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KR101186077B1 - 전자 디바이스들을 위한 캐비티 안테나들 - Google Patents

전자 디바이스들을 위한 캐비티 안테나들 Download PDF

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KR101186077B1
KR101186077B1 KR1020100064130A KR20100064130A KR101186077B1 KR 101186077 B1 KR101186077 B1 KR 101186077B1 KR 1020100064130 A KR1020100064130 A KR 1020100064130A KR 20100064130 A KR20100064130 A KR 20100064130A KR 101186077 B1 KR101186077 B1 KR 101186077B1
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slots
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엔리큐 얄라 바즈큐에즈
그레고리 에이. 스프링거
하오 수
로버트 더블유. 스칠루브
에두아도 로페즈 카마초
맷티아 파스콜리니
제르지 구터맨
이 지앙
로드니 앤드레스 고메즈 안굴로
루벤 캐발레로
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애플 인크.
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Abstract

안테나들이 휴대용 컴퓨터들과 같은 전자 디바이스들을 위해 제공될 수 있다. 전자 디바이스들은 그 안에 안테나가 장착된 하우징을 구비할 수 있다. 하우징은 안테나를 위한 안테나 윈도우를 구비할 수 있다. 안테나 윈도우는 유전체로부터 또는 전자 디바이스 하우징의 도전성 벽과 같은 도전성 부재 내의 안테나 윈도우 슬롯들로부터 형성될 수 있다. 안테나는 도전 안테나 캐비티에 의해 백킹된 안테나 공진 소자를 구비할 수 있다. 안테나 공진 소자는 안테나 공진 소자 슬롯들을 구비할 수 있거나 역 F형 구성들과 같은 다른 안테나 구성들을 사용하여 형성될 수 있다. 안테나 캐비티는 도전성 수직 측벽들과 도전성 배후 벽을 구비할 수 있다. 안테나 캐비티는 유전체 안테나 지지 구조 상의 도전성 층들로부터 형성될 수 있다.

Description

전자 디바이스들을 위한 캐비티 안테나들{CAVITY ANTENNAS FOR ELECTRONIC DEVICES}
본 출원은 2009년 7월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제12/500,570호의 우선권을 주장하며, 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 안테나들에 관한 것으로, 특히 전자 디바이스들을 위한 안테나들에 관한 것이다.
휴대용 컴퓨터들 및 핸드헬드 전자 디바이스들 등의 전자 디바이스들이 점점 더 인기를 얻고 있다. 이들과 같은 디바이스들은 종종 무선 통신 능력을 구비한다. 예를 들면, 전자 디바이스들은 셀룰러 전화 회로와 같은 장거리 무선 통신 회로를 이용하여, 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz 및 1900 MHz의 셀룰러 전화 대역들(예를 들면, 메인 GSM(Global System for Mobile Communications) 셀룰러 전화 대역들)을 이용하여 통신할 수 있다. 장거리 무선 통신 회로는 또한 2100 MHz 대역 및 그 밖의 대역들을 핸들링하는데에 이용될 수 있다. 전자 디바이스들은 인근 장비와의 통신을 핸들링하기 위해 단거리 무선 통신 링크들을 이용할 수도 있다. 예를 들면, 전자 디바이스들은 2.4 GHz 및 5 GHz에서의 WiFi® (IEEE 802.11) 대역들(종종 근거리 통신망 대역으로 칭해짐) 및 2.4 GHz에서의 Bluetooth® 대역을 이용하여 통신할 수 있다.
전자 디바이스 내에 안테나들을 성공적으로 통합시키는 것은 어려울 수 있다. 일부 전자 디바이스들은 작은 폼 팩터들로 제조되어서, 안테나들을 위한 공간이 제한되어 있다. 많은 전자 디바이스들에서, 안테나 근처에 전자 컴포넌트들이 존재하게 되면, 이는 전자파 장애(electromagnetic interference)의 가능한 소스로서 기능하게 된다. 안테나 동작은 또한 도전성 구조들에 의해 차단될 수 있다. 이는, 도전성 하우징 벽들(conductive housing walls), 혹은 무선 주파수 신호들을 차단할 가능성이 있는 그 밖의 다른 도전성 구조들을 포함하는 전자 디바이스 내에 안테나를 구현하는 것을 어렵게 만들 수 있다.
따라서, 무선 전자 디바이스들을 위한 개선된 안테나들을 제공할 수 있게 되는 것이 바람직할 것이다.
안테나들이 전자 디바이스들을 위해 제공될 수 있다. 전자 디바이스들은, 휴대용 컴퓨터들 혹은 셀룰러 전화들과 같은 휴대용 디바이스들일 수 있다.
전자 디바이스는 하우징을 구비할 수 있다. 하우징은 도전성 벽들과 같은 도전성 부분들을 포함할 수 있다. 전자 디바이스를 위한 안테나는 하우징 내에 장착될 수 있다. 안테나는 안테나 캐비티(antenna cavity)을 구비할 수 있다. 안테나 캐비티는, 플라스틱 지지 구조 상에 도전성 물질 층으로 형성될 수 있다. 안테나 캐비티는 수직 측벽들 및 평면 후부 벽(planar rear wall)을 가질 수 있다. 도전성 물질은 구리 등의 금속일 수 있다.
안테나는 안테나 공진 소자를 가질 수 있다. 안테나 공진 소자는 원하는 다수의 통신 대역들을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 안테나 공진 소자는 2.4 GHz 및 5 GHz의 통신 대역들을 커버하도록 구성될 수 있다.
안테나 공진 소자는 안테나 캐비티 내에 위치될 수 있다. 공진 소자는 기판 상에 금속과 같은 도전성 물질의 층으로 형성될 수 있다. 기판은 유연하거나 혹은 단단한 인쇄 회로 기판 등의 인쇄 회로 기판일 수 있다. 인쇄 회로 기판 상의 도전성 물질의 층은, 하나 이상의 안테나 공진 소자 안테나 슬롯들을 형성하도록 구성될 수 있다. 안테나 공진 소자 슬롯들은 개방 및 폐쇄된 슬롯들을 포함할 수 있다. 인쇄 회로 기판 상의 도전성 물질의 층은 또한 역 F형 안테나 공진 소자를 형성하도록 구성될 수 있다. 이러한 유형의 구성을 이용하여, 메인 공진 소자 암(arm) 및 다중의 안테나 공진 소자 브랜치들(branches)을 형성할 수 있도록, 인쇄 회로 기판 상에 도전성 트레이스(conductive trace)가 패터닝될 수 있다.
안테나는 안테나 윈도우를 구비할 수 있다. 안테나 윈도우는 전자 디바이스의 하우징 내의 개구 내에 유전체로 형성될 수 있다. 안테나 윈도우는 또한 하우징의 도전성 벽들 내에 복수의 슬롯들로 형성될 수 있다. 이들과 같은 슬롯 기반 안테나 윈도우들은 휴대용 컴퓨터 뚜껑 혹은 그 밖의 다른 적절한 하우징 구조들의 만곡부 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 또다른 특성들, 그 속성 및 각종 이점들은, 첨부된 도면들과, 바람직한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 정면 투시도.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는, 도 1a에 도시된 유형의 예시적인 전자 디바이스의 후면 투시도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 예시적인 다른 전자 디바이스의 정면 투시도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2a에 도시된 유형의 전자 디바이스의 후면 투시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 측단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 안테나 캐비티의 투시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 역 F형 안테나 공진 소자에 기초한 예시적인 안테나의 개략도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 브랜치들을 갖는 역 F형 안테나 공진 소자에 기초한 예시적인 안테나의 개략도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 안테나 공진 소자에 기초한 예시적인 안테나를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 슬롯들을 갖는 슬롯 안테나 공진 소자에 기초한 예시적인 안테나를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 슬롯 기반 안테나 윈도우의 투시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 도전성 캐비티 벽들이 형성된 플라스틱 지지체로 형성된 예시적인 안테나 캐비티의 투시도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 캐비티 벽들을 갖는, 플라스틱 지지체를 갖는 안테나로 형성되는 예시적인 안테나의 측단면도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 캐비티 안테나에서 이용될 수 있는 예시적인 안테나 공진 소자의 평면도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 13에 도시된 유형의 안테나 공진 소자를 갖는 캐비티 안테나에 의해 나타날 수 있는 예시적인 안테나 주파수 응답의 그래프.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스에서의 역 F 공진 소자에 의해 제공되는 캐비티 안테나의 분해 투시도.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스에 대한 슬롯 기반 캐비티 안테나의 투시도.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 무선 주파수 안테나 신호들이 전자 디바이스 하우징의 만곡부를 통과할 수 있게 해주는 캐비티 안테나 및 관련 슬롯 기반 안테나 윈도우의 측단면도.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 무선 주파수 안테나 신호들이 전자 디바이스의 평면 표면을 통과할 수 있게 해주는 캐비티 안테나 및 관련 슬롯 기반 안테나 윈도우의 측단면도.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 전자 디바이스의 평면 유전체 부분을 통해 무선 주파수 안테나 신호들을 송신 및 수신하는 캐비티 안테나의 측단면도.
