KR20060102341A

KR20060102341A - 소형 안테나

Info

Publication number: KR20060102341A
Application number: KR1020067009539A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 타마오카
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: WO2005101574A1; CN1906807B; JP2005303637A; US7277055B2; JP3895737B2; CN1906807A; US20060176220A1; KR100800100B1

Abstract

본 발명은 광대역 특성을 유지하면서 소형화 및 로우 프로파일을 용이하게 실현할 수 있는 휴대 단말에 내장하기에 적절한 다주파 공용 안테나를 제공한다. 본 발명의 다주파 공용 안테나(1)는 저유전재료로 이루어진 중앙의 유전체층(12)의 상부와 하부를 고유전재로로 이루어진 유전체층(11,13)으로 끼워 적층 형성된 유전체와, 중앙의 유전체층(12)과 상부의 유전체층(13) 사이에 형성되어 3층 구조의 유전체의 소정의 측면에서 기단이 급전점에 접속되는 급전용 도체 패턴(21)과, 중앙의 유전체층(12)과 하부의 유전체층(11) 사이에 형성되어 소정의 측면에서 기단이 접지되는 접지용 도체 패턴(22)을 구비하고, 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)은 각각 기단으로부터 첨단에 이르기까지 복수의 선형 도체를 연결해서 적어도 소정의 측면에 대향하는 측면의 부근에서 되풀이한 패턴을 가져 형성된다.

Description

소형 안테나{MINIATURE ANTENNA}

본 발명은 주로 복수의 주파수대에서 공용가능한 다주파공용 안테나에 관한 것으로, 특히 휴대단말 등에 내장할 수 있을 정도로 소형화가 가능한 다주파공용 안테나에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화기 등의 휴대단말이 널리 보급되어 있으며, 이러한 휴대단말을 소형화를 위해 휴대단말에 부수하는 안테나의 소형화가 중요하게 되었다. 특히, 휴대단말의 외부에 돌출하지 않고 완전 내장 가능한 안테나가 요구된다. 또한, 휴대단말의 통신방식에는 복수의 방식이 보급되어 있으므로, 다양한 방식에 대응하는 휴대단말에 사용할 수 있는 안테나로서 복수의 주파수에 송수신이 가능한 다주파 공용 안테나가 요구된다. 따라서, 휴대단말에 내장가능한 여러 가지 다주파 공용 안테나가 제안되어 왔다(예: 특허문헌1 참조).

특허문헌1: 특허공개 2002-314326

그러나, 선상 안테나, 면상 안테나를 막론하고, 안테나 사이즈를 소형화하면서 광대역 특성을 보유하는 것은 곤란하다. 특히 안테나 전체의 유전재료의 유전율을 높게 해서 소형화하는 방법을 이용하는 방법에서는, 광대역 특성을 유지하는 설계 조건을 제공하는 것이 곤란하다. 이와 같이, 종래의 구성으로는 휴대 단말에 내장가능한 다주파공용 안테나에 있어서 광대역특성을 보유하면서 소형화를 실현하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 3층 구조의 유전체와 급전용 및 접지용의 각 도체 패턴을 조합시킨 구성에 의해, 광대역 특성을 보유하면서 소형화 및 로우 프로파일(low profile)을 용이하게 실현할 수 있는 휴대 단말에 내장 가능한 소형 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 소형 안테나의 제1의 태양은 저유전율 재료로 이루어진 제1 유전체층을 고유전율 재료로 이루어진 제2 및 제3 유전체층 사이에 끼워 적층 형성한 3층 구조의 유전체와, 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 사이에 형성되고 상기 3층 구조의 유전체의 소정의 측면에서 기단이 급전점에 접속되는 급전용 도체 패턴과, 상기 제1 유전체층과 상기 제3 유전체층 사이에 형성되고 상기 소정의 측면에서 기단이 접지되는 접지용 도체 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 저유전체층을 사이에 끼워 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴을 대향시키므로 두 도체 패턴 사이에 생기는 전자계 결합을 이용하고 복합 모드(mode)를 형성하는 것에 의해 광대역 특성을 확보할 수 있다. 이때, 상하에 배치되는 고유전체는 각 도체 패턴 간의 전자계 결합에 큰 영향을 주지 않는다. 이로 인하여 광대역특성을 보유한 상태로 상당한 소형화가 가능해 진다.

본 발명의 소형 안테나의 제2의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴의 첨단과 상기 접지용 도체 패턴의 첨단을 상기 제1 유전체층을 관통해서 전기적으로 접속하는 단락 도체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴의 첨단을 단락하는 것으로 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴을 적절히 결합시키는 것이 가능하고, 따라서 임피던스의 조정이 용이하게 되어 광대역에서 사용이 용이해진다.

본 발명의 소형 안테나의 제3의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴이 복수의 반사점을 얻을 수 있도록 형성된 선형 도체로 이루어지는 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 저유전재료로 이루어진 유전체층의 상하로 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴을 대향시키므로 두 도체 패턴 간에 생기는 전자계 결합을 이용하고 복합 모드(mode)를 형성하는 것에 의해 광대역 특성을 확보할 수 있다. 더욱이, 복수의 반사점을 얻을 수 있도록 급전용 도체 패턴과 접지용 패턴은 각각 복수의 선형 도체로 이루어지는 패턴을 가지는 것에 의해 소형의 안테나 사이즈를 유지하고, 복수의 주파수에 대하여 공용가능한 다주파공용 안테나를 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제4의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴이 각각 기단에서부터 첨단에 이르기까지 복수의 선형 도체를 연결하여 적어도 상기 소정의 측면에 대향하는 측면의 부근에서 반환하는 패턴을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면 적어도 상기 소정의 측면에 대향하는 측면의 부근에서 반환하는 것에 의해 복수의 반사점을 얻을 수 있게 되어 복수의 주파수에 대하여 공용가능한 다주파공용 안테나를 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제5의 태양은, 상기 3층 구조의 적어도 바깥층의 유전체에는 해당 유전체의 유전율보다도 낮은 유전율을 가진 저유전율 패턴이 해당 유전체의 길이 방향에 설치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 급전용 도체 패턴 및 접지용 도체 패턴 각각의 선형 도체간의 불필요한 전계결합을 저감할 수 있어 광대역화의 효과를 확보할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제6의 태양은, 상기 저유전율 패턴이 상기 복수의 선형 도체로 이루어진 패턴의 2열의 도체 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 의하여 저주파화의 효과를 유지한 채 광대역화의 효과를 확보할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제7의 태양은, 상기 저유전율 패턴이 공기 구멍(孔)(슬릿)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 저유전율 패턴을 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제8의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴이 각각 상기 소정의 측면의 부근에서 반환하는 것에 더해, 상기 소정의 측면에 대향하는 측면의 부근에서도 반환하는 3열의 도체 패턴이며, 그 3열의 도체 패턴의 가운데 각각의 중앙의 패턴이 상기 제1 유전체를 사이로 해서 겹치는 위치에 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴은 각각 2회씩 반환하는 3열의 도체 패턴이 됨으로써 3주파에 공용가능한 다주파공용 안테나를 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제9의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴이 상기 각 유전체층의 면방향에 있어서 서로 어긋난 위치에서 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더하여 상하로 대향하는 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴의 사이에서, 위치 차이의 정도에 따라 전계결합 및 자계결합의 합을 적절하게 제어할 수 있어 불필요한 결합을 억제하여 안테나 특성을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 소형 안테나의 제10의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴이 서로 동일 형상의 도체 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 상하로 대향하는 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴이 동일 형상을 갖게 되므로 공진 주파수나 안테나 특성의 조정이 용이해진다.

