KR20070054753A - 적응성 수신 및 전방향성 전송 안테나 어레이 - Google Patents

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KR20070054753A
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제임스 에이 주니어 프록터
빙 치앙
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아이피알 라이센싱, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 핸드헬드 무선 장치에서와 같이 별도의 전송 안테나를 구비하는 수신 전용 모드에서 사용되는 적응성 안테나에 관한 것이다. 전송 안테나는 수평으로 편극된 전송 및 수직으로 편극된 수신기 어레이를 활용함으로써 수신 어레이와 통합될 수 있다. 다른 실시예에서, 전송 안테나는 물리적으로 이격될 수 있고, 수신기 어레이와 통합되지 않을 수 있다. 여하튼, 무선 트랜시버 장비에 대한 인터페이스로서 별도의 수신 및 전송 신호 포트가 존재한다. 수신 전용 방향에서의 적응성 안테나 사용은 역방향 링크 용량과 같거나 그보다 큰 레벨까지 순방향 링크 용량을 증가시킬 수 있는 가능성을 갖는다. 이는 역방향 용량에 직접적인 영향을 주지 않으면서 종래 무선 시스템에서도 동시에 활성될 수 있는 음성 사용자들의 전체적인 수를 상당히 증가시킬 수 있다.

Description

적응성 수신 및 전방향성 전송 안테나 어레이{ADAPTIVE RECEIVE AND OMNIDIRECTIONAL TRANSMIT ANTENNA ARRAY}
도 1은 신호들을 수신하기 위한 적응성 안테나를 포함하고 있는 무선 통신 장치에 대한 고도의 개략도.
도 2a 내지 2c는 수평으로 편극된 전방향성 전송 안테나가 장치 내에 통합되어진 여러 배치를 나타내는 도면.
도 3a 내지 3c는 핸드셋의 뒷면 상에 장착되는 전송 안테나에 대한 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 세 개의 엘리먼트 적응성 어레이에 대한 더욱 상세한 평면을 나타내는 도면.
도 5는 적응성 어레이에 대한 가능한 한 피드 구조를 나타내는 회로도.
도 6은 적응성 어레이가 핸드셋에 통합될 수 있는 방법을 나타내는 개략도.
도 7a 내지 7c는 적응성 어레이에 대한 3차원 방사 패턴, 방위 패턴 및 입면 패턴을 나타내는 도면.
도 8a 내지 8c는 3차원, 방위 및 입면으로 수평 모노폴 전송 엘리먼트의 이득 패턴을 나타내는 도면.
도 9a 내지 9c는 PCS 무선 주파수 대역에서 동작하는 휘어진 수평 모노폴 엘 리먼트의 이득 패턴을 나타내는 도면.
도 10a 내지 10c는 휘어진 모노폴 및 어레이 상에서 그것의 효과에 대한 3차원 방위 및 입면 패턴을 나타내는 도면.
본 발명은 무선 통신 시스템들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 휴대용 가입자 유닛과 사용하기 위한 소형 구성가능 안테나 장치에 관한 것이다.
코드 분할 다중 접속(CDMA) 변조는 현재 셀룰러 전화기, 무선 LAN 및 기타 유사한 시스템들과 같은 여러 무선 시스템들에서 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 시스템들에서는 중앙 허브 또는 기지국과 하나 이상의 이동 또는 원격 가입자 유닛들간의 접속이 제공된다. 기지국은 통상적으로 순방향 링크 무선 주파수 신호들을 이동 가입자 유닛들에 제공하고 또한 상기 이동 유닛들로부터 전송되는 역방향 링크 무선 주파수 신호들을 수신하기 위한 특정 안테나를 구비한다. 각각의 이동 가입자 유닛은 또한 순방향 링크 신호들의 수신 및 역방향 링크 신호들의 전송을 위한 전용 안테나를 구비한다. 통상적인 이동 가입자 유닛은 예컨대 디지털 셀룰러 전화기 핸드셋, 통합되는 셀룰러 모뎀을 구비한 PDA(personal digital assistant), 또는 기타 다른 무선 데이터 장치일 수 있다. 이러한 시스템에서, 여러 이동 가입자 유닛들은 통상적으로 동일한 반송파 주파수를 통해서 동시에 신호들을 전송 및 수신한다. 고유 변조 코드들이 통상적인 CDMA 시스템들에서 각각의 가입자 유닛으로부터 발신되거나 또는 상기 각각의 가입자 유닛에 전송될 신호들을 구분한다.
