KR20050042085A - 핸드헬드 단말기용 다중대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중대역 동작 특성 및 축소된 사이즈를 갖는 새로운 계통의 안테나에 관한 것이다. 상기 안테나는 일반적으로 멀티레벨 및/또는 공간-채움 접지면과 결합하여 다중대역 동작 특성을 제공하는 멀티레벨 구조로 구성된다. 상기 멀티레벨 구조는 서로 다른 길이의 두 암으로 구성되고, 이때 상기 두 암은 구불구불한 평행 갭(상기 두 암에 평행한)에 의해 이격된 구불구불한 평행 경로를 따르며, 상기 갭은 상기 각각의 암과 유사한 즉, 상기 암과 유사한 구불구불한 경로를 갖는다. 그 결과 안테나는 현재 및 미래의 주요한 무선 서비스를 포함하고, 이러한 방식에 의해 보편적인, 다목적, 무선 단말기 및 디바이스를 광범위하게 설계하게 된다.

Description

핸드헬드 단말기용 다중대역 안테나{MULTIBAND ANTENNA FOR HANDHELD TERMINAL}

본 발명은 다중 대역에서 축소된 사이즈를 갖는 새로운 안테나에 관한 것이다. 상기 안테나의 일반적 구성은 멀티레벨 및/또는 공간 채움 접지면(space-filling ground-plane)과 결합된 다중 대역 행태를 제공하는 멀티레벨 구조로 이루어진다. 특허공개번호 WO 01/22528에서 멀티레벨 안테나에 관한 설명이 발견될 수 있다. 몇몇 멀티레벨 및 공간 채움 접지면에 관한 설명은 특허 출원 PCT/EP01/10589에서 주어져 있다. 본 발명에서, 상기 멀티레벨 구조의 변경이 도입됨으로써 안테나의 주파수 대역은 주요 무선 서비스로 동시에 동조될 수 있다. 특히 상기 변경은 상기 멀티레벨 구조를 서로 다른 길이의 두 암(arms)으로 분리하는 것으로 이루어지며, 상기 두 암은 구불구불한(winding) 평행 갭(상기 암들에 평행한)에 의하여 이격된 구불구불한 평행 경로를 따르며, 이때 상기 갭은 상기 각각의 암들과 유사한 형상 즉, 상기 암들과 유사한 구불구불한 경로를 갖는다. 또한, 상기 멀티레벨 안테나 구조가 멀티레벨 접지면 및/또는 공간-채움 접지면과 결합될 때, 안테나의 전체 성능은 향상되고, 따라서 전체 안테나 패키지의 대역과 효율도 증가한다. 사이즈가 작아지는 반면 높은 효율과 광대역 특성으로 인해, 상기 안테나는 셀룰러폰, PDA, 또는 팜탑(palm-top) 컴퓨터와 같은 작은 핸드헬드 단말기에 사용되는데 적합하다.

상기 공개번호 WO 01/22538 및 WO 01/54225가 다중대역용 및 소형 안테나에 대한 일반적 구성을 다루고 있지만, 사이즈, 대역폭, 및 효율에 관한 개선 사항은 상기 멀티레벨 안테나가 본 발명에 따라 구축될 때 일부 적용예에서 획득될 수 있다. 이러한 개선 사항은 투 암(two-arm) 멀티레벨 구조에서 상기 접지면의 디자인 및 상호작용에 관하여 이루어질 수 있다. 또한, 일부 실시예에서 상기 안테나는 단일 피딩(feeding) 포인트를 특성으로하여 상기 접지면에는 아무런 연결도 필요하지 않음으로써, 제조 비용 및 구조의 단순화 측면에서 큰 장점을 가지게 된다.

안테나 디바이스용 멀티레벨 구조는 종래 기술에 공지된 바와 같이 다각형 세트를 포함하는 도전성(conducting) 구조로 이루어지며, 상기 다각형은 모두 동일한 수의 면을 갖는 것을 특징으로하고, 이때 상기 다각형은 용량성 결합이나 옴 접촉에 의하여 전자기적으로 결합되며, 이때 직접 연결된 다각형들 사이의 접촉 영역은 상기 멀티레벨 도전성 구조를 정의하는 상기 다각형의 적어도 75%에 대하여 상기 다각형 둘레의 50%보다 좁다. 이러한 멀티레벨 구조의 개념에서는 원 및 타원형이 또한 포함되는데, 이는 상기 원 및 타원형이 매우 많은(거의 무한대의) 면을 갖는 다각형으로 이해될 수 있기 때문이다. 안테나의 적어도 일부분이 멀티레벨로 형성될 때 안테나는 멀티레벨 안테나로 일컬어진다.

