KR20120109595A - Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground - Google Patents

Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground Download PDF

Info

Publication number
KR20120109595A
KR20120109595A KR1020127019943A KR20127019943A KR20120109595A KR 20120109595 A KR20120109595 A KR 20120109595A KR 1020127019943 A KR1020127019943 A KR 1020127019943A KR 20127019943 A KR20127019943 A KR 20127019943A KR 20120109595 A KR20120109595 A KR 20120109595A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
substrate
metal plate
planar
electrical component
Prior art date
Application number
KR1020127019943A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101710434B1 (en
Inventor
수닐 라즈고팔
쳉-중 리
에이제이 구말라
Original Assignee
타이코 일렉트로닉스 서비시스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 타이코 일렉트로닉스 서비시스 게엠베하 filed Critical 타이코 일렉트로닉스 서비시스 게엠베하
Publication of KR20120109595A publication Critical patent/KR20120109595A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101710434B1 publication Critical patent/KR101710434B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/006Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces
    • H01Q15/008Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces said selective devices having Sievenpipers' mushroom elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

무선 장치의 다양한 위치들에서 DC 및 RF 신호들의 공간 분포의 특정한 제어를 제공하는 안테나 디바이스들 및 기술들이 제공된다. 무선 장치는 다양한 디바이스 컴포넌트들을 포함하며, 그 각각은 안테나 디바이스들에서 원하는 동작을 성취하기 위한 사양을 갖는다.Antenna devices and techniques are provided that provide specific control of the spatial distribution of DC and RF signals at various locations of a wireless device. The wireless apparatus includes various device components, each of which has a specification for achieving a desired operation in the antenna devices.

Description

전기 접지로의 주파수 의존형 연결을 구비한 안테나 디바이스들{ANTENNA DEVICES HAVING FREQUENCY-DEPENDENT CONNECTION TO ELECTRICAL GROUND}ANTENNA DEVICES HAVING FREQUENCY-DEPENDENT CONNECTION TO ELECTRICAL GROUND

설계자들이 더욱더 많은 디바이스들에 통신 기능을 부가하고 있기 때문에, 안테나 회로들은 다양한 시나리오로 통신하도록 개발된다. 단일 디바이스 내에서, 복수의 애플리케이션들이 송신기들, 수신기들, 또는 양쪽 모두로서의 통합 안테나들을 작동할 수 있다. 그러한 다양한 애플리케이션들과 통신 신호들의 결합은, 직류(DC) 및 RF 신호들이 이 디바이스 컴포넌트들의 동작과의 간섭없이 다양한 지점들에서 공존하도록 요구한다. 다양한 구성들이 이 디바이스들을 위한 안테나들을 실행하기 위해 존재한다. As designers add communication capabilities to more and more devices, antenna circuits are developed to communicate in various scenarios. Within a single device, multiple applications can operate integrated antennas as transmitters, receivers, or both. The combination of such various applications and communication signals requires direct current (DC) and RF signals to coexist at various points without interference with the operation of these device components. Various configurations exist to implement the antennas for these devices.

무엇보다도 본 명세서에서는 안테나 디바이스들에서 원하는 동작들을 성취하기 위한 다양한 디바이스 컴포넌트들에서 DC 및 RF 신호들의 공간 분포의 적절한 제어를 제공하는 안테나 디바이스들 및 기술들을 설명한다. Above all, the description herein describes antenna devices and techniques that provide appropriate control of the spatial distribution of DC and RF signals in various device components to achieve desired operations in antenna devices.

도 1 내지 도 3은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀들에 기초한 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선(one dimensional composite right and left handed metamaterial transmission lines)의 예시들을 도시한다.
도 4a는 예시적인 실시예에 따라, 도 2에서와 같은 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시(two-port network matrix representation)를 도시한다.
도 4b는 예시적인 실시예에 따라, 도 3에서와 같은 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀들에 기초한 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선을 도시한다.
도 6a는 예시적인 실시예에 따라, 도 4a에서와 같은 전송선 경우와 유사한 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 6b는 예시적인 실시예에 따라, 도 4b에서와 같은 전송선(TL)에 유사한 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나 등가 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다.
도 7a 및 도 7B는 예시적인 실시예에 따라, 균형잡힌 경우 및 비균형의 경우 각각을 고려한 도 2에서와 같은 유닛 셀의 분산 곡선들이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지(truncated ground)를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선을 도시한다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라, 도 8에서와 같은 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선의 등가 회로를 도시한다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라,네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나의 예시를 도시한다.
도 11은 예시적인 실시예에 따라, 네 개의 유닛 셀에 기초하여 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 안테나의 또다른 예시를 도시한다.
도 12는 예시적인 실시예에 따라, 도 11에서와 같은 절형 접지를 갖는 일차원 복합 좌우현 메타물질 전송선의 등가 회로를 도시한다.
도 13은 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스의 제1 구성을 도시한다.
도 14는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스의 제2 구성을 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 예시적인 실시예에 따라, USB(Universal serial bus) 동글 디바이스 애플리케이션(dongle device application)에서 사용될 수 있는 접지 평면에 대하여 주파수 의존형 연결을 갖는 MTM 안테나 구조를 도시한다.
도 16a-16c는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면에 주파수 의존형 접속을 갖는 무선 디바이스에 사용되는 MTM 안테나 구조의 실행을 도시한다.
도 17은 예시적인 실시예에 따라, 도 16a-16c에서 도시된 MTM 안테나 구조와 같은 MTM 안테나의 복귀 손실(return loss), 및 접지 평면으로의 직접 연결에 대한 복귀 손실을 도시한다.
도 18a는 예시적인 실시예에 따라, 도 16a-16c에 도시된 MTM 안테나 구조와 같은 MTM 안테나의 방사선 안테나 효율과, 및 접지 평면으로의 직접 연결에 대한 안테나 효율의 저주파수 범위의 비교를 도시한다.
도 18b는 도 16a-16c에 도시된 MTM 안테나와 접지 평면에 직접적으로 연결된 금속 플레이트들을 갖는 동일한 안테나의 측정된 방사선 안테나 효율의 고주파수 범위의 비교를 도시한다.
도 19a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면 구성에 대한 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스에서 사용되는 평면 MTM 안테나의 3D 투시도를 도시한다.
도 19b는 예시적인 실시예에 따라, 도 8A의 평면 MTM 안테나의 평면도를 도시한다.
도 19c는 예시적인 실시예에 따라, 도 19a 및 도 19b의 평면 MTM 안테나의 저면도를 도시한다.
도 20a-20e는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 상승된 MTM 안테나 구조의 복수 도면들(multiple views)을 도시한다.
도 21은 예시적인 실시예에 따라, 도 19a-19c에 도시된 평면 MTM 안테나 및 도 20a-20c에서 도시된 상승된 MTM 안테나의 복귀 손실들을 도시한다.
도 22는 예시적인 실시예에 따라, 저주파수 범위들을 위한 상승된 MTM 안테나들과 평면 MTM 안테나들 간의 방사 효율의 비교를 도시한다.
도 23은 예시적인 실시예에 따라, 고주파수 범위들을 위한 상승된(elevated) MTM 안테나들과 평면 MTM 안테나들 사이의 방사 효율의 비교를 도시한다.
도 24는 인간 두뇌 응용을 수반하는 방사 성능 테스팅을 위해 평면 MTM 안테나와 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위에 걸쳐 측정된 안테나 효율들의 저주파수 범위를 도시한다.
도 25는 인간 두뇌 응용을 수반하는 방사 성능 테스팅을 위해 평면 MTM 안테나와 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위에 걸쳐 측정된 효율의 고주파수 범위를 도시한다.
도 26a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스에서 사용되는 다중 셀 패치 구조들(multiple cell patch structures)을 갖는 평면 MTM 안테나의 3D 투시도를 도시한다.
도 26b는 예시적인 실시예에 따라, 도 26a에서와 같은 평면 MTM 안테나 구성의 평면도를 도시한다.
도 26c는 예시적인 실시예에 따라, 도 26a 및 도 26b의 평면 MTM 안테나 구성의 저면도를 도시한다.
도 27은 예시적인 실시예에 따라, 도 26a 내지 도 26c의 평면 MTM 안테나 구성의 복귀 손실을 도시한다.
도 28은 예시적인 실시예에 따라, 동작 주파수 대역들에서의 방사 효율을 도시한다.
도 29a는 예시적인 실시예에 따라, 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 MTM 안테나 구조를 사용하는 USB 동글 애플리케이션의 평면도를 도시한다.
도 29b는 예시적인 실시예에 따라, 도 29a의 USB 동글 애플리케이션의 저면도를 도시한다.
도 29c는 예시적인 실시예에 따라, 도 29a 및 도 29b의 USB 동글 애플리케이션의 측면도를 도시한다.
도 30은 예시적인 실시예에 따라, 도 29a 내지 도 29c의 안테나들 사이의 복귀 손실들 및 분리(isolation)를 도시한다.
도 31은 예시적인 실시예에 따라, 저대역에서 도 29a 내지 도 29c의 안테나들의 안테나 효율을 도시한다.
도 32는 예시적인 실시예에 따라, 고대역에서 도 29a 내지 도 29c의 안테나들의 안테나 효율을 도시한다.
첨부된 도면에서, 유사한 구성요소 및/또는 특징들은 동일한 참조 번호를 가질 수 있다. 또한 동일한 유형의 다양한 구성요소들은 참조 번호에 부수하는 제2 라벨에 의해 구별된다. 만약 단지 제1 참조 번호가 명세서에서 사용되는 경우, 발명의 상세한 설명은 제2 참조 번호와 관계 없이 동일한 제1 참조번호를 갖는 유사한 구성요소 중 어느 한 개에 적용가능할 것이다.
1-3 illustrate examples of one dimensional composite right and left handed metamaterial transmission lines based on four unit cells, according to an exemplary embodiment.
FIG. 4A shows a two-port network matrix representation for a one-dimensional composite transverse meta-material transmission line equivalent circuit as in FIG. 2, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 4B shows a dual port network matrix representation for a one-dimensional composite transverse meta-material transmission line equivalent circuit as in FIG. 3, in accordance with an exemplary embodiment.
5 illustrates a one-dimensional complex transverse meta-material transmission line based on four unit cells, according to an exemplary embodiment.
FIG. 6A illustrates a dual port network matrix representation for a one-dimensional complex cross-talk metamaterial antenna equivalent circuit, similar to the transmission line case as in FIG. 4A, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 6B shows a dual port network matrix representation for a one-dimensional compound cross-talk metamaterial antenna equivalent circuit similar to transmission line TL as in FIG. 4B, in accordance with an exemplary embodiment.
7A and 7B are dispersion curves of the unit cell as in FIG. 2 considering each of the balanced and unbalanced cases, according to an exemplary embodiment.
8 illustrates a one-dimensional complex transverse meta-material transmission line with truncated ground based on four unit cells, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 9 illustrates an equivalent circuit of a one-dimensional composite transverse meta-material transmission line with a truncated ground as in FIG. 8, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 10 illustrates an example of a one-dimensional composite side-by-side metamaterial antenna having a truncated ground based on four unit cells, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 11 illustrates another example of a one-dimensional composite transverse right and left metamaterial antenna having a truncated ground based on four unit cells, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 12 illustrates an equivalent circuit of a one-dimensional complex transverse meta-material transmission line with a truncated ground as in FIG. 11, in accordance with an exemplary embodiment.
13 illustrates a first configuration of a wireless device having a frequency dependent connection with respect to the ground plane, in accordance with an exemplary embodiment.
14 illustrates a second configuration of a wireless device having a frequency dependent connection with respect to the ground plane, in accordance with an exemplary embodiment.
15A and 15B illustrate an MTM antenna structure with a frequency dependent connection to a ground plane that can be used in a universal serial bus (USB) dongle device application, according to an exemplary embodiment.
16A-16C illustrate implementation of an MTM antenna structure used in a wireless device having a frequency dependent connection to a ground plane, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 17 illustrates return loss for an MTM antenna, such as the MTM antenna structure shown in FIGS. 16A-16C, and a return loss for direct connection to the ground plane, in accordance with an exemplary embodiment.
18A shows a comparison of the low frequency range of the radiation antenna efficiency of an MTM antenna, such as the MTM antenna structure shown in FIGS. 16A-16C, and the antenna efficiency for a direct connection to the ground plane, in accordance with an exemplary embodiment.
18B shows a comparison of the high frequency range of measured radiation antenna efficiencies of the MTM antenna shown in FIGS. 16A-16C and the same antenna with metal plates directly connected to the ground plane.
19A shows a 3D perspective view of a planar MTM antenna used in a wireless device having a frequency dependent connection to a ground plane configuration, according to an exemplary embodiment.
19B illustrates a top view of the planar MTM antenna of FIG. 8A, in accordance with an exemplary embodiment.
19C shows a bottom view of the planar MTM antenna of FIGS. 19A and 19B, in accordance with an exemplary embodiment.
20A-20E show multiple views of an elevated MTM antenna structure with a frequency dependent connection to a ground plane, in accordance with an exemplary embodiment.
21 shows return losses of the planar MTM antenna shown in FIGS. 19A-19C and the raised MTM antenna shown in FIGS. 20A-20C, according to an exemplary embodiment.
22 illustrates a comparison of radiation efficiency between raised MTM antennas and planar MTM antennas for low frequency ranges, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 23 illustrates a comparison of radiation efficiency between elevated MTM antennas and planar MTM antennas for high frequency ranges, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 24 shows the low frequency range of antenna efficiencies measured over various frequency ranges comparing planar MTM antennas and elevated MTM antennas for radiation performance testing involving human brain applications.
FIG. 25 shows a high frequency range of measured efficiencies over various frequency ranges comparing planar MTM antennas and elevated MTM antennas for radiation performance testing involving human brain applications.
FIG. 26A shows a 3D perspective view of a planar MTM antenna with multiple cell patch structures used in a wireless device having a frequency dependent connection to a ground plane, according to an exemplary embodiment.
FIG. 26B illustrates a top view of a planar MTM antenna configuration as in FIG. 26A, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 26C shows a bottom view of the planar MTM antenna configuration of FIGS. 26A and 26B, in accordance with an exemplary embodiment.
27 illustrates return loss of the planar MTM antenna configuration of FIGS. 26A-26C, in accordance with an exemplary embodiment.
28 illustrates radiation efficiency in operating frequency bands, in accordance with an exemplary embodiment.
29A illustrates a top view of a USB dongle application using an MTM antenna structure with a frequency dependent connection to a ground plane, in accordance with an exemplary embodiment.
29B shows a bottom view of the USB dongle application of FIG. 29A, in accordance with an exemplary embodiment.
29C shows a side view of the USB dongle application of FIGS. 29A and 29B, in accordance with an exemplary embodiment.
30 illustrates return losses and isolation between the antennas of FIGS. 29A-29C, in accordance with an exemplary embodiment.
FIG. 31 illustrates antenna efficiencies of the antennas of FIGS. 29A-29C in a low band, in accordance with an exemplary embodiment. FIG.
32 illustrates antenna efficiencies of the antennas of FIGS. 29A-29C in high band, in accordance with an exemplary embodiment.
In the appended figures, similar components and / or features may have the same reference numerals. Various components of the same type are also distinguished by a second label accompanying the reference number. If only the first reference number is used in the specification, the detailed description of the invention will be applicable to any one of the similar components having the same first reference number regardless of the second reference number.

안테나 디바이스의 전기 접지 구조의 형태, 디멘젼 및 위치는 RF 안테나 신호의 공간 분포에 영향을 줄 수 있으며, 따라서 RF 안테나 신호를 수신 또는 송신하는 데 있어서 안테나 디바이스의 동작에 영향을 줄 수 있다. 몇몇의 실시예들의 안테나 디바이스들에 있어서, 전기 접지 구조는 공통의 금속화 층(common metallization layer) 또는 상이한 금속화 층들에 위치한 하나 이상의 전도성 접지 전극들 및 구성요소들에 의해 형성될 수도 있다. 소정의 안테나 디바이스의 전기 접지의 형태, 디멘젼 및 위치는 안테나 디바이스가 제조될 때 고정되는 경향이 있다. 동작에서, 안테나 디바이스는 다른 회로 또는 디바이스들에 전기적으로 커플링(coupling)된다. 이러한 다른 회로들 또는 디바이스들과의 전기적 커플링은, 적어도 특정 동작들을 위한 안테나 디바이스에 대한 효과적인 전기 접지가 안테나 디바이스의 원래 전기 접지의 원래 형태, 원래 디멘젼 또는 둘 모두와 상이한 효과적인 형태, 디멘젼 또는 둘 모두를 갖도록, 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다. The shape, dimension, and position of the electrical grounding structure of the antenna device may affect the spatial distribution of the RF antenna signal and thus affect the operation of the antenna device in receiving or transmitting the RF antenna signal. In the antenna devices of some embodiments, the electrical ground structure may be formed by one or more conductive ground electrodes and components located in a common metallization layer or different metallization layers. The shape, dimension and position of the electrical ground of a given antenna device tends to be fixed when the antenna device is manufactured. In operation, the antenna device is electrically coupled to other circuits or devices. Electrical coupling with such other circuits or devices is such that an effective form, dimension, or both, in which the effective electrical ground to the antenna device for at least certain operations differs from the original form, original dimension, or both of the antenna device's original electrical ground. To have both, the electromagnetic configuration of the antenna device may be changed.

예들 들어, 안테나 디바이스의 전기 접지는 회로의 전기 전도성 구성요소에 영구적으로 연결될 수도 있다. 이러한 연결은 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다. 다른 실시예에서, 안테나 디바이스는 또다른 디바이스의 전기 전도성 구성요소에 탈착가능하게 연결될 수도 있으며, 여기에서 다른 디바이스가 안테나 디바이스에 연결된 후에, 안테나 디바이스의 전기 접지가 다른 디바이스의 전기 전도성 구성요소에 연결 될 수 있으며 이러한 연결은 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다. 이러한 연결은 안테나 디바이스의 전자기 구성을 변화시킬 수도 있다.For example, the electrical ground of the antenna device may be permanently connected to the electrically conductive component of the circuit. Such a connection may change the electromagnetic configuration of the antenna device. In another embodiment, the antenna device may be detachably connected to an electrically conductive component of another device, where after another device is connected to the antenna device, the electrical ground of the antenna device is connected to the electrically conductive component of the other device. This connection may change the electromagnetic configuration of the antenna device. Such a connection may change the electromagnetic configuration of the antenna device.

안테나 디바이스의 변화된 전자기 구성은 하나 이상의 RF 신호들을 송신 또는 수신하는 데 있어서 안테나 디바이스 성능을 저하시킬 수 있다. 본 명세서에서 기술된 안테나 디바이스들 및 기술들은 안테나 디바이스의 하나 이상의 동작 RF 주파수들에서 안테나 디바이스의 전자기 구성을 제어하도록 하나 이상의 주파수 의존형 커넥터들을 포함한다. 그러한 주파수 의존형 커넥터는, 신호의 주파수에 의존하는 신호로의 커넥터의 임피던스(impedance)에 변화를 주기 위해 하나 이상의 접지 전극을 갖는 전기 접지 전극 구조와 다른 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 그러한 주파수 의존형 커넥터는, 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 사이에 DC 신호의 전송을 허용하기 위해 저임피던스를 생성하고 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 사이에 하나 이상의 안테나 신호들의 전송을 막기 위해 그 하나 이상의 안테나 신호들에서 고임피던스를 생성하는 구조를 가질 수 있다. 이러한 특정 예에서, 주파수 의존형 커넥터는 원하는 주파수 의존형 거동을 가지는 인덕터 또는 회로일 수도 있다. The altered electromagnetic configuration of the antenna device can degrade antenna device performance in transmitting or receiving one or more RF signals. The antenna devices and techniques described herein include one or more frequency dependent connectors to control the electromagnetic configuration of the antenna device at one or more operating RF frequencies of the antenna device. Such a frequency dependent connector may be connected between an electrical ground electrode structure having one or more ground electrodes and another electrically conductive component or metal plate to change the impedance of the connector to the signal depending on the frequency of the signal. . For example, such frequency dependent connectors generate low impedance to allow transmission of DC signals between the electrically conductive component or the metal plate and the ground electrode and at least one antenna signal between the electrically conductive component or the metal plate and the ground electrode. It may have a structure for generating high impedance in the one or more antenna signals to prevent their transmission. In this particular example, the frequency dependent connector may be an inductor or circuit with the desired frequency dependent behavior.

이상의 예시에 기초하는 안테나 디바이스의 한 가지 실시예는 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 하나 이상의 안테나 신호를 송신 또는 수신하는 하나 이상의 안테나, 그 하나 이상의 안테나와 통신하는 안테나 회로, 및 접지 전극 구조를 포함하며, 안테나 회로는 안테나 회로와 하나 이상의 안테나를 위한 전기 접지를 제공하기 위해 지 전극 구조에 연결되어 있다. 안테나 회로는 하나 이상의 안테나에 의한 송신을 위해 하나 이상의 안테나 신호를 생성하거나 하나 이상의 안테나로부터 하나 이상의 안테나 신호들을 수신한다. 이러한 안테나 디바이스에서, 전기 전도성 구성요소 도는 금속 플레이트가 제공되며 접지 전극 구조와 직접적인 접촉없이 접지 전극 구조로부터 간격이 떨어져 있다. 주파수 의존형 커넥터는 접지 전극 구조에 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트를 연결하기 위해 제공되며, 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 구조 사이의 DC 신호의 전송을 허용하기 위해 저임피던스를 생성하고 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트와 접지 전극 구조 사이에 하나 이상의 안테나 신호들의 전송을 차단하기 위해 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 고임피던스를 생성하도록 구성된다. 접지 전극 구조는 단일 접지 전극 또는 둘 이상의 접지 전극의 조합을 포함할 수 있다. 둘 이상의 접지 전극들은 공통 금속화 층 또는 둘 이상의 상이한 금속화 층으로 되어 있을 수 있다. 이 실시예에서, 접지 전극 구조는 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트로부터 주파수 의존형 커넥터에 의해 격리되어 있으며 DC 신호를 위해 전기 전도성 구성요소 또는 금속 플레이트에 연결되어 있다. One embodiment of an antenna device based on the above examples includes one or more antennas that transmit or receive one or more antenna signals at one or more RF antenna frequencies, antenna circuitry in communication with the one or more antennas, and a ground electrode structure, The antenna circuit is connected to the ground electrode structure to provide electrical ground for the antenna circuit and one or more antennas. The antenna circuit generates one or more antenna signals or receives one or more antenna signals from one or more antennas for transmission by one or more antennas. In such an antenna device, an electrically conductive component or metal plate is provided and spaced apart from the ground electrode structure without direct contact with the ground electrode structure. Frequency dependent connectors are provided for connecting electrically conductive components or metal plates to the ground electrode structure, generating low impedance and allowing the transmission of DC signals between the electrically conductive components or metal plate and the ground electrode structure. And configured to generate high impedance at one or more RF antenna frequencies to block transmission of one or more antenna signals between the element or metal plate and the ground electrode structure. The ground electrode structure may comprise a single ground electrode or a combination of two or more ground electrodes. The two or more ground electrodes may be of a common metallization layer or of two or more different metallization layers. In this embodiment, the ground electrode structure is isolated by a frequency dependent connector from the electrically conductive component or metal plate at one or more RF antenna frequencies and connected to the electrically conductive component or metal plate for the DC signal.

이상에서의 하나 이상의 안테나 및 본 명세서에 설명된 다른 안테나 디바이스들은 다양한 안테나 구조들로 이루어질 수 있으며, 우현(right-handed:RH) 안테나 구조들 및 복합 좌우현(composite right and left handed: CRLH) 메타물질(MTM) 구조들을 포함한다. 우현 안테나 구조에서, 전자기파의 전파는 전기장(E), 자기장(H), 및 파수 벡터(wave vector)(β) (또는, 전파 상수)를 고려할 때 (E, H, β) 벡터장들을 위한 오른손 법칙에 따른다. 위상 속도 방향은 신호 에너지 전파(그룹 속도) 방향과 동일하며, 굴절률은 양수이다. 그러한 물질들은 우현(RH) 물질로서 지칭된다. 대부분의 자연의 물질들은 우현 물질들이다. 인위적인 물질들 또한 우현 물질이 될 수 있다. One or more antennas and the other antenna devices described herein may be comprised of a variety of antenna structures, including right-handed (RH) antenna structures and composite right and left handed (CRLH) meta Material (MTM) structures. In starboard antenna structures, the propagation of electromagnetic waves is the right hand for (E, H, β) vector fields when considering electric field (E), magnetic field (H), and wave vector (β) (or propagation constant). Follow the law. The phase velocity direction is the same as the signal energy propagation (group velocity) direction, and the refractive index is positive. Such materials are referred to as starboard (RH) materials. Most natural materials are starboard materials. Artificial materials can also be starboard materials.

메타물질은 인위적인 구조를 갖는다. 메타물질에 의해 유도된 전자기 에너지의 파장(λ)보다 훨씬 작은 구조 평균 유닛 셀 사이즈(ρ)로 설계되는 경우, 메타물질은 유도된 전자기 에너지에 대해 균질한 매질처럼 거동할 수 있다. RH 물질들과 달리, 메타물질은 음의 굴절률을 나타낼 수 있고, 위상 속도 방향이 신호 에너지 전파 방향에 반대가 될 수도 있으며, 상기 (E, H,β) 벡터장들의 상대적인 방향은 왼손 법칙을 따른다. 음의 굴절률을 갖는 동시에 음의 유전율(permittivity)(ε) 및 투자율(permeability)(μ)을 갖는 메타물질은 순 좌현(pure LH) 메타물질로 지칭된다.Metamaterials have an artificial structure. When designed with a structural average unit cell size ρ which is much smaller than the wavelength λ of the electromagnetic energy induced by the metamaterial, the metamaterial can behave like a homogeneous medium for the induced electromagnetic energy. Unlike RH materials, metamaterials may exhibit negative refractive indices, the phase velocity direction may be opposite to the signal energy propagation direction, and the relative directions of the (E, H, β) vector fields follow the left hand law. . Metamaterials having a negative refractive index and at the same time having a negative permittivity (ε) and permeability (μ) are referred to as pure LH metamaterials.

많은 메타물질들은 LH 물질과 RH 물질의 혼합체이며 따라서 CRLH 메타물질들이다. CRLH 메타물질은 저주파수에서 LH 메타물질처럼 거동하고 고주파수에서 RH 물질처럼 거동할 수 있다. 다양한 CRLH 메타물질의 실시예 및 특성은 예컨대, 칼로즈 및 이토(Caloz and Itoh)의 "electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Application" John Wiley & Sons (2006)에 설명되어 있다. CRLH 메타물질들 및 안테나에서의 그 응용들은 타쯔오 이토(Tatsuo Itoh)의 "Invited paper: Prospects for Metamaterials" Electronic Letters, Vol. 40, No. 16 (2004년 8월)에 설명되어 있다. Many metamaterials are mixtures of LH and RH materials and thus CRLH metamaterials. CRLH metamaterials behave like LH metamaterials at low frequencies and behave like RH materials at high frequencies. Examples and properties of various CRLH metamaterials are described, for example, in " Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Application " John Wiley & Sons (2006) by Caloz and Itoh. CRLH metamaterials and their applications in antennas are described in Tatsuo Itoh's "Invited paper: Prospects for Metamaterials" Electronic Letters, Vol. 40, no. 16 (August 2004).

