KR20090086218A

KR20090086218A - 내장형 다중대역 안테나

Info

Publication number: KR20090086218A
Application number: KR1020097009921A
Authority: KR
Inventors: 헤이끼 코르바
Original assignee: 펄스 핀랜드 오와이
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-08-11
Also published as: CN101595598A; EP2092598B1; FI20065728A; DE602007014401D1; EP2092598A4; WO2008059106A1; FI119404B; FI20065728A0; ATE508490T1; US20110133994A1; KR101091794B1; EP2092598A1

Abstract

내장형 다중대역 안테나 및 이러한 안테나를 구비한 무선 기기를 개시한다. 그 안테나의 방사체(320)는 무선 기기의 외부 커버(COV)의 전도성 부분 또는 그 커버의 전도성 코팅이다. 그 방사체는 상대적으로 얇은 유전체 층에 의해 그 방사체로부터 절연된 피드 소자(330)에 의해 전자기적으로 피드된다. 그 피드 소자는, 그 안테나의 다른 부분들과 함께, 적어도 2개의 원하는 동작 대역들의 범위에서 공진 주파수들을 가지도록 그 피드 소자의 모양이 형성된다. 그 안테나 구조는, 기생 튜닝 소자(340) 및 그 튜닝 소자를 적어도 2개의 선택적 리액티브 회로들을 통해 신호 그라운드(GND)에 연결시킬 수 있는 스위치(SW)를 더 포함한다. 그 안테나의 2개의 동작 대역들에 관해 양자 모두의 위치들이, 그 스위치의 상태의 변경시 원하는 방식으로 이동되도록, 그 튜닝 소자가 특정 치수로 만들어지고 배치되며 그 리액티브 회로들의 콤포넌트 값들이 선택된다. 상대적으로 단순한 스위치 구성에 의해, 그 안테나는 4개 시스템들의 주파수 범위들을 커버하도록 만들어질 수 있으며, 또한 그것의 동작 대역들은 단지 한 번에 하나의 시스템에 의해 사용되는 범위만을 커버하기 때문에 그것은 각 시스템에 대하여 개별적으로 최적화될 수 있다.

Description

내장형 다중대역 안테나{Internal multi-band antenna}

본 발명은 소형 무선 기기들을 위한 내장형 다중대역 안테나(internal multi-band antenna)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그에 따른 안테나를 가진 무선 기기에 관한 것이다.

휴대용 무선 기기, 특히 이동국(mobile station)에 있어서, 안테나는 사용의 편의를 위해 가장 바람직하게는 그 기기의 내부에 배치된다. 소형 기기의 내장형 안테나는 통상적으로 평면 타입인데, 왜냐하면 그 경우 그 안테나가 그것의 전기적 특성들에 관해 만족시키면서 가장 용이하게 얻어지기 때문이다. 평면형 안테나는 방사면(radiating plane) 및 그것과 평행인 접지면(ground plane)을 포함한다. 임피던스 정합(impedance matching)을 용이하게 하기 위해, 방사면 및 접지면은 통상적으로 적당한 지점에서 단락(short-circuit) 도선으로 서로에 연결되며, 이 경우에 평면 역F형 안테나(planar inverted F-antenna; PIFA)가 구성된다.

소형 무선 기기에서 공간을 절약하기 위해, 그것의 외부 커버의 일부가 전도성으로 만들어질 수 있고 안테나의 방사면으로서 사용될 수 있다. 더욱이, 방사체(radiator)가 그 기기의 커버에 있는 경우, 그 안테나의 방사 특성들은 내부에 위치한 방사체에 비해 향상된다. 반면에, 방사체의 모양을 형성하는 것이 제한되고, 이는 원하는 전기적 특성들을 얻는 것을 방해한다. 이 불이익은 방사체 및 접지면 사이의 분리된(separate) 피드 소자(feed element)를 이용함으로써 줄어들 수 있다.

