KR20040039352A - 소형의 다중대역 안테나를 위한 다층 및 공간충진 접지면 - Google Patents

소형의 다중대역 안테나를 위한 다층 및 공간충진 접지면 Download PDF

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KR20040039352A
KR20040039352A KR10-2004-7003660A KR20047003660A KR20040039352A KR 20040039352 A KR20040039352 A KR 20040039352A KR 20047003660 A KR20047003660 A KR 20047003660A KR 20040039352 A KR20040039352 A KR 20040039352A
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strips
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KR10-2004-7003660A
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라미오 퀸테로일레라
카레스 푸엔테바리아르다
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프레이투스, 에스.에이.
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Abstract

방사요소로 작용하는 한 개 또는 다수의 유도성 요소를 포함하는 안테나, 및 다층 또는 공간충진 접지면, 상기 접지면은 안테나의 작동 특성에 영향을 주는 특별한 형상을 가지고 있다. 귀환손실, 대역폭, 이득, 방사효율, 및 주파수 성능은 다층 및 공간충진 접지면의 디자인을 통하여 제어될 수 있다. 또한, 상기 접지면은 단일 접지면을 가진 안테나에 비하여 작게 만들 수 있다.

Description

소형의 다중대역 안테나를 위한 다층 및 공간충진 접지면{MULTILEVEL AND SPACE-FILLING GROUND-PLANES FOR MINIATURE AND MULTIBAND ANTENNAS}
본 발명은 소형 및 다중대역 안테나의 접지면에서의 기하학의 이용에 관한 것이다. 즉석 이동 단말기 및 휴대용 장치 같은 많은 예에서, 장치의 크기가 안테나 및 접지면의 크기를 제한하고, 이것은 안테나의 전체적인 성능에 중요한 영향을 미친다. 일반적으로, 안테나의 대역폭 및 효율은 안테나 및 접지면의 전체 크기, 형태, 및 치수에 영향을 준다. 단말기 안테나의 대역폭에서의 접지면의 크기의 영향에 관한 보고서로는 "GMS 이동전화기의 통합안테나에 관한 연구" D. Manteuffel, A. Bahr, I. Wolff, Millennium Conference on Antennas & Propagation, ESA, AP2000, Davos, Switzerland, April 2000.가 있다. 종래기술에서는, 접지면을 포함한 안테나의 설계(예로서 microstrip, planar inverted-F 또는 monopole 안테나)를 위한 노력의 대부분이 방사요소(즉, microstrip patch, PIFA 요소, 또는 상기 예를 위한 monopole arm)의 설계에 향해왔지만, 접지면의 크기와 형상은 각각의 적용예의 미적 외관 또는 크기의 지배를 크게 받아왔다.
본 발명의 주요 논점 중 하나는 안테나의 접지면을 안테나의 방사 및 임피던스 성능(임피던스 수준, 공진 주파수, 대역폭)에 기여하는 안테나의 전체 부분으로 생각한다는 것이다. 본서에 포함된 새로운 기하학 형태의 배치는 다양한 형태와 크기의 접지면의 응용예(베이스 스테이션 안테나, 휴대용 단말기, 자동차, 다른 동력차량 등)의 요구에 적용되고 대역폭, Voltage Standing Wave Ratio(VSWR), 다중대역특성 같은 성능을 향상시킨다.
안테나가 작동할 수 있는 주파수 영역을 넓히는 다층 및 공간충진 구조의 이용은 특허공개 제 WO01/22528호에 잘 나타나있다. 이러한 증가 영역은 안테나의 대역폭, 주파수 대역 수의 증가, 또는 두 효과의 조합으로 얻어진다. 본 발명에서, 상기 다층 및 공간충진 구조는 안테나의 접지면에 사용되어 귀환손실 또는 VSWR, 대역폭, 다중대역특성이 좋아지거나, 이들의 복합효과가 있다. 이 기술로 접지면의 크기뿐만 아니라 안테나의 전반적인 크기도 작게 할 수 있다.
접지면을 이용하여 마이크로스트립 안테나의 대역폭을 개선하려는 첫 시도는 T. Chiou, K. Wong의 "슬롯형 접지면이 있는 콤팩트 마이크로스트립 안테나의 설계", IEEE-APS 심포지엄, 보스톤, 2001,7,8-12에 기술되어 있다. 저자는 안테나 접지면 상의 몇 개의 슬롯으로 얻어지는 성능향상을 주장하고 있고, 이것은 상기 접지면의 공진 특성을 수정하기 위한 간단한 다층 구조를 이용한 것이다. 특히, 세 개의 접점에 연결된 두 개의 직사각형 집합 및 다섯 개의 접점에 연결된 네 개의 직사각형 집합이 설명되어있다. 안테나 접지면의 다층접지구조의 이용의 또 다른 예는 미국특허 제 5,703,600호에 설명되어있다. 거기에는, 접지면이 세 개의 직사각형과 그들 사이에 전기용량의 전자기 커플링으로 구성된 특별한 경우의 접지면이 사용된다. Chiou and Wong, 또는 미국특허 제 5,703,600호 어떤 곳에서도 공간충진 또는 다층구조를 위한 일반적인 구성이 포함되거나 주장되어 있지 않으므로, 상기 저자들은 안테나의 특성을 개선하기 위한 상기 다층구조 또는 공간충진 구조의 유용함을 사용하려고 시도하지 않았다.