CRLH 메타물질들은 특정 응용들을 위해 맞춤화된 전자기 특성들을 나타내도록 구성되고 엔지니어링될 수 있으며, 다른 물질들을 사용하기 어렵거나 비현실적이거나 실행불가능할 수 있는 응용들에서 사용될 수 있다. 부가적으로, CRLH 메타물질들은 새로운 응용들을 개발하고 RH 물질들로 가능하지 않은 새로운 디바이스들을 구성하는 데 사용될 수도 있다. CRLH metamaterials can be constructed and engineered to exhibit electromagnetic properties tailored for specific applications, and can be used in applications where other materials may be difficult, impractical or impractical to use. In addition, CRLH metamaterials may be used to develop new applications and construct new devices that are not possible with RH materials.

메타물질(MTM) 구조들은 안테나, 전송선들, 및 다른 RF 구성요소들 및 디바이스들을 구성하는 데 사용될 수 있으며, 기능성 개선, 사이즈 감소, 및 성능 개선과 같은 광범위한 기술적 진보들을 가능하게 한다. MTM 구조는 하나 이상의 MTM 유닛 셀들을 갖는다. MTM 유닛 셀을 위한 등가 회로는 RH 직렬 인덕턴스(LR), RH 분류(shunt) 커패시턴스(CR), LH 직렬 커패시턴스(CL), 및 LH 분류 인덕턴스 (LL)를 포함한다. MTM 기반 구성요소들 및 디바이스들은 분포 정수 회로(distributed circuit) 요소들, 집중 정수 회로(lumped circuit) 요소들, 또는 그 둘의 조합을 사용하여 실행될 수 있는 이러한 CRLH MTM 유닛 셀들에 기초하여 설계될 수 있다. 통상적인 안테나들과 달리, MTM 안테나 공진들은 LH 모드의 존재에 의해 영향을 받는다. 일반적으로, LH 모드는 고주파수 공진들의 매칭을 향상시키는 것 뿐 아니라 저주파수 공진들을 촉진하고 더 잘 매칭되도록 돕는다. MTM 안테나 구조들은 "저대역" 및 "고대역" 을 포함하는 복수의 주파수 대역들을 지원하도록 구성될 수 있다. 저대역은 적어도 하나의 LH 모드 공진을 포함하며, 고대역은 안테나 신호와 연관된 적어도 하나의 RH 모드 공진을 포함한다. Metamaterial (MTM) structures can be used to construct antennas, transmission lines, and other RF components and devices, enabling a wide range of technical advancements such as improved functionality, reduced size, and improved performance. The MTM structure has one or more MTM unit cells. Equivalent circuits for MTM unit cells include RH series inductance (LR), RH shunt capacitance (CR), LH series capacitance (CL), and LH class inductance (LL). MTM based components and devices can be designed based on these CRLH MTM unit cells that can be executed using distributed integer circuit elements, lumped circuit elements, or a combination of both. have. Unlike conventional antennas, MTM antenna resonances are affected by the presence of the LH mode. In general, the LH mode not only improves matching of high frequency resonances but also promotes low frequency resonances and helps to better match. MTM antenna structures may be configured to support a plurality of frequency bands including “low band” and “high band”. The low band includes at least one LH mode resonance and the high band includes at least one RH mode resonance associated with the antenna signal.

MTM 안테나 구조들의 몇가지 예들 및 실시예들이 2007년 4월 27일에 출원된 미국특허출원 번호 제11/741,674호 "Antennas, Devices and Systems Based on Metamaterial Structures" 및 2009년 9월 22일에 발행된 미국특허 제7,592,957호 "Antennas Based on Metamaterials Structures" 에 설명되어 있다. 이상의 미국 특허 문서들의 개시는 참조로서 본 명세서에 결합된다. 이러한 MTM 안테나 구조들은 통상적인 FR-4 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 연성 인쇄 회로(FPC) 보드를 사용하여 제조될 수도 있다. 다른 제조 기술들의 예들은 박막 제조 기술, SOC(System On Chip) 기술들, LTCC(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 기술들, 및 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 기술들을 포함한다. Some examples and embodiments of MTM antenna structures are described in US patent application Ser. No. 11 / 741,674, filed April 27, 2007, "Antennas, Devices and Systems Based on Metamaterial Structures," and US issued September 22, 2009. Patent 7,592,957 is described in "Antennas Based on Metamaterials Structures". The disclosures of the above U.S. patent documents are incorporated herein by reference. Such MTM antenna structures may be fabricated using conventional FR-4 printed circuit boards (PCBs) or flexible printed circuit (FPC) boards. Examples of other fabrication techniques include thin film fabrication techniques, System On Chip (SOC) techniques, Low Temperature Co-Fired Ceramic (LTCC) techniques, and Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) techniques.

MTM 안테나 구조들의 한가지 유형은 단일층 금속화(Single-Layer Metallization:SLM) MTM 안테나 구조이다. MTM 구조의 전도성 부분들은 기판의 한 측면 상에 형성된 SLM 층에 위치되어 잇다. One type of MTM antenna structures is a single-layer metallization (SLM) MTM antenna structure. Conductive portions of the MTM structure are located in the SLM layer formed on one side of the substrate.

이중층 금속화 비아-레스(Two-Layer Metallizaton Via-Less:TLM-VL) MTM 안테나 구조는 기판의 두 개의 평형한 표면들 상에 두 개의 금속화 층들을 갖는 또다른 유형의 MTM 안테나 구조이다. TLM-VL은 한 금속화 층의 전도성 부분들을 다른 금속화 층의 전도성 부분들에 연결하는 전도성 비아들(vias)을 갖지 않는다. SLM 및 TLM-VL MTM 안테나 구조들의 예시들 및 실시예들은 2008년 10월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제12/259,477호, "Single-Layer Metallization and Via-Less Metamaterial Structures"에 설명되어 있으며, 그 개시는 본 명세서에 참조로 결합된다. The Two-Layer Metallizaton Via-Less (TLM-VL) MTM antenna structure is another type of MTM antenna structure with two metallization layers on two parallel surfaces of the substrate. The TLM-VL does not have conductive vias connecting the conductive portions of one metallization layer to the conductive portions of the other metallization layer. Examples and embodiments of SLM and TLM-VL MTM antenna structures are described in US Patent Application No. 12 / 259,477, "Single-Layer Metallization and Via-Less Metamaterial Structures," filed October 13, 2008, The disclosure is incorporated herein by reference.

도 1은 네 개의 유닛 셀들에 기초한 일차원 (1D) CRLH MTM 전송선(TL)의 예를 도시한다. 한 개의 유닛 셀은 셀 패치(cell patch) 및 비아(via)를 포함하며, 원하는 MTM 구조를 구성하기 위한 구성요소이다. 도시된 TL 예는 기판의 두 개의 전도성 금속화 층들로 형성된 네 개의 유닛 셀들을 포함하며, 네 개의 전도성 셀 패치들이 기판의 최상부의 전도성 금속화 층 상에 형성되고 기판의 다른 측면은 접지 전극으로서의 금속화 층을 구비한다. 네 개의 중심 전도성 비아들(centered conductive vias)은 각각 네 개의 셀 패치들을 접지 평면으로 연결하기 위해 기판을 관통하도록 형성된다. 좌측 상의 유닛 셀 패치는 제1 공급선에 전자기적으로 커플링되어 있고 우측 상의 유닛 셀 패치는 제2 공급선에 전자기적으로 커플링되어 있다. 몇몇의 실시예에서, 각 유닛 셀 패치는 인접 유닛 셀과 직접적인 접촉 없이 인접 유닛 셀 패치에 전자기적으로 커플링되어 있다. 이러한 구조는 한 공급선으로부터 RF 신호를 수신하고 다른 공급선으로부터 RF 신호를 출력하도록 MTM 전송선을 형성한다. 1 shows an example of a one-dimensional (1D) CRLH MTM transmission line (TL) based on four unit cells. One unit cell includes cell patches and vias and is a component for constructing a desired MTM structure. The TL example shown includes four unit cells formed of two conductive metallization layers of the substrate, with four conductive cell patches formed on the top conductive metallization layer of the substrate and the other side of the substrate being a metal as a ground electrode. It is equipped with a fire layer. Four centered conductive vias are each formed through the substrate to connect the four cell patches to the ground plane. The unit cell patch on the left side is electromagnetically coupled to the first supply line and the unit cell patch on the right side is electromagnetically coupled to the second supply line. In some embodiments, each unit cell patch is electromagnetically coupled to adjacent unit cell patches without direct contact with adjacent unit cells. This structure forms an MTM transmission line to receive an RF signal from one supply line and output an RF signal from another supply line.

도 2는 도 1의 1D CRLH MTM TL의 등가 네트워크 회로를 도시한다. ZLin' 및 ZLout' 은 각각 TL 입력 부하 임피던스 및 TL 출력 부하 임피던스에 대응하며, 각 단부에서의 TL 커플링에 기인한다. 이것은 인쇄 이중층 구조의 예시이다. LR 은 유전 기판 상의 셀 패치에 기인하며, CR은 셀 패치와 접지 평면 사이에 끼워져 있는 유전 기판에 기인한다. CL은 두 개의 인접 셀 패치들의 존재에 기인하며, 비아는 LL을 유도한다. FIG. 2 shows an equivalent network circuit of the 1D CRLH MTM TL of FIG. 1. ZLin 'and ZLout' correspond to TL input load impedance and TL output load impedance, respectively, and are due to TL coupling at each end. This is an example of a printed double layer structure. LR is due to the cell patch on the dielectric substrate and CR is due to the dielectric substrate sandwiched between the cell patch and the ground plane. CL is due to the presence of two adjacent cell patches, vias lead to LL.

각 개별 유닛 셀은 직렬(SE) 임피던스 Z 및 분류(SH) 어드미턴스 Y 에 대응하는 두 개의 공진들 ωSE 및 ωSH 를 가질 수 있다. 도 2에서, Z/2 블록은 LR/2 및 2CL의 직렬 조합을 포함하고, Y 블록은 LL 및 CR의 병렬 조합을 포함한다. 이러한 파라미터들 간의 관계들은 다음과 같이 표현된다:Each individual unit cell may have two resonances ω SE and ω SH corresponding to the series (SE) impedance Z and the classification (SH) admittance Y. In FIG. 2, the Z / 2 block includes a series combination of LR / 2 and 2CL, and the Y block includes a parallel combination of LL and CR. The relationships between these parameters are expressed as follows:

Figure pct00001
식(1)
Figure pct00001
Equation (1)

도 1의 입력/출력 에지들에서의 두 개의 유닛 셀들은 CL을 포함하지 않는다. 왜냐하면 CL은 두 개의 인접 셀 패치들 사이의 커패시턴스를 나타내고 이들 입력/출력 에지들에서 사라지기 때문이다. 에지 유닛 셀에서 CL 부분이 존재하지 않는 것은 ωSE 주파수가 공명하는 것을 방지한다. 그러므로, 오직 ωSH 가 m=0 공명 주파수로서 나타난다. The two unit cells at the input / output edges of FIG. 1 do not include CL. This is because CL represents the capacitance between two adjacent cell patches and disappears at these input / output edges. The absence of the CL portion in the edge unit cell prevents the ω SE frequency from resonating. Therefore, only ω SH appears as m = 0 resonance frequency.

계산 분석을 단순화하기 위해, ZLin' 및 ZLout' 직렬 커패시터의 부분은 사라진 CL 부분을 보상하기 위해 포함되며, 잔여 입력 및 출력 부하 임피던스들은 도 3에서 도시된 바와 같,이 각각 ZLin' 및 ZLout'으로서 표시된다. 이러한 조건하에서, 모든 유닛 셀들은 도 3의 두 개의 직렬 Z/2 블록 및 한 개의 분류 Y 블록에 의해 표시되며, Z/2 블록은 LR/2 및 2CL의 직렬 조합을 포함하고, Y 블록은 LL과 CR의 병렬 조합을 포함한다. To simplify computational analysis, portions of the ZLin 'and ZLout' series capacitors are included to compensate for the missing CL portion, and the remaining input and output load impedances are shown in Figure 3, as ZLin 'and ZLout', respectively. Is displayed. Under these conditions, all unit cells are represented by the two series Z / 2 blocks and one class Y block of FIG. 3, where the Z / 2 block contains a series combination of LR / 2 and 2CL, and the Y block is the LL. And a parallel combination of CR.

도 4a 및 도 4b는 각각, 도 2 및 도 3에서 도시된 부하 임피던스 없는 TL 회로들을 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다. 4A and 4B show dual port network matrix representations for the TL circuits without load impedance shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

도 5는 네 개의 유닛 셀들에 기초한 1D CRLH MTM 안테나의 예를 도시한다. 도 1의 1D CRLH MTM TL과 상이하게, 도 5의 안테나는 안테나를 안테나 회로에 연결하기 위해 좌측상의 유닛 셀을 공급선에 커플링하고 우측상의 유닛셀은 네 개의 셀들이 RF 신호를 송신 또는 수신하기 위해 공기(air)와 인터페이싱(interface)하도록 개방 회로로 되어 있다. 5 shows an example of a 1D CRLH MTM antenna based on four unit cells. Unlike the 1D CRLH MTM TL of FIG. 1, the antenna of FIG. 5 couples the unit cell on the left to the supply line to connect the antenna to the antenna circuit and the unit cell on the right allows four cells to transmit or receive an RF signal. It is open circuited to interface with air.

도 6a는 도 5에서의 안테나 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다. 도 6b는 모든 유닛 셀들을 동일하게 하기 위해 사라진 CL 부분을 계산하도록 에지들에서의 변경을 가진 도 5의 안테나 회로를 위한 이중 포트 네트워크 매트릭스 표시를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 도 4a 및 도 4b 각각에 도시된 TL 회로들에 유사하다. 6A shows a dual port network matrix representation for the antenna circuit in FIG. 5. 6B shows a dual port network matrix representation for the antenna circuit of FIG. 5 with a change in edges to calculate the missing CL portion to equalize all unit cells. 6A and 6B are similar to the TL circuits shown in FIGS. 4A and 4B, respectively.

매트릭스 표기에서, 도 4b는 다음과 같은 소정의 관계를 나타낸다:In matrix notation, FIG. 4B shows the following relation:

Figure pct00002
식(2)
Figure pct00002
Equation (2)

여기에서 도 3의 CRLH MTM TL 회로가 Vin 및 Vout 단부들로부터 봤을 때 대칭이기 때문에 AN = DN이다.Where AN = DN since the CRLH MTM TL circuit of FIG. 3 is symmetrical when viewed from the V in and V out ends.

도 6a 및 도 6b에서, 파라미터들 GR' 및 GR은 방사선 저항을 나타내고, 파라미터들 ZT' 및 ZT 는 종료 임피던스(termination impedence)를 나타낸다. ZT', ZLin' 및 ZLout' 각각은 이하에서 표시된 바와 같이 부가적인 2CL로부터의 기여분을 포함한다:In FIGS. 6A and 6B, parameters GR 'and GR represent radiation resistance, and parameters ZT' and ZT represent termination impedance. Each of ZT ', ZLin' and ZLout 'includes contributions from additional 2CL as indicated below:

Figure pct00003
식(3)
Figure pct00003
Equation (3)

방사 저항 GR 및 GR'은 안테나를 구축하거나 시뮬레이팅하여야 유도될 수 있기 때문에, 안테나 설계를 최적화하는 것이 어려울 수도 있다. 그러므로, TL 접근법을 채택하고 나서 다양한 종단기들 (ZT)를 가진 그 대응 안테나들을 시뮬레이팅하는 것이 바람직하다. 식(1)에서의 관계들은, 두 에지들에서 사라진 CL 부분을 반영하는 변경된 값 AN', BN', CN'를 가진 도 2의 회로에 대해 유효하다. Since radiation resistances GR and GR 'can be derived only by building or simulating the antenna, it may be difficult to optimize the antenna design. Therefore, it is desirable to adopt a TL approach and then simulate its corresponding antennas with various terminators (ZT). The relationships in equation (1) are valid for the circuit of FIG. 2 with modified values AN ', BN', CN 'reflecting the missing CL portion at both edges.

주파수 대역들은 N CRLH 셀 구조를 nπ전파 위상 길이로 공진하도록 하여 유도된 확산 방정식(dispersion equation)으로부터 결정될 수 있으며, 여기에서 n=0, ±1, ±2,... ±N 이다. 여기에서, N CRLH 셀들 각각은 식(1)에서 Z 및 Y에 의해 표시되며, 이것은 도 2에서 도시된 구조와 상이하고, CL은 단부 셀들로부터 사라진다. 그러므로, 이러한 두 구조들과 연관된 공진들이 상이하다는 것을 예상할 수 있다. 그러나, 확장된 계산들은, 모든 공진들이 n=0일 때를 제외하고는 동일하고 여기에서 ωSE 및 ωSH 가 도 3의 구조에서 공진하며 오직 ωSH 만이 도 2의 구조에서 공진한다는 것을 보여준다. 양의 위상 오프셋들(n>0)은 RH 영역 공진들에 대응하고 음의 값들(n<0)은 LH 영역 공진들과 연관된다. The frequency bands can be determined from the dispersion equation derived by causing the N CRLH cell structure to resonate with nπ propagation phase length, where n = 0, ± 1, ± 2, ... ± N. Here, each of the N CRLH cells is represented by Z and Y in equation (1), which is different from the structure shown in FIG. 2, and CL disappears from the end cells. Therefore, one can expect that the resonances associated with these two structures are different. However, the extended calculations show that all resonances are the same except when n = 0 where ω SE and ω SH resonate in the structure of FIG. 3 and only ω SH resonates in the structure of FIG. 2. Positive phase offsets n> 0 correspond to RH region resonances and negative values n <0 are associated with LH region resonances.

Z 및 Y 파라미터들을 갖는 N 개의 동일한 CRLH 셀들의 확산 관계가 이하에 주어진다:The spreading relationship of N identical CRLH cells with Z and Y parameters is given below:

Figure pct00004
식(4)
Figure pct00004
Formula (4)

여기에서 Z 및 Y는 식(1)에서 주어지며, AN은 도 3에서와 같은 N 개의 동일한 CRLH 유닛 셀들의 선형 캐스케이드로부터 유도되며, p는 셀 사이즈이다. 홀수 n=(2m+1)과 짝수 n=2m 공진들은 각각 AN=-1 및 AN=1과 연관된다. 도 4a 및 도 6a의 AN' 에 대하여, n=0 모드는 ω0 = ωSH 에서만 공진하고 단부 셀들에서 CL이 존재하지 않음으로 인해 ωSE 및 ωSH 둘 모두에서 공진하지는 않는다. 고차(higher-order) 주파수들은 표 1에서 특정된 x의 상이한 값들에 대하여 이하의 식에 의해 주어진다.:Where Z and Y are given in equation (1), AN is derived from a linear cascade of N identical CRLH unit cells as in FIG. 3, p is the cell size. Odd n = (2m + 1) and even n = 2m resonances are associated with AN = −1 and AN = 1, respectively. For AN ′ of FIGS. 4A and 6A, the n = 0 mode resonates only at ω 0 = ω SH and does not resonate at both ω SE and ω SH due to the absence of CL in the end cells. The higher-order frequencies are given by the following equations for the different values of x specified in Table 1:

Figure pct00005
식(5)
Figure pct00005
Formula (5)

표 1은 N=1, 2, 3, 및 4에 대한 χ값들을 제공한다. 에지 셀들(도 3)에 완전한 CL이 존재하는지 또는 CL이 존재하지 않는지(도 2) 여부에 관계없이 고차 공진들 (|n|> 0) 이 동일하다는 것을 주의해야 한다. 게다가, n=0 에 근접한 공진들은 작은 χ값들(χ하한 0에 가까운 값)을 가지는 반면에, 고차 공진들은 식(4)에서 나타난 바와 같이 χ상한 4 에 이르는 경향이 있다. Table 1 provides the χ values for N = 1, 2, 3, and 4. It should be noted that the higher order resonances (| n |> 0) are the same regardless of whether there is a complete CL in the edge cells (FIG. 3) or no CL (FIG. 2). In addition, resonances close to n = 0 have small χ values (close to χ lower limit 0), while higher order resonances tend to reach χ upper 4 as shown in equation (4).

표 1: N=1, 2, 3 및 4 셀들에 대한 공진들Table 1: Resonances for N = 1, 2, 3, and 4 Cells

Figure pct00006
Figure pct00006

Figure pct00007
Figure pct00007

주파수 ω의 함수로서의 확산 곡선β는 ωSE 및 ωSH (평형(balanced), 즉 LR CL = LL CR) 및 ωSE 및 ωSH (비평형(unbalanced)) 경우들에 대하여 도 7a 및 도 7b에 도시된다. 후자의 경우에, 최소값(ωSE , ωSH )과 최대값(ωSE , ωSH ) 간의 주파수 갭이 있다. 제한 주파수들 ωmin 및 ωSmax 값들은 이하의 식들에서 나타난 바와 같이 가 χ그 상한 χ=4에 이를 때 식(5)의 동일한 공진 방정식들에 의해 주어진다. Diffusion curve as the frequency ω function β is in Fig. 7a and 7b with respect to ω SE and ω SH (equilibrium (balanced), i.e., LR CL = LL CR) and ω SE and ω SH (non-equilibrium (unbalanced)) if Shown. In the latter case, there is a frequency gap between the minimum value (ω SE , ω SH ) and the maximum value (ω SE , ω SH ). The limiting frequencies ω min and ω Smax values are given by the same resonance equations of equation (5) when χ reaches the upper limit χ = 4 as shown in the following equations.

Figure pct00008
식(6)
Figure pct00008
Formula (6)

부가적으로, 도 7a 및 도 7b는 확산 곡선들(dispersion curves)을 따라 공진 위치의 예시들을 제공한다. RH 영역(n > 0)에서, 구조 사이즈 l = Np (p는 셀 사이즈)는 주파수가 감소함에 따라 증가한다. 반대로, LH 영역에서, Np가 더 작은 값을 가질수록 저주파수들에 도달하며, 따라서 사이즈 감소가 발생한다. 확산 곡선들은 이러한 공진들 주변의 대역폭의 몇가지 표시를 제공한다. 예컨대, LH 공진들은 확산 곡선들이 거의 평평(flat)하기 때문에 좁은 대역폭을 갖는다. RH 영역에서, 확산 곡선들이 더 가파르기 때문에 대역폭이 더 넓다. 광대역들(broadbands)을 얻기 위한 제1 조건, 즉 제1 BB 조건은 다음과 같이 표현될 수 있다.:In addition, FIGS. 7A and 7B provide examples of resonant positions along dispersion curves. In the RH region (n> 0), the structure size l = Np (p is the cell size) increases with decreasing frequency. In contrast, in the LH region, the smaller the value of Np is, the lower frequencies are reached, and thus a size reduction occurs. Diffusion curves provide some indication of the bandwidth around these resonances. For example, LH resonances have a narrow bandwidth because the diffusion curves are nearly flat. In the RH region, the bandwidth is wider because the diffusion curves are steeper. The first condition, i.e., the first BB condition, for obtaining broadbands can be expressed as follows:

Figure pct00009
식(7)
Figure pct00009
Formula (7)

여기에서 χ는 식(4)로 주어지고 ωR은 식(1)에서 정의되어 있다. 식(4)의 확산 관계(dispersion relationship)는, 식(7)의 제1의 BB 조건 (COND1)에서의 제로 분모에 이르는 |AN|= 1일 때 공진들이 발생한다. 상기하자면, AN 은 N 개의 동일한 유닛 셀들(도 4b 및 도 6b)의 제1 송신 매트릭스 입력이다. 그 계산은 COND1이 실제로 N에 독립적이고 식(7)에서의 제2 방정식에 의해 주어진다는 것을 나타낸다. 확산 곡선들의 기울기를 정의하여 가능한 대역폭들을 정의하는 것은 표 1에서 도시된 바와 같은 공진들에서의 분자 및 χ의 값들이다. 타겟팅된 구조들은 4%를 조과하는 대역폭을 가진 사이즈에 있어서 최대 Np = λ/40이다. 작은 셀 사이즈들 p를 갖는 구조들에 대하여, 식(7)은 높은 ωR 값들이 COND1, 즉 낮은 CR 및 LR 값들을 만족하는 것을 나타내며, 이것은 n<0에 대하여, 다른 항목들(1-χ/4 → 0)에서 표 1의 4에 근접한 χ값들에서 공진들이 발생하기 때문이다. Where χ is given by equation (4) and ω R is defined in equation (1). The dispersion relationship of equation (4) causes resonances when | AN | = 1 which leads to a zero denominator in the first BB condition COND1 of equation (7). Recall that AN is the first transmission matrix input of N identical unit cells (FIGS. 4B and 6B). The calculation indicates that COND1 is actually independent of N and given by the second equation in equation (7). Defining the possible bandwidths by defining the slope of the diffusion curves are the values of molecules and χ at resonances as shown in Table 1. Targeted structures have a maximum Np = λ / 40 for a size with bandwidth exceeding 4%. For structures with small cell sizes p, equation (7) indicates that high ω R values satisfy COND1, ie low CR and LR values, which means that for n <0, other items (1-χ) This is because resonances occur at χ values close to 4 in Table 1 in / 4 → 0).

이상에서 나타내어진 바와 같이, 일단 확산 곡선 기울기들이 가파른 값들을 가지면, 다름 단계는 적절한 매칭(matching)을 확인하는 것이다. 이상적인 매칭 임피던스들은 고정 값들을 가지며 큰 매칭 네트워크 풋프린트(footprint)들을 필요로 하지 않을 수도 있다. 여기에서 "매칭 임피던스" 는 안테나에서와 같이 단일 측면 공급(single side feed)의 경우에서의 공급선 및 종단기를 지칭한다. 입력/출력 매칭 네트워크를 분석하기 위해,도 4b에서의 TL 회로에 대하여 Zin 및 Zout이 계산될 수 있다. 도 3의 네트워크는 대칭이기 때문에, Zin = Zout라는 것을 증명하는 것은 간단하다. Zin 은 이하의 식에서 나타나는 바와 같이 N에 독립적이라는 것이 증명될 수 있다. As indicated above, once the diffusion curve slopes have steep values, the next step is to confirm proper matching. Ideal matching impedances have fixed values and may not require large matching network footprints. “Matched impedance” herein refers to the supply line and terminator in the case of a single side feed as in the antenna. To analyze the input / output matching network, Zin and Zout can be calculated for the TL circuit in FIG. 4B. Since the network of FIG. 3 is symmetric, it is simple to prove that Zin = Zout. It can be proved that Zin is independent of N as shown in the following formula.

