KR20040062652A

KR20040062652A - 듀얼 밴드 안테나 장치 및 무선 통신 장치

Info

Publication number: KR20040062652A
Application number: KR10-2004-7008053A
Authority: KR
Inventors: 보일케빈알
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-07-07
Also published as: JP2005510927A; CN1596486A; GB0128418D0; EP1451895A1; WO2003047025A1; US20030103010A1; AU2002351054A1

Abstract

듀얼 밴드 안테나 장치는 제 1 주파수 대역에 있는 신호를 위한 제 1 급전 컨덕터(106a), 제 2 주파수 대역에 있는 신호를 위한 제 2 급전 컨덕터(106b), 및 접지 컨덕터(108)에 접속된 안테나(102, 104)를 포함한다. 제 1 및 제 2 전송 선로는 접지 컨덕터와 각각의 급전 컨덕터에 의해 형성되고, 각각의 전송 선로는 각각의 상보적 회로 소자와 관련하여 사용되도록 최적화된 길이를 가지며, 이에 의해 안테나에 대한 양호한 매칭이 각 주파수 대역에서 달성된다. 일 실시예에서, 안테나는 PIFA이고, 전송 선로의 길이는 급전 및 접지 컨덕터 사이에 연결 컨덕터(910)가 추가되어 최적화되고, 이에 의해 더 큰 션트 캐패시턴스가 회로 소자로서 사용되어 대역폭과 Q를 향상시킨다.

Description

듀얼 밴드 안테나 장치 및 무선 통신 장치{DUAL-BAND ANTENNA ARRANGEMENT}

이동전화 핸드세트와 같은 무선 단말기는 전형적으로 표준 모드 나선형 또는 지그재그형 선로(meander line) 안테나와 같은 외부 안테나, 혹은 평면 역 F형 안테나(Planar Inverted-F Antenna: PIFA) 또는 이와 유사한 내장형 안테나 중의 어느 하나를 합체한다.

이러한 안테나는 (파장에 비해) 소형이고, 이에 따라, 소형 안테나의 기본적인 제약 때문에 협대역이다. 그러나, 셀룰러 무선 통신 시스템은 전형적으로 10% 이상의 부분적인 대역폭을 갖는다. 패치 안테나의 대역폭과 그 크기간에는 직접적인 관계가 있으며, 이러한 대역폭을 예컨대, PIFA로부터 이루기 위해서는 상당한크기가 요구되지만, 이러한 크기는 현재 핸드세트의 소형화 추세에 따라 용이하게 이용되지 않는다. 또한, PIFA는 패치 높이가 증가할 때의 공진에 반응하게 되는데, 이것은 대역폭을 개선하는 데에 필수적이다.

국제 특허 출원 WO 01/37369에는 그 크기가 안테나에 적합한 임피던스 매칭을 제공하도록 선택되는 전도성 매칭 소자에 급전선 및 단락 핀을 연결하여 매칭이 이루어지는 PIFA가 개시된다. 이러한 안테나는 본질적으로 협대역이다.

유럽 특허 출원 EP 0,867,967에는 급전선 핀을 꼬불꼬불하게 하여 그 길이를 증가시킴으로써, 안테나 매칭을 더욱 용이하게 하도록 그 인덕턴스를 증가시키는 PIFA가 개시되어 있다. 광대역 매칭은 이러한 안테나로 달성하기 어려우므로 소형 매칭 캐패시턴스를 요구한다.

우리의 동시 출원 중인 비공개 국제 특허 출원 PCT/IB02/02575(출원인 참조번호 PHGB 010120)에는 급전선 및 단락 핀을 연결하는 컨덕터가 마련되어 안테나의 유도성 임피던스를 감소시키고 이에 따라 요구된 션트 매칭 캐패시턴스를 증가시키는 통상적인 PIFA에 대한 개선 방안이 개시되어 있다. 이 장치는 WO 01/37369에 개시된 장치와는 대조적으로, 대역폭을 개선한다.

우리의 동시 출원 중인 국제 특허 출원 WO 02/060005(출원인 참조번호 PHGB 010009)에는 슬롯이 급전선 핀과 단락 핀 사이의 PIFA에 도입되는 통상적인 PIFA에 대한 변경방안이 개시되어 있다. 이러한 장치는 실질적으로 개선된 임피던스 특징을 갖는 한편, 통상적인 PIFA보다 더 작은 크기를 요구하는 안테나를 제공했다.

본 발명은 실질적으로 평면인 패치 컨덕터를 포함하는 듀얼 밴드 장치와, 이러한 장치를 합체한 무선 통신 장치에 관한 것이다. 본 명세서에서, 용어 듀얼 밴드 안테나는 두 개(또는 더 많은) 별개의 주파수 밴드에서는 만족스럽게 기능하지만 그 주파수들 사이에서 사용되지 않는 스펙트럼에서는 기능하지 않는 안테나를 나타낸다.

본 발명의 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 예에 의해 설명된다.

