KR20060123486A - 이동 전화 핸드셋과 ｐｄａ등에 사용되는 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 상부면 및 하부면과 적어도 하나의 접지판을 갖는 유전체 기판과, 유전체 펠릿을 구비하는 안테나 구조체로서, 유전체 펠릿이 유전체 기판의 상부면의 위로 상승되어 있어서, 유전체 펠릿이 유전체 기판이나 접지판과 직접 접촉하지 않게 되어 있으며, 유전체 펠릿에는 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체가 설치된 안테나 구조체에 관한 것이다. 방사용 안테나 부품이 추가로 제공되며 유전체 펠릿에 의해 여기되도록 배치된다. 유전체 안테나 부품을 상승 배치함으로써, 유전체 안테나 부품이 접지판이나 유전체 기판과 직접적으로 접촉하지 않게 되어, 안테나의 대역폭을 전체적으로 크게 향상시키게 된다.

Description

이동 전화 핸드셋과 ＰＤＡ등에 사용되는 안테나{ANTENNA FOR MOBILE TELEPHONE HANDSETS, PDAS AND THE LIKE}
본 발명은 다중 대역 안테나 구조를 포함하는 안테나 구조체와 이러한 안테나 구조체를 구성하기 위한 기술에 관한 것으로서, 본 발명의 안테나는 인쇄 배선 기판(PWB) 또는 인쇄 회로 기판(PCB)상에 장착되는데, 이러한 기판에서, 안테나가 장착되는 면에 대향하고 있는 면은 완전한 접지판(GP: ground plane)(즉, 금속화 층)으로 되어 있다.
안테나의 대역폭을 향상시키기 위해서는, PWB의 모든 층을 통해 또는 PCB의 양면상의 접지판의 일부를 제거하여 전기적으로 소형인 안테나를 설계하는 것이 바람직하다. 그러나, 많은 현대의 이동 전화기 핸드셋은, 접지판을 완전하게 또는 부분적으로 제거하지 않는 것이 바람직한 안테나의 반대쪽 면상에 구성부품(스피커, 핸드폰 소켓, USB 접속단자, 디스플레이 소자 등)이 많이 장착될 필요가 있다. 따라서, PCB/PWB 상에 장착하기 위한 안테나를 설계할 때, 안테나 바로 밑의 완전한 접지판을 유지하면서, 기존의 이동 전화기 핸드셋에 필요한 광대역을 갖는 안테나를 설계하는 방법을 찾는 것이 바람직하다.
유전체 안테나는, 예컨대 이동 통신에서 사용하는 것으로서, 송신 및 수신 시의 선택된 주파수로 전파를 방출하거나 수신하는 안테나 소자이다.
본 출원인은 유전체 안테나의 분야에서 광범위하게 조사를 행하였으며, 다음과 같은 용어를 본 명세서에 사용한다.
고유전체 안테나(HDA: High Dielectric Antenna) : 공진체(resonator)로서 또는 도전성 방사기(conductive radiator)의 응답을 변경하기 위하여 유전체 성분을 이용하는 안테나이다.
HDA는 다음과 같이 세분할 수 있다.
a) 유전체로 채워진 안테나(DLA: Dielectrically Loaded Antenna) : 도전성을 갖는 전형적인 방사용 소자가 케이스에 넣어진 또는 도전성의 방사용 소자의 공진 특성을 변경하는 유전체 재료에 인접하여 위치하는 안테나이다. 일반적으로 말해서, 도전성 방사 소자를 고체 절연 재료에 넣음으로써, 임의의 주어진 동작 특성들을 위해 더 짧고 더 소형인 방사 소자를 사용할 수 있게 된다. DLA에서는, 유전체 재료에서 생성된 변위 전류(displacement current)가 약간 있으며, 이것이 유전체 재료로서가 아니라, 방사기로서 작용하는 도전성 요소가 된다. DLA는 명확하게 정의되어 있으며 협대역의 주파수 응답을 갖는 것이 일반적이다.
