KR101192917B1 - 무선 다중대역 통신 시스템을 위한 변경 인쇄 다이폴안테나 - Google Patents

무선 다중대역 통신 시스템을 위한 변경 인쇄 다이폴안테나 Download PDF

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Abstract

무선통신 장치를 위한 다이폴 안테나(도 1)는 제 1 절연층(12)에 의해 제 2 전도성 소자로부터 분리되며, 제 2 전도성 소자의 일부에 포개진 제 1 전도성 소자(20)를 포함한다. 제 1 전도성 비아(40)는 상기 제 1 절연층을 통해 상기 제 1 및 제 2 전도성 소자들을 연결한다. 상기 제 2 전도성 소자는 일반적으로 U자 모양이다. 상기 제 2 전도성 소자는 상기 U자 모양 레그(33)의 인접한 끝단으로부터 가로로 확장하는 복수의 이격된 전도성 스트립들(34, 35, 36, 37)을 포함한다. 각 스트립은 서로 다른 중심 주파수 0를 가지도록 크기가 정해진다. 제 1 전도성 소자는 제 2 전도성 소자를 향하는 동축 공급(60)에 의해 대체될 수 있다. 상기 레그의 또 다른 스트립에 비해 λ0의 차이가 나도록 크기가 정해진 레그로부터 확장하는 것을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.

Description

무선 다중대역 통신 시스템을 위한 변경 인쇄 다이폴 안테나{Modified Printed Dipole Antennas For Wireless Multi-Band Communication Systems}
본 발명은 무선 통신 장치 및 시스템을 위한 안테나에 관한 것으로, 특히, 멀티 밴드 무선 통신 시스템이 통신을 위한 인쇄된 다이폴 안테나에 관한 것이다.
무선 통신 장치 및 시스템은 일반적으로 휴대용이거나 휴대용 랩톱 컴퓨터의 일부로 포함된다. 따라서, 적합한 장치 규격을 맞추기 위해서는 안테나가 매우 작은 크기이어야 한다. 시스템은 일반적인 통신에 사용되며 마찬가지로, WLAN(wireless local area network) 시스템을 위해 사용된다. 다이폴 안테나는 이러한 시스템에 사용되어 왔는데, 이는 다이폴 안테나가 작으며, 적합한 주파수로 튜닝할 수 있기 때문이다. 인쇄된 다이폴의 모양은 일반적으로 좁은 사각의 스트립으로써, 0.05λ0 미만의 폭과 0.5λ0 미만의 전체 길이를 가진다. λ/2 다이폴(등방성 복사기(isotropic radiator) 참조)의 이론적 이득은 일반적으로 2.15dBi 이며 다이폴 아테나(2 와이어 λ/4 길이, 미들 익사이티드(middle exited), 등방성 복사기 참조)의 이득은 1.76dBi와 같다.
본 발명은 무선 통신 장치를 위한 인쇄된 다이폴 안테나를 포함한다. 제 1 절연층에 의해 제 2 전도성 소자로부터 분리되나 이의 일부 상에 겹쳐진 제 1 전도성 소자를 포함한다. 제 1 전도성 비아(via)는 제 1 절연층을 통과하여 제 1 및 제 2 전도성 소자들을 연결한다. 제 2 전도성 소자는 일반적으로 U자 형태이다. 제 2 전도성 소자는 복수의 이격된 전도성 스트립을 포함한다. 전도성 스트립은 U자 모양 레그들의 끝단으로부터 가로로 연장한다. 레그 상의 각 스트립은 동일한 레그 상의 다른 스트립과 다른 중심 주파수(fc )를 수신하도록 크기가 정해진다.
제 1 전도성 소자는 L자 모양이며, L자 모양의 레그들 중 하나가 U자 모양의 레그들 중 하나의 위에 포개진다. 제 1 전도성 비아(via)는 나머지 L자 모양의 레그를 나머지 U자 모양의 레그에 연결한다. 대신에, 제 1 전도성 소자는 개별적인 비아에 의해 스트립의 끝단에 연결될 수 있다.
제 1 및 제 2 전도성 소자들이 각각 평평하다. 이러한 스트립이 0.05λ0 미만의 폭과 0.5λ0 미만의 길이를 가질 수 있다.
안테나는 전 지향성이거나 지향성이다. 지향성인 경우에, 제 2 절연층에 의해 제 2 전도성 소자에 중첩 및 분리된 접지 평면 컨덕터를 포함한다. 제 3 전도성 소자가 제 1 절연층에 의해 제 2 전도성 소자의 스트립과 중첩 및 분리된다. 제 2 전도성 비아가 절연층을 통해 제 3 전도성 소자를 접지 컨턱터에 연결한다. 제 1 및 제 3 전도성 소자가 동일한 평면에 존재할 수 있다. 제 3 전도성 소자는 각 스트립의 측면 에지 이불 상에 포개진 복수의 핑거(finger)를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 전 지향성, 쿼드밴드 다이폴 안테나를 나타내는 투시 도이다.