중앙 유닛과 하나 이상의 원격 또는 이동 유닛들간의 통신을 위해 사용되는 다른 무선 액세스 기술들은 예컨대 IEEE(Institute of the Electrical and Electronic Engineers) 802.11에 의해 공표된 LAN 표준 및 산업 개발 무선 블루투스 표준에 의해서 설명되는 기술들을 포함한다.
이동 가입자 유닛에서 신호들을 전송 및 수신하기 위한 가장 일반적인 안테나는 전방향 방사 패턴을 갖는 모노폴 또는 다른 안테나이다. 모노폴 안테나는 가장 흔하게는 단일 와이어나 다른 연장식 금속 엘리먼트로 구성된다. 이러한 모노폴 안테나로부터 전송되는 신호는 일반적으로 사실상 전방향성이다. 즉, 신호들은 일반적으로 수평한 평면에서 모든 방향으로 거의 동일한 신호와 전송된다. 모노폴 안테나 엘리먼트를 통한 신호의 수신도 마찬가지로 전방향성이다. 그러므로, 모노폴 안테나는 다른 방향으로부터 발신되는 다른 신호들에 대해 한 방향으로부터 발신되는 신호들을 검출하는 능력에 있어 구별되지 않는다. 비록 대부분의 모노폴 안테나들은 입면(elevation plane)에서는 상당한 방사를 발생하지 않지만, 3차원의 예상되는 안테나 패턴은 통상적으로 도넛츠-형태의 환상형태이고, 상기 안테나 엘리먼트는 도넛츠 홀의 중심에 위치된다.
불행하게도, CDMA 통신 시스템들은 통상 간섭으로 인해 제한되는 경우가 존재한다. 즉, 더욱더 많은 가입자 유닛들이 특정 영역에서 활성되어 동일한 기지국으로의 액세스를 공유할 수록, 가입자 유닛들 사이에는 간섭이 증가하고, 따라서 상기 가입자 유닛들은 비트 에러 레이트가 발생한다. 에러 레이트들이 증가하는 것에도 불구하고 신호 시스템의 완전성을 유지하기 위해, 종종 하나 이상의 사용자들에게 이용가능한 최대 데이터 레이트가 감소해야 하거나, 무선 간섭 스펙트럼을 제거하기 위해서 활성 유닛들의 수가 감소되어야 한다. 기지국 및/또는 이동 유닛들에서 지향된 안테나를 사용함으로써 과도한 간섭을 제거하는 것이 가능하다. 통상적으로, 지향성 안테나 빔 패턴은 기지국에서 페이징된(pased) 어레이 안테나를 사용함으로써 달성된다. 상기 페이징된 어레이는 각각의 안테나 엘리먼트에 입력되는 신호의 위상 각도를 제어함으로써 원하는 방향으로 전기적으로 스캐닝되거나 조정된다.
그러나, 페이징된 어레이 안테나는 엘리먼트들 바이어싱이 방사된 신호들의 파장에 비해 전기적으로 작게 될 때 효율 및 이득이 감소된다. 일예로, 이러한 안테나가 사용되거나 또는 핸드-헬드 휴대용 가입자 유닛과 연계하여 사용되려 할 경우에, 안테나 어레이들의 간격은 비교적 작아야 하고 그로인해 안테나 성능은 그에 따라 떨어진다.
핸드-헬드 무선 장치를 위한 안테나를 설계할 경우에는 몇가지 사항이 고려되어야 한다. 일예로, 전파되는 신호들이 일예로 비트 에러 레이트, 신호-대-잡음 비율 또는 신호-대-잡음+간섭 비율과 같은 미리 결정된 표준 요건들을 충족시키도록 하기 위해서 안테나의 전기적인 특징들이 주의깊게 고려되어야 한다.