b) 유전체 공진기 안테나(DRA: Dielectric Resonator Antenna) : 유전체 재료(일반적으로는 고체이지만, 액체도 가능하고 일부의 경우에는 가스인 경우도 가능함)가 도전성 접지판의 상단부에 제공되며, 프로브 급전(probe feed), 애퍼추어 급전(aperture feed), 또는 직접 급전(direct feed)(예컨대, 마이크로스트립 급전라인)의 방식으로 에너지가 공급되는 안테나이다. 1983년 DRA에 대한 1차의 체계 적인 연구[LONG, S.A., McALLISTER, M.W., 및 SHEN, L.C: "The Resonant Cylindrical Dielectric Cavity Antenna", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, AP-31, 1983년, 406-412페이지]에서는 안테나의 방사 패턴에 관심을 갖게 되었는데, 이들 안테나의 방사 효율이 높고 대부분 공통으로 사용하는 전송 라인과 소형의 크기에 효과적으로 부합되기 때문이었다[MONGIA, R.K. 및 BHARTIA, P: "Dielectric Resonator Antennas - A Review and General Design Relations for Resonant Frequency and Bandwidth", International Journal of Microwave and Millimetre-Wave computer-Aided Engineering, 1994년, 4(3), 230-247페이지]. 더 최근의 발전되는 사항을 몇 가지 들어보면, PETOSA, A., ITTIPIBOON, A., ANTAR, Y.M.M.,ROSCOE, D., 및 CUHACI, M.: "Recent advances in Dielectric-Resonator Antenna Technology", IEEE Antennas and Propagation Magazine, 1998년, 40, (3), 35-48페이지. DRA(유전체 공진기 안테나)는, DLA보다 더 넓은 대역폭을 갖는 경향이 있다고 하더라도, 깊고 명확하게 정의된 공진 주파수의 특징을 갖는다. 유전체 공진기와 도전성 접지판 사이에 에어 갭(air gap)을 제공함으로써 주파수 응답을 다소 넓게 할 수 있다. DRA에서, 주요 방사기로서 작용하는 것은 유전체 재료이며, 이것은 유전체 재료가 급전기에 의해 유전체에서 생성되는 중요한 변위 전류가 되기 때문이다.
c) 광대역 유전체 안테나(BDA: Broadband Dielectric Antenna) : DRA와 유사하지만, 도전성 접지판이 거의 없거나 아예 없다. BDA는 DRA에 비해 주파수 응답이 명확하게 정의되어 있지 않기 때문에, 더 넓은 범위의 주파수대에서 동작하므 로, 광대역의 응용 기기에 더 효과적이다. 또한, BDA에서, 주요 방사기로서 동작하는 것은, 급전기가 아닌 유전체 재료이다. 일반적으로 말해서, BDA에서의 유전체 재료는 매우 다양한 형태를 취할 수 있으며, DRA용으로만 제한되지는 않는다. 사실상, BDA에서 방사가 가능하면 어떠한 형태의 유전체라도 가능하기 때문에, 안테나가 그 케이스에 맞도록 설계하려고 할 때에 유용할 수 있다.
d) 유전체로서 여기되는 안테나(DEA: Dielectrically Excited Antenna) : DAR, BDA 또는 DLA가 도전성의 방사기를 여기시키는데 이용되는, 본 명세서에 개시된 응용기기에 의해 개발된 새로운 타입의 안테나이다. DEA는, 주요 방사기가 도전성 부품(예컨대, 구리 다이폴 또는 패치)이라는 점에서는 DLA와 유사하지만, 직접 연결된 급전 메커니즘이 없다는 점에서 DLA와 다르다. DEA는 자신의 급전 메커니즘을 갖는 DRA, BDA 또는 DLA에 의해 여기되는 비여진(非勵振) 도전성 안테나(parasitic conducting antenna)이다. 이러한 구조의 장점은, 2003년 6월 16일 영국 특허출원 제0313890호호에 개략적으로 설명되어 있다.
유전체 안테나의 유전체 재료는 세라믹 유전체 등의 몇 가지 후보 재료, 특히 저손실(low-loss) 세라믹 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
의심의 여지를 없애기 위하여, "전기적으로 도전성인 안테나 부품"이라는 표현은, 패치 안테나, 슬롯형 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 역 L자형 평면 안테나(PILA: planar inverted-L antenna), 역 F자형 평면 안테나(PIFA), 또는 HDA이외의 다른 안테나 부품 등의 통상적인 안테나 부품을 의미한다.
밑면의 중심에 노치를 갖는 사각의 유전 특성을 갖는 공진체 안테나에 대하 여 미국특허 US 5,952,972호에 공지되어 있다. 이 특허에서는, 슬롯이, 재료가 슬롯에 삽입되어 있는 높은 유전 특성을 갖는 박판(slab)과 함께 대역폭을 향상시킨다고 명확하게 개시하고 있다. 그러나, 이러한 장치는 각각의 단부에 "다리부"(leg)에 의해 상승되어 있는 사각의 유전체 펠릿(pellet)과 다르게 보일 수 있다. 이러한 펠릿은, PCB의 상부면 상의 접지판에 위치하고 있으며, 접지판 표면 내의 슬롯에 의해 급전되고 있다고 이해하는 것이 중요하다. 펠릿까지 연결된 급전부는 없으며, 펠릿은 그 표면들 중 임의의 표면이 금속으로 되어 있다고 개시하고 있지 않다. 따라서, 미국특허 US 5,952,972호에 개시된 안테나는,
1. DRA이며 BDA가 아니다.
2. 접지판의 상승된 펠릿이 없다.
