KR20150035445A

KR20150035445A - 전자 장치용 안테나 조립체

Info

Publication number: KR20150035445A
Application number: KR20140129098A
Authority: KR
Inventors: 도미니끄 로 인 똥; 필립쁘 미나르; 쟝-마르끄 르 풀고끄
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-04-06
Also published as: CN104518280A; US9735461B2; BR102014024007A2; JP2015084521A; EP2854214A1; US20150091763A1

Abstract

전자 장치용 안테나 조립체로서, 상기 전자 장치의 적어도 회로 보드를 수용하기 위한 도전성 구조(1), 상기 도전성 구조 내에 슬롯(2)으로서 형성된 안테나, 전자기 결합에 의해 상기 안테나에 급전하기 위한 급전 요소를 포함하고, 상기 급전 요소는 상기 도전성 구조(1)와 상기 회로 보드(3) 사이에 배치되고, 상기 슬롯(2b)을 가로질러 연장하도록 배향되며, 상기 급전 요소는 상기 회로 보드 상의 급전 라인에 접속되는 안테나 조립체.

Description

전자 장치용 안테나 조립체{ANTENNA ASSEMBLY FOR ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 전자 장치용 안테나 조립체에 관한 것이다. 배타적이 아니라 구체적으로, 본 발명은 인터넷 게이트웨이, 디코더 또는 다른 네트워크 무선 장치와 같은 무선 전자 장치, 또는 "스마트폰", 태블릿 또는 유사한 장치와 같은 이동 장치를 위한 안테나 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는, 슬롯 안테나가 전자 장치의 기계 부품 내에 통합된다. 본 발명은 그러한 안테나 조립체를 포함하는 단말기 장치 또는 통신 장치와 더 관련된다.

인터넷 또는 무선 통신 시스템들에 접속하기 위한 게이트웨이 장치들과 같이 네트워크들에서 사용되는 통신 장치들은 점점 더 다중 모드 및 다중 표준 장치들이다. 결과적으로, 그러한 장치들은 하나의 장치 내에 통합된 여러 개의 상이한 안테나의 사용을 필요로 한다. 축소된 치수의 장치 내의 여러 개의 안테나의 포함은 기계적 제약들 및 성능을 증가시킨다. 사실상, 안테나들은 그들의 방사 성능을 방해할 수 있는 많은 기계 부품들 및 전기 컴포넌트들의 존재하에 동작할 수 있어야 한다. 더욱이, 장치 내의 안테나들의 배치도 어려운 문제이다. 방사 성능과 관련하여, 상이한 주파수 범위들에서 동작하는 무선 주파수 시스템들 사이의 격리 문제를 해결하는 것이 필요하다. 따라서, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템들에서는 낮은 포락선 상관 계수(ECC)가 사용되며, MIMO 시스템들의 안테나들은 사용되는 채널의 최대 용량을 응답하도록 강하게 격리된다. 더욱이, 무선 시스템들의 성능에 있어서 안테나 이득이 중요한 파라미터이다. 게다가, 안테나 제조 비용도 고려해야 할 중요한 요소이다. 본 발명은 위의 사항을 염두에 두고 발명되었다.

발명의 요약

본 발명의 제1 양태는 전자 장치용 안테나 조립체를 제공하며, 상기 안테나 조립체는 상기 전자 장치의 적어도 회로 보드를 수용하기 위한 도전성 구조, 상기 도전성 구조 내에 슬롯으로서 형성된 안테나, 전자기 결합에 의해 상기 안테나에 급전하기 위한 급전 요소를 포함하고, 상기 급전 요소는 상기 도전성 구조와 상기 전자 장치의 상기 회로 보드 사이에 배치되고, 상기 슬롯을 가로지르도록 배향되며, 상기 급전 요소는 상기 회로 보드 상의 급전 라인에 접속된다.

일 실시예에서, 상기 슬롯은 제1 방사부 및 상기 제1 방사부로부터 연장하는 제2 여기부를 포함하고, 상기 제2 여기부는 상기 급전 요소와 전자기 결합하도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 하우징은 상기 도전성 구조의 베이스를 형성하는 베이스 플레이트 및 상기 도전성 구조의 프론트 사이드를 형성하는 사이드 플레이트를 포함하고, 상기 슬롯의 상기 제1 방사부는 상기 도전성 구조의 상기 프론트 사이드 내에 형성되고, 상기 슬롯의 상기 제2 여기부는 상기 도전성 구조의 상기 베이스 플레이트 내에 형성된다.

