KR20070017383A - Modified Printed Dipole Antennas For Wireless Multi-Band Communication Systems - Google Patents
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Abstract
무선통신 장치를 위한 다이폴 안테나(도 1)는 제 1 절연막(12)에 의해 제 2 도전 소자로부터 분리되며, 제 2 도전 소자의 일부에 포개진 제 1 도전 소자(20)를 포함한다. 제 1 도전 비아(40)는 상기 제 1 절연막을 통해 상기 제 1 및 제 2 도전 소자들을 연결한다. 상기 제 2 도전 소자는 일반적으로 U자 모양이다. 상기 제 2 도전 소자는 상기 U자 모양 레그(33)의 인접한 끝단으로부터 가로로 확장하는 복수의 이격된 도전 스트립들(34, 35, 36, 37)을 포함한다. 각 스트립은 서로 다른 중심 주파수 0를 가지도록 크기가 정해진다. 제 1 도전 소자는 제 2 도전 소자를 향하는 동축 공급(60)에 의해 대체될 수 있다. 상기 레그의 또 다른 스트립에 비해 λ0의 차이가 나도록 크기가 정해진 레그로부터 확장하는 것을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.The dipole antenna (FIG. 1) for the wireless communication device is separated from the second conductive element by the first insulating film 12 and includes a first conductive element 20 superimposed on a portion of the second conductive element. The first conductive via 40 connects the first and second conductive elements through the first insulating layer. The second conductive element is generally U-shaped. The second conductive element comprises a plurality of spaced apart conductive strips 34, 35, 36, 37 extending laterally from an adjacent end of the U-shaped leg 33. Each strip is sized to have a different center frequency of zero. The first conductive element can be replaced by a coaxial feed 60 towards the second conductive element. And extending from the leg sized to have a difference of λ 0 relative to another strip of the leg.
Description
본 발명은 무선 통신 장치 및 시스템을 위한 안테나에 관한 것으로, 특히, 멀티 밴드 무선 통신 시스템이 통신을 위한 인쇄된 다이폴 안테나에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to antennas for wireless communication devices and systems, and more particularly to a printed dipole antenna for communication in a multi-band wireless communication system.
무선 통신 장치 및 시스템은 일반적으로 휴대용이거나 휴대용 랩톱 컴퓨터의 일부로 포함된다. 따라서, 적합한 장치 규격을 맞추기 위해서는 안테나가 매우 작은 크기이어야 한다. 시스템은 일반적인 통신에 사용되며 마찬가지로, WLAN(wireless local area network) 시스템을 위해 사용된다. 다이폴 안테나는 이러한 시스템에 사용되어 왔는데, 이는 다이폴 안테나가 작으며, 적합한 주파수로 튜닝할 수 있기 때문이다. 인쇄된 다이폴의 모양은 일반적으로 좁은 사각의 스트립으로써, 0.05λ0 미만의 폭과 0.5λ0 미만의 전체 길이를 가진다. λ/2 다이폴(등방성 복사기(isotropic radiator) 참조)의 이론적 이득은 일반적으로 2.15dBi 이며 다이폴 아테나(2 와이어 λ/4 길이, 미들 익사이티드(middle exited), 등방성 복사기 참조)의 이득은 1.76dBi와 같다. Wireless communication devices and systems are generally portable or included as part of a portable laptop computer. Therefore, the antenna must be very small in order to meet the proper device specifications. The system is used for general communication and likewise for wireless local area network (WLAN) systems. Dipole antennas have been used in such systems because they are small and can be tuned to the appropriate frequency. The printed dipoles are generally narrow rectangular strips, having a width of less than 0.05λ0 and an overall length of less than 0.5λ0. The theoretical gain of a λ / 2 dipole (see isotropic radiator) is typically 2.15 dBi, and the gain of a dipole athena (two-wire λ / 4 length, middle exited, isotropic copy) is 1.76 dBi. same.
본 발명은 무선 통신 장치를 위한 인쇄된 다이폴 안테나를 포함한다. 제 1 절연막에 의해 제 2 도전 소자로부터 분리되나 이의 일부 상에 겹쳐진 제 1 도전 소자를 포함한다. 제 1 도전 비아(via)는 제 1 절연막을 통과하여 제 1 및 제 2 도전 소자들을 연결한다. 제 2 도전 소자는 일반적으로 U자 형태이다. 제 2 도전 소자는 복수의 이격된 도전 스트립을 포함한다. 도전 스트립은 U자 모양 레그들의 인접한 끝단으로부터 가로로 확장한다. 레그 상의 각 스트립은 동일한 레그 상의 다른 스트립과 다른 중앙 주파수(λ0 )를 가지도록 크기가 정해진다. The present invention includes a printed dipole antenna for a wireless communication device. And a first conductive element separated from the second conductive element by the first insulating film but superimposed on a portion thereof. The first conductive via connects the first and second conductive elements through the first insulating layer. The second conductive element is generally U-shaped. The second conductive element includes a plurality of spaced apart conductive strips. The conductive strip extends transversely from the adjacent ends of the U-shaped legs. Each strip on the leg is sized to have a different
제 1 도전 소자는 L자 모양이며, L자 모양의 레그들 중 하나가 U자 모양의 레그들 중 하나의 위에 포개진다. 제 1 도전 비아(via)는 나머지 L자 모양의 레그를 나머지 U자 모양의 레그에 연결한다. 대신에, 제 1 도전 소자는 개별적인 비아에 의해 스트립의 끝단에 연결될 수 있다. The first conductive element is L-shaped, and one of the L-shaped legs is superimposed on one of the U-shaped legs. The first conductive via connects the remaining L-shaped legs to the remaining U-shaped legs. Instead, the first conductive element can be connected to the end of the strip by individual vias.
