KR20070051292A - 안테나 장치 및 그러한 안테나 장치를 포함하는 휴대무선통신 장치 - Google Patents

안테나 장치 및 그러한 안테나 장치를 포함하는 휴대무선통신 장치 Download PDF

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아르빈 악셀 본
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Abstract

본 발명은 적어도 제 1 및 제 2 주파수 대역에서 작동가능한 휴대 무선통신 장치에 관한 것으로, 상기 안테나 장치는 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신하는 무선통신 장치의 급전 장치(RF)에 접속가능한 제 1 급전부분을 가지는 제 1 전기 전도성 방사 소자, 상기 제 1 방사 소자로부터의 일정거리에서 제공된 접지 평면, 상기 제 1 전기 전도성 방사 소자 및 상기 접지 평면을 제 1 위치에서 접속시키는 직류(DC) 차단 장치, 그리고 상기 제 1 전기 전도성 방사 소자와 상기 접지 평면을 제 2 위치에서 접속시키는 제어가능한 스위치를 포함한다.

Description

안테나 장치 및 그러한 안테나 장치를 포함하는 휴대 무선통신 장치{ANTENNA DEVICE AND PORTABLE RADIO COMMUNICATION DEVICE COMPRISING SUCH AN ANTENNA DEVICE}
본 발명은 전반적으로 안테나 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 전화기에서와 같은, 휴대 무선통신 장치들에서 사용될 수 있는 제어가능한 내장형 다중대역 안테나 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 안테나 장치를 포함하는 휴대 무선통신 장치에 관한 것이다.
내장형 안테나들은 휴대 무선통신 장치들에서 한 동안 사용되어 왔다. 내장형 안테나들을 사용하는데 관련된 많은 장점들이 있는데, 그 중에서도 하나의 장점은 내장형 안테나들이 작고 가벼워서 크기와 중량이 중요시되는 이동 전화기에서와 같은 응용물에 상기 내장형 안테나들이 적합하게 될 수 있다는 것이다. 휴대 무선통신 장치들에서 자주 사용되는 한 형태의 내장 안테나는 소위 평면 역 F형 안테나(PIFA)이다.
하지만, 이동 전화기에 내장형 안테나들의 적용은 방사 소자 또는 소자들의 치수, 급전 및 접지 부분들의 정확한 위치 등과 같은, 안테나의 구조상에 몇몇 제약을 준다. 이러한 제약들은 넓은 작동 주파수 대역에 대비된 안테나의 구조를 찾 아내는 것을 어렵게 할 수도 있다. 이것은 다중대역 작동을 위해 의도된 안테나, 즉 두 개 또는 그 이상으로 구분된 주파수 대역들에서 작동하기에 적합하게 된 안테나들에 있어 특히 중요하다. 전형적인 이중대역 전화기에 있어서, 하위 주파수 대역은 소위 GSM 900 대역인 900MHz에 집중되는 반면, 상위 주파수 대역은 DCS 대역인 1800MHz 또는 PCS 대역인 1900MHz 주위로 집중된다. 만일 안테나 장치의 상위 주파수 대역이 1800MHz 및 1900MHz 모두를 포괄하기에 충분히 넓게 만들어진다면, 세 개의 상이한 표준 대역들에서 작동하는 전화기가 획득된다. 가까운 미래에, 네 개 또는 심지어 그 이상의 상이한 주파수 대역들을 작동시키는 안테나 장치들이 예상된다.
수동 안테나들에서의 주파수 대역들의 개수는 안테나의 크기에 의해 제한을 받는다. 주파수 대역들의 개수를 더욱더 증가시킬 수 있도록 하기 위하여 및/또는 안테나의 크기를 더욱더 축소시킬 수 있도록 하기 위하여, 능동적인 주파수 제어가 사용될 수 있다. 능동적인 주파수 제어의 일예는, 복수의 주파수들에 대처할 수 있는 패치 안테나 장치를 개시하는 일본 특개평10-190347호의 요약서에 개시되어 있다. 이 목적을 위해 기본적인 패치 부품 및 부가적인 패치 부품이 제공되는데 이 들 부품은 상기 패치 부품들을 선택적으로 서로 접속시키거나 단절시키도록 배열된 핀(PIN) 다이오드들에 의해 서로 접속되어 있다. 비록 이것이 주파수 제어에 대비하지만, 상기 안테나 장치는 여전히 큰 크기를 가져서, 예를 들어 GSM과 DAMSP 및/또는 DCS와 PCS 대역들 사이와 같은, 두 개 또는 그 이상의 상대적으로 구분된 주파수 대역들 사이에서, 전환하기에 충분히 적합하게 되어 있지 않다.
