applications of the present invention. FIG. 5 is a plan view of a test piece including a copper ground plane 202 having a size of 40 × 100 mm on a 0.8 mm thick FR4 circuit board (measured insulation constant of 4.1). A slot 304 of 3x26.5 mm is provided in the ground plane, which is on the back side of the PCB and through the via hole 508 spaced 3 mm from the closed end of the slot 304 at the edge of the slot. It is supplied via a 2.5 mm wide microstrip line 506 (shown in dashed lines) to be connected.

테스트 피스의 반사 손실(S11)에 대하여 측정하고, 그 결과를 800 내지 3000MHz 사이의 주파수들에 대해 도 6에 도시한다. 상기 주파수와 동일한 주파수 범위에 걸쳐 이러한 실시예에서 측정된 임피던스를 예시한 스미스 차트가 도 7에 도시된다. 이러한 실시예의 10db 대역폭은 약 175MHz인 것을 알 수 있다. 제 1 실시예와 비교하여 낮은 동작 주파수는, 비대역폭이 비슷하게 유지되며 슬롯 길이가 길어진 결과이다.The return loss (S 11 ) of the test piece is measured and the results are shown in FIG. 6 for frequencies between 800 and 3000 MHz. A Smith chart illustrating the impedance measured in this embodiment over the same frequency range as the frequency is shown in FIG. 7. It can be seen that the 10db bandwidth of this embodiment is about 175MHz. The low operating frequency compared with the first embodiment is a result of the non-bandwidth being kept similar and the slot length being longer.

이러한 실시예의 고유의 광대역 성능 때문에, 효율의 상당한 손실 없이 광대역 매칭 회로의 이용에 의해서 대역폭이 더 넓어질 수 있다. 이러한 장치로부터 예측된 것에 대응하는 주파수 응답은 낮은 주파수들에서 유도성이고 높은 주파수들에서 용량성이다. 따라서, 직렬 LC 공진 회로가 적절하다. 도 8(반사 소실) 및 도 9(스미스 차트)는 5nH의 인덕턴스와 1.3pF의 용량이 슬롯 공급(508)에 직렬로 배열될 때 시뮬레이션된 응답을 도시한다. 10dB 대역폭이 약 200MHz로 증가하고, 튜닝 구성 요소 손실들이 대역의 중앙에서 0.2dB보다 작다(구성 요소의 Q를 50이라 가정). 응답은 예를 들어, 약간 높은 임피던스 레벨에서 슬롯(304)을 공급함으로써 또는 제 2 병렬 공진 회로를 제공함으로써 더욱 최적화될 수 있음이 분명하다. 유용한 부가 효과로서, 대역폭 확장 회로가 유용한 밴드 필터링 기능을 수행하여 RF 회로(306)의 필터링 요구들을 감소시킨다. 이것은 주파수적으로 분리된 다른 시스템이 장치에 존재하여 격리(isolation)가 증가가 요구되면 유익하다.Because of the inherent wideband performance of this embodiment, the bandwidth can be wider by the use of wideband matching circuits without significant loss of efficiency. The frequency response corresponding to that predicted from this device is inductive at low frequencies and capacitive at high frequencies. Therefore, a series LC resonant circuit is suitable. 8 (loss of reflection) and 9 (Smith chart) show the simulated response when an inductance of 5 nH and a capacity of 1.3 pF are arranged in series with the slot feed 508. The 10dB bandwidth increases to about 200MHz, and the tuning component losses are less than 0.2dB at the center of the band (assuming Q of the component is 50). It is clear that the response can be further optimized, for example, by supplying slot 304 at a slightly higher impedance level or by providing a second parallel resonant circuit. As a useful side effect, the bandwidth extension circuit performs a useful band filtering function to reduce the filtering requirements of the RF circuit 306. This is beneficial if there is another system separated in frequency present in the device and an increase in isolation is required.

테스트 피스의 효율(E)이 측정되어, 그 결과가 1500 내지 2200MHz 사이의 주파수들에 대해 도 10에 도시된다. 약 400MHz의 대역폭에 걸쳐 효율이 50% 이상임을 알 수 있다.The efficiency E of the test piece is measured and the result is shown in FIG. 10 for frequencies between 1500 and 2200 MHz. It can be seen that the efficiency is more than 50% over a bandwidth of about 400 MHz.