제 1 및 제 2 도전 소자들이 각각 평평하다. 이러한 스트립이 0.05λ0 미만의 폭과 0.5λ0 미만의 길이를 가질 수 있다. The first and second conductive elements are each flat. Such strips may have a width of less than 0.05λ0 and a length of less than 0.5λ0.
안테나는 전 지향성이거나 지향성이다. 지향성인 경우에, 제 2 절연막에 의해 제 2 도전 소자에 중첩 및 분리된 접지 평면 컨덕터를 포함한다. 제 3 도전 소자가 제 1 절연막에 의해 제 2 도전 소자의 스트립과 중첩 및 분리된다. 제 2 도전 비아가 절연막을 통해 제 3 도전 소자를 접지 컨턱터에 연결한다. 제 1 및 제 3 도전 소자가 동일한 평면에 존재할 수 있다. 제 3 도전 소자는 각 스트립의 측면 에지 이불 상에 포개진 복수의 핑거(finger)를 포함한다. The antenna is omnidirectional or directional. In the case of directivity, it comprises a ground plane conductor overlaid and separated from the second conductive element by the second insulating film. The third conductive element is overlaid and separated from the strip of the second conductive element by the first insulating film. A second conductive via connects the third conductive element to the ground conductor through the insulating film. The first and third conductive elements can be in the same plane. The third conductive element comprises a plurality of fingers nested on the side edge duvet of each strip.
도 1은 본 발명에 따른 전 지향성, 쿼드밴드 다이폴 안테나를 나타내는 투시 도이다.1 is a perspective view showing an omni-directional, quad-band dipole antenna according to the present invention.
도 2A는 도 1의 다이폴 도전 막을 나타내는 평면도이다.FIG. 2A is a plan view illustrating the dipole conductive film of FIG. 1.
도 2B는 도 2A의 다이폴 도전 막의 광대역 변형 예를 나타내는 도면이다.FIG. 2B is a diagram showing a broadband modification example of the dipole conductive film of FIG. 2A.
도 3은 도 1의 안테나를 나타내는 평면도이다.3 is a plan view illustrating the antenna of FIG. 1.
도 4는 도 1의 안테나를 나타내는 좌표도이다.4 is a coordinate diagram illustrating the antenna of FIG. 1.
도 5는 두 개의 튜닝된 주파수의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the directional gain of two tuned frequencies.
도 6은 주파수 대 VSWR(voltage standing wave ratio) 및 S11의 이득을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the gain of frequency versus voltage standing wave ratio (VSWR) and S11.
도 7A는, 도 7B에도시된 바와 같이, 도 1의 다이폴 안테나의 특성에 대한 공급 포인트나 비아의 변화 효과를 나타내는 그래프이다.FIG. 7A is a graph showing the effect of changing supply points or vias on the characteristics of the dipole antenna of FIG. 1, as shown in FIG. 7B.
도 8은 도 1의 다이폴의 슬롯(S) 폭 변화 효과를 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating a slot S width change effect of the dipole of FIG. 1.
도 9는 도 1의 2-, 3-, 및 4- 스트립 다이폴에 대한 효과를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing the effect on the 2-, 3-, and 4- strip dipoles of FIG.
도 10A는, 도 10B에 도시된 바와 같이, 도 1의 다이폴 폭의 변화 효과를 나타내는 그래프이다.10A is a graph showing the effect of changing the dipole width of FIG. 1, as shown in FIG. 10B.
도 11은 본 발명에 따라 지향성 다이폴 안테나를 나타내는 투시도이다.11 is a perspective view illustrating a directional dipole antenna in accordance with the present invention.
도 12는 도 11의 안테나를 나타내는 상면도이다.FIG. 12 is a top view illustrating the antenna of FIG. 11.
도 13은 도 11의 안테나를 나타내는 하면도이다.FIG. 13 is a bottom view of the antenna of FIG. 11.
도 14는 다섯 개의 주파수에 대한 도 11에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.FIG. 14 is a graph showing the directional gain of the antenna shown in FIG. 11 for five frequencies.
도 15는 도 11에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S11을 나타내는 그래프이다.FIG. 15 is a graph showing VSWR and S11 versus frequency of the antenna shown in FIG.
도 16A는 도 11의 다이폴 안테나에 대한 도 16B에 도시된 공급 위치에서 공급 포인트나 비아의 변화 효과를 나타내는 그래프이다.FIG. 16A is a graph showing the effect of changing a supply point or via at the feed position shown in FIG. 16B for the dipole antenna of FIG.
도 17은 도 11의 다이폴 안테나에 대한 슬롯(S)의 폭 변화 효과를 나타내는 그래프이다.FIG. 17 is a graph illustrating a width change effect of the slot S for the dipole antenna of FIG. 11.