전자 디바이스들은 무선 통신 회로를 구비할 수 있다. 무선 통신 회로는 하나 이상의 무선 통신 대역에서 무선 통신들을 지원하는 데에 이용될 수 있다. 전자 디바이스 내의 안테나 구조들은 무선 주파수 신호들을 송신 및 수신하는데에 이용될 수 있다. 예를 들면, 단일 대역 및 다중 대역(multiband) 안테나들이 형성될 수 있다. 각 안테나는 안테나 공진 소자를 가질 수 있다. 안테나 공진 소자들은, 역 F 디자인, 슬롯 구성, 혹은 그 밖의 다른 안테나 공진 소자 구성에 기초할 수 있다. 안테나들은 안테나 캐비티들을 구비할 수 있다. 안테나 캐비티들은, 안테나들을, 전자 디바이스 내의 인근 전자 부품들로부터 분리시키는 것을 도울 수 있으며, 안테나 효율성을 증가시키는 것을 도울 수 있다. 안테나들은 안테나 윈도우들의 뒤에 장착될 수도 있다. 안테나 윈도우들은 도전성 구조들 내에 슬롯들로 형성될 수 있다.
임의의 적절한 전자 디바이스들이 안테나들을 구비할 수 있다. 예를 들면, 안테나들은, 데스크탑 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 예를 들면 랩탑 컴퓨터 및 태블릿 컴퓨터, 핸드헬드 전자 디바이스, 에를 들면 셀룰러 전화 등과 같은 전자 디바이스들 내에 형성될 수 있다. 본원에서 종종 예로 기술되는 하나의 적절한 구성을 이용하여, 내부 공간이 유용하게 될 수 있는 상대적으로 소형인 전자 디바이스들 내에 안테나들이 형성된다. 이들 소형 디바이스들은 휴대용 전자 디바이스들일 수 있다.
안테나들을 구비할 수 있는 휴대용 전자 디바이스들은, 랩탑 컴퓨터들 및 작은 휴대용 컴퓨터들, 예를 들면 울트라포터블(ultraportable) 컴퓨터들, 넷북(netbook) 컴퓨터들, 및 태블릿 컴퓨터들을 포함한다. 휴대용 전자 디바이스들은 또한 다소 더 작은 디바이스들일 수 있다. 안테나를 구비할 수 있는 더 작은 휴대용 전자 디바이스들의 예들은, 손목 시계 디바이스들, 펜던트 디바이스들, 헤드폰 및 이어피스 디바이스들, 및 그 밖의 다른 착용가능한 미니어쳐 디바이스들을 포함한다. 하나의 적절한 구성을 이용하면, 휴대용 전자 디바이스들은 셀룰러 전화와 같은 핸드헬드 전자 디바이스들일 수 있다.
이들 장치들이 때때로 안테나 신호들을 차단하는 도전성 재료들로 구성되기 때문에, 휴대용 전자 장치들 및 하우징들내에서는 공간이 귀하다. 안테나 구조가 안테나 윈도우 배후에 형성되는 배치는 이러한 난제들을 다루는데 도움을 줄 수 있다. 휴대용 전자 장치의 도전성 하우징내에 안테나 윈도우를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 안테나 윈도우들은 도전성 하우징 벽내에 유전체 안테나 윈도우 구조(dielectric antenna window structure)를 형성하여 도전성 하우징 벽들내에 형성될 수 있다. 원하는 경우, 슬롯-기반 안테나 윈도우들이 도전성 하우징 벽들내에 형성될 수 있다. 슬롯-기반 안테나 윈도우에서, 윈도우 영역은 윈도우 슬롯들의 패턴에 의해 정의된다.
원하는 경우, 안테나 공진 소자, 및 안테나 캐비티(cavity)가 안테나 윈도우 아래에 형성될 수 있다. 동작 중에, 안테나에 대한 무선 주파수 신호들이 안테나 윈도우를 통과할 수 있다. 안테나 캐비티는 안테나를 주위의 전자 콤포넌트들과 분리하는데 도움을 줄 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 안테나는 휴대용 전자 장치의 임의의 적절한 노출 부분상에 장착될 수 있다. 예컨대, 안테나는 장치의 전면 또는 상부 표면상에 제공될 수 있다. 핸드헬드 장치 또는 장치의 배후가 동작 중에 노출될 수 있는 다른 장치에서, 배후의 장치 표면상에 안테나 윈도우를 형성하는 것이 가능할 수 있다. (예컨대, 장치 측벽상에서와 같이 더 제한된 위치에서 장착되는 안테나를 갖는) 다른 구성들도 또한 가능하다. 상부 또는 배후 표면과 같은 안테나 장착 위치의 사용이 때때로 여기서 일례로서 기술되지만, 일반적으로 임의의 적절한 안테나 장착 위치도 원하는 경우 전자 장치에서 이용될 수 있다.
안테나를 구비할 수 있는 핸드헬드 장치는, 셀룰러 전화, 무선 통신 능력을 갖는 미디어 플레이어, 핸드헬드 컴퓨터(또한 때때로 PDA(personal digital assistant)로도 불림)), 원격 제어기, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 장치, 및 핸드헬드 게임 장치를 포함한다. 핸드헬드 장치 및 다른 휴대용 장치들은 복수의 종래의 장치들의 기능을 포함할 수 있다. 일례로서, 셀룰러 전화 기능을 갖는 핸드헬드 장치는, 핸드헬드 장치가 게임, 미디어 플레이어 애플리케이션, 웹 브라우저, 생산 소프트웨어, 및 다른 코드를 동작시킬 수 있도록 하는 컴퓨팅 장비 자원들을 포함할 수 있다.
안테나를 포함할 수 있는 휴대용 컴퓨터와 같은 예시적인 휴대용 장치가 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 하우징(12)과 같은 하우징을 갖는 휴대용 컴퓨터가 될 수 있다. 하우징(12)은 상부 하우징(12A)과 같은 상부를 가질 수 있고, 이것은 때때로 리드(lid) 또는 커버로도 불린다. 하우징(12)은 또한 하부 하우징(12B)과 같은 하부를 가질 수 있고, 이것은 때때로 하우징 베이스 또는 메인 유닛으로 불린다. 하우징 부(12A 및 12B)는 힌지(52)(때때로 클러치 베럴 힌지로도 불림)와 같은 힌지 구조를 이용하여 서로간에 선회축을 따라(pivotably) 부착될 수 있다. 디스플레이(14)와 같은 디스플레이가 상부 하우징(12A)의 내부 표면에 장착될 수 있다. 키보드(50) 및 터치 패드(54)와 같은 다른 콤포넌트들도 하부 하우징(12B)내에 장착될 수 있다.
때때로 케이스로도 명칭되는, 하우징(12)은, 플라스틱, 나무, 유리, 세라믹, 금속, 또는 다른 적절한 재료들을 포함하는 임의의 적절한 재료들, 또는 이들 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 몇몇 상황에서, 하우징(12)에 인접하여 위치하는 도전 안테나 소자의 동작을 방해하지 않도록, 하우징(12)의 부분은 유전체 또는 다른 저-도전성 재료들로 형성될 수 있다. 다른 상황에서, 하우징(12)은 금속 소자로 형성될 수 있다. 하우징(12)을 금속 또는 다른 구조적으로 안정된 도전성 재료로 형성하는 장점은, 장치의 미관을 향상시킬 수 있고, 내구성 및 휴대성을 향상시킬 수 있도록 도움을 주는 것이다.