도 1은 공개문헌 EP 1439601에서 알려진 안테나의 예를 보여주는데, 여기서 방사체는 무선 기기의 외부 커버의 일부이고 그것은 분리된 피드 소자에 의해 피드(feed)된다. 도 1의 (a)에서 그 무선 기기의 뒷부분이 보여지고 도 1의 (b)에서는 측면에서 바라볼 때 간략화된 길이방향 단부(section)로서 그 무선 기기가 보여진다. 그 기기의 외부 커버(COV)의 후면 부분의 상부(120)는 전도성 재료로 되어 있고 그러면 방사 소자(radiating element)로서 기능한다. 방사 소자(120)의 내부 표면에 맞닿은 부분에, 얇고 유연한(flexible) 유전체 기판이 있고 그것의 내부 표면 상에는 피드 소자(130)가 있다. 도 1의 (a)는 그 피드 소자를 점선으로 보여주고 있고, 도 1의 (b)는 그 외부 커버를 따르고 있는 선으로 보여주고 있다. 이 예에서, 그 피드 소자는 문자 'T'를 닮은 전도체 스트립(conductor strip)이고, 그것의 세로대(stem) 부분의 중간 정도에 그 안테나의 피드 포인트(feed point; FP) 및 단락 포인트(short-circuit point; SP)가 있다. 그 피드 포인트는 피드 전도체(feed conductor; FC)에 의해 그 무선 기기의 회로 보드(circuit board, PCB) 상의 안테나 포트에 연결되고, 그 단락 포인트는 또한 그 무선 기기의 회로 보드 상의 그라운드면에 연결된다. 이 그라운드 연결은 도 1의 (a)에서 그림 기호로서 나타나 있다. 단락 포인트(SP)는 피드 소자(130)를 두 부분들로 나눈다. 그것의 제1 부분(131)은 상기 세로대 부분의 일부 및 그것의 말단과 결합한 가로방향 스트립으로 이루어져 있다. 그 피드 소자의 제2 부분(132)은 그 세로대 부분의 다른 일부로 이루어져 있다. 그 안테나는 2개의 대역들을 가진다: 방사체 및 접지면과 함께 그 피드 소자의 제1 부분은 하위 동작 대역(lower operating band)에서 공진하고 그 방사체 및 그 접지면과 함께 그 제2 부분은 상위 동작 대역(upper operating band)에서 공진한다.

상기 기판의 내부 표면 상에, 피드 소자(130)에 더하여, 그 피드 소자의 제2 부분(132)에 근접한 상대적으로 작은 전도체 스트립인 기생 튜닝 소자(parasitic tuning element, 140)가 있다. 그 튜닝 소자는 그 자신의 단락 전도체(TC)에 의해 접지면에 갈바니 전기적으로(galvanically) 연결된다. 이러한 구조에서, 그것에 의해, 주로 방사 소자(120) 및 접지면에 의존하는 공진 주파수는 또한 이 주파수가 그 안테나에서 활용될 수 있도록 튜닝된다. 물론, 그 튜닝 소자는, 주로 그 피드 소자에 의존하여, 또한 상기 언급된 공진 주파수들에 약간 영향을 준다.

도 1에 따른 안테나에서, 방사체가 특정 크기일 필요는 없다; 그것은 유리하게는 상대적으로 크게 만들어질 수 있다. 더욱이, 방사체는 자유롭게 그 무선 기기에 맞는 형상으로써 적합될 수 있다. 안테나의 정합은 피드 소자의 모양 형성(shaping) 및 그 피드 소자의 단락으로써 행해진다. 또한, 상대적으로 큰 방사체로 인하여 접지면 및 피드 소자 간의 거리가 보통의 해당 PIFA의 방사면 및 접지면 사이의 거리보다 다소 더 작게 남겨질 수 있기 때문에 그 안테나는 공간을 절약한다. 그러나, 동작 대역들, 특히 하위 동작 대역이, 상대적으로 좁다는 불리함이 있다. 이로부터 그 기기가 예를 들어 유럽의 GSM 시스템 및 미국의 GSM 시스템(Global System for Mobile communications) 양자 모두에서 기능하기에는 안테나의 특성들이 충분하지 않을 것임을 알 수 있다.