본 발명에서 설명하는 몇 가지 기하학은 19세기에 Giusepe Peano 및 David Hilbert같은 몇 사람의 수학자에 의해 이미 연구되었다. 상기의 모든 경우에 곡선은 수학적 관점에서는 연구되었지만 실용적인 공학응용을 위한 이용은 없었다. 이런 수학적 개념은 본 발명에서 설명하는 일반적 공간충진 곡선을 수단으로 실용설계에 적용할 수 있다. SZ, ZZ, HilbertZZ, Peanoinc, Peanodec 또는 PeanoZZ 곡선같은 다른 기하학은 특허공개 제 WO01/54225호에서 설명되어 있고 본 발명에서 혁신적으로 사용된 공간충진 곡선의 집합을 포함한다. 몇 가지 경우에, 공간충진 곡선은 이상적인 프랙탈형태에 접근하기 위해 이용된다.
치수(D)는 대개 본 발명에서 설명된 것과 같은 고도로 복잡한 기하학 곡선 및 구조에 사용된다. 다른 다양한 수학적 치수정의가 있지만 본서에서는 박스 카운팅(box-counting)치수(이것은 수학이론에 숙련된 이들에게 잘알려진 것임)가 이용되어 디자인 부류를 특징짓는다. 또 다시, 본 발명에 포함된 새로운 구성의 이런 곡선의 사용상 이점은 안테나의 크기를 줄이면서도 대역폭, 임피던스, 또는 다중대역특성을 강화하는 것이다.
본 발명에 포함된 일반적 공간충진 곡선만큼의 효율은 없지만, 구불구불 및 지그재그 곡선 같은 잘 알려진 형태 또한 본 발명의 사상 및 관점을 따르는 새로운 구성으로 사용될 수 있다. 안테나에 지그재그 및 구불구불한 곡선의 이용에 관한 기술은 특허공개 제 WO96/27219에 있다. 그러나 종래의 기술에서는 이러한 형태가 본 발명의 몇 개의 실시예의 목적 및 기초와 같은 접지면 설계가 아닌 방사요소의 설계에 주로 이용되었다.
본 발명은 혁신적인 형태의 조합에 기초한 작아지고 성능이 향상된 새로운 부류의 안테나 접지면에 관한 것이다. 이 새로운 형태는 다층 및 공간충진 구조로 알려져 있고, 종래에는 다중대역 및 소형 안테나의 설계에 이용되어 왔다. 이러한 다층 또는 공간충진 구조에 관한 자세한 내용은 "다층 안테나"(특허공개 제 WO01/54225호) 및 "공간충진 소형 안테나"(특허공개 제 WO01/54225호)에서 참조할 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 첨부도면을 설명한다.
도 1은 두 개의 종래기술에 의한 접지면과 새로운 다층의 접지면을 비교한 도면. 접지면(1)은 하나의 솔리드 표면(직사각형, 종래기술)으로 형성된다. 접지면(2)은 두 개의 표면(5,6)(직사각형)으로 나뉘고 유도 스트립(7)으로 연결된 특별한 경우이다. 접지면(3)은 유도표면(5,6)이 간극(4)으로 분리되고 전기용량효과(기존기술)로 연결된다.
도 2는 SFC곡선의 몇 가지 실시예를 도시한 도면. 최초의 곡선(8)에서, 다른 곡선(9,10,11)이 형성된다(Hilbert곡선). 이와 같이, (12,13,14)와 같은 다른 SFC곡선의 집합을 형성할 수 있다(SZ곡선). (15,16)(ZZ곡선); (20)(Peanodec곡선); (21)(Giusepe Peano 곡선).
도 3A는 종래기술에 의한 Planar Inverted-F 안테나(PIFA)(22)를 도시한 투시도. 방사 안테나 요소(25), 종래의 솔리드 표면 접지면(26), 요구되는 입력 임피던스에 따라서 패치(25)에 연결된 피드점(24), 패치요소(25)를 접지면(26)에 연결시키는 단락회로(23). 도 3B는 PIFA안테나의 새로운 구성을 도시한 도면. 안테나 요소(30), 피드점(29), 단락회로(28), 다층 및 공간충진 형태의 새로운 접지면 구조(31).
