KR20130122793A - 섀시 여기 안테나 장치 및 방법 - Google Patents

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펄스 핀랜드 오와이
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Abstract

섀시 여기 안테나 장치, 및 이를 튜닝하고 이용하는 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 핸드헬드 모바일 디바이스(예컨대, 셀룰러폰) 내에 분산형 루프 안테나 구성이 사용된다. 안테나는 하나가 고주파 대역에서, 그리고 다른 하나가 저주파 대역에서 동작하도록 구성된 두 개의 라디에이팅 소자를 포함한다. 상기 두 개의 안테나 소자는 휴대용 디바이스의 금속 섀시의 다른 측부 표면들 상에, 예를 들어, 디바이스 인클로저의 대향면들 상에 배치된다. 각 안테나 컴포넌트는 라디에이터 및 절연 덮개를 포함한다. 상기 라디에이터는 피드 도체 및 접지점을 통해 디바이스 피드에 결합된다. 상기 피드 도체의 일부는 상기 라디에이터와 함께 배치되어, 결합형 루프 공진기 구조체의 형성을 용이하게 한다.

Description

섀시 여기 안테나 장치 및 방법{CHASSIS-EXCITED ANTENNA APPARATUS AND METHODS}
우선권 및 관련 출원
본 출원은 동일한 명칭으로 2011년 2월 11일 출원되고 그 전체가 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용된 공동 소유되고 계류 중인 미국 특허 출원 제13/026,078호의 우선권을 주장한다.
저작권
본 특허 명세서의 개시 내용의 일부는 저작권 보호를 요하는 내용을 포함한다. 본 저작권자는 본 특허 명세서 또는 본 특허 개시 내용이 미국 특허 상표청의 특허 파일 또는 기록에 있는 대로 누군가에 의해 복사 재생산되는 것을 반대하지 않지만, 그렇지 않으면 무엇이든지 모든 저작권 권리를 보유한다.
본 발명은 일반적으로 무선 또는 휴대용 무선 디바이스와 같은 전자 디바이스에 사용하기 위한 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 예시적인 일 측면에서 섀시 여기(chassis-excited) 안테나, 및 이를 튜닝하고 이용하는 방법에 관한 것이다.
내장형 안테나는 대부분의 현대의 무선 디바이스, 이를 테면 모바일 컴퓨터, 모바일폰, Blackberry® 디바이스, 스마트폰, 개인 휴대정보 단말기(PDAs), 또는 다른 개인용 통신 디바이스(PCD)에서 흔하게 볼 수 있다. 전형적으로, 이러한 안테나는 평면 방사면(planar radiating plane) 및 그에 평행한 접지면(ground plane)을 포함하고, 이들은 안테나의 정합(matching)을 이루기 위해 단락 회로 도체(short-circuit conductor)에 의해 서로 접속된다. 이러한 구조는 원하는 동작 주파수에서 공진기(resonator)로 기능하도록 구성된다. 또한, 안테나가 하나보다 많은 주파수 대역(이를 테면, 이중 대역, 삼중 대역, 또는 사중 대역 모바일폰)에서 동작해야하는 것이 일반적인 요건이며, 이 경우 두 개 이상의 공진기가 사용된다. 전형적으로, 이러한 내장형 안테나는 안테나(들)로 및 그로부터의 무선 주파수 파(radio frequency waves)의 전파를 허용하는 플라스틱 인클로저(enclosure) 내부에, 무선 디바이스의 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 배치된다.
모바일 응용에 알맞고 전력 효율적인 디스플레이 기술(이를 테면, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED), 박박 트랜지스터(TFT) 등)의 개발에서의 최근의 발전으로 화면 크기가 일부 태블릿 컴퓨터에서 180mm(7인치)에 이르고 일부 랩탑 컴퓨터에서 500mm(20인치)에 이르는 대형 디스플레이를 특징으로 하는 모바일 디바이스의 확산을 가져왔다.
더욱이, 현재의 추세는 흔히 사용자 입력(터치 스크린)용으로 사용되는 대형 디스플레이를 구비한 더 얇은 모바일 통신 디바이스에 대한 요구가 커지고 있다. 이는 결국, 인터페이스를 견고하게 하면서 내구성을 강하게 하고, 디스플레이의 움직임 또는 편향(deflection)을 경감하도록, 특히 터치 스크린 동작 중에 디스플레이 어셈블리를 지지하는 경질의 구조를 필요로 한다. 모바일 통신 디바이스에서 디스플레이를 더 잘 지지하기 위해, 금속 몸체(metal body) 또는 금속 프레임(metal frame)이 흔히 사용된다.
금속 인클로저/섀시를 이용하고 디바이스 인클로저의 두께를 더 작게 하는 것은 무선 주파수(RF) 안테나 구현에 있어서 새로운 과제를 야기한다. 전형적인 안테나 해결책(이를 테면, 모노폴, PIFA 안테나)은 다중 주파수 대역에서 효율적으로 동작하기 위해 접지 클리어런스 영역(ground clearance area)과 접지면으로부터의 충분한 높이를 필요로 한다. 이러한 안테나 해결책은 종종 라디에이터를 접지면에서 분리하는데 필요한 수직 거리가 더 이상 이용가능하지 않기 때문에 금속 하우징 및/또는 섀시를 갖는 전술한 얇은 디바이스에는 적합하지 않다. 추가적으로, 모바일 디바이스의 금속 몸체는 RF 차폐(shield)로 작용하고, 특히 안테나가 여러 주파수 대역에서 동작하는 것이 필요한 경우 안테나 성능을 저하시킨다.
EP1858112B1에 기술된 슬롯 안테나와 같이, 현재 금속 하우징 및/또는 섀시를 이용하는 얇은 통신 디바이스에서 안테나 동작을 개선하려고 시도하기 위해 다양한 방법이 채용되고 있다. 이러한 구현예는 인쇄 배선판(PWB) 내에서 피드점(feed point)에 근접하여서 뿐만 아니라, 디바이스의 높이 전체를 따라 슬롯을 제조할 것을 요구한다. 디바이스가 대형 디스플레이를 갖는 경우, 최적의 안테나 동작을 위해 필요한 슬롯 위치는 종종 디바이스의 사용자 인터페이스 기능(예컨대, 버튼, 스크롤 휠 등)을 방해하여, 디바이스 레이아웃 구현의 유연성을 제한한다.
추가적으로, 금속 하우징은 PCB의 양면 상의 슬롯 아주 가까이에 개구(openings)를 구비하여야 한다. 디바이스 내에 캐비티 모드(cavity modes)의 발생을 방지하기 위해, 개구들은 전형적으로 금속벽(metal walls)을 이용하여 접속된다. 이들 모든 단계들은 디바이스 복잡도 및 비용을 증가시키고, 원하는 주파수 대역과의 안테나 정합을 방해한다.
따라서, 예를 들어, 비용 및 복잡도를 더 낮추고 안테나 공진 제어를 향상시키는 소형 폼팩터(small form factor)의 금속 몸체 및/또는 섀시를 갖는 휴대용 무선 디바이스에 대한 무선 안테나 해결책, 및 이를 튜닝하고 이용하는 방법에 대한 중요한 요구가 있어 왔다.
본 발명은 특히 공간 효율적인 다중 대역 안테나 장치 및 튜닝 및 이용 방법을 제공함으로써 전술한 요구를 충족시킨다.
본 발명의 제1 양태에서, 휴대용 통신 디바이스에 사용하기 위한 안테나 컴포넌트가 개시된다. 일 실시예에서, 상기 안테나 컴포넌트는 제1 디멘젼(dimension) 및 제2 디멘젼, 제1 및 제2 표면을 갖고, 복수의 면(sides) 중 제1 면에 근접하도록 구성된 라디에이터(radiator), 제3 디멘젼 및 제4 디멘젼을 갖고, 상기 제2 표면에 근접하게 배치되도록 구성된 유전체(dielectric) 기판, 및 피드점(feed point)에서 상기 라디에이터 소자에 결합하도록 구성된 피드 도체(feed conductor)를 포함한다.
일 변형예에서, 상기 유전체 기판은 그의 노말 프로젝션(normal projection)이 상기 라디에이터 소자의 노말 프로젝션과 같거나 크도록 구성된다. 또한, 상기 라디에이터 소자는 접지점(ground point)에서 접지에 전기적으로 결합된다. 상기 피드 도체의 적어도 일부는 실질적으로 상기 제1 디멘젼에 평행하게 상기 제1 면을 따라 추가로 배열되고, 상기 라디에이터 소자, 상기 피드 도체의 상기 적어도 일부, 및 상기 제1 면의 적어도 일부는 제1 주파수 대역에서 동작가능한 결합형 루프 안테나(coupled loop antenna)를 형성한다.
다른 변형예에서, 상기 안테나 컴포넌트는, 상기 라디에이터 소자와 상기 제1 면 사이에 배치되고 상기 제1 면의 적어도 일부를 상기 라디에이터 소자, 예를 들어, 유전체 기판 및 그 상부에 배치된 전도성 코팅(conductive coating), 또는 플렉스 회로(flex circuit)로부터 전기적으로 격리하도록 구성된 유전체 소자를 더 포함한다.
또 다른 변형예에서, 상기 안테나 컴포넌트의 상기 라디에이터 소자는 제1 부분(portion) 및 제2 부분을 갖는 전도성 구조체(conductive structure)를 포함한다. 상기 제2 부분은 리액티브 회로(reactive circuit)를 통해 상기 피드점에 결합된다. 상기 안테나 컴포넌트는, 상기 라디에이터 소자와 상기 제1 면 사이에 배치되고 상기 제1 면의 적어도 일부를 상기 라디에이터 소자로부터 전기적으로 격리하도록 구성된 유전체 소자를 더 포함한다. 상기 안테나 컴포넌트의 상기 리액티브 회로는, 예를 들어, 평면(planar) 전송 라인을 포함한다.
또 다른 변형예에서, 상기 라디에이터 소자는 유전체 기판, 및 그 상부에 배치된 전도성 코팅을 포함하고, 상기 전도성 구조체는 상기 전도성 코팅을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 안테나 컴포넌트는 복수의 표면(surfaces)을 갖는 유전체 기판; 상기 기판의 적어도 일 표면 상에 배치되고 접지점을 갖는 접지 평면(ground plane)의 적어도 일부를 형성하도록 구성된 전도성 코팅; 및 라디에이터 구조체를 포함한다. 일 변형예에서, 상기 라디에이터 구조체는 피드; 제1 부분; 제2 부분 - 상기 제2 부분으로부터 상기 피드점까지 스트립라인(stripline)이 결합됨 -; 및 실질적으로 상기 스트립라인을 상기 제1 부분으로부터 분리하여 격리하는 복수의 비전도성 슬롯(non conductive slots); 및 실질적으로 상기 표면의 주변 내에 배치된 적어도 하나의 접지 클리어런스 영역(ground clearance area)을 포함한다. 상기 접지점은 상기 접지 평면의 상기 적어도 일부를 호스트 디바이스(host device)의 접지에 결합하도록 추가로 구성된다. 상기 제2 부분은 전도성 소자를 통해 상기 제1 부분에 결합된다.