공간-채움 안테나에 있어서 공간-채움 곡선(SFC, space-filling curve)은 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 열 개 이상의 세그먼트로 구성되며, 이때 상기 세그먼트 각각은 이웃 세그먼트와 각도를 이루는 즉, 인접한 어떠한 세그먼트 쌍도 큰 직선의 세그먼트를 정의하지 않는 방식으로 연결되며, 그리고 이때 상기 곡선은 고정된 직선 방향을 따라 선택적으로 주기성을 가질 수 있으며, 상기 주기가 적어도 10개 이상의 세그먼트에 의하여 구성된 비주기성 곡선으로 정의되고 상기 인접한 연결된 세그먼트 쌍도 직선의 긴 세그먼트를 정의하지 않는다. 또한 상기 SFC의 디자인에 어떠하든, 상기 SFC는 초기 및 최종 포인트를 제외한 어떤 포인트에서도 상호 교차할 수 없다(즉, 전체 곡선은 폐쇄된 곡선 또는 루프로 구성될 수 있지만, 상기 곡선의 어떠한 부분도 폐쇄된 루프가 될 수 는 없다).

본 발명의 특별한 실시예에서, 상기 안테나는 네 개의 대역에서 동시에 작동하도록 조정되는데, 이때 상기 네 개의 대역은 가령 GSM850, GSM900, DCS1800, 및 PCS1900이다. 다른 실시예에서, 상기 안테나는 UMTS 대역을 또한 포함한다. 이러한넓은 범위의 주파수와 대역을 포함하는 사이즈의 안테나는 종래 기술에서는 설명된 예가 없다.

상기 서비스를 단일 안테나 디바이스로 결합함으로써 현재 및 미래의 무선 디바이스의 기능 및 유연성에서 장점을 갖게 된다. 그 결과적인 안테나는 현재 및 미래의 주요 무선 서비스를 다루게 되고, 투명하게 스위칭하고 상기 모든 서비스에서 동시에 작동할 수 있는 보편적, 다목적, 무선 단말기 및 디바이스를 광범위하게 설계할 수 있다.

도 1. 그림 1, 2, 3, 및 4는 안테나 디바이스에 대한 몇몇 종래기술의 멀티레벨 구조를 도시하고 있다. 모두 직사각형으로 구성된다. 그림 3 및 4는 다각형(정사각형) 사이의 스페이싱이 좁은 갭 형태를 취하는 두 개의 특별한 경우를 도시하고 있으며, 이때 상기 좁은 갭은 멀티레벨과 유사한 형상을 특징으로 하지 않는다.

도 2. 여덟 개의 직사각형에 의해 형성된 종래기술의 멀티레벨 구조. 직사각형 사이의 갭은 전체 멀티레벨 구조와 유사한 형상을 특징으로하지 않는다.

도 3. 그림 5. 6. 7은 본 발명의 특별한 세 개의 실시예를 보여준다. 제 1 도전층(109)은 제 2 도전층(110) 위로 놓여있고, 상기 제 2 도전층은 접지면 또는 접지 카운터포이즈(ground counterpoise)로 작용한다. 상기 층(109)은 두 개의 암(111 및 112)으로 특징화된 멀티레벨 구조의 형태를 취하고, 상기 암(111 및 112)은 암 사이에 구불구불한 경로 및 갭(122)을 정의하며, 상기 갭(122)은 상기 암(111 및 112)과 유사한 형상을 특징으로 한다. 실시예(5)에서 상기 안테나는 제 1 스트립(121)을 통해 피딩되고 제 2 스트립(120)을 통해 접지로 쇼트된다. 실시예(6)에서 직사각형(123)은 접지면(110)과의 용량성 동작 특성을 향상시킨다. 그림 7은 그림 5와 동일하며, 이때 네 개의 직사각형이 두 개의 직사각형(125 및 126)으로 통합되어 있다.

도 4. 그림 8, 9, 10은 본 발명에 따른 멀티레벨 안테나의 특별한 세 개의 실시예를 도시하고 있다. 세 개의 실시예 모두는 멀티레벨 접지면(110)을 포함한다. 멀티레벨 접지면(110)에서 다각형의 배열은 갭(113, 114)을 형성하고, 상기 갭은 본 발명의 기술에 따라 제 1 층(109) 아래의 영역에(110) 위치한다.

도 5. 그림 11 및 12는 본 발명의 특별한 두 실시예를 도시한다. 상기 제 1 층(109) 아래의 영역(110)은 본 발명에 따른 멀티레벨 구조로 형상화된다.

도 6. 그림 13, 14, 및 15는 본 발명의 특별한 세 개의 실시예를 도시하고 있다. 상기 제 1 층(109) 아래의 영역(110)은 본 발명에 따른 멀티레벨 구조로 형상화되고, 이때 상기 멀티레벨 구조는 다각형 사이의 갭이 여덟 개의 갭 형태를 취하도록 배열되고, 네 개의 갭은 축 상으로 배열된 중앙 다각형의 각 변에 있다. 그림 14 및 15는 그림 13과 기본적으로 동일한 디자인을 보여주고 있으며, 이때 작은 기계적 변화가 상기 제 1 층(109) 및 제 2 층(110) 모두에 도입됨으로써 안테나 구조를 전형적인 핸드셋 구조로 통합할 수 있도록 한다.

