KR20100017955A - 멀티모드 안테나 구조물 - Google Patents

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프랭크 엠 케이미
폴 에이 토나타
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Abstract

본 발명은 통신장치에서 전자기적 신호를 송수신하기 위한 멀티모드 안테나 구조물에 관한 것이다. 이때, 상기 통신장치는 상기 멀티모드 안테나 구조물과 양방향 통신을 위한 신호처리용 회로를 포함한다. 그리고 상기 멀티모드 안테나 구조물은 상기 회로에 작동적으로 연결된 복수의 안테나 포트와, 상기 안테나 포트 중 상이한 하나에 각각 유효하게 연결된 복수의 안테나 소자를 포함한다. 또한 상기 멀티모드 안테나 구조물은 상기 복수의 안테나 소자 가운데 하나의 안테나 소자의 전류가 해당 안테나 소자에 전기적으로 연결된 이웃하는 안테나 소자로 흐르고, 상기 이웃하는 안테나 소자에 결합된 안테나 포트를 우회하여 흐르고, 상기 해당 안테나 소자를 통해 흐르는 전류의 크기는 상기 이웃하는 안테나 소자를 통해 흐르는 전류와 크기가 동일하고, 상기 복수의 안테나 포트 중 어느 하나에 의해 여기된 안테나 모드는 다른 안테나 포트에 의해 여기된 안테나 모드와 희망신호주파수범위(desired signal frequency range)에서 전기적으로 격리되어 상기 복수의 안테나 소자들이 다양한 안테나 패턴을 생성하도록 상기 복수의 안테나 소자들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 연결소자를 포함한다.
안테나, 멀티모드, 주파수, 무선통신, 통신장치

Description

멀티모드 안테나 구조물{Multimode Antenna Structure}
본 발명은 일반적인 무선통신장치(wireless communications device)와 관련된 것으로, 특히 무선통신장치에 사용되는 안테나(antenna)에 관한 것이다.
많은 통신장치에는 근접 패키징(packaging) 된(일례로, 1/4 파장 간격보다 작게) 복수의 안테나가 갖추어지고, 이들은 동시에 동일 주파수 대역에서 동작가능하다. 이러한 통신장치에는 휴대폰(cellular handsets), PDA(Personal Digital Assistants), 무선 네트워킹 장치(wireless networking device) 또는 PC(personal computer)용 데이터 카드(data card)와 같은 휴대용 통신제품이 있다. 또한 MIMO(Multiple Input Multiple Output)와 같은 대부분의 시스템 체계를 비롯, 이동 무선통신장치(예컨대, 무선랜(wireless LAN)을 위한 802.11n, 3G 데이타 통신을 위한 802.16e(WIMAX), HSDPA, 1xEVDO 등의)에 사용되는 표준의 프로토콜들은 일제히 동작하는 복수의 안테나를 요구한다.
본 발명의 목적은 여러 실시예에 따라 통신장치에서 전자기적 신호를 송수신하기 위한 멀티모드 안테나 구조물을 제공하고자 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 통신장치는 상기 멀티모드 안테나 구조물과 양방향 통신을 위한 신호처리용 회로를 포함한다. 그리고 상기 멀티모드 안테나 구조물은 상기 회로에 작동적으로(operatively) 연결된 복수의 안테나 포트와, 상기 안테나 포트 중 상이한 하나에 각각 작동적으로 연결된 복수의 안테나 소자를 포함한다.
또한, 상기 멀티모드 안테나 구조물은 상기 복수의 안테나 소자 가운데 하나의 안테나 소자의 전류가 해당 안테나 소자에 전기적으로 연결된 이웃하는 안테나 소자로 흐르며, 상기 이웃하는 안테나 소자에 결합된 안테나 포트를 우회하여 흐르고, 상기 해당 안테나 소자를 통해 흐르는 전류의 크기는 상기 이웃하는 안테나 소자를 통해 흐르는 전류와 크기가 동일하고, 상기 복수의 안테나 포트 가운데 하나의 포트에 의해 여기된 안테나 모드는 다른 안테나 포트에 의해 여기된 안테나 모드와 원하는 주파수 범위에서 전기적으로 격리되어 상기 복수의 안테나 소자들이 다양한 안테나 패턴을 생성하도록 상기 안테나 소자들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 연결소자를 포함한다.
한편, 이하의 실시예에서는 본 발명에 따른 여러 가지 실시예가 설명되는데, 이를 통해 알 수 있듯이 본 발명은 서로 다른 다양한 실시예로 구현 가능한 것은 물론, 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형 가능하다. 따라서 첨부된 도면 및 실시예에 개시된 실시예는 본 발명의 일례에 지나지 않으며, 이들은 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 한정하지 않는다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 멀티모드 안테나 구조물은 통신장치에서 전자기적 신호를 송수신하기 위해 제공된다. 이때, 상기 통신장치는 상기 멀티모드 안테나 구조물과 양방향 통신을 위한 신호처리용 회로를 포함한다. 그리고 상기 멀티모드 안테나 구조물은 상기 회로에 작동적으로 연결된 복수의 안테나 포트와, 상기 안테나 포트 중 상이한 하나에 각각 작동적으로 연결된 복수의 안테나 소자를 포함한다. 또한 상기 멀티모드 안테나 구조물은 상기 안테나 소자와 전기적으로 연결된 적어도 하나의 연결소자를 포함하는 것을 특징으로 하는바, 상기 복수의 안테나 포트 가운데 하나의 포트에 의해 여기된 안테나 모드는 다른 안테나 포트에 의해 여기된 안테나 모드와 원하는 주파수 범위에서 전기적으로 격리되어 상기 복수의 안테나 소자들이 다양한 안테나 패턴을 생성하도록 한다. 더불어, 상기 안테나 포트에 의해 고안된 안테나 패턴들은 낮은 상관관계를 가지고 최적화된 다양성을 나타낸다.
이와 같이 본 발명의 다양한 실시예에 따른 멀티모드 안테나 구조물은 특히 인접해서 패키징 된(1/4 파장 거리보다 작게) 복수의 안테나를 필요로 하는 통신장치에서 그 성능을 발휘하며, 더불어 상기 통신장치는 동일 주파수 대역에서 동시에 사용되는 적어도 하나의 안테나를 채택하는 종류도 될 수 있는바, 이러한 통신장치의 예로는 휴대폰(cellular handsets), PDA(Personal Digital Assistants), 무선 네트워킹 장치(wireless networking device) 또는 PC(personal computer)용 데이터 카드(data card)와 같은 휴대용 통신제품과 더불어 MIMO(Multiple Input Multiple Output)와 같은 시스템 구조 및 무선 통신 장치들(예컨대, 무선랜의 802.11n, 802.16e(WIMAX), HSDPA, 1xEVDO와 같은 3G 데이터 통신들) 등의 표준 프로토콜에 유용하다.