도 2A는 도 1의 다이폴 전도성 소자을 나타내는 평면도이다.
도 2B는 도 2A의 다이폴 전도성 소자의 광대역 변형 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 안테나를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1의 안테나를 나타내는 좌표도이다.
도 5는 두 개의 튜닝된 주파수의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.
도 6은 주파수 대 VSWR(voltage standing wave ratio) 및 S11의 이득을 나타내는 그래프이다.
도 7A는, 도 7B에도시된 바와 같이, 도 1의 다이폴 안테나의 특성에 대한 공급 포인트나 비아의 변화 효과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 1의 다이폴의 슬롯(S) 폭 변화 효과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1의 2-, 3-, 및 4- 스트립 다이폴에 대한 효과를 나타내는 그래프이다.
도 10A는, 도 10B에 도시된 바와 같이, 도 1의 다이폴 폭의 변화 효과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따라 지향성 다이폴 안테나를 나타내는 투시도이다.
도 12는 도 11의 안테나를 나타내는 상면도이다.
도 13은 도 11의 안테나를 나타내는 하면도이다.
도 14는 다섯 개의 주파수에 대한 도 11에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.
도 15는 도 11에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S11을 나타내는 그래프이다.
도 16A는 도 11의 다이폴 안테나에 대한 도 16B에 도시된 공급 위치에서 공급 포인트나 비아의 변화 효과를 나타내는 그래프이다.
도 17은 도 11의 다이폴 안테나에 대한 슬롯(S)의 폭 변화 효과를 나타내는 그래프이다.
도 18A는 도 11에 도시된 안테나의 (도 18B에 도시된 바와 같은) 다이폴의 폭 변화 효과를 나타내는 그래프이다.
도 19A는 도 11에 도시된 안테나의 (도 19B에 도시된 바와 같은) 지향성 다이폴의 길이 변화 효과를 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명에 따라 다른 다이폴 안테나의 다이폴 전도성 소자을 나타내는 평면도이다.
도 21은 도 20에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S11을 나타내는 그래프이다.
도 22는 도 20에 도시된 안테나의 4 세타에 대한 주파수 대 지향성을 나타내는 그래프이다.
도 23은 세 개의 주파수에 대한 도 20에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.
도 24A, 24B, 그리고 24C는 본 발명에 따라 또 다른 다이폴 안테나 변형 예의 다이폴 전도성 소자을 나타내는 평면도이다.
도 25는 도 24A에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S 11의 그래프이다.
도 26은 도 24A에 도시된 안테나의 3 세타에 대한 주파수 대 지향성 그래프이다.
도 27은 세 개의 주파수에 대한 도 24A에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.
도 28A, 28B, 28C, 28D는 본 발명에 따라 동축 공급을 가지는 또 다른 다이폴 안테나 변형 예의 다이폴 전도성 소자을 나타내는 평면도이다.
도 29는 도 28A에 도시된 안테나의 주파수 대 VSWR 및 S11을 나타내는 그래프이다.
도 30은 도 28A에 도시된 안테나의 1 세타에 대한 주파수 대 지향성 그래프이다.
도 31은 3 세타에 대한 도 28A에 도시된 안테나의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 안테나 시스템이 약 2.4GHz와 약 5.2GHz의 이중 주파수 대역을 가지는 WLAN과 약 0.824-0.960GHz, 11.710-10990GHz, 그리고 1.885-2.200GHz의 GSM/3G 멀티대역 부선 통신 장치에 관해 기술하나, 본 발명의 안테나는 휴대용 무선 통신 장치의 어떤 주파수 대역에서의 동작에 대해서도 설계될 수 있다. 이는 GPS(1.575GHz)나 블루투스 지정(2.4-2.5GHz) 주파수 범위를 포함한다.
도 1, 2A, 및 2의 안테나 시스템(10)이 커버(14, 16)로 덮인 절연층을 포함한다. 기판(12)상에 제 1 전도성 소자(20)(이는 마이크로 스트림 라인이다)이 인쇄되고 반대측 면에는 분리 다이폴 전도성 소자(30)이 인쇄된다. 제 1 전도성 소자(20)은 일반적으로 레그(22, 24)를 가지는 L자 형 모양이다. 제2 전도성 소자(30)은 일반적으로 굽은 모양의 바이트(bight, 31)와 한 쌍의 분리된 레그(33, leg)를 가지는 U자 형 스트립 풍선 라인 부분(32)을 포함한다. 복수의 스트립(35, 37, 34, 36, strip)이 레그(33)의 끝단에 인접하여 이를 가로질러 연장된다. 제 1 전도성 소자(20)의 레그(22)가, 한 쌍의 레그(33)를 가로질러 확장하는 다른 레그(24)에 의해 제 2 전도성 소자(30)의 한 레그(33) 상에 포개진다. 전도성 비아(40)가 레그(24)의 끝단을 절연층(12)을 통해 하나의 레그(33)에 연결한다. 제 1 전도성 소자(20)의 나머지 끝단에 위치한 터미널(26)은 안테나(10)에 대한 드라이브를 입력받는다.
