KR20070112362A

KR20070112362A - 무선 통신 장치에 대한 안테나의 구현 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070112362A
Application number: KR1020077012038A
Authority: KR
Inventors: 춘 새 리
Original assignee: 서던 메소디스트 유니버시티
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-11-23
Also published as: JP2008519496A; EP1807902A2; US20060092080A1; WO2006050281A2; WO2006050281A3; CA2584665A1; US7205944B2

Abstract

무선 통신 장치는 절연 매체(603)로 분리되어 있는 2개의 전도성 요소(601/602)를 갖는 구성의 안테나(600g)를 포함한다. 한쪽 전도성 요소(602)는 접지 평면이고 다른쪽 요소는 마이크로스트립 라인(601)이다. 접지 평면(602)은 단부에 근접한 굴곡부(644)를 갖도록 형성되어 있다. 마이크로스트립 라인 및 접지 평면은 마이크로스트립 라인의 길이를 따라 변할 수 있는 특성 임피던스를 나타낸다. 마이크로스트립 라인(601)의 접지 평면(602)로부터의 분리 거리는 마이크로스트립 라인의 공진 주파수를 감소시키기 위해 변경된다.

안테나, 무선 통신 장치, 마이크로스트립 안테나

Description

무선 통신 장치에 대한 안테나의 구현 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR IMPLEMENTATION OF AN ANTENNA FOR A WIRELESS COMMUNICATION DEVICE}

본 출원은 발명의 명칭이 "무선 통신 장치의 안테나의 구현 방법 및 장치(Methods and Apparatus for Implementation of an Antenna for a Wireless Communication Device)"인 2004년 10월 29일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/623,655호, 및 발명의 명칭이 "무선 통신 장치의 안테나의 구현 방법 및 장치(Methods and Apparatus for Implementation of an Antenna for a Wireless Communication Device)"인 미국 정식 특허 출원 제11/254,432호의 우선권의 이익을 주장하며, 이들 출원은 본 발명에 인용됨으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 이하의 공동 양도된 특허 출원에 관한 것이며, 이들 출원은 본 발명에 인용됨으로써 그 내용이 본 명세서에 포함된다.

특허 또는 출원 번호	출원일	특허일	대리인 사건 번호
10/770,540 6,839,028	2004년 2월 2일 2002년 8월 9일	2005년 1월 4일	SMU-001 <xxx>

본 발명은 무선 통신 장치, 기타 등등에서 사용될 수 있는 것 등의 소형 마 이크로스트립 안테나를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

셀룰러 전화와 톨-태그 판독기(toll-tag reader), 식별 카드 판독기, 및 재고 물품을 스캔하는 장치 등의 다른 소형 또는 휴대형 RF 통신 장치의 광범위한 사용의 결과, 고효율 및 소형의 안테나를 이용하는 것에 관심이 집중되어 있다. 모바일 셀룰러 전화 장치의 초기 구현은 도시락 크기 이상이었으며, 자동차 교류 발전기 및 배터리에 의해 제공되는 것과 같은 상당한 전원을 일반적으로 요구하는 전력 레벨을 필요로 하였다. 그렇지만, 셀룰러 기술이 크기 및 전력 요구사항의 병행하는 감소와 함께 진보함에 따라, 셀룰러 전화 및 다른 휴대형 통신 장치는 사람 손의 손바닥에 쉽게 들어갈 정도로 작아지게 되었고 또한 작은 내부 충전용 배터리로 실용적인 시간 동안 동작될 수 있다. 이와 유사하게, 태그가 붙은 재고 물품을 인식하기 위한 스캐너는 아주 소형이고 휴대가능하게 되었다.

수년에 걸친 무선 및 관련 통신 기술의 발달로, 수많은 안테나 구성이 개발되었다. 안테나는 회로 도체에 흐르는 RF(무선 주파수) 에너지를, 공간에서 자유롭게 전파할 수 있는 방사 형태로 변환하도록 구성된 회로 요소이다. 안테나는 동일한 물리적 구성이 실질적으로 유사한 특성을 갖는 방사를 수신할 수 있는 것은 물론 전송할 수 있다는 점에서 상호적 특성(reciprocal property)을 나타낸다.

기본적인 안테나 구성은 양 단부에서 절연되어 있는 전도성 라인이 그의 중심 근방에서 RF 전원에 연결되어 있는(그렇지만, 반드시 그 중심에서 연결될 필요는 없음) 쌍극자이다. 단극 안테나(monopole antenna)는 쌍극자 안테나의 변형으 로서, 쌍극자의 절반이 미러링된(mirrored) 전자계를 제공하도록 구성되어 있는 전도성 평면(기능상으로 없는 쌍극자 절반을 대신함)에 인접해 있는 구성으로 되어 있다. 쌍극자의 대안은 전도성 와이어 루프(conductive loop of wire)로서, 이 또한 와이어 단부에 연결된 RF 전원으로부터 피드된다.

이들 안테나 구성의 다른 변형은 안테나로부터의 방사 신호에 지향성(directivity)을 제공하는 지향 및 반사 전도성 요소(directive and reflective conductive element), 방사 빔을 집속시키는 포물선 전도성 표면, 도파관 종단 구성, 마이크로스트립 라인, 및 이들 방법의 조합의 부가를 포함한다.

설계 측면에서 볼 때, 안테나는 통신 장치에서 사용하기 위한 실용적인 회로 요소가 되기 위해서는 다수의 특성을 나타내야만 한다. 한가지 특성은 그의 방사 지향성 및 효율과 관련이 있는 타당한 "이득"을 나타내는 것이다. 지향성은 그의 전송 및 수신 특성의 방향 변동(directional variation)을 말한다. 비교적 전방향성의 전송 및 수신 특성이 휴대형 통신 장치에 종종 요망되며, 이는 사용자가 통신 중에 장치의 배향을 특정 방향으로 유지해야 할 필요가 없게 해준다. 작은 쌍극자 및 루프 안테나는 본질적으로 실질적으로 전방향성의 전송 및 수신 특성을 나타낸다.

효율은 안테나로 전달되는 전체 전력과 비교한 방사되는 전력의 비율을 말하며, 그의 일부분은 전도성 요소 및 유전체 매질의 저항에서 손실된다. 높은 효율의 필요는 작은 배터리 및 작은 전력 처리 회로 요소의 사용과 관련되어 있는데, 그 이유는 그렇지 않았으면 발생되어야만 하는 RF 전력의 양이 감소될 수 있기 때 문이다. 효율이 중요한 이유는 배터리가 셀룰러 전화의 설계의 비용 및 크기에 상당한 기여를 하기 때문이다.

다른 관심의 특성은 안테나 입력 임피던스이다. 이것은 전류에 대한 전압의 비율(안테나의 단자에 인가되는 임의의 위상차를 포함함)을 말하며, 그렇지 않았으면 안테나에의 전력의 효율적인 결합을 위해 포함되어지는 부가적인 회로 요소가 필요할 수 있는지에 영향을 준다. 안테나 대역폭은 주파수의 범위에 걸친 임의의 특성의 변동을 말하며, 그의 의도된 사용을 위해 할당될 수 있는 특정의 주파수 대역에 대한 안테나의 효용성의 지표이다. 안테나 대역폭은 휴대형 통신 장치에서 사용하도록 되어 있는 안테나의 중요한 특성인데, 그 이유는 할당된 주파수 대역이 종종 공칭 전송 주파수의 6% - 8% 이상인 대역폭을 가질 수 있기 때문이다. 안테나 대역폭은, 이러한 비교적 작은 안테나의 일반적으로 낮은 효율로 인해, 그의 파장에 대해 작은 안테나에 특히 중요하다.

셀룰러 전화의 크기가 감소됨에 따라, 안테나의 크기도 감소되었다. 초기의 셀룰러 전화는 길이가 약 1/4 파장인 단극 안테나(사용 중이 아닐 때 종종 통신 장치의 몸체 내부에 집어 넣을 수 있음)를 이용하였다. 셀룰러 통신을 위한 현재의 주파수 대역이 약 1 및 2 GHz에 있기 때문에, 펼쳐진 단극 안테나의 대응하는 길이는 각각 약 3.2 또는 1.6 인치이다. 이것은 어떤 초기의 휴대형 전화에 대한 실제 구성이었지만, 시장의 계속되는 압력은 훨씬 더 작은 크기의 안테나를 갖는 제품에 이점을 제공한다.

전도성 표면 상부에 부착된 절연 기판 상의 전도성 스트립으로 이루어진 마 이크로스트립 안테나는 안테나 크기를 감소시키는 데 있어서의 중요한 단계인데, 그 이유는 단극 안테나 등의 전화의 단부로부터 돌출하는 기계적 구조가 없기 때문이다. 마이크로스트립 안테나는 양호한 전송 및 수신 성능을 떨어뜨리지 않고 실질적으로 거의 부피를 차지하지 않는 전화의 표면 상에 적층된 구조일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전도층의 길이는 입력 임피던스, 안테나 이득, 대역폭, 또는 설계에 의해 요구되는 다른 파라미터에 의해 측정되는 타당한 안테나 성능을 달성하기 위해 1/4 파장 정도이어야만 한다. 셀룰러 전화가 계속하여 축소됨에 따라 마이크로스트립 길이가 한계점이 되었다. 일반적으로, 대부분의 안테나는 그의 크기가 전송 또는 수신 신호의 1/4 파장보다 상당히 더 작아질 때 성능의 저하를 나타낸다.

단극 및 마이크로스트립 안테나를 포함하는 전화는 미국 특허 제6,633,262호(Shoji 등), 제6,628,241호(Fukushima 등), 제6,281,847호(Lee) 및 제6,133,878호(Lee)에 기술되어 있으며, 이들 특허를 본 발명에 인용함으로써 그 내용이 본 명세서에 포함된다.

셀룰러 전화가 널리 이용됨에 따라, 새로운 특징인 SAR(specific absorption rate, 전자파 인체 흡수율)이 아주 중요한 파라미터가 되었다. SAR은 셀룰러 전화의 전송 동작 동안에 두뇌의 주변 조직에 흡수되는 전력을 말한다. SAR은 셀룰러 통신에 사용되는 주파수에서 생물학적 기원의 조직에의 깊은 RF 방사의 침투의 결과로서 두뇌 조직의 장기 노출에 대한 인지된 위험을 나타낸다. 따라서, SAR이 가능한 한 많이 감소되는 것이 바람직하다. SAR은 이미 일본 및 한국 등의 어떤 국 가에서 판매되는 셀룰러 장치에 대해 제한되는 특성이며, SAR은 또한 미국에서 판매되는 장치에서도 제한될 수 있다. 소형의 휴대형 송신기의 일반적인 사용이 확산됨에 따라, 개인적으로 흡수되는 방사가 보다 큰 관심 및 걱정의 문제가 되고 있다.