도 1은 핸드세트 상에 탑재된 PIFA의 사시도,

도 2는 듀얼 밴드 PIFA 패치 컨덕터의 평면도,

도 3은 도 2의 안테나에 대한 MHz 단위의 주파수 대비 시뮬레이션된 dB 단위의 귀환 손실 S₁₁의 그래프,

도 4는 주파수 범위 800 내지 3000MHz에 대한 도 2의 안테나의 시뮬레이션된 임피던스를 보여주는 스미스 차트,

도 5는 도 2의 PIFA로 사용되는 통상적인 듀얼 밴드 매칭 회로의 회로도,

도 6은 도 5의 매칭 회로를 경유하여 구동된 도 2의 PIFA에 대한 MHz 단위의 주파수(f) 대비 시뮬레이션된 dB 단위의 귀환 손실 S₁₁의 그래프,

도 7은 도 5의 매칭 회로를 경유하여 구동된 주파수 범위 800 내지 3000MHz에 대한 도 2의 안테나의 시뮬레이션된 임피던스를 보여주는 스미스 차트,

도 8은 도 5의 매칭 회로를 경유하여 구동된 도 2의 PIFA에 대한 MHz 단위의 주파수(f) 대비 dB 단위의 급전 S₂₁간의 절연 그래프,

도 9는 본 발명에 따라 만들어진 PIFA 급전 장치의 측면도,

도 10은 도 9의 PIFA로 사용되는 듀얼 밴드 매칭 회로의 회로도,

도 11은 도 10의 매칭 회로를 경유하여 구동된 도 9의 PIFA에 대한 MHz 단위의 주파수(f) 대비 시뮬레이션된 dB 단위의 귀환 손실 S₁₁의 그래프,

도 12는 도 10의 매칭 회로를 경유하여 구동된 주파수 범위 800 내지 3000MHz에 대한 도 9의 PIFA의 시뮬레이션된 임피던스를 보여주는 스미스 차트,

도 13은 도 10의 매칭 회로를 경유하여 구동된 도 9의 PIFA에 대한 MHz 단위의 주파수(f) 대비 dB 단위의 급전 S₂₁간의 절연 그래프,

도 14는 개방 회로 전송 선로를 경유한 급전에 적합한 듀얼 밴드 PIFA 패치 컨덕터의 평면도,

도 15는 본 발명에 따라 만들어진 듀얼 밴드 PWA 장치의 평면도이다.

도면에서, 동일한 참조부호는 대응하는 특징을 나타내는 데 사용되었다.

본 발명의 목적은 개선된 안테나 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 제 1 주파수 대역에 있는 신호를 위한 제 1 급전 컨덕터, 제 2 주파수 대역에 있는 신호를 위한 제 2 급전 컨덕터 및 접지 컨덕터에 접속된 안테나를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전송 선로는 상기 접지 컨덕터와 각각의 상기 급전 컨덕터에 의해 형성되고, 각각의 상기 전송 선로는 각각의 상보적 회로 소자와 관련하여 사용되도록 최적화된 길이를 가지며, 이에 의해 안테나에 대한 양호한 매칭이 각 주파수 대역에서 달성되는 듀얼 밴드 안테나 장치가 제공된다.

PIFA, 프린트 와이어 안테나(Printed Wire Antenna: PWA) 및 나선형 안테나를 포함하는, 넓은 범위의 단극형 안테나가 본 발명으로 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 안테나는 실질적으로 평면인 패치 컨덕터를 포함하고, 상기 제 1 급전 컨덕터는 제 1 지점에서 상기 패치 컨덕터에 접속된 제 1 급전선 핀을 포함하고, 상기 제 2 급전 컨덕터는 제 2 지점에서 상기 패치 컨덕터에 접속된 제 2 급전선 핀을 포함하고, 상기 접지 컨덕터는 상기 패치 컨덕터 상의 제 3 지점과 접지 평면 사이에 접속된 접지 핀을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 전송 선로는 제 1 급전선 및 접지 핀에 접속된 제 1 연결 컨덕터와 제 2 급전선 및 접지 핀에 접속된 제 2 연결 컨덕터에 의해 그 길이가 각각 정의되는 단락 회로 전송 선로이며, 상기 상보적 회로 소자는 상기 제 1 및 제 2 급전선 핀과 상기 접지 핀 사이에 각각 연결된 제 1 및 제 2 션트 캐패시턴스 수단을 포함한다.

연결 컨덕터의 존재는 급전선 핀 및 접지 핀 각각에 의해 형성된 단락 회로 전송 선로의 길이를 감소시키고, 이에 따라 그들의 인덕턴스가 감소되게 작용하여, 션트 캐패시턴스의 값이 증가됨으로써 개선된 대역폭을 제공될 수 있게 한다. 연결 컨덕터는 또한 패치 컨덕터에 접속될 수도 있으며, 또는 연결 컨덕터의 위와 아래 모두에서 핀과의 갭이 있을 수 있다. 안테나 구조의 일부로서 마련되는 매칭 인덕턴스를 배열함으로써, 인덕턴스는 추가 비용 없이, 회로 솔루션에 의해 제공된 것보다 더 높은 Q를 갖는다.

