KR20120096927A

KR20120096927A - 전자 장치에서 안테나들 사이에 높은 절연을 제공하는 안테나 시스템

Info

Publication number: KR20120096927A
Application number: KR1020127009984A
Authority: KR
Inventors: 마크 티. 몽고메리; 프랭크 엠. 카이미; 폴 에이. 주니어. 토나타
Original assignee: 스카이크로스 인코포레이티드
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-08-31
Also published as: CA2813942A1; CN102696148A; TW201119132A; US20110122035A1; WO2011044333A2; US20150084819A1; WO2011044333A3; US8928538B2; JP2013507837A

Abstract

안테나 시스템은 프린트된 회로 보드 어셈블리를 갖는 휴대용 전자 장치를 제공한다. 안테나 시스템은 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 제공되는 제1 안테나 및 제2 밸런스된 안테나를 포함한다. 상기 제1 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 한 부분으로 피드되며, 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 접지면은 상기 제1 안테나에 대한 카운터포이즈를 제공한다. 상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면으로의 커플링을 일반적으로 최소화하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 밸런스된 안테나 사이의 절연을 증가시키도록 구성되고 지향되는 다이폴 엔드들의 구성을 포함한다.

Description

전자 장치에서 안테나들 사이에 높은 절연을 제공하는 안테나 시스템{ANTENNA SYSTEM PROVIDING HIGH ISOLATION BETWEEN ANTENNAS ON ELECTRONICS DEVICE}

본 출원은 동시에(simultaneously) 구동하는 적어도 두 개의 안테나를 포함하는 휴대용 전자 장치 내의 안테나 시스템에 일반적으로 연관된다. 본 출원은 (1) 미국 특허 가출원 제61/250,344호 (2009년 10월 9일) "동일한 전자 장치의 안테나 사이의 높은 절연을 위한 밸런스된(Balanced) 안테나 및 정렬(Arrangement)" 및 (2) 미국 특허 가출원 제61/363,085호 (2010년 7월 9일) "감소된 근거리-필드 라디에이션(Radiation) 및 전자파 인체 흡수율(Specific Absorption Rate(SAR)) 값을 갖는 안테나"에 대한 우선권을 주장하며, 상기 두 출원은 본 출원에서 참조된다.

휴대용 전자 장치(예를 들어, USB 동글(dongles) 및 다른 무선 라우터(routers), 셀룰러 헤드셋, 개인 디지털 어시스턴스(assistants), 스마트 폰, 및 휴대용 개인 컴퓨터)는 전형적으로 프린트된 회로 보드(printed circuit board(PCB)) 어셈블리에 전자 컴포넌트들을 포함한다.

이러한 장치에서 무선 통신을 위한 안테나는 PCB 어셈블리에 부착될 수 있다. 이를 테면, 싱글-엔드형(single-ended) 안테나들은 상기 싱글-엔드형 안테나들을 위한 카운터포이즈(counterpoise)를 제공하는 PCB 어셈블리로부터 바로 피드되어(fed directly), 상기 안테나들이 다른 가능한 것보다 훨씬 작도록 할 수 있다.

상기 카운터포이즈가 작을 경우(이를 테면, 상기 안테나들의 구동 파장 정도(with dimensions on the order of the operating wavelength of the antennas)이거나 또는 그 보다 작은 경우), 동일한 카운터포이즈로부터 두 개 이상의 안테나들로 피딩(feeding)을 하는 것은 하나의 안테나부터 다른 안테나로 너무 많은 커플링을 도입하는 단점을 가질 수 있다.

이것은 동일한 시간에 동일한 장치로부터 하나 이상의(more than one) 무선부(radio)가 동작해야만 할 경우 공존 문제(coexistence problem)의 예(example)가 된다.

상기 동일한 카운터포이즈에 피드된(fed) 적어도 두 개의 안테나들을 갖는 장치의 하나의 예는, 2500 내지 2700 MHz 대역을 이용하는 WiMAX 광대역 통신망(wide area network(WAN))에서의 통신을 위한 제1 무선국(a first radio)이고, 2400 내지 2500 MHz 대역에서 802.11(WiFi) 프로토콜을 이용하는 근거리 통신망(local area network(LAN)) 통신을 위한 제2 무선국(a second radio)을 사용하는 휴대용 무선 라우터 장치이다.