도 11은 약 15x13mm의 전체 크기를 가지는, 본 발명에 따라 제조된 RF 모듈(206)의 실시예의 평면도를 도시한다. 이 실시예는 필립스 반도체에 의해 제조되었으며, 제품 번호 BGBA100이고, 블루투스 어플리케이션들에서 이용되기 위해 고안되었다. L-형 그라운드 컨덕터(302)는 L-형 슬롯(304)을 포함한다. 슬롯은 접속점들(1102, 308)에 접속된 1.5nH 인덕터 및 접속점들(1104, 1106)에 접속된 3pF 직렬 커패시터를 통해서 공급된다. 1.3nH 직렬 인덕터 및 1.8pF 션트 커패시터를 포함하는 다른 매칭 회로가 직렬 커패시터와 50Ω의 피드 사이에 접속된다. 도시하지 않은 다른 RF 회로(306)는 점선에 의해서 둘러싸인 영역에 포함된다. 이 회로는 복수의 그라운드 접속들을 포함하여, PCB상에 탑재될 때, 점선들에 의해 둘러싸인 영역 전체가 실질적으로 그라운드 컨덕터로 간주될 수 있다.11 shows a top view of an embodiment of an RF module 206 made in accordance with the present invention having an overall size of about 15x13 mm. This embodiment was manufactured by Philips Semiconductors, product number BGBA100, and is intended for use in Bluetooth applications. L-type ground conductor 302 includes an L-shaped slot 304. The slot is supplied through a 1.5 nH inductor connected to junctions 1102 and 308 and a 3 pF series capacitor connected to junctions 1104 and 1106. Another matching circuit, including a 1.3nH series inductor and a 1.8pF shunt capacitor, is connected between the series capacitor and the 50µs feed. Other RF circuits 306, not shown, are included in the area surrounded by the dotted lines. This circuit includes a plurality of ground connections, so that when mounted on a PCB, the entire area enclosed by the dashed lines can be considered substantially the ground conductor.

이러한 실시예에서 PCB 그라운드면은, 도 5의 테스트 피스보다 절반의 파장길이에 가까워, 대역폭을 상당히 개선한다. 1500 내지 3500MHz 사이의 주파수들 각각에 대하여, 도 12는 도 11의 모듈의 측정된 효율(E)의 그래프이고, 도 13은 도 11의 모듈의 측정된 반사 손실(S11)의 그래프이다. 모듈(206)은 100x40mm의 크기를 갖는 PCB의 긴 가장자리상에 슬롯(304) 개구(opening)와 함께 탑재되었으며, 모듈은 PCB의 짧은 가장자리로부터 25mm에 이격된다. 효율은 80% 이상이고 반사 손실은 1900부터 2900MHz까지 1GHz 이상의 대역폭에 걸쳐 10dB보다 크다. 링크 테스트 측정은 10m를 초과하는 길이에 걸쳐 충분한 성능을 나타내고 있으므로, 블루투스 사양의 요구들을 충족시킨다.In this embodiment, the PCB ground plane is closer to half the wavelength length than the test piece of FIG. 5, significantly improving bandwidth. For each of the frequencies between 1500 and 3500 MHz, FIG. 12 is a graph of the measured efficiency E of the module of FIG. 11, and FIG. 13 is a graph of the measured return loss S 11 of the module of FIG. 11 . The module 206 was mounted with a slot 304 opening on the long edge of the PCB with dimensions of 100 × 40 mm, the module being spaced 25 mm from the short edge of the PCB. Efficiency is greater than 80% and return loss is greater than 10dB over 1GHz bandwidth from 1900 to 2900MHz. The link test measurement shows sufficient performance over a length of more than 10m, thus meeting the requirements of the Bluetooth specification.