다른 변형예에서, 상기 안테나 컴포넌트의 상기 제2 부분은 리액티브 회로를 통해 상기 제1 부분에 추가로 결합된다. 상기 리액티브 회로는, 예를 들어, (i) 유도성(inductive) 소자, 및/또는 (ii) 용량성(capacitive) 소자 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 제2 양태에서, 휴대용 통신 디바이스에 사용하기 위한 안테나 장치가 개시된다. 일 실시예에서, 상기 안테나 장치는 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제1 안테나 어셈블리(antenna assembly), 및 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 안테나 어셈블리를 포함한다. 상기 제1 안테나 어셈블리는 제1 접지점 및 제1 피드점을 포함하고 디바이스 인클로저(enclosure)의 복수의 면 중 제1 면을 따라 배치된 제1 라디에이터 소자, 상기 제1 피드점 및 상기 디바이스의 적어도 하나의 피드 포트에 결합된 제1 피드 도체, 및 상기 제1 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제1 라디에이터를 덮는 제1 비전도성 덮개(cover)를 포함한다. 상기 제2 안테나 어셈블리는 제2 접지점 및 제2 피드점을 포함하고 상기 디바이스 인클로저의 상기 복수의 면 중 제2 면을 따라 배치된 제2 라디에이터 소자, 상기 제2 피드점 및 상기 디바이스의 피드 포트에 결합된 제2 피드 도체, 및 상기 제2 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제2 라디에이터를 덮는 제2 비전도성 덮개를 포함한다.
일 변형예에서, 상기 디바이스의 금속 인클로저는 디바이스 접지, 상기 제1 접지점, 및 상기 제2 접지점에 전기적으로 결합된다. 제1 피드 케이블의 적어도 일부는 상기 제1 면을 따라 배치되어 상기 인클로저의 적어도 일부, 상기 제1 라디에이터 소자, 및 상기 제1 피드 케이블의 상기 적어도 일부 사이에 제1 결합형 루프 안테나 구조체를 형성한다. 상기 제2 피드 케이블의 적어도 일부는 상기 제2 면을 따라 배치되어 상기 인클로저의 적어도 일부, 상기 제2 라디에이터 소자, 및 상기 제2 피드 케이블의 상기 적어도 일부 사이에 제2 결합형 루프 안테나 구조체를 형성한다.
다른 변형예에서, 상기 제1 및 제2 라디에이터 소자는 실질적으로 상기 제1 및 제2 덮개 각각과, 상기 금속 인클로저 사이에 배치된다.
또 다른 변형예에서, 상기 안테나 장치는 상기 라디에이터 소자와 상기 제1 면 사이에 배치되고 상기 제1 면의 적어도 일부를 상기 라디에이터 소자로부터 전기적으로 격리하도록 구성된 유전체 소자를 더 포함한다.
또 다른 변형예에서, 상기 안테나의 상기 제1 및 상기 제2 라디에이터 소자는 실질적으로 상기 제1 및 제2 덮개 각각과, 상기 금속 인클로저 사이에 배치된다.
또 다른 변형예에서, 상기 제1 및 상기 제2 안테나 소자는 상기 디바이스 인클로저의 대향 표면(opposing surfaces) 상에 배치된다. 또 다른 변형예에서, 상기 제1 및 상기 제2 안테나 소자는 상기 디바이스 인클로저의 인접한 크기 상에 배치된다.
상기 안테나 장치의 또 다른 실시예에서, 상기 안테나의 상기 제1 주파수 대역은 700과 960MHz 사이의 주파수 대역을 포함하고, 상기 제2 주파수 대역은 상위 주파수 대역(upper frequency band)을 포함한다.
일 변형예에서, 상기 상위 고주수 대역은 1710과 2150MHz 사이의 주파수 대역을 포함한다. 다른 변형예에서, 상기 상위 주파수 대역은 위성 위치확인 시스템(GPS) 주파수 대역을 포함한다.
또 다른 변형예에서, 상기 휴대용 디바이스는 단일의 피드 포트를 포함한다.
또 다른 변형예에서, 상기 디바이스 인클로저는 제1 캐비티(cavity) 및 제2 캐비티를 갖는 슬리브형 형상(sleeve like shape)을 형성하도록 제조된다. 제1 금속 지지 구조체가 상기 제1 캐비티 내에 배치되고 상기 제1 라디에이터 소자를 수용하도록 구성된다. 제2 금속 지지 구조체가 상기 제2 캐비티 내에 배치되고 상기 제2 라디에이터 소자를 수용하도록 구성된다.
본 발명의 제3 양태에서, 모바일 통신 디바이스가 개시된다. 일 실시예에서, 상기 모바일 통신 디바이스는 복수의 면을 포함하는 실질적으로 금속인 외부 하우징; 실질적으로 내부에 포함되고 접지 및 적어도 하나의 피드 포트를 포함하는 전자장치(electronics) 어셈블리; 및 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제1 안테나 어셈블리를 포함한다. 일 변형예에서, 상기 제1 어셈블리는 (i) 제1 접지점 및 제1 피드점을 포함하고, 상기 복수의 면 중 제1 면을 따라 배치된 제1 라디에이터 소자; 상기 제1 피드점 및 상기 적어도 하나의 피드 포트에 결합된 제1 피드 도체; 및 상기 제1 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제1 라디에이터를 덮는 제1 비전도성 덮개; 및 (ii) 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 안테나 어셈블리를 포함하고, 상기 제2 어셈블리는 제2 접지점 및 제2 피드점을 포함하고 상기 복수의 면 중 제2 면을 따라 배치된 제2 라디에이터 소자; 상기 제2 피드점 및 피드 포트에 결합된 제2 피드 도체, 및 상기 제2 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제2 라디에이터를 덮는 제2 비전도성 덮개를 포함한다. 상기 제1 접지점과 상기 제2 접지점은 상기 금속 하우징에 전기적으로 결합된다. 상기 하우징의 적어도 일부, 상기 제1 라디에이터, 및 상기 제1 피드 케이블의 적어도 일부 사이에 제1 결합형 루프 공진 구조체가 형성된다. 상기 하우징의 적어도 일부, 상기 제2 라디에이터, 및 상기 제2 피드 케이블의 적어도 일부 사이에 제2 결합형 루프 공진 구조체가 형성된다.
본 발명의 제4 양태에서, 안테나 장치를 동작하는 방법이 개시된다.
본 발명의 제5 양태에서, 안테나 장치를 튜닝하는 방법이 개시된다.
본 발명의 제6 양태에서, 안테나 장치를 검사하는 방법이 개시된다.
본 발명의 제7 양태에서, 모바일 디바이스를 동작하는 방법이 개시된다.
본 발명의 다른 특징, 그의 특성 및 각종 이점은 첨부의 도면 및 다음의 상세한 설명으로부터 좀 더 명백해질 것이다.
본 발명의 특징, 목적, 및 이점은 도면과 함께 설명할 때 후술하는 상세한 설명으로부터 좀 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 안테나 어셈블리의 제1 실시예의 구성을 상세히 나타낸 사시도 도면이다.
도 1a는 도 1의 실시예의 안테나 라디에이터의 전기적 구성을 상세히 나타낸 사시도 도면이다.
도 1b는 도 1a의 실시예의 안테나 라디에이터의 격리기(isolator) 구조체를 상세히 나타낸 사시도 도면이다.
도 1c는 내부에 설치된 도 1a의 실시예의 안테나 어셈블리를 도시하는 디바이스 인클로저의 내부도를 도시하는 사시도 도면이다.
도 1d는 내부에 설치된 도 1a의 실시예의 안테나 어셈블리를 도시하는 디바이스 인클로저의 정면도 도면이다.
도 1e는 본 발명의 안테나 어셈블리의 제2 실시예의 구성을 상세히 나타낸 정면도를 예시한다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 모바일 통신 디바이스의 등축도이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 모바일 통신 디바이스의 등축도이다.
도 2c는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성된 모바일 통신 디바이스의 등축도이다.
도 3은 도 2c의 실시예에 따라 구성된 예시적인 하위 대역(lower-band) 및 상위 대역(upper-band) 안테나 소자에 대해 측정된 자유 공간 입력 반사 손실(return loss)에 대한 플롯이다.
도 4는 도 2c의 실시예에 따라 구성된 예시적인 하위 대역 및 상위 대역 안테나 소자에 대해 측정된 총 효율에 대한 플롯이다.
본 명세서에 개시된 모든 도면은 ⓒCopyright 2011 Pulse Finland Oy이다. 모든 저작권이 보유된다.
이제 유사한 참조 부호가 전체에 걸쳐 유사한 구성 요소를 지칭하는 도면에 대해 언급한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, "안테나", "안테나 시스템", "안테나 어셈블리", 및 "다중 대역 안테나"라는 용어는 제한 없이 단일 소자, 다중 소자, 또는 전자기 방사(radiation)의 하나 이상의 주파수 대역을 수신하고/송신하고 및/또는 전파하는 하나 이상의 소자 어레이를 포함하는 모든 시스템을 말한다. 방사는 많은 유형, 예를 들어, 마이크로파, 밀리미터파, 무선 주파수, 변조된 디지털, 아날로그, 인코드된 아날로그/디지털, 또는 디지털로 인코드된 밀리미터파 에너지 등의 것일 수 있다. 에너지는 하나 이상의 중계기(repeater) 링크를 이용하여 하나의 위치에서 다른 위치로 송신될 수 있으며, 하나 이상의 위치는 이동하거나, 정지하거나, 또는 기지국과 같이 지구 상의 위치에 고정될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 "판(board)" 및 "기판(substrate)"이라는 용어는 일반적으로 제한 없이 어떤 실질적으로 평면 또는 곡면의 표면 또는 다른 컴포넌트가 배치될 수 있는 컴포넌트를 지칭한다. 예를 들면, 기판은 단일 또는 다중 적층(multi-layered) 인쇄 회로 기판(예컨대, FR4), 반전도성 다이(semi-conductive die) 또는 웨이퍼(wafer), 또는 심지어 하우징(housing) 또는 다른 디바이스 컴포넌트의 표면도 포함할 수 있고, 실질적으로 경질(rigid)이거나 또는 대안으로 적어도 어느 정도 유연성(flexible)이 있을 수 있다.
"주파수 범위", "주파수 대역", 및 "주파수 영역"이라는 용어는 제한 없이 신호를 통신하기 위한 임의의 주파수 범위를 지칭한다. 이러한 신호는 하나 이상의 표준 또는 무선 공중(air) 인터페이스에 따라 통신될 수 있다.
