KR20090016481A - 다중 대역 안테나 장치 - Google Patents

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KR20090016481A
KR20090016481A KR1020087030752A KR20087030752A KR20090016481A KR 20090016481 A KR20090016481 A KR 20090016481A KR 1020087030752 A KR1020087030752 A KR 1020087030752A KR 20087030752 A KR20087030752 A KR 20087030752A KR 20090016481 A KR20090016481 A KR 20090016481A
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밍 젱
왕 한양
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노키아 코포레이션
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Abstract

본원에는 복수 개의 공진 모드를 지니는 다중 대역 안테나 장치로서, 접지면; 및 접지점 및 급전점 간에 루프형 구조를 형성하는 제1 안테나를 포함하며, 상기 제1 안테나는 상기 접지면에 인접 배치되고 X/2 및 X에서 공진 모드들을 지니는 다중 대역 안테나 장치가 개시되어 있다.

Description

다중 대역 안테나 장치{A multi-band antenna arrangement}
본 발명의 실시예들은 다중 대역 안테나 장치에 관한 것이다. 구체적으로 기술하면, 본 발명의 실시예들은 이동 셀룰러 전화용 다중 대역 안테나 장치에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 셀룰러 전화들이 전자기 스펙트럼의 무선 부분의 다중 대역에 걸쳐 통신할 수 있는 것이 바람직하였다. 이는 다른 나라들이 셀룰러 네트워크들에 대하여 다른 주파수 대역들을 사용하려는 경향이 있기 때문에 생긴 것이었다. 예를 들면, US WCDMA는 850㎒의 주파수 대역이지만, EU WCDMA는 2100㎒의 주파수 대역이다. 비록 단일 국가에서도, 다른 서비스들이 다른 무선 주파수 대역으로 제공될 수 있다. 예를 들면, PCS는 1900㎒의 주파수 대역이지만 PCN은 1800㎒의 주파수 대역이다. 결과적으로, 셀룰러 전화들은 셀룰러 전화들로 하여금 전자기 스펙트럼의 무선 부분의 다중 대역들을 통해 통신할 수 있게 하는 다중 대역 안테나 장치들을 필요로 한다.
현재, 셀룰러 전화들용의 다중 대역 안테나 장치들은 원하는 무선 주파수들을 통해 통신하는 복수 개의 안테나를 포함한다. 각각의 안테나는 자기 자신의 대 응하는 급전점에 연결되고 각각은 다른 무선 주파수 대역에서 무선 신호들을 송신 및 수신하도록 이루어져 있다. 스위치는 대개 상기 안테나 장치가 원하는 무선 주파수 대역폭에서 송신 및 수신할 수 있도록 상기 안테나들을 선택적으로 인에이블 및 디스에이블하도록 제공된다.
기존의 다중 대역 안테나 장치들과 관련된 한가지 문제점은 상기 다중 대역 안테나 장치들이 원하는 무선 주파수 대역폭에서 송신 및 수신하는데 필요한 안테나들 및 급전점들의 수에 기인하여 비교적 큰 체적을 점유한다는 것이다. 그 외에도, 사용중에 있는 안테나들 및 상기 다중 대역 안테나 장치의 성능을 저하시킬 수 있는 안테나 장치의 다른 안테나들 간의 전자기 간섭에 기인하여 원하지 않는 안테나 결합이 생긴다.
그러므로, 대체할 수 있는 다중 대역 안테나 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 목적은 원하는 무선 주파수 대역폭에서 송신 및 수신하는데 필요한 안테나들 및 급전점들의 수에 기인하여 비교적 큰 체적을 점유하지 않는 다중 대역 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 목적은 사용중에 있는 안테나들 및 다중 대역 안테나 장치의 성능을 저하시킬 수 있는 안테나 장치의 다른 안테나들 간의 전자기 간섭에 기인하여 원하지 않는 안테나 결합이 생기지 않는 다중 대역 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 복수 개의 공진 모드를 지니는 다중 대역 안테나 장치로서, 접지면; 및 접지점 및 급전점 간에 루프형 구조를 형성하는 제1 안테나를 포함하며, 상기 제1 안테나는 상기 접지면에 인접 배치되고 λ/2 및 λ에서 공진 모드들을 지니는 다중 대역 안테나 장치가 제공된다.
상기 제1 안테나는 3λ/2에서 부가적인 공진 모드를 지닐 수 있다.
상기 제1 안테나는 상기 급전점을 통해 직접적으로 급전될 수 있다. 변형적으로는, 상기 제1 안테나가 상기 급전점을 통해 간접적으로 급전될 수 있다.
상기 제1 안테나의 접지점 및 급전점 사이의 대략 절반 지점은 상기 접지점 및 상기 급전점에 인접할 수 있다. 이는 "편평화된" 루프형 구조를 형성할 수 있다.
상기 다중 대역 안테나 장치는 상기 접지점으로부터 연장하는 제2 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 안테나는 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 인접하지만 상기 제1 안테나로부터 분리되어 있을 수 있다. 상기 제2 안테나는 상기 제2 안테나에 대한 급전을 제공하도록 상기 제1 안테나에 인접하지만 상기 제1 안테나로부터 분리되어 있는 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 전자기적으로 결합될 수 있다.
