KR20060035588A - 방사 슬릿 안테나 시스템 - Google Patents

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필립 미나르드
알리 루지르
버나드 데니스
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톰슨 라이센싱
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Abstract

본 발명은 제1 유형의 안테나(10)와, 제2 유형의 제2 및 제3 안테나(11, 12)를 포함하는 안테나 시스템에 대한 것이다. 제1 내지 제3 안테나(10-12)는, 종방향의 방사에 의해 여기되며 동일 기판의 동일 에지 상에 배치되는 슬롯이다. 제1 안테나(10)는 제2 안테나(11)와 제3 안테나(12) 사이에 배치된다. 본 시스템은 특히 PCMCIA 카드에 통합하기에 적당하다.

Description

방사 슬릿 안테나 시스템{RADIATING SLIT ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 안테나 시스템에 대한 것이며, 더욱 상세하게는 종방향의 방사상 배열(longitudinal radiation)을 구비하는 안테나에 대한 것이다.
5 GHz에서 작동하는 IEEE802.11a 또는 하이퍼랜2(Hiperlan2) 표준 무선 네트워크의 프레임워크 내에서, 랩톱 컴퓨터를 연결하는 것이 예견된다. PCMCIA 포트를 사용하는 것은 소형 인터페이스를 제공하는 이점이 있다. PCMCIA 인터페이스에서, 정확히 방사할 수 있는 것을 방해하지 않도록 안테나를 카드의 말단에 배치하는 것이 바람직하다.
PCMCIA 카드 포맷은 이러한 카드의 말단에 위치된 안테나에 대해 제약을 야기할 것이다. 도 1은 PCMCIA 카드를 도시하는데, 이 카드의 너비(Lw)는 54 mm이며 드라이브로 삽입되는 길이(Li)는 83.3 mm 정도이다. 랩톱 컴퓨터의 소형 특성을 유지하기 위해, 드라이브로부터 튀어 나오는 안테나 부분은 가능한 한 소형이어야 한다. 따라서, 이러한 인터페이스의 안테나에 대한 한 가지 제약은 PCMCIA 카드의 너비(LW)를 초과하지 않는 너비와, 가능한 한 짧은 길이(Le)를 가져야 한다는 것이다. 더욱이, 카드 유닛의 두께(E)는 무선 확장(wireless extension)을 위해 5 mm인, 표 준화된 두께에 대응하는 것이 바람직하다.
안테나 시스템이 수신시에 2 정도의 안테나 다이버서티(a antennas diversity)를 나타내야 하며 송신과 수신에 대해 분리된 액세스를 특징으로 함에 따라, 안테나 시스템의 소형화 제약은 비교적 높다. 안테나는 가장 넓은 가능한 주파수 대역에서 작동해야 한다. 안테나는 대개, PCMCIA 드라이브를 포함하는 컴퓨터와의 상호 작용을 줄이기 위해 카드로부터 멀리 방사해야 한다.
지금까지, 이들 제약을 충족시키는 안테나 시스템에 대한 해결책이 없다.
본 발명은 송신 안테나 및 수신 안테나가 번갈아 나타나는 종방향의 방사 안테나 시스템을 제안한다.
본 발명은 제1 형의 안테나와, 제2 형의 제2 및 제3 안테나를 포함하는 안테나 시스템이다. 제1 내지 제3 안테나는, 종방향의 방사에 의해 여기되며 동일한 기판의 동일한 에지에 배치되는 슬롯이다. 제1 안테나는 제2 안테나와 제3 안테나 사이에 배치된다.
바람직하게는, 제1 안테나는 송신 안테나이고 제2 및 제3 안테나는 수신 안테나이다. 제1 안테나는 제2 및 제3 안테나에 대해 따라서 제1 안테나의 방사 말단이 제2 및 제3 안테나의 방사 말단을 넘어서 확장하도록 오프셋되고, 제1 안테나의 방사 말단은 제2 및 제3 안테나의 방사 구역에 위치된다.