좁은 동작 대역에 의해 야기되는 불리함은 그 동작 대역을 매번 요구 범위로 이동시킴으로써 감소될 수 있다. 스위치로써 그 구조에 포함된 임피던스를 변경함으로써 안테나 또는 그것의 부분들 중 하나의 전기적 크기(electric size)가 변화되도록 그 동작 대역의 이동이 행해질 수 있다. 도 2는 공개문헌 EP 1544943에서 알려진 이러한 해결책의 예를 보여주고 있다. 그 예의 안테나는 2개의 대역들을 가진 PIFA이고, 그 PIFA의 기본적 구조 중에 단지 방사면(220)의 일부만이 보이도록 그려져 있다. 그 기본적 구조에 더하여, 안테나는, 방사면의 기생 소자(parasitic element, 240), 2-방향 스위치(SW) 및 제1 리액티브(reactive) 회로(251)와 제2 리액티브 회로(252)를 포함하는 조정 회로(adjusting circuit)를 포함한다. 이 예에서 기생 소자는 안테나의 상위 동작 대역에 대응하는 방사면 일부분(221) 아래에 위치한 전도체 스트립이다. 기생 소자는 2-방향 스위치의 공통 단자에 고정되게 연결된다. 그 스위치의 교환 단자들 중 하나는 제1 리액티브 회로(251)의 제1 단자에 고정되게 연결되고 그와 다른 단자는 제2 리액티브 회로(252)의 제1 단자에 고정되게 연결된다. 다시 양 리액티브 회로들의 제2 단자들은 신호 그라운드(GND)에 고정되게 연결된다. 따라서, 스위치(SW)의 상태에 따라, 한 번에 그 리액티브 회로들 중 어느 하나가 기생 소자(240)와 신호 그라운드 간에 연결된다. 여기서, 제1 리액티브 회로(251)는 하나의 지선(branch)이 코일(L21)이고 다른 지선이 직렬의 커패시터(C21) 및 코일(L22)인 병렬 회로로 이루어져 있다. 이러한 리액티브 회로는 저주파에서는 유도성이고(inductive), 중간 범위에서는 용량성(capacitive)이며 그보다 위쪽에서는 다시 유도성이다. 중간 범위의 하부 경계에서, 그 리액티브 회로는 병렬 공진을 가지고, 이 경우에 그것의 절대값은 매우 높으며, 상부 경계에서는 직렬 공진을 가지고, 이 경우에 그것의 절대값은 매우 낮다. 구조에 있어서, 제2 리액티브 회로(252)는 제1 리액티브 회로와 유사하다: 코일(L23) 및 그것과 병렬로 커패시터(C22)와 코일(L24)의 직렬 회로가 있다. 안테나의 하위 및 상위 동작 대역의 중간 범위에서 그러나 서로 다른 포인트들에서 양 리액티브 회로들이 직렬 공진을 가지도록 회로값들이 선택된다. 그 경우 스위치의 상태를 변화시킬 때, 방사면의 부분(221)으로부터 기생 소자를 거쳐 그라운드까지 존재하는 유도성 리액턴스가 변경된다. 이러한 이유 때문에, 또한 방사면의 단락 포인트로부터 측정된, 상위 동작 대역에 대응하는 부분의 대응 공진 주파수 및 전기적 길이(electric length)가 변경된다. 상위 동작 대역에 대해 원하는 다른 위치들이 얻어지도록 회로값들이 더 선택된다. 하위 동작 대역은 이 예에서 제자리에 머무는데, 왜냐하면 양 리액티브 회로들의 절대값이 그것의 주파수들에서 매우 높기 때문이다. 그 회로값들을 변화시킴으로써, 물론, 하위 동작 대역에 대해 원하는 이동(displacement)을 다르게 구성하는 것이 가능하다.

도 2에 따른 안테나는 분리된 피드 소자를 사용하도록 설계되지도 않았고 이로써 제공된 가능성들을 고려하도록 예측되지도 않았다.

도 1은 선행기술에 따른 내장형 다중대역 안테나의 예를 보여주는 도면이고,

도 2는 선행기술에 따른 내장형 다중대역 안테나의 제2 예를 보여주는 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 내장형 다중대역 안테나의 예를 보여주는 도면이고,

도 4는 도 3에 따른 안테나의 튜닝 회로의 예를 보여주는 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 안테나의 튜닝 회로의 임피던스 변동예를 스미스 다이어그램(Smith diagram)으로서 보여주는 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 안테나의 동작 대역들의 이동의 예를 보여주는 도면이며, 그리고

도 7은 본 발명에 따른 내장형 다중대역 안테나의 제2 예를 보여주는 도면이다.

본 발명의 목적은 선행기술과 비교하여 신규하고 더 유리한 방식으로, 다중대역 안테나를 구현하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 안테나는 특허청구범위의 청구항 제1항에 제시된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 몇몇 유리한 실시예들은 특허청구범위의 다른 청구항들에서 제시된다.

본 발명의 기본적 사상은 다음과 같다: 안테나의 방사체는 무선 기기의 외부 커버의 전도성 부분 또는 그 커버의 전도성 코팅(coating)이다. 그 방사체는 상대적으로 얇은 유전체 층에 의해 그 방사체로부터 절연된 피드 소자에 의해 전자기적으로 피드된다. 그 피드 소자는, 그 안테나의 다른 부분들과 함께, 적어도 2개의 원하는 동작 대역들의 범위에서 공진 주파수들을 가지도록 그 피드소자의 모양이 형성된다. 그 안테나 구조는, 기생 튜닝 소자 및 그 튜닝 소자를 적어도 2개의 선택적(alternative) 리액티브 회로들을 통해 신호 그라운드에 연결시킬 수 있는 스위치를 더 포함한다. 그 안테나의 2개의 동작 대역들에 관해 양자 모두의 위치들이, 그 스위치의 상태의 변경시 원하는 방식으로 이동되도록, 그 튜닝 소자가 특정 치수로 만들어지고 배치되며 그 리액티브 회로들의 콤포넌트 값들이 선택된다.