본 발명은 다중 대역 어플리케이션들에서의 이용에도 적절하며, 다중 대역 이용을 위해 다중 대역 매칭 회로가 모듈(206)에 포함될 것이다. 이러한 어플리케이션들에서, 본 발명의 광대역 특성은 협대역 안테나들보다 훨씬 간단하게 다중 대역 성능을 제공한다.The present invention is also suitable for use in multiband applications, where a multiband matching circuit will be included in module 206 for multiband use. In such applications, the wideband nature of the present invention provides multiband performance much simpler than narrowband antennas.

본 발명은 무선 단말기로부터 편파 다이버시티를 제공하는데 이용될 수도 있다. 바람직한 편파 다이버시티가 실제 달성하기 어려운데, 왜냐하면 소형 안테나에서, 안테나와 PCB가 상호작용하여 안테나 자체보다 PCB가 더욱 빈번하게 방사하기 때문이다. 따라서, 폴라리세이션은 안테나의 것이 아니고 PCB의 것이다. 이것은 두 개의 소형 안테나들이 직각으로 배향되더라도, 합성 방사는 실질적으로 동일한 편파를 가지는 것을 의미한다.The present invention may be used to provide polarization diversity from a wireless terminal. Desirable polarization diversity is difficult to achieve in practice because in small antennas, the antenna and PCB interact with each other and the PCB emits more frequently than the antenna itself. Thus, polarization is not of the antenna but of the PCB. This means that even if two small antennas are oriented at right angles, the composite radiation has substantially the same polarization.

편파 다이버시티는 종래의 PIFA와 결합하여 (이상에서 설명한 바와 같은) 슬롯(304)을 이용함으로써 성취될 수 있다. 안테나들은 동일한 부피(매우 소형 RF 모듈)내에 위치될 수 있지만 실질적으로 다른 편파들을 갖는다. 이것은 오히려 슬롯(304)이 PCB에 대응하여 공급되기 보다는 PCB에 삽입되기 때문이다. 슬롯(304)의 편파는 PCB내 그 배향에 따르고, PIFA는 PCB의 편파를 가질 것이다. 이것은 직교성을 제공하도록 배열될 수 있고, PIFA 또는 노치(notch)의 수정없이 적어도 부분적으로 성취될 것이다. 두 개의 안테나가 매우 강하게 결합되면, PIFA가 수신할 때 노치 양단에 스위치가 또한 제공될 수 있다.Polarization diversity can be achieved by using slot 304 (as described above) in combination with conventional PIFA. The antennas can be located in the same volume (very small RF module) but have substantially different polarizations. This is because the slot 304 is inserted into the PCB rather than supplied corresponding to the PCB. The polarization of the slot 304 depends on its orientation in the PCB, and the PIFA will have the polarization of the PCB. This may be arranged to provide orthogonality and will be at least partially achieved without modification of the PIFA or notch. If the two antennas are very tightly coupled, a switch may also be provided across the notch when the PIFA receives.

이상에서 설명된 바와 같이, 슬롯(304)은 RF 모듈(206)의 그라운드면(302) 또는 PCB 그라운드면(202)에 포함될 수 있다. PCB 그라운드면(202)에 포함되는 경우 RF 구성 요소들은 모듈(206)의 형태로 제공되지 않거나 제공될 수 있다. 모듈(206)에 슬롯(304)을 포함시키는 이점은 매칭, 대역폭 확장 및 다중 대역 동작이 잘 제어된 방법으로 실행될 수 있는 동안, 공급이 보다 정확히 제어될 수 있다는 것이다. 개선된 방사 성능을 위하여 PCB 그라운드면에 접속될 수 있는 집적 모듈의 제조시 상당한 이점들이 있음을 알 수 있다.As described above, the slot 304 may be included in the ground plane 302 or the PCB ground plane 202 of the RF module 206. RF components may or may not be provided in the form of module 206 when included in PCB ground plane 202. The advantage of including the slot 304 in the module 206 is that the supply can be more accurately controlled while matching, bandwidth expansion, and multi-band operation can be performed in a well controlled manner. It can be seen that there are significant advantages in the manufacture of integrated modules that can be connected to the PCB ground plane for improved radiation performance.