어떠한 손실도 야기하지 않고 제2 및 제3 안테나에 대한 공통 액세스권을 획득하기 위해, 제2 및 제3 안테나의 피드 라인(feed lines)은 단일 마이크로스트립 라인을 구성한다. 제2 및 제3 안테나의 슬롯의 피드 라인을 구성하는 마이크로스트립 라인은 제1 안테나의 슬롯을 교차한다. 교차점은 마이크로스트립 라인 내의 가이드된 파장(guided wavelength)의 반의 배수와 동일하거나 그 정도인 라인의 하나의 말단으로부터의 거리에서 마이크로스트립 라인 상에 위치된다. 이 교차점은 슬롯 내의 가이드된 파장의 반의 배수와 동일하거나 그 정도인 슬롯의 닫힌 말단으로부터의 거리에서 슬롯 상에 위치된다. 방사 말단의 반대편에 위치되는 제2 및 제3 안테나의 슬롯의 말단은 이 말단이 유도되는 접지면 내의 브레이크(break) 상에 전개되며, 이 말단에서 개방 회로를 형성한다. 이 접지면 내의 브레이크는 다이오드를 사용함으로써 단락될 수 있다.
본 발명은 또한 안테나 시스템을 포함하는 PCMCIA 표준 카드이다.
첨부 도면을 참조해서 이루어지는, 아래의 설명을 읽는 것으로부터, 본 발명은 더욱 잘 이해될 것이며, 다른 특정 특징 및 이점이 나타날 것이다.
도 1은 PCMCIA 표준 카드를 도시하는 도면.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 PCMCIA 카드에 대한 안테나 시스템의 상이한 실시예를 도시하는 도면.
아래의 설명에서 그리고 도면에서, 동일한 요소에 대해 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 2는 PCMCIA 카드의 말단에 배치되는 슬롯 안테나 시스템의 제1 실시예를 도시한다. 설명을 단순화시키기 위해, 단지 PCMCIA 카드의 안테나 부분만이 설명될 것이다. 상기 안테나에 연결된 송수신 전자 디바이스는 예컨대, IEEE802.11a 표준에 따라 또는 하이퍼랜2 표준에 따라 작동하는 시스템으로서, 수신시에 2 차수의 안테나 다이버서티를 구비하는 분리된 송신 및 수신 액세스를 사용한다. 고려되는 표준을 위해 사용되는 주파수 범위는 아래의 표에 나열된다:
표 A
기술 애플리케이션 주파수 대역(GHz)
유럽 BRAN/ 하이퍼랜2 국내(domestic) 네트워크 (5,15-5,35)(5,47-5,725)
US-IEEE 802.11a 국내 네트워크 (5,15-5,35)(5,725-5,825)
제 1 안테나(10)는 송신을 위해 사용되고 제2 및 제3 안테나(11 및 12)는 수신을 위해 사용된다. 제1 내지 제3 안테나(10 내지 12)는 접지면(13)에 에칭된, 종방향의 방사 슬롯형 안테나 예컨대, 비발디형 안테나이다. 슬롯(10 내지 12)은 PCMCIA 카드의 외측 너비에 대응하는 기판의 외측 에지에 수직이다. 상이한 안테나 다이버서티를 얻기 위한, 하나의 변형예는 슬롯(10 내지 12)이 기판의 이러한 외측 에지에 수직일 필요가 없는 한편, 슬롯의 개구부를 이러한 동일한 에지 상에 유지하는 것이다.
슬롯의 크기는 공지 기술에 따른 필요한 주파수 대역에 대응하도록 결정된다. 예컨대, 슬롯은 테이퍼되지 않은 부분(non-tapered part)에서 400μm 너비(wide)이다. 각 슬롯(10 내지 12)은 접지면(13)의 에지에 배치되는 테이퍼된 개구부와 접지면(13) 내에 배치된 단락 종단(a short-circuit end)을 포함한다. 테이퍼된 개구부는 미국 특허 6,246,377에 나타난 바와 같은 크기를 나타낸다. 예컨대, 테이퍼된 개구부는 12mm인 길이(Lo)와 8mm인 너비(Wo)를 구비한다. 제2 슬롯(11)의 방사 개구부와 제3 개구부(12)의 방사 개구부의 간격은, 수신 안테나의 다이버서티가 획득될 수 있을 정도이다; 방사 개구부는 송신 주파수 대역의 평균 파장의 반 보다 큰 간격으로 분리된다. 제1 종방향의 방사 슬롯(10)은, 제1 슬롯(10)의 방사 말단이 제2 및 제3 슬롯(11 및 12)의 방사 말단을 넘어서 확장하도록 제2 및 제3 종방향의 방사 슬롯(11 및 12)에 대해 오프셋된다. 제1 슬롯(10)의 방사 말단은 제2 및 제3 슬롯(11 및 12)의 방사 구역 내에 위치된다. 접지면(13)의 비금속부(demetallization)를 형성하는 노치(40)는 제1 슬롯(10)과 제2 슬롯(11) 사이에 배치될 뿐만 아니라 제1 슬롯(10)과 제3 슬롯(12) 사이에도 배치된다. 슬롯과 노치의 이러한 배열은 우수한 절연이 획득되는 것을 가능하게 한다. 제1 종방향의 방사 슬롯(10)은 제2 및 제3 종방향의 방사 슬롯(11 및 12)에 대해 오프셋될 필요가 없다. 이는 안테나 시스템의 동작에서 아무 것도 변화시키지 않는다.