네 개의 스트립(34, 36, 35, 37)이 각각 고유한 크기를 가지도록 정해져, 서로 다른 주파수 신호들로 튜닝되거나 서로 다른 주파수 신호들을 수신한다. 선택적으로, 각 레그상의 각 스트립이 동일한 레그상의 나머지 스트립이나 스트립들과 다른 주파수 신호로 튜닝되거나 다른 주파수 신호를 수신하도록 특정 크기로 규정된다. 이들은 0.05λ0 미만의 폭과 0.5λ0 미만의 전체 길이를 가지도록 크기가 정해진다.
도 2B는 도 2A의 변형 예를 나타낸다. 이 변형 예에는 여섯 개의 스트립(35, 37, 39, 34, 36, 38)이 포함되며, 각 스트립은 제 2 전도성 소자(30)의 레그(33) 끝단에 인접한 지점으로부터 연장한다. 이는 광대역 주파수의 튜닝 및 수신을 가능하게 한다. 두 개의 실시예들의 스트립은 일반적으로 서로 평행하다.
절연층(12)은 인쇄된 회로 보드이거나, 유리 섬유 도는 폴리 아미드로 만들어진 연성 필름 기판이다. 커버(14, 16)가 절연층에 추가되거나 텅빈 케이스 구조(hollow casing structure)이다. 바람직하게는, 전도성 소자(20, 30)이 절연층(12) 상에 인쇄된다.
도 1의 쿼드밴드 다이폴 안테나의 일 예로서, 주파수가, 예를 들면, 2.4-2.487, 5.15-5.25, 2.25-5.35 및 5.74-5.824GHz의 범위 내에 속한다. 도 4의 지향성 다이어그램에 대해, 두 개의 주파수에 관한 지향성 이득이 도 5에 도시된다. 두 개의 주파수는 2.4GHz(그래프 A)와 5.6GHz(그래프 B)이다. 90도에서의 최대 이득이 2.4GHz에서 5.45dB이고 5.6GHz에서 6.19dB이다. VSWR과 S11의 크기가 도 6에 도시된다. VSWR은 2.4GHz와 5.6GHz 주파수 대역에서 2 이하이다. 5.15-5.827로부터의 대역이 5.6GHz 주파수에서 통합된다.
절연층(12)의 높이(h)가 막으로 구성되는 투자율이나 유전 상수에 따라 변한다.
적합한 크기의 좁은 사각형 모양이 스트립(34, 36, 35, 37)이 표면파 및 전도성 소자의 손실을 줄여 전체 이득을 증가시킨다. 또한, 복수의 전도성 스트립이 주파수 서브 대역에 영향을 미친다.
비아(40)의 위치와 U자형 서브 컨덕터(32)의 레그 사이의 슬롯(S) 폭이 주파수 밴드에서의 이득 분포에 관한 안테나 성능에 영향을 미친다. 슬롯 크기(S)의 폭과 비아(40)의 위치가 스트립(34, 36, 35, 37)의 모든 주파수 대역에서 거의 동일한 이득을 가지도록 선택된다. 이론적으로 획득되는 최대 이득은 4dB 이상이며, 2.4GHz에서 5.7dB이고 5.4GHz에서 7.5dB이다.
도 7A가 공급 포인트(fp)나 비아(40)의 다양한 위치들과, VSWR 및 S11에 미치는 효과에 대한 그래프이다. 중앙 공급 포인트(fp1)도 6의 결과에 대응한다. 공급 포인트(fp)의 변화가 이득에 작은 영향을 미치나, 5GHz 범위 내의 제 2 주파수 대역에서의 λ0를 쉬프팅(shifting)하는 데에는 큰 영향을 미친다.
도 8은 1mm에서 3mm 또는 5mm에 이르는 슬롯 폭의 변화 효과를 도시한다. 3mm 슬롯 폭은 도 6에 대응한다. VSWR에 많은 변화가 발생한 것은 아니나, S11 크기에 실질적인 변화가 발생한다. 예를 들어, 5mm 스트립에 대해, S11이 2.5GHz에서 -21dB이고, 5.3GHz에서 -16dB이다. 3.3mm 스트립에 대해, S11이 2.5GHz에서 -14dB이고, 5.3GHz에서 125dB이다. 1mm 스트립에 대해, S11이 2.5GHz과 5.3GHz에서 -13dB과 거의 동일하다.
5mm, 10mm 및 15mm 사이의 개별적인 스트립(34, 35, 36, 37)의 길이 변화가 V 도 5은 15mm 길이에 대응한다. 또한, 1mm, 2mm 및 4mm 사이에서 변화하는 스트립(34, 35, 36, 37) 간의 길이 변화가 SWR과 S11의 크기에는 아주 미미한 효과를 미친다. 2mm의 간격이 도 6에 반영된다. 2mm와 4mm 사이의 간격에서크기의 차이는 약 2dB이다. 도 9는 2-, 3- 및 4-다이폴 스트립에 응답을 나타낸다.
