KR20100098300A - 다이버시티 차수가 2인 소형 안테나 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이버시티 차수가 2인 매우 소형의 안테나 시스템에 관한 것이다. 전자 카드 위에 통합되고 다이버시티 차수가 2인 안테나 시스템은, 접지 평면에 연결된 제 1 말단, 제 2 자유 말단(11'), 및 전도성 전원 부분(11")을 구비한 F-반전된 타입의 제 1 방사 요소(11)와, 접지 평면에 연결된 제 1 말단, 제 2 자유 말단(13'), 및 전도성 전원 부분(13")을 구비한 F-반전된 타입의 제 2 방사 요소(13)를 포함하고, 제 1 및 제 2 방사 요소의 자유 단들은 서로 반대쪽에 있으며, 접지 평면(12)의 돌출 요소(15)에 의해 분리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 응용예는 다수-표준 통신 디바이스들을 위한 전자 카드들에서 찾아볼 수 있다.

Description

다이버시티 차수가 2인 소형 안테나 시스템{COMPACT ANTENNA SYSTEM WITH A DIVERSITY ORDER OF 2}

본 발명은 다이버시티 차수가 2인 소형 안테나 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 다수-표준 디지털 플랫폼이나 게이트웨이와 같은 무선 통신 디바이스들을 위한 안테나 시스템에 관한 것이다.

디지털 플랫폼이나 게이트웨이는 현재 무선 링크들을 통한 다중-서비스를 시장에서 제안한다. 그러므로 디지털 플랫폼이나 게이트웨이는 DECT(Digital Enhanced Cordless Telephone) 기능을 구현하는 디지털 전화기 통신에 관한 표준이나, IEEE802.11a,b,g 표준들과 같은 높은 비트속도의 무선 통신에 관한 표준과 같은 다양한 표준을 지원할 수 있어야 한다.

게다가, 이러한 타입의 무선 통신은 때때로 구내(premise)에서 실행되고, 그럴 경우 수신된 신호의 품질을 매우 불리하게 만드는 다수 경로들 현상, 특히 신호들의 페이딩(fading)을 일으키는 간섭 현상이 관찰된다.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 다이버시티 차수가 2인 안테나 시스템이 사용된다. 하지만, 올바른 다이버시티를 얻기 위해서는 2개의 안테나가 완벽하게 상관되지 않아야 하는 것이 필수적이다. 따라서, 당업자라면 안테나들 사이에 공간을 두는 경향을 가진다. 하지만, 현재 시판중인 무선 통신 디바이스는 점점 더 소형화되고, 이는 다른 처리 회로들을 수용하는 전자 카드 위에 직접적으로 실현된 안테나의 위치에 관한 문제를 제기한다.

전술한 단점들을 극복하기 위해 다양한 해결책이 제안되었다. 그러므로, 출원인이 톰슨 라이센싱(THOMSON Licensing)인 특허 출원 WO2007/006982호에서는 전자 카드 위에서 서로 등을 맞댄 2개의 F-반전된(inverted) 타입의 안테나를 통합하는 것이 제안되었다. 2개의 F-반전된 타입의 안테나 사이의 분리(decoupling)를 개선하기 위해, 길이가 λg/4인 슬롯이 바람직하게 제공된다. 이러한 타입의 안테나 시스템이 도 1에 도시되어 있다.

이 경우, 접지 평면(2)을 지닌 기판(1) 위에 2개의 F-반전된 타입의 안테나(3,4)가 에칭된다. 도시된 실시예에서의 안테나(3,4)는 서로 수직인 기판(1)의 주변부를 따라 위치한다. 안테나(3,4)는 접지를 형성하는 그것들의 말단(3',4')에 의해 연결되고, 반면에 자유 말단(3",4")은 금속화되지 않은 기판의 한 부분(각각 A,B) 쪽으로 개방되어 있다.

이 경우, 말단(3',4')은 접지 평면(2)에 연결되고, 도시된 실시예에서 2개의 안테나 사이의 분리를 개선하기 위해 슬롯(5)이 제공된다. 각각의 안테나(3,4)는 피드 라인(feed line)(3a,4a)에 의해 연결되고, 피드 라인은 각각 피드 포트(port)(3b,4b)에 50Ω으로 매칭된다.

이 안테나 시스템은 2개의 방사 요소 사이의 양호한 격리를 가진다. 하지만, 그 방사 요소 앞에 여유 공간 영역(clearance area)(A,B)을 요구한다. 이 영역(A,B)은 안테나가 올바른 상태에서 동작하도록 임의의 금속 부분을 포함해서는 안 된다.

