KR20100005071A - 안테나 배치구성물 및 안테나 하우징 - Google Patents

Abstract

최소한 제1평면을 점유하는 안테나; 안테나로부터 절연되지만 안테나에 의해 기생적으로 급전되도록 구성된 도전성 구조체로서, 도전성 구조체는 슬롯을 가지고 최소한 제2평면을 점유하는데 제2평면은 제1평면과는 다르지만 제1평면에 인접한 것인 도전성 구조체를 포함하는 안테나 배치구성물.

Description

안테나 배치구성물 및 안테나 하우징{An antenna arrangement and antenna housing}

본 발명의 실시예들은 안테나 배치구성물 및/또는 안테나 배치구성물을 수용하는 장치에 관한 것이다. 특히, 일부 실시예들에서 하우징은 도전성이다.

주지된 바와 같이 도전성 봉지물(enclosure)은 봉지물에 의해 규정되는 내부 공동을 전자기(EM) 방사로부터 차폐한다. 전도성 재료는 광자들에 대한 차단체를 형성하고 차단체의 효과는 재료의 두께, 광자의 주파수 및 재료의 전자기 특성들(전기전도도(electrical conductivity) 및 투자율(magnetic permeability))에 의존한다. 금속의 경우 무선 주파수들에서, 얇은 층들이 효과적인 고 임피던스 차폐를 제공할 수 있다.

현재의 경향은 전자 장치들을 위해 금속 하우징을 사용하는 쪽으로 가고 있다. 금속 하우징은 다수의 이유 때문에 사용될 것이다. 그것은 예를 들면 장치에 대한 양호한 전기접지를 제공할 수 있거나 또는 그것은 외부 코팅물로서 도포된다면 만족스러운 외관 및 느낌을 제공할 수 있을 것이다.

그것은 이제 무선 RF 기술을 포함하는 전자 장치에서 흔한 것이 되었다. 그런 기술은 예를 들면 RFID와 같은 센싱 기술, UMTS, GSM 등과 같은 모바일 셀룰러 기술, 블루투스 및 무선 USB와 같은 무선 기술 및 WLAN과 같은 네트워킹 기술이다.

이들 무선 기술 중의 하나 이상에서 작동하고 도전성 하우징을 사용하는 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

하나의 해결책은 장치를 위해 하나 이상의 외부 안테나들을 제공하는 것일 수 있지만 이것은 장치의 크기를 증가시키고 또 사람의 시선을 덜 끌게 되기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 최소한 제1평면을 점유하는 안테나; 안테나로부터 절연되지만 안테나에 의해 기생적으로 급전되도록 구성된 도전성 구조체로서, 도전성 구조체는 슬롯을 가지고 최소한 제2평면을 점유하는데 제2평면은 제1평면과는 다르지만 제1평면에 인접한 것인 도전성 구조체를 포함하는 안테나 배치구성물이 제공된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면 내부 공동을 규정하는 도전성 하우징으로서 도전성 하우징에 개구(opening)가 있는 도전성 하우징, 및 공동 내에서 개구에 인접하게 위치된 안테나를 포함하는 장치가 제공된다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 제1 공진 파장(λ)을 가지는 안테나; 안테나로부터 절연되지만 안테나에 의해 기생적으로 급전되는 도전성 하우징으로서 도전성 하우징은 λ/4의 배수에 해당하는 길이를 갖는 슬롯을 가지는 도전성 하우징을 포함하는 안테나 배치구성물이 제공된다.

발명자들은 도전성 하우징에서 개구의 위치를 주의 깊게 규정하고 개구의 크기를 조정함으로써 도전성 하우징이 나타내는 임피던스가 특정 주파수에 대해 동조될 수 있다는 것을 알아차렸다. 하우징의 임피던스는, 예를 들면, 안테나의 공진 주파수에 맞추어질 수 있어 하우징의 내부에 안테나가 위치되는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 양호한 이해를 위해 다음의 첨부 도면들만이 예로써 이제 참조될 것이다:

도 1a는 안테나를 수용하는 슬롯형 외부 도전성 하우징 요소를 포함하는 장치를 평면도로 개략적으로 도시하며

도 1b는 도 1a에 도시된 장치의 단면도를 개략적으로 도시하며;

도 2는 곡류형(meandering) 슬롯을 구비한 외부 도전성 하우징 요소를 포함하는 장치를 평면도로 개략적으로 도시하며;

도 3은 가변 폭의 슬롯을 구비한 외부 도전성 하우징 요소를 포함하는 장치를 평면도로 개략적으로 도시하며; 그리고

도 4는 관련된 전기 튜닝 회로를 가지는 슬롯을 구비한 외부 도전성 하우징 요소를 포함하는 장치를 평면도로 개략적으로 도시한다.