"근접장 통신(near field communication)", "NFC", 및 "근접 통신(proximity communication)"이라는 용어는 제한 없이 ISO/IEC 18092/ECMA-340 표준 및/또는 ISO/ELEC 14443 근접식 카드(proximity-card) 표준에 기술된 바와 같이 단거리에 걸쳐 있는 디바이스들 사이에서 데이터 교환을 가능하게 하는 단거리(short-range) 고주파 무선 통신 기술을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 "휴대용 디바이스", "모바일 컴퓨팅 디바이스", "클라이언트 디바이스", "휴대용 컴퓨팅 디바이스", 및 "최종 사용자(end user) 디바이스"라는 용어는 다음으로 한정되지 않지만 데스크탑이든, 랩탑이든, 이와 달리 셋탑 박스이든 개인용 컴퓨터(PCs) 및 미니컴퓨터, 개인 휴대정보 단말기(PDAs), 핸드헬드 컴퓨터, 개인용 통신기, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 내비게이션 보조(navigation aids), J2ME 장착 디바이스, 셀룰러폰, 스마트폰, 개인용 통합 통신 또는 엔터테인먼트 장치, 또는 문자 그대로 네트워크 또는 다른 장치와 데이터를 교환할 수 있는 어떤 다른 디바이스를 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "라디에이터(radiator)", 라디에이팅면(radiating plane)", 및 "라디에이팅 소자(radiating element)"라는 용어는 제한 없이 무선 주파수 전자기 방사를 수신하고 및/또는 송신하는 시스템의 일부로 기능할 수 있는 소자, 예컨대, 안테나를 지칭한다.
"RF 피드(feed)", "피드", "피드 도체", 및 "피드 네트워크"라는 용어는 제한 없이 에너지를 전달하고, 임피던스를 변환하고, 성능 특성을 향상시키고, 입력/출력(incoming/outgoing) RF 에너지 신호 간의 임피던스 특성을 하나 이상의 접속 소자, 이를 테면 예를 들어 라디에이터의 임피던스 특성에 순응시킬 수 있는 모든 에너지 도체 및 결합 소자(들)를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 "상단", "하단", "측부", "상방", "하방", "좌측", 및 "우측" 등이라는 용어는 단지 하나의 컴포넌트와 다른 컴포넌트의 상대적 위치 또는 기하학을 의미하고, 결코 기준 또는 어떤 요구되는 방위(orientation)의 절대적인 프레임을 의미하지 않는다. 예를 들면, 컴포넌트의 "상단" 부분은 실제로 그 컴포넌트가 다른 디바이스에(예컨대, PCB의 밑면에) 장착된 경우 "하단" 부분 아래에 존재할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "무선"이라는 용어는 제한 없이 Wi-Fi, 블루투스, 3G(예컨대, 3GPP, 3GPP2, 및 UMTS), HSDPA/HSUPA, TDMA, CDMA(예컨대, IS-95A, WCDMA 등), FHSS, DSSS, GSM, PAN/802.15, WiMAX(802.16), 802.20, 협대역/FDMA, OFDM, PCS/DCS, 롱텀 에볼루션(LTE) 또는 LTE-어드밴스드(LTE-A), 아날로그 셀룰러, CDPD, GPS와 같은 위성 시스템, 밀리미터파 또는 마이크로파 시스템, 광학, 음향, 및 적외선(즉, IrDA)을 포함하여 모든 무선 신호, 데이터, 통신, 또는 다른 인터페이스를 의미한다.
개요
본 발명은 핵심적인 일 양태에서 유리하게 크기 및 비용을 저감하고, 안테나 성능을 향상시키는 모바일 무선 디바이스에 사용하기 위한 안테나 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 모바일 무선 디바이스는 디바이스의 대향면(opposing sides) 상에, 즉, (i) 상단면 및 하단면 상에, 또는 (ii) 좌측면 및 우측면 상에 배치된 두 개의 개별 안테나 어셈블리를 포함한다. 다른 실시예에서, 두 개의 안테나 어셈블리는 인접한 면 상에, 예를 들어, 하나의 소자는 상단면 또는 하단면 상에, 그리고 다른 하나는 좌측면 또는 우측면 상에 배치된다.
예시적인 실시예의 각 안테나 어셈블리는 모바일 디바이스 하우징의 금속 부분(예컨대, 측표면)에 결합된 라디에이터 소자를 포함한다. 라디에이터 소자는 예를 들어 금속 인클로저(enclosure) 측면 상에 직접 장착되거나, 대안으로 다시 모바일 디바이스의 금속 인클로저 내에 끼워 맞춰진 중간 금속 캐리어(carrier)(안테나 지지 소자) 상에 장착된다. 잠재적으로 여러 동작 조건, 예를 들어, 손을 이용하는 시나리오 하에서 이용 중 악영향을 줄이기 위해, 유전체 덮개(dielectric cover)를 라디에이터의 상단 표면에 기대어 끼워 맞춤으로써, 안테나를 외부 소자로부터 절연시킬 수 있다.
일 실시예에서, 두 개의 안테나 어셈블리 모두에 피드를 제공하기 위해 단일의 다중 피드 송수신기가 구성된다. 각 안테나는 개별 피드를 이용할 수 있으며, 각 안테나 라디에이터 소자는 개별 피드 도체를 통해 모바일 무선 디바이스의 전자장치(electronics)의 개별 피드 포트(port)에 결합된다. 이는 특히 개별 주파수 대역(예컨대, 하위 대역(lower band) 및 상위 대역(upper band))에서 각 안테나 소자의 동작을 가능하게 한다. 유리하게, 각 안테나 소자는 단지 단일 피드와 단일 접지점의 접속만을 필요로 하기 때문에 디바이스의 전자장치와의 안테나 결합은 매우 간소화된다. 폰(phone) 섀시는 두 안테나의 공통 접지 평면으로 작용한다.
일 구현예에서, 피드 도체는 모바일 디바이스 하우징 내에 있는 개구를 통해 라우트된 동축(coaxial) 케이블을 포함한다. 피드 케이블의 일부는 개구점(opening point)에서 라디에이터 상의 피드점까지 안테나 라디에이터의 측방 디멘젼(lateral dimension)을 따라 라우트된다. 이와 같은 피드 도체의 구간은 안테나 라디에이터 소자와 함께 금속 섀시에 결합된 루프 안테나를 형성하므로 "결합형 루프 안테나(coupled loop antenna)"라고 지칭된다.
일 변형예에서, 안테나 어셈블리 중 하나는 근접장 통신 기능을 제공하여 (예를 들어, 디바이스 인증(authentication), 결제 거래(payment transaction) 등 중에) 모바일 디바이스와 다른 디바이스 또는 판독기 사이에서 데이터 교환을 가능하게 하도록 구성된다.
다른 변형예에서, 본 발명의 원리에 따라 구성된 두 개 이상의 안테나는 동일 주파수 대역에서 동작하도록 구성되므로, 다중 안테나 응용에 대한 다양성(이를 테면, 다중 입력 다중 출력(MIMO), 다중 입력 단일 출력(MISO) 등)을 제공한다.
또 다른 변형예에서, 단일 피드 안테나가 다중 주파수 대역에서 동작하도록 구성된다.
예시적인 실시예의 상세한 설명
이제 본 발명의 장치 및 방법의 여러 실시예 및 변형예의 상세한 설명이 제공된다. 주로 모바일 디바이스의 문맥에서 기술되지만, 본 명세서에서 기술된 다양한 장치 및 방법은 그것으로 한정되지 않는다. 실제로, 본 명세서에서 기술된 대부분의 장치 및 방법은 본 명세서에서 기술된 결합형 루프 섀시 여기 안테나 방법 및 장치로부터 이익을 얻을 수 있는 모바일 디바이스와 연관되든 고정 디바이스와 연관되든 어떤 수의 복합 안테나에서도 유용하다.
예시적인 안테나 장치
이제 도 1 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 무선 안테나 장치의 예시적인 실시예가 상세히 설명된다.
본 발명의 안테나 장치의 이러한 예시적인 실시예가 (이들 실시예에서 이들의 바람직한 특성 및 성능에 맞게 선택된) 결합형 루프 섀시 여기 안테나를 이용하여 구현되지만, 본 발명은 결코 그러한 루프 안테나 구성으로 한정되지 않고, 실제로 패치 안테나 또는 마이크로스트립 안테나와 같은 다른 기술을 이용하여 구현될 수 있음을 인식할 것이다.
도 1에는 모바일 디바이스 하우징(102)의 단부를 도시하는, 모바일 무선 디바이스에 사용하기 위한 안테나 컴포넌트의 예시적인 일 실시예(100)가 제시된다. 하우징(102)(금속 섀시 또는 인클로저라고도 지칭됨)은 금속 또는 합금(이를 테면 알루미늄 합금)으로 제조되고 디스플레이 소자(104)를 지지하도록 구성된다. 일 변형예에서, 하우징(102)은 슬리브형 형태(sleeve-type form)를 포함하고, 압출(extrusion)에 의해 제조된다. 다른 변형예에서, 섀시(102)는 디스플레이(104)를 수용하는 개구를 갖는 금속 프레임 구조체를 포함한다. 다음으로 한정되지 않지만, 스탬핑(stamping), 밀링(milling), 및 캐스팅(casting)을 포함하여 다양한 다른 제조 방법도 본 발명에 부합하여 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이(104)는 단지 콘텐츠 또는 데이터를 디스플레이만 하도록 구성된 디스플레이 전용 디바이스를 포함한다. 다른 실시예에서, 디스플레이(104)는 디스플레이(104)를 통해 디바이스로의 사용자 입력을 가능하게 하는 터치 스크린 디스플레이(예컨대, 용량성 또는 다른 기술)이다. 디스플레이(104)는, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 TFT 기반 디바이스를 포함할 수 있다. 당업자는 디스플레이 모듈이 대체로 도 1 내지 도 2c에 기술된 바와 같은 구성과 기계적으로 호환된다면 본 발명의 방법이 어떤 미래의 디스플레이 기술에도 동일하게 적용가능하다는 것을 인식한다.
도 1의 실시예의 안테나 어셈블리는 인클로저(102)의 측표면(106)에 기대어 끼워 맞춰지도록 구성된 사각형 라디에이터 소자(108)를 더 포함한다. 측면(106)은 모바일 무선 디바이스의 상단, 하단, 좌측, 우측, 전방 또는 후방 표면 중 어떤 것일 수 있다. 전형적으로, 현대의 휴대용 디바이스는 이들의 두께(111)가 디바이스 하우징의 길이 또는 폭보다 훨씬 작도록 제조된다. 결과적으로, 예시된 실시예의 라디에이터 소자는 측표면(예컨대, 좌측, 우측, 상단, 하단)을 따라 배치된 경우 길이(110)가 폭(112)보다 크도록 긴(elongated) 형상을 갖도록 제조된다.
디바이스의 피드 포트에 접근하기 위해, 디바이스 인클로저에 개구가 제조된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 개구(114)는 측표면(106)을 통해 연장되고 디바이스의 내부에 배치된 디바이스 RF부(미도시)의 일부인 피드 엔진으로부터 피드 도체(116)를 관통하는 기능을 한다. 대안으로, 개구는 아래에서 상세히 설명된 바와 같이 라디에이터 피드점에 근접하게 제조된다.