상기 WiMAX 무선국과 연결된 상기 안테나(들) 및 상기 WiFi 무선국과 연결된 상기 안테나(들) 사이에서 가능한 많은 절연(isolation)을 얻는 것은 바람직하다. 왜냐하면 상기 인접한 구동 대역들(operating bands)이 서로 간의 간섭(interfering)으로 특히 취약한(vulnerable) 무선국들(radios)이 발생하기 때문이다.

추가적으로, 휴대용 전자 장치에 대한 산업 디자인 동향은 팩터들(factors)의 형태를 슬리머(slimmer)하게 드라이빙(driving)한다. 동일한 시기에, 다중 입력, 다중 출력(multiple-input, multiple-output(MIMO)) 신호 처리 기술을 사용하는 첨단 통신 시스템은 이러한 플랫폼(platforms)으로 복수의 무선국(radio) 송신기를 드라이빙(driving)한다.

풀(full) MIMO 또는 802-11n 또는 802-11b 프로토콜 내에서 다이버시티 구동(diversity operation)을 허용하는 동시에, WiFi 및 WiMAX 무선 사이의 공존을 위한 충분한 절연이 제공된다.

또한, 두 안테나들이 동시에 송신하기 위해 사용될 경우, 전자파 인체 흡수율(SAR)에서의 증가가 감소된다.

본 발명의 일실시예들에 따르면, 휴대용 전자 장치에서의 안테나 시스템이 제공된다. 상기 안테나 시스템은 상기 휴대용 전자 장치의 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 제공되는 제1 안테나 및 제2 밸런스된 안테나를 포함한다.

상기 제1 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 한 부분으로 피드(fed)되고, 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 접지면(ground plane)은 상기 제1 안테나에 대해 카운터포이즈(counterpoise)를 제공한다.

상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 접지면으로의 커플링을 일반적으로 최소화(minimize)하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 밸런스된 안테나 사이의 절연(isolation)을 증가시키도록 구성되고 지향되는 다이폴 엔드들(dipole ends)의 구성을 포함한다.

본 발명의 다양한 실시예들은 아래에 자세한 설명에서 제공된다. 기타 및 다른 가능한 본 발명의 실시예들, 및 그 몇 가지 세부 사항은 모든 발명에서 출발하지 않으며, 다양한 관점에서 수정이 가능할 수 있는 것을 알아야 한다. 따라서, 도면(drawings)과 설명은 자연(nature)에서 설명이 아닌 제한하거나 제한하는 실례(illustrative)가 되는 것으로 간주된다.

풀(full) MIMO 또는 802-11n 또는 802-11b 프로토콜 내에서 다이버시티 구동(diversity operation)을 허용하는 동시에, WiFi 및 WiMAX 무선 사이의 공존을 위한 충분한 절연이 제공할 수 있다.

또한, 두 안테나들이 동시에 송신하기 위해 사용될 경우, 전자파 인체 흡수율(SAR)에서의 증가가 감소될 수 있다.

도 1a은 본 발명의 일실시예에 따른 모범적인(exemplary) 안테나 시스템의 투시도이다.
도 1b은 본 발명의 일실시예에 따른 도 1a의 안테나 시스템의 단면(cross section)이다.
도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1a에서 나타낸 밸런스된 안테나의 확대 투시도이다.
도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 설명의 목적을 위해 제거된 캐리어(carrier)와 함께 도 1c의 밸런스된 안테나의 확대 투시도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 도 1a의 상기 안테나 시스템의 테스트 포트들(test ports) 사이에 측정된 커플링 및 리턴 손실(return loss)을 도시하는 그래프들이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1a의 안테나 시스템의 밸런스된 안테나에 대한 측정된 방사 패턴(radiation patterns)이다.
도 4는 본 발명의 적어도 하나의 일실시예에 따른 대안(alternative) 안테나 시스템의 투시도이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 도 4의 안테나 시스템의 테스트 포트들 사이의 측정된 커플링 및 리턴 손실을 도시하는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 적어도 하나의 일실시예에 따른 대안(alternative) 안테나 시스템의 투시도이다.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 설명을 목적으로 한 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 분리된 밸런스된 안테나를 나타내는 도 6a의 안테나 시스템의 투시도이다.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 설명을 목적으로 한 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 분리된 밸런스된 안테나를 나타내는 도 6a의 안테나 시스템의 단면이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 일실시예에 따른 도 6a의 안테나 시스템에 대한 다양한 안테나 성능 파라미터를 도시한 그래프들이다.
도 8는 본 발명의 적어도 하나의 일실시예에 따른 안테나 시스템의 투시도이다.
도 9는 본 발명의 적어도 하나의 일실시예에 따른 안테나 시스템의 투시도이다.
참고 숫자는 일반적으로 도면의 부품의 표현과 같다.

