KR20170067887A - 무선 전자 디바이스를 위한 주기적인 슬롯을 갖는 스트립라인 결합 안테나 - Google Patents

무선 전자 디바이스를 위한 주기적인 슬롯을 갖는 스트립라인 결합 안테나 Download PDF

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Abstract

무선 전자 디바이스(100)는 접지면(103)을 포함하고, 접지면(103)은 접지면의 에지를 따라 위치된 복수의 슬롯(201)을 포함한다. 유전체 층은 접지면 상에 있다. 유전체 층 상의 스트립라인(101)은 접지면에 대향하며, 복수의 슬롯 중 하나(201b)와 중첩하도록 배치된다. 스트립라인은 스트립라인이 중첩하는 복수의 슬롯(210a, 210c) 중 하나에 인접한 슬롯들과 중첩되지 않도록 추가로 배치된다. 무선 전자 디바이스는 스트립라인을 통해 송신 및/또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성된다.

Description

무선 전자 디바이스를 위한 주기적인 슬롯을 갖는 스트립라인 결합 안테나{STRIPLINE COUPLED ANTENNA WITH PERIODIC SLOTS FOR WIRELESS ELECTRONIC DEVICES}
본 발명의 개념은 일반적으로 무선 통신 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는 무선 통신 디바이스용 안테나에 관한 것이다.
휴대 전화 및 기타 사용자 장비와 같은 통신 디바이스는 외부 디바이스와 통신하는 데 사용될 수 있는 안테나를 포함할 수 있다. 이러한 안테나 설계는 스트립라인을 포함할 수 있다. 그러나 스트립라인을 갖는 일부 안테나 설계는 안테나의 성능에 영향을 미치는 바람직하지 않은 표면파를 촉진할 수 있다.
본 발명의 개념의 다양한 실시예는, 자신의 에지를 따라 위치하는 복수의 슬롯을 갖는 접지면, 접지면 상의 유전체 층, 및 접지면에 대향하는 유전체 층 상의 스트립라인을 포함하는 무선 전자 디바이스를 포함한다. 스트립라인은 복수의 슬롯 중 하나와 중첩하도록 배치될 수 있다. 스트립라인은 스트립라인이 중첩하는 복수의 슬롯 중 하나에 인접한 슬롯들과 중첩되지 않도록 추가로 배치될 수 있다. 무선 전자 디바이스는 스트립라인을 통해 송신 및/또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 스트립라인은 스트립라인의 복수의 부분을 정의하는 스트립라인 내의 복수의 만곡부(bend)를 포함할 수 있다. 복수의 부분 각각의 각각의 길이는 무선 전자 디바이스의 공진 주파수의 유효 파장의 약 0.25 배로서 스트립라인의 파장을 구성하도록 선택될 수 있다.
다양한 실시예에서, 스트립라인에 의해 중첩된 복수의 슬롯 중 하나에 인접한 슬롯들은 복수의 슬롯 중 하나의 제1 측면 상의 제1 슬롯, 및 복수의 슬롯 중 하나의, 제1 측면에 대향하는 제2 측면 상의 제2 슬롯을 포함할 수 있다. 스트립라인 내의 복수의 만곡부는 스트립라인에서 2개의 만곡부로 구성될 수 있다. 스트립라인 내의 만곡부는 스트립라인의 인접한 부분들 사이에서 약 90도 각도를 형성할 수 있다. 스트립라인 내의 복수의 만곡부는 스트립라인의 U자형 단부를 형성할 수 있다. 스트립라인의 U자형 단부는 베이스 및 한 쌍의 아암을 가질 수 있으며, 베이스는 슬롯 위를 지나가도록 구성될 수 있다. 베이스는 접지면의 에지에 평행한 복수의 슬롯 중 하나 위를 지나가도록 구성될 수 있다. 베이스는 복수의 슬롯 중 하나 위를 가로질러 지나가도록 구성될 수 있다. 스트립라인은 유전체 층 및/또는 접지면과 임피던스 매칭하도록 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 슬롯 중 하나의 길이는 무선 전자 디바이스의 공진 주파수의 파장의 약 0.25 배일 수 있다. 복수의 슬롯 중 하나의 슬롯의 폭은 복수의 슬롯 중 하나의 슬롯의 길이의 약 0.2 배일 수 있다. 스트립라인에 의해 중첩되지 않는 슬롯들은 스트립라인 근처의 표면파 전파를 감소시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 스트립라인은 제1 스트립라인일 수 있다. 무선 전자 디바이스는 하나 이상의 추가 스트립라인을 더 포함할 수 있으며, 하나 이상의 추가 스트립라인 각각은 복수의 슬롯의 각각의 슬롯과 중첩될 수 있다. 하나 이상의 추가의 스트립라인은 하나 이상의 추가 스트립라인에 의해 중첩된 복수의 슬롯의 각각의 슬롯에 인접한 슬롯들과 중첩되지 않도록 추가로 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 슬롯 중 하나는 제1 슬롯일 수 있다. 스트립라인에 의해 중첩된 제1 슬롯에 인접한 슬롯들은 제1 슬롯의 제1 측면에 인접한 제2 슬롯, 및 제1 슬롯의, 제1 측면에 대향하는 제2 측면에 인접한 제3 슬롯을 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 스트립라인은 제1 스트립라인 또는 하나 이상의 추가 스트립라인에 의해 중첩되지 않는 제5 슬롯 및 제6 슬롯에 인접한 제4 슬롯과 중첩하는 제2 스트립라인을 포함할 수 있다. 제5 슬롯은 제4 슬롯의 제1 측면에 인접할 수 있고, 제6 슬롯은 제4 슬롯의 제1 측면에 대향하는 제2 측면에 인접한다. 제5 슬롯은 제3 슬롯에 인접할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 복수의 슬롯 중 인접한 슬롯들 사이의 거리는 무선 전자 디바이스의 공진 주파수의 파장의 0.1 내지 0.2 배일 수 있다. 추가 스트립라인들 중 인접한 스트립라인들 간의 거리는 무선 전자 디바이스의 공진 주파수의 파장의 0.25 내지 0.5 배일 수 있다. 제1 스트립라인과 하나 이상의 추가 스트립라인은 어레이로 배열될 수 있다. 스트립라인은 다중-입력 및 다중-출력(MIMO) 통신을 수신 및/또는 송신하도록 구성될 수 있다. 유전체 층 및 제1 스트립라인 및/또는 하나 이상의 추가 스트립라인에 의해 형성된 각각의 방사 필드들은 부가적으로 결합되어 전자기 방사 빔을 형성한다.