안테나는 또한 통상적인 사용자의 요구들을 충족시키기 위해 일부 기계적인 특징들을 나타낸다. 일예로, 안테나 어레이의 각각의 엘리먼트의 물리적인 길이는 전송 및 수신 신호 주파수에 의존한다. 만약 안테나가 모노폴 안테나로서 고려된다면, 그 길이는 통상적으로 신호 주파수의 1/4 길이인데, 800 MegaHertz(MHz)(더욱 대중적인 무선 주파수 대역들 중 하나)에서 동작하기 위해서는, 1/4 파장 모노폴 안테나는 통상적으로 3.7"의 길이 범위를 가져야 한다.
안테나는 또한 미각적으로 만족스러운 외형을 사용자에게 제공해야 한다. 특히 통신 장치가 이동 또는 핸드헬드 유닛에서 사용될 때는, 상기 장치는 쉽게 장착될 수 있는 형태를 가지면서 비교적 작고 무게가 가벼워야 한다. 그러므로, 안테나가 전개 메커니즘이 필요하다면 기계적으로 간단하면서 신뢰적이어야 한다.
특히 CDMA 타입의 시스템에서는, 전체 네트워크의 용량을 포함한 다른 사항들이 고려된다. 일부 사항은 일반적으로 성능을 향상시키기 위해서 핸드셋에서 CDMA 시스템의 역방향 링크 상에서 사용하기 위한 적응성 안테나 어레이들에 대해 제공된다. 특히 주변 기지국들 및/또는 다른 핸드셋들로부터의 간섭을 줄임으로써 시스템 성능을 증대시키기 위해 지향성 안테나 어레이들이 사용될 수 있다. 그러나, 특히 역방향 링크 상에서 지향성 안테나를 사용하는 것은 전력 제어 시스템들의 성능을 복잡하게 한다. 즉, 대부분의 무선 통신 시스템들에서와 같이, 핸드셋들로부터 방사되는 신호의 전력 레벨은 다른 핸드셋들에 간섭을 주지 않도록 주의깊게 제어되고, 그로인해서 신호 전력들은 비교적 고정되는 알려진 전력 레벨 내에서 기지국이나 다른 중앙 사이트에 도착한다.
본 발명은 동일한 장치에 배치된 별도의 전송 안테나와 함께 이동 가입자 유 닛에서 지향성 또는 다른 적응성 안테나 어레이를 사용하는 장점들을 구현하는 것으로부터 이루어진다. 단지 신호들을 수신하기 위해 사용되는 지향성의 적응 안테나 어레이는 통상적으로 다수(N)의 모노폴 안테나 엘리먼트들로 구성된다. 이러한 모노폴 엘리먼트들은 인쇄 회로 기판과 같은 유전체 기판의 일부분 상에 전도성 세그먼트들로서 형성될 수 있다. 어레이를 완성하기 위해서, 적어도 하나의 엘리먼트는 모노폴 수동 엘리먼트들 각각에 인접하게 동일 기판 상에 또한 배치되는 능동 안테나 엘리먼트로서 지정된다. 바람직한 실시예에서, 능동 엘리먼트는 어레이의 중앙에 배치되고, 다수의 수동 엘리먼트는 두 개이다.
별도의 전송 안테나가 수신 어레이와 통합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 전송 안테나는 전방향성 단일 엘리먼트 로테이션이다.
수평으로 편극된 전송 및 수직으로 편극된 수신 어레이를 사용함으로써, 안테나 엘리먼트들 사이의 절연이 향상된다. 다른 실시예에서, 전송 안테나는 하우징의 반대쪽과 같이 물리적으로 이격될 수 있다. 즉, 수신기 어레이는 핸드셋의 하위 부분 상에 있는 전송 안테나와 함께 핸드셋의 상위 부분 상에 위치될 수 있다. 어느 한 경우에, 두 안테나에 대해 개별적인 수신 및 전송 인터페이스 부분이 존재한다.
