KR20130108190A - 3차원 나선형 안테나 및 이의 응용들 - Google Patents

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KR20130108190A
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Abstract

3차원 나선형 안테나는 기판, 나선형 안테나 엘러먼트, 및 급전 포인트를 포함한다. 기판은 3차원 형상의 영역을 포함한다. 나선형 안테나 엘러먼트는, 나선형 안테나 엘러먼트가 3차원 형상에 가까운 전체적인 형상을 갖도록 하기 위하여, 3차원 형상의 영역에 의해 지지되고 3차원 형상의 영역을 따른다. 급전 포인트는 나선형 안테나 엘러먼트의 연결 포인트에 연결된다.

Description

3차원 나선형 안테나 및 이의 응용들{THREE-DIMENSIONAL SPIRAL ANTENNA AND APPLICATIONS THEREOF}
관련 특허들의 상호 참조
본 미국 실용 특허 출원은, 모든 목적들을 위하여 본 미국 실용 특허 출원의 일부를 이루고 그 전체가 본 명세서에 참조로써 통합되는 다음의 미국 가출원들에 대한 35 USC§119(e)에 따른 우선권을 주장한다.
1. "Parabolic Interwoven Assemblies and Applications Thereof"라는 명칭으로 2012년 03월 23일에 출원되어 계류중인 미국 가출원 번호 제 61/614,685호; 및
2. "Tree-Dimensional Spiral Antenna and Applications Thereof"라는 명칭으로 2012년 11월 30일에 출원되어 계류중인 미국 가출원 번호 제 61/731,949호
기술분야
본 발명은 전반적으로 무선 통신 시스템들에 관한 것이며, 보다 구체적으로 이러한 무선 통신 시스템들에 사용되는 안테나 구조들에 관한 것이다.
통신 시스템들은 무선 및/또는 유선 통신 디바이스들 간의 무선 또는 유선 통신들을 지원하는 것으로 알려져 있다. 이러한 통신 시스템들은 국내 및/또는 국제 휴대 전화 시스템들로부터, 인터넷에 이르기까지, 점-대-점 가정-내(in-home) 무선 네트워크들에 이르기까지, 라디오 주파수 식별(radio frequency identification; RFID) 시스템들에 이르기까지, 라디오 주파수 레이더 시스템들에 이르기까지 다양하다. 통신 시스템의 각각의 유형은 하나 이상의 통신 표준들에 따라 구성되고, 따라서 동작한다. 예를 들어, 라디오 주파수(RF) 무선 통신 시스템들은, RFID, IEEE 802.11, 블루투스, AMPS(advanced mobile phone services), 디지털 AMPS, GSM(global system for mobile communications), CDMA(code division multiple access), WCDMA, LMDS(local multi-point distribution systems), MMDS(multi-channel-multi-point distribution systems), LTE, WiMAX, 및/또는 이들의 변형들을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 하나 이상의 표준들에 따라 동작할 수 있다. 다른 예로서, 적외선(IR) 통신 시스템들은, IrDA(Infrared Data Association)를 포함하지만 이에 한정되는 않는, 하나 이상의 표준들에 따라 동작할 수 있다.
무선 통신들에 참여하기 위한 RF 무선 통신 디바이스에 대하여, RF 무선 통신 디바이스는 내장 라디오 송수신기(즉, 수신기 및 송신기)를 포함하거나 또는 연관된 라디오 송수신기(예를 들어, 가정-내 및/또는 건물-내 무선 통신 네트워크들을 위한 스테이션(station), RF 모뎀, 등)에 연결된다. 수신기는 안테나에 연결되며, 저잡음 증폭기, 하나 이상의 중간 주파수 스테이지(stage)들, 필터링 스테이지, 및 데이터 복구 스테이지를 포함한다. 송신기는 데이터 변조 스테이지, 하나 이상의 중간 주파수 스테이지들, 및 안테나에 연결된 전력 증폭기를 포함한다.
무선 통신이 안테나를 이용하여 시작하고 종료하므로, 적절하게 설계된 안테나 구조는 무선 통신 디바이스들의 중요한 컴포넌트이다. 알려진 바와 같이, 안테나 구조는 동작 주파수에서 희망되는 임피던스(예를 들어, 50 옴), 희망되는 동작 주파수에 중심이 있는(centered) 희망되는 대역폭, 및 희망되는 길이(예를 들어, 모노폴(monopole) 안테나에 대한 동작 주파수의 1/4 파장)를 가지도록 설계된다. 추가적으로 알려진 바와 같이, 안테나 구조는 단일의 모노폴 또는 다이폴(dipole) 안테나, 다이버시티 안테나(diversity antenna) 구조, 동일한 편파(polarization)를 갖는 안테나 어레이, 상이한 편파를 갖는 안테나 어레이, 및/또는 다른 전자기 속성(property)들의 임의의 수를 포함할 수 있다.
2차원 안테나는 미앤더링 패턴(meandering pattern) 또는 마이크로 스트립 구성을 포함하는 것으로 알려져 있다. 유효한 안테나 동작을 위하여, 안테나의 길이는 모노폴 안테나에 대해 1/4 파장 및 다이폴 안테나에 대하여 1/2 파장이어야 하며, 여기에서 파장(λ) = c/f이고, 여기서 c는 광속이며 f는 주파수이다. 예를 들어, 900 MHZ의 1/4 파장 안테나는 약 8.3 cm(즉, 0.25*(3x108 m/s)/(900x106 c/s) = 0.25*33 cm, 여기에서 m/s는 초당 미터이고 c/s는 초당 사이클이다)의 총 길이를 갖는다. 다른 예로서, 2400 MHz의 1/4 파장 안테나는 대략 3.1 cm(즉, 0.25*(3x108 m/s)/(2.4x109 c/s) = 0.25*12.5 cm)의 총 길이를 갖는다.
2차원 안테나가 많은 무선 통신 디바이스들에 대하여 안테나 성능을 합리적으로 제공하지만, 무선 통신 디바이스들이 전 이중(full duplex) 동작 및/또는 다중 입력 및/또는 다중 출력(예를 들어, 단일 입력 다중 출력, 다중 입력 다중 출력, 다중 입력 단일 출력) 동작을 요구할 때 문제들이 존재한다. 예를 들어, 합리적으로 잘 동작하는 전 이중 무선 통신들에 대하여, 수신되는 RF 신호들은 송신되는 RF 신호들과 반드시 분리(isolate)되어야 한다(예를 들어, > 20 dBm). 하나의 일반적인 메커니즘은 분리기(isolator)를 사용하는 것이다. 다른 일반적인 메커니즘은 듀플렉서(duplexer)들을 사용하는 것이다.