본 발명의 이점은, 상대적으로 단순한 스위치 구성에 의해, 그 안테나는 4개 시스템들에 의해 사용되는 주파수 범위들을 커버하도록 만들어질 수 있다는 점이다. 또한 그 안테나의 동작 대역들이 단지 한 번에 하나의 시스템에 의해 사용되는 범위만을 커버하기 때문에, 그 안테나는 각 시스템에 대하여 개별적으로 최적화될 수 있다. 본 발명의 추가적인 이점은, 기기의 원하는 외관에 기초하여 모양이 형성되는 소자가 다중대역 안테나의 방사체로서 사용될 수 있다는 점이다. 동작 대역들의 위치들을 배열하는 것과 안테나를 정합시키는 것 양자 모두는 그것들로 인하여 방사체 소자의 모양을 맞추는 것 없이 구현될 수 있다. 게다가, 본 발명의 이점들은 기기 내부에서 안테나에 의해 요구되는 공간이 상대적으로 작다는 점, 그리고 방사 소자가 기기의 커버에 있을 때, 안테나의 방사 특성들은 내부에 위치한 방사체와 비교하여 향상된다는 점이다.

이제 본 발명이 상세하게 설명될 것이다. 그 설명은 첨부된 도면들을 참조한다.

도 1 및 도 2는 배경기술에 관한 설명과 관련하여 이미 논의되었다.

도 3은 본 발명에 따른 무선 기기의 내장형 다중대역 안테나의 예를 보여준다. 도 3의 (a)에서 그 무선 기기의 뒷부분이 보여지고 도 3의 (b)에서는 측면에서 바라볼 때 간략화된 길이방향 단부(section)로서 그 무선 기기가 보여진다. 도 1에서처럼, 그 기기의 외부 커버(COV)의 후면 부분의 상부(320)는 전도성 재료로 되어 있고 따라서 방사 소자로서 기능한다. 방사 소자, 즉 방사체는, 얇고 유연한 유전체 기판의 표면 상의 전도체 스트립인 분리된 피드 소자(330)에 의해 전자기적으로 피드된다. 그 기판의 한 측면은 그 방사체의 내부 표면에 맞닿아 있다. 도 3의 (a)는 피드 소자(330)를 점선으로 보여주고 있고 도 3의 (b)는 외부 커버를 따르고 있는 선으로 보여주고 있다. 그 피드 요소는 이 예에서 넓은 직각 형태의 문자 'U'를 닮아 있다. 그것의 중간 부분은 방사체가 확장되는 무선 기기 말단에 상대적으로 근접해 있고, 평행한 측면 부분들은 그 중간 부분의 말단들로부터 그 기기의 반대단 쪽으로 향한다. 안테나의 피드 포인트(FP)는 피드 소자의 하나의 코너점에 있고 그 코너점으로부터 그것은 피드 전도체(FC)에 의해 무선 기기의 회로 보드(PCB) 상의 안테나 포트에 연결된다. 당해 코너점에서, 다른 코너점에서보다 더 넓은 영역 상에 전도성 표면이 있다. 그것의 위치로 인해, 피드 포인트(FP)는 피드 소자(330)를 서로 다른 길이들을 가진 두 부분들로 나눈다. 그것의 제1 부분(331)은 상기 중간 부분 및 제1 측면 부분으로 이루어져 있고, 제2 부분(332)은 제2 측면 부분으로만 단독으로 이루어져 있다. 그 안테나는 2개의 대역들을 가진다: 안테나의 다른 부분들과 함께 피드 소자의 제1 부분(331)은 하위 동작 대역에서 공진하고, 안테나의 다른 부분들과 함께 제2 부분(332)은 상위 동작 대역에서 공진한다. 안테나의 상기 다른 부분들은 회로 보드(PCB)에서의 상대적으로 단위 전도성 코팅(relatively unitary conductive coating)인 접지면을 포함한다.

상기 기판의 표면 상에, 피드 소자(330)에 더하여 기생 튜닝 소자(340)가 있다. 이 예에서 그것은 피드 소자의 중간 부분에 평행한 전도체 스트립이고, 피드 포인트(FP)에서 볼 때, 방사체에서의 대각선 반대 코너에 상대적으로 근접하여 위치한다. 제1 측면 부분 측 상의 피드 소자 말단에 상대적으로 근접한 튜닝 소자(340)의 한 단에, 그 튜닝 소자가 선택적 리액티브 회로들을 통해 접지면에 연결될 수 있게 하는 시작 포인트인 튜닝 포인트(tuning point; TP)가 있다. 리액티브 회로들 및 그 회로에서 사용되는 스위치(SW)는 무선 기기의 회로 보드(PCB) 상에 위치하고, 여기서 그 스위치는 또한 도 3의 (b)에서 보이게 그려져 있다.