도 18A는 도 11에 도시된 안테나의 (도 18B에 도시된 바와 같은) 다이폴의 폭 변화 효과를 나타내는 그래프이다.18A is a graph showing the effect of varying the width of the dipole (as shown in FIG. 18B) of the antenna shown in FIG. 11.
도 19A는 도 11에 도시된 안테나의 (도 19B에 도시된 바와 같은) 지향성 다이폴의 길이 변화 효과를 나타내는 그래프이다.FIG. 19A is a graph showing the effect of varying the length of the directional dipole (as shown in FIG. 19B) of the antenna shown in FIG. 11.
도 20은 본 발명에 따라 다른 다이폴 안테나의 다이폴 도전 막을 나타내는 평면도이다.20 is a plan view showing a dipole conductive film of another dipole antenna according to the present invention.
도 21은 도 20에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S11을 나타내는 그래프이다.FIG. 21 is a graph showing the frequency versus VSWR and S11 of the antenna shown in FIG.
도 22는 도 20에 도시된 안테나의 4 세타에 대한 주파수 대 지향성을 나타내는 그래프이다. 22 is a graph showing frequency vs. directivity for 4 theta of the antenna shown in FIG.
도 23은 세 개의 주파수에 대한 도 20에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.FIG. 23 is a graph showing the directional gain of the antenna shown in FIG. 20 for three frequencies.
도 24A, 24B, 그리고 24C는 본 발명에 따라 또 다른 다이폴 안테나 변형 예의 다이폴 도전 막을 나타내는 평면도이다.24A, 24B, and 24C are plan views showing a dipole conductive film of still another dipole antenna modification according to the present invention.
도 25는 도 24A에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S 11의 그래프이다.25 is a graph of VSWR and S 11 versus frequency of the antenna shown in FIG. 24A.
도 26은 도 24A에 도시된 안테나의 3 세타에 대한 주파수 대 지향성 그래프이다.FIG. 26 is a frequency versus directivity graph for 3 theta of the antenna shown in FIG. 24A.
도 27은 세 개의 주파수에 대한 도 24A에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.FIG. 27 is a graph showing the directional gain of the antenna shown in FIG. 24A for three frequencies.
도 28A, 28B, 28C, 28D는 본 발명에 따라 동축 공급을 가지는 또 다른 다이폴 안테나 변형 예의 다이폴 도전 막을 나타내는 평면도이다.28A, 28B, 28C, and 28D are plan views showing a dipole conductive film of yet another dipole antenna modification with coaxial supply according to the present invention.
도 29는 도 28A에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S11을 나타내는 그래프이다.FIG. 29 is a graph showing VSWR and S11 versus frequency of the antenna shown in FIG. 28A.
도 30은 도 28A에 도시된 안테나의 1 세타에 대한 주파수 대 지향성 그래프이다.30 is a frequency versus directivity graph for 1 theta of the antenna shown in FIG. 28A.
도 31은 3 세타에 대한 도 28A에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.FIG. 31 is a graph showing the directional gain of the antenna shown in FIG. 28A for 3 theta.
본 발명의 안테나 시스템이 약 2.4GHz와 약 5.2GHz의 이중 주파수 대역을 가지는 WLAN과 약 0.824-0.960GHz, 11.710-10990GHz, 그리고 1.885-2.200GHz의 GSM/3G 멀티대역 부선 통신 장치에 관해 기술하나, 본 발명의 안테나는 휴대용 무선 통신 장치의 어떤 주파수 대역에서의 동작에 대해서도 설계될 수 있다. 이는 GPS(1.575GHz)나 블루투스 지정(2.4-2.5GHz) 주파수 범위를 포함한다.Although the antenna system of the present invention describes a WLAN having dual frequency bands of about 2.4 GHz and about 5.2 GHz and a GSM / 3G multiband subwire communication device of about 0.824-0.960 GHz, 11.710-10990 GHz, and 1.885-2.200 GHz, The antenna of the present invention can be designed for operation in any frequency band of a portable wireless communication device. This includes the GPS (1.575 GHz) or Bluetooth designated (2.4-2.5 GHz) frequency range.
도 1, 2A, 및 2의 안테나 시스템(10)이 막(14, 16)으로 덮인 절연 기판을 포 함한다. 기판(12)상에 제 1 도전 막(20)(이는 마이크로 스트림 라인이다)이 인쇄되고 반대측 면에는 분리 다이폴 도전 막(30)이 인쇄된다. 제 1 도전 막(20)은 일반적으로 레그(22, 24)를 가지는 L자 형 모양이다. 제2 도전 막(30)은 일반적으로 굽은 모양의 바이트(bight, 31)와 한 쌍의 분리된 레그(33, leg)를 가지는 U자 형 스트립 풍선 라인 부분(32)을 포함한다. 복수의 스트립(35, 37, 34, 36, strip)이 레그(33)의 끝단에 인접하여 이를 가로질러 확장한다. 제 1 도전 막(20)의 레그(22)가, 한 쌍의 레그(33)를 가로질러 확장하는 다른 레그(24)에 의해 제 2 도전 막(30)의 한 레그(33) 상에 포개진다. 도전 비아(40)가 레그(24)의 끝단을 절연 기판(12)을 통해 하나의 레그(33)에 연결한다. 제 1 도전 막(20)의 나머지 끝단에 위치한 터미널(26)은 안테나(10)에 대한 드라이브를 입력받는다.