도 10A 및 10B는 개별적인 스트립 폭을 유지하는 동안에 다이폴의 폭(W) 변화 효과를 나타낸다 다이폴의 폭(W)은 6mm로부터 8mm 내지 10mm 까지 변화한다. 6mm 폭은 도 6에 대응한다. 도 6mm 폭에 대해, 두 개의 특징적인 주파수 대역이 존재한다. -14dB의 S11 크기를 가지는 2.4GHz 대역과, -25dB의 S11 크기를 가지는 5.3GHz이다. 8mm 폭에 대해, 1.74에서 5.4GHz 까지 확장하며 약 -20dB의 S11 크기를 가지는 둘 이하의 VSWR을 포함하는 하나의 넓은 대역이 존재한다. 마찬가지로, 10mm 폭은, 1.65에서 5.16GHz까지 확장하며 2.2GHz에서 -34dB의 S11과 4.9GHz에서 -11dB의 S11을 가지는 둘 이하의 VSWR에 존재하는 하나의 넓은 대역이다.
본 발명에 따른 지향성(또는 단일-지향성) 다이폴 안테나가 도 10B1 내지 10B3에 도시된다. 도 1의 전-지향성 안테나와 동일한 구조, 기능 및 목적을 가지는 소자들은 동일한 참조부호로 표시한다.
절연층(12)의 제 1 표면상에 위치한 제 1 전도성 소자(20)과 절연층(12)의 반대 표면상에 위치한 제 2 전도성 다이폴(30)에 더하여, 도 11 내지 13의 안테나(11)는 하부 절연층(16)에 의해 제 2 전도성 소자(30)으로부터 분리되는 접지 전도성 커버(16)을 포함한다. 또한, 제 3 전도성 소자(50)가 제 1 전도성 소자(20)와 절연층(12)의 동일한 표면상에 제공된다. 제 3 전도성 소자(50)는 지향성 다이폴이다. 이는 한 쌍의 끝 부분(53)을 가지는 중앙 스트립(51)을 포함한다. 이는 일반적으로 바벨 모양의 전도성 소자이다. 이는 제 2 전도성 소자(30)의 스트립(34, 36, 35, 37) 상부에 겹쳐진다. 절연층(12)과 절연층(16)을 통해 연장하는 비아(42)에 의해 접지 평면 전도체(60)에 연결된다.
지향성 다이폴(50)이 각 스트립(34, 36, 35, 37)의 끝 부분 상에 겹쳐지는 복수의 핑거(finger)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 마지막 스트립(52, 58)이 겹쳐지고, 스트립(34, 36, 35, 37)의 수평 에지를 넘어 수평으로 연장된다. 내부 핑거(54, 56)는 스트립(34, 36, 35, 37)의 내부 에지에 인접하게 위치하며 이를 넘어 수평으로 연장되지 않는다.
바람직하게는, 절연층(12)의 투자율이나 유전 상수가 절연층(16)의 투자율이나 유전 상수보다 크다. 또한, 절연층(12)의 높이(h1)가 실질적으로 절연층(16)의 높이(h2)보다 작다. 바람직하게는, 절연층(12)은 절연층(16)의 두께의 절반 이상의 두께를 가진다.
지향성 다이폴(50)의 끝 부분(53)의 다각형 주변이 PEAN03 프랙탈 모양 지향성 다이폴의 모양과 유사하다. 안테나(12)의 프로파일(profile)은 이중 PIFA(double planar inverted-F antenna)의 외양을 가진다.
도 14는 안테나(12)의 지향성 이득을 나타내는 그래프이다. 반면에, 도 15는 VSWR과 S11의크기에 대한 그래프이다. 다섯 개의 주파수가 도 14에 도시된다. 최대 이득은 7dB 이상이며, 2.5GHz에서 8.29dB 이고 5.7GHz에서 10.5dB이다. 도 15의 VSWR은 2 이하인 둘 이상의 주파수 대역에 관한 것이다.
도 16A 및 16B가 공급 포인트(fp)나 비아(40)의 효과를 나타낸다. 공급 포인트 0는 도 15에 도시된 바와 유사하다. 도 17은 1mm, 3mm, 및 5mm에 대한 슬롯 폭(S)의 효과를 나타낸다. 3mm 폭은 일반적으로 도 15와 대응한다. 도 18A와 18B는 6mm, 8mm, 10mm의 폭에 대한 다이폴 스트립 폭(SW)의 효과를 나타낸다. 6mm 폭은 도 15에 대응한다. 도 19A 및 19B는 5GHz 범위에서 제 2 주파수 상의 지향성 다이폴(50) 위치(51)의 길이(SDL)에 대한 효과를 나타낸다. 8mm 폭은 도 15에 일반적으로 대응한다.