본 발명의 소형 안테나의 제11의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴의 일방 또는 쌍방이 지그재그(zigzag) 선로를 포함해서 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 지그재그 선로를 포함하는 도체 패턴을 이용해서 안테나를 구성하므로 좁은 영역에 긴 선로장을 확보할 수 있어 낮은 주파수이어도 안테나의 소형화를 실현할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제12의 태양은, 상기 3층 구조의 유전체가 회로 기판의 일각에서 베이스판 도체를 잘라낸 부분에 배치되고, 상기 회로 기판에는 상기 급전용 도체 패턴의 기단이 접속되는 급전점과 상기 접지용 도체 패턴의 기단이 접속되는 접지점이 마련되어져 있는 것을 특징이라고 하는 소형 안테나이다.

본 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 여진(勵振)된 소형 안테나와 회로 기판의 베이스판 도체 단부 사이에 자류를 발생시켜 방사원으로서 작용시킬 수 있어 소형 안테나의 광대역 특성을 유지하면서 돌출한 구조를 불필요로 하는 로우 프로파일을 실현할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제13의 태양은, 상기 3층 구조의 유전체가 상기 각 유전체층의 면방향과 상기 회로 기판의 면방향이 거의 동일하게 되도록 잘라낸 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 3층 구조의 유전체를 회로 기판의 잘라낸 부분에 대하여 쌍방의 면방향이 동일하게 배치하므로 상당히 저자세의 소형 안테나를 실현하는 것이 용이해져서 휴대 단말에 적합한 소형 안테나를 실현할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제14의 태양은, 상기 3층 구조의 유전체가 상기 각 유전체층의 면방향과 상기 회로 기판의 면방향이 거의 직교하도록 상기 잘라낸 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 3층 구조의 유전체를 회로 기판의 잘라낸 부분에 대하여 쌍방의 면방향이 수직의 관계가 되도록 배치하므로 소형 안테나와 회로 기판의 표면 사이에 전자계를 집중시키는 동시에, 안테나 바로 아래의 부품 등의 영향을 받기 않고 더욱이 두 절광체(折筐體)의 열린 상태, 닫은 상태에서 특성을 안정시킨 소형 안테나를 실현할 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제15의 태양은, 상기 저유전율 재료로 이루어진 유전체층에 PEI(폴리에틸렌이미드) 또는 LCP(액정 고분자) 등의 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 형성이 용이해지는 동시에 유전재료로서의 특성이나 열특성이 양호하게 된다.

본 발명의 소형 안테나의 제16의 태양은, 상기 도체 패턴의 상기 기단 및 상기 복수의 반사점 각각의 사이의 공간적인 거리를 조정함으로써 상기 각 반사점에 대응한 공진주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

본 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 다주파공용 안테나로서 필요한 주파수대를 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 소형 안테나의 제17의 태양은, 상기 급전용 도체 패턴의 반환 위치와 상기 접지용 도체 패턴의 반환 위치의 상대적인 위치 관계를 조정함으로써 상기 각 공진주파수에 있어서의 임피던스가 거의 동일하게 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 광대역화를 위한 임피던스 조정을 용이하게 할 수 있다

본 발명의 소형 안테나의 제18의 태양은, 상기 적어도 바깥층의 유전체에 설치된 상기 저유전율 선상 패턴의 위치 및 길이를 조정함으로써 상기 공진 주파수 및 상기 임피던스를 조정하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나이다.

그 발명에 따르면, 위에서 기술한 작용에 더해서 공진 주파수의 조정 및 광대역화를 위한 임피던스 조정을 용이하게 행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 3층 구조의 유전체와 급전용 도체 패턴 및 접지용 도체 패턴을 조합하고 선형 도체를 연결해서 반환 패턴을 가지도록 각 도체 패턴을 구성함으로써, 전자계 결합의 작용으로 광대역특성을 보유하면서 소형화 및 로우 프로파일을 용이하게 실현하는 휴대 단말에 내장하기에 적합한 다주파공용 안테나를 실현할 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나의 구조를 나타내는 사시도;

도 2는 도 1에 도시된 다주파공용 안테나에 있어서 안테나 패턴의 구성을 도시한 도면;

도 3은 제1 실시예 관한 다주파공용 안테나가 휴대 단말의 내부회로 기판과 함께 설치된 상태의 배치를 나타내는 도면;

도 4는 도 3의 A 방향에서 본 측면도;

도 5는 제1 실시예 관한 다주파공용 안테나의 방사 원리를 설명하기 위해서 회로 기판에 설치된 상태의 다주파공용 안테나의 주변에 발생한 전계 벡터(vector)를 도시한 도면;

도 6은 상부의 급전용 도체 패턴과 하부의 접지용 도체 패턴의 위치 관계에 대하여 2종의 형태를 나타내는 도면;