IS-95 및 IS-2000과 같이 오늘날 존재하는 대부분의 시스템들에서는, 양방향 통신에 대해 용량의 한계가 존재한다. 두 방향의 용량 차이는 전력 제어뿐만아니라 간섭으로 인한 순방향 링크에서의 한계로부터 발생한다. 이러한 간섭은 인접 셀들뿐만 아니라 상기 셀 내의 사용자들로부터 기인한다. 셀제로, 순방향 및 역방 향 링크들 사이의 용량 차이는 50 내지 100%만큼이나 높게 추정될 수 있다. 음성 및 회로 교환 데이터 시스템들에서는, 동시에 지원될 수 있는 사용자들의 수가 두 링크들의 보다 적은 용량에 의해 정해진다. 그러므로, 순방향 링크 상에서의 한계는 실제로는 사용자의 총 수를 제한하며, 역방향 링크의 과다한 용량이 소모된다.
단지 수신측 상에 있는 가입자 유닛에서 적응성 안테나를 사용하는 것은 역방향 용량과 동일하거나 그보다 큰 레벨까지 순방향 용량을 증가하는 가능성을 갖는다. 이는 역방향 용량을 직접적으로 증가시키지 않으면서 전체적인 사용자 수를 상당히 증가시킬 수 있다.
시분할 듀플렉스(TDD) 시스템과 같은 다른 타입의 시스템들은 또한 전송 기간들 동안에 전방향 모드에서 수신하고 조정하기 위한 적응성 어레이를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 효과는 용량 향상에 있어 유사한 결과를 달성한다. TDD 시스템이 고정 환경 또는 천천히 이동하는 환경에 있을 때는 지향성 전송이 또한 활용될 수 있다는 것이 또한 예상된다.
따라서, 핵심 양상에 따르면, 본 발명은 적응성 어레이가 신호를 수신하기 위해 사용되는 안테나 시스템으로 구성되며, 전방향성 안테나가 전송을 위해 사용된다. 바람직한 실시예에서, 적응성 안테나는 이동 전화기 유닛, PDA 등과 같은 핸드헬드 무선 통신 유닛의 하우징 내에 통합된다.
수신 모드를 위해 사용되는 적응성 어레이는 바람직하게는 지향성을 달성하기 위해서 플라스틱 엘리먼트, 즉, 수동 엘리먼트를 사용하는 어레이인 것이 바람직하다.
다른 양상에서는, 전방향성 전송 안테나가 수신기 어레이로부터 물리적으로 및/또는 전기적으로 분리된다. 일예로, 전방향성 전송 안테나는 상이한 극성으로 통합되는데, 일예로, 수직으로 편극된 수신기 어레이는 수평으로 편극된 전송 엘리먼트를 구비할 수 있다. 다른 경우에는, 핸드헬드 전화기 유닛의 베이스와 전송 안테나를 통합하는 것과 같이 물리적인 거리를 통해서 분리가 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 안테나와 사용되는 무선 주파수(RF) 변조는 많은 상이한 타입으로부터 선택될 수 있다. 일예로, 본 발명은 코드 분할 다중 액세스 시스템들뿐만 아니라 다른 직교 주파수 분할 다중화 시스템들에서 활용된다.
본 발명의 앞서 목적, 특징 및 장점들과 다른 목적, 특징 및 장점들이 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 아래의 더욱 상세한 설명으로부터 자명해질 것이고, 도면들에서 동일한 참조 문자들은 다른 도면들에서 동일한 부분들을 나타낸다. 도면들은 반드시 축적에 맞지는 않으며, 대신에 본 발명의 원리들을 도시하기 위한 것으로 강조된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명은 다음과 같다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 하우징(110)과 그 안에 통합된 안테나 어레이(120)로 구성되는 무선 장치(100)를 도시한다. 일반적으로, 하우징은 일예로 셀룰러 이동 핸드셋, 또는 Palm Pilot 타입의 장치와 같은 PDA(personal digital assistant)를 제공하기 위해 활용될 수 있다.