그 대신, 이러한 예의 종래 장치들은 부가적인 패치들의 안팎에서의 전환이 제 1 주파수 대역으로부터의 일정 거리에서 부가적인 주파수 대역을 생성하는 것을 대신하여 동조를 위해 사용된다는 점에서 전형적인 것이다.
일본 특허공개 제2000-236209호의 요약서는, 도 1에서 보는 바와 같이, 유전체 기판 상의 선형 도체를 포함하는 모노폴(monopole) 안테나를 개시하고 있다. 안테나의 방사 부품들은 다이오드 스위치 회로들을 통해 접속된 적어도 두 개의 금속편들로 이루어져 있다. 이 방사 소자들은 고주파 신호를 차단하는 필터 회로의 일단에 접속된 급전점들을 갖는다. 신호(V스위치)는 다이오드 스위치를 제어하는데 사용된다. 상기 개시된 구조는 모노폴 또는 다이폴(dipole) 안테나들에 제한을 받는다. 또한, 상술된 일본 문헌에 따른 안테나의 목적은 작은 크기를 가지는 안테나를 제공함에 있지 않다.
따라서 종래 안테나 장치들에 있어서의 문제점은 양호한 성능을 보유한 상태에서 작은 크기와 체적 및 광역 주파수 대역들을 가지는 PIFA 형태의 다중대역 안테나를 제공하지 못한다는 것이다.
본 발명의 주목적은 상기 문제점들을 경감시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 목적은 주파수 특성들이 적어도 두 개의 비교적 넓은 주파수 대역들에 대비되는 반면에 안테나 장치의 전체적인 크기가 소형이라고 우선적으로 언급되는 종류의 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 종래 장치들보다 양호한 다중대역 성능을 갖는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 방사 소자들에 대해 유효한 주파수 대역이 스위치를 제어함으로써 제어될 수 있게 안테나를 배열함에 의해 여러 주파수 대역들이 물리적으로 매우 작은 안테나에 제공될 수 있다는 실현에 근거한 것이다. 즉, 상기 방사 소자들은 스위치를 작동시킴으로써 제 1 모드 내에 있는 제 1 주파수 대역 또는 한 세트의 주파수 대역들 및 제 2 모드 내에 있는 제 2 주파수 대역 또는 다른 한 세트의 주파수 대역들에 동조될 수도 있다.
본 출원과 동일한 출원인에 의해 스웨덴에서 출원된 특허 출원들 SE0301200-2, SE0302979-0, SE0400203-6은 본 발명과 유사한 사상에 관계한 것이어서 본 명세서에 참조로서 편입되어 있다. 또한 동일한 출원인에 의해 본 출원과 동일한 날짜로 스웨덴에서 제출된 출원은 동일한 범주에 관계한 것이어서 본 명세서에 참조로서 편입되어 있다.
상기 방사 소자들이 두 개의 부품으로 분리되어 스위치와 접속되어서 상기 목적을 달성한다는 것이 제안되어져 왔다. 그러한 스위치 소자로는 다이오드가 될 수 있다. 하지만, 다이오드들이 이상적인 구성요소들이 아니기 때문에, 그것들이 몇몇 기준들에서 허용될 수도 없는 급격한 고조파를 초래할 수도 있다는 것은 발견되었다.
더욱이, 이러한 것은 상기 스위치가 자주 작동될 필요가 없으면 이로운 것이다. 만일 상기 무선통신 장치가, 단지 예를 들어 상기 무선통신 장치의 오퍼레이터의 기하학적인 위치에 근거하여, 상기 스위치를 작동시킴으로써 이를 수만 있는 상이한 주파수들에 응할 필요가 있다면, 이것은 무선통신 장치의 작동을 간소화시킬 것이다.