일 실시예에서, 상기 제1 방사부는 상기 제2 여기부를 향해 안쪽으로 가늘어지는 테이퍼 형상을 갖는다. 일 실시예에서, 상기 제2 여기부는 선 형성을 갖는다.

일 실시예에서, 상기 급전 요소는 상기 슬롯의 상기 제2 여기부를 가로질러 연장하도록 배향된다.

일 실시예에서, 상기 슬롯의 상기 여기부 및 상기 급전 요소는 상기 회로 보드의 접지 평면 내의 대응하는 개구들 위에 배치된다.

일 실시예에서, 상기 급전 요소는 상기 도전성 구조 및 상기 회로 보드 각각으로부터 사전 결정된 거리에 배치된다.

일 실시예에서, 상기 급전 요소는 절연 재료로 이루어진 스페이서에 의해 적소에 유지된다.

일 실시예에서, 상기 여기 슬롯은 상기 프론트 사이드로부터 상기 베이스 플레이트를 따라 선형으로 연장한다.

일 실시예에서, 상기 도전성 구조는 상기 전자 장치의 전자 컴포넌트들에 대한 접지 기준 플레이트를 형성한다.

본 발명의 제2 양태는 급전 라인을 구비하는 회로 보드, 상기 회로 보드를 수용하기 위한 도전성 구조, 상기 도전성 구조 내에 슬롯으로서 형성된 안테나, 전자기 결합에 의해 상기 안테나에 급전하기 위한 급전 요소를 포함하는 안테나 조립체를 포함하는 전자 통신 장치를 제공하며, 상기 급전 요소는 상기 도전성 구조와 상기 회로 보드 사이에 배치되고, 상기 슬롯을 가로지르도록 배향되며, 상기 급전 요소는 상기 회로 보드 상의 급전 라인에 접속된다.

일 실시예에서, 상기 인쇄 회로 보드는 접지 평면을 포함하고, 상기 접지 평면은 상기 급전 요소 및 상기 슬롯의 제2 여기부와 정렬하여 배치된 개구들을 구비한다.

일 실시예에서, 상기 전자 장치는 게이트웨이 장치 또는 셋톱 박스이다.

본 발명의 실시예들에서, 전자 장치의 하우징 또는 접지 기준 플레이트의 도전성 재료 내에 슬롯 안테나가 통합된다. 방사 요소는 무접촉 인터페이스를 이용하여 전자 장치의 인쇄 회로 보드로부터 여기된다.

본 발명의 추가 양태는 도전성 재료의 적어도 하나의 하우징 및 접지 평면을 갖는 인쇄 회로 보드를 포함하는 전자 장치용 안테나로서, 상기 안테나가 도전성 재료의 상기 하우징 내에 구현될 슬롯에 의해 형성되고, 상기 안테나가 상기 슬롯을 가로지르도록 도전성 재료의 상기 하우징과 상기 인쇄 회로 보드 사이에 배치된 도전성 스트립을 이용하여 전자기 결합에 의해 급전되고, 상기 스트립이 상기 인쇄 회로 상에 구현된 급전 라인에 접속되고, 상기 접지 평면이 상기 슬롯 및 상기 스트립에 대한 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 스트립은 상기 하우징 및 상기 인쇄 회로 보드 각각으로부터 사전 결정된 거리에 유지된다.

일 실시예에서, 상기 스트립은 절연성 재료로 이루어진 스페이서에 의해 적소에 유지된다.

일 실시예에서, 상기 하우징은 제1 플레이트에 의해 형성되며, 상기 제1 플레이트에는 적어도 하나의 제2 플레이트가 접속된다. 상기 슬롯은 상기 제1 플레이트 내로 연장함으로써 상기 제2 플레이트 내에 형성된다.

본 발명의 추가 양태는 본 발명의 제1 양태의 임의의 실시예에 따른 적어도 하나의 안테나를 포함하는 통신 단말기와 관련된다.