다양한 실시예에서, 복수의 슬롯 중 적어도 하나는 접지면의 에지에 대략 수직일 수 있다. 복수의 슬롯 중 적어도 하나는 접지면의 에지에 대각선 방향으로 배향될 수 있다. 스트립라인은 하나 이상의 만곡부를 포함할 수 있고 복수의 슬롯 중 하나와 중첩되도록 배치된다.
일부 실시예에서, 복수의 슬롯은 접지면의 하나의 에지를 따라 있을 수 있다. 접지면의 하나의 에지는 모바일 디바이스의 에지를 따라 있을 수 있다.
본 발명의 개념의 다양한 실시예는 자신의 에지를 따라 위치된 복수의 슬롯을 갖는 접지면, 접지면 상의 유전체 층, 및 접지면에 대향하는 유전체 층 상의 복수의 스트립라인을 포함하는 무선 전자 디바이스를 포함한다. 복수의 스트립라인 각각은 복수의 슬롯의 각각의 슬롯과 중첩되도록 배치될 수 있다. 복수의 스트립라인의 각각의 스트립라인은 스트립라인이 중첩하는 복수의 슬롯의 각각의 슬롯에 인접한 슬롯들과 중첩되지 않도록 추가로 배치될 수 있다. 무선 전자 디바이스는 복수의 스트립라인 중 적어도 하나를 통해 송신 및/또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성될 수 있다.
본 발명 개념의 실시예들에 따른 다른 디바이스들 및/또는 방법들은 이하의 도면들 및 상세한 설명을 검토할 때 통상의 기술자에게 명백해지거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 디바이스들 및/또는 동작들은 본 설명에 포함되며, 본 발명 개념의 범위 내에 속하고, 첨부 청구항들에 의해 보호되는 것으로 의도된다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 모든 실시예들은 개별적으로 구현되거나 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있는 것으로 의도된다.
도 1은 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른 무선 전자 디바이스의 스트립라인 안테나를 도시한다.
도 2는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른 접지면에 슬롯들을 포함하는 도 1의 스트립라인 안테나의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른 도 1의 스트립라인 안테나의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 개념의 다양한 실시예에 따른 다수의 스트립라인을 갖는 슬롯형 접지면(slotted ground plane)을 도시한다.
도 5는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 도 4의 슬롯형 접지면을 포함하는 다수의 스트립라인을 갖는 안테나를 도시한다.
도 6은 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 도 1-5 중 어느 하나에서 사용되는 스트립라인을 도시한다.
도 7a는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른 단일 슬롯형 접지면 및 스트립라인을 도시한다.
도 7b는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른 스트립라인 당 접지면에 단일 슬롯을 갖는 안테나에 대한 방사 패턴을 도시한다.
도 7c는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 도 7a 및 도 7b의 안테나의 주파수 응답을 도시한다.
도 8a는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 접지면 및 스트립라인에 다수의 슬롯을 포함하는 안테나를 도시한다.
도 8b는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 스트립라인 당 접지면에 다수의 슬롯을 갖는 안테나의 방사 패턴을 도시한다.
도 8c는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 도 8a 및 도 8b의 안테나의 주파수 응답을 도시한다.
도 9는 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 모바일 디바이스의 에지를 따른 접지면에서의 스트립라인들과 스트립라인 당 다수의 슬롯의 어레이를 도시한다.
도 10은 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 유전체 층 상의 모바일 디바이스의 에지를 따른 스트립라인들의 어레이를 도시한다.
도 11은 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따른, 도 9 및 도 10의 어레이 안테나를 포함하는 모바일 디바이스 주위의 방사 패턴을 도시한다.
도 12는 본 발명의 개념의 다양한 실시예에 따른, 접지면에 대각선 형상의 슬롯들을 갖는 안테나를 도시한다.