도 1의 안테나 어셈블리는 라디에이터 소자(108) 바로 위에 설치된 유전체 안테나 덮개(118)를 더 포함한다. 덮개(118)는 외부 환경으로부터 라디에이터에 대한 전기적 절연을 제공하도록, 특히 디바이스 이용 중 (종종 안테나 동작에 해로운) 사용자의 손과 라디에이터 간의 직접적인 접촉을 막도록 구성된다. 덮개(118)는 어떤 적절한 유전체 물질(예컨대, 플라스틱 또는 유리)로 제조된다. 덮개(118)는 적절한 다양한 수단, 즉 후술하는 바와 같은 추가적인 유지 부재의 지원 하에 접착제, 압입(press-fit), 스냅 인(snap-in)에 의해 부착된다.
일 실시예에서, 덮개(118)는 내구성이 강한 산화물 또는 유리(예컨대, 이산화 지르코늄(ZrO2)("지르코니아"라고도 지칭됨), 또는 다우 코닝(Dow Corning)에서 제조한 Gorilla® Glass)로 제조되고, 디바이스 몸체에 (이를 테면 초음파 용접(USW) 기술을 통해) 용접된다. 다음으로 한정되지 않지만 접착제, 스냅 핏(snap-fit), 압입(press-fit), 열융착(heat staking) 등을 포함하여 다른 부착 방법도 사용될 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서, 덮개는 비전도성 필름, 또는 라디에이터 소자(들)의 하나 이상의 외부 표면에 접착된 비전도성 페인트를 포함한다.
도 1a에는 무선 디바이스에의 장착을 위해 구성된 라디에이터 소자(108)의 예시적인 실시예(120)의 상세 구조가 제시된다. 라디에이터 소자(108)는 경질 기판(141) 상에, 이를 테면 유전체 물질(예컨대, FR-4)로 제조된 PCB 상에 배치된 전도성 코팅(129)을 포함한다. 유리, 세라믹, 공기와 같은 다른 적절한 물질 역시 사용가능하다. 일 변형예에서, 기판의 대향 표면 상에 전도성 층을 배치하여, 접지 평면의 일부를 형성한다. 다른 구현예에서, 라디에이터 소자는 경질의 지지 소자 상에 장착된 플렉스(flex) 회로(단면, 또는 양면)로 제조된다.
전도성 코팅(129)은 제1 부분(122) 및 제2 부분(124)을 포함하는 라디에이터 구조체(130)를 형성하도록 형상화되고, 피드점(126)에서 피드 도체(116)에 결합된다. 제2 부분(124)은 안테나 라디에이터를 새시 모드(modes)에 결합하는 송신 라인으로 작용하는 전도성 소자(128)를 통해 피드점(126)에 결합된다.
제1 부분(122)과 제2 부분(124)은 결합 소자(125)를 통해 접속된다. 도 1a의 예시적인 실시예에서, 송신 라인 소자(128)는 제1 부분(122)에 핑거형 돌기(finger-like projection)를 형성하여, 하나가 송신 라인(128)의 각 면 상에 존재하는 두 개의 좁은 슬롯(131, 133)을 형성하도록 구성된다. 라디에이터(108)는 루프 구조를 형성하고 안테나를 원하는 사양(예컨대, 주파수, 대역폭 등)으로 튜닝하는데 사용되는 여러 접지 클리어런스 부분(135, 137, 139)을 더 포함한다.
도 1a의 예시적인 실시예의 피드 도체(116)는 피드점(126), 차폐부(142), 및 외부 절연체(146)에 접속된 중앙 도체(140)를 포함하는 동축 케이블이다. 도 1a의 실시예에서, 피드 도체(116)의 일부는 라디에이터 PCB(108)를 따라 길이방향(lengthwise)으로 라우트된다.
차폐부(148)는 도 1a에 도시된 바와 같이 하나 이상의 위치(148)에서 라디에이터 접지 평면(129)에 접속된다. 피드 도체(116)의 타단은 디바이스의 전자장치의 RF부의 적절한 피드 포트(미도시)에 접속된다. 일 변형예에서, 이러한 접속은 무선 주파수 커넥터를 통해 이루어진다.
일 실시예에서, 라디에이터 전기 길이를 조절하기 위해 집중 리액티브(lumped reactive) 부품(152)(예컨대 유도성 L 또는 용량성 C)이 제2 부분(124) 전체에 걸쳐 결합된다. 실시예(120)에서, 다음으로 한정되지 않지만 단일 또는 다중 이산 커패시터(예컨대, 플라스틱 필름, 운모(mica), 유리, 또는 종이), 또는 칩 커패시터를 포함하여 많은 적절한 커패시터 구성도 사용가능하다. 마찬가지로, 많은 인덕터 구성(예컨대, 공기 코일, 직선 와이어 도체 또는 토로이드 코어(toroid core))도 본 발명과 함께 사용될 수 있다.
라디에이팅(radiating) 소자(108)는 라디에이팅 소자(108)를 디바이스의 접지(예컨대, 하우징/섀시)에 결합하도록 구성된 접지점(136)을 더 포함한다. 일 변형예에서, 라디에이팅 소자(108)는 접지 결합점(136)에서 전도성 스펀지(sponge)를 통해 디바이스에, 그리고 피드점(126)에서 납땜 접합(solder joint)을 통해 피드 케이블에 부착된다. 다른 변형예에서, 전술한 두 가지 접속은 납땜 접합을 통해 이루어진다. 또 다른 변형예에서, 두 가지 접속은 전도성 스펀지를 통해 이루어진다. 다음으로 한정되지 않지만, c-클립, 포고 핀(pogo pin) 등을 포함하여 다른 전기적인 결합 방법도 본 발명의 실시예와 함께 사용가능하다. 추가적으로, 라디에이팅 소자를 디바이스 하우징에 부착하기를 원할 경우 적절한 접착제 또는 기계적인 유지 수단(예컨대, 스냅 핏)도 사용될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 라디에이터 소자는 대략 폭이 10mm(0.3인치)이고 길이가 50mm(2인치)이다. 당업자는 전술한 안테나 크기가 예시적이고 디바이스의 실제 크기 및 그의 동작 대역에 따라 조절된다는 것을 인식할 것이다. 일 변형예에서, 안테나의 전기적 크기는 집중 리액티브 부품(152)을 이용하여 조절된다.
이제 도 1b 내지 도 1d를 참조하면, 도 1a의 실시예의 하나 이상의 안테나 라디에이팅 소자(108)를 휴대용 디바이스에 설치하는 세부사항이 제시된다. 도 1b에 도시된 단계(154)에서, 라디에이터가 확실하게 단지 원하는 위치(예컨대, 접지점(136))에서만 접지에 결합되도록 하기 위해, 유전체 스크린(156)을 라디에이팅 소자(108)에 기대어 배치하여 전도성 구도체(140) 및 피드점을 디바이스의 금속 인클로저/섀시(102)로부터 전기적으로 격리한다. 유전체 스크린(156)은 접지점(136)의 위치 및 크기에 상당하는 개구(158)를 포함하고, 접지점과 금속 섀시 사이의 전기적 접촉을 허용하도록 구성된다. 피드점의 위치에도 유사한 개구(미도시)가 제조된다. 절연 물질에 의해 생성된 갭은 라디에이터 전도성 구조체(140)와 금속 인클로저 사이에 바람직하지 않는 단락(short circuits)을 막는다. 일 변형예에서, 유전체 스크린은 플라스틱 필름 또는 비전도성 스프레이를 포함하지만, 본 개시 내용이 주어지면 당업자는 다른 물질을 이용해도 동일한 성공을 거둘 수 있다는 점을 인식할 것이다.
도 1c는 하우징(102)에 설치된 라디에이팅 소자(108) 어셈블리의 내부도를 도시한다. 단계(160)에서, 라디에이팅 소자는 하우징 측면(106)에 기대어 장착되고, 그 사이에 유전체 스크린(156)이 끼워 맞춰진다. 측면(106)에는 채널 또는 홈(groove)(162)이 제조된다. 홈(162)은 라디에이터 피드점에의 접근을 허용하면서, 인클로저/섀시의 외부 표면과 같은 높이로 도체를 움푹 들어가게 구성된다. 이러한 구성은 라디에이터 소자(108)와 하우징 측면(106) 사이의 갭을 줄이고, 그럼으로써 안테나 어셈블리의 두께를 유리하게 줄여준다. 전술한 바와 같이, 라디에이팅 소자를 디바이스 하우징에 부착하기를 원할 경우 적절한 접착제 또는 기계적인 유지 수단(예컨대, 스냅 핏)도 사용될 수 있다.
도 1d는 하우징(102)에 설치된 라디에이팅 소자(108) 어셈블리의 외관을 도시한다. 단계(166)에서, 라디에이팅 소자(108)는 하우징 측면(106)에 기대어 장착되고, 그 사이에 유전체 스크린(156)이 끼워 맞춰진다. 도 1d는 도 1a와 관련하여 전술한 라디에이팅 소자의 접지 평면의 일부를 형성하는 전도성 코팅(143)을 드러낸다. 전도성 코팅(143)은 라디에이터 소자(108)의 대향면 상에 배치된, 접지 클리어런스 소자(135, 137) 및 라디에이터의 제2 부분(124)의 위치 및 크기에 대략 상당하는 접지 클리어런스 소자(168)의 특징을 이룬다.
도 1a 내지 도 1d에 예시된 예시적인 안테나 라디에이터는 결합형 루프 섀시 여기 공진기를 형성하도록 구성된 라디에이터 구조체를 이용한다. 피드 도체의 일부가 라디에이터의 디멘젼(110)를 따라 라우트된 전술한 피드 구성은 협력하여 결합형 루프 공진기를 형성한다. 루프 안테나와 섀시 사이의 갭이 작으면 안테나 라디에이터와 섀시 사이의 전자기 결합이 용이하다. 금속 섀시(102)의 적어도 일부는 안테나 공진 구조체의 일부를 형성하여, 안테나 성능(특히 효율 및 대역폭)을 향상시킨다. 일 변형예에서, 갭은 비록 응용에 따라 다른 값들도 사용될 수 있지만 대략 0.1mm이다.
송신 라인(128)은 루프 공진기의 일부를 형성하고 섀시 모드를 결합하는데 도움을 준다. 송신 라인의 길이는, 예를 들어, 피드 에너지가 하우징/섀시로 얼마나 효율적으로 전달되는지를 포함하여 결합 및 피드 효율을 제어한다. 송신 라인의 최적의 길이는 적어도 부분적으로 동작 주파수에 따라 결정되며, 예를 들어, 대략 1GHz에서 동작 대역에 필요한 송신 라인의 길이는 대략 2GHz 대역에서 동작하는 안테나에 필요한 송신 라인의 길이의 두 배이다.