이제, 본 발명의 실시예들이 예시적으로만 그리고 아래의 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들에서:
도 1은 본 발명에 따른 안테나와 피팅된 하우징의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 조립체 및 인쇄 회로 보드의 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 조립체와 인쇄 회로 보드의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 조립체 및 인쇄 회로 보드의 수직 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른, 안테나를 시뮬레이션하여 얻어진 성능들을 제공하는 주파수의 함수인 곡선들을 나타내는 그래프들이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 개략도이다.
도 6b 및 6c는 도 6a의 안테나의 방사 패턴들을 그래픽으로 나타낸다.

2.4 GHz 대역에서 동작하는 국내 네트워크용 전자 장치를 참조하여 본 발명의 일 실시예가 설명된다. 본 발명은 이러한 특정 타입의 장치로 한정되지 않으며, 임의의 무선 통신 장치에 적용될 수 있다는 것을 알 것이다. 예시적인 전자 장치에서는, 금속 플레이트 구조가 통상적으로 차폐로서 그리고/또는 접지 기준 플레이트로서 사용될 수 있다. 이러한 금속 플레이트 구조의 역할은 다수의 전자 컴포넌트, 커넥터 및 기타 회로를 포함하는 전자 장치의 전자기 호환성을 획득하기 위한 것이다. 금속 플레이트 구조는 요소들에 대한 접지 기준으로 사용되며, 간섭 신호들을 줄일 수 있다. 본 발명의 실시예들은 이러한 금속 플레이트 구조를 이용하여, 슬롯 안테나를 생성하고, 무접촉 인터페이스를 통해 이 안테나에 급전한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치용 하우징 또는 접지 기준 구조를 형성하는 도전성 구조(1)의 사시도이다. 도전성 구조(1)는 금속 재료로 구성되며, 베이스 플레이트(1a)를 형성하는 제1 하부 금속 플레이트(1a), 및 베이스 플레이트(1a)로부터 수직으로 연장하여 프론트 플레이트(1b) 및 사이드 플레이트(1c)를 형성하는 사이드 플레이트들(1b, 1c)을 포함한다. 금속 플레이트들은 접지 기준 플레이트 구조의 기능을 제공하는 도전성 재료의 개방된 하우징 구조(1)를 형성한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 도전성 구조는 차폐로서 작용한다. 슬롯 안테나(2)가 도전성 구조(1) 내에 형성되며, 방사부(2a) 및 여기부(2b)를 포함한다. 방사부는 프론트 플레이트(1b) 내에 형성된 개방 슬롯(2a)을 포함한다. 개방 슬롯(2a)은 사이드 플레이트(1b)의 에지로부터 베이스 플레이트(1a)를 향해 안쪽으로 가늘어지는 테이퍼 형태를 가지며, 베이스 플레이트(1a) 내의 선형 슬롯(2b)에 의해 연장되어, 여기부(2b)를 형성한다. 선형 슬롯(2b)은 선형 슬롯(2b)을 가로질러 연장하도록 배향된 급전 스트립(4)과의 전자기 결합에 의해 슬롯 안테나(2)에 급전하는 데 사용된다. 선형 슬롯(2b)은 단락으로 종결된다.

도 2a 및 2b는 도 1의 도전성 구조(1) 및 도전성 구조(1) 내에 배치된 전자 장치의 인쇄 회로 보드(PCB)(3)를 포함하는 안테나 조립체를 개략적으로 나타낸다. PCB(3)는 마이크로스트립 급전 라인(3c)을 제공하기 위해 일면에 접지 평면을 형성하는 도전성 재료의 층을 그리고 반대 면에 인쇄된 도전성 재료의 층을 특징으로 하는 절연성 재료의 적어도 하나의 기판으로부터 공지 방식으로 형성된다.

PCB(3)의 접지 평면은 여기 슬롯(2b) 및 급전 스트립(4)에 각각 대응하여 배치된 개구들(3a, 3b)을 구비한다.