3. 상승된 급전 구조를 구비하고 있지 않다.
4. 비여진 DEA 부품을 구비하고 있지 않다.
5. 현대의 무선 전화 핸드셋에 포함시키는 것을 고려하고 있지 않다.
IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 43, No. 8, 1995년 8월, 889-892페이지에는, Shum & Luk의 "Stacked annular ring dielectric resonator antenna excited by axi-symmetric coaxial probe"로부터, 접지판 위로 상승되어 있으며 접지판 내의 홀(hole)을 통해 유전체 소자의 중심 홀로 연장되어 있는 동축 프로브(coaxial probe)에 의해 여기되는 환형의 링 유전체 소자를 구비하는 DRA가 개시되어 있다. 대역폭에 대한 개선 사항은, 주요 유전체 소자의 위에 보조의 다른 비여진 환형 링 유전체 소자를 제공함으로써 얻고 있다.
본 발명의 특징에 의하면, 상부면 및 하부면과 적어도 하나의 접지판을 갖는 유전체 기판과, 유전체 펠릿을 구비하는 안테나 구조체로서, 유전체 펠릿이 유전체 기판의 상부면의 위로 상승되어 있어서, 유전체 펠릿이 유전체 기판이나 접지판과 직접 접촉하지 않도록 되어 있으며, 유전체 펠릿에는 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체가 설치되고, 안테나 구조체는 유전체 기판의 상부면의 위로 상승되어 있으며, 유전체 펠릿의 하나의 면과 마주보는 면을 갖는 방사용의 안테나 부품을 포함하는 안테나 구조체가 제공된다.
유전체 펠릿(dielectric pellet)이라는 용어는, 유전체 재료, 바람직하게는 유전체 세라믹 재료 또는 그외 저손실의 유전체 재료의, 적절한 형태를 갖는 소자를 의미한다.
전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 유전체 기판의 상부면으로부터 연장되어 유전체 펠릿과 직접 접촉한다. 바람직한 실시예에서, 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 유전체 펠릿을 물리적으로 지지한다. 그러나, 일부 실시예에서, 급전 구조체는 유전체 펠릿과 에너지를 전달하는 기능만을 수행하고, 유전체 펠릿은, 몇 가지 다른 수단, 예컨대 유전체 기판의 상부면의 위에 배치된 추가의 기판에 매달려 있거나 이에 부착됨으로써, 물리적으로 지지되거나 상승되어 있다.
전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는, 도전용 다리부, 스프링이 내장된 핀("Pogopin"), 금속 스트립, 금속 리본(유전체 펠릿을 지지할 수 있을 정도로 충분히 딱딱한 것이 바람직하다) 또는 그외 다른 적절한 구조로 이루어지며, 유전체 기판이 기울어져 있다고 하더라도, 유전체 기판의 상부면에 거의 직각으로 연장되어 있다. 유전체 펠릿이 유전체 기판의 상부면의 위로 상승되어 있으면, 유전체 펠릿에 급전하기 위해, 통상의 인쇄 마이크로스트립 급전 구조체, 코플래너 급전 구조체 또는 그외 다른 타입의 인쇄된 전송 라인을 이용하는 것이 어렵게 된다는 것을 알 수 있다.
전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 유전체 펠릿의 밑면(즉, 유전체 기판의 상부면과 마주보는 측벽이나 표면)과 접촉할 수 있거나, 유전체 펠릿의 다른 측벽이나 표면과 접촉할 수도 있다. 유전체 펠릿의, 도전성 급전 구조체에 의해 접촉되는 측벽 또는 표면은 금속화되어 있을 수 있다. 유전체 펠릿의 하나 이상의 측벽이나 표면이 금속화되어 있을 수 있다.
유전체 펠릿의 밑면이 도전성 급전 구조체 의해 접촉되면, 도전성 급전 구조체가 유전체 기판의 상부면으로부터 연장되는, 스프링이 장착된 핀의 형태인 것이 특히 바람직하다.
유전체 펠릿은, 하나 이상의 면상에, 예컨대 여러 개의 면에 도전성 급전 구조체에 의해 접촉될 수 있다. 일실시예에서, 유전체 펠릿은 전기적 도전성을 갖는 케이스 내에 포함되며, 이러한 케이스는 도전성 급전 구조체에 의해 채워진다.