도 7. 그림 16은 본 발명에 따른 제 1 층에서 멀티레벨 구조에 대한 특별한 실시예를 도시하고 있다. 이러한 특별한 멀티레벨 구조는 동일한 부류(출발점 또는 종류점이 될 수 있는 131에서부터 상기 종료점이나 출발점이 될 수 있는 145까지)의 열 다섯 개의 다각형으로 구성되며, 상기 다각형은 갭(122)을 정의하고, 상기 갭은 상기 멀티레벨 구조에서 두 개의 결합된 암과 실제로 유사한 구불구불한 모양을 특징으로 한다.

도 8. 그림 8은 본 발명에 따른 제 1 층(109)에 대한 멀티레벨 구조의 또다른 선호되는 실시예를 도시하고 있다. 이 구성에서, 상기 멀티레벨 구조를 정의하는 다각형내의 일부 모서리는 곡선(146, 147, 148, 149, 150)으로 대체됨으로써, 핸드헬드 디바이스에서의 안테나를 기계적으로 통합하는 것을 용이하게 한다. 피딩 포인트(158)는 상기 제 1 층(109) 상에 보여질 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 접지면(제 2 층(110))의 특별한 실시예를 도시하고 있다. 상기 하부영역(109)은 네 개의 다각형(154, 152, 155, 156)을 갖는 멀티레벨 구조로서 형상화되고, 상기 네 개의 다각형은 두 개의 갭(157 및 153)을 정의한다. 일반적인 핸드헬드 디바이스의 기계적 구조내의 통합을 용이하게 하기 위하여, 본 발명의 기본적인 전자기 동작 특성에 실질적인 효과를 주지 않는 상기 구조의 미미한 변화가 도입된다. 예를 들어, 더 큰 직사각형(154)의 둘레에 일부 삽입물(insets)이 이루어지고, 반면 다각형(155) 및 (152) 위의 두 직선 모서리는 곡선 세그먼트에 의해 대체된다. 또한 151과 같은 일부 작은 구멍들은 접지면 위에 분배된다. 상기 구멍들은 기계적 또는 음향적 이유로 만들어지지만 본 발명의 동작에 영향을 미치지는 않는다.

도 10. 그림 19는 그림 18과 같지만 갭(157)이 포함되지 않도록 층(110) 위에 약간 다른 배열의 다각형을 갖는다.

도 11. 그림 20은 본 발명에 따른 제 1 층 상의 멀티레벨 구조에 대한 특별한 실시예를 도시하고 있다. 상기 특별한 멀티레벨 구조는 동일한 부류(이 경우, 직사각형)의 17개 다각형으로 이루어진다. 직사각형(180)은 상기 구조의 멀티레벨 암의 시작점 또는 종료점이 될 수 있고, 그리고 직사각형(182)은 멀티레벨 암의 종료점 또는 시작점이 될 수 있다. 그림에 도시된 바와 같이, 갭(181)은 상기 두 결합된 암과 유사하게 구불구불한 모양을 특징짓는다.

본 발명의 핵심은 다중대역 안테나용 특별한 멀티레벨 구조를 형성하는 것으로 이루어지며, 상기 멀티레벨 구조는 멀티레벨 구조 내에 일부 특징적인 다각형 사이에 구불구불한 갭 또는 스페이싱(spacing)을 정의하고, 이때 상기 갭은 전체 멀티레벨 구조와 유사한 형상 즉 유사한 구불구불한 경로를 특징으로 한다.

멀티레벨 구조의 다중대역 동작 특성이 작은 안테나 디바이스에 패킹될 때, 상기 멀티레벨 구조의 여러 다각형 사이의 스페이싱은 최소화된다. 도 1에서 그림 3 및 4는 종래기술의 멀티레벨 구조의 예이고, 이때 도전성 다각형(이 경우 직사각형 및 정사각형) 사이의 스페이싱은 좁은 갭 형태를 취한다. 본 발명의 장점 중 하나는 상기 갭의 형태가 상기 안테나의 두 멀티레벨 암과 동일한 일반적인 구불구불한 모양을 갖는 것이다. 이러한 방식으로 인해, 상기 안테나의 암들 사이의 결합은 안테나의 사이즈를 추가로 줄이는 반면 광대역 및 다중대역 동작 특성을 향상시킨다. 이러한 구성 방식은 안테나의 주파수 대역을 효과적으로 조정하게 되고, 따라서 상기 안테나는 전체적으로 동일한 안테나 사이즈를 가지면서 일부 특정 서비스, 가령 GSM850, GSM900, DCS1800, 및 PCS1900을 다루는 다섯 개의 주파수 대역으로 동시에 효과적으로 조정될 수 있게 된다.