도 1a 내지 도 1g는 제 1 안테나 구조물(100)에 대한 도면으로, 이중에서 도 1a는 한 쌍의 안테나 소자(antenna element)로서 제 1-1 및 제 1-2 두 개의 다이폴(dipoles, 102,104)이 병렬 배치된 제 1 안테나 구조물(100)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 제 1 안테나 구조물(100)을 이루는 상기 제 1-1 및 제 1-2 다이폴(102,104)은 각각 L의 길이를 갖고, 분리거리 d의 간격으로 평행하게 이격되며, 상기 다이폴들(102,104)은 어떠한 연결소자(connecting element)에 의해서도 연결되어 있지 않다. 그리고 상기 제 1-1 및 제 1-2 다이폴(102, 104) 각각은 L=λ/2 파장에 근접 대응되는 기준 공진 주파수(fundametal resonant frequency)를 보이며, 독립적인 송수신 시스템에 각각 연결되어 각각 동일한 주파수에서 동작할 수 있다. 또한 상기 제 1-1 및 제 1-2 다이폴(102,104)은 동일 임피던스 특성 z0을 보이며, 본 예에서는 50Ω(ohms)이라 한다.
상기 다이폴들 가운데 하나의 다이폴에서 신호를 송신할 때, 신호의 일부는 이웃한 다른 다이폴에 직접적으로 커플링 된다. 일반적으로 커플링의 최대량은 별개의 다이폴에 대한 반 파장 공진 주파수(half-wave resonant frequency)근처에서 나타나고, 분리거리 d가 작아지면 증가한다. 일례로 d<λ/3 일때 커플링의 크기는 0.1 또는 -10dB 보다 크고, d<λ/8 일 때 -5dB 보다 크다.
안테나들 사이에서는 커플링의 크기를 감소시키거나 제거(완전 격리)하는 것이 바람직한데, 만일 커플링의 크기가 -10dB라면 이웃한 안테나와 직접적으로 커플링 되는 전력량으로 인해 10%의 전송전력 손실이 나타나며, 또한 이웃 안테나에 연결된 수신기의 포화(saturation)나 감도손실(desensitization) 혹은 이웃 안테나에 연결된 송신기의 성능저하 등 시스템에 유해한 작용을 끼칠 수 있다. 아울러 이웃한 안테나에 발생된 유도전류들은 독립한 개개의 다이폴로부터 산출된 이득패턴(gain pattern)에 왜곡을 가하며, 이는 다이폴들에 의한 이득패턴의 상관관계(correlation)를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 커플링이 비록 패턴의 다양성을 제공할 수 있을지는 모르지만, 상기한 바와 같이 시스템에 유해한 영향을 준다.
밀착 커플링(close coupling)의 경우, 안테나들이 독립적으로 동작하지 않으며, 따라서 서로 다른 두 이득패턴에 대응되는 두 쌍의 터미널(terminal) 또는 포트를 갖는 안테나 시스템으로 고려되어 질 수 있다. 이때, 각 포트의 사용은 두 다이폴을 포함한 전체 구조물의 사용을 수반한다. 그리고 이웃 다이폴의 기생 여기(parasitic excitation)는 밀착 커플링된 당해 다이폴에 대한 다양성을 가능하게 하지만, 당해 다이폴에 여기된 전류는 소스 임피던스(source impedence)를 통하여 흐르고, 이로 인해 포트들 사이에서 상호커플링이 발생한다.
도 1c는 시뮬레이션에 사용된 도 1에 보인 상기 제 1 안테나 구조물(100)에 해당하는 제 1-1 및 제 1-2 다이폴(102,104) 쌍을 보여준다. 보이는 것처럼, 상기 다이폴(102,104)의 단면적은 1mm×1mm, 길이(L)는 56mm 이고, 해당 구성이 50Ω의 소스에 부착되면 2.45GHz의 중심 공진 주파수를 나타내며, 상기 공진 주파수에서 자유공간 파장은 122mm이다. 그리고 분리거리(d)가 10mm 또는 λ/12 정도일 때 산란변수(scattering parameter) S11, S12가 도 1d에 나타나 있다. 이때, 대칭성 및 상호성(symmetry and reciprocity)을 감안하면 S22=S11, S12=21이며, 간략하게 S11과 S12 만을 고려하기로 한다. 이때, 도 1d에서 보듯이 상기 다이폴들 사이의 커플링 S12는 2.45GHz에서 최대값 -3.7dB에 도달한다.
도 1e는 상기 제 1 안테나 구조물(100)에 있어서 제 1-1 포트(106)은 여기되고, 제 1-2 포트(108)은 수동적으로 종결(passively terminated)된 상황에서 상기 제 1 안테나 구조물(100)의 제 1-2 다이폴(104) 대 제 1-1 다이폴(102)의 수직전류 비(크기값(magnitude) I2/I1으로 표시)를 보여준다. 이들 수직전류의 비(제 1-2 다이폴(104)/제 1-1 다이폴(102))가 최대가 되는 주파수는 상기 두 수직전류의 위상이 180°차이가 나는 지점이고, 이는 도 1d에 보인 최대 커플링 지점보다 약간 높은 주파수이다.
도 1f는 상기 제 1-1 포트(106)이 여기된 경우에 있어서 다양한 주파수에 대한 방위각의 이득패턴(azimuthal gain pattern)을 보여준다. 이들 패턴은 균일하게 전방위(omni-directional)적이지 않으며, 크기(magnitude)나 위상(phase)의 변화로 인해 주파수와 함께 변화한다. 대칭성으로 인해 상기 제 1-2 포트(108)의 여기로 얻은 패턴들은 상기 제 1-1 포트(106)에 대한 거울 이미지(mirror-image)가 될 수 있다. 따라서 패턴이 왼쪽에서 오른쪽으로 더 비대칭이 되면, 패턴들은 이득크기(gain magnitude) 측면에서 더 다양해 진다.
패턴 사이의 상관계수(correlation coefficient)를 계산하면 다양성에 대한 특성분석이 가능하다. 도 1g는 제 1-1 포트(106)와 제 1-2 포트(108)의 이익패턴에 대해 계산한 상관관계를 보여준다. 이때, 상관관계는 이상적인 다이폴을 위한 클락의 모델(Clark's model)에서 예상되는 값보다 매우 낮은데, 이는 상호 커플링에 의해 나타난 패턴들간의 차이로 인한 것이다.