네 개의 스트립(34, 36, 35, 37)이 각각 고유한 크기를 가지도록 정해져, 서로 다른 주파수 신호들로 튜닝되거나 서로 다른 주파수 신호들을 입력받는다. 대신에, 각 레그상의 각 스트립이 동일한 레그상의 나머지 스트립이나 스트립들과 다른 주파수 신호로 튜닝되거나 다른 주파수 신호를 입력받도록 특정 크기로 규정된다. 이들은 0.05λ0 미만의 폭과 0.5λ0 미만의 전체 길이를 가지도록 크기가 정해진다.The four
도 2B는 도 2A의 변형 예를 나타낸다. 이 변형 예에는 여섯 개의 스트립(35, 37, 39, 34, 36, 38)이 포함되며, 각 스트립은 제 2 도전 막(30)의 레그(33) 끝단에 인접한 지점으로부터 확장한다. 이는 광대역 주파수의 튜닝 및 수신을 가능하게 한다. 두 개의 실시예들의 스트립은 일반적으로 서로 평행하다.FIG. 2B shows a modification of FIG. 2A. This variant includes six
절연 기판(12)은 인쇄된 회로 보드이거나, 유리 섬유 도는 폴리 아미드로 만들어진 연성 필름 기판이다. 커버(14, 16)가 절연막에 추가되거나 텅빈 케이스 구조(hollow casing structure)이다. 바람직하게는, 도전 막(20, 30)이 절연 기판(12) 상에 인쇄된다.The insulating
도 1의 쿼드밴드 다이폴 안테나의 일 예로서, 주파수가, 예를 들면, 2.4-2.487, 5.15-5.25, 2.25-5.35 및 5.74-5.824GHz의 범위 내에 속한다. 도 4의 지향성 다이어그램에 대해, 두 개의 주파수에 관한 지향성 이득이 도 5에 도시된다. 두 개의 주파수는 2.4GHz(그래프 A)와 5.6GHz(그래프 B)이다. 90도에서의 최대 이득이 2.4GHz에서 5.45dB이고 5.6GHz에서 6.19dB이다. VSWR과 S11의 크기가 도 6에 도시된다. VSWR은 2.4GHz와 5.6GHz 주파수 대역에서 2 이하이다. 5.15-5.827로부터의 대역이 5.6GHz 주파수에서 통합된다. As an example of the quadband dipole antenna of FIG. 1, the frequency falls within the range of 2.4-2.487, 5.15-5.25, 2.25-5.35 and 5.74-5.824 GHz, for example. For the directional diagram of FIG. 4, the directional gain for two frequencies is shown in FIG. 5. The two frequencies are 2.4 GHz (graph A) and 5.6 GHz (graph B). The maximum gain at 90 degrees is 5.45 dB at 2.4 GHz and 6.19 dB at 5.6 GHz. The sizes of VSWR and S11 are shown in FIG. VSWR is less than 2 in the 2.4 GHz and 5.6 GHz frequency bands. The band from 5.15-5.827 is integrated at the 5.6 GHz frequency.
절연 기판(12)의 높이(h)가 막으로 구성되는 투자율이나 유전 상수에 따라 변한다.The height h of the insulating
적합한 크기의 좁은 사각형 모양이 스트립(34, 36, 35, 37)이 표면파 및 도전 막의 손실을 줄여 전체 이득을 증가시킨다. 또한, 복수의 도전 스트립이 주파수 서브 대역에 영향을 미친다. Narrow rectangular shapes of suitable size strips 34, 36, 35, 37 increase the overall gain by reducing the loss of surface waves and conductive films. Also, a plurality of conductive strips affects the frequency subbands.
비아(40)의 위치와 U자형 서브 컨덕터(32)의 레그 사이의 슬롯(S) 폭이 주파수 밴드에서의 이득 분포에 관한 안테나 성능에 영향을 미친다. 슬롯 크기(S)의 폭과 비아(40)의 위치가 스트립(34, 36, 35, 37)의 모든 주파수 대역에서 거의 동일한 이득을 가지도록 선택된다. 이론적으로 획득되는 최대 이득은 4dB 이상이며, 2.4GHz에서 5.7dB이고 5.4GHz에서 7.5dB이다.The width of the slot S between the position of the via 40 and the legs of the
도 7A가 공급 포인트(fp)나 비아(40)의 다양한 위치들과, VSWR 및 S11에 미치는 효과에 대한 그래프이다. 중앙 공급 포인트(fp1)도 6의 결과에 대응한다. 공급 포인트(fp)의 변화가 이득에 작은 영향을 미치나, 5GHz 범위 내의 제 2 주파수 대역에서의 λ0를 쉬프팅(shifting)하는 데에는 큰 영향을 미친다.FIG. 7A is a graph of the effects of various locations of feed point (fp) or via 40 and on VSWR and S11. The central feed point fp1 also corresponds to the result of 6. A change in the supply point fp has a small effect on the gain, but a great effect on shifting
도 8은 1mm에서 3mm 또는 5mm에 이르는 슬롯 폭의 변화 효과를 도시한다. 3mm 슬롯 폭은 도 6에 대응한다. VSWR에 많은 변화가 발생한 것은 아니나, S11 크기에 실질적인 변화가 발생한다. 예를 들어, 5mm 스트립에 대해, S11이 2.5GHz에서 -21dB이고, 5.3GHz에서 -16dB이다. 3.3mm 스트립에 대해, S11이 2.5GHz에서 -14dB이고, 5.3GHz에서 125dB이다. 1mm 스트립에 대해, S11이 2.5GHz과 5.3GHz에서 -13dB과 거의 동일하다.8 shows the effect of changing the slot width from 1 mm to 3 mm or 5 mm. The 3mm slot width corresponds to FIG. 6. Not many changes occur in VSWR, but a substantial change in S11 size occurs. For example, for a 5mm strip, S11 is -21dB at 2.5GHz and -16dB at 5.3GHz. For a 3.3mm strip, S11 is -14dB at 2.5GHz and 125dB at 5.3GHz. For a 1mm strip, S11 is nearly equal to -13dB at 2.5GHz and 5.3GHz.
