KR20090079898A - 무선 시스템의 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 수신 시스템의 안테나를 위한 장치들 및 방법들을 제공한다. 안테나는 용량성 부하를 제공하는 최상부 용량성 부하 컴포넌트 및 인쇄회로판에 전기적으로 결합되는 개방 분할 컴포넌트를 포함한다. 안테나의 수직 프로파일은 안테나가 인쇄회로판과 동일한 엔클로저 내에 내부적으로 위치될 수 있도록 충분하게 감소될 수 있다. 최상부 용량성 부하 컴포넌트는 인쇄회로판의 접지면으로부터 떨어지게 배치되어 용량성 결합이 감소되며, 결과적으로 요구되는 전압 정재파비(VSWR)이 보드 동작 범위에 대해 유지된다. 최상부 용량성 부하 컴포넌트는 용량성 부하를 제공하는 폐쇄된 형상부를 포함한다. 목표된 특성(예, VSWR 기준 내)으로 동작하도록 안테나를 조정하기 위해, 폐쇄된 형상부는 변형될 수 있다.

Description

무선 시스템의 안테나{AN ANTENNA IN A WIRELESS SYSTEM}

본 발명은 무선 마이크로폰을 포함하는 무선 수신 시스템의 안테나에 관한 것이다.

무선 마이크로폰들과 함께, 하나 이상의 안테나들은 종종 섀시(chassis)의 외측에 장착, 및/또는 외부 안테나들이 RF(무선 주파수) 차폐된 케이블을 통해 또는 직접 접속될 수 있는 포트들을 갖는다. 가변하는 송신기 편광 방향들 및 환경 조건들에 최적으로 매칭되도록 하기 위해, 수신기 섀시에 대한 회전 부속품들을 구비한 외부 안테나들이 통상적으로 사용되고, 이에 따라 사용자가 최적의 수신을 위해 안테나들을 배향(orient)시킬 수 있도록 한다. 그러나, 이러한 방법은 비용이 많이 들고, 기계적 복잡성과 신뢰성 문제들을 초래한다. 사용자는 통상적으로 안테나들을 적절히 지향시키는 방법을 알지 못하고, 사용자가 잘못된 방향을 선택하는 경우 실제로 수신율을 저하시킬 수 있다. 더욱이, 외부에 장착된 안테나는 목표된 위치로부터 방해받거나 손상되기 쉽다.

본 발명의 일 실시예에서, 안테나는 무선 수신 시스템을 지원한다. 안테나는 인쇄회로판에 전기적으로 결합된 개방형 분할 컴포넌트(opened segmented component) 및 용량성 부하(capacitive load)를 제공하는 최상부 용량성 부하 컴포넌트(capacitve top loaded component)를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 최상부 용량성 부하 컴포넌트는 무선 수신 시스템의 인쇄회로판의 접지면으로부터 떨어지게 배치되며, 실험적 데이터는 이와 같이 배치함으로써, 용량성 결합이 감소되고, 결과적으로 요구되는 전압 정재파비(Voltage Standing Wave Ration: VSWR)가 보드 동작 범위에 대해 유지된다는 것을 보여준다.

본 발명의 다른 실시예에서, 안테나의 수직 프로파일이 현저하게 감소되어, 안테나는 무선 수신기를 지원하는 인쇄회로판과 동일한 엔클로저(enclosure)에 내부적으로 위치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 최상부 용량성 부하 컴포넌트는 용량성 부하를 제공하는 폐쇄된 형상부(closed shap)를 포함한다. 용량성 부하는 안테나가 보다 넓은 동작 주파수 범위를 지원할 수 있도록 하고, 용량성 부하 없는 다른 안테나에 비해 더 작은 치수들을 가질 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 최상부 용량성 부하 컴포넌트는 인쇄회로판에 대해 수평으로 지향된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 방법은 배선을 목표된 길이로 절단하고 배선의 일부분을 폐쇄된 형상부로 형상화함으로써 무선 수신 시스템의 안테나를 제공한다. 폐쇄된 형상부는 인쇄회로판의 접지면으로부터 떨어지게 배치된다. 목표된 특성(예, VSWR 기준 내)을 갖도록 안테나를 조정하기 위해, 폐쇄된 형상부가 변형될 수 있다.