도 1, 2A, 3의 안테나 시스템(10)과 유사하게, 도 20, 24의 안테나는 l자모양의 제 1 전도성 소자(20)을 포함하며, 이러한 제 1 전도성 소자(20)은 마이크로-스트립 라인이고, 분리된 다이폴 전도성 소자(30)은 절연층 기판(12)의 반대쪽 면에 인쇄된다. 전도성 비아(40)는 절연층(12)의 레그(33)들 중 하나에 레그(24)의 끝단을 연결한다. 제 1 전도성 소자(20)의 나머지 레그(22)에 위치한 터미널(26)은 안테나(10)에 대한 드라이브를 입력받는다.
도 20에서 분리된 다이폴 전도성 소자(30)의 레그(33) 상의 복수의 스트립(34, 36, 35, 37)이 사다리꼴 모양이다. 스트립의 인접한 측면들(34/36, 35/37)은 평행하게 도시된다. 스트립(34, 35)은 스트립(36, 37) 보다 길이가 짧은 것으로 도시된다. 폭(W)은 예를 들면 22mm이고, 길이(L)는 48 내지 68mm이다.
일 예로써, 도 20의 이중 대역 다이폴 안테나는 22mm의 폭(W)과 48mm의 길이(L)를 가진다. VSWR 및 S11의 크기는 도 21에 도시된다. VSWR은 0.7GHz에서 2.5GHz 사이에서 2 이하이다. 0 파이와 네 개의 다른 세타(thetas)에서의 지향성이 도 22에 도시된다. 지향성 이득이 3개의 주파수와 세타 및 0 도 파이(phi)에 대해 도 23에 도시된다. 즉, 도 23에는 12 도의 세타에 대해 5.17dB의 최대 이득을 가지는 0.9GHz 주파수(그래프 A), 7도 세타에 대해 5.93dB의 최대 이득을 가지는 1.85GHz 주파수(그래프 B), 그리고 5도 세타에 대해 6.16dB의 최대 이득을 가지는 2.05GHz 주파수(그래프 C)가 도시된다.
도 24A, B, C는 이중 대역 다이폴 안테나 구조의 변형 예를 도시한다. 스트림(34, 35)의 구조는 동일하며, 스트립(36, 37)도 동일하다. 예시로써, 스트립(34)은 U자 모양의 레그(33)로부터 가로로 연장하는 제 1 부분(34A)을 포함하고, 제 1 부분(34A)을 향하여 가로로 연장하는 제 2 끝단(34B)을 포함한다. 제 1 부분(34A)의 일면이 레그(33)의 축에 대해 수평이나, 다른 면은 비스듬한 각도에서 내부로 연장되며 제 2 위치(34B)와 동일한 기울기를 가진다. 스트립(35)은 이전에 기술한 바와 동일한 구조를 가진다. 예로써, 스트립(37)은 일반적으로 T자형이며 베이스 부분(37A), 머리 부분(37B), 그리고 T자형 뒷면의 머리 부분 일측으로부터 U자형의 레그(33)를 향해 연장하는 제 3 위치(37C)를 포함한다. 이러한 결합 구조는 일반적으로 노루발 장도리와 같은 모양으로 볼 수 있다. 부분(37C)이 스트립(35)으로부터 보디(37A)의 반대 측에 위치한다. 위치(34B)의 각은 스트립(34, 35)이 스트립(36, 37)과 동일한 길이를 가지도록 한다. 스트립(34, 35)은 일반적으로 U자 모양의 레그(33)로부터 직각으로 연장한다. 이러한 구조는 바람직한 주파수 응답을 주며 동시에 폭(W)을 최소화한다. 분리 다이폴의 길이(L)가 35-42mm 범위 내이며, 폭(W)이 10-24mm 범위에 있다.
도 24A에 도시된 안테나의 변형 예가 도 24B에 도시된다. 스트립(36, 37)은 일반적으로 T자 모양이며, 부분(37A, 37B, 37C)을 포함한다. 스트립(34, 35)의 변형 예가 도시된다. 스트립(34)은 레그(33)를 가로질러 확장하는 곧은 부분(34A)을 포함하고, 뒤집힌 L자 모양을 형성하는 머리 부분(34C)을 포함한다. 스트립(34)의 길이는 스트립(36)의 길이보다 짧다. 스트립(34)의 짧은 레그(34C)와 스트립(35)의 상응하는 부분이 비아(44)를 포함하는 절연층(12)을 통해 연장된다. 마찬가지로, 스트립(37)의 부분들(37B, 37C)과 스트립(36)의 상응하는 부분이 절연층(12)을 통해 연장되는 비아(46)를 포함한다. 도 20, 24A, 24B 및 24C 의 안테나의 설계 목적은, Z 방향(도 24B와 24C의 소자(44, 46))으로 연장하거나 겹치도록 하여 안테나 전체 크기를 유지하거나 감소하는 TV 및 GSM 저 대역(400-800MHz)으로 주파수 대역을 확장하는 것이다.