도 4A는 종래기술에 의해서 솔리드 표면 접지면(34) 위에 있는 모노폴(33)로 구성된 것을 도시한 투시도. 도 4B는 접지면(37)이 다층 및 공간충진 구조로 구성된 개선된 모노폴 안테나 구성(35)을 도시한 도면.
도 5A는 직사각형 방사요소 패치(39) 및 종래 접지면(40)으로 구성된 패치 안테나 시스템(38)을 도시한 투시도. 도 5B는 방사요소(42) 및 다층 및 공간충진 접지면(43)으로 구성된 개선된 안테나 패치 시스템을 도시한 도면.
도 6은 다층 접지면을 위한 다른 윤곽선 형태의 몇가지 예를 도시한 도면. 직사각형(44,45,46) 및 원(47,48,49). 이 경우, 원 및 타원은 무한한 개수의 모서리를 가진 다각형으로 다뤄진다.
도 7은 같은 폭의 다층 구조(직사각형의 경우)의 일련을 도시한 도면. 유도표면은 직선 축을 따라 배열되거나 배열되지 않은 유도 스트립(하나 또는 두 개)으로 연결되어 있다.
도 8은 같은 폭이 아닌 구조가 유도 스트립으로 연결된 것을 도시한 도면. 한 개 이상의 유도 스트립이 도 59 내지 61처럼 사각형에 연결될 수 있다. 표면에서 본 발명의 사상에 따른 다른 길이와 폭의 유도 스트립의 예도 포함된다.
도 9는 다층 접지면의 또 다른 개략도. (68 내지 76)는 직사각형 구조에서 형성된 것을 도시하지만, 다른 형태는 사용되지 않는다.
도 10은 하나(10) 또는 둘(9,10)의 SFC 연결 스트립으로 연결된 두 개의 연결 표면(5,6)의 실시예(77,78)를 도시한 도면.
도 11은 SPC 연결 스트립으로 형성된 최소한 두 개의 유도 표면 사이의 간극 부분의 예를 도시한 도면.
도 12는 SFC로 형성된 상기 접지면의 최소한 한 부분의 일련의 접지면을 도시한 도면. 특히, 유도 표면사이의 간극(84,85)이 SFC의 일례를 형성한다.
도 13은 SFC로 형성된 접지면 사이의 간극과 같은 접지면의 부분의 또 다른 예들을 도시한 도면.
도 14는 다른 SFC 폭의 곡선(93,94)을 가진 접지면(91,92)의 간략도. 구성(91)은 안테나의 크기를 최소화하는데 이용할 수 있고, 구성(92)은 배경복사를 줄이는 가운데 안테나의 크기를 줄이고 대역폭을 강화하는데 선호된다.
도 15는 직접 접촉(95,96,97,98) 또는 용량효과(중앙 스트립,98)에 의한 SFC 유도 스트립을 통하여 연결된 다른 폭을 가진 유도표면의 일련을 도시한 도면.
도 16은 다층 접지면의 실시예를 도시한 도면(이 경우는 사각형).
도 17은 다층 접지면의 또 다른 예를 도시한 도면.
도 18은 다른 길이 또는 형상의 굽은 곡선으로 연결된 최소한 두 개의 유도 표면이 있는 다층 접지면의 예를 도시한 도면. 크기를 더욱 작게 하거나 다른 주파수 특성이 필요하다면 상기 굽은 선의 일부는 SFC곡선으로 대체될 수 있다.
도 19는 접지면과 같은 형상의 방사요소를 가진 안테나의 실시예를 도시한 도면. 접지면은 좌우대칭 또는 좌우상하대칭의 구성이고, 방사요소는 상기 접지면에 평행(127) 또는 수직(128)이다.
*부호설명*
4 : 간극22 : PIFA
5, 6 : 유도 표면25 : 방사 안테나 요소
7 : 유도 스트립26 : 접지면
본 발명의 요점은 안테나의 접지면을 형성하는 것이고, 접지면 및 방사요소의 결합효과는 안테나 전체의 성능 및 특성을 강화하고, 대역폭, VSWR, 다중대역 특성, 효율, 크기, 이득을 강화하는 것이다. 종래 기술의 접지면을 위한 단일 형상 대신에, 본 발명은 접지면의 전류흐름을 강화하고 안테나 전체의 특성을 강화하는 방향으로 방사하는 새로운 형상을 소개한다.
본 발명의 기초는 종래의 접지면의 단일 표면이 아닌 다수(최소한 두 개)의 유도표면으로 구성되어 있고 상기 표면은 서로 전자기적으로 또는 직접적으로 연결되어 있다. 이런 형태는 종래의 단일 접지면이 아니라, 다층 또는 공간충진 형태의 접지면이다.