5mm, 10mm 및 15mm 사이의 개별적인 스트립(34, 35, 36, 37)의 길이 변화가 V 도 5은 15mm 길이에 대응한다. 또한, 1mm, 2mm 및 4mm 사이에서 변화하는 스트립(34, 35, 36, 37) 간의 길이 변화가 SWR과 S11의 크기에는 아주 미미한 효과를 미친다. 2mm의 간격이 도 6에 반영된다. 2mm와 4mm 사이의 간격에서크기의 차이는 약 2dB이다. 도 9는 2-, 3- 및 4-다이폴 스트립에 응답을 나타낸다.The change in length of the
도 10A 및 10B는 개별적인 스트립 폭을 유지하는 동안에 다이폴의 폭(W) 변화 효과를 나타낸다 다이폴의 폭(W)은 6mm로부터 8mm 내지 10mm 까지 변화한다. 6mm 폭은 도 6에 대응한다. 도 6mm 폭에 대해, 두 개의 특징적인 주파수 대역이 존재한다. -14dB의 S11 크기를 가지는 2.4GHz 대역과, -25dB의 S11 크기를 가지는 5.3GHz이다. 8mm 폭에 대해, 1.74에서 5.4GHz 까지 확장하며 약 -20dB의 S11 크기를 가지는 둘 이하의 VSWR을 포함하는 하나의 넓은 대역이 존재한다. 마찬가지로, 10mm 폭은, 1.65에서 5.16GHz까지 확장하며 2.2GHz에서 -34dB의 S11과 4.9GHz에서 -11dB의 S11을 가지는 둘 이하의 VSWR에 존재하는 하나의 넓은 대역이다. 10A and 10B show the effect of varying the width W of the dipole while maintaining the individual strip widths. The width W of the dipole varies from 6 mm to 8 mm to 10 mm. 6 mm width corresponds to FIG. 6. For the FIG. 6 mm width, there are two characteristic frequency bands. 2.4GHz band with an S11 size of -14dB and 5.3GHz with an S11 size of -25dB. For an 8mm width, there is one wide band that contains less than two VSWRs extending from 1.74 to 5.4 GHz and having an S11 size of about -20 dB. Likewise, the 10mm width is one wide band that exists in two or less VSWRs, extending from 1.65 to 5.16 GHz and having -11 dB S11 at 2.2 GHz and -11 dB S11 at 4.9 GHz.
본 발명에 따른 지향성(또는 단일-지향성) 다이폴 안테나가 도 10B1 내지 10B3에 도시된다. 도 1의 전-지향성 안테나와 동일한 구조, 기능 및 목적을 가지는 소자들은 동일한 참조부호로 표시한다.A directional (or single-directional) dipole antenna according to the present invention is shown in FIGS. 10B1-10B3. Elements having the same structure, function and purpose as the omni-directional antenna of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
절연 기판(12)의 제 1 표면상에 위치한 제 1 도전 막(20)과 절연 기판(12)의 반대 표면상에 위치한 제 2 도전 다이폴(30)에 더하여, 도 11 내지 13의 안테나(11)는 하부 절연막(16)에 의해 제 2 도전 막(30)으로부터 분리되는 접지 도전막(16)을 포함한다. 또한, 제 3 도전 소자(50)가 제 1 도전 소자(20)로서 절연 기판(12)의 동일한 표면상에 제공된다. 제 3 도전 소자(50)는 지향성 다이폴이다. 이는 한 쌍의 끝 부분(53)을 가지는 중앙 스트립(51)을 포함한다. 이는 일반적으로 바벨 모양의 도전 소자이다. 이는 제 2 도전 막(30)의 스트립(34, 36, 35, 37) 상부에 겹쳐진다. 절연 기판(12)과 절연막(16)을 통해 확장하는 비아(42)에 의해 접지 막(60)에 연결된다.In addition to the first
지향성 다이폴(50)이 각 스트립(34, 36, 35, 37)의 끝 부분 상에 겹쳐지는 복수의 핑거(finger)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 마지막 스트립(52, 58)이 겹쳐지고, 스트립(34, 36, 35, 37)의 수평 에지를 넘어 수평으로 확장한다. 내부 핑거(54, 56)가 스트립(34, 36, 35, 37)의 내부 에지에 인접하게 위치하며 이를 넘어 수평으로 확장하지 않는다.The