RF 모듈(206)에 대한 이상의 언급들은 예를 들어 기저 대역 회로 및 장치 제어 회로와 같은 다른 비-RF 구성 요소들이 모듈내에 포함되는 것을 배제하지 않는다. 이상에서 보여진 실시예들에서, 슬롯(304)은 일단이 개방된다. 하지만, 평면 방식으로 공급되면 양단이 차폐된 슬롯들이 동일하게 잘 사용될 수 있다.The above references to the RF module 206 do not exclude the inclusion of other non-RF components such as, for example, baseband circuitry and device control circuitry within the module. In the embodiments shown above, the slot 304 is open at one end. However, when supplied in a planar manner, slots shielded at both ends may equally well be used.

본 명세서를 읽음으로써, 다른 변경들이 당업자들에게 명백할 것이다. 이러한 변경들은 무선 통신 장치들 및 구성요소 일부들의 설계, 제조 및 이용에 있어서이미 공지된 다른 특징들을 포함할 것이며, 이것은 대신 또는 이미 여기에 설명된 특징들에 부가하여 이용될 수 있다. 본 명세서와 청구항들에서 요소에 선행하는 단어 "하나의"("a" 또는 "an")는 복수의 이러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 단어 "포함하다"("comprising)는 여기에 나열된 것 외의 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.By reading this specification, other changes will be apparent to those skilled in the art. Such modifications will include other features already known in the design, manufacture, and use of some of the wireless communications devices and components, which may be used instead or in addition to the features already described herein. The word "a" or "an" preceding an element in this specification and claims does not exclude the presence of a plurality of such elements. In addition, the word "comprising" does not exclude the presence of elements or steps other than those listed here.

Claims (11)

무선 통신 장치에 있어서, 슬롯을 포함하는 그라운드 컨덕터 및 상기 슬롯에 송수신기를 연결하는 수단을 포함하며, 이에 의해 그라운드 컨덕터를 안테나로서 기능하게 하는, 무선 통신 장치.12. A wireless communications apparatus, comprising: a ground conductor comprising a slot and means for coupling a transceiver to the slot, thereby making the ground conductor function as an antenna. 제 1 항에 있어서, 상기 그라운드 컨덕터, 송수신기 및 슬롯이 다른 그라운드 컨덕터에 접속하기 위해 적응된 모듈에 통합된 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.10. The wireless communications device of claim 1, wherein the ground conductor, transceiver, and slot are integrated into a module adapted for connecting to another ground conductor. 제 2 항에 있어서, 상기 모듈은 컨덕팅 컨테이너에 수용되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.3. The wireless communications device of claim 2, wherein the module is housed in a conducting container. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 모듈은 매칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.4. The wireless communications apparatus of claim 2 or 3, wherein the module further comprises a matching circuit. 제 4 항에 있어서, 상기 매칭 회로는 이중 대역 매칭을 위해 적응되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.5. The wireless communications apparatus of claim 4, wherein the matching circuit is adapted for dual band matching. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그라운드 컨덕터와 다른 그라운드 컨덕터 사이의 접속 영역을 변화시키기 위한 수단이 제공되며, 그에 의해 장치의 동작 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.Device according to one of the claims 2 to 5, characterized in that a means for changing the connection area between the ground conductor and the other ground conductor is provided, thereby changing the operating frequency of the device. Device. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬롯은 접히거나 지그재그인 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.7. A wireless communication device according to any one of the preceding claims, wherein the slot is folded or zigzag. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다른 그라운드 컨덕터는 인쇄 회로 기판 그라운드면인 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.8. The radio communication device according to any one of claims 1 to 7, wherein the other ground conductor is a printed circuit board ground plane. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다른 그라운드 컨덕터는 핸드셋 케이스인 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.9. A wireless communications device as claimed in any preceding claim, wherein said other ground conductor is a handset case. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 평면 역-F 안테나를 더 포함하며, 상기 그라운드 컨덕터와 상기 평면 안테나의 편파성(polarisations)은 상당히 다른 것을 특징으로 하는, 무선 통신 장치.10. The wireless communications device of any one of the preceding claims, further comprising a planar inverted-F antenna, wherein polarizations of the ground conductor and the planar antenna are significantly different. 제 1 항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 장치를 포함하는, 무선 통신 기구.A wireless communication instrument comprising the device of claim 1.
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