접지면을 위한 다층 형태는 다각형 집합을 포함한 유도구조로 구성되어 있고, 상기 모든 다각형은 같은 수의 모서리를 가지고 있고, 상기 다각형은 축전기 연결 또는 저항 접촉으로 전자기적으로 연결되어 있고, 직접적으로 접해있는 다각형의 접촉면은 주위 경계면 보다 50% 더 협소하며, 상기 다각형의 최소한 75%가 상기 유도 접지면으로 구성된다. 이 다층형태의 정의에는 원 및 타원도 포함되는데, 이들은 무한한 수의 모서리를 갖는 다각형으로 생각할 수 있기 때문이다.
반면에, Space-Filling Curve(SFC)는 물리적 길이로는 크지만 곡선을 포함할 수 있는 면적으로는 작다. 보다 자세하게, 아래의 정의는 본서의 공간충진 곡선을 위한 것이다: 이웃한 선분과 각도를 형성하며 연결된 최소한 열 개의 선분으로 구성된 곡선, 크고 곧은 선분으로 구성된 인접한 선분의 쌍은 없고, 곡선은 선택적으로 고정된 직선 방향의 공간을 따라 주기적으로 있을 수 있고, 주기는 최소한 열 개의 선분으로 구성된 비주기 곡선으로 정의된다. 또한, 이러한 SFC의 설계가 무엇이든 간에, 시작점 및 끝점을 제외한 어떠한 곳에서도 서로 겹치지 않는다(즉, 전체 곡선은 폐곡선 또는 루프일 수 있고, 곡선의 일부는 폐곡선이 될 수 없다.). 공간충진 곡선은 평면 또는 곡면에 놓여질 수 있고, 선분사이의 각도로 인하여, 곡선의 물리적 길이는 어떠한 직선보다 항상 길어서 상기 공간충진 곡선과 같은 면적에 놓여질 수 있다. 추가로, 본 발명에 의한 접지면의 적합한 형태를 위하여, SFC곡선의 상기 접지면에 포함된 선분은 자유공간에서 작동하는 파동의 길이보다 열 배나 작아야 한다.
형성과정 및 곡선형태에 따라서, 몇 개의 무한한 길이의 SFC가 위상차원보다 큰 Haussdorf차원의 이론으로 설계될 수 있다. 고전 유클리드 기하학에서는 곡선은항상 일차원의 객체이다; 그러나 곡선의 심하게 꼬여있고 물리적 길이가 매우 길다면, 곡선은 그것이 놓여있는 표면의 일부를 차지하려는 경향이 있다; 이 경우, Haussdorf차원은 하나 이상의 곡선으로 계산된다(또는 최소한 박스 카운트 알고리즘에 의한 근사값). 도 2의 곡선은 이런 SFC의 예이다; 특히 도 11,12,14,18은 치수D=2인 이상적인 무한곡선에 접근하는 SFC곡선의 예이다. 이 분야의 당업자에게 알려진 대로 박스 카운트 차원은 로그-로그 그래프의 직선 구간 기울기에서 계산할 수 있다. 이러한 직선 구간은 실질적으로 직선 선분으로 정의된다. 본 발명의 특별한 경우를 위하여, 상기 직선 선분은 로그-로그 그래프의 수평축의 최소한 옥타브 스케일에 걸쳐있다.
실시예에 따라서, 본 발명의 요구되는 다층 및 공간충진 금속패턴을 구성하는 몇 가지 방법이 있다. 상기 다층 및 공간 충진 구조의 특수한 형태에 의하여, 안테나의 성능 및 아래의 특성을 강화하는 방법으로 접지면에 전류를 분배한다.
(a)단일 접지면에 비해서 크기가 작다.
(b)단일 접지면에 비해서 대역폭이 강화된다.
(c)다중주파수 성능.
(d)작동 대역에서의 향상된 VSWR특성.
(e)향상된 방사효율.
(f)향상된 이득.
어떠한 일반적 및 새롭게 설명된 본 발명의 접지면은 휴대용 단말기(셀룰라, 무선 전화기, PDA, 호출기, 게임기, 무선 조종기), 고정 기지국 안테나(마이크로셀, 피코셀, AMPS, GSM900, GSM1800, UMTS, PCS1900, DCS, DECT, WLAN), 자동차 안테나 등의 어떠한 기존의 안테나에도 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 안테나는 microstrip patch 안테나, 슬롯 안테나, Planar Inverted-F(PIFA)안테나, 모노폴 등의 형태를 가지고 있고, 접지면이 필요한 모든 경우에 본 발명이 유용하게 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 안테나에만 한정된 것은 아니다. 접지면이 있는 한 다른 안테나도 포함된다.
