다중-대역 또는 광-대역 안테나 document_id A220623068211

무선 통신 장치를 위한 안테나, 예를 들어, 휴대용 소형 무선 호출기, 셀폰 및 WLAN 액세스 포인트는 크기가 작아야 하며, 무게가 가볍고, 물리적 체적이 콤팩트(compact)하며, 제조 비용이 낮아야 한다. 따라서, 동일 평면 상에 설치되거나 내장된 안테나가 종종 바람직하거나 요구된다. 또한, 상이한 지리학적 대역 할당 체계, 상이한 무선 제공자, 상이한 무선 서비스, 또는 상이한 무선 통신 프로토콜 때문에, 무선 서비스 통신을 하는 장치들은 종종 상이한 주파수 대역에서 동작해야 한다. 따라서, 상기 장치들은 다중 주파수 대역에 반응하는 안테나 또는 다중 안테나가 필요하다. 단일 안테나는 크기, 외형 및 비용의 명백한 이유에 대해 바람직하다. 단일 안테나 적용의 현재의 하나의 예는 802.11 a/b/g 프로토콜 모두를 수용하는데 필요한 하이 엔드(high-end) WLAN 액세스 포인트에 의한 다중-대역 수신 및 송신이다. 이미 외부 다중-대역 안테나를 위한 여러가지 디자인이 있으나, 내부에 또는 외부 장치 하우징 상에 수납될 수 있는 소형 다중-대역 안테나가 매우 바람직하다. 불행히도, 현존하는 내부 안테나는 매우 소형이 아니거나, 작은 크기를 위해 성능 특성과 트레이드 오프(trade off) 상태에 있다. 현재 일부 안테나 디자인은, 고 유전율을 갖는 대개는 비싼 물질들을 사용하는 것에 의해, 크기의 감소와 증가된 비용을 트레이드 오프하고 있다. 이를 위해 사용되는 하나의 기술은 안테나를 소형화하도록, 구불구불한(meander) 선 형상과 같이, 서파(slow-wave) 구조를 사용하는 것이나, 불행히도, 전자기 에너지 손실을 초래한다. 이것은 많은 적용에 있어서 비효율적이며, 배터리 용량이 관련된 적용에 있어서 종종 큰 단점이다. 상기 관련 사항을 처리하도록 안테나를 향상시키기 위한 다양한 시도가 있어 왔다. 현재 일반적인 하나의 접근은 패치형(patch type) 안테나를 사용하는 것이다. 고전적인 패치 안테나는 지표면 상에 설치된 직각의(rectangular) 금속 필름이다. 그러나, 패치 안테나는 크기에 있어 약 반파장(half wavelength)이 되어야 하므로, 대부분의 단말기 적용에 적합하지 않다. 크기를 줄이는 하나의 대중적인 방법은 고 유전율을 갖는 유전체를 사용하는 것이다. 이것은 무게와 손실을 증가시키고, 안테나 대역폭을 감소시킨다. 크기를 감소시키는 다른 방법은 특수화된 접지를 결합하는 것이다. 이것에 의해, 전기 용량성(capacitive) 평면 안테나에 추가된 인덕턴스는 안테나 공명을 더 낮은 주파수로 이동시킨다. PIFA(Planar Inverted F Antennas)로 알려진 바와 같이, 이 그룹의 안테나의 디자인은 일반적으로 일정 종류의 슬롯을 포함하며, 따라서, 안테나의 전기적 길이(electrical length)를 증가시킨다. 그러나, 표준화되고 단락된(shorted) 패치 안테나의 주요한 일반적인 특성은 접지에 평행한 금속 구조가 주요한 방사 구조이며, 피드(feed) 또는 단락 회로가 아니라는 것이다. 단극(monopoles)을 위한 다른 방법이 있다. 단극 안테나들이 일부 상부-로드된 소자들(elements)을 사용하는 경우에도, 이것들은 반응적인 소자들이며, 주요한 방사 구조가 아니다. 