KR100793646B1

KR100793646B1 - 핸드셋 쿼드리파일러 나선형 안테나 기계적 구조들

Info

Publication number: KR100793646B1
Application number: KR1020050067681A
Authority: KR
Inventors: 조영민; 이준완; 김기출; 그레고리 에이. 주니어. 오'네일; 폴 에이. 주니어. 토나타; 존 찰스 파라; 머레이 푸게이트
Original assignee: 스카이크로스 인코포레이티드
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2008-01-11
Also published as: KR20060059162A

Abstract

쿼드리파일러 나선형 안테나(quadrifilar helical antenna)는, 길이가 동일하지 않고 직교 위상신호들이 전파되는 2쌍의 파일러들을 포함한다. 안테나의 하단에 배치된 디스크형 임피던스 정합 소자는 소스 임피던스를 안테나 임피던스에 정합시킨다. 특정 실시예들에서, 안테나의 상단에 배치된 기판 상의 제1 크로스바 커넥터는 2개의 나선형 파일러들을 전기 접속시켜 제1 파일러 쌍을 형성하고, 기판 상에 배치된 제2 크로스바 커넥터는 2개의 파일러들을 접속시켜 제2 파일러 쌍을 형성한다.

원편파, 위성 DMB, 파일러, 임피던스 정합 소자, 크로스바 커넥터, 레이돔, 납땜 필렛

Description

핸드셋 쿼드리파일러 나선형 안테나 기계적 구조들{Handset quadrifilar helical antenna mechanical structures}

도1 및 도2는 본 발명의 사상에 따른 QHA를 다양하게 도시한 도면.

도3은 도1 및 도2의 QHA에 사용하기 위하여 본 발명의 사상에 따른 임피던스 정합 소자를 도시한 도면.

도4는 본 발명의 사상에 따른 임피던스 정합 소자의 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도5는 레이돔(radome)을 포함하는 본 발명에 따른 QHA를 도시한 도면.

도6-8은 본 발명에 따른 QHA의 다른 실시예들을 도시한 도면.

도9은 임피던스 정합 소자 및 QHA를 접속시키는 납땜 필렛들(solder filets)을 도시한 도면.

도10은 본 발명에 따른 QHA 의 파일러 (Filar) 부위를 유연한 (Flexible) 물질위에 구현한 예를 도시한 도면.

도11은 맨드릴(mandrel)을 포함하는 본 발명의 QHA의 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도12 내지 도14는 QHA에 사용하기 위한 임피던스 정합 소자의 실시예를 도시한 도면.

도15 내지 도17은 본 발명의 QHA에 사용하기 위한 도전성 브리지들의 각종 실시예들을 도시한 도면.

도18 및 도19는 피벗(pivot) 또는 힌지 구조 (hinge member)를 갖는 본 발명의 QHA의 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도20은 디스플레이를 더 포함하는 핸드셋 통신 장치에 사용하기 위한 본 발명의 QHA를 도시한 도면.

도21 및 도22는 본 발명의 QHA에 사용하기 위한 맨드릴의 실시예들을 도시한 도면.

도23 내지 도25는 본 발명의 QHA의 맨드릴 및 기판의 정렬과 연관된 구조들을 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: QHA

12, 14, 16, 18: 파일러

20: 하부 영역

22: 상부 영역

23: 도전성 브리지

관련 출원들에 대한 교차 참조

본 특허 출원은 2004년 7월 28일에 출원된 가 특허 출원 번호 제 60/592,011 호의 우선권을 주장하는 2004년 11월 26일에 출원된 발명의 명칭이 " Quadrifilar Helical Antenna"인 특허 출원 번호 제 10/998,301 호의 우선권을 주장하는 부분 계속 출원이다.

기술 분야

본 발명은 위성 통신 링크에 사용하기 위한 안테나에 관한 것이며, 특히 위성 통신 링크에 사용하기 위한 쿼드리파일러 나선형 안테나(QHA: Quadrifilar Helical Antenna)에 관한 것이다.

배경 기술

나선형 안테나는 나사산(screw thread) 형태로 감겨져 헬릭스(helix)를 형성하는 하나 이상의 신장된 도전성 소자들을 포함한다. 기하학 나선형 형상은 직경(D)의 실린더 주위에 피치각(P)으로 배치된 길이(L)의 도전성 소자들을 포함한다. 피치각은 나선형 도체와 접하는 선 및 나선형 축에 수직한 평면으로 형성된 각도로 정의된다. 안테나 동작 특성들은 헬릭스 기하학적 속성들, 도전성 소자들의 수 및 이들 간의 상호접속들, 및 피드 배열(feed arrangement)에 의해 결정된다. 엔드 파이어(end fire) 또는 전방향 방사 축 모드(forward radiating axial mode)로 동작시, 방사 패턴은 단일의 주 패턴 로브(lobe)를 포함한다. 피치각은 이 로브 내의 최대 강도 위치를 결정한다. 저 피치각 나선형 안테나들은 축을 따라서 최대 강도 영역을 갖는 경향이 있으며, 보다 높은 피치각들의 경우에, 최대 강도 영역은 축을 벗어난다.

쿼드리파일러 나선형 안테나들(QHA)은 UHF, L 및 S 주파수 대역들에서 동작하는 통신 및 항법 수신기들에 사용된다. 제한된 대역폭을 갖는 공진 QHA는 또한, GPS 신호들을 수신하는데 사용된다. QHA는 상대적으로 작은 크기, 우수한 원편파 커버리지 및 상반구 시야(upper hemisphere field of view)의 대부분에 걸쳐서 낮은 축비(axial ratio)를 갖는다. QHA가 공진 안테나이기 때문에, 이의 크기들은 통상, 협대역 주파수에 대해 최적의 성능을 제공하도록 선택된다. C.C. Kilgus는 IEEE Transactions on Antenna and Propagation, Vol.AP-17, May 1969, pp. 349-351에 발표한 "Resonant Qudarifilar Helix"에서 최초로 QHA를 설명하였다.

종래 기술의 쿼드리파일러 나선형 안테나는, 약 1575MHz에서 동작하기 위하여 약 30mm의 직경을 갖는 헬릭스상에 설치된 4개의 동일한 길이의 파일러들을 포함한다. 이들 기하학적 특징들이 주어지면, 안테나는 약 50ohms의 구동점 임피던스를 제공하는데, 이는 통상적인 50ohm 특성 임피던스 동축 케이블에 정합하는데 적합하다. QHA의 4개의 파일러들은 위상 직교, 즉 인접 파일러들 간에 90°위상 관계로 급전된다. 4개의 동일한 길이의 QHA 파일러들을 직교 급전하기 위한 적어도 2가지 공지된 종래 기술들이 있다. 한 가지 이와 같은 직교 정합 구조는 2개의 집중된 또는 분포된 발룬들(baluns)과 함께, 집중된 또는 분포된 분기선 하이브리드 커플러(Branch Line Hybrid Coupler; BLHC) 및 종단 부하(terminating load)를 사용한다. 다소 넓은 대역폭을 제공하는 또 다른 기술은 종단 부하와 함께 각각 동작하는 3개의 분기선 하이브리드 커플러들(제1 입력 BLHC는 입력 신호를 수신하고 출력 신호를 2개의 병렬 BLHC에 제공한다)을 사용한다. 1/4파 위상 시프터는 병렬-접속된 BLHC들 중 한 BLHC 와 제1 BLHC 간에 90°위상 시프트를 제공한다.

하이브리드 커플러들 및 발룬들과 같은 직교 정합 기술들은 안테나가 설치되는 인쇄 회로 기판의 크기를 증가시키는 단점이 있다는 것이 공지되어 있다. 커플러들 및 발룬들은 또한 안테나 비용을 증가시키고, 안테나와 함께 동작하는 각 부가적인 구성요소는 손실 및 대역폭 제한들을 부과한다.

전형적으로, QHA는 접지면 또는 매설지선(counterpoise) 없이 동작하는 자력식 방사 구조(self-sufficient radiating structure)이다. 그러나, QHA가 무선 송수신기 핸드셋에 매우 인접하여 설치될 때, 핸드셋 구조는 접지면과 매우 유사하게, QHA 의 방사 패턴 및 임피던스에 영향을 미치는 전자파 반사들을 야기시킬 수 있다. 예를 들어, QHA가 우 원편파 신호를 방출하면, 도전성 표면으로부터 반사시에, 이 신호는 좌 원편파 신호로 변환된다. 이와 같은 영향들은 안테나의 성능에 부정적인 영향을 미치고, 통신 시스템이 이중 신호 편파들을 사용하는 경우 특히 문제가 될 수 있다는 것이 명백하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 쿼드리파일러 나선형 안테나는: 실질적으로 실린더형인 기판; 제1 길이를 갖고 상기 기판 상에 배치되며, 제1 및 제2 단부를 갖는 제1 쌍의 직렬 접속된 나선형 파일러들; 상기 제1 길이와 상이한 제2 길이를 갖고 상기 기판 상에 배치되며, 제3 및 제4 단부를 갖는 제2 쌍의 직렬 접속된 나선형 파일러들; 및, 안테나 임피던스를 소스 임피던스에 정합시키기 위해 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 단부들에 도전적으로 접속된 임피던스 정합 소자를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 핸드셋 통신 장치는: 베이스; 상기 베이스에 대해서 여러 배향들로 조정하기 위하여 상기 베이스와 이동 가능하게 맞물리는 커버; 상기 베이스 내에 배치된 쿼드리파일러 나선형 안테나를 포함하고, 상기 안테나는: 실질적으로 실린더형인 기판; 상기 기판 상에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 나선형 파일러로서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 파일러들 중 적어도 2개의 파일러들은 서로 다른 길이를 갖는, 상기 나선형 파일러; 안테나 임피던스를 소스 임피던스에 정합시키기 위해 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 파일러들에 도전적으로 접속된 임피던스 정합 소자; 및, 상기 임피던스 정합 소자 및 상기 베이스 간에 배치된 커넥터를 포함한다.