도 13은 본 발명의 개념의 다양한 실시예에 따른, 접지면에 접힌 슬롯들을 갖는 안테나를 도시한다.
본 발명의 개념은 본 발명 개념의 실시예들이 도시되어 있는 첨부 도면들을 참조하여 이제부터 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 출원은 본 명세서에 개시된 실시예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시내용을 철저하고 완벽하게 하고, 본 발명의 범위를 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 충분히 전달하기 위해서 제공되는 것이다. 동일한 참조부호는 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 실시예를 한정하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태들 "한(a)", "하나(an)", 및 "그(the)"는 문맥이 명백히 다르게 나타내지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함한다(comprises, includes)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은, 본 명세서에서 사용될 때, 서술된 피처들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만 하나 이상의 다른 피처들, 단계들, 동작들, 요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재나 추가를 배제하지 않는다는 점이 더 이해될 것이다. 대조적으로, 용어 "구성되는" (및/또는 그의 변형들)은 본 명세서에서 사용되는 경우, 서술된 피처들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 컴포넌트들을 특정하며, 추가의 피처들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 컴포넌트들을 배제한다.
요소가 다른 요소에 "결합된(coupled)", "접속된(connected)" 또는 "반응하는(responsive) 것으로 언급될 때, 그 요소는 그 다른 요소에 직접 결합되거나 접속되거나 반응할 수 있고, 또는 개재하는(intervening) 요소들이 존재할 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 반면, 요소가 다른 요소에 "직접 결합된(directly coupled)", "직접 접속된(directly connected)" 또는 "직접 반응하는(directly responsive)"것으로서 언급될 때, 어떠한 개재하는 요소들도 존재하지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관되고 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다.
"위(above)", "아래(below)", "상부(upper)", "하부(lower)", "맨 위(top)", "맨 아래(bottom)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은, 도면에 예시된 바와 같이 한 요소 또는 피처의 또 다른 요소(들) 또는 피처(들)에 대한 관계를 설명하기 위해 설명의 편의상 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 도시된 배향에 부가하여, 사용 중이거나 동작 중인 디바이스의 상이한 배향을 포함하기 위한 것임을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면에서의 디바이스가 뒤집히는 경우, 다른 요소 또는 피처의 "아래"에 있는 것으로 기술된 요소는 다른 요소 또는 피처의 "위"에 배향될 것이다. 따라서, 용어 "아래"는 위아래의 배향 둘 다를 포함할 수 있다. 디바이스는 다른 방식으로 배향될 수도 있고(90도 또는 다른 배향으로 회전되고), 본 명세서에 사용된 공간적으로 상대적인 기술자(descriptor)는 그에 따라 해석될 수 있다. 공지된 기능 또는 구성은 간결성 및/또는 명료성을 위해 상세히 설명되지 않을 수 있다.
또한, 용어들 "제1", "제2" 등이 다양한 요소들을 기술하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이들 요소들이 이들 용어들에 의해 제한되지 않을 것임을 이해해야 한다. 이런 용어들은 단지 한 요소를 또 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다. 그러므로, 제1 요소는 본 실시예들의 교시로부터 벗어남이 없이 제2 요소라고 불릴 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은 예시적인 실시예들이 속하는 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전들에서 정의된 것들과 같은 용어들은 관련 기술의 맥락에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며 본 명세서에서 명시적으로 그렇게 정의되지 않는 한 이상화된 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이라는 것도 이해될 것이다.
스트립라인을 갖는 안테나는 모바일 단말기용 마이크로웨이브 안테나 설계들에 일반적으로 사용된다. 이러한 안테나 설계들은 인쇄 회로 기판(PCB)들 상의 에지 인쇄된 피처들(edge printed features)로서 구현될 수 있기 때문에 크기가 콤팩트하고 제조가 용이할 수 있다. 다양한 무선 통신 애플리케이션들은 이러한 스트립라인 안테나들의 어레이를 사용할 수 있다. 어레이 안테나들은 올바른 페이징(correct phasing)으로 잠재적인 안테나 이득을 제공할 수 있다. 스트립라인 안테나 설계의 단점은 PCB의 에지를 따른 표면파의 전파일 수 있다. 이러한 표면파는 안테나 어레이 요소들 사이에서 더 높은 방사 결합을 야기할 수 있으며, 이웃하는 스트립라인들로부터의 결합으로 인해 일부 주파수에서 더 높은 손실을 갖는 불규칙한 방사 패턴을 유도할 수 있다. 안테나 어레이 요소들 사이의 더 높은 결합과 불규칙한 방사 패턴은 10 ~ 300GHz 주파수 범위에서 사용하기 위한 밀리미터파(millimeter wave) 안테나 어레이와 같은 극 고주파(extremely high frequency)(EHF) 무선 안테나 애플리케이션에 적합하지 않을 수 있다. 이러한 밀리미터파 주파수는 광대역 인터넷 액세스, Wi-Fi 등과 같은 스마트 폰에서의 다양한 유형의 통신에 사용될 수 있다. 또한, 어레이 안테나는 지향성인 빔으로 방사 패턴을 좁힐 수 있고 디바이스가 기지국을 향해 지향될 것을 요구할 수 있다.
