KR20070091142A - 디스크 모노폴 안테나 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안테나 제 1 디스크형, 특히 반원형 영역, 및 상기 반원형 영역으로부터 멀리 있고 안테나 구조체 내에 홈을 형성하는 제 2 프레임형 영역을 포함한 디스크-모노폴 안테나에 관한 것이다.
반원형 영역, 프레임형 영역, 도체, 홈, 임피던스, 하한 주파수

Description

디스크 모노폴 안테나 구조체{DISC-MONOPOLE ANTENNA STRUCTURE}
본 발명은 디스크 모노폴 안테나 구조체에 관한 것이다.
차량에서부터 이동 통신을 하기 위한 예컨대 휴대 전화기의 작동에 있어서, 통신의 질을 개선하기 위해 안테나는 점점 더 차량의 외부에 설치된다. 이로써 일반적으로 도전 재료로 된 차량 커버의 차폐 작용이 조립 위치에 따라 무시될 수 있다.
예컨대 유럽에서는 GSM용 890 내지 960 MHz 및 1710 내지 1880 MHz, 미래 UMTS용 1920 내지 2170 MHz인 다양한 주파수 대역들에 대한 다수의 이동 통신-공급사들이 있기 때문에, 상기 주파수 범위를 커버하는 다 대역-안테나가 필요하다. 지역, 예컨대 유럽과 아메리카에 따라 상기 주파수 대역들이 서로 쉽게 오프셋되므로, 예컨대 유럽에 최적인 안테나가 미국 내에서의 작동을 위해 자동으로 적합하게되지 않는다.
모노폴식 안테나 구조체에 바탕을 두는 다 대역-루프 안테나가 종종 사용된다. 모노폴식 안테나는 전방향 특성 및 일정한 편파 특성의 장점을 갖는다. 루프 안테나는 가능한 낮은 높이를 가져야 한다. 안전 기술상의 이유로, 즉, 보행자 및 2륜 차량 운전자와의 사고시 부상 위험이 높기 때문에, 최근에는 안테나의 루프 조 립시 4cm의 높이가 요구된다. 그 외에도, 사고 발생시 부상 위험을 최소화시키기 위해 추가 조치들이 요구된다. 이것은 안테나의 설계를 복잡하고 고비용으로 만든다. 또한, 더 낮은 안테나가 일반 차량 외관으로 더 양호하게 통합될 수 있고, 이것은 종종 차량 생산자의 측면에서는 결정적인 기준이 된다.
안테나의 높이는 수신하려는 주파수 중 가장 낮은 주파수에 의해 결정된다. 이것은 유럽용 이동 통신 안테나의 경우 890 MHz이다. 따라서, 전형적 λ/4-모노폴용은 높이가 8cm이다(도 1).
높이는 모노폴을 접거나 또는 구불구불하게 함으로써 감소될 수 있다.(도 2 및 도 3) 높이의 감소는 무엇보다 도달 가능한 대역 폭을 대가로 한다. 그러므로, 구불구불하거나 또는 접혀진 안테나에 의해 종종 예컨대 유럽 또는 아메리카 중 한 지역의 통신-주파수 대역만이 커버될 수 있다. 따라서 각각 다른 지역을 위해 고유의 안테나가 개발하고 제공되어야 한다.
차량 산업은 높이가 낮은 안테나와 더불어 안테나가 지역에 무관하게 사용 가능될 수 있는 것을 점점 요구하고 있다.
종래 기술에서는 하한 주파수에서부터 몇몇 GHz까지 맞추어 방사하는 디스크-모노폴-안테나가 공지된다.(도 4 내지 도 6) 상기 안테나의 높이는 동일한 하한 주파수용 λ/4-모노폴의 안테나에 대략 상응한다. 800MHz의 경우 이것은 대략 8cm이다.
디스크-모노폴의 경우 추가 공진을 생성하기 위해, 결합 부재들이 제공되었다. 이것은 유럽 및 아메리카용 900MHz의 경우, 예컨대 완전한 하부 이동 통신 대 역을 커버할 수 없는, 상대적으로 협대역의 공진을 생성한다.
제 1 디스크형, 특히 반원형 영역, 및 상기 반원형 영역으로부터 멀리 있고 안테나 구조체 내에 홈을 형성하는 제 2 프레임형 영역을 포함하는 청구항 제 1 항의 조치들에 의해, 하한 주파수로부터 광대역으로 조절되어 방사하거나 또는 수신하고, 하나 또는 선택적으로 그 이상의 협대역(narrow-band) 주파수 대역들을 포함하는 안테나가 설계될 수 있고, 상기 협대역 주파수 대역들은 바람직하게는 광대역 주파수 범위 아래에 있고 전체 하부 이동 통신 대역을 커버할 수 있다.
본 발명은 최신이며 미래 지향적 시스템의 지역에 무관한 이동 통신을 위한, 크기가 감소한 안테나를 제공한다.