바람직하게는, 절연 기판(12)의 투자율이나 유전 상수가 절연막(16)의 투자율이나 유전 상수보다 크다. 또한, 절연 기판(12)의 높이(h1)가 실질적으로 절연막(16)의 높이(h2)보다 작다. 바람직하게는, 절연 기판(12)은 절연막(16)의 두께의 절반 이상의 두께를 가진다.Preferably, the permeability or dielectric constant of the insulating
지향성 다이폴(50)의 끝 부분(53)의 다각형 주변이 PEAN03 프랙탈 모양 지향성 다이폴의 모양과 유사하다. 안테나(12)의 프로파일(profile)은 이중 PIFA(double planar inverted-F antenna)의 외양을 가진다.The polygonal perimeter of the
도 14는 안테나(12)의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다. 반면에, 도 15는 VSWR과 S11의크기에 대한 그래프이다. 다섯 개의 주파수가 도 14에 도시된다. 최대 이득은 7dB 이상이며, 2.5GHz에서 8.29dB 이고 5.7GHz에서 10.5dB이다. 도 15의 VSWR은 2 이하인 둘 이상의 주파수 대역에 관한 것이다.14 is a graph showing the directional gain of the
도 16A 및 16B가 공급 포인트(fp)나 비아(40)의 효과를 나타낸다. 공급 포인트 0는 도 15에 도시된 바와 유사하다. 도 17은 1mm, 3mm, 및 5mm에 대한 슬롯 폭(S)의 효과를 나타낸다. 3mm 폭은 일반적으로 도 15와 대응한다. 도 18A와 18B는 6mm, 8mm, 10mm의 폭에 대한 다이폴 스트립 폭(SW)의 효과를 나타낸다. 6mm 폭은 도 15에 대응한다. 도 19A 및 19B는 5GHz 범위에서 제 2 주파수 상의 지향성 다이폴(50) 위치(51)의 길이(SDL)에 대한 효과를 나타낸다. 8mm 폭은 도 15에 일반적으로 대응한다.16A and 16B show the effect of supply point fp or via 40.
도 1, 2A, 3의 안테나 시스템(10)과 유사하게, 도 20, 24의 안테나는 l자모 양의 제 1 도전 막(20)을 포함하며, 이러한 제 1 도전 막(20)은 마이크로-스트립 라인이고, 분리된 다이폴 도전 막(30)은 기판(12)의 반대쪽 면에 인쇄된다. 도전 비아(40)는 절연 기판(12)의 레그(33)들 중 하나에 레그(24)의 끝단을 연결한다. 제 1 도전 막(20)의 나머지 레그(22)에 위치한 터미널(26)은 안테나(10)에 대한 드라이브를 입력받는다.Similar to the
도 20에서 분리된 다이폴 도전 막(30)의 레그(33) 상의 복수의 스트립(34, 36, 35, 37)이 사다리꼴 모양이다. 스트립의 인접한 측면들(34/36, 35/37)은 평행하게 도시된다. 스트립(34, 35)은 스트립(36, 37) 보다 길이가 짧은 것으로 도시된다. 폭(W)은 예를 들면 22mm이고, 길이(L)는 48 내지 68mm이다.The
일 예로써, 도 20의 이중 대역 다이폴 안테나는 22mm의 폭(W)과 48mm의 길이(L)를 가진다. VSWR 및 S11의 크기는 도 21에 도시된다. VSWR은 0.7GHz에서 2.5GHz 사이에서 2 이하이다. 0 파이와 네 개의 다른 세타(thetas)에서의 지향성이 도 22에 도시된다. 지향성 이득이 3개의 주파수와 세타 및 0 도 파이(phi)에 대해 도 23에 도시된다. 즉, 도 23에는 12 도의 세타에 대해 5.17dB의 최대 이득을 가지는 0.9GHz 주파수(그래프 A), 7도 세타에 대해 5.93dB의 최대 이득을 가지는 1.85GHz 주파수(그래프 B), 그리고 5도 세타에 대해 6.16dB의 최대 이득을 가지는 2.05GHz 주파수(그래프 C)가 도시된다.As an example, the dual band dipole antenna of FIG. 20 has a width W of 22 mm and a length L of 48 mm. The magnitudes of VSWR and S11 are shown in FIG. 21. VSWR is less than 2 between 0.7 GHz and 2.5 GHz. Directivity at zero pie and four different thetas is shown in FIG. 22. Directional gain is shown in FIG. 23 for three frequencies and theta and zero degree phi. That is, Fig. 23 shows a 0.9 GHz frequency (graph A) with a maximum gain of 5.17 dB for the 12 degree theta, 1.85 GHz frequency (graph B) with a maximum gain of 5.93 dB for the 7 degree theta, and a 5 degree theta. The 2.05 GHz frequency (graph C) with a maximum gain of 6.16 dB is shown.