도 2a 내지 2f는 본 발명에 따른 제 2 안테나 구조물인 2 포트 안테나 구조물(200)을 나타낸 도면이다. 이때, 상기 제 2 안테나 구조물(200)은 두 개의 인접한 제 2-1 및 제 2-2 공진 안테나 소자(202,204)를 포함하며, 제 2-1 및 제 2-2 포트(206, 208) 사이의 낮은 패턴 상관관계(low pattern correlation)와 낮은 커플링(low coupligg)을 제공한다. 이중에서 도 2a는 상기 2포트 안테나 구조물(200)을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 한 쌍의 다이폴을 포함한 도 1b의 안테나 구조물(100)과 비슷할 수 있지만, 상기 제 2-1 및 제 2-2 포트(206, 208)를 사이에 두고 아래 위 양쪽에 위치한 제 2-1 및 제 2-2 다이폴(202,204) 사이를 각각 연결시키는 한 쌍의 도전성 연결소자(210, 212)가 평행하게 더 추가된다. 상기 두 포트(206, 208)는 도 1의 안테나 구조물(100)과 같은 장소에 위치한다. 상기 두 포트 가운데 하나의 포트가 여기되는 경우 상기 결합 구조물은 붙어있지 않은 다이폴 쌍과 비슷한 공진점(resonance)을 나타내지만, 커플링의 상당한 감소와 패턴의 다양성 증가를 보인다.
도 2b에는 분리간격(d) 10mm로 이격된 제 2-1 및 제 2-2 다이폴(202,204)을 포함하는 제 2 안테나 구조물(200)이 나타나 있다. 이때, 상기 제 2 안테나 구조물(200)에는 상기 안테나 소자들(202,204)을 전기적으로 연결한 두 수평 연결소자(210,212)가 상기 포트(206,208)의 바로 아래와 위에 추가되며, 그 밖에는 도 1c의 안테나 구조물(100)과 유사한 형태를 보인다. 이러한 구조에서는 도 2c에 나타난 것처럼 다이폴들이 전기적으로 연결되지 않은 구조에서와 동일한 주파수에서 강한 공진을 보이지만, 매우 다른 산란계수를 갖는다. 또한, S11에 의해 나타내어 지듯이 커플링에는 -20dB 이하의 깊은 결락(drop-out)이 있으며, 입력 임피던스의 이동이 있다. 또한 S11이 최소값을 나타내는 최적의 임피던스 매치는 S12가 최소가 되는 최소 커플링과 부합되지 않지만, 도 2d에 나타난 것처럼 매칭 네트워크를 사용하여 최적의 입력 임피던스 매치와 매우 낮은 커플링을 동시에 얻을 수 있다. 상기 도 2d의 예의 경우에는 매칭 네트워크로서 분류 커패시터가 뒤따르는 일련의 인덕터로 이루어진 네트워크 매칭 소자 세트가 각각의 포트와 상기 구조물 사이에 추가 되었다.
도 2e는 상기 제 2-1 포트(206)의 여기로 인한 상기 제 2-1 다이폴(202)과 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류비(크기값 I2/I1로 표시)를 나타낸 도면으로, 그래프를 보면 공진 주파수 아래에서는 전류는 제 2-2 다이폴(204)에서 실질적으로 더 큰 것을 알 수 있다. 또한 공진주파수 근처에서는 주파수가 증가함에 따라 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류는 상기 제 2-1 다이폴(202)의 전류와 비교하여 상대적으로 감소한다는 것을 알 수 있다. 그리고 최소 커플링 지점(2.44GHz)은 상기 두 다이폴(204,206)의 전류의 크기가 동일한 상기 공진 주파수에 근접하고, 이때 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류의 위상은 상기 제 2-1 다이폴(202)의 전류의 위상보다 대략 160°뒤쳐진(lag) 다는 것을 알 수 있다.
이때, 연결소자가 없는 도 1c와 달리 도 2b의 결합 구조물(200)에 포함된 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류는 상기 제 2-2 포트(208)의 터미널 임피던스를 통과하여 흐르지 않는다. 대신에 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류는 도 2a에서 확인할 수 있는 것처럼 상기 제 2-2 다이폴(204)을 따라 흐른 후 상기 제 2-1 및 제 2-2 연결소자(210, 212)를 가로질러 흐르고, 상기 제 2-1 다이폴(202)을 따라 위쪽으로 흐르게 되어 공진모드를 제공한다.(도 2a에서의 전류의 흐름은 공진 싸이클의 1/2주기에 대한 것이고, 나머지 1/2 주기에서는 전류의 방향은 반대가 된다.) 그 결과 상기 2 포트 안테나 구조물(200)의 공진모드는 다음의 특징을 나타낸다. (1) 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류들은 상기 제 2-2 포트(208)를 우회하여 흐르고, 이로 인해 상기 제 2-1 및 제 2-2 포트(206, 208) 사이의 높은 격리도(high isolation)를 나타낸다. (2) 상기 제 2-1 및 제 2-2 다이폴(202, 204)에서 전류 크기는 거의 동일하며, 이로 인해 이하에서 자세하게 설명되어질 서로 다르고 연관성 없는 이득패턴이 나타난다.
전류 크기가 상기 제 2-1 및 제 2-2 다이폴(202,204)에서 거의 동일하기 때 문에 전기적으로 연결되어 있지 않은 다이폴을 구비한 도 1c의 제 1 안테나 구조물(100)보다 훨씬 더 많은 방향성 패턴을 보인다.(도 2f 참조). 그리고 전류가 동일할 때 x(또는 phi=0) 방향에서 패턴값을 0으로 하기 위한 조건은 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류의 위상이 상기 제 2-1 다이폴(202)의 전류의 위상보다 π-kd의 값 만큼 뒤쳐지는(lag) 것이다. (단, k=2π/λ 이며, λ는 유효파장). 상기 조건하에서 phi=0 방향으로의 상기 제 2-2 다이폴(204)의 장 전파(fields propagating)는 상기 제 2-1 다이폴(202)의 장 전파와 180° 위상의 차이가 나고, 그 결과 상기 제 2-1 및 제 2-2 다이폴(202,204)의 장 전파의 합은 0이 된다.
한편, 도 2b의 2 포트 안테나 구조물(200)에 있어서 d값은 10mm 또는 λ/12의 유효 전기적 길이(effective electrical length)다. 이때 kd는 π/6 또는 30°이며, 방향성 방위각의 방사패턴(directional azimuthal radiation pattern)이 phi=0 방향에서 0, phi=180 방향에서 최대이득을 가지도록 하기 위한 상기 제 2-2 다이폴(204)의 전류의 조건은 상기 제 2-1 다이폴(202)의 전류의 위상보다 150° 뒤쳐지는 것이다. 공진점에서 전류들은 상기 조건에 근접한 흐름을 보이며(도 2e 참조), 이로 인해 상기 패턴의 방향성은 설명되어 질 수 있다. 반대로 상기 제 2-2 포트(208)가 여기된 경우, 방사 패턴들은 도 2f의 방사 패턴들과 반대인 거울 이미지이며, 최대 이득은 phi=0 방향이다. 그 결과 상기 두 개의 포트(206,208)로 인한 안테나 패턴의 차이는 도 2g와 같이 연관된 낮은 예상 포락선 상관관계(associated law predicted envelope correlation)를 갖고, 따라서 상기 제 2 안테나 구조물(200)은 서로 고립되고 낮은 상관관계의 이득패턴을 보이는 두 개의 포트를 갖는 다.
