KR20050083901A

KR20050083901A - 제어가능한 안테나 장치

Info

Publication number: KR20050083901A
Application number: KR1020057009052A
Authority: KR
Inventors: 마드스 사거; 젠스 트로엘슨
Original assignee: 노키아 코포레이션
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2005-08-26
Also published as: KR100779750B1

Abstract

안테나(11)는 부하용 패치(27)와 용량 결합되는 패치 안테나 소자(22)를 포함한다. 스위치(33)는 상기 부하용 패치(27)를 하나 이상의 스트립 라인들(35,37,40) 중 하나에 접속하며, 상기 하나 이상의 스트립 라인들 각각은 서로 다른 길이를 지닌다. 각각의 스트립 라인들은 상기 부하용 패치(27)가 서로 다른 임피던스를 지니게 하며, 한 스트립 라인은 단락 회로를 초래시키고 다른 한 스트립 라인은 이러한 극한값들 간의 임피던스를 초래시킨다. 상기 부하용 패치(27)의 서로 다른 임피던스들은 상기 부하용 패치(27)와 상기 안테나 소자(22) 간의 용량 결합에 기인하여 상기 안테나 패치(22)의 서로 다른 동작 주파수들을 초래한다. 상기 안테나(11)는 이를 통해 3개의 개별 주파수들에 대한 튜닝을 허용한다. 다른 주파수 대역들은 상기 안테나 패치(22)에 대한 상기 부하용 패치(27)의 위치에 기인하여 영향을 받지 않는다. 상기 부하용 패치(27)의 임피던스 제어를 통해 튜닝을 허용함으로써, 상기 안테나 장치는 동일 주파수에서 동작될 수 있는 대응하는 패시브형 안테나보다 작게 만들어질 수 있다. N 드로우 스위치를 사용함으로써, 서로 다른 길이의 N개 스트립 라인들이 접속될 수 있으며, 각각의 스트립 라인은 서로 다른 동작 주파수를 초래시킨다.

Description

제어가능한 안테나 장치{Controllable antenna arrangement}

본 발명은 주파수가 하나 이상의 스트립 또는 마이크로스트립 라인들에 접속되는 다중 드로우 스위치의 제어를 통해 조정될 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.

무선전화 핸드셋들이 내부 패치 안테나 장치들을 포함하는 것은 비교적 일반적인 데, 그 이유는 상기 내부 패치 안테나 장치들이 제조하기에 비교적 값이 싸며 상기 무선 핸드셋들이 원하는 동작 주파수에서 적절히 좁은 대역폭을 지닐 수 있기 때문이다. 그러나, 패치 안테나들의 사용은 무선전화가 2개의 주파수 대역보다 많은 다중 주파수 대역에서, 예를 들면 PCS 및 DCS 대역들과 아울러 GSM 900 대역에서 동작해야 할 필요가 있을 때 문제를 초래시킨다. PCS 대역은 1850 내지 1990㎒의 주파수를 포함하며, DCS 송신기 대역은 1710 내지 1785㎒의 주파수를 포함하고, DCS 수신기 대역은 1805 내지 1880㎒의 주파수를 포함한다.

다중 주파수 대역을 동작하도록 구성되는 패치 안테나들은 예를 들면 대응 스위치들을 통해 복수의 튜닝 스트립들에 접속가능한 패치 안테나를 개시하고 있는 미국 특허 제5,777,581호에 공지되어 있다. 일본 공개특허 제JP11-136025호에 개시되어 있다. 이 문헌에는 접지 플레인 및 안테나 소자가 기판 양면 상에 형성되어 있다. 상기 안테나 소자의 한 단부는 접지되어 있으며, 그의 타 단부는 제어가능한 스위치를 통해 접지에 연결될 수 있다. 부가적인 스위치들은 상기 안테나 소자 상의 다른 위치들을 접지 전위에 연결시킬 수 있고, 이로 인해 상기 안테나는 복수의 개별 주파수들로 튜닝될 수 있다.

본 발명의 목적은 개선된 안테나 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 인쇄 배선 기판 상에 장착되는 본 발명에 따른 안테나 장치를 개략적으로 보여주는 사시도이다.

도 2는 도 1의 인쇄 배선 기판의 배면을 보여주는 평면도이다.