종속 청구항들에는 바람직한 실시예들이 제시된다.
추가로 사용 가능한 협대역이지만 비교적 광대역인 적어도 하나의 주파수 대역과 더불어, 높이의 감소가 가능해진다. 특히, 본 발명에서는 도체 로드의 유도성 결합에서보다 더 광대역인 추가 주파수 대역이 형성된다. 특히 청구항 제 7 항의 조치를 통해, 추가 주파수 대역이 제공될 수 있거나 또는 제 1 주파수 대역과의 조합을 통해 공통 광대역 주파수 대역이 생성될 수 있다. 본 발명에 따라 예컨대 AMPS(아메리카) 및 GSM(유럽)용 하부 통신-주파수 대역들의, 지역에 무관한 커버도 가능하다.
본 발명의 실시예들이 도면을 참조로 하기에 설명된다.
도 1 내지 도 6은 종래의 디스크-모노폴 안테나들,
도 7은 갈바닉 방식으로 결합된 U-형 도체를 포함한 디스크-모노폴 안테나,
도 8은 디스크-모노폴의 홈에 의해, 갈바닉 방식으로 결합된 접힌 도체를 포함한 디스크-모노폴 안테나,
도 9는 도 7과 도 8의 조합으로 이루어진 추가 공진을 가진 디스크-모노폴 안테나,
도 10은 디스크-모노폴에 추가 도체를 결합하기 위한 선택적 저항에 의한 추가 공진의 최적화,
도 11은 2개의 면이 금속화된 인쇄 회로 기판을 포함한 디스크-모노폴 안테나에 대한 실시예,
도 12는 2개의 면이 금속화된 인쇄 회로 기판에 다른 추가 공진을 포함한 디스크-모노폴 안테나, 및
도 13은 유선형 디스크-모노폴 안테나를 도시한다.
도 7에는 송신 및 수신 작동에 적합한, 디스크-모노폴 구조체(2) 형태의 본 발명에 따른 안테나의 기본 원리가 도시된다. 상기 안테나는 하부 영역/절반에 반원형 형태를 가지고 또한 바람직하게는 사각형인 홈(5)을 포함한 프레임형 영역을 포함한다. 상기 프레임형 영역은 반원형 영역으로부터 멀리, 즉, 맞은편 단부에 위치한다. 바람직하게는 홈(5)에 의해 좌측 및 우측 에지에 2 개의 동일한 형태 및 동일한 폭 도체 스트립이 형성된다. 디스크-모노폴의 높이에 의해 더 높은 주 파수에 대한 광대역 주파수 범위의 하한 주파수가 결정된다. 디스크-모노폴 구조체(2)의 하부 에지의 형태 및 상기 구조체와 도전 베이스 플레이트(GND-플레인) 사이의 간격에 의해 안테나의 임피던스 특성이 결정된다. 안테나 내의 홈(5)은 광대역 주파수 범위의 하한 주파수 및 더 높은 주파수에 대한 다른 주파수 추이에 영향을 미친다. 디스크-모노폴의 상부 에지에 대해 횡으로, 바람직하게는 전체 폭에 걸쳐 일정 간격으로, 로드(3)형의 접힌 제 1 추가 도체가 연장되고, 상기 도체의 2 개의 단부들은 홈을 가진 디스크-모노폴(2)의 측면 도체 스트립과 갈바닉 방식으로 연결되거나 또는 선택적으로 임피던스, 예컨대 저항(6)을 통해 연결된다. 다른 단부에는 로드(3)와 디스크-모노폴 사이에 슬릿(4) 형태의 분리 지점이 있다. 디스크-모노폴 내에 로드(3) 및 홈(5)의 에지에 의해 형성된 영역의 둘레에는 일정 주파수 범위에서 환류가 생성되고, 상기 환류는 안테나의 추가 주파수 대역을 야기한다. 상기 주파수 대역은 바람직하게는 디스크-모노폴에 의해 커버된 주파수 범위의 하한 주파수 아래에 있다. 환류의 형성은 실질적으로 슬릿(4)의 위치 및 디자인에 의해 제어된다. 순수 갈바닉 방식의 결합 대신, 선택적 저항(6)을 통한 추가 로드(3)의 결합이 추가 주파수 대역 내의 안테나 임피던스 특성에 바람직하게 영향을 줄을 수 있다. 선택적 저항(6)의 위치는 도면에 도시된 것과 다를 수 있다. 추가 주파수 대역의 위치가 바람직하게는 홈(5)의 깊이에 의해 조절될 수 있다. 선택적으로 제 1 추가 로드를 바람직하게는 U-형(3a)으로 위쪽으로 형성할 수 있다.(도 7, 도 9 및 도 10) 이 경우 추가 주파수 대역은 광대역이지만 구조가 높아진다.