Figure pct00010
식(8)
Figure pct00010
Formula (8)

이것은 음의 실수들을 갖는다. B1/C1이 0보다 큰 한 가지 이유는 식(4)에서 |AN|≤1 의 조건에 기인하며, 이것은 이하의 임피던스 조건을 초래한다:This has negative mistakes. One reason that B1 / C1 is greater than zero is due to the condition of | AN | ≤1 in equation (4), which results in the following impedance condition:

Figure pct00011
Figure pct00011

제2의 광대역(BB) 조건은 상수 매칭(constant matching)을 유지하기 위해, Zin이 공진들에 가까운 주파수에 따라 약간씩 변화하는 것이다. 실제 입력 임피던스 Zin'는 식(3)에 나타난 바와 같은 CL 직렬 커패시턴스로부터의 기여분을 포함하는 것을 기억해야 한다. 제2 BB 조건은 이하에서와 같이 주어진다:A second broadband (BB) condition is that Zin varies slightly with frequency close to resonances to maintain constant matching. It should be remembered that the actual input impedance Zin 'includes the contribution from the CL series capacitance as shown in equation (3). The second BB condition is given as follows:

Figure pct00012
식(9)
Figure pct00012
Formula (9)

도 2 및 도 3의 전송선 예시와 상이하게, 안테나 설계들은, 구조 에지 임피던스와 양호하지 않게 매칭된 무한 임피던스를 갖는 개방 단부 측면(open-ended side)을 갖는다. 커패시턴스 종단기는 이하의 식에 의해 주어진다:Unlike the transmission line example of FIGS. 2 and 3, antenna designs have an open-ended side with infinite impedance that poorly matches the structural edge impedance. Capacitance terminator is given by the following equation:

Figure pct00013
식(10)
Figure pct00013
Equation (10)

이것은 N에 의존하고 순수하게 가상의 것이다. LH 공진들이 RH 공진들보다 통상적으로 더 좁기 때문에, 선택된 매칭 값들은 n>0 영역보다 n<0 영역에서 유도된 것들에 근접하다. This depends on N and is purely hypothetical. Since the LH resonances are typically narrower than the RH resonances, the selected matching values are closer to those derived in the n <0 region than in the n> 0 region.

LH 공진들의 대역폭을 증가시키는 한 가지 방법은 분류 커패시터 CR을 감소시키는 것이다. 이 감소는 식(7)에서 설명된 더 가파른 확산 곡선들의 더 높은 ωR값들을 초래할 수 있다. CR을 감소시키는 다양한 방법들이 존재하며, 이는 1) 기판 두께를 증가시키는 것, 2) 셀 패치 영역을 감소시키는 것, 3) 트런케이트 접지(truncated ground)를 초래하는, 최상부 셀 패치 아래의 접지 영역을 감소시키는 것, 또는 이 기술들의 조합들을 포함하지만 그에 한정되지는 않는다. One way to increase the bandwidth of the LH resonances is to reduce the classification capacitor CR. This reduction can lead to higher ω R values of the steeper diffusion curves described in equation (7). There are various ways to reduce the CR, which is 1) increasing the substrate thickness, 2) reducing the cell patch area, and 3) the ground area under the top cell patch, resulting in truncated ground. Reducing, or combinations of these techniques, but not limited thereto.

도 1 및 도 5의 MTM TL 및 안테나 구조들은 완전한 접지 전극으로서 기판의 전체의 저부 표면을 덮는데 전도층을 사용한다. 기판 표면의 하나 이상의 부분들을 노출시키도록 패터닝된 트런케이트 접지 전극은 완전한 기판 표면의 영역보다 더 작게 접지 전극의 영역을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 이것은 공진 대역폭을 증가시키고 공진 주파수를 튜닝(tune)한다. 트런케이트 접지 구조의 두 가지 예들은 도 8 및 도 11을 참조하여 논의되며, 여기에서 기판의 접지 전극 측 상의 셀 패치의 풋프린트의 영역에서의 접지 전극의 양이 감소되고, 잔여 스트립 선(비아 선(via line))이 셀 패치의 풋프린트 외부의 주 접지 전극에 셀 패치를 연결하는 데 사용된다. 이러한 트런케이트 접지 접근법은 광대역 공진들을 달성하기 위해 다양한 구성으로 실행될 수도 있다. The MTM TL and antenna structures of FIGS. 1 and 5 use a conductive layer to cover the entire bottom surface of the substrate as a complete ground electrode. A truncated ground electrode patterned to expose one or more portions of the substrate surface can be used to reduce the area of the ground electrode to be smaller than the area of the complete substrate surface. This increases the resonance bandwidth and tunes the resonance frequency. Two examples of a truncated ground structure are discussed with reference to FIGS. 8 and 11, where the amount of ground electrode in the area of the footprint of the cell patch on the ground electrode side of the substrate is reduced, and the remaining strip line (via Via lines are used to connect the cell patch to the main ground electrode outside the footprint of the cell patch. This truncated ground approach may be implemented in various configurations to achieve wideband resonances.

도 8은, 접지 전극이 셀 패치 아래로 한 방향을 따라 셀 패치보다 더 작은 디멘젼을 가질 경우, 4중 셀(four-cell) MTM 전송선을 위한 트런케이트 접지 전극의 한 예를 도시한다. 접지 전도층은, 비아들에 연결되고 셀 패치들 아래를 통해 통과하는 비아 선(via line)을 포함한다. 비아 선은 각 유닛 셀의 셀 패치의 디멘젼보다 작은 폭을 가진다. 트런케이트 접지의 사용은, 기판 두께가 증가될 수 없거나 안테나 효율에 있어서의 관련된 감소로 인해 셀 패치 영역이 감소될 수 없는 경우, 상용 디바이스의 실행들에 있어서 다른 방법들보다 우월한 바람직한 선택이 될 수도 있다. 접지가 트런케이팅(truncate)되는 경우, 도 8에서 도시된 바와 같은 주 접지에 비아들을 연결하는 금속화 스트립(metallization strip) (비아 선)에 의해 다른 인덕터 Lp(도 9)가 도입된다. 도 10은 도 8에서의 TL 구조에 유사한 트런케이트 접지를 갖는 4중 셀 안테나 대응물(four-cell antenna counterpart)을 도시한다. 8 shows an example of a truncated ground electrode for a four-cell MTM transmission line when the ground electrode has smaller dimensions than the cell patch along one direction below the cell patch. The ground conductive layer includes a via line connected to the vias and passing through under the cell patches. The via line has a width smaller than the dimension of the cell patch of each unit cell. The use of truncated ground may be the preferred choice superior to other methods in implementations of commercial devices when the substrate thickness cannot be increased or the cell patch area cannot be reduced due to a related decrease in antenna efficiency. have. When the ground is truncated, another inductor Lp (FIG. 9) is introduced by a metallization strip (via line) connecting the vias to the main ground as shown in FIG. 8. FIG. 10 illustrates a four-cell antenna counterpart with a truncated ground similar to the TL structure in FIG. 8.

도 11은 트런케이트 접지 구조를 갖는 MTM 안테나의 또다른 예시를 도시한다. 이 예에서, 접지 전도층은 셀 패치들의 풋프린트 외부에 형성된 비아 선들 및 주 접지를 포함한다. 각 비아 선은 제1 말단부(distal end)에서 주 접지에 연결되고 제2 말단부에서 비아에 연결된다. 비아 선은 각 유닛 셀의 셀 경로의 디멘젼보다 작은 폭을 갖는다. 11 shows another example of an MTM antenna having a truncated ground structure. In this example, the ground conductive layer includes via lines and main ground formed outside the footprint of the cell patches. Each via line is connected to the main ground at the first distal end and to the via at the second distal end. The via line has a width smaller than the dimension of the cell path of each unit cell.

트런케이트 접지 구조를 위한 방정식들이 유도될 수 있다. 트런케이트 접지 예들에서, 분류 커패시턴스 CR은 작게 되고, 공진들은 식(1), (5) 및 (6)과 표 1에서와 같은 방정식들을 따른다. 두 가지 접근법이 존재한다. 도 8 및 도 9는 첫번째 접근법, 접근법 1을 제시하며, 여기에서 공진들은 (LR +Lp)로 대체된 후에 식(1), (5), 및 (6) 및 표 1에서와 동일하다. |n|≠ 0 에 대하여, 각 모드는 (1) LR을 위한 ω±n이 (LR +Lp)로 대체되는 것 (2) LR을 위한 ω±n이 (LR +Lp/n)에 의해 대체되는 것에 대응하는 두 개의 공진들을 가지며, N은 유닛 셀들의 수이다. 이러한 접근법 1 하에서, 임피던스 방정식은 이하와 같이 된다: Equations for the truncated ground structure can be derived. In the truncated grounding examples, the class capacitance CR becomes small and the resonances follow the equations as in equations (1), (5) and (6) and in Table 1. There are two approaches. 8 and 9 present the first approach, approach 1, where the resonances are the same as in equations (1), (5), and (6) and Table 1 after being replaced by (LR + Lp). For n | ≠ 0, each mode is (1) ω ± n for LR is replaced by (LR + Lp) (2) ω ± n for LR is replaced by (LR + Lp / n) With two resonances corresponding to being, N is the number of unit cells. Under this approach 1, the impedance equation becomes:

Figure pct00014
Figure pct00014

식(11)Formula (11)

여기에서 Zp=jωLp 및 Z, Y는 식(2)에 정의된다. 식(11)의 임피던스 방정식은 두 개의 공진들 ω및 ω' 이 각각 저임피던스 및 고임피던스를 갖는다는 것을 제공한다. 따라서, 대부분의 경우들에서 ω공진들 부근에서 튜닝하는 것이 용이하다. Where Zp = jωLp and Z, Y are defined in equation (2). The impedance equation of equation (11) provides that the two resonances ω and ω 'have low impedance and high impedance, respectively. Thus, in most cases it is easy to tune in the vicinity of ω resonances.

제2 접근법, 접근법 2는 도 11 및 도 12에서 도시되며, 공진들은 LL이 (LL+Lp)로 대체된 후 식(1), (5), 및 (6) 과 표 1에서와 동일하다. 제2 접근법에서, 분류 커패시터 CR이 감소되는 동안 결합된 분류 인덕터 (LL+Lp)는 증가하며, 이것은 더 낮은 LH 주파수들을 초래한다. A second approach, approach 2, is shown in Figures 11 and 12, where the resonances are the same as in equations (1), (5), and (6) and Table 1 after LL has been replaced by (LL + Lp). In a second approach, the combined inductor (LL + Lp) increases while the sorting capacitor CR decreases, which results in lower LH frequencies.

이상의 예시적인 MTM 구조들은 두 개의 금속화층들 상에 형성되고 두 개의 금속화층들 중 하나는 접지 전극으로 사용되며, 전도성 비아를 통해 다른 금속화층과 연결된다. 그러한 이중층 CRLH MTM TL들 및 비아를 가진 안테나들은 도 1 및 도 5에서 도시된 완전한 접지 전극 또는 도 8 및 도 10에서 도시된 트런케이트 접지 전극으로 구성될 수 있다. The above example MTM structures are formed on two metallization layers and one of the two metallization layers is used as the ground electrode, and is connected to the other metallization layer through conductive vias. Antennas with such double layer CRLH MTM TLs and vias may be composed of the complete ground electrode shown in FIGS. 1 and 5 or the truncated ground electrode shown in FIGS. 8 and 10.

한 실시예에서, SLM MTM 구조는 제1 기판 표면 및 반대 기판 표면을 갖는 기판; 및 제1 기판 표면 상에 형성되고 유전 기판을 관통하는 전도성 비아없이 SLM MTM 구조를 형성하기 위해 두 개 이상의 전도성 부분들을 갖도록 패터닝되는 금속화층을 포함한다. 금속화 층 내에 전도성 부분들은, SLM MTM 구조의 셀 패치; 셀 패치로부터 공간적으로 분리된 접지; 접지 및 셀 패치와 상호 연결된 비아 선; 및 셀 패치와 직접적으로 접촉하지 않고 셀 패치에 용량성 커플링(capactively coupling)되어 있는 공급선을 포함한다. LH 직렬 커패시턴스 CL은 공급선과 셀 패치 사이의 갭을 통한 용량성 커플링에 의해 생성된다. RH 직렬 인덕턴스 LR은 공급선과 셀 패치에서 주로 생성된다. 이러한 SLM MTM 구조에서 두 개의 전도성 부분들 사이에 수직으로 끼워진 유전 물질은 존재하지 않는다. 결과적으로, SLM MTM 구조의 RH 분류 커패시턴스 CR은 무시할 수 있는 정도로 작게 설계될 수도 있다. 작은 RH 분류 커패시턴스 CR은 여전히 셀 패치와 접지 사이에서 유도될 수 있으며, 둘 모두는 단일 금속화층에 있다. SLM MTM 구조내의 LH 분류 인덕턴스 LL은 기판을 관통하는 비아가 존재하지 않기 때문에 무시할 수 있을 정도이지만, 접지에 연결된 비아 선은 LH 분류 인덕턴스 LL에 등가인 인덕턴스를 생성할 수 있다. TLM-VL MTM 안테나 구조는 수직 용량성 커플링을 생성하기 위해 두 개의 상이한 층에 위치된 공급선 및 셀 패치를 가질 수도 있다. In one embodiment, the SLM MTM structure comprises a substrate having a first substrate surface and an opposite substrate surface; And a metallization layer formed on the first substrate surface and patterned with two or more conductive portions to form an SLM MTM structure without conductive vias penetrating through the dielectric substrate. The conductive portions in the metallization layer may comprise a cell patch of SLM MTM structure; Ground spatially separated from the cell patch; Via lines interconnected with ground and cell patches; And a supply line that is capacitively coupled to the cell patch without directly contacting the cell patch. LH series capacitance CL is produced by capacitive coupling through the gap between the supply line and the cell patch. RH series inductance LR is mainly generated at the supply line and cell patch. In this SLM MTM structure, there is no dielectric material sandwiched vertically between the two conductive portions. As a result, the RH class capacitance CR of the SLM MTM structure may be designed to be negligibly small. Small RH class capacitance CR can still be induced between cell patch and ground, both in a single metallization layer. The LH class inductance LL in the SLM MTM structure is negligible because there are no vias through the substrate, but a via line connected to ground can produce an inductance equivalent to the LH class inductance LL. The TLM-VL MTM antenna structure may have supply lines and cell patches located on two different layers to create vertical capacitive coupling.

SLM 및 TLM-VL MTM 안테나 구조들과 상이하게, 다중층 MTM 안테나 구조는 적어도 하나의 비아에 의해 연결된 두 개 이상의 금속화 층들에 전도성 부분들을 갖는다. 그러한 다중층 MTM 안테나 구조들의 예시들 및 실시예들은 2008년 10월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제12/270,410호, "Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via,"에서 설명되어 있으며, 그 개시는 참조로서 본 명세서에 결합된다. 이러한 다중 금속화 층들은, 두 개의 금속화 층들이 전기절연 물질(예컨대 유전성 물질)에 의해 분리되어 있는 기판, 막, 또는 플레이트 구조에 기초하여 다중 전도성 부분들을 갖도록 패터닝된다. 두 개 이상의 기판들은, 특정 기술 특징들 또는 이점들을 성취하도록 다중 금속화 층들을 위한 다중 표면들을 제공하기 위해 유전성 스페이서(dielectric spacer)와 함께 또는 유전성 스페이서 없이 적층될 수 있다. 그러한 다중층 MTM 안테나 구조들은 한 금속화층의 한 개의 전도성 부분을 다른 금속화층 내의 다른 전도성 부분에 연결하는 적어도 하나의 전도성 비아를 수행할 수도 있다. 이는 한 금속화 층 내의 한 전도성 부분과 다른 금속화 층 내의 다른 전도성 부분과의 연결을 허용한다. Unlike the SLM and TLM-VL MTM antenna structures, the multilayer MTM antenna structure has conductive portions in two or more metallization layers connected by at least one via. Examples and embodiments of such multilayer MTM antenna structures are described in US Patent Application No. 12 / 270,410, "Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via," filed October 13, 2008, the disclosure of which is incorporated by reference. Are incorporated herein by reference. These multiple metallization layers are patterned to have multiple conductive portions based on a substrate, film, or plate structure in which the two metallization layers are separated by an electrically insulating material (eg, a dielectric material). Two or more substrates may be stacked with or without a dielectric spacer to provide multiple surfaces for multiple metallization layers to achieve particular technical features or advantages. Such multilayer MTM antenna structures may carry at least one conductive via that connects one conductive portion of one metallization layer to another conductive portion in another metallization layer. This allows the connection of one conductive portion in one metallization layer with another conductive portion in another metallization layer.

이중층 MTM 안테나 구조의 실시예는 제1 기판 표면 및 제1 기판 표면의 반대편에 제2 기판 표면을 갖는 기판; 제1 기판 표면 상에 형성된 제1 금속화층; 및 제2 기판 표면 상에 형성된 제2 금속화층을 포함하며, 두 개의 금속화 층들은 제1 금속화층 내의 한 전도성 부분을 제2 금속화 층 내의 다른 전도성 부분에 연결하는 적어도 한 개의 전도성 비아를 갖는 하나 이상의 전도성 부분들을 구비하도록 패터닝된다. 트런케이트 접지는 표면의 일부가 노출되어 있는 상태로, 제1 금속화 층 상에 형성될 수 있다. 제2 금속화 층의 전도성 부분들은 MTM 구조 및 공급선의 셀 패치를 포함할 수 있으며, 공급선의 말단부는 셀 패치에 근접하게 위치되고 셀 패치로 또는 셀 패치로부터의 안테나 신호를 송신하기 위해 셀 패치에 용량성 커플링되어 있다. 셀 패치는 노출된 표면의 적어도 부분과 평행하게 형성된다. 제1 금속화층 내의 전도성 부분들은 제1 금속화층 내의 트런케이트 접지와 제2 금속화 층 내의 셀 패치를 기판에 형성된 비아를 통해 연결하는 비아 선을 포함한다. LH 직렬 커패시턴스 CL은 공급선과 셀 패치 사이의 갭을 통한 용량성 커플링에 의해 생성된다. RH 직렬 인덕턴스 LR은 공급선과 셀 패치에서 주로 생성된다. LH 분류 인덕턴스 LL은 주로 비아 및 비아 선에 의해 유도된다. RH 분류 커패시턴스 CR은 주로 제2 금속화층 내의 셀 패치와 제1 금속화층 상에 투영된 셀 패치의 풋프린트의 비아 선의 부분 사이에서 유도된다. 민더 선(meander line)과 같은 부가적인 전도성 선이 광대역 또는 다중대역 안테나 동작을 지원하기 위해 RH 모노폴 공진을 유도하도록 공급선에 부착될 수 있다. Embodiments of a dual layer MTM antenna structure include a substrate having a first substrate surface and a second substrate surface opposite the first substrate surface; A first metallization layer formed on the first substrate surface; And a second metallization layer formed on the surface of the second substrate, wherein the two metallization layers have at least one conductive via connecting one conductive portion in the first metallization layer to another conductive portion in the second metallization layer. It is patterned to have one or more conductive portions. The truncated ground may be formed on the first metallization layer with a portion of the surface exposed. The conductive portions of the second metallization layer can include the MTM structure and the cell patch of the supply line, the distal end of the supply line being located proximate to the cell patch and transmitting to the cell patch to transmit antenna signals to or from the cell patch. Capacitively coupled. The cell patch is formed parallel to at least a portion of the exposed surface. The conductive portions in the first metallization layer include via lines connecting the truncated ground in the first metallization layer and the cell patch in the second metallization layer through vias formed in the substrate. LH series capacitance CL is produced by capacitive coupling through the gap between the supply line and the cell patch. RH series inductance LR is mainly generated at the supply line and cell patch. LH classification inductance LL is mainly induced by vias and via lines. The RH class capacitance CR is mainly derived between the cell patch in the second metallization layer and the portion of the via line of the footprint of the cell patch projected on the first metallization layer. Additional conductive lines, such as meander lines, can be attached to the supply lines to induce RH monopole resonance to support wideband or multiband antenna operation.

MTM 안테나들에 의해 지원될 수 있는 다양한 주파수 대역들의 예들은 셀 폰 및 모바일 디바이스 애플리케이션들, WiFi 애플리케이션들, WiMax 애플리케이션들 및 다른 무선 통신 애플리케이션들을 위한 주파수 대역들을 포함한다. 셀 폰 및 모바일 디바이스 애플리케이션들을 위한 주파수 대역들의 예들은: 두 대역, 즉 CDMA (824 - 894 MHz) 및 GSM(880 - 960 MHz) 대역들을 포함하는 셀룰러 대역(824 - 960 MHz); 및 세 대역들, 즉 DCS(1710 - 1880 MHz), PCS(1850 - 1990 MHz), 및 AWS/WCDMA (2110 - 2170 MHz)을 포함하는 PCS/DCS 대역(1710 - 2170 MHz)이다. Examples of various frequency bands that may be supported by MTM antennas include frequency bands for cell phone and mobile device applications, WiFi applications, WiMax applications, and other wireless communication applications. Examples of frequency bands for cell phone and mobile device applications include: cellular band 824-960 MHz, including two bands: CDMA (824-894 MHz) and GSM (880-960 MHz) bands; And the PCS / DCS band (1710-2170 MHz), including three bands: DCS (1710-1880 MHz), PCS (1850-1990 MHz), and AWS / WCDMA (2110-2170 MHz).

MTM 구조는, PCB 자리배치 요인들(PCB real-estate factors)과 같은 애플리케이션의 요구들, 디바이스 성능 요구들, 및 다른 사양들에 따르도록 특정하게 맞춤화될 수 있다. MTM 구조 내의 셀 패치는, 예컨대 직사각형, 다각형, 부정형, 지그재그(zigzag)형, 원형, 타원형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태들 및 디멘젼들을 가질 수 있다. 비아 선 및 공급선은 또한, 예컨대 직사각형, 다각형, 부정형, 및 지그재그(zigzag)형, 원형, 타원형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태 및 디멘젼들을 포함할 수 있다. 공급선의 말단부는 용량성 커플링을 변경시키는 도약대(launch pad)를 형성하도록 변형될 수 있다. 도약대는 예컨대 직사각형, 다각형, 부정형, 지그재그(zigzag)형, 원형, 타원형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태들 및 디멘젼들을 가질 수 있다. 도약대와 셀 패치 간의 갭은, 예컨대 직선, 곡선, L형선, 지그재그 선, 불연속선, 인클로징 선(enclosing line), 및 상이한 형태들의 조합을 포함하는, 다양한 형태들을 취할 수 있다. 공급선들, 도약대, 셀 패치, 및 바이선들 중 일부는 다른 것들과 상이한 층에 형성될 수 있다. 공급선, 도약대, 셀 패치, 및 비아 선 중 일부는 한 금속화 층에서 상이한 금속화 층으로 연장될 수 있다. 안테나 부분은 주 기판보다 몇 밀리미터 위로 위치될 수도 있다. 다중셀 1D 구조를 형성하기 위해 복수의 셀들이 직렬로 캐스캐이딩(cascade) 될 수도 있다. 2D 구조를 형성하기 위해 복수의 셀들이 직교(orthogonal) 방향으로 캐스캐이딩될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 단일 공급선이 복수의 셀 패치들에 전력을 전달하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 부가적인 전도성 선은, 이러한 부가적인 전도성 선이 예컨대 직사각형, 부정형, 지그재그(zigzag)형, 평면 나선형, 수직 나선형, 민더(meander)형, 또는 상이한 형태들의 조합을 포함하는 다양한 기하학적 형태 및 디멘젼들을 가질 수 있는 공급선 또는 도약대에 부가될 수도 있다. 부가적인 전도성 선은 기판의 최상부 층, 가운데 층, 또는 최저부 층이나, 기판보다 몇 밀리미터 위에 위치될 수 있다. The MTM structure may be specifically tailored to comply with the needs of the application, device performance requirements, and other specifications, such as PCB real-estate factors. The cell patch in the MTM structure can have various geometric shapes and dimensions, including, for example, rectangular, polygonal, irregular, zigzag, circular, oval, or a combination of different shapes. Via lines and supply lines may also include various geometric shapes and dimensions, including, for example, rectangular, polygonal, irregular, and zigzag, circular, oval, or a combination of different shapes. The distal end of the supply line can be modified to form a launch pad that alters the capacitive coupling. The springboard may have a variety of geometric shapes and dimensions including, for example, rectangular, polygonal, irregular, zigzag, circular, elliptical, or a combination of different shapes. The gap between the springboard and the cell patch can take various forms, including, for example, straight lines, curved lines, L-shaped lines, zigzag lines, discontinuities, enclosing lines, and combinations of different forms. Some of the supply lines, hops, cell patches, and bylines may be formed in a different layer than others. Some of the supply lines, hops, cell patches, and via lines may extend from one metallization layer to another metallization layer. The antenna portion may be located several millimeters above the main substrate. A plurality of cells may be cascaded in series to form a multicell 1D structure. A plurality of cells may be cascaded in an orthogonal direction to form a 2D structure. In some embodiments, a single supply line may be configured to deliver power to a plurality of cell patches. In other embodiments, the additional conductive line may be a variety of such additional conductive lines including, for example, rectangular, irregular, zigzag, planar spiral, vertical spiral, meander, or a combination of different forms. It may be added to a supply line or springboard which may have geometric shapes and dimensions. Additional conductive lines may be located at the top, middle, or bottom layer of the substrate, but a few millimeters above the substrate.

다른 유형의 MTM 안테나는 비평면 MTM 안테나들을 포함한다. 그러한 비평면MTM 안테나 구조들은, MTM 안테나의 안테나 섹션들이 휴대용 무선 통신 디바이스와 같은 무선 통신 디바이스의 할당된 공간 또는 부피에 맞게 조절된 소형 구조를 제공하기 위해 비평면 구성으로 공간적으로 분포되도록, MTM 안테나의 하나 이상의 안테나 섹션들이 동일한 MTM 안테나의 하나 이상의 다른 안테나 섹션들로부터 멀리 떨어지도록 배열된다. 예컨대, MTM 구조의 하나 이상의 안테나 섹션들이 L형 안테나 구성과 같은 비평면 구성으로 공간적으로 분포되도록 또다른 유전 기판 상에 MTM 안테나의 하나 이상의 다른 안테나 섹션들을 위치시키면서, MTM 구조의 하나 이상의 안테나 섹션들이 유전 기판 상에 위치될 수 있다. 다양한 애플리케이션들에서, MTM 안테나의 안테나 부분들은 3차원(3D) 기판 구조로 평행하거나 비평행하게 다양한 부분들을 수용하도록 배열될 수 있다. 그러한 비평면 MTM 안테나 구조들은 상품 인클로즈 내부 또는 그 둘레에 둘러쌓여질 수도 있다. 비평면 MTM 안테나 구조 내의 안테나 섹션들은 인클로즈(enclose), 하우징 벽들(housing walls), 안테나 캐리어(antenna carrier), 또는 공간을 절약하는 다른 패키징 구조들에 맞물리도록 배열될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비평면 MTM 안테나 구조의 적어도 하나의 안테나 섹션이 그러한 패키징 구조의 근접한 평면에 가깝게 또는 그와 실질적으로 평행하게 위치되며, 여기에서 안테나 섹션은 그러한 패키징 구조의 내부 또는 외부에 존재할 수 있다. 몇몇의 다른 실시예들에서, MTM 안테나 구조는 상품의 하우징의 내부벽, 안테나 캐리어의 외부 표면, 또는 디바이스 패키지의 윤곽(contour)에 등각(conformal)으로 이루어질 수 있다. 그러한 비평면 MTM 안테나 구조들은 평면 구성으로 된 유사한 안테나보다 더 작은 풋프린트를 가질 수 있으며, 따라서 셀룰러 폰과 같은 휴대용 통신 디바이스에서 이용가능한 제한된 공간에 맞게 될 수 있다. 몇몇의 비평면 MTM 안테나 설계들에서, MTM 안테나의 부분 또는 전체가 사용되지 않는 동안 공간을 절약하기 위해 접혀지거나 내부로 슬라이딩될 수 있도록 스위블(swivel) 메커니즘 또는 슬라이딩 메커니즘이 결합될 수 있다. 부가적으로, 적층된 기판들이, 메인 보드 위의 공간을 이용하기 위해 적층된 기판들 사이의 기계적 및 전기적 접촉을 결합하고 MTM 안테나의 상이한 안테나 섹션들을 지지하는 데, 유전 스페이서를 가지고 또는 유전 스페이서 없이 사용될 수도 있다. Another type of MTM antenna includes non-planar MTM antennas. Such non-planar MTM antenna structures allow the antenna sections of the MTM antenna to be spatially distributed in a non-planar configuration to provide a compact structure adapted to the allocated space or volume of a wireless communication device such as a portable wireless communication device. One or more antenna sections are arranged to be remote from one or more other antenna sections of the same MTM antenna. For example, one or more antenna sections of the MTM structure may be positioned while placing one or more other antenna sections of the MTM antenna on another dielectric substrate such that one or more antenna sections of the MTM structure are spatially distributed in a non-planar configuration, such as an L-shaped antenna configuration. And may be located on the dielectric substrate. In various applications, the antenna portions of the MTM antenna may be arranged to accommodate the various portions parallel or non-parallel in a three dimensional (3D) substrate structure. Such non-planar MTM antenna structures may be enclosed within or around the product enclosure. Antenna sections in a non-planar MTM antenna structure may be arranged to engage an enclosure, housing walls, antenna carrier, or other packaging structures that save space. In some embodiments, at least one antenna section of the non-planar MTM antenna structure is located close to or substantially parallel to the near plane of such packaging structure, where the antenna section is present inside or outside of such packaging structure. Can be. In some other embodiments, the MTM antenna structure may be conformal to the inner wall of the article's housing, the outer surface of the antenna carrier, or the contour of the device package. Such non-planar MTM antenna structures can have a smaller footprint than similar antennas in a planar configuration, and thus can be adapted to the limited space available in portable communication devices such as cellular phones. In some non-planar MTM antenna designs, a swivel mechanism or sliding mechanism can be combined such that part or all of the MTM antenna can be folded or slid inward to save space while not in use. Additionally, the stacked substrates combine mechanical and electrical contacts between the stacked substrates to utilize the space on the main board and support different antenna sections of the MTM antenna, with or without dielectric spacers. May be used.