도 7은 제1 실시예 관한 다주파공용 안테나에 있어서 바깥층의 유전체층에 설치된 공기 구멍(孔)을 나타내는 도면;

도 8은 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴 및 베이스판 도체의 사이에 발생하는 자계결합을 도시한 도면;

도 9는 지그재그 선로를 사용한 실시예에 관계된 다주파공용 안테나의 안테나 패턴의 구성을 나타낸 도면;

도 10은 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나에 대하여 회로 기판에 설치된 상태를 내보이는 측면도;

도 11은 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나에 있어서의 안테나 패턴의 구성을 나타낸 도면;

도 12는 제3 실시예에 관한 다주파공용 안테나에 있어서의 안테나 패턴의 구성을 나타낸 도면;

도 13은 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나에 대해 검증한 안테나 특성 중 VSWR의 주파수특성을 나타낸 도면;

도 14는 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나에 대해 검증한 안테나 특성 중 VSWR의 주파수특성을 나타낸 도면;

도 15는 기단첨단간의 거리를 변화시켜서 다주파공용 안테나의 주파수특성을 조정하는 예를 나타낸 도면;

도 16은 급전용 도체 패턴의 지그재그 반환 거리를 변화시켜서 다주파공용 안테나 임피던스 특성을 조정하는 예를 나타낸 도면; 및

도 17은 다주파공용 안테나 임피던스 조정에 사용하는 스미스 차트(Smith chart)의 예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 76 : 다주파공용 안테나 11, 51 : 제1 유전체층

12, 52 ; 제2 유전체층 13, 53 : 제3 유전체층

21, 41, 61, 91 : 급전용 도체 패턴

21a, 21b, 21c, 91a, 91b, 91c : 선형 도체

21d, 41d, 81d, 93 : 접속부

22, 42 2, 92 : 접지용 도체 패턴

22a, 22b, 22c, 22d, 92a, 92b, 92c : 선형 도체

22e , 42d, 82d, 94 : 접속부 23 : 단락 도체

24, 44, 84 : 급전용 단자 25, 45, 85 : 접지용 단자

30,70 : 회로 기판 30a, 70a : 잘라낸 부분

30b, 70b, 72 : 베이스판 도체 31 : 급전점

32 : 접지점

41a, 41b, 81a, 81b : 지그재그 선로

42a, 42b, 82a, 82b : 선형 도체

41c, 42c, 81c, 82c : 도체 패턴

48 : 기단첨단간 거리

49 : 급전용 도체 패턴의 지그재그 반환 거리

71 : 공기 구멍(孔)

73, 74a, 74b, 75a, 75b : 자계결합

161 : 주파수궤적

162 : 주파수궤적의 시점

163 : 주파수궤적의 정점

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 여기에서는, 본 발명을 적용하는 형태로서 적어도 두 가지 다른 주파수에 공용 가능하고 휴대전화 단말 등에 내장 가능한 소형의 다주파공용 안테나에 대하여 대표적인 세 가지 실시예를 설명한다.

(제1 실시예)

우선, 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나의 구성에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)의 구조를 나타낸 사시도다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 다주파공용 안테나(1)의 안테나 패턴의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)는 하층측에서 순서대로 제1 유전체층(11), 제2 유전체층(12), 제3 유전체층(13)의 3층으로 이루어진 적층구조를 갖는다. 더욱이, 제2 유전체층(12)과 제3 유전체층(13) 사이에 안테나 패턴으로서 급전용 도체 패턴(21)이 형성되고, 제1 유전체층(11)과 제2 유전체층(12) 사이에 접지용 도체 패턴(22)이 형성된다. 또한, 급전용 도체 패턴(21)의 첨단과 접지용 도체 패턴(22)의 첨단을 단락하는 단락 도체(23)가 제1 유전체층(11)을 관통해서 형성된다. 상기 각 유전체층과 각 도체는 일체화된다.

도 1에 있어서, 하부의 제1 유전체층(11)과 상부의 제3 유전체층(13)은 모두 고유전율 재료로 형성되는 한편, 중앙의 제2 유전체층(12)만이 저유전율 재료로 구성된다. 즉, 다주파공용 안테나(1)는 저유전율 재료를 두 층의 고유전율 재료 사이에 끼운 적층구조를 가진다. 각 층의 유전율로서 예를 들어 제1 유전체층(11) 및 제3 유전체층(13)에는 비유전율 20 이하의 유전재료를 사용하고, 제2 유전체층(12)에는 비유전율 4 이하의 유전재료를 사용하면 바람직하다. 또한, 제1 유전체층(11), 제2 유전체층(12), 제3 유전체층(13) 각각의 사이즈(size)와 유전율은 사용 주파수대나 원하는 안테나 특성에 따라서 적절히 정할 수 있다.

이하에서는 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)의 각 패턴의 구성에 대하여 도 2를 이용해서 설명한다. 도 2(a)에 도시된 것과 같이, 급전용 도체 패턴(21)은 기단에서 첨단에 이르기까지 세 개의 선형 도체(21a, 21b, 21c)가 연결된 평면장의 패턴으로 형성된다. 선형 도체(21a)는 가로방향의 길이 L1, 폭 W인 긴 패턴이다. 선형 도체(21b)는 선형 도체(21a)와 간격 D로 병렬 배치되고 가로방향의 길이 L2, 폭 W인 긴 패턴이다. 이러한 배치는 베이스 판 가장자리를 기준으로 유사한 적층구조를 형성한다. 그리고, 선형 도체(21c)는 선형 도체(21a)의 일단과 다른 선형 도체(21b)의 일단을 전기적으로 접속하도록 뻗어있는 길이 D의 패턴이다.

선형 도체(21a)의 기단측에는 급전용 단자(24)가 제공된다. 상기 급전용 단자(24)는 후술하는 회로 기판의 급전점과 접속하기 위한 단자다. 한편, 선형 도체(21b)의 첨단측에는 접속부(21d)가 제공된다. 상기 접속부(21d)에는 제2 유전체층(12)을 관통하는 단락 도체(23)의 일단이 접속된다. 이렇게, 급전용 도체 패턴(21)은 기단측의 급전용 단자(24)로부터 선형 도체 21a, 21c, 21b의 순으로 접속되어 접속부(21d)에 이르는 도체 패턴으로 구성된다.