본 명세서에서 제시되는 다양한 실시예들은 동시에 구동되는 두 개 이상의 안테나를 갖는 전자 통신 장치들을 위한 안테나 시스템에 연관된다. 아래에서 더 자세히 논의한 바와 같이, 상기 안테나 시스템은 접지면을 갖고 있는 프린트된 회로 보드 어셈블리 및 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 제공되는 제1 안테나와 제2 밸런스된 안테나를 포함한다.

상기 제1 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 한 부분으로 피드(fed)되고, 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면은 상기 제1 안테나의 카운터포이즈(counterpoise)를 제공한다.

상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드의 상기 접지면으로의 커플링을 일반적으로 최소화하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 밸런스된 안테나 사이의 절연(isolation)을 증가시키도록 구성되고 지향되는 다이폴 엔드들의 구성을 포함한다.

본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따르면, 각 안테나에 의해 발생한 피크 근거리 필드들(peak near fields)은 실질적으로 오버랩(overlap)되지 않는다. 따라서 두(both) 안테나들이 동시에 송신하기 위해 사용될 경우, 전자파 인체 흡수율 (Specific Absorption Rate, 이하 SAR)에서의 증가가 감소되는 것이 발생할 수 있다.

도 1a 내지 1d는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 안테나 시스템 어셈블리(100)를 나타낸다. 이 예에서는, 상기 어셈블리는 60 x 100 mm의 PCB(102) 및 세 개의 안테나들로 구성된다.

PCB(102)는 휴대용 WiMAX/WiFi 장치의 전자 소자들(electronics)를 수용(hold)하는데 사용될 수 있는 PCB를 대표(representative)한다. 두 개의 WiMAX 안테나(104)는 PCB(102)의 하나의 엔드(end)에 부착된다.

WiMAX 안테나들(104)은 PCB(102)(피드 포인트(feed point)(110))의 가장자리에 피드(fed)되고, PCB(102)의 접지면(108)은 두(both) 안테나들(104)에 대한 카운터포이즈(counterpoise)를 제공한다.

상기 WiFi 주파수 대역에서 구동을 위해 일반적으로 최적화된, 제3 밸런스된 안테나(112)는 PCB(102)의 반대 면(opposite end)에 위치한다.

도 1b의 옆 단면(side cross-section) 및 도 1c의 아이소매트릭 뷰(isometric view)에 도시한 안테나(112)는 플라스틱 서포팅 피스(supporting piece) 또는 캐리어(carrier)(116)에 적용되는 구리(copper) 포일 패턴(foil pattern)(114)을 사용하는 형태이다.

상기 피드 포인트(feed point)의 연결은 1.1 mm인 직경(diameter) 동축 케이블(coaxial cable)(118)로 이루어진다. 피드 터미널(feed terminal)(120)은 동축 케이블(118)의 실드(shield)와 연결되며, 피드 터미널(feed terminal)(122)은 동축 케이블(118)의 센터 컨덕터(center conductor)와 연결된다.

밸런스된 안테나(112)는 접지면(108)에 직교하는 원거리 E-필드 분극(far E-field polarization)을 생성하도록 지향된다. PCB(102) 및 X-Y 평면의 관련된 접지면(108)의 도 1a 및 상기 밸런스된 안테나(112)의 참조는 원거리 E-필드 분극과 일직선인 Z축이 함께 생성되도록 지향된다.

도 1d는 설명의 목적으로 삭제된 캐리어(116)와 WiFi 안테나(112)를 나타낸다. 안테나(112)는 용량성 엔드 플레이트(capacitive end plate)(124)와 함께 센터-피드된 다이폴(center-fed dipole) 및 엔드들(ends) 사이의 유도성 연결(inductive connection)(126)로 구성된다.