특히, 하우징(12)의 몇몇 또는 모든 것이 도전성 재료로 형성되는 장치(10)에 대한 구성에서, 안테나 윈도우를 갖는 장치(10)용 안테나를 형성하는 것이 장점이 있을 수 있다. 이러한 타입의 구성에서, 장치(10)에 대한 하나 이상의 안테나들은 안테나 윈도우로서 작용하는 유전체 부재 배후에서의 뷰(view)로부터 숨겨질 수 있다. 안테나 윈도우는 또한 도전성 하우징 벽내의 슬롯들의 패턴으로부터 형성될 수 있다. 슬롯들이 충분히 숨겨질 때(예컨대, 좁은 슬롯들을 형성하거나, 슬롯들을 뷰로부터 숨기기 위해 불투명한 유전체로 슬롯들을 덮음), 안테나 윈도우는 뷰로부터 숨겨질 수 있고, 이에 따라 전자 장치의 미관이 개선된다.
도 1의 장치(10)내의 안테나에 대한 적절한 위치는 영역(58) 및 영역 (56)을 포함한다. 영역(58)은 디스플레이(14)의 에지상에 위치한다. 영역(56)은 하부 하우징 부(12B)의 우측 전면측상에 위치한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 안테나들은 또한 영역(60) 및 영역(62)와 같은 영역들상에 위치할 수 있다. 영역(60)은 장치(10)의 리드의 상부 표면의 중간에 위치한다. 영역(62)은 리드의 코너에 위치한다. 원하는 경우, 다른 안테나 위치들(예컨대, 장치(10)의 배후에, 장치(10)의 전면상에, 외부 표면상(예컨대, 리드의 상부)에, 키(50)에 인접하는 표면과 같은 내부 표면상 등)이 이용될 수 있다.
다른 예시적인 전자 장치가 도 2a 및 2b에 도시된다. 도 2a 및 2b의 예에서, 장치(10)는 셀룰러 전화 기능을 갖는 핸드헬드 장치와 같은 핸드헬드 전자 장치이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 하우징(12)을 가질 수 있다. 하우징(12)은 플라스틱, 금속, 다른 적절한 유전 재료, 다른 적절한 도전성 재료, 또는 이들 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 디스플레이(14)와 같은 디스플레이가 장치(10)의 전면상에 제공될 수 있다. 도 2a의 디스플레이(14)는 (일례로서) 터치 스크린 디스플레이가 될 수 있다. 장치(10)는 스피커 포트(40) 및 다른 입-출력 포트들을 가질 수 있다. 버튼(38)과 같은 하나 이상의 버튼들 및 다른 사용자 입력 장치들이 사용자 입력을 수집하는데 이용될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 안테나는 영역(66)내에 장착될 수 있다. 다른 적절한 위치들은 영역들(65 및 67)을 포함한다. 이들은 단지 예시적인 예들일 뿐이다. 안테나들은, 일반적으로, 전자 장치내의 임의의 적절한 위치에 장착될 수 있다.
장치(10)가 하나 이상의 안테나들(26) 및 안테나(26)와 통신하는 송수신기 회로를 포함할 수 있는 방법을 도시하는 장치(10)의 개략도가 도 3에 도시된다. 도 3의 전자 장치(10)는, 랩탑 컴퓨터, 휴대용 태블릿 컴퓨터, 모바일 전화, 미디어 플레이어 능력을 갖는 모바일 전화, 핸드헬드 컴퓨터, 원격 제어, 게임 플레이어, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 장치, 데스크탑 컴퓨터, 이들 장치들의 조합과 같은 휴대용 컴퓨터, 또는 임의의 다른 적절한 전자 장치가 될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전자 장치(10)는 저장 및 처리 회로(16)를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)는, 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리 또는 다른 전기적-프로그램가능-판독-전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤-액세스-메모리) 등과 같은 하나 이상의 상이한 타입의 저장소를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)내의 처리 회로는 장치(10)의 동작을 제어하는데 이용될 수 있다. 처리 회로(16)는, 마이크로프로세서 및 다른 적절한 집적 회로와 같은 프로세서에 기초할 수 있다. 하나의 적절한 구성으로서, 저장 및 처리 회로(16)는, 인터넷 브라우징 애플리케이션, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 호출 애플리케이션, 이메일 애플리케이션, 미디어 재생 애플리케이션, 운영 시스템 기능 등과 같은 소프트웨어를 장치(10)상에서 동작시키는데 이용될 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)는 적절한 통신 프로토콜을 구현하는데 이용될 수 있다. 저장 및 처리 회로(16)를 이용하여 구현될 수 있는 통신 프로토콜은, 인터넷 프로토콜, 무선 로컬 영역 네트워크 프로토콜(예컨대, IEEE 802.11 프로토콜 -- 때때로 WiFi®로 명칭됨), 블루투스® 프로토콜과 같은 다른 근거리 범위 무선 통신 링크에 대한 프로토콜 등을 포함한다.
입-출력 회로(15)는 데이터가 장치(10)에 공급되는 것을 허용하고, 데이터가 장치(10)로부터 외부장치들로 제공되는 것을 허용하는데 이용될 수 있다. 터치 스크린 및 다른 사용자 입력 인터페이스와 같은 입-출력 장치(18)는 입-출력 회로(15)의 예이다. 입-출력 장치(18)는 또한 버튼, 조이스틱, 클릭 휠, 스크롤 휠, 터치 패드, 키 패드, 키보드, 마이크로폰, 카메라 등과 같은 사용자 입-출력 장치들을 포함할 수 있다. 사용자는 이러한 사용자 입력 장치를 통해 커맨드를 공급하여 장치(10)의 동작을 제어할 수 있다. LCD(liquid-crystal display) 스크린, LED(light-emitting diode), OLED(organic light-emitting diode), 및 시각 정보 및 상태 데이터를 제시하는 다른 콤포넌트들과 같은 디스플레이 및 오디오 장치가 장치(18) 내에 포함될 수 있다. 입-출력 장치(18) 내의 디스플레이 및 오디오 콤포넌트들은 또한 스피커 및 소리를 생성하는 다른 장치와 같은 오디오 장비를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 입-출력 장치(18)는 잭 및 외부 헤드폰 및 모니터에 대한 다른 커넥터와 같은 오디오-비디오 인터페이스 장비를 포함할 수 있다.
무선 통신 회로(20)는, 하나 이상의 집적 회로, 전력 증폭기 회로, 저-노이즈 입력 증폭기, 수동 RF 콤포넌트, 하나 이상의 안테나, 및 RF 무선 신호를 처리하기 위한 다른 회로로부터 형성되는 무선 주파수(RF) 송수신기 회로(23)를 포함할 수 있다. 무선 신호는 또한 광을 이용하여(예컨대, 적외선 통신을 이용하여) 송신될 수 있다.
무선 통신 회로(20)는 복수의 무선 주파수 통신 대역을 처리하기 위한 무선 주파수 송수신기 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 회로(20)는 WiFi (IEEE 802.11) 통신에 대한 2.4GHz 및 5GHz 대역 및 2.4GHz 블루투스 통신 대역을 처리하는 송수신기 회로(22)를 포함할 수 있다. 회로(20)는 또한, (일례로서) 850MHz, 900MHz, 1800MHz, 및 1900MHz에서의 GSM 대역 및 2100MHz 데이터 대역과 같은 셀룰러 전화 대역에서 무선 통신을 처리하기 위한 셀룰러 전화 송수신기 회로(24)를 포함할 수 있다. 무선 통신 회로(20)는 원하는 경우 다른 근거리 및 원거리 무선 링크에 대한 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 무선 통신 회로(20)는, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 수신기 장비, 무선 및 텔레비젼 신호를 수신하기 위한 무선 회로, 페이징 회로 등을 포함할 수 있다. WiFi 및 블루투스 링크 및 다른 근거리 무선 링크에서, 무선 신호는 전형적으로 수십 또는 수백 피트(feet)를 지나 데이터를 전송하는데 이용된다. 셀룰러 전화 링크 및 다른 원거리 링크에서, 무선 신호는 전형적으로 수천 피트 또는 마일(mile)을 지나 데이터를 전송하는데 이용된다.
무선 통신 회로(20)는 안테나(26)를 포함할 수 있다. 안테나(26)의 몇몇 또는 모두는 캐비티-백킹된(cavity-backed) 안테나들이 될 수 있다. 캐비티-백킹된 안테나는 안테나 캐비티 및 연관된 안테나 공진 소자를 포함한다. 캐비티는, 예컨대, (일례로서) 수직 도전성 측벽 및 평면 배후 표면을 갖는 실질적으로 수직 캐비티가 될 수 있다. 안테나(26)는, 원하는 경우, 안테나 윈도우를 포함할 수 있다. 안테나(26)에 대한 안테나 윈도우는, 유전체 안테나 윈도우 구조 및 슬롯-기반 안테나 윈도우를 포함할 수 있다.