비평면, 3D MTM 안테나들은 다양한 구성으로 실행될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 설명된 MTM 셀 세그먼트들은 다양한 MTM 구조들 부근에 형성된 튜닝 요소들을 갖는 설계를 실행하기 위한 비평면, 3D 구성들로 배열될 수도 있다. 2009년 5월 13일에 출원된 미국 특허출원 제12/465,571호, "Non-Planar Metamaterial Antenna Structures" 는 예컨대, MTM 구조들 부근에 튜닝 요소들을 실행할 수 있는 3D 안테나 구조들을 개시하고 있다. 미국 특허출원 제12/465,571호의 전체 개시 내용은 본 명세서의 개시의 일부로서 참조로 결합된다. Non-planar, 3D MTM antennas can be implemented in a variety of configurations. For example, the MTM cell segments described herein may be arranged in non-planar, 3D configurations to implement a design with tuning elements formed around the various MTM structures. US Patent Application No. 12 / 465,571, filed May 13, 2009, "Non-Planar Metamaterial Antenna Structures," discloses 3D antenna structures capable of executing tuning elements, for example, in the vicinity of MTM structures. The entire disclosure of US patent application Ser. No. 12 / 465,571 is incorporated by reference as part of the disclosure.

한 관점에서, 미국 특허출원 제12/465,571호는, 인클로즈를 형성하는 벽들, 디바이스 하우징 내부에 위치되고 다른 벽들보다 제1 벽에 더 근접하게 위치된 제1 안테나부, 제2 안테나부를 포함하는 디바이스 하우징을 포함하는 안테나 디바이스를 개시한다. 제1 안테나부는 제1 벽에 근접한 제1 평면에 배열된 하나 이상의 제1 안테나 컴포넌트들을 포함한다. 제2 안테나부는 제1 평면과 상이한 제2 평면에 배열된 하나 이상의 제2 안테나 컴포넌트들을 포함한다. 이러한 디바이스는, 안테나 신호의 적어도 하나의 공진 주파수를 지원하고 공진 주파수의 한 개의 파장의 절반보다 작은 디멘젼을 갖는 CRLH MTM 안테나를 형성하기 위해 제1 안테나 섹션의 하나 이상의 제1 안테나 컴포넌트들과 제2 안테나부의 하나 이상의 제2 안테나 컴포넌트들이 전자기적으로 커플링되도록 제1 안테나부와 제2 안테나부를 연결하는 조인트 안테나부(joint antenna part)를 포함한다. 다른 관점에서, 미국 출원 번호 제 12/465,571호는 패키징 구조를 인게이징(engage)하도록 구성된 안테나 디바이스를 개시하고 있다. 이러한 안테나 디바이스는 패키징 구조의 제1 평면 섹션에 근접하게 구성된 제1 안테나 섹션을 포함하고, 제1 안테나 섹션은 제1 평면 기판, 및 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함한다. 제2 안테나 섹션이 이러한 디바이스에 제공되며, 패키징 구조의 제2 평면 섹션에 근접하게 구성된다. 제2 안테나 섹션은 제2 평면 기판, 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제2 전도성 부분을 포함한다. 이러한 디바이스는 또는 제1 및 제2 안테나 섹션들을 여녈하는 조인트 안테나 섹션을 포함한다. 적어도 하나의 제1 전도성 부분, 적어도 하나의 제2 전도성 부분, 및 조인트 안테나 섹션은 안테나 신호 내의 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하기 위해 CRLH MTM 구조를 집합적으로 형성한다. 그러나 또다른 실시예에서, 미국 특허출원 제12/465,571호는, 패키징 구조에 인게이징하도록 구성되고, 연성 유전 물질을 갖는 기판과 그 기판에 연관된 둘 이상의 전도성 부분들을 포함하여 안테나 신호 내의 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH MTM 구조를 형성하는 안테나 디바이스를 개시한다. CRLH MTM 구조는 패키징 구조의 제1 평면 섹션에 근접하게 구성된 제1 안테나 섹션, 패키징 구조의 제2 평면 섹션에 근접하도록 구성된 제2 안테나 섹션, 및 제1 안테나 섹션과 제2 안테나 섹션 사이에 형성되고 패키징 구조의 제1 평면 섹션과 제2 평면 섹션들에 의해 형성되는 코너 부근에서 굽은 제3 안테나 섹션으로 나누어진다. In one aspect, US patent application Ser. No. 12 / 465,571 includes walls forming an enclosure, a first antenna portion located inside the device housing and located closer to the first wall than the other walls, the second antenna portion An antenna device comprising a device housing is disclosed. The first antenna portion includes one or more first antenna components arranged in a first plane proximate the first wall. The second antenna portion includes one or more second antenna components arranged in a second plane different from the first plane. Such a device includes one or more first antenna components and a second of the first antenna section to form a CRLH MTM antenna supporting at least one resonant frequency of the antenna signal and having a dimension less than half of one wavelength of the resonant frequency. And a joint antenna part connecting the first antenna portion and the second antenna portion such that one or more second antenna components of the antenna portion are electromagnetically coupled. In another aspect, US Application No. 12 / 465,571 discloses an antenna device configured to engage a packaging structure. Such an antenna device includes a first antenna section configured proximate to a first planar section of a packaging structure, the first antenna section including a first planar substrate and at least one first conductive portion associated with the first planar substrate. . A second antenna section is provided for this device and is configured in proximity to the second planar section of the packaging structure. The second antenna section includes a second planar substrate, at least one second conductive portion associated with the second planar substrate. Such a device may also comprise a joint antenna section which houses the first and second antenna sections. The at least one first conductive portion, the at least one second conductive portion, and the joint antenna section collectively form a CRLH MTM structure to support at least one frequency resonance in the antenna signal. However, in another embodiment, US patent application Ser. No. 12 / 465,571 is configured to engage a packaging structure and includes at least one in the antenna signal comprising a substrate having a flexible dielectric material and two or more conductive portions associated with the substrate. An antenna device is disclosed that forms a CRLH MTM structure configured to support frequency resonance. The CRLH MTM structure is formed between a first antenna section configured to proximate a first planar section of the packaging structure, a second antenna section configured to proximate a second planar section of the packaging structure, and between the first antenna section and the second antenna section; A third antenna section bent near a corner formed by the first planar section and the second planar sections of the packaging structure.

복귀 손실, 이득, 및 방사 효율은, PCP 자리배치(real-estate)가 제한되는 경우 특히 소형 모바일 통신 디바이스를 위한 중요한 안테나 성능 지표이다. 일반적으로, 안테나 사이즈가 감소하면 효율이 감소한다. 소정의 제한된 공간을 가지고 높은 성능 지표를 획득하는 것은 특히 셀 폰 및 다른 소형 모바일 통신 디바이스들을 위한 안테나 설계에서 큰 도전이 된다. 예컨대, PCB 상의 자리배치는 더 작은 모바일 디바이스 크기로 인해 제한되기 때문에, RF 회로, 키패드, 마이크로폰, 액정디스플레이(LCD), 배터리 및 카메라 등의 설계가 더 어려워질 수 있다. 복귀 손실, 이득, 방사 효율을 포함하는 안테나 성능은 안테나에 인접한 동일한 PCB 상의 다른 물체들에 의해 상당히 저하될 수 있다. 다른 외부 물체들은 안테나 성능에 또한 간섭할 수 있는 인체를 포함한다. 몇몇의 경우에, 인체에 RF 신호들이 흡수되는 것을 최소화하기 위해, 안테나를 인체 효과들로부터 차폐하는 것은 중요하다. Return loss, gain, and radiation efficiency are important antenna performance indicators, especially for small mobile communication devices when PCP real-estate is limited. In general, reducing the antenna size reduces the efficiency. Acquiring a high performance indicator with some limited space is a big challenge, especially in antenna design for cell phones and other small mobile communication devices. For example, because placement on the PCB is limited due to the smaller mobile device size, the design of RF circuits, keypads, microphones, liquid crystal displays (LCDs), batteries, and cameras can be more difficult. Antenna performance, including return loss, gain, and radiation efficiency, can be significantly degraded by other objects on the same PCB adjacent to the antenna. Other external objects include a human body that can also interfere with antenna performance. In some cases, it is important to shield the antenna from human effects to minimize the absorption of RF signals into the human body.

안테나 구조들은 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus: USB) 어댑터들 및 퍼스널 컴퓨터 메모리 카드 국제 협회(Personal Computer Memory Card International Association: PCMCIA) 카드들과 같은 다른 작은 디바이스들 상에 설치될 수 있다. 이러한 디바이스들은 통상적으로, 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 호스트 디바이스에 플러깅(plug)되어 네트워크 카드들, 외부 스토리지, 프린트, 및 멀티미디어 디바이스들과 같은 외부 디바이스들과 통신하기 위한 주변 인터페이스로서 작용한다. 안테나 성능은 호스트 디바이스 PCB 접지 및 호스트 디바이스 LCD와 같은 이러한 부가적인 물체들의 근접성에 의해 영향을 받을 수 있다. 성능은 또한 호스트 디바이스 크기, 모양 및 구조에 기초하여 변화될 수도 있다. 그러므로, 임베디드 디바이스(embedded device)가 호스트 디바이스와 독립적으로 동작하는 것을 확실히 하는 것은 수용가능하고 안정된 안테나 성능을 달성하기 위한 중요한 설계 요소이다. 예컨대, 호스트 디바이스로부터 임베디드 디바이스를 격리시키는 데 사용되는 몇가지 설계 특징들은, 다른 회로 컴포넌트들 및 디바이스들의 동작에 영향을 미치지 않고 물체들을 둘러쌈으로써 도입되는 간섭을 완화시키는 방법으로서 주파수 의존형 커넥터들 또는 능동 컴포넌트들을 이용하는 안테나 디바이스들을 포함할 수도 있다. 본 명세서는 MTM 안테나 구조에 근접한 물체들의 근접성 효과를 제거 또는 최소화하기 위한 몇가지 주파수 의존형 격리(frequency-dependent isolation) 기술들 및 구조들을 설명한다. Antenna structures may be installed on other small devices such as Universal Serial Bus (USB) adapters and Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) cards. Such devices are typically plugged into a host device, such as a laptop or desktop computer, to serve as a peripheral interface for communicating with external devices such as network cards, external storage, print, and multimedia devices. Antenna performance may be affected by the proximity of these additional objects, such as host device PCB ground and host device LCD. Performance may also vary based on host device size, shape, and structure. Therefore, ensuring that the embedded device operates independently of the host device is an important design element to achieve acceptable and stable antenna performance. For example, some design features used to isolate an embedded device from a host device are frequency dependent connectors or active as a method of mitigating interference introduced by surrounding objects without affecting the operation of other circuit components and devices. It may include antenna devices that use components. This disclosure describes several frequency-dependent isolation techniques and structures for removing or minimizing the proximity effect of objects in proximity to an MTM antenna structure.

특정 회로 컴포넌트들을 안테나로부터 격리하기 위하여 안테나를 지원하고 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 디바이스의 실시예는, 하나 이상의 기판들; 하나 이상의 기판들에 의해 지지되는 하나 이상의 금속화 층들; 하나 이상의 금속화 층들 중 한 층 내에 형성된 접지 전극; 상기 하나 이상의 금속화 층들 중 적어도 한 층 내에 형성된 하나 이상의 금속 플레이트들; 상기 하나 이상의 금속화 층들 중 적어도 한 층 내에 형성된 여러 전도성 부분들; 및 하나 이상의 전기 컴포넌트들을 포함할 수도 있으며, 각각은 하나 이상의 금속 플레이트들 및 접지 전극과 전기적으로 커플링되고, RF 주파수 소스가 하나 이상의 전기 컴포넌트들과 연관된 임피던스를 결정한다. An embodiment of a wireless device that supports an antenna and uses one or more frequency dependent structures to isolate certain circuit components from the antenna includes one or more substrates; One or more metallization layers supported by one or more substrates; A ground electrode formed in one of the one or more metallization layers; One or more metal plates formed in at least one of the one or more metallization layers; Several conductive portions formed in at least one of the one or more metallization layers; And one or more electrical components, each of which is electrically coupled with one or more metal plates and a ground electrode, the RF frequency source determining an impedance associated with the one or more electrical components.

도 13은 무선 디바이스(1300)에서의 안테나의 성능을 향상시키기 위해 사용되는 격리 기술들 및 구조들의 예를 도시한다. 도 13에서, 금속 플레이트(1301)는 안테나(1303) 및 접지 평면(1305)에 근접하게 위치된다. 한가지 예에 따르면, 금속 플레이트(1301)는 키패드(keypad), 키 돔들(key domes), 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하도록 구성될 수도 있다. 접지 평면(1305)은 적절한 접지를 허용하기 위해 금속 플레이트(13010) 상에 위치된 집적 컴포넌트들 및 안테나(1303)에 의해 공유될 수도 있다. 무선 송수신기와 같은 안테나 소스(1309)는 안테나(1303)에 RF 입력 신호들을 공급하고 안테나(1303)을 접지 평면(1305)에 연결하는 데 사용될 수도 있다. DC 동작 동안, 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하기 위해DC 전류가 금속 플레이트(1301)에 공급될 수 있다. 그러나, 높은 RF 동작에서, 이러한 집적 컴포넌트들과 안테나(1303) 사이의 바람직하지 않은 상호작용들이 존재하여 안테나의 성능을 감소시킬 수도 있다. 따라서, 특정 주파수들에서, 안테나(1303)를 금속 플레이트(1301) 상에 위치된 이러한 집적 셀룰러 컴포넌트들로부터 격리시키는 것은 안테나 성능에 있어서 특별한 관심대상이며 이익이 된다. 하나 이상의 안테나들이 집적 컴포넌트들에 인접하여 동작할 수 있도록 하는 다양한 격리 기술들 및 구조들이 본 명세서에 제시된다. 예컨대, 인덕터(1307)와 같은 주파수 의존형 특성들을 갖는 전기 컴포넌트는 금속 플레이트(1301)를 접지 평면(1305)에 커플링하고 특정 주파수들에서 안테나(1303)로부터 금속 플레이트(1301)를 격리하는 데 사용될 수도 있다. DC 동작에서, 인덕터(1307)는 집적 컴포넌트들로부터의 DC 전류를 왜곡(distortion)없이 접지 평면(1305) 내의 다른 회로 컴포넌트들에 전달할 수 있도록 하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 인덕터(1307)는 RF 전류를 안테나(1303)와의 역상호작용들을 생성하는 금속 플레이트(1301)로 이동하는 것을 방지할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 따라서, 금속 플레이트(1301)와 접지 평면(1305) 사이에 인덕터(1307)와 같은 이러한 주파수 의존형 커넥터를 이용함으로써, 키패드, 키 돔들, 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 컴포넌트들이 고주파수 동작 동안 안테나(1303) 성능에 악영향을 끼치지 않으면서 금속 플레이트(1301) 상에서 안전하게 동작할 수 있다. 13 illustrates an example of isolation techniques and structures used to improve the performance of an antenna in a wireless device 1300. In FIG. 13, the metal plate 1301 is located close to the antenna 1303 and the ground plane 1305. According to one example, metal plate 1301 may be configured to support integrated cellular components such as a keypad, key domes, microphone, and camera module. Ground plane 1305 may be shared by antennas 1303 and integrated components located on metal plate 1301 to allow proper grounding. An antenna source 1309, such as a wireless transceiver, may be used to supply RF input signals to the antenna 1303 and connect the antenna 1303 to the ground plane 1305. During DC operation, a DC current can be supplied to the metal plate 1301 to support integrated cellular components. However, in high RF operation, there may be undesirable interactions between these integrated components and antenna 1303 to reduce the performance of the antenna. Thus, at certain frequencies, isolating antenna 1303 from such integrated cellular components located on metal plate 1301 is of particular interest and benefit in antenna performance. Various isolation techniques and structures are described herein that allow one or more antennas to operate adjacent to integrated components. For example, an electrical component having frequency dependent characteristics such as inductor 1307 may be used to couple metal plate 1301 to ground plane 1305 and isolate metal plate 1301 from antenna 1303 at certain frequencies. It may be. In DC operation, the inductor 1307 may act as a low impedance component that allows DC current from integrated components to be delivered to other circuit components in the ground plane 1305 without distortion. In the high frequency range or microwave frequency, the inductor 1307 may act as a high impedance component that can prevent the RF current from moving to the metal plate 1301, which creates reverse interactions with the antenna 1303. Thus, by using such a frequency dependent connector, such as the inductor 1307, between the metal plate 1301 and the ground plane 1305, integrated components such as keypads, key domes, microphones, and camera modules can be used for antenna 1303 during high frequency operation. Can be safely operated on the metal plate 1301 without adversely affecting the performance.

다른 무선 디바이스 구성들은 비평면 무선 디바이스를 포함할 수도 있다. 예컨대, 도 13에 도시된 안테나(1303)는 비평면 무선 디바이스를 형성하기 위해 금속 플레이트(1301)와 접지 평면(1305)에 실질적으로 평행하고 그들로부터 공간적으로 분포된 상이한 평면 상에 형성될 수 있다. 부가적으로, 이전에 제시된 격리 기술들 및 구조들이 격리를 제공하기 위해 비평면 무선 디바이스에 적용될 수 있으며, 이것은 하나 이상의 안테나들이 다른 회로 컴포넌트들에 인접하여 동작할 수 있도록 한다. Other wireless device configurations may include a non-planar wireless device. For example, the antenna 1303 shown in FIG. 13 may be formed on different planes substantially parallel to and spatially distributed from the metal plate 1301 and the ground plane 1305 to form a non-planar wireless device. . Additionally, the previously presented isolation techniques and structures can be applied to non-planar wireless devices to provide isolation, which allows one or more antennas to operate adjacent to other circuit components.

도 14에서, 예컨대 비평면 무선 디바이스(1400)은 제1 표면 및 두 개의 전도성 요소들, 금속 플레이트(1401) 및 접지 평면(1405) 상에 형성된 안테나(1403)를 포함할 수도 있다. 무선 송수신기와 같은 안테나 소스(1409)는 안테나(1403)에 RF 입력 신호들을 공급하고 접지 평면(1405)에 안테나(1403)을 연결하는 데 사용될 수도 있다. 금속 플레이트(1401)는 안테나(1403)에 실질적으로 평행하고 안테나(1403) 아래에 위치되도록 구성될 수도 있으며, 따라서 인체 효과와 같은 물체들에 의해 야기되는 무선 간섭을 감소시키기 위해서 인체와 같은 인접 물체들과 안테나(1403) 사이에 물리적 장벽 또는 차폐로서 작용할 수 있다. 부가적으로, 금속 플레이트(1401)는 키패드, 키 돔들, 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하도로 구성될 수도 있다. 접지 평면(1405)은 금속 플레이트(1401)에 형성된 안테나(1403), 다른 회로 및 셀룰러 컴포넌트들에 의해 공유될 수도 있다. DC 동작에서, DC 전류가 이러한 집적 셀룰러 컴포넌트들을 지원하기 위해 금속 플레이트(1401) 에 공급될 수 있다. 그러나, 고주파수에서, 이전 실시예들에서 설명된 바와 같은 이러한 셀룰러 컴포넌트들이 안테나(1403)와 간섭하여 감소된 안테나 성능을 초래할 수 있다. In FIG. 14, for example, the non-planar wireless device 1400 may include an antenna 1403 formed on the first surface and two conductive elements, the metal plate 1401, and the ground plane 1405. An antenna source 1409, such as a wireless transceiver, may be used to supply RF input signals to the antenna 1403 and connect the antenna 1403 to a ground plane 1405. The metal plate 1401 may be configured to be substantially parallel to the antenna 1403 and positioned below the antenna 1403, thus adjacent objects such as the human body to reduce radio interference caused by objects such as human effects. And act as a physical barrier or shield between the antenna and the antenna 1403. Additionally, metal plate 1401 may be configured to support integrated cellular components such as keypads, key domes, microphones, and camera modules. Ground plane 1405 may be shared by antenna 1403, other circuitry and cellular components formed in metal plate 1401. In DC operation, DC current can be supplied to the metal plate 1401 to support these integrated cellular components. However, at high frequencies, such cellular components as described in previous embodiments may interfere with antenna 1403 and result in reduced antenna performance.

이전 실시예에서 설명된 유사한 격리 기술 및 구조가 비평면 무선 디바이스(1400)에 적용될 수 있다. 예컨대, 인덕터와 같이, 주파수 의존형 특성들을 갖는 전기 컴포넌트(1407)는 금속 플레이트(1401)를 접지 평면(1405)에 커플링하고 특정 주파수들에서 금속 플레이트(1401)를 접지 평면(1405)로부터 격리하는 데 사용될 수도 있다. DC 동작에서, 예컨대, 인덕터(1407)는 집적 컴포넌트들로부터의 DC 전류가 왜곡없이 다른 회로 컴포넌트들로 전달될 수 있도록 하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 인덕터(1407)는 RF 전류가 금속 플레이트(1401)로 이동하는 것을 방지하여 안테나(1403)로의 간섭을 제거하거나 최소화할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수 있다. 금속 플레이트(1401)와 접지 평면(1407) 사이에 인덕터(1407)와 같은 주파수 의존형 커넥터를 이용함으로써, 키패드, 키 돔들, 마이크로폰, 및 카메라 모듈과 같은 집적 컴포넌트들이 고주파수 동작 동안 안테나 성능에 악영향을 미치지 않으면서 금속 플레이트(1401) 상에 장착될 수 있다. 또한, 인덕터(1407)와 결합하여, 금속 플레이트(1401)는 인체 효과를 완화시키기 위해 안테나(1403)에 대한 차폐로서 작용할 수 있으며, 인체에 의해 흡수되는 특정 흡수율(Specific Absorption Rate: SAR)을 감소시키는 것을 도울 수도 있다. Similar isolation techniques and structures described in the previous embodiments can be applied to the non-planar wireless device 1400. For example, electrical component 1407 with frequency dependent characteristics, such as an inductor, couples metal plate 1401 to ground plane 1405 and isolates metal plate 1401 from ground plane 1405 at certain frequencies. It can also be used to. In DC operation, for example, inductor 1407 may act as a low impedance component that allows DC current from integrated components to be delivered to other circuit components without distortion. At high frequencies or microwave frequencies, the inductor 1407 can act as a high impedance component that can prevent RF current from moving to the metal plate 1401 to eliminate or minimize interference to the antenna 1403. By using a frequency dependent connector such as inductor 1407 between metal plate 1401 and ground plane 1407, integrated components such as keypads, key domes, microphones, and camera modules adversely affect antenna performance during high frequency operation. It can be mounted on the metal plate 1401 without. In addition, in combination with the inductor 1407, the metal plate 1401 can act as a shield for the antenna 1403 to mitigate the human body effect and reduce the specific absorption rate (SAR) absorbed by the human body. May help

도 15a는 USB 동글 디바이스 애플리케이션(1500)에 사용된 복수의 안테나들의 성능을 향상시키는 데 사용된 격리 기술들 및 구조들의 예를 도시한다. USB 동글 디바이스(1501)의 한 예는, 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 호스트 디바이스(1505)의 USB 포트(1503)에 삽입될 수도 있는 USB 수 커넥터(male connector) 또는 플러그(1507)을 갖는 휴대용 하드웨어를 포함한다.. USB 동글 디바이스(1501)는 무선 애플리케이션들을 지원하고 복수의 내장 안테나들을 포함한다. 도 15a에서, 안테나 성능은 호스트 디바이스(1505)와 연관된 LCD 패널 사이즈 및 접지 평면 사이즈와 같은 주변 물체들에 의존할 수 있다. 이러한 물체들은 임피던스 매칭 및 방사 효율을 포함하는 복수의 안테나들의 성능을 최적화시키기 어렵거나 불안정하게 만들 수 있다. 도 15b는 주변 물체들에 의해 생성된 최적화 문제들을 극복하기 위해 USB 동글 디바이스(1501) 내에 집적된 복수의 안테나 구조들의 한 실시예를 도시한다. 15A illustrates an example of isolation techniques and structures used to improve the performance of a plurality of antennas used in a USB dongle device application 1500. One example of a USB dongle device 1501 is a portable hardware having a USB male connector or plug 1507 that may be inserted into a USB port 1503 of a host device 1505 such as a laptop or desktop computer. The USB dongle device 1501 supports wireless applications and includes a plurality of internal antennas. In FIG. 15A, antenna performance may depend on peripheral objects such as LCD panel size and ground plane size associated with host device 1505. Such objects can make it difficult or unstable to optimize the performance of multiple antennas, including impedance matching and radiation efficiency. 15B illustrates one embodiment of a plurality of antenna structures integrated into the USB dongle device 1501 to overcome optimization problems created by surrounding objects.