일 측면에 따르면, 3차원 안테나는:
3차원 형상의 영역을 갖는 기판;
나선형 안테나 엘러먼트(spiral antenna element)가 3차원 형상에 가까운 전체 형상을 가지도록, 상기 3차원 형상의 영역에 의해 지지되고 상기 3차원 형상의 영역에 따르는(conform) 나선형 안테나 엘러먼트; 및
상기 나선형 안테나 엘러먼트의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트(feed point)를 포함한다.
바람직하게, 상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
아르키메데스의 나선 형상(Archimedean spiral shape); 및
등각 나선 형상(equiangular spiral shape) 중 하나를 포함하되,
상기 3차원 나선형 안테나의 이득은 나선형 이득 컴포넌트 및 3차원 이득 컴포넌트를 갖는다.
바람직하게, 상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
대칭적 나선형 패턴; 및
편심적(eccentric) 나선형 패턴 중 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 기판은:
하나 이상의 인쇄 회로 보드들;
하나 이상의 집적 회로 패키지 기판들; 및
비-도전성의 제조된 안테나 지지 구조(non-conductive fabricated antenna backing structure) 중 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
다중 회전(multiple turn) 나선형 슬롯을 갖는 대체로 고체인 도전성 재료를 포함하되, 상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한(lower end)은 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 반지름에 기초하고, 상기 주파수 대역의 상한(higher end)은: 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초한다.
바람직하게, 상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
다중 회전 나선으로서 형성된 도전성 와이어(wire)를 포함하되, 상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한은 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 반지름에 기초하고, 상기 주파수 대역의 상한(higher end)은: 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초한다.
바람직하게, 상기 3차원 형상의 영역은:
컵 형상;
원뿔 형상(conical shape);
원통 형상;
피라미드 형상;
박스(box) 형상;
구 형상(spherical shape);
포물선 형상(parabolic shape); 및
쌍곡선 형상(hyperbolic shape) 중 하나를 포함한다.
일 측면에 따르면, 3차원 나선형 안테나는:
3차원 형상의 영역을 갖는 기판;
상기 3차원 형상의 영역에 의해 지지되고 이에 따르는(conform) 제 1 나선형 안테나 엘러먼트;
상기 제 1 나선형 안테나 엘러먼트와 인터위빙된(interwoven) 제 2 나선형 안테나 엘러먼트로서, 상기 제 2 나선형 안테나 엘러먼트는, 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들이 3차원 형상에 가까운 전체 형상을 가지도록, 상기 3차원 컵 형상의 영역에 의해 지지되고 이에 따르는, 상기 제 2 나선형 안테나 엘러먼트; 및
상기 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 중 적어도 하나의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트를 포함한다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2 안테나 엘러먼트들의 각각은:
아르키메데스의 나선 형상(Archimedean spiral shape); 및
등각 나선 형상(equiangular spiral shape) 중 하나를 포함하되,
상기 3차원 나선형 안테나의 이득은 나선형 이득 컴포넌트 및 3차원 이득 컴포넌트를 갖는다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2 안테나 엘러먼트들의 각각은:
대칭적 나선형 패턴; 및
편심적 나선형 패턴 중 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 기판은:
하나 이상의 인쇄 회로 보드들;
하나 이상의 집적 회로 패키지 기판들; 및
비-도전성의 제조된 안테나 지지 구조(non-conductive fabricated antenna backing structure) 중 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 각각은:
대체로 고체인 도전성 재료를 포함하되, 다중 회전 나선형 슬롯은 상기 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들을 분리하고, 상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한은 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 반지름에 기초하고, 상기 주파수 대역의 상한은: 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초한다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 각각은:
다중 회전 나선으로서 형성된 도전성 와이어를 포함하되, 상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한은 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 반지름에 기초하고, 상기 주파수 대역의 상한은: 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초한다.
바람직하게, 상기 3차원 형상의 영역은:
컵 형상;
원뿔 형상;
원통 형상;
피라미드 형상;
박스 형상;
구 형상;
포물선 형상; 및
쌍곡선 형상 중 하나를 포함한다.
일 측면에 따르면, 라디오 주파수(RF) 프런트-엔드(front-end) 모듈은:
인바운드(inbound) RF 신호 및 아웃바운드(outbound) RF 신호를 송수신하도록 동작할 수 있는 3차원 나선형 안테나로서, 상기 3차원 나선형 안테나는:
3차원 형상의 영역을 갖는 기판;
나선형 안테나 엘러먼트가 3차원 형상에 가까운 전체 형상을 가지도록, 상기 3차원 형상의 영역에 의해 지지되고 이에 따르는 나선형 안테나 엘러먼트; 및
상기 나선형 안테나 엘러먼트의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트를 포함하는, 상기 3차원 나선형 안테나;
상기 3차원 나선형 안테나에 동작가능하게 연결된 수신-송신 분리 모듈로서, 상기 수신-송신 분리 모듈은 상기 인바운드 RF 신호 및 상기 아웃바운드 RF 신호를 분리하도록 동작가능한, 상기 수신-송신 분리 모듈; 및
상기 수신-송신 분리 모듈을 조정(tune)하도록 동작할 수 있는 조정 모듈을 포함한다.
바람직하게, 상기 RF 프런트-엔드 모듈은:
상기 수신-송신 분리 모듈에 동작가능하게 연결되며, 아웃바운드 RF 신호를 생성하기 위하여 상향-변환된 아웃바운드 신호를 증폭하는 전력 증폭기; 및
상기 수신-송신 분리 모듈에 동작가능하게 연결되며, 인바운드 RF 신호를 증폭하는 저 잡음 증폭기 중 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 RF 프런트-엔드 모듈은:
상기 조정 모듈을 포함하는 집적 회로(IC) 다이(die); 및
상기 IC 다이를 지지하며, 3차원 컵 형상의 영역을 포함하는 기판인 IC 패키지 기판을 더 포함하며,
상기 수신-송신 분리 모듈은 상기 IC 다이 또는 상기 IC 패키지 기판 상에 있다.