상기의 설명에 따라, 도 3의 안테나는 도 1의 알려진 안테나와 달라서 현재 기생 소자가 그라운드에 직접 연결되지 않고, 피드 소자의 모양 형성 및 소자들의 위치들이 도 1의 것들과 다르다. 게다가, 도 3의 예에서, 피드 소자는 어떠한 단락 포인트 및 전도체도 가지지 않는다. 대신에, 안테나 정합은, 피드 전도체(FC) 및 접지면 간에 연결된, 회로 보드(PCB) 상에 배치된 코일에 의해 최적화될 수 있다.

도 3에 따른 안테나는 도 1에 따른 안테나와 동일한 일반적 이점들을 가진다. 환언하면, 그것의 방사체가 특정 크기일 필요가 없고 따라서 그것은 유리하게는 상대적으로 크게도 만들어질 수 있다. 더욱이, 그 방사체는 자유롭게 그 무선 기기에 맞는 형상으로써 적합될 수 있다. 그 안테나의 전기적 정합은, 그 안테나의 부분에 있어서, 방사체의 모양을 형성하는데 자유를 부여하는, 피드 소자 및 튜닝 소자의 모양 형성에 의해 주로 행해진다. 방사체의 위치 때문에 그리고 접지면과 피드 소자 간의 거리가 상대적으로 작게 만들어질 수 있기 때문에 그 안테나는 공간을 절약한다. 게다가, 이중대역(dual-band) 안테나의 두 동작 대역들은, 하나의 스위치를 사용하여, 한 무선 시스템의 (통신)범위로부터 다른 무선 시스템의 (통신)범위로 원하는 방식으로 이동될 수 있다. 이는 아래에서 더 면밀하게 설명될 것이다.

도 4는 도 3에 따른 안테나의 튜닝 회로의 예를 보여준다. 조정 회로(40)는 2-방향 스위치, 즉 SPDT(single-pole double through) 스위치(SW) 및 제1 리액티브 회로(451)와 제2 리액티브 회로(452)를 포함한다. 또한 도 3에서 나타난 안테나의 튜닝 소자(340)는 그 튜닝 회로에 포함되는 것으로 간주될 수 있다. 그 소자(340)의 튜닝 포인트(TP)는 2-방향 스위치의 공통 단자에 연결된다. 그 스위치의 교환 단자들 중 하나는 제1 리액티브 회로의 제1 단자에 연결되고 다른 하나는 제2 리액티브 회로의 제1 단자에 연결된다. 다시 양 리액티브 회로들의 제2 단자들은 그라운드에 연결된다. 따라서, 스위치(SW)의 상태에 따라, 한 번에 그 리액티브 회로들 중 어느 하나가 튜닝 소자 및 그라운드 간에 연결된다. 제1 리액티브 회로(451)는 코일(L41) 및 커패시터(C41)의 병렬 회로로 이루어져 있고 제2 리액티브 회로(452)는 제2 코일(L42) 및 제2 커패시터(C42)의 병렬 회로로 이루어져 있다. 이러한 리액티브 회로의 임피던스의 절대값은, 알려진 바와 같이, 그 회로의 공진 주파수와 그것과 상대적으로 가까운 데에서 높다.

스위치(SW)의 구현 방식은 예를 들어 FET(Field Effect Transistor)나 PHEMT(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor) 기술로 제작되는 반도체 콤포넌트 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 유형의 스위치이다.

도 5는 본 발명에 따른 안테나의 튜닝 회로의 임피던스 변동예를 스미스 다이어그램(Smith diagram)으로서 보여준다. 그 예는 L41 = 27nH, C41 = 1.3pF, L42 = 1.5nH, 및 C42 = 1.0pF인 도 4의 튜닝 회로에 관한 것이다. 피드 소자 및 튜닝 소자의 모양들 및 위치들은 도 3에 따른다. 곡선(51)은 튜닝 소자가 제1 리액티브 회로에 연결될 때 주파수의 함수로서 튜닝 회로의 임피던스의 변동을 보여주고 있고, 곡선(52)은 튜닝 소자가 제2 리액티브 회로에 연결될 때 임피던스의 변동을 보여주고 있다. 무손실(lossless) 경우에, 그 곡선들은 그 다이어그램의 바깥원을 따를 것이다. 현재 그것들은 그 바깥원에 단지 상대적으로 가깝게만 진행하고 있는데, 이는 그 튜닝 회로에서의 일정량의 손실들을 의미한다.

양 커브들에서, 머리 부분, 즉 그 다이어그램에서 824MHz의 주파수에 해당하는 지점에서 시작하는 부분은 안테나의 하위 동작 대역을 나타내고, 그 대역에는 GSM850 시스템 및 GSM900 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위들이 있다. 양 커브들의 꼬리 부분, 즉 그 다이어그램에서 1.99MHz의 주파수에 해당하는 지점으로 끝나는 부분은 GSM1800 시스템 및 GSM1900 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위들이 있는, 안테나의 상위 동작 대역을 나타낸다.