본 발명은 PCT 출원번호 PCT/EP01/10589 "Multilevel and Space-Filling Ground-Planes for Miniature and Multiband Antennas"에 설명된 접지면의 새로운 생성과 결합될 수 있다는 점이 중요하고, 이때 상기 PCT 출원은 두 개 이상의 도전성 표면을 갖는 안테나 디바이스에 대한 접지면을 설명하며, 상기 도전성 표면은 하나이상의 도전성 스트립(strip)에 의해 연결되고, 상기 스트립은 상기 두 개의 도전성 표면의 폭 보다 좁다. 필수적이지는 않지만, 각 대역에서 대역폭이 전체적으로 증가되어야 하는 일부 적용예에서, 멀티레벨 또는 공간-채움 구조로 형상화된 상기 접지면의 부분은 본 발명에 따라, 소위 방사 요소 아래에 위치하는 영역이다.

본 발명에 따른 상기 접지면과 결합하여 새로운 안테나 구조를 상기 접지면 디자인에 결합하면 증가된 대역폭, 향상된 주파수 동작 특성, 향상된 VSWR, 및 향상된 효율 등의 장점을 갖는 콤팩트-사이즈 안테나 디바이스를 얻게 된다.

본 발명에서 설명되는 안테나 설계는

(a)안테나 사이즈가 종래기술의 멀티레벨 및 다중대역 안테나에 대하여 감소되고,

(b)안테나의 주파수 응답은 유럽 및 미국 GSM 서비스(GSM850, GSM900, DCS1800, 및 PCS1900)를 다루는 네 개의 주파수 대역으로 조정될 수 있는

장점을 갖는다.

당해분야의 기술자는 동일한 기본적 구조가 UMTS, Bluetooth^TM, 및 WLAM(가령 IEEE802.11 및 Hyperlan2)와 같은 다른 주파수 대역을 다루는 안테나를 조정하는데 사용될 수 있음을 인지할 것이다. 당업자는 또한 본 발명이 현재의 많은 종래의 안테나 기술에 적용되거나 결합될 수 있음을 인지할 것이다. 새로운 구조는 가령, 마이크로스트립 패치 안테나, PIFA(Planar Inverted-F antennas), 모노폴 안테나 등에 적용될 수 있다. 또한 상기 동일한 안테나 구조는 몇몇 접지면 및 레이돔(radomes)에 결합됨으로써 다른 환경에서 적용될 수 있는데, 가령, 핸드셋, 셀룰러 폰, 및 범용의 핸드헬드 디바이스 가령, 휴대용 컴퓨터(팜톱, PDA, 랩탑,..), 실내 안테나(WLAM, 셀룰러 실내 범위), 셀룰러 환경에서 마이크로셀용 실외 안테나, 리어뷰 미러가 통합된 자동차용 안테나, 스톱-라이트, 범퍼 등에 적용될 수 있음이 명백하다.

도 3에서 그림 5는 멀티레벨 구조의 특별한 실시예를 도시하고 있으며, 서로 다른 길이의 두 암(긴 암(111) 및 짧은 암(112))은 상기 암(111, 112) 각각과 실제로 유사한 모양을 갖는 갭(122)에 의하여 구불구불한 평행 경로를 따른다. 상기 멀티레벨 구조는 도 7의 그림 16의 디자인에 바탕을 두며 15개의 도전성 직사각형을 포함한다: 제 1 직사각형(131)은 한 단부에서 제 2 직사각형(132)에 직교하도록 연결되고, 상기 제 2 직사각형은 제 2 팁에서 제 3 직사각형(133)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되며, 상기 제 3 직사각형은 제 2 팁에서 제 4 직사각형(134)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되고, 상기 제 4 직사각형은 제 2 팁에서 제 5 직사각형(135)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되며, 상기 제 5 직사각형은 상기 제 3 직사각형(133)에 평행하고 제 2 팁에서 제 6 직사각형(136)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되고, 상기 제 6 직사각형은 제 2 팁에서 제 7 직사각형(137)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되며, 상기 제 7 직사각형은 제 2 팁에서 제 8 직사각형(138)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되고, 상기 제 8 직사각형은 제 2 팁에서 제 9 직사각형(139)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되며, 상기 제 9 직사각형은 상기 제 7 직사각형(137)에 평행하고 제 2 팁에서 제 10 직사각형(140)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되고, 상기 제 10 직사각형은 상기 제 6 직사각형(136)에 평행하고 제 2 팁에서 제 11 직사각형(141)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되며, 상기 제 11 직사각형은 상기 제 9 직사각형(139)에 평행하고 제 2 팁에서 제 12 직사각형(142)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되고, 상기 제 12 직사각형은 상기 제 4 직사각형(134)에 평행하고 제 2 팁에서 제 13 직사각형(143)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되며, 상기 제 13 직사각형은 상기 제 3 직사각형(133)에 평행하고 제 2 팁에서 제 14 직사각형(144)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되고, 상기 제 14 직사각형은 상기 제 2 직사각형(132)에 평행하고 제 2 팁에서 제 15 직사각형(145)의 제 1 팁에 직교하도록 연결되며, 상기 마지막 직사각형(145)은 제 1 직사각형(131)에 평행하다. 직사각형(145, 144, 143, 및 142)은 본 발명에 따른 멀티레벨 구조의 짧은 암(112)을 정의하는 반면, 나머지 열 한 개의 직사각형은 더 긴 암(111)을 정의한다. 본 발명의 범위 내에서 도 11의 그림 20과 같이 유사한 모양이 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 그림 20에서, 상기 구조는 열 일곱 개의 직사각형으로 구성된다. 두 개의 포스팅(posting) 요소(120, 121)가 연결되는데, 하나는 안테나 요소 사이의 쇼트-서킷(120)으로 작용하고, 그리고 다른 하나(121)는 상기 구조에서 피딩 포인트로 작용한다. 본 발명의 범위에서, 그리고 각 적용예에서 몇몇 주파수 응답은 상기 쇼트-서킷 포스팅(120)을 제거하고, 그리고 단 하나의 피딩 포인트(121)만을 가짐으로써 이루어질 수 있다. 상기 갭(122) 및 두 암(111, 112)의 모양은 바뀔 수 있으며, 또한 상기 두 포스팅 요소(120, 121)에 대한 위치도 바뀔 수 있다. 이는 원하는 응용예에서 요구하는 원하는 주파수 대역으로 안테나를 미세하게 조정할 것이다. 이러한 특별한 실시P에서, 제 1 층(109)의 둘레의 한 모서리는 제 2 층(110)의 짧은 모서리와 정렬되고, 상기 제 2 층은 실제로 연장된 직사각형 모양을 특징으로 함으로써 상기 제 1 층(109)은 상기 제 2 도전층 또는 접지면(110)의 팁 영역 부분을 덮고 있다. 일부 실시예에서, 상기 모서리는 본 발명에 따른 피딩 요소(121)를 포함하는 것이 선호된다.