바람직한 실시예들의 이하의 상세한 설명 뿐만 아니라 본 발명의 전술한 요약은 첨부된 도면들과 연계하여 읽을 때 보다 잘 이해되며, 첨부된 도면들은 청구된 발명의 제한이 아니라 예로서 포함된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 기능도를 도시한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저대역 안테나의 치수 특징들을 도시한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고대역 안테나의 치수 특징들을 도시한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔클로저에 패키징되는 우측-지향 안테나 및 좌측-지향 안테나를 도시한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최상부 용량성 부하 컴포넌트에 의해 형성되는 폐쇄된 형상부의 변형들을 도시한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저대역 안테나의 VSWR 응답을 도시한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고대역 안테나의 VSWR 응답을 도시한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(101)의 기능도를 도시한다. 안테나(101)는 개방 분할 컴포넌트(103) 및 최상부 용량성 부하 컴포넌트(105)를 포함한다. 안테나(101)는 전도성 접속부(111)에서 무선 수신 기능(예, 무선 마이크 로폰 수신기)을 지원하는 인쇄회로판(PCB)(109)에 전기적으로 접속된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전도성 접속부(111)는 땜납 및/또는 소켓 접속된다.

도 1에 도시된 것처럼, 최상부 용량성 부하 컴포넌트(105)는 폐쇄된 형상부, 예를 들어 사다리꼴을 포함한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들은 상이한 폐쇄된 형상부, 예를 들어 도 5에 도시된 것처럼 사각형, 삼각형, 또는 원형을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 폐쇄된 형상부는 배선의 일부분을 벤딩하고 배선의 단부를 배선의 단부들 사이의 지점(전도성 접속부(107))에 접속함으로써 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전도성 접속부(107)는 땜납된 접속부이다. 그러나, 다른 타입들의 접속부들이 전기적 접속을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 안테나(101)는 광대역 주파수 응답을 갖는 축소형(size-reduced) 안테나이고, 플라스틱(또는 동일한 물질) 무선 수신기 섀시 또는 임의의 비금속 섀시 내에 안테나(101)가 패키징될 수 있도록 하는 낮은 프로파일을 갖는다. 안테나(101)의 수직 치수는 무선 수신기의 비전도성 플라스틱(또는 동일한 물질) 섀시 내에 내부적으로 설치되도록 감소된다(도 4에 도시된 것처럼). 안테나(101)는 수직 컴포넌트 길이 감소를 제공하고(예, 개방 분할 컴포넌트(103)를 벤딩함으로써), 보다 넓은 대역 주파수 응답을 제공한다. 개방 분할 컴포넌트(103)의 최상부에서의 벤드(bend)는 전형적으로 인쇄회로판(109)의 접지면으로부터 떨어지게 구부러진다(angle). 결과적으로, 최상부 용량성 부하 컴포넌트(105)의 최상부 용량성 부하와 접지면 사이의 용량성 결합은 감소된다. 실험 결과들은 인쇄회로판(109)의 접지면과 안테나(101) 사이의 용량성 결합이 안테나(101)의 성 능, 예를 들어 전압 정재파비(VSWR)에 악영향을 줄 수 있다는 것을 보여준다. 실험 결과들은 VSWR 응답이 실질적으로 저하되지 않도록 인쇄회로판(109)의 접지면과 최상부 용량성 부하 컴포넌트(105) 사이의 거리가 500 MHz - 1 GHz 사이의 주파수 범위에 대해 적어도 0.75인치에 이르러야 한다는 것을 보여준다.

최상부 용량성 부하 컴포넌트(105)(인쇄회로판(109)에 대해 수평으로 지향될 수 있음)는 안테나(101)의 광대역 응답을 향상시킬 수 있고 안테나(101)의 수직 치수들을 실질적으로 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 인쇄회로판(109)과 동일한 엔클로저 내에서 안테나(101)의 패키징을 용이하게 한다.