본 발명의 상술된 특징들 및 이외 다른 특징들은 전체 도면들에 걸쳐서 동일한 부품들에 동일한 참조 문자들이 병기된 첨부한 도면들에 도시된 바와 같은 본 발명에 대한 이하의 보다 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 전체 도면들은 원래 크기로 도시할 필요는 없지만, 대신, 본 발명의 원리들을 설명시에는 강조되어 있다.

본 발명에 따라 특정 안테나 장치 및 안테나를 제조하는 방법을 상세히 설명하기 전, 본 발명은 하드웨어 소자들 및 공정 단계들의 신규하면서 자명하지 않은 조합을 기반으로 한다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 이들 소자들은 전체 도면들 및 명세서에서 종래 소자들로 표시되는데, 종래 기술에 이미 공지된 소자들 및 방법 단계들에 대해서 덜 상세히 설명하였고, 본 발명의 이해와 관련된 소자들 및 단계들에 대해선 보다 상세하게 설명하였다.

본 발명은 직교 관계의 전류들을, 짧은 파일러들의 쌍 및 긴 파일러들의 쌍을 포함하는 4개의 파일러들 각각에 공급하는 신호원에 응답하는 안테나에 관한 것이다. 안테나는 안테나 파일러들에 의해 제공되는 원편파 이득을 이용하는 간단하며, 저비용, 저손실 정합 소자를 사용한다. 일 실시예에서, 안테나는 상대적으로 작은 물리적 패키지에서 유용한 이득을 제공하며, 이 패키지는 다른 공지된 안테나들과 비교시 이득 및 크기 면에서 거의 최적이다. 한 가지 애플리케이션에서, 안테나는 위성과 통신하기 위한 지상-기반 통신 핸드셋에 소망하는 성능 특징들을 제공한다.

일 실시예에서, 본 발명의 QHA는 2630 내지 2655MHz의 주파수 대역(즉, 대략 1%의 대역폭) 상에서 동작한다. 방사 패턴은 우 원편파(RHCP)를 선호한다. 정점(zenith)으로부터 약 45°의 입체각(solid angle) 내에서, 이득은 약 2.5 dBic 인데, 즉 우 원편파 등방성 안테나에 대해서 2.5 dBic 보다 크다. 정점에서 이득은 4.0 dBic 에 근접한다. 정재파 비(SWR)는 2630 내지 2655MHz의 주파수 범위에 걸쳐서 약 1.5:1이다. 본 발명 또는 이의 파생적인 실시예들의 QHA XM Radio and Sirius에 의해 운영되는 위성 상업용 무선 시스템들 또는 GPS 위성과 같은 위성으로부터의 신호들을 전송 및/또는 수신하는 지상-기반 통신 장치들에 사용하기 위한 요구조건들을 충족시킬 수 있다.

도1 및 도2는 본 발명의 사상들에 따른 QHA(10)를 도시하는데, QHA는 일반적으로 실린더 형상인 QHA(10)의 하부 영역(20)으로부터 상부 영역(22)으로 신장하는 파일러 권선들(12, 14, 16 및 18)을 포함한다. 도1은 대향 배치된 파일러들(12 및 16)이 도전성 브리지(23)에 의해 도전적으로 접속되고 파일러들(14 및 18)이 도전성 브리지(24)에 의해 도전적으로 접속되는 QHA를 도시한다. 파일러들(12/16) 상에 전파하는 신호들은 파일러들(14/18)상에 전파하는 신호들과 위상 직교되어 원하는 원형 신호 편파를 발생시킨다. 바람직한 실시예에서, 파일러들(12, 14, 16 및 18) 각각은 단면이 원형 또는 직사각형인 와이어 또는 도전성 라인 또는 트레이스와 같은 도전성 소자를 유전체 기판 상에서 포함한다.

당분야에 공지된 바와 같이, 도전성 브리지들은 동작 주파수에서 1/4 파장들의 짝수와 동일한 파일러 길이를 갖는 QHA들에 사용되지만, 파일러 길이들이 1/4 파장들의 홀수를 포함할 때 통상적으로 사용되지 않는다. 일 실시예에서, 각 도전성 브리지들(23 및 24)(또한, 크로스바(crossbar)라 칭한다)은 도전성 테이프 스트립을 포함한다.

도1 및 도2의 실시예에서, 4개의 파일러 도체들(12, 14, 16 및 18)은 가공 실린더의 하부 영역(20)으로부터 상부 영역(22)으로 실질적으로 균일한 나선형 패턴으로 신장된다. 또 다른 실시예에서, 도시되지 않았지만, 하나 이상의 파일러들이 하부 영역(20)으로부터 상부 영역(22)으로 지그재그 또는 뱀 모양 패턴으로 실린더 주위에 배치된다.

도1 및 도2의 구조를 구현하고 2630 내지 2655MHz의 대역에서 사용하기 위한 실시예들에서, 실린더 직경 범위는 약 8mm 내지 약 10mm 이다. 본 발명에 따라서 구성된 안테나는 약 3.5 dBic 를 초과하는 피크 이득을 제공한다. 정점에서의 최대 이득은 약 45°의 파일러 피치각에서 발생된다. 정점으로부터 45°입체각 내에서 증가되는 이득은 약 60°의 피치각을 사용함으로써 성취될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 피치각은 약 75°이지만, 60°피치각이 의도한 애플리케이션을 위하여 45°입체각 내에서 적절한 이득을 제공한다는 것이 관찰되었다. 일반적으로, 피치각을 낮추면 정점에서의 이득은 증가된다. 60°피치각으로 구성된 안테나는 75°의 피치각을 갖는 안테나 보다 짧은 축 높이를 나타내는데, 이는 또한 어떤 애플리케이션들에 유용할 수 있다. 피치각들을 높게 하면 모든 방위각들에 대해서 빔 피크가 유지되나 보다 낮은 앙각들(elevation angle)에서 빔 피크가 발생되는 경향이 있다. 또한, 높은 피치각을 사용하면 대역폭이 넓어지고 SWR이 낮아지는 경향이 있다. 약 45°의 피치각으로 구성된 안테나는 60°피치각을 갖는 QHA 보다 대역폭이 좁고 SWR이 높다. 만족할 만한 원편파를 성취하기 위한 평형화 및 필수 공진 조건들은 일반적으로 협대역 안테나들을 제안한다.

각 파일러(12, 14, 16 및 18)의 공칭 길이는 약 2642.5MHz에서 동작하는 대략 1/4 파장 안테나 구조에 대해선 약 25mm이다. 공칭 파일러 길이는 1/2 파장 QHA에 대해선 약 46mm이다. 이들 파일러 길이들 및 약 60°의 피치각을 토대로, 안테나 축 높이는 1/4 파장 QHA에 대해선 약 18mm이고, 1/2 파장 QHA에 대해선 약 39mm이다. 1/4 파장 QHA의 일 실시예에서, 안테나는 약 16mm의 직경을 포함한다. 1/2 파장의 일 실시예에서, 파일러 구조 직경은 약 8.5mm이다. 무선 주파수 커넥터, 레이돔(radome) 하우징, 및 안테나와 커넥터 간에 배치된 짧은 케이블(short cable)과 함께 완전하게 조립될 때, 전체 크기들은 68mm 높이 및 12mm 직경으로 된다.

1/2 파장 QHA 방사 패턴은 1/4 파장 QHA 보다 방사 패턴 면에서 양호한 전방향 이득(forward gain) 및 작은 백 로브를 나타낸다. 다른 실시예들에서, 3/4, 5/4 등의 파장 QHA들이 본 발명의 사상에 따라서 사용될 수 있다. 1/4 파장의 비율이 높은 실시예들은 빔의 피크에서 보다 높은 이득을 제공하는데, 즉 보다 좁은 방사 패턴, 확장된 대역폭 및 보다 높은 전면 반구-대-후면 반구 비(front hemisphere-to-back hemisphere ratio)를 제공한다는 것이 공지되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, QHA 파일러들의 길이들은 공칭 길이로부터 수정된다. 즉, 파일러들(12, 14, 16 및 18)은 긴 파일러들(예를 들어, 파일러들(12 및 16))의 제1 쌍 또는 루프, 및 짧은 파일러들(예를 들어, 14 및 18)의 제2 쌍 또는 루프를 포함하며, 여기서, 길고 짧음은, 전체 길이가 도전성 루프를 둘러싸도록 도전성 브리지(23/24)의 길이 및 안테나 임피던스를 후술되는 피드 구조 임피던스에 정합시키는 피드 구조의 세그먼트의 길이를 포함하며 약 2642.5MHz에서 동작하는 1/4 파장 안테나에 대해서 약 25mm인 공칭 길이에 대해 판정된다. 2개의 파일러 쌍들 간의 길이 차는 4개의 파일러들 상에 전파하는 신호들에 대한 직교 위상관계를 유지시킨다.