도 3의 그림 6은 또 다른 선호되는 실시예를 도시하고 있다. 그림 6은 그림 5와 동일한 안테나 패턴 및 접지면 구성을 도시하고 있지만, 상기 제 6 직사각형에 로딩 커패시터(loading capacitor)(123)로 작용하도록 수직으로 연결된 부분이 추가되어 있다. 이는 상기 로딩 커패시터(123)로 작용하는 추가 부분의 용량성 효과에 의하여 안테나를 상기 구조의 나머지 부분과 함께 원하는 주파수 대역으로 미세하게 조정할 수 있도록 한다. 상기 로딩 커패시터(123)의 모양, 길이, 폭, 높이는 바뀔 수 있다. 또한 적용예 및 필요한 주파수 응답에 따라, 상기 로딩 커패시터는 상기 구조의 또 다른 직사각형을 따라 배치될 수 있다. 부가적으로, 하나이상의 로딩 커패시터(123)는 해당 적용예 및 필요한 주파수 응답에 따라 상기 구조 상에 위치할 수 있다.

당분야의 기술자는 본 발명이 도 3의 그림 7에서 주어지는 바와 같이 다른 구성에 새로운 방법으로 결합될 수 있음을 알 것이다. 이러한 안테나 패턴에서, 상기 직사각형(139, 140, 141) 사이의 갭은 영역(125)을 형성하도록 채워지고, 또한 상기 직사각형(133, 134, 135) 사이의 갭은 영역(126)을 형성하도록 채워진다. 본 발명의 범위에서, 상기 구불구불한 갭에 대한 몇몇 다른 부분들이 적용예 및 필요한 주파수 대역에 따라서 또한 채워질 수 있다.

도 4에는 본 발명에 대하여 다른 세 개의 실시예를 도시하고 있다. 안테나 요소에 대한 최종 구성이 어떠하든 간에, 상기 접지면은 대역폭 및 효율 면에서 상기 구조의 성능을 향상시키도록 변경될 수 있다. 그림 8, 9, 및 10은 접지면(110)을 도시하고 있으며, 상기 접지면(110)에서 안테나 요소 또는 제 1 층(109) 아래 부분은 멀티레벨 구조, 공간-채움 구조, 또는 이들의 결합으로 형상화될 수 있다. 본 발명에 따라, 상기 멀티레벨 구조의 다각형에 의해 정의된 갭을 포함하는 상기 접지면(110)의 이러한 부분은 상기 제 1 층(109) 및 제 2 층(110) 사이의 최대거리의 두 배와 동일한 거리보다 멀리 제 1 층(109) 아래의 영역을 넘어서 확장하지는 않는다. 반면에, 그림 8은 상기 (109)와 (110) 사이의 짧은 포스트(172) 외에도, 상기 제 1 층(109)과 제 2 층(110) 사이의 또 다른 상호연결은 층(109)에 위치한 한 팁에서의 피딩 포인트(171) 및 층(110)에 위치한 다른 팁에서의 입력 포트(170)에서 연결된 도체 와이어 또는 스트립(173)을 통하여 존재한다. 다시 말해서, 도체 와이어(173)는 제 2 층(110)에 위치한 (170) 및 제 1 층(109)에 위치한 (171)을 포함한다.