급전선 및 접지 핀은 상이한 횡단면 면적을 가져, 임피던스 변환을 제공할 수 있다. 선택적으로, 또는 추가적으로, 급전선 및 접지 핀 중의 하나 이상은 다수의 컨덕터로 형성되어 임피던스 변환을 제공할 수 있다. 임피던스 변환은 또한, WO 02/060005에 기술된 바와 같이, 패치 컨덕터에 있는 하나의 슬롯 또는 슬롯들에 의해 급전선 핀 및 접지 핀 중의 하나 또는 모두 사이에 제공될 수도 있다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 본 발명에 따라 만들어진 안테나 장치를 포함하는 무선 통신 장치가 제공된다.

핸드세트 상에 탑재된 단일 대역 PIFA의 사시도가 도 1에 도시된다. PIFA는, 핸드세트의 일부분을 형성하는 접지평면(104)에 평행하게 지지된 사각형 패치 컨덕터(102)를 포함한다. 안테나는 급전선 핀(106)을 통해 제공되며, 단락 핀(접지 핀으로도 알려져 있음)(108)에 의해 접지평면(104)에 접속된다. 급전선 및 단락 핀은 전형적으로 구성의 편의를 위해 평행하지만, 이것은 안테나 기능을 위해 필수적인 것은 아니다.

듀얼 밴드 PIFA의 전형적인 예시적인 실시예에서, GSM 및 DCS 주파수 대역에서 사용되는 패치 컨덕터(102)는 40×20mm의(도 1에 도시한 단일 대역 PIFA보다 더 큰) 크기를 가지며, 40×100×1mm 크기로 측정된 접지평면(104)의 8mm 위에 위치된다. 급전선 핀(106)은 패치 컨덕터(102)와 접지평면(104) 모두의 구석에 위치되는 2.5mm 폭의 평면 컨덕터이며, 단락 핀(106)은 급전선 핀(106)으로부터 9.5mm만큼 이격되어 있는 1mm 폭의 평면 컨덕터이다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 핀(106, 108)의 폭 차이는 임피던스 변화를 제공하는 반면, 핀(106, 108)의 분리는 핀들과 패치 컨덕터(102)에 의해 형성된 단락 회로 전송 선로의 유도성 임피던스를 감소시킨다.

도 2는 슬롯(210)을 합체한 패치 컨덕터(102)의 평면도이다. 슬롯은 패치 컨덕터(102)를 공통 급전선에 접속된 2개의 안테나, 즉 DCS 주파수 대역용의 더 소형인 중앙 송신 안테나와, 중앙 송신 안테나 주위를 둘러싸는 GSM용의 긴 송신 안테나로 분리함에 따라 고려될 수 있다. 슬롯의 제 1 섹션은 1.5mm 폭을 가지며, 나머지 3개의 섹션은 1mm 폭을 갖는다. 슬롯 위치는 도 2에 도시된 5개의 크기 d₁내지 d₅로 규정되는데, d₁은 13mm, d₂는 7mm, d₃은 5.5mm, d₄는 4.5mm, 및 d₅는 11mm이다.

PIFA의 임피던스가 유도성이라는 것은 잘 알려져 있다. 이에 대한 일 설명은 급전선 및 단락 핀(106, 108) 상의 전류를 차동 모드(같은 방향 및 반대 방향의, 비방사형) 및 공통 모드(같은 방향의, 방사형) 전류의 합으로 간주함으로써 제공된다. 차동 모드 전류에 대해, 급전선 및 단락 핀(106, 108)은, 파장에 비해 매우 짧은 길이(도 2에 도시한 실시예에서 2GHz에서 8mm 또는 0.05λ) 때문에 유도성 리액턴스를 갖는 단락 회로 전송 선로를 형성한다. 이 유도성 리액턴스는 안테나 급전선을 통해 션트 인덕턴스와 같이 작용한다. 안테나(102)와 매칭시키기 위해서, 션트 캐패시턴스를 급전선 및 단락 핀(106, 108) 사이에 제공하여 안테나의 공진 주파수에서 공진시킴으로써, 인덕턴스에 무관해질 필요가 있다. 이것은 션트 캐패시터에 의해 제공될 수 있지만, 알려진 PIFA에서는 전형적으로 안테나 기하 배열을 수정함으로써 제공된다. 예컨대, 이것은 패치 컨덕터(102)를 급전선 핀(106)에 가까운 접지 평면(104)을 향해 연장하여, 일부 추가적인 캐패시턴스를 접지에 제공함으로써 이루어질 수도 있다.