도전성 급전 구조체와 유전체 펠릿 사이의 전기적 접속은 납땜이나 기계적 압력에 의해 이루어진다.
유전체 펠릿은 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유전체 펠릿은 직사각형이나 평행 파이프형이며, 하나 이상의 모서리를 깍은 면을 포함할 수 있다.
안테나 구조체가 이동 전화기, PDA(personal digital assistant) 또는 랩탑 컴퓨터 케이스 내에 내장될 수 있는 실시예에서, 유전체 펠릿은 그 상부면 및/또는 측면(이에 한정되지 않는다)이 케이스와 같은 모양을 이루는 형태를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 케이스 내에서 이용 가능한 공간을 작게 하여 최적으로 이용할 수 있게 된다. 이들 실시예에서, 유전체 펠릿은, 케이스에 포함시키거나 그외 다른 낮은 유전율을 갖는 안테나 지지 구조체 의해 위로부터 물리적으로 지지될 수 있다. "낮은 유전율"(low permittivity)이라는 것은, 유전체 펠릿을 이루는 유전체 재료보다 크게 낮은 유전율 또는 유전 상수(dielectric constant), 예를 들면 유전체 펠릿 재료의 유전율보다 10% 이하인 유전율을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조체는 이동 전화 핸드셋과 PDA에 사용하는 것에만 제한되는 것이 아니며 더 범용적인 응용기기에 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이들 안테나 구조체의 유용한 용도를 발견할 수 있는 특정의 분야 중 하나는, 랩탑 컴퓨터나 액세스 포인트에 이용되는, 완전한 접지판이 필요한 광대역폭의 WLAN 안테나로서의 이용이다.
접지판은 유전체 기판의 상부면이나 하부면 또는 양면에 위치할 수 있으며, 유전체 기판으로 이루어지는 둘 이상의 층 사이에 하나 이상의 접지판이 각각 삽입되거나 끼워 넣어질 수 있다. 일부 실시예에서, 접지판은 유전체 펠릿의 아래에 위치하는, 유전체 기판의 적어도 일부를 가로질러 연장하며, 몇몇 실시예에서는, 유전체 기판의 전체 영역을 실질적으로 가로질러 연장한다. 다른 실시예에서, 접지판은 유전체 펠릿의 아래에 위치하는, 유전체 기판의 영역에 설치하지 않을 수 있다. 이처럼 접지판을 설치하지 않으면(제거하면), 안테나의 대역폭을 전체적으로 더 확장시킬 수 있다.
유전체 펠릿은 유전체 기판의 상부면 위로 상승되어 있어서 상부면과 직접 접촉되지 않기 때문에, 유전체 기판의 상부면과 유전체 펠릿 사이에 갭이 형성된다는 것을 알 수 있다. 간단한 실시예에서, 이러한 갭은 에어 갭이다. 그러나, 이러한 갭은 공기 외의 하나 이상의 다른 유전체 재료로 채워질 수 있다. 예컨대, 유전체 펠릿의 재료에 비해 유전 상수가 낮은, 바람직하게는 크게 낮은 유전체 재료로 만든 스페이서 등으로 채워질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 스페이서 등은 유전체 펠릿 자체의 유전 상수보다 10% 이하인 유전 상수를 갖는 유전체 재료로 이루어진다. 에어 갭이나 유전체 스페이서를 제공함으로써, 입력되는 전파/마이크로파 신호에 의해 또는 도전성 급전 구조체에 의해 에너지가 유전체 펠릿에 공급될 때, 안테나 구조체의 대역폭을 전체적으로 향상시키는데 도움이 될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 안테나 구조체는 하나 이상의 상승된 유전체 펠릿을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서 단일의 상승된 유전체 펠릿은 둘 이상의 방사용 안테나 부품, 예컨대 둘 이상의 PILA, DLA 또는 그외 다른 안테나에 대한 급전을 행하거나 여기시키는데 이용될 수 있다. 방사용 안테나 부품(예컨대, PIFA) 중 하나는 독립적인 급전 구조체에 의해 구동될 수 있으며, 유전체 펠릿은 방사용 안테나 부품을 바람직한 방식으로 설치하는데 도움이 준다. 단일의 상승된 유전체 펠릿에 의해 둘 이상의 방사용 안테나 부품을 제공함으로써, 여분의 공진이 만들어질 수 있으며, 예컨대 GPS 수신용으로 이용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상승된 유전체 펠릿이 중요한 방사용 부품이 아니라(예컨대, 유전체 안테나), 접촉되는 방사용 안테나 부품에 대한 정합용 부품(matching component)으로서의 기능이 주요 기능이라는 것을 알 수 있다. 이에 의하면, 유전체 펠릿은 신중한 선택과 위치 설정에 의해 바람직한 방사용 안테나 부품에 대한 임피던스 정합을 양호하게 할 수 있다.