이러한 특별 실시예에서, 접지면(110) 내의 형상(113)은 두 개의 직사각형 슬롯으로 구성된 멀티레벨 구조를 도시하고 있다. 본 발명의 범위 내에서, 몇몇 다른 멀티레벨 및/또는 공간 채움 슬롯 형상은 적용예 및 원하는 주파수 대역에 따라 놓여질 수 있었다. 한 예로서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서, 그림 9 및 10은 접지면 형상(113, 114)에 대하여 두 개의 특별한 구성을 보여주고 있다. 상기 (113) 및 (114) 모두 안테나 아래에 있으며, 멀티레벨 구조로 형상화되어 있다. (113)은 접지면 위로 두 개의 대칭 슬롯 컷-아웃(cut-out)에 의하여 형성되어 있고, 각 슬롯은 단부에서 직교하도록 연결된 세 개의 직사각형으로 구성된다. (114)는 접지면 위로 두 개의 대칭 슬롯 컷-아웃에 의해 형성되어 있고, 각 슬롯은 그 단부에서 직교하도록 연결된 다섯 개의 직사각형으로 이루어진다.

도 5에서 그림 11은 두 개의 대칭 슬롯(115 및 115')에 의해 형성된 안테나 아래의 접지면(110) 형상을 도시하고 있으며, 상기 각 슬롯(115 및 115')은 그 단부에서 직교하도록 연결된 멀티레벨 형상의 7개 직사각형으로 구성되어 있다. 상기 두 멀티레벨 대칭 슬롯(115 및 115')은 사이즈, VSWR, 대역폭, 및/또는 효율 면에서 상기 안테나 디바이스를 향상시킨다.

당업자는 본 발명이 상기 안테나 아래에 접지면에 있어서, 전체적으로 새로운 멀티레벨 세트 및/또는 공간-채움 구조를 다루고 있음을 분명히 인지할 것이다. 예를 들어, 도 5의 그림 12의 실시예에서, 안테나 아래의 접지면(110)에 대한 형상(116)은 여섯 개의 직사각형으로 구성되고, 세 개는 각 면에 대칭적으로 위치하고 있다.

당업자는 본 발명이 다른 종래 기술의 안테나 구성에 새로운 방식으로 결합될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 상기 안테나 알의 접지면 형상의 새로운 생성은 종래 기술의 안테나와 결합되어 사용됨으로써 사이즈, VSWR, 대역폭, 및/또는 효율 면에서 안테나를 추가로 향상시킬 수 있을 것이다.

다른 선호되는 실시예가 도 6의 그림 14 및 15에 도시되어 있다. 이 그림에서 안테나 요소의 형상 또는 제 1 층(109)은 특정 무선 용도에 있어서 외부의 커버에 적합하도록 맞춰질 수 있다. 제 1 층(109)은 38ㅧ 16.5ㅧ 5.5㎜의 사이즈를 가지고, 안테나 구조는 주파수 대역 824MHz-960MHz 및 1710MHz-2170MHz에서 실제로 맞춰진다. 상기 두 그림에서, 안테나 요소 또는 제 1 층(109) 아래의 접지면(110)에 대한 형상(117)은 무선 단말기 상에 주어진 외부 부품 가령, 나사, 돌출부, 또는 플라스틱 부품에 적합하도록 맞춰진다. 또한 상기 제 1 층(109) 및 제 2 층(110)의 멀티레벨 구조를 구성하는 직사각형들의 일부 모서리는 굽은 세그먼트로 대체됨으로써 전형적인 핸드헬드 디바이스에서 본 발명의 기계적 통합을 용이하게 한다. 또한, 일부 작은 구멍이 상기 층(110) 위에 놓임으로써 나사 및 다른 기계적 고정물이 통합 과정에서 포함될 수 있도록 한다. 이는 본 발명의 기본적인 전자기적 동작 특성에 실제 영향을 주지 않는 미미한 기계적 구성에서의 변화임을 당업자는 알 것이고 따라서 이는 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 범위 내에 포함된 다른 변경 예는 도 8, 도 9, 및 도 10에 도시되어 있다. 특히, 도 10에서 실시예 19는 (110) 내의 멀티레벨 구조가 상기 접지면(110) 위의 단일 슬롯을 정의하고 있으며, 반면 도 9에서 상기 멀티레벨 구조는 두 개 이상의 슬롯(그림 8의 실시예에서와 같이)을 정의하고 있다. 필수적이지는 않지만, 제 2 층(110) 위의 상기 멀티레벨 구조에 의해 정의된 슬롯들 중 하나이상은 제 1 층(109)을 둘러싸는 외부 둘레 모서리들 중 하나와 정렬되는 것이 선호된다.