도 3은 도 1 및 도 2 안테나 장치의 동작을 설명하는 데 사용되는 스미스 챠트(Smith chart)를 보여주는 도면이다.

도 4, 도 5 및 도 6은 도 1 및 도 2 안테나 장치의 성능을 보여주는 도면들이다.

도 7은 무선전화의 부품을 형성하도록 제2 안테나 장치와 나란히 장착되는 도 1 안테나 장치를 보여주는 도면이다.

도 8은 변형적인 스트립 라인 종단 방법을 보여주는 도면이다.

본 발명의 제1 실시태양에 의하면, 하나 이상의 스트립 또는 마이크로스트립 라인들을 안테나 소자에 연결하도록 구성된 다중 드로우 스위치를 포함하는 안테나 장치가 제공된다.

상기 안테나 장치는 상기 안테나 소자에 용량 결합된 부하용 소자를 포함하며, 상기 스위치는 상기 부하용 소자에 접속되는 것이 바람직하다. 이러한 안테나 장치는 상기 안테나 장치가 상기 안테나 소자에 대한 상기 스위치의 직접적인 접속 없이도 상기 안테나 소자의 튜닝을 허용하기 때문에 특히 유리하다. 이는 또한 상기 부하용 소자가 허용할 수 있는 범위에 걸친 임의의 주파수에 대한 튜닝(tuning)을 허용한다. 상기 부하용 소자가 패치인 것이 바람직하다. 한 실시예에 있어서, 상기 부하용 소자는 상기 부하용 소자가 상기 안테나 소자와 수직이도록 기판의 표면 상에 존재한다. 그러나, 임의의 적합한 장치가 사용될 수 있지만, 주된 요건은 상기 안테나 소자의 주파수가 상기 부하용 소자의 임피던스를 조정함으로써 조정될 수 있도록 상기 부하용 소자가 상기 안테나 소자에 용량 결합된다는 것이다.

본 발명의 제2 실시태양에 의하면, 안테나 소자에 용량 결합되는 부하용 소자 및 상기 부하용 소자에 하나 이상의 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 하나를 접속하도록 구성된 스위치를 포함하는 안테나 장치가 제공된다.

서로 다른 길이의 하나 이상의 스트립 또는 마이크로스트립 라인들의 사용은 상기 스트립 또는 마이크로스트립 라인의 임피던스에 의해 초래되는 위상차가 상기 안테나 장치에서 원하는 제어가능한 임피던스의 효과를 초래시키기 때문에 유리하다. 본 발명의 사용으로부터 초래될 수 있는 임피던스의 제어는 상기 안테나 소자가 적합한 상기 스위치의 제어를 통해 정확하게 튜닝될 수 있기 때문에 유리하다.

상기 스위치가 적어도 2개 이상의 스트립 또는 마이크로스트립 라인들에 접속되는 것이 바람직하다. 상기 안테나 소자의 주파수가 상기 스트립 또는 마이크로스트립 라인의 길이에 의존하기 때문에, 복수 라인들의 사용은 상기 안테나 소자가 복수의 주파수로 튜닝될 수 있게 한다. 상기 스위치의 한 드로우(throw)는 실질적으로 제로(0) 길이의 스트립 또는 마이크로스트립 라인에 접속되는 것이 바람직하다. 제로 길이의 스트립 또는 마이크로스트립 라인은 여전히 반사를 초래시킬 수 있는 데, 이러한 반사는 원하는 임피던스를 초래시키며, 이러한 임피던스는 또한 원하는 동작 주파수를 초래시킨다. 적합한 설계를 통해, 제로보다 긴 길이를 갖는 스트립 또는 마이크로스트립 라인들의 개수는 상기 안테나 장치가 튜닝가능한 주파수들의 개수보다 적을 수 있다.

구체화된 안테나 장치들은 상기 안테나에 직접 적용되는 접지용 접속부 및 급전용 접속부를 포함하며, 상기 스위치는 이들 접속부들 중 어느 하나와 개별적으로 접속된다. 이는 단지 스위칭이 이루어지는 주파수 대역에서만 상기 스위치가 손실을 초래하는 이점을 지닌다. 상기 스위치가 상기 접지용 커넥터나 또는 상기 급전용 커넥터와 관련될 경우, 상기 안테나의 모든 주파수 대역들이 상기 스위치의 손실로 손상을 받지 않는다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 안테나 장치를 포함하는 무선전화를 제공한다.