SAR을 제한하기 위해 취해질 수 있는 설계 방향은 전송 전력의 감소(이는 전화 또는 다른 전송 장치의 유용한 범위를 제한하기 때문에 바람직하지 않음), 개인의 RF 에너지에의 노출을 감소시키기 위해 사람의 두뇌 또는 다른 신체 부분으로부터 안테나를 보다 멀리 위치시키는 것(이는 셀룰러 전화 및 다른 휴대형 또는 소형 제품에 대한 시장성 문제를 야기함), 전화 또는 다른 통신 장치를 동작시키는 데 보다 적은 전력이 필요하도록 안테나 효율을 향상시키는 것(이는 현재 소형 안테나에 대한 설계 도전임), 및 아마도 안테나 방사 패턴이나, 안테나 이득, 크기 또는 입력 임피던스 등의 다른 안테나 속성에 악영향을 주지 않고 사용자의 두뇌 또는 다른 신체 부분에 인접한 근방계 방사(near-field radiation)의 세기를 감소시키기 위해 안테나 및 그의 인접 구조의 구성을 변경하는 것이다.

마이크로스트립 안테나를 특히 셀룰러 전화 안테나로서 사용하기에 더욱 적합하게 만들기 위한 광범위한 연구가 있었는데, 그 주된 이유는 전도성 접지 평면이 사용자의 두뇌가 위치해 있을 가능성이 있는 접지 평면의 배면 상의 근방계 영역의 전자기 방사를 부분적으로 차폐할 수 있기 때문이다. 접지 평면의 크기가 감소됨에 따라, 접지 평면의 제2 측면 상의 근방계를 감소시키는 데 있어서의 그의 효과성이 그에 대응하여 감소된다. 마이크로스트립 안테나의 크기 감소를 위한 통 상적인 기술은 PIFA(planar inverted F-antenna)에서와 같이 방사 패치와 접지 평면을 연결시키는 얇은 수직 도체를 사용하는 것이다. 그렇지만, 상기한 바와 같이, 안테나 크기는 안테나 성능을 저하시키지 않고 어떤 레벨 이상 감소되지 않았다. 셀룰러 전화에서와 같이, 많은 실제 응용에서, 이러한 제한된 크기 감소는 충분하지 않을 수 있다.

따라서, 기술 분야에서 휴대형 또는 소형 통신 장비에서 사용가능하고 1/4 파장보다 상당히 더 작은 크기로 구성될 수 있지만 입력 임피던스, 이득, 및 효율 등의 보다 긴 안테나의 전기적 특성을 보존하는 안테나를 구성하는 새로운 방법 및 장치가 필요하다. 이러한 안테나는 대역폭의 6% - 8% 이상까지 연장할 수 있는 주파수 범위에 걸쳐 동작가능해야만 한다. 게다가, 새로운 안테나 구성은 인접한 두뇌 조직에의 또는 장치의 의도된 동작 동안에 노출될 가능성이 있는 근접한 주변 표면에의 전자기 에너지의 흡수에 대해 감소된 SAR을 나타내야만 한다.

본 발명의 하나 이상의 태양에 따르면, 무선 통신 장치는 절연 매체로 분리되어 있는 적어도 2개의 전도성 요소를 갖는 안테나를 포함할 수 있다. 이 안테나는 전도성 스트립의 길이를 따라 변할 수 있는 특성 임피던스를 갖는 전도성 스트립인 마이크로스트립 라인으로서 구성되어 있다. 전도성 요소의 분리 거리는 마이크로스트립 라인의 특성 임피던스의 대응하는 변화를 야기하기 위해 마이크로스트립 라인을 따라 적어도 하나의 장소에서 변한다. 급격하거나 그렇지 않을 수 있는 전도성 요소 분리 거리의 이러한 변화는 균일한 전도성 요소 분리 거리로 구성된 동일한 길이의 안테나의 공진 주파수보다 낮은 안테나의 전기 공진 주파수를 생성한다.

일 실시예에서, 상기 전도성 요소 중 하나는 양호하게는 접지 평면으로서 구성되어 있고, 다른 하나의 상기 전도성 요소는 절연 매체에 의해 상기 접지 평면으로부터 분리되어 있는 마이크로스트립 라인으로서 구성되어 있다.

일 실시예에서, 전도성 요소의 분리 거리의 변화는 급격하도록 구성되어 있으며, 마이크로스트립 라인의 국부 특성 임피던스의 급격한 변화를 야기한다. 다른 실시예에서, 전도성 스트립은 한 지점에서를 제외하고는 접지 평면으로부터 절연되어 있다. 양호하게는, 전도성 스트립은 한쪽 단부에서 접지 평면에 단락되어 있고, 전도성 스트립의 다른쪽 단부는 개방된 채로 있다.

일 실시예에서, 접지 평면은 모서리에 근접하여 굴곡부를 갖도록 형성된다. 양호하게는, 굴곡부는 각을 이룬 굴곡부이다. 다른 실시예에서, 접지 평면에서의 굴곡부는 실질적으로 직각이다. 다른 실시예에서, 접지 평면은 직각보다 크거나 작은 각으로 굴곡된다. 다른 실시예에서, 굴곡부는 실질적으로 직선인 라인을 따라 형성된다. 다른 실시예에서, 상기 다른쪽 전도성 요소의 단부와 접지 평면에서의 굴곡부 사이에 간극이 형성된다.

일 실시예에서, 전도성 요소 분리 거리에 적어도 하나의 변화를 갖는 마이크로스트립 라인으로서 구성되는 안테나의 길이는 균일한 전도성 요소 분리 거리를 갖는 안테나보다 작다. 고효율로 방사하는 안테나는 일반적으로, 한쪽 단부가 개방되고 한쪽 단부가 접지 기준에 단락되어 있는 경우 대략 전송 또는 수신되는 신호의 1/4 파장에 대응하는 길이를 갖도록 또는 양쪽 단부가 개방되어 있는 경우 1/2 파장에 대응하는 길이를 갖도록 구성되어 있다. 안테나는 1/4 또는 1/2 파장과 비교하여 더 짧은 길이를 갖도록 구성될 수 있지만, 안테나의 단자에 공급되는 총 전력에 대한 방사 전력의 비로 측정되는 안테나 효율은 통상 1/4 파장보다 실질적으로 더 짧은 안테나 길이에 대해 급격히 감소한다. 짧은 안테나에 대한 안테나 성능의 이러한 급속한 열화는 본 명세서에 개시된 본 발명에 의해 회피될 수 있다.