바람직하게, 상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
아르키메데스의 대칭적 나선 형상;
아르키메데스의 편심적 나선 형상;
등각 대칭적 나선 형상; 및
등각 편심적 나선 형상 중 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
다중 회전 나선형 슬롯을 갖는 대체로 고체인 도전성 재료; 및
다중 회전 나선으로서 형성된 도전성 와이어 중 하나를 포함하며,
상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한은 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 반지름에 기초하고, 상기 주파수 대역의 상한(higher end)은: 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초한다.
바람직하게, 상기 3차원 나선형 안테나는:
제 1 나선형 안테나 엘러먼트와 인터위빙된 제 2 나선형 안테나 엘러먼트로서, 상기 제 2 나선형 안테나 엘러먼트는, 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들이 3차원 형상에 가까운 전체 형상을 가지도록, 상기 3차원 컵 형상의 영역에 의해 지지되고 이에 따르는, 상기 제 2 나선형 안테나 엘러먼트; 및
상기 제 2 나선형 안테나 엘러먼트의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 디바이스의 일 실시예의 개략적인 블록도이다;
도 2는 본 발명에 따른 RF 프런트-엔드 모듈의 일 실시예의 개략적인 블록도이다;
도 3은 본 발명에 따른 3차원 안테나의 일 실시예의 등각도이다;
도 4는 본 발명에 따른 3차원 안테나의 다른 실시예의 등각도이다;
도 5는 본 발명에 따른 나선형 안테나 엘러먼트의 일 실시예의 도면이다;
도 6은 본 발명에 따른 나선형 안테나 엘러먼트의 다른 실시예의 도면이다;
도 7은 본 발명에 따른 나선형 안테나 엘러먼트의 다른 실시예의 도면이다;
도 8은 본 발명에 따른 나선형 안테나 엘러먼트의 다른 실시예의 도면이다;
도 9는 본 발명에 따른 3차원 안테나의 다른 실시예의 등각도이다;
도 10은 본 발명에 따른 3차원 안테나의 일 실시예의 단면도이다;
도 11은 본 발명에 따른 3차원 안테나의 다른 실시예의 단면도이다;
도 12는 본 발명에 따른 3차원 안테나의 다른 실시예의 등각도이다;
도 13은 본 발명에 따른 3차원 안테나의 다른 실시예의 등각도이다;
도 14는 본 발명에 따른 나선형 안테나 엘러먼트의 다른 실시예의 도면이다;
도 15는 본 발명에 따른 나선형 안테나 엘러먼트의 다른 실시예의 도면이다;
도 16은 본 발명에 따른 3차원 안테나의 일 실시예의 단면도이다; 및
도 17은 본 발명에 따른 3차원 안테나의 일 실시예의 단면도이다.
도 1은 라디오 주파수(RF) 프런트-엔드(front-end) 모듈(10), 전력 증폭기(18), 저잡음 증폭기(20), 상향-변환 모듈(22), 하향-변환 모듈(24), 및 기저대역 프로세싱 모듈(26)을 포함하는 무선 통신 디바이스(50)의 일 실시예의 개략적인 블록도이다. RF 프런트-엔드 모듈(10)은 3차원(3D) 나선형 안테나(12), 수신-숭신(RX-TX) 분리 모듈(isolation module)(14), 및 조정(tuning) 모듈(16)을 포함한다.
통신 디바이스(5)는 사람에 의해 이동될 수 있고, 적어도 부분적으로 배터리에 의해 전력이 공급되며, 라디오 송수신기(즉, 라디오 주파수(RF) 및/또는 밀리미터파(MMW))를 포함하고, 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션들을 수행하는 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 통신 디바이스(50)는 휴대 전화, 랩탑 컴퓨터, PDA, 비디오 게임 콘솔, 비디오 게임 플레이어, 개인용 엔터테인먼트 유닛, 태블릿 컴퓨터, 등일 수 있다.
아웃바운드(outbound) RF 신호 송신의 일 예에 있어, 기저대역 프로세싱 모듈(26)은 아웃바운드 데이터(예를 들어, 음성, 텍스트, 비디오, 그래픽들, 비디오 파일, 오디오 파일, 등)를 통신 표준 또는 프로토콜에 따라 아웃바운드 심볼들의 하나 이상의 스트림들로 변환한다. 직접 변환 모듈 또는 슈퍼 헤테로다인(super heterodyne) 변환 모듈일 수 있는 상향-변환 모듈(220)은 아웃바운드 심볼들의 하나 이상의 스트림들을 하나 이상의 상향-변환된 신호들로 변환한다. 전력 증폭기(18)는 하나 이상의 아웃바운드 RF 신호들을 생성하기 위하여 하나 이상의 상향-변환된 신호들을 증폭한다. RX-TX 분리 모듈(14)은 인바운드(inbound) RF 신호(들)로부터 아웃바운드 RF 신호(들)를 분리하고, 송신을 위해 아웃바운드 RF 신호(들)을 3D 나선형 안테나(12)에 제공한다. 조정 모듈(16)이 RX-TX 분리 모듈(14)을 조정한다는 것을 주목해야 한다.
하나 이상의 인바운드 RF 신호들의 수신의 일 예에 있어, 3D 안테나(12)는 인바운드 RF 신호(들)를 수신하고, 이들을 RX-TX 분리 모듈(14)로 제공한다. RX-TX 분리 모듈(14)은 아웃바운드 RF 신호(들)로부터 인바운드 RF 신호(들)을 분리하고, 인바운드 RF 신호(들)를 저잡음 증폭기(20)로 제공한다. 저잡음 증폭기(20)는 인바운드 RF 신호(들)를 증폭하고, 직접 하향 변환 모듈 또는 슈퍼 헤테로다인 변환 모듈일 수 있는 다운-변환 모듈(24)은 증폭된 인바운드 RF 신호(들)를 인바운드 심볼들의 하나 이상의 스트림들로 변환한다. 기저대역 프로세싱 모듈(26)은 인바운드 심볼들의 하나 이상의 스트림들을 인바운드 데이터로 변환한다.