도 2에 도시한 결합된 안테나(102) 및 접지 평면(104)의 귀환 손실 S₁₁은 앤소프트 코퍼레이션(Ansoft Corporation)으로부터 이용 가능한 고주파 구조 시뮬레이터(HFSS)를 이용하여 시뮬레이션 되었다. 50Ω 소스 임피던스로부터 직접 제공될 때의 800 내지 3000MHz 사이의 주파수(f)에 대한 결과가 도 3에 도시된다. 동일 주파수 범위 전체에 대한 시뮬레이션된 임피던스를 도시하는 스미스 차트가 도 4에 도시된다.

이 안테나 장치는 5dB의 귀환 손실을 갖거나 또는 GSM(880-960MHz) 및 DCS(1710-1880MHz)에 걸쳐 더 양호한 높은 방출 효율(100%에 근접)을 갖는다. 그러나, 실제 애플리케이션에서, 안테나는 디플렉서를 거쳐 제공되어 GSM 및 DCS 회로 사이에 절연을 제공하고, 이에 의해 GSM 회로에 의한 방출용 전력이 DCS 회로에 의해 흡수되지 않으며 그 역도 그러하다는 것을 보증할 필요가 있다. 안테나가 디플렉서와 매칭되게 설계되지 않기 때문에, 안테나에 대한 VSWR은 종종 디플렉서에 대한 입력에서 열화된다. 유사하게, 디플렉서 절연 및 필터링은 명목상으로는 그들이 일정한 출력 임피던스를 갖고 동작하도록 설계되므로, 안테나에 의해 제공되는 미스매칭에 의해 종종 열화된다.

도 2의 PIFA를 구동하는 데 적합한 통상적인 디플렉서의 회로도가 도 5에 도시되며, 사용된 소자는 다음과 같은 값을 갖는다. L₁은 10nH, L₂는 11nH, C₁은3.5pF, C₂및 C₃은 1pF, L₃은 5nH이다. P₁과 P₂사이에는 50Ω 소스 임피던스를 갖는 GSM 회로가 접속되고, P₃과 P₄사이에는 50Ω 소스 임피던스를 갖는 DCS 회로가 접속되며, P₅에는 급전선 핀(106)이 접속되고, P₆에는 접지 평면(104)(또는 동등하게 단락 핀(108))이 접속된다. 디플렉서의 GSM 부분이 저역 필터(L₁, L₂및 C₁)를 포함하는 반면, DCS 부분은 고역 필터(C₂, C₃및 L₃)를 포함한다.

이 디플렉서를 통해 제공되는, 결합된 안테나(102) 및 접지 평면(104)의 시뮬레이션이 수행되었다. 도 6은 800 및 3000MHz 사이의 주파수(f)에 대한 귀환 손실을 도시한 것으로, 실선으로 도시한 S₁₁은 P₁및 P₂에 공급되는 신호의 귀환 손실에 관한 것이고, 점선으로 도시한 S₂₂는 P₃및 P₄에 걸쳐 공급되는 신호의 귀환 손실에 관한 것이다. 귀환 손실은, 디플렉서가 없는 것에 비해 일부 면적에서 열화되는데, 예를 들면, DCS 대역의 상측 가장자리 1880MHz에서 단지 3.3dB이다. 시뮬레이션된 임피던스를 보여주는 스미스 차트(S11은 실선으로 도시, S22는 점선으로 도시)가 도 7에 도시된다.

도 8은 GSM와 DCS 급전선간의 절연 S21을 도시한다. 주어진 입력 전력에 대해 절연이 더 크면 방출 전력을 증가시킬 수 있지만, GSM 및 DCS 밴드에는 약 20dB의 절연이 존재하며, 이것은 일반적으로 허용 가능하다.

본 발명에 따라 만들어진 안테나 장치는 듀얼 밴드 안테나에 대한 개선된 매칭 및 절연을 제공한다. 그것은, 급전선 및 단락 핀(106, 108)에 의해 형성된 전송 선로의 션트 인덕턴스가 감소되었고 션트 캐패시터의 값이 증가되었다면, PIFA의 대역폭이 상당히 개선될 수 있는, 우리의 동시 출원 중인 비공개 국제 특허 출원 PCT/IB02/02575(출원인 참조번호 PHGB 010120)에 나타나고 있다. 이것은 제 1 근사화(approximation)로서, 안테나(102)가 실질적으로 일정한 저항을 갖는 직렬 공진 LCR 회로처럼 보이기 때문이다. 이러한 회로는 상보적 병렬 LC 회로에 의해 최상으로 광대역화된다. (단락 회로 전송 선로에 의해 제공된) 병렬 회로의 인덕턴스를 감소시키는 것과 캐패시턴스를 증가시키는 것은 안테나 응답을 더욱 양호하게 보충하여, 대역폭을 개선하는 점에 있어 더욱 효율적인 응답을 제공한다. 이것은 급전선 및 단락 핀(106, 108)간의 연결 컨덕터를 추가함으로써 이루어지게 되고, 이에 따라 전송 선로의 길이를 감소시킨다.