다른 일 실시예에서, 안테나는 절연성 매체에 의해 분리된 적어도 2개의 전도성 요소를 갖는 마이크로스트립 라인으로서 구성되며, 한쪽의 전도성 요소는 제1 측면 및 제2 측면과 적어도 하나의 모서리를 갖는 접지 평면으로서 구성되고, 다른쪽 전도성 요소는 상기 제1 측면 상부에 제1 마이크로스트립 라인으로서 구성되어 있다. 일 실시예에서, 접지 평면은 모서리에 근접한 굴곡부를 포함한다. 양호하게는, 굴곡부는 각을 이룬 굴곡부이다. 안테나는 양호하게는, 약 1/4 파장의 홀수배인 유효 전기 길이(effective electrical length)를 갖는 상기 제2 측면 상부에 제2 마이크로스트립 라인으로서 구성되어 있는, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 제3 전도성 요소를 포함한다. 양호하게는, 제3 전도성 요소는 약 1/4 파장인 유효 전기 길이를 갖는다. 일 실시예에서, 제3 전도성 요소는 또한 일부분이 접지 평면의 굴곡 부분에 근접하여 있는 굴곡부를 포함할 수 있다. 양호하게는, 제3 전도성 요소에서의 굴곡부는 각을 이룬 굴곡부이다. 다중 파장의 안테나가 방사할 수 있지만, 그의 큰 크기 및 낮은 효율로 인해 어떤 응용에서는 덜 유용하다. 제2 마이크로스트립 라인을 형성하는 스트립의 한쪽 단부는 양호하게는 개방되어 있고 상기 접지 평면의 모서리에 근접하여 있도록 구성되어 있고, 제2 마이크로스트립 라인의 다른쪽 단부는 접지 평면에 단락되어 있다. 제3 전도성 요소는 제2 마이크로스트립 라인의 길이를 따라 변할 수 있는 특성 임피던스를 갖는 상기 접지 평면의 제2 측면 상부에 제2 마이크로스트립 라인으로서 구성되어 있다. 따라서, 1/4 파장 전송 선로의 일반적인 임피던스 반전 특성을 인식하여, 제2 마이크로스트립은 접지 평면의 제1 측면 상의 전류가 접지 평면의 모서리를 통해 접지 평면의 제2 측면 상으로 흐르지 못하도록 차단하는 동작을 하는 길이로 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 제2 마이크로스트립 라인은 상기 분리 거리에 적어도 하나의 변화가 있으면서 접지 평면의 제2 측면으로부터 분리되어 있다. 마이크로스트립 라인을 따라 적어도 하나의 장소에서의 분리 거리의 변화(이는 급격할 수 있음)는 제2 마이크로스트립 라인의 공진 주파수가 접지 평면으로부터 균일한 분리 거리에 있는 마이크로스트립 라인보다 더 낮게 하는 동작을 한다. 따라서, 굴곡 부분을 포함할 수 있는 상기 제2 마이크로스트립 라인의 길이는 접지 평면으로부터 균일한 분리 거리에 있는 마이크로스트립 라인보다 실질적으로 더 짧을 수 있다. 양호하게는, 굴곡 부분은 모서리에 근접해 있다. 양호하게는, 효율적인 안테나 동작을 위해, 접지 평면으로부터의 제2 마이크로스트립 라인의 상기 분리 거리의 적어도 2번의 변화가 요망된다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 접지 평면으로부터의 상기 제2 마이크로스트립 라인의 상기 분리 거리의 변화는 급격하다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 제2 마이크로스트립 라인은 굽은 단부로 구성되어 있고, 접지 평면은 굽은 모서리로 구성되어 있다. 제2 마이크로스트립 라인의 굽은 단부는 개방되어 있고 상기 접지 평면의 굽은 모서리에 근접하여 있도록 구성되어 있다. 다른 실시예에서, 접지 평면은 굽은 모서리를 따라 굴곡 부분을 포함할 수 있다. 제2 마이크로스트립 라인은 굴곡 부분을 포함할 수 있으며, 여기서 굴곡부는 굽은 모서리를 따라 형성된다. 양호하게는, 굴곡부는 각을 이룬 굴곡부이다. 제2 마이크로스트립 라인의 다른쪽 단부는 접지 평면에 단락되어 있다. 제2 마이크로스트립 라인은 따라서 접지 평면의 제1 측면 상의 전류가 접지 평면의 굽은 모서리를 거쳐 접지 평면의 제2 측면 상으로 흐르지 못하도록 차단하는 동작을 하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 태양에 따르면, 손실 자기 매체가 접지 평면의 제2 측면의 전부 또는 일부분 상부에 또는 제2 마이크로스트립 라인의 전부 또는 일부분 상부에 부착될 수 있다. 손실 자기 매체는 접지 평면의 제1 측면으로부터 모서리를 거쳐 접지 평면의 제2 측면 상으로 RF 전류의 결과인 방사된 근방계를 흡수하고 그에 의해 SAR을 감소시키는 메카니즘을 제공할 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 마이크로스트립 안테나는 그의 전도성 표면을 접지 평면의 모서리 주위로 연장시킴으로써 접지 평면의 2개의 측면 상부에 있도록 구성되어 있으며, 나머지는 모서리로부터 절연되어 있다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 방법은 적어도 2개의 전도성 요소를 갖는 무선 통신 장치의 안테나를 구성하는 단계, 절연 매체에 의해 전도성 요소를 분리시키는 단계, 그에 의해 그의 길이에 따라 변할 수 있는 특성 임피던스를 갖는 마이크로스트립 라인을 제공하는 단계를 포함한다. 전도성 요소의 분리 거리는 마이크로스트립 라인 특성 임피던스에 대응하는 변화를 야기하기 위해 마이크로스트립 전송 선로를 따라 적어도 하나의 장소에서 급격히 또는 보다 점진적으로 변화될 수 있다. 고체 간격의 이러한 변화는 접지 평면으로부터 균일한 전도성 요소 분리 거리로 구성되어 있는 동일한 길이의 안테나의 공진 주파수보다 낮은 안테나의 전기 공진 주파수를 생성한다. 양호하게는, 효율적인 안테나 동작을 위해, 적어도 2번의 분리 거리의 변화가 요망된다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 방법은 적어도 2개의 전도성 요소를 갖는 무선 통신 장치의 안테나를 구성하는 단계, 절연 매체에 의해 전도성 요소를 분리시키는 단계, 그에 의해 그의 길이를 따라 변할 수 있는 특성 임피던스를 갖는 마이크로스트립 라인을 제공하는 단계, 및 모서리에 근접하여 굴곡부를 갖는 접지 평면으로서 하나의 전도성 요소를 형성하는 단계를 포함한다. 양호하게는, 이 방법은 굴곡부를 각을 이룬 굴곡부로서 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 접지 평면에 굴곡부를 실질적으로 직각으로 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 접지 평면에 굴곡부를 직각보다 크거나 그보다 작은 각도로 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 실질적으로 직선인 라인을 따라 굴곡부를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 다른쪽 전도성 요소의 단부와 접지 평면에서의 굴곡부 사이에 간극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 방법은 절연 매체에 의해 분리되어 있는 적어도 2개의 전도성 요소를 갖는 안테나를 구성하는 단계, 제1 측면 및 제2 측면과 적어도 하나의 모서리를 갖는 접지 평면으로서 한쪽 전도성 요소를 구성하는 단계, 및 제1 측면 상부에 제1 마이크로스트립 라인으로서 다른쪽 전도성 요소를 구성하는 단계 - 이들 사이에 절연 기판을 가짐 -를 포함한다. 이 방법은 양호하게는 1/4 파장의 홀수배인 유효 길이를 갖는 제2 측면 상부에 제2 마이크로스트립 라인으로서 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 제3 전도성 요소를 구성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 양호하게는 1/4 파장인 유효 길이를 갖는 제3 전도성 요소를 구성하는 단계를 포함한다. 제2 마이크로스트립 라인의 제1 단부는 양호하게는 개방되어 있고 접지 평면의 모서리에 근접해 있으며, 제2 마이크로스트립 라인의 제2 단부는 접지 평면에 단락되어 있고, 그에 따라 접지 평면의 제1 측면 상의 전류가 접지 평면의 모서리를 거쳐 접지 평면의 제2 측면 상으로 흐르지 못하도록 차단한다. 일 실시예에서, 이 방법은 모서리에 근접하여 접지 평면에 굴곡부를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 모서리에 근접하여 제3 전도성 요소에 굴곡부를 형성하는 단계를 포함한다. 양호하게는, 이 방법은 제3 전도성 요소에서의 굴곡부를 각을 이룬 굴곡부로서 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 제3 전도성 요소에서의 굴곡부를 모서리에 근접하여 실질적으로 직각인 각도로 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 제3 전도성 요소에서의 굴곡부를 모서리에 근접하여 직각보다 실질적으로 크거나 그보다 작은 각도로 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 방법은, 분리 거리가 균일한 전도성 요소 분리 거리를 갖는 마이크로스트립 전송 선로보다 더 짧은 길이로 구성되도록, 제2 마이크로스트립 전송 선로를 따라 적어도 하나의 장소에서 분리 거리의 급격한 또는 보다 점진적인 변화를 갖는 제2 마이크로스트립 라인의 전도성 요소의 분리 거리를 구성하는 단계를 포함한다. 양호하게는, 효율적인 안테나 동작을 위해, 적어도 2번의 분리 거리 변화가 요망된다.

본 발명의 하나 이상의 다른 태양에 따르면, 방법은, 접지 평면의 제1 측면으로부터 모서리를 거쳐 접지 평면의 제2 측면으로 흐르는 RF 전류의 결과인 방사된 근방계를 흡수하는 메카니즘을 제공하여, 그에 의해 SAR을 감소시키기 위해, 접지 평면의 제2 측면의 전부 또는 일부분 상에 또한 제2 마이크로스트립 라인의 전부 또는 일부분 상부에 손실 자기 매체를 부착하는 단계를 포함한다.

본 발명 및 그의 이점의 보다 완전한 이해를 위해, 이제부터 첨부 도면과 관련하여 기술된 이하의 상세한 설명을 참조한다.

도 1은 종래 기술의 단극 안테나를 나타낸 도면이다.

도 2는 폭이 불연속적인 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 접지 평면의 제2 측면 상의 전류를 감소시키도록 구성된 제2 전도성 스트립을 갖는 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6a는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 접지 평면의 제2 측면 상의 전류를 감소시키도록 구성된 제2 및 제3 전도성 스트립을 갖는 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6b는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 전류를 감소시키도록 구성되어 있는 접지 평면의 제2 측면 상에 제2 전도성 스트립을 갖는 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6c는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 전류를 감소시키도록 구성된 접지 평면의 제2 측면 상에 제2 및 제3 전도성 스트립을 갖는 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6d는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6e는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6f는 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 접지 평면의 제2 측면 상의 전류를 감소시키도록 구성된 원형 전도성 스트립의 모서리를 3차원으로 나타낸 도면이다.

도 6g는 접지 평면에서 모서리에 근접하여 굴곡부를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6h는 전도성 방사 스트립의 세그먼트 상부에 접지 평면 세그먼트를 형성하기 위해 모서리에 근접해 있는 접지 평면에서의 굴곡부 및 그에 뒤따라 있는 접지 평면에서의 제2 굴곡부를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6i는 모서리에 근접해 있는 접지 평면에서의 굴곡부, 및 접지 평면으로부터의 분리 거리의 변화가 있고 모서리에 근접하여 굴곡부를 포함하는 제3 전도성 요소를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6j는 모서리에 근접하여 굴곡부를 갖는 접지 평면, 및 접지 평면으로부터의 분리 거리의 변화가 한번 있고 모서리에 근접하여 굴곡부를 포함하는 제3 전도성 요소를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6k는 모서리에 근접하여 접지 평면에 직각보다 더 큰 각도를 갖는 굴곡부를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6l은 모서리에 근접하여 접지 평면에 직각보다 더 큰 각도를 갖는 굴곡부, 및 접지 평면으로부터의 분리 거리의 변화가 있고 모서리에 근접하여 유사한 굴곡부를 포함하는 제3 전도성 요소를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6m은 모서리에 근접하여 직각보다 더 큰 각도를 갖는 굴곡부를 갖는 접지 평면, 및 접지 평면으로부터의 분리 거리의 변화가 한번 있고 모서리에 근접하여 유사한 굴곡부를 포함하는 제3 전도성 요소를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6n은 모서리에 근접해 있는 접지 평면에서의 굴곡부 및 중공형이거나 채워져 있는 부분 및 경사 표면을 갖는 전도성 요소를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6o는 모서리에 근접해 있는 굴곡부를 갖는 전도성 접지 평면, 중공형이거나 채워져 있는 부분 및 경사 표면을 갖는 전도성 요소, 및 접지 평면으로부터의 분리 거리에 변화가 있고 모서리에 근접하여 굴곡부를 포함하는 제3 전도성 요소를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 6p는 모서리에 근접해 있는 굴곡부를 갖는 전도성 접지 평면, 중공형이거나 채워져 있는 부분 및 경사 표면을 갖는 전도성 요소, 및 접지 평면으로부터의 분리 거리에 변화가 한번 있고 모서리에 근접하여 굴곡부를 포함하는 제3 전도성 요소를 포함하는, 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 셀룰러 전화의 블록도이다.

도 8은 본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 접지 평면의 제2 측면 상의 전류를 감소시키도록 구성되어 있는 원형 전도성 스트립을 포함하는 셀룰러 전화 세트를 개략적으로 나타낸 도면이다.

현재 양호한 실시예의 제조 및 사용에 대해 이하에서 상세히 설명한다. 그렇지만, 본 발명이 광범위한 특정의 상황에서 구현될 수 있는 많은 적용가능한 발명 개념을 제공한다는 것을 잘 알 것이다. 기술되는 특정의 실시예는 본 발명을 제조 및 사용하는 특정의 방식을 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

이제부터, 유사한 참조 번호가 유사한 구성요소를 나타내고 있음은 물론 번호가 마지막 2개의 동일한 숫자로 끝나는 도면을 참조한다. 먼저, 도 1을 참조하면, 종래 기술의 단극 안테나(100)가 도시되어 있다. 단극 안테나(100)는 접지 평면(102) 상부로 연장하는 전도성 와이어(101)를 포함한다. 단극 안테나는 RF 전원(도시 생략)에 의해 피드 포인트(120)로부터 접지 평면(102)에 있는 개구(125)를 통해 피드된다. 단극 안테나(100)는 접지 평면(102) 상부에 거리(L)만큼, 일반적으로 전송 또는 수신 주파수에서 약 1/4 파장만큼 연장한다. 접지 평면(102)은 일반적으로 1/2 파장 이상 정도인 폭(W)을 갖는다.

전도성 와이어(101)에서의 RF 전류(173)는 접지 평면(102)의 최상측에 전하의 흐름을 유발하고, 적어도 부분적으로 접지 평면(102) 상에 전도성 와이어(101)에서의 전류의 미러 이미지를 생성한다. 미러링된 전류는 길이(2L)의 쌍극자 안테나의 효과를 생성한다. 이상적으로는, 접지 평면의 폭(W)은 방사 신호의 파장보다 훨씬 더 길지만, 실제로 폭(W)은 파장과 비슷하거나 더 짧을 수 있다.