안테나(101)가 무선 수신 시스템의 전자 회로와 동일한 엔클로저 내에 패키징될 수 있지만, 본 발명의 실시예들은 또한 인쇄회로판(101)과 상이한 디스클로저(disclosure) 내에 패키징되는 안테나(101)를 지원한다.

안테나(101)는 다중 수신기들을 지원하기 위해 무선 수신 시스템에서 중복될 수 있다(물리적 교대들(physical alternations)에 의해). 예를 들어, 도 4에 도시된 것처럼, 안테나들(405, 407)은 2개의 수신기들에 의해 다양한 수신율을 지원한다.

실험 데이터는 안테나(101)가 다소 비대칭적이지만 전방향성(omnidirectional) 방사 패턴을 갖는 것처럼 보인다는 것을 나타낸다. 결과적으로, 안테나(101)의 방향은 방위각 방향의 수신율에 실질적으로 영향을 주지 않는다.

안테나(101)는 상이한 타입들의 무선 수신기 시스템들을 지원할 수 있으며, 상이한 타입들의 무선 수신기 시스템들은 무선 마이크로폰 수신기들, 개인용 스테레오 모니터 수신기들, 무선 PAI/프리젠테이션 시스템들(예, 앵커(anchor) 오디오 시스템들), 및 집적된 무선 마이크로폰 수신기들을 구비한 스테이지 믹싱 시스템들을 포함한다. 예를 들어, 무선 휴대형 P.A. 스피커는 내장형(통합형) VHF 또는 UHF 무선 수신기, 오디오 증폭기, 스피커(들), 및 모든 컴포넌트들이 단일 섀시 내에 있는 전형적으로 내부 파워 팩으로 구성된다.

안테나(101)에서는 무선 수신기 시스템의 안테나 컨피규레이션(configuration)의 사용자 셋업이 용이하다. 예를 들어, 사용자는 종래기술의 무선 마이크로폰 시스템들에 종종 요구되는 바와 같은, 무선 수신기와 무선 송신기 사이의 통신을 형성하기 위한 수신 안테나를 배치할 필요가 없을 수 있다. 또한, 안테나(101)가 수신기 섀시 내에서 내부적으로 설치되는 결과로서, 안테나(101)는 개인적 부상을 초래할 수 있는 우발적 손상 및 오용(misuse)으로부터 추가적으로 보호된다. 또한, 엔클로저 내에 안테나(101)를 내부적으로 배치함으로써, 안테나 성능에 악영향을 줄 수 있는 부식을 초래하는 환경적 관심사들에 민감하지 않다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저대역(535 MHz - 847 MHz) 안테나의 치수적 특징들을 도시한다(도시된 모든 치수들은 인치들이고, 괄호안의 숫자는 밀리미터임). 안테나(201)는 좌측 버전이고 안테나(203)는 우측 버전이다. 안테나(201) 및 안테나(203)의 치수들은 본질적으로 동일하지만 구부러진 구성요소(costituent) 12 게이지(gauge) 배선들은 안테나(201)가 무선 수신 시스템의 엔클로저 내에 안테나(203)로서 상이한 위치에 장착될 수 있도록 하는 상보 형(complementary) 방식이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고대역 안테나(580 MHz - 995 MHz)의 치수 특징들을 도시한다. 도 2 및 도 3을 비교하면, 치수들 및 폐쇄된 형상이 상이함을 유의한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로판(409)을 구비한 엔클로저(403)내에 패키징되는 우측-지향 안테나(405) 및 좌측-지향 안테나(407)를 도시한다. 뷰들(views)(401a, 401b, 401c)은 상이한 시야각들에서의 우측-지향 안테나(405), 좌측-지향 안테나(407), 엔클로저(403), 및 인쇄회로판(409)을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최상부 용량성 부하 컴포넌트(예, 도 1에 도시된 바와 같은 최상부 용량성 부하 컴포넌트(105))에 의해 형성되는 폐쇄된 형상부의 변형들을 도시한다. 안테나들(501, 503, 505, 507)은 사각형, 삼각형, 사다리꼴, 및 원형에 각각 대응하는 폐쇄된 형상부들을 포함한다. 폐쇄된 형상부는 주변 둘레의 배선으로 형성될 수 있거나, 금속판 스탬핑(stamping)에 의해 형성될 수 있다(여기서 폐쇄된 형상부는 입방체(solid)임).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저대역 안테나(도 2에 도시된 바와 같은 안테나들(201, 203)에 대응됨)의 VSWR 응답(601)을 도시한다. VSWR이 3.1 미만인 기준을 이용하면, 동작 주파수 범위는 535 MHz 내지 847 MHz(주파수 값들(603, 605)에 각각 대응됨)라고 결정된다. 그러나, 동작 대역폭을 결정하기 위해 상이한 VSWR 기준을 사용할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고대역 안테나(도 3에 도시된 바와 같은 안테나들(301, 303)에 대응됨)의 VSWR 응답(701)을 도시한다. VSWR이 3.1 미만인 기준을 이용하면, 동작 주파수 범위는 580 MHz 내지 995 MHz(주파수 값들(703, 705)에 각각 대응됨)라고 결정된다. VSWR이 995 MHz를 초과하는 3.1 미만이지만, 안테나들(301, 303)의 실제 동작은 995 MHz로 제한된다.