안테나(26)는 그 각각이 특정의 원하는 통신 대역을 커버하는 단일 대역 안테나들이 될 수 있거나 다중 대역 안테나가 될 수 있다. 예컨대, 복수의 셀룰러 전화 통신 대역을 커버하기 위해 다중 대역 안테나가 이용될 수 있다. 원하는 경우, 2개의 WiFi 대역(예컨대, 2.4GHz 및 5GHz)을 커버하기 위해 이중 대역(dual band) 안테나가 이용될 수 있다. 상이한 대역들 및 대역들의 결합들에 상이한 유형의 안테나가 사용될 수 있다. 예를 들어, (예들과 같이) 로컬 무선 링크 안테나를 형성하기 위한 이중 대역 안테나, 셀룰러 전화 통신 대역들을 조정하기 위한 다중대역 안테나, 및 글로벌 포지셔닝 시스템 안테나를 형성하기 위한 단일 대역 안테나를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
전송 선로 경로들(44)은 송수신기들(22, 24)과 안테나들(26) 간에 무선 주파수 신호들을 전달하는데 사용될 수 있다. 무선 주파수 송수신기들(22, 24)과 같은 무선 주파수 송수신기들은 하나 이상의 집적 회로들 및 연관 컴포넌트들(예컨대, 스위칭 회로들, 개별 인덕터들, 커패시터들 및 저항들과 같은 매칭 네트워크 컴포넌트들, 및 집적 회로 필터 네트워크들 등)을 이용하여 구현될 수 있다. 이 장치들은 임의의 적절한 장착용 구조들(mounting structures)상에 장착될 수 있다. 하나의 적절한 구성으로서, 송수신기 집적 회로들이 인쇄 회로 기판상에 장착될 수 있다. 경로들(44)은 송수신기 집적 회로와 인쇄 회로 기판상의 다른 컴포넌트들을 장치(10) 내의 안테나 구조들과 상호연결하는데 사용될 수 있다. 경로들(44)은, 무선 주파수 신호들이 전달될 수 있는, 동축 케이블들, 마이크로스트립 전송 선로들 등과 같은 라인 경로 구조들을 포함하는 임의의 적절한 도전성 경로들을 포함할 수 있다.
안테나(26)는 일반적으로 임의의 적절한 안테나 유형들을 이용하여 형성될 수 있다. 안테나(26)에 적절한 안테나 유형들의 예들은, 패치 안테나 구조들, 역 F형 안테나 구조들, 폐쇄 및 개방 슬롯 안테나 구조들, 루프 안테나 구조들, 모노폴들(monopoles), 다이폴들(dipoles), 평면 역(planar inverted) F형 안테나 구조들, 이 설계들의 혼합물들(hybrids) 등으로부터 형성되는 공진 소자들을 구비한 안테나들을 포함한다. 각 안테나들의 전부 또는 일부는 하우징(12)의 도전성 부분으로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(12) 또는 하우징(12)의 일부는 안테나를 위한 도전성 접지 평면으로서 역할을 할 수 있을 것이다. 하우징(12)의 일부, 연관 하우징 구조, 또는 개별 캐비티 구조로부터 형성되는 도전 안테나 캐비티는 도전성 접지 평면에 단락(short)될 수 있다.
도 4에는 슬롯 기반 안테나 윈도우 아래에 위치하는 캐비티-백킹된 안테나를 포함하는 전자 장치의 단면도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나(26)는 안테나 캐비티(72) 및 안테나 공진 소자(70)를 가질 수 있다. 안테나(26)는 안테나 윈도우(68)를 통해 무선 주파수 안테나 신호들을 송신 및 수신함으로써 동작할 수 있다.
안테나 캐비티(72)는 도전성 수직 캐비티 벽들(74) 및 평면 도전성 캐비티 벽(76)과 같은 도전성 캐비티 면들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 캐비티(72) 내에는 5개의 도전성 캐비티 벽들이 존재할 수 있다. 4개의 도전성 수직 측벽들은 평면 배후 벽(planar rear wall)(76)에 연결될 수 있다. 안테나 공진 소자(70)는 캐비티(72)의 개방면에 위치될 수 있다. 안테나 공진 소자(70)는 도전 안테나 구조들을 포함할 수 있다. 이 도전 안테나 구조들은 유선, 금속 포일(foil), 하우징(12)의 부분들, 도전성 지지 부재들, 또는 다른 도전성 재료들로부터 형성될 수 있다.
하나의 적절한 구성으로서, 안테나 공진 소자(70)를 위한 도전성 구조들은 유전체 지지(dielectric support) 상의 도전성 트레이스들로부터 형성될 수 있다. 도전성 트레이스들은 (일 예로서) 구리 또는 다른 금속들로부터 형성될 수 있다. 유전체 지지는 인쇄 회로 기판 또는 플라스틱 부재일 수 있다. 인쇄 회로 기판은 단단하거나 또는 유연(flexible)할 수 있다. 단단한 인쇄 회로 기판들은 에폭시(가령, FR4) 또는 다른 유전체 기판들로부터 형성될 수 있다. 유연한 인쇄 회로 기판들("플렉스 회로들(flex circuits)")은 폴리이미드 시트들과 같은 유연한 폴리머 시트들 또는 다른 유연한 유전체들로부터 형성될 수 있다.
안테나(26)는 포지티브 안테나 피드 터미널(80) 및 접지 안테나 피드 터미널(78)에서 피드될 수 있다. 피드 터미널(80)은 안테나 공진 소자(70)를 위한 지지 구조 상의 트레이스들에 결합될 수 있다. 안테나 피드 터미널(78)은 도전 안테나 캐비티(72) 및 다른 안테나 접지 구조들(가령, 하우징(12)의 부분들, 안테나 공진 소자(70) 상의 접지 구조들 등)에 단락될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 안테나(26)는 전송 선로(44)에 의해 인쇄 회로 기판(84) 상의 무선 주파수 커넥터(88)와 같은 커넥터에 연결될 수 있다. 송수신기 회로(23)는 인쇄 회로 기판(84) 상에 장착될 수 있고, 기판(84) 내의 커넥터(88) 및 트레이스들을 통해 전송 선로(44) 내의 도전성 라인들에 연결될 수 있다. 전송 선로(44)는 포지티브 및 접지 컨덕터들을 가질 수 있으며, 송수신기(23) 및 안테나(26) 간에 무선 주파수 안테나 신호들을 전달하는데 사용될 수 있다.
안테나 윈도우(68)는 하우징(12)의 개구 내에 유전체 안테나 윈도우를 둠으로써 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 구성과 같이, 안테나 윈도우(68)는 도전성 하우징 구조(가령, 하우징(12) 내의 상부 도전성 하우징 벽)를 통해 슬롯들(82)을 형성함으로써 형성될 수 있다. 슬롯들(82) 각각의 종방향(longitudinal) 축은 (일 예로서) 도 4의 배향에 있어서 페이지로 들어가는 방향이다.
전기 컴포넌트들(86) 및 안테나(26)는 장치(10)의 하우징(12) 내에서 서로 근접하여 장착될 수 있다. 이는 컴포넌트들(86) 및 안테나(26) 간의 전자기적 장애에 대한 잠재성을 일으킨다. 안테나 캐비티(72)의 제공은 전자기적 장애를 줄이는데 도움이 될 수 있으며, 안테나 윈도우(68) 내의 슬롯들(82)을 통해 무선 주파수 안테나 신호들을 보내는데 도움이 되어 안테나 효율성을 증대시킨다.
도 5에는 안테나 캐비티(72)를 위한 구성이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 캐비티(72)는 실질적으로 4개의 도전성 수직 측벽들(74)과 평면의 하부 도전성 면(76)을 갖는 사각형일 수 있다. 안테나 캐비티(72)는 (일 예로서) 그 폭(WD) 보다 긴 길이(LG)를 갖는 사각형의 개구를 가질 수 있다. 안테나 캐비티(72)의 부분들은, 필요에 따라, 도전성 하우징 구조들(가령, 기계가공된(machined) 금속 하우징(12)의 일부)로부터 형성될 수 있다. 안테나 캐비티들은 또한 유전체 지지 구조 상의 금속 트레이스들로부터, 포일의 피스들로부터, 스탬핑된(stamped) 또는 캐스트된(cast) 금속 부분들 등으로부터 형성될 수 있다.