도 15b에서, USB 동글 디바이스(1501)는 제1 안테나(1525) 및 제2 안테나(1527), 제1 안테나 소스(1531), 제1 안테나 (1525) 및 제2 안테나(1527) 각각에 RF 입력 신호들을 공급하는 데 사용되는 제2 안테나 소스(1533), 제1 안테나 소스(1531) 및 제2 안테나 소스(1533)에 연결된 접지 평면(1523), 및 전기 컴포넌트(1529)를 통해 접지 평면(1523)에 커플링된 금속 플레이트(1521)를 포함하며, 금속 플레이트(1521)는 또한 USB 수 커넥터(1507)에 연결되어 있다. In FIG. 15B, the USB dongle device 1501 has an RF input to each of the first antenna 1525 and the second antenna 1527, the first antenna source 1531, the first antenna 1525, and the second antenna 1527. Ground plane 1523 via a second antenna source 1533, a ground plane 1523 connected to the first antenna source 1531 and the second antenna source 1533, and an electrical component 1529 used to supply signals. A metal plate 1521 coupled to the metal plate 1521, which is also connected to the USB male connector 1507.

동작에서, 접지 평면(1523)은 금속 플레이트(1521) 및 두 안테나(1525, 1527)을 통해 USB 수 커넥터(1507)에 연결된 호스트 디바이스(1505)에 접지를 제공하도록 구성된다. 그러나, 컴퓨터(1505)와 연관된 주변 물체들이 특정 주파수들에서 두 안테나들의 성능에 간섭하여 그 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서, 특정 주파수들에서 컴퓨터(1505)와 연관된 주변 물체들로부터 두 안테나(1525, 1527)를 격리시키는 것은 안테나 성능에 관하여 이익이 될 수 있다. 예컨대, 접지 평면(1523)에 금속 플레이트(1521)를 연결하고 특정 주파수들에서 금속 플레이트(1521)를 두 안테나들(1525, 1527)로부터 격리시키기 위해서 전기 컴포넌트(1529)가 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터에 의해 대체될 수도 있다. DC 동작에서, 예컨대 인덕터는 DC 전류를 허용하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. USB 동글 디바이스(1501)가 USB 커넥터(1507)를 통해 호스트 디바이스(1505)의 USB 슬롯(1503)으로 플러그되는 경우, DC 및 저주파수 신호들이 금속 플레이트(1521)를 통해 호스트 디바이스(1505)로부터 USB 동글 디바이스(1501)로 공급되어 USB 동글 디바이스(1501)의 접지 평면(1523) 상에 제조된 모든 회로들에 공급될 수도 있다. In operation, ground plane 1523 is configured to provide ground to host device 1505 connected to USB male connector 1507 via metal plate 1521 and two antennas 1525 and 1527. However, peripheral objects associated with the computer 1505 may interfere with and reduce the performance of both antennas at certain frequencies. Thus, isolating the two antennas 1525 and 1527 from peripheral objects associated with the computer 1505 at certain frequencies may be beneficial with respect to antenna performance. For example, in order to connect the metal plate 1521 to the ground plane 1523 and to isolate the metal plate 1521 from the two antennas 1525 and 1527 at certain frequencies, the electrical component 1529 is a frequency dependent connector such as an inductor. May be replaced by In DC operation, for example, the inductor may act as a low impedance component that allows for DC current. When the USB dongle device 1501 is plugged into the USB slot 1503 of the host device 1505 through the USB connector 1507, DC and low frequency signals are received from the USB dongle from the host device 1505 through the metal plate 1521. It may be supplied to device 1501 and supplied to all circuits fabricated on ground plane 1523 of USB dongle device 1501.

고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 예컨대 인덕터는 RF 전류가 이동하는 것을 차단할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 예컨대, USB 동글 디바이스(1501) 내의 두 안테나(1525, 1527)에 호스트 디바이스(1505)와 연관된 LCD 패널 또는 대형 접지 평면에 의해 야기된 RF 간섭은 인덕터(1529)에 의해 방지될 수 있다. 따라서, USB 동글 애플리케이션에 사용되는 다중 안테나들의 성능을 유지하거나 향상시키기 위해 두 안테나들로부터 접지 평면을 효과적으로 격리하는 데 주파수 의존형 커넥터가 사용될 수도 있다. At high frequencies or microwave frequencies, for example, an inductor may act as a high impedance component that can block the movement of RF current. For example, RF interference caused by an LCD panel or a large ground plane associated with the host device 1505 at two antennas 1525 and 1527 in the USB dongle device 1501 may be prevented by the inductor 1529. Thus, a frequency dependent connector may be used to effectively isolate the ground plane from both antennas to maintain or improve the performance of multiple antennas used in USB dongle applications.

호스트 디바이스(1505)와 USB 동글 디바이스(1501) 사이에 전송되는 다른 신호들은 디지탈 신호들을 포함할 수도 있다. 그러나, 이 신호들은 통상적으로 접지 평면(1523)을 필요로 하거나 사용하지 않는다. 따라서, 호스트 디바이스(1505)로부터 접지 평면 (1523)을 격리하는 것은 전송된 디지털 신호들에 영향을 미치지 않을 수도 있다. Other signals transmitted between the host device 1505 and the USB dongle device 1501 may include digital signals. However, these signals typically do not require or use ground plane 1523. Thus, isolating ground plane 1523 from host device 1505 may not affect transmitted digital signals.

MTM 안테나를 지원하며 MTM 안테나로부터 특정 회로 요소를 격리하기 위해 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 디바이스의 한 실시예는, 디바이스 인클로즈; 디바이스 인클로즈 내에 위치되고, 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 기판 구조에 의해 지지되는 접지 전극; 기판 구조의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트 및 접지 전극에 연결된 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트; 기판 구조의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트를 제2 금속 플레이트에 연결하기 위해 기판 구조에 형성된 몇몇 비아들(vias); 기판 구조에 의해 지지되는 몇몇의 전기 전도성 부분들로서, 접지 전극, 기판 구조의 적어도 일부, 및 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 복합 좌우현 (Composite Right and Left Handed: CRLH) 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성된다. One embodiment of a wireless device that supports an MTM antenna and uses one or more frequency dependent structures to isolate specific circuit elements from the MTM antenna includes: device enclosure; A substrate structure positioned within the device enclosure and having a first surface and a second surface different from the first surface; A ground electrode supported by the substrate structure; A first metal plate supported by the first surface of the substrate structure; An electrical component coupled to a first metal plate and a ground electrode, the RF frequency source determining an impedance associated with the electrical component; A second metal plate supported by a second surface of the substrate structure; Some vias formed in the substrate structure for connecting the first metal plate to the second metal plate; Some electrically conductive portions supported by the substrate structure, wherein the ground electrode, at least a portion of the substrate structure, and the electrically conductive portions exhibit composite right and left handed (CRLH) meta, indicating one or more frequency resonances associated with the antenna signal. It is configured to form a material antenna structure.

도 16a 내지 도 16d는 다른 회로 요소들이 MTM 안테나에 근접하게 되어 있는 소형 핸드헬드 무선 디바이스(1600)에 사용되는 MTM 안테나의 성능을 개선하기 위한 격리 기술들 및 구조들을 도시한다. 소형 핸드헬드 디바이스(1600)는 두 주파수 범위들, 즉 880MHz 내지 960MHz, 및 1710MHz 내지 1880MHZ을 지원할 수 있는 다중 대역 디바이스로서 구성될 수도 있다. 16A-16D illustrate isolation techniques and structures for improving the performance of an MTM antenna used in a small handheld wireless device 1600 where other circuit elements are in close proximity to the MTM antenna. The small handheld device 1600 may be configured as a multi-band device capable of supporting two frequency ranges, 880 MHz to 960 MHz, and 1710 MHz to 1880 MHz.

도 16a는 소형 핸드헬드 무선 디바이스(1600)의 측면도를 도시한다. 핸드헬드 무선 디바이스(1600)는 도 16a에 도시된 기판(1653)의 각 측면 상에 형성된 최상부 층(1601) 및 저부층(1602)을 포함할 수도 있다. 최상부 층(1601) 및 저부층(1602)의 정면도는 각각 도 16b 및 도 16c에 도시된다. 16A shows a side view of a small handheld wireless device 1600. The handheld wireless device 1600 may include a top layer 1601 and a bottom layer 1602 formed on each side of the substrate 1653 shown in FIG. 16A. Front views of the top layer 1601 and the bottom layer 1602 are shown in FIGS. 16B and 16C, respectively.

도 16b는 무선 디바이스(1600)의 최상부 층(1601)의 구조적 요소들을 도시한다. 이 구조적 요소들은 최상부 접지 평면(1615), 전기 컴포넌트(1607)에 의해 최상부 접지 평면(1615)에 연결된 최상부 금속 플레이트(1605), 및 금속 플레이트(1605)에 인접한 MTM 안테나(1651)을 포함한다. 16B shows structural elements of top layer 1601 of wireless device 1600. These structural elements include a top ground plane 1615, a top metal plate 1605 connected to the top ground plane 1615 by an electrical component 1607, and an MTM antenna 1651 adjacent the metal plate 1605.

도 16c는 무선 디바이스(1600)의 저부층(1602)의 구조적 요소들을 도시한다. 이 구조적 요소들은 저부 접지 평면(1633); 저부 금속 플레이트(1631); 최상부 층(1601) 상의 MTM 안테나(1651)를 저부 접지 평면(1633)에 연결하기 위한 비아 선(via line)(1621); 저부 금속 플레이트(1631)를 최상부 금속 플레이트(1605)에 연결하기 위한 한 쌍의 비아들(1635); 및 PCB에 폰 키들(phone keys)을 연결하도록 설계되는 몇몇의 키 돔들(1603)을 포함한다. 키 돔들(1603)이 폰 키들과 동일한 레이아웃(layout)을 따르기 때문에, 키 돔들(1603)은 저부 접지 평면(1633), 저부 금속 플레이트(1631), 및 노출된 기판과 같이 도 16c에 도시된 다른 구조들을 오버랩할 수도 있다. 16C illustrates structural elements of the bottom layer 1602 of the wireless device 1600. These structural elements include a bottom ground plane 1633; Bottom metal plate 1631; Via lines 1621 for connecting the MTM antenna 1651 on the top layer 1601 to the bottom ground plane 1633; A pair of vias 1635 for connecting bottom metal plate 1631 to top metal plate 1605; And some key domes 1603 that are designed to connect phone keys to the PCB. Because the key domes 1603 follow the same layout as the phone keys, the key domes 1603 are the bottom ground plane 1633, the bottom metal plate 1631, and other substrates shown in FIG. 16C such as the exposed substrate. The structures may overlap.

최상부 접지 평면(1615) 및 저부 접지 평면(1633)은 기판 내에 형성된 비아들의 어레이(도시되지 않음)를 사용하는 것에 의하거나 기판의 직각 에지를 따라 형성된 전도성 선들에 의해 단일 접지 평면을 형성하도록 연결될 수도 있다. 도 16b 내지 도 16c에서 도시된 바와 같이, 최상부 접지 평면 및 저부 접지 평면(1615, 1633) 모두를 포함하는 접지 평면은 MTM 안테나(1651), 및 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)에 의해 공유된다. Top ground plane 1615 and bottom ground plane 1633 may be connected to form a single ground plane by using an array of vias (not shown) formed in the substrate or by conductive lines formed along the right edge of the substrate. have. As shown in FIGS. 16B-16C, a ground plane including both the top ground plane and the bottom ground planes 1615, 1633 is connected to the MTM antenna 1651, and the top metal plate and the bottom metal plate 1605, 1631. Is shared by

핸들헬드 디바이스(1600)의 소형도(compactness)로 인해, 키 돔들(1603), 및 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)과 같은 주변 물체들이 MTM 안테나(1651) 에 인접하여 있고 MTM 안테나 성능과 간섭을 일으킬 수도 있다. 따라서, 동작 동안, 이러한 물체들이 특정 주파수들에서 MTM 안테나(1651)의 성능에 간섭을 일으키거나 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서, 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)로부터 MTM 안테나(1651)를 격리시키는 것이 특정 안테나 성능 지표에 있어서 특별한 관심대상이 될 수도 있다. 특히, 최상부 금속 플레이트(1605) 및 저부 금속 플레이트(1631)는, 키 돔들(1603) 및 DC 전원 트레이스들(supply traces)에 의해 사용되는 저부 접지 평면(1633)의 인접성에 의한 RF 간섭 없이 임피던스 매칭 및 방사 효율과 같은 안테나 성능을 유지하기 위해, 최상부 접지 평면(1615) 및 저부 접지 평면(1633) 각각으로부터 격리될 수도 있다. 예컨대, 접지 평면(1615)에 최상부 금속 플레이트(1605)를 연결하고 특정 주파수들에서 MTM 안테나(1651)로부터 저부 금속 플레이트(1631)를 포함한 최상부 금속 플레이트(1605)를 격리하기 위해, 전기 컴포넌트(1607)가 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터로 대체될 수도 있다. DC 주파수에서, 인덕터는 DC 전류를 허용하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수도 있다. 따라서, 키 돔들(1603)이 적절히 기능할 수 있도록 DC 바이어스가 인덕터를 통해 최상부 및 저부 금속 플레이트들(1605, 1631)에 공급될 수도 있다. Due to the compactness of the handle-held device 1600, the key domes 1603 and surrounding objects such as the top metal plate and bottom metal plate 1605, 1631 are adjacent to the MTM antenna 1651 and the MTM antenna May interfere with performance. Thus, during operation, these objects may interfere with or reduce the performance of the MTM antenna 1651 at certain frequencies. Thus, isolating the MTM antenna 1651 from the top metal plate and bottom metal plates 1605 and 1631 may be of particular interest in certain antenna performance indicators. In particular, the top metal plate 1605 and bottom metal plate 1631 match impedance without RF interference due to the proximity of the bottom ground plane 1633 used by the key domes 1603 and the DC power traces. And top ground plane 1615 and bottom ground plane 1633, respectively, to maintain antenna performance such as radiation efficiency. For example, to connect top metal plate 1605 to ground plane 1615 and to isolate top metal plate 1605 including bottom metal plate 1631 from MTM antenna 1651 at certain frequencies, electrical component 1607. ) May be replaced by a frequency dependent connector such as an inductor. At DC frequency, the inductor may act as a low impedance component that allows for DC current. Thus, a DC bias may be supplied through the inductor to the top and bottom metal plates 1605 and 1631 so that the key domes 1603 can function properly.

RF 주파수에서, 인덕터는 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)를 최상부 접지 평면 및 저부 접지 평면(1615, 1633) 각각으로부터 격리하기 위해 고임피던스를 제공한다. 다르게 말하면, 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(1605, 1631)는 단일 접지 평면 대신에 두 개의 분리된 금속 플레이트들로서 나타날 수도 있으며, 따라서 MTM 안테나(1651)의 성능을 감소시킬 수도 있는 충분한 전류 흐름이나 간섭이 부족하다. At the RF frequency, the inductor provides high impedance to isolate top metal plate and bottom metal plate 1605, 1631 from top ground plane and bottom ground plane 1615, 1633, respectively. In other words, the top metal plate and bottom metal plate 1605, 1631 may appear as two separate metal plates instead of a single ground plane, thus sufficient current flow or interference that may reduce the performance of the MTM antenna 1651. Lack of this.

도 16d는 무선 디바이스(1600)와 연관된 두 개의 적층된 층, 최상부 층(1601) 및 저부 층(1602)의 정면도를 도시한다. 16D shows a front view of two stacked layers, top layer 1601 and bottom layer 1602 associated with wireless device 1600.

도 17은 접지 평면에 직접 연결된 최상부 금속 플레이트(1605)와 도 16d에서 도시된 바와 같이 인덕터와 주파수 의존형 커넥터(1607)를 통해 접지 평면에 연결된 최상부 금속 플레이트(1605) 사이에 신호 주파수 함수로서의 MTM 안테나(1651)의 측정된 복귀 손실의 비교를 표시한다. 도 17에서, 수평축은 MTM 안테나(1651)를 통해 전송된 신호의 주파수이고, 수직축은 신호의 dB로 표현된 복귀 손실이다. 도 17의 측정된 복귀 손실의 비교 도표는, 최상부 금속 플레이트(1605)가 접지 평면에 직접 연결될 때 이 결과가 인덕터가 대부분의 모든 주파수들에서 최상부 금속 플레이트(1605)와 접지 평면 사이에 커플링될 때보다 더 큰 복귀 손실을 초래한다는 것을 나타낸다. 이러한 도면들에서, 더 낮은 복귀 손실 수들은 일반적으로 소스로부터 부하로 더 나은 임피던스 매칭을 나타내고, 따라서 금속 플레이트와 접지 평면이 직접 연결되는 대신에 인덕터를 통해 연결될 때 달성되는 더 나은 성능 지표를 보여준다. FIG. 17 shows an MTM antenna as a function of signal frequency between the top metal plate 1605 directly connected to the ground plane and the top metal plate 1605 connected to the ground plane via an inductor and a frequency dependent connector 1607 as shown in FIG. 16D. Indicate a comparison of the measured return loss of 1165. In FIG. 17, the horizontal axis is the frequency of the signal transmitted through the MTM antenna 1651, and the vertical axis is the return loss expressed in dB of the signal. The comparison plot of the measured return loss of FIG. 17 shows that when the top metal plate 1605 is directly connected to the ground plane, the result is that the inductor is coupled between the top metal plate 1605 and the ground plane at most all frequencies. Results in a greater return loss than ever. In these figures, lower return loss numbers generally indicate better impedance matching from source to load, thus showing a better performance indicator achieved when the metal plate and ground plane are connected through an inductor instead of directly connected.

도 18a 및 도 18b는 접지 평면에 직접 연결된 최상부 금속 플레이트(1605)와 도 16d에 도시된 바와 같이 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터(1607)를 통해 접지 평면에 연결되는 최상부 금속 플레이트(1605) 사이에 저주파수 및 고주파수 범위 각각에 걸쳐 MTM 안테나(1651)의 방사 안테나 효율의 비교를 표시한다. 양 도면들에서의 결과들은 저주파수 및 고파수 범위의 MTM 안테나(1651)의 효율이 최상부 금속 플레이트가 인덕터를 통해 접지 평면에 연결될 때 더 높다는 것을 나타낸다. 따라서, 도 17 및 도 18a 내지 도 18b에서 증명된 바와 같이, 인덕터와 같은 주파수 의존형 커넥터는, MTM 안테나 (1651)로부터 주변 물체드로가 연관된 RF 간섭을 격리하고 복쉬 손실이나 효율과 같은 안테나 성능 지표들을 향상시키기 위해 소형 집적 회로 설계들에서 사용될 수도 있다. 18A and 18B show a low frequency between a top metal plate 1605 directly connected to the ground plane and a top metal plate 1605 connected to the ground plane via a frequency dependent connector 1607 such as an inductor as shown in FIG. 16D. And a comparison of the radiating antenna efficiency of the MTM antenna 1651 over each of the high frequency ranges. The results in both figures show that the efficiency of the low frequency and high frequency range MTM antenna 1651 is higher when the top metal plate is connected to the ground plane through the inductor. Thus, as demonstrated in FIGS. 17 and 18A-18B, a frequency dependent connector, such as an inductor, isolates RF interference associated with the peripheral object draw from the MTM antenna 1651 and provides antenna performance indicators such as box loss or efficiency. It may be used in small integrated circuit designs to improve.

도 16a 내지 도 16d에 도시된 무선 디바이스의 다른 MTM 안테나 설계들은 도 19a 내지 도 19c에 도시된 평면 안테나 설계(1901)를 포함할 수도 있다. 평면 MTM 안테나(1901)의 등척도, 최상부 층의 정면도, 및 저부 층의 정면도가 각각 도 19a 내지 19C에 도시된다. Other MTM antenna designs of the wireless device shown in FIGS. 16A-16D may include the planar antenna design 1901 shown in FIGS. 19A-19C. An isometric view of the planar MTM antenna 1901, a front view of the top layer, and a front view of the bottom layer are shown in FIGS. 19A-19C, respectively.

도 19a에 도시된 등척도에서, MTM 안테나(1901)는 기판(1903)의 말단부에 위치된다. 최상부 접지 평면(1905)은 최상부 층(1902) 상에 형성되고, MTM 안테나(1901)에 인접하게 형성된다. 명확히 하기 위해, 도 19a에 도시된 몇몇의 오버래핑 구조 요소들로부터 MTM 안테나(1901)를 구분하기 위해 최상부 층(1902)의 정면도가 도 19b에 또한 제공된다. 도 19a 및 도 19b를 참조하면, 평면 MTM 안테나(1901)는 기판(1903)의 최상부 층(1902) 상에 형성된 셀 패치(1931)와 같은 몇몇의 전도성 부분들; 셀 패치(1931)로 및 셀 패치(1931)로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 커플링 갭(1941)을 통해 셀 패치(1931)에 용량성 커플링되는 공급선(1933); 공급선(1933)에 부착되고 기판(1903)의 최상부 층(1902) 및 저부 층(1904) 상에 형성되는 전도성 나선형부(1935)를 포함할 수도 있다. 공급선 (1933)의 말단부는 안테나를 통해 외부로 전송될 안테나 신호를 생성하고 공급하거나, 안테나를 통해 수신되는 안테나 신호를 수신하거나 프로세싱하는 안테나 회로와 통신할 수도 있는 공급 포트(feed port)(1911)에 커플링된다. 몇몇 비아들(1937)은, 최상부 층(1902) 내의 전도성 부분들과 저부 층(1904) 내의 전도성 부분들 사이에 전도성 연결부들을 제공하기 위해 각각의 비아 홀(via hole)들에 삽입된다. 이러한 예에서, 전도성 나선형부(1935)는 공급선(1933)에 부착된다. 전도성 나선형부(1935)는 최상부 나선형 부분(1951), 저부 나선형 부분(1953), 및 기판(1903)을 관통하는 비아들(1937)을 포함한다. 최상부 나선형 부분 및 저부 나선형 부분(1951, 1953) 모두 도 19b 및 도 19c 에서 각각 참조되어 있다. 도 19a에 도시된 몇몇의 오버래핑 구조 요소들로부터 안테나 구조를 구분하기 위해 저부 층(1904)의 정면도가 도 19c에 또한 제공된다. 도 19b에서, 최상부 나선형 부분(1951)는 최상부 층(1902) 내에 형성된 개별 세그먼트들로 구성된다. In the isometric view shown in FIG. 19A, the MTM antenna 1901 is located at the distal end of the substrate 1903. Top ground plane 1905 is formed on top layer 1902 and is formed adjacent to MTM antenna 1901. For clarity, a front view of the top layer 1902 is also provided in FIG. 19B to distinguish the MTM antenna 1901 from some overlapping structural elements shown in FIG. 19A. 19A and 19B, planar MTM antenna 1901 may include some conductive portions, such as cell patch 1931 formed on top layer 1902 of substrate 1901; A supply line 1933 capacitively coupled to the cell patch 1931 through the coupling gap 1941 to direct antenna signals to and from the cell patch 1931; It may also include a conductive helical portion 1935 attached to the supply line 1933 and formed on the top layer 1902 and bottom layer 1904 of the substrate 1903. The distal end of the supply line 1933 feed port 1911, which may communicate with an antenna circuit for generating and supplying an antenna signal to be transmitted to the outside via the antenna, or for receiving or processing the antenna signal received through the antenna. Is coupled to. Some vias 1937 are inserted in respective via holes to provide conductive connections between conductive portions in top layer 1902 and conductive portions in bottom layer 1904. In this example, conductive helical portion 1935 is attached to supply line 1933. Conductive helical portion 1935 includes top helical portion 1951, bottom helical portion 1953, and vias 1937 through substrate 1901. Both the top helical portion and the bottom helical portion 1951, 1953 are referenced in FIGS. 19B and 19C, respectively. A front view of the bottom layer 1904 is also provided in FIG. 19C to distinguish the antenna structure from some of the overlapping structural elements shown in FIG. 19A. In FIG. 19B, the top helical portion 1951 consists of individual segments formed within the top layer 1902.

도 19c를 참조하면, 저부 나선형 부분(1953)은, 도시된 저부 층(1904)에 도시된 개별 세그먼트들의 또다른 세트로 구성되며; 비아들(1937)은 도 19a에 도시된 수직 나선형 형태를 형성하기 위해 최상부 개별 세그먼트 및 저부 개별 세그먼트를 연결하는 데 사용된다. 공급선(1933)에 부착된 부가 전도성 선은 RH 모노폴 공진을 유도할 수 있다. 이러한 예에서 사용되는 수직 나선형부 대신에, 민더 선(meander line), 지그재그 선, 또는 다른 유형의 선들 또는 스트립(strip)들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 공급선(1933) 및 전도성 나선형부(1935)가 직접적으로 그러나 상이한 총 길이를 가지고 연결될 수 있다. 비아 선(1909)은 저부 층(1904)에 형성되고 저부 접지 평면(1907)에 연결된다. 비아(1939)는 최상부 층(1902) 내의 셀 패치(1931)를 저부 층(1904)의 비아 선(1909)에 연결한다. Referring to FIG. 19C, the bottom spiral portion 1953 consists of another set of individual segments shown in the bottom layer 1904 shown; Vias 1937 are used to connect the top and bottom individual segments to form the vertical spiral shape shown in FIG. 19A. An additional conductive line attached to supply line 1933 can induce RH monopole resonance. Instead of the vertical spiral used in this example, meander lines, zigzag lines, or other types of lines or strips may be used. Alternatively, the supply line 1933 and the conductive spiral 1935 can be connected directly but with different total lengths. Via line 1909 is formed in bottom layer 1904 and is connected to bottom ground plane 1907. Via 1939 connects cell patch 1931 in top layer 1902 to via line 1909 of bottom layer 1904.

동작에서, 무선 디바이스(1600) 내의 이러한 평면 MTM 안테나(1901)의 성능은 인체와 같은 인근 물체들에 위치될 때 감소되고, 따라서 전체적인 핸드헬드 디바이스 성능을 저하시킨다. MTM 안테나(1901)이 다른 전도 면에 인접한 경우 안테나 성능을 유지시키기 위해 이전 실시예들에서 설명된 다른 격리 기술 및 구조들이 이러한 MTM 안테나 구성에 적용될 수도 있다. 예컨대, 인체 또는 다른 외부 물체들과 같은 인근 소스들로부터의 간섭들을 제거하거나 최소화하기 위해, 평면 MTM 안테나(1901)이 상승될 수 있으며, 이러한 간섭을 차폐하기 위해 금속 플레이트들이 평면 MTM 안테나(1901) 아래에 부가될 수도 있다. 그러나, 이러한 금속 플레이트들이 다른 회로 요소들을 지원하기 위해 접지 평면에 연결된 경우들에서, 이러한 금속 플레이트들은 MTM 안테나(1901)의 성능을 방해하거나 저하시킬 수도 있다. 따라서, 접지 평면으로부터 상승된 MTM 안테나 아래의 금속 플레이트로부터 RF 간섭을 제어하고 격리시키기는 것은 안테나 성능에 있어서 중요하다. 격리 기술 및 구조들을 사용하는 상승된 MTM 안테나의 실시예가 다음에 제공된다. In operation, the performance of this planar MTM antenna 1901 in the wireless device 1600 is reduced when located in nearby objects such as a human body, thus degrading overall handheld device performance. Other isolation techniques and structures described in previous embodiments may be applied to this MTM antenna configuration to maintain antenna performance when the MTM antenna 1901 is adjacent to another conducting surface. For example, to remove or minimize interference from nearby sources, such as a human body or other external objects, the planar MTM antenna 1901 may be raised, and the metal plates may be flat MTM antenna 1901 to shield such interference. It may be added below. However, in cases where these metal plates are connected to the ground plane to support other circuit elements, these metal plates may interfere with or degrade the performance of the MTM antenna 1901. Therefore, controlling and isolating RF interference from the metal plate below the MTM antenna raised from the ground plane is important for antenna performance. An embodiment of an elevated MTM antenna using isolation techniques and structures is provided next.