(접지점(136)에서) 금속 인클로저/섀시까지의 라디에이터의 단일점 접지 구성(single point grounding configuration)을 이용하면 기존의 해결책(이를 테면 통상의 역(inverted) 평면형 역-F(PIFA) 또는 모노폴 안테나)과 비교하여 효율적이고, 제조가 간단하면서, 비용이 저렴한 섀시 여기 안테나 구조체의 형성이 용이하다. 추가적으로, 루프 안테나의 평면 구성을 이용하면, 휴대용 통신 디바이스의 두께가 상당히 줄어들 수 있고, 이는 종종 좀 더 콤팩트한 통신 디바이스에 대한 소비자 요구를 충족시키는데 중요하다.
이제 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 라디에이터(108)의 접지점은 금속 하우징(섀시)에 직접 결합되고, 이는 다시 모바일 디바이스의 RF부(미도시)의 접지에 결합된다. 접지점의 위치는 안테나 루프 소자의 디멘젼, 및 원하는 동작 주파수 대역과 같은 안테나 설계 파라미터에 기초하여 결정된다. 또한 안테나 공진 주파수는 디바이스 디멘젼의 함수이다. 따라서, 루프 안테나의 전기적 크기(및 따라서 접지점의 위치)는 루프의 배치에 좌우된다. 일 변형예에서, 루프 PCB의 전기적 크기는 하위 대역 라디에이터의 경우 약 50mm이고(디바이스 인클로저의 하단면 상에 배치되며), 상위 대역 라디에이터의 경우 약 30mm이고(디바이스 인클로저의 상단면 상에 배치된다). 하우징의 더 긴 면(예컨대, 좌측면 및 우측면)을 따라 안테나 라디에이터의 위치를 결정하면 더 큰 전기적 크기의 루프를 생성한다는 점이 주목된다. 따라서, 루프의 디멘젼(들)은 원하는 동작 주파수 대역과 일치하기 위해 적절히 조절될 필요가 있을 수 있다.
피드 도체의 길이는 특정 디바이스의 다양한 설계 파라미터(예컨대, 인클로저 디멘젼, 동작 주파수 대역 등)에 의해 결정된다. 도 1a의 예시적인 실시예에서, 피드 도체(116)는 대략 길이가 50mm(2인치)이고, 이는 디바이스 디멘젼(들), (메인 PCB 상의) RF 전자장치부의 위치 및 안테나 디멘젼(들) 및 배치에 따라 조절된다.
도 1 내지 도 1d와 관련하여 전술한 안테나 구성은 디바이스 크기 내에서 사용되는 공간을 매우 작게 하는 안테나 구성, 실제로, '제로 부피(zero-volume)' 안테나를 가능하게 한다. 이러한 작은 부피의 안테나는 유리하게 디바이스 섀시 상의 여러 위치에서 안테나 배치를 용이하게 하고, 디바이스 내에서 가능한 위치 및 방위의 수를 확장한다. 추가적으로, 섀시 결합을 이용하여 안테나 여기를 돕게 되면 특정 주파수 대역을 지원하는데 필요한 루프 안테나 소자의 크기를 변경할 수 있다.
라디에이터 소자(들)가 여전히 섀시에 결합되면서도 금속 섀시 외부에 배치되기 때문에 (기존의 해결책과 비교하여) 대체로 예시된 실시예에서 안테나 성능이 향상된다.
안테나의 공진 주파수는 (i) 루프의 크기를 변경하고(라디에이터의 길이를 증가하고/감소하거나, 직렬의 커패시터/인덕터를 추가하고), 및/또는 (ii) 안테나와 금속 섀시 사이의 결합 거리를 변경함으로써 제어된다.
안테나의 배치는 디바이스 사양에 따라 선택되며, 따라서 루프의 크기는 안테나 요건에 따라 조절된다.
도 1a 내지 도 1d에 예시된 예시적인 구현예에서, 라디에이팅 구조체(130) 및 접지점(138)은 이들이 디바이스 인클로저/섀시와 대향하도록 배치된다. 당업자는 하나 또는 둘 다의 소자(130, 138)가 덮개(118)를 향해 외부와 대향하는 것과 같은 다른 구현예도 적합하다는 것을 인식한다. 라디에이터 구조체(130)가 디바이스 인클로저에서 외부와 대향하면, 피드 중앙 도체(140)에의 접근을 허용하는 정합(matching) 홀이 기판(141)에 제조된다. 일 변형예에서, 접지점(136)은 접지 평면(129) 대신 접지 평면(143) 상에 배치된다.
도 1e는 휴대용 디바이스 하우징(188)의 상단면 또는 하단면(184)에 끼워 맞추도록 특별히 구성된 본 발명의 안테나 어셈블리의 또 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 하우징은 슬리브형 형상(예컨대, 상단(184) 및 하단면이 개방됨)을 포함한다. 금속 지지 소자(176)는 안테나 라디에이터 소자(180)를 장착하는데 사용된다.
도 1e의 구현예는 완전히 금속인 섀시를 제공하고, 디바이스의 강성(rigidity)을 보장한다. 일 변형예에서, 인클로저 및 지지 소자는 동일한 물질(예컨대, 알루미늄 합금)로 제조되므로, 제조를 간단화하고, 비용을 저감하고 장식적 후처리 공정(decorative post-processing process)을 통해 인클로저의 끊김 없는(seamless) 구조체를 성취할 수 있다.
(예를 들어, 앞에서 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같은) 대안의 실시예에서, 디바이스 하우징은 폐쇄 수직면(예컨대, 좌측, 우측, 상단 및 하단)을 갖는 금속 인클로저를 포함하므로, 도 1d의 지지 소자(168)와 같은 추가적인 지지 소자를 필요로 하지 않는다.
디바이스 디스플레이(미도시)는 디바이스 하우징의 상부 표면 상에 형성된 캐비티(192) 내에 끼워 맞추도록 구성된다. 안테나 덮개(178)는 라디에이터 소자(180) 위에 배치되어 외부 영향으로부터 격리하도록 한다.
지지 소자(176)는 하우징의 개구(184)에 정확하게 끼워 맞추도록 형성되고 예를 들어, 압입, 마이크로 용접, 파스너(예컨대, 스크류, 리벳 등), 또는 심지어 적절한 접착제를 포함하는 어떤 적절한 수단을 통해 하우징에 부착된다. 지지 소자(176)의 외부 표면(175)은 안테나 라디에이터(180)를 수용하도록 형상화된다. 지지 소자(178)는 피드 도체(172)를 통과하도록 설계된 개구(194)를 더 포함한다. 피드 도체(172)는 휴대용 디바이스의 PCB(189) 및 안테나 라디에이터 소자(180)의 피드점(미도시)에 접속된다.
일 실시예에서, 피드 도체, 라디에이터 구조체, 및 접지 결합 장치는 도 1a 및 도 1b와 관련하여 전술한 실시예와 마찬가지로 구성된다.
일 변형예에서, 피드 도체 길이의 일부는 안테나 지지 소자(176)의 디멘젼(174)를 따라, 예를 들어, 소자(176)의 내부 표면을 따라, 또는 외부 표면을 따라 길이방향으로 라우트된다. 또한, 원할 경우 지지 소자(168)의 각 표면 상에 그 표면과 같은 높이로 피드 도체를 움푹 들어가게 정합 홈이 제조될 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서, 피드 도체(172)의 일부는 지지 소자(178)의 측방 모서리를 따라 라우트된다. 이러한 구현예를 수용하기 위해, 그 측방 모서리 가까이에 개구(194)가 제조된다.
라디에이팅 소자(180)는 접지 결합점에서 전도성 스펀지를 통해 새시에 그리고 피드점에서 납땜 접합을 통해 피드 케이블에 부착된다. 일 변형예에서, 양측의 결합은 납땜 접합을 통해 이루어진다. 추가적으로 또는 대안으로, 원할 경우 적절한 접착제 또는 기계적인 유지 수단(예컨대, 스탭 핏, c-클립)도 사용될 수 있다.
라디에이터 덮개(178)는 예시적인 실시예에서 어떤 적절한 유전체 물질(예컨대, 플라스틱)로 제조된다. 라디에이터 덮개(178)는 추가적인 유지 부재(182) 등의 지지 하에 적절한 다양한 수단들, 이를 테면 접착제, 압입, 스냅 인 핏 중 어떤 것에 의해 디바이스 하우징에 부착된다.
다른 구성(미도시)에서, 라디에이터 덮개(178)는 비전도성 필름, 적층체(laminate), 또는 각 라디에이터 소자의 하나 이상의 외부 표면에 접착된 비전도성 페인트를 포함한다.
일 실시예에서, 라디에이팅 소자(180), 동축 케이블(172) 및 금속 지지체(176) 사이에 유전체 박막이 배치되어 하나의 위치, 즉 접지점을 제외한 모든 위치에서 라디에이터와 금속 캐리어 사이의 직접적인 접촉을 막는다. 절연체(미도시)는 도 1a와 관련하여 전술한 실시예와 마찬가지로, 라디에이터 소자(180) 상의 접지점의 위치 및 크기에 상당하는 개구를 갖는다.
덮개(178)는 내구성이 강한 산화물 또는 유리(예컨대, 지르코니아, 또는 다우 코닝(Dow Corning)에서 제조한 Gorilla® Glass)로 제조되고, 장치 몸체에 (즉, 초음파 용접(USW) 기술을 통해) 용접된다. 다음으로 한정되지 않지만 접착제, 스냅 핏, 압입, 열융착 등을 포함하여 다른 부착 방법도 사용가능하다.
도 1a의 앞의 실시예와 마찬가지로, 안테나 라디에이터 소자(180), 피드 도체(172), 금속 지지체(176), 및 디바이스 인클로저는 협력하여 결합형 루프 공진기를 형성함으로써, 기존의 해결책과 비교하여 효율적이고, 제조가 간단하고, 비용이 저렴한 섀시 여기 안테나 구조체의 형성을 용이하게 한다.
도 1a 내지 도 1d와 관련하여 전술한 예시적인 안테나 구현예에서처럼, 라디에이터 소자가 여전히 섀시에 결합되면서도 금속 인클로저/섀시의 외부에 배치되기 때문에, 도 1e의 디바이스의 안테나 성능은 기존의 구현예와 비교하여 향상된다.
예시적인 모바일 디바이스 구성
이제 도 2a를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 두 개의 안테나 컴포넌트를 포함하는 모바일 디바이스의 예시적인 실시예(200)가 도시되고 설명된다. 모바일 디바이스는 폭(204), 길이(212), 및 두께(높이)(211)를 갖는 금속 인클로저(또는 섀시)(202)를 포함한다. 도 1a의 실시예와 유사하게 구성된 두 개의 안테나 소자(210, 230)는 각각 하우징(202)의 두 개의 대향면(106, 206) 상에 배치된다. 각 안테나 소자는 개별 주파수 대역에서(예를 들어, 비록 안테나 소자의 구성 및/또는 개수를 다르게 함에 따라 더 적거나 더 많은 및/또는 다른 대역도 형성될 수 있다는 것을 인식하지만, 하나의 안테나(210)는 하위 주파수 대역(lower frequency band)에서 그리고 하나의 안테나(230)는 상위 주파수 대역(upper frequency band)에서) 동작하도록 구성된다. 다른 구성도 본 발명에 부합하게 사용될 수 있고, 이는 본 개시 내용이 주어진다면 당업자에 의해 인식될 것이다. 예를 들면, 두 개 모두의 안테나가 동일한 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있으므로, MIMO 동작에 대한 다양성을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 하나의 안테나 어셈블리는 NFC 호환 주파수 대역에서 동작하도록 구성되어, 예를 들어 결제 거래 중에 단거리 데이터 교환을 가능하게 한다.