도 4의 안테나(26)와 같은 안테나들을 위해 공진 소자들(70)을 형성하는데 사용될 수 있는 안테나 구조들은 도 6의 역 F형 안테나 구조와 같은 역 F형 안테나 구조들을 포함할 수 있다. 도 6의 안테나(26)는 포지티브 안테나 피드 터미널(80) 및 접지 안테나 피드 터미널(78)에서 무선 주파수 소스(90) (송수신기(23))에 의해 피딩될 수 있다. 포지티브 안테나 피드 터미널(80)은 안테나 공진 소자(70)에 연결될 수 있다. 접지 안테나 피드 터미널(78)은 접지 소자(92)에 연결될 수 있다. 공진 소자(70)는 메인 암(94)과, 메인 암(94)을 접지(92)에 연결시키는 단락 브랜치(shorting branch)(96)를 가질 수 있다. 접지(92)는 캐비티(72)에 단락될 수 있다.
도 7은 공진 소자(70)가 다수의 암들을 갖는 안테나(26)의 안테나 구조들을 위해 사용될 수 있는 구성을 나타낸다. 도 7의 예에서, 안테나 공진 소자(70)는 짧은 암(94A) 및 긴 암(94B)을 갖는다. 암(94A)은 암(94B)보다 더 짧기 때문에, 암(94A)은 암(94B)보다 더 높은 동작 주파수와 연관된다. 상이한 크기의 2 이상의 개별 공진 소자 구조들을 이용함으로써, 안테나 공진 소자(70)는 관심있는 단일 통신 대역보다 더 넓은 대역 폭을 커버(cover)하도록 구성될 수 있다.
도 8의 예에서, 도전 안테나 구조들(98)은 폐쇄 슬롯(100) 및 개방 슬롯(102)을 정의하도록 구성된다. 도 8의 구조들(98)로부터 형성된 안테나는, 포지티브 안테나 피드 터미널(80) 및 접지 안테나 피드 터미널(78)을 이용하여 피드될 수 있다. 이러한 유형의 구성에서, 슬롯들(100, 102)은 안테나(26)를 위한 안테나 공진 소자 구조들의 역할을 할 수 있다. 안테나 공진 소자 슬롯들의 크기들과, 그들의 개방 및 폐쇄 형들은, 안테나(26)가 원하는 통신 대역들(가령, 2.4 GHz 및 5 GHz 등)에서 동작하도록, 선택될 수 있다.
도 9에는 안테나(26)를 위한 다른 가능성이 도시되어 있다. 도 9의 구성에서, 안테나(26)는 단일 슬롯(104)을 갖는다. 도 9의 안테나(26)는 포지티브 안테나 피드 터미널(80)과 접지 안테나 피드 터미널(78)을 이용하여 피드될 수 있다. 접지(78)는 하우징(12) 또는 도전성 캐비티(72)의 벽들과 같은 장치(10) 내의 다른 적절한 접지 평면 소자들과 연관될 수 있다.
도 4의 안테나 윈도우(68)와 같은 안테나 윈도우들은 안테나 공진 소자(70)를 커버하는 도전성 면 내의 슬롯들로부터 형성될 수 있다. 도 10에는 슬롯 기반 안테나 윈도우가 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 슬롯 기반 안테나 윈도우(68)는 도전성 면(106) 내의 개구들(82)로부터 형성될 수 있다.
도전성 면(106)은 전자 장치(10)와 같은 전자 장비와 연관된 임의의 도전성 면(예를 들어, 핸들 면, 베이스 또는 다른 지지 구조 등과 연관된 면, 커버 플레이트, 전자 컴포넌트의 부분 등)일 수 있다. 전형적인 시나리오에서, 도전성 면(106)은 실질적으로 평면인 외부 도전성 하우징 면일 수 있다. 그러한 도전성 구조들은 때때로 장치 하우징들, 장치 케이스들, 하우징 또는 케이스 벽들, 하우징 또는 케이스 면 등으로 지칭된다.
개구(82)는 공기와 같은 가스 유전체, 또는 플라스틱 또는 에폭시와 같은 고체 유전체로 충전될 수 있다. 개구(82)를 고체 유전체 재료로 충전하는 것의 이점은, 이것이 먼지, 액체 또는 다른 외부 물질이 장치(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다는 것이다.
때때로 슬롯들 또는 마이크로슬롯들로도 지칭되는 개구들(82)은, 임의의 적절한 형태(가령, 굽은 측면들을 갖는 형태들, 휘어진 형태들, 비사각형 폴리고날(non-rectangular polygonal) 형들, 이 형태들의 결합들 등)를 가질 수 있다. 여기에 예로서 기술되는 전형적인 구성에서, 슬롯들(82)은 형태가 실질적으로 사각형일 수 있고, 작은 치수(즉, 횡방향 치수(108)에 나란히 측정된 폭(W)) 및 큰 치수(가령, 종방향 슬롯 치수(110)에 나란히 측정된 길이(L))를 가질 수 있다. 이는 단지 설명을 위한 것이다. 슬롯들(82)은 임의의 적절한 비사각 형태들(가령, 비수직 에지들을 갖는 형태들, 굽은 에지들을 갖는 형태들, 휘어짐을 갖는 형태들 등)을 가질 수 있다. 여기에서는 예로서 실질적으로 사각형인 슬롯 구성들만을 이용하는 것이 기술되어 있다.
직선 형태, 굽은 형태, 또는 구부러진 형태들을 가지더라도, 슬롯들(82)의 폭들(즉, 가장 협소한 측방향 치수들)은 일반적으로 그들의 길이들보다 더 작다. 예를 들어, 슬롯들(82)의 폭들은 전형적으로 마이크론, 대략 수십 마이크론, 또는 수백 마이크론(가령, 5-200 마이크론, 10-30 마이크론, 100 마이크론 미만, 50 마이크론 미만, 30 마이크론 미만 등)일 수 있지만, 슬롯들(82)의 길이는 전형적으로 대략 밀리미터 또는 센티미터(가령, 5 mm 이상, 10 mm 이상, 15 mm 이상 등)일 수 있다. 적절한 일 구성으로서, 슬롯들(82)의 길이들은, 슬롯들이 원하는 안테나 동작 주파수(가령, 사용되고 있는 통신 대역들과 연관된 최하위 주파수)에서의 파장의 반보다 길도록 선택될 수 있다. 이는 슬롯들(82)이 안테나 동작 주파수에서 공진하는 것을 방지하여, 슬롯들(82)이 안테나의 동작 주파수에서 무선 주파수 안테나에 투명한(transparent) 안테나 윈도우(68)를 위한 구조를 형성하게 해준다. 필요에 따라, 슬롯들(82)의 길이는, 슬롯들의 주파수 응답이 슬롯들로 하여금 튜닝 소자(가령, 하위 주파수 대역에서의 길이 의존 튜닝 소자)로서 역할을 하게 한다.
특히 작은 폭들(예를 들면, 수십 마이크론)을 갖는 슬롯들(82)은 보통은 정상적인 관찰하에서는 육안으로 볼 수 없다. 다소 큰 폭들(예를 들면, 수백 마이크론)을 갖는 슬롯들(82)은 간신히 볼 수 있을 수도 있지만, 정상적인 관찰하에서는 보통은 눈에 띄지 않을 것이다. 예컨대, 랩톱 컴퓨터의 빛나는 금속 표면 상에서, 윈도우(68)는 사각으로부터 보았을 때 그 표면의 광택에서의 약간의 변화의 형태로 간신히 볼 수 있다. 그러므로, 안테나 윈도우(68)를 형성하기 위한 좁은 슬롯들(82)의 이용은 윈도우(68)가 두드러지지 않도록 하면서 눈에 띄는 디바이스 위치들에 배치되도록 허용한다. 예컨대, 안테나 윈도우(68)는 하우징(12)의 정상적으로 노출된 부분들 상에 형성될 수 있다. 정상적으로 노출된 하우징 부분들의 예들로는, 랩톱 컴퓨터 또는 다른 디바이스(10)의 외부 표면들, (예를 들면, 랩톱 컴퓨터의 커버가 사용을 위해 개방되었을 때) 키보드 또는 디스플레이에 인접한 하우징 표면과 같은 랩톱 컴퓨터의 표면들, 또는 하우징 측벽들(예를 들면, 도 1a의 안테나 위치들(56 및 58), 도 1b의 안테나 위치들(60 및 62), 및 도 2b의 안테나 위치들(65, 66 및 67)을 참조) 등이 있다.