안테나 어레이(100)는 일예로 셀룰러 핸드셋의 경우에 기지국으로부터 또는 WLAN(wireless local area network) 프로토콜들을 사용하는 무선 데이터 유닛의 경우에는 액세스 포인트로부터 전송되는 순방향 링크 무선 신호들의 지향성 수신을 제공한다. 특정 기지국 및/또는 액세스 포인트의 위치로부터 얼마간 발신되는 신호들을 직접 수신함으로써, 안테나 어레이(120)는 이동 유닛(100)에 대한 셀간 간섭 및 다중경로 페이딩의 전체적인 영향을 감소시키는데 도움을 준다. 게다가, 곧 알게 될 바와 같이, 안테나 어레이에 의해 생성된 안테나 빔 패턴들은 원하는 방향으로 확장하지만 대부분의 다른 방향으로는 감쇄하기 때문에, 보다 적은 전력이 기지국에 의한 효과적인 전송을 위해 필요하다.
예시적인 실시예에서, 안테나 어레이(120)는 중앙 엘리먼트(102) 및 각각의 사이드에 있는 한쌍의 수동 엘리먼트(104)로 구성된다. 곧 알게 될 바와 같이, 수동 엘리먼트(104)는 반사성 또는 지향성 모드 중 어느 한 모드로 각각 동작할 수 있는데, 어레이(120)가 특정 방향으로 조정될 수 있다는 점에서 편리하게 생각된다. 비록 본 실시예는 세 개의 엘리먼트를 도시하고 있지만, 어레이(120)는 그와 같이 세개의 엘리먼트로 제한되지 않으며 4개 또는 그 이상의 수동 엘리먼트들이 포함될 수 있다는 것을 알아야 한다. 페이징된 어레이에 대한 또 다른 실시예가 가능한데, 여기서는 중앙 엘리먼트(102)가 없으며, 능동 신호 결합 회로와 함께 능동 엘리먼트로서 다른 엘리먼트들 자체가 사용된다. 우리는 간단한 N 개의 수동 엘리먼트 어레이가 그것의 낮은 비용때문에 바람직하다고 생각한다.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 개별 안테나(200)에 대한 여러 가능한 배치를 나타낸다. 일실시예에서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전송 안테나(200)는 안 테나 어레이(120)로서 동일한 회로 기판 상에 위치된다. 이러한 특정 실시예에서, 전송 안테나(200)는 수신기 어레이(120)의 엘리먼트들에 대해 반대로 수평, 즉 직교 위치를 갖는다. 이러한 배열은 두 안테나 세트들 사이의 더 큰 절연을 제공한다.
대안적인 실시예에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전송 안테나는 핸드셋(110) 하우징의 하부 종단에 위치될 수 있다. 이는 수평 엘리먼트(200)와 수신 어레이(120)의 엘리먼트들 사이의 물리적인 거리로 인해 더욱 큰 전자기 거리를 제공한다. 이는 또한 전송 안테나(200)와 연관된 고전력 마이크로파 영역이 사용자의 뇌보다는 사용자의 턱 영역가까이로 이동시키기 쉽다.
또 다른 실시예에서는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 전송 안테나(200)의 단부는 휘어질 수 있다. 지향성 어레이의 엘리먼트들과 어느 정도 평행하게 될 수 있는 상기 휘어진 부분은 설계를 더욱 자유롭게 할 수 있게 한다. 일예로, 안테나의 전체 길이가 더 일어져야 하지만 여전히 핸드셋의 폭 내에 장착되어야 하는 이러한 타입의 안테나는 더 낮은 주파수에서 동작할 수 있다. 휘어진 엘리먼트(200)는 키패드와 같은 다른 성분들을 핸드셋 내에 수용할 수 있도록 또한 사용될 수 있다. 휘어진 엘리먼트는 또한 핸드셋이 거의 수직인 상태로 휴대될 경우 수평면에서의 방사를 방지한다. 이는 핸드셋(110)의 모든 방향으로 향상된 성능을 제공한다.