제1 마이크로스트립 라인(14)은 크노르형 천이부(Knorr type transition)(15)에 의해 제1 슬롯(10)에 연결된다. 천이부(15)는 마이크로스트립 라인 내의 가이드된 파장(λm)의 1/4의 홀수배이거나 그 정도인 마이크로스트립 라인의 종단으로부터의 거리와, 슬롯 내의 가이드된 파장(λf)의 1/4의 홀수배이거나 그 정도인 슬롯의 종단으로부터의 거리에 위치된다. 제2 및 제 3 마이크로스트립 라인(16 및 17)은 각각 크노르형 천이부(18 및 19)에 의해 제2 및 제3 슬롯(11 및 12)에 연결된다. 천이부(18 및 19)는 마이크로스트립 라인 내의 가이드된 파장(λm) 의 1/4의 홀수배이거나 그 정도인 마이크로스트립 라인(16 및 17)의 종단으로부터의 거리와, 슬롯 내의 가이드된 파장(λf)의 1/4의 홀수배이거나 그 정도인 슬롯(11 및 12)의 종단으로부터의 거리에 위치된다. 마이크로스트립 라인은 표 A에 나열된 주파수 대역 내의 신호가 통과하는 것을 가능하게 하기 위해 표준 기술에 따른 크기를 나타낸다. 예컨대, 마이크로스트립 라인(14, 16 및 17)은 520μm 너비이다. 마이크로스트립 라인은 안테나 피더 라인으로도 또한 알려진, 안테나-슬롯의 액세스를 구성한다.
PCMCIA 카드의 크기를 최소화하기 위해, 단지 방사 부분만이 카드 드라이브의 외부에 놓이는 카드 부분에 위치될 수 있다. 그러나, 테이퍼된 개구부는 안테나 방사에서 임의의 교란을 방지하기 위해 카드 드라이버로부터 약간 떨어져 있어야 한다. 천이부와 방사 구역 사이의 슬롯 길이는 요구되는 것이 무엇인지에 따라 설정되어야 하며, 이 길이가 0(널)일 수 있다는 것을 알고 있다.
위에서 설명된 시스템은 요구되는 표준에 적합한 안테나를 나타내기 위한 양호한 해결책이다. 이 시스템은 다이버서티를 획득하기 위해 두 가지 수신 액세스권이 있다. 그럼에도 불구하고, 수신 요소(증폭기, 필터, 치환 수단(transposition means))의 임의의 중복을 방지하도록 단일 수신 액세스권을 갖는 것이 바람직하다. 이 목적으로, 도 3은 공통 마이크로스트립 라인(21) 상에서 제2 및 제3 마이크로스트립 라인(16 및 17)을 스위칭하기 위해 스위치(20)를 사용하는 변형예를 제안한다. 스위치(20)는 도시되지 않은 제어 수단을 포함하며 더욱 상세히 설명되지 않을 공지의 유형의 마이크로웨이브 스위치이다.
제1 마이크로스트립 라인(14)은 제2 마이크로스트립 라인(16)과 교차하도록 두 개의 마이크로스트립 라인(14 및 14b)으로 분리된다. 두 개의 마이크로스트립 라인(14 및 14b) 사이의 링크는 두 개의 천이부(23 및 24)에 의해 연결되는 동일평면상의 라인(22)에 의해 이루어진다.
스위치(20)의 사용은 보상되어야 하는 신호의 감쇠를 야기한다. 이러한 보상을 회피하기 위해, 도 4는 제2 및 제3 마이크로스트립 라인이 공통 마이크로스트립 라인(21)에 의해 직접 연결되는 다른 변형예를 도시한다. 제2 및 제3 안테나(11 및 12)의 스위칭은 한편으로는, 제2 및 제3 마이크로스트립 라인(16 및 17)의 종단에 각각 연결된 두 개의 다이오드(25 및 26)에 의해 수행되며, 다른 한편으로는, 접지면(13)에 의해 수행된다. 다이오드(25 및 26)는, 제2 및 제3 마이크로스트립 라인(16 및 17)이 양 또는 음 전압 중 하나로 극성을 띌 때 하나는 도통 상태이고 나머지는 비-도통 상태가 되도록 연결된다. 다이오드(25 또는 26)가 비-도통 상태일 때, 다이오드는 자신과 관련이 있으며 따라서 마이크로스트립 라인과 관련 슬롯의 연결을 보장하는, 마이크로스트립 라인(16 또는 17)의 종단을 개로시킨다. 다이오드(25 또는 26)가 도통 상태일 때, 다이오드는 높은 주파수에 대해 자신과 관련있는 마이크로스트립 라인(16 또는 17)을 접지면으로 단락시키며 라인과 관련 슬롯 사이에 더 이상 연결은 존재하지 않는다. 수신 안테나는 단지 공통 마이크로스트립 라인(21)의 단순한 극성에 의해 선택된다.