본 발명의 핵심은 본 발명에서 설명된 구조이다. 상기 안테나 디바이스에 대한 제조 프로세스나 재료는 본 발명의 관련 부분이 아니지만, 종래 기술에서 설명된 어떤 프로세스나 재료는 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다. 상기 안테나는 금속 포일 또는 판에 스탬핑(stamping)될 수 있어서, 멀티레벨 구조, 로딩 요소 및 접지면을 포함하는 전체 안테나 구조는 단일 금속 표면에서 스탬핑되거나, 에칭되거나 또는 레이저 절단될 수 있고 그리고 가령 도 3, 4, 5, 및 6의 구성을 얻기 위한 쇼트-서킷 접힐 수 있다. 또한 예를 들어, 상기 접지면 상의 멀티레벨 및/또는 공간-채움 구조는 종래의 인쇄 회로 기술을 사용하여 유전체 재료(가령, FR4, Rogers^??,Arlon^?? 또는 Cuclad^??) 위로 인쇄될 수 있거나, 또는 심지어 투샷(two-shot) 인젝팅 프로세스를 이용하여 유전체 지지대 위로 증착될 수 있어서, 상기 유전체 지지대 및 도전용 멀티레벨 및/또는 공간-채움 구조를 형상화하게 된다.

Claims (17)