본 발명의 개념의 다양한 실시예에 따르면, 스트립라인 안테나 설계는 슬롯들을 접지면에 추가함으로써 개선될 수 있다. 슬롯들은 표면파를 정지, 방지 및/또는 감소시키고, 방사 패턴에서 사이드 로브(side lobe)들을 감소시키고, 및/또는 어레이 요소들 사이의 상호 결합을 감소시킬 수 있다. 슬롯형 접지면을 갖는 스트립라인 안테나는 넓은 스캐닝 각도와 실질적으로 대칭인 넓은 방사 빔을 갖는 양호한 편파 특성을 나타낼 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 무선 전자 디바이스(100)의 스트립라인(101)을 포함하는 안테나가 도시된다. 접지면(103)은 위에 유전체 층(102)과 접지면(103) 아래에 유전체 층(104)을 갖는다. 접지면(103)은 구리와 같은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 스트립라인(101)은 접지면에 대향하는 유전체 층(102) 상에 있다. 유전체 층들(102 및 104)은 높은 유전 상수 및 낮은 소산 계수(dissipation factor) tanδ를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로저스(Rogers) RO4003C와 같은 재료는, 10㎓에서 유전 상수 Er = 3.55 및 소산 계수 tanδ = 0.0027이 되도록 유전체 층들(102 및 104)로서 사용될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 도 1의 무선 전자 디바이스(100)의 접지면(103)에 있는 슬롯들(201a-201c)이 도시되어 있다. 스트립라인(101)은 중간 슬롯(201b)과 중첩되고, 접지면으로부터 이격된 능동 요소를 포함할 수 있다. 스트립라인(101)에서 수신된 신호는 무선 전자 디바이스(100)를 여기시킬 수 있다. 스트립라인(101)은 통신 신호를 송수신하기 위한 송수신기에 결합될 수 있다. 슬롯들(201a-201c)은 접지면(103)과 동일한 층의 PCB 상에 있다. 스트립라인(101)은 접지면(103)과 상이한 층의 PCB 상에 위치될 수 있다.
계속 도 2를 참조하면, 슬롯(201b)에 인접한 슬롯들(201a 및 201c)은 스트립라인(101)에 의해 중첩되지 않는다. 슬롯들(201a 내지 201c) 중 적어도 하나는 접지면(103)의 에지에 수직일 수 있다. 일부 실시예에서, 슬롯들(201a-201c)은, 그 슬롯들이 교번하는 리지와 홈 내에 형성되도록 주름지게(corrugate) 될 수 있다. 슬롯들(201a 내지 201c)이 접지면(103)의 에지를 따라 존재하지 않으면, 표면파는 접지면(103)을 포함하는 PCB의 에지를 따라 쉽게 전파될 수 있다. 슬롯들(201a 및 201c)은 표면파가 PCB의 단부를 따라 전파하는 것을 감소 및/또는 방지한다. 즉, 스트립라인을 둘러싸고 있지만 이와 중첩되지 않는 슬롯들(201a, 201c)은 표면파를 초크(choke) 할 수 있다. 게다가, 에지 전류는 슬롯들(201a-203a)의 존재에 의해 감소 및/또는 방지될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 전자 디바이스(100)에 대한 보다 넓은 스캐닝 각도를 얻기 위해 표면파를 완전히 제거하지 않는 것(즉, 표면파를 완전히 초크하지 않는 것)이 바람직할 수 있다.
계속 도 2를 참조하면, 슬롯들(201a-201c)은 각각 무선 전자 디바이스(100)의 공진 주파수의 0.2 내지 0.4 파장의 범위에 있는 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 슬롯들(201a-201c)의 길이는 무선 전자 디바이스의 공진 주파수의 0.25 파장일 수 있다. 슬롯들(201a-201c) 각각의 폭은 각각의 슬롯의 길이의 0.2 배일 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 도 1의 무선 전자 디바이스(100)의 평면도가 도시된다. 유전체 층(102)은 접지면(103) 상에 있다. 스트립라인(101)은 유전체 층 상에 있다. 스트립라인(101)은 접지면(103)과 상이한 층의 PCB 상에 위치한다. 유전체 층(102)은 접지면(103) 및 스트립라인(101)과 상이한 층 상에 위치한다.