상기 제1 안테나는 상기 제1 안테나의 λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하도록 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합될 수 있다.
상기 제1 안테나는 상기 제1 안테나의 λ 공진 모드가 상기 제2 안테나의 3λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하도록 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합될 수 있다.
상기 제1 안테나는 상기 제1 안테나의 3λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 3λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하도록 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합될 수 있다.
상기 제1 안테나는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 2배인 전기 길이를 지닐 수 있다.
상기 제2 안테나는 자체의 전체 전기 길이를 따라 상기 제1 안테나에 인접할 수 있다. 상기 제1 안테나는 상기 제1 안테나의 3λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하도록 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합될 수 있다. 상기 제1 안테나는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 6배인 길이를 지닐 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 의하면, 복수 개의 공진 모드를 지니는 다중 대역 안테나 장치로서, 급전점; 접지점; 접지면; 루프형 구조를 형성하도록 상기 접지점 및 상기 급전점에 연결된 제1 안테나; 및 상기 접지점에 연결되고 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 인접하지만 상기 제1 안테나로부터 분리되어 있는 제2 안테나를 포함하며, 상기 제1 안테나는 상기 접지면에 인접 배치되는 다중 대역 안테나 장치가 제공된다. 상기 제2 안테나는 상기 제2 안테나에 대한 급전을 제공하도록 상기 제1 안테나에 전자기적으로 결합한다.
상기 제1 안테나는 상기 접지점 및 상기 급전점 간의 대략 절반 지점에서 상기 접지점 및 상기 급전점에 인접할 수 있다. 상기 제1 안테나는 λ/2, λ 및 3λ/2 공진 모드들을 지닐 수 있다.
상기 제1 안테나의 λ/2 공진 모드는 상기 제2 안테나의 λ/4와 전자기적으로 결합할 수 있다. 상기 제1 안테나의 λ 또는 3λ/2 공진 모드들은 상기 제2 안테나의 3λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합할 수 있다. 상기 제1 안테나는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 2배인 전기 길이를 지닐 수 있다.
변형적으로, 상기 제1 안테나의 3λ/2 공진 모드는 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합할 수 있다. 상기 제1 안테나는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 6배인 전기 길이를 지닐 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 의하면, 이전의 단락들 중 어느 한 단락에 기재된 바와 같은 안테나 장치를 포함하는 송수신기 장치가 제공된다.
본 발명의 보다 나은 이해를 위해 지금부터 단지 예로서만 첨부도면들이 참조될 것이다.
본 발명의 다중 대역 안테나 장치는 원하는 무선 주파수 대역폭에서 송신 및 수신하는데 필요한 안테나들 및 급전점들의 수에 기인하여 비교적 큰 체적을 점유하는 문제를 해소한다.
또한, 본 발명의 다중 대역 안테나 장치는 사용중에 있는 안테나들 및 다중 대역 안테나 장치의 성능을 저하시킬 수 있는 안테나 장치의 다른 안테나들 간의 전자기 간섭에 기인하여 원하지 않는 안테나 결합이 생기는 문제를 해소한다.
도 2, 도 3, 도 6, 도 7 및 도 10에는 복수 개의 공진 모드를 지니는 다중 대역 안테나 장치(12)로서, 접지면(30); 및 접지점(20) 및 급전점(22) 사이에 루프형 구조를 형성하는 제1 안테나(18)를 포함하고, 상기 제1 안테나(18)는 상기 접지면(30)에 인접 배치되어 있으며 λ/2 및 λ에서 공진 모드들을 지니는 다중 대역 안테나 장치(12)가 예시되어 있다.
더 상세하게 설명하면, 도 1에는 이동 셀룰러 전화, 셀룰러 기지국, 다른 무선 통신 장치 또는 그러한 장치들의 모듈들과 같은 무선 송수신기 장치(10)가 예시되어 있다. 상기 무선 송수신기 장치(10)는 다중 대역 안테나 장치(12), 상기 다중 대역 안테나 장치(12)의 급전점에 연결된 무선 송수신기 회로(14) 및 상기 무선 송 수신기 회로(14)에 연결된 기능 회로(16)를 포함한다. 상기 무선 송수신기 장치(10)가 이동 셀룰러 전화인 실시예에서, 상기 기능 회로(16)는 프로세서, 메모리 및 마이크로폰, 라우드스피커 및 디스플레이와 같은 입력/출력 장치들이다. 전형적으로는, 상기 무선 송수신기 회로(14) 및 기능 회로(16)를 제공하는 전자 구성요소들은 인쇄 배선 보드(printed wiring board; PWB)를 통해 상호연결된다. 상기 PWB는 상기 다중 대역 안테나 장치(12)용 접지면으로서 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3에는 안테나(18)를 포함하는 다중 대역 안테나 장치(12)가 예시되어 있다. 상기 안테나는 평면 접힘 모노폴 및 접힘 다이폴 안테나이며 복수 개의 동작 공진 주파수를 지닌다. 상기 예시된 특정한 안테나는 GSM 대역(900㎒), PCN 대역(1800㎒) 및 PCS 대역(1900㎒)을 각각 포함하는 3개의 공진을 지닌다. 상기 안테나(18)는 이동 전화와 같은 이동 셀룰러 무선 단말기의 내부 안테나로서 사용하기에 특히 적합하다.