도 24C는 도 24B의 다이폴 안테나의 추가 변형 예가 도시된다. 스트립(37)의 베이스 부분(37A)과 스트립(36)의 상응하는 부분이 구불구불한 패턴으로 도시된다. 이하에서 설명될 도 28B의 사인파형이나 삼각의 구불구불한 패턴과 비교해볼 때, 도 24C의 구불구불한 패턴은 사각의 구불구불한 패턴이다.
일 예로, 도 24A의 이중 대역 다이폴 안테나가 22mm의 폭(W)rhk 40mm의 길이(L)를 가진다. VSWR과 S11의 크기는 도 25에 도시된다. VSWR은 0.7 내지 1.2GHz 및 1.6 내지 2.5GHz 사이에서 2 이하이다. 0 파이와 세 가지의 세타에서의 지향성이 도 26에 도시된다. 세 가지 세타는 0도(그래프 A), 12도(그래프 B), 10도(그래프 C)이다. 지향성 이득이 세 개의 주파수 및 세타(theta), 그리고 0도 파이(phi)에 대해 도 27에 도시된다. 즉, 0.9GHz에서 0도 세타에 대해 최대 이득 5.15dB을 가지며(그래프 A), 1.85GHz에서 12도 세타에 대해 최대 이득 5.83dB(그래프 B)를, 그리고 2.05GHz에서 10도 세타에 대해 5.97dB의 최대 이득을 가진다.
동축 케이블에 의해 전원을 공급받는 인쇄된 다이폴 안테나가 도 28A-D에 도시된다. 28A의 구조는 일반적으로 도 24C의 구조에 대응하나, 동축 케이블 공급은 제외한다. 동축 공급(60)은 스트립(34, 36)을 포함하는 레그(33) 중 하나와 연결된 라인(62)과 스트립(35, 37)을 포함하는 U자형 부분(33)과 연결되는 제 2 라인(64)을 포함한다. 분리 다이폴 구조의 길이(L)는 35-44mm 범위 내에 있으며, 폭(W)은 10-25mm 범위 내에 있다. 이는 동축 공급이기 때문에, 제 1 전도성 소자(20)이 존재하지 않고, 단지 제 2 전도성 소자(30)만 존재한다.
도 28B 및 28C는 도 24B 및 24C와 대응하는 동축 공급을 위한 안테나 구조를 도시한다. 변형 부분들 중 하나는, 스트립(37)의 베이스 부분(37A)과 스트립(36)의 대응 부분이 레그(33)에 연결되는 사다리꼴 부분(37D)과 머리 부분(37B)으로 확장하는 폭이 균일한 부분(37E)을 포함한다는 점이다. 이전에 언급한 바와 같이, 구불구불한 패턴(serpentine pattern, 37A)과 스트립(36)의 대응 부분이 도 28C에 도시된다. 이러한 구불구불한 패턴이 휘어져서 사인파나 삼각형 또는 톱니 파 모양이 된다.
도 28B와 28D의 안테나는 전도성 플레이트(72, 74)를 포함한다. 전도성 플레이트(72, 74)는 스트립(34/36)과 스트립(35/37)의 각각 나란히 놓인 부분들이며 절연층(12, 도시되지 않음)에 의해 서로 분리된다. 전도성 플레이트(72, 74)는 제 1 전도성 소자(20)을 대신하는 절연층(12)의 마주보는 측면 상에 위치한다. 이는 동축 공급이기 때문에, 제 1 전도성 소자(20)이 존재하지 않는다. 개별적인 스트립(34/36 와 35/37)의 길이를 따라서 플레이트(72, 74)의 위치가 다이폴 안테나의 응답을 조절한다. 전도성 비아(44, 46)가 절연층(12)을 통해 확장하는 전도성 플레이트(72, 74)와 접촉하지 않는다는 것을 주의해야 한다.
전도성 플레이트(72, 74)는 여기에 기술된 모든 안테나에 대해 사용 가능하다. 이들은 서로 다른 고정 위치에 부착된 접착 금속 밴드나 스트립일 수 있다. 설계된 주파수 대역이 약 +/-500MHz 범위 내에서, 전도성 패치의 위치에 대한 함수로써, 변화될 수 있다. S11이나 VSWR 시험 측정시에, 사용자는 이러한 위치를 선택할 수 있다. 또한, 이러한 플레이트(72, 74)는 안테나나 안테나 박스에 부착된 기계에 의해 움직이는 이동가능한 전도성(금속) 스트립일 수 있다. 이 경우에, 플레이는 기계식 어댑디브 안테나의 일종이다. 플레이트(72, 74)는 일 측에 다이폴 스트립(34/36, 35/37)과 함께 배치되거나 또는 반대 측에 배치되며, 이러한 위치 사이의 차는 주파수 변화 퍼센트 내이다(다이폴을 포함하는 측에 배치되는 경우에 가장 커짐).