전도성 와이어(101)에서의 RF 전류(173)에 의해 접지 평면(102)의 최상측에 유도되는 전류(174)는 접지 평면(102)의 모서리에서 전도성의 불연속을 만난다. 그 결과 접지 평면(102)의 모서리를 거쳐 흐르는 전류(175), 및 접지 평면(102)의 배면 상에 흐르는 대응하는 전류(176)를 유도한다.

통상적으로, 접지 평면(102)은 접지 평면(102)의 배면에 마주하고 있는 영역에 대해 전도성 와이어(101)에 의해 유도되는 전자계에 대한 차폐 효과를 제공할 것으로 예상된다. 그렇지만, 교차 방향에서의 그의 제한된 폭(W) 및 제한된 크기의 결과로서, 상기한 바와 같이 접지 평면(102)의 배면 상에 유도된 전류는 접지 평면(102)의 배면에 마주하는 영역에 대해 근방계에 대한 방사 소스로서 기능한다.

이러한 안테나 구성이 사람의 두뇌에 인접하여 배치된 경우, 상당한 전자계 근방계가 RF 전류(176) 등의 배면 전류에 의해 그에 연결된다. 따라서, 이 종래 기술의 안테나의 단점은 접지 평면(102) 상부로 연장하는 전도성 방사 와이어가 상당한 길이로 필요하고 상당한 전자계 근방계가 안테나 시스템의 배면에 생성된다는 것이다.

이제 도 2를 참조하면, 2002년 8월 9일자로 출원된 동시 계류 중인 미국 특허 출원 제10/214,746호(여기에 인용함으로써 그 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기술된 마이크로스트립 안테나(200)가 도시되어 있다. 마이크로스트립 안테나(200)는 절연 기판(203)에 의해 접지 평면(202)으로부터 분리되어 있는 전도성 방사 스트립(201)을 포함한다. 전도성 방사 스트립(201)은 RF 전원(도시 생략)에 의해 피드 포인트(220)에서 피드되며, 이 피드 포인트(220)는 양호하게는 요구되는 안테나 임피던스를 획득하기 위해 방사 마이크로스트립(201)에 중심에서 벗어나 연결되어 있으며 또한 통상적으로 도 1에 나타낸 구성과 유사할 수 있는 접지 평면(202)에서의 개구(225)를 통해 접지 평면(202)의 배면 상의 RF 전원에 연결되어 있을 수 있다. 전도성 방사 스트립(201)의 중심이 도 2에서 (중심선에 대해) "cl"로 표시되어 있는 점선으로 식별된다. 접지 평면(202)의 배면 상에서의 피드 포인트(220)에의 연결은 접지 평면(도시 생략)에 접지된 플랜지를 갖는 동축 커넥터로 행해질 수 있다.

전도성 방사 스트립(201)의 길이(L)는 통상 대략 방사되는 신호의 1/2 파장 또는 그보다 약간 더 작다. 그렇지만, 동 도면에서 같지 않은 폭(W1, W2)으로 나타낸 전도성 방사 스트립(201)의 폭의 불연속은 방사 스트립을 형성하는 스트립 라인의 특성 임피던스의 대응하는 불연속을 제공하며, 1/2 파장보다 실질적으로 더 작은 길이(L)를 갖지만 1/2 파장에 훨씬 더 가까운 길이를 갖는 안테나의 어떤 특성을 갖는 안테나를 생성한다.

더 짧은 길이의 방사 스트립(201)에 대응하기 위해 스트립 라인 특성 임피던스에 상당한 불연속을 생성하기 위해, 폭(W1, W2)에서의 상당한 차이가 사용된다. 하부의 접지 평면(202)으로부터의 간격보다 알맞게 더 큰 폭을 갖는 스트립 라인은 그의 폭에 대한 접지 평면(202)으로부터의 그의 분리 거리의 비에 대체로 비례하는 특성 임피던스를 나타낸다. 스트립 라인 폭에서의 상당한 불연속은 따라서 특성 임피던스에서의 상당한 불연속을 야기한다. 이들 불연속의 결과 도 2에 나타낸 모서리(233, 234) 등의 방사 스트립(201)에 긴 모서리가 생긴다. 전도성 방사 스트립(201)의 개구 모서리(231, 232)에서의 등가 자기 전류(equivalent magnetic current)는 일반적으로 모서리(233, 234) 상에서의 방향과 반대 방향으로 전류를 전도하며, 이는 전도 손실이 거의 동일하게 유지되는 동안 방사계(radiated field)에의 순 기여를 거의 하지 않는다. 이 계 소거 효과(field cancellation effect)는 이 안테나 구성의 효율을 감소시키며, 그 결과 안테나 성능을 저하시키지 않고 방사 신호의 1/2 파장과 비교하여 짧은 길이를 갖는 안테나를 구성할 기회가 제한된다.

이제 도 3a를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면으로부터의 전도성 방사 스트립(301)의 불연속적인 분리 거리를 갖는 마이크로스트립 안테나(300a)의 모서리를 나타낸 도면이 예시되어 있다. 마이크로스트립 안테나(300a)는, 접지 평면(302)으로부터의 분리 거리가 급격하게 변화되는, 약 1/2 파장의 유효 전기 길이를 갖는 마이크로스트립 라인 형태의 전도성 방사 스트립을 포함한다. 전도성 방사 스트립(301)은 전도성 방사 스트립(301)의 형상에 대응하기 위해 오목부(예를 들어, 홈)에 의해 제공되는 등의 변하는 두께를 갖는 절연 기판(303)에 의해 전도성 접지 평면(302)으로부터 분리되어 있다. 이 안테나에서의(또는 이하에 기술되는 안테나들 중 임의의 안테나에서의) 절연 기판(303) 및 전송 선로에 대한 유전체 물질에 대해 다른 또는 유사한 절연 물질이 사용될 수 있는 것이 생각되고 있다. 전도성 스트립(301)은 피드 포인트(320)에서 도체에 의해 RF 전원(도시 생략)으로부터 접지 평면(302) 및 절연 기판(303)에서의 개구(325)를 통해 방사 스트립(301)으로 피드된다. 도 2를 참조하여 상기한 바와 같이, 피드 포인트(320)는 양호하게는 입력 임피던스와 일치하도록 중심에서 벗어나 연결되어 있다. 접지 평 면(302)에 연결된 플랜지를 갖는 동축 커넥터(329)는 피드 포인트(320)에의 저손실 연결을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 안테나(300a)가 동축 커넥터(329)로 방사 요소(301)에 연결된 동축 전송 선로를 포함하지만, 이 안테나에서(또는 이하에 기술되는 안테나들 중 임의의 안테나에서) 임의의 적당한 상호 연결 구성을 사용하여 "트윈 리드(twin lead)"(평행 도체 라인) 등의 다른 전송 선로 유형도 사용될 수 있는 것이 생각된다.

접지 평면 상부의 방사 스트립의 불연속적인 분리 거리의 예로서, 0.008 인치 및 0.25 인치의 간격이 도 3a에 도시되어 있다. 작은쪽 분리 거리는 응용의 요건을 고려할 때 양호하게는 가능한 한 얇고, 큰쪽 분리 거리는 양호하게는 파장의 약 0.5% 내지 약 5%이다. 큰쪽 분리 거리가 더 두껍게 되면, 안테나 대역폭은 더 넓어지고 안테나 효율이 더 좋다. 상당한 비율로 접지 평면(302)으로부터의 분리 거리의 이러한 변화는 전도성 스트립(301) 및 접지 평면(302)에 의해 형성되는 스트립 라인의 임피던스의 대략적으로 비례하는 변화를 제공한다. 본 명세서에서 생각되는 안테나는 방사 요소의 분리 거리 및/또는 방사계 또는 다른 동작 특성을 변경하기 위해 설계에서 포함될 수 있는 임의의 부가적인 전도성 요소의 분리 거리의 급격한 및/또는 보다 점차적인 변화를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 스트립 라인의 특성 임피던스는 접지 평면으로부터의 스트립 라인의 분리 거리에 비례하여 변한다. 따라서, 반대의 소거하는 방사계를 갖는 긴 전도성 경로를 도입하지 않고 또한 그다지 전력 손실을 겪지 않고 특성 임피던스의 상당한 변화가 달성될 수 있다. 그 결과, 안테나 성능의 저하 없이 접지 평면으로부터의 균일한 분리 거리를 갖는 마이크로스트립 안테나의 길이보다 실질적으로 더 짧을 수 있는 전체 길이(L)를 갖는 마이크로스트립 안테나가 얻어진다. 접지 평면으로부터의 분리 거리에 2번 이상의 변화를 포함하는 경우, 길이(L)는 실제로 분리 거리의 변화 없이 구성된 마이크로스트립 안테나의 길이의 1/4보다 더 작을 수 있다.

이제 도 3b를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(302)으로부터의 전도성 방사 스트립(301)의 불연속적인 분리 거리를 갖는, 약 1/4 파장의 유효 전기 길이를 갖는 마이크로스트립 안테나(300b)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 도 3a 상의 구성요소와 유사한 도 3b 상의 안테나(300b)의 구성요소에 대해서는 설명하지 않는다. 도 3a에 도시된 전도성 방사 스트립(301)은 약 1/2 파장의 유효 전기 길이를 가지며, 양쪽 단부가 개방되어 있는 것으로 도시되어 있다. 도 3b에 나타낸 전도성 방사 스트립(301)은 약 1/4 파장의 유효 전기 길이를 가지며, 한쪽 단부는 개방되어 있고 한쪽 단부는 단락 스트립(311)으로 접지 평면(302)에 단락되어 있다.

1/4 파장의 등가 전기 길이를 갖는 도 3b에 나타낸 2-단계 마이크로스트립 설계의 경우, 약 0.75 cm, 1 cm 및 0.75 cm의 마이크로스트립 섹션 길이의 결과(총 2.5 cm의 마이크로스트립 길이에 대해), 유전체 물질이 약 1.0의 유전율을 갖는 경우 약 700 MHz의 전기 공진 주파수가 얻어진다. 이 주파수에서의 분리 거리의 변화가 없는 마이크로스트립 라인 안테나(300b)의 공진 (1/4 파장) 길이는 약 10.5 cm이다. 양호한 방향에서의 이 안테나의 이득은 약 0 - 2 dBi인 것으로 측정되었 으며, 즉 참조 등방성 방사기(reference isotropic radiator)보다 0 - 2 dB 더 크다.