도 24A, B, C는 이중 대역 다이폴 안테나 구조의 변형 예를 도시한다. 스트림(34, 35)의 구조는 동일하며, 스트립(36, 37)도 동일하다. 예시로써, 스트립(34)은 U자 모양의 레그(33)로부터 가로로 확장하는 제 1 부분(34A)을 포함하고, 제 1 부분(34A)을 향하여 가로로 확장하는 제 2 끝단(34B)을 포함한다. 제 1 부분(34A)의 일 면이 레그(33)의 축에 대해 수평이나, 다른 면은 비스듬한 각도에서 내부로 연장되며 제 2 위치(34B)와 동일한 기울기를 가진다. 스트립(35)은 이전에 기술한 바와 동일한 구조를 가진다. 예로써, 레그(37)는 일반적으로 T자형이며 베이스 부분(37A), 머리 부분(37B), 그리고 T자형 뒷면의 머리 부분 일 측으로부터 U자형의 레그(33)를 향해 확장하는 제 3 위치(37C)를 포함한다. 이러한 결합 구조는 일반적으로 노루발 장도리와 같은 모양으로 볼 수 있다. 부분(37C)이 스트립(35)으로부터 보디(37A)의 반대 측에 위치한다. 위치(34B)의 각은 스트립(34, 35)이 스트립(36, 37)과 동일한 길이를 가지도록 한다. 스트립(34, 35)은 일반적으로 U자 모양의 레그(33)로부터 직각으로 확장한다. 이러한 구조는 바람직한 주파수 응답을 주며 동시에 폭(W)을 최소화한다. 분리 다이폴의 길이(L)가 35-42mm 범위 내이며, 폭(W)이 10-24mm 범위에 있다.24A, B, and C show a modification of the dual band dipole antenna structure. The structures of
도 24A에 도시된 안테나의 변형 예가 도 24B에 도시된다. 스트립(36, 37)은 일반적으로 T자 모양이며, 부분(37A, 37B, 37C)을 포함한다. 스트립(34, 35)의 변형 예가 도시된다. 스트립(34)은 레그(33)를 가로질러 확장하는 곧은 부분(34A)을 포함하고, 뒤집힌 L자 모양을 형성하는 머리 부분(34C)을 포함한다. 스트립(34)의 길이는 스트립(36)의 길이보다 짧다. 스트립(34)의 짧은 레그(34C)와 스트립(35)의 상응하는 부분이 비아(44)를 포함하는 절연 기판(12)을 통해 확장한다. 마찬가지로, 스트립(37)의 부분들(37B, 37C)과 스트립(36)의 상응하는 부분이 절연 기판(12)을 통해 확장하는 비아(46)를 포함한다. 도 20, 24A, 24B 및 24C 의 안테나 의 설계 목적은, Z 방향(도 24B와 24C의 소자(44, 46))으로 확장하거거나 겹치도록 하여 안테나 전체 크기를 유지하거나 감소하는 TV 및 GSM 저 대역(400-800MHz)으로 주파수 대역을 확장하는 것이다. A modification of the antenna shown in FIG. 24A is shown in FIG. 24B.
도 24C는 도 24B의 다이폴 안테나의 추가 변형 예가 도시된다. 스트립(37)의 베이스 부분(37A)과 스트립(36)의 상응하는 부분이 구불구불한 패턴으로 도시된다. 이하에서 설명될 도 28B의 사인파형이나 삼각의 구불구불한 패턴과 비교해볼 때, 도 24C의 구불구불한 패턴은 사각의 구불구불한 패턴이다.FIG. 24C shows a further variant of the dipole antenna of FIG. 24B. The
일 예로, 도 24A의 이중 대역 다이폴 안테나가 22mm의 폭(W)rhk 40mm의 길이(L)를 가진다. VSWR과 S11의 크기는 도 25에 도시된다. VSWR은 0.7 내지 1.2GHz 및 1.6 내지 2.5GHz 사이에서 2 이하이다. 0 파이와 세 가지의 세타에서의 지향성이 도 26에 도시된다. 세 가지 세타는 0도(그래프 A), 12도(그래프 B), 10도(그래프 C)이다. 지향성 이득이 세 개의 주파수 및 세타(theta), 그리고 0도 파이(phi)에 대해 도 27에 도시된다. 즉, 0.9GHz에서 0도 세타에 대해 최대 이득 5.15dB을 가지며(그래프 A), 1.85GHz에서 12도 세타에 대해 최대 이득 5.83dB(그래프 B)를, 그리고 2.05GHz에서 10도 세타에 대해 5.97dB의 최대 이득을 가진다.As an example, the dual band dipole antenna of FIG. 24A has a length W of 22 mm width W rkh 40 mm. The sizes of VSWR and S11 are shown in FIG. VSWR is less than or equal to between 0.7 and 1.2 GHz and 1.6 and 2.5 GHz. Directivity at zero pi and three theta is shown in FIG. 26. The three theta are 0 degrees (Graph A), 12 degrees (Graph B), and 10 degrees (Graph C). Directional gain is shown in FIG. 27 for three frequencies and theta, and a zero degree phi. That is, it has a maximum gain of 5.15 dB for 0 degree theta at 0.9 GHz (graph A), a maximum gain of 5.83 dB for 12 degree theta at 1.85 GHz (graph B), and 5.97 dB for 10 degree theta at 2.05 GHz. Has the maximum gain of.