본 발명의 주목적은 상기 문제점들을 최소한 경감시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
특히, 상기 목적들은 본 발명의 제 1 측면에 따라, 이들 적어도 제 1 및 제 2 주파수 대역에서 작동가능한 휴대 무선통신 장치용 안테나 장치에 의해 달성되는 데, 상기 안테나 장치는 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신하는 무선통신 장치의 급전 장치(RF)에 접속가능한 제 1 급전부분을 가지는 제 1 전기 전도성 방사 소자와, 상기 제 1 방사 소자로부터의 일정거리에서 제공된 접지 평면과, 상기 제 1 전기 전도성 방사 소자와 상기 접지 평면을 제 1 위치에서 접속시키는 직류(DC) 차단 장치와, 상기 제 1 전기 전도성 방사 소자와 상기 접지 평면을 제 2 위치에서 접속시키는 제어가능한 스위치를 포함한다.
특히, 상기 목적들은 본 발명의 제 2 측면에 따라, 하나의 접지 평면 상에 제공되되 제 1 위치에서 직류(DC) 차단 장치를 통해 상기 하나의 접지 평면에 접속되어 있는 적어도 하나의 방사 소자를 가지고 있는 안테나용 다중대역 특성들을 획득하는 방법에 의해 달성되는데, 상기 방법은 무선 주파수 신호를 상기 방사 소자에 급전하는 단계, 및 상기 방사 소자 와 상기 접지 평면 사이에 제공된 스위치를 작동시키는 단계를 포함하되, 상기 스위치는 제 1 모드에서 무선 주파수 신호들에 대해 개방되고 제 2 모드에서 무선 주파수 신호들에 대해 폐쇄되어서 상기 안테나의 유효한 작동 주파수 대역을 변경시킨다.
특히, 상기 목적들은 본 발명의 제 3 측면에 따라, 상기 안테나 장치를 포함하는 휴대 무선통신 장치에 의해 달성된다.
상기 배열에 의해, 상기 다이오드에 의해 도입된 고조파를 감소시키는 것은 가능하다. 더욱이, 제 1 모드에서는 미국에서 사용되는 주파수들에, 즉 DAMPS 및 PCS에 대응하는 850MHz 및 1900MHz에 대응하는 공진주파수들을 갖고, 제 2 모드에서는 유럽에서 사용되는 주파수들에, 즉 GSM 및 DCS에 대응하는 900MHz 및 1800MHz에 대응하는 공진주파수들을 갖는 안테나를 얻을 수 있다.
본 발명의 하나의 변형예에 따르면, 스위치는 핀(PIN) 다이오드를 포함하고, 상기 직류(DC) 차단 장치는 커패시터를 포함한다.
본 발명의 다른 하나의 변형예에 따르면, 스위치는 두 개의 상태를 취하여 제어 전압 입력(V스위치)에 의해 제어된다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 상기 방사 소자는 직류(DC) 전압을 상기 방사 소자에 급전하여 상기 스위치를 제어하는 제 2 급전부분을 포함한다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 상기 방사 소자는 평면이다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 제 1 급전부분과 상기 방사 소자 사이에는 제 1 필터가 제공되며, 상기 제 1 필터는 상기 스위치를 제어하기 위해 공급된 모든 직류(DC) 신호들을 차단하는 고역 통과 필터이다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 제 2 급전부분과 상기 방사 소자 사이에는 제 2 필터가 제공되며, 상기 제 2 필터는 상기 안테나 장치에 의해 수신 또는 송신된 모든 무선 주파수 신호들을 차단하는 저역 통과 필터이다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 상기 안테나 장치는 제 2 방사 소자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 제 1 방사 소자는 하나 이상의 공진주파수에 대비된 구조를 갖는다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 제 2 방사 소자는 하나 이상의 공진주파수에 대비된 구조를 갖는다.
본 발명의 또 다른 하나의 변형예에 따르면, 상기 스위치는 제 1 직류(DC) 전압을 상기 방사 소자에 인가함으로써 제 1 모드로 설정되고, 제 2 직류(DC) 전압을 상기 방사 소자에 인가함으로써 제 2 모드로 설정된다.
본 발명의 또 다른 특징 및 장점들은 본 발명의 실시예들의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 설명을 위해서만 제공될 뿐 본 발명을 한정하지 않은 이하에 주어진 본 발명의 실시예들의 상세한 설명 및 첨부한 도 1 및 도 2로부터 더욱 충분히 이해되어 질 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 변형예에 따른 안테나 장치의 개략적인 사시도이 다.