엔드 플레이트들(124)은 안테나(112)의 공진 주파수(resonant frequency)를 낮게 제공하며, 안테나(112)는 명목상의(nominal) 반파장 다이폴(half-wavelength dipole) 보다 더 짧아 질 수 있다. 짧은 다이폴은 입력 임피던스(impedance)가 반파장 다이폴 보다 더 낮고, 상기 유도성 연결은 안테나(112)가 50-옴으로 매칭되도록(match) 실제(real) 입력 임피던스의 증가를 제공한다.

이 예에서, 안테나의 높이 또는 Z축 크기(z-axis dimension)는, 10 mm 또는 2500MHz에서의 파장의 1/12이며, 로우-프로파일(low-profile) 제품에서 임베딩(embedding) 처리할 수 있도록 만들어진다.

안테나(112)가 밸런스되었기 때문에, 카운터포이즈의 연결을 필요로 하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 안테나(112)는 PCB 접지(108)에 의도적으로(intentionally) 연결되어 있지 않은 경우, 이러한 영향을 피하는 구체적인 어그리먼트(arrangement)없이 근거리 필드 상호 작용(near field interaction)을 통해 PCB 접지(108)에 손쉽게(readily) 커플링 된다.

커플링을 줄이기 위해, 도 1b의 어셈블리의 측면(side view)에서 볼 수 있듯이 안테나(112)는 Z축에서 PCB 접지(108)에 대해 일반적으로 대칭적으로 위치된다.

이러한 방법에서, 동일한 크기이지만 반대 부호(opposite sign)의 전자 포텐셜(electric potentials)에서 다이폴 엔드들은 접지면에서 등거리(equidistant)에 있고, 그 결과 접지면(108)에서의 중성(neutral) 포텐셜과 접지면에 넷 커플링(net coupling)이 결과적으로 0이 된다.

다이폴이 Z축에서 오프셋(offset)일 경우, 넷(net) 포텐셜은 접지면(108)의 엔드에 전달될 수 있다. 이것은 접지면(108)의 수평 공진 모드들(horizontal resonance modes)과 바람직하지 않게(undesirably) 커플링되고, 따라서 접지면(108)에 대한 안테나들(104)은 카운터포이즈를 제공하고, 안테나들(104, 112)과 커플링(couple)된다.

PCB 접지(PCB ground)(108)와의 커플링을 피하기 위한 밸런스된 안테나(112)의 설계와 어그리먼트(arrangement)는 이미 PCB 접지(108)와 상호 작용(interact)이 감소된 다른 안테나들(104)과 커플링 되는 것과 같이 위에서 언급한 몇몇의 장점을 포함한다.

추가적으로, PCB 접지(108)에서 잡음의 피크업(pickup of noise) 또는 다른 원하지 않는 진행 신호들(other unwanted conducted signals) 또한 감소된다.

게다가, PCB 접지(108)에 의한 산란(scattering)이 감소되고, 임베디드된(embedded) 다이폴은 프리 스페이스 다이폴(free-space dipole)의 무지향성 방위각 패턴(the omni-directional azimuth pattern)을 유지한다. 도 3c는 세타=90도에 따른 밸런스된 안테나(112)에 대한 방사 패턴이다.

도 1a의 어셈블리의 원형(prototype)을 위한 측정된 S 파라미터의 플롯들(Plots)은 도 2a 내지 2c에 도시된다.

이러한 플롯들에 대하여, 포트 1은 밸런스된 안테나(112)와 연결되고, 포트 2 및 포트 3은 WiMAX 안테나들(104)과 연결된다. 밸런스된 안테나(112)와 WiMAX 안테나(104)(S12 및 S13) 사이의 커플링은 -28 및 -40 dB 사이에 있다. 반면에, PCB에서 두 개의 WiMAX 안테나(104) 사이의 커플링은 대략 -15dB 이다.

도 4는 하나 또는 그 이상의 본 발명의 실시예들에 따른 동일한 두 개의 WiMAX 안테나(104)를 사용하지만, 두 개의 포트 밸런스된 WiFi 안테나(two-port balanced WiFi antenna)(402)를 갖고 있는 안테나 시스템(400)이다.

두 개의 포트 밸런스된 안테나(402)는 두 개의 WiFi 포트 사이에서 일반적으로 최적의 절연을 제공하기 위해 설계된 두 개의 포트 안테나이며, 이것은 미국 특허 7,688,273 및 7,688,275 에서 설명된 안테나와 유사하고 이 내용에 의거하여 여기로 참조 통합된다.