일부 이중 및 광-대역 예들의 논의는 지유오 등(GUO et al.)의 "광대역 및 이중-주파수 동작을 위한 2개의 상이한 암(arms)을 갖는 4분-파(Quarter-Wave) U-형상 패치 안테나", 안테나 및 전파에 관한 IEEE 보고서, 50권(Vol. 50), 8호(No. 8), 2002년 8월에서 제공된다. 안테나 형상과 패치형 안테나인 것으로 인해, 그것은 적합한 성능 및 대역폭을 갖지 않는다. 팡(Fang) 등의 미국등록특허 제6,788,257호는 PIFA-패치형 안테나의 변형을 개시하며, 여기서, 유도된 소자는 단락 핀과 함께 접지면에 전기적으로 연결되며, 에너지의 결합에 의해 다른 공명 모드를 생성하도록 기생(parasitic) 단락 방사 패치를 여기시킨다. 그러나, 상기 성능은 많은 적용에 있어서 적합하지 않다. 이구치 등(Iguchi et al.)의 공개특허 WO 2004/109857은 직접 피드 방사 소자와 단락 방사 소자 사이의 기생적 결합에 기반한 PIFA형 구조를 개시하나, 적합한 성능을 위한 적당한 대역폭을 제공하지 못한다. 하라노(Harano)의 미국공개특허 2004/0227675 와 니시카와(Nishikawa) 등의 미국등록특허 제4,907,006호는 기생 결합을 사용한다. 그러나, 최적의 형상이 아닌 것으로 인해 전체 안테나 크기는 크다. 앤더슨(Andersson)의 공개특허 WO 03/077360은 다른 변형을 개시하나, 완전히 접지면의 일측(one side)에 있지 않아서, 높은 SAR 문제(issue)를 갖는다. 안나마(Annamaa) 등의 미국공개특허 2001/0048391은, 예를 들어, 동일한 절연 보드 상에 위치한 전도 스트립(strip)을 통해, 기생적으로 피드(feed)되는 PIFA형 구조의 변형을 개시한다. 전체 안테나 구조의 피드 전도체는 피드 소자와 갈바니 전기(galvanic) 접촉 상태에 있다. 그러나, 이 기술은 패치형 성질 때문에 대역폭 문제를 극복할 수 없다. 공명 주파수를 낮추기 위해, 전류가 흐르는 효과적인 경로를 증가시키도록 상기 기술은 슬롯 또는 나선형 구성을 추가한다. 물론, 안테나 구조의 다른 유형이 가능하다. 예를 들어, 유안주(Yuanzhu)의 미국공개특허 2004/0150567은, 접지 전도면에 대해서 수직인 유전체 기판의 표면 상에 제공된 구불구불한(meandering) 부분과 전기 용량성 전도체 부분을 사용하는 안테나를 개시한다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이, 이 접근은 협소한 대역폭을 가지며 손실을 증가시키므로 효율적이지 않다. 안테나 구조의 또 다른 유형은 이시하라(Ishihara) 등의 미국공개특허 2004/006152에 나타난다. 이것은 "상부-로딩 전극과 접지 전도체 사이에 연결된 단락-회로 전도체를 갖는 상부-로딩 단극 안테나 장치"로 명명되며, 단극형 안테나가 단지 협소한 주파수 대역에서 효율적으로 동작한다는 넓게 퍼진 믿음을 표면 상 반박한다. 다음의 논의에서 나타날 것처럼, 이것이 이시하라 발명을 본 발명과 특히 관련되게 만든다. 그러나, 최적의 형상이 아니며, 주요 구성 및 기생 상부 로딩 소자들 때문에, 적당한 대역폭이 획득되지 않으며, 특허 내에 지시된 바와 같이, 많은 경우에 있어서, 개별적인 반응 소자들이 요구된다.