제1 리액티브 회로가 선택된 경우, 그 안테나의 공칭 임피던스가 50Ω이면, 튜닝 회로의 임피던스는 하위 동작 대역에서는 용량성이고 그것의 절대값은 약 (60-80)Ω의 범위에 있다. 상위 동작 대역에서 그 임피던스는 유도성이고 그것의 절대값은 약 (10-25)Ω의 범위에 있다. 제2 리액티브 회로가 선택된 경우, 튜닝 회로의 임피던스는 하위 동작 대역에서 유도성이고 그것의 절대값은 약 (10-35)Ω의 범위에 있다. 상위 동작 대역에서, 임피던스는 용량성이고 그것의 절대값은 약 (150-500)Ω의 범위에 있다. 제1 리액티브 회로가 제2 리액티브 회로로 대체될 때, 하부 동작 대역에 관하여 임피던스는 용량성에서 유도성으로 변경되고, 상위 동작 대역에 관하여는 유도성에서 용량성으로 변경된다. 이로부터 전체 안테나의 전기적 길이는 하위 동작 대역에서 증가하고 상위 동작 대역에서 감소한다는 것을 알 수 있다. 이는 또한 하위 동작 대역이 하향으로 이동되고 상위 동작 대역이 상향으로 이동된다는 것을 의미한다.

도 6은 본 발명에 따른 안테나의 동작 대역들의 이동의 예를 보여준다. 그 도면에서는, 도 5의 임피던스 곡선들과 동일한 안테나에서 측정한 주파수의 함수로서 반사 계수(reflection coefficient, S11)를 보여준다. 곡선(61)은 튜닝 소자가 제1 리액티브 회로에 연결된 경우 반사 계수의 변동을 보여주고 있고, 곡선(62)은 튜닝 소자가 제2 리액티브 회로에 연결된 경우 반사 계수의 변동을 보여주고 있다. 전자의 경우에, 그 안테나의 하위 공진 주파수는 약 915MHz이고 상위 공진 주파수는 약 1.77GHz이다. 그 반사 계수의 값들로부터, 그 안테나는 EGSM(Extended GSM) 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위 880-960MHz(도 6에서 W1)에서 그리고 GSM1800 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위 1710-1880MHz(도 6에서 W2)에서 만족스럽게 기능함을 알 수 있다. 튜닝 소자가 제2 리액티브 회로에 연결되도록 스위치의 상태가 변할 때, 그 안테나의 하위 공진 주파수는 약 850MHz의 값으로 감소하고 상위 공진 주파수는 약 1.91GHz의 값으로 증가한다. 그 반사 계수의 값들을 볼 때 현재 그 안테나는 GSM850 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위 824-894MHz(도 6에서 W3)에서 그리고 GSM1900 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위 1850-1990MHz(도 6에서 W4)에서 만족스럽게 기능함을 알 수 있다. 전자의 시스템들인 EGSM 및 GSM1800은 유럽에서 사용되고, 후자의 시스템들인 GSM850 및 GSM1900은 미국에서 사용된다. 따라서 스위치의 한 번의 상태 변경에 의해, 대서양을 넘어 이동시 기능할 수 있는 안테나의 성능이 이루어진다. 동작 대역들의 이동량들 및 이동방향들은 그 리액티브 회로들의 콤포넌트 값들을 적절하게 선택함으로써 그리고 다른 안테나 구조로의 그 튜닝 소자의 커플링(coupling)의 길이를 적절하게 정함으로써 올바르게 얻어진다. 예를 들면, 상기에서 기술된 예와 관련하여, 스위치의 한 상태에서는 안테나는 GSM850 시스템 및 GSM1800 시스템에서 기능할 수 있고, 스위치의 다른 상태에서는 안테나는 EGSM 시스템 및 GSM1900 시스템에서 기능할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 무선 기기의 내장형 다중대역 안테나의 제2 예를 보여준다. 도 7의 (a)에서 그 무선 기기의 뒷부분이 보여지고 도 7의 (b)에서는 측면에서 바라볼 때 간략화된 길이방향 단부(section)로서 그 무선 기기가 보여진다. 그 기기의 유전체성 외부 커버(COV)의 후면 부분은 부분적으로 전도성 재료로 코팅되고, 이는 그 안테나의 방사 요소(720)로서 기능한다. 그 방사체는 그 방사체로 덮여진 그 외부 커버의 영역의 내부 표면 상의 전도체 스트립인 분리된 피드 소자(730)에 의해 전자기적으로 피드된다. 따라서 그 커버는 피드 소자 및 방사체 간의 갈바니 전기적 절연을 형성한다. 그 피드 소자(730)는 도 7의 (a)에서 점선으로 나타나 있다. 이 예에서 그 피드 소자는, 안테나의 피드 포인트(FP)에 더하여, 그 무선 기기의 회로 보드(PCB) 상의 그라운드면(GND)에 그 피드 소자를 연결하는 시작점인 단락 포인트(SP)를 포함한다. 그 피드 포인트 및 단락 포인트는 상대적으로 서로 가까이 있고 그것들은 피드 소자(730)를 서로 다른 길이의 두 부분들로 나눈다. 그것의 첫 번째 부분(731)은 개방된 원의 패턴을 형성하고 제2 부분(732)는 그 원의 내부 영역을 향해 있다. 그 안테나는 2개의 대역들을 가진다: 그 안테나의 다른 부분들과 함께 그 피드 소자의 제1 부분은 하위 동작 대역에서 공진하고 그 안테나의 다른 부분들과 함께 제2 부분은 상위 동작 대역에서 공진한다.