도 2-3 및 6-7에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예들은 530 MHz 내지 995 MHz의 동작 주파수들에 대응되지만, 본 발명의 실시예들은 예를 들어 2 GHz와 같은 다른 동작 주파수 대역들을 지원한다.

본 발명은 지금까지 본 발명을 수행하는 바람직한 모드들을 포함하는 특정 예들에 대하여 기술하였지만, 통상의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상과 범주 내에 속하는 전술한 시스템들 및 기술들의 많은 변형예들 및 변경예들이 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (22)

1. 무선 수신 시스템을 지원하기 위한 안테나로서,

   제 1 단부 지점에서 인쇄회로판에 수신 신호를 제공하는 개방 분할 컴포넌트(open segmented component); 및

   폐쇄된 형상부(closed shape)를 갖는 최상부 용량성 부하 컴포넌트(capacitive top loaded component)

   를 포함하며,

   상기 최상부 용량성 부하 컴포넌트는,

   제 2 단부 지점에서 상기 개방 분할 컴포넌트에 전기적으로 결합되고,

   상기 안테나에 대해 용량성 부하를 제공하며 - 상기 용량성 부하는 동작 주파수 값에 대해 상기 안테나를 조정함 -, 및

   상기 제 2 단부 지점에서 상기 최상부 용량성 부하 컴포넌트 및 상기 개방 분할 컴포넌트에 의해 형성되는 각도로 상기 인쇄회로판의 접지면으로부터 떨어지게 위치되고,

   상기 안테나는 상기 무선 수신 시스템을 지원하는 상기 인쇄회로판과 동일한 엔클로저(enclosure) 내에 내부적으로 배치되는,

   안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 폐쇄된 형상부는 둘레를 따라 전기 배선에 의해 형성되고,

   상기 전기 배선은 상기 개방 분할 컴포넌트의 상기 제 2 단부 지점에서 결합되는, 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 폐쇄된 형상부는 전기 전도성 표면에 의해 형성되는, 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 개방 분할 컴포넌트는 상기 인쇄회로판에 대하여 본질적으로 수직 배향을 갖는, 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 최상부 용량성 부하 컴포넌트는 상기 인쇄회로판에 대하여 본질적으로 수평 방향을 갖는, 안테나.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 개방 분할 컴포넌트는 상기 최상부 용량성 부하 컴포넌트를 상기 인쇄회로판으로부터 떨어지게 구부러지게 하는 벤드(bend)를 갖는, 안테나.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 무선 수신 시스템은 무선 마이크로폰 수신기를 포함하는, 안테나.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 무선 수신 시스템은 무선 개인용 모니터 수신기를 포함하는, 안테나.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 무선 수신 시스템은 무선 프리젠테이션 시스템을 지원하는, 안테나.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 안테나는 단극(monopole) 안테나로서 특성화되는, 안테나.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 폐쇄된 형상부는 사다리꼴 형상을 갖는, 안테나.
12. 무선 수신 시스템에 안테나를 제공하기 위한 방법으로서,