RF 프런트-엔드 모듈(10)은 하나 이상의 IC 다이(die)들 및 IC 패키지 기판을 포함하는 집적 회로(IC)로서 구현될 수 있다. 조정 모듈(16)은 하나 이상의 IC 다이들 상에 구현된다. IC 패키지 기판은 IC 다이(들)를 지지하며, 3D 나선형 안테나(12)를 더 포함할 수 있다. RX-TX 분리 모듈(14)은 하나 이상의 IC 다이들 상에 및/또는 IC 패키지 기판 상에 구현될 수 있다. 전력 증폭기(18), 저잡음 증폭기(20), 상향-변환 모듈(22), 하향-변환 모듈(24), 및 기저대역 프로세싱 모듈(26) 중 하나 이상이 하나 이상의 IC 다이들 상에 구현될 수 있다.
도 2는 3D 나선형 안테나(12), RX-TX 분리 모듈(14)로서 듀플렉서(14-1) 및 밸런스 네트워크(balance network)(14-2), 저항 분배기(R1 및 R2), 검출기(34), 및 조정 모듈(16)로서 조정 엔진(36)을 포함하는 RF 프런트-엔드 모듈(10)의 일 실시예의 개략적인 블록도이다. 듀플렉서(14-1)는 이상적으로는, 2차 권선(winding)에 대하여, 어떠한 아웃바운드 RF 신호도 2차 권선 상에 존재하지 않고 2배의 인바운드 RF 신호가 2차 권선 상에 존재할 수 있도록 하기 위하여, 인바운드 RF 신호에 의해 유도된 전압을 2개의 1차 권선들에 부가하고 아웃바운드 RF 신호에 의해 유도된 전압을 2개의 1차 권선들 상에서 차감하도록 기능한다. 밸런스 네트워크(14-2)는, 듀플렉서가 보다 이상적으로 동작하도록 하기 위하여, 3D 나선형 안테나의 임피던스를 실질적으로 매칭하기 위해 조정 모듈(16)로부터의 피드백에 기초하여 그것의 임피던스를 조절한다.
도 3은 기판(40), 나선형 안테나 엘러먼트(46), 및 나선형 안테나 엘러먼트(46)의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트(feed point)(48)를 포함하는 3차원 안테나(12)의 일 실시예의 등각도(isometric diagram)이다. 하나 이상의 인쇄 회로 보드들, 하나 이상의 집적 회로 패키지 기판들, 및/또는 비-도전성의 제조된 안테나 지지 구조(non-conductive fabricated antenna backing structure)일 수 있는 기판(40)은 외부의 3차원 형상의 영역(42)(예를 들어, 기판(40)의 표면 또는 둘레 너머로 연장하는)을 포함한다. 나선형 안테나 엘러먼트(46)는, 나선형 안테나 엘러먼트(46)가 3차원 형상에 가까운 전체적인 형상을 갖도록 하기 위하여, 3차원 형상의 영역(42)에 의해 지지되고 3차원 형상의 영역에 따른다(conform).
예를 들어, 3차원 형상의 영역(42)이 쌍곡선 형상(hyperbolic shape)을 가질 때, 나선형 안테나 엘러먼트는 3차원 형상의 영역(42)과 거의 동일한 크기의 쌍곡선 형상을 가진다. 추가적인 예로서, 기판(40)은, 쌍곡선 형상의 안테나를 제공하기 위하여 3D 형상의 영역(420)에 둘러싸인 비-도전성 안테나 지지 구조(예를 들어, 플라스틱, 유리, 유리섬유, 등)일 수 있다. 쌍곡선 형상의 지름은 고 주파수(예를 들어 수십 기기-헤르쯔(gigi-hertz)) 및/또는 저전력 어플리케이션들에 대하여 수 마이크로미터로부터 저 주파수 및/또는 고 전력 어플리케이션들에 대하여 수십 미터까지의 범위를 가질 수 있다.
다른 예로서, 3차원 형상의 영역(42)은, 나선형 안테나 엘러먼트(46)가 또한 원뿔 형상을 가지고 3차원 형상의 영역(420)과 거의 동일한 크기일 수 있도록, 원뿔 형상을 갖는다. 3차원 형상의 영역(42)은, 컵 형상, 원통 형상, 피라미드 형상, 박스(box) 형상(도 3에 도시된 바와 같은), 구 형상(spherical shape), 또는 포물선 형상과 같은, 다른 형상들을 가질 수 있다.
도 4는 기판(40), 나선형 안테나 엘러먼트(46), 및 나선형 안테나 엘러먼트(46)의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트(48)를 포함하는 3차원 안테나(12)의 다른 실시예의 등각도이다. 하나 이상의 인쇄 회로 보드들, 하나 이상의 집적 회로 패키지 기판들, 및/또는 비-도전성의 제조된 안테나 지지 구조일 수 있는 기판(40)은 내부의 3차원 형상의 영역(44)(예를 들어, 기판(40)의 표면 또는 외측 에지(outer edge)에 대하여 내측으로 연장하는)을 포함한다. 나선형 안테나 엘러먼트(46)는, 나선형 안테나 엘러먼트(46)가 3차원 형상에 가까운 전체적인 형상을 갖도록 하기 위하여, 3차원 형상의 영역(42)에 의해 지지되고 이에 따른다. 3차원 형상의 영역(42)은 컵 형상, 포물선 형상, 원뿔 형상, 박스 형상(도 4에 도시된 바와 같은), 원통 형상, 피라미드 형상, 또는 구 형상(spherical shape)을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 8은 하나 이상의 회전 나선 형상을 갖는 3D 안테나(12)의 나선형 안테나 엘러먼트(46)의 실시예들의 도면들이다. 나선 형상은 아르키메데스의 나선 형상(Archimedean spiral shape) 및/또는 등각 나선 형상(equiangular spiral shape)(예를 들어, 켈트 나선(Celtic spiral))일 수 있다. 나선형 안테나 엘러먼트(46)의 나선형의 본질에 기인하여, 안테나는, 대향하는(opposite) 방사 로브(lobe)가 역전되고, 따라서 순방향 방사 패턴 에너지가 2배가 되기 때문에, 대략 3 dB(예를 들어, 나선형 이득 컴포넌트)의 이득을 갖는다. 안테나의 이득이, 안테나 엘러먼트의 3차원 형상(예를 들어, 3차원 이득 컴포넌트)에 기인하여 약 2 dB 만큼 더 증가될 수 있다. 이와 같이, 3D 나선형 안테나(12)는 대략 5 dB의 이득을 갖는다.