도 3은 도전성 하우징 구조(1) 내에 구현된 슬롯 안테나(2)의 급전을 가능하게 하는 요소들을 나타내는 안테나 조립체의 개략 측면도이다. 급전 스트립(4)이 PCB(3)와 도전성 하우징 구조(1)의 베이스 플레이트(1a) 사이에 배치된다. 절연성 재료, 예를 들어 플라스틱의 스페이서(5)가 도전성 하우징 구조(1)의 베이스 플레이트(1a)와 인쇄 회로 보드(3) 사이에 설치된다. 도시된 실시예에서, 스페이서(5)는 급전 스트립(4) 주위의 절연성 링에 의해 제공된다. 이러한 스페이서는 급전 스트립(4)과 베이스 플레이트(1a) 및 인쇄 회로 보드(3) 각각 사이에 필요한 거리를 유지한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 급전 스트립(4)은 선형 슬롯(2b)에 수직으로 그리고 그를 가로질러 배치되도록 그리고 안테나(2)에 급전하기 위해 인쇄 회로(3)의 상면 상에 구현된 마이크로스트립 급전 라인(3c)에 접속하기 위해 인쇄 회로 보드(3) 내에 구현된 비아를 통과하도록 L자 형상을 갖는다. 인쇄 회로 보드(3)의 접지 평면(3d)은 접지 평면(3d) 내에 구현되고 선형 슬롯(2b)에 대응하도록 배치된 개구(3a)를 갖는다. 슬롯 안테나(2)의 급전은 슬롯 안테나(2)의 여기부로서 작용하는 선형 슬롯(2b)과 급전 라인(3c)에 접속된 급전 스트립(4) 간의 전자기 결합에 의해 제공된다. 이를 위해, 슬롯(2b) 및 스트립(4)은 약 λ/4와 동일한 길이를 가지며, λ는 환경의 동작 주파수에서 유도된 파장이고, λ의 값은 환경 및 전파 모드에 의존한다.

설명되는 실시예들에 따른 안테나의 시뮬레이션은 주파수 2.4 GHz의 와이파이 대역에서 구현되었다. 이러한 시뮬레이션을 위해 전자기 도구 HFSS(상표)(High Frequency Structural Simulator)가 사용되었다. 시뮬레이션을 위해 아래의 파라미터들이 취해졌다.

시뮬레이션 파라미터들

인쇄 회로 보드(PCB)	- 기판 = FR4, 유전 상수 = DK = 4.4, 소실 팩터 = Df = 0.02 - 표면 = 114 x 90 mm2 - 두께 = 0.2 mm - 임피던스 마이크로스트립 라인의 폭, 특성 50 옴 = 0.36 mm
스트립	- 단면적 = 0.6 x 0.6 mm2 - 개방 단부에서의 슬롯의 수평 길이 = 14.5 mm - 수직 포인트에서의 슬롯의 수평 길이 = 2 mm - 공기 두께: PCB에서의 스트립 = 플레이트에서의 스트립 = 0.6 mm
수평 차폐 플레이트	- 슬롯 폭 = 1.5 mm - 단락에서의 스트립의 슬롯의 길이 = 16.4 mm - 안테나의 수직 평면 내의 스트립의 슬롯의 길이 = 4 mm
수직 차폐 플레이트	높이 = 35 mm 폭 = 52 mm 수직 플레이트까지의 PCB의 거리 = 3 mm 개방 단부의 슬롯의 폭 = 9.75 mm 플레이트 단부의 슬롯의 폭 = 1.5 mm
플레이트 두께	- T = 1 mm
접지	- 시뮬레이션에서 차폐 플레이트와 인쇄 회로 보드의 접지 평면 사이에 금속 포스트들을 추가하여 공통 접지를 제공

입력 상에서 값 Lp = 3.5 nH의 병렬 인덕턴스 및 값 Cs = 2.7 pF의 직렬 커패시터를 병렬로 추가함에 의한 손실 레벨의 최적화 후에, 도 4 및 도 5에 제공된 결과들이 얻어졌다. 도 4는 리턴 손실의 응답을 나타내며, 이 곡선은 2.4와 2.5 GHz 사이의 주파수 대역에서 -15 dB에 가까운 손실의 레벨을 나타낸다.

도 5는 주파수의 함수로서의 안테나의 효율 및 방사의 효율에 대한 응답들을 각각 나타낸다. 이러한 2개의 곡선은 방사에 대해 그리고 안테나에 대해 95%보다 큰 효율을 나타낸다. 더욱이, 도 6에는, 본 발명에 따른 안테나의 방사 패턴들이 삼차원 다이어그램으로 도시된다. 이러한 다이어그램들은 (A)에 다이어그램으로 도시된 본 발명에 따른 슬롯 안테나가 주로 정면 (B)으로 그리고 안테나가 통합된 전자 장치의 우측 (C)에서 방사한다는 것을 나타낸다.

본 발명은 위에서 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 특정 실시예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에 있는 변경들이 이 분야의 기술자에게 명백할 것이다.