지금부터 본 발명의 실시예들이 단지 예로써만 첨부도면들을 참조하여 설명될 것이다.

먼저 도 1을 참조하면, 도 1에는 인쇄 배선 기판(10)이 사시도로 도시되어 있다. 상기 인쇄 배선 기판(10)의 정면 상에는 안테나가 장착된다. 상기 안테나(11)는 폴리카보네이트(PVC)와 같은 플라스틱으로 구성되어 있으며 3차원의 직사각형 모양을 지니는 기판(12)을 포함한다. 상기 도면에서 맨 상측에 도시되어 있는 기판의 제1 면(13)은 길이가 12㎜이고 한 측 상에 서로 이웃하는 인쇄 배선 기판을 지니며 높이가 6㎜이다. 상기 도면에서 맨 좌측에 도시되어 있는 기판(12)의 제2 면(14)은 길이가 30㎜이고, 서로 이웃하는 인쇄 배선 기판(10)을 지니며, 높이가 6㎜이다. 높이가 6㎜인 에지들 중 한 에지는 상기 제1 면(13)과 서로 이웃하고 있다. 상기 제1 및 제2 면들(13,14)과 서로 이웃하고 있으며 상기 인쇄 배선 기판(10)과 대면하고 있는 제3 면(15)은 길이가 30㎜이고 폭이 12㎜이다. 제4 면(16)은 상기 제1 면(13)과 대면하고 있으며 상기 제1 면(13)과 동일한 치수들을 지닌다. 제5 면(17)은 상기 제2 면과 대면하고 있으며 상기 제2 면(14)과 동일한 치수들을 지닌다. 상기 제5 면 상에는 어떠한 특징들도 형성되어 있지 않다. 상기 제1 및 제3 면들(13,15)은 상기 인쇄 배선 기판으로부터 상기 제1 면을 가로질러 상기 제3 면 상으로 연장되어 있는 슬릿을 제외하고는 완전히 금속으로 피복되어 있다. 상기 슬릿은 제1 부분(18)을 포함하며, 상기 제1 부분(18)은 상기 제1 및 제2 면의 접합부를 마주보고 있는 한 지점으로부터 상기 인쇄 배선 기판과 서로 이웃하고 있는 상기 제1 면(13)의 에지를 따라 연장되어 있다. 상기 제1 부분(18)은 대략 7㎜ 만큼 연장되어 있다. 이어서, 상기 슬릿의 제2 부분(19)은 상기 인쇄 배선 기판으로부터 상기 제3 면(15)과의 접합부로 수직 연장되어 있다. 그 다음에, 상기 슬릿의 제3 부분(20)은 상기 제1 면(13)을 통해 상기 제3 면(15)과의 접합부를 따라 상기 제2 면(14)으로부터 대략 4㎜ 만큼 이격된 채로 연장되어 있다. 이어서, 상기 슬릿의 제4 부분(21)은 상기 제3 면의 길이를 따라 대략 25㎜ 만큼 연장되어 있는 데, 이는 상기 슬릿의 제4 부분(21)이 다시 수직으로 방향 전환되어 상기 제1 면(13)을 향해 대략 20㎜ 만큼 연장되기 전에 상기 제2 면(14)을 향해 대략 5㎜ 만큼 수직으로 방향 전환된 경우이다. 상기 제3 면(15) 상의 슬릿의 제4 부분(21)의 배치, 폭 및 형상, 실제로는 실체는 알다시피 본 발명에 그다지 중요하지 않다. 상기 슬릿은 크기 축소를 초래시킨다. 상기 슬릿이 없으면, 상기 안테나가 폴드아웃(foldout)되더라도 총 길이가 대략 8㎝(최저 대역, 900㎒에서 ¼파장)에 이르게 된다.

상기 제3 면(15) 상에 형성되는 금속 배선은 패치 형태로 안테나 소자(22)를 구성한다. 패치 안테나 소자(22)는 상기 제2 면(14) 및 상기 슬릿의 제2 부분(19) 사이에 존재하는 상기 제1 면 상의 금속 배선에 의해 형성되는 접지용 접속부(23)에 의해 상기 인쇄 배선 기판(10) 상의 접지 플레인(ground plane; 도 2에 도시됨)에 접속되어 있다. 상기 제1 면 상의 나머지 금속 배선은 고정 용량 부하(24)를 구성한다.