따라서, 커플링의 주파수 응답은 임피던스와 전기적 길이를 포함하는 상기 제 2-1 및 제 2-2 연결소자(210,212)의 특성에 의존한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 어떠한 주파수 또는 대역폭에서 원하는 격리도를 유지하는 것은 상기 연결소자(210,212)를 적절히 구성하는 것으로 조절될 수 있다. 연결소자의 특성을 조절하는 한가지 방법은 상기 연결소자(210,212)의 물리적인 길이를 변화 시키는 것이다. 이에 대한 일례로서 연결소자(310,312)에 미엔더(meander)를 부가한 제 3 안테나 구조물(300)이 도 3에 나타나 있다. 미엔더의 부가로 인해 상기 두 안테나 소자(302,304) 사이의 연결소자의 전기적 길이와 임피던스는 모두 증가한다. 또한, 상기 제 3 안테나 구조물(300)에 대한 산란계수, 전류비, 이익패턴, 패턴 상관도 등의 동작특성이 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 3e에 각각 나타나 있다. 이러한 상기 제 3 안테나 구조물(300)에 있어서 상기 제 3-1 및 제 3-2 연결소자(310,312)의 물리적 길이 변화는 미엔더가 부가되지 않은 경우와 비교해 볼 때, 안테나 구조물의 공진주파수를 변화시키지는 않지만, 더 넓은 대역폭과 더 큰 최소값을 가지도록 하여 S12 그래프의 중요한 변화를 야기한다. 그 결과 연결소자의 전기적 특성을 변화시켜 격리 동작을 최적화 또는 개선할 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명에 따른 안테나 구조물은 도 4의 제 4 안테나 구조물(400)처럼 접지면(ground) 혹은 카운터포이스(counterpoise,402)로부터 여기되거나, 도 5의 제 5 안테나 구조물(500)처럼 평형 구조로 설계될 수 있는바, 제 4 및 제 5 안테나 구조물(400,500)은 각각 두 개 이상의 제 4-1 및 4-2 안테나 소 자(402, 404)와 제 5-1 및 제 5-2 안테나 소자(502, 504) 그리고 하나 이상의 전기 전도성의 제 4 연결소자(406)와 제 5-1 및 제 5-2 연결소자(506, 508)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 2 포트 안테나 구조물에 대해서만 예로 들었으나, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 두 개 이상의 포트를 가진 안테나 구조물로 확장이 가능하다. 상기 안테나 구조물(400,500) 또는 포트 각각에 대해 신호연결(signal connection)이 제공된다. (도 4의 412, 418과 도 5의 510, 512 참조). 또한 제 4 연결소자(406)와 제 5-1 및 제 5-2 연결소자(506,508)는 각각 원하는 주파수 또는 주파수 범위에서 제 4-1 및 제 4-2 안테나 소자(402,404)와 제 5-1 및 제 5-2 안테나 소자(502,504)의 전기적 연결을 제공한다. 이 경우 비록 안테나는 물리적, 전기적으로 하나의 구조물이지만, 안테나의 동작은 두 개의 독립한 안테나로 고려하여 설명되어 질 수 있다. 상기 제 1 안테나 구조물(100)과 같이 연결소자를 포함하지 않는 경우에는 상기 제 1-1 안테나 포트(106)는 상기 제 1-1 안테나(102)에 연결된 것으로 또한 상기 제 1-2 안테나 포트(108)는 상기 제 1-2 안테나(104)에 연결된 것으로 생각되어 질 수 있다. 그러나 상기 제 4 안테나 구조물(400)과 같이 연결소자를 포함하는 경우에는 상기 제 4-1 안테나 포트(418)는 상기 제 4 안테나 구조물(400)의 하나의 안테나 모드와 연관된 것으로 고려되어 질 수 있고, 상기 제 4-2 안테나 포트(412)는 또 다른 안테나 모드와 연관된 것으로 고려되어 질 수 있다.
한편, 안테나 소자는 원하는 주파수 또는 동작 주파수 범위에서 공진 하도록 설계되며, 가장 낮은 차수(lowest order)의 공진은 안테나 소자의 전기적 길이가 파장의 1/4일 때 발생한다. 따라서, 단순한 소자 설계는 불균형 배치의 경우 1/4 파장 모노폴(monopole)이며, 이러한 설계는 높은 차수 모드로도 사용 가능하다. 예를 들어, 1/4 파장 모노폴로 구성된 안테나 구조물은 기본 주파수의 세배에 해당되는 주파수에서 높은 격리도를 가지고 이중모드 안테나 동작을 보여준다. 그 결과 높은 차수의 모드들은 다중대역 안테나를 구현하는데에 활용될 수 있다. 이와 마찬가지로, 평형 배열에서 안테나 소자는 1/2 파장 중앙 급전 방식 다이폴(half-wave center fed dipole)에서처럼 1/4 파장 소자가 될 수 있다. 더불어, 안테나 구조물은 원하는 주파수 혹은 주파수 범위에서 공진하는 안테나 소자의 또 다른 형식의 안테나 소자로부터 구성될 수도 있다. 즉, 다른 가능한 안테나 소자의 형식에는 평형배열로 보완할 수 있는 것은 물론, 헬리컬 코일(helical coil), 2차원 형태의 광대역 평판형(wideband planer shape), 칩 안테나(chip antennas), 미엔더 형태(meandered shapes), 루프(loops) 또는 유도성 분기형태(inductively shunted forms)로서 평판 역F형 안테나(Plannar Inverted-F Antennas: PIFAs) 등이 포함되어질 수 있지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
다시 말해 본 발명에 따른 안테나 구조물의 안테나 소자 각각은 원하는 주파수 혹은 동작 주파수 범위에서 공진점을 가지는 한 동일 배열이나 동일 형태일 필요가 없다.
그러나 본 발명에 따른 안테나 소자가 동일 배열을 가질 경우에는 안테나의 동작을 위해 각 포트에 연결되는 각 연결소자에 대한 요구사항이 동일하게 되므로, 설계의 단순성을 위해 바람직하다고 할 수 있다.