도 2는 도 1에 있는 안테나 장치의 작동 모드들을 도시하는 주파수 도표이다.
제한이 아닌 설명을 위한 이하의 설명에서, 예를 들어 특정 기술들 및 응용물들과 같은 특정 상세들은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 하지만, 본 발명이 이러한 특정 상세들로부터 이탈한 다른 실시예들에서 실시될 수도 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 어떤 경우들에 있어서, 공지의 방법들 및 장치들에 대한 상세한 설명들은 불필요한 상세들 때문에 본 발명의 설명을 애매하게 하지 않도록 생략된다.
도 1은 본 발명의 하나의 변형예에 따라 접지 평면(102) 상에 제공된 방사 소자(101)를 갖는 안테나 장치의 개략적인 사시도이다. 비록 방사 소자(101)가 장방형 시트로서 예시되어 있지만, 이 방사 소자는, 종래기술에서 많이 논의되어 있는 바와 같이, 소정의 주파수 대역에 동조될 다른 형태들을 가질 수도 있다. 이러한 형태들은 U자 형상, E자 형상, W자 형상, 사행 형상 또는 어떤 다른 적절한 형상을 포함하며, 능동 또는 수동 구성요소들을 구비할 수도 있다. 이 방사 소자(101)는 다이오드들과 같은 능동적인 요소들, 인덕턴스, 또는 커패시턴스에 의해 접속된 여러 부품들로 이루어질 수도 있다. 하지만 이 방사 소자는 통상적으로는 평면이지만 상기 접지 평면 쪽을 향하여 돌출하도록 접힌 부품을 포함할 수도 있다.
상기 방사 소자(101)는 무선주파수 신호(104)를 방사 소자(101)에 급전하는 무선통신 장치(도시 생략)에 접속가능한 제 1 급전부분(103)을 포함한다. 상기 무선주파수 신호는 어떠한 직류(DC) 성분이라도 제 1 급전부분(103)을 통해 상기 무선통신 장치에 도달하는 것을 방지하는 고역통과 필터(107)를 통과한다.
상기 방사 소자(101)는 직류(DC) 전압(106)(V스위치)을 상기 방사 소자(101)에 급전하는 무선통신 장치에 접속가능한 제 2 급전부분(105)을 더 포함한다. 상기 직류(DC) 전압은 어떠한 무선주파수(RF) 성분이라도 제 2 급전부분(105)을 통해 상기 무선통신 장치에 도달하는 것을 방지하는 저역통과 필터(LP, 108)를 통과한다.
상기 방사 소자(101)는 직류(DC) 차단 장치(109)를 통해 제 1 위치에서 상기 접지 평면에 접속된다. 상기 직류(DC) 차단 장치는 직류(DC) 신호들이 상기 직류(DC) 차단 장치를 통해 상기 방사 소자로부터 접지 평면에 인가되는 것을 방지하지만, 상기 무선주파수(RF) 신호들이 직류(DC) 차단 장치를 통해 방사 소자로부터 접지 평면에 인가되는 것을 허용한다. 따라서, 상기 직류(DC) 차단 장치는 상기 방사 소자를 접속시키는 접지 핀으로서 작동하고 무선주파수(RF) 신호용 평면 역 F형 안테나(PIFA)에 있는 상기 접지 평면은 직류(DC) 신호들에 대한 개회로로서 작용을 한다.
상기 다이오드(110)를 사용하여 실시된 본 발명의 본 변형예에 있어서, 상기 방사 소자는 스위치를 통해 제 2 위치에서 접지 평면에 또한 접속된다.
어떠한 직류(DC) 전압도 제 2 급전부분(105)을 통해 상기 방사 소자(101)에 인가되지 않을 때, 상기 다이오드(110)는 개회로이어서, 상기 안테나 장치는 상기 방사 소자의 특정 설계사양에 따라 다소의 공진 주파수 또는 주파수들을 가질 것이다. 가령 850MHz 및 1900MHz 대역들 따위의 두 개의 공진 주파수들을 상기 안테나가 갖게 설계하는 것은 공지이다.