예시로써, 도 28A의 이중 대역 다이폴 안테나가 25mm의 폭(W)과 40mm의 길이(L)를 포함한다. VSWR과 S11의 크기가 도 29에 도시된다. VSWR은 0.85에서 1.1 GHZ 사이 및 1.6에서 2.5GHz 사이에서 2 이하이다. 0도 파이와 0도 세타에서의 지향성이 도 30에 도시된다. 지형성 이득이 세 개의 주파수와, 0도 세타 및 파이에 대해 도 31에 도시된다. 즉, 0.9GHz에서 5.13dB의 최대 이득을 가지며(그래프 A), 1.85GHz에서 7.43dB의 최대 이득을 가지고(그래프 B), 2.05GHz에서 -2.25dB의 최대 이득을 가진다(그래프 C).
도시되지는 않았으나, 절연층(12)을 통과하는 다이폴 주변의 복수의 비아 홀이 제공된다. 이러한 비아 홀들은 유사-광 결정을 제공한다. 이는 절연 물질 내에서 표면파와 복사를 감소시켜 전체 이득을 향상시킨다. 이는 양쪽 안테나에 적용된다.
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세 한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.

Claims (30)

  1. U자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 일부에 포개진 제 1 전도성 소자(20);
    제 2 전도성 소자(30)로부터 상기 제 1 전도성 소자(20)를 분리시키는 제 1 절연층(12);
    상기 제 1 절연층을 통해 상기 제 1 및 제 2 전도성 소자들을 연결하는 제 1 전도성 비아(40);
    U 자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 레그(33)로부터 연장된 다수의 이격된 전도성 스트립(34, 35, 36, 37)으로서, 레그 상의 각 스트립이 동일한 레그 상의 다른 스트립과 다른 중심 주파수(fc)를 수신하도록 크기가 정해지는 다수의 이격된 전도성 스트립;
    제 2 전도성 소자(30)와 겹쳐지는 접지 평면 전도체(60)로서, 상기 접지 평면 전도체가 제 2 절연층(16)에 의해 제 2 전도성 소자(30)로부터 분리되며, 제 2 절연층(16)이 제 2 전도성 소자(30) 한 측면에 위치하고, 이 같은 제 2 전도성 소자의 한 측면은 제 1 절연층(12)과 마주하는 제 2 전도성 소자 측면과는 반대 측면이도록 된 접지 평면 전도체(60);
    제 2 전도성 소자의 스트립 위에서 겹쳐지는 제 3 전도성 소자 (50)로서, 상기 제 3 전도성 소자(50)가 제 1 절연층(12)에 의해 제 2 전도성 소자(30)의 상기 다수의 이격된 전도성 스트립으로부터 분리되도록 된 제 3 전도성 소자(50); 그리고
    상기 제 1 절연 층(12) 그리고 상기 제 2 절연 층(16)을 통해 제 3 전도성 소자(50)를 접지 평면 전도체(60)에 연결시키는 제 2 전도성 비아(42)를 포함함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 전도성 소자(50)는 상기 각 스트립의 측면 에지의 일부에 포개지는 다수의 핑거(54, 56)들을 포함함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 U 자 모양 레그의 제 1 스트립(36)과 포개진 제 1 핑거(52)는 상기 제 1 스트립의 측면 에지를 넘어 측면 방향으로 연장되며, 상기 U 자 모양 레그의 제 2 스트립(34)과 포개진 제 2 핑거(58)는 상기 제 2 스트립 측면 에지를 넘어 측면 방향으로 연장됨을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  4. U자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 일부에 포개진 제 1 전도성 소자(20);
    제 2 전도성 소자(30)로부터 상기 제 1 전도성 소자(20)를 분리시키는 제 1 절연층(12);
    상기 제 1 절연층을 통해 상기 제 1 및 제 2 전도성 소자들을 연결하는 제 1 전도성 비아(40);
    U 자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 레그(33) 끝단(end)에서 횡방향으로 연장된 다수의 이격된 전도성 스트립(34, 35, 36, 37)으로서, 레그 상의 각 스트립이 동일한 레그 상의 다른 스트립과 다른 중심 주파수(fc)를 수신하도록 크기가 정해지는 다수의 이격된 전도성 스트립; 그리고
    사전 선택된 위치에 있는 U 자 모양 레그 스트립들(34/36, 35/37)에 인접한 한 쌍의 전도성 플레이트(72, 74)를 포함함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전도성 플레이트(72, 74)의 사전에 선택된 위치가 조정가능함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  6. U자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 일부에 포개진 제 1 전도성 소자(20);
    제 2 전도성 소자(30)로부터 상기 제 1 전도성 소자(20)를 분리시키는 제 1 절연층(12);
    상기 제 1 절연층을 통해 상기 제 1 및 제 2 전도성 소자들을 연결하는 제 1 전도성 비아(40);
    U 자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 레그(33) 끝단(end)에서 횡방향으로 연장된 연장된 다수의 이격된 전도성 스트립(34, 35, 36, 37)으로서, 레그 상의 각 스트립이 동일한 레그 상의 다른 스트립과 다른 중심 주파수(fc)를 수신하도록 크기가 정해지는 다수의 이격된 전도성 스트립;
    상기 다수의 스트립(34, 35, 36, 37)이 T 자 모양 스트립(36, 37)을 포함하고, 상기 T 자 모양 스트립에 인접한 스트립이 비스듬한 각도의 부분을 포함하며, 그리고 상기 T 자 모양 스트립에 인접한 스트립이 T 자 모양 스트립 길이 보다 짧은 길이를 가짐을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 T자 모양 스트립과 인접한 스트립이 거꾸로 된 L자 모양인 것을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 T자 모양 스트립(36, 37)이 상기 U자 모양 레그(33)를 향해 상기 T자 모양의 뒷면 머리 부분(37B)의 일측으로부터 연장되는 부분(37C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  9. U자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 일부에 포개진 제 1 전도성 소자(20);