도 10의 예에서, 안테나 윈도우(68)에는 7개의 안테나 윈도우 슬롯(82)이 있다. 이것은 단지 예시적인 것이다. 안테나 윈도우(68)는 임의의 적합한 수의 슬롯들을 가질 수 있다. 예컨대, 윈도우(68)는 약 7-13개의 슬롯, 4-20개의 슬롯, 5개 이상의 슬롯, 10개 이상의 슬롯, 15개 이상의 슬롯 등을 가질 수 있다. 원한다면, 안테나 윈도우(68)는 더 적은 수의 슬롯들(예를 들면, 1-3개의 슬롯)을 가질 수 있다. 그러나, 일반적으로는, 더 많은 수의 슬롯들이 무선-주파수 안테나 신호들에 대한 안테나 윈도우의 투명도를 증가시키는데 도움이 되므로, 바람직할 수 있다.
슬롯들(82)은 임의의 적합한 양만큼 이격될 수 있다. 예로서, 슬롯들의 인접 쌍들 간에는 횡으로 약 1-1.5mm, 0.5-2mm 또는 0.25-3mm 분리될 수 있다. 이들은 단지 예시적인 것들이다. 슬롯들(82)은 임의의 적합한 거리(예를 들면, 0.5mm 이하, 1mm 이하, 2mm 이하, 2mm 이상 등)만큼 분리될 수 있다. 인접 슬롯들 간에 적절한 분리(예를 들면, 약 1mm)를 제공하는 이점은, 이것이 안테나 윈도우 구조가 슬롯들의 과도한 밀도로 인해 부서지기 쉬운 것을 막는데에 도움이 된다는 것이다.
주어진 안테나 윈도우에서 슬롯들 간의 스페이싱들은 균일할 필요가 없다. 예컨대, 몇몇 슬롯들은 1mm만큼 횡 분리되어 스페이싱될 수 있고, 다른 슬롯들은 1.5mm만큼 횡 분리되어 스페이싱될 수 있다. 다른 적합한 구성들에서, 인접한 슬롯들의 각각의 쌍은 상이한 거리만큼 분리될 수 있다. 이러한 슬롯들의 스페이싱 스킴들의 조합들이 또한 이용될 수 있다.
원한다면, 안테나 윈도우(68)에서의 슬롯들은 비균일한 길이들 L을 가질 수 있다. 예컨대, 각각의 슬롯(82)은 상이한 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 몇몇 슬롯들은 동일한 길이를 가질 수 있으며, 다른 슬롯들은 상이한 길이들을 가질 수 있다. 슬롯들(82)도 상이한 폭들을 가질 수 있다. 슬롯 폭들, 슬롯 길이들, 슬롯 스페이싱들 및 슬롯 모양들의 상이한 조합들의 이용은 주어진 전자 디바이스 도전 표면에서 장애물 주변에 안테나 윈도우를 형성할 때, 또는 슬롯들의 특정한 패턴을 형성할 때 이로울 수 있다. 안테나 윈도우(68)에서의 슬롯 폭들은, 원한다면, 디바이스(10)의 표면 상에 가시 패턴을 형성하기에 (예를 들면, 로고 또는 다른 원하는 안테나 윈도우 패턴을 형성하기에) 충분할 정도로 크게 만들어 질 수 있다. 그러나, 일반적으로, 윈도우(68)에서의 슬롯들은 정상 관찰하에서 육안으로 볼 수 없거나 또는 알아차릴 수 없도록 좁히는 것이 이롭다.
슬롯들(68)은 임의의 적합한 기술들을 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 슬롯들은 레이저 절단, 플라즈마 아크 절단, (예를 들면, 연마 툴들을 이용한) 마이크로머시닝 또는 다른 적합한 기술들을 이용하여 하우징(12)에서 금속 벽들 또는 다른 도전 벽 구조들로 머시닝될 수 있다.
도 4의 안테나 캐비티(72)와 같은 안테나 캐비티들은 하우징(12)의 부분들, 디바이스(10)의 다른 도전성 부분들, 스탬프드, 캐스트 또는 머시닝된 캐비티 구조들, 또는 임의의 다른 적합한 도전성 구조들로부터 형성될 수 있다. 본 명세서에서 예로서 때때로 설명하는 하나의 적합한 배열에 있어서, 안테나 캐비티(72)의 모양은 아래에 있는 유전체 지지 구조의 모양에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 도전성 재료 층들이 유전체 지지 구조 상에 형성되어 안테나 캐비티(72)를 형성할 수 있다. 이러한 배열 형태의 예가 도 11에 도시되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 안테나 캐비티(72)는 유전체 지지 구조(112)를 가질 수 있다. 지지 구조(112)는 플라스틱 또는 다른 적합한 유전체 재료들로부터 형성될 수 있다. 지지 구조(112)를 형성하는데 이용될 수 있는 플라스틱 재료들의 예들로는 폴리카보네이트, ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 플라스틱, PC/ABS 플라스틱과 같은 플라스틱 혼합물 등이 있다. 지지 구조(112)는 속이 차거나(solid) 또는 속이 비거나(hollow) 또는 속이 차고 또한 빈 부분들 모두를 가질 수 있다. 도 11의 예에서, 지지 구조(112)는 거의 속이 찬 직사각형 모양을 갖는다. 이것은 단지 예시적인 것이다. 지지 구조(112)는 만곡 모양들, 만곡 표면 및 편평한 표면을 표현하는 모양들, 폐쇄된 모양들(예를 들면, 내부 속이 빈 부분으로 어떠한 개구들도 갖지 않는 모양들), 개방된 모양들(예를 들면, 내부 속이 빈 캐비티 영역을 노출시키는 상부 개구를 갖는 모양들) 등을 포함하는 모양들을 가질 수 있다.
도 11의 예에서, 지지 구조(112)는 4개의 수직 측벽들 및 상부와 하부 평면 표면들을 갖는 직사각형 모양을 갖는다. 구리 또는 다른 금속들과 같은 도전성 재료들의 층들은 지지 구조(112)의 4개의 수직 측벽들의 표면들과 지지 구조(112)의 하부 평면 표면 상에 형성된다. 이러한 도전성 층들은 안테나 캐비티(72)용의 수직 캐비티 측벽들(74) 및 하부 평면 벽(76)을 형성한다. 도 4의 안테나 공진 소자(70)와 같은 안테나 공진 소자는 지지 구조(112)의 노출된 상부 표면 상에 장착될 수 있다. 지지 구조(112)가 그 상부 표면 대신에 개구를 갖는 구성들에서, 안테나 공진 소자(70)는 개구 내에 장착되거나 또는 캐비티(72)의 다른 곳에 장착될 수 있다.
도 11의 지지 구조(112)와 같은 안테나 캐비티 지지 구조 상에 도전 안테나 캐비티 표면들을 형성하는데 임의의 적합한 제조 기술들이 사용될 수 있다. 일 예로서, 금속은 증발, 스퍼터링 또는 다른 물리적 기상 증착 기술들에 의해 증착될 수 있다. (예를 들면, 구리 전기 도금과 같은) 전기 화학 증착 기술들도 이용될 수 있다. 에칭 또는 다른 적합한 기술들에 의해 도전성 층들의 원하지 않는 부분들을 제거할 수 있다. 지지 구조(112) 상의 도전체들도 선택적 성장 기술들에 의해 (예를 들면, 전기 도금을 이용하여 금속을 원하는 두께로 성장시키기 전에 시드 금속 층을 원하는 패턴으로 증착함으로써) 패터닝될 수 있다.
도 11의 지지 구조(112)와 같은 유전체 지지 구조 상에 형성된 캐비티를 갖는 예시적인 안테나(26)의 단면 측면도가 도 12에 도시되어 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 안테나 공진 소자(70)는 지지 구조(112)의 상부 표면 상에 형성될 수 있다. 안테나 캐비티(72)는 지지 구조(112) 상의 측벽 층들(74) 및 후방 평면 층(76)과 같은 도전체 층들로부터 형성될 수 있다. 안테나 공진 소자(70)는 지지 구조(112)의 표면 상의 도전체 트레이스들(예를 들면, 플라스틱 지지 표면 상에 직접 형성된 구리 트레이스들)로부터 형성될 수 있거나, 또는 (예들로서) 패터닝된 단단한 또는 유연한 인쇄 회로 기판을 지지 구조(112)에 장착함으로써 형성될 수 있다.