상기 안테나(18)는 루프형이며 단일의 급전점(22)에 인접한 단일의 접지점(20) 및 단일 루프형 구조로 상기 접지점(20)에서부터 상기 급전점(22)에 이르기까지 확장하는 단일의 안테나 트랙(24)을 지닌다. 한 실시예에서, 상기 안테나(18)는 상기 급전점(22)을 통해 직접 급전된다. 다른 한 실시예에서, 상기 안테나(18)는 예를 들면 전자기 결합(electromagnetic coupling)에 의해 상기 급전점(22)을 통해 간접적으로 급전된다. 상기 안테나(18)의 구조는 비원형이며 공간(26)의 부위를 에워싸고 있다. 상기 안테나 트랙(24)은 다수의 직각(90°) 벤드(bend)를 지니며 편평한 기하학적인 면(28)에 배치되어 있는데, 이러한 실시예에서는 상기 편평 한 기하학적인 면(28)이 접지면(30) 상에 나란히 배치되어 있다. 상기 안테나(18)는 상기 접지면(30)에 인접 배치되어 있다. 예를 들면, 상기 안테나(18)는 상기 접지면(30)에 인접해 있을 수도 있고, 적어도 부분적으로는 상기 접지면(30) 상에 배치되어 있을 수도 있으며 상기 접지면(30)에 대하여 각이 지게 경사져 있을 수도 있다. 상기 안테나(18)는 핸드셋 형상에 의존하는 모듈 상에 장착될 수 있다. 상기 접지면(30)에 상기 안테나(18)가 인접하면 그들 간의 전자기 결합은 (적어도 부분적으로) 상기 안테나(18)로 하여금 접힘 모노폴, 접힘 다이폴 안테나로서의 기능을 수행할 수 있게 하는 결과가 초래된다. 이러한 실시예에서, 상기 안테나 트랙(24)은 라인 B를 중심으로 하여 실질적으로 대칭이며 일정한 폭을 지닌다. 상기 안테나 트랙(24)은 전기 길이(L1)를 지닌다. 상기 안테나 트랙(24) 및 상기 접지면(30) 간의 간격(h1)은 수 밀리미터 정도로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3에는 좌표계(32)가 포함되어 있다. 상기 좌표계(32)는 y 벡터에 직교하는 x 벡터를 포함한다. 상기 급전점(22)은 상기 접지점(20)으로부터 x-방향으로 변위된다.
상기 단일의 안테나 트랙(24)은 상기 접지점(20)으로부터 +x 방향으로 연장하고, (a) 지점에서 직각을 이루는 우측 벤드를 형성한 다음에 y-방향으로 연장한다. 그리고나서, 상기 안테나 트랙(24)은 (b) 지점에서 2개의 직각을 이루는 좌측 벤드를 형성함으로써 상기 안테나 트랙(24)가 +y 방향으로 연장한다. 그리고나서, 상기 안테나 트랙(24)은 (c) 지점에서 직각을 이루는 좌측 벤드를 형성하고 상기 접지점(20) 및 급전점(22)을 지나서 -x 방향으로 연장한다. 그리고나서, 상기 안테나 트랙은 (d) 지점에서 직각을 이루는 좌측 벤드를 형성한 다음에 -y 방향으로 연장한다. 그리고나서, 상기 안테나 트랙(24)은 (e) 지점에서 2개의 직각을 이루는 좌측 벤드를 형성한 다음에 +y 방향으로 연장한다. 그리고나서, 상기 안테나 트랙(24)은 (f) 지점에서 직각을 이루는 우측 벤드를 형성하고 상기 급전점(22)에 이르기까지 +x 방향으로 연장한다.
상기 안테나 트랙(24)은 C 지점에서 상기 접지점(20) 및 상기 급전점(22)에 인접해 있다. 지점(C)은 상기 접지점(20) 및 상기 급전점(22) 사이의 대략 절반이고, 그럼으로써 상기 접지점(20)으로부터 간격(L1/2)만큼 떨어져 있다. C 지점에서 상기 급전점(22) 및 상기 접지점(20)에 대한 상기 안테나 트랙(24)의 인접성 때문에, 상기 안테나 트랙(24)은 접힘 모노폴 모드들에 대하여 L1/2인 C 지점에 인접하여 용량 부하가 걸린다.
위에서 언급된 바와 같이, 상기 안테나(18)는 평면 접힘 다이폴, 접힘 모노폴 안테나이다. 접힘 다이폴로서, 상기 안테나(18)는 각각이 L1/2의 길이를 지니고 그들의 4개의 개방단에 연결되는 2개의 병렬 λ/2 다이폴로 분할되는 것으로 보일 수 있다. 결과적으로, 상기 안테나(18)는 자신의 길이(L1)에 걸쳐 λ에서 공진 모드를 지니지만 또한 접힘 λ/2에서 공진 모드를 지니는 것으로 보일 수 있다. 접힘 다이폴의 공진 모드들은 이하의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112008086786119-PAT00001
상기 수학식 1 중에서,
Figure 112008086786119-PAT00002
는 공진 접힘 다이폴 모드를 나타내는 총 개수이고
Figure 112008086786119-PAT00003
는 그러한 모드에 대한 공진 주파수의 전자기 파장이다.