일부 실시예에서, 유전체 층(102)은 슬롯들을 포함할 수 있다. 유전체 층(102) 내의 슬롯은 접지면(103) 내의 슬롯들과 동일한 폭 및/또는 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 층(102) 내의 슬롯들은 접지면(103) 내의 슬롯들보다 치수가 크거나 작을 수 있다. 유전체 층(102) 내의 슬롯들은 접지면(103) 내의 슬롯들의 위치와 일치하거나, 접지면(103) 내의 슬롯들과 중첩되지 않을 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 다수의 슬롯(201) 및 다수의 스트립라인(101)을 갖는 접지면(103)이 도시되어 있다. 예를 들어, 슬롯들(201a-201f)을 포함하는, 8개의 스트립라인(101)과 24개의 슬롯(201)을 갖는 8×1 어레이가 도시된다. 그러나, 본 발명 개념의 다양한 실시예에 따라 보다 적거나 많은 수가 제공될 수 있다. 어레이는 4G 및/또는 LTE 네트워크에 대한 다중 입력 및 다중 출력(MIMO) 통신을 수신 및/또는 송신하기 위해 2개의 4x1 어레이로서 구성될 수 있다. 스트립라인들(101) 간의 간격은 무선 전자 디바이스의 공진 주파수의 0.25 내지 0.5 파장 범위 내에 있을 수 있다. 인접 슬롯들(201) 간의 간격은 무선 전자 디바이스의 공진 주파수의 0.1 내지 0.2 파장에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 스트립라인들(101)은 0.45 파장 간격으로 이격될 수 있고, 슬롯들(201)은 0.15 파장 간격으로 이격될 수 있다. 슬롯들(201)과 스트립라인들(101) 간의 상술한 간격은 튜닝에 사용된 유효 파장 또는 자유 공간 파장에 기초할 수 있다. 전형적으로, 유효 파장은 유전체 층에 의한 로딩으로 인해 자유 공간 파장보다 더 작을 수 있다.
계속 도 4를 참조하면, 비 제한적인 예로서, 스트립라인(101)은 슬롯(201b)과 중첩된다. 슬롯들(201b, 201a, 201c)에 인접한 슬롯들은 스트립라인(101)에 의해 중첩되지 않는다. 슬롯(201e)은 상이한 스트립라인(101)에 의해 중첩되며, 반면에 인접한 슬롯들(201d 및 201f)은 스트립라인(101)에 의해 중첩되지 않는다. 일부 실시예에서, 슬롯들(201a, 201c, 201d, 및/또는 201f)은 기생 요소로서 작용할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 도 4의 접지면(103) 및 유전체 층(102)을 포함하는 다수의 스트립라인(101)이 도시되어 있다. 스트립라인(101), 유전체 층(102) 및 접지면(103)은 PCB의 상이한 층들 상에 있을 수 있다. 스트립라인(101)은 바람직한 결합을 달성하고 유전체 층(102) 및/또는 접지면(103)에 대한 임피던스 매칭을 위해 슬롯 위에 배치될 수 있다. 임피던스 매칭은 부하(즉, 안테나)로부터 반사된 전력을 최소화하고 안테나에 전달되는 전력을 최대화함으로써 불일치 손실을 감소시킨다.
이제 도 6을 참조하면, 도 1 내지 도 5 중 어느 하나에 사용된 스트립라인(101)이 도시되어 있다. 스트립라인(101)은 하나 이상의 만곡부를 포함할 수 있다. 스트립라인의 만곡은 인접 스트립라인들과의 결합이 적은, 스트립라인 및 연관된 슬롯 둘레에 방사 패턴을 집중시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 스트립라인(101) 내의 만곡부는 스트립라인(101)의 복수의 부분을 정의할 수 있다. 비 제한적인 예로서, 도 6의 스트립라인(101)은 스트립라인을 부분들 q1 및 q2로 분할하는 2개의 만곡부를 포함할 수 있다. 스트립라인(101)의 부분들의 길이는, 스트립라인(101)이 여기될 때 스트립라인(101) 아래의 인접한 슬롯들과의 결합이 무선 전자 디바이스의 공진의 0.25 파장을 달성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, q1 + q2 ≒ λeff/4. 스트립라인(101) 내의 만곡부는 스트립라인(101)의 인접 부분들 사이에 대략 90도의 각도를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 스트립라인(101) 내의 복수의 만곡부는 스트립라인(101)의 U자형 단부를 정의할 수 있다. 스트립라인(101)의 U자형 단부는 베이스(601) 및 한 쌍의 아암(602 및 603)을 포함할 수 있다. 스트립라인(101)의 U자형 단부는 접지면(103)의 슬롯들(201) 중 하나 위를 지나갈 수 있다. 구체적으로, 베이스(601)는 접지면의 에지에 평행한 슬롯들 중 하나 위를 지나갈 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스는 접지면에서 슬롯들 중 하나 위를 가로질러 지나갈 수 있다.
이제 도 7a를 참조하면, 스트립라인(101)과 연관된 단일 슬롯(201)을 갖는 접지면(103)이 도시되어 있다. 이 구성에는 스트립라인에 의해 중첩되지 않는 인접한 슬롯들이 존재하지 않는다. 이제 도 7b를 참조하면, 스트립라인 당 접지면에 단일 슬롯을 갖는 안테나에 대한 방사 패턴이 도시된다. 접지면(103) 주위의 방사 패턴은 극 고주파(EHF)에서의 통신에 적합하지 않은 불규칙한 사이드 로브 및 왜곡을 포함한다. 이제 도 7c를 참조하면, 도 7a 및 도 7b의 안테나의 주파수 응답이 도시된다. S1은 이웃하는 스트립라인들로부터의 방사 패턴들 간의 결합으로 인해 17GHz에서 상당한 왜곡을 갖는 주파수 왜곡을 나타낸다. S2는 단일 슬롯(201)과 연관된 하나의 단일 스트립라인(101)의 매칭 손실을 도시한다. 게다가, 이런 단일 슬롯의 경우, 곡선 S1과 S2 사이에는 많은 상관 관계가 없는 것처럼 보인다.