도 9는 본 발명에 따른 개선된 급전 장치의 실시예의 측면도를 나타낸다. 패치 컨덕터(102)는 도 2에 도시한 것과 유사하며, 슬롯(210)의 제 1 부분의 폭이 2mm까지 증가하고 d₃및 d₄가 각각 6mm까지 증가하도록 수정된다. 제 1 및 제 2 급전선 핀(106a, 106b)이 단락 핀(108)과 함께 제공된다. 연결 컨덕터(910)가 마련되어 급전선 및 단락 핀(106, 108)의 대부분의 길이에 대해 접속된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 연결 컨덕터는 그들이 패치 컨덕터(102)에 접촉하는 지점으로부터 급전선 및 단락 핀(106a, 106b, 108)까지 접속되며, 이에 따라 패치 컨덕터(102)에도 접속된다.

그러나, 이 배열은 필수적인 것이 아니며, 다른 실시예에서는 연결컨덕터(910)의 위와 아래 모두에 핀(106a, 106b, 108)과의 갭이 존재할 수 있다. 이것은 연결 컨덕터가 차동 모드 전류에 대해서는 핀(106a, 106b, 108) 간의 경로를 제공하는 반면, 공통 모드 전류에 대해서는 최소의 효과를 갖기 때문이다. 이에 따라, 연결 컨덕터(910)를 제공하는 것은, (급전선 핀(106a, 106b) 및 단락 핀(108) 중의 어느 하나와 함께) 단락 회로 전송 선로를 형성할 수 있을 정도로 충분한 높이를 가지며 패치 컨덕터 및 연결 컨덕터(910)가 단순히 얇은 스트랩(strap)을 포함하 한, 지속될 필요가 없다. 또한, 제 1 급전선 핀(106a)과 단락 핀(108)간의 연결 컨덕터의 크기가 제 2 급전선 핀(106b)과 단락 핀(108)간의 것과 동일한 크기일 필요가 없다.

안테나가 매칭되는 임피던스는, 우리의 동시 출원 중인 국제 특허 출원 WO 02/060005(출원인 참조번호 PHGB 010009)에서 논의한 바와 같이, 급전선 및 단락 핀(106a, 106b, 108)의 상대적인 두께를 변경함으로써 변화시킬 수 있다. 이것은 공통 모드 전류가 급전선 핀(106a, 106b) 및 단락 핀(108) 중의 어느 하나의 전류의 합이어서, 그들의 상대적인 두께를 변경하여 (이에 따라 임피던스를 변경함으로써) 핀간의 전류 비율을 변화시킬 수 있기 때문이다. 예컨대, 단락 핀(108)의 횡단면 면적이 증가되어 그 임피던스를 감소시킨다면, 제 1 또는 제 2 급전선 핀(106a, 106b) 상의 공통 모드 전류는 감소되고, 안테나의 유효 임피던스는 증가될 것이다. 이러한 효과는 또한 급전선 및 단락 핀(106a, 106b, 108) 중의 하나 이상을 병렬 연결된 다수의 컨덕터에 의해 대체함으로써, 또는 그러한 두 개의 접근 방안의 결합에 의해 달성될 수 있다.

도 9에 도시한 급전 장치에서, 제 1 급전선 핀(106a)은 2mm의 폭을 갖는 평면인 반면, 제 2 급전선 핀(106b) 및 단락 핀(108)은 1mm의 폭을 갖는 평면이며, 제 1 급전선 및 단락 핀(106a, 108)간의 갭은 1mm이고 제 2 급전선 및 단락 핀(106b, 108)간의 갭은 2mm이다. 연결 컨덕터(910)는 패치 컨덕터(102)에서부터, 접지 컨덕터(104)로부터 2mm 떨어진 곳까지 연장된다. 이에 따라, 공통 모드 임피던스 변환은 2개의 대역에 대해 상이하며, 이것은 본 발명에 따라 만들어진 안테나 장치의 주요 장점이다. 제 1 및 제 2 급전선 핀(106a, 106b)과 단락 핀(108)에 의해 형성된 각각의 단락 회로 전송 선로의 인덕턴스는 각각의 션트 캐패시터에 의해 동조된다. 급전선이 서로 독립적이므로, 각 캐패시턴스는 독립적으로 최적화되어, 통상적인 PIFA와 달리, 대역간에 손상 없이 양 대역에 대해 더 큰 광대역 성능을 가져올 수 있다.