도 3a 내지 3c는 전송 엘리먼트(200)의 추가적으로 가능한 실시예를 나타내는데, 도 3a는 하우징(110)의 측면이고, 도 3b는 하우징(110)의 뒷면이다. 여기서, 전송 안테나(200)는 통상적으로 1900 MHz의 범위를 갖는 PCS(Personal Communication Services) 타입 주파수들과 같은 비교적 높은 주파수에서 동작하기 위해 비교적 짧은 길이를 갖는다. 그러나, 엘리먼트(200)는 연장 부분(220)이 전개될 수 있도록 힌지(210)가 제공될 수 있다. 완전히 전개된 안테나 엘리먼트의 전체 길이는 음성 또는 표준 셀룰러 통신과 관련하여 800 MHz 주파수와 같이 더 낮은 주파수에서 공진하도록 제작될 수 있다. 엘리먼트(200)를 위한 힌지식 또는 플리핑식 장치는 상기 엘리먼트(200)로 하여금 한 대역 또는 다른 대역 내에서 공진할 수 있도록 보장한다. 그러므로, 사용자가 엘리먼트(200)를 완전히 전개하지 않고 적절한 길이로 전개할 수 있는 장치를 슬라이딩하거나 끼워넣는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 전송 안테나(200)와 연관된 피드포인트(230)는 실제로 엘리먼트(200)의 정확히 한 단부가 아니라 벗어난 지점에 위치될 수 있다. 이러한 벗어난 피드포인트 위치는 공진 길이 비율이 1900/800 MHz 주파수 비율로 정해지게 한다.
도 4는 일실시예에서의 지향성 또는 적응성 어레이를 더욱 상세히 나타내고 있다. 여기서, 어레이(100)는 앞서 설명된 바와 같은 중앙 엘리먼트(102) 및 수동 엘리먼트(104A 및 104C)를 포함해서 인쇄 회로 기판의 한 부분 상에 배치된다. 수동 엘리먼트(104) 각각은 곧 알게될 바와 같이 반사성 또는 지향성 모드로 동작할 수 있다.
중앙 엘리먼트(102)는 다이얼일렉트릭 기판(108) 상에 배치되는 전도성 방사기(106)를 포함한다. 수동 엘리먼트들(104A 및 104C) 각각은 상부 전도성 세그먼 트(110A 및 110C)뿐만 아니라 상응하는 하부 전도성 세그먼트(112A 및 112C)를 구비한다. 이러한 세그먼트들(110A, 110C, 112A, 및 112C)은 또한 상기 다이얼일렉트릭 기판(108) 상에 배치된다. 하부 전도성 세그먼트들(112A 및 112C)은 일반적으로 접지된다. 또한, 일반적으로, 상부 세그먼트들(110A 및 110C) 및 하부 세그먼트들(112A 및 112C)은 동일한 길이를 갖는다.
수동 엘리먼트들(104) 중 하나의 상부 전도성 세그먼트, 일예로 상부 전도성 세그먼트(110A)가 각각의 하부 전도성 세그먼트(112A)에 연결되었을 때, 수동 엘리먼트(104A)는 모든 수신되는 무선 주파수(RF) 에너지가 수동 엘리먼트(104A)로부터 그것의 소스를 향해 반사되도록 하는 반사 모드에서 동작한다.
상부 전도성 세그먼트(110A)가 오픈되었을 때(즉, 하부 전도성 세그먼트(112A) 또는 다른 접지 전위에 연결되지 않았을 때), 수동 엘리먼트(104A)는 반사성 모드로 동작하고, 상기 반사성 모드에서 상기 수동 엘리먼트(104A)는 본질적으로 그것을 통하여 흐르는 전파 중인 RF 에너지가 보이지 않는다.
일실시예에서, 중앙 엘리먼트(102) 및 수동 엘리먼트(104A 및 104D)는 각각의 엘리먼트들이 배치되어 있는 인쇄 회로 기판과 같은 단일 다이얼일렉트릭 기판으로 제작된다. 수동 엘리먼트(104A 및 104D)는 또한 변형가능하거나 유동적인 기판 상에 배치될 수 있거나 또한 중앙 엘리먼트(102)의 한 표면에 부착될 수 있다.