1/2 파장 실시예에서, 긴 파일러들 각각의 길이는 약 46mm이고 짧은 파일러들 각각의 길이는 약 44.5mm이며, 두 길이들은, 전체 길이가 도전성 루프를 둘러싸도록 각 파일러 쌍의 도전성 브리지의 길이 및 후술되는 (안테나 임피던스를 피드 구조 임피던스에 정합시키는) 피드 구조의 도전성 세그먼트의 길이를 포함한다.

도1에 도시된 바와 같이, 도전성 브리지들(23 및 24) 각각은 대향 배치된 파 일러들을 접속시키는데, 이들 파일러들 간에는 파일러들의 길이 차로 인해 공극(28)이 존재한다. 따라서, 일 실시예에서 이 공극 거리는 파일러 길이 차를 조절한다. 또 다른 실시예에서, 길이 차는 가령 2개의 파일러 쌍들에 대해 서로 다른 피치각들을 사용하여 동일하지 않은 길이들의 파일러들을 형성함으로써 생성된다. 파일러 쌍들을 접속시키는 다른 도전성 구조들의 사용을 포함하는 다른 실시예들이 후술된다.

약 2642.5MHz에서 동작하는 본 발명의 1/4 파장 실시예에서, 긴 파일러 길이와 짧은 파일러 길이는 각각 약 23.325mm 및 약 21.075mm이다.

이 유형의 안테나들에 대한 새로운 애플리케이션들(예를 들면, 후술되는 핸드셋과 같은 소비자 전자 장치들)에 대한 소비자 시장 조사들을 고려하면, 안테나 개발자는 가능한 작은 크기의 안테나를 개발해야 한다. 본 발명의 QHA 실시예들의 특정 크기들은 소비자 요구조건들에 따른다. 이들 크기들은 바람직한 방사 패턴 및 대역폭 성능을 제공할 수 있는 최소 크기에 매우 근접하도록 제안된다. 보다 작은 크기들에서, 안테나 소자들은 방사를 자체 흡수하는 경향이 있다는 것이 관찰되었다.

QHA(10)을 위한 한가지 애플리케이션으로서 통신 핸드셋을 들 수 있다. 도1 및 도2를 참조하면, 무선 주파수 커넥터(32)는 핸드셋의 수신 및/또는 전송 소자들에 전기적으로 접속된다. 전송 모드에서, 무선 주파수 신호는 핸드셋 내의 전송 소자들로부터 커넥터(32)를 통해서 QHA(10)로 공급된다. 수신 모드에서, QHA(10)에 의해 수신된 무선 주파수 신호는 커넥터(32)를 통해서 핸드셋 수신 소자들에 공급 된다. 이하에 부가 설명되고 도시되는 바와 같이, QHA(10)는 도1 및 도2에 도시된 레이돔 베이스(33)를 갖는 레이돔을 더 포함한다.

본 발명의 안테나는 상부 영역(22) 또는 하부 영역(20)에 배치된 안테나 신호 피드(가령, 후술되는 신호 피드)와 함께 구성될 수 있다. QHA(10)는 안테나가 상부 급전되는지 또는 하부 급전되는지 여부에 따라서 (방사 패턴을 포함하여) 다른 동작 특성들을 나타낸다. 그러나, 어느 경우든, 대부분의 에너지는 정점의 방향으로 방사된다.

안테나 신호 피드가 하부 영역(20)에 배치되면, 50 ohm 동축 케이블과 같은 신호 도체에 신호 피드가 직접 접속된 상태에서 QHA는 전방향 파이어 축 모드(forward fire axial mode)로 동작한다.

안테나 신호 피드가 상부 영역(22)에 근접하여 배치되면, QHA는 후방향 파이어 축 모드로 동작한다. 후방향 파이어 축 모드 QHA의 일 실시예에서, 전송선은 상부 영역(22) 내의 신호 피드 구조에 접속되고 하부 영역(20)으로 확장(및 일 실시예에서 하부 영역(20) 아래로 확장된다)되는데, 이 전송선은 50ohm 동축 케이블에 접속된다. 전송선은 1/4 파장 전송선 변환기로서 동작하여, 신호 피드에 존재하는 안테나 임피던스(또한, 구동점 임피던스라 칭한다)를 동축 케이블의 50ohm 특성 임피던스에 정합시킬 수 있다. 특정 애플리케이션들에서, 하부 피드 구조는 상부 영역(22) 및 하부 영역(20) 간에서 확장되는 전송선(또는 전송선 변환기)에 대한 필요성을 제거하기 때문에 바람직하다.

본 발명의 QHA는, 모든 안테나들과 유사하게, 안테나에 급전하는 전송선에(자신의 신호 피드 단자에서) 구동점 임피던스를 제공한다. 최적의 전력 전달을 위하여, 안테나 구동점 임피던스를 소스 또는 부하 임피던스라 칭하는 전송선의 특성 임피던스에 정합시키는 것이 바람직하다. 임피던스 정합은 안테나 및 소스 임피던스의 저항성 또는 실수 성분이 동일하고, 리액티브 또는 허수 성분들이 크기가 동일하고 부호가 반대일 때 발생된다. 통상적으로 사용되는 전송선이 50ohms의 임피던스를 갖기 때문에, 본 발명의 QHA는 50ohm 전송선에 접속하기 위하여 50ohm의 임피던스를 갖거나 50ohms으로 간편하게 변환될 수 있는 임피던스를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이, 특정 애플리케이션에 QHA를 사용하는 것은 안테나의 동작 및 물리적 특성들을 결정한다. 이들 특성들을 성취하기 위하여, QHA는 상대적으로 좁은 직경의 실린더를 제공하고, 상대적으로 좁은 직경의 실린더는 유도 성분을 포함하여 50ohms 미만의 구동점 임피던스를 발생시킨다. 특정 실시예들의 경우에, 이 임피던스 범위는 약 3 내지 15ohms이라는 것이 밝혀졌다. 모든 1/4 파장 배수들, 예를 들어 1/4, 1/2, 3/4, 5/4, 7/4, 등에 대해서 유사한 인덕턴스 값들이 제공된다. 50ohm 안테나 구동점 임피던스를 성취하기 위해선 통신 핸드셋에 사용이 허용된다고 일반적으로 고려되는 것보다 큰 실린더 직경이 필요하다.

임피던스 정합 소자(48)(도3 참조)는 본 발명의 사상들에 따라서 안테나 구동점 임피던스를 소스 임피던스에 정합시킨다. 정합 소자(48)는 유전체 기판(52) 상에 배치되는 "H-형상"의 도전성 소자(50)를 포함하는데, 예를 들어 이 도전성 소자(50) 및 유전체 기판(52)은 도전성 패턴이 형성된 인쇄 회로 기판을 포함한다. 임피던스 정합 소자(48)는 신호 피드 단자(54)를 더 포함한다(상기 단자(54)는 기판(52)의 중심에 근접하여 배치되고, 상기 기판 중심에 대해서 대칭적으로 QHA의 각종 소자들이 배향됨). 중심-급전 임피던스 정합 소자(48)는 종래 기술의 발룬들(baluns)의 단점들을 극복하여, 안테나 방사 소자들과 물리적으로 통합될 수 있는 정합 구조를 제공하여, 핸드셋과 같은 통신 장치로의 합체를 위한 통합된 방사 및 임피던스 정합 구조를 제공한다.

도시된 실시예에서, QHA(10)는, 커패시터(57)의 단자(57A)에 접속되는 중심 도체(56) 및 실드(58)를 포함하는 동축 케이블(55)로부터 급전된다. 인덕터(59)는 중심 도체(56) 및 실드(58)간에 접속된다. 바람직한 실시예에서, 커패시터는 약 1.8pF의 값을 갖고 인덕터(59)는 약 2.2nH의 값을 갖는다. 커패시터 및 인덕터 값은 임피던스 정합에 또한 영향을 미치는 피드 및 안테나 소자들의 구조적 특징들과 관련하여 동작할 때 바람직한 임피던스 정합을 제공하도록 선택된다. 도시된 바와 같이 배치된 커패시터(57) 및 인덕터(59)는 동축 케이블(55)의 소스 임피던스 및 QHA(10) 간에 2-소자 임피던스 정합을 형성한다. 따라서, 안테나의 고유 구동점 임피던스는 커패시터 및 인덕터에 의해 대략 50ohms으로 변환된다.

중심 도체(56)의 길이는 당업자에게 공지된 바와 같이 짧게 유지되어야 한다. 발룬이 신호 피드 단자(54)에 근접하여 접속되어 표유 무선 주파수 필드들이 실드(58) 내에서 전류를 발생시키는 것을 방지할 수 있다는 것이 종래 기술에 또한 공지되어 있다.