유전체 펠릿과 도전성 급전 구조체를 함께 제공함으로써, 용량성 급전에 심각한 문제를 일으키는 큰 인덕턴스 없이, 방사용 안테나 부품에 대한 급전이 가능하게 된다. 어떤 점에서, 유전체 펠릿은 "유전체 용량성분"으로 기능하는 것으로 고려될 수 있다.
방사용 안테나 부품은, 패치 안테나, 슬롯 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 역 L자형 평면 안테나 및 역 F자형 평면 안테나가 될 수 있다.
이와 다르게, 방사용 안테나 부품은, 예컨대 유전체 재료의 블록 또는 펠릿 위로 연장하거나 그 위에 형성된 PILA의 형태로 된 DLA로서 구성될 수 있다.
유전체 펠릿은 방사용 안테나 성분과 물리적으로 접촉할 수 있으며, 아니면, 유전체 펠릿과 방사용 안테나 부품 사이에 작은 에어 갭이나 다른 유전체 스페이서가 제공될 수 있다.
방사용 안테나 부품은, 유전체 펠릿의 위로 단지 한 번만 지나가거나 유전체 펠릿에 인접하거나 접촉할 수 있으며, 아니면, 유전체 펠릿에 의해 여기되는 둘 이상의 위치를 제공하도록 이중으로 접힌 구성을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 임의의 주어진 길이를 갖는 방사용 안테나 부품을 포함하는데 필요한 공간을 절약할 수 있다.
다른 실시예에서, 방사용 안테나 부품을 상기 설명한 것과 같이 제공할 수 있지만, 자체의 급전 구조체를 구비하여 유전체 펠릿과 개별적으로 구동시키도록 구성할 수 있다.
유전체 펠릿 및 방사용 안테나 부품 중 하나 또는 모두는 직렬 및 병렬의 튜닝 부품을 가질 수 있다. PILA 또는 PIFA가 포함되는 경우, PILA 또는 PIFA는 튜닝되거나, 삽입되거나 활성의 쇼트 회로를 가질 수 있다.
방사용 안테나 부품으로서 PILA를 이용하고 있지만, PILA의 다리부는 접지판에 전기적으로 접속되며 단락 핀(shorting pin)으로서 기능할 수 있다. 본 발명에 의하면, 단락 핀이나 다리부에 대해 상이한 위치에 배치된 유전체 펠릿을 갖는 PILA를 제공함으로써 여러 가지의 용량을 제공할 수 있다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 말해서, 단락 핀 또는 다리부와 유전체 펠릿 사이의 거리가 멀수록 용량은 작아진다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 그리고 본 발명이 어떻게 효과를 발휘하는지를 나타내기 위하여, 첨부 도면을 참조하여 이하 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명을 구현하는 제1 안테나의 반사 손실(return loss)의 좌표도.
도 6은 본 발명을 구현하는 제2 안테나의 반사 손실의 좌표도.
도 7은 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 도면.
도 8은 도 7의 실시예의 반사 손실의 좌표도.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예에서 유전체 펠릿의 다른 배치 구조를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에서 방사용 안테나 부품에 대한 다른 구성을 나타내는 도면.
도 14 및 도 15는 한 쌍의 PILA에 대한 급전 또는 여기에 이용되는 단일의 유전체 펠릿을 나타내는 도면.
도 16은 하나는 PILA 이고 다른 하나는 PIFA인 한 쌍의 방사용 안테나 부품에 대한 급전에 이용되는 단일의 유전체 펠릿을 나타내는 도면.
도 1은 인쇄 회로 기판(PCB)(1)의 형태를 갖는 유전체 기판을 나타내고 있으며, 이 인쇄 회로 기판에는 상부면(3) 및 하부면(4)이 있고, 이 각각의 상부면(3) 및 하부면(4)상에는 각각 도전성 접지판(2, 2')이 위치하고 있다. 도 1에 나타낸 PCB(1)는 이동 전화 핸드셋(도시 안 됨)에 결합하기에 적합하게 되어 있으며, 그 하부면(4)은 이동 전화의 다양한 전자 부품(도시 안 됨)에 대한 지지부로서 기능하게 된다. PCB(1)의 한쪽 모서리의, 상부면(3)으로부터 위쪽 방향으로 연장하는 금속 리본(metal ribbon)의 형태로 된 도전성의 직접 급전 구조체(6)상에 세라믹 유전체 펠릿(5)이 장착되어 있다. 이러한 구성에 의하여, 유전체 펠릿(5)은, PCB(1)와 접지판(2)의 위로 상승되어 있으며, PCB(1)와 접지판(2)에 직접 접촉하지 않게 된다. 유전체 펠릿(5)과 접지판(2) 사이에 에어 갭(air gap)을 제공함으로써 대역폭을 개선하게 된다. 급전 구조체(6)는 유전체 펠릿(5)의 금속화된 내부 측벽(7)에 납땜에 의해 부착된다. 급전 구조체(6)의 다른 쪽 단부는 신호원(도시 안 됨)에 연결된다.