일반적으로, 제2 밸런스된 안테나(402)는 각각 기능적으로 각 안테나 포트(408, 410)와 커플링되는 두 개의 안테나 엘리먼트들(404, 406)을 포함한다. 커넥팅 엘리먼트(412)는 안테나 엘리먼트들(404, 406)과 전기적으로 연결되며, 하나의 안테나 엘리먼트 상의 전류(electrical currents)는 상기 다른 안테나 엘리먼트로 흐르고, 상기 다른 안테나 엘리먼트에 연결된 상기 안테나 포트를 일반적으로 바이패스(bypass)한다.

각 안테나 엘리먼트를 통해 흐르는 전류는 일반적으로 동일한 크기이며, 하나의 안테나 포트에 의해 여기(excited)된 안테나 모드는 일반적으로 주어진 원하는 신호 주파수 범위에서 다른 안테나 포트에 의해 여기(excited)된 모드로부터 전기적으로 절연된다.

도 4에서, 밸런스된 안테나(402)는 낮은 프로파일(profile)(10 mm 높이) 및 PCB 접지면(plane of the PCB ground)에 대한 대칭과 함께 Z축 분극의 생성을 위해 설계된다.

도 4의 어셈블리의 모델에 대한 시뮬레이션된(simulated) S 파라미터의 플롯들은 도 5a 내지 5d에 포함된다. 이 플롯들에 대해, 포트 1및 포트 2는 상기 WiMAX 안타나들과 연결되고, 포트 3 및 포트 4는 상기 밸런스된 두 개의 포트 안테나(balanced two-port antenna)와 연결된다.

WIMAX 안테나들(S12) 사이의 커플링은 앞에서와 같이 대략 -15dB이다 (도 5A). 두 개의 포트 안테나에 대해, 두(both) 포트는 잘 매칭되어(matched) 있으며, WiFi 대역(2400 에서 2500 MHz) 전반에서(over) 충분한(adequate) 절연을 포함한다. WiMAX 및 다른 WiFi 안테나 포트 사이의 커플링은 35 dB 보다 낮다(도 5c 및 도 5d).

그러므로, 이러한 안테나 구성(configuration)은 풀(full) MIMO 또는 802-11n 또는 802-11b 프로토콜 내에서 다이버시티 구동(diversity operation)을 허용하는 동시에, WiFi 및 WiMAX 무선 사이의 공존을 위한 충분한(adequate) 절연을 제공한다.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 다른 실시예들에 따른 안테나 시스템(600)을 도시한다. 상기 안테나 시스템은 WiMAX를 이용한 통신을 위한 어셈블리, 이를테면 USB 동글(dongle)로 사용된다.

안테나 시스템(600)은 (카운터포이즈로서 프린트된 회로 보드 어셈블리의 접지면(604)으로 사용되는)프린트된 안테나(602) 및 밸런스된 안테나(606)를 포함한다. 두(both) 안테나는 도 6B에서 보여진 바와 같이 상기 PCB 어셈블리의 동일한 엔드에 위치한다.

이러한 예에서 밸런스된 안테나(606)는 플라스틱 캐리어(plastic carrier)(608)로 플렉시블 프린트된 회로(flexible printed circuit (FPC)) 래핑(wrapping)에 의해 구성된다. 플라스틱 캐리어(608)는 PCB의 엔드에 슬라이드(slid)될 수 있다. PCB의 상단 및 하단과 측면의 스프링 접촉(spring contacts)(610)은 도 6c에 도시된 것과 같이 피드(feed)와 각각 상기 밸런스된 안테나의 접지 터미널(ground terminals)의 연결을 제공한다.

반사계수(Voltage Standing Wave Ratio(VSWR)), S12, 효율성, 및 안테나 간의 상관 관계(cross-correlation)와 같은 안테나 성능 파라미터의 플롯은 도 7a 내지 7d에서 제공된다. 이러한 플롯들은 2500MHz 에서 2700 MHz까지의 전체 대역에 걸쳐 좋은 성능을 발휘한다.