각각의 스위치 모듈들(116A 및 116C)을 구비한 마이크로전자 모듈(122)도 또한 전도성 트레이스들(124)을 갖는 동일 기판(108) 상에 배치될 수 있는데, 상기 전도성 트레이스들(124)은 상기 스위치 모듈들(116A 및 116C) 사이에 제공된다. 전도성 트레이스들(124)을 통해 운반되는 신호들은 수동 엘리먼트들(104A 및 104C)에 대한 특정 동작 상태를 달성하는 마이크로전자 모듈(116A 및 116C) 내의 성분들을 제어함으로써, 일예로 상술된 바와 같이 상기 수동 엘리먼트들을 반사성 또는 지향성 상태가 되도록 한다. 핸드셋(100)의 나머지 부분에 위치하는 외부 제어기 장치와 어레이(120) 사이에 전기 신호 제어 접속을 제공하기 위해 마이크로전자 모듈(122)에는 인터페이스(125)가 또한 연결된다. 인터페이스(125)는 일예로 리본 케이블이나 다른 커넥터와 같이 딱딱하거나 유동적인 재료로 제작될 수 있다.
도 5는 어레이(120)의 가능한 한 피드 구조를 더욱 상세히 나타내고 있다. 마이크로전자 모듈(122)과 연관된 스위치 제어 및 구동기(142)는 각각의 엘리먼트(104A 및 104C)와 연관된 각각의 제어 모듈들(116A 및 116C) 각각에 논리 신호들을 제공한다. 일예로, 각각의 이러한 제어 모듈(116)은 스위치(S1 또는 S2) 및 두 개의 임피던스(Z1 및 Z2)와 연관될 수 있다. 스위치(S1 또는 S2)는 제 1 임피던스(Z1)나 제 2 임피던스(Z2)를 연결하는 것에 대한 연결 상태를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 제 2 임피던스(Z2)는 0 Ω일 수 있고, 제 1 임피던스(Z1)는 무한적일 수 있으며, 따라서 원하는 짧은 접지 또는 오픈 연결을 제공한다. 그러나, 리액티브 로드(Z1 및 Z2)의 다른 값들이 가능하다는 것을 알아야 한다.
여기서, 중앙 엘리먼트(102)는 핸드셋과 연관된 수신기 회로(300)에 직접 유도된다는 것이 또한 명백하다. 따라서, 다른 타입의 지향성 어레이들과는 달리, 이러한 특정 지향성 어레이(120)는 그것이 동작에 있어 매우 간단하고 복잡한 결합기 등이 불필요하다는 장점을 갖는다.
도 6은 일예로 인쇄 회로 기판 상에 형성되면서 또한 핸드셋의 뒷 커버 내에 배치되는 지향성 어레이(120)를 나타내는 가능한 한 구현에 대한 분해도이다. 중앙 모듈(410)은 전자 회로, 무선 수신 및 전송 장비 등을 구비할 수 있고, 최종 모듈(420)은 일예로 장치의 정면 커버로서 기능을 할 수 있다. 여기서 확인될 중요한 것은 장치(100)의 인쇄 회로 기판 구현이 핸드셋 형성 인자 내에서 매우 쉽게 적합할 수 있다는 것이다.
도 7a 및 7b는 핸드셋 내에 하우징되는 어레이(120)의 성능을 나타내는 안테나 패턴이다. 달성가능한 이득은 대략 3dB이다. 도 7a는 3차원 방사 패턴이다(핸드셋(500)에 대해 도시된 관련 다이어그램에 대해 X, Y 및 Z 방향). 도 7b는 엘리먼트들 중 하나가 전도성 모드에 있고 다른 엘리먼트들은 반사성 모드에 있을 때 달성가능한 방위 방사 패턴을 도시한다. 전도성 엘리먼트(Z 방향으로 연장)는 수신된 무선 파를 인터셉트하고 그것을 반대 위상을 갖도록 하여 재방사한다. 이는 지평선에서 널(null)을 생성한다. X 방향으로의 회로 기판의 디멘션은 공진되지 않으며, 따라서 신호는 방위 평면 주변의 모든 방향으로 순환할 수 있다.