안테나(26)에서 안테나 공진 소자(70)를 형성하는데 이용될 수 있는 도전체 트레이스들의 예시적인 패턴이 도 13에 도시되어 있다. 도 13의 예에서, 안테나 공진 소자(70)는 인쇄 회로 기판 기판(116) 상의 도전체 트레이스들(114)로부터 형성되었다. 기판(116)은 안테나 캐비티(72)의 수직 벽들의 상부 부분들과 같은 안테나 접지 구조들에 의해 둘러싸인다. 안테나(26)는 포지티브 안테나 피드 터미널(80) 및 접지 안테나 피드 터미널(78)을 이용하여 소스(90)(트랜시버 회로(23))에 의해 피딩될 수 있다. 포지티브 안테나 피드 터미널(80)은 안테나 공진 소자 트레이스(114)에 결합될 수 있다. 접지 안테나 피드 터미널(78)은 안테나 접지(예를 들면, 캐비티(72))에 결합될 수 있다.
도 13의 안테나 공진 소자(70)는 피드 터미널들(80 및 78)이 단락 회로 브랜치 SC로부터 안테나 공진 소자의 메인 암의 어느 정도까지 아래로 로케이팅된 역 F형 구성을 갖는다. 트레이스(114)의 메인 암은 안테나(26)의 주파수 응답에 각각 기여하는 연관된 길이들 L1, L2, L3 및 L4를 형성하는 브랜치들을 갖는다. 따라서, 안테나 공진 소자(70)와 안테나(26)의 주파수 응답은 관심있는 통신 대역들을 커버하고 또한 트레이스(114)(예를 들면, 길이들 L1, L2, L3 및 L4)의 크기 및 모양의 적절한 선택에 의해 원하는 대역폭을 제공하도록 조절될 수 있다.
안테나에 대한 안테나 응답이 도 13의 소자(70)와 같은 안테나 공진 소자를 이용하여 형성되는 그래프가 도 14에 도시되어 있다. 도 14의 그래프에서, 안테나 응답(VSWR(voltage standing wave ratio))이 동작 주파수 f의 함수로서 표시되어 있다. 이 예에서, 안테나(26)는 2개의 통신 대역들을 커버하도록 구성되어 있다. 하부 통신 대역은 주파수 f1을 커버하고, 긴 트레이스 길이 L1과 연관되어 있다. 상부 통신 대역은 주파수 f1을 커버한다. 상부 통신 대역의 대역폭은 안테나 공진 소자(70)(도 13)의 상이한 암 길이들 L2, L3 및 L4에 의해 영향을 받고, 상부 통신 대역이 비교적 넓은 대역폭을 갖도록 구성되었다. 하부 및 상부 통신 대역들은 (예를 들면, WiFi에 대해) 2.4GHz 및 5GHz 대역들 또는 임의의 다른 적합한 통신 대역들에 대응할 수 있다. 안테나(26)는 단일의 대역만을 처리하거나 또는 원한다면 2개 이상의 통신 대역들을 처리하도록 또한 구성될 수 있다. 도 13 및 도 14의 예는 단지 예시적인 것이다.
원한다면, 안테나(26)는 상부 하우징(12A) 상의 주변 영역에 (즉, 도 1a의 영역(58)에) 장착될 수 있다. 이 위치에 장착될 때 안테나(26)에 이용될 수 있는 예시적인 구성이 도 15에 도시되어 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 안테나 캐비티(72)는 리세스(120)에서 대응하는 만곡 표면과 짝을 이루는 만곡 하부 표면(76)을 가질 수 있다. 리세스(120)는 예를 들어 상부 하우징(12A)의 주변 하우징 영역(118)의 들어간 부분일 수 있다. 리세스(120)는, 플라스틱 베젤의 개구에서, 금속 하우징 벽 또는 다른 하우징 구조의 개구에서, 프레임 부재들 및 다른 내부 하우징 부재들을 이용하여, 하우징의 부분들을 이용하여, (예를 들면, 유전체 삽입 또는 프레임 부재와 같은) 별개의 지지 구조를 이용하여, 다른 적합한 디바이스 구조들을 이용하거나, 또는 이러한 구조들의 조합들을 이용하여, 형성될 수 있다.
일단 하우징(12A)의 영역(58)에 또는 디바이스(10)의 다른 적합한 부분들에 장착되면, 안테나(26)는 유전체(예를 들면, 디스플레이 스크린 유리 패널, 플라스틱 베젤 부재, 유전체 안테나 윈도우, 도전체 하우징 부재에서의 슬롯-기반 안테나 윈도우 또는 다른 도전체 구조 등의 일부)에 의해 커버될 수 있다.
도 16은 캐비티(72)와 같은 만곡 안테나 캐비티에 슬롯-기반 안테나 공진 소자가 제공될 수 있는 방법을 보여주고 있다. 도 16의 예에서, 안테나 공진 소자(70)는 개방 슬롯 OS 및 폐쇄된 슬롯 CS를 갖는다. 안테나 공진 소자(70)는 일반적으로 임의의 적합한 수의 폐쇄된 슬롯들, 임의의 적합한 수의 개방 슬롯들, 및 원한다면 (예를 들면, 도 13과 관련하여 설명하였던 타입의 공진 소자 암 브랜치들을 형성하는 도전체 트레이스들과 같은) 추가의 공진 소자 구조들을 가질 수 있다. 도 16의 2개의 슬롯 구성은 단지 예시적인 것이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 부분(124)과 같은 만곡 에지 부분을 갖는 상부 하우징(12A)을 가질 수 있다. 슬롯-기반 안테나 윈도우(68)는 슬롯들(82)로부터 영역(124)에 형성될 수 있다. 안테나(26)의 안테나 공진 소자(70) 및 안테나 캐비티(72)는 윈도우(68)에 인접하여 형성될 수 있다. 부재(122)는, 디스플레이(14)용의 커버 유리, 플라스틱 커버, 도전체 하우징 부재 또는 디바이스(10) 및 하우징(12)용의 다른 적합한 구조들일 수 있다. 도 17에서 하우징(12A)의 만곡 에지 부분 및 하우징(12A)의 나머지 부분은 예를 들어 머시닝된 알루미늄일 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 안테나(26)는, 안테나 윈도우(68)가 영역(124)에서 하우징 부분(12A)의 만곡된 외부 표면 상보다는 하우징 부분(12A)의 평면 내부 표면 상에 형성되도록 배향될 수 있다.
안테나(26)에 슬롯-기반 안테나 윈도우를 제공할 필요는 없다. 도 19에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 디바이스(10)는 유전체 부재(122)와 같은 유전체 부재가 장착된 상부 하우징(12A)과 같은 하우징을 가질 수 있다. 유전체 부재(122)는 예를 들어 디스플레이(14)(도 1)의 노출된 표면을 커버하는데 이용되는 커버 유리 또는 플라스틱의 시트와 같은 평면 유전체 부재일 수 있다. 안테나(26)는, 안테나 공진 소자(70) 및 안테나 캐비티(72)와 연관된 무선-주파수 신호들이 화살표(126)에 의해 개략적으로 표시된 바와 같이 유전체 부재(122)의 한 부분을 지날 수 있도록 배향될 수 있다. 도 19의 안테나(26)는 하우징 부분(12A)의 만곡된 주변 영역(124)에 또는 디바이스(10)의 다른 적합한 부분들에 장착될 수 있다.
실시예에 따라서, 하우징과, 도전 재료층으로 커버된 유전체 지지 구조로부터 형성된 안테나 캐비티 및 안테나 공진 소자를 포함하는, 하우징 내에 장착되는 캐비티 백킹된 안테나를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
또 다른 실시예에 따라서, 유전체 지지 구조는 플라스틱 지지 구조를 포함하고, 도전 재료층은 금속을 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 공진 소자는 인쇄 회로 기판상의 도전 안테나 트레이스들로부터 형성된 다중 브랜치 역 F 형 안테나(multi-branch inverted-F antenna) 공진 소자를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 도전 안테나 트레이스들은 적어도 두 개의 브랜치를 갖는 역 F 형 안테나 공진 소자 암(arm)을 형성한다.