상기 제4 면(16) 상에는, 상기 면을 따라 길이 방향으로 연장되어 있으며 상기 패치 안테나 소자(22)와 서로 이웃하고 있는 상기 면의 3㎜ 스트립(25)에 대해 금속 배선이 존재한다. 이는 상기 안테나 소자의 부품을 구성하며 상기 안테나 소자를 접지 플레인에 용량 결합시키는 데 도움을 준다.

상기 기판(12)의 제2 면(14) 상에는, 폭이 대략 2㎜인 급전용 커넥터(26)의 한 단부가 상기 패치 안테나 소자(22)에 접속되어 있다. 상기 급전용 커넥터(26)는 상기 제2 면을 따라 상기 인쇄 배선 기판(10) 상의 급전용 접속부에 수직 연장되어 있다. 상기 급전용 커넥터(26)는 상기 제1 면(13)과 서로 이웃하고 있는 상기 제2 면(14)의 단부로부터 대략 5㎜에 위치해 있다.

또한, 상기 제2 면(14) 상에는, 길이가 대략 19㎜이고 폭이 대략 3㎜인 부하용 패치(27)가 형성되어 있다. 상기 부하용 패치(27)의 한 단부는 상기 급전용 커넥터(26)로부터 대략 3㎜ 간격을 둔 채로 분리되어 있다. 상기 부하용 패치(27)는 상기 패치 안테나 소자(22)로부터 대략 0.8㎜의 간격을 둔 채로 분리되어 있으며, 상기 간격의 크기는 상기 부하용 소자(27)의 전체 길이에 대해 일정하게 유지되어 있다. 상기 급전용 커넥터(26)와 대면하고 있는 부하용 소자(27)의 한 단부는 상기 제2 면(14)의 단부로부터 대략 0.8㎜의 간격을 둔 채로 분리되어 있다. 상기 부하용 소자(27) 및 상기 급전용 커넥터(26)는 금속 배선 층들로 형성된다. 상기 부하용 소자(27)는 커넥터(28)를 통해 상기 인쇄 배선 기판(10)의 배면 상의 회로에 접속되어 있다.

상기 부하용 소자(27) 및 상기 패치 안테나 소자(22) 간의 간격은 상기 2개의 소자들 간의 결합 정도를 결정한다. 비록 이러한 실시예에서 상기 간격의 폭이 0.8㎜이지만, 상기 간격은 0.1㎜와 2㎜ 간의 임의 간격을 취할 수 있다. 상기 부하용 소자 및 상기 급전용 소자(26) 간의 간격은 또한, 상기 제4 면(16) 상의 금속 배선(25) 및 상기 부하용 소자 간 간격의 경우와 같이, 상기 안테나 소자(22) 및 상기 부하용 소자 간의 결합 정도에 영향을 준다.

상기 기판(12)은 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(12)이 입체의 직사각형 블록일 필요는 없으며, 두께가 0.5㎜인 PVC 벽들로 형성된 박스(box)를 포함할 수 있다. 상기 안테나 소자 및 부하용 소자 등등의 금속 배선은 상기 박스의 내측면 및 외측면 상에 형성될 수 있다. 상기 기판(12)를 형성하는 데 사용되는 재료의 유전율은 중요한 데, 그 이유는 이러한 것이 주어진 주파수에서의 동작에 필요한 상기 안테나 소자(22)의 치수들에 영향을 주기 때문이다.