유전체 펠릿(5)과 급전 구조체(6)에 추가로, 다리부(9)와 'S'자형 방사부(radiating section)(10)를 포함하는 역 L자형 평면 안테나(PILA: planar inverted-L antenna)(8)가 설치된다. 다리부(9)는, PCB(1)의 상부면(3)상에 장착되어, 접지판(2)에 대해 단락(short circuit)을 제공한다. 방사부(10)는 유전체 펠릿(5)의 상단면의 위로 연장되어 있다. 동작 동안, 유전체 펠릿(5)은 급전 구조체(6)에 의해 여기된다. PILA(8)는, 유전체 펠릿(5)에 의해 구동되어, 넓은 주파수 범위에 걸쳐 방사를 행하고, 광대역 동작을 제공하게 된다. 유전체 펠릿(5)과 PILA(8)의 상대적인 배치를 조정함으로써, 방사되는 주파수를 조정할 수 있다.
도 2는 금속 리본 형태로 된 급전 구조체(6)의 위에 유전체 펠릿(5)이 장착된 다른 실시예를 나타낸다. 다만, 급전 구조체(6)가 유전체 펠릿(5)의 금속화된 외측벽(11)에 부착되어 있다. 도 1에는 단락 다리부(9)와 방사부(10)를 구비하는 PILA(8)도 제공되어 있다. 그러나, 도 1에서, PILA(8)는 유전체 펠릿(5)의 내부 측벽(7)과 마주보는 수직의 용량성 플랩(capacitive flap)(12)을 구비한다. 이 용량성 플랩(12)의 크기 및/또는 배치를 조정함으로써, 동작 주파수를 조정할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예와 비교하여, 도 2에 도시된 실시예의 용량성 플랩(12)은 낮은 대역의 주파수를 크게 낮출 수 있다.
도 3은 유전체 펠릿(5)이, 스프링이 장착된 핀('Pogopin')(13)의 형태로 된 급전 구조체상에 장착된 실시예를 나타내고 있다. 이 스프링이 장착된 핀은, PCB(1)의 상부면(3)으로부터 연장되어 있으며, 유전체 펠릿(5)의 금속화된 밑면과 접촉하고 있다. 이러한 구성은, 유전체 펠릿(5)이 기계적 압력에 의해 스프링이 장착된 핀(13)에 용이하게 장착될 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 다리부(9)와 방사부(10)를 구비한 PILA(8)도 제공되어 있으며, 방사부(10)는, 나선형 구조를 가지며, 유전체 펠릿(5)의 상부면의 위에 설치된다.
도 4는 유전체 펠릿(5)이, PCB(1)의 모서리에 장착되어 있지 않고, PCB(1)의 에지를 따라 대략 중간까지 장착된 실시예를 나타낸다. 유전체 펠릿(5)은 접지판(2)의 위로 상승되어 있으며, 스프링이 장착된 금속 스트립(14)이 급전 구조체(6)로서 작용을 수행한다. 이 스프링이 장착된 금속 스트립(14)은 유전체 펠릿(5)의 금속화된 상부면(14)과 접촉한다. 본 실시예에서, PILA(8)는 이중의 나선형 구조를 가지며, 방사부(10)의 하나의 아암부(arm)(15)가 유전체 펠릿의 상단부 위에 설치된다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에서, 상승된 유전체 펠릿을 갖는 핸 드셋 안테나의 통상적인 반사 손실(return loss)을 나타낸다. 이 반사 손실 패턴에 의해 824MHz, 960MHz, 1710MHz 및 1990MHz에서의 4중 대역 동작이 가능하다는 것을 알 수 있다. 상부 대역에서의 또 하나의 대역폭은 유전체 펠릿(5)이 접지판(2)의 위로 상승되어 있는 결과로서 생긴 것이다.
도 6은 도 3에 도시된 본 발명의, 상승된 유전체 펠릿을 갖는 핸드셋 안테나의 통상적인 반사 손실을 나타내고 있다. 이러한 반사 손실 패턴에 의해, 824MHz, 960MHz, 1710MHz 및 1990MHz에서의 4중 대역 동작이 가능하다는 것을 알 수 있다. 상부 대역에서의 또 하나의 대역폭은 유전체 펠릿(5)이 접지판(2)의 위로 상승되어 있는 결과로서 생긴 것이다.