한편, 도 2(a)에서 길이(L1, L2), 폭(W), 간격(D) 등의 파라미터는 다주파공용 안테나(1)의 임피던스나 각종 특성에 따라 적절히 설정할 수 있다. 또한, 도 2(a)에 도시된 예에서는 선형 도체(21a)와 선형 도체(21b)가 동일한 폭(W)을 가지며, 각각의 위치 관계는 평행하지만, 양자가 병렬 배치하는 관계이면 평행에서 약간 벗어난 위치 관계라도 괜찮고 각각의 폭이나 형상은 달라도 상관없다.

다음으로, 도 2(b)에 도시된 접지용 도체 패턴(22)은 기단에게 첨단에 이르 기까지 네 개의 선형 도체(22a, 22b, 22c, 22d)가 연결된 평면상의 패턴으로 형성되어 있다. 그 중, 선형 도체(22a, 22b, 22c)는 도 2(a)의 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21a, 21b, 21c)와 같은 사이즈 및 배치로 되어 있다.

그러나, 접지용 도체 패턴(22)은 선형 도체(22a)의 기단측에 세로방향으로 연장되는 선형 도체(22d)의 일단이 접속되어 있다는 점에서 급전용 도체 패턴(21)과 차이가 있다. 또한, 선형 도체(22d)의 타단에는 접지용 단자(25)가 제공된다. 이 접지용 단자(25)는 후술하는 회로 기판의 베이스판 도체와 접속하기 위한 단자이다. 도 2에 도시된 것과 같이 급전용 단자(24)와 접지용 단자(25)의 위치가 다른 것은 다주파공용 안테나(1)를 회로 기판에 접속할 때 서로 겹치지 않게 배치하기 위함이다. 이렇게, 접지용 도체 패턴(22)은 기단측의 접지용 단자(25)로부터 선형 도체 22d, 22a, 22c, 22b의 순으로 접속부(22e)에 이르는 도체 패턴으로 구성된다.

도 2에 도시된 것과 같이, 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)은 서로 유사한 형상으로 구성되고, 각각 1개 지점에 반환 패턴을 가진다. 유사한 패턴을 근접 배치함으로써 두 부분의 선로 간에 복합 모드(mode)를 갖게 할 수 있고 광대역화를 실현할 수 있다. 또한, 베이스판 가장자리와의 위치 관계를 고려하여 반환 부분을 설치함으로써 다주파공용 안테나(1)의 주파수 특성에 후술하는 것과 같이 복수의 피크(peak)가 나타나고 복수의 주파수에 대하여 공진 시킬 수 있다.

더욱이, 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)은 단락 도체(23)에 의해 첨단끼리 서로 접속되므로 일체로 연결된 입체적인 안테나 패턴이 구성되어 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)로서 기능한다. 한편, 제1 실시예에서는 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)을 단락 도체(23)에 의해 접속하는 구성을 나타내고 있지만, 단락 도체(23)를 설치하지 않고 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)의 각각의 첨단을 개방하는 경우이어도 다주파공용 안테나(1)를 구성할 수 있다.

한편, 도 2(b)에서 길이(L1, L2), 폭(W), 간격(D) 등의 파라미터나 선형 도체(22a, 22b)의 위치 관계나 형상에 대해서도 도 2(a)의 경우와 같이 적절히 설정할 수 있다. 이 경우 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)의 각각의 파라미터나 형상은 동일하게 설정하는 경우에 한하지 않고 쌍방을 서로 다르게 설정하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 다주파공용 안테나(1)가 휴대 단말 내부의 회로 기판과 함께 설치된 상태의 배치를 설명한다. 도 3은 회로 기판(30)에 설치된 상태의 다주파공용 안테나(1)의 배치를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A방향에서 본 측면도이다. 도 3에서, 휴대 단말의 내부에 설치되는 회로 기판(30)에는 무선회로나 제어 회로가 탑재되고 전체에 GND 레벨인 베이스판 도체(30b)가 포함된다. 상기 회로 기판(30)에는 상부의 한 모서리에 다주파공용 안테나(1)의 취부 부분과 거의 같은 형상이 되도록 베이스판 도체(30b)를 잘라낸 부분(30a)이 형성되며, 다주파공용 안테나(1)를 상기 잘라낸 부분(30a)에 설치할 수 있다.

또한, 다주파공용 안테나(1)는 회로 기판(30)의 잘라낸 부분(30a)의 형상에 일치하도록 배치된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 유전체층(11)이 회로 기판(30)의 바로 위에 배치되고 제2 유전체층(12)과 제3 유전체층(13)은 그 위에 배 치된다. 한편, 잘라낸 부분(30a)은 적어도 다주파공용 안테나(1)의 사이즈와 같은 정도이거나 조금 큰 사이즈로 설정하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이 회로 기판(30) 중에서 다주파공용 안테나(1)에 근접한 부분에는 급전점(31)과 접지점(32)이 제공된다. 다주파공용 안테나(1)로부터 급전용 단자(24)와 접지용 단자(25)가 돌출되고, 상기 급전용 단자(24)가 급전점(31)에 접속되며 상기 접지용 단자(25)가 접지점(32)에 접속된다. 이로 인해, 다주파공용 안테나(1)는 회로 기판(30)을 설치한 휴대 단말의 송수신 안테나로서 기능한다.

다음으로, 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)의 방사 원리에 대해서 설명한다. 제1 실시예는 다주파공용 안테나(1) 자체의 구조와 회로 기판(30)에의 설치 상태에 의해 광대역 특성을 손상하지 않고 다주파공용 안테나(1)의 로우 프로파일(low profile)을 가능하게 한다. 도 5는 다주파공용 안테나(1)의 방사 원리를 설명하기 위해서 회로 기판(30)에 설치된 상태의 다주파공용 안테나(1)의 주변에 발생한 전계 벡터(vector)를 표시한 도면이다.