커패시터(57)의 단자(57B)는 도체(70)를 통해서 임피던스 정합 소자(48)의 도전성 소자(60)에 접속된다. 도전성 소자(60)는 도전성 패드들(61 및 62)과 도전적으로 연결되어 있다. 동축 케이블(55)의 실드(58)는 도전성 소자(78)를 통해서 도전성 패드들(72 및 74)에 접속된다. 일 실시예에서, 납땜 필렛(solder filet)은 실드(58)를 도전성 소자(78)에 도전적으로 접속시킨다. 파일러들((12)(김), 14(짧음), 16(김), 및 18(짧음))은 각자의 도전성 패드 내에 정의된 개구들(72A, 74A, 60A 및 62A) 내에 각각 배치되고 임피던스 정합 소자(48)의 평면으로부터 수직으로 신장된다. 도전성 패드 및 이의 각 파일러를 브리지하는 납땜 필렛(도11 참조)은 이들 간에 도전성 접속을 형성시킨다.

임피던스 정합 소자(48)를 형성하기 위하여, 일 실시예에서, 도전층은 유전체 기판(52) 상에 배치되고 도전성 패드들(61, 62, 72 및 74) 및 도전성 소자(78)는 도전층을 선택적으로 서브트랙티브 에칭(subtractive etching)하여 형성된다.

파일러들(12 및 16)(둘 다 길다)은 기판(52)의 중심에 대해서 헬릭스 상에서 대향 배치된다는 점에 유의하라. 유사하게, 파일러들(14 및 18)(둘 다 짧다)은 기판 중심에 대해서 대향 배치된다. 따라서, 임피던스 정합 구조(48)의 도전성 소자(60)는 긴 파일러(18) 및 짧은 파일러(16)를 접속시킨다. 유사하게, 도전성 소자(78)는 긴 파일러(12) 및 짧은 파일러(14)를 접속시킨다. 도전성 브리지들(23 및 24)은 상술된 바와 같이 자신들의 상단에서 파일러들을 접속시킨다.

임피던스 정합 소자(48)는 서술된 바와 같이 QHA(10)의 근단(proximal end) 또는 원단(distal end)에 배치될 수 있다. 정합 소자(48)의 물리적 특징들(커패시터 및 인덕터의 값을 포함)은 원단에 배치될 때 상술된 것들로부터 변경될 수 있 다.

임피던스 정합 소자(48)에서 예시적 전류 흐름은 실드(58)로부터 도전성 소자(78)를 통해서 도전성 패드(72)로 향하는 화살표(100)로 표시된다. 전류 흐름은 긴 파일러(12), 도전성 브리지(23) 및 긴 파일러(16)(도1 참조)를 통해서 도전성 패드(61)로 지속된다. 화살표(102)는 도전성 패드(61)로부터 도전성 소자(60) 및 커패시터(57)를 통해서 중심 도체(56)로의 전류 흐름을 나타낸다.

유사하게, 전류 흐름은 실드(58)로부터 도전성 소자(78)를 통해서 도전성 패드(74)로 향하는 화살표(104)로 표시된다. 전류 흐름은 짧은 파일러(14), 도전성 브리지(24) 및 짧은 파일러(18)(도1 참조)를 통해서 도전성 패드(62)로 지속된다. 화살표(106)는 도전성 패드(62)로부터 도전성 소자(60) 및 커패시터(57)를 통해서 중심 도체(56)로의 전류 흐름을 나타낸다.

각종 무선 주파수 커넥터들이 도3의 동축 케이블(55) 대신에 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 도1, 도2 및 도5의 실시예들에서 도시된 바와 같이, 커넥터(32)는 안테나 피드 단자에 접속된다. 커넥터(32)의 단자들은 도3에 도시되지 않은 신호 케이블과 짝을 이루는데, 이 케이블은 신호 도체 및 접지 도체를 포함한다. 신호 도체는 동축 케이블(55)의 중심 도체(56)를 대체하여 동작하고, 접지 도체는 실드(58)를 대체한다. 상술된 바와 같은 동축 케이블(55)의 접속과 유사한 방식으로 신호 도체와 접지 도체가 임피던스 정합 소자(48)에 접속된다.

약 8.5mm의 직경 및 약 60°의 피치각을 갖는 예시적인 QHA 구조에 대해서, 순리액턴스는 2642.5MHz에서 약 1.6nH(j26)이며; 저항은 약 12+j26ohms의 임피던스(Zdp)에 대해서 약 12 ohms이다. 리액티브 성분은 직렬 등가 저항의 약 2배라는 점에 유의하라. 실제 구동점 임피던스가 안테나 직경 및 파일러 피치각에 좌우되지만, 유도성 임피던스를 저항성 성분 값의 약 2배가 되게 하는 이 경향은 원편파 신호가 방사되도록 파일러들 간의 직교 관계에 대한 수용가능한 해법을 제공하면서 적절한 안테나 이득 및 SWR을 제공할 수 있다.

피크 QHA 이득은 최저 SWR이 관찰되는 주파수 보다 다소 아래의 주파수에서 발생되는 경향이 있다는 것이 또한 밝혀졌다. 따라서, 일 실시예에 따르면, QHA는 만족할 만한 SWR을 성취하는 반면 일부 이득을 희생한다. 그러나, 컴퓨터-기반 설계 반복들(design iterations)을 수행하여 파일러 길이(짧은 파일러 및 긴 파일러 둘 다 또는 어느 하나)와 같은 파일러 크기들, 파일러 단면, 실린더 반경, 파일러 피치각 및 정합 성분값들(즉, 커패시터(57) 및 인덕터(59))을 조정함으로써 보다 높은 SWR과 함께 보다 큰 피크 이득을 성취할 수 있다. 이들 파일러 크기들 및 정합 성분 값들이 결정되면, 이를 토대로 구성된 안테나는 적절한 공정 허용오차를 제공하여 원하는 성능을 성취한다.

본 발명에 따른 QHA의 설계는 각종 안테나 물리적 파라미터들 및 바람직한 동작 특성들 간의 관계를 고려한다. 상술된 바와 같은 일 실시예에 따르면, 안테나 물리적 파라미터들은 최적화되어, 50 ohms 보다 적은 실수부 및 양의 리액티브 부를 갖는 안테나 구동점 임피던스(즉, 직렬 등가 임피던스)를 제공한다. 본 발명의 각종 실시예들에서, 임피던스 정합 소자(48) 내의 도전성 구조들의 인덕턴스로 인한 잔여 리액티브 성분은 이들 구조들의 길이에 비례한다. 일반적으로, 리액티브 성분은 저항성 성분의 약 2배 또는 20 내지 40ohms 리액티브 범위에 있다. 본 발명자들에 의해 수행된 조사들에 따르면, QHA는 실수 임피던스 성분 및 리액티브 임피던스 성분 간에 상기 관계가 제공될때 원하는 이득, 대역폭 등의 파라미터들을 나타낸다.

한 가지 애플리케이션에 따르면, 핸드셋 통신 장치에 사용하기 위하여 QHA가 상대적으로 작은 실린더형 직경을 갖는 것이 바람직하다. 안테나 특성 임피던스는 안테나 직경과 직접 관계되는데, 즉 직경이 작을수록 특성 임피던스가 낮다. 직경을 감소시키면 또한, 공진 주파수가 낮아지고 대역폭이 감소된다. 동일한 길이의 제1 및 제2 파일러 쌍들을 갖는 작은 직경의 QHA는, 동일하지 않은 길이의 파일러 쌍들의 실시예와 비교할 때 다소 넓은 대역폭 및 다소 높은 피크 이득을 제공하는 경향이 있다. 그러나, 배경부에서 상술된 분기선 하이브리드 커플과 같은 정교한 직교 피드 네트워크가, 동일한 길이의 파일러들을 갖는 QHA를 구동시키는데 요구 된다. 대조적으로, 본 발명에 따르면, 적절한 대역폭 및 이득은 임피던스 정합 소자들(48)(도3과 관련하여 상술되었다) 및 (110)(도4와 관련하여 후술된다)과 같이 임피던스 정합을 위하여 직교 피드 네트워크로 동작하는 상이한 길이의 파일러 쌍들을 사용함으로써 성취될 수 있다.

도3의 임피던스 정합 구조(48)의 커패시터(57) 및 인덕터(59)는 QHA의 구동점 임피던스, 및 안테나 신호 피드 단자(54)에 접속되는 동축 케이블(55)의 50ohm 특성 임피던스 간에 임피던스 정합을 제공하도록 선택된다. 종래 기술에 공지된 바 와 같이, 또 다른 실시예에서, 집중된(lumped) 인덕터 및 커패시터는 분포된 성분들로 대체되어 임피던스 정합 기능을 수행할 수 있다. 분포된 성분들은, 기판(52) 상의 지간형 도전성 트레이스들(interdigital conductive traces)로 형성된 커패시터 및 하나 이상의 도전성 루프들 또는 선형 도전성 세그먼트 형태의 도전성 트레이스로 형성된 인덕터이다. 부가적인 실시예에서, 소스 특성 임피던스는 50ohms가 아니며, 따라서 커패시터 및 인덕터는 이 임피던스에 정합하도록 선택된다.

또 다른 실시예에 따르면, 종래 기술에 공지된 각종 유형들 중 한 유형으로부터 선택된 평형 전송선(balanced transmission line)이 동축 케이블(55) 대신 사용된다. 평형 전송선의 각 도체는 도전성 패드에 부착되는데, 이 도전성 패드들은 도3의 기판(52)과 같은 인쇄 회로 기판의 대향 표면들 상에 배치된다. 각 패드는 종래의 접속 기술들을 사용하여 도3의 신호 피드 단자(54)에 또한 접속된다.