도 7c의 패턴은 입면 패턴이며, 하우징(110)의 효과를 나타내기 위해 이상적인 대칭 패턴에 비교되어야 한다. 상기 비교는 방위 평면 상에서의 모든 효과가 X-축으로부터 대략 15N만큼 벗어난 빔의 미세한 비대칭이다. 도 7c의 입면 패턴은 또한 "Anecking-down@)"을 나타내는데, 그것은 핸드셋에 방사 엘리먼트를 배치한 효과이다. 비록 비대칭이 명백하더라도, 양호한 지향성이 적어도 거의 180N 방위 평면을 따라 확인된다.
도 8a 내지 8c는 수평 전송 안테나에 대한 패턴을 도시하지만 도 7a 내지 7c와 유사하다. 이러한 특정 실시예는, 상부 좌측 코너에 도시된 관련 엘리먼트(510)와 함께 휘어진 수평 모노폴 엘리먼트에 대한 것이다. 3차원의 이득 패턴은 도 8c에 도시된 바와 같이 비교적 균일하다. 방사 패턴은 거의 2.1 dBi의 이득을 갖는 대칭 환상면에 근접하다. 또한, 방사 패턴은 어느 정도는 핸드셋 엔클로저(110)의 효과를 통해서 오프셋된다. 그러나, 방위 평면(도 8b에 도시된 바와 같은)에서 보다는 비교적 전방향성인 성능들은 전체적인 원하는 효과이다.
도 9a 내지 9c는 800 MHz 셀룰러 대역에 대해 설계되는 휘어진 수평 모노폴의 시뮬레이팅된 이득 패턴이다. 방사 패턴은, 도 9a로부터 명백한 바와 같이, 그것의 Auncut@ side를 나타내는 컷트 환상형(cut toroid)이다. 이득은 4.2 dBi이다. 안테나는 더 높은 차수 모드에서 명백하게 방사하지만, 효과적으로 방사하고 따라서 900 MHz에서 PCS 방사기로서 사용될 수 있다. 도 9b 및 9c로부터 명백해지는 바와 같이, 적어도 일부 사용가능한 방사 패턴이 방위 방향에서 확인된다.
마지막으로, 도 10a 내지 10c는 시뮬레이션 처리를 통해 어레이(120)와 함께 휘어진 모노폴을 추가한 효과를 나타낸다. 이러한 시뮬레이션에서, 수평의 휘어진 모노폴(200) 및 연장 접지 스트립이 안테나 어레이(120)에 추가되었고, 약간의 왜곡이 발견되었다. 빔은 15N만큼 위방향으로 기울어진다(도 10c의 입면도에서 확인됨). 제공되는 이득은 방위 평면에서 145N의 빔폭을 통해 4.7 dBi이다. 이는 휘어진 모노폴이 지향성 모드에서 어레이의 동작에 감지할 수 있을 정도의 영향을 주지 않는다는 것을 나타낸다.
비록 본 발명은 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 설명되고 도시되었지만, 당업자라면 첨부된 청구항들에 의해 포함되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 상세사항에 있어 여러 변형이 본 실시예에서 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다.
핸드헬드 무선 장치에서와 같이 별도의 전송 안테나를 구비하는 수신 전용 모드에서 사용되는 적응성 안테나가 제공된다.

Claims (3)

  1. 이동 통신 장치에서 사용하기 위한 적응성 안테나 어레이로서,
    신호 수신을 위한 적응성 지향 어레이와 신호 전송을 위한 전방향성 전송 엘리먼트를 활용하고,
    상기 전방향성 전송 안테나는 상기 수신 어레이로부터 물리적으로 이격되어 있는 적응성 안테나 어레이.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 적응성 어레이는 플라스틱 엘리먼트들을 구비하는 것을 특징으로 하는 적응성 안테나 어레이.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 어레이는 손에 휴대가능한 장치의 하우징 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 적응성 안테나 어레이.
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