본 발명의 실시예에 의한 안테나를 구성하기 위하여, 적합한 안테나 설계가 요구된다. 다수의 구성이 가능하고 실제로 선택할 수 있는 것은 안테나의 여러 가지 변수 중에서 작동 주파수 및 대역폭에 달려 있다. 몇 가지 가능한 실시예가 후술된다. 그러나, 당업자는 본 발명의 관점 내에서 다양한 변형예를 만들 수 있다는 것은 명백하다. 특히, 안테나 제작에는 다양한 소재 및 제조 과정이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 관점 내에서 다른 다층 및 공간충진 형태가 사용될 수 있다는 것은 명백하다.
도 3A는 방사 안테나 요소(25), 종래의 단일 표면 접지면(26), 요구되는 입력 임피던스에 따르는 패치(25)에 연결된 피드점(24), 및 패치요소(25)에 의해서 접지면(26)과 연결된 단락회로(23)로 구성된 종래기술에서 이미 알려진 Planar Inverted-F(22)안테나(PIFA 안테나)를 도시한다. 피드점(24)은 동축케이블 같은 몇 가지 방법이 사용되고, 동축케이블의 외부는 접지면 및 방사유도요소(25)와 연결된 내부 컨덕터(24)와 연결되어 있다. 방사유도요소(25)는 대부분 사각형이고, 다른 특허 및 과학논문에서는 몇 가지 다른 형태도 있다. 방사요소(25)의 형태 및 치수는 안테나의 전반적인 작동 주파수를 결정한다. 설계의 범주에 포함되지는 않지만, 접지면의 크기 및 형태 또한 상기 PIFA의 작동 주파수 및 대역폭을 결정하는 효과가 있다. PIFA안테나는 후에 자세히 다뤄진다.
도 3A의 종래 기술에 의한 PIFA 접지면과 달리, 도 3B의 새로운 접지면(31)은 다층 및 공간충진 구조로 구성되어 귀환손실 또는 VSWR의 감소, 대역폭의 향상, 다중대역 특성, 및 접지면을 포함한 안테나 크기의 축소를 얻을 수 있다. PIFA(27)의 특별한 실시예는 방사 안테나 요소(30), 다층 및 공간충진 접지면(31), 패치(30)에 연결된 피드점(29), 및 패치요소(30)로 접지면(31)에 연결된 단락회로(28)로 구성된다. 일반성을 잃지 않으면서 명확히 하기 위하여, 다층 접지면(31)의 특별한 경우가 도시된다. 몇 개의 사각형 표면이 전자기적으로 유도 스트립에 의하여 상기 다각형 및 SFC 및 굽은 곡선과 직접 연결된다. 보다 자세히 말하면, 다층 구조는 5개의 직사각형으로 형성되고, 상기 다층 구조는 SFC(8) 및 굽은 선의 두 주기에 의하여 직사각형 표면에 연결된다. 이들 표면은 다른 형태 및 다른 크기, 및 다른 방법으로 다른 SFC 곡선 및 용량효과로 연결될 수 있다는 것을 당업자는 쉽게 알 수 있을 것이다. 명확히 하기 위하여, 상기 접지면을 정의하는 표면의 결과는 보통의 평탄한 표면에 있고, 다른 같은 굽은 표면의 구성 역시 사용 가능하다.
본 실시예를 위하여, 연결된 직사각형 사이의 모서리는 평행하거나 수직이다. 그러나 반드시 그럴 필요는 없다. 다각형 사이에 저항 접촉을 제공하기 위하여 몇 개의 유도 스트립이 본 발명에 따라서 사용될 수 있다. 상기 스트립의 연결 부분은 도 6과 같이 간극의 중앙에 위치할 수 있고, 도 2,50,51,56,57,62,65 또는 도 52,58에 도시된 예와 같이 몇 개의 위치에 분포한다.
몇 가진 실시예에서, 큰 직사각형(도 1,7)은 같은 폭을 갖지만, 다른 실시예(도 8의 64 내지 67)는 그렇지 않다. 일부 실시예에서 다각형 및/또는 스트립은 곧은 축(56,57)을 따라서 선형으로 배열되고, 다른 실시예에서는 상기 축의 중앙에 위치하지 않는다. 상기 스트립은 전체 접지면의 모서리에 위치할 수 있고, 예로서, 도 55, 도 58과 같이 지그재그 및 굽은 패턴으로 배열되고 스트립은 교차하며 순서대로 접지면 전체의 두 긴 모서리를 따라 배열된다.