도 7에 따른 실시예에서는 슬릿(4)이 프레임 베이스, 즉 구조체(2)의 디스크형 영역으로의 이행부에 제공되는 한편, 도 8에 따른 실시예에서는 상부 프레임 에지 및 디스크-모노폴의 상부 에지에도 제공된다. 도 9에 따른 실시예에서 슬릿(4)은 측면 도체 내의 중간에 제공된다.
선택적으로, 홈(5)을 포함한 본 발명에 따른 안테나에서 다른 추가 도체 로드(7)가 홈(5) 및 제 1 도체 로드(3)에 의해 형성된 영역 내에 제공될 수 있다(도 12). 다른 추가 로드(7)는 바람직하게는 홈(5)에 의해 형성된 디스크 모노폴(2)의 2 개의 스트립들 중 하나에 유도성 결합되고, 다른 추가 주파수 대역을 형성하거나 또는 제 1 추가 주파수 대역과 함께 공통 광대역 추가 주파수 대역을 형성한다. 제 2 추가 주파수 대역의 위치는 일반적으로 제 2 로드(7)의 위치, 길이 및 결합의 인덕터(8)에 의해 조절된다. 다른 로드(7)에 의해 영향을 받는 주파수 대역 내의 안테나의 임피던스 특성의 최적화는 다른 로드(7)의 결합을 위한 인덕터(8)에 대한 선택적 작용부/저항의 병렬 접속으로 가능하다.
다른 추가 로드들(7)을 바람직하게는 홈(5)에 의해 형성된 디스크-모노폴(2)의 2 개의 스트립 중 하나에 유도성 결합하는 것도 물론 가능하다. 이로써, 바람직하게는 추가 주파수 대역의 대역 폭이 바람직하게 영향을 받을 수 있다.
비용이 저렴한 설계를 위해, 안테나가 바람직하게는 2개의 면이 안테나의 구조체로 금속화된 유전 지지체로 이루어진 인쇄 회로 기판상에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 오늘날 통상의 다층 구조체들도 안테나의 금속 구조체 외부에 유전 지지체가 위치하는 것처럼 형성될 수 있다.
도 11 및 도 12는 2개의 면이 금속화된 도체 플레이트(12)를 포함한 상기 실시예를 도시한다. 특히 한 측면에서 전력 공급시 필요한 관통 접촉은 비아(50)를 통해 이루어진다.
안테나를 둘러싸는 디자인 내로의 개선된 통합을 위해, 홈(5)은 사각이 아닌 형태를 가질 수 있다. 도체 로드(3)의 폭은 바람직하게는 도 8의 사각형 홈을 가진 실시예와 다르지 않게 유지된다.
예컨대 도 13에 도시되듯이, 유선형의 디자인도 가능하다. 선택적 저항을 가진 인덕터(8)를 통해 결합된 다른 로드(7)는 바람직하게는 비스듬한 에지(3a) 내에 배치될 수 있다.
물론 다른 로드들도 다른 주파수 대역들을 커버하기 위해 홈(5) 내에 형성될수 있다.

Claims (12)

  1. 디스크-모노폴 안테나 구조체로서,
    제 1 디스크형 특히 반원형 영역 및 제 2 프레임형 영역을 포함하고,
    상기 제 2 프레임형 영역은 반원형 영역으로부터 멀리 떨어져 있고 안테나 구조체 내에 홈(5)을 형성하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임형 영역은, 특히 분리 지점(4)을 갖는 적어도 하나의 접힌 도체 구조체(3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프레임형 영역은 디스크-모노폴 안테나 구조체에 갈바닉 방식으로 또는 임피던스(6)를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임형 영역은 사각형으로, 2 개의 측면 도체들 및 하나의 상부 도체를 포함하게 형성되고, 상기 3 개의 도체들은 반원형 영역의 맞은편 측면 상에서 안테나 구조체의 테두리를 형성하는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중간 도체는 U-형(3a)으로 형성되고, 상기 U형의 레그들 중 적어도 하나는 상기 2 개의 측면 도체들 중 하나 내로 이어지거나 또는 분리 지점(4) 또는 임피던스(6)를 위한 결합 지점에서 끝나는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임형 영역으로부터 적어도 하나의 도체(7)가 상기 홈(5) 내로 돌출하는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프레임형 영역 내로 돌출하는 적어도 하나의 도체(7)는 결합부(8)를 통해 상기 프레임형 영역의 도체들 중 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 결합부가 경우에 따라 저항과 병렬로 유도성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임형 영역의 상기 도체 구조체들(3, 3a)은 스트립형 또는 로드형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체 구조체들(3, 3a)에 의해 형성된 프레임형 영역이 사각형이 아닌 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 구조체는 2개의 면이 안테나의 구조체에 의해 금속화된 유전 지지체로 이루어진 인쇄 회로 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나 구조체는, 하한 주파수에서부터 광대역 방사 특성을 가지고 또한 바람직하게는 한계 주파수 아래에 적어도 하나의 다른 협대역 방사 영역을 가지도록 설계되는 것을 특징으로 하는 디스크-모노폴 안테나 구조체.
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