이제 도 8a를 참조하면, 스트립라인(103)과 연관된 접지면(103)에 다수의 슬롯(201)을 포함하는 안테나가 도시되어 있다. 스트립라인(101)은 중간 슬롯(201b)과 중첩된다. 슬롯들(201a 및 201c)은 슬롯(201b)에 인접하며, 스트립라인(101)에 의해 중첩되지 않을 수 있다. 이제 도 8b를 참조하면, 도 8a에 도시된 바와 같이, 스트립라인 당 접지면에 다수의 슬롯을 갖는 안테나에 대한 방사 패턴이 도시된다. 방사 패턴은 도 7b의 방사 패턴과 비교하여 두드러진 측면 로브가 거의 없고 왜곡이 거의 없이 접지면(103) 주위에 넓고 균일하게 퍼져 있다. 따라서, 도 8a 및 8b의 다양한 실시예는 도 7a 및 7b의 실시예들에 비해 향상된 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 8a의 인접한 슬롯들(201a 및 201c)은 안테나 상의 표면파를 제어하여, 더 넓은 단일 요소 원거리 패턴(single element far field pattern)을 허용한다. 입체각을 갖는 더 넓은 단일 요소 원거리 패턴은 더 큰 빔 스윕(beam sweep)을 제공하여 더 큰 전체 스캐닝 영역을 가져온다. 단일 요소 원거리 필드가 넓은 경우, 도 8b에서와 같은 안테나 어레이 구성은 안테나 주위의 구형 영역의 더 큰 부분에서 임계치보다 큰 어레이 이득을 생성할 것이다. 이와 대조적으로, 도 7a의 구조에 의해 생성된 더 좁은 단일 요소 패턴은 도 7a에서와 같은 단일 요소가 더 큰 스캐닝 각도에서 큰 이득을 제공하지 않기 때문에 큰 스캐닝 각도에서 도 7b의 어레이 이득을 감소시킬 것이다.
이제 도 8c를 참조하면, 도 8a 및 도 8b의 안테나의 주파수 응답이 도시되어 있다. S1은 도 7c에 도시된 왜곡보다 작은 15GHz에서 왜곡을 갖는 주파수 왜곡을 도시한다. S2는 슬롯들(201a-201c)과 연관된 단일 스트립라인(101)의 매칭 손실을 도시한다. 게다가, 이런 다수의 슬롯의 경우 곡선 S1과 S2 사이에 상관 관계가 있는 것으로 보이므로 왜곡을 쉽게 보상할 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 모바일 디바이스(901)의 에지(902)를 따라 접지면(103)에 스트립라인(101) 및 스트립라인(201) 당 다수의 슬롯의 어레이가 도시되어 있다. 이제 도 10을 참조하면, 유전체 층(102) 상의 모바일 디바이스(901)의 에지(902)를 따른 스트립라인(101)의 어레이가 도시되어 있다. 이제 도 11을 참조하면, 도 9 및 도 10의 어레이 안테나를 포함하는 모바일 디바이스(901) 주위의 방사 패턴이 도시된다. 도 11의 모바일 디바이스(901) 내의 접지면의 슬롯들은 모바일 디바이스(901)의 상부 에지(902)에 위치될 수 있다. 방사 패턴은 두드러진 사이드 로브가 거의 없고 왜곡이 거의 없이 모바일 디바이스(901)의 상부 에지 주위에 넓고 균일하게 퍼져있다. 따라서, 도 11의 다양한 실시예들은 도 7a 및 7b의 실시예들에 비해 개선된 성능을 제공할 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 접지면(103)에서 대각선 형상의 슬롯들(201)을 갖는 안테나가 도시되어 있다. 슬롯들(201)은 접지면(103)의 에지에 대해 경사질 수 있다. 일부 실시예에서, 스트립라인(101)은 스트립라인(101)을 분할하는 하나 이상의 만곡부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 만곡부를 갖는 스트립라인(101)의 단부는 대각선 형상의 슬롯들(201) 중 하나와 중첩될 수 있다. 스트립라인(101)의 만곡 각도는 스트립라인 및 연관된 대각선 형상의 슬롯(201) 둘레에 방사 패턴을 대략 집중시키는 것을 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 스트립라인(101)의 부분들의 길이는 스트립 라인(101)이 여기될 때 스트립라인(101) 근처의 슬롯들에 대한 결합이 디바이스의 공진의 0.25 파장을 달성하도록 선택될 수 있다.
이제 도 13을 참조하면, 접지면(103)에서 접힌 슬롯들(201)을 갖는 안테나가 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 스트립라인(101)은 어떠한 만곡도 없이 직선일 수 있다. 스트립라인의 형상은 이웃하는 스트립라인들에 대한 기생 결합을 회피 및/또는 감소시키도록 선택될 수 있다. 스트립라인(101)은 접힌 슬롯들(201) 중 하나와 중첩될 수 있다. 스트립라인(101)은 스트립라인 및 연관된 접힌 슬롯(201) 둘레에 방사 패턴을 대략 집중시키는 것을 용이하게 하도록 배치될 수 있다.