이제, 도 3c를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(302)으로부터의 전도성 방사 스트립(301)의 불연속적인 분리 거리를 갖는 마이크로스트립 안테나(300c)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 도 3c(및 이하에 기술되는 도 3d)의 실시예는, 크기의 대가이지만 더 높은 효율을 갖는다는 점에서, 도 3a 및 도 3b의 실시예에 비해 이점을 갖는다. 이 실시예는 크기가 덜 중요한, 예를 들어 RF 태그가 큰 물품을 추적하는 데 사용되는 응용에서 유용할 수 있다.

도 3a 상의 구성요소와 유사한 도 3c 상의 안테나의 구성요소에 대해서는 설명하지 않는다. 이 예시적인 예에서의 전도성 방사 스트립(301)은 약 1/2 파장의 유효 전기 길이를 가지며, 장소(358, 359)에서 접지 평면으로부터의 분리 거리에 2번의 변화가 있는 것으로 도시되어 있다. 이 예에서, 피드 포인트(320)는 접지 평면으로부터 작은 분리 거리에 있으며, 전도성 방사 스트립(301)의 단부는 큰 분리 거리에 있다. 피드 포인트(320)의 위치는 양호하게는 RF 전원의 임피던스와 일치시키는 데 필요한 피드 포인트 임피던스를 제공하기 위해 상기한 방사 스트립(301)의 중심으로부터 오프셋되어 있다. 접지 평면(302)에 연결된 플랜지를 갖는 동축 커넥터(329)는 피드 포인트(320)에의 저손실 연결을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

마이크로스트립 라인(301) 및 접지 평면(302)은 양호하게는 구리, 알루미늄, 은, 또는 적절히 양호한 전도 특성을 갖는 다른 물질이나 합금 등의 물질로 제조되 며, 전도성 물질 두께는 일반적으로 1 mil 정도이다. 절연 기판(303)은 양호하게는 기계적으로 안정된 유전체로 제조되며, 양호하게는, 13503 Pumice St., Norwalk, CA 소재의 Richmond Aircraft Products로부터 입수가능한 예를 들어 Rohacell 51HF 등의 발포(foam) 등의 1.0 근방의 낮은 상대 유전 상수를 갖는다. 높은 유전 상수를 갖는 유전체 물질을 사용하면 안테나 크기를 추가적으로 감소시키지만 그 결과 더 낮은 효율을 갖는 안테나가 얻어진다. 전도성 물질 및 절연 물질의 다층 구조를 형성하는 가법 및 감법 리쏘그라피 프로세스(additive and subtractive lithographic process)를 포함하는 일반적인 제조 기술이 기술 분야에 공지되어 있으며, 간략함을 위해 기술하지 않는다.

이제 도 3d를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성되는, 접지 평면(302) 상부에서의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(300d)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 도 3d에 도시된 전도성 방사 스트립(301)은 약 1/4 파장의 유효 전기 길이를 가지며, 한쪽 단부는 개방되어 있고 한쪽 단부는 단락 스트립(311)으로 접지 평면(302)에 단락되어 있다. 도 3a 및 도 3b 상의 구성요소와 유사한 도 3d 상의 안테나의 나머지 구성요소는 간략함을 위해 설명하지 않는다.

이제 도 4a를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(402) 상부의 458 및 459 등의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(400a)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 도 3a에 나타낸 마이크로스트립 안테나와는 달리, 도 4a에 도시된 안테나는 편평한 상부 표면(401)을 가지며, 이는 최종 제품을 제조하는 데 이점을 가질 수 있다. 이 경우에, 제조 편의를 위한 임의의 유용 하고 적절한 물질이 캐비티를 채우는 데 사용될 수 있다. 게다가, 분리 거리(458, 459)의 변화의 장소들 간의 전도성 요소의 내부 부분은 중공형이거나 비전도성 물질로 채워져 있을 수 있다. 도 4a에 도시된 다른 구성요소들은 도 3a에 도시된 유사한 구성요소에 대응하고, 간략함을 위해 설명하지 않으며, 도 4a에 나타낸 안테나의 전기적 성능은 도 3a에 나타낸 안테나에 대한 성능과 실질적으로 유사하다. 이러한 채움 수정은 본 명세서에 개시된 실시예들 중 임의의 것에 행해질 수 있다.

이제 도 4b를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 편평한 상부 표면(401)을 갖는 접지 평면(402) 상부에서의 분리 거리(458, 459)의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(400b)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 도 4a에 나타낸 안테나와 유사하게, 분리 거리(458, 459)의 변화의 장소들 사이의 전도성 요소의 내부 부분은 중공형이거나 비전도성 물질로 채워져 있을 수 있다. 마이크로스트립 안테나(400b)의 유효 전기 길이는 약 1/4 파장이다. 단락 스트립(411)은 마이크로스트립 안테나(400b)의 오른쪽 단부를 접지 평면(402)에 단락시킨다. 도 4b에 나타낸 나머지 구성요소들은 도 4a에 나타낸 유사한 구성요소에 대응하며, 간략함을 위해 설명하지 않는다.

이제, 도 4c를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 플라스틱 또는 다른 유전 물질 등의 전자기적으로 투명한 인클로저(enclosure)(437)로 구성된 마이크로스트립 안테나(400c)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 이 인클로저의 내부 및 외부 표면 상에 안테나의 전도성 구성요소가 배치되어 있다. 양호하게는, 이 인클로저는 수증기 및 다른 오염물질의 침입을 방지하기 위해 밀봉된다. 이 컨테이너는 Teflon

또는 다른 적당한 절연체 등의 고체 유전 물질을 포함하고 있을 수 있거나, 유전체 발포 또는 건조 질소 등의 가스나 심지어 진공을 포함할 수 있다. 도 4c에 도시된 나머지 구성요소는 도 4a에 도시된 유사한 구성요소에 대응하며, 간략함을 위해 설명하지 않는다. 본 명세서에 기술된 나머지 안테나 구성 중 임의의 구성은 또한 전자기적으로 투명한 인클로저로 구성될 수 있다.

이제 도 5a를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면 상부에서의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(500a)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 마이크로스트립 안테나는 접지 평면(502)의 배면 상에 마이크로스트립 라인으로서 형성된 제2 전도성 스트립(510)을 포함하며, 그의 좌측 단부(511)는 접지 평면(502)에 단락되어 있고 그의 오른쪽 단부(512)는 전기적으로 개방되어 있으며 접지 평면(502)의 모서리(523)에 근접해 있다. 제2 전도성 스트립(510)의 길이(L)는 양호하게는 전송될 신호의 파장의 약 1/4로 구성되어 있지만, 약 1/4 파장의 홀수배도 사용될 수 있다.

제2 전도성 스트립(510)은 1/4 파장 변환기로서 동작하며, 개방 단부에 아주 큰 임피던스를 제공한다. 따라서, 유한의 전압이 개방 단부에 인가될 때, 흐르는 전류가 아주 적다.

우측 모서리(523) 주위에서 통상적으로 전도되는 전류는 전송될 신호의 주파수에서 개방 회로를 만나며, 접지 평면(502)의 상부측(522)에서 다시 반사된다. 이들 전류는 유익하게는 이 어셈블리의 배면 상에 나타나지 않으며, 따라서 그렇지 않았으면 사람의 두뇌에 연결될지도 모르는 근방계 전자기 방사에 기여하지 않는 다. 이와 유사하게, 제3 전도성 스트립은 통상 접지 평면(502)의 다른 모서리 쪽으로 흐르는 전류를 반사하기 위해 그 다른 모서리에 위치될 수 있다. 제2 또는 제3 전도성 스트립의 전류-반사 동작은 전도성 방사 스트립(501)의 불연속적인 분리 거리 특성에 의존하지 않으며, 따라서 접지 평면으로부터의 분리 거리의 변화 없이 구성된 통상의 마이크로스트립 안테나에서 사용될 수 있다. 그렇지만, 분리 거리의 변화 없는 전도성 스트립의 길이는 변화가 있는 전도성 스트립의 길이보다 실질적으로 더 길다.

이제 도 5b를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면 상부에서의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(500b)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 단락 스트립(511)은 방사 스트립(501)의 우측 단부를 접지 평면(502)에 단락시킨다. 약 1/4 파장의 유효 전기 길이를 갖는 마이크로스트립 안테나(500b)는 접지 평면(502)의 배면 상에 마이크로스트립 라인으로서 구성된 제2 전도성 스트립(510)을 포함하며, 한쪽 단부(511a)는 접지 평면에 단락되어 있고 그의 다른쪽 단부(512)는 전기적으로 개방되어 있으며 접지 평면의 모서리(523)에 근접해 있다. 게다가, 제3 전도성 스트립(510a)은 접지 평면(502)의 배면 상에 마이크로스트립 라인으로서 구성되어 있으며, 한쪽 단부는 제2 전도성 스트립(510)의 단락된 단부 근방에 연결되어 있고 그의 다른쪽 단부(512a)는 전기적으로 개방되어 있다. 전도성 스트립(510, 510a) 둘 모두는 접지 평면(502)의 배면 상의 RF 전류의 흐름을 차단하는 동작을 한다.

이제, 도 6a를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면으로부터 의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600a)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 마이크로스트립 안테나는 제2 및 제3 전도성 스트립(610, 610a)을 포함하며, 이들 각각은 접지 평면(602)의 제2 측면 상에서 약 1/4 파장의 유효 전기 길이를 가지며, 한쪽 단부(예를 들어, 611)는 접지 평면에 단락되어 있고, 그의 다른쪽 단부(예를 들어, 612)는 도 5a를 참조하여 상기한 바와 같이 전기적으로 개방되어 있으며 접지 평면(602)의 모서리(예를 들어, 623)에 근접해 있다. 제2 및 제3 전도성 스트립(610, 610a)은 절연 기판(예를 들어, 603a)에 의해 접지 평면(602)으로부터 분리되어 있다.

제2 전도성 스트립(610)은 접지 평면(602)의 제2 측면으로부터의 분리 거리의 변화가 있도록 구성되어 있다. 그 결과 얻어지는 이 스트립 라인의 임피던스의 변화는 그의 물리적 길이보다 실질적으로 더 긴 유효 전기 길이를 생성한다. 따라서, 제2 전도성 스트립(610)은 접지 평면(602)으로부터의 균일한 분리 거리를 갖는 전도성 스트립보다 실질적으로 더 짧을 수 있는 길이(L)를 갖는 1/4 파장 전송 선로로서 구성될 수 있으며, 그에 의해 통상 접지 평면(602)의 우측 모서리(623) 주변에 전도되는 RF 전류를 다시 접지 평면의 제1 측면 상으로 반사할 수 있는 개방 회로를 생성한다.

제2 전도성 스트립(610)의 RF 전류-반사 특성은 전도성 방사 스트립(601)의 불연속적인 분리 특성에 의존하지 않으며, 따라서 분리 거리의 변화 없이 통상의 마이크로스트립 안테나에서도 사용될 수 있다. 게다가, 접지 평면(602)의 제2 측면으로부터의 분리 거리의 변화를 갖는 제3 전도성 스트립은 통상 접지 평면(602) 의 다른 모서리 쪽으로 흐르는 전류를 반사하기 위해 그 다른 모서리 상에 위치될 수 있다.