도 59 및 61의 실시예에서, 몇 개의 유도 표면은 하나 이상의 스트립 또는 유도 다각형으로 연결되고, 다중대역 또는 광역 특성이 강화된다. 상기 다중 스트립 배열은 적절히 연결될 경우 대역을 나누고 광역에 사용되는 다중 공진 주파수를 가능하게 한다. 또한 상기 다중대역 및 광역 특성은 상기 스트립을 같은 간극의 다른 길이로 형성하여 얻을 수 있다.
다른 실시예에서, 도 3,4,5,10,11,14,15에 도시된 대로 유도 표면은 SFC형태의 스트립으로 연결된다. 상기 구성에서, 도 14와 같이 SFC곡선은 상기 접지면으로 덮인 영역의 50% 이상을 차지할 수 있다. 다른 경우, 도 12,13과 같이 유도표면 사이의 간극은 SFC 곡선으로 형성된다. SFC곡선은 하나 이상의 박스 카운트 치수를 특징으로 한고(최소한 박스 카운트 알고리즘에 사용된 로그-로그 그래프의 횡좌표의 여덟 단계), Hilbert 또는 Peano 곡선 또는 프랙탈 곡선에 근접한다.
다층 및 공간충진 접지면의 또 다른 실시예는 도 4의 모노폴 구성이다. 도4A는 종래의 단일 표면 접지면(34) 위의 모노폴 방사요소(33)로 구성된 종래기술의 안테나 시스템(32)을 도시한다. 종래 기술에 의한 특허 및 과학 발표는 몇 가지의 표면을 다루고 있고, 원형 및 직사각형이 대표적이다. 그러나, 본 발명에 의한 새로운 접지면에서는 다층 및 공간충진 구조가 이용되어 귀환손실, 방사효율, 이득, 대역폭, 및 이들의 조합을 향상시키는 동시에 단일 접지면의 안테나 보다 크기를 작게 할 수 있다. 도 4B는 방사요소(36) 및 다층 및 공간충진 접지면(37)으로 구성된 모노폴 안테나 시스템(35)을 도시한다. 여기서, 모노폴(33)의 팔은 원통으로 표시되고, 다른 구조도 이용될 수 있다(헬리컬, 지그재그, 파형, 프랙탈, SFC구성 등).
본 발명의 원리 및 사상에 기초한 안테나의 몇 가지 변형예를 도시할 수 있다. 도 5의 다른 실시예는 패치 구조에 기초한다. 도 5A는 다각형 패치(39)(정사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 직사각형, 원형, 다층, 프랙탈 등) 및 종래의 단일 접지면(40)이 있는 종래의 패치 안테나로 구성된 안테나 시스템(38)을 도시한다. 도 5B는 방사요소(42)(어떠한 형태 및 크기도 가능) 및 다층 및 공간충진 접지면(43)으로 구성된 패치 안테나 시스템(41)을 도시한다. 도시된 접지면(43)은 다층 및 공간충진 구조가 접지면에 이용되는 방법을 도시한 하나의 예일 뿐이다. 선택적으로, 안테나, 접지면 또는 이들 두 개 모두는 유전성 기질로 구성된다. 예로서 이것은 PCB에 사용되는 에칭기술이나 유도성 잉크로 안테나 및 접지면을 기질에 인쇄함으로써 얻어진다. 손실이 적은 유전성 기질(유리섬유, Cuclad의 테프론, Rogers 4003등)이 상기 패치와 접지면 사이에 이용될 수 있다. 이러한 용도의 다른유전성 물질이 본 발명의 내용을 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 구리나 다른 금속으로부터 안테나 및 접지면을 에칭하는 다른 방법으로 유도 잉크를 사용하는 방법이 있다. 안테나 공급 기구는 종래의 패치 안테나에 이용된 잘 아려진 기술을 이용할 수 있고, 그 예로서, 외부 컨덕터가 접지면에 연결되고 내부 컨덕터가 패치의 요구되는 입력 저항점에 연결된 동축케이블; 패치 아래에 거리를 두고 있고 패치에 커패시터로 연결된 스트립이 있는 안테나와 같은 접지면을 공유하는 마이크로 스트립 전송선, 또는 다른 실시예에서 접지면 아래에 있는 스트립 및 슬롯으로 패치에 연결된 스트립, 및 트립 co-planar가 있는 마이크로 스트립 전송선이 있다. 이런 모든 기구는 종래 기술로부터 잘 알려져 있고 본 발명의 중요한 구성요소가 아니다. 본 발명의 요점은 접지면(다층 및/또는 공간충진)의 형태이고, 이것은 기존의 구성보다 크기를 줄이고, 안테나 대역폭, VSWR, 및 방사효율을 강화시킨다.