예시된 안테나 어셈블리(210)는 인클로저의 측면(106) 상에 배치되고 피드점(미도시)에서 피드 도체(116)에 결합된 사각형 안테나 라디에이터(108)를 포함한다. 라디에이터(108)의 장착을 용이하게 하기 위해, 하우징의 측면(106) 상에 패턴(107)이 제조된다. 피드 도체(116)는 하우징 측면에 제조된 개구(114)를 통해 끼워 맞춰진다. 피드 도체의 일부는 측면(106)을 따라 길이방향으로 라우트되고, 라디에이터 소자(108)에 결합된다. 안테나 덮개(118)는 라디에이터(108)의 상단에 직접 배치되어 라디에이터의 격리를 제공한다.
예시된 안테나 어셈블리(230)는 하우징 측면(206) 상에 배치되고 피드점(미도시)에서 피드 도체(236)에 결합된 사각형 안테나 라디에이터(238)를 포함한다. 피드 도체(236)는 하우징 측면(206)에 제조된 개구(미도시)를 통해 끼워 맞춰진다. 피드 도체의 일부는 피드 도체(116)와 유사한 방식으로 측면(206)을 따라 길이방향으로 라우트되고, 피드점에서 라디에이터 소자(238)에 결합된다.
일 실시예에서, 라디에이팅 소자(108, 238)는 결합점(접지 및 피드)에서 납땜 접합을 통해 섀시에 부착된다. 일 변형예에서, 라디에이팅 소자는 접지 결합점에서 전도성 스펀지를 통해 디바이스에 그리고 피드점에서 납땜 접합을 통해 피드 케이블에 부착된다. 다른 변형예에서, 양측의 접속은 전도성 스펀지를 통해 이루어진다. 다음으로 한정되지 않지만, c-클립, 포고 핀 등을 포함하여 다른 전기적인 결합 방법도 본 발명의 실시예와 함께 사용가능하다. 추가적으로, 라디에이팅 소자를 디바이스 하우징에 부착하기를 원할 경우 적절한 접착제 또는 기계적인 유지 수단(예컨대, 스냅 핏)도 사용될 수 있다.
덮개 소자(118, 240)는 또한 본 실시예에서 어떤 적절한 유전체 물질(예컨대, 플라스틱, 유리, 지르코니아)로 제조되고 추가적인 유지 부재(미도시) 등의 지지 하에 접착제, 압입, 스냅 인과 같은 적절한 다양한 수단에 의해 디바이스 하우징에 부착된다. 대안으로, 덮개는 비전도성 필름, 또는 전술한 바와 같이 라디에이터 소자(들)의 하나 이상의 외부 표면에 접착된 비전도성 페인트로 제조될 수 있다.
두 안테나 모두에 피드를 제공하기 위해 단일의 다중 피드 송수신기가 사용될 수 있다. 대안으로, 각 안테나는 개별 피드를 이용할 수 있으며, 여기서 각 안테나 라디에이터는 (도 1a의 실시예와 마찬가지로) 개별 피드 도체를 통해 모바일 무선 디바이스의 개별 피드 포트에 직접 결합되어 각 안테나 소자의 동작을 개별 주파수 대역(예컨대, 하위 대역, 상위 대역)에서 가능하게 한다. 디바이스 하우징/섀시(102)는 두 안테나의 공통 접지로 작용한다.
도 2b는 본 발명의 모바일 디바이스의 또 다른 실시예(250)를 도시한 것으로, 여기서 두 개의 안테나 컴포넌트(160, 258)는 각각 모바일 디바이스 하우징(102)의 상단면 및 하단면 상에 배치된다. 각 안테나 컴포넌트(160, 258)는 도 1c에 도시된 안테나 실시예와 유사하게 구성되고, 개별 주파수 대역에서(예컨대, 안테나(160)는 상위 주파수 대역에서 그리고 안테나(258)는 하위 주파수 대역에서) 동작한다. 도 2a 및 도 2b의 실시예가 두 개(2)의 라디에이팅 소자를 각각 도시하지만, (이를 테면 두 개보다 많은 주파수 대역을 제공할 목적으로, 또는 호스트 디바이스의 물리적 특징 또는 특성을 수용하기 위해) 더 많은 라디에이팅 소자가 사용될 수 있음을 추가로 인식할 것이다. 예를 들면, 각 실시예의 두 개의 라디에이팅 소자는 (총 네 개의 서브 소자에 대해) 각각 두 개의 서브 소자로 분리될 수 있고, 및/또는 라디에이팅 소자는 하우징의 측면 상 및 상단/하단 상에 모두 배치될 수 있다(실제로, 도 2a 및 도 2b의 실시예를 조합한 것임). 본 개시 내용이 주어진다면 당업자는 또 다른 변형예도 쉽게 인식할 것이다.
도 2b의 실시예에서, 안테나 어셈블리(160, 258)는 디바이스 하우징(252)의 상단면 또는 하단면에 실질적으로 등각(conformal) 형태로 끼워 맞추도록 특별히 구성된다. 하우징(252)이 슬리브형 형상을 포함하기 때문에, 금속 지지 소자(168, 260)가 제공된다. 지지 소자(168, 260)는 하우징의 개구에 정확하게 끼워 맞추도록 형상화되고, 예를 들어 압입, 마이크로 용접, 접착제, 또는 파스너(예컨대, 스크류 또는 리벳)와 같은 어떤 적절한 수단을 통해 하우징에 부착된다. 지지 소자(168, 260)의 외부 표면은 각각 안테나 라디에이터(180, 268)를 수용하도록 형상화된다. 지지 소자(168, 260)는 각각 피드 도체(172, 262)에 끼워 맞추도록 설계된 개구(170, 264)를 포함한다. 피드 도체(172, 262)는 휴대용 디바이스의 메인 PCB(256)에 결합된다. 디바이스 디스플레이(미도시)는 디바이스 하우징의 상위 표면 상에 형성된 캐비티(254) 내에 끼워 맞추도록 구성된다. 안테나 덮개 소자(178, 266)는 라디에이터(180, 268) 위에 배치되어 외부 영향으로부터 격리를 제공한다. 또 다른 구현예(미도시)에서, 안테나 소자
일 변형예에서, 라디에이팅 소자(180, 268)는 결합점(접지 및 피드)에서 납땜 접합을 통해 각 안테나 지지 소자에 부착된다. 다른 변형예에서, 전도성 스펀지 및 적절한 접착제 또는 기계적인 유지 수단(예컨대, 스냅 핏, 압입)도 사용된다. 160, 258은 비등각 배열로 구성된다.
전술한 바와 같이, 덮개 소자(178, 266)는 어떤 적절한 유전체 물질(예컨대, 플라스틱, 지르코니아, 또는 단단한 유리)로 제조되고, 예를 들어, 추가적인 유지 부재(182, 270, 272)의 지지 하에 접착제, 압입, 스냅 인과 같은 적절한 다양한 수단 중 어떤 것에 의해 디바이스 하우징에 부착될 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서, 피드 도체의 일부는 각 지지 소자(168, 268)의 측방 모서리를 따라 라우트된다. 이러한 구현예를 수용하기 위해, 그 측방 모서리 가까이에 개구(170, 264)가 제조된다.
예시된 실시예에서, 폰 하우징 또는 섀시(252)는 두 안테나의 공통 접지로 작용한다.
도 2c에는 모바일 디바이스의 제3 실시예(280)가 제시되며, 여기서 안테나 어셈블리(210, 290)는 각각 모바일 디바이스 하우징(202)의 좌측면 및 하단면 상에 배치된다. 디바이스 하우징(202)은 하나 이상의 디스플레이(254)를 지지하는 금속 인클로저를 포함한다. 도 2c의 각 안테나 소자는 개별 주파수 대역에서(예컨대, 안테나(290)는 하위 주파수 대역에서 그리고 안테나(210)는 상위 주파수 대역에서) 동작하도록 구성된다. 본 개시 내용이 주어진다면 당업자는 다른 구성(예컨대, 더 많거나 더 적은 소자, 다른 배치 또는 방위 등)도 인식할 것이다.
안테나 어셈블리(210, 290)는 도 2a와 관련하여 전술한 안테나 어셈블리(210)와 유사하게 구성된다. 도 2c의 예시적인 실시예의 디바이스 하우징(202)은 폐쇄 측면을 갖는 금속 인클로저이므로, 안테나 라디에이터(들)를 장착하기 위해 추가적인 지지 소자(들)(예컨대, 168)를 필요로 하지 않는다.
일 실시예에서, 하위 주파수 대역(즉, 하위 주파수에서 동작하는 두 개의 라디에이팅 소자 중 하나와 연관된 것)은 서브 GHz의 이동 통신 세계화 시스템(GSM) 대역(예컨대, GSM710, GSM750, GSM850, GSM810, GSM900)을 포함하고, 반면에 상위 대역은 GSM1900, GSM1800, 또는 PCS-1900 주파수 대역(예컨대, 1.8 또는 1.9GHz)을 포함한다.
다른 실시예에서, 저대역 또는 고대역은 위성 위치확인 시스템(GPS) 주파수 대역을 포함하고, 안테나는, 예를 들어, 내장형 GPS 수신기에 의해 GPS 위치확인 신호를 수신하여 디코딩하는데 사용된다. 일 변형예에서, 단일의 상위 대역 안테나 어셈블리는 GPS 및 블루투스 주파수 대역 둘 다에서 동작한다.
다른 변형예에서, 고대역은 Wi-Fi(IEEE 표준 802.11) 또는 블루투스 주파수 대역(예컨대, 대략 2.4GHz)을 포함하고, 하위 대역은 GSM1900, GSM1800, 또는 PCS1900 주파수 대역을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명의 원리에 따라 구성된 두 개 이상의 안테나는 동일 주파수 대역에서 동작하므로, 특히 다중 입력 다중 출력(MIMO) 또는 다중 입력 단일 출력(MISO) 응용에 대한 다양성을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 주파수 대역들 중 하나는 근접장 통신 응용에 적합한 주파수 대역, 예를 들어, ISM 13.56MHz 대역을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 LTE.LTE-A(예컨대, 698MHz-740MHz, 900MHz, 1800MHz, 및 2.5GHz-2.6GHz), WWAN(예컨대, 824MHz-960MHz, 및 1710MHz-2170MHz), 및/또는 WiMAX(2.3, 및 2.5GHz) 주파수 대역을 커버하는 안테나 장치를 구성한다.