그러나, 도 3 및 도 4의 실시예는 모두 마이크로스트립 라인(14 및 14b)과 동일평면상의 라인(22) 사이에서 천이부(23 및 24)를 사용한다. 이들 두 개의 천이부(23 및 24)는 또한 신호 감쇠를 생성한다. 천이부(23 및 24)와 관련된 감쇠를 제거하는 한편, 스위치(20)와 간련된 감쇠도 또한 소거하는 한편, 양 수신 안테나를 위한 신호 액세스를 사용하기 위해 도 5인 변형예가 제안된다.
여기서, 제2 및 제3 슬롯(11 및 12)으로의 액세스는 제1 내지 제3 슬롯(10, 11 및 12) 각각을 제1 내지 제3 교차부(31, 32 및 33)와 교차시키는 공통 마이크로스트립 라인(30)을 사용해서 실현된다. 두 개의 인접 교차부는 라인 내의 가이드된 파장(λm)의 1/4의 홀수배 만큼 서로로부터 분리된다. 공통 라인(30)의 말단에 가장 가까운 교차부(32)는 또한 라인 내의 가이드된 파장(λm)의 1/4의 홀수배이거나 그 정도인 말단으로부터의 거리에 위치된다. 제1 슬롯(10)의 종단과 제1 교차부(31) 사이의 거리는 슬롯 내의 가이드된 파장(λf)의 반의 배수이거나 그 정도이다.
한편으로는 제1 슬롯(10)의 종단과 제1 교차부(31) 사이이며, 다른 한편으로는 공통 마이크로스트립 라인(30)의 말단과 제1 교차부(31) 사이의 거리가 여전히 라인 또는 슬롯 내의 가이드된 파장(λm 또는 λf)의 반의 배수임에 따라, 제1 슬롯(10)과 공통 마이크로스트립 라인(30) 사이에는 어떠한 연결도 존재할 수 없다.
방사 구역 반대편에 위치되는 제2 및 제3 슬롯(11 및 12) 각각의 말단은 각각 접지면(13)에 실현되는 공동부(34 및 35)에 면한다. 각각의 공동부(34 또는 35)는 이 말단에서 슬롯에 대해 개로에 해당한다. 이 공동부는 특히, 예컨대, 면적(10mm×10mm)인 정사각형, 직사각형, 다각형, 원형 또는 심지어 방사 스터브(a radial stub)와 비슷할 수도 있다. 공동부(34 및 35)의 에지에 위치되는 제2 및 제3 슬롯(11 및 12)의 말단과 제2 및 제3 교차부(32 및 33) 각각 간의 거리는 슬롯 내의 가이드된 파장(λf)의 1/4의 홀수배이거나 그 정도이다.
접지면(13)은 공동부(34 및 35)에 각각 전개하는 브레이크 라인(36 및 37)에 의해 세 부분(13a, 13b 및 13c)으로 분리된다. 브레이크 라인은 예컨대, 직류에 대해서는 개로처럼 그리고 송신을 위해 사용되는 주파수 대역에 대해서는 단락처럼 동작하는 접지면(13)의 약 150μm의 너비의 매우 미세한 노치(fine notches)이다. 두 개의 다이오드(38 및 39)는 제2 및 제3 슬롯(11 및 12) 사이의 리미트(limit)와 공동부(34 및 35) 각각 사이에 위치된다.
접지면(13)의 외곽 부분(13b 및 13c)은 전기 접지에 즉, 음 또는 양 중 하나일 수 있는 DC 전압에 전기적으로 연결되어 있다. 제1 경우에, 중심 부분(13a)은 음 또는 양 중 하나인 DC 전압에 링크된다. 제2 경우에는, 전기 접지에 연결된다. 다이오드(38 및 39)는 접지면(13)의 중심 부분(13a)과 외곽 부분(13b 및 13c) 각각 사이에서 연결되며 다이오드 중 하나가 도통 상태일 때 나머지는 비-도통 상태가 되도록 순응된다. 따라서, 접지면(13)의 중심 부분(13a)의 전압과 무관하게, 도통 상태 다이오드와 비-도통 상태 다이오드가 항상 존재한다.