외부 커버(COV)의 내부 표면 상에, 피드 소자에 더하여, 기생 튜닝 소자(740)가 있다. 이 예에서 그것은 피드 소자에 의해 형성된 원 패턴 옆에 있고, 튜닝 포인트(TP)는 그 피드 소자의 제1 부분(731)의 꼬리 말단에 상대적으로 가깝다. 그 튜닝 소자는 그 튜닝 포인트에서부터 피드 포인트(FP) 및 단락 포인트(SP)가 있는 피드 소자 측면의 연속방향 쪽으로 향해 있다. 또한 이 경우에, 그 튜닝 소자는 회로 보드(PCB) 상의 스위치(SW)에 연결되고 그 스위치에 의해 그것은 선택적 리액턴스들 중 하나에 연결될 수 있다.

방사 소자(720)의 외부 표면은 물론 얇은 비전도성 보호층으로 코팅된다.

"내장형 안테나"(internal antenna)라는 용어는 이 명세서 및 특허청구범위 청구항들에서 무선 기기의 외부 커버에 의해 정해진 외관을 변화시키지 않는 안테나를 의미한다. 본 발명에 따른 안테나에서, 안테나 소자들의 형상들 및 위치들은 물론 상기에서 기술된 것들과 다를 수 있다. 튜닝 회로의 스위치는 몇몇의 선택적 리액티브 회로들을 연결하기 위한 다방향(multi-way) SPnT(single-pole n through) 스위치일 수 있다. 그 리액티브 회로들의 구조 및 콤포넌트 수는 기술된 것과 다를 수 있다. 예를 들면, 그것들 중 적어도 하나는 병렬 공진 회로와 다른 것일 수 있다. 그러나, 그것들은 일반적으로 유도성 부분 및 용량성 부분을 포함한다. 유도성 부분(들)은, 개별(discrete) 코일 외에, 또한 그 회로 보드의 표면 상의 전도체 스트립에 의해서도 구현될 수 있고, 용량성 부분(들)은, 개별 콘덴서(condenser) 외에, 그 회로 보드의 반대편 표면들 상의 접지면 및 전도체 스트립에 의해서도 구현될 수 있다. 본 발명은 그 안테나를 제조하는 기술을 제한하지 않는다. 피드 소자 및 방사체 간의 분리된 기판은 회로보드의 재료 또는 다른 유전체 재료로 만들어질 수 있다. 안테나 소자들은, 구리 또는 전도성 잉크(conducting ink)와 같은 소정의 전도성 코팅으로 만들어질 수 있다. 그것들은 또한, 예를 들어 초음파 용접(ultrasonic welding), 스탬핑(stamping), 글루잉(gluing)에 의해 또는 테이프(tape)로써 고정된 판금(sheet metal) 또는 금속 박(foil metal)으로 만들어질 수 있다. 서로 다른 평면형 소자들은 서로 다른 제작 기술 및 고정 기술을 가질 수 있다. 본 발명의 진보한 사상은 특허청구범위의 청구항 제1항에 의해 언급된 제한들 내에서 여러가지 방식들로 적용될 수 있다.