3D 나선형 안테나(12)의 동작 주파수 대역은, 적어도 부분적으로, 안테나(12)의 물리적 속성들에 기초한다. 예를 들어, 안테나(12)의 여기 영역(exciting region)의 치수들(즉, 급전 포인트 및/또는 내부 회전의 반지름)은 대역폭의 상위 컷오프 영역(upper cutoff region)을 수립(establish)하고, 나선형 안테나(12)의 원주는 대역폭의 하위 컷오프 영역을 수립한다. 트레이스(trace)들 사이의 트레이스 폭, 각각의 나선형 섹션의 길이, 접지면(ground plane)으로부터의 거리, 및/또는 인공 자기 도체 평면(artificial magnetic conductor plane)의 사용은 품질 계수(quality factor), 방사 패턴, 임피던스(대역폭에 걸쳐 사실상(fairly) 상수인), 이득, 및/또는 안테나(12)의 다른 특성들에 영향을 준다.
도 5에 도시된 바와 같이, 나선형 안테나 엘러먼트(46)는 다중 회전 나선으로서 형성된 도전성 와이어(conductive wire)를 포함한다. 길이, 폭, 회전들 사이의 거리는 안테나의 희망되는 특성들(예를 들어, 대역폭, 중심 주파수, 품질 계수, 임피던스, 편파(polarization), 등)에 의해 좌우된다. 도 6은 다중 회전 나선형 슬롯(multiple turn spiral slot)을 갖는 대체로 고체인 도전성 재료를 포함하는 나선형 안테나 엘러먼트(46)를 예시한다. 도 7은 대체로 급전 포인트에 수직인 방사 패턴을 생성하는 대칭적인 나선형 패턴(52)을 갖는 도전성 와이어 또는 대체로 고체인 도전체 구현을 포함하는 나선형 안테나 엘러먼트(46)를 예시한다. 도 8은 급전 포인트에 수직이 아닌 방사 패턴을 생성하는 편심적 나선형 패턴(54)을 갖는 도전성 와이어 또는 대체로 고체인 도전체 구현을 포함하는 나선형 안테나 엘러먼트(46)를 예시한다.
도 9는 3차원 포물선 형상의 나선형 안테나 엘러먼트(46)를 포함하는 3차원 안테나(12)의 등각도이다. 이러한 예시적인 실시예에 있어, 기판(40)은 적절한 3D 형상의 영역(42 또는 44)을 포함한다. 이와 같이, 3D 안테나(12)는 이상에서 언급된 특성들을 갖는 포물선의 나선형 안테나이다. 나선형 안테나 엘러먼트(46)가 도 5 내지 도 8 중 하나 이상에 따라 구현될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 10은 적절한 3차원 포물선 형상을 포함하는 기판(40) 및 나선형 안테나 엘러먼트(46)를 포함하는 3차원 안테나(12)의 단면도이다. 도 11은 적절한 3차원 원뿔 형상을 포함하는 기판(40) 및 나선형 안테나 엘러먼트(46)를 포함하는 3차원 안테나(12)의 단면도이다. 이와 같이, 3D 안테나(12)는 이상에서 언급된 특성들을 갖는 원뿔형의 나선형 안테나이다. 나선형 안테나 엘러먼트(46)가 도 5 내지 도 8 중 하나 이상에 따라 구현될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 12는 기판(40), 인터위빙된(interwoven) 나선형 안테나 엘러먼트들(60), 및 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)의 연결 포인트에 연결된 급전부(62)를 포함하는 3차원 안테나(12)의 다른 실시예의 등각도이다. 하나 이상의 인쇄 회로 보드들, 하나 이상의 집적 회로 패키지 기판들, 및/또는 비-도전성의 제조된 안테나 지지 구조일 수 있는 기판(40)은 외부의 3차원 형상의 영역(42)(예를 들어, 기판(40)의 표면 또는 둘레 너머로 연장하는)을 포함한다. 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)은 제 1 나선형 안테나 엘러먼트 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트를 포함하며, 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)이 3차원 형상에 가까운 전체적인 형상을 갖질 수 있도록 하기 위하여, 3차원 형상의 영역(42)에 의해 지지되고 3차원 형상의 영역을 따른다.
예를 들어, 3차원 형상의 영역(42)이 쌍곡선 형상을 가질 때, 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)은 3차원 형상의 영역(42)과 거의 유사한 크기의 원뿔 형상을 갖는다. 추가적인 예로서, 기판(40)은, 쌍곡선 형상의 안테나를 제공하기 위하여, 3D 형상의 영역(42)에 의해 둘러싸인 비-도전성 안테나 지지 구조(예를 들어, 플라스틱, 유리, 유리섬유, 등)일 수 있다. 쌍곡선의 지름은 고 주파수(예를 들어 수십 기기-헤르쯔) 및/또는 저전력 어플리케이션들에 대하여 수 마이크로미터로부터 저 주파수 및/또는 고 전력 어플리케이션들에 대하여 수십 미터까지의 범위를 가질 수 있다.
다른 예로서, 3차원 형상의 영역(42)은, 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)이 또한 원뿔 형상을 가지고 3차원 형상의 영역(42)과 거의 동일한 크기일 수 있도록, 원뿔 형상을 갖는다. 3차원 형상의 영역(42)은, 컵 형상, 원통 형상, 피라미드 형상, 박스 형상(도 12에 도시된 바와 같은), 구 형상, 또는 포물선 형상과 같은, 다른 형상들을 가질 수 있다.
도 13은 기판(40), 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60), 및 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트(62)를 포함하는 3차원 안테나(12)의 다른 실시예의 등각도이다. 하나 이상의 인쇄 회로 보드들, 하나 이상의 집적 회로 패키지 기판들, 및/또는 비-도전성의 제조된 안테나 지지 구조일 수 있는 기판(40)은 내부의 3차원 형상의 영역(44)(예를 들어, 기판(40)의 표면 또는 외측 에지에 대하여 내측으로 연장하는)을 포함한다. 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)은, 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)이 3차원 형상에 가까운 전체적인 형상을 갖도록 하기 위하여, 3차원 형상의 영역(44)에 의해 지지되고 이에 따른다. 3차원 형상의 영역(44)은 컵 형상, 포물선 형상, 원뿔 형상, 박스 형상(도 4에 도시된 바와 같은), 원통 형상, 피라미드 형상, 또는 구 형상을 가질 수 있다.