결합 안테나 구조물의 대역폭과 공진 주파수는 안테나 소자의 대역폭과 공진 주파수에 의해 조절될 수 있다. 따라서 넓은 대역폭의 안테나 소자는 도 6a, 도 6b, 및 도 6c에 도시된 것처럼 결합 안테나 구조물의 넓은 대역폭 모드를 위해 사용될 수 있다. 이때, 도 6a는 제 6-1 및 제 6-2 연결소자(606, 608)들로 연결된 두 개의 제 6-1 및 제 6-2 다이폴(602, 604)을 포함하는 멀티모드의 제 6 안테나 구조물을 도시한 도면으로, 제 6-1 및 제 6-2 다이폴(602, 604)은 각각 소정너비(W)와 길이(L)를 갖고, 일정거리(d) 만큼 이격된다. 첨부된 도 6b는 W=1mm, L=57.2mm, d=10mm인 제 6 안테나 구조물(600)의 산란계수를 나타낸 도면이며, 도 6c는 W=10mm, L=50.4mm, d=10mm 인 제 6 안테나 구조물(600)의 산란계수를 도시한 도면이다. 이들 도면에서 확인할 수 있는 것처럼, 다른 조건이 동일하다면 W 값을 1mm에서 10mm로 증가시키는 경우 상기 제 6 안테나 구조물(600)의 격리대역폭과 임피던스 대역폭의 증가를 야기한다.
또한, 이들 도면에서 확인할 수 있는 것처럼 안테나 소자들 사이의 이격거리를 증가시키는 경우에도 안테나 구조물의 격리대역폭과 임피던스 대역폭을 증가시키는 것을 알 수 있다.
일반적으로 제 6-1 및 제 6-2 연결소자(606,608)는 상기 제 6 안테나 구조물(600)의 높은 전류영역에 위치하므로 전도성이 높은 것이 바람직하다.
제 6-1 및 제 6-2 포트(도면상 포트 1, 포트 2로 표시, 이하 동일하다.)는 상기 제 6-1 및 제 6-2 안테나 소자(602,604)들이 별개의 분리된 안테나로 동작하는 경우에 있어서와 마찬가지로 급전 지점(feed point)에 위치한다. 그 결과 연결소자와 안테나 구조물을 매칭시키는 것은 포트 임피던스를 원하는 시스템 임피던스 에 매칭시키기 위해 사용되어 질 수 있다.
본 발명에 따른 멀티모드 안테나 구조물은 평면구조(plannar structure)로 설계될 수 있으며, 예를 들어 도 7에 나타난 것처럼 PCB(Printed Circuit Board)로 설계될 수 있다. 이때, 도 7은 본 발명에 따른 제 7 안테나 구조물(700)을 나타낸 것으로, 제 7-1 및 제 7-2 포트(708,710)에서 제 7 연결소자(706)에 의해 연결된 제 7-1 및 제 7-2 안테나 소자(702,704)를 포함하며, 이러한 제 7 안테나 구조물(700)은 제 1 PCB(712)기판 상에 형성된다. 이때, 비록 도면상에는 1/4파장 모노폴이 나타나 있지만, 필요하다면 제 7-1 및 제 7-2 안테나 소자(702,704)는 동일한 유효 전기적 길이를 갖는한 모든 종류의 기하학적 배열도 가능하다.
본 발명에 따른 안테나 구조물은 이중 공진 주파수들과 이에 따른 이중 동작 주파수를 나타내도록 이중 공진 주파수를 갖는 안테나 소자의 결합으로 이루어질 수 있다. 도 8a는 본 발명에 따른 제 8 안테나 구조물(800)로서, 제 8-1 및 제 8-2 안테나 소자(802, 804)가 각각 서로 다른 길이의 두 핑거(806,808 과 810,812)로 나뉘어진 멀티모드 다이폴 구조를 보여준다. 이때, 다이폴의 제 8-1 및 제 8-2 안테나 소자(802,804)는 각각 두 개의 상이한 핑거 길이와 연관된 공진주파수를 가지며, 그 결과 이중 공진을 나타낸다. 동일하게, 이중공진 다이폴 암(arm)을 사용한 멀티모드 안테나 구조물도 도 8b에 나타난 바와 같이, 높은 격리도(또는 작은 S21)를 갖는 두 개의 주파수 대역을 보인다.
본 발명에 따른 안테나 구조물은 도 9에 나타난 바와 같이, 동조 가능한 제 9 안테나 구조물(900)로 이루어질 수도 있는바, 제 9 안테나 구조물(900)은 제 9-1 및 제 9-2 안테나 소자(902, 904)를 포함하며, 이들은 길이가 가변될 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 각 안테나 소자(902,904)의 길이는 각각의 안테나 소자에서의 RF 스위치(906,908)와 같은 컨트롤 소자에 의해 안테나 소자의 유효 전기적 길이를 변화시키는 것으로 가변될 수 있다. 상기 예에서, 더 짧은 전기적 길이를 나타내도록(높은 주파수에서의 동작을 위해) 제 1 및 제 2 스위치(906,908)를 개방할 수도 있으며(컨트롤소자의 작동을 통해), 또는 더 긴 전기적 길이를 나타내도록 제 1 및 제 2 스위치(906,908)를 단락시킬 수도 있다(낮은 주파수에서의 동작을 위해). 이때, 제 9 안테나 구조물(900)은 높은 격리도 특성을 포함하는 동작 주파수 대역으로 동조시키기 위해 제 9-1 및 제 9-2 안테나 소자(902,904)를 일제히 동조하는 것도 가능한바, 이러한 접근은 보다 다양한 변형이 가능하다. 즉, 안테나 소자의 유효 전기적 길이를 가변하는 방법으로서, 조절가능한 절연물질을 이용하거나, MEMs 장치, 버렉터(varactor) 또는 동조가능 절연 커패시터(tunable dielectric capacitor) 등의 가변 커패시터를 부가하거나 기생소자(parasitic elements)들을 온/오프(on/off) 시키는 방법 등이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 연결소자는 안테나 소자들 사이의 전기적 거리와 거의 동일한 전기적 길이를 갖는 안테나 소자 간 전기적 연결 방법을 제공하는바, 이러한 조건하에서 연결소자가 안테나 소자의 포트 일측 끝 부분에 부착될 때, 상기 포트는 안테나 소자의 공진 주파수에 근접한 주파수에서 서로 격리된다. 이러한 배치는 특정 주파수에서 거의 완벽한 격리도를 보여준다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 앞서 언급된 것처럼 특정 값 이상의 격리도를 갖는 대역폭을 증가시키기 위해서는 연결소자의 전기적 길이를 증가시키면 된다. 예를 들어, 안테나 소자 사이의 직선연결은 특정 주파수에서 -25dB을 가지는 최소값 S21을 생성할 수 있으며, S21 < -10dB인 대역폭은 100MHz가 될 수 있다. 