도면들은 최소한 제1평면(1)을 점유하는 안테나(2); 및 안테나(2)로부터 절연되지만 안테나(2)에 의해 기생적으로 급전되도록 구성된 도전성 구조체(12)로서, 이 도전성 구조체(12)는 슬롯(14)을 가지고 최소한 제2평면을 점유하는데 제2평면 은 제1평면과는 다르지만 제1평면에 인접한 것인 도전성 구조체(12)를 포함하는 안테나 배치구성물(10)을 개략적으로 도시한다.

특히, 도 1a 및 1b는 안테나(2)를 수용하는 외부 도전성 하우징 요소(12)를 포함하는 장치(1)를 도시한다. 이 예에서, 하우징 요소(12)는 내부 안테나(2)를 수용하는 공동(3)을 거의 전부 둘러싸는 도전성 구조물을 형성한다.

도전성 하우징 요소(12)는 하우징(12)의 외부와 안테나(2) 사이에서 전자기파들의 전달을 용이하게 하는 슬롯(14)을 포함한다. 슬롯(14)은 슬롯(14)의 영역에서 전도성 재료가 존재하지 않는 것에 의해 규정된다. 슬롯(14)은 내부 공동(3)에 대해 열린 개구부 일 수 있거나 또는 그것은 플라스틱(다른 예들로는 세라믹과 페라이트 금속이 있다)과 같이 전자기 방사에 대해 투과성이 있는 유전체에 의해 덮일 수 있다. 하나의 실시예에서, 슬롯(14)은 플라스틱 기판을 덮는 금박(metal foil)에 새겨질 수 있다.

슬롯(14)은 하우징(12)의 대향하는 제1 및 제2 종단 장변들(21, 23) 사이에 폭 W로 규정된 간격을 가진다. 폭 W는 슬롯(14)의 길이에 대해 일정할 수 있거나 슬롯의 길이를 따라 변할 수 있다. 슬롯(14)은 하우징(12)의 대향하는 제1 및 제2 종단 단변들(22, 24) 사이에 길이 L로 규정된 간격을 가진다.

도 1a 및 1b에 도시된 예에서, 슬롯은 슬롯 평면(16)에 놓이는 영역이고 하우징 요소(12)는 슬롯 평면(16)에서 연장하는 도전성 구조물을 제공한다. 최소한 안테나(2)의 일 부분은 안테나 평면(6)에서 연장하는데, 그것은 슬롯 평면(16)에 인접하고 평행하지만 그 슬롯 평면과는 별개이다. 안테나(2)는 슬롯 평면(16) 속으 로 연장하지 않는다.

슬롯(14)에 대한 안테나(2)의 위치는 안테나(2)와 슬롯형 하우징(12) 사이에 매우 양호하거나 최적인 커플링을 달성하도록 하는 위치이다.

안테나(2)와 도전성 하우징 요소(12)는 그것들 사이에 dc 전류 경로가 없도록 전기적으로 절연된다. 그것들은 그러나 전자기적 커플링을 위해 배치구성되고 함께 안테나 배치구성물(10)을 형성한다.

안테나(2)는 공진 주파수(F)를 가지고 슬롯(14)은 제1 공진 주파수(F)에 상응하는 공진 파장의 1/4의 하나 이상의 배수에 해당하는 전기적 길이(L')를 가지는 치수로 된다.

L' = nλ/4

여기서 n은 자연수이며, L'은 슬롯(14)의 전기적 길이(electrical length)이고 λ는 공진 파장이다.

슬롯의 치수들은 하우징(12)이 안테나(2)와 기생적으로(parasitically) 공진하게 한다. 이것은 안테나 배치구성물(10)의 대역폭, 효율(efficiency) 등과 같은 특성들이 안테나(2)의 특성들과는 달라지게 한다. 안테나(2)는 안테나 배치구성물(10)에 대한 급전부로서 동작한다.

슬롯(14)을 덮는 유전체가 없을 시에, 전기적 길이(L')는 슬롯의 물리적 길이(L)와 동일할 것이다.

안테나 배치구성물(10)의 공진의 특성들은 슬롯(14)의 물리적 및/또는 전기적 특성들을 변화시킴으로써 공학적으로 설계될 수 있다.