접지면의 형상의 이점이 동일한 방식으로 방사요소의 형태에도 사용될 수 있음은 흥미롭다. 이 방법으로 대칭 구조가 얻어지고 접지면 및 방사요소의 공진 복합효과는 안테나의 특성을 강화시킨다. 마이크로 스트립(127) 및 모노폴(128)안테나의 예는 도 19의 (61)에 도시된다. 이와 다른 형태도 본 발명의 범위에서 가능하다. 도 127은 단락 포스트, 피드점(132), 상기 접지면(61)을 가진 단락 회로 패치(129)를 도시한다. 그러나 단락 포스트, 핀, 스트립이 없는 동일한 부류의 설계에 의한 구성이 포함된다. 모노폴(128)의 특별한 설계에서는 피드 포스트(133)가 있다.
본 발명에 의한 상기 실시예는 단지 예로서 제시되었고 본 발명을 제한하지않는다. 본 발명의 원리를 실시예로써 도시 및 설명되며, 이러한 원리를 벗어나지 않고 당업자가 본 발명의 세부 및 구성을 수정할 수 있음은 명백하다.
본 발명은 이동 단말기 및 휴대용 장치 및 기지국의 소형 및 다중대역 안테나의 접지면에 이용되어 장치의 크기를 줄이고 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (34)

  1. 안테나를 위한 접지면에 있어서,
    상기 접지면이 최소한 두 개의 유도표면을 포함하고, 상기 유도표면이 최소한 한 개의 유도 스트립으로 연결되고, 상기 스트립이 상기 두 개의 유도표면 보다 좁은 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유도표면이 공통의 평면 또는 곡면 위에 있는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  3. 제 1 또는 2항에 있어서, 최소한 두 개의 유도표면의 두 모서리가 서로 평행하고 상기 두 표면을 연결하는 상기 스트립이 상기 두 평행한 모서리로 이루어진 간극의 중앙에 위치한 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  4. 제 1, 2, 또는 3항에 있어서, 접지면이 최소한 세 개의 유도표면을 포함하고, 인접한 한 쌍의 접지면은 유도 스트립으로 연결되고, 나머지 인접 유도표면의 쌍들은 유도 스트립에서 제공되는 용량효과 또는 직접 접촉으로 전자기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 스트립이 곧은 축을 따라 배열된 것을 특징으로 하는안테나를 위한 접지면.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 스트립이 곧은 축을 따라 배열되지 않은 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  7. 제 1, 2, 또는 4항에 있어서, 최소한 두 개의 스트립을 포함하고, 두 스트립이 최소한 두 개의 상기 유도표면을 상기 유도표면의 두 모서리의 최소한 두 점에서 연결하는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  8. 제 1, 2, 4, 6, 또는 7항에 있어서, 최소한 한 개의 상기 스트립이 상기 접지면의 외부 경계를 정의하는 모서리 중 하나를 따라 배열된 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 접지면이 동일한 평활 또는 굽은 표면에 놓인 다수의 유도표면을 구성하고, 최소한 두 개의 상기 유도표면이 유도 스트립으로 연결된 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  10. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 9항에 있어서, 유도표면의 인접쌍이 최소한 한 개의 유도 스트립으로 연결된 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  11. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10항에 있어서, 상기 접지면을 정의하는 모든 유도표면이 직사각형이고, 상기 직사각형이 곧은 축에 순서대로 배열되고, 직사각형의 각 쌍이 그들 사이에 간극을 형성하고, 최소한 한 쌍의 상기 간극의 반대 모서리가 유도 스트립으로 연결된 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  12. 제 1, 2, 4, 6, 8, 9, 10, 또는 11항에 있어서, 상기 접지면을 정의하는 모든 유도표면은 동일한 수평폭을 가지고 있고, 곧은 수직축을 따라 순서대로 배열되고, 유도표면의 인접쌍은 그들 사이에 간극을 형성하고, 유도표면의 인접쌍은 상기 간극에서 유도 스트립으로 연결되고, 상기 스트립은 상기 접지면의 외부 모서리를 따라 놓여지고, 상기 모서리는 접지면의 중심을 지나는 수직축의 좌우로 교차하여 순서대로 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  13. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12항에 있어서, 두 개의 상기 유도표면을 연결하는 최소한 한 개의 스트립이 지그재그 또는 파형 곡선으로 형성된 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  14. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 또는 13항에 있어서, 최소한 한 개의 유도표면, 및/또는 상기 접지면의 최소한 한 개의 유도 스트립이 Space Filling Curve(SFC)를 형성하고, 상기 SFC가 최소한 열 개로 연결된 직선 선분으로 구성되고, 상기 선분이 작동되는 자유공간 파장 보다 열 배나 작고 인접 및 연결된선분이 직선보다 길지 않은 방법으로 공간상에 배열되고, 선별적으로 곡선의 단부를 제외하고는 상기 선분이 교차하지 않고, 상기 인접 선분의 쌍이 형성하는 모서리가 선택적으로 라운드처리 되고, 주기가 최소한 열 개의 선분으로 구성된 비주기 곡선 및 상기 인접 및 연결된 선분이 직선의 긴 선분을 정의할 경우에만 곡선이 선택적으로 공간의 직선 방향을 따라 주기적인 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  15. 