도 6a는 또한 접지 평면(602)의 제2 측면 상부에 부착되는 손실 자기층(605)을 나타내고 있다. 이 손실 자기층은 접지 평면(602)의 제2 측면의 전부 또는 그 일부분 및 전류를 다시 접지 평면(602)의 제1 측면 상으로 반사시키는 동작을 하는 전도성 스트립(601)의 전부 또는 그 일부분을 덮고 있을 수 있다. 손실 자기층(605)은 방사된 원방계에 대한 공칭 효과만을 갖는 접지 평면(602)의 배면에 유도될 수 있는 근방계 방사를 흡수하는 메카니즘을 제공한다. 따라서, SAR은 안테나의 주요 방사 특성에 그다지 영향을 주지 않고 추가적으로 감소될 수 있다. 셀룰러 통신에 사용되는 주파수에서 흡수 특성을 갖는 양호한 예시적인 물질은 손실 페라이트 물질이다. 손실 자기 물질의 바람직한 특성은 흡수성 근방계 손실 메카니즘을 제공하기 위해 전송 주파수에서의 투자율(permeability)의 큰 허수 성분, 및 낮은 전기 전도성이다. 도 6a의 실시예에 대해 예시적으로 도시되어 있지만, 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 실시예에서 손실 자기층(605)이 이용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

도 6b는 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 불연속적인 분리 거리를 갖는 마이크로스트립 안테나(600b)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 약 1/4 파장의 유효 전기 길이를 갖는 마이크로스트립 안테나(600b)는 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리(658, 659)의 2번의 급격한 변화를 갖는 마이크로스트립 라인 형태의 전도성 방사 스트립(601)을 포함한다. 전도성 방사 스트립(601)은, 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화에 대응하기 위해 오목부(예를 들어, 홈)에 의해 제공되는 것 등의, 변하는 두께를 갖는 절연 기판(603)에 의해 전도성 접지 평면(602)으로부터 분리되어 있다. 전도성 스트립(601)은, 양호하게는 접지 평면(602)에 연결된 플랜지를 갖는 동축 커넥터(629)를 사용하여, 피드 포인트(620)에서 도체에 의해 RF 전원(도시 생략)으로부터 접지 평면(602)에서의 개구(625)를 통해 피드된다. 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리의 변화는, 안테나 성능을 저하시키지 않고 심지어 향상시키면서, 마이크로스트립 안테나(600b)가 접지 평면으로부터의 균일한 분리 거리로 구성된 마이크로스트립 안테나의 길이보다 실질적으로 더 짧을 수 있는 전체 길이(L)로 구성될 수 있게 해준다. 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리(658, 659)의 2번의 변화를 포함하면, 길이(L)는 실제로 분리 거리의 변화 없이 구성된 마이크로스트립 안테나의 길이의 1/4보다 더 작을 수 있다.

마이크로스트립 안테나(600b)는, 절연 기판(603a)에 의해 전도성 접지 평면(602)으로부터 분리되어 있는, 접지 평면(602)의 제2 측면 상에 제2 및 제3 전도성 스트립(610, 610a)을 포함하며, 전도성 스트립(610)의 한쪽 단부는 단락(611a)으로 접지 평면(602)에 단락되어 있고, 각각의 다른쪽 단부(각각 612, 612a)는 도 5b를 참조하여 기술한 바와 같이 전기적으로 개방되어 있다. 제2 및 제3 전도성 스트립(610, 610a)은 양호하게는 1/4 파장 전송 선로로서 구성된다. 제2 및 제3 전도성 스트립(610, 610a)의 전류 반사 동작은 전도성 방사 스트립(601)의 불연속적인 분리 특성에 의존하지 않으며, 분리 거리의 변화 없이 통상의 마이크로스트립 안테나에서 사용될 수 있다. 제2 및 제3 전도성 스트립(610, 610a)은 RF 전류가 접지 평면(602)의 배면 상으로 흐르지 않도록 차단하며, 그에 의해 접지 평면의 제2 측면(배면) 상부의, 즉 마이크로스트립 안테나의 반대쪽 측면 상의 근방계 방사를 실질적으로 감소시킨다. 마이크로스트립 안테나(600b)는 양호하게는 접지 평면(602)의 배면 상의 근방계 방사 에너지를 더 흡수하기 위해 손실 자기 물질(605)을 포함한다.

이제 도 6c를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면으로부터의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600c)를 3차원으로 나타낸 도면이 도시되어 있다. 1/2 파장의 유효 전기 길이를 갖는 마이크로스트립 안테나는 접지 평면(602)의 제1 측면 상에 제2 전도성 스트립(610)을 포함하며, 그의 좌측 단부(611)는 접지 평면(602)에 단락되어 있고, 그의 우측 단부(612)는 도 5a를 참조하여 기술한 바와 같이 전기적으로 개방되어 있으며 접지 평면(602)의 모서리(623)에 근접해 있다. 게다가, 제3 전도성 스트립(610a)은 접지 평면(602)의 제2 측면 상에 포함되어 있고, 그의 우측 단부(611a)는 접지 평면(602)에 단락되어 있고, 그의 좌측 단부(612a)는 전기적으로 개방되어 있다. 전도성 스트립(612, 612a) 둘 모두는 양호하게는, 상기 예시한 안테나와 관련하여 기술한 바와 같이, 접지 평면으로부터의 분리 거리(예를 들어, 658, 659)의 변화를 포함한다. 피드 포인트(620)는 RF 전원의 임피던스와 일치시키는 데 필요한 피드-포인트 임피던스를 제공하기 위해 방사 스트립(601)의 중심으로부터 오프셋되어 있다. 방사 스트립(601)의 중심은 점선 cl로 나타내어져 있다. 접지 평면(602)에 연결된 플랜지를 갖는 동축 커넥터(도시 생략)는 접지 평면(602)에서의 개구(625)를 통해 피드 포인트(620)에의 저손실 연결을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

이제 도 6d를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600d)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 1/2 파장의 유효 전기 길이를 갖는 방사 전도성 스트립(601)은 접지 평면(602)의 모서리를 넘어 연장하며, 접지 평면(602)의 배면 상부에 계속된다. 이와 같이, 길이(L)가 추가적으로 감소될 수 있는 것은 물론 접지 평면(602)의 크기를 감소시킬 수 있다. 방사 스트립(601)은 양호하게는 필요한 피드-포인트 임피던스 정합을 제공하기 위해 중심에서 벗어난 피드 포인트(620)로부터 피드된다. 피드 포인트(620)는 양호하게는 예시된 바와 같이 동축 커넥터, 또는 상기한 바와 같이, 스트립라인 피드 등의 임의의 다른 피딩 방법을 사용하여 RF 전원에 연결되어 있다. 도 6d에 나타낸 구성에서, 동축 케이블의 실드(shield)는 방사 스트립(601)에 연결되어 있고, 동축 케이블의 중심 도체는 접지 평면(602)에 연결되어 있다.

이제, 도 6e를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리의 변화를 갖는 1/4 파장의 등가 전기 길이를 갖는 마이크로스트립 안테나(600e)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 1/4 파장의 유효 전기 길이를 갖는 방사 전도성 스트립(601)은 접지 평면(602)의 모서리를 넘어 연장하며, 상기 도 6d와 관련하여 기술한 방식으로 접지 평면(602)의 배면 상으로 계속된다. 이와 같이, 이 1/4 파장 안테나의 길이(L)는 또한 추가적으로 감소될 수 있 다. 접지 평면(602)의 배면 상의 절연 기판(603a)의 두께는, 대역폭 및 효율을 향상시키기 위해, 접지 평면(602)의 상부 측면 상의 절연 기판(603)의 두께보다 크게 도시되어 있으며, 이는 본 명세서에 기술된 다른 안테나 구성에서 이용될 수 있다. 다시 말하면, 도 6d에 나타낸 바와 같이, 동축 케이블의 실드는 방사 스트립(601)에 연결되어 있으며, 동축 케이블의 중심 도체는 접지 평면(602)에 연결되어 있다.

이제 도 6f를 참조하면, 본 발명에 따라 구성된, 접지 평면(602)의 제2 측면(배면) 상의 전도성 스트립(610)의 단부(600f)를 3차원으로 나타낸 도면이 도시되어 있다. 전도성 스트립(610)은 접지 평면(602)의 외부 모서리에 근접하여 절연 매체(603)에 의해 접지 평면(602)으로부터 분리되어 있는 굽은 외부 단부(612)를 갖도록 구성되어 있다. 전도성 스트립(610)은 또한 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리의 변화를 갖도록 구성되어 있다. 전도성 스트립(610)의 중앙 지점(611)은 전도 핀으로 접지 평면(602)에 단락되어 있다. 전도성 스트립(610)은 따라서 1/4 파장 원통형 전송 선로로서 구성될 수 있다. 한쪽 단부가 단락되어 있고 한쪽 단부가 개방되어 있는 1/4 파장 전송 선로의 전류 차단 효과에 대해서는, 예를 들어, 도 5a 및 도 6a를 참조하여 상기에 기술되어 있다. 이것은 접지 평면(602)의 굽은 외부 모서리를 거쳐 배면 상으로 흐를 수 있는 RF 전류(반대쪽 측면 상의 안테나에 의해 유도될 수 있음)에 대해 고임피던스를 생성한다. 이와 같이, 셀룰러 전화를 사용할 때 사람의 두뇌에 노출될 가능성이 있는 문제가 되는 근방계 방사가 상당히 감소될 수 있다. 전도성 스트립(610)이 중심에서 벗어나 피드되는 경우, 쌍극자의 방사 패턴과 유사한 방사 패턴을 획득하기 위해 TM₁₁ 모드가 여기될 수 있다.