그러나 상기 연결소자의 전기적 길이를 증가시키는 경우 최소값 S21은 -15dB로 증가하나, S21 < -10dB인 대역폭은 150MHz로 증가 된 새로운 응답을 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 다양한 다른 형태의 멀티모드 안테나 구조물이 제공되어 질 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 소자는 다양한 형상을 가질 수 있고, 또는 안테나 구조물의 특성을 변화시킬 수 있는 요소들을 포함할 수 있는바, 상기 요소들은 인덕터(passive inductor)와 커패시터(capacitor)같은 수동 소자, 공진기(resonator) 또는 필터구조(filter structure), 위상변위기(phase shifter) 등 능동 소자를 예로 들 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 안테나 구조물의 특성을 조정하기 위해 안테나 소자의 아래위를 따라 연결소자의 위치를 변화시킬 수 있다. 이때, 포트가 격리되는 주파수 대역은 상기 연결소자의 위치를 상기 포트로부터 멀어지는 방향, 즉 상기 안테나 소자의 포트쪽이 아닌 반대쪽 말단을 향해 이동 시킴으로써 주파수영역에서 고주파수 방향으로 변위(shift)될 수 있다. 도 10a와 도 10b는 각각 제 10-1 및 제 10-2 안테나 소자를 전기적으로 연결하는 제 10-1 및 제 10-2 연결소자(1004,1008)를 포함하는 제 10-1 및 제 10-2 안테나 구조물(1000, 1002)을 도시한 도면이다. 먼저, 도 10a의 제 10-1 안테나 구조물(1000)에 있어서 제 10-1 연결소자(1004)는 접지면(1006) 상단과 3mm간격을 갖는 곳에 위치해 있다. 도 10c 는 제 10-1 안테나 구조물(1000)에 있어서 산란계수는 1.15GHz의 주파수에서 높은 격리도를 획득할 수 있음을 보여주며, 이때 1.15GHz에서의 임피던스 매치를 위해 분기 커패시터와 직렬 인덕터(shunt capacitor/series inductor)가 사용되었다. 이 경우 네트워크를 매칭하는 분류 커패시터/시리즈 인덕터는 임피던스를 1.15GHz에 매칭한다. 또한 도 10d는 도 10b의 제 10-2 안테나 구조물(1002)에 대한 산란 계수를 나타내는데, 이 경우 연결소자(1008)와 접지면 상단(1010) 사이의 간격은 19mm이며, 상기 안테나 구조물(1002)은 1.50GHz에서 높은 격리도의 동작대역을 보인다.
도 11은 본 발명의 다른 측면에 따른 제 11 안테나 구조물(1100)을 나타낸 도면으로, 상기 제 11 안테나 구조물(1100)은 제 11-1 및 제 11-2 안테나 소자(1106, 1108)를 전기적으로 연결하는 두 개 이상의 제 11-1 및 제 11-2 연결소자(1102, 1104)를 포함한다. 이때, 설명의 편의를 위해 도면에는 2개의 연결 소자만을 나타내었으나 필요하다면 세개 이상의 연결소자를 추가적으로 사용할 수 있는 것은 물론이다. 상기 제 11-1 및 제 11-2 연결소자(1102,1104)는 제 11-1 및 제 11-2 안테나 소자(1106,1108)를 따라 서로 이격 배치되어 있다. 또한 상기 제 11-1 및 제 11-2 연결소자(1102,1104)는 각각 제 3 및 제 4 스위치를 포함하고, 이들 스위치를 조정함으로써 최고 격리도를 갖는 주파수를 선택할 수 있다. 예를 들어 소정의 주파수 f1는 제 3 스위치(1110)를 단락시키고 제 4 스위치(1112)를 개방하여 선택 가능하고, 이와 상이한 주파수 f2는 제 3 스위치(1110)를 개방하고 제 4 스위치(1112)를 단락시켜 선택할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 제 12 안테나 구조물(1200)을 나타낸 도면이다. 이때, 상기 제 12 안테나 구조물(1200)은 작동적으로 결합된 제 1 필터(1204)가 갖추어진 제 12 연결소자(1202)를 포함하는바, 제 1 필터(1204)는 제 12-1 및 제 12-2 안테나 소자(1206, 1208) 사이의 소자연결이 높은 격리도를 갖는 공진 주파수와 같이 목적하는 주파수 대역 내에서만 동작가능하도록 하기 위해 저역통과 또는 대역통과 필터 중에서 선택될 수 있다. 이때 고주파수에서 해당 안테나 구조물(1200)은 상기 연결소자(1202)가 개방된 것과 같으므로 전기적으로 연결되지 않게 되어 두 개의 분리된 별개 안테나로 동작한다.
도 13은 본 발명에 따른 제 13 안테나 구조물(1300)을 도시한 도면이다. 이때, 제 13 안테나 구조물(1300)은 두 개 이상의 연결소자(1302, 1304)를 포함하고, 이들 제 13-1 및 제 13-2 연결소자(1302,1304)에는 각각 제 2 및 제 3 필터(1306,1308)가 갖추어진다. 설명의 편의를 위해 도면에는 2개의 연결소자만을 나타내었으나 필요하다면 두 개 이상의 연결소자를 사용하는 것도 가능함은 물론이다. 하나의 가능한 실시예로서 포트에 근접한 제 13-2 연결소자(1304)의 제 3 필터(1308)는 저역통과필터를, 제 13-1 연결소자(1302)의 제 2 필터(1306)는 고역통과필터를 사용하여 높은 격리도를 갖는 주파수 대역이 2개인 이중 대역 구조물을 들 수 있겠다.
도 14는 본 발명에 따른 제 14 안테나 구조물(1400)을 도시한 도면이다. 이때, 제 14 안테나 구조물(1400)은 동조가능(tunable) 소자(1406)가 작동적으로 연결된 하나의 제 14 연결소자(1402)를 포함하고, 또한 제 14-1 및 제 14-2 안테나 소자(1408,1010)를 포함한다. 상기 동조가능 소자(1406)는 상기 연결소자(1402)의 전기적 연결의 지연시간, 위상, 또는 리액티브 임피던스(reactive impedance)를 변화시킬 수 있다. 이 경우 산란계수 S21/S12의 크기와 주파수 응답은 전기적 지연시간 또는 임피던스의 변화에 영향을 받으며, 따라서 제 14 안테나 구조물(1400)은 상기 동조가능 소자(1406)를 이용하여 특정 주파수에서 높은 격리도를 갖도록 조정되거나 최적화 될 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 제 15 안테나 구조물(1500)을 도시한 도면이다. 이때, 제 15 안테나 구조물(1500)은 일례로 소프트 웨어 보호장치의 일종인 WIMAX USB 동글(dongle)에 사용될 수 있으며, 일례로 2300MHz에서 2700MHz까지의 WIMAX 대역에서 동작하도록 할 수 있다.