도 8은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 대체(alternate) 안테나 시스템(800)의 투시도이다. 안테나 시스템(800)은 스템프된 메탈(stamped metal)의 하나의 피스(a single piece)에서 구성되는 밸런스된 안테나(802)를 포함한다.

상기 밸런스된 안테나는 예를 들어, PCB에 슬라이딩(sliding)됨으로써 PCB에 부착될 수 있다. 단순함을 위하여, 프린트된 회로 보드의 접지면에 커플링된 안테나들은 도 8에 도시되지 않았다.

도 9는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 도 따른 대안의 안테나 시스템(900)의 투시도이다. 상기 안테나 시스템은 상기 밸런스된 안테나의 각각의 절반(half)을 형성하는 스템프된 메탈(stamped metal)(902)의 두 개의 피스(pieces)에서 형성되는 밸런스된 안테나를 포함한다.

밸런스된 안테나는 PCB(904)의 상단 및 하단 측면에 두 개의 피스들(pieces)(902)이 부착됨으로써(이를 테면, 납땜하는 것에 의해(soldering)) 완성된다. 각 안테나 피스는 두 개의 다리(legs)를 가지고 있다.

상기 스템프된 피스들(stamped pieces)의 한 측면(one side)에서의 상기 다리들은 함께 연결되는 PCB(904)의 패드(pad)에 납땜되어 있다. 따라서 상기 연결된 패드들은 상기 밸런스된 안테나의 상단 및 하단 반쪽(bottom halves)(902) 사이에 유도성 연결(inductive connection)을 완성한다.

상기 피스들의 다른 측면(other side)에서 상기 다리들의 엔드들(ends)은 상기 안테나 피드 터미널들(feed terminals)로 제공된다. 하나의 터미널은 PCB(904)의 상단 측면(top side)에 부착되며, 반대 터미널(opposite terminal)은 PCB(904)의 하단 측면(bottom side)에 부착된다. 단순함을 위해, 상기 프린트된 회로 보드의 상기 접지면에 커플링된 안테나는 도 9에 도시하지 않았다.

본 발명의 다양한 일실시예들에 따르면, 안테나 시스템의 또 다른 장점은 두 개의 안테나로부터 동시에 송신하는 장치에 대한 감소된 SAR을 생성하는 것이다. 따라서 SAR 규정(regulations)의 준수(compliance)를 가능하게 한다.

휴대용 전자 장치에서 적어도 두 개 안테나가 카운터포이즈로 PCB 접지면을 사용하는 것은 일반적이다. PCB 접지면이 전형적으로 장치 내에서 매우 큰 컨덕터(conductor)이기 때문에, 라디에이션(radiation) 환경을 지배하는(to dominate) 경향이 있다.

또한 근거리 필드(near field) 분산(distributions)도 이 특징에 의해 지배(dominated)된다. 두 개의 안테나가 상기 동일한 접지면에 커플링되고 각각 서로 인접해 있을 경우(이를 테면, 파장의 4분의 1 미만으로 떨어져 있는 경우), 자신의 근거리 필드 분산(near field distributions)은 크게 오버랩핑(overlapping)된다.

각 안테나의 하나에 두 개의 송신기들의 연결은 근거리 필드(near field)를 효과적으로 두 배로 늘린다(하나의 송신기에 비교함으로써). 결국 상기 SAR 값 또한 두 배가 된다.

이러한 문제는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 시스템에 의해 완화된다. 왜냐하면 (한 안테나는 메인 PCB 접지에 커플링되고, 별도의 분리된 안테나는 메인 PCB 접지에 커플링되지 않으며 밸런스되어) 안테나들 사이의 절연이 증가되기 때문이다.

상기 안테나 시스템은 각 안테나들이 실질적으로 오버랩되지 않음으로써 발생하는 결과로 근거리 필드 분산으로 구성된다. 위에서 언급한 것과 같이, SAR 값은 오버랩핑되는 근거리 필드에 대해 두 배로 될 수 있다.

하지만, 모범적인(exemplary) 본 발명에서 각 안테나에서 근거리 필드(near-field)의 오버랩핑 영역 감소에 대한 안테나의 구성에서 이루어지며, 바람직한 단일 송신기에서는 SAR 값은 이를 테면, 1.5배 감소된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 도 6a의 상기 안테나 시스템에서, 상기 프린트된 안테나의 상기 피크 SAR 위치 및 상기 밸런스된 안테나에 있어서 피크 SAR 위치(the peak SAR locations of the printed antenna and those for the balanced antenna)는 일반적으로 일치하지 않는다.