이제 도 6g를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 굴곡된 접지 평면(602)으로부터 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600g)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 접지 평면(602)으로부터 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 다수의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나는 본 발명의 다른 태양들에 따른 것이다. 도 6g 내지 도 6p의 안테나에 대해 도시된 치수는 유사하며, 약 860 MHz의 송신 및 수신 주파수에 대해 동작한다. 동 도면의 평면 밖의 안테나의 치수는 약 0.4 인치이다. 전도성 방사 스트립(601)은 절연 기판(603)에 의해 접지 평면(602)으로부터 분리되어 있다. 방사계는 전도성 방사 스트립(601)의 모서리(648) 상부의 영역에 효과적으로 생성된다. 절연 기판(603)을 형성하는 유전체 물질은 예시된 860 MHz 안테나에 대해 약 1.0의 유전 상수를 갖는다. 전도성 방사 스트립(601)과 굴곡된 접지 평면(602) 사이에 작은 분리 거리를 형성하기 위해, 약 3.38의 유전 상수를 갖는 Rogers RO 4003의 얇은 유전체층(669)이 절연 기판(603) 아래에 형성될 수 있다. 약 0.008 인치의 분리 거리가 동 도면에 도시되어 있으며, 훨씬 더 얇은 층으로 하면 훨씬 더 작은 치수를 갖는 안테나가 얻어질 수 있다. RO 4003 물질 또는 유사한 종류의 물질은 양호하게는 절연 기판(603)을 형성하는 데 사용될 수 있는 발포 물질에서 일어날 수 있는 제조 문제를 감소시키는 데 사용된다. 얇은 유전체 물질의 유사한 응용이 본 명세서에서의 본 발명의 다른 도면들에 예시된 안테나 구성 중 임의의 구성에서 사 용될 수 있다. RF 전원(도시 생략)은 동축 선로(642)를 통해 또한 SMA 커넥터(예를 들어, 초소형 버전 A 커넥터) 등의 동축 커넥터(629)를 통해 안테나에 연결된다. 전도성 방사 스트립(601)에 대한 피드 포인트(620)의 위치는 요구되는 안테나 임피던스를 획득하기 위해 선택된다. 도면에 도시된 치수에 대해, 안테나 임피던스는 약 50 옴(ohm)이다. 대안으로서, 수신 신호는 안테나에 의해 동축 선로(642) 상에 생성된다. 접지 평면(602)은 모서리에 근접하여 굴곡부(644)를 갖도록 형성되고, 접지 평면(602)의 원래의 평면 밖에 있는 굴곡 부분(641)을 생성한다. 도 6g에 나타낸 전도성 방사 스트립(601)은 약 1/4 파장의 유효 전기 길이를 가지며, 한쪽 단부(648)는 개방되어 있고 한쪽 단부는 단락 스트립(611)으로 접지 평면(602)에 단락되어 있다. 도 6g에 나타낸 방식으로 그리고 이하에서 도 6h 내지 도 6p에 나타낸 방식으로 구성된 접지 평면에 굴곡부를 갖는 안테나는 크기가 소형일 뿐만 아니라 상당한 대역폭을 나타낸다. 6% - 8% 이상의 넓은 대역폭이 달성될 수 있으며, 이는 송신 또는 수신 주파수가 통상적인 사용 중에 즉시 변할 수 있는 휴대형 통신 장치에 아주 유익하다. 양호한 방향에서의 이 안테나의 이득은 약 0 - 2 dBi, 즉 참조 등방성 방사기보다 0 - 2 dB 더 크다.

이제, 도 6h를 참조하면, 굴곡된 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600h)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 본 발명의 원리에 따라 구성된 전도성 방사 스트립(601)의 세그먼트 상부에 접지 평면 세그먼트(663)를 형성하기 위해, 굴곡된 접지 평면(602)은 모서리에 근접하여 굴곡된 접지 평면(602)에 굴곡부(644)를 포함하 며, 뒤이어서 접지 평면(602)에 제2 굴곡부(664)가 있다.

이제 도 6i를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600i)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 마이크로스트립 안테나(600i)는 접지 평면(602)의 배면 상에 마이크로스트립 라인으로서 형성된 제2 전도성 스트립(610)을 포함하며, 그의 좌측 단부(611a)는 접지 평면(602)에 단락되어 있고 그의 우측 단부(612)는 전기적으로 개방되어 있다. 제2 전도성 스트립(610)은, 동 도면에서 급격한 변화로서 도시되어 있는, 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리의 2번의 변화를 포함하고 있다. 제2 전도성 스트립(610)의 등가 전기 길이는 양호하게는 전송 또는 수신될 신호의 파장의 약 1/4이 되도록 구성되어 있지만, 약 1/4 파장의 홀수배도 사용될 수 있다. 제2 전도성 스트립은 1/4 파장 변환기로서 동작하며, 개방된 단부에서 아주 큰 임피던스를 제공한다. 따라서, 유한의 전압이 개방된 단부에 인가될 때, 개방된 단부로 흐르는 전류가 아주 적다. 우측 상부 모서리(623) 주위에 통상적으로 전도되는 전류는 전송될 신호의 주파수에서 개방 회로를 만나며, 상기한 바와 같이 접지 평면(602)의 상부 측면(622) 상으로 다시 반사된다.

도 6g에 예시된 구성요소와 유사한 도 6h 또는 도 6i 내지 도 6p의 구성요소는 간략함을 위해 다시 설명하지 않는다.

이제 도 6j를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 한번의 변화를 갖는 마이크로스트 립 안테나(600j)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 접지 평면(602)의 배면 상의 1/4 파장의 등가 전기 길이를 갖는 제2 전도성 스트립(610)도 역시 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리의 한번의 변화를 갖는다. 접지 평면(602)의 배면 상에 마이크로스트립 라인으로서 형성되는 제2 전도성 스트립(610)은 그의 좌측 단부(611a)가 접지 평면(602)에 단락되어 있고 그의 우측 단부(612)는 전기적으로 개방되어 있다. 제2 전도성 스트립(610)은 상기한 바와 같이 전류를 접지 평면(602)의 상부 측면 상으로 다시 반사시키는 동작을 한다.

이제 도 6k를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600k)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 다수의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나는 본 발명의 다른 태양들에 따른 것이다. 접지 평면(602)은 모서리에 근접하여 굴곡부(644)를 갖도록 형성되고, 접지 평면(602)의 원래의 평면 밖에 있는 굴곡 부분(641)을 생성한다. 도 6k에 나타낸 굴곡부(644)는 효율적인 광 대역폭 안테나를 생성하는 데 효과적일 수 있는 직각 굴곡부를 초과한다. 대안으로서, 굴곡부(644)는 직각보다 작은 각도로 형성될 수 있다.

이제 도 6l을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600l)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 이는 접지 평면(602)의 배면 상의 1/4 파장의 등가 전기 길이를 갖는 제2 전도성 스트립(610)을 포함한다. 제2 전도성 스트립(610)은 모서리에 근접하여 굴곡부(649)를 갖도록 형성되고, 제2 전도성 스트립(610)의 원래의 평면 밖에 있는 굴곡 부분(647)을 생성한다. 도 6l에 예시된 굴곡부(649)는 직각 굴곡부를 초과하며, 접지 평면(602)에서의 굴곡부(644)와 관련하여, 효율적인 광 대역폭 안테나를 생성하는 데 효과적일 수 있다. 대안으로서, 굴곡부(649)는 직각보다 작은 각도로 형성될 수 있다.

이제 도 6m을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600m)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 접지 평면(602)의 배면 상의 1/4 파장의 등가 전기 길이를 갖는 제2 전도성 스트립(610)은 접지 평면(602)으로부터의 분리 거리의 변화가 단지 한번만 있다. 접지 평면(602) 및 제2 전도성 스트립(610) 둘 모두는 직각을 초과하는 굴곡부(644, 649)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 대안으로서, 굴곡부(649)는 직각보다 작은 각도로 형성될 수 있다. 도 6m에 나타낸 굴곡부는 효율적인 광 대역폭 안테나를 생성하는 데 효과적일 수 있다.

이제 도 6n을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600n)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 전도성 방사 스트립(601)의 테이퍼형 부분(645)을 포함한다. 테이퍼형 전도성 방사 스트립의 내부 부분(643)은 중공형이거나 채워져 있을 수 있다. 채움 물질은 전도성이거나 비전도성일 수 있다. 약 0.080일 수 있는 간극은, 테이퍼형 전도성 방사 스트립 상부에 방사계를 생성하는 것을 용이하게 해주기 위해, 테이퍼형 전도성 방사 스트립의 우측 모서 리(646)와 접지 평면(602)에서의 굴곡부(644) 사이에 형성된다. 접지 평면(602)은 모서리에 근접하여 굴곡부(644)를 갖도록 형성되며, 접지 평면(602)의 원래의 평면 밖에 있는 굴곡 부분(641)을 생성한다. 도 6n에 예시된 굴곡부는 효율적인 광 대역폭 안테나를 생성하는 데 효과적일 수 있는 직각 굴곡부이다.

이제 도 6o를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600o)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 상기 도 6n과 관련하여 기술된 전도성 방사 스트립(601)의 테이퍼형 부분(645)을 포함하고, 또한 접지 평면(602)으로부터의 그의 분리 거리의 변화를 포함하는 접지 평면(602)의 배면 상의 1/4 파장의 등가 전기 길이를 갖는 제2 전도성 스트립(610)을 포함한다. 제2 전도성 스트립(610)은 모서리에 근접하여 굴곡부(649)를 갖도록 형성되고, 제2 전도성 스트립(610)의 원래의 평면 밖에 있는 굴곡 부분(647)을 생성한다. 도 6l에 나타낸 굴곡부(649)는 실질적으로 직각 굴곡부이거나 이를 초과하며, 접지 평면(602)에서의 굴곡부(644)와 관련하여, 효율적인 광 대역폭 안테나를 생성하는 데 효과적일 수 있다.

이제 도 6p를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된, 접지 평면(602)으로부터의 전도성 방사 스트립(601)의 분리 거리의 변화를 갖는 마이크로스트립 안테나(600p)의 모서리를 나타낸 도면이 도시되어 있으며, 상기 도 6n과 관련하여 기술한 전도성 방사 스트립(601)의 테이퍼형 부분(645)을 포함하고, 또한 접지 평면(602)으로부터의 그의 분리 거리의 변화가 한번만 있는 접지 평면(602)의 배면 상의 1/4 파장의 등가 전기 길이를 갖는 제2 전도성 스트립(610)을 포함한다. 접지 평면(602) 및 제2 전도성 스트립(610)은 도 6p에 나타낸 바와 같이 실질적으로 직각인 모서리에 근접하여 굴곡부를 갖도록 형성될 수 있으며, 그의 원래의 평면 밖에 있는 굴곡 부분(641, 647)을 생성한다. 대안으로서, 굴곡부는 직각보다 크거나 그보다 작은 각도로 형성될 수 있다. 도 6k에 나타낸 굴곡부는 효율적인 광 대역폭 안테나를 생성하는 데 효과적일 수 있다. 방사 모서리의 임피던스가 천이의 단부에서의 자유-공간 임피던스로 변환되도록 굴곡이 행해진다.

여러가지 실시예의 안테나가 다수의 응용에서 사용될 수 있다. 한 예는 통행료 징수, 재고 추적, 기타 등등에 사용되는 것 등의 RF 태그이다. 다른 예는 특히 다양한 실시예의 감소된 SAR을 이용할 수 있는 셀룰러 전화이다. 셀룰러 전화의 예가 이하에 기술하는 도 7 및 도 8에 나타내어져 있다.