도 7은 도 3에서의 유사한 부품에 유사한 도면부호가 붙은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예는, 유전체 펠릿(5)의 바로 아래의, 접지판(2)의 영역(30)을 제거하여, 유전체 펠릿(5)의 바로 아래에는 접지판(2)이 없도록 한 것이다. 본 실시예에서, 제거되는, 접지판(2)의 영역(30)은 가로 및 세로가 각각 대략 9mm 이다. 접지판(2)을 제거함으로써(설치하지 않음으로써), 안테나(1)의 대역폭을 더 넓게 하여 펜타밴드(pentaband) 성능을 제공하도록 한다. 본 실시예가 유전체 펠릿(5)의 아래의 접지판(2)을 제거한 경우라도 그 기능을 충분히 수행한다는 점에서 보면, DRA는 접지판을 필요로 하므로, 유전체 펠릿(5)은 자체적으로 DRA로서 기능하지 않는다는 것을 의미한다.
도 8은 도 7에 도시한 안테나의 반사 손실의 좌표도로서, 824MHz, 960MHz, 1710MHz 및 1990MHz에서의 펜타밴드 동작을 나타낸다.
도 9 내지 도 12는, 접지판(2)을 갖는 PCB(1)상에 장착되는 다리부(9)와 방사부(10)를 구비하는 PILA(8)와 관련하여 급전 구조체(6)와 상승된 유전체 펠릿(5)의 여러 가지 배치 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 9에서, 유전체 펠릿(5)은 PILA(8)의 다리부(9)(즉, 단락 핀)에서 멀리 이격되어 위치하고 있어서, 낮은 용량 특성을 갖는 단부 급전 구조체 배치 구성을 제공한다.
도 10에서, 유전체 펠릿(5)은 다리부(9)와 PILA(8)의 대향하는 단부 사이에 위치하고 있어서, 중간의 용량 특성을 갖는 중심 급전 구조체 배치 구성을 제공한다.
도 11에서, 유전체 펠릿(5)은 다리부(9)와 PILA(8)에 근접하여 위치하고 있어서, 높은 용량 특성을 갖는 급전 구조체 배치 구성을 제공한다.
다른 높은 용량 특성을 갖는 급전부 배치 구성이 도 12에 도시되어 있으며, 여기서는, PILA(8)의 다리부(9)가 PCB(1)의 에지로부터 짧은 거리에 위치하고 있으며, 유전체 펠릿(5)은 PCB(1)의 에지에 위치하고 있다.
도 13은, 상승된 유전체 펠릿(5)의 위로 두 번 지나가도록, PILA(8)의 방사부(10) 자체가 이중으로 접힌(double back) 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 이러한 구성에 의하면, PILA(8)의 방사부(10)의 길이가 짧아지게 되므로, 안테나를 전체적으로 더 작은 공간에 포함시킬 수 있게 된다.
도 14는 도 9 내지 도 12에 나타낸 도면 부호와 유사한 도면 부호를 사용하는 개략도로서, 직접 급전 구조체(6)가 한 쌍의 PILA(8, 8')를 여기시키는 구성을 갖는 상승된 단일의 유전체 펠릿(5)을 구비하는 안테나를 나타낸다. 본 실시예에서, PILA(8, 8')는, 유전체 펠릿(5)이 낮은 용량 특성을 갖는 단부 급전 구조체로서 작용하도록 배치된다.
도 15는 도 14의 구성에 대한 다른 배치 구성을 나타내는 도면으로서, 유전체 펠릿(5)이 높은 용량 특성을 갖는 급전 구조체로서 작용하도록 PILA(8, 8')를 배치한 구성을 나타낸다.
2개 이상의 PILA(8, 8')를 제공함으로써, GPS 수신에 대한 여분의 공진을 생성할 수 있다.
마지막으로, 도 16은 단일의 상승된 유전체 펠릿(5)이 PILA(8)를 여기시키는 구성을 나타내며, 다리부 또는 단락 핀(21)과 자체의 독립적인 급전 구조체(22)를 구비하는 PIFA(20)를 나타내고 있다.
본 발명의 바람직한 특징은 본 발명의 모든 특징에 대해 응용이 가능하며 임의의 가능한 조합에 이용될 수 있다.
본 명세서의 상세한 설명과 청구범위를 통하여 사용되고 있는 "구비하는", "포함하는" 등의 단어는, 제한의 목적이 아니며, 다른 구성 부품, 완전체, 일부분, 부속품 또는 단계를 배제하기 위한 것이 아니다.