임피던스 변환은 또한, WO 02/060005에 기술된 바와 같이, 급전선 핀(106a, 106b) 중의 어느 하나 또는 모두와 단락 핀(108) 사이에 있는 패치 컨덕터(102)에 하나의 슬롯 또는 슬롯들을 마련함으로써 조정될 수 있다. 패치 컨덕터에 슬롯 또는 슬롯들을 비대칭적으로 배열하면, 패치 컨덕터(102)가 상이한 크기의 컨덕터를 갖는 단락 회로 2 컨덕터 전송 선로로 보이므로, 급전선 및 단락 핀(106a, 106b, 108)에 의해 전해지는 상대 전류가 변화될 수 있다. 이동 전화 실시예에서, 패치 컨덕터(102)가 전화기 케이스의 내부 표면에 프린트되는 경우, 이러한 장치는, (구부러진 콘택트로서 제공될 수 있는) 공통 급전선 및 접지 핀(106a, 106b, 108)을 이용하는 한편, 상이한 패치 컨덕터 구성에 의해 안테나 임피던스의 범위가 제공될수 있게 한다는 장점을 갖는다.

급전선(106a, 106b)간에 에너지가 전송되는 것을 방지하기 위해, 스플릿 디플렉서(split diplexer)가 구현되며, 그 회로는 도 10에 도시된다. 사용된 소자는 다음의 값을 갖는다. L₁은 8nH, L₂는 11nH, C₁은 3.5pF, C₂는 1pF, C₃은 1.1pF, L₃은 5nH, L₄는 7nH, C₄는 14.5pF 및 C₅는 2.7pF이다. P₁과 P₂사이에는 50Ω 소스 임피던스를 갖는 GSM 회로가 접속되고, P₃과 P₄사이에는 50Ω 소스 임피던스를 갖는 DCS 회로가 접속되며, P₅에는 제 1 급전선 핀(106a)이 접속되고, P₇에는 제 2 급전선 핀(106b)이 접속되고, P₆에는 접지 평면(104)(또는 동등하게 단락 핀(108))이 접속된다.

디플렉서의 저역 및 고역 필터 소자는 도 5에 도시한 통상적인 디플렉서와 유사하다. 또한, 디플렉서는 (단락 회로 전송 선로에 의해 제공되는) 안테나 인덕턴스에 공진하는 션트 캐패시터 C₄및 C₅를 포함하여, 결합된 매칭 및 광대역화 기능을 제공한다. DCS 매칭 캐패시터 C₅는 제 2 급전선 핀(106b) 및 단락 핀(108)간의 갭에 따라 소정 범위까지 변화할 수 있지만, GSM 매칭 캐패시터 C₄보다는 더 작다. DCS 회로는 또한 추가적인 매칭 인덕터 L₄도 포함하는데, 이는 안테나 구조에 대한 약간의 수정으로 피할 수 있다.

이 디플렉서를 통해 제공되는, 결합된 안테나(102) 및 접지 평면(104)의 시뮬레이션이 수행되었다. 도 11은 800 및 3000MHz 사이의 주파수(f)에 대한 귀환 손실을 도시한 것으로, 실선으로 도시한 S₁₁은 P₁및 P₂에 공급되는 신호의 귀환 손실에 관한 것이고, 점선으로 도시한 S₂₂는 P₃및 P₄에 공급되는 신호의 귀환 손실에 관한 것이다. 귀환 손실은 도 3 및 도 6의 통상적인 결과에 비해 상당히 개선된다. GSM 대역에서, 귀환 손실은 요구되는 것보다 더 큰 대역폭에 대해 10dB 보다 양호한 반면, 10dB에 가까운 귀환 손실은 전체 DCS 대역에 대해 달성된다. 이 안테나와 도 2에 도시한 통상적인 안테나의 크기는 동일하며, 급전 장치와는 별도로, 그 구조가 최소의 차이점만을 갖는다. 시뮬레이션된 임피던스(S11은 실선으로 도시, S22는 점선으로 도시)를 보여주는 스미스 차트가 도 12에 도시된다.

듀얼 급전 구조에 의해 제공된 추가적인 대역폭은 더 양호한 귀환 손실 성능, 또는 더 넓은 대역폭에 걸친 것이지만 통상적인 안테나와 같은 성능 중의 어느 하나를 허가한다. 상술한 구조는 최소한으로만 수정되고 6dB보다 양호한 귀환 손실을 갖는 4개의 대역(IS-95, EGSM, DCS 및 PCS)을 커버할 수 있다는 특징을 나타낸다.

도 13은 GSM과 DCS 급전간의 절연 S₂₁을 도시한다. 절연이 통상적인 디플렉서에 대해 상당히 개선되어, 대략적으로, GSM 대역의 중앙에서 29dB이고 DCS 대역의 중앙에서 35dB가 됨을 알 수 있다.

듀얼 급전 구조는 또한 안테나가 더 양호한 무선 송수신기로부터의 유사 방출을 고유하게 필터링한다는 것을 의미한다. 예컨대, 통상적인 안테나로의 GSM 급전은 또한 DCS에서도 잘 매칭될 것이며, 이는 GSM의 2차 고조파가 안테나에 의해 필터링 아웃되지 않음을 의미한다. 상기의 듀얼 급전 구성에서, GSM 급전은 DCS에서 불량하게 매칭되며, 안테나는 고조파를 필터링함에 있어 더욱 효율적이다. 이것은 송수신기에서의 RF 전단의 필터링 요건이 이완되게 하여 비용을 절약하게 한다.