이제 도 7을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 셀룰러 전화 세트(700)의 대표적인 블록도가 도시되어 있다. 셀룰러 전화 세트(700)는 다중-당사자, 다중-주파수, 다중-기지국, 모바일 환경에서의 신뢰성있는 일대일 듀플렉스 통신에 대응하는 데 필요한 복잡한 신호를 전송 및 수신하도록 구성되어 있는 장치이다. 도 7에 도시된 블록들은 고유의 방식으로 정렬되어 있지 않으며, 수행되어야 하는 필수적인 기능을 나타내고 있다.

그렇지만, 안테나(701)는 셀룰러 전화 세트(700)의 설계에서의 기본적인 기능으로서, 안테나가 전송 및 수신 경로 둘 모두에서 인라인으로 있을 뿐만 아니라 낮은 SAR을 갖는 작은 크기로 구현될 수 있는 것은 사람의 건강에 대한 아마도 잠 재성이거나 해로운 영향에 관한 걱정 없이 셀룰러 전화를 장기적이고 계속적으로 광범위하게 사용하는데 필수적이다. 따라서, 셀룰러 전화의 소형화 및 접지 평면의 배면 상에서의 근방계 방사 패턴의 감소는 이를 설계의 뗄 수 없는 부분이 되게 한다.

도 7에 도시된 나머지 부분들은 세트(700)의 상태에 의존하여 전송 또는 수신 경로에 안테나(701)를 선택적으로 연결하는 전송/수신 스위치(781)이다. 수신 경로는 착신 신호로부터 오디오 및 다른 정보를 추출하는 데 필요한 증폭, 필터링, 주파수 천이, 및 검출 기능을 포함하는 수신기 블록(782) 및 복조기 블록(783)을 포함한다. 필요에 따라 신호가 스피커(785a)에 연결되기 이전에 신호 처리 블록(784)에 의해 추가적인 신호 처리가 수행될 수 있다.

전송 경로는 변조기(788), 발진기(789b) 및 송신기 전력 증폭기(789a)를 포함한다. 오디오 신호는 신호 처리 블록(784)에 연결된 마이크(785b)에 의해 생성되는 것으로 도시되어 있다. 송신 및 수신 경로 둘 모두는, 자동 듀플렉스 동작을 제공하기 위해, 블록(784)에 의해 나타낸 것 등의 신호 처리 블록에 의해 제어된다.

모든 기능의 동작을 위한 전력은 일반적으로 V₁ 및 V₂ 등의 다수의 출력 전압을 회로의 다수의 기능 부분에 공급하는 전력 변환기(787b)에 연결된 배터리(787a)에 의해 제공된다.

셀룰러 전화의 실제 구현이 실리콘 등에의 상당한 회로 집적을 필요로 하며, 이는 복잡한 처리 및 회로 기능들 간의 상호 연결을 위한 많은 기회를 제공한다는 것을 잘 알 것이다. 도 7의 구성은 일반적인 신호 흐름을 나타내기 위한 것에 불과하며, 특정의 제품의 설계를 대표할 수 없다.

이제 도 8을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 셀룰러 전화 세트(800)를 개략적으로 나타내어져 있다. 셀룰러 전화 세트(800)는 스피커(891), 마이크(894), 키패드(893), 디스플레이(892) 및 배터리(887a)를 포함한다. 전원 및 기능 버튼 등의 제어 및 다른 요소가 간단함을 위해 개략도로부터 생략되어 있다.

셀룰러 전화 세트(800)는 본 발명에 따라 구성된 안테나 접지 평면(도시 생략)의 배면 상부의 전도성 스트립(810)을 갖는, 세트(800)의 배면 상에 마이크로스트립 안테나(800a)를 포함한다. 마이크로스트립 안테나(800a)는 800b로서 확대 도시되어 있다. 동 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 전도성 스트립(810)은 안테나 접지 평면의 외부 모서리에 근접하여 있도록 되어 있는 외부 단부를 갖도록 원형 구성되어 있다. 전도성 스트립(810)은 사람의 두뇌와 대면하는 안테나 접지 평면의 측면 상의 RF 전류 흐름을 차단하는 동작을 하도록 구성되어 있으며, 그에 의해 SAR을 감소시킨다. 따라서, 소형이고, 효율적이며, 방사 흡수 및 사람의 건강에 대한 가능한 결과에 관한 걱정 없이 장기간에 걸쳐 동작가능한 셀룰러 전화 세트의 통합된 설계에 대응할 수 있다.

본 발명이 특정의 실시예를 참조하여 상세히 기술되어 있지만, 당업자라면 최광의의 형태로 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 여러가지 변경, 대체 및 수정은 물론 본 발명의 대체 실시예가 행해질 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

Claims

안테나로서,

절연 기판과,

상기 기판의 제1 표면 상에 배치된 2개의 단부를 갖는 전도성 스트립 - 상기 전도성 스트립은 그의 길이를 따라 변할 수 있는 특성 임피던스를 가지며, 상기 전도성 스트립은 접지 평면(ground plane)으로부터 분리 거리만큼 떨어져 있으며, 이 분리 거리는 적어도 한 장소에서 상기 전도성 스트립을 따라 변화됨 - 과,

상기 기판의 제2 표면 상에 배치된 접지 평면 - 상기 제2 표면은 상기 제1 표면의 반대쪽에 있으며, 상기 접지 평면은 모서리에 근접하여 굴곡부(bend)를 갖도록 형성되어 있음 -

을 포함하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 전도성 스트립은 한 지점에서를 제외하고는 상기 접지 평면으로부터 절연되어 있는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 접지 평면에서의 상기 굴곡부는 각을 이룬 굴곡부(angular bend)인 안테나.
제1항에 있어서, 상기 접지 평면에서의 상기 굴곡부는 실질적으로 직각인 안 테나.
제1항에 있어서, 상기 전도성 스트립 상부에 있는 상기 접지 평면의 세그먼트(segment)를 형성하도록 제2 굴곡부가 상기 접지 평면에 형성되어 있는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 전도성 스트립은 단부에 근접하여 테이퍼형 섹션(tapered section)을 갖도록 형성되어 있는 안테나.
제6항에 있어서, 상기 테이퍼형 섹션은 중공형인 안테나.
제1항에 있어서, 상기 전도성 요소의 상기 분리 거리는 전도성 패치(conductive patch)의 길이를 따라 급격하게 변화되는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 마이크로스트립 라인의 단락된 단부(shorted end)에 근접하여 피드 포인트(feed point)를 더 포함하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 접지 평면의 적어도 일부분 상부에 배치된 손실 자기 물질(lossy magnetic material)을 더 포함하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 전도성 스트립의 반대쪽에 있는 상기 접지 평면의 측 면 상부에 배치되고 한 지점에서를 제외하고는 상기 접지 평면으로부터 절연되어 있는 다른 하나의 전도성 요소를 더 포함하는 안테나.
제11항에 있어서, 상기 다른 하나의 전도성 요소는 상기 접지 평면의 모서리에 근접하여 있는 단부를 가지며, 상기 모서리에 근접하여 상기 다른 하나의 전도성 요소에 굴곡부가 형성되어 있는 안테나.
제11항에 있어서, 상기 다른 하나의 전도성 요소에 형성된 상기 굴곡부는 각을 이룬 굴곡부인 안테나.
제11항에 있어서, 상기 다른 하나의 전도성 요소와 상기 접지 평면 사이에 배치된 다양한 두께를 갖는 절연 물질을 더 포함하는 안테나.
제11항에 있어서, 상기 다른 하나의 전도성 요소와 상기 접지 평면 사이에 배치된 상기 절연 물질의 상기 두께는 적어도 한 장소에서 급격히 변화하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 기판은 상대 유전 상수가 실질적으로 1인 물질로 형성되는 안테나.
안테나를 제조하는 방법으로서,

절연 기판을 형성하는 단계와,

상기 기판의 제1 표면 상에 전도성 스트립을 구성하는 단계 - 상기 전도성 스트립은 그의 길이를 따라 변할 수 있는 특성 임피던스를 가지며, 상기 전도성 스트립은 접지 평면으로부터 분리 거리만큼 떨어져 있으며, 이 분리 거리는 적어도 한 장소에서 상기 전도성 스트립을 따라 변화됨 - 와,

상기 기판의 제2 표면 상에 접지 평면을 구성하는 단계 - 상기 제2 표면은 상기 제1 표면의 반대쪽에 있으며, 모서리에 근접하여 상기 접지 평면에 굴곡부가 형성되어 있음 -

를 포함하는 안테나 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 굴곡부는 각을 이룬 굴곡부인 안테나 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 전도성 요소의 상기 분리 거리는 상기 전도성 스트립의 길이를 따라 급격히 변하는 안테나 제조 방법.
제17항에 있어서, 다른 하나의 전도성 요소가 상기 전도성 스트립의 반대쪽에 있는 상기 접지 평면의 측면 상부에 배치되고 한 지점에서를 제외하고는 상기 접지 평면으로부터 절연되어 있는 안테나 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 다른 하나의 전도성 요소는 상기 접지 평면의 모서리에 근접하여 있는 단부를 갖는 안테나 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 접지 평면에서의 상기 굴곡부는 실질적으로 직각인 안테나 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 전도성 스트립 상부에 있는 상기 접지 평면의 세그먼트를 형성하기 위해 상기 접지 평면에 제2 굴곡부를 형성하는 단계를 더 포함하는 안테나 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 전도성 스트립은 단부에 근접하여 테이퍼형 섹션을 갖도록 형성되어 있는 안테나 제조 방법.
RF 통신 장치로서,

송신기와,

수신기와,

상기 송신기 및 상기 수신기에 연결된 안테나

를 포함하며,

상기 안테나는 절연 기판, 상기 기판의 제1 표면 상에 배치된 전도성 스트립, 및 상기 기판의 제2 표면 상에 배치된 접지 평면을 포함하고,

상기 제2 표면은 상기 제1 표면의 반대쪽에 있으며,

상기 전도성 스트립은 접지 평면으로부터 분리 거리만큼 떨어져 있으며, 이 분리 거리는 적어도 한 장소에서 상기 전도성 스트립을 따라 변화되고,

상기 접지 평면은 모서리에 근접하여 굴곡부를 갖도록 형성되어 있는 RF 통신 장치.
제25항에 있어서, 상기 전도성 요소의 상기 분리 거리는 전도성 패치의 길이를 따라 급격하게 변하는 RF 통신 장치.
제25항에 있어서, 상기 접지 평면의 측면 상부에 배치된 다른 하나의 전도성 요소를 더 포함하는 RF 통신 장치.
제25항에 있어서, 상기 다른 하나의 전도성 요소는 상기 접지 평면의 모서리에 근접하여 있는 단부를 갖는 RF 통신 장치.
제25항에 있어서, 상기 RF 통신 장치는 셀룰러 전화를 포함하는 RF 통신 장치.
제25항에 있어서, 상기 RF 통신 장치는 RF 식별 태그를 포함하는 RF 통신 장치.