도 14는 제 1 나선형 안테나 엘러먼트(60-1) 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트(60-2)를 포함하는 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)의 다른 실시예의 도면이다. 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들(60-1 및 60-2) 각각은 아르키메데스의 나선 형상 또는 등각 나선 형상을 가질 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 각각은 대칭적인 나선형 패턴 또는 편심적인 나선형 패턴을 가질 수 있다. 계속해서 또한, 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 각각은 다중 회전 나선으로서 형성된 도전성 와이어를 포함할 수 있다.
인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)의 나선형의 본질에 기인하여, 안테나(12)는, 대향하는 방사 로브가 역전되고, 따라서 순방향 방사 패턴(forward radiation pattern) 에너지가 2배가 되기 때문에, 대략 3 dB(예를 들어, 나선형 이득 컴포넌트)의 이득을 갖는다. 안테나의 이득이, 안테나 엘러먼트의 3차원 형상(예를 들어, 3차원 이득 컴포넌트)에 기인하여 약 2 dB 만큼 더 증가될 수 있다. 이와 같이, 3D 나선형 안테나(12)는 대략 5 dB의 이득을 갖는다.
3D 나선형 안테나(12)의 동작 주파수 대역은, 적어도 부분적으로, 안테나(12)의 물리적 속성들에 기초한다. 예를 들어, 안테나(12)의 여기 영역의 치수들(즉, 급전 포인트 및/또는 내부 회전의 반지름)은 대역폭의 상위 컷오프 영역을 수립하고, 나선형 안테나(12)의 원주는 대역폭의 하위 컷오프 영역을 수립한다. 인터위빙된 나선형 패턴은 원형 편파(circular polarization)를 생성한다. 트레이스들 사이의 트레이스 폭, 각각의 나선형 섹션의 길이, 접지면으로부터의 거리, 및/또는 인공 자기 도체 평면의 사용은 품질 계수, 방사 패턴, 임피던스(대역폭에 걸쳐 사실상 상수인), 이득, 및/또는 안테나(12)의 다른 특성들에 영향을 준다.
특정 예에 있어, 20 mm의 반지름(예를 들어, 2*π*20 = 125.66 mm의 원주)은 약 2 GHz의 저 주파수 컷오프를 제공하며, 약 5 mm의 반지름을 갖는 여기 영역은 약 8 GHz의 고 주파수 컷오프를 수립한다. 이와 같이, 이러한 특정 예의 안테나는 중심 주파수가 5 GHz인 2~8 GHz의 대역폭을 갖는다.
도 15는 제 1 나선형 안테나 엘러먼트(60-1) 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트(60-2)를 포함하는 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)의 다른 실시예의 도면이다. 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들(60-1 및 60-2) 각각은 아르키메데스의 나선 형상 또는 등각 나선 형상을 가질 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 각각은 대칭적인 나선형 패턴 또는 편심적인 나선형 패턴을 가질 수 있다. 계속해서 또한, 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)은 대체로 고체인 도전성 재료일 수 있으며, 여기에서 다중 회전 나선형 슬롯은 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들(60-1 및 60-2)을 분리할 수 있다.
도 16은 적절한 3차원 포물선 형상을 포함하는 기판(40) 및 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)을 포함하는 3차원 안테나(12)의 일 실시예의 단면도이다. 이와 같이, 3D 안테나(12)는 이상에서 언급된 특성들을 갖는 포물선의 나선형 안테나이다. 나선형 안테나 엘러먼트(46)가 도 13 내지 도 14 중 하나 이상에 따라 구현될 수 있음을 주목해야 한다.
도 17은 적절한 3차원 쌍곡선 형상을 포함하는 기판(40) 및 인터위빙된 나선형 안테나 엘러먼트들(60)을 포함하는 3차원 안테나(12)의 단면도이다. 이와 같이, 3D 안테나(12)는 이상에서 언급된 특성들을 갖는 쌍곡선의 나선형 안테나이다. 나선형 안테나 엘러먼트(46)가 도 13 내지 도 14 중 하나 이상에 따라 구현될 수 있음을 주목해야 한다.
본 명세서에 사용될 수 있는 바와 같이, 용어들 "실질적으로(substantially)" 및 "대략(approximately)"은 그것의 대응하는 용어에 대한 업계에서 받아들여지는 허용 오차 및/또는 아이템들 간의 상대성을 제공한다. 이러한 업계에서 받아들여지는 허용 오차는 범위가 1 퍼센트 미만에서 50 퍼센트까지 이르며, 이에 제한되지 않지만, 구성요소 값들, 집적 회로 프로세스 변화들, 온도 변화들, 상승 및 하강 시간들, 및/또는 열 잡음에 대응한다. 아이템들 사이에서의 이러한 상대성은 범위가 수 퍼센트의 차이로부터 엄청난 규모의 차이들에 이른다. 본 명세서에 또한 사용될 수 있는 바와 같이, 용어(들) "동작가능하게 연결된", "~에 연결된", 및/또는 "연결하는"은 아이템들 간의 직접 연결 및/또는 매개 아이템(예로서, 아이템은 이에 제한되지 않지만, 구성요소, 소자, 회로, 및/또는 모듈을 포함한다)을 통한 아이템들 간의 간접 연결을 포함하며, 간접 연결에 대해, 매개 아이템은 신호의 정보를 변경하지 않지만, 그것의 전류 레벨, 전압 레벨, 및/또는 전력 레벨을 조정할 수 있다. 본 명세서에 추가로 사용될 수 있는 바와 같이, 추론된 연결(즉, 하나의 소자가 추론에 의해 다른 소자에 연결된)은 "~에 연결된"과 동일한 방식으로 2개의 아이템들 간의 직접 및 간접 연결을 포함한다. 본 명세서에 추가로 사용될 수 있는 바와 같이, 용어 "하도록 동작가능한" 또는 "~에 동작가능하게 연결된"은 아이템이 활성화될 때, 하나 이상의 그것의 대응하는 기능들을 수행하기 위한 전력 연결들, 입력(들), 출력(들) 등 중 하나 이상을 포함하며, 하나 이상의 다른 아이템들에 대한 추론된 연결을 더 포함할 수 있음을 나타낸다. 본 명세서에 또한 추가로 사용될 수 있는 바와 같이, 용어 "~와 연관된"은 별개의 아이템들 및/또는 또 다른 아이템 내에 내장되는 하나의 아이템의 직접 및/또는 간접 연결을 포함한다. 본 명세서에 사용될 수 있는 바와 같이, 용어 "유리하게(favorably) 비교하다" 는 둘 이상의 아이템들, 신호들 등 간의 비교가 바람직한 관계를 제공한다는 것을 나타낸다. 예를 들면, 바람직한 관계가 신호(1)가 신호(2)보다 더 큰 규모를 가진다는 것일 때, 유리한 비교는 신호(1)의 규모가 신호(2)의 것보다 더 클 때 또는 신호(2)의 규모가 신호(1)의 것보다 작을 때 달성될 수 있다.