위에서 PIFA를 참조하여 상세히 기술되고 있으나, 본 발명은 더 폭 넓은 적응성을 가지며, 안테나 급전 장치가 2개의 전송 선로를 포함하는 것으로 여겨질 수 있는 경우와, 전송 선로 임피던스가 상보적인 회로 소자와 관련하여 사용될 수 있도록 전송 선로의 길이가 선택되는 경우에, 임의의 단극형 안테나 장치로 사용되어 더 넓은 대역폭과 더 좋은 필터링을 제공할 수 있다. (PIFA는 큰 상부 로드를 갖는 매우 짧은 단극 안테나로서 여겨질 수 있다.)

상기의 PIFA 장치에서, 전송 선로는 단락 회로 전송 선로였고, 회로 소자는 캐패시터였다. 그러나, 전송 선로가 (용량성 임피던스를 갖는) 개방 회로이고 상보적 회로 소자가 인덕터인, 다른 장치가 가능하다. 이러한 장치는 연결 컨덕터(910)를 제거하고 패치 컨덕터(102)에 슬롯을 제공하는 것에 의해, 도 9의 PIFA를 수정함으로써 형성될 수 있으며, 도 14에 도시된다. 제 1 슬롯(1402)은 제 1 급전선 핀(106a)과 접지 핀(108) 사이에서 시작되고, 제 2 슬롯(1404)은 제 2 급전선 핀(106b)과 접지 핀(108) 사이에서 시작된다. 각 슬롯(1402, 1404)은 패치 컨덕터의 가장자리까지 연장되며, 슬롯의 길이는 인덕터와 매칭시키기 위한 적합한 용량성 임피던스를 제공하도록 선택된다. 슬롯(1402, 1404)은 또한 그 듀얼 밴드동작을 최적화하기 위해 PIFA를 재분할하도록 작동할 수도 있다.

개방 회로 장치가 가능하지만, 단락 회로 전송 선로의 사용은 이것이 상보적 회로 소자로서의 캐패시터의 사용을 가능하게 하므로 여전히 바람직하다. 일반적으로, 캐패시터는 인덕터에 비해 더 높은 Q(이동 통신 주파수에서 캐패시터는 전형적으로 약 200, 인덕터는 전형적으로 약 40)를 가지며 더 양호한 내성을 갖는다. 인덕턴스를 안테나 기판(PIFA의 경우에는 공기) 상에 놓는 것은 그것이 고품질이라는 것과, 고품질 이산 캐패시터와 관련하여 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 일부 경우에, 특히, 이용 가능한 회로 기술이 불량하다면, 안테나 기판(예컨대, 개방 회로 전송 선로의 경우) 상에 캐패시터를 직접 형성하는 것이 유리할 수도 있다.

본 발명이 적용될 수 있는 안테나의 다른 예는 PWA로, 간략한 실시예가 도 15에 평면도로 도시된다. 이러한 안테나는 그 표면에 마련된 컨덕터 패턴(1504)을 갖는 세라믹 물질 블록(1502)을 포함한다. 실제로, 안테나 컨덕터(1504)의 형상은 더욱 복잡할 수 있으며 블록(1502)의 한쪽 표면보다 더 많이 연장될 수 있으나, 기본적인 원리는 변하지 않는다. 듀얼 밴드 GSM/DCS 애플리케이션에서 사용된 필립스 컴포넌트(Philips Component)에 의해 설계된 PWA의 예는, 11×17×2mm 크기의 블록(1502)을 갖는다.

알려진 PWA에서, 컨덕터(1504) 상의 단일 지점(1506)은 듀얼 밴드 송수신기와의 커넥션을 위한 급전 지점으로서 사용된다. 그러나, 본 발명에 따라 만들어진 PWA에서, 급전 장치는 각각의 급전 커넥션(1255, 1254)을 갖는 제 1 및 제 2 급전 컨덕터(1512, 1514)의 추가에 의해 수정되며, 중앙 커넥션(1506)은 접지 커넥션으로서 작용한다. 급전 컨덕터(1512, 1514)는 그 길이가 개별적으로 최적화될 수 있는 각각의 전송 선로를 정의한다. 도 9의 PIFA 실시예에서와 같이, 각각의 션트 캐패시터는 제 1 급전 커넥션(1522) 및 접지 커넥션(1506)과, 제 2 급전 커넥션(1524) 및 접지 커넥션(1506)에 접속된다.

다른 실시예에서, 급전 컨덕터(1512, 1514) 중의 하나 또는 모두가 안테나 컨덕터(1504)로부터 절연된 채로 남아 있게 되어, 하나 또는 2개의 개방 회로 전송 선로를 제공할 수 있으며, 각각의 전송 선로는 션트 인덕터를 사용하여 매칭될 수 있다.