1. 제 1 도전층 및 제 2 도전층을 포함하는 다중대역 안테나에 있어서, 상기 제 1 도전층은 상기 제 2 도전층 위로 배치되는 방사 소자(radiating element)로 작용하며, 상기 제 2 도전층은 접지면 또는 접지 카운터포이즈로 작용하고, 상기 제 1 층은 피딩 포인트를 가지며, 이때 상기 피딩 포인트는 제 1 짧은 암 및 제 2 긴 암에 대한 시작 포인트이고, 상기 암들은 상기 다중대역 안테나에 대한 멀티레벨 구조를 형성하며, 이때 상기 두 암은 제 2 층 위로 구불구불한 경로를 정의하고, 이때 상기 제 2 긴 암은 상기 제 1 암의 구불구불한 경로와 평행하게 진행하도록 자체적으로 포개짐으로써 두 암 사이의 갭이 형성되며, 상기 갭은 상기 멀티레벨 구조 상의 상기 제 1 암 및 제 2 암과 동일한 구불구불한 경로를 따르는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
2. 제 1 도전층 및 제 2 도전층을 포함하는 다중대역 안테나에 있어서, 상기 제 1 도전층은 상기 제 2 층 위로 배치되는 방사 소자로 작용하며, 상기 제 2 층은 접지 카운터포이즈로 작용하고, 상기 제 1 층 아래에 있는 상기 제 2 층 위의 영역의 하나이상의 부분은 멀티레벨 구조, 공간-채움 구조 또는 이들의 결합으로 형상화되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 방사 소자로 작용하는 상기 제 1 층은 피딩 포인트를 가지고, 이때 상기 피딩 포인트는 제 1 짧은 암 및 제 2 긴 암에 대한 시작 포인트이며, 상기 암들은 상기 다중대역 안테나 디바이스에 대한 멀티레벨 구조를 형성하고, 이때 상기 두 암은 제 2 층 위로 구불구불한 경로를 정의하며, 이때 상기 제 2 긴 암은 상기 제 1 암의 구불구불한 경로와 평행하게 진행하도록 자체적으로 포개짐으로써 두 암 사이의 갭이 형성되고, 상기 갭은 상기 제 1 암 및 제 2 암과 동일한 구불구불한 경로를 따르며, 그리고 이때 상기 제 1 층 아래에 있는 상기 제 2 층 위의 영역의 하나이상의 부분은 멀티레벨 구조, 공간-채움 구조 또는 이들의 결합으로 형상화되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 층과 제 2 층 사이의 상호연결은 상기 제 1 층에 위치한 한 팁에서의 피딩 포인트에 및 상기 제 2 층에 위치한 다른 팁에서의 입력 포트에 연결된 도체 와이어 또는 스트립을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 층 또는 접지 카운터포이즈는 직사각형 또는 연장된 형상을 가지며, 이때 상기 제 1 도전층의 모서리들 중 하나는 상기 제 2 도전층의 짧은 모서리들 중 하나와 함께 정렬됨으로써, 상기 제 1 층은 상기 제 2 도전층 또는 접지 카운터포이즈 위의 팁 영역 부분을 덮게 되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
6. 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 멀티레벨 구조, 공간-채움 구조 또는 이들의 결합으로 형상화된 상기 제 2 층 부분은 상기 제 1 층 아래의 영역을 넘어서 상기 제 1 도전층과 제 2 도전층 사이의 최대거리의 두 배 거리까지 확장되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 이때 상기 제 1 층은 피딩 포인트를 포함하고, 상기 피딩 포인트는 도체 와이어 또는 스트립에 의하여 상기 제 2 층 위에 위치한 입력 포트에 연결되어 있으며, 상기 피딩 포인트는 상기 제 2 층의 짧은 모서리와 정렬된 상기 제 1 층의 모서리에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
8. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 층은 피딩 포인트를 가지고, 이때 상기 피딩 포인트는 멀티레벨 구조에서 제 1 짧은 암 및 제 2 긴 암에 대한 시작 포인트이며, 이때 상기 제 1 짧은 암은 네 개 이상의 직사각형에 의하여 구성되고, 상기 네 개의 직사각형은 짧은 모서리를 통해 순차적으로 상호연결되며, 이때 상기 제 2 긴 암은 열 한 개 이상의 직사각형에 의해 구성되고, 상기 열 한 개의 직사각형은 짧은 모서리를 통해 순차적으로 상호연결되며, 이때 두 멀티레벨 암은 제 2 층 위로 구불구불한 경로를 정의하고, 이때 상기 제 2 긴 멀티레벨 암은 상기 제 1 멀티레벨 암의 구불구불한 경로와 평행하게 진행하도록 자체적으로 포개짐으로써 두 암 사이의 갭이 형성되며, 상기 갭은 상기 제 1 및 제 2 멀티레벨 암의 경로와 유사한 구불구불한 경로를 따르는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
9. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 제 1 층에서 상기 멀티레벨 구조를 구성하는 다각형들의 모서리들 중 하나이상은 하나이상의 곡선으로 대체되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 제 2 층에 있는 상기 멀티레벨 구조는 세 개 이상의 직사각형에 의해 구성되고, 제 1 직사각형은 제 2 도전층 또는 접지면 위의 중심축을 따라 정렬되며, 상기 제 1 직사각형은 자체의 짧은 모서리들 중 하나를 통해 상기 접지면에 연결되고, 상기 직사각형 중 제 2 직사각형은 상기 제 1 직사각형의 제 1 긴 모서리들에 연결되며, 상기 직사각형 중 제 3 직사각형은 상기 제 1 직사각형의 제 2 긴 모서리들에 연결되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
11. 제 10 항에 있어서, 이때 상기 제 2 층 내의 멀티레벨 구조는 일곱 개의 직사각형에 의해 구성되고, 상기 일곱 개의 직사각형 중 제 1 직사각형은 자체의 짧은 두 모서리에 의하여 제 2 도전층 또는 접지면의 두 개의 분리된 고체 도전 영역을 상호연결하며, 이때 상기 일곱 개의 직사각형들 중 제 2, 제 3, 및 제 4 직사각형은 서로 평행하고 그리고 상기 제 2, 제 3, 및 제 4 직사각형의 팁들 중 한 팁에 의하여 상기 제 1 직사각형의 제 1 긴 모서리에 연결되고, 이때 상기 일곱 개의 직사각형들 중 제 5, 제 6, 및 제 7 직사각형은 제 5, 제 6, 및 제 7 직사각형의 팁들 중 한 팁에 의하여 상기 제 1 직사각형의 제 2 긴 모서리에 연결됨으로써, 상기 직사각형들 사이 및 상기 직사각형들과 상기 제 2 층 상의 상기 두 개의 분리된 고체 도전 영역층 사이의 스페이싱은 여덟 개의 평행한 공기 또는 유전체 갭을 정의하는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
12. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 상기 제 2 도전층 위의 멀티레벨 또는 공간-채움 구조는 상기 접지면 상의 단일 슬롯을 정의하는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
13. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 상기 제 2 도전층 위의 멀티레벨 또는 공간-채움 구조는 상기 접지면 위에 둘 이상의 슬롯을 정의하는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
14. 제 2 항 내지 제 9 항 또는 제 12 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 상기 제 2 도전층 위의 상기 멀티레벨 또는 공간-채움 구조는 상기 접지면 위에 하나이상의 슬롯을 정의하고, 상기 슬롯은 제 1 도전층의 한 모서리 아래에 정렬되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 상기 제 1 층 및 제 2 층은 와이어 또는 도전성 스트립에 의해 상호연결되고, 상기 와이어 또는 스트립은 상기 제 1 및 제 2 도전층 사이에서 쇼트-서킷 또는 낮은 임피던스의 전류 통로로 작용하는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 상기 제 1 도전층과 상기 제 2 도전층 사이의 볼륨은 38ㅧ 16.5ㅧ 7.5㎣보다 작고, 그리고 상기 안테나는 주파수 대역폭 824MHz-960MHz 및 1710MHz-2170MHz에서 매칭되는 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 이때 상기 제 2 층은 셀룰러 폰, 무선 전화, 개인 휴대 통신(PDA), 또는 팜탑 컴퓨터와 같은 핸드헬드 무선 단말기에서 인쇄 회로 보드 층들 중 하나인 것을 특징으로 하는 다중대역 안테나.