상기 스위치는 바람직하게 1 내지 5볼트 범위에 있는 직류(DC) 전압(V스위치)을 상기 급전부분(105)을 통해 방사 소자(101)에 인가함으로써 작동된다. 상기 직류(DC) 차단 장치(109)가 직류(DC) 신호를 전달하지 않을 것이므로, 상기 직류(DC) 신호는 다이오드(110)를 통해 상기 접지 평면에 인가될 것이다. 이때, 상기 다이오드는 개방되어 무선주파수(RF) 신호들에 대해서도 단락회로가 될 것이다. 바꾸어 말하면, 상기 다이오드는 방사 소자(101)와 접지 평면(102) 사이에 제 2 접지 핀을 제공하여, 상기 안테나 장치에 대한 공진주파수가 변화되게 할 것이다. 만일 상기 안테나가 두 개의 공진주파수들을 갖게 설계되어 있다면, 상기 두 개의 공진주파수는 함께 푸쉬 될 것이다. 즉, 상기 안테나는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 스위치가 오프(off)일 때, 미국(US)에서 사용되는 주파수들인 850MHz 및 1900MHz를 위해 설계되고, 스위치가 온(on)일 때, 유럽(EU)에서 사용되는 주파수들인 900MHz 및 1800MHz를 위해 설계될 수 있다. 이것은 스위치가 자주 작동되어야 할 필요가 없으므로 이로운 것이다.
본 발명이 여러 방식으로 변형될 수 있음은 자명하다. 이러한 변형들은 본 발명의 범주에서 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 한다. 당업자에게 자명한 모든 변형들은 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되게 의도된다.

Claims (15)

  1. 적어도 제 1 및 제 2 주파수 대역에서 작동가능한 휴대 무선통신 장치용 안테나 장치로서,
    무선 주파수 신호들을 송신 및 수신하는 상기 무선통신 장치의 급전 장치(RF)에 접속가능한 제 1 급전부분을 포함하는 제 1 전기 전도성 방사 소자; 및
    상기 제 1 방사 소자로부터의 일정거리에서 제공된 접지 평면을 포함하는 상기 안테나 장치에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도성 방사 소자와 상기 접지 평면을 제 1 위치에서 직류(DC) 차단 장치가 접속시키고,
    상기 제 1 급전부분과 상기 방사 소자 사이에 제 1 필터가 제공되며,
    상기 제 1 전기 전도성 방사 소자와 상기 접지 평면을 제 2 위치에서 제어가능한 스위치가 접속시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치는 핀(PIN) 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 직류(DC) 차단 장치는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치는 두 개의 상태를 취하여 제어 전압 입력(V스위치)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 방사 소자는 직류(DC) 전압을 상기 방사 소자에 급전하여 상기 스위치를 제어하는 제 2 급전부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 소자는 평면인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 필터는 상기 스위치를 제어하는 모든 직류(DC) 신호들을 차단하는 고역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 급전부분과 상기 방사 소자 사이에는 제 2 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 필터는 상기 안테나 장치에 의해 수신 또는 송신된 모든 무선 주파수 신호들을 차단하는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 장치는 제 2 방사 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방사 소자는 하나 이상의 공진주파수에 대비되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 방사 소자는 하나 이상의 공진주파수에 대비되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 안테나 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 무선통신 장치.
  14. 하나의 접지 평면 상에 제공되되 제 1 위치에서 직류(DC) 차단 장치를 통해 상기 하나의 접지 평면에 접속되어 있는 적어도 하나의 방사 소자를 가지고 있으며, 제 1 급전부분과 상기 방사 소자 사이에 제공된 제 1 필터를 포함하는, 안테나용 다중대역 특성들을 획득하는 방법으로서,
    무선 주파수 신호를 상기 방사 소자에 급전하는 단계, 그리고
    상기 방사 소자와 상기 접지 평면 사이에 제공된 스위치를 작동시키는 단계를 포함하되,
    상기 스위치는 제 1 모드에서 무선 주파수 신호들에 대해 개방되고 제 2 모드에서 무선 주파수 신호들에 대해 폐쇄되어서 상기 안테나의 유효한 작동 주파수 대역을 변경시키는 것을 특징으로 하는 안테나용 다중대역 특성들을 획득하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 스위치는 제 1 직류(DC) 전압을 상기 방사 소자에 인가함으로써 상기 제 1 모드로 설정되고, 그리고 제 2 직류(DC) 전압을 상기 방사 소자에 인가함으로써 상기 제 2 모드로 설정되는 것을 특징으로 하는 안테나용 다중대역 특성들을 획득하는 방법.
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