지금부터 도 2를 참조하면, 상기 인쇄 배선 기판(10)의 표면이 평면도로 도시되어 있다. 상기 표면(30)은 상기 기판(12)과 대면하고 있을 수 있지만, 상기 기판(12)과 동일한 측면 상에 존재하는 것이 바람직한다. 여기서, 패드(31)는 상기 커넥터(28)와 접속하며 상기 커넥터(28)는 다시 상기 부하용 패드(27)와 접속한다. 상기 패드(31)는 단극 스위치(33)의 한 극(32)에 접속되어 있다. 상기 패드(31) 및 상기 스위치(33) 간의 접속은 47㎊의 커패시턴스를 지니는 제1 커패시터(34)에 의해 이루어진다. 상기 극(32)과 물리적으로 대면하고 있는 상기 스위치(33)의 제1 드로우(throw)(35)는 제2 커패시터(36)에 의해 제1 스트립 라인(35)에 접속되어 있다. 제2 스트립 라인(37)은 제3 커패시터(39)를 통해 상기 스위치(33)의 제2 드로우(38)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 제3 스트립 라인(40)은 제4 커패시터(42)를 통해 상기 스위치(33)의 제3 드로우(41)에 접속되어 있다. 상기 제2, 제3 및 제4 커패시터들(36,39,42) 각각은 47㎊의 커패시턴스를 지닌다. 접지 플레인은 여러 구성 부품들 사이에 형성되어 있지만 여러 구성 부품들과는 전기적으로 절연되어 있다. 상기 스위치(33)는 3개의 제어 전압 지점들(43-45)에 대한 적합한 전압들의 인가에 의해 제어된다. 동작시, 대략 3V의 전압은 한 지점에 인가되고 나머지 2개의 지점들은 항상 접지된다.

상기 스위치(33)는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 그 중 하나의 적합한 스위치는 미국, 매사추세츠, 우번, 20 실반 로드 소재의 스카이워크스 솔루션즈사(Skyworks Solutions, Inc)에 의해 제조된 AS 202-321이다.

상기 스트립 라인들(35,37,40) 각각은 서로 다른 길이를 지니며, 사각형 단부로 종단한다. 상기 스트립 라인들(35,37,40)은 50Ω의 스트립 라인들일 수 있다. 상기 스트립 라인들(35,37,40)의 길이는 상기 스트립 라인들(35,37,40)이 상기 부하용 패치(27)에, 상기 안테나 장치(11)가 원하는 주파수 특성들을 갖게 하는 임피던스들을 제공할 정도로 선택된다.

상기 부하용 패치가 상기 커넥터(28)와의 접합부에서 매우 높은 임피던스(예컨대, 개방 회로)로 제공될 경우에 상기 안테나 소자(22)의 주파수가 상기 부하용 패치(27)에 의해 영향을 받지 않는 데, 그 이유는 용량 부하가 최소로 되기 때문이다. 상기 부하용 패치(27)가 상기 커넥터(28)와의 접합부에서 제로(0) 임피던스(단락 회로)로 제공될 경우, 상기 안테나 소자(22)의 공진 주파수는 상기 안테나(11)가 허용할 수 있는 최대량 만큼 감소되는 데, 그 이유는 용량 부하가 최대로 되기 때문이다. 이같은 극한값들 간의 다른 '반사(reflecting)' 임피던스를 상기 부하용 패치(27)에 제공하는 경우에는 상기 공진 주파수가 그러한 2개의 극한값들 간의 값을 취하게 된다. 상기 커넥터(28)와의 접합부에서 상기 부하용 패치에 제공되는 임피던스의 위상만을 변경시킴으로써, 상기 부하에 제공되는 임피던스는 개방 회로 및 단락 회로 사이로 변경될 수 있다. 상기 커넥터(28)와의 접합부에서 상기 부하용 패치(27)에 제공되는 임피던스의 위상이 상기 주파수 및 커넥터(28), 상기 커넥터에서 상기 극(32)까지의 링크, 상기 스위치(33), 상기 스위치에서 관련 스트립 라인(35,37,40)의 개시부까지의 링크 및 상기 스트립 라인 자체의 전기 길이의 결합된 전기 길이의 함수이다. 그러므로, 특정의 물리적 길이, 결과적으로는 또한 전기 길이를 지니는 스트립 라인을 상기 부하용 패치(27)에 접속함으로써, 상기 부하용 패치에 대한 임피던스의 위상이 제어되고, 그럼으로써 상기 안테나(11)의 공진 주파수가 제어된다. 상기 스트립 라인들(35,37,40)의 전기 길이는 재료의 전기 특성에 의해 결정된다. 이러한 실시예에서, 인쇄 배선 기판은 대략 4.5의 유전율을 지니는 FR4 기판이다.