또 다른 실시예에 따라서, 전자 장치는, 무선 주파수 송수신기 회로와, 무선 주파수 송수신기 회로를 캐비티 백킹된 안테나에 결합하는 전송 선로를 또한 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 캐비티 백킹된 안테나는 도전 안테나 트레이스들에 접속된 포지티브 안테나 피드 단자를 포함하고 또한 도전 재료층에 접속된 접지 안테나 피드 단자를 포함하고, 안테나 캐비티는 만곡 벽(curved wall)을 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 인쇄 회로 기판은 플렉스 회로(flex circuit)를 포함하고, 도전 안테나 트레이스들 및 도전 재료층은 구리를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 하우징은 캐비티 안테나 용의 슬롯 기반 안테나 윈도우를 형성하는 안테나 윈도우 슬롯들을 갖는 도전 하우징 벽을 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 도전 하우징 벽은 휴대용 컴퓨터 리드(lid)의 만곡부를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 윈도우 슬롯들은 폭이 100 마이크론보다 작고 길이가 5㎜ 보다 크다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 윈도우 슬롯들은 고체 유전체로 채워진다.
또 다른 실시예에 따라서, 캐비티 백킹된 안테나는 캐비티 백킹된 슬롯 안테나를 포함하고, 안테나 공진 소자는 적어도 하나의 안테나 공진 소자 슬롯을 규정하는 부분들을 구비한 도전 부재를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 공진 소자는 복수의 안테나 공진 소자 슬롯을 규정하는 부분들을 구비한 도전 부재를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 복수의 안테나 공진 소자 슬롯은 개방 슬롯 및 폐쇄 슬롯을 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 공진 소자 슬롯과 도전 안테나 캐비티를 규정하는 도전층을 갖는 안테나 공진 소자를 포함하는 캐비티 백킹된 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 공진 소자는 도전층이 그 상에 형성된 인쇄 회로 기판을 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 도전층은 적어도 두 개의 안테나 공진 소자 슬롯을 갖는다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 캐비티는 금속층으로 커버된 플라스틱 지지를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 플라스틱 지지는 금속층이 그 상에 형성된 수직 측벽들을 갖는다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 공진 소자는 두 개의 슬롯을 갖고 제1 및 제2 통신 대역들에서 공진하도록 구성된다.
또 다른 실시예에 따라서, 캐비티 백킹된 안테나는 도전 안테나 캐비티 및 안테나 공진 소자를 커버하는 슬롯 기반 안테나를 또한 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 슬롯 기반 안테나 윈도우는 그를 통해 안테나로부터의 무선 주파수 신호들이 패스하는 안테나 윈도우 슬롯들을 구비한 도전성 하우징 구조를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나 윈도우 슬롯들은 폭이 100 마이크론보다 작고 길이가 5㎜보다 크다.
실시예에 따라서, 유전체 지지 구조, 이 유전체 구조상에서 도전 안테나 캐비티를 형성하는 금속층, 및 역 F 형 안테나 공진 소자 트레이스를 구비한 인쇄 회로 기판을 갖는 안테나 공진 소자를 포함하는 안테나가 제공된다.
또 다른 실시예에 따라서, 안테나는 도전 안테나 캐비티 및 안테나 공진 소자에 인접하여 위치된 슬롯 기반 안테나 윈도우를 또한 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 슬롯 기반 안테나 윈도우는 각각이 100 마이크론보다 작은 폭과 적어도 5 밀리미터의 길이를 갖는 복수의 안테나 윈도우 슬롯을 구비한 금속 하우징 구조를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 역 F 형 안테나 공진 소자 트레이스는 다중 브랜치를 갖고, 적어도 두 개의 통신 대역에서 공진한다.
또 다른 실시예에 따라서, 도전 안테나 캐비티는 금속층의 부분으로부터 형성된 만곡된 도전성 벽을 구비한다.
또 다른 실시예에 따라서, 금속 하우징 구조를 갖는 상부 하우징 부분과, 금소 하우징 구조 내에 복수의 안테나 윈도우 슬롯들으로부터 형성된 안테나 윈도우와, 상부 하우징 부분에 피벗 구조로 부착된 하부 하우징 부분과, 무선 주파수 송수신기 회로와, 무선 주파수 송수신기 회로에 결합된 전송 선로와, 안테나 윈도우 아래에 위치되고 전송 선로에 결합되고 수직 금속 측벽들과 배후의 금속층을 가지며 플라스틱 지지로부터 형성된 안테나 캐비티를 갖는 캐비티 백킹된 안테나를 포함하는 휴대용 컴퓨터가 제공된다.
또 다른 실시예에 따라서, 상부 하우징 부분은 안테나 윈도우 슬롯들이 형성되는 만곡된 에지 영역을 갖는다.
이상의 설명은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것일 뿐이고, 여러 변경들이 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고서 당업자에 의해 이뤄질 수 있다. 이상의 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (21)

  1. 전자 장치로서,
    하우징과,
    하우징 내에 장착되고, 도전 재료층으로 커버(cover)된 유전체 지지 구조로부터 형성된 안테나 캐비티 및 안테나 공진 소자를 포함하는 캐비티 백킹된(cavity-backed) 안테나를 포함하고,
    상기 안테나 공진 소자는 인쇄 회로 기판상의 도전 안테나 트레이스들로부터 형성된 다중 브랜치 역 F 형 안테나(multi-branch inverted-F antenna) 공진 소자를 포함하고,
    상기 유전체 지지 구조는 플라스틱 지지 구조를 포함하고, 상기 도전 재료층은 금속을 포함하는, 전자 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 도전 안테나 트레이스들은 적어도 두 개의 브랜치를 갖는 역 F 형 안테나 공진 소자 암(arm)을 형성하는 전자 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    무선 주파수 송수신기 회로와,
    상기 무선 주파수 송수신기 회로를 상기 캐비티 백킹된 안테나에 결합하는 전송 선로(transmission line)
    을 더 포함하는 전자 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캐비티 백킹된 안테나는 상기 도전 안테나 트레이스들에 접속된 포지티브 안테나 피드 단자(positive antenna feed terminal)를 포함하고 또한 상기 도전 재료층에 접속된 접지 안테나 피드 단자를 포함하고, 상기 안테나 캐비티는 만곡 벽(curved wall)을 갖는 전자 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은 플렉스 회로(flex circuit)를 포함하고, 상기 도전 안테나 트레이스들 및 상기 도전 재료층은 구리를 포함하는 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 상기 캐비티 안테나 용의 슬롯 기반 안테나 윈도우(slot-based antenna window)를 형성하는 안테나 윈도우 슬롯들을 갖는 도전 하우징 벽을 포함하는 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 도전 하우징 벽은 휴대용 컴퓨터 리드(lid)의 만곡부를 포함하는 전자 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 안테나 윈도우 슬롯들은 폭이 100 마이크론보다 작고 길이가 5㎜ 보다 큰 전자 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 안테나 윈도우 슬롯들은 고체 유전체(solid dielectric)로 채워지는 전자 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 캐비티 백킹된 안테나는 캐비티 백킹된 슬롯 안테나를 포함하고, 상기 안테나 공진 소자는 적어도 하나의 안테나 공진 소자 슬롯을 규정하는 부분들을 구비한 도전 부재를 포함하는 전자 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 안테나 공진 소자는 복수의 안테나 공진 소자 슬롯을 규정하는 부분들을 구비한 도전 부재를 포함하는 전자 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 안테나 공진 소자 슬롯은 개방 슬롯 및 폐쇄 슬롯을 포함하는 전자 장치.
  15. 캐비티 백킹된 안테나로서,
    안테나 공진 소자 슬롯을 규정하는 도전층을 갖는 안테나 공진 소자와,
    도전 안테나 캐비티 - 상기 도전 안테나 캐비티는 금속층으로 커버된 표면들을 갖는 플라스틱 지지를 포함하고, 상기 플라스틱 지지의 표면들 중 적어도 하나는 만곡면(curved surface)을 포함함 - 를 포함하고,
    상기 도전층은 적어도 두 개의 안테나 공진 소자 슬롯을 갖는, 캐비티 백킹된 안테나.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 안테나 공진 소자는 상기 도전층이 그 상에 형성된 인쇄 회로 기판을 포함하는 캐비티 백킹된 안테나.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서, 상기 플라스틱 지지는 상기 금속층이 그 상에 형성된 수직 측벽들을 갖는 캐비티 백킹된 안테나.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 안테나 공진 소자는 두 개의 슬롯을 갖고 제1 및 제2 통신 대역들에서 공진하도록 구성된 캐비티 백킹된 안테나.
  20. 제15항에 있어서, 상기 도전 안테나 캐비티 및 상기 안테나 공진 소자를 커버하는 슬롯 기반 안테나 윈도우를 더 포함하는 캐비티 백킹된 안테나.
  21. 제15항에 있어서, 상기 안테나 공진 소자는 개방 슬롯 및 폐쇄 슬롯을 포함하는 캐비티 백킹된 안테나.
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