또 다른 다이플렉싱(diplexing) 구현예(미도시)에서, 단일 라디에이팅 소자 및 단일 피드가 두 가지 개별 주파수 대역에서 동작하는 단일 피드 해결책을 제공하도록 구성된다. 구체적으로, 단일 이중 루프 라디에이터는 단일 피드점을 이용하여, 길이가 다른 두 개의 피드 라인(송신 라인(128))이 단일의 다이플렉싱점(diplexing point)에서 서로 접합된 두 개의 루프를 형성하도록 구성되도록 두 개 모두의 주파수 대역을 형성한다. 다이플렉싱점은 다시 피드 도체(116)를 통해 장치의 포트에 결합된다.
당업자는 앞에서 주어진 주파수 대역 구성이 원하는 특정 응용(들)에서 요구하는 대로 변경될 수 있음을 인식할 것이다. 더욱이, 본 발명은 충분한 공간 및 분리가 존재하는 하나, 두 개, 세 개, 네 개, 또는 그 이상의 개별 안테나 어셈블리를 갖는 통상의 디바이스(예컨대, 삼중 대역 또는 사중 대역) 내에 또 다른 추가적인 안테나 구조체를 계획한다. 각각의 개별 안테나 어셈블리는 하나 이상의 주파수 대역에서 동작하도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서, 안테나 어셈블리의 수는 반드시 주파수 대역의 수와 일치할 필요가 없다.
본 발명은 다양한/MIMO 유형의 응용을 위해 추가적인 안테나 소자를 이용하는 것을 추가로 계획한다. 이차적인 안테나(들)의 위치는 원하는 레벨의 패턴/편광(polarization)/공간 다이버시티를 갖도록 선택될 수 있다. 대안으로, 본 발명의 안테나는 MIMO/SIMO 구성(즉, 다수의 다른 유형의 안테나를 갖는 이종 MIMO 또는 SIMO 어레이)에서 하나 이상의 다른 안테나 유형과 결합하여 사용될 수 있다.
비지니스 고려사항 및 방법
도 1 내지 도 2c의 예시적인 실시예에 따라 구성된 안테나 어셈블리는 유리하게, 예를 들어 휴대용 무선 디바이스에서 단거리 통신, 이를 테면 소위 근접장 통신(NFC) 응용을 가능하게 하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, NFC 기능은 무접촉(contactless) 결제 거래 중에 데이터를 교환하는데 사용된다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 영화 티켓 또는 스낵(snack)의 구입, NFC 가능 키오스크(kiosk)에서 Wi-Fi 접속, DVD 매장(retail) 디스플레이에서 영화 예고편 URL을 다운로딩, 구내(premises) 환경에서 NFC 가능 셋탑 박스를 통한 영화 구입, 및/또는 NFC 가능 홍보 포스터를 통한 이벤트로 티켓을 구입하는 것을 포함하여 다양한 그러한 거래 중 어떤 하나가 수행될 수 있다. NFC 가능 휴대용 디바이스가 컴플라이언트(compliant) NFC 판독기 장치에 근접하게 배치된 경우, 적절한 표준(예컨대, ISO/IEC 18092/ECMA-340 표준 및/또는 ISO/ELEC 14443 근접식-카드 표준)을 통해 거래 데이터가 교환된다. 예시적인 일 실시예에서, 안테나 어셈블리는 원하는 거리 전체에 걸쳐서, 예를 들어, 0.1과 0.5m 사이에서 데이터 교환을 가능하게 하도록 구성된다.
성능
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 예시적인 안테나 장치의 그의 양수인에 의해 검사 중에 획득한 성능 결과가 제시된다. 예시적인 안테나 장치는 이중 피드 프론트 엔드(dual feed front end)에 적합한 개별의 상위 대역 및 하위 대역 안테나 어셈블리를 포함한다. 하위 대역 어셈블리는 디바이스의 하단 모서리를 따라 배치되고, 상위 대역 어셈블리는 디바이스의 상단 모서리를 따라 배치된다. 예시적인 라디에이터들은 각각 동축 피드에 결합된 PCB, 및 안테나 당 단일 접지점을 포함한다.
도 3은 도 2b에 도시된 실시예에 따라 구성된 (i) 하위 대역 안테나 컴포넌트(258), 및 (ii) 상위 대역 안테나 어셈블리(170)로 측정된 주파수의 함수로서의 자유 공간 반사 손실(return loss) S11(dB 단위)에 대한 플롯을 도시한다. 하위 주파수 대역(302) 및 상위 주파수 대역(304)에 대한 예시적인 데이터는 하위 대역에서 820MHz와 960MHz 사이와, 상위 주파 대역에서 1710MHz와 2170MHz 사이의 특징적인 공진 구조체를 도시한다. 대역 간 격리도(isolation)(미도시)를 측정하면 하위 주파수 대역에서 약 -21dB와, 상위 주파수 대역에서 약 -29dB의 격리도 값을 얻는다.
도 4는 도 3과 관련하여 전술한 바와 동일한 두 개의 안테나에 대해 측정된 자유 공간 효율에 관한 데이터를 제시한다. 안테나 효율(dB 단위)은 다음과 같이 방사(radiated) 전력과 입력 전력의 비의 10진 대수(decimal logarithm)로 규정된다.
<수학식 1>
안테나 효율 = 10log10〔
Figure pct00001
〕
제로(0) dB의 효율은 이상적인 이론적 라디에이터에 해당하고, 여기서 모든 입력 전력은 전자기 에너지 형태로 방사된다. 도 4의 데이터에 의하면 휴대용 디바이스의 하단면에 위치한 본 발명의 하위 대역 안테나는 820과 960MHz 사이의 예시적인 주파수 범위에 대해 -4.5와 -3.75dB 사이의 총 효율(402)을 얻는다는 것을 보여준다. 도 4에서, 휴대용 디바이스의 상단면을 따라 위치한 상위 대역 안테나에서 얻은 상위 대역 데이터(404)는 1710과 2150MHz 사이의 예시적인 주파수 범위에서 유사한 효율을 보인다.
도 2b의 예시적인 안테나는 700MHz에서 960MHz까지의 예시적인 하위 주파수 대역뿐만 아니라, 1710MHz에서 2170MHz까지의 예시적인 상위 주파수 대역에서 동작하도록 구성된다. 이러한 역량은 유리하게 GSM710, GSM750, GSM850, GSM810, GSM1900, GSM1800, PCS-1900과 같은 여러 모바일 주파수 대역뿐만 아니라, LTE/LTE-A 및 WiMAX(IEEE 표준 802.16) 주파수 대역에 걸쳐 단일 안테나를 갖는 휴대용 컴퓨팅 디바이스의 동작을 가능하게 한다. 당업자가 인식하듯이, 앞에서 부여된 주파수 대역 구성은 원하는 특정 응용(들)에서 요구하는 대로 변경될 수 있고, 추가 대역 역시 지원되고/사용될 수 있다.
유리하게, 본 명세서에서 기술된 예시된 실시예에서와 같은 분산형 안테나 구성을 이용하는 안테나 구성은 상위 대역 동작과 독립적으로 하위 주파수 대역에서 안테나 동작을 최적화할 수 있다. 게다가, 결합형 루프 섀시 여기 안테나 구조체를 이용하면 안테나 크기, 특히 높이를 축소하고, 결국 휴대용 통신 디바이스를 더 얇게 만들 수 있다. 전술한 바와 같이, 두께의 축소는 두께가 원하는 공간(예컨대, 셔츠 포켓, 여행 가방 측면 포켓 등)에 무언가를 끼워 넣는 것과 끼워 넣지 못하는 것 사이를 차별화할 수 있다는 점에서, 모바일 무선 디바이스와 그의 상업적 인기에 있어서 (어떤 경우에는 다른 차원보다 훨씬 더) 중요한 특성일 수 있다.
더욱이, 안테나 라디에이터(들)를 하우징 측면과 같은 높이로 끼워 맞춤으로써, 거의 '제로 부피' 안테나가 만들어진다. 동시에, 모바일 디바이스의 안테나 제조 및 동작의 견고성 및 반복성도 높아지면서, 안테나 복잡도 및 비용도 저감된다. 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에서 안테나 덮개용으로 지르코니아 또는 단단한 유리 물질을 이용하면 통신 디바이스의 미관을 향상시키고 장식적 후처리 공정이 가능하다.
유리하게, 본 명세서에서 기술된 예시된 실시예에서처럼 안테나 구성을 이용하는 디바이스는 원할 경우 완전히 금속인 인클로저(또는 금속 섀시)의 사용이 가능하다. 이러한 인클로저/섀시는 디스플레이 소자를 견고하게 지지하고, (또한 안테나 동작을 향상시키면서도) 경질의 기계적 구성을 갖는 디바이스를 만들 수 있다. 이러한 특징은 (현재 이용가능한 전술한 해결책과 비교하여) 완전히 금속인 인클로저를 이용하는 대형 디스플레이를 갖는 더 얇은 무선 디바이스의 구성을 가능하게 한다.
본 발명의 양수인에 의해 획득한 실험 결과에 따르면 예시적인 이중 피드 구성에서 하위 대역(예컨대, 850/900MHz)에서 동작하는 안테나와 상위 대역(1800/1900/2100MHz)에서 동작하는 안테나의 약 -29dB 간의 격리도(예컨대, -21dB)가 매우 양호한 것으로 확인되었다. 하위 대역 안테나와 상위 대역 안테나 사이의 격리도가 높으면 필터 설계가 간단하고, 그럼으로써 아날로그 프론트 엔드 전자장치의 최적화도 용이하다.
일 실시예에서, 본 발명의 원리에 따라 구성되고 동일한 주파수 대역에서 동작하는 여러 가지 안테나가 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나 장치를 구성하는데 사용된다.
본 발명의 특정 양태가 방법 단계들의 특정 순서로 설명되었지만, 이러한 설명은 단지 본 발명의 광범위한 방법을 예시할 뿐이며, 특정 응용에서 요구하는 대로 변경될 수 있음을 알 것이다. 소정의 단계들은 특정 상황에서 불필요하거나 선택적으로 주어질 수 있다. 추가적으로, 소정의 단계들 또는 기능은 개시된 실시예에, 또는 재배열된 두 개 이상의 단계들의 동작 순서에 추가될 수 있다. 그러한 모든 변형은 본 명세서에서 기술되고 청구된 본 발명 내에 포함되는 것으로 간주된다.
전술한 상세한 설명은 여러 실시예에 적용된 바와 같은 본 발명의 신규한 특징을 제시하고, 기술하고, 지적하였지만, 본 발명으로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 예시된 장치 또는 공정의 형태 및 세부사항의 여러 가지 생략, 대체, 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 전술한 설명은 본 발명을 수행하기 위해 현재 고려되는 최선의 모드이다. 이러한 설명은 결코 제한하는 것으로 의도되지 않고, 그보다 본 발명의 일반적인 원리를 예시하는 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 범주는 특허청구범위를 참고로 하여 결정되어야 한다.