도 5에 도시된 것과 같이 다주파공용 안테나(1)에 여진(勵振)하면, 회로 기판(30)에 베이스판 도체(30b)가 형성된 영역의 단부(도 5의 위치 P)와 다주파공용 안테나(1)의 측면 사이에 후린징(fringing) 전계가 발생한다. 이때, 전계 벡터(vector)와 밖에서 접한 법선 벡터(vector)의 외적으로 정의되는 방향(도 5의 지면수직방향)에 자류가 발생한다. 상기 자류는 위치 P에서 다주파공용 안테나(1)의 측면을 따라 분포된다. 이렇게 제1 실시예의 다주파공용 안테나(1)는 도 5의 등가 자류 슬롯(slot)이 방사원으로서 지배적으로 작용하고 일반적인 선상 안테나보다도 평면 안테나에 가까운 동작이 되므로 로우 프로파일에 적합하다.

다음으로, 다주파공용 안테나(1)의 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)의 적층 방향의 위치 관계를 설명한다. 도 6에서는 상부의 급전용 도체 패턴(21)과 하부의 접지용 도체 패턴(22)의 위치 관계에 대해 두 가지 형태를 도시하고 있다. 도 6(a)에서는 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21a, 21b)의 위치와 접지용 도체 패턴(22)의 선형 도체(22a, 22b)의 위치가 각 유전체층의 면방향에 대하여 서로 겹친 위치에 대향 배치되는 경우를 도시하고 있다. 이에 비해, 도 6(b)에서는 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21a, 21b)와 접지용 도체 패턴(22)의 선형 도체(22a, 22b)가 각 유전체층의 면방향에 있어서 서로 어긋난 위치에서 대향 배치되는 경우를 도시한다.

일반적으로 서로 근접하는 도체간에는 자계결합 및 전계결합이 발생한다. 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)의 경우, 급전용 도체 패턴(21) 또는 접지용 도체 패턴(22a)에 있어서의 면방향(가로방향) 결합도 존재하지만, 상술한 위치적인 관계보다 방사 원리의 면으로부터는 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)의 사이의 자계결합의 영향이 지배적이다. 이때, 접지용 도체 패턴(22)은 급전용 도체 패턴(21)과의 자계결합에 의해 여진(勵振)된다. 이에 대하여, 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21a, 21b) 상호간이나 접지용 도체 패턴(22)의 선형 도체(22a, 22b) 상호간의 전자계 결합은 방사 원리의 면으로부터 불필요한 결합이 된다.

한편, 도 6(a)에 도시된 것과 같이 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패 턴(22)이 가장 가까운 거리로 대향 배치되어서 전계결합이 발생하지만, 전계결합의 증가는 안테나 내부의 Q값 상승에 연결되므로 지나치게 강하면 원하는 광대역특성을 확보할 수 없는 경우도 있다. 그 때문에, 도 6(b)에 도시된 것과 같이 면방향에서 어긋난 위치로 대향 배치시키는 것에 의해 전계결합의 강도를 적절히 조정할 수 있다. 또한, 불필요한 자계결합에 대해서도 도 6(b)의 배치에서의 차이의 도합에 따라 결합의 강약을 조정하고, 이것에 의해 원하는 안테나 특성을 얻을 수 있도록 최적화를 행할 수 있다.

또한, 도 7에서는 안테나 특성을 향상시키기 위해서, 상기 3층 구조의 적어도 바깥층 유전체에 저유전율 패턴으로서의 공기 구멍(孔)(슬릿(slit))을 설치한다. 공기 구멍(孔)(71)은 바깥층 유전체(11,13)의 각각의 표면에서 이면까지 관통하고 있고, 바깥층 유전체(11,13)의 길이 방향에 설치되어 있다.

급전용 도체 패턴(21) 및 접지용 도체 패턴(22)의 외측에 고유전재료로 이루어지진 유전체층(11,13)을 설치한 것에 의해 공진주파수의 저주파화가 실현되는 한편, 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21a, 21b) 상호간이나 접지용 도체 패턴(22)의 선형 도체(22a, 22c) 상호간에 불필요한 결합이 강해질 수 있다.

전자계 결합의 개념을 도 8을 이용해서 설명한다. 전자계결합에는 다주파공용 안테나(76)와 베이스판 도체(72)와의 자계결합(73), 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21a)와 접지용 도체 패턴(22)의 선형 도체(22a)와의 자계결합(74a), 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21b)와 접지용 도체 패턴(22)의 선형 도체(22b)와의 자계결합(74b), 급전용 도체 패턴(21)의 선형 도체(21a,21b) 간의 자계결합(75a), 및 접지용 도체 패턴(22)의 선형 도체(22a,22b) 간의 자계결합(75b)이 있다. 동시에 전계결합도 고려할 필요가 있다. 이 중, 75a와 75b가 불필요한 결합이며, 광대역화는 이하의 조건을 만족시키는 것이 필요하다.

(74a 및 74b의 결합)>(73의 결합)>(75a 및 75b)…(식1)

한편, 급전용 도체 패턴(21) 및 접지용 도체 패턴(22)의 외측에 고유전재료로 이루어진 유전체층(11,13)을 설치하면, 불필요한 결합(75a, 75b)이 강해져서 (식1)의 관계가 (75a 및 75b)>(74a 및 74b의 결합)>(73의 결합)(식2)이 되고 광대역특성이 악화될 우려가 있었다.

따라서, 바깥층 유전체(11,13)에 저유전율 패턴으로서 공기 구멍(孔)(슬릿(slit))(71)을 설치하는 것으로 광대역특성을 최적화하는 것이 가능해졌다. 또한, 공기 구멍(孔)(71)을 설치하는 것에 의해 저주파화의 효과는 손상되지 않는다. 한편, 도 7에서는 바깥층 유전체(11,13)에만 공기 구멍(孔)(71)을 설치하였지만, 중앙 유전체층(12)에 공기 구멍(孔)을 설치해도 동일한 광대역화 효과를 실현할 수 있다.