Figure 112008086786119-PAT00004
= 0일 때 어떠한 공진 모드도 존재하지 않는다.
접힘 모노폴로서, 상기 안테나(18)는 각각이 L1/2의 길이를 지니고 그들의 2개의 개방단에 연결되는 2개의 병렬 λ/4 다이폴로 분할되는 것으로 보일 수 있다. 결과적으로, 상기 안테나(18)는 자신의 길이(L1)에 걸쳐 λ/2 또는 3λ/2에서 공진 모드를 지니지만 또한 접힘 λ/4 또는 접힘 3λ/4에서 각각 공진 모드를 지니는 것으로 보일 수 있다. 접힘 모노폴의 공진 모드들은 이하의 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure 112008086786119-PAT00005
상기 수학식 2 중에서,
Figure 112008086786119-PAT00006
은 공진 접힘 모노폴 모드를 나타내는 총 개수이고
Figure 112008086786119-PAT00007
는 그러한 모드에 대한 공진 주파수의 전자기 파장이다.
접힘 다이폴에 대한 최대 전계(
Figure 112008086786119-PAT00008
)의 접지점(20)으로부터의 위치(
Figure 112008086786119-PAT00009
)는 이하의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008086786119-PAT00010
상기 수학식 3 중에서,
Figure 112008086786119-PAT00011
이다.
접힘 모노폴에 대한 최대 전계(
Figure 112008086786119-PAT00012
)의 접지점(20)으로부터의 위치(
Figure 112008086786119-PAT00013
)는 이하의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
Figure 112008086786119-PAT00014
상기 수학식 4 중에서,
Figure 112008086786119-PAT00015
이다.
하기 표 1에는 최대 E 필드 위치들 및 접힘 모노폴, 접힘 다이폴 안테나(18)의 하위 3 가지 모드가 기재되어 있다. 각각의 모드는 편의상
Figure 112008086786119-PAT00016
로 언급될 수 있다. 모드
Figure 112008086786119-PAT00017
의 공진 주파수에 대응하는 파장은 편의상
Figure 112008086786119-PAT00018
을 사용하는 것으로 언급될 수 있다.
여기서 유념해야 할 점은
Figure 112008086786119-PAT00019
이고
Figure 112008086786119-PAT00020
인 모드들에 대하여, 최대 E 필드의 위치가
Figure 112008086786119-PAT00021
이 아니고
Figure 112008086786119-PAT00022
로 나타난다는 것이다. 여기서 유념해야 할 점 은
Figure 112008086786119-PAT00023
인 모드들에 대하여, 최대 E 필드의 위치가
Figure 112008086786119-PAT00024
가 아니고
Figure 112008086786119-PAT00025
으로 나타난다는 것이다.
Figure 112008086786119-PAT00026
상기 표 1 중에서, C는 전자기파의 속도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이,
Figure 112008086786119-PAT00027
모드에서 상기 안테나(18)는 상기 최대 E 필드 위치(L1/2)에서 연결된 2개의 λ/4 모노폴 구조로서 동작한다.
Figure 112008086786119-PAT00028
는
Figure 112008086786119-PAT00029
에 대응한다. 도 4b에 예시되어 있는 바와 같이,
Figure 112008086786119-PAT00030
모드에서 상기 안테나는 최대 E 필드 위치들(
Figure 112008086786119-PAT00031
,
Figure 112008086786119-PAT00032
)과 일치하는 위치들에서 병렬로 연결되는 2개의 λ/2 다이폴 구조로서 동작한다. 도 4c에 예시되어 있는 바와 같이,
Figure 112008086786119-PAT00033
모드에서 상기 안테나는 최대 E 필드 위치(
Figure 112008086786119-PAT00034
)에서 연결된 2개의
Figure 112008086786119-PAT00035
모노폴 구조의 공진 모드에서 동작한다.
Figure 112008086786119-PAT00036
은
Figure 112008086786119-PAT00037
에 대응한다.
특정 모드에 대한 최대 전계(
Figure 112008086786119-PAT00038
)의 접지점으로부터의 위치에 걸린 용량 부하는 그러한 모드의 공진 주파수를 감소시킨다. 상기 안테나(18)의 위에서 언급된 바와 같은
Figure 112008086786119-PAT00039
에서의 용량 부하는 접힌 모노폴 모드들(
Figure 112008086786119-PAT00040
,
Figure 112008086786119-PAT00041
)의 공진 주파수를 감소시킨다.