또한 본 명세서에 사용될 수 있는 바와 같이, 용어들 "프로세싱 모듈", "프로세싱 회로", 및/또는 "프로세싱 유닛"은 단일의 프로세싱 디바이스 또는 복수의 프로세싱 디바이스들일 수 있다. 이러한 프로세싱 디바이스는 마이크로프로세서, 마이크로-제어기, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컴퓨터, 중앙 프로세싱 유닛, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 프로그램가능 논리 디바이스, 상태 머신, 논리 회로부(circuitry), 아날로그 회로부, 디지털 회로부, 및/또는 회로의 하드 코딩 및/또는 동작 명령들에 기초하여 신호들(아날로그 및/또는 디지털)을 조작하는 임의의 디바이스일 수 있다. 프로세싱 모듈, 모듈, 프로세싱 회로, 및/또는 프로세싱 유닛은 메모리 및/또는 집적 메모리 소자이거나 또는 이를 더 포함할 수 있으며, 이것은 단일 메모리 디바이스, 복수의 메모리 디바이스들, 및/또는 또 다른 프로세싱 모듈, 모듈, 프로세싱 회로, 및/또는 프로세싱 유닛의 내장된 회로부일 수 있다. 이러한 메모리 디바이스는 판독-전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래시 메모리, 캐시 메모리, 및/또는 디지털 정보를 저장하는 임의의 디바이스일 수 있다. 프로세싱 모듈, 모듈, 프로세싱 회로, 및/또는 프로세싱 유닛이 하나 이상의 프로세싱 디바이스를 포함하는 경우, 프로세싱 디바이스들은 중앙에 위치되거나(예로서, 유선 및/또는 무선 버스 구조를 통해 함께 직접적으로 연결된) 또는 분산적으로 위치될 수 있음(예로서, 근거리 네트워크 및/또는 광역 네트워크를 통해 간접적 연결을 통한 클라우드 컴퓨팅)을 주의하자. 프로세싱 모듈, 모듈, 프로세싱 회로, 및/또는 프로세싱 유닛이 상태 머신, 아날로그 회로부, 디지털 회로부, 및/또는 논리 회로부를 통해 그것의 기능들 중 하나 이상을 구현하는 경우, 대응하는 동작 명령들을 저장한 메모리 및/또는 메모리 소자는 상태 머신, 아날로그 회로부, 디지털 회로부, 및/또는 논리 회로부를 포함한 회로부 내에 내장되거나, 또는 그 외부에 있을 수 있음을 또한 주의하자. 메모리 소자는 도면들 중 하나 이상에 도시된 단계들 및/또는 기능들 중 적어도 일부에 대응하는 하드 코딩된 및/또는 동작 명령들을 저장할 수 있고, 프로세싱 모듈, 모듈, 프로세싱 회로, 및/또는 프로세싱 유닛은 이를 실행한다는 것을 또한 주의하자. 이러한 메모리 디바이스 또는 메모리 소자는 제조물에 포함될 수 있다.
본 발명은 특정된 기능들 및 그 관계들의 수행을 도시한 방법 단계들의 도움으로 설명되었다. 이들 기능적 구성 블록들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 본 명세서에 임의적으로 정의되었다. 특정된 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한, 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 이러한 대안적 경계들 또는 순서들은 따라서 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 또한, 이들 기능 구성 블록들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의적으로 정의되었다. 특정 중요 기능들이 적절히 수행되는 한, 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 유사하게는, 순서도 블록들은 또한 특정 중요한 기능을 도시하기 위해 본 명세서에 임의적으로 정의되었다. 사용된 정도로, 순서도 블록 경계들 및 순서는 달리 정의되었을 수 있으며, 여전히 특정 중요 기능을 수행한다. 기능 구성 블록들 및 순서도 블록들 및 순서들 모두의 이러한 대안적인 정의들은 따라서 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 이 기술분야의 당업자는 또한 본 명세서에서의 기능 구성 블록들 및 다른 예시적 블록들, 모듈들 및 구성요소들이 도시된 바와 같이 구현될 수 있거나 또는 이산 구성요소들, 애플리케이션 특정 집적 회로들, 적절한 소프트웨어를 실행하는 프로세서들 등 또는 그것의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있음을 또한 인식할 것이다.
본 발명은 또한, 적어도 부분적으로, 하나 이상의 실시예들에 관하여 설명되었다. 본 발명의 일 실시예는 본 명세서에서 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그것의 일 예를 도시하기 위해 사용된다. 장치, 제조물, 머신, 및/또는 본 발명을 구체화한 프로세스의 물리적 실시예는 본 명세서에 논의된 실시예들 중 하나 이상을 참조하여 설명된 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 도면들 사이에서, 실시예들은 동일하거나 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 동일하거나 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 이와 같이, 기능들, 단계들, 모듈들 등은 동일하거나 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등, 또는 상이한 것들일 수 있다.
특별히 반대로 언급되지 않는다면, 본 명세서에 제공된 도면들 중 임의의 도면에서 소자들로의 신호, 소자들로부터의 신호, 및/또는 소자들 사이에서의 신호들은 아날로그 또는 디지털, 연속 시간 또는 이산 시간, 및 단일-엔디드(single-ended) 또는 차동일 수 있다. 예를 들면, 단일 경로가 단일-엔디드 경로로서 도시되는 경우, 그것은 또한 차동 신호 경로를 표현한다. 유사하게는, 신호 경로가 차동 경로로서 도시되는 경우, 그것은 또한 단일-엔디드 신호 경로를 표현한다. 하나 이상의 특정 아키텍처들이 본 명세서에 설명되지만, 마찬가지로 이 기술분야의 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 명확하게 도시되지 않은 하나 이상의 데이터 버스들, 소자들 사이에서의 직접 연결성, 및/또는 다른 소자들 간의 간접적 연결을 사용하는 다른 아키텍처들이 구현될 수 있다.