특히, 상기 프린트된 안테나에서는, 피크 SAR 위치는 상기 안테나와 접지된(grounded) PCB 어셈블리 사이의 위치 주변의 PCB 어셈블리 외주(circumference) 주변에서 발견된다. 한편, 상기 밸런스된 안테나에 대한 상기 피크 SAR 위치(location)는 PCB 어셈블리 단에서 떨어져 있다(is off the end of PCB assembly).

그러나 본 발명을 특히 위의 실시예들의 측면에서 설명된 것으로 이해되어야 하며, 전술한 실시예들은 오직 설명으로서 제공되고, 제한적이거나 또는 발명의 범위를 정의하지 않는다.

포함된 다양한 다른 실시예들은 다음에 국한되지 않으며, 또한 범위 내에 있다. 이를 테면, 여기에 설명된 엘리먼트들 및 컴포넌트들(components)은 동일한 기능을 수행하기 위한 추가적인 컴포넌트 또는 적은(fewer) 컴포넌트를 형성하기 위해 함께 결합된 장치를 더 포함할 수 있다.

현 발명의 선호되는 실시예들의 설명으로 포함된 것은, 수정이 발명의 정신 및 범위에서 출발하지 않고도 만들 수 있다는 것이 명백해야 한다.

100: 안테나 시스템 어셈블리
102: PCB
104: WiMAX 안테나
108: 접지면
110: 피드 포인트(feed point)
112: WiFi 안테나