그러므로 본 발명은 낮은 비용으로 하지만 매우 소형으로 제작될 수 있고, 통신에서 사용된 동작 주파수들, 특히 DECT에 의해 요구된 주파수들에 적응할 수 있는, 다이버시티 차수가 2인 안테나 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 전자 카드 위에 통합된 다이버시티 차수가 2인 안테나 시스템으로서, 이 안테나 시스템은 접지 평면에 연결된 제 1 말단, 제 2 자유 말단, 및 전도성 전원(power supply) 부분을 구비한 F-반전된 타입의 제 1 방사 요소와, 접지 평면에 연결된 제 1 말단, 제 2 자유 말단, 및 전도성 전원 부분을 구비한 F-반전된 타입의 제 2 방사 요소를 포함하고,

제 1 및 제 2 방사 요소의 자유 단들은 서로 반대쪽에 있으며, 접지 평면의 돌출 요소에 의해 분리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 추가 특징에 따르면, 접지 평면(12)의 돌출 요소(15)에서 슬롯(16)이 실현된다. 바람직하게, 분리를 향상시키는 이 슬롯은 λg/4의 길이를 가지고, 여기서 λg는 동작 주파수에서 라인에서의 파장이다.

본 발명의 또 다른 추가 특징에 따르면, 분리 슬롯의 각 면에서의 접지 평면에서 제 2 슬롯과 제 3 슬롯이 실현된다.

이 제 2 및 제 3 슬롯은 바라는 대역의 주파수에서 최적의 방사를 얻기 위해, 방사 요소의 치수들이 적응될 수 있게 한다. 이러한 식으로, 안테나의 좀더 소형인 시스템이 주어진 주파수에 관해 얻어진다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 바람직한 실시예의 후속하는 설명을 읽음으로써 분명해지고, 이러한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 이루어진다.

본 발명을 통해 낮은 비용으로 하지만 매우 소형으로 제작될 수 있고, 통신에서 사용된 동작 주파수들, 특히 DECT에 의해 요구된 주파수들에 적응할 수 있으며, 다수-표준 디지털 플랫폼이나 게이트웨이와 같은 무선 통신 디바이스들을 위해 사용될 수 있는 다이버시티 차수가 2인 안테나 시스템이 제작될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 안테나 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 2개의 방사 요소를 지닌 F-반전된 타입의 안테나 시스템을 보여주는 개략 사시도.
도 3은 도 2의 안테나 시스템의 주파수의 함수로서 주어지는 곡선들, 각각의 방사 요소의 적응, 및 2개의 방사 요소 사이의 격리를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 다이버시티 차수가 2인 안테나 시스템의 개략 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 안테나 시스템에 관한 각각의 방사 요소의 적응을 주는 시뮬레이션 곡선들과 2개의 방사 요소 사이의 격리를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 안테나의 방사 요소의 상이한 치수들을 제공하는 확대된 평면도.

설명을 간단하게 하기 위해, 동일한 요소는 도면에서 동일한 참조 번호를 가진다.

이제 도 2를 참조하여, 종래 기술에 따른 안테나의 올바른 동작을 위해 요구된 여유 공간 영역의 문제를 극복하는, 2개의 F-반전된 타입의 방사 요소를 포함하는 안테나 시스템의 일 실시예가 설명된다.

이 안테나에서는 정면으로 마주보는 F-반전된 타입의 안테나의 2개의 자유 부분을 가지는 것이 제안된다. 하지만, 이 안테나 타입은 안테나 시스템의 전체 크기를 감소시키고, 당업자들에게 공지된 방사 요소들 사이의 상호 결합의 문제점을 해결하지 못한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이 안테나 시스템은 금속화된 부분(12)을 지닌 기판(10) 위에 에칭된 F-반전된 타입의 제 1 방사 요소(11)로 구성된다. 이 제 1 방사 요소는 한쪽 말단이 접지 평면(12)에 연결되고, 다른 쪽 말단(11')이 기판(10)의 모서리 쪽으로 연장하는 전도성 암(arm)(11a)을 포함한다. F-반전된 타입의 제 2 방사 요소(13)는 요소(11)의 것과 유사한 방식으로, 하지만 요소(11)를 수용하는 기판에 수직인 기판(10)의 부분 위에서 실현된다. 이러한 F-반전된 타입의 제 2 방사 요소(13)는 또한 한 부분이 접지면에 연결되고, 다른 부분(13')이 자유롭고 부분(11')과 마주보는 전도성 암(13a)을 포함한다.