Claims (30)

  1. 상부면 및 하부면과 적어도 하나의 접지판을 갖는 유전체 기판과, 유전체 펠릿(dielectric pellet)을 구비하는 안테나 구조체로서,
    상기 유전체 펠릿이, 상기 유전체 기판의 상부면의 위로 상승되어, 상기 유전체 기판이나 상기 접지판과 직접 접촉하지 않게 되어 있으며, 상기 유전체 펠릿에는 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체(direct feed structure)가 설치되고, 상기 안테나 구조체는 방사용의 안테나 부품을 더 구비하고, 상기 방사용의 안테나 부품은 상기 유전체 기판의 상부면의 위로 상승되어 있으면서, 상기 유전체 펠릿의 하나의 면과 마주보는 면을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 상기 유전체 기판의 상부면으로부터 연장되어 상기 유전체 펠릿과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 상기 유전체 펠릿을 물리적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유전체 펠릿은, 상기 접지판 또는 상기 유전체 기판의 위에서, 낮은 유전율을 갖는 안테나 지지 구조체에 의해 물리적으로 지지되면서 상승되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는, 도전용 다리부, 스프링이 내장된 핀, 금속 스트립 또는 금속 리본으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 상기 유전체 펠릿의 하나 이상의 측벽 또는 표면에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 상기 유전체 펠릿의 둘 이상의 측벽 또는 표면에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유전체 펠릿은 전기적 도전성을 갖는 케이스 내에 포함되며, 상기 전기 적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 상기 케이스에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 펠릿의 하나 이상의 측벽 또는 표면은 금속화되어 있으며, 상기 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 상기 금속화된 측벽 또는 표면에 납땜 또는 그외 다른 방법으로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 도전성을 갖는 직접 급전 구조체는 상기 유전체 기판의 상부면의 위쪽 방향으로 연장되는, 스프링이 장착된 핀으로 이루어지며, 상기 유전체 펠릿은 상기 유전체 기판의 상부면과 마주보는 금속화된 밑면을 가지고, 상기 스프링이 장착된 핀의 하나 이상의 첨단은 상기 금속화된 밑면과 전기적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품은 전기적 도전성을 갖는 안테나 부품인 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품은, 패치 안테나, 슬롯 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 역 L자형 평면 안테나 및 역 F자형 평면 안테나로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품은 유전체 특성을 갖도록 설치된 안테나 부품인 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품은 유전체 세라믹 재료와 같은 한 덩어리의 유전체 재료의 위로 연장하는 방사용 구조체를 구비하는 역 L자형 안테나로서 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품은 상기 접지판에 접속된 단락 핀과 방사용 표면을 갖는 역 L자형 평면 안테나이며, 상기 유전체 펠릿은 낮은 용량 특성의 급전 구조체를 제공하기 위하여 상기 단락 핀으로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품은 상기 접지판에 접속된 단락 핀과 방사용 표면을 갖는 역 L자형 평면 안테나이며, 상기 유전체 펠릿은 높은 용량 특성의 급전 구조체를 제공하기 위하여 상기 단락 핀에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품에는 독립적인 급전 구조체가 제공되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 방사용 안테나 부품은 역 F자형 평면 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 펠릿의 표면과 마주보는 표면을 갖는 하나 이상의 부가적인 방사용 안테나 부품을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 펠릿을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지판은 상기 유전체 기판의 하부면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  22. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지판은 상기 유전체 기판의 상부면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  23. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 상부면 상에는 제1 접지판이 위치하며, 상기 유전체 기판의 하부면 상에는 제2 접지판이 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  24. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서.
    상기 유전체 기판의 상기 상부면과 상기 하부면 사이에 하나 이상의 접지판이 삽입되는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지판은, 상기 유전체 기판의, 상기 상승된 유전체 펠릿의 바로 아래에 위치하는 적어도 일부분을 가로질러 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지판은 상기 유전체 기판의 전체 영역을 실질적으로 가로질러 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  27. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지판이, 상기 유전체 기판의, 상기 유전체 펠릿의 아래에 위치하는 영역에는 설치되지 않은 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 상부면과 상기 유전체 펠릿의 사이에 형성된 갭은, 상기 유전체 펠릿보다 적은 유전 상수(dielectric constant)를 갖는 고체 유전 충전재료로 채워지는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 고체 유전 충전재료는 상기 유전체 펠릿의 10% 이하의 유전 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 구조체.
  30. 첨부 도면을 참조하여 개시된 또는 첨부 도면에 도시된 것과 같은 안테나 구 조체.
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