제 14항에 있어서, 최소한 한 개의 부분이 SFC를 형성하고, 상기 SFC가 한 개보다 큰 박스 카운트 치수를 특징으로 하고, 상기 박스 카운트 치수가 로그-로그 그래프의 직선 부분의 기울기로 계산되고, 이런 직선 부분은 로그-로그 그래프의 수평축의 최소한 여덟 단계 이상의 직선 선분으로 정의되는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  16. 제 14 또는 15항에 있어서, 최소한 한 부분이 Hilbert, Peano, SZ, ZZ, HilbertZZ, Peanoinc, Peanodec, 또는 PeanoZZ곡선을 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  17. 제 14, 15, 또는 16항에 있어서, 두 개의 상기 유도표면을 연결하는 최소한 한 개의 스트립이 SFC를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  18. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 또는 17항에 있어서, 최소한 두 개의 상기 유도표면 사이의 최소한 한 개의 간극이 서로 다른 길이의 최소한 두 개의 유도 스트립을 포함한 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  19. 제 14, 15, 16, 또는 17항에 있어서, 접지면을 정의하는 최소한 두 개의 상기 유도표면 사이의 간극의 최소한 한 부분이 SFC를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  20. 제 14, 15, 16, 17, 18, 또는 19항에 있어서, 상기 접지면으로 덮인 표면의 최소한 50%가 스트립으로 채워지고, 상기 스트립이 SFC를 형성한 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  21. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20항에 있어서, 상기 접지면의 최소한 한 부분이 다층 구조이고, 상기 다층 구조가 유도 다각형의 집합을 포함하고, 상기 모든 다각형이 같은 수의 모서리를 갖고, 상기 다각형이 용량성 및 저항성 연결로 서로 연결되어 있고, 직접 연결된 다각형의 연결부가 상기 다각형의 경계의 50%보다 적고, 상기 다각형의 최소한 75%가 상기 유도 접지면을 정의하는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  22. 제 1 내지 21항 중 한 항에 있어서, 상기 접지면의 경계의 형태, 유도표면의 형태, 또는 상기 접지면에 포함되는 두 요소 모두가 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 준원형, 타원형, 또는 준타원형인 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  23. 전항에 있어서, 안테나 장치가 무선장치인 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  24. 제 1 내지 22항 중 한 항에 있어서, 안테나 장치가 마이크로 스트립 패치 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  25. 제 1 내지 22항 중 한 항에 있어서, 안테나 장치가 Planar Inverted-F 안테나(PIFA)인 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  26. 제 1 내지 22항 중 한 항에 있어서, 안테나 장치가 모노폴 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  27. 전항 중 한 항에 있어서, 안테나가 자유공간 작동 파장의 절반 보다 작은 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  28. 제 1 내지 27항 중 한 항에 있어서, 안테나가 종래의 단일 접지면을 가진 동일한 방사요소를 가진 다른 안테나 보다 작은 크기인 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  29. 제 1 내지 28항 중 한 항에 있어서, 안테나가 동일한 방사요소를 가지고 동일한 크기 및 외형의 종래의 단일 접지면을 가진 다른 안테나보다 넓은 대역폭을 가진 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  30. 제 1 내지 29항 중 한 항에 있어서, 안테나가 다중대역 특성을 가진 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  31. 제 24, 25, 26, 27, 28, 또는 29항에 있어서, 안테나가 셀룰라 시스템 AMPS, GSM900, GSM1800, PCS1900, UMTS, CDMA, IEEE 802.11 같은 WLAN 시스템, Bluetooth, 또는 이들의 조합 중 최소한 하나의 마이크로셀 또는 피코셀에 대응되는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  32. 제 24, 25, 26, 27, 28, 또는 29항에 있어서, 안테나가 자동자의 후방 주시경에 장착되어 셀룰라 시스템 AMPS, GSM900, GSM1800, PCS1900, UMTS, CDMA, IEEE 802.11 같은 WLAN 시스템, Bluetooth, 또는 이들의 조합 중 최소한 하나를 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  33. 제 24, 25, 26, 27, 28, 또는 29항에 있어서, 안테나가 열쇠 없는 문 잠금 장치의 내부에 장착된 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
  34. 제 1 내지 22항 중 한 항에 있어서, 방사요소가 접지면과 동일한 형상을 가지고 있고, 상기 방사요소가 상기 접지면에 평행 또는 수직한 것을 특징으로 하는 안테나를 위한 접지면.
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