Figure 112008086786119-PAT00042
에 걸린 용량 부하는 상기 접힘 다이폴 모드(
Figure 112008086786119-PAT00043
)의 공진 주파수를 증가시키는데, 그 이유는
Figure 112008086786119-PAT00044
에 걸린 용량 부하가
Figure 112008086786119-PAT00045
에 걸리는 인덕턴스를 감소시키기 때문이다. 도 5에는 부하가 걸린 평면 접힘 모노폴, 접힘 다이폴 안테나에 대한 공진 모드들(
Figure 112008086786119-PAT00046
,
Figure 112008086786119-PAT00047
,
Figure 112008086786119-PAT00048
)이 예시되어 있다.
Figure 112008086786119-PAT00049
모드는 GSM에 적합하며 900㎒의 공진 주파수를 지닌다.
Figure 112008086786119-PAT00050
모드는 PCN에 적합하며 1800㎒의 공진 주파수를 지닌다.
Figure 112008086786119-PAT00051
모드는 PCS 및 US WCDMA에 적합하며 1900㎒의 공진 주파수를 지닌다.
상기 안테나(18)는 몇몇 전자기 경계조건을 만족시켜야 한다. 상기 급전점에서의 전기 임피던스는 50 오옴에 가깝고 상기 접지점의 전기 임피던스는 0 오옴에 가깝다. 상기 안테나(18)는 또한 셀룰러 대역들에서 허용가능한 반사 손실(예컨대, 6㏈)을 획득하도록 최적화된다.
도 6 및 도 7에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 상기 다중 대역 안테나 장치(12)는 제1 안테나(18) 및 제2 안테나(32)를 포함한다. 상기 제1 안테나(18)는 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 안테나(18)와 실질적으로 동일하며, 특징들이 유사한 경우에, 동일 참조번호들이 사용된다. 상기 제2 안테나(32)는 각각 US GSM 및 US WCDMA 대역(850㎒) 및 EU WCDMA 대역(2100㎒)을 포함하는 2개의 공진을 지닌다.
이러한 실시예에서, 상기 제2 안테나(32)는 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00052
)를 지니는 평면 역 L형 안테나(planar inverted L antenna; PILA)이다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 접지점(20)을 통해 접지면(30)에 연결된다. 따라서, 상기 제1 안테나(18) 및 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 동일한 접지점을 공유한다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의 적어도 하나의 부분(33)은 상기 제1 안테나(18)에 인접하다. 예시된 예에서, 상기 부분(33) 및 상기 제1 안테나(18)는 나란하게 연장되고 0.1 밀리미터 내지 수 밀리미터 정도로 분리되어 있다. 이하의 단락에서 더 상세하게 설명되겠지만, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 상기 제1 안테나(18)에 전자기적으로 결합됨으로써 급전점에 직접 전기적으로 연결되지 않는다.
상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 다수의 직각(90°)을 이루는 벤드를 지니고 상기 접지면(30)과 나란한 편평한 기하학적인 면(28)에 배치된다. 상기 안테나(32) 및 상기 접지면(30) 간의 간격(h2)은 수 밀리미터 정도로 이루어질 수 있으며, h1와 동일한 것이 전형적이다.
상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 상기 접지면(20)으로부터 -x 방향으로 연장하며 (g) 지점에서 직각을 이루는 좌회전으로 진행한다. 그리고 나서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 -y 방향으로 연장하고 (h) 지점에서 직각을 이루는 우회전으로 진행한다. 그리고나서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 -x 방향으로 연장하고 (i) 지점에서 직각을 이루는 우회전으로 진행한다. 그리고나서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 자신의 길이(
Figure 112008086786119-PAT00053
)의 나머지 부분에 대하여 + y 방향으로 연장한다. 이러한 실시예에서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 상기 접지점(20) 및 상기 (g) 지점 사이에서 그리고 (g) 지점 및 (h) 지점 간의 길이의 대략 2/3에 대하여 제1 안테나(18)에 인접하다. 따라서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 자신의 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00054
)의 대략 1/3에 대하여 상기 제1 안테나(18)에 인접하다.
예를 들면 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)가 상기 제1 안테나(18)에 인접한 경우에 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 상기 제1 안테나(18)에 전자기적으로 결합된다. 결과적으로, 상기 제1 안테나(18)가 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)를 통해 흐르는 전류를 지닐 경우에, 상기 제1 안테나(18)는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)에서 전류를 생성하도록 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)와 전자기적으로 (용량적으로 또는 유도적으로) 결합한다. 그러므로, 상기 제1 안테나(18)는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)에 대한 급전으로서의 역할을 한다.
상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 모노폴 안테나로 보일 수 있다. 모노폴 안테나의 공진 모드들은 이하의 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure 112008086786119-PAT00055
상기 수학식 5 중에서,
Figure 112008086786119-PAT00056
는 모노폴 모드를 나타내는 총 개수이며
Figure 112008086786119-PAT00057
는 그러한 모드에 대한 공진 주파수의 전자기 파장이다.
모노폴에 대한 최대 전계(
Figure 112008086786119-PAT00058
)의 접지점으로부터의 위치(
Figure 112008086786119-PAT00059
)는 이하의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008086786119-PAT00060
상기 수학식 6 중에서,
Figure 112008086786119-PAT00061
이다.