예를 들어, 위의 예들은 개방 슬롯 안테나와 관련하여 설명되었지만, 안테나는 다른 형태들로 제공될 수 있다.

예를 들어, 안테나는 폐쇄 슬롯에 의해 또는 테이퍼 슬롯 안테나와 같은 개방 슬롯에 의해 또는 비발디 타입(Vivaldi type) 안테나를 제공하는 테이퍼 개방 슬롯에 의해 형성될 수 있다. 안테나를 구현하는 데 사용되는 도전성 구조는 접지 기준 플레이트 또는 차폐 플레이트와 다른 도전성 재료의 플레이트일 수 있다. 도전성 급전 스트립은 그의 크기를 줄이기 위해 굽이치는 형상(meandering shape)을 가질 수 있다. 또한, 급전 스트립 및 여기 슬롯은 상이하게 배향될 수 있다. 이들은 안테나의 급전을 가능하게 하는 전자기 결합을 생성하도록 단지 서로 교차해야 한다. 더욱이, 본 발명의 일부 실시예들에서, 방사 슬롯은 여기 슬롯과 동일한 평면 상에 구현될 수 있다.

첨부된 청구항들에 의해서만 결정되는 본 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하지 않고 단지 예시적으로 제공되는 전술한 실시예들을 참조할 때 이 분야의 기술자들에게는 많은 추가적인 수정 및 변경들이 떠오를 것이다. 특히, 상이한 실시예들로부터의 상이한 특징들은 적절한 경우에 교환될 수 있다.

Claims

전자 장치용 안테나 조립체로서,
상기 전자 장치의 적어도 회로 보드를 수용하기 위한 도전성 구조(1),
상기 도전성 구조 내에 슬롯(2)으로서 형성된 안테나,
전자기 결합에 의해 상기 안테나에 급전하기 위한 급전 요소
를 포함하고,
상기 급전 요소는 상기 도전성 구조(1)와 상기 회로 보드(3) 사이에 배치되고, 상기 슬롯(2b)을 가로질러 연장하도록 배향되며, 상기 급전 요소는 상기 회로 보드 상의 급전 라인에 접속되는 안테나 조립체.
제1항에 있어서,
상기 슬롯은 제1 방사부 및 상기 제1 방사부로부터 연장하는 제2 여기부를 포함하고, 상기 제2 여기부는 상기 급전 요소와 전자기 결합하도록 구성되는 안테나 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하우징은 상기 도전성 구조의 베이스를 형성하는 베이스 플레이트 및 상기 도전성 구조의 프론트 사이드를 형성하는 사이드 플레이트를 포함하고, 상기 슬롯의 상기 제1 방사부는 상기 도전성 구조의 상기 프론트 사이드 내에 형성되고, 상기 슬롯의 상기 제2 여기부는 상기 도전성 구조의 상기 베이스 플레이트 내에 형성되는 안테나 조립체.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 방사부는 상기 제2 여기부를 향해 안쪽으로 가늘어지는 테이퍼 형상을 갖는 안테나 조립체.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 여기부는 선 형성을 갖는 안테나 조립체.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급전 요소는 상기 슬롯의 상기 제2 여기부를 가로질러 연장하도록 배향되는 안테나 조립체.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬롯의 상기 여기부 및 상기 급전 요소는 상기 회로 보드의 접지 평면 내의 대응하는 개구들 위에 배치되는 안테나 조립체.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급전 요소(4)는 상기 도전성 구조(1) 및 상기 회로 보드(3) 각각으로부터 사전 결정된 거리에 배치되는 안테나 조립체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급전 요소(4)는 절연성 재료로 이루어진 스페이서(5)에 의해 적소에 유지되는 안테나 조립체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도전성 구조는 상기 전자 장치의 전자 컴포넌트들에 대한 접지 기준 플레이트를 형성하는 안테나 조립체.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 안테나 조립체, 및 상기 안테나 조립체에 급전하기 위한 급전 라인을 구비한 인쇄 회로 보드를 포함하는 전자 통신 장치.
제11항에 있어서,
상기 인쇄 회로 보드는 접지 평면을 포함하고, 상기 접지 평면은 상기 급전 요소 및 상기 슬롯의 제2 여기부와 정렬하여 배치된 개구들을 구비하는 전자 통신 장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 전자 장치는 게이트웨이 장치 또는 셋톱 박스인 전자 통신 장치.