다이오드(38 또는 39) 가 비-도통 상태일 때, 자신과 관련있는 슬롯(11 또는 12)의 말단에서 단락을 생성한다. 따라서, 슬롯(11 또는 12)과 공통 라인(30) 사이에는 연결이 존재한다. 다이오드(38 또는 39)가 비-도통 상태일 때, 단락면은 교차 부(32 또는 33)의 레벨로 되며 슬롯(11 또는 12)과 공통 라인(30) 사이에는 어떠한 연결도 생성되지 않는다. 접지면(13)의 중심 부분(13a), 또는 접지면(13)의 외곽 부분(13b 및 13c) 중 하나가 간단한 극성(a simple polarization)에 의해 선택된다.
다른 변형예가 가능하다. 비발디 안테나는 (프린트 다이폴 형(printed dipole type), 테이퍼된 슬롯 안테나 등의) 라인/슬롯 천이부에 의해 피드되는 임의의 다른 유형의 안테나, 또는 간단한 슬롯을 사용하는 도 6에 도시된 바와 같은 안테나 시스템에 의해 대체될 수 있다.
또한, 위에서 설명된 실시예는 수신 안테나 다이버서티를 보여준다. 송신 안테나 다이버서티를 획득하는 것이 완전히 인식가능하다. 이 경우에, 수신 안테나는 송신 안테나 사이에 배치될 것이다.
본 발명은 안테나 시스템에 이용 가능하며, 더욱 상세하게는 종방향의 방사상 배열(longitudinal radiation)을 구비하는 안테나에 이용 가능하다.

Claims (9)

  1. - 제1 유형의 제1 안테나(10), 및
    - 제2 유형의 제2 및 제3 안테나(11, 12)
    를 포함하는 안테나 시스템에 있어서,
    제1 내지 제3 안테나(10 내지 12)는, 종방향의 방사에 의해 여기되며 동일한 기판의 동일한 에지 상에 배치되는 슬롯이며, 제1 안테나(10)는 제2 안테나(11)와 제3 안테나(12) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    제1 안테나(10)는 송신 안테나이고 제2 및 제3 안테나(11, 12)는 수신 안테나이며, 제1 안테나(10)는, 제1 안테나(10)의 방사 말단이 제2 및 제3 안테나(11, 12)의 방사 말단을 넘어서 확장하고, 제1 안테나(10)의 방사 말단이 제2 및 제3 안테나(11, 12)의 방사 구역에 위치되도록, 제2 및 제3 안테나(11, 12)에 대해 오프셋되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    기판의 접지면(13) 내의 노치(40)는 제1 안테나(10)와 제2 안테나(11) 사이에 배치될 뿐만 아니라 제1 안테나(10)와 제3 안테나(12) 사이에도 배치되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    슬롯(10 내지 12)은 마이크로스트립 라인(14, 16, 17, 30)으로 구성되는 피드 라인에 의해 여기되는, 안테나 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    제2 및 제3 안테나(11, 12)의 피드 라인은 단일 마이크로스트립 라인(30)을 구성하는, 안테나 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    제2 및 제3 안테나(11, 12)의 슬롯의 피드 라인을 구성하는 마이크로스트립 라인(30)은 제1 안테나(10)의 슬롯과 교차하고, 교차점(31)은 라인의 말단으로부터, 마이크로스트립 라인 내의 가이드된 파장(λm)의 반의 홀수배 정도인, 거리에서 마이크로스트립 라인(30) 상에 위치되며, 교차점(31)은 슬롯의 닫힌 말단으로부터, 슬롯 내의 가이드된 파장(λf)의 반의 홀수배 정도인, 거리에서 슬롯 상에 위치되는, 안테나 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    방사 말단의 반대편에 위치된 제2 및 제3 안테나(11, 12)의 슬롯의 말단은 그들이 유도되는 접지면 내의 브레이크(36, 37)로 전개하며, 접지면의 브레이크는 다이오드(38, 39)를 통해서 단락될 수 있는, 안테나 시스템.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 안테나 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, PCMCIA 표준 인터페이스 카드.
  9. 제8 항에 있어서,
    안테나 시스템은 카드 드라이브 외부에 배치되는 구역에서 카드의 종단에 배치되는 것을 특징으로 하는, PCMCIA 표준 인터페이스 카드.
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