당업자가 인지하는 바와 같이, QHA(10)의 구성요소들에 대한 상이한 크기들(예를 들어, 상이한 직경, 상이한 파일러 길이들 또는 상이한 파일러 피치각)이 또 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 이들 파라미터들은 제1 및 제2 파일러 쌍들의 길이 차 및/또는 안테나 부하 임피던스를 변경시키며, 이 변경은 안테나 임피던스를 소스 임피던스로 정합시키기 위하여 인덕터 및/또는 커패시터의 값을 변경시킨다. 일 실시예에서, 임피던스 정합은 단지 하나의 성분(인덕터 또는 커패시터 중 어느 하나)을 필요로 할 수 있다. 그러나, 상술된 바와 같이, 안테나 동작 특성들을 최적화하기 위하여, 구동점 임피던스가 리액티브 성분을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

최적의 대역폭, 이득 및 직교 신호 분포(이는 원편파 신호에 필요로 된다)를 성취하기 위하여, 긴 파일러 쌍들과 짧은 파일러 쌍들은 거의 등가의 직경(또는, 유전체 기판 상에 도전성 트레이스를 포함하는 파일러들과 같은 4변형 단면(즉, 길이 및 폭)을 갖는 파일러들에 대해서는 등가의 단면)을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 안테나 성능에 상당한 영향을 주지 않고 다소 발산된 직경들(divergent diameters)을 수용할 수 있다. 동일한 직경의 도체들을 사용하면 또한, 물리적 파일러 구조를 단순화하고 안테나 대칭성을 유지할 수 있다.

일 실시예에서, QHA 직경은 약 8.5mm이므로, 안테나 둘레는 약 25mm가 된다. 도체 저항을 낮추도록(즉, 저항성 손실들을 감소시키도록) 실용적인 한 넓은 도체를 사용하는 것이 바람직한데, 저항의 저하는 상응하여 안테나 대역폭을 (지점에 대해) 넓히는 경향이 있다. 파일러-대-파일러 커플링 및 유전체 로딩(dielectric loading)을 감소시키기 위해 파일러들이 충분한 거리로 분리되어야 한다는 것은 공지되어 있다. 일 실시예에서, 파일러 직경은 안테나 둘레를 8개로 나누고 적당한 정수값으로 반올림하여 결정된다. 따라서, 25mm 둘레는 약 3mm의 파일러 직경을 산출한다. 파일러가 평평한 도체, 1/2 도체를 포함하는 실시예에 따라서 도체 폭을 설정하도록 1/2 유전체 관계가 사용된다. 본 발명에 따른 안테나의 여러 실시예들은 상기 도체-대-절연체 비를 선호하지만, 다른 실시예들은 다른 비들을 선호할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 이와 같은 QHA들의 분석들을 수행시, 평평한 도체는 둥근 도체로 표시될 수 있고, 여기서 둥근 도체의 직경은 평평한 도체 폭의 1/2이다.

상기 제공된 일 실시예에서, 15+30j의 구동점 임피던스는 임피던스 정합 소자(48)(특히 커패시터(57) 및 인덕터(59))에 의해 50ohms으로 변환되어 동축 케이블(55)의 특성 임피던스와 정합한다. 본 발명의 사상들에 따른 후술되는 QHA의 1/4 파 버젼(version)과 같은 또 다른 실시예에 따르면, 커패시터 및/또는 인덕터는 3+6j의 구동점 임피던스를 약 12.5ohms으로 변환시키고 1/4 파장 변환기는 12.5ohm 임피던스를 50ohms으로 변환시킨다. 특성 임피던스(Z_o)가 25ohm 인 1/4 파장 전송선은 식 Z_o=sqrt[(구동점 임피던스)*(소스 임피던스)]에 따라서 12.5ohms 임피던스를 50ohms으로 변환시킨다.

도4는 신호 피드 단자(54)에 접속되고 12.5ohms 임피던스를 50ohms에 정합시키는 1/4 파장 전송선 변환기(112)를 포함하는 임피던스 정합 소자(110)의 실시예를 도시한 것이다. 전송선 변환기(112)는 도전성 소자(50)의 암(arm; 120)에 접속된 도체 및 암(128)에 접속된 도체(124)를 포함한다.

당업자가 인지할 수 있는 바와 같이, 안테나의 물리적 파라미터들이 약 12.5 ohms의 순수 저항성 구동점 임피던스를 생성하는 실시예에서, 임피던스 정합 소자(110)는 구동점 임피던스를 50ohms으로 변환시키는데 충분하다. 임피던스 정합 소자(48)는 필요하지 않는다.

레이돔은 안테나가 접속되는 통신 장치의 사용자 취급 동안 안테나 손상을 피하도록 하는데 유용하다. 레이돔 재료, 두께 및 형상은 안테나의 수신 및 전송 특성들에 미치는 영향을 최소화하도록 선택된다. 즉, 안테나의 동작 주파수 범위에 걸쳐서 손실이 상대적으로 작도록 선택된다. 레이돔의 유전체 로드 효과를 QHA 설계시에 고려하여 원하는 공진 주파수 및 원하는 대역폭에서 동작을 성취할 수 있다. QHA(10)를 위한 적절한 레이돔(130)이 도5에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 레이돔(130)은 QHA(10)의 하부 영역(20)을 둘러싸는 레이돔 베이스 구성요소들(33A 및 33B)과 짝을 이룬다.

본 발명의 사상에 따른 또 다른 실시예는 도6에 도시된 QHA(140)로 표시되며, QHA(140)는 QHA(140)의 하부 영역(20) 내의 커넥터(32) 및 임피던스 정합 소자(48) 간에서 신장하는 도체(142)를 포함하고, 이 도체는 내부 도체 및 외부 실드를 포함하는 동축 케이블인 것이 바람직하다. 전형적으로, 도체(142)의 길이로 인해, 임피던스 정합 소자는 QHA(140)가 도5에 도시된 바와 같이 커넥터(32)에 직접 접속될 때와 다른 임피던스를 도체(142)가 위치할 때 체험한다. 따라서, QHA(140)에 대해 적절한 임피던스 정합을 제공하기 위해 임피던스 정합 소자(48)의 임피던스 정합 성분들은 수정되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 도체(142)는 견고한 물체에 대한 QHA(140)의 낙하 또는 타격에 의해 초래되는 기계적 충격 및 진동들을 흡수하여 QHA(140)의 손상 확률을 감소시킬 수 있는 가요성의 도전성 재료를 포함한다. 핸드셋 탑재 애플리케이션에서 커넥터(32)와 QHA(140)를 분리하는 것이 바람직하면, 도체(142)의 길이는 그러한 분리를 제공한다.

도7의 실시예에서, QHA(144)는 오버-몰딩된 변형가능한(예를 들어, 세미-플라스틱) 부재(146)를 더 포함하며, 이 부재는 도체(142)를 둘러싸고 일 실시예에서 임피던스 정합 소자(48) 및 커넥터(32)의 표면(32A)(도6 참조)에 부착된다. 이 부 재(146)는 안테나가 낙하될 때 충격을 흡수한다. QHA(144)는 레이돔 또는 커버(130)를 더 포함한다. 오버-몰딩된 부재(146)는 또한 도6의 실시예와 관련하여 사용될 수 있는데, 여기서 도체(142)의 일부는 오버-몰딩된 부재(146)에 의해 둘러싸여 진다.

도8은 커넥터(32)와 임피던스 정합 소자(48) 사이에서 신장하고 슬리브(152) 내에 포함되는 도체를 포함하는 QHA(150)의 또한 다른 실시예를 도시한다.

QHA(150)의 원하는 성능 파라미터들을 보장하도록 하기 위하여, 안테나 크기들을 유지하고 동작 동안 파일러들(12, 14, 16 및 18)의 굴곡(flexing)을 제한하는 것이 바람직하다. 지속적인 안테나 성능을 제공하기 위하여, 파일러 각각을 임피던스 정합 소자(48)의 탑재 패드(72, 74, 60 및 62)(도3 참조) 각각에 도전적으로 접속시키는 납땜 필렛들(156)(도9 참조)의 형상 및 질량을 조절하는 것이 또한 요구된다. 납땜 필렛들(156) 중 하나 이상의 필렛들의 형상, 질량 및/또는 크기를 가변시키면, QHA 파일러들의 전류 경로 길이가 변화되어 안테나의 공진 주파수를 포함한 각종 성능 파라미터들이 변경될 수 있다고 공지되어 있다. QHA(10)를 제조하는 특정 제조 공정에서, 납땜 필렛들(156)은 수동 납땜 작업(hand soldering operation)에 의해 형성되어 잠재적인 성능 가변성을 초래한다.

파일러 굴곡을 극복하기 위하여, 한 조립 공정에서, 파일러들(162)을 포함하는 기판(160)(도10 참조)은 관형 맨드릴(tubular mandrel)(163)(도11 참조) 주위에 감겨지고 이 맨드릴(163)에 의해 실린더 형상으로 유지된다. 즉 맨드릴은 QHA(10)의 제조 후 여전히 남게된다. 각종 공지된 접착제들은 기판(160)을 맨드릴(163)에 부착시키는데 적합하다. 맨드릴(163)의 재료는 기판(160)에 대한 탑재 보존성(mounting integrity) 및 안정성을 제공하면서 안테나의 동작 주파수들에서 저 손실을 나타내도록 선택된다.