동축 케이블에 의해 전원을 공급받는 인쇄된 다이폴 안테나가 도 28A-D에 도시된다. 28A의 구조는 일반적으로 도 24C의 구조에 대응하나, 동축 케이블 공급은 제외한다. 동축 공급(60)은 스트립(34, 36)을 포함하는 레그(33) 중 하나와 연결된 라인(62)과 스트립(35, 37)을 포함하는 U자형 부분(33)과 연결되는 제 2 라인(64)을 포함한다. 분리 다이폴 구조의 길이(L)는 35-44mm 범위 내에 있으며, 폭(W)은 10-25mm 범위 내에 있다. 이는 동축 공급이기 때문에, 제 1 도전 막(20)이 존재하지 않고, 단지 제 2 도전 막(30)만 존재한다. A printed dipole antenna powered by a coaxial cable is shown in FIGS. 28A-D. The construction of 28A generally corresponds to that of FIG. 24C, but excludes coaxial cable supply. The
도 28B 및 28C는 도 24B 및 24C와 대응하는 동축 공급을 위한 안테나 구조를 도시한다. 변형 부분들 중 하나는, 스트립(37)의 베이스 부분(37A)과 스트립(36)의 대응 부분이 레그(33)에 연결되는 사다리꼴 부분(37D)과 머리 부분(37B)으로 확장하는 폭이 균일한 부분(37E)을 포함한다는 점이다. 이전에 언급한 바와 같이, 구불구불한 패턴(serpentine pattern, 37A)과 스트립(36)의 대응 부분이 도 28C에 도시된다. 이러한 구불구불한 패턴이 휘어져서 사인파나 삼각형 또는 톱니 파 모양이 된다.28B and 28C show an antenna structure for coaxial supply corresponding to FIGS. 24B and 24C. One of the deformation parts is a uniform width, in which the
도 28B와 28D의 안테나는 도전 플레이트(72, 74)를 포함한다. 도전 플레이트(72, 74)는 스트립(34/36)과 스트립(35/37)의 각각 나란히 놓인 부분들이며 절연 기판(12, 도시되지 않음)에 의해 서로 분리된다. 도전 플레이트(72, 74)는 제 1 도전 막(20)을 대신하는 절연 기판(12)의 마주보는 측면 상에 위치한다. 이는 동축 공급이기 때문에, 제 1 도전 막(20)이 존재하지 않는다. 개별적인 스트립(34/36 와 35/37)의 길이를 따라서 플레이트(72, 74)의 위치가 다이폴 안테나의 응답을 조절한다. 도전 비아(44, 46)가 절연 기판(12)을 통해 확장하는 도전 플레이트(72, 74)와 접촉하지 않는다는 것을 주의해야 한다.The antennas of FIGS. 28B and 28D include
도전 플레이트(72, 74)는 여기에 기술된 모든 안테나에 대해 사용 가능하다. 이들은 서로 다른 고정 위치에 부착된 접착 금속 밴드나 스트립일 수 있다. 설계된 주파수 대역이 약 +/-500MHz 범위 내에서, 도전 패치의 위치에 대한 함수로써, 변 화될 수 있다. S11이나 VSWR 시험 측정시에, 사용자는 이러한 위치를 선택할 수 있다. 또한, 이러한 플레이트(72, 74)는 안테나나 안테나 박스에 부착된 기계에 의해 움직이는 이동가능한 도전(금속) 스트립일 수 있다. 이 경우에, 플레이는 기계식 어댑디브 안테나의 일종이다. 플레이트(72, 74)는 일 측에 다이폴 스트립(34/36, 35/37)과 함께 배치되거나 또는 반대 측에 배치되며, 이러한 위치 사이의 차는 주파수 변화 퍼센트 내이다(다이폴을 포함하는 측에 배치되는 경우에 가장 커짐).
예시로써, 도 28A의 이중 대역 다이폴 안테나가 25mm의 폭(W)과 40mm의 길이(L)를 포함한다. VSWR과 S11의 크기가 도 29에 도시된다. VSWR은 0.85에서 1.1 GHZ 사이 및 1.6에서 2.5GHz 사이에서 2 이하이다. 0도 파이와 0도 세타에서의 지향성이 도 30에 도시된다. 지형성 이득이 세 개의 주파수와, 0도 세타 및 파이에 대해 도 31에 도시된다. 즉, 0.9GHz에서 5.13dB의 최대 이득을 가지며(그래프 A), 1.85GHz에서 7.43dB의 최대 이득을 가지고(그래프 B), 2.05GHz에서 -2.25dB의 최대 이득을 가진다(그래프 C).By way of example, the dual band dipole antenna of FIG. 28A includes a width W of 25 mm and a length L of 40 mm. The sizes of VSWR and S11 are shown in FIG. VSWR is less than or equal to between 0.85 and 1.1 GHZ and between 1.6 and 2.5 GHz. Directivity at zero degree pi and zero degree theta is shown in FIG. Topographic gain is shown in FIG. 31 for three frequencies, 0 degree theta and pi. That is, it has a maximum gain of 5.13 dB at 0.9 GHz (graph A), a maximum gain of 7.43 dB at 1.85 GHz (graph B), and a maximum gain of -2.25 dB at 2.05 GHz (graph C).
도시되지는 않았으나, 절연막(12)을 통과하는 다이폴 주변의 복수의 비아 홀이 제공된다. 이러한 비아 홀들은 유사-광 결정을 제공한다. 이는 절연 물질 내에서 표면파와 복사를 감소시켜 전체 이득을 향상시킨다. 이는 양쪽 안테나에 적용된다.Although not shown, a plurality of via holes around the dipole passing through the insulating
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세 한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.The above-described embodiments of the present invention are for illustration and description only, and are not intended to limit the present invention to the described form. Accordingly, various changes and modifications can be made to those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, the detailed description of this specification does not limit the scope of the invention. The scope of the invention is defined by the appended claims.
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