도 2에서, 상기 제2 스트립 라인(37)은 5㎜의 길이를 지니며, 자신의 단부에서 상기 부하용 패치(27)까지의 경로 길이를 고려할 경우, 1.9㎓에서 개방 회로를 제공한다. 이는 상기 제2 스트립 라인(37)이 상기 스위치(33)에 의해 상기 부하용 패치(27)에 접속될 경우, 그러한 장치가 1850-1990㎒ PCS 주파수에서 동작할 수 있게 한다. 상기 제1 스트립 라인(35)은 대략 25㎜의 길이를 지니며, 1.8㎓에서 단락 회로를 상기 부하용 패치(27)에 제공한다. 따라서, 상기 제1 스트립 라인이 상기 스위치(33)에 의해 상기 부하용 패치(27)에 접속될 경우, 상기 안테나(11)는 1710-1785㎒의 DCS Tx 주파수들에서 공진하게 된다. 제3 스트립 라인(40)은 대략 15㎜의 길이를 지닌다. 그러므로, 상기 제3 스트립 라인(40)은 1.8㎓에서 대략 (0-j20)Ω의 중간 복소 임피던스를 초래시킨다. 이는 상기 제3 스트립 라인이 1805-1880㎒의 DCS Rx 주파수에서 상기 스위치(33)에 의해 상기 부하용 패치(27)에 접속될 경우 상기 안테나 장치의 동작을 허용한다. 상기 제1 및 제2 스트립 라인들(35,37)의 길이들에 있어서의 차이는 (RF4 기판 상에서) 대략 1.85㎓에서 신호들의 ¼파장에 대응하며, 이는 상기 스위칭 회로에 의해 상기 부하용 패치에 제공되는 임피던스의 90도 위상 편이와 동일하다고 생각한다. 도 3에는 상기 스트립 라인들(35,37,40) 각각이 상기 스위치(33)에 의해 상기 부하용 패치(27)에 접속되게 될 경우 상기 커넥터(28)와의 접합부에서 상기 부하용 패치(27)에 제공되는 임피던스들을 보여주는 스미스 챠트(Smith chart)가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5의 그래프들을 통해 상기 안테나(11)의 성능이 보여지고 있다. 여기서, 도 4에는 고주파 대역에 대해 S11곡선들이 도시되어 있으며, 도 5에는 고주파 및 저주파 대역들에 대해 S11곡선들이 도시되어 있다. 도 6에는, 3D 근거리 챔버(near field chamber)에서 측정된 바와 같은, 실현된 상기 안테나(11)의 효율이 도시되어 있다.

위에서 언급된 실시예가 3개의 개별 주파수들에 대한 튜닝을 허용하는 3개의 스트립 라인들을 포함하지만, 본 발명은 그와 같이 한정되지 않는다. 부가적인 실시예(도시되지 않음)에서는, 4 드로우 스위치가 사용되며, 각각의 드로우는 고유 길이의 대응 스트립 라인에 접속된다. 이러한 방식으로, 상기 안테나 장치는 4개의 개별 주파수들에 대한 튜닝을 허용한다. 적합한 스트립 라인의 길이들을 선택함으로써, 상기 안테나 장치는 예를 들면 DCS Tx 및 Rx 주파수들 및 PCS Tx 및 Rx 주파수들에 대한 튜닝을 허용할 수 있다.

상기 부하용 소자가 상기 안테나 소자에 용량 결합되어 있다는 사실로부터 그리고 상기 부하용 소자의 임피던스가 상기 스위치 상의 드로우들의 개수와 동일한 다수의 개별 스텝들 중 어느 한 스텝을 채택하도록 제어될 수 있다는 사실로부터 이점들이 생긴다.