    (a) 배선을 목표된 길이로 절단하는 단계 - 상기 배선은 제 1 단부 지점 및 제 2 단부 지점을 가짐 -;

    (b) 상기 배선의 제 1 부분을 폐쇄된 형상부로 형상화하는 단계 - 상기 제 1 부분은 상기 제 2 단부 지점을 포함함 -;

    (c) 상기 폐쇄된 형상부를 형성하기 위해 상기 제 1 단부 지점과 상기 제 2 단부 지점 사이의 접속 지점에 상기 제 2 단부 지점을 전기적으로 접속하는 단계;

    (d) 상기 제 1 단부 지점에서 상기 안테나를 인쇄회로판에 전기적으로 접속하는 단계;

    (e) 상기 인쇄회로판의 접지면으로부터 떨어지게 상기 폐쇄된 형상부를 배치하는 단계

    를 포함하는 안테나를 제공하기 위한 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    (f) 상기 안테나를 조정하기 위해 상기 폐쇄된 형상부를 변형하는 단계

    를 더 포함하고, 상기 안테나는 목표된 특성을 갖는 동작 주파수에서 동작하는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 목표된 특성은 전압 정재파비(VSWR) 응답을 포함하는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 (f) 단계는,

    (f)(i) 상기 폐쇄된 형상부의 엣지의 길이를 조절하는 단계를 포함하는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 폐쇄된 형상부는 사다리꼴 형상을 갖는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 (e) 단계는,

    (e)(i) 상기 제 1 단부 지점과 상기 접속 지점 사이의 상기 배선을 벤딩하는 단계를 포함하는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
18. 제 12 항에 있어서,

    (f) 수평 방향을 갖도록 상기 폐쇄된 형상부를 배치하는 단계를 더 포함하는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
19. 제 12 항에 있어서,

    (f) 동일한 엔클로저 내에 상기 안테나를 수용하기 위해 상기 배선의 제 2 부분의 수직 치수를 조절하는 단계를 더 포함하고,

    상기 제 2 부분은 상기 제 1 단부 지점과 상기 접속 지점 사이에 있는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
20. 제 12 항에 있어서,

    상기 목표된 길이는 상기 안테나의 동작 파장의 약 1/4인, 안테나를 제공하기 위한 방법.
21. 제 12 항에 있어서,

    (f) 상기 인쇄회로판과 동일한 엔클로저 내에 상기 안테나를 위치시키는 단계

    를 더 포함하는, 안테나를 제공하기 위한 방법.
22. 무선 마이크로폰 시스템을 지원하기 위한 안테나로서,

    제 1 단부 지점에서 인쇄회로판에 수신 신호를 제공하고 상기 인쇄회로판에 대하여 본질적으로 수직 배향을 갖는 수직 안테나 컴포넌트; 및

    상기 인쇄회로판에 대하여 본질적으로 수평 방향을 갖고 둘레를 따라 전기 배선에 의해 형성되는 폐쇄된 형상부를 갖는 수평 안테나 컴포넌트

    를 포함하고,

    상기 전기 배선은 상기 개방 분할 컴포넌트의 제 2 단부 지점에서 결합되며,

    상기 전기 배선은,

    상기 제 2 단부 지점에서 상기 개방 분할 컴포넌트에 전기적으로 결합되고,

    동작 주파수 값에 대해 상기 안테나를 조정하는 용량성 부하를 상기 안테나에 대해 제공하며,

    상기 제 2 단부 지점에서 상기 최상부 용량성 부하 컴포넌트 및 상기 개방 분할 컴포넌트에 의해 형성된 각도로 상기 인쇄회로판의 접지면으로부터 떨어지게 상기 수평 안테나 컴포넌트를 위치시킴으로써,

    특성화되고, 상기 안테나는 상기 무선 마이크로폰 시스템을 지원하는 상기 인쇄회로판과 동일한 엔클로저 내에 내부적으로 배치되는,

    안테나.

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