주기적인 스트립라인들 및 중첩되지 않은 인접한 슬롯들을 갖는 상술한 어레이 안테나 구조체들은 전자기 밴드 갭(electromagnetic bandgap)(EBG) 구조체들을 형성할 수 있다. 이러한 EBG 구조체들은 슬롯들 사이에 모노폴을 형성하여 안테나의 방사 패턴을 제어할 수 있다. EBG 구조체에 의해 생성된 주기적인 모노폴은 디바이스의 에지를 따를 수 있으며 에지를 따라 전자기 패턴을 제어하는 역할을 한다. EBG 구조체들의 집합은 기생 모노폴 어레이를 형성할 수 있으며, 이는 감소된 사이드 로브 뿐만 아니라 빔 형성 기능을 제공한다. 일부 실시예에서, 이들 EBG 구조체는 인쇄 회로 기판 상에 2차원적으로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 위상 시프터 및/또는 시간 지연 디바이스는 등 위상 파면(equiphase wave front)을 제공하도록 스캐닝 각도를 제어하기 위해 어레이 안테나 요소를 갖는 도전체들에서 사용될 수 있다. 설명된 본 발명의 개념은 고품질, 저손실 및 넓은 스캐닝 각도를 갖는 주기적인 안테나 유전체 구조체를 생성한다.
EBG 구조체의 전자기 특성은 물리적 치수 및 다른 파라미터에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 스트립라인 폭, 스트립라인들 간의 간격, 유전체 층 두께 및 유전체 층 유전율과 같은 파라미터들은 EBG 구조체의 전자기 특성에 영향을 미칠 수 있으며 이후 안테나 성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 명세서에서는 상기 설명 및 도면들과 관련하여 다수의 상이한 실시예들이 개시되었다. 이들 실시예들의 모든 조합과 하위 조합(subcombination)을 말 그대로 설명하고 예시하는 것은 지나치게 반복적이고 혼란스럽게 만들 것임을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서는, 도면들을 포함하여, 본 명세서에 설명된 실시예들의 모든 조합들 및 하위 조합들의 완전히 기재된 설명, 및 그것들을 제조하고 사용하는 방식 및 프로세스를 구성하는 것으로 해석되어야 하며, 임의의 그러한 조합 또는 하위 조합들에 대해 청구항들을 지원해야 한다.
도면들 및 명세서에는 다양한 실시예들이 개시되어 있고 특정 용어들이 사용되었지만, 이들은 포괄적이고 기술적인 의미로만 사용되었으며, 제한의 목적으로는 사용되지 않았다.

Claims (23)

  1. 무선 전자 디바이스(100)로서,
    접지면(103) - 상기 접지면(103)은 상기 접지면(103)의 에지를 따라 위치하는 복수의 슬롯(201)을 포함함 - ;
    상기 접지면(103) 상의 유전체 층(104); 및
    복수의 슬롯(201) 중 하나와 중첩하도록 배치된, 상기 접지면(103)에 대향하는 상기 유전체 층(104) 상의 스트립라인(101)
    을 포함하고,
    상기 스트립라인(101)은 상기 스트립라인(101)이 중첩하는 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯에 인접한 슬롯들과 중첩되지 않도록 추가로 배치되며,
    상기 무선 전자 디바이스(100)는 상기 스트립라인(101)을 통해 송신 및/또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성되는, 무선 전자 디바이스(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트립라인(101)은 상기 스트립라인(101)의 복수의 부분을 정의하는 상기 스트립라인(101) 내의 복수의 만곡부(bend)를 포함하고,
    상기 복수의 부분 각각의 각각의 길이는 상기 무선 전자 디바이스(100)의 상기 공진 주파수의 유효 파장의 약 0.25 배로서 상기 스트립라인(101)의 파장을 구성하도록 선택되는, 무선 전자 디바이스(100).
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯에 인접한 상기 슬롯들은 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯의 제1 측면 상의 제1 슬롯, 및 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯의, 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면 상의 제2 슬롯을 포함하는, 무선 전자 디바이스(100).
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 만곡부는 상기 스트립라인(101)에서 2개의 만곡부로 구성되는, 무선 전자 디바이스(100).
  5. 제2항에 있어서, 상기 스트립라인(101) 내의 상기 만곡부들은 상기 스트립라인(101)의 인접한 부분들 사이에서 대략 90도의 각도를 형성하는, 무선 전자 디바이스(100).
  6. 제2항에 있어서, 상기 스트립라인(101) 내의 상기 복수의 만곡부는 상기 스트립라인(101)의 U자형 단부를 정의하도록 구성되는, 무선 전자 디바이스(100).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스트립라인(101)의 U자형 단부는 베이스 및 한 쌍의 아암을 가지며,
    상기 베이스는 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯 위를 지나가도록 구성되는, 무선 전자 디바이스(100).
  8. 제6항에 있어서, 상기 베이스는 상기 접지면(103)의 에지에 평행한 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯 위를 지나가도록 구성되는, 무선 전자 디바이스(100).
  9. 제6항에 있어서, 상기 베이스는 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯을 가로질러 지나가도록 구성되는, 무선 전자 디바이스(100).
  10. 제1항에 있어서, 상기 스트립라인(101)은 상기 유전체 층(104) 및/또는 상기 접지면(103)과 임피던스 매칭하도록 배치되는, 무선 전자 디바이스(100).