맨드릴(163)은 QHA(10)를 유전적으로 로드하며, 이는 안테나 공진 주파수를 낮추는 경향이 있다. 따라서, 맨드릴(163)에 의해 부과되는 유전체 로드를 극복하기 위하여 안테나 크기들을 결정시 유전체 로드 효과를 고려해야 한다. 유전체 로드 효과를 감소시키는 다른 안테나 실시예들이 후술된다.

각 파일러(162)는 기판(160)의 하부 에지(160A)를 넘어서 신장하는 핑거 세그먼트(164A) 및 기판(160)의 상부 에지(160B)를 넘어서 신장하는 핑거 세그먼트(164B) 더 포함한다(도10 및 도11 참조). 상술된 바와 같이 QHA의 길이가 동일하지 않은 파일러들을 형성하기 위하여, 동일하지 않은 길이들의 핑거 세그먼트들(164B)이 도시된다. 도시되지 않은 또 다른 실시예에서, 핑거 세그먼트들(164B)의 길이는 실질적으로 동일하고 동일하지 않은 전체 파일러 도전성 길이는 도전성 브리지들(23 및 24) 또는 다른 도전성 브리지 또는 후술되는 크로스 바 실시예들의 전기 경로 길이 차이의 결과이다.

도12에 도시된 바와 같이, 각 핑거 세그먼트(164A)는 기판(160)이 맨드릴(163) 주위에 배치될 때 맨드릴(163)의 탭(165) 주위를 랩핑(wrap)한다. 이 실시예에 따르면, 임피던스 정합 소자(48)와 기능면에서 유사한 임피던스 정합 소자(166)는, 도12에서 볼 수 없게 감춰진 상부 표면 상에 탑재된 임피던스 정합 성분들(도3과 관련하여 부가 설명됨)을 갖는 디스크형 구조 및 상부 표면 상의 도전성 소자들 과 각각 도전 연통(conductive communication)하는 도전성 영역들(170)을 포함하는데, 여기서 이들 도전성 소자들은 도3의 임피던스 정합 소자(48)의 도전성 패드들(61, 62, 72 및 74) 및 도전성 소자들(60 및 78)의 기능성을 제공한다. 도전성 영역들(170)은 공지된 인쇄 회로 기판 서브트랙티브 도체 에칭 기술들에 따라서 도전성 패드들 및 소자들과 동일 넓이를 갖게 형성된다. 임피던스 정합 소자(166)는 예를 들어 도6의 도체(142)에 접속하기 위한 피드 단자(171)를 더 포함한다.

임피던스 정합 소자(166)는 맨드릴(163) 하단의 개구(172) 내에서 캡쳐링(capture) 된다. 이로 인해, 각 핑거 세그먼트(164A)(및 대응하는 탭(165))는 도전성 영역들(170)중 한 영역과 도전 연통하도록 되어, 파일러들(162)을 임피던스 정합 소자(166)의 상부 표면 상에 탑재된 임피던스 정합 소자들에 전기적으로 접속시킨다.

맨드릴(163)의 하부 에지(174)로부터 신장하는 대향-배치된 캡쳐 탭들(capture taps)(단일 캡쳐 탭(173)이 일 실시예에서 충분할 수 있다)은 임피던스 정합 소자(166)의 하부 표면(175)을 캡쳐하고 상방향 힘을 가하여, 이 소자(166)를 하부 에지(174)에 대해서 밀음(urge)으로써, 이 소자(166)를 맨드릴(163)의 개구(172) 내에 유지시킨다. 또한 도13 및 도14를 참조하라. 임피던스 정합 소자(166)를 설치하기 위하여, 맨드릴(163)의 실린더 형상을 적절한 방향의 힘을 가하여 다소 변형시켜 하부 에지(174)에 대해서 소자(166)를 삽입한다. 이 변형력의 제거시, 맨드릴(163)은 정상 형태로 복귀되고, 임피던스 정합 소자는 서술된 바와 같이 캡쳐링 된다. 임피던스 정합 소자(163)가 내부에 형성된 복수의 노치들을 포함하는 특정한 형상을 갖는 것으로서 도면들에 도시되지만, 당업자는 도시되지 않은 다른 형상들이 적합할 수 있다는 것을 인지할 것이다.

또 다른 실시예에서, 가요성 필름은 강성 실린더 구조로 대체될 수 있으며, 이 구조상에는 나선형 트레이스들을 형성하는 도전성 스트림들이 예를 들어, 실린더 일부의 외부 표면상에 도전성 재료를 인쇄함으로써 또는 외부 표면 상에 형성된 도전성 시트로부터 특정 영역들을 제거하여 남아있는 도전성 영역들이 나선형 트레이스들을 형성하도록 서브트랙티브 에칭 공정을 사용함으로써 배치된다.

또한 다른 실시예에서, 도전성 브리지들 또는 크로스바들(23 및 24)은 통상 원형 기판(또는 인쇄 회로 기판)으로 대체되는데, 이 원형 기판은 두께 d(도15 참조)를 가지고, 기판의 대향 표면들(180A 및 180B) 상에 배치되는 도전성 크로스바 스트립들(182 및 184)을 갖는다. 일 실시예에서, 거리(d)는 약 1mm이다. 파일러들(12, 14, 16 및 18) 각각은 자신의 크로스바 단부에서 핑거 세그먼트(164B)(도10 참조)를 포함한다. 각 핑거 세그먼트(164B)는 맨드릴(163)의 상부 개구(190) 내로 신장된다. 크로스바들(182 및 184)은 기판(180)의 원주 에지 주위에서 이격된 도전성 영역들(185A-185D)(이들 영역들 중 단지 한 영역 만이 도15에 도시된다)을 통해서 파일러들(12, 14, 16, 및 18) 중 한 파일러에 전기적으로 접속됨으로써, 기판(180)이 상부 개구(190) 내에서 마찰식으로 맞물릴 때 도전성 영역들(185A-185D)은 파일러 핑거 세그먼트들(164B)과 전기 접속하여 물리적으로 짝을 이루도록 된다. 일 실시예에서, 도전성 영역들(185A-185D)은 금-도금된 도전성 재료를 포함하여 자신의 표면에서의 산화를 감소시킨다.

기판(180)을 사용하면, 이 기판(180)의 크기들에 따라서 안테나의 상단에서의 파일러들 간의 거리를 조절함으로써 부가적인 크기의 안정성을 QHA(10)에 제공할 수 있다. 안테나의 상단에서 크기의 변화들은 주파수 이조(detuning) 및/또는 이득 감소를 초래할 수 있다. 상술된 바와 같이, 거리(d)는 긴 파일러들과 짧은 파일러들 사이의 길이 차에 관계된다.

도16 및 도17은 도전성 크로스바들(182)(기판(200)의 상부 표면 상에서) 및 (184)(도16 및 도17에서 볼수 없음)을 지지하는 원형 기판(200)의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 파일러 핑거 세그먼트들(164B)은 탭들(210A) 및 탭들(210B)에 대해 수직으로 랩핑되며, 탭들(210B)은 탭들(210A) 보다 맨드릴(163)의 상부 에지(211)로부터 더 멀리 신장된다. 각 핑거 세그먼트(164B)의 단자 끝은 각 탭(210A 및 210B)의 내부-대향 표면 위에 배치된다.

캡쳐 탭들(216 및 217)은 상부 에지(211)로부터 신장하는데, 여기서 캡쳐 탭(216)은 탭(216)의 내부-대향 표면으로부터 안쪽으로 신장하는 돌출부(218)를 더 포함한다. 캡쳐 탭들(216 및 217) 및 돌출부(218)는 협동하여, 기판(200)을 상부 에지(211)에 대해 유지시키고 맨드릴(163)의 외부 표면과 적절하게 정렬된다. 또 다른 실시예에서, 캡쳐 탭(217)은 또한 돌출부(218)를 포함한다.

본 발명의 QHA 실시예들은 기판(180) 및/또는 임피던스 정합 소자(166)의 전기적으로 차별화된 실시예들을 사용함으로써 동조될 수 있다. 예를 들어, 크로스바들(182 및 184) 간의 커플링으로 인해, QHA는 기판(180)의 높이(d)를 가변시킴으로써 동조될 수 있는데, 이것이 기생 용량을 변화시키고 QHA의 공진 주파수를 변화시 킨다. QHA는 또한 기판(180) 또는 임피던스 정합 소자(166)의 유전 상수를 변화시킴으로써, 즉 상이한 유전 상수를 갖는 재료로 대체함으로써 동조될 수 있다.

안테나 제조 공정을 촉진시키기 위하여, 가변 높이의 복수의 기판들(182)이 제조된다. 각 안테나가 제조 후에 테스트 받기 때문에, 안테나를 원하는 공진 주파수에 동조시키기 위하여 적절한 높이의 기판이 선택된다.

또 다른 실시예에서, 크로스바들(182 및 184)의 상대 배향이 안테나를 동조시키기 위하여 변경된다. 도15에서, 크로스바들(182 및 184)은 약 70-80°의 각도(α) 만큼 분리된다. 각도(α)가 70-80°보다 작게 되도록 이 배향을 변경시키면 크로스바들(182 및 184) 간의 커플링이 수정되어 안테나 동조에 영향이 미친다.