하기 표 2에는 최대 E 필드 위치들 및 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의 2가지 하위 모드가 기재되어 있다. 각각의 모드는 편의상
Figure 112008086786119-PAT00062
로서 언급될 수 있다. 특정 모드
Figure 112008086786119-PAT00063
의 공진 주파수에 대응하는 파장은 편의상
Figure 112008086786119-PAT00064
를 사용하는 것으로 언급될 수 있다.
Figure 112008086786119-PAT00065
도 8a에 도시된 바와 같이,
Figure 112008086786119-PAT00066
모드
Figure 112008086786119-PAT00067
에서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 상기 최대 E 필드 위치가
Figure 112008086786119-PAT00068
이게끔 동작한다. 도 8b에 도시된 바와 같이,
Figure 112008086786119-PAT00069
모드
Figure 112008086786119-PAT00070
에서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 최대 E 필드 위치들이
Figure 112008086786119-PAT00071
및
Figure 112008086786119-PAT00072
이게끔 동작한다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의 공진 모드들(
Figure 112008086786119-PAT00073
,
Figure 112008086786119-PAT00074
)와 아울러 상기 제1 안테나(18)의 공진 모드들은 도 9에 도시되어 있다. 도 10에는 도 6 및 도 7에 도시된 다중 대역 안테나 장치(12)의 주파수에 대한 효율의 그래프가 도시되어 있다.
상기 제1 안테나(18) 및 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)는 전자기적으로 결합된다. 상기 제1 안테나(18)의
Figure 112008086786119-PAT00075
모드는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의
Figure 112008086786119-PAT00076
모드와 전자기적으로 결합한다. 상기 제1 안테나(18)의
Figure 112008086786119-PAT00077
모드는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의
Figure 112008086786119-PAT00078
모드와 전자기적으로 결합한다.
이러한 전자기 결합을 이루기 위해, 상기 제1 안테나(18)의 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00079
)는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의 전기 길이의 대략 2배이다. 이는 상기 모드들에 대한 공진 주파수들이 대략 동일하다는 결과를 초래한다. 이러한 구현예에서는, 상기 제1 안테나(18)의 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00080
)가 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의 전기 길이의 대략 2배보다 약간 짧다.
변형 실시예에서, 상기 제1 안테나(18)의
Figure 112008086786119-PAT00081
모드는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의
Figure 112008086786119-PAT00082
모드와 전자기적으로 결합한다. 이러한 실시예에서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의 전기 길이는 상기 제1 안테나(18)의 길이의 3/2배이다.
다른 한 실시예에서, 상기 제1 안테나(18)의
Figure 112008086786119-PAT00083
모드는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의
Figure 112008086786119-PAT00084
모드와 전자기적으로 결합한다. 이러한 실시예에서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의 전기 길이는 상기 제1 안테나(18)의 전기 길이의 3/4배이다.
상기 제1 안테나(18)의 공진 모드들(
Figure 112008086786119-PAT00085
,
Figure 112008086786119-PAT00086
,
Figure 112008086786119-PAT00087
)은 도 5에 도시된 공진 모드들과 실질적으로 동일하다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의
Figure 112008086786119-PAT00088
모드(
Figure 112008086786119-PAT00089
)는 GSM 및 US WCDMA에 적합한 850㎒(824 내지 894㎒)의 공진 주파수 대역폭을 지닌다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 32)의
Figure 112008086786119-PAT00090
모드(
Figure 112008086786119-PAT00091
)는 EU WCDMA에 적합한 2100㎒(2110 내지 2170㎒)의 공진 주파수 대역폭을 지닌다.
도 6 및 도 7에 도시된 안테나 장치(12)에 의해 제공되는 한가지 이점은 상기 안테나 장치(12)가 셀룰러 통신을 위해 사용될 수 있는 5개의 동작 공진 주파수를 제공한다는 것이다. 또한, 상기 안테나 장치(12)는 단지 단일의 급전점만을 사용한다. 이러한 특징에 의해 제공되는 한가지 이점은 상기 안테나 장치(12)가 발명의 배경에서 언급된 바와 같은 개별 안테나 구조들 간에 거의 또는 전혀 원하지 않는 안테나 결합이라는 문제에 직면하지 않는다는 것이다. 더군다나, 안테나 요소들 및 급전점들이 안테나 장치에서 공간을 점유함으로써, 결과적으로는 상기 안테나 장치(12)가 셀룰러 전화에서 더 적은 공간을 점유할 수 있는데, 그 이유는 상기 안테나 장치(12)가 단지 2개의 안테나 요소 및 하나의 급전점만을 사용하기 때문이다. 그 외에도, 단일의 급전점을 지니는 것은 상기 안테나 장치의 단가 및 제조 복잡성을 감소시킬 수 있다.
도 11에는 다중 대역 안테나 장치(12)의 제3 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 상기 다중 대역 안테나 장치(12)는 제1 안테나(18) 및 제3 안테나(34)를 포함한다. 상기 제1 안테나(18)는 도 2, 도 3, 도 6 및 도 7에 도시된 안테나(18)와 실질적으로 동일하며 특징들이 유사한 경우에 동일 참조 번호들이 사용된다. 상기 제3 안테나(34)는 EU WCDMA 대역(2100㎒)을 포함하는 하나의 공진 모드를 지닌다.