도 7에서 급전용 도체 패턴(21) 및 접지용 도체 패턴(22)은 각각 1회 회귀되는 2열의 도체 패턴이다. 2열의 도체 패턴의 경우에, 공기 구멍(孔)(71)은 2열의 도체 패턴의 사이의 위치에 상당하는 바깥층 유전체(11,13)의 면방향의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 불필요한 자계결합(75a,75b)을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

유전체층에 공기 구멍(孔)을 설치하는 것에 의한 다른 효과로서, 불필요한 결합을 저감할 수 있는 것에서부터 도체 패턴의 간격을 작게 하는 것이 가능하다. 그 결과, 안테나의 폭을 좁힐 수 있어 안테나를 더욱 소형화하는 것이 가능하다.

다음으로, 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)에 관하여, 상술한 것 같은 기본적인 구성 및 원리에 근거하고 휴대전화용의 규격인 GSM, DCS, PCS의 세 가지 주파수대를 공용가능한 다주파공용 안테나(1)의 구체적인 실시예를 설명한다. 이러한 실시예에서는 급전용 도체 패턴(21)에 지그재그 선로를 이용해서 다주파공용 안테나(1)을 구성하고 있다.

도 9는 상기 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)의 안테나 패턴의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9(a)에 도시된 것과 같이, 급전용 도체 패턴(41)은 도 2(a)의 선형 도체(21a, 21b)에 대응하는 지그재그 선로(41a, 41b)를 사용하여 구성된다. 또한, 도체 패턴(41c)은 지그재그 선로(41a)의 일단과 다른 지그재그 선로(41b)의 일단을 전기적으로 접속한다. 또한, 지그재그 선로(41a)의 기단측에는 급전용 단자(44)가 설치되고, 지그재그 선로(41b)의 첨단측에는 접속부(41d)가 설치된다.

한편, 도 9(b)에 도시된 바와 같이 접지용 도체 패턴(42)은 지그재그 선로를 채용하지 않고, 선형 도체(42a, 42b)와 그 선형 도체(42a, 42b)를 전기적으로 접속하는 도체 패턴(42c)에 의해 구성된다. 또한, 선형 도체(42a)의 기단측에는 접지용 단자(45)가 설치되고, 선형 도체(42b)의 첨단측에 접속부(42d)가 설치된다.

더욱이, 급전용 도체 패턴(41)의 소정 위치에 복수의 스터브(stub)(46)가 형성되는 동시에, 접지용 도체 패턴(42)의 소정 위치에도 복수의 스터브(stub)(47)가 형성된다. 이러한 스터브(46,47)들은 다주파공용 안테나의 임피던스를 조정하는 역할을 한다. 따라서, 다주파공용 안테나의 임피던스가 최적화 되도록, 스터브(46, 47)의 위치, 개수, 형상, 사이즈 등을 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

도 9의 실시예에 있어서, 다주파공용 안테나(1)의 지그재그 선로(41a, 41b)는 주기적인 반환 패턴을 포함하여 형성되어 있기 때문에, 실질적인 안테나 길이를 길게 할 수 있다. 그 때문에, 본 실시예에 관련된 다주파공용 안테나(1)는 동일한 안테나 사이즈로 공진 주파수를 낮게 설정할 경우 또는 동일한 공진 주파수에 대하여 안테나 사이즈를 작게 할 경우에 유리한 구성이 된다.

한편, 도 9의 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)에 대해서도, 기본적으로는 도 1에 도시된 것과 같은 적층구조로, 도 3 및 도 4에 도시된 배치 방법을 따라 회로 기판(30)에 설치하면 바람직하다. 단, 도 9를 도 2와 비교하면 명확하듯이 급전용 단자(44)와 접지용 단자(45)의 위치 관계는 도 2와는 반대이므로 회로 기판(30)에서 급전점(31) 및 접지점(32)의 위치 관계도 반대로 할 필요가 있다. 이러한 위치 관계로 접속하더라도 다주파공용 안테나(1)의 기본적인 동작에는 변화가 없다.

(제2 실시예)

다음으로, 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나의 구성에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 제2 실시예에 있어서도 제1 실시예와 기본적인 구성은 공통되기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 제2 실시예에서는 다주파공용 안테나의 회로 기판에의 설치 방법이 제1 실시예와는 다르다.

도 10은 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나(2)에 대해서 도 4와 같이 회로 기판(70)에 설치된 상태를 보이는 측면도이다. 도 10에서 회로 기판(70)은 도 3의 회로 기판(30)과 같이 베이스판 도체(70b)를 잘라낸 부분(70a)이 설치되어 있다. 여기서, 제1 실시예에서는 회로 기판(30)의 면방향에 대하여 다주파공용 안테나(1)의 각층의 면방향이 동일하게 되도록 배치되는 것에 대해, 제2 실시예에서는 회로 기판(70)의 면방향에 대하여 다주파공용 안테나(2)의 각층의 면방향이 직교하도록 배치된다. 또한, 회로 기판(70)의 베이스판 도체(70b)에 가까운 측에서부터 순서대로 제1 유전체층(51), 제2 유전체층(52), 제3 유전체층(53)이 배치된다. 또한, 급전용 도체 패턴(61)은 제2 유전체층(52)과 제3 유전체층(53)의 사이에 형성되고 접지용 도체 패턴(62)은 제1 유전체층(51)과 제2 유전체층(52) 사이에 형성된다.

제2 실시예에서는 회로 기판(70)에 대한 다주파공용 안테나(2)의 배치 방향이 제1 실시예와 비교하여 90°차이가 있다. 그 때문에, 기본적인 방사 원리는 제1 실시예와 같지만, 후린징(fringing) 전계의 발생 상태는 배치를 반영한 차이가 있다. 제2 실시예의 배치 방법에 따르면, 다주파공용 안테나(2)를 여진(勵振) 했을 때에 발생하는 전계 벡터(vector)는 주로 회로 기판(70)의 베이스판 도체(70b)의 표면에 분포하고, 지판 가장자리 이면에서 다주파공용 안테나(2)를 향하는 전계 벡터(vector)의 기여는 작다. 그 때문에, 다주파공용 안테나(2)의 바로 아래의 잘라낸 부분(70a)에 금속부품 등이 배치되어 있는 경우라도 그 영향을 경감할 수 있다는 점에서 장점이 있다. 또한, 두 절광체에 탑재했을 경우에, 절광체를 연 상태 및 닫은 상태에서의 특성 변화를 작게 할 수 있다.