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯의 길이는 상기 무선 전자 디바이스(100)의 상기 공진 주파수의 파장의 약 0.25 배인, 무선 전자 디바이스(100).
  12. 제3항에 있어서, 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯의 폭은 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯의 길이의 약 0.2 배인, 무선 전자 디바이스(100).
  13. 제1항에 있어서, 상기 스트립라인(101)에 의해 중첩되지 않는 슬롯들은 상기 스트립라인(101) 근처에서 표면파의 전파를 감소시키는, 무선 전자 디바이스(100).
  14. 제1항에 있어서, 상기 스트립라인(101)은 제1 스트립라인(101)을 포함하고, 상기 무선 전자 디바이스(100)는,
    하나 이상의 추가 스트립라인을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 추가 스트립라인 각각은 상기 복수의 슬롯(201)의 각각의 슬롯들과 중첩되고,
    상기 하나 이상의 추가 스트립라인은 상기 하나 이상의 추가 스트립라인에 의해 중첩된 상기 복수의 슬롯(201)의 각각의 슬롯들과 인접한 슬롯들과 중첩되지 않도록 추가로 배치되는, 무선 전자 디바이스(100).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯(201) 중 하나의 슬롯은 제1 슬롯을 포함하고,
    상기 스트립라인(101)에 의해 중첩된 상기 제1 슬롯에 인접한 상기 슬롯들은 상기 제1 슬롯의 제1 측면에 인접한 제2 슬롯, 및 상기 제1 슬롯의 제1 측면에 대향하는, 제2 측면에 인접한 제3 슬롯을 포함하고,
    상기 하나 이상의 추가 스트립라인은 상기 제1 스트립라인 또는 상기 하나 이상의 추가 스트립라인에 의해 중첩되지 않는 제5 슬롯 및 제6 슬롯에 인접한, 제4 슬롯과 중첩하는 제2 스트립라인을 포함하고,
    상기 제5 슬롯은 상기 제4 슬롯의 제1 측면에 인접하고, 상기 제6 슬롯은 상기 제4 슬롯의 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면에 인접하며,
    상기 제5 슬롯은 상기 제3 슬롯에 인접한, 무선 전자 디바이스(100).
  16. 제14항에 있어서, 상기 복수의 슬롯(201) 중 인접한 슬롯들 사이의 거리는 상기 무선 전자 디바이스(100)의 상기 공진 주파수의 파장의 0.1 내지 0.2 배인, 무선 전자 디바이스(100).
  17. 제14항에 있어서, 상기 추가 스트립라인들 중 인접한 스트립라인들 사이의 거리는 상기 무선 전자 디바이스(100)의 상기 공진 주파수의 파장의 0.25 내지 0.5 배인, 무선 전자 디바이스(100).
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 스트립라인 및 상기 하나 이상의 추가 스트립라인은 어레이로 배열되고, 다중-입력 및 다중-출력(multiple-input and multiple-output)(MIMO) 통신을 수신 및/또는 송신하도록 구성되는 무선 전자 디바이스(100).
  19. 제14항에 있어서, 상기 유전체 층(104) 및 상기 제1 스트립라인(101) 및/또는 상기 하나 이상의 추가 스트립라인에 의해 형성된 각각의 방사 필드들은 전자기 방사 빔을 형성하기 위해 부가적으로 결합하는 무선 전자 디바이스(100).
  20. 제1항에 있어서, 상기 복수의 슬롯(201) 중 적어도 하나는 상기 접지면(103)의 에지에 대략 수직으로 연장되는 무선 전자 디바이스(100).
  21. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯(201) 중 적어도 하나는 상기 접지면(103)의 에지에 대해 대각선 방향으로 배향되고,
    상기 스트립라인(101)은 하나 이상의 만곡부를 포함하고, 상기 복수의 슬롯(201) 중 하나와 중첩하도록 배치되는 무선 전자 디바이스(100).
  22. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯(201)은 상기 접지면(103)의 하나의 에지를 따라 있고,
    상기 접지면(103)의 하나의 에지는 모바일 디바이스(901)의 에지를 따라 있는, 무선 전자 디바이스(100).
  23. 무선 전자 디바이스(100)로서,
    접지면(103) - 상기 접지면(103)은 상기 접지면(103)의 에지를 따라 위치하는 복수의 슬롯(201)을 포함함 - ;
    상기 접지면(103) 상의 유전체 층(104); 및
    상기 접지면(103)에 대향하는 상기 유전체 층(104) 상의 복수의 스트립라인(101)
    을 포함하고,
    상기 복수의 스트립라인(101) 각각은 상기 복수의 슬롯(201)의 각각의 슬롯과 중첩하지 않도록 배치되며,
    상기 복수의 스트립라인(101)의 각각의 스트립라인은 상기 스트립라인(101)이 중첩하는 상기 복수의 슬롯(201)의 각각의 슬롯에 인접한 슬롯들과 중첩되지 않도록 추가로 배치되며,
    상기 무선 전자 디바이스(100)는 상기 복수의 스트립라인(101) 중 적어도 하나를 통해 송신 및/또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성되는 무선 전자 디바이스(100).
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