슬롯의 물리적 치수들에서의 변동들은 안테나 배치구성물의 공진 주파수 및 대역폭에 각각 영향을 미치는 슬롯의 전기적 길이 및 Q-팩터(Q-factor)와 같은 슬롯에 관련된 전기적 특성들에 영향을 미친다.

예를 들면, 슬롯(14)의 물리적 길이(L)를 변화시키면 그것의 전기적 길이가 변한다.

슬롯(14)의 물리적 위치를 변화시키는 것은 그것의 전기적 특성들에 영향을 줄 수 있다. 도 1에서 슬롯(14)은 하우징(12)의 가장자리(18)에서 종단되는 반면, 도 2 및 3에 도시된 예들에서 슬롯(14)은 하우징의 가장자리에서 종단되지 않고 하우징(12)의 면(face; 13)이 슬롯 전부를 에워싸고 있다.

슬롯(14)에 관련된 인덕턴스를 증가시키면 슬롯의 전기적 길이가 증가하고(이것은 공진 주파수를 감소시킨다) 대역폭이 감소할 수 있다. 전기적 길이는 예를 들면 슬롯의 물리적 길이를 증가시키는 것에 의해 증가될 수 있다. 하나의 옵션은 하나 이상의 만곡형 부분들로부터 슬롯을 형성하는 것이고 다른 옵션은 도 2에 도시된 바와 같이 슬롯(14)을 곡류형(meander)으로 하는 것이다(도 1 및 3에 도시된 바와 같은 직선 슬롯(14)을 사용하는 대신임). 예를 들면 (도 1 및 2에서처럼 일정한 폭(W)을 가지는 대신에) 도 3에 도시된 것처럼 슬롯의 폭을 감소시키는 것에 의해 슬롯에 관련된 커패시턴스를 증가시키면 슬롯의 전기적 길이는 감소하고(공진 주파수는 증가하고) 대역폭은 증가할 수 있다.

슬롯(14)의 물리적 특성을 변경시키는 것에 대한 부가물 또는 대체물로서 덩이형(lumped) 전기 부품들을 사용하여 슬롯(14)의 전기적 특성들은 공학적으로 설 계될 수 있다. 도 4는 슬롯(14)을 가로질러 연결된 전기 회로(7)를 가지는 슬롯(14)을 도시한다. 전기 부품(7)은 하나 이상의 덩이형 부품을 포함할 수 있다.

안테나 배치구성물(10)의 전기적 특성들은 정합 회로(8)를 안테나(2)에 부착하는 것에 의해 수정될 수도 있다.

안테나 배치구성물은 다음의 주파수 대역들을 포함하는 다수의 주파수 대역들 중 하나 이상에서 수신기 및/또는 전송기로서 동작할 수 있다. Bluetooth (2400-2483.5 MHz); WLAN (2400-2483.5 MHz); HLAN (5150-5850 MHz); GPS (1570.42-1580.42 MHz); US-GSM 850 (824-894 MHz); EGSM 900 (880- 960 MHz); EU-WCDMA 900 (880-960 MHz); PCN/DCS 1800 (1710-1880 MHz); US-WCDMA 1900 (1850-1990 MHz); WCDMA 2100 (Tx: 1920-1980 MHz Rx: 2110- 2180 MHz); PCS1900 (1850-1990 MHz); UWB Lower (3100-4900 MHz); UWB Upper (6000-10600 MHz); DVB-H (470-702 MHz); DVB-H US (1670-1675 MHz); Wi Max (2300-2400 MHz, 2305-2360 MHz, 2496-2690 MHz, 3300-3400 MHz, 3400-3800 MHz, 5250-5875 MHz); RFID UHF (433 MHz, 865-956 MHz, 2450 MHz).

도 1a 및 1b에 개략적으로 도시된 하나의 특정 실시예에서, 장치는 모바일 셀룰러 전화기이며, 안테나(2)는 칩 유전체(세라믹) 단극 급전 안테나이고 2.45 GHz WLAN 대역에서 동작한다. 그것은 9 mm x 3 mm x 2 mm (길이, 폭, 높이) 의 치수들을 가지고 크기 9.75 mm x 7 mm의 무동(copper-free) PWB 8의 조각에 탑재된다. 안테나(2)의 길이는 슬롯(14)의 길이에 직교하고 횡단한다. 안테나(2)와 슬롯(14) 사이의 거리는 1.1 mm이다.