도 20a 내지 도 20d는 상승된 MTM 안테나(2007) 및 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스(2000)의 복수의 도면들을 도시한다. 상승된 안테나 설계들은 복수의 표면들 및 기판들에 걸쳐 안테나를 형성함으로써 안테나 성능을 개선하도록 구성될 수도 있다. 20A-20D show multiple views of a wireless device 2000 having an elevated MTM antenna 2007 and a frequency dependent connection to a ground plane. Elevated antenna designs may be configured to improve antenna performance by forming an antenna across a plurality of surfaces and substrates.

상승된 MTM 안테나를 지원하고 특정한 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리하는 데 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 디바이스의 실시예는, 디바이스 인클로즈; 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 제1 평면 기판; 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 평면; 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트; 제1 평면 기판의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트를 연결하기 위한 제1 평면 기판 내에 형성된 몇몇의 비아들; 제1 금속 플레이트를 접지 평면에 연결하기 위한 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 전기 컴포넌트; 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 평면 섹션에 근접하게 구성되며, 제2 평면 기판 및 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 전도성 부분을 포함하는 안테나 섹션; 및 디바이스 인클로즈의 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 디바이스 인클즈의 평면 섹션에 근접하게 구성된 제3 평면 기판을 포함하고, 적어도 하나의 전도성 부분은 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서의 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성한다.Embodiments of a wireless device that supports raised MTM antennas and uses one or more frequency dependent structures to isolate certain circuit components from the raised MTM antennas include device enclosures; A first planar substrate having a first surface and a second surface different from the first surface; A ground plane supported by the first and second surfaces of the first planar substrate; A first metal plate supported by the first surface of the first planar substrate; A second metal plate supported by a second surface of the first planar substrate; Some vias formed in the first planar substrate for connecting the first metal plate and the second metal plate; An electrical component supported by a first surface of a first planar substrate for connecting the first metal plate to a ground plane, the electrical component for determining an impedance associated with the electrical component; An antenna section substantially parallel to the planar section of the device enclosure and configured to be proximate to the planar section of the device enclosure, the antenna section including a second planar substrate and at least one conductive portion associated with the second planar substrate; And a third planar substrate configured substantially parallel to the planar section of the device enclosure and proximate to the planar section of the device enclosure, wherein the at least one conductive portion is at least one frequency in the first antenna signal associated with the antenna section. It forms a CRLH metamaterial structure configured to support resonance.

도 20a는 상승된 MTM 안테나를 지원하고, 특정 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리시키는 데 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는, 무선 디바이스(2000)의 등척도(isometric view)를 도시한다. 무선 디바이스(2000)는 세 개의 기판들, 즉 제1 기판(2001), 제2 기판(2003), 및 제 3 기판(2005)을 포함한다. 이러한 세 개의 기판들은, 제1 기판(2001)이 최상부 층이 되도록 구성되고 제3 기판(2005)이 저부 층이 되도록 구성되며 제2 기판(2003)이 제1 기판(2001)과 제3 기판(2005) 사이에 있도록 구성되는 순서대로 적층될 수도 있다. 다양한 유형의 기판 물질이 도 20a 내지 도 20d에 도시된 무선 디바이스(2000) 설계에 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 기판(2001) 및 제3 기판(2005)에 대하여 FR-4 물질이 사용될 수 있는 반면, 제2 기판(2003)에 대하여 공기가 사용될 수 있다. 20A shows an isometric view of a wireless device 2000 that supports an elevated MTM antenna and uses one or more frequency dependent structures to isolate certain circuit components from the elevated MTM antenna. The wireless device 2000 includes three substrates, a first substrate 2001, a second substrate 2003, and a third substrate 2005. These three substrates are configured such that the first substrate 2001 is the top layer, the third substrate 2005 is the bottom layer, and the second substrate 2003 is the first substrate 2001 and the third substrate ( 2005) may be stacked in the order in which they are configured. Various types of substrate materials may be used in the wireless device 2000 design shown in FIGS. 20A-20D. For example, FR-4 material may be used for the first substrate 2001 and the third substrate 2005 while air may be used for the second substrate 2003.

무선 디바이스(2000)는 도 20a에서 도시된 제1 기판(2001) 상에 제조된 상승된 MTM 안테나(2007)을 포함한다. 도 20b 및 도 20c는 안테나를 도 20a에 도시된 몇몇의 다른 오버래핑 구조 요소들과 구분하기 위해 상승된 MTM 안테나(2007)의 최상부 층 및 저부 층 각각의 정면도를 도시한다. 도 20b 및 도 20c에서 상승된 MTM 안테나(2007)는, 제1 기판(2001)의 최상부 층 상에 형성된 셀 패치(2051), 셀 패치(2051)로부터 및 셀 패치(2051)로 안테나 신호를 지향시키기 위해 커플링 갭(2055)을 통해 셀 패치(2051)에 용량성 커플링되는 공급선(2053), 공급선(2053)에 부착되고 제1 기판(2001)의 최상부 층 및 저부 층 상에 형성되는 전도성 나선형부(2057)와 같은 몇몇의 전도성 부분들을 포함할 수도 있다. 공급선(2053)의 말단부는, 공급선(2053)을 안테나 입력 포트(2009)에 연결하는 전도성 선(2071) 및 제1 기판(2001)을 관통하는 비아(2059)에 의해 도 20a 및 도 20d에 도시된 안테나 입력 포트(2009)에 커플링된다. 공급선(2053)은, 안테나를 통해 외부로 전송될 안테나 신호를 생성하고 공급하거나 안테나를 통해 수신된 안테나 신호를 수신하고 프로세싱하는 안테나 회로와 통신할 수도 있다. 도 20b 및 도 20c를 다시 참조하면, 몇몇의 비아들(2061)이 제1 기판(2001)의 저부 층 내의 전도성 부분들과 최상부 층 내의 전도성 부분들 사이에 전도성 연결들을 제공하기 위해 개별 비아 홀들 내에 삽입된다. 이러한 예에서, 전도성 나선형부(2057)는 공급선(2053)에 부착된다. 전도성 나선형부(2057)는 최상부 나선형 부분, 저부 나선형 부분, 및 제1 기판(2001)을 관통하는 비아들(2061)을 포함한다. 최상부 나선형 부분은 최상부 층 내에 형성된 개별 세그먼트들로 구성되어 있으며; 저부 나선형 부분은 저부 층에 형성된 개별 세그먼트들의 다른 세트로 구성되어 있으며; 비아들(2061)은 수직 나선형 형태를 형성하기 위해 최상부 개별 세그먼트들과 저부 개별 세그먼트들을 연결하는 데 사용된다. 공급선(2053)에 부착된 부가적인 전도성 선은 RH 모노폴 공진을 유도할 수 있다. 이 예에서 사용된 수직 나선형부 대신에, 민더 선, 지그재그 선 또는 다른 형태의 선들 또는 스트립들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 공급선(2053) 및 전도성 나선형부(2057)는 직접적으로 연결되지만 상이한 총 길이를 가질 수 있다. 도 20c를 참조하면, 긴 비아 선(2063)은 제1 기판(2001)의 저부 층에 형성되고 도 20b에 도시된 짧은 비아 선(2067)에 연결되며, 짧은 비아 선(2067)은 비아(2069)를 통해 제1 기판(2001)의 최상부 층 상에 형성된다. 짧은 비아 선(2067)은 제1 기판(2001) 및 제2 기판(2003)의 수직 측면을 따라 연장된 금속(2073)의 수직 스트립에 의해 최상부 접지 평면(2013)에 연결된다. 비아(2065)는 제1 기판(2001)의 저부 층의 비아 선(2063)에 최상부 층의 셀 패치(2051)를 연결한다.The wireless device 2000 includes an elevated MTM antenna 2007 fabricated on the first substrate 2001 shown in FIG. 20A. 20B and 20C show front views of the top and bottom layers, respectively, of the elevated MTM antenna 2007 to distinguish the antenna from some of the other overlapping structural elements shown in FIG. 20A. 20B and 20C, the elevated MTM antenna 2007 directs antenna signals from and to cell patch 2051 and cell patch 2051 formed on the top layer of the first substrate 2001. Conductive lines attached to the supply lines 2053, supply lines 2053, which are capacitively coupled to the cell patch 2051 through coupling gaps 2055, and formed on the top and bottom layers of the first substrate 2001 for coupling. It may also include some conductive portions, such as helical portion 2057. The distal end of the supply line 2053 is shown in FIGS. 20A and 20D by a conductive line 2071 connecting the supply line 2053 to the antenna input port 2009 and a via 2059 penetrating through the first substrate 2001. To the antenna input port 2009. Supply line 2053 may communicate with an antenna circuit that generates and supplies an antenna signal to be transmitted to the outside via the antenna or receives and processes the antenna signal received through the antenna. Referring again to FIGS. 20B and 20C, some vias 2061 are formed in individual via holes to provide conductive connections between conductive portions in the bottom layer of the first substrate 2001 and conductive portions in the top layer. Is inserted. In this example, conductive helical portion 2057 is attached to supply line 2053. The conductive helical portion 2057 includes a top helical portion, a bottom helical portion, and vias 2061 penetrating the first substrate 2001. The top helical portion consists of individual segments formed in the top layer; The bottom helical portion consists of another set of individual segments formed in the bottom layer; Vias 2061 are used to connect the top individual segments and the bottom individual segments to form a vertical spiral shape. Additional conductive line attached to supply line 2053 may induce RH monopole resonance. Instead of the vertical spiral used in this example, a meander line, a zigzag line or other types of lines or strips may be used. Alternatively, supply line 2053 and conductive spiral portion 2057 may be directly connected but have different total lengths. Referring to FIG. 20C, long via lines 2063 are formed in the bottom layer of the first substrate 2001 and connected to the short via lines 2067 shown in FIG. 20B, the short via lines 2067 being the vias 2069. ) Is formed on the uppermost layer of the first substrate 2001. Short via line 2067 is connected to top ground plane 2013 by a vertical strip of metal 2073 extending along the vertical side of first substrate 2001 and second substrate 2003. Via 2065 connects cell patch 2051 of the top layer to via line 2063 of the bottom layer of first substrate 2001.

도 20a에 도시된 부가적인 구조 요소들은, 제3 기판(2005)의 양 측면 상에 형성된 접지 평면을 포함한다. 그 접지 평면은 두 개의 전도성 평면, 즉 최상부 접지 평면(2013) 및 저부 접지 평면(2023)을 포함하며, 이는 제3 기판(2005)에 형성된 비아들의 어레이(도시되지 않음)를 사용하는 것에 의하거나 제3 기판(2005)의 수직 에지를 따라 형성된 전도성 선들에 의해 연결될 수 있다. 안테나 비아 선(201)은 제1 기판(2001) 및 제2 기판(2004)의 수직 측면을 따라 연장된 비아 선(2011)을 통해 최상부 접지 평면(2013)에 연결될 수도 있다. 최상부 접지 평면(2013)으로 비아 선(2011)을 종단시킴으로써, MTM 안테나(2007)는 효율을 증가시키기 위해 전체 접지 평면(2013)을 라디에이터(radiator)의 일부로서 사용할 수 있다. 최상부 및 저부 금속 플레이트들(2015, 2017)은 제1 기판(2001)과 동일한 풋프린트를 가지며, 제3 기판(2005)의 양 측면들에 부가된다. 두 금속 플레이트들(2015, 2017)은 몇몇의 비아들(2019)에 의해 연결된다.Additional structural elements shown in FIG. 20A include a ground plane formed on both sides of the third substrate 2005. The ground plane comprises two conductive planes, the top ground plane 2013 and the bottom ground plane 2023, by using an array of vias (not shown) formed in the third substrate 2005 or It may be connected by conductive lines formed along the vertical edge of the third substrate 2005. The antenna via line 201 may be connected to the top ground plane 2013 through a via line 2011 extending along vertical sides of the first substrate 2001 and the second substrate 2004. By terminating via line 2011 to top ground plane 2013, MTM antenna 2007 may use the entire ground plane 2013 as part of a radiator to increase efficiency. Top and bottom metal plates 2015 and 2017 have the same footprint as the first substrate 2001 and are added to both sides of the third substrate 2005. The two metal plates 2015, 2017 are connected by several vias 2019.

동작에서, 도 20a, 도 20d, 및 도 20e에 도시된 무선 디바이스(2000)의 최상부 및 저부 금속 플레이트들(2015, 2017)은 차폐로서 작용할 수 있으며, 따라서 제3 기판(2005)의 저부 측면으로부터 나오는 인체 효과의 영향을 최소화할 수 있다. 이 금속 플레이트들(2015, 2017)이 상승된 MTM 안테나(2007)를 위한 충분한 차폐를 제공할 수 있으면서, 금속 플레이트들(2015, 2017) 내의 다른 RF 회로들을 집적하는 것은 무선 디바이스(2000) 상의 부가적인 공간을 절약할 수 있다. DC 동작 동안에, RF 회로들을 지원하기 위해 금속 플레이트(2015, 2017)에 DC 전류가 공급될 수 있다. 그러나, 높은 RF 동작에서, 이러한 RF 회로들과 상승된 MTM 안테나(2007) 사이의 바람직하지 않은 상호작용들이 존재하여 안테나의 성능을 감소시킬 수도 있다. 따라서, 상승된 MTM 안테나(2007)를 특정 주파수에서 금속 플레이트들(2015, 2017)로부터 격리시키는 것은 안테나 성능에 있어서 특별한 관심의 대상이 되고 이익이 될 수 있다. In operation, the top and bottom metal plates 2015, 2017 of the wireless device 2000 shown in FIGS. 20A, 20D, and 20E can act as shielding, and thus from the bottom side of the third substrate 2005. Minimize the effects of the human effect. While these metal plates 2015, 2017 can provide sufficient shielding for the elevated MTM antenna 2007, integrating other RF circuits within the metal plates 2015, 2017 is an additional feature on the wireless device 2000. Space can be saved. During DC operation, a DC current can be supplied to the metal plates 2015 and 2017 to support the RF circuits. However, in high RF operation, there may be undesirable interactions between these RF circuits and the elevated MTM antenna 2007 to reduce the performance of the antenna. Thus, isolating the elevated MTM antenna 2007 from the metal plates 2015, 2017 at a particular frequency may be of particular interest and benefit in antenna performance.

도 20e에서, 예컨대, 인덕터와 같은 주파수 의존형 특성들을 갖는 전기 컴포넌트(2021)는, 저부 금속 플레이트(2017)을 포함하여 최상부 금속 플레이트(2015)를 특정 주파수들에서 상승된 MTM 안테나(2007)로부터 격리시키기 위해서 최상부 금속 플레이트(2015)와 저부 접지 평면(2023) 사이에 커플링될 수도 있다. DC 동작에서, 예컨대, 인덕터 (2021)는 금속 플레이트들(2015, 2017) 상에 형성된 집적 회로들로부터의 DC 전류가 왜곡 없이 무선 디바이스(2000) 내의 다른 회로 컴포넌트들로 전달될 수 있도록 하는 저임피던스 컴포넌트로서 작용할 수 있다. 그러나, 고주파수 범위 또는 극초단파 주파수에서, 인덕터(2021)는 RF 전류가 금속 플레이트들(2015, 2017)로 흘러들어가는 것을 차단하여, 금속 플레이트들(2015, 2017)과 연관된 간섭이 고주파수 동작 동안 MTM 안테나 성능에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있는 고임피던스 컴포넌트로서 작용할 수 있다. In FIG. 20E, an electrical component 2021 having frequency dependent characteristics, such as, for example, an inductor, isolates the top metal plate 2015 from the elevated MTM antenna 2007 at certain frequencies, including the bottom metal plate 2017. May be coupled between top metal plate 2015 and bottom ground plane 2023. In DC operation, for example, inductor 2021 is a low impedance component that allows DC current from integrated circuits formed on metal plates 2015, 2017 to be delivered to other circuit components in wireless device 2000 without distortion. Can act as However, at high or microwave frequencies, the inductor 2021 prevents RF current from flowing into the metal plates 2015 and 2017 such that interference associated with the metal plates 2015 and 2017 may cause MTM antenna performance during high frequency operation. It can act as a high-impedance component that can prevent it from affecting.

도 21은 도 20a 내지 도 20e에 도시된 무선 디바이스(2000)에 사용된 상승된 MTM 안테나의 복귀 손실과 비교하여 도 19a 내지 19C에 도시된 것과 같은 평면 MTM 안테나의 복귀 손실의 그래프를 도시한다. 복귀 손실은 전송 효율의 함수로서 dB로 표시된다. 도 21에 표시된 결과들은 몇몇의 실시예들에서 상승된 MTM 안테나(2007)가 특정 주파수에서 평면 MTM 안테나(1901)와 유사한 임피던스 매칭을 갖는다는 것을 보여준다. 따라서, 도 20의 상승된 MTM 안테나 (2007)는 금속 플레이트들(2015, 2017)의 사용을 통해 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서도, 도 19에서 도시된 평면 MTM 안테나와의 비교에서 유사한 임피던스 매칭 결과들을 산출한다. FIG. 21 shows a graph of the return loss of a planar MTM antenna as shown in FIGS. 19A-19C compared to the return loss of the raised MTM antenna used in the wireless device 2000 shown in FIGS. 20A-20E. Return loss is expressed in dB as a function of transmission efficiency. The results indicated in FIG. 21 show that in some embodiments the elevated MTM antenna 2007 has a similar impedance match to the planar MTM antenna 1901 at a particular frequency. Thus, the elevated MTM antenna 2007 of FIG. 20 provides similar impedance matching in comparison with the planar MTM antenna shown in FIG. 19, while providing the advantage of providing adequate shielding through the use of metal plates 2015, 2017. Calculate the results

도 22 및 도 23은 저대역 주파수 및 고대역 주파수 각각에 대하여 상승된 MTM 안테나들 및 평면 MTM 안테나들에 대한 방사 효율들을 도시한다. 도 22에서, 상승된 MTM 안테나는 평면 MTM 안테나보다 저대역에서 더 양효한 안테나 효율을 나타낸다. 도 23에서, 평면 MTM 안테나 및 상승된 MTM 안테나 모두 고대역에서 비슷한 안테나 효율을 나타낸다. 따라서, 도 20의 상승된 MTM 안테나(2007)는 금속 플레이트들(2015, 2017)의 사용을 통해 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서도, 도 19에서 도시된 평면 MTM 안테나에 비교하여 더 양호하거나 비슷한 효율 결과들을 산출한다. 22 and 23 show radiation efficiencies for elevated MTM antennas and planar MTM antennas for low and high band frequencies, respectively. In FIG. 22, the elevated MTM antenna exhibits more efficient antenna efficiency in the low band than the planar MTM antenna. In Figure 23, both the planar MTM antenna and the raised MTM antenna exhibit similar antenna efficiencies in the high band. Thus, the raised MTM antenna 2007 of FIG. 20 provides the advantage of providing adequate shielding through the use of metal plates 2015 and 2017, while better or similar to the planar MTM antenna shown in FIG. 19. Calculate efficiency results.

도 24 및 도 25는, 사람의 헤드 팬텀(head phantom)의 좌우 측면과 같이, 사람의 헤드 애플리케이션(head application)에 수반된 방사 성능 테스트를 위한 평면 MTM 안테나 및 상승된 MTM 안테나를 비교하는 다양한 주파수 범위들에 대한 안테나 효율들을 도시한다. 대조적으로, 그 도면들은 사람의 헤드 애플리케이션들에서 상승된 MTM 안테나가 평면 MTM 안테나보다 더 양효한 안테나 효율을 갖는다는 것을 도시한다. 이러한 결과들은 또한 인체에 의해 야기되는 근접성 효과들을 수반하는 애플리케이션들에 채용된 금속 플레이트들의 효율성을 지지한다. Figures 24 and 25 show various frequencies comparing the raised MTM antenna and the planar MTM antenna for radiation performance testing involving the human head application, such as the left and right sides of the human head phantom. The antenna efficiencies for the ranges are shown. In contrast, the figures show that a raised MTM antenna has a better antenna efficiency than a planar MTM antenna in human head applications. These results also support the efficiency of metal plates employed in applications involving proximity effects caused by the human body.

복수의 셀 패치 구조들을 가지며 특정 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리시키기 위해 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 평면 MTM 안테나를 지원하는 무선 디바이스의 실시예는, 디바이스 인클로즈; 디바이스 인클로즈 내부에 놓여지고 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 기판 구조; 기판 구조의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 전극; 기판 구조의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트를 접지 전극에 연결하기 위한 제1 전기 컴포넌트로서 RF 주파수 소스가 제1 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 제1 전기 컴포넌트; 접지 전극에 제2 금속 플레이트를 연결하기 위한 제2 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 제2 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 제2 전기 컴포넌트; 및 기판 구조에 의해 지지되는 몇몇의 전기 전도성 부분들을 포함하고, 접지 전극, 기판 구조의 적어도 부분, 및 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성된다. Embodiments of a wireless device having a plurality of cell patch structures and supporting a planar MTM antenna using one or more frequency dependent structures to isolate specific circuit components from an elevated MTM antenna include: device enclosure; A substrate structure disposed within the device enclosure and having a first surface and a second surface different from the first surface; A ground electrode supported by the first and second surfaces of the substrate structure; A first metal plate and a second metal plate supported by the first surface of the substrate structure; A first electrical component, wherein the RF frequency source determines an impedance associated with the first electrical component as a first electrical component for connecting the first metal plate to a ground electrode; A second electrical component for connecting the second metal plate to the ground electrode, the second electrical component determining an impedance associated with the second electrical component; And some electrically conductive portions supported by the substrate structure, wherein the ground electrode, at least a portion of the substrate structure, and the electrically conductive portions are configured to form a CRLH metamaterial antenna structure exhibiting one or more frequency resonances associated with the antenna signal. .

도 26a, 도 26b, 도 26c는 접지 평면으로의 주파수 의존형 연결을 갖는 무선 디바이스(2600)에서 사용되는 복수의 셀 패치 구조들을 갖는 평면 MTM 안테나의 실시예의 등척도, 최상부 층(2600-1)의 정면도, 및 저부 층(2600-2)의 정면도를 각각 도시한다. 26A, 26B, 26C are isometric views of an embodiment of a planar MTM antenna having a plurality of cell patch structures used in a wireless device 2600 having a frequency dependent connection to a ground plane, top layer 2600-1. A front view and a front view of the bottom layer 2600-2 are respectively shown.

도 26b의 등척도 및 최상부 층(2600-1)을 참조하면, MTM 안테나(2601)는 공급선(2602), 공급선(2602)의 근위 단부(proximal end)에 연결된 도약대(launch pad)(2603); 공급선에 연결된 민더 구조(meander structure)(2605), 공급선(2602)의 말단부에 용량성 커플링된 셀 패치(2607), 기판(2611)의 최상부 상에 프린트된 최상부 접지 평면(2610)에 셀 패치(2607)를 연결하는 데 사용된 비아 선(2609)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 셀 패치(2607)는 컷 슬롯(cut slot)(2608)에 의해 분리된 두 섹션들을 포함한다. 기판(2611)은 예컨대4.4의 유전상수 및 1mm의 높이를 갖는 FR-4와 같은 PCB 물질로 형성될 수도 있다. 도약대(2603)의 말단부에 형성된 안테나 입력(2625)은 MTM 안테나 구조(2601)로 RF 입력 신호들을 공급하는 데 사용된다. Referring to the isometric and top layer 2600-1 of FIG. 26B, the MTM antenna 2601 includes a launch pad 2603 connected to a supply line 2602, a proximal end of the supply line 2602; Meander structure 2605 connected to supply line, cell patch 2607 capacitively coupled to distal end of supply line 2602, and cell patch on top ground plane 2610 printed on top of substrate 2611 It may include via lines 2609 used to connect 2607. In this example, cell patch 2607 includes two sections separated by cut slots 2608. Substrate 2611 may be formed of a PCB material such as, for example, FR-4 having a dielectric constant of 4.4 and a height of 1 mm. An antenna input 2625 formed at the distal end of the hop stand 2603 is used to feed RF input signals to the MTM antenna structure 2601.

도 26a의 등척도 및 도 26c의 저부 층(2600-2)을 참조하면, 두 개의 금속 플레이트들(2613, 2615)은 기판(2611) 아래에 형성된다. 두 금속 플레이트들(2613, 2615)은 두 개의 인덕터들(2619, 2621)과 같은 한 쌍의 전기 컴포넌트들 각각을 통해 저부 접지 평면(2617)에 연결된다. 최상부 접지 평면(2610)은 기판(2611)의 양 측면 상의 단일 접지 평면을 형성하기 위해 기판(2611)을 통해 비아들의 어레이(도시되지 않음)에 의해 저부 접지 평면(2617)으로 연결된다. Referring to the isometric view of FIG. 26A and the bottom layer 2600-2 of FIG. 26C, two metal plates 2613 and 2615 are formed below the substrate 2611. The two metal plates 2613, 2615 are connected to the bottom ground plane 2615 through each of a pair of electrical components, such as two inductors 2621, 2621. Top ground plane 2610 is connected to bottom ground plane 2617 by an array of vias (not shown) through substrate 2611 to form a single ground plane on both sides of substrate 2611.

동작에서, DC 주파수에서, DC 전류는 두 개의 인덕터들(2619, 2621)을 통해 금속 플레이트들(2613, 2615) 상에 형성된 다른 컴포넌트들에 공급될 수 있다. In operation, at the DC frequency, the DC current can be supplied to other components formed on the metal plates 2613, 2615 through two inductors 2621, 2621.

RF 주파수에서, 두 인덕터는 안테나 성능에 부정적인 효과들을 감소시킬 수 있는 고임피던스 컴포넌트들과 같이 작용한다. 또한, 금속 플레이트들(2613, 2615)은 안테나가 인체와 같은 주변 물체들 부근에 위치될 때 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 MTM 안테나(2601)에 차폐를 제공할 수 있다. 부가적으로, 이러한 금속 플레이트들(2613, 2615)은 SAR 측정들과 관련된 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 기판(2611)의 저부 측면에 안테나 방사를 감소시킬 수 있다. 도약대(2603)에 의해 기여될 수 있는 모노폴 모드의 방사 효율 및 임피던스 매칭을 돕기 위해 금속 플레이트(2615) 상의 L 형 컷아웃(cut out) 영역(2623)이 이러한 애플리케이션에 사용될 수도 있다. 컷 슬롯(cut slot)(2608)의 폭 및 금속 플레이트들(2613, 2615) 사이의 공간은 LH 모드 및 민더 모드의 향상된 임피던스 매칭을 달성하기 위해 최적화될 수 있다. At RF frequency, both inductors work like high impedance components that can reduce negative effects on antenna performance. In addition, the metal plates 2613 and 2615 may provide shielding to the MTM antenna 2601 which may improve antenna performance when the antenna is located near peripheral objects such as a human body. Additionally, these metal plates 2613 and 2615 can reduce antenna radiation on the bottom side of the substrate 2611, which can improve antenna performance associated with SAR measurements. An L-shaped cut out area 2623 on the metal plate 2615 may be used for this application to aid in the radiation efficiency and impedance matching of the monopole mode, which may be contributed by the springboard 2603. The width of the cut slot 2608 and the space between the metal plates 2613 and 2615 can be optimized to achieve improved impedance matching in the LH mode and the meander mode.