Claims

프린트된 회로 보드 어셈블리를 포함하는 휴대용 전자 장치의 안테나 시스템에 있어서,
상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에 제공되며, 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 한 부분(a portion)으로부터 피드(fed)되는 제1 안테나 - 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 접지면이 상기 제1 안테나에 대한 카운터포이즈를 제공함 -; 및
상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에 제공되는 제2 밸런스된(balanced) 안테나 - 상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면으로의 커플링을 일반적으로 최소화하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 밸런스된 안테나 사이의 절연(isolation)을 증가시키도록 구성되고 지향되는 다이폴 엔드들(dipole ends)의 구성을 포함함 -
를 포함하는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 다이폴 엔드들은 분극 축이 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면에 일반적으로 직교(normal)하도록 지향되는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 반대 면들(opposite ends)에서 제공되는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 밸런스된 안테나가 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 동일한 면(same end)에서 제공되는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나가 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에 부착된 캐리어(carrier)에 전도성 포일 패턴(conductive foil pattern)을 포함하는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 스템프된 메탈(stamped metal) 부분을 포함하는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 반대 면에 각각 부착되어 두 개의 안테나 피스들(pieces)을 포함하는 안테나 시스템.
제7항에 있어서,
상기 각각 부착된 두 개의 안테나 피스들은 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 반대 면의 패드(pad)에 납땜되어 있으며,
상기 패드는 유도성 커넥팅 엘리먼트(inductive connecting element)의 형태로 연결되는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 반대 면에 용량성 엔드 플레이트들(capacitive end plates)을 포함하는 센터 피드된(center fed) 다이폴 안테나로 구성되는 - 상기 용량성 엔드 플레이트들은 유도성 커넥팅 엘리먼트에 의해 연결됨 - 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 일반적으로 등거리에 위치하며 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 반대 면에 위치한 두 개의 일반적으로 대칭적인 다이폴 엔드들을 포함하는 - 상기 다이폴 엔드들은 크기(magnitude)가 같고 부호(sign)가 반대인 전기적 포텐셜로 여기되어 상기 접지면에서 중성 포텐셜(neutral potential)이 되도록 함 - 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 C 모양의 단면을 갖고, 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 가장자리 주위에 배치되는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나는 WiMAX 주파수 대역에서 구동하고, 상기 제2 밸런스된 안테나는 WiFi 주파수 대역에서 구동하는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는,
각각 서로 다른 안테나 포트에 기능적으로 커플링되는 복수 개의 안테나 엘리먼트들; 및
상기 복수 개의 안테나 엘리먼트들을 전기적으로 연결하는 커넥팅 엘리먼트들을 포함하고,
한 안테나 엘리먼트 상의 전류는 이웃하도록 연결된 안테나 엘리먼트로 흐르고, 상기 이웃하도록 연결된 안테나 엘리먼트에 연결된 안테나 포트를 일반적으로 바이패스하며,
상기 한 안테나 엘리먼트와 상기 이웃하도록 연결된 안테나 엘리먼트를 통해 흐르는 상기 전류는 일반적으로 크기가 동일하고,
주어진 원하는 신호 주파수 범위에서 한 안테나 포트에 의해 여기된(excited) 안테나 모드는 일반적으로 또 다른 안테나 포트에 의해 여기된 모드로부터 전기적으로 절연되는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 가장자리에 부착된 적어도 하나의 추가적인 안테나를 더 포함하고,
상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면은 상기 적어도 하나의 추가적인 안테나에 대한 카운터포이즈를 제공하는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 근접해 있으며, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 동시 송신에 사용되는 경우 감소된 SAR 값을 달성하기 위해 사용되는 안테나 시스템.
독립적으로 동시에 동작하는 적어도 두 개 이상의 무선국(radio)을 포함하는 휴대용 전자 장치를 위한 안테나 시스템에 있어서,
접지면을 포함하는 프린트된 회로 보드 어셈블리;
상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에 제공되며, 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 한 부분으로부터 피드(fed)되는 제1 안테나 - 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면이 상기 제1 안테나에 대해 카운터포이즈(counterpoise)를 제공함 -; 및
상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에서 일반적으로 등거리에 위치하며 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 반대 면에 위치한 두 개의 일반적으로 대칭적인 다이폴 엔드들을 포함하는 제2 밸런스된 안테나 - 상기 다이폴 엔드들은 크기(magnitude)가 같고 부호(sign)가 반대인 전기적 포텐셜로 여기되어 상기 접지면에서 중성 포텐셜(neutral potential)이 되도록 하여, 상기 접지면으로의 커플링을 일반적으로 최소화하고 상기 제1 안테나 및 상기 제2 밸런스된 안테나 사이의 절연을 증가시킴 -
를 포함하는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 다이폴 엔드들은 분극 축이 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면에 일반적으로 직교하도록 지향되는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 반대 면에 제공되는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 동일한 면에 제공되는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나가 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리에 부착된 캐리어에 전도성 포일 패턴을 포함하는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 스템프된 메탈(stamped metal) 부분을 포함하는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 반대 면의 패드에 각각 부착되는 두 개의 안테나 피스들을 포함하는 - 상기 패드는 유도성 커넥팅 엘리먼트(inductive connecting element)의 형태로 연결됨 - 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는 C 모양의 단면을 갖고, 상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 가장자리 주위에 배치된 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제1 안테나는 WiMAX 주파수 대역에서 구동하며, 상기 제2 밸런스된 안테나는 WiFi 주파수 대역에서 구동하는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2 밸런스된 안테나는,
각각 서로 다른 안테나 포트에 기능적으로 커플링되는 복수 개의 안테나 엘리먼트들; 및
상기 복수 개의 안테나 엘리먼트들을 전기적으로 연결하는 커넥팅 엘리먼트들을 포함하고,
한 안테나 엘리먼트 상의 전류는 이웃하도록 연결된 안테나 엘리먼트로 흐르고, 상기 이웃하도록 연결된 안테나 엘리먼트에 연결된 안테나 포트를 일반적으로 바이패스하며,
상기 한 안테나 엘리먼트와 상기 이웃하도록 연결된 안테나 엘리먼트를 통해 흐르는 상기 전류는 일반적으로 크기가 동일하고,
주어진 원하는 신호 주파수 범위에서 한 안테나 포트에 의해 여기된 안테나 모드는 일반적으로 또 다른 안테나 포트에 의해 여기된 모드로부터 전기적으로 절연되는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 인쇄된 회로 기판 어셈블리의 가장자리에 부착되는 적어도 하나의 추가적 안테나를 더 포함하고,
상기 프린트된 회로 보드 어셈블리의 상기 접지면은 상기 적어도 하나의 추가적인 안테나들에 대한 카운터포이즈를 제공하는 안테나 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 밸런스된 안테나는 근접해있으며, 두 개의 안테나들이 동시 송신을 위해 사용될 경우, 감소된 SAR 값을 달성하기 위해 사용되는 안테나 시스템.