도18 및 도19에 도시된 또 다른 실시예에서, 안테나 어셈블리(300)는 본 발명의 QHA를 둘러싸는 실린더형 밀폐 부재(302)를 포함한다. 밀폐 부재(304)는 임피던스 정합 소자, 및 커넥터와 관련되는 특정 구성요소들을 둘러싼다. 밀폐 부재들(302 및 304)은 도시된 바와 같은 힌지 구조(310)에 의해 피벗 가능하게(pivotably) 결합된다.

도18에서, 밀폐 부재들(302 및 304)은 실질적으로 선형 배향된다.

도19에 도시된 바와 같이, 힌지 구조(310)는 안테나(314)를 커넥터(32)에 대해서 수직 배향으로 피벗시킨다. 힌지 구조(310)의 특성에 따라서, 90°보다 큰 배향이 또한 허용될 수 있다. 도19의 화살표들(315)은 힌지 구조(310)에 의해 허용된, 커넥터(32) 및 안테나(314)간의 허용 각 배향들의 범위를 나타낸다. 도19의 화살표는 커넥터(32), 따라서 안테나 어셈블리(300)가 핸드셋 또는 다른 통신 장치에 삽입될 때 360°회전될 수 있다는 것을 나타낸다. 본 발명의 회전 특징 및 피벗 특징을 조합하면, 안테나 어셈블리(300)가 접속되는 통신 장치에 대해서 이 안테나 어셈블리(300)의 위치 범위는 거의 무제한이 된다.

도20은 도체(354)를 통해서 핸드셋 통신 장치(352)에 접속되는 1/4 파장 쿼드리파일러 나선형 안테나(350)를 도시한다. 핸드셋 장치(352)는 고정 또는 베이스 부재(352A) 및 가동 부재(352B)를 더 포함하고, 가동 부재는 고정된 부재(352A)에 등을 맞댄 평행한 배향(parallel back-to-back orientation)의 제1 위치 및 고정 부재(352A)에 대해 수직한 배향의 제2 위치를 갖는다. 도20에 도시된 바와 같은 제2 위치는 핸드셋(352)에 의해 수신되는 멀티미디어 파일들을 보기 위하여 적절하게 배향되는 디스플레이(356)를 드러낸다. 도체(354)의 길이는 회전 가능한 부재(352B)의 제2 위치를 수용하도록 결정된다.

예상된 바와 같이, 1/4 파장 QHA(350)는 상술된 1/2 파장 QHA(10)와 동일한 동작 특성들을 제공하지 못한다. 특히, 안테나(350)의 이득은 QHA(10)의 이득에 비해 감소된다. 일 실시예에서, 이득 감소는 약 2 데시벨이다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 쿼드리파일러 나선형 안테나는 크기의 안정성을 위하여 맨드릴과 함께 동작하는데, 이 맨드릴은 안테나를 유전적으로 로딩함으로써 안테나의 성능 특성들을 변화시킨다. 일 실시예에서, 복수의 개구들(400)은 도21에 도시된 바와 같이 맨드릴(402)에 형성되어 맨드릴 유전체 로드를 감소시킨다. 또 다른 실시예에서, 맨드릴(400)(도22 참조)은 실린더형 소자(414)에 부착되거나 이 소자와 동시에 형성되는 복수의 유전체 스트립들(412)을 포함한다. 도10의 파일러 기판(160)이 맨드릴(140) 주위에 배치될 때, 인접 스트립들(412) 사이의 개방 영역(412A)은 공기 유전성을 QHA(10)에 제공함으로써 QHA(10)로의 맨드릴(410)의 유전체 로드를 낮춘다.

또한 다른 실시예에서, 맨드릴 재료는 유전체를 포함하고 도전성 파일러들(12, 14, 16 및 18)은 그 위에 직접 형성된다. 예를 들어, 도전성 파일러들(12, 14, 16 및 18)은 맨드릴로의 접착성 부착을 위하여 접착 배면을 포함하는 도전성 재료로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 파일러들(12, 14, 16 및 18)은 공지된 인쇄 기술들에 의해 맨드릴에 직접 도포되는 도전성 잉크로 형성된다.

맨드릴(163) 및 기판(160)(도10 참조) 간을 적절하게 정렬시키기 위하여, 일 실시예에 따르면, 맨드릴은 도23에 도시된 바와 같이 자신의 외부 표면 상에서 돌출 보스들(projecting bosses)(450)을 포함한다. 이 기판(160)은 도24에 도시된 바와 같이 대응하는 홀들 또는 개구들(452)을 규정한다. 기판(160)이 맨드릴(160) 주위에 배치될 때, 보스들(450)은 개구들(452)을 통해서 돌출되어 기판(160) 및 맨드릴(163) 간을 적절하게 정렬시킨다. 도25를 참조하라.

본 발명이 바람직한 실시예들과 관련하여 서술되었지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 각종 변경들을 행할 수 있고 본 발명의 소자들을 등가의 소자들로 대체할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 본원에 서술된 각종 실시예들로부터의 소자들의 임의의 조합들을 더 포함한다. 게다가, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 사상들에 특정 상황을 적응시키도록 수 정을 행할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 서술된 특정 실시예들로 국한되는 것이 아니라, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 있는 모든 실시예들을 포함할 것이다.

Claims

쿼드리파일러 나선형 안테나(quadrifilar helical antenna)로서,

실질적으로 실린더형인 기판;

제1 길이를 갖고 상기 기판 상에 배치되며, 제1 및 제2 단부를 갖는 제1 쌍의 직렬 접속된 나선형 파일러들;