이를 위한 제 15 안테나 구조물(1500)은 전도성의 제 15 연결소자(1506)로 연결된 두 개의 제 15-1 및 제 15-2 안테나 소자(1502, 1504)를 포함한다. 이때, 제 15-1 및 제 15-2 안테나 소자(1502,1504)에는 각각 원하는 동작 주파수 범위를 획득할 수 있도록 그 전기적 길이를 증가시키는 슬롯이 포함되며, 이번 예에서는 중심 주파수 2350MHz로 최적화되었다. 필요하다면 더 높은 중심 주파수를 획득하기 위해 슬롯의 길이는 감소 될 수 있다. 또한 제 15 안테나 구조물(1500)은 제 2 PCB(1508)에 배치되며, 각각의 안테나의 급전지점에는 2-성분 집중 소자 매치(two-component lumped element match)가 제공되었다.
한편, 이러한 제 15 안테나 구조물(1500)은 금속성형에 의해 제조될 수 있고, 0.2mm 두께의 구리 합금판으로 제조될 수 있다. 그리고 상기 제 15 안테나 구 조물(1500)은 그 중앙의 연결소자에 있어서 픽업(pick-up)이 가능한 구조를 나타내어 자동 파지 및 배치 어셈블리(automated pick-and-place assembly)로 처리될 수 있으며, 또한 리플로우 방식의 표면실장어셈블리(surface-mount reflow)로 처리될 수도 있다.
도 16은 본 발명에 따른 제 16 안테나 구조물(1600)을 도시한 도면이다. 이때, 제 16 안테나 구조물(1600)은 일례로 제 15 안테나 구조물(1500)과 같이 WIMAX USB 동글에 사용될 수 있고, 2300MHz에서 2700MHz까지인 WIMAX 대역에서 동작할 수 있다.
제 16 안테나 구조물(1600)은 각각 굴곡진 형태의 미엔더 모노폴(meander monopole)로 이루어진 두 개의 제 16-1 및 제 16-2 안테나 소자(1602, 1604)를 포함하는바, 각각의 미엔더 길이는 중심 주파수를 결정한다. 이때, 도면에 나타난 형태는 2350MHz 중심주파수에 최적화되어 있고, 더 높은 중심주파수를 획득하기 위해 필요하다면 미엔더의 길이는 감소될 수 있다.
그리고 제 16 연결소자(1606)는 제 16-1 및 제 16-2 안테나 소자(1602,1604)를 전기적으로 연결하고, 2-성분 집중소자 매칭요소(two-component lumped element match)가 각각의 안테나 소자(1602,1604)의 급전지점에 제공되었다.
이러한 제 16 안테나 구조물(1600)은 일례로 제 1 플라스틱 캐리어(1608)에 탑재된 FPC(Flexible Printed Circuit)에 실장된 것으로 구리로부터 제조될 수 있고, 상기 안테나 구조물(1600)은 상기 FPC의 금속부에 생성될 수 있다. 상기 제 1 플라스틱 캐리어(1608)는 기계적인 지지대 역할을 할 수 있고, 또한 PCB 어셈블 리(1610)에 쉽게 설치하는 것이 가능하게 한다. 더불어, 상기 제 16 안테나 구조물(1600)은 금속판으로 형성되는 것도 가능하다.
도 17은 본 발명에 따른 제 17 안테나 구조물(1700)을 도시한 도면이다. 이때, 제 17 안테나 구조물(1700)은 일례로 USB나 ExpressCard/34, ExpressCard/54 등의 데이터 카드 포맷에 사용될 수 있으며, 상기 제 17 안테나 구조물(1700)은 일례로 2.3GHz에서 6GHz 사이에서 동작하도록 설계되었다. 상기 제 17 안테나 구조물(1700)은 금속판으로 만들어 지거나 또는 플라스틱 캐리어(1702)에 탑재된 FPC에 실장되어 제작될 수 있다.
도 18a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 18 안테나 구조물(1800)을 도시한 도면이다. 이때, 제 18 안테나 구조물(1800)은 세 개의 포트를 포함하는 세 가지 모드의 안테나를 포함한다. 이러한 구조물에서, 세 개의 모노폴인 제 18-1, 18-2, 18-3 안테나 소자(1802,1804,1806)는 서로 이웃한 안테나 소자(1802,1804,1806)들과 전도성 고리의 제 18 연결소자(1808)로 연결된다. 그리고 제 18-1,18-2,18-3 안테나 소자(1802,1804,1806)는 공통 카운터포이스 또는 공동(空洞)의 단일 전도성 실린더인 슬리브(sleeve, 1810)로 평형을 이루며, 통신장치에 안테나 구조물을 연결하기 위한 세 개의 동축 케이블(1812, 1814, 1816)을 포함하는바, 이들 동축케이블(1812, 1814, 1816)은 슬리브(1810)의 내부를 관통한다. 이와 같이 제 18 안테나 구조물(1800)을 포함하는 안테나 어셈블리는 실린더로 감싸지는 단일 FPC로부터 설계될 수 있으며, 세 개의 분리된 안테나를 대신할 수 있는 단일 안테나 어셈블리를 제공하기 위해 하나의 플라스틱 원통 형태로 일괄 제작 될 수 있다. 이때, 일례로 상기 단일 안테나 어셈블리는 2.45GHz에서 포트 간 높은 격리도를 갖고 동작할 수 있도록 실린더의 직경은 10mm이며 안테나의 전체길이는 56mm로 제작될 수 있다. 이때 상기 안테나 어셈블리는 2.4GHz부터 2.5GHz까지의 대역에서 동작하는 MIMO나 802.11N 시스템 등 다중 안테나 방사 시스템(multiple antenna radio system)에 사용될 수 있다. 또한 포트들 사이의 격리 외에도 각각의 포트는 도 18b에서처럼 서로 상이한 이득패턴을 생성할 수 있는 이점이 있다. 이때, 상기의 내용은 특정한 일례에 지나지 않는바, 어떠한 목적 주파수에서도 동작 가능하도록 설계될 수 있다. 또한 2 포트 안테나 구조물에서 설명된 동조, 대역폭 조절 및 다중대역 구조물을 생성하기 위한 방법은, 앞의 내용을 토대로 할 때 다중포트 구조물에 적용 가능함은 물론이다.