용어 "모듈"은 본 발명의 다양한 실시예들의 설명에서 사용된다. 모듈은 프로세싱 모듈, 기능 블록, 하드웨어, 및/또는 본 명세서에 설명될 수 있는 바와 같은 하나 이상의 기능들을 수행하기 위해 하나의 메모리 상에 저장된 소프트웨어를 포함한다. 모듈이 하드웨어를 통해 구현되는 경우, 하드웨어는 독립적으로 및/또는 소프트웨어 및/또는 펌웨어와 함께 동작할 수 있다는 것을 주의하자. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 모듈은 그 각각이 하나 이상의 모듈들일 수 있는 하나 이상의 서브-모듈들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 기능들 및 특징들의 특별한 조합들이 본 명세서에 명확하게 설명되었지만, 이들 특징들 및 기능들의 다른 조합들이 마찬가지로 가능하다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 특별한 예들에 의해 제한되지 않으며 이들 다른 조합들을 명확하게 통합한다.

Claims (15)

  1. 3차원 형상의 영역을 갖는 기판;
    나선형 안테나 엘러먼트(spiral antenna element)가 3차원 형상에 가까운 전체 형상을 가지도록, 상기 3차원 형상의 영역에 의해 지지되고 상기 3차원 형상의 영역에 따르는(conform) 나선형 안테나 엘러먼트; 및
    상기 나선형 안테나 엘러먼트의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트(feed point)를 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
    아르키메데스의 나선 형상(Archimedean spiral shape); 및
    등각 나선 형상(equiangular spiral shape) 중 하나를 포함하며,
    상기 3차원 나선형 안테나의 이득은 나선형 이득 컴포넌트 및 3차원 이득 컴포넌트를 갖는, 3차원 나선형 안테나.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 나선형 안테나 엘러먼트는 대칭적 나선형 패턴을 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 안테나 엘러먼트는 편심적(eccentric) 나선형 패턴을 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은:
    하나 이상의 인쇄 회로 보드들;
    하나 이상의 집적 회로 패키지 기판들; 및
    비-도전성의 제조된 안테나 지지 구조(non-conductive fabricated antenna backing structure) 중 하나를 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
    다중 회전 나선형 슬롯(multiple turn spiral slot)을 갖는 대체로(substantially) 고체인 도전성 재료를 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한(lower end)은 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 반지름에 기초하고,
    상기 주파수 대역의 상한(higher end)은: 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 내부 코일(inner coil)의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초하는, 3차원 나선형 안테나.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 안테나 엘러먼트는:
    다중 회전 나선으로서 형성된 도전성 와이어(conductive wire)를 포함하며,
    상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한은 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 반지름에 기초하고,
    상기 주파수 대역의 상한은: 상기 나선형 안테나 엘러먼트의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초하는, 3차원 나선형 안테나.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차원 형상의 영역은:
    컵 형상(cup shape);
    원뿔 형상(conical shape);
    원통 형상(cylindrical shape);
    피라미드 형상(pyramid shape);
    박스 형상(box shape);
    구 형상(spherical shape);
    포물선 형상(parabolic shape); 및
    쌍곡선 형상(hyperbolic shape) 중 하나를 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 나선형 안테나 엘러먼트와 인터위빙된(interwoven) 제 2 나선형 안테나 엘러먼트로서, 상기 제 2 나선형 안테나 엘러먼트는, 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들이 3차원 형상에 가까운 전체 형상을 가지도록, 상기 3차원 컵 형상의 영역에 의해 지지되고 상기 3차원 컵 형상에 따르는, 상기 제 2 나선형 안테나 엘러먼트; 및
    상기 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 중 적어도 하나의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트를 더 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 안테나 엘러먼트들 각각은:
    아르키메데스의 나선 형상(Archimedean spiral shape); 및
    등각 나선 형상(equiangular spiral shape) 중 하나를 포함하며,
    상기 3차원 나선형 안테나의 이득은 나선형 이득 컴포넌트 및 3차원 이득 컴포넌트를 갖는, 3차원 나선형 안테나.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 안테나 엘러먼트들 각각은:
    대칭적 나선형 패턴; 및
    편심적 나선형 패턴 중 하나를 포함하는, 3차원 나선형 안테나.
  13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 안테나 엘러먼트들 각각은:
    대체로 고체인 도전성 재료를 포함하며,
    다중 회전 나선형 슬롯은 상기 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들을 분리(separate)하고,
    상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한은 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 반지름에 기초하며,
    상기 주파수 대역의 상한은: 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초하는, 3차원 나선형 안테나.
  14. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들 각각은:
    다중 회전 나선으로서 형성된 도전성 와이어를 포함하며,
    상기 3차원 나선형 안테나의 주파수 대역의 하한은 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 반지름에 기초하고,
    상기 주파수 대역의 상한은: 상기 인터위빙된 제 1 및 제 2 나선형 안테나 엘러먼트들의 내부 코일의 반지름 및 상기 급전 포인트의 반지름 중 적어도 하나에 기초하는, 3차원 나선형 안테나.
  15. 인바운드(inbound) RF 신호 및 아웃바운드(outbound) RF 신호를 송수신하도록 동작할 수 있는 3차원 나선형 안테나로서, 상기 3차원 나선형 안테나는:
    3차원 형상의 영역을 갖는 기판;
    나선형 안테나 엘러먼트가 3차원 형상에 가까운 전체 형상을 가지도록, 상기 3차원 형상의 영역에 의해 지지되고 상기 3차원 형상의 영역에 따르는 상기 나선형 안테나 엘러먼트; 및
    상기 나선형 안테나 엘러먼트의 연결 포인트에 연결된 급전 포인트를 포함하는, 상기 3차원 나선형 안테나;
    상기 3차원 나선형 안테나에 동작가능하게 연결된 수신-송신 분리 모듈(receive-transmit isolation module)로서, 상기 수신-송신 분리 모듈은 상기 인바운드 RF 신호와 상기 아웃바운드 RF 신호를 분리하도록 동작가능한, 상기 수신-송신 분리 모듈; 및
    상기 수신-송신 분리 모듈을 조정(tune)하도록 동작할 수 있는 조정 모듈을 포함하는, 라디오 주파수(RF) 프런트-엔드(front-end) 모듈.
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