도 27은 도 26a 내지 도 26c에 도시된 무선 디바이스(2600)에 사용된 평면 MTM 안테나(2601)의 dB로 표시된 복귀 손실을 도시한다. 도 26의 평면 MTM 안테나(2601)는 금속 플레이트들(2613, 2615)의 사용을 통한 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서, 도 19에서 도시된 평면 MTM 안테나에 비교하여 유사한 복귀 손실 결과를 산출한다. 27 shows the return loss in dB of the planar MTM antenna 2601 used in the wireless device 2600 shown in FIGS. 26A-26C. The planar MTM antenna 2601 of FIG. 26 yields similar return loss results compared to the planar MTM antenna shown in FIG. 19, while providing the advantage of providing adequate shielding through the use of metal plates 2613 and 2615. .

도 28a 및 도 28b는 복수의 주파수 범위들에 걸쳐 도 26a 내지 도 26c에 도시된 평면 MTM 안테나(2601)를 위한 방사 효율을 도시한다. 도 26의 평면 MTM 안테나(2601)는 금속 플레이트들(2613, 2615)의 사용을 통한 적절한 차폐를 제공하는 이점을 제공하면서, 도 19에 도시된 평면 MTM 안테나에 비교하여 방사 효율 결과들을 산출한다. 28A and 28B show the radiation efficiency for the planar MTM antenna 2601 shown in FIGS. 26A-26C over a plurality of frequency ranges. The planar MTM antenna 2601 of FIG. 26 yields radiation efficiency results compared to the planar MTM antenna shown in FIG. 19, while providing the advantage of providing adequate shielding through the use of metal plates 2613 and 2615.

하나 이상의 비평면 MTM 안테나들을 지원하고 특정 회로 컴포넌트들을 상승된 MTM 안테나로부터 격리시키는 데 하나 이상의 주파수 의존형 구조들을 사용하는 무선 USB 동글 디바이스의 실시예는, 디바이스 인클로즈; 디바이스 인클로즈 내에 위치되고 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 제1 평면 기판; 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면 상에 형성된 접지 평면; 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성된 제1 금속 플레이트; 제1 평면 기판의 제2 표면 상에 형성된 제2 금속 플레이트; 제1 금속 플레이트와 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 제1 평면 기판에 형성된 몇몇 비아들; 제1 금속 플레이트를 접지 평면에 연결하기 위해 제1 평면 기판의 제2 표면 상에 형성된 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 전기 컴포넌트; 디바이스 인클로즈와 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션에 근접하게 되도록 구성되며, 제1 평면 기판 및 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함하는 제1 안테나 섹션; 디바이스 인클로즈와 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제2 평면 섹션에 근접하게 되도록 구성되며, 제2 평면 기판 및 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제2 전도성 부분을 포함하는 제2 안테나 섹션; 제1 안테나 섹션 및 제2 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션; 디바이스 인클로즈에 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되며, 제1 평면 기판 및 제1 평면 기판에 연관된 적어도 하나의 제3 전도성 부분을 포함하는 제3 안테나 섹션; 디바이스 인클로즈에 실질적으로 평행하고 디바이스 인클로즈의 제4 평면 섹션에 근접하게 구성되며, 제4 평면 기판 및 제4 평면 기판에 연관된 적어도 하나의 제4 전도성 부분을 포함하는 제4 안테나 섹션; 및 제3 안테나 섹션과 제4 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션을 포함하고, 적어도 하나의 제1 전도성 부분 및 적어도 하나의 제2 전도성 부분은 제1 안테나 섹션 및 제2 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호 내에 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하며, 적어도 하나의 제3 전도성 부분과 적어도 하나의 제4 전도성 부분은 제3 안테나 섹션 및 제4 안테나 섹션과 연관된 제2 안테나 신호에 적어도 하나의 주파수 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성한다. An embodiment of a wireless USB dongle device that uses one or more frequency dependent structures to support one or more non-planar MTM antennas and to isolate certain circuit components from an elevated MTM antenna, includes a device enclosure; A first planar substrate positioned within the device enclosure and having a first surface and a second surface different from the first surface; A ground plane formed on the first and second surfaces of the first planar substrate; A first metal plate formed on the first surface of the first planar substrate; A second metal plate formed on the second surface of the first planar substrate; Some vias formed in the first planar substrate for connecting the first metal plate and the second metal plate; An electrical component formed on a second surface of the first planar substrate for connecting the first metal plate to a ground plane, the electrical component for determining an impedance associated with the electrical component; A first antenna section configured to be substantially parallel to the device enclosure and close to the first planar section of the device enclosure, the first antenna section including a first planar substrate and at least one first conductive portion associated with the first planar substrate; A second antenna section configured to be substantially parallel to and close to the second planar section of the device enclosure, the second antenna section including a second planar substrate and at least one second conductive portion associated with the second planar substrate; A joint antenna section connecting the first antenna section and the second antenna section; A third antenna section configured substantially parallel to the device enclosure and proximate to the first planar section of the device enclosure, the third antenna section including a first planar substrate and at least one third conductive portion associated with the first planar substrate; A fourth antenna section substantially parallel to the device enclosure and configured to be close to the fourth planar section of the device enclosure, the fourth antenna section including a fourth planar substrate and at least one fourth conductive portion associated with the fourth planar substrate; And a joint antenna section connecting the third antenna section and the fourth antenna section, wherein the at least one first conductive portion and the at least one second conductive portion are associated with the first antenna section and the second antenna section. Forming a CRLH metamaterial structure configured to support at least one frequency resonance within the signal, wherein at least one third conductive portion and at least one fourth conductive portion are associated with a third antenna section and a fourth antenna section; Form a CRLH metamaterial structure configured to support at least one frequency resonance.

도 29a, 도 29b, 도 29c는 접지 평면에 주파수 의존형 연결을 갖는 두 개의 비평면, L형 MTM 안테나들(2903, 2905)를 갖는 무선 USB 동글 디바이스(2900)의 최상부, 저부, 및 측면의 도면들을 각각 도시한다. USB 동글 디바이스(2900)는 랩톱 또는 다른 디바이스(도시되지 않음)와 같은 호스트 디바이스의 USB 포트에 연결될 수 있는 USB 커넥터 (2901)를 포함한다. USB 동글 디바이스(2900)는 두 개의 안테나들, 즉 제1 안테나(2903) 및 제2 안테나(2905)를 포함할 수도 있다. 제1 안테나(2903)는 USB 동글 디바이스(2900)의 말단부에 형성되고, 제2 안테나(2905)는 USB 커넥터(2901)에 인접한 측면 에지에 형성된다. 29A, 29B, 29C are top, bottom, and side views of a wireless USB dongle device 2900 with two non-planar, L-type MTM antennas 2907, 2905 having a frequency dependent connection to the ground plane. Show each of them. The USB dongle device 2900 includes a USB connector 2901 that can be connected to a USB port of a host device, such as a laptop or other device (not shown). The USB dongle device 2900 may include two antennas, namely, a first antenna 2907 and a second antenna 2905. The first antenna 2907 is formed at the distal end of the USB dongle device 2900, and the second antenna 2905 is formed at the side edge adjacent to the USB connector 2901.

도 29a에서, USB 동글 디바이스(2900)는 세 개의 기판들, 즉 제1 기판(2907), 제2 기판(2909), 및 제3 기판(2911)으로 이루어 진다. 제1 기판(2907) 및 제2 기판(2909)은 제3 기판(2911)에 수직으로 각각 장착된다. 제1 안테나(2903)의 요소들은 제1 기판(2907) 및 제3 기판(2911) 상에 이루어진다. 제2 안테나(2905)의 요소들은 제2 기판(2909) 및 제3 기판(2911) 상에 이루어진다. 제1 기판(2907) 및 제2 기판(2909)와 같은 복수의 기판들 상에 제1안테나(2903) 요소들 및 제2 안테나(2905) 요소들의 부분들을 만드는 것은 장착될 다른 컴포넌트들을 위해 제3 기판상의 공간을 절약할 수 있다. In FIG. 29A, the USB dongle device 2900 consists of three substrates, namely, a first substrate 2907, a second substrate 2909, and a third substrate 2911. The first substrate 2907 and the second substrate 2909 are mounted perpendicular to the third substrate 2911, respectively. Elements of the first antenna 2907 are made on the first substrate 2907 and the third substrate 2911. Elements of the second antenna 2905 are made on the second substrate 2909 and the third substrate 2911. Making portions of the first antenna elements 2903 and the second antenna elements 2905 on a plurality of substrates, such as the first substrate 2907 and the second substrate 2909, can be used for third components for mounting other components. Space on the substrate can be saved.

도 29a를 다시 참조하면, 비평면, L형 MTM 안테나들 (2903, 2905) 각각은 다각형 형태이고 제3 기판(2911)로부터 각각의 수직 기판들(2907, 2909)로 연장된 셀 패치들(2951, 2953) 각각을 구비한다. 제1 안테나(2903)와 연관된 공급선(2957)은, 제3 기판(2911) 상에 또한 형성되고 커플링 갭(2971)을 통해 셀 패치(2953)에 전자기 커플링된다. 제2 안테나(2905)와 연관된 공급선(2955)은 제2 기판(2909) 상에 형성되고 제3 기판(2911)로 연장되며 커플링 갭(2973)을 통해 셀 패치(2951)에 전자기 커플링된다. 민더선은 모노폴 모드를 유도하기 위해 두 안테나들 각각에서 공급선에 부가될 수도 있다. Referring back to FIG. 29A, the non-planar, L-shaped MTM antennas 2905 and 2905 are each polygonal in shape and extend from the third substrate 2911 to the respective vertical substrates 2907 and 2909. 2953) each. A supply line 2957 associated with the first antenna 2903 is also formed on the third substrate 2911 and is electromagnetically coupled to the cell patch 2953 through the coupling gap 2971. Supply line 2955 associated with second antenna 2905 is formed on second substrate 2909 and extends to third substrate 2911 and is electromagnetically coupled to cell patch 2951 through coupling gap 2973. . A midder line may be added to the supply line at each of the two antennas to induce monopole mode.

도 29a 및 도 29b를 참조하면, 제2 안테나(2905)와 연관된 최상부 비아 선(2959)은 제2 기판(2909)에 형성된다. 최상부 비아 선(2959)은 제3 기판(2911)에 형성된 비아(2963) 및 셀 패치(2951)에 연결된다. 비아(2963)는 저부 접지(2919)에 연결된 도 29b에 도시된 저부 비아 선(2917)에 연결된다. 따라서, 제2 안테나(2905)의 셀 패치(2951)는 최상부 비아 선(2959), 비아(2963), 및 저부 비아 선(2917)을 통해 저부 접지(2919)에 커플링된다. 제1 안테나(2903)에 연관된 최상부 비아 선(2961)은 제1 기판(2907)에 형성된다. 최상부 비아 선(2961)은 제3 기판(2911)에 형성된 비아(2965) 및 셀 패치(2953)에 연결된다. 비아(2965)는 저부 접지(2919)에 연결된, 도 29b에 도시된, 저부 비아 선(2916)에 연결된다. 따라서, 제1 안테나(2907)의 셀 패치(2953)는 최상부 비아 선(2961), 비아(2965), 및 저부 비아 선(2916)을 통해 저부 접지(2919)에 커플링된다. 29A and 29B, the top via line 2959 associated with the second antenna 2905 is formed on the second substrate 2909. The top via line 2959 is connected to the via 2963 and the cell patch 2951 formed on the third substrate 2911. Via 2963 is connected to bottom via line 2917 shown in FIG. 29B which is connected to bottom ground 2919. Thus, cell patch 2951 of second antenna 2905 is coupled to bottom ground 2919 through top via line 2959, via 2963, and bottom via line 2917. The top via line 2961 associated with the first antenna 2907 is formed on the first substrate 2907. Top via line 2961 is connected to via 2965 and cell patch 2953 formed in third substrate 2911. Via 2965 is connected to bottom via line 2916, shown in FIG. 29B, connected to bottom ground 2919. Thus, cell patch 2953 of first antenna 2907 is coupled to bottom ground 2919 through top via line 2901, via 2965, and bottom via line 2916.

도 29b에서, 저부 접지(2919)는, 단일 접지 평면을 형성하기 위해, 제3 기판(2911)에 형성된 비아들의 어레이(도시되지 않음)를 사용하는 것에 의해서 또는 제3 기판(2911)의 수직 에지를 따라 형성된 전도성 선들에 의해 최상부 접지 평면(2915)에 연결될 수도 있다. 제1 안테나(2903) 및 제2 안테나(2905) 모두의 비아 선들(2917)은 안테나 효율을 최대화하기 위해 제3 기판(2911)의 저부 접지 평면(2919) 상에서 종단된다. In FIG. 29B, bottom ground 2919 is formed by using an array of vias (not shown) formed in third substrate 2911 or vertical edge of third substrate 2911 to form a single ground plane. It may be connected to the top ground plane 2915 by conductive lines formed along. Via lines 2917 of both first antenna 2907 and second antenna 2905 are terminated on bottom ground plane 2919 of third substrate 2911 to maximize antenna efficiency.

호스트 디바이스(도시되지 않음)의 USB 포트에 연결될 때 USB 커넥터(2901)에 대한 향상된 성능 지표들은, 두 안테나들(2903, 2905) 및 다른 RF 및 기저대역 회로들을 포함하는 USB 동글 디바이스(2900)의 접지 평면이 호스트 디바이스로부터 격리될 때 달성될 수도 있다. 접지 평면을 격리하는 것은, 두 개의 작은 금속 플레이트들, 최상부 금속 플레이트(2921), 및 저부 금속 플레이트(2923)를 도 29a 내지 도 29b에 도시된 최상부 접지 평면 및 저부 접지 평면(2915, 2919) 각각으로부터 분리되어 있는 USB 동글 커넥터(2901) 주변에서 실행시킴으로써 달성될 수도 있다. 향상된 성능 지표들에 부가하여, USB 동글 디바이스(2900)의 안테나 성능은 그러한 격리 기술을 사용하여 USB 동글 디바이스(2900)에 연결된 호스트 디바이스에 독립적으로 되도록 할 수도 있다. Improved performance indicators for the USB connector 2901 when connected to a USB port of a host device (not shown) may be used for a USB dongle device 2900 including two antennas 2907 and 2905 and other RF and baseband circuits. It may be achieved when the ground plane is isolated from the host device. Isolating the ground plane comprises two small metal plates, a top metal plate 2921, and a bottom metal plate 2913, respectively, with top ground planes and bottom ground planes 2915 and 2919 shown in FIGS. 29A-29B. It may also be accomplished by running around a USB dongle connector 2901 that is separate from it. In addition to the improved performance indicators, the antenna performance of the USB dongle device 2900 may be made independent of the host device connected to the USB dongle device 2900 using such isolation techniques.

USB 동글 디바이스(2900)를 위한 전력이 통상적으로 호스트 디바이스에 의해 공급되기 때문에, USB 커넥터(2901)로부터 제3 기판 상에 제조된 다른 컴포넌트들로의 DC 연결이 필요할 수도 있다. 예시된 실시예에서,호스트 디바이스로부터 USB 커넥터(2901)로 전도된 DC 바이어스를 지원하기 위해, 인덕터(2925)와 같은 전기 컴포넌트는 최상부 금속 플레이트(2921)와 최상부 접지 평면(2915) 사이에 장착될 수도 있다. 최상부 금속 플레이트(2921) 및 저부 금속 플레이트(2923)는 또한 비아들(2913)을 통해 서로 연결된다. 최상부 금속 플레이트 및 저부 금속 플레이트(2921)의 형태와 사이즈는 최적의 안테나 매칭, 안테나 효율, 및 두 안테나(2903, 2909)와 안테나 원거리 상관관계(antenna far-field correlation)를 달성하도록 최적화될 수 있다.Since power for the USB dongle device 2900 is typically supplied by the host device, a DC connection from the USB connector 2901 to other components fabricated on the third substrate may be required. In the illustrated embodiment, to support DC bias conducted from the host device to the USB connector 2901, an electrical component such as the inductor 2925 may be mounted between the top metal plate 2921 and the top ground plane 2915. It may be. Top metal plate 2921 and bottom metal plate 2913 are also connected to each other via vias 2913. The shape and size of the top metal plate and bottom metal plate 2921 can be optimized to achieve optimal antenna matching, antenna efficiency, and antenna far-field correlation with the two antennas 2907 and 2909. .

도 30은 도 29a 내지 도 29c의 안테나 1과 안테나 2 사이의 측정된 복귀 손실 및 격리를 도시하며, 양 안테나들이 740MHz 내지 900MHz 및 1850MHz 내지1990 MHz의 주파수 범위에서 동작하는 것을 보여준다. FIG. 30 shows measured return loss and isolation between antenna 1 and antenna 2 of FIGS. 29A-29C, showing that both antennas operate in the frequency range of 740 MHz to 900 MHz and 1850 MHz to 1990 MHz.

도 31 및 도 32는 저대역 및 고대역 각각에서 안테나 1 및 안테나 2의 측정된 안테나 효율들을 보여준다. 31 and 32 show the measured antenna efficiencies of antenna 1 and antenna 2 in the low band and the high band, respectively.

격리된 접지 기술들 및 이 문서에 설명된 연관 구조들은, 이상에서 설명된, 비-MTM 안테나 설계, 평면 MTM 안테나 설계들, 다중층 MTM 안테나 설계들, 및 비평면 MTM 안테나 설계를 나타내는 안테나 구성들을 제시한다. 주파수 의존형 커넥터들로서 작용하는 전기 컴포넌트들의 상이한 유형들을 수반하는 이상에서 설명된 안테나 구성들에 다른 격리된 접지 기술들이 실행될 수도 있다. 예컨대, 전기 컴포넌트들의 인용된 예시들이 인덕터들의 사용을 포함했었지만, 다른 컴포넌트들은 커패시터들, 또는 커패시터들 및 인덕터들의 조합과 같은 다른 수동 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 예컨대, 커패시터가 접지 평면과 금속 플레이트 사이에 부착될 때, 고주파수 신호가 접지 평면과 금속 플레이트에 장착된 회로들 사이에 전파될 수 있다. 커패시터가 제공하는 고임피던스로 인해, DC 및 저주파수 신호들이 커패시터의 두 양단에서 차단된다. 따라서, 안테나 및 다른 RF 회로들의 설계가 주파수 의존형 커넥터들로서의 커패시터들의 사용에 기초하여 변경될 수도 있다. Isolated grounding techniques and the associated structures described in this document provide antenna configurations that represent non-MTM antenna designs, planar MTM antenna designs, multilayer MTM antenna designs, and non-planar MTM antenna designs, described above. present. Other isolated grounding techniques may be implemented in the antenna configurations described above involving different types of electrical components that act as frequency dependent connectors. For example, although cited examples of electrical components included the use of inductors, other components may include capacitors or other passive components such as a combination of capacitors and inductors. For example, when a capacitor is attached between the ground plane and the metal plate, high frequency signals can propagate between circuits mounted to the ground plane and the metal plate. Due to the high impedance provided by the capacitor, the DC and low frequency signals are blocked at both ends of the capacitor. Thus, the design of the antenna and other RF circuits may be changed based on the use of capacitors as frequency dependent connectors.

주파수 의존형 커넥터들의 다른 실시예들은, 접지 평면와 금속 플레이트를 연결하기 위해 조합하여 사용되는, 인덕터들 및 커패시터들과 같은 복수의 수동 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 예컨대, 한 실시예에서, 금속 플레이트는 인덕터의 한 단부에 연결될 수도 있으며, 인덕터의 다른 단부는 커패시터의 한 단부에 연결된다. 그리고 나서, 커패시터의 다른 단부는 L-C 회로를 형성하는 접지 평면에 연결될 수 있다. 이러한 경우에, DC 및 고주파수 신호는 이러한 L-C 회로를 통해 지나갈 수 없으며, 단지 중간 주파수(intermediate frequency) 신호들만이 접지 평면 및 금속 플레이트 상에 장착된 회로들 사이에서 전파될 수 있다. 상이한 주파수 신호들이 접지 평면과 금속 프레이트 사이에 전파될 필요가 있는 상이한 애플리케이션들에 기초하여, 수동 컴포넌트들의 상이한 구성들이 실행될 수도 있으며, 안테나 및 다른 RF 회로들은 그에 따라 변경될 수 있다. Other embodiments of frequency dependent connectors may include a plurality of passive components, such as inductors and capacitors, used in combination to connect the ground plane and the metal plate. For example, in one embodiment, the metal plate may be connected to one end of the inductor, and the other end of the inductor is connected to one end of the capacitor. The other end of the capacitor can then be connected to a ground plane that forms an L-C circuit. In this case, DC and high frequency signals cannot pass through this L-C circuit, only intermediate frequency signals can propagate between circuits mounted on the ground plane and the metal plate. Based on different applications where different frequency signals need to propagate between the ground plane and the metal plate, different configurations of passive components may be implemented, and the antenna and other RF circuits may change accordingly.

부가적으로, 이러한 예들에서 전기 컴포넌트들이 RF 스위치, 시간 의존형 스위치, 및 핀 다이오드와 같은 능동 컴포넌트를 포함할 수 있다. 그러나, 부가적인 제어 회로들은 주파수, 시간 또는 전압 임계치와 같은 의존성 요인(dependant factor)에 따라 이 능동 디바이스들의 온 및 오프 상태들을 결정하도록 하는 것이 필요할 수도 있다. 예컨대, 접지에 연결된 능동 컴포넌트를 이용하는 디바이스의 한 실시예에서, RF 스위치는 접지 평면 상의 회로로부터 금속 플레이트 상의 회로로 RF 신호를 전송하기 위해 제2 주파수 상태에서 온 상태로 될 수 있다. 다른 주파수 상태에서, RF 스위치는 RF 신호가 안테나 디바이스의 SAR 레벨을 감소시킬 수 있는 금속 플레이트로 전파되는 것을 방지하기 위해 오프 상태로 될 수도 있다. Additionally, electrical components in these examples may include active components such as RF switches, time dependent switches, and pin diodes. However, additional control circuits may need to be able to determine the on and off states of these active devices according to a dependent factor such as frequency, time or voltage threshold. For example, in one embodiment of a device that uses an active component connected to ground, the RF switch can be turned on in a second frequency state to transmit RF signals from circuitry on the ground plane to circuitry on the metal plate. In other frequency states, the RF switch may be turned off to prevent the RF signal from propagating to the metal plate, which may reduce the SAR level of the antenna device.

본 명세서는 많은 특정예들을 포함하지만, 이러한 것들은 청구 범위 또는 임의의 발명의 범위에 대한 제한이 되지 않아야 하며, 오히려 특정 실시예들에 고유한 특징들의 설명으로서 인식되어야 한다. 개별 실시예들의 문맥에서 본 명세서에 설명되는 임의의 특징들은 또한 단일 실시예에서 결합되어 실행될 수 있다. 역으로, 단일 실시예의 문맥에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 특정한 서브조합으로 복수의 실시예들에서 실행될 수도 있다. 게다가, 특정 조합으로 작용되는 것으로 이상에서 설명된 특징들은 몇몇의 경우에 조합을 위해 실행될 수 있으며, 청구되는 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변형예에 관한 것이다. Although the specification includes many specific examples, these should not be construed as limitations on the claims or the scope of any invention, but rather should be regarded as a description of features inherent in certain embodiments. Any features described herein in the context of separate embodiments can also be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features described in the context of a single embodiment may be implemented in multiple embodiments individually or in any particular subcombination. In addition, the features described above as functioning in a particular combination may in some cases be implemented for a combination, and the claimed combination relates to a subcombination or to variations of the subcombination.

특정한 실시예들이 본 명세서에서 설명되었다. 이상에 설명된 실시예들 및 다른 본 명세서에 설명되고 예시된 것에 기초하여 실시예들의 변형예들 및 개선예들이 이루어질 수 있다. Specific embodiments have been described herein. Modifications and improvements of the embodiments can be made based on the embodiments described above and other described and illustrated herein.