또한, 상기 부하용 소자의 임피던스 제어를 통해 튜닝을 허용함으로써, 상기 안테나 장치는 동일 주파수에서 동작될 수 있는 동등한 안테나보다 작게 만들어질 수 있다. 본 출원인은 도 1 및 도 2의 안테나를 제조하였으며, 상기 안테나가 동일 주파수에서 동작될 수 있는 대응하는 패시브(passive)형 안테나 장치의 체적의 절반보다도 작은 체적을 점유하지만 동등한 성능을 제공한다는 점을 발견하였다. 체적 감소는 상기 안테나 장치가 무선전화들과 같은 이동 무선 장치들에서 사용될 경우 특히 중요하다. 도 7에는 무선전화의 기판이 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 인쇄 배선 기판(10)은 인쇄 배선 기판(10)의 상부 좌측 모서리에 상기 안테나 장치(11)를 구비하고 있다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 스위치(33) 및 스트립 라인들은 상기 인쇄 배선 기판(10)의 배면으로부터 적합할 경우 상기 안테나(11)에 접속된다. 광대역 부호 분할 다중 접속(wideband code division multiple access; WCDMA) 안테나(50)는 상기 인쇄 배선 기판(10)의 상부 우측 모서리에 부착되어 있으며, 적합한 접속부들을 통해 상기 인쇄 배선 기판의 배면 상에 급전된다. 상기 WCDMA 안테나(50)는 3G 시스템에서 무선전화의 동작을 허용하며, 이는 1920㎒ 내지 2170㎒의 동작 대역폭을 지닌다.

상기 안테나들(11,50)이 서로와는 물리적으로 보다 멀리 떨어져 있고, 이러한 것이 상기 안테나(11)의 보다 작은 크기로부터 초래되기 때문에, 상기 안테나들(11,50) 간의 무선 주파수 분리 정도가 증가된다. 더욱이, 상기 WCDMA 안테나(50)가 사용중에 있을 때, 상기 스위치(33)는 상기 부하용 패치가 단락 회로를 제공하도록 제어됨으로써, 상기 안테나(11)는 1710 내지 1785MHz의 DCX Tx 대역에서 동작한다. 따라서, 상기 2개의 안테나들(11,50)의 상당한 주파수 분리가 획득된다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 여기서 알 수 있는 점은 상기 스위치(33)의 삽입 손실이 상기 안테나의 성능에 부정적인 영향을 준다는 것이다. 그러나, 상기 부하용 패치(27)가 단지 상기 안테나(11)의 고주파 대역(1700 내지 2000㎒) 상에만 상당한 영향을 주도록 상기 부하용 패치(27)가 위치해 있기 때문에, 상기 스위치는 그러한 주파수에서만 부정적인 영향을 준다. 상기 스위치(33)는 900㎒ GSM 주파수와 같은 다른 동작 주파수에서 어떠한 실질적인 손실도 제공하지 않으며, 그래서 이러한 대역에서의 방사선은 상기 스위치의 존재로 손상을 받지 않는다.

상기 스위치(33)가 (도시되지 않은) 증폭기 및 상기 안테나 패치(22) 간에 연결되어 있지 않기 때문에 잠재적인 형식 검정 문제들이 회피되는 또 다른 이점이 있다.

상기 부하용 패치(27)에 의해 제공되는 임피던스가 상기 스트립 라인들(35,37,40)의 길이들에 의존하기 때문에, 상기 공진 주파수의 조정은 안테나 설계의 사후 단계에서 이루어질 수 있다. 특히, 상기 안테나에 대한 대량 생산 도구들은 동작 주파수의 최종 튜닝을 위해 수정되어야 할 필요가 없지만, 그 대신에, 상기 인쇄 배선 기판(10) 상에서 상기 스트립 라인들의 길이를 변경시킴으로써 조정이 수행될 수 있다. 더욱이, 상기 설계는 상기 인쇄 배선 기판(10)의 배면의 최소 면적이 도 2의 구성 부품들을 구현하는 데 필요할 만큼 최적화될 수 있다. 특히, 상기 스위치(33)의 적합한 배치는 0㎜의 길이를 갖는 상기 스트립 라인들의 최단 길이를 초래시킬 수 있다. 이와 같이 상기 기판(10) 상에서 자체적으로 공간을 절약하게 해 줌과 아울러, 상기 스위치(33)는 나머지 스트립 라인들이 최소한의 가능한 길이를 취할 수 있게 해 준다.

여기서 알 수 있는 점은 상기 안테나 소자(22)가 듀얼 밴드(dual band) PIFA(planar inverted-F Antenna; 평면 역 F형 안테나)를 구성한다는 점이다. 상기 부하용 패치(27)의 배치는 중요한 데, 그 이유는 상기 부하용 패치(27)가 상기 안테나 소자(22)의 어느 주파수 대역들에 영향을 주는 지를 상기 부하용 패치(27)가 결정하기 때문이다. 상기 부하용 패치(27)가 첨부도면들에 도시되어 있는 바와 같이 위치해 있는 경우, 단지 고주파 대역들만이 상기 부하용 패치(27)의 임피던스에 의해 영향을 받는다. 저주파 대역에서의 동작 주파수의 제어는 적합한 위치에 부하용 패치를 포함함으로써, 그리고 제어가능한 스위치 및 제어가능한 스위치와의 스트립 라인 배열을 포함함으로써 이루어질 수 있다.