Claims

무선 기기의 내장형 다중대역 안테나로서,

상기 내장형 다중대역 안테나는, 적어도 하위 동작 대역 및 상위 동작 대역을 갖고 있고, 접지면(ground plane; GND), 방사 소자(radiating element, 320; 720), 피드 소자(feed element, 330; 730) 및 기생 튜닝 소자(parasitic tuning element, 340; 740)를 포함하며,

상기 방사 소자는, 모양 및 위치에 있어서 상기 무선 기기의 외부 표면을 따르고 상대적으로 얇은 유전체 층에 의해 상기 피드 소자 및 상기 튜닝 소자로부터 갈바니 전기적으로(galvanically) 절연되며, 그러한 경우에 송신 에너지를 상기 방사 소자의 필드(field)에 전달하기 위해 그리고 수신 에너지를 상기 피드 소자의 필드에 전달하기 위해 상기 방사 소자 및 상기 피드 소자 사이에 전자기적 커플링(coupling)이 존재하고,

상기 피드 소자는, 상기 안테나의 다른 부분들과 함께 상기 안테나의 상기 상위 동작 대역의 범위에서 공진하도록 구성되는 제1 부분(331)과 상기 안테나의 피드 포인트(feed point; FP), 및 상기 안테나의 다른 부분들과 함께 상기 안테나의 상기 상위 동작 대역의 범위에서 공진하도록 구성된 제2 부분(332)을 포함하는 전도체 스트립(conductor strip)일 때에,

상기 튜닝 소자(340; 740)는, 상기 하위 동작 대역 및 상기 상위 동작 대역 양자 모두에 대해 적어도 2개의 선택적인(alternative) 위치들을 구현하기 위해 상기 튜닝 소자가 한 번에 하나의 리액티브 회로를 통해 그리고 다방향 스위치(SW)를 통해 상기 튜닝 소자의 튜닝 포인트(tuning point; TP)로부터 신호 그라운드로 연결될 수 있도록 상기 다방향 스위치(SW) 및 적어도 2개의 리액티브(reactive) 회로들(451, 452)을 더 포함하는 튜닝 회로(400)에 속하는 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

적어도 하나의 리액티브 회로는 유도성(inductive) 부분 및 용량성(capacitive) 부분으로 된 병렬 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제2항에 있어서,

상기 유도성 부분은 개별(discrete) 코일(L41; L42)이고

상기 용량성 부분은 개별 커패시터(C41; C42)인 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제2항에 있어서,

상기 유도성 부분은 회로 보드의 표면 상의 제1 전도체 스트립이고

상기 용량성 부분은 상기 회로 보드의 표면 상의 제2 전도체 스트립 및 상기 접지면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

상기 피드 소자(330)의 제2 부분(332)은 상기 피드 포인트(FP)로부터 시작하여 일정한 방향 쪽으로 향하고 상기 제1 부분(331)은 상기 피드 포인트로부터 시작하여 상기 제2 부분에 관하여 실질적으로 수직인 방향으로 향하며 상기 피드 소자의 모양이 폭이 넓은 문자 'U'를 닮도록 굴곡부(bend)를 만들고,

상기 튜닝 소자(340)의 튜닝 포인트(TP)는 상기 제1 부분의 꼬리 말단에 상대적으로 가깝게 위치하며,

상기 튜닝 소자는, 상기 튜닝 포인트로부터 시작하여 상기 피드 소자의 중간 부분에 실질적으로 평행하게 상기 피드 소자의 상기 제2 부분 측 쪽으로 향하는 실질적으로 직선인 전도체 스트립인 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

상기 피드 포인트(FP)는, 상기 무선 기기에 상기 피드 소자(330)가 연결되는 상기 피드 소자(330)의 단독(sole) 지점인 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

상기 피드 소자(730)는, 상기 피드 소자가 상기 접지면(GND)에 갈바니 전기적으로 연결되는 단락 포인트(short-circuit point; SP)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

상기 방사 소자(320)는 상기 무선 기기의 외부 커버의 전도성 부분이고 상기 유전체 층은 상기 방사 소자의 내부 표면에 고정되며,

상기 피드 소자(330) 및 상기 튜닝 소자(340)는 상기 유전체 층의 내부 표면 상에 있는 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

상기 방사 소자(720)는 상기 무선 기기의 유전체성 외부 커버의 전도성 코팅이고 상기 피드 소자(730) 및 상기 튜닝 소자(740)는 상기 유전체성 외부 커버의 내부 표면 상에 있으며,

그때 상기 유전체 층은 상기 방사 소자에서의 상기 유전체성 외부 커버의 일부인 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

상기 스위치(SW)가 하나의 상태에 있는 경우, 상기 하위 동작 대역은 EGSM(Extended Global System for Mobile communications) 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위를 커버하고 상기 상위 동작 대역은 GSM1800 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위를 커버하며,

상기 스위치가 상기 하나의 상태와 다른 상태에 있는 경우, 상기 하위 동작 대역은 GSM850 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위를 커버하고 상기 상위 동작 대역은 GSM1900 시스템에 의해 사용되는 주파수 범위를 커버하는 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 있어서,

상기 스위치(SW)는 FET(Field Effect Transistor)나 PHEMT(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor) 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 유형으로 된 것을 특징으로 하는 내장형 다중대역 안테나.
제1항에 따른 내장형 다중대역 안테나를 포함하는 무선 기기(radio device; RD).