Claims (49)

하나 이상의 기판;
상기 하나 이상의 기판에 의해 지지되는 하나 이상의 금속화 층(metallization layer);
상기 하나 이상의 금속화 층 중 한 층에 형성되는 접지 전극;
상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 하나 이상의 금속 플레이트;
상기 하나 이상의 금속화 층 중 적어도 한 층에 형성되는 복수의 전도성 부분들; 및
하나 이상의 전기 컴포넌트로서, 각각이 상기 하나 이상의 금속 플레이트 및 상기 접지 전극에 전기 커플링되어 있는 상기 전기 컴포넌트를 포함하고,
상기 하나 이상의 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스는 외부 RF 주파수 소스로부터 결정가능한, 디바이스.
One or more substrates;
One or more metallization layers supported by the one or more substrates;
A ground electrode formed on one of the one or more metallization layers;
One or more metal plates formed in at least one of the one or more metallization layers;
A plurality of conductive portions formed in at least one of the one or more metallization layers; And
At least one electrical component, each comprising the electrical component electrically coupled to the at least one metal plate and the ground electrode,
The impedance associated with the one or more electrical components is determinable from an external RF frequency source.
제1항에 있어서,
복수의 집적 컴포넌트(intergrated component)들이 상기 하나 이상의 금속 플레이트들의 적어도 하나의 하우징에 형성되는, 디바이스.
The method of claim 1,
And a plurality of integrated components are formed in at least one housing of the one or more metal plates.
제2항에 있어서,
상기 복수의 집적 컴포넌트들은 복수의 키 돔들을 포함하는, 디바이스.
The method of claim 2,
And the plurality of integrated components comprises a plurality of key domes.
제2항에 있어서,
상기 복수의 집적 컴포넌트들은 마이크로폰을 포함하는, 디바이스.
The method of claim 2,
And the plurality of integrated components comprises a microphone.
제2항에 있어서,
적어도 하나의 전기 컴포넌트는 능동 전기 컴포넌트인, 디바이스.
The method of claim 2,
The at least one electrical component is an active electrical component.
제2항에 있어서,
적어도 하나의 전기 컴포넌트는 수동 전기 컴포넌트인, 디바이스.
The method of claim 2,
The at least one electrical component is a passive electrical component.
제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 컴포넌트는 인덕터인, 디바이스.
The method according to claim 6,
And the at least one electrical component is an inductor.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 기판 각각은 제1 표면 및 제2 표면을 구비하는 유전 물질로 구성되고,
상기 복수의 전도성 부분들은 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나의 표면 상에 형성된 상기 하나 이상의 금속 층들 상으로 패터닝되는, 디바이스.
The method of claim 1,
Each of the one or more substrates is comprised of a dielectric material having a first surface and a second surface,
And the plurality of conductive portions are patterned onto the one or more metal layers formed on at least one of the first and second surfaces.
제8항에 있어서,
제1 기판은 인클로즈 구조의 제1 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하며 제1 전도성 부분을 포함하고,
제2 기판은 상기 제1 기판과 상이하게 구성되고, 상기 인클로즈 구조의 제2 평면 섹션에 실질적으로 평행하고 상기 제2 평면 섹션에 근접하며, 제2 전도성 부분을 포함하고,
조인트 섹션(joint section)은 상기 제1 기판 및 제2 기판을 커플링(couple)하는, 디바이스.
9. The method of claim 8,
The first substrate is substantially parallel to the first planar section of the enclosed structure and proximate the first planar section and comprises a first conductive portion,
A second substrate configured differently from the first substrate, substantially parallel to the second planar section of the enclosed structure, proximate the second planar section, and including a second conductive portion;
A joint section couples the first substrate and the second substrate.
제8항에 있어서, 상기 복수의 전도성 부분들 및 상기 제1 기판들 및 제2 기판들의 적어도 부분은, 안테나 신호와 연관된 복수의 주파수 공진들을 나타내는 복합 좌우현(composite left and right handed:CRLH) 메타물질 구조를 형성하도록 구성되는, 디바이스. The composite left and right handed (CRLH) meta of claim 8, wherein the plurality of conductive portions and at least a portion of the first and second substrates represent a plurality of frequency resonances associated with an antenna signal. And configured to form a material structure. 제9항에 있어서,
상기 복수의 전도성 부분, 및 상기 제1 기판 및 제2 기판의 적어도 부분은 안테나 신호와 연관된 복수의 주파수 공진들을 나타내는 CRLH 메타물질 구조를 형성하도록 구성되는, 디바이스.
10. The method of claim 9,
And the plurality of conductive portions and at least portions of the first substrate and the second substrate are configured to form a CRLH metamaterial structure representing a plurality of frequency resonances associated with the antenna signal.
제10항에 있어서,
상기 복수의 전도성 부분들은,
셀 패치(cell patch);
상기 셀 패치에 근접한 말단부(distal end)를 구비한 공급선으로서, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되고, 상기 셀 패치로 및 셀 패치로부터의 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부(proximal end)를 구비하는 상기 공급선(feed line); 및
상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아 선(via line)을 포함하는, 디바이스.
The method of claim 10,
The plurality of conductive portions,
Cell patch;
A supply line having a distal end proximate to the cell patch, the feed line being capacitively coupled to the cell patch and coupled to a supply port for directing the antenna signal to and from the cell patch a feed line having a proximal end; And
A via line coupling the cell patch to ground.
제12항에 있어서,
상기 공급선의 말단부 부분은 용량성 커플링을 변경하기 위해 도약대(launch pad)를 형성하는, 디바이스.
The method of claim 12,
And the distal end portion of the supply line forms a launch pad to change the capacitive coupling.
제12항에 있어서,
상기 공급선은 전도성 선 부착물(conductive line attachment)을 포함하는, 디바이스.
The method of claim 12,
And the supply line comprises a conductive line attachment.
제14항에 있어서,
상기 전도성 선 부착물은 민더 선(meander line) 형태, 평면 나선형(planar spiral) 형태, 지그재그 선(zigzag line) 형태, 수직 나선형 형태, 또는 상이한 형태들의 조합을 구비하도록 구성되는, 디바이스.
15. The method of claim 14,
Wherein the conductive line attachment is configured to have a meander line form, a planar spiral form, a zigzag line form, a vertical spiral form, or a combination of different forms.
제8항에 있어서,
상기 복수의 전도성 부분들은,
제1 금속화 층에 형성된 셀 패치;
상기 셀 패치에 근접한 말단부를 구비하는 공급선으로서, 상기 셀 패치에 용량성 커플링되고, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부를 구비하는, 상기 공급선;
제2 금속화 층에 형성되고 접지에 커플링되는 비아 선; 및
상기 제1 금속화 층과 상기 제2 금속화 층 사이에 형성되고 상기 셀 패치 및 상기 비아 선을 커플링하는 비아를 포함하는, 디바이스.
9. The method of claim 8,
The plurality of conductive portions,
A cell patch formed on the first metallization layer;
A supply line having a distal end proximate the cell patch, the supply line having a proximal end capacitively coupled to the cell patch and coupled to a supply port for directing the antenna signal to and from the cell patch; The supply line;
A via line formed in the second metallization layer and coupled to ground; And
And a via formed between the first metallization layer and the second metallization layer and coupling the cell patch and the via line.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전도성 부분들은,
복수의 셀 패치들;
상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링된 말단부와 상기 복수의 셀 패치들 중 하나 이상의 셀 패치로 또는 그 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는, 공급선; 및
상기 접지 전극에 상기 복수의 셀 패치들 각각을 커플링하는 복수의 비아 선들을 포함하는, 디바이스.
The method of claim 1,
The plurality of conductive portions,
A plurality of cell patches;
Coupled to a supply port proximate to and capacitively coupled to one or more cell patches of the plurality of cell patches and to direct an antenna signal to or from the cell patch of the plurality of cell patches. A supply line having a proximal end; And
And a plurality of via lines coupling each of the plurality of cell patches to the ground electrode.
디바이스 인클로즈;
상기 디바이스 인클로즈 내에 위치하고 제1 표면 및 제2 표면을 구비하는 기판 구조;
상기 기판 구조에 의해 지지되는 접지 전극;
상기 기판 구조의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트;
상기 제1 금속 플레이트 및 상기 접지 전극에 연결되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 상기 전기 컴포넌트와 연관되는 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트;
상기 기판 구조의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트;
상기 제1 금속 플레이트를 상기 제2 금속 플레이트로 연결하기 위한 상기 기판 구조에 형성되는 복수의 비아들; 및
상기 기판 구조에 의해 지지되는 복수의 전기 전도성 부분들을 포함하고,
상기 접지 전극, 상기 기판 구조의 적어도 부분, 및 상기 복수의 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성되는, 무선 디바이스.
Device enclosure;
A substrate structure located within the device enclosure and having a first surface and a second surface;
A ground electrode supported by the substrate structure;
A first metal plate supported by the first surface of the substrate structure;
An electrical component connected to the first metal plate and the ground electrode, the electrical component determining an impedance with which an RF frequency source is associated with the electrical component;
A second metal plate supported by the second surface of the substrate structure;
A plurality of vias formed in the substrate structure for connecting the first metal plate to the second metal plate; And
A plurality of electrically conductive portions supported by the substrate structure,
And the ground electrode, at least a portion of the substrate structure, and the plurality of electrically conductive portions are configured to form a CRLH metamaterial antenna structure exhibiting one or more frequency resonances associated with an antenna signal.
제18항에 있어서,
상기 복수의 전도성 부분들은,
셀 패치;
상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링된 말단부와 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 상기 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링된 근위 단부를 구비하는 공급선; 및
상기 셀 패치를 접지로 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
19. The method of claim 18,
The plurality of conductive portions,
Cell patches;
A supply line proximate to the cell patch and having a capacitively coupled end and a proximal end coupled to a supply port for directing the antenna signal to and from the cell patch; And
And a via line coupling the cell patch to ground.
제19항에 있어서,
상기 전기 컴포너느는 수동 전기 컴포넌트 또는 능동 전기 컴포넌트로 구성되는, 무선 디바이스.
20. The method of claim 19,
The electrical component is comprised of a passive electrical component or an active electrical component.
제20항에 있어서,
상기 수동 전기 컴포넌트는 인덕터로 구성되는, 무선 디바이스.
21. The method of claim 20,
And the passive electrical component consists of an inductor.
디바이스 인클로즈;
제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 제1 평면 기판;
상기 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 평면;
상기 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트;
상기 제1 평면 기판의 제2 표면에 의해 지지되는 제2 금속 플레이트;
상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판에 형성되는 복수의 비아들;
상기 접지 평면에 상기 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판의 제1 표면에 의해 지지되는 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스가 상기 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 전기 컴포넌트;
상기 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 평면 섹션에 근접하게 구성되는 안테나 섹션으로서, 제2 평면 기판, 및 상기 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 전도성 부분을 포함하는, 상기 안테나 섹션; 및
상기 디바이스 인클로즈의 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 평면 섹션에 근접하도록 구성된 제3 평면 기판을 포함하고,
상기 적어도 하나의 전도성 부분은, 상기 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하는, 무선 디바이스.
Device enclosure;
A first planar substrate having a first surface and a second surface different from the first surface;
A ground plane supported by the first and second surfaces of the first planar substrate;
A first metal plate supported by the first surface of the first planar substrate;
A second metal plate supported by the second surface of the first planar substrate;
A plurality of vias formed in the first planar substrate to connect the first metal plate and the second metal plate;
An electrical component supported by a first surface of the first planar substrate for connecting the metal plate to the ground plane, wherein the RF frequency source determines an impedance associated with the electrical component;
An antenna section configured to be substantially parallel to and in close proximity to the planar section of the device enclosure, the antenna section comprising a second planar substrate and at least one conductive portion associated with the second planar substrate; And
A third planar substrate configured to be substantially parallel to and in proximity to the planar section of the device enclosure,
Wherein the at least one conductive portion forms a CRLH metamaterial structure configured to support at least one resonance in a first antenna signal associated with the antenna section.
제22항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전도성 부분은,
셀 패치;
상기 셀 패치에 근접하고 그에 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트로 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및
상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아선을 포함하는, 무선 디바이스.
The method of claim 22,
The at least one conductive portion,
Cell patches;
A supply line having a distal end proximate and capacitively coupled to the cell patch and a proximal end coupled to the cell patch and to a supply port for directing an antenna signal from the cell patch; And
And a via line coupling the cell patch to ground.
제23항에 있어서,
상기 비아선은 상기 제2 평면 기판 및 제3 평면 기판의 에지를 따라 연장되는, 무선 디바이스.
24. The method of claim 23,
And the via line extends along an edge of the second planar substrate and the third planar substrate.
제22항에 있어서,
상기 제3 평면 기판은 공기(air)로 구성되는, 무선 디바이스.
The method of claim 22,
And the third planar substrate is comprised of air.
제22항에 있어서,
상기 전기 컴포넌트는 수동 전기 컴포넌트 또는 능동 전기 컴포넌트로 구성되는, 무선 디바이스.
The method of claim 22,
The electrical component consists of a passive electrical component or an active electrical component.
제26항에 있어서,
상기 수동 전기 컴포넌트는 인덕터로 구성되는, 무선 디바이스.
The method of claim 26,
And the passive electrical component consists of an inductor.
디바이스 인클로즈;
상기 디바이스 인클로즈 내부에 위치되고, 제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하는 기판 구조;
상기 기판 구조의 제1 표면 및 제2 표면에 의해 지지되는 접지 전극;
상기 접지 전극의 제1 표면에 의해 지지되는 제1 금속 플레이트 및 제2 금속 플레이트;
상기 접지 전극에 상기 제1 금속 플레이트를 연결하기 위한 제1 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스는 상기 제1 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 제1 전기 컴포넌트;
상기 접지 전극에 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위한 제2 전기 컴포넌트로서, RF 주파수 소스는 상기 제2 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스를 결정하는, 상기 제2 컴포넌트; 및
상기 기판 구조에 의해 지지되는 복수의 전기 전도성 부분들을 포함하고,
상기 접지 전극, 상기 기판 구조의 적어도 부분, 및 상기 복수의 전기 전도성 부분들은 안테나 신호와 연관된 하나 이상의 주파수 공진을 나타내는 CRLH 메타물질 안테나 구조를 형성하도록 구성되는, 무선 디바이스.
Device enclosure;
A substrate structure positioned within the device enclosure and having a first surface and a second surface different from the first surface;
A ground electrode supported by the first and second surfaces of the substrate structure;
A first metal plate and a second metal plate supported by the first surface of the ground electrode;
A first electrical component for connecting the first metal plate to the ground electrode, the RF frequency source determining an impedance associated with the first electrical component;
A second electrical component for connecting the second metal plate to the ground electrode, the RF frequency source determining an impedance associated with the second electrical component; And
A plurality of electrically conductive portions supported by the substrate structure,
And the ground electrode, at least a portion of the substrate structure, and the plurality of electrically conductive portions are configured to form a CRLH metamaterial antenna structure exhibiting one or more frequency resonances associated with an antenna signal.
제28항에 있어서,
상기 복수의 전기 전도성 부분들은,
셀 패치;
상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위한 공급포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및
상기 셀 패치를 상기 접지 전극에 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
29. The method of claim 28,
The plurality of electrically conductive portions,
Cell patches;
A supply line having a distal end proximate and capacitively coupled to the cell patch and a proximal end coupled to the cell patch and to a supply port for directing an antenna signal from the cell patch; And
A via line coupling the cell patch to the ground electrode.
제29항에 있어서,
상기 셀 패치는,
상기 비아 선에 커플링되고 상기 제1 금속 플레이트 위로 투영되는 제1 셀 플레이트; 및
상기 제1 셀 플레이트에 인접하고 상기 제2 금속 플레이트 위로 투영되는 제2 셀 플레이트를 포함하는, 무선 디바이스.
30. The method of claim 29,
The cell patch,
A first cell plate coupled to the via line and projected onto the first metal plate; And
And a second cell plate adjacent to the first cell plate and projected onto the second metal plate.
제30항에 있어서,
상기 제1 셀 플레이트 및 제2 셀 플레이트는 슬롯에 의해 분리되는, 무선 디바이스.
31. The method of claim 30,
And the first cell plate and the second cell plate are separated by slots.
제30항에 있어서,
상기 제2 금속 플레이트의 한 코너는 L 형 컷아웃(cutout)을 구비하도록 구성되는, 무선 디바이스.
31. The method of claim 30,
One corner of the second metal plate is configured to have an L-shaped cutout.
디바이스 인클로즈;
제1 표면 및 제1 표면과 상이한 제2 표면을 구비하고 상기 디바이스 인클로즈 내부에 위치되는 제1 평면 기판;
상기 제1 평면 기판의 제1 표면 및 제2 표면 상에 형성되는 접지 평면;
상기 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성되는 제1 금속 플레이트;
상기 제1 평면 기판의 제2 표면 상에 형성되는 제2 금속 플레이트;
상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판에 형성된 복수의 비아들;
상기 접지 평면에 상기 제1 금속 플레이트를 연결하기 위해 상기 제1 평면 기판의 제1 표면 상에 형성되는 전기 컴포넌트로서, 상기 전기 컴포넌트와 연관된 임피던스는 외부 RF 주파수 소스에 의해 결정가능한, 상기 전기 컴포넌트;
상기 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제1 안테나 섹션으로서, 상기 제1 평면 기판, 및 상기 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함하는, 상기 제1 안테나 섹션;
상기 디바이스 인클로즈의 제2 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제2 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제2 안테나 섹션으로서, 제2 평면 기판, 및 상기 제2 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제2 전도성 부분을 포함하는, 상기 제2 안테나 섹션;
상기 제1 안테나 섹션과 상기 제2 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션;
상기 디바이스 인클로즈의 제1 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제1 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제3 안테나 섹션으로서, 상기 제1 평면 기판, 및 상기 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제3 전도성 부분을 포함하는, 상기 제3 안테나 섹션;
상기 디바이스 인클로즈의 제4 평면 섹션과 실질적으로 평행하고 상기 제4 평면 섹션에 근접하게 구성되는 제4 안테나 섹션으로서, 제4 평면 기판, 및 상기 제4 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제4 전도성 부분을 포함하는, 상기 제4 안테나 섹션; 및
상기 제3 안테나 섹션과 상기 제4 안테나 섹션을 연결하는 조인트 안테나 섹션을 포함하고,
상기 적어도 하나의 제1 전도성 부분 및 상기 적어도 하나의 제2 전도성 부분은 상기 제1 안테나 섹션 및 제2 안테나 섹션과 연관된 제1 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 CRLH 메타물질 구조를 형성하고,
상기 적어도 하나의 제3 전도성 부분 및 상기 적어도 하나의 제4 전도성 부분은 상기 제3 안테나 섹션 및 제4 안테나 섹션과 연관된 제2 안테나 신호에서 적어도 하나의 공진을 지원하도록 구성된 또다른 CRLH 메타물질 구조를 형성하는, 무선 디바이스.
Device enclosure;
A first planar substrate having a first surface and a second surface different from the first surface and located within the device enclosure;
A ground plane formed on the first surface and the second surface of the first planar substrate;
A first metal plate formed on the first surface of the first planar substrate;
A second metal plate formed on the second surface of the first planar substrate;
A plurality of vias formed in the first planar substrate for connecting the first metal plate and the second metal plate;
An electrical component formed on a first surface of the first planar substrate for connecting the first metal plate to the ground plane, the impedance associated with the electrical component being determinable by an external RF frequency source;
A first antenna section configured substantially parallel to and in close proximity to the first planar section of the device enclosure, the first planar substrate and at least one first conductivity associated with the first planar substrate The first antenna section comprising a portion;
A second antenna section substantially parallel to the second planar section of the device enclosure and configured to be proximate to the second planar section, the second planar substrate and at least one second conductive portion associated with the second planar substrate A second antenna section comprising a;
A joint antenna section connecting the first antenna section and the second antenna section;
A third antenna section configured substantially parallel to the first planar section of the device enclosure and proximate to the first planar section, the first planar substrate and at least one third conductivity associated with the first planar substrate The third antenna section comprising a portion;
A fourth antenna section substantially parallel to the fourth planar section of the device enclosure and configured to be proximate to the fourth planar section, the fourth planar substrate and at least one fourth conductive portion associated with the fourth planar substrate A fourth antenna section comprising a; And
A joint antenna section connecting the third antenna section and the fourth antenna section,
The at least one first conductive portion and the at least one second conductive portion form a CRLH metamaterial structure configured to support at least one resonance in a first antenna signal associated with the first antenna section and the second antenna section; ,
The at least one third conductive portion and the at least one fourth conductive portion comprise another CRLH metamaterial structure configured to support at least one resonance in a second antenna signal associated with the third antenna section and the fourth antenna section. Forming a wireless device.
제33항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전도성 부분은,
셀 패치;
상기 셀 패치에 근접하고 용량성 커플링되는 말단부와, 상기 셀 패치로 및 상기 셀 패치로부터 안테나 신호를 지향하기 위해 공급 포트에 커플링되는 근위 단부를 구비하는 공급선; 및
상기 셀 패치를 접지에 커플링하는 비아 선을 포함하는, 무선 디바이스.
34. The method of claim 33,
The at least one conductive portion,
Cell patches;
A supply line having a distal end proximate and capacitively coupled to the cell patch and a proximal end coupled to a supply port for directing an antenna signal to and from the cell patch; And
And a via line coupling the cell patch to ground.
제34항에 있어서,
상기 디바이스 인클로즈는 USB 동글로 구성되는, 무선 디바이스.
35. The method of claim 34,
And the device enclosure is comprised of a USB dongle.
하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 하나 이상의 안테나 신호를 송신 또는 수신하는 하나 이상의 안테나;
상기 하나 이상의 안테나와 통신하고, 상기 하나 이상의 안테나에 의한 송신을 위한 상기 하나 이상의 안테나 신호들을 생성하거나 상기 하나 이상의 안테나로부터 하나 이상의 안테나 신호를 수신하는, 안테나 회로;
상기 안테나 회로가 상기 안테나 회로 및 상기 하나 이상의 안테나를 위한 전기 접지를 제공하도록 연결되는, 접지 전극 구조;
상기 접지 전극 구조와 직접적인 접촉 없이 상기 접지 전극 구조로부터 이격된 전기 전도성 컴포넌트; 및
상기 전기 전도성 컴포넌트를 상기 접지 전극 구조에 연결하며, 상기 전기 전도성 컴포넌트와 상기 접지 전극 구조 사이에 DC 신호의 전송을 허용하기 위해 저임피던스를 생성하고 상기 전기 전도성 컴포넌트와 상기 접지 전극 구조 사이에 상기 하나 이상의 안테나 신호의 전송을 차단하기 위해 상기 하나 이상의 RF 주파수에서 고임피던스를 생성하도록 구성된, 주파수 의존형 커넥터를 포함하는, 무선 디바이스.
One or more antennas for transmitting or receiving one or more antenna signals at one or more RF antenna frequencies;
An antenna circuit, in communication with the one or more antennas, generating the one or more antenna signals for receiving by the one or more antennas or receiving one or more antenna signals from the one or more antennas;
A ground electrode structure, wherein the antenna circuit is connected to provide electrical ground for the antenna circuit and the one or more antennas;
An electrically conductive component spaced apart from the ground electrode structure without direct contact with the ground electrode structure; And
Connect the electrically conductive component to the ground electrode structure, create a low impedance to allow the transmission of a DC signal between the electrically conductive component and the ground electrode structure and between the at least one electrically conductive component and the ground electrode structure And a frequency dependent connector configured to generate high impedance at the one or more RF frequencies to block transmission of an antenna signal.
제36항에 있어서,
각 안테나는 메타물질 구조를 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
Each antenna comprising a metamaterial structure.
제36항에 있어서,
각 안테나는 CRLH 메타물질 구조를 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
Each antenna comprising a CRLH metamaterial structure.
제36항에 있어서,
상기 주파수 의존형 커넥터는 인덕터를 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And the frequency dependent connector comprises an inductor.
제36항에 있어서,
상기 주파수 의존형 커넥터는 트랜지스터를 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And the frequency dependent connector comprises a transistor.
제36항에 있어서,
상기 주파수 의존형 커넥터는 다이오드를 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And the frequency dependent connector comprises a diode.
제36항에 있어서,
상기 주파수 의존형 커넥터는 커패시터를 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And the frequency dependent connector comprises a capacitor.
제36항에 있어서,
상기 전기 전도성 컴포넌트에 연결되고, 상기 하나 이상의 RF 안테나 주파수에서 상기 하나 이상의 안테나로부터 전기적으로 격리되는, 전기 유닛을 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
An electrical unit coupled to the electrically conductive component and electrically isolated from the one or more antennas at the one or more RF antenna frequencies.
제41항에 있어서,
상기 전기 유닛은 하나 이상의 키 돔을 포함하는, 무선 디바이스.
42. The method of claim 41,
And the electrical unit comprises one or more key domes.
제41항에 있어서,
상기 전기 유닛은 마이크로폰을 포함하는, 무선 디바이스.
42. The method of claim 41,
And the electrical unit comprises a microphone.
제36항에 있어서,
상기 하나 이상의 안테나 및 상기 접지 전극 구조를 형성하도록 패터닝되는 금속화 층을 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And a metallization layer patterned to form the at least one antenna and the ground electrode structure.
제36항에 있어서,
상기 하나 이상의 안테나 및 상기 접지 전극 구조를 형성하도록 패터닝되는 복수의 금속화 층들을 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And a plurality of metallization layers patterned to form the at least one antenna and the ground electrode structure.
제36항에 있어서,
상기 접지 전극 구조는 단일 접지 전극을 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And the ground electrode structure comprises a single ground electrode.
제36항에 있어서,
상기 접지 전극 구조는 둘 이상의 접지 전극을 포함하는, 무선 디바이스.
37. The method of claim 36,
And the ground electrode structure comprises two or more ground electrodes.
KR1020127019943A 2009-12-30 2009-12-30 Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground KR101710434B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2009/069840 WO2011081630A1 (en) 2009-12-30 2009-12-30 Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120109595A true KR20120109595A (en) 2012-10-08
KR101710434B1 KR101710434B1 (en) 2017-02-27

Family

ID=44226733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127019943A KR101710434B1 (en) 2009-12-30 2009-12-30 Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5599472B2 (en)
KR (1) KR101710434B1 (en)
CN (1) CN102859791B (en)
WO (1) WO2011081630A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160073816A (en) 2014-12-17 2016-06-27 주식회사 에스알비 A Device for holding an electrical connection
US9768507B2 (en) 2009-12-30 2017-09-19 Tyco Electronics Services Gmbh Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013197761A (en) * 2012-03-16 2013-09-30 Fujitsu Ltd Data communication terminal
TWI527307B (en) 2013-05-29 2016-03-21 智易科技股份有限公司 Antanna structure
JP5802704B2 (en) 2013-06-13 2015-10-28 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント ANTENNA DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE USING THE SAME
CN103401059B (en) * 2013-07-29 2015-08-26 广东欧珀移动通信有限公司 Antenna device for full metal shell
JP6119683B2 (en) * 2014-06-30 2017-04-26 カシオ計算機株式会社 Electronics
KR102207852B1 (en) * 2014-11-21 2021-01-26 삼성전자주식회사 Antenna and electronic device having it
JP6206563B2 (en) * 2016-08-09 2017-10-04 富士通株式会社 Data communication terminal
CN107064839B (en) * 2017-04-19 2020-05-01 合肥工业大学 Magnetic resonance imaging radio frequency coil based on fractal composite left/right-handed microstrip line
CN112968273A (en) * 2021-02-03 2021-06-15 惠州Tcl移动通信有限公司 Antenna structure and terminal equipment

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090102728A1 (en) * 2006-03-17 2009-04-23 Nxp B.V. Antenna device and rf communication equipment
US20090135087A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-28 Ajay Gummalla Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3425073B2 (en) * 1997-11-27 2003-07-07 シャープ株式会社 Portable radio
US7948769B2 (en) * 2007-09-27 2011-05-24 Hemisphere Gps Llc Tightly-coupled PCB GNSS circuit and manufacturing method
DE112004000869T5 (en) * 2003-06-04 2006-03-16 Murata Mfg. Co., Ltd., Nagaokakyo Variable frequency antenna and communication device comprising the same
JP2005086632A (en) * 2003-09-10 2005-03-31 Murata Mfg Co Ltd Radio communication apparatus
JP2006166370A (en) * 2004-12-10 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Folding type portable radio unit
TWM434316U (en) * 2006-04-27 2012-07-21 Rayspan Corp Antennas and systems based on composite left and right handed method
CN101573833B (en) * 2006-12-22 2013-07-10 诺基亚公司 An apparatus comprising an antenna element and a metal part
TWI360918B (en) * 2007-10-04 2012-03-21 Realtek Semiconductor Corp Multiple antenna system
EP2201645B1 (en) * 2007-10-11 2016-12-28 Tyco Electronics Services GmbH Single-layer metallization and via-less metamaterial structures
JP5451169B2 (en) * 2008-05-15 2014-03-26 三菱電線工業株式会社 Antenna device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090102728A1 (en) * 2006-03-17 2009-04-23 Nxp B.V. Antenna device and rf communication equipment
US20090135087A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-28 Ajay Gummalla Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9768507B2 (en) 2009-12-30 2017-09-19 Tyco Electronics Services Gmbh Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground
KR20160073816A (en) 2014-12-17 2016-06-27 주식회사 에스알비 A Device for holding an electrical connection

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013516833A (en) 2013-05-13
CN102859791B (en) 2015-04-29
WO2011081630A1 (en) 2011-07-07
KR101710434B1 (en) 2017-02-27
JP5599472B2 (en) 2014-10-01
CN102859791A (en) 2013-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9768507B2 (en) Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground
KR101710434B1 (en) Antenna devices having frequency-dependent connection to electrical ground
US8299967B2 (en) Non-planar metamaterial antenna structures
US8686902B2 (en) Antenna structures
US9246228B2 (en) Multiband composite right and left handed (CRLH) slot antenna
US8803739B2 (en) Multi-functional CRLH antenna device
KR101539441B1 (en) Metamaterial structures with multilayer metallization and via
KR101075424B1 (en) Single-layer metallization and via-less metamaterial structures
EP2160796B1 (en) An antenna arrangement
CN113287230B (en) Antenna device and terminal
US8698700B2 (en) Metamaterial antenna with mechanical connection
JPH09232854A (en) Small planar antenna system for mobile radio equipment
CN109088168A (en) A kind of mobile terminal antenna and mobile terminal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200115

Year of fee payment: 4