부가적인 실시예(도시되지 않음)에서는, 상기 부하용 패치(27)가 제5 면(17) 상에 포함되는데, 이 경우 상기 부하용 패치(27)는 상기 안테나 장치의 저주파 대역에 영향을 준다. 이러한 실시예의 부하 패치는 2-드로우 스위치를 통해 2개의 스트립 라인들 중 하나의 스트립 라인에 접속된다. 상기 스트립 라인들 중 하나의 스트립 라인은 대략 850㎒의 주파수에서 단락 회로를 제공하여, 850㎒에서 상기 안테나가 동작되게 한다. 나머지 스트립 라인은 개방 회로를 제공하여, 상기 안테나가 900㎒에서 동작되게 한다. 따라서, 상기 안테나 장치는 2개의 서로다른 1㎓ 미만 주파수에서 동작가능하다.

도 8에는 변형 실시예가 예시되어 있다. 여기서, 참조 번호들은 동일 요소들에 대해 도 2로부터 유지된다. 여기서는, 그러하지만, 제1 스트립 라인(35)(제일 긴 스트립 라인)이 접지 플레인(G)에의 접속에 의해 종단된다. 상기 스트립 라인(35)의 길이는 5㎜이며 도 2 실시예의 경우보다 20㎜ 짧다. 상기 스트립 라인(35)이 상기 스위치에 의해 상기 부하용 패치에 접속될 경우 동일한 임피던스가 제공되는 데, 그 이유는 상기 접지 플레인(G)에 대한 단락에 기인하여 신호들의 위상이 90도 편이되기 때문이다. 이러한 기법은 스트립 라인들의 길이가 안테나 설계에 불편한 경우 스트립 라인들을 짧게 하는데 사용될 수 있다.

상기 인쇄 배선 기판의 표면 상에 형성된 스트립 라인들 대신에, 본 발명은 마이크로스트립 라인들(도시되지 않음)을 사용하여 구현될 수 있다. 이 경우에, 상기 마이크로스트립 라인들은 상기 인쇄 배선 기판(10)에 내장된다.

Claims

안테나 장치에 있어서, 상기 안테나 장치는 하나 이상의 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 하나를 안테나 소자에 연결하도록 구성되는 다중 드로우 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 안테나 장치는 상기 안테나 소자에 용량 결합되는 부하용 소자를 포함하며, 상기 스위치는 상기 부하용 소자에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
안테나 장치에 있어서, 상기 안테나 장치는 안테나 소자에 용량 결합되는 부하용 소자, 및 상기 부하용 소자에 하나 이상의 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 하나를 접속하도록 구성되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제3항에 있어서, 상기 스위치는 다중 드로우 스위치인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하용 소자는 패치인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 소자는 패치인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치는 적어도 2개 이상의 스트립 또는 마이크로 스트립 라인들에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치의 한 드로우는 실질적으로 제로(0) 길이의 스트립 또는 마이크로스트립 라인에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 하나는, 상기 스위치를 통해 상기 안테나 소자에 연결될 경우, 상기 안테나 장치의 동작 주파수에서 실질적으로 개방 회로를 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 하나는, 상기 스위치를 통해 상기 안테나 소자에 연결될 경우, 상기 안테나 장치의 동작 주파수에서 실질적으로 단락 회로를 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 하나는, 상기 스위치를 통해 상기 안테나 소자에 연결될 경우, 상기 안테나 장치의 동작 주파수에서 단락 회로 및 개방 회로 간의 임피던스를 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 적어도 하나가 상기 스위치와 대면하고 있는 단부에서 접지에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립 또는 마이크로스트립 라인들 중 적어도 하나는 상기 스위치와 대면하고 있는 단부에서 접지와 분리되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
무선전화에 있어서, 상기 무선전화는 청구항 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 안테나 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전화.