다음으로, 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나(2)에 있어서, 제1 실시예의 경우와 같이 GSM, DCS, PCS 세 가지의 주파수대를 공용가능한 다주파공용 안테나(2)의 구체적인 실시예를 설명한다. 이러한 실시예에 있어서도, 도 9와 같이 지그재그 선로를 사용하여 다주파공용 안테나(2)를 구성한다.

도 11은 상기의 실시예에 관한 다주파공용 안테나(2)의 안테나 패턴의 구성을 나타내는 도면이다. 도 11(a)에 도시된 것과 같이 급전용 도체 패턴(81)은 도 9(a)와 같이 지그재그 선로(81a,81b)를 사용해서 구성된다. 또한, 도체 패턴(81c)은 지그재그 선로(81a)의 일단과 지그재그 선로(81b)의 일단을 전기적으로 접속한다. 또한, 지그재그 선로(81a)의 기단측에는 급전용 단자(84)가 설치되고, 지그재그 선로(81b)의 첨단측에 접속부(81d)가 설치된다.

한편, 도 11(b)에 도시된 것과 같이 접지용 도체 패턴(82)은 지그재그 선로를 사용하지 않고, 선형 도체(82a, 82b)와 그 선형 도체(82a, 82b)를 전기적으로 접속하는 도체 패턴(82c)에 의해 구성된다. 또한, 선형 도체(82a)의 기단측에는 접지용 단자(85)가 설치되고, 선형 도체(82b)의 첨단측에는 접속부(82d)가 설치된다.

제2 실시예의 경우도, 다주파공용 안테나(2)의 안테나 패턴을 지그재그 선로(41a, 41b)를 포함시켜 구성한 것에 의해, 제1 실시예와 같이 안테나 사이즈를 작게 할 수 있다. 한편, 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나(2)가 회로 기판(70)의 면방향에 대하여 직교하도록 배치하였기 때문에, 급전용 도체 패턴(81), 접지용 도체 패턴(82)의 폭을 작게 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 6 및 도 10에서는 본 발명에 관한 다주파공용 안테나를 회로 기판의 설치 패턴이 설치된 면과는 반대측에 설치하고 있지만, 다소 조정이 필요하더라도 같은 면에 배치해도 상관없다.

(제3 실시예)

다음으로, 제3 실시예에 관한 다주파공용 안테나의 구성에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 제3 실시예에 있어서도 제1 실시예와 기본적인 구성은 공통되기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 제3 실시예에서는 3주파 대응으로서 상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴이 3열의 선형 도체로 구성된다.

도 12(a) 및 도 12(b)는 각각 제3 실시예에 관한 급전용 도체 패턴(91) 및 접지용 도체 패턴(92)을 나타낸다. 각각은 급전용 단자(93), 접지용 단자(94)에 대향하는 측면 부근에서 반환하는 것에 더해, 급전용 단자(93), 접지용 단자(94)의 부근에서도 반환하는 3열의 선형 도체로 이루어지는 도체 패턴이며, 해당 3열의 선형 도체의 가운데 각각의 중앙의 도체 패턴(91b, 92b)은 상기 중앙 유전체(12)를 사이로 해서 겹치는 위치에 상대적으로 배치된다.

급전측 패턴(91)과 접지측 패턴(92)은 형상이 같을 필요는 없고, 중앙의 선형 도체(91b,92b)를 가지런히 정돈하는 이외에는 임피던스를 조절하기 위해서 폭을 변화시키는 위치를 조금씩 바꾸는 것도 괜찮다.

한편, 상술한 각 실시예에 있어서 복수의 주파수대에서 공용가능한 다주파공용 안테나에 대하여 본 발명을 적용하는 경우를 설명하였지만, 이에 한정될 것은 아니고 도 1에 도시된 것과 같은 3층 구조의 유전체, 급전용 도체 패턴, 접지용 도 체 패턴을 구비하고 있으면 특정 주파수에 대한 광대역특성을 소유하는 소형 안테나에 대해서도 널리 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 상술한 각 실시예에 있어서 각각의 안테나 패턴은 두 개 또는 세 개의 선형 도체를 연결해서 한 개의 반환 패턴 또는 두 개의 반환 패턴을 포함하도록 구성되었지만, 보다 다수의 선형 도체를 연결해서 다수의 반환 패턴을 포함하도록 안테나 패턴을 구성하는 경우라도 널리 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

다음으로, 상술한 각 실시예에서 본 발명의 다주파공용 안테나의 조정 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 다주파공용 안테나는 안테나 특성으로서 공진 주파수대와 임피던스의 조정이 필요하다.

공진 주파수대의 평가의 일 수단으로는 VSWR을 사용할 수 있고, 다주파공용 안테나의 사용 대역으로서는 VSWR이 대략 3 이하가 되는 범위를 상정할 수 있다. 여기서 우선, 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)의 안테나 특성을 도 9의 구성에 적합한 다주파공용 안테나(1)를 예로 하여 설명한다. 도 13은 제1 실시예와 관련된 다주파공용 안테나(1)에 있어서 검증한 안테나 특성 가운데 VSWR의 주파수특성을 나타내는 도면이다. 또한, 표 1은 도 13의 VSWR의 주파수 특성을 실험 검증할 때, GSM, DCS, PCS 세 가지 주파수대에서 사용하는 것을 상정한 다주파공용 안테나(1)의 설계 조건을 나타내고 있다.

항목	설계조건
제1 유전체층의 비유전율	18.2
제2 유전체층의 비유전율	4.5
제3 유전체층의 비유전율	18.2
안테나 사이즈: 길이	28.5mm
안테나 사이즈: 폭	7.5mm
안테나 사이즈: 높이	3mm

표 1의 설계 조건에 근거하고, 제1 실시예에 관련된 다주파공용 안테나(1)를 사용하여 주파수와 VSWR의 관계를 살펴본 결과, 주파수 500-2500㎒의 범위에서 도 13에 도시된 것과 같은 그래프를 얻을 수 있었다. 한편, 이와 같은 실험 검증을 할 때에는 다주파공용 안테나(1)의 전단에 임피던스를 완전히 조정하기 위한 외부조정 회로를 부가한다. 도 13에 도시된 그래프에 따르면, 900㎒ 부근에서 VSWR의 피크가 나타나는 동시에 1700-1900㎒에서도 VSWR의 피크가 나타난다는 것을 알 수 있다.