    제 2 전도성 소자(30)로부터 상기 제 1 전도성 소자(20)를 분리시키는 제 1 절연층(12);
    상기 제 1 절연층을 통해 상기 제 1 및 제 2 전도성 소자(20)(30)들을 연결하는 제 1 전도성 비아(40);
    U 자 모양 제 2 전도성 소자(30)의 레그(33) 끝단(end)에서 횡방향으로 연장된 다수의 이격된 전도성 스트립(34, 35, 36, 37)으로서, 레그 상의 각 스트립이 동일한 레그 상의 다른 스트립과 다른 중심 주파수(fc)를 수신하도록 크기가 정해지는 다수의 이격된 전도성 스트립을 포함하며;
    상기 다수의 이격된 전도성 스트립 중 한 스트립(37)이 상기 U 자 모양 레그(33) 끝단(end)에서 횡방향으로 연장되는 제 1 부분(37A), 상기 제 1 부분의 끝단(end)에서 횡방향으로 연장되는 제 2 부분(37B), 그리고 상기 제 2 부분으로부터 제 1 절연층(12)을 통해 연장되는 제 3 부분(37C)을 포함함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  10. 제 1 항에 있어서,
    L자 모양의 레그중 하나(22)가 상기 U자 모양의 레그(33)중 하나에 겹쳐짐을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  11. 제 1항, 6항, 9항, 및 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 스트립(34, 35, 36, 37)이 사다리꼴 모양인 것을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  12. 제 1항, 6항, 9항 및 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 스트립(36, 37)이 사인파, 삼각형 및 사각형 모양 중 어느 하나를 포함하는 구불구불한 모양인 것을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  13. 제 1항, 6항, 9항 및 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립(37)이 사다리꼴 모양의 부분(37D)과 균일한 폭을 가지는 부분(37E)을 포함함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  14. 제 1항, 6항, 9항 및 10항 중 어느 한 항에 따른 안테나를 포함하는 무선 통신 장치.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 전도성 비아(40)가 L 자 모양 레그 중 한 레그(24)를 U 자 모양 레그 중 한 레그(33)에 연결시킴을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 전도성 비아(40)가 L 자 모양 레그 끝단(end)을 U 자 모양 레그에 연결시킴을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  17. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 전도성 소자(20)(30)가 각각 평평함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  18. 제 1항에 있어서, 스트립 각각이 0.05λ0 미만의 폭과 0.5λ0 미만의 길이를 가짐을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  19. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 3 전도성 소자가 동일한 표면상에 제공됨을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  20. 제 1, 6, 9, 및 10항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 절연층의 투자율이 제 2 절연층의 투자율 보다 높음을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  21. 제 1, 6, 9, 및 10항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 절연층의 두께가 제 2 절연층의 두께 보다 얇음을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  22. 제 1, 6, 9, 및 10항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 절연층(12)이 기판이고, 제 1 및 제 2 전도성 소자(20)(30)가 상기 기판상의 인쇄된 소자임을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  23. 제 1, 6, 9, 및 10항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 스트립이 서로 평행함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  24. 제 1, 6, 9, 및 10항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 스트립이 노루발 장도리(claw hammer) 형상의 스트립을 포함함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  25. 제 6항에 있어서, T 자 모양 스트립에 인접한 스트립(34, 35)이 T 자 모양 스트립의 베이스보다 길이가 짧은 뒤집힌 L 자 모양을 가지며, T 자 모양 스트립에 인접한 스트립(34, 35)이 T 자 모양 헤드 아래에서, U 자 모양 전도성 소자의 한 레그(33)로부터 연장됨을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
  26. 제 6항 또는 25항에 있어서, 상기 T 자 모양 스트립이 T 자 모양 머리 부분(37B)의 일측으로부터 U 자 모양 전도성 소자의 한 레그(33)를 향해 연장되는 한 부분(37C)을 포함함을 특징으로 하는 무선통신 장치용 다이폴 안테나.
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