하우징(12)은 균질(homogenous), 금속성의 커버를 장치에 제공한다. 물리적인 슬롯 길이(L)는 2.45 GHz에서 파장의 약 1/4이다. 슬롯(14)은 2.4 mm의 일정한 폭(W) 및 25 mm의 길이(L)를 가진다, 즉 L > 10*W이다. 슬롯(14)은 도 1a 및 1b에서처럼 하우징(12)의 가장자리에서 종단한다. 슬롯(14)은 하우징(12)의 통풍 살창(ventilation grates)에 통합된다. 슬롯(14)은 플라스틱 스트립으로 덮일 수 있다.

비록 본 발명의 실시예들이 각종 예들에 관하여 앞서의 단락들에서 설명되었지만, 주어진 예들에 대한 변형들이 청구된 바와 같은 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

앞서의 명세서에서는 특별히 중요하다고 여기는 그런 본 발명의 특징들에 대해 주의하려고 노력하였지만, 특별한 강조가 있든지 없든지 간에 도면들을 참조하고 및/또는 도면들에서 보인 지금까지의 어떠한 특허가능 특징 또는 특징들의 조합에 관하여 출원인이 보호를 청구한다는 것은 이해되어야 한다.

Claims (27)

1. 최소한 제1평면을 점유하는 안테나;

   안테나로부터 절연되지만 안테나에 의해 기생적으로 급전되도록 구성된 도전성 구조체로서, 도전성 구조체는 슬롯을 가지고 최소한 제2평면을 점유하는데 제2평면은 제1평면과는 다르지만 제1평면에 인접한 것인 도전성 구조체를 포함하는 안테나 배치구성물.
2. 제1항에 있어서, 도전성 구조물은 안테나 배치구성물을 위한 하우징의 부분인 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
3. 제2항에 있어서, 하우징은 장치용 하우징이고 안테나는 하우징 내부에 위치된 내부 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 하우징은 가장자리를 가지고 슬롯은 가장자리에서 종단되는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징은 가장자리들에 의해 둘러싸인 면(face)을 가지고 슬롯은 면 내에 전체가 위치되는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나는 제1 공진 주파수를 가지고 슬롯은 제1 공진 주파수에 상응하는 공진 파장의 1/4의 하나 이상의 배수에 해당하는 전기적 길이를 가지는 치수로 되는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서 슬롯은 최소 폭과 최소 폭보다 최소한 10배 긴 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯은 일정한 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯은 가변하는 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯은 직선형인 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯은 곡류형인 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯은 하나 이상의 만곡된 부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
13. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나 배치구성물은 슬롯을 가로질러 연결된 전기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
14. 제13항에 있어서, 전기 회로의 임피던스는 안테나 배치구성물의 공진 주파수를 제1 공진 주파수에 동조시키는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 전기 회로는 단일 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 하우징은 금속 덮개를 포함하고 슬롯은 금속 덮개가 없는 것에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나 배치구성물은 안테나에 연결된 정합 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나는 칩 유전체 급전 안테나인 것을 특징으로 하는 안테나 배치구성물.
19. 외부 금속피복물(metallization)을 가지고서 내부 공동을 규정하는 하우징 및 내부 공동 내에 위치된 제1항 내지 제18항의 안테나 배치구성물을 포함하는 장치로서, 외부 금속피복물은 도전성 구조를 제공하고 슬롯은 내부 공동에 전자기 개구를 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제18항에 있어서, 슬롯은 유전체로 덮인 것을 특징으로 하는 장치.
21. 내부 공동을 규정하는 도전성 하우징, 도전성 하우징 내의 개구, 및 공동 내에서 개구에 인접하게 위치한 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제21항에 있어서, 동작 시, 안테나는 공진기로서 동작하는 도전성 하우징에 급전하는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 안테나는 제1 공진 주파수를 가지고 개구는 제1 공진 주파수에서의 공진에 상응하는 전기적 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 한에 있어서, 도전성 하우징은 유전체 기판과 외부 금속피복물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 비 도전성 요소 또는 요소들이 안테나와 슬롯 사이에 개재하는 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제1 공진 파장(λ)을 가지는 안테나;

    안테나로부터 절연되지만 안테나에 의해 간접적으로 급전되는 도전성 하우징으로서 도전성 하우징은 λ/4의 배수에 해당하는 전기적 길이를 갖는 슬롯을 가지는 도전성 하우징을을 포함하는 안테나 배치구성물.
27. 최소한 제1평면을 점유하는 안테나에 직접 급전하는 단계; 및

    안테나로부터 절연되고 최소한 제2평면을 점유하는 슬롯형 도전성 구조물로서 제2평면은 제1평면과는 다르지만 제1평면에 인접한 슬롯형 도전성 구조물에 안테나를 사용하여 간접적으로 급전하는 단계를 포함하는 방법.

Images