한편 제 18 안테나 구조물(1800)은 전형적인 실린더를 사용하였으나, 3개의 안테나 소자와 연결소자를 사용하여 상기 실시예에서와 동일한 효과를 가져오도록 하기 위해 다른 배치 방법을 사용하는 것도 물론 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 삼각형을 구성하는 직선연결, 또 다른 다각형의 배열도 포함한다. 아울러 공통 카운터포이스를 갖는 세 개의 모노폴 소자들 대신에 세 개의 분리된 다이폴을 유사하게 연결한 구조를 설계하는 것도 가능하다. 또한 안테나 소자들을 대칭적으로 배열하는 것이 각각의 포트로부터 동일한 동작(일례로, 대역폭, 격리도, 임피던스 매칭)을 얻음으로써 유리하지만, 실제 이용함에 있어서 안테나 소자들을 비대칭적으로 배열하거나 또는 서로 다른 거리만큼 분리시켜 배치하는 것도 가능하다.
도 19는 본 발명에 따른 제 19 안테나 구조물(1900)이 결합기(combiner)에 사용된 경우를 도시한 도면이다. 도면에 나타난 바와 같이, 전송 신호는 제 19 안테나 구조물(1900)의 두 개 안테나 포트에 동시에 인가될 수 있다. 이러한 구조에서 상기 멀티 모드 안테나는 안테나로서의 역할과 전력증폭 결합기(Power Amplifier combiner)로서의 역할을 동시에 할 수 있다. 이 경우 안테나 포트들 사이의 높은 격리도는 신호왜곡이나 효율손실 등과 같은 바람직하지 못한 결과를 가져오는 두 개의 제 1 및 제 2 증폭기(1902, 1904) 사이의 상호작용을 제한한다. 한편, 제 19 안테나 구조물(1900)은 안테나 포트에서 선택적인 임피던스 매칭이 제공될 수 있다. 비록 특정 실시예에 관하여 설명했지만 이들은 모두 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 한정 또는 제약하지 않는다.
더 나아가 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에서 얼마든지 다른 실시예가 가능한바, 앞서 살펴본 안테나 구조물들의 각종 소자 등은 동일동작을 수행하기 위한 별도의 요소가 가감될 수 있다.
일례로 안테나 소자와 연결소자 또는 멀티모드 안테나 구조물의 일부 소자를 결합하여 복수의 안테나 포트에 작동적으로 결합된 다중 급전지점을 갖는 단일 방사 구조물을 이룰 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 양태에 대한 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명한 사실일 것이다.
도 1a는 두 개의 병렬 다이폴로 이루어진 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 1b는 도 1a의 안테나 구조물 중 어느 하나의 다이폴의 여기에 의한 전류 흐름을 도시한 도면.
도 1c는 도 1a의 안테나 구조물에 대응되는 모델을 도시한 도면.
도 1d는 도 1c의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 그래프.
도 1e는 도 1c의 안테나 구조물의 전류비를 나타낸 그래프.
도 1f는 도 1c의 안테나 구조물의 이익패턴을 나타낸 그래프.
도 1g는 도 1c의 안테나 구조물의 포락선 상관도를 나타낸 그래프.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 연결소자로 연결된 두 개의 병렬 다이폴로 이루어진 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 2b는 도 2a의 안테나 구조물에 대응하는 모델을 도시한 도면.
도 2c는 도 2b의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 도면.
도 2d는 도 2b의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 도면.
도 2e는 도 2b의 안테나 구조물의 전류비를 나타낸 그래프.
도 2f는 도 2b의 안테나 구조물의 이익패턴을 나타낸 그래프.
도 2g는 도 2b의 안테나 구조물의 포락선 상관도를 나타낸 그래프.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 미엔더 연결소자로 연결된 두 개의 병렬 다이폴로 이루어진 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 3b는 도 3a의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 그래프.
도 3c는 도 3a의 안테나 구조물의 전류비를 나타낸 그래프.
도 3d는 도 3a의 안테나 구조물의 이익패턴을 나타낸 그래프.
도 3e는 도 3a의 안테나 구조물의 포락선 상관도를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 접지면 혹은 카운터포이스 상의 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 평형 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 6b는 특정 다이폴 폭 값을 갖는 도 6a의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 그래프.
도 6c는 도 6b에서와 다른 특정 다이폴 폭 값을 갖는 도 6a의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 PCB(Printed Circuit Board)에 실장된 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 이중 공진 하는 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 8b는 도 8a의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 동조가능(tunable) 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 실시예에 따라 안테나 소자 길이에 대해 서로 다른 위치에 배치된 연결소자를 포함하는 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 10c 및 도 10d는 각각 도 10a 및 도 10b의 안테나 구조물의 산란계수를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 스위치를 가진 연결소자를 포함하는 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 필터와 결합된 연결소자를 포함하는 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 각각 필터와 결합된 두 개의 연결소자를 포함하는 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 동조 가능 연결소자를 포함하는 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 PCB 어셈블리에 형성된 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 PCB 어셈블리에 형성된 또 다른 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라 PCB 어셈블리에 형성될 수 있는 교호 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 18a는 본 발명의 실시예에 따라 세 가지 모드를 갖는 안테나 구조물을 도시한 도면.
도 18b는 도 18a의 안테나 구조물의 이익패턴을 나타낸 그래프.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조물의 안테나 및 전력 증폭 결 합 어플리케이션을 도시한 도면.

Claims (1)

  1. 안테나 구조물과의 양방향 통신을 위한 신호처리용 회로가 포함된 통신장치에서 전자기적 신호를 송수신하기 위한 멀티모드 안테나 구조물로서,
    상기 회로에 작동적으로(operatively) 연결된 복수의 안테나 포트와;
    상기 안테나 포트 중 상이한 하나에 각각 작동적으로 연결된 복수의 안테나 소자와;
    상기 복수의 안테나 소자 가운데 어느 하나의 안테나 소자의 전류가 해당 안테나 소자에 전기적으로 연결된 이웃하는 안테나 소자로 흐르고, 상기 이웃하는 안테나 소자에 결합된 안테나 포트를 우회하여 흐르고, 상기 해당 안테나 소자를 통해 흐르는 전류의 크기는 상기 이웃하는 안테나 소자를 통해 흐르는 전류와 크기가 동일하고, 상기 복수의 안테나 포트 중 어느 하나에 의해 여기된 안테나 모드는 다른 안테나 포트에 의해 여기된 안테나 모드와 희망신호주파수범위(desired signal frequency range)에서 전기적으로 격리되어 상기 복수의 안테나 소자들이 다양한 안테나 패턴을 생성하도록 상기 복수의 안테나 소자들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 연결소자를 포함하며,
    상기 통신장치는 휴대폰(cellular handset), PDA(Personal Digital Assistants), 무선 네트워크 장치(wireless networking device) 또는 PC(personal computer)용 데이터 카드(data card)인 멀티모드 안테나 구조물.
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