상기의 예가 공통 접지 컨덕터를 갖는 2개의 전송 선로를 사용하는 것으로 기술되고 있으나, 원한다면, 2개의 전송 선로가 별개의 접지 컨덕터를 가질 수 있음은 명백하다. 또한, 전송 선로가 적절한 추가적인 접지 컨덕터를 갖는 추가적인 급전선을 제공하도록 추가될 수 있다.

상기에 제시된 예로부터, 본 발명의 기본 아이디어가 나선형 안테나를 포함한 다른 단극형 안테나를 구동하는 것에 어떻게 적용될 수 있는지는 명백하다.

본 설명을 이해하는 것으로부터, 당업자에게는 다른 수정이 명백하다. 이러한 수정은 설계, 제조 및 안테나 장치와 그 일부 부품의 사용에서 이미 알려져 있고, 본 명세서에서 이미 기술했던 특징 대신 또는 그 특징에 더하여 사용될 수도 있는 다른 특징을 수반할 수 있다.

Claims

제 1 주파수 대역에 있는 신호를 위한 제 1 급전 컨덕터(a first feed conductor), 제 2 주파수 대역에 있는 신호를 위한 제 2 급전 컨덕터 및 접지 컨덕터에 접속된 안테나를 포함하며,

제 1 및 제 2 전송 선로는 상기 접지 컨덕터와 각각의 상기 급전 컨덕터에 의해 형성되고,

각각의 상기 전송 선로는 각각의 상보적 회로 소자와 관련하여 사용되도록 최적화된 길이를 가지며, 이에 의해 상기 안테나에 대한 양호한 매칭이 각 주파수 대역에서 달성되는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 안테나는 실질적으로 평면인 패치 컨덕터를 포함하고,

상기 제 1 급전 컨덕터는 제 1 지점에서 상기 패치 컨덕터에 접속된 제 1 급전선 핀을 포함하며,

상기 제 2 급전 컨덕터는 제 2 지점에서 상기 패치 컨덕터에 접속된 제 2 급전선 핀을 포함하고,

상기 접지 컨덕터는 상기 패치 컨덕터 상의 제 3 지점과 접지 평면 사이에접속된 접지 핀을 포함하며,

상기 제 1 및 제 2 전송 선로는 제 1 급전선 및 접지 핀에 접속된 제 1 연결 컨덕터와 제 2 급전선 및 접지 핀에 접속된 제 2 연결 컨덕터에 의해 그 길이가 각각 정의된 단락 회로 전송 선로이고,

상기 상보적 회로 소자는 상기 제 1 및 제 2 급전선 핀과 상기 접지 핀 사이에 각각 연결된 제 1 및 제 2 션트 캐패시턴스 수단을 포함하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 접지 평면은 상기 패치 컨덕터로부터 이격되고 그와 같은 넓이(co-extensive)인 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 2개의 급전선 및 접지 핀의 횡단면 면적이 상이한 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

2개의 접지 핀이 마련되며, 상기 2개의 접지 핀 각각은 각각의 상기 제 1 및 제 2 급전선 핀과 함께 전송 선로를 형성하는 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 급전선 핀과 상기 접지 핀 중의 적어도 하나는 다수의 컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 2 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 캐패시턴스 수단 중의 적어도 하나는 이산 캐패시터(a discrete capacitor)를 포함하는 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 2 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 연결 컨덕터 중의 적어도 하나의 상측 가장자리에는 상기 패치 컨덕터가 연결되는 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 2 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 패치 컨덕터는 상기 제 1 및 제 3 지점 사이와 상기 제 2 및 제 3 지점 사이 중의 하나에 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 안테나는 실질적으로 평면인 패치 컨덕터를 포함하고,

상기 제 1 급전 컨덕터는 제 1 지점에서 상기 패치 컨덕터에 접속된 제 1 급전선 핀을 포함하며,

상기 제 2 급전 컨덕터는 제 2 지점에서 상기 패치 컨덕터에 접속된 제 2 급전선 핀을 포함하고,

상기 접지 컨덕터는 상기 패치 컨덕터 상의 제 3 지점과 접지 평면 사이에 접속된 접지 핀을 포함하며,

상기 제 1 및 제 2 전송 선로는 제 1 및 제 3 지점 사이와 제 2 및 제 3 지점 사이에서부터 상기 패치 컨덕터의 상기 가장자리까지 연장된 상기 패치 컨덕터에 있는 각각의 슬롯 길이에 의해 그 길이가 각각 정의된 개방 회로 전송 선로이고,

상기 상보적 회로 소자는 상기 제 1 및 제 2 급전선 핀과 상기 접지 핀 사이에 각각 연결된 제 1 및 제 2 션트 인덕턴스 수단을 포함하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 안테나는 프린트 와이어 안테나(a printed wire antena), 나선형 안테나(a helical antenna) 및 단극 안테나(a monopole antenna) 중의 하나인 것을 특징으로 하는

듀얼 밴드 안테나 장치.
제 1 내지 제 11 항 중의 어느 한 항의 안테나 장치를 포함하는

무선 통신 장치.