이러한 경우, 암(11a,13a)은 요소(14)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(10) 위에 위치할 수 있는 전자기 신호 처리 회로들에 피드 라인(11",13")에 의해 연결된다. 이러한 구조는 특별히 소형이라는 장점을 가진다.

하지만, 이러한 타입의 구조 위에서 실행된 시뮬레이션들은 도 3에 도시된 적응 곡선(a,b)과, 격리 곡선(c)을 제공하였다. 격리 곡선(c)은 당업자에게 알려진 바와 같이 방사 요소 사이의 매우 강한 상호 결합을 보여주고, 차수가 2인 양호한 다이버시티가 얻어질 수 있게 하지 못한다.

정도가 양호한 소형성을 유지하면서 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 발명은 F-반전된 타입의 방사 요소들의 2개의 자유 부분과 접지 평면의 돌출 요소(15) 사이를 통합하는 것을 제안한다. 이러한 돌출 요소는 2개의 안테나의 최대 크기와 호환성이 있는 길이를 지닌 핑거(finger)의 형태로 되어 있다. 바람직하게 이러한 돌출 요소는 그 길이(D4)가 현저하게 λg/4와 같고, 여기서 λg가 금속 돌출 요소에서의 안내된(guided) 파장이 되도록 계산되는 슬롯(16)을 가진다. 게다가, 슬롯들과 핑거의 금속 부분들의 최소 폭은 기술적 제약 사항(constraint)에 관련된다. 슬롯들과 핑거의 금속 부분들의 최소 폭은 크기가 150㎛인 폭을 통상적으로 가진다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 접지 평면(12)에서 분리 슬롯(16)의 각 면에 2개의 슬롯(17,18)이 실현된다.

도 6에 도시된 바와 같이, F-반전된 타입의 방사 요소의 동작 주파수를 계산하기 위해 고려된 길이(L1)는 L1=D1+H+D2+D3+D4가 되는 식으로 계산된다. 그러므로 길이(D3)는 F-반전된 타입의 방사 요소의 동작 주파수를 적응시키도록 선택된다.

유한 요소 방법에 기초한 HFSS Ansoft 전자기 시뮬레이터를 사용하여 행해진 3차원 시뮬레이션은 도 4와 도 6을 참조하여 설명된 것과 같은 안테나 시스템에서 실행되었다. 이 경우, 선택된 값들은

D1=0.12λ0

H=0.05λ0

D2=0.155λ0

D3=0.109λ0

D4=0.188λ0이다.

이들 값은 1.88㎓와 1.93㎓ 사이에 포함된 주파수들의 대역에서의 동작을 보장하는 식으로 사용되었다. 사용된 기판은 FR4라고 알려진 기판 타입이고, 그 두께는 1.4㎜이며, 유전율(εr)이 4.4이고, 탄젠트 손실(loss tangent)이 0.33이다. 도 5에서 얻어진 곡선들은 각각의 방사 요소의 적응(adaptation)이 유용한 대역에서 -10㏈ 미만이고(곡선 a,b), 2개의 방사 요소 사이의 격리가 -15㏈ 미만(곡선 c)이라는 것을 보여준다.

11: 제 1 방사 요소 12: 접지 평면
13: 제 2 방사 요소 15: 돌출 요소
16: 슬롯

Claims (4)

1. 전자 카드 위에 통합된 다이버시티(diversity) 차수가 2인 안테나 시스템으로서,
   접지 평면에 연결된 제 1 말단, 제 2 자유 말단(11'), 및 전도성 전원(power supply) 부분(11")을 구비한 F-반전된 타입의 제 1 방사 요소(11)와, 접지 평면에 연결된 제 1 말단, 제 2 자유 말단(13'), 및 전도성 전원 부분(13")을 구비한 F-반전된 타입의 제 2 방사 요소(13)를 포함하는, 안테나 시스템에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 방사 요소의 자유 단들은 서로 마주보고, 접지 평면(12)의 돌출 요소(15)에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 접지 평면(12)의 돌출 요소(15)에서 슬롯(16)이 실현되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 슬롯은 λg/4의 길이를 가지고, 여기서 λg는 동작 주파수에서의 라인의 파장인 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   분리 슬롯의 각 면에서의 접지 평면에서 제 2 슬롯과 제 3 슬롯이 실현되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.

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