이러한 실시예에서, 상기 제3 안테나(34)는 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00092
)를 지니는 평면 역 L형 안테나(PILA)이다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34))는 상기 접지점(20)을 통해 상기 접지면(30)에 연결된다. 결과적으로, 상기 제1 안테나(18) 및 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)는 동일한 접지점을 공유한다. 이러한 실시예에서, 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)의 전체 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00093
)는 상기 제1 안테나(18)에 인접하다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)는 상기 제1 안테나(18)에 전자기적으로 결합됨으로써 급전점에 직접 전기적으로 연결되지 않는다.
상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)는 실질적으로 수평을 이루며 상기 접지면(30)에 나란한 편평한 기하학적인 면에 배치된다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34) 및 상기 접지면(30) 간의 간격은 수 밀리미터 정도로 이루어질 수 있다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)는 자신의 길이(
Figure 112008086786119-PAT00094
)에 대하여 상기 접지점(20)으로부터 -x 방향으로 연장한다. 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)는 (위에서 언급된 바와 같이) 자신의 전체 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00095
)를 따라 상기 제1 안테나(18)에 전자기적으로 결합된다. 따라서, 상기 제1 안테나(18)가 상기 제1 안테나(18)를 통해 흐르는 전류를 지닐 경우에, 상기 제1 안테나(18)는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)와 전자기적으로 (용량적으로 또는 유도적으로) 결합하고 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)에 전류를 생성한다. 그러므로, 상기 제1 안테나(18)는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)에 대하여 급전으로서의 역할을 수행한다.
상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)의
Figure 112008086786119-PAT00096
모드는 상기 제1 안테나(18)의
Figure 112008086786119-PAT00097
모드에 전자기적으로 연결된다. 즉,
Figure 112008086786119-PAT00098
이다. 이러한 모드의 공진 주파수는 2100㎒(2110 내지 2170㎒)이며 EU WCDMA에 적합하다. 이러한 전자기 결합을 이루기 위해, 상기 제1 안테나(18)의 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00099
)는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)의 전기 길이의 대략 6배이다. 이는 상기 모드들에 대한 공진 주파수들이 대략 동일하다는 결과를 초래한다. 이러한 구현예에서, 상기 제1 안테나(18)의 전기 길이(
Figure 112008086786119-PAT00100
)는 상기 평면 역 L형 안테나(PILA; 34)의 전기 길이의 6배보다 약간 짧다.
도 11에 도시된 안테나 장치(12)는 도 6 및 도 7에 도시된 안테나 장치(12)보다 적은 체적을 점유할 수 있으며 특정 장치 내의 체적이 한정된 경우에 더 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 지금까지 여러 예를 참조하여 이전의 단락에서 언급되었지만, 여기서 이해하여야 할 점은 소정의 예들에 대한 변형들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서도 구현될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 상기 제1 안테나(18)는 임의의 접힘 다이폴, 접힘 모노폴 안테나일 수도 있으며 상기 제2 및 제3 안테나는 임의의 불균형 안테나일 수도 있다.
위의 명세 부분에서 특별히 중요하다고 생각되는 본 발명의 특징들에 주위를 끌려고 하였지만, 출원인은 특별히 강조가 되었든 되지 않았든 지금까지 언급되고 그리고/또는 첨부도면들에 도시된 임의의 특허가능한 특징들 및 특징들의 조합에 대하여 보호를 받고자 한 것임을 이해하여야 한다.
도 1은 안테나 장치를 포함하는 무선 송수신기 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 다중 대역 안테나 장치의 한 실시예를 평면도로 보여주는 도면이다.
도 3은 화살표 A를 따라 보았을 때 도 2에 예시된 다중 대역 안테나 장치를측면도로 보여주는 도면이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 2 및 도 3에 예시된 다중 대역 안테나 장치의 공진 모드들((0,0), (1,0), (0,1))에 대한 전계 그래프들을 간단하게 보여주는 도면들이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같은 안테나 장치의 공진 주파수들에 대한 그래프를 보여주는 도면이다.
도 6은 다중 대역 안테나 장치의 제2 실시예를 평면도로 보여주는 도면이다.
도 7은 화살표 A를 따라 보았을 때 도 6에 예시된 다중 대역 안테나 장치를 측면도로 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6 및 도 7에 예시된 PILA 안테나의 공진 모드들((0),(1))에 대한 전계 그래프들을 간단하게 보여주는 도면들이다.
도 9는 도 6 및 도 7에 예시된 다중 대역 안테나 장치의 공진 주파수들에 대한 그래프를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 6 및 도 7에 예시된 다중 대역 안테나 장치의 주파수에 대한 효율의 그래프를 보여주는 도면이다.
도 11은 다중 대역 안테나 장치의 제3 실시예를 평면도로 보여주는 도면이다.