Claims (30)

  1. 휴대용 통신 디바이스에 사용하기 위한 안테나 컴포넌트로서, 상기 디바이스는 접지(ground), 피드 포트(feed port), 및 복수의 면(sides)을 갖는 금속 구조체(metal structure)를 포함하고, 상기 컴포넌트는,
    제1 디멘젼(dimension) 및 제2 디멘젼, 제1 및 제2 표면을 갖고, 상기 복수의 면 중 제1 면에 근접하게 배치되도록 구성된 라디에이터(radiator) 소자;
    제3 디멘젼 및 제4 디멘젼을 갖고, 상기 제2 표면에 근접하게 배치되도록 구성된 유전체(dielectric) 기판; 및
    피드점(feed point)에서 상기 라디에이터 소자에 결합하도록 구성된 피드 도체(feed conductor)
    를 포함하는 안테나 컴포넌트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 노말 프로젝션(normal projection)은 상기 라디에이터 소자의 노말 프로젝션보다 크거나 같으며,
    상기 라디에이터 소자는 접지점(ground point)에서 접지되는 안테나 컴포넌트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피드 도체의 적어도 일부는 실질적으로 상기 제1 디멘젼에 평행하게 상기 제1 면을 따라 배열되며,
    상기 라디에이터 소자, 상기 피드 도체의 상기 적어도 일부, 및 상기 제1 면의 적어도 일부는 제1 주파수 대역에서 동작가능한 결합형 루프 안테나(coupled loop antenna)를 형성하는 안테나 컴포넌트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 라디에이터 소자와 상기 제1 면 사이에 배치되고 상기 제1 면의 적어도 일부를 상기 라디에이터 소자로부터 전기적으로 격리하도록 구성된 유전체 소자를 더 포함하는 안테나 컴포넌트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터 소자는 제1 부분(portion) 및 제2 부분을 포함하는 전도성 구조체(conductive structure)를 포함하고, 상기 제2 부분은 리액티브 회로(reactive circuit)를 통해 상기 피드점에 결합되는 안테나 컴포넌트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 라디에이터 소자와 상기 제1 면 사이에 배치되고 상기 제1 면의 적어도 일부를 상기 라디에이터 소자로부터 전기적으로 격리하도록 구성된 유전체 소자를 더 포함하는 안테나 컴포넌트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 리액티브 회로는 평면(planar) 송신 라인을 포함하는 안테나 컴포넌트.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 라디에이터 소자의 전기적 크기를 조절하도록 구성된 제2 리액티브 회로를 더 포함하는 안테나 컴포넌트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 리액티브 회로는 (i) 유도성(inductive) 소자, 및/또는 (ii) 용량성(capacitive) 소자 중 적어도 하나를 포함하는 안테나 컴포넌트.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 라디에이터 소자는 유전체 기판, 및 그 상부에 배치된 전도성 코팅(conductive coating)을 포함하고,
    상기 전도성 구조체는 상기 전도성 코팅을 포함하는 안테나 컴포넌트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 적어도 제1 캐비티(cavity)를 갖는 슬리브형 형상(sleeve like shape)을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 제1 캐비티 내에 배치된 금속 지지 소자를 포함하는 안테나 컴포넌트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피드 도체의 적어도 일부는 실질적으로 상기 제1 디멘젼에 평행하게 상기 제1 면을 따라 배열되고,
    상기 라디에이터 소자, 상기 피드 도체의 상기 적어도 일부, 및 상기 제1 면의 적어도 일부는 제1 주파수 대역에서 동작가능한 결합형 루프 안테나를 형성하는 안테나 컴포넌트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터 소자는 유전체 기판, 및 그 상부에 배치된 전도성 코팅을 포함하는 안테나 컴포넌트.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터 소자는 플렉스(flex) 회로를 포함하는 안테나 컴포넌트.
  15. 복수의 면을 갖고 접지 및 적어도 하나의 피드 포트를 포함하는 전자장치(electronics)를 하우징하는 금속 구조체(metal structure)를 포함하는 휴대용 통신 디바이스에 사용하기 위한 안테나 장치로서, 상기 안테나 장치는,
    제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제1 안테나 어셈블리(antenna assembly) - 상기 제1 어셈블리는,
    제1 접지 구조체(ground structure) 및 제1 피드 구조체(feed structure)를 포함하고, 상기 복수의 면 중 제1 면을 따라 배치된 제1 라디에이터 소자;
    상기 제1 피드 구조체 및 상기 적어도 하나의 피드 포트에 결합된 제1 피드 도체; 및
    상기 제1 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제1 라디에이터를 덮는 제1 비전도성 덮개를 포함함 -; 및
    제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 안테나 어셈블리 - 상기 제2 어셈블리는,
    제2 접지 구조체 및 제2 피드 구조체를 포함하고, 상기 복수의 면 중 제2 면을 따라 배치된 제2 라디에이터 소자;
    상기 제2 피드 구조체 및 피드 포트에 결합된 제2 피드 도체; 및
    상기 제2 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제2 라디에이터를 덮는 제2 비전도성 덮개를 포함함 -
    를 포함하는 안테나 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 디바이스 접지, 상기 제1 접지 구조체, 및 상기 제2 접지 구조체에 전기적으로 결합되고,
    상기 제1 피드 도체의 적어도 일부는 상기 제1 면을 따라 배치되어 상기 금속 구조체의 적어도 일부, 상기 제1 라디에이터 소자, 및 상기 제1 피드 도체의 상기 적어도 일부 사이에 제1 결합형 루프 안테나 구조체를 형성하며,
    상기 제2 피드 도체의 적어도 일부는 상기 제2 면을 따라 배치되어 상기 금속 구조체의 적어도 일부, 상기 제2 라디에이터 소자, 및 상기 제2 피드 도체의 상기 적어도 일부 사이에 제2 결합형 루프 안테나 구조체를 형성하는 안테나 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 라디에이터 소자 및 상기 제2 라디에이터 소자는 실질적으로 상기 제1 덮개 및 상기 제2 덮개 각각과, 상기 금속 구조체 사이에 배치되는 안테나 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 라디에이터 소자와 상기 제1 면 사이에 배치되고 상기 제1 면의 적어도 일부를 상기 라디에이터 소자로부터 전기적으로 격리하도록 구성된 유전체 소자를 더 포함하는 안테나 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 라디에이터 소자 및 상기 제2 라디에이터 소자는 실질적으로 상기 제1 덮개 및 상기 제2 덮개 각각과, 상기 금속 구조체 사이에 배치되는 안테나 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제1 면은 실질적으로 상기 제2 면과 대향하여 배열되는 안테나 장치.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 제1 면은 상기 제2 면에 인접하여 배열되는 안테나 장치.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 제1 주파수 대역은 700과 960MHz 사이의 주파수 대역을 포함하고 상기 제2 주파수 대역은 상위 주파수 대역을 포함하는 안테나 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 상위 주파수 대역은 1710과 2150MHz 사이의 주파수 대역을 포함하는 안테나 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 상위 주파수 대역은 위성 위치확인 시스템(GPS) 주파수 대역을 포함하는 안테나 장치.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 피드 포트는 상기 적어도 하나의 피드 포트를 포함하는 안테나 장치.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 제1 캐비티 및 제2 캐비티를 갖는 슬리브형 형상을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 제1 캐비티 내에 배치되고 상기 제1 라디에이터 소자를 수용하도록 구성된 제1 금속 지지 소자를 포함하고,
    상기 제2 면은 상기 제2 캐비티 내에 배치되고 상기 제2 라디에이터 소자를 수용하도록 구성된 제2 금속 지지 소자를 포함하는 안테나 장치.
  27. 안테나 컴포넌트로서,
    복수의 표면(surfaces)을 갖는 유전체 기판;
    상기 기판의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 전도성 코팅; 및
    라디에이터 구조체
    를 포함하고,
    상기 전도성 코팅은, 접지 구조체를 포함하는 접지 평면(ground plane)의 적어도 일부를 형성하도록 구성되고,
    상기 라디에이터 구조체는,
    피드 구조체;
    제1 부분(portion);
    제2 부분;
    상기 제2 부분으로부터 상기 피드 구조체에 결합된 스트립라인(stripline);
    실질적으로 상기 스트립라인을 상기 제1 부분으로부터 분리하여 격리하는 복수의 비전도성 슬롯; 및
    실질적으로 상기 하나의 표면의 주변 내에 배치된 적어도 하나의 접지 클리어런스 영역(ground clearance area)을 포함하고,
    상기 접지 구조체는 상기 접지 평면의 상기 적어도 일부를 호스트 디바이스의 접지에 결합하도록 구성되고,
    상기 제2 부분은 전도성 소자를 통해 상기 제1 부분에 결합되는 안테나 컴포넌트.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제2 부분은 리액티브 회로를 통해 상기 제1 부분에 더 결합되는 안테나 컴포넌트.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 리액티브 회로는 (i) 유도성 소자, 및/또는 (ii) 용량성 소자 중 적어도 하나를 포함하는 안테나 컴포넌트.
  30. 모바일 통신 디바이스로서,
    복수의 면을 포함하는 실질적으로 금속인 외부 하우징;
    실질적으로 내부에 포함되고 접지 및 적어도 하나의 피드 포트를 포함하는 전자장치 어셈블리;
    제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제1 안테나 어셈블리 - 상기 제1 어셈블리는,
    제1 접지 구조체(ground structure) 및 제1 피드 구조체(feed structure)를 포함하고, 상기 복수의 면 중 제1 면을 따라 배치된 제1 라디에이터 소자;
    상기 제1 피드 구조체 및 상기 적어도 하나의 피드 포트에 결합된 제1 피드 도체; 및
    상기 제1 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제1 라디에이터를 덮는 제1 비전도성 덮개를 포함함 -; 및
    제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 안테나 어셈블리 - 상기 제2 어셈블리는,
    제2 접지 구조체 및 제2 피드 구조체를 포함하고, 상기 복수의 면 중 제2 면을 따라 배치된 제2 라디에이터 소자;
    상기 제2 피드 구조체 및 피드 포트에 결합된 제2 피드 도체; 및
    상기 제2 라디에이터에 근접하게 배치되어 실질적으로 상기 제2 라디에이터를 덮는 제2 비전도성 덮개를 포함함 -;
    를 포함하고,
    상기 제1 접지 구조체 및 상기 제2 접지 구조체는 상기 금속 하우징에 전기적으로 결합되고,
    상기 하우징의 적어도 일부, 상기 제1 라디에이터, 및 상기 제1 피드 도체의 적어도 일부 사이에 제1 결합형 루프 공진 구조체(coupled loop resonance structure)가 형성되며,
    상기 하우징의 적어도 일부, 상기 제2 라디에이터, 및 상기 제2 피드 도체의 적어도 일부 사이에 제2 결합형 루프 공진 구조체가 형성되는 모바일 통신 디바이스.
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