상기 제1 길이와 상이한 제2 길이를 갖고 상기 기판 상에 배치되며, 제3 및 제4 단부를 갖는 제2 쌍의 직렬 접속된 나선형 파일러들; 및,

안테나 임피던스를 소스 임피던스와 정합시키기 위한 임피던스 정합 소자로서, 중심 영역으로부터 확장된 레그들을 포함하고, 각 레그는 상기 제1 단부, 제2 단부, 제3 단부, 및 제4 단부 중 하나에 도전 접속되고, 상기 중심 영역에 피드 터미널을 포함하는, 상기 임피던스 정합 소자를 포함하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 실린더형 유전체 구조를 더 포함하며, 상기 기판은 상기 실린더형 구조 주위에 배치되는 가요성 유전체 필름을 포함하며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 파일러 각각은 상기 유전체 필름의 에지를 넘어서 신장하는 핑거 세그먼트들을 포함하여 상기 핑거 세그먼트들이 상기 실린더형 구조의 하부 에지를 넘어서 신장하도록 하고, 상기 임피던스 정합 소자는 그 원주 표면 주위에 배치되는 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들을 갖고 그 위에 배치되는 임피던스 정합 소자들과 전기 통신하는 디스크형 구조를 포함하고, 상기 임피던스 정합 소자는 상기 실린더형 구조와 짝을 이루어, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들 중 각각 한 패드가 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 파일러들 중 한 파일러의 핑거 세그먼트와 도전 연통하도록 하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제2항에 있어서, 상기 안테나의 공진 주파수는 상기 디스크형 구조의 두께에 반응하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제2항에 있어서, 상기 안테나의 공진 주파수는 상기 디스크형 구조의 재료의 유전 상수에 반응하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제2항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들의 재료는 금-도금된 표면을 갖는 도전성 재료를 포함하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제2항에 있어서, 상기 실린더형 구조의 상기 하부 에지로부터 신장하는 핑거 탭들을 더 포함하며, 상기 핑거 세그먼트들 각각은 상기 핑거 탭들 중 한 탭을 넘어 신장하며, 상기 핑거 각 탭들은 상기 디스크-형 구조에서 정의된 대응하는 노치 내에 수납되고, 상기 핑거 세그먼트들 중 각각 한 세그먼트 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들 중 한 패드 사이에 도전 연통을 용이하게 하기 위해, 상기 디스크형 구조의 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들 중 각각 한 패드는 자신들을 넘어 신장하는 상기 핑거 세그먼트를 갖는 상기 핑거 탭들 중 하나를 향해 밀어지는(urge), 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제6항에 있어서, 상기 실린더형 구조로부터 상기 실린더형 구조의 내부 방향으로 신장하는 돌출부를 더 포함하며, 상기 디스크형 구조를 상기 실린더형 구조의 하부 에지를 향해 밀기 위해, 상기 돌출부는 상기 디스크형 구조의 하부 표면과 접촉하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 기판은 유전체 필름을 포함하고, 상기 제1 쌍의 파일러들은 상기 유전체 필름 상에 배치된 제1 및 제2 파일러를 포함하고, 상기 제2 쌍의 파일러들은 상기 유전체 필름 상에 배치된 제3 및 제4 파일러를 포함하며, 상기 제1, 제2 , 제3 및 제4 파일러들 중 각각 한 파일러는 상기 유전체 필름의 에지를 넘어서 신장하는 핑거 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 및 제3 파일러들은 상기 제1 파일러의 핑거 세그먼트 및 상기 제3 파일러의 핑거 세그먼트 사이에 전기 접속된 제1 도전성 소자를 통해 직렬 접속되고, 상기 제2 및 제4 파일러들은 상기 제2 파일러의 핑거 세그먼트와 상기 제4 파일러의 핑거 세그먼트 사이에 전기 접속된 제2 도전성 소자를 통해 직렬 접속되는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제3 파일러들의 핑거 세그먼트들의 길이는 실질적으로 동일하며, 상기 제2 및 제4 파일러들의 핑거 세그먼트들의 길이와는 상이하며, 상기 제2 및 제4 파일러들의 핑거 세그먼트들의 길이는 실질적으로 동일한, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도전성 소자들은 절연 관계로 크로스바 구조 상에 배치되는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도전성 소자들 각각은 상기 크로스바 구조의 표면 내에 또는 상에 적층된 관계로 배치된 도전성 스트립을 포함하고, 상기 안테나의 공진 주파수는 상기 제1 및 제2 도전성 스트립들 사이에 형성된 각도에 반응하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제10항에 있어서, 실린더형 유전체 구조를 더 포함하며, 상기 기판은 상기 실린더형 구조 주위에 배치된 가요성 유전체 필름을 포함하고, 상기 크로스바 구조는 자신의 원주 표면 주위에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드를 갖는 디스크형 구조를 포함하고, 상기 제1 및 제2 도전성 소자들은 상기 크로스바 구조의 표면 상에 또는 내에 배치되며, 상기 제1 및 제2 도전성 패드들은 상기 제1 도전성 소자에 의해 전기 접속되고, 상기 제3 및 제4 도전성 패드들은 상기 제2 도전성 소자에 의해 전기 접속되며, 상기 크로스바 구조는 상기 실린더형 구조와 짝을 이루어, 상기 제1 및 제2 도전성 패드들이 상기 제1 파일러의 핑거 세그먼트 및 상기 제3 파일러의 핑거 세그먼트 각각과 도전 연통하도록 하고 상기 제3 및 제4 도전성 패드들이 상기 제2 파일러의 핑거 세그먼트 및 상기 제4 파일러의 핑거 세그먼트 각각과 도전 연통하도록 하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제12항에 있어서, 상기 실린더형 구조는 상기 실린더형 구조의 내부 방향으로 신장하는 돌출부를 포함하며, 상기 크로스바 구조를 상기 실린더형 구조의 하부 에지에 대해서 밀기 위해 상기 돌출부는 상기 크로스바 구조의 하부 표면과 접촉하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제12항에 있어서, 상기 안테나의 공진 주파수는 상기 크로스바 구조의 두께에 반응하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제12항에 있어서, 상기 안테나의 공진 주파수는 상기 크로스바 구조의 재료의 유전 상수에 반응하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제12항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들의 재료는 금-도금된 표면을 갖는 도전성 재료를 포함하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제12항에 있어서, 상기 실린더형 구조의 하부 에지로부터 신장하는 핑거 탭들을 더 포함하며, 상기 핑거 세그먼트들 중 각각 한 세그먼트는 상기 핑거 탭들 중 한 탭 주위를 랩핑하고, 상기 각 핑거 탭은 상기 크로스바 구조에 정의된 대응하는 노치 내에 수납되고, 각 세그먼트 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들 중 한 패드 간의 도전 연통을 용이하게 하기 위해, 상기 크로스바 구조의 제1, 제2, 제3 및 제4 도전성 패드들 중 각각 한 패드는 자신들 주위를 랩핑하는 상기 핑거 세그먼트를 갖는 상기 핑거 탭들 중 하나에 대해 밀어지는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 실린더형 유전체 구조를 더 포함하며, 상기 기판은 상기 실린더형 구조 주위에 배치되는 가요성 유전체 필름을 포함하고, 상기 실린더형 구조는 그 내에서 복수의 개구들을 정의하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 실린더형 유전체 구조를 더 포함하며, 상기 기판은 가요성 유전체 필름을 포함하며, 복수의 리브들은 상기 실린더형 구조의 외부 표면 상에 배치되고, 상기 가요성 유전체 필름은 상기 복수의 축 리브들에 인접하여 상기 실린더형 구조 주위에 배치되는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 실린더형 유전체 구조를 더 포함하며, 상기 기판은 가요성 유전체 필름을 포함하며, 상기 실린더형 구조의 재료 보다 낮은 유전 상수를 갖는 재료는 상기 실린더형 구조와 상기 유전체 필름 사이에 삽입되는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 실린더형 유전체 구조를 더 포함하며, 상기 기판은 가요성 유전체 필름을 포함하며, 상기 가요성 유전체 필름은 그 내에서 복수의 개구들을 정의하고, 상기 복수의 개구들 중 한 개구를 수납하기 위해 상기 실린더형 구조의 외부 표면은 복수의 대응하는 돌출부들을 포함하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 임피던스 정합 소자와 전기 통신하는 커넥터를 더 포함하며, 상기 커넥터의 개방 전기 단자는 상기 쿼드리파일러 나선형 안테나와 동작하는 통신 장치에 접속하도록 적응되는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제22항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 임피던스 정합 소자 밑에 놓이고 이 소자와 이격되어 배치되며, 도체의 길이는 상기 커넥터 및 상기 임피던스 정합 소자를 전기적으로 접속시키는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제23항에 있어서, 상기 도체는 동축 케이블을 포함하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제23항에 있어서, 상기 도체는 도전성 재료의 충격 흡수 길이를 포함하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제23항에 있어서, 상기 도체는 가요성 슬리브에 의해 실질적으로 둘러싸여지는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제23항에 있어서, 상기 도체는 상기 임피던스 정합 소자와 상기 커넥터 사이에서 신장하는 오버-몰딩된 소자에 의해 실질적으로 둘러싸여지는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제23항에 있어서, 상기 도체의 길이의 일부는 오버-몰딩된 소자에 의해 실질적으로 둘러싸여지는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 쌍들의 파일러들은 커버에 의해 실질적으로 둘러싸여지며, 상기 안테나는, 상기 임피던스 정합 소자와 전기 통신하고 물리적으로 이 소자 밑에 놓이는 커넥터를 더 포함하며, 상기 커넥터의 개방 전기 단자는 상기 안테나와 동작하는 통신 장치에 접속하도록 적응되며, 상기 커버와 상기 커넥터 사이에 형성된 각도를 조정하기 위해 상기 커넥터는 상기 커버에 피벗 가능하게 결합되는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제29항에 있어서, 상기 개방 전기 단자는 상기 통신 장치에 대해서 상기 안테나를 회전시키는 상기 통신 장치와 함께 회전 가능한 조인트를 형성하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1 파일러 길이는 공진 주파수에서 공진 길이 보다 길고, 상기 제2 파일러 길이는 상기 공진 주파수에서 상기 공진 길이 보다 짧은, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 안테나가 전송 모드로 동작할 때, 원편파 신호를 발생시키기 위해, 상기 제1 길이와 상이한 상기 제2 길이는 상기 제1 및 제2 쌍들의 파일러들 상에 전파되는 신호들에 대해 직교 위상 관계를 생성하는, 쿼드리파일러 나선형 안테나.
핸드셋 통신 장치로서,

베이스;

상기 베이스에 대해서 상이한 배향들로 조정하기 위하여 상기 베이스와 이동가능하게 맞물리는 커버;

상기 베이스 내에 배치된 쿼드리파일러 나선형 안테나를 포함하고, 상기 안테나는:

실질적으로 실린더형인 기판;

상기 기판 상에 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 나선형 파일러로서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 파일러들 중 적어도 2개의 파일러들은 상이한 길이를 갖는, 상기 나선형 파일러;

안테나 임피던스를 소스 임피던스와 정합시키기 위한 임피던스 정합 소자로서, 중심 영역으로부터 확장된 레그들을 포함하고, 각 레그는 상기 제1 단부, 제2 단부, 제3 단부, 및 제4 단부 중 하나에 도전 접속되고, 상기 중심 영역에 피드 터미널을 포함하는, 상기 임피던스 정합 소자; 및,

상기 임피던스 정합 소자와 상기 베이스 사이에 배치된 커넥터를 포함하는, 핸드셋 통신 장치.
제33항에 있어서, 상기 커넥터와 상기 임피던스 정합 소자 사이에서 신장하고 이들 사이를 전기 접속시키는 도전성 소자를 더 포함하며, 상기 도전성 소자의 길이는 상기 베이스에 대해서 상기 커버의 상이한 배향들을 수용하도록 결정되는, 핸드셋 통신 장치.
제33항에 있어서, 상기 실린더형 기판을 실질적으로 둘러싸는 커버를 더 포함하며, 상기 커버와 상기 커넥터 사이에 형성된 각도를 조정하기 위해 상기 커넥터는 상기 커버와 피벗하는 조인트를 형성하는, 핸드셋 통신 장치.
제33항에 있어서, 상기 안테나를 상기 베이스에 대해서 회전시키기 위해 상기 커넥터는 상기 베이스와 회전 가능한 조인트를 형성하는, 핸드셋 통신 장치.
제33항에 있어서, 상기 제1 및 제2 나선형 파일러들을 직렬 접속시킴으로써 제1 나선형 도체를 형성하기 위한 제1 도전성 소자, 및 상기 제3 및 제4 나선형 파일러들을 직렬 접속시킴으로써 제2 나선형 도체를 형성하기 위한 제2 도전성 소자를 더 포함하며, 상기 제1 나선형 도체의 길이는 상기 제2 나선형 도체의 길이와 상이한, 핸드셋 통신 장치.