Claims (35)

  1. 접지면; 및
    접지점 및 급전점 간에 루프형 구조를 형성하는 제1 안테나를 포함하며, 상기 제1 안테나는 상기 접지면에 인접 배치되고, 상기 급전점 및 상기 접지점 사이의 제1 안테나를 따른 거리와 실질적으로 동일한 전기 길이(electrical length; L)를 지니며, L=λ/2 및 L=λ에서 공진 모드들을 지니고, 상기 공진 모드들에서 상기 제1 안테나가 동작될 수 있는, 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 안테나는 L=3λ/2에서 부가적인 공진 모드를 지니고, 상기 부가적인 공진 모드에서 상기 제1 안테나가 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 안테나는 상기 급전점을 통해 직접적으로 급전되거나 상기 급전점을 통해 간접적으로 급전되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 안테나는 상기 접지점 및 상기 급전점 사이의 대략 절반 지점에서 상기 접지점 및 상기 급전점에 인접한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접지점으로부터 연장하며 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 인접하는 제2 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 안테나는 상기 제2 안테나에 대한 급전을 제공하기 위해 상기 제1 안테나에 인접한 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 전자기적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 안테나의 전기 길이는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 2배인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 안테나는 상기 제1 안테나의 L=λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하기 위해 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 안테나는 상기 제1 안테나의 L=3λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 3λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하기 위해 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제2 안테나는 자체의 전체 전기 길이를 따라 상기 제1 안테나에 인접한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 안테나의 전기 길이는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 6배인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 안테나는 상기 제1 안테나의 L=3λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하기 위해 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 급전점;
    접지점;
    접지면;
    루프형 구조를 형성하도록 상기 접지점 및 상기 급전점에 연결된 제1 안테나; 및
    상기 접지점에 연결되고 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 인접한 제2 안테나를 포함하며,
    상기 제1 안테나는 상기 접지면에 인접 배치되고, 상기 급전점 및 상기 접지점 사이의 제1 안테나를 따른 거리와 실질적으로 동일한 전기 길이(L)를 지니며, L=λ/2 및 L=λ에서 공진 모드들을 지니고, 상기 공진 모드들에서 상기 제1 안테나가 동작될 수 있으며,
    상기 제2 안테나는 상기 제2 안테나에 대한 급전을 제공하기 위해 상기 제1 안테나에 인접한 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 전자기적으로 결합하도록 구성되는, 안테나 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 안테나는 상기 접지점 및 상기 급전점 간의 대략 절반 지점에서 상기 접지점 및 상기 급전점에 인접한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 안테나는 L=3λ/2 공진 모드를 지니고, 상기 공진 모드에서 상기 제1 안테나가 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제1 안테나의 전기 길이는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 2배인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 안테나의 L=λ/2 공진 모드는 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 안테나의 L=3λ/2 공진 모드는 상기 제2 안테나의 3λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테 나 장치.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제2 안테나는 자체의 전체 전기 길이를 따라 상기 제1 안테나에 인접한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  20. 제13항에 있어서, 상기 제1 안테나의 전기 길이는 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 6배인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 안테나의 L=3λ/2 공진 모드는 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 안테나 장치를 포함하는 장치.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 안테나 장치를 포함하는 모듈.
  24. 접지면, 및 접지점 및 급전점 간에 루프형 구조를 형성하는 제1 안테나를 포함하는 안테나 장치를 제공하는 것과, 상기 접지면에 인접 배치되고, 상기 급전점 및 상기 접지점 사이의 제1 안테나를 따른 거리와 실질적으로 동일한 전기 길이(L)를 지니며, L=λ/2 및 L=λ에서 공진 모드들을 지니도록 상기 제1 안테나를 구성하 는 것을 포함하고, 상기 공진 모드들에서 상기 제1 안테나가 동작될 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, L=3λ/2에서 부가적인 공진 모드를 지니도록 상기 제1 안테나를 구성하는 것을 더 포함하며, 상기 부가적인 공진 모드에서 상기 제1 안테나가 동작될 수 있음을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 급전점을 통해 직접적으로 급전되거나 상기 급전점을 통해 간접적으로 급전되도록 상기 제1 안테나를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 접지점 및 상기 급전점 사이의 대략 절반 지점에서 상기 접지점 및 상기 급전점에 인접하도록 상기 제1 안테나를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 접지점으로부터 연장하며 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 인접하는 제2 안테나를 제공하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제2 안테나에 대한 급전을 제공하기 위해 상기 제1 안테나에 인접한 자체 길이의 적어도 일부분을 따라 상기 제1 안테나에 전자기적으로 결합하도록 상기 제2 안테나를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 2배가 되도록 상기 제1 안테나의 전기 길이를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 안테나의 L=λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하기 위해 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합하도록 상기 제1 안테나를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 제1 안테나의 L=3λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 3λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하기 위해 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합하도록 상기 제1 안테나를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  33. 제29항에 있어서, 자체의 전체 전기 길이를 따라 상기 제1 안테나에 인접하도록 상기 제2 안테나를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제2 안테나의 전기 길이의 대략 6배가 되도록 상기 제1 안테나의 전기 길이를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제1 안테나의 L=3λ/2 공진 모드가 상기 제2 안테나의 λ/4 공진 모드와 전자기적으로 결합하기 위해 상기 제2 안테나에 전자기적으로 결합하도록 상기 제1 안테나를 구성하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
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