다주파공용 안테나(1)의 사용 대역으로서 VSWR가 3 이하가 되는 범위를 상정하면, 도 13에서 저주파측에서는 94㎒의 대역폭이 확보되고, 고주파측에서는 280㎐의 대역폭이 확보되어, 각각의 비대역으로서는 저주파측이 10.3%, 고주파측이 15.6%에 상당한다. 그 저주파측 및 고주파측의 각각에 확보된 주파수의 범위에 의해 GSM, DCS, PSC 모두의 주파수대가 사용가능한 것이 확인되었다

제1 실시예에서는 도 13에 도시된 안테나 특성을 얻기 위해서 표 1의 안테나 사이즈를 설정하였으며 그 경우의 안테나 체적은 641㎥에 해당한다. 이에 비해, 종래의 구성으로 같은 정도의 안테나 특성을 확보하기 위해서는 10배 이상의 안테나 체적이 필요하다. 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)는 종래의 구성과 비교하여, 원하는 안테나 특성을 확보하기 위한 안테나 체적을 10분의 1 이하로 감축하는 것이 가능해져 안테나 사이즈의 소형화에 효과가 크다.

다음으로, 제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나(2)의 안테나 특성에 대해서 설명한다. 도 14는 도 11의 구성에 적합한 다주파공용 안테나(2)를 예로 들어 제1 실시예의 도 13과 같은 실험에 의해 검증한 VSWR의 주파수 특성을 도시한 도면이다. 한편, 이 같은 도 14의 실험 검증은 제1 실시예의 표 1과 같은 설계 조건으로 행해진다.

제2 실시예에 관한 다주파공용 안테나(2)를 이용해서 주파수와 VSWR의 관계를 구한 결과, 주파수 500-2500㎒의 범위에서 도 14에 도시된 것과 같은 그래프를 얻을 수 있었다. 한편, 다주파공용 안테나(2)의 전단에 외부조정 회로를 부가한 점은 제1 실시예의 경우와 같다. 상기 그래프에 따르면, 대강 제1 실시예의 도 13과 비슷한 경향을 얻을 수 있고 VSWR의 두 피크가 나타난다. 이것에 의해, VSWR이 대강 3 이하가 되는 다주파공용 안테나(2)의 사용 대역으로서는 저주파측에서는 91㎒의 대역폭이 확보되고, 고주파측에서는 383㎐의 대역폭이 확보되어, 각각의 비대역으로서는 저주파측이 9.8%, 고주파측이 21.2%에 상당한다. 그 저주파측 및 고주파측의 각각에 확보된 주파수의 범위에 의해, GSM, DCS, PSC 모든 주파수대가 사용 가능한 것이 확인되었다.

이하에서는, 제1 실시예에 관한 다주파공용 안테나(1)의 안테나 특성을 참조하면서 안테나 특성의 조정 방법을 설명한다. 공진 주파수의 조정은 도 13에 도시한 그래프에 있어서 VSWR가 3 이하가 되는 주파수대가 원하는 주파수대가 되도록 설계 조건 등을 조정한다. 설계 조건으로서, 도 9에 도시된 기단과 첨단간 거리(48)를 조정했을 때의 VSWR의 변화의 일 예를 도 15에 도시한다. 도 15(a)에서는 기단과 첨단간 거리를 작게 하면 저주파측의 공진주파수를 저하시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 도 15(b)에서는 고주파측의 공진주파수는 기단과 첨단간 거리를 작게하면 고주파측으로 이동한다. 단, 고주파측의 공진주파수 쪽이 변화가 작고 또 고주파측의 공진주파수의 조정은 다른 설계 조건의 조정 등으로 용이하게 조정할 수 있으므로 기단첨단간 거리의 조정에 의해 저주파측의 공진주파수를 조정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 임피던스 조정 방법으로서 스미스 차트(Smith Chart)를 채용한 방법을 설명한다. 도 17은 스미스 차트의 일 예이며 반사 계수면에서, 벡터S(161)는 원점(중심)에서 주파수궤적의 시점을 향해서 끌리는 벡터를 나타내고, 다른 벡터R(162)은 중심에서 주파수궤적의 정점을 향해서 끌리는 벡터를 나타낸다. 또한, 궤적(163,164)은 각각 저주파영역에 있어서의 주파수궤적 및 고주파영역에 있어서의 주파수궤적을 나타낸다. 임피던스의 조정은 주파수의 광대역화를 꾀하는 것이 목적이지만, 광대역화의 지표로서 /S/ 및 /R-S/, 즉 벡터 S 및 R-S의 각각의 크기를 사용할 수 있다. 전술한 VSWR<3의 조건 아래에서 대역이 최대가 되는 것은:

/S/=0.5 동시에 /R-S/=1.0 (식3)

을 충족시킬 때이다. 따라서, 임피던스 조정은 상기의 조건에 가능한 한 가깝도록 설계 조건을 조정함으로써 주파수의 광대역화를 꾀할 수 있다.

임피던스를 조정하기 위한 설계 조건의 하나로서 도 9의 지그재그 반환 거리(49)가 있다. 지그재그 반환 거리(49)를 변화시켰을 때의 /R-S/의 변화의 일 예를 도 16에 도시하였다. 도 16의 (a),(b)는 각각 저주파영역, 고주파영역에 대한 /R-S/의 변화를 도시하고 있다. 도 16에서 /R-S/=1.O의 조건에 가능한 한 가깝고, 동시에 저주파영역 및 고주파영역에서 /R-S/가 같은 정도가 되도록 지그재그 반환 거리를 조정하는 것이 바람직하다. 즉 다시 말해, 도 17에서 저주파영역에 있어서의 주파수궤적(163)과 고주파영역에 있어서의 주파수궤적(164)이 같은 정도의 크기의 엔장이 되도록 한다. 한편, 이러한 임피던스 조정에 따라서 식 3의 또 하나의 조건인 /S/=0.5로부터 크게 벗어날 염려는 없지만 이러한 조정은 외부조정 회로를 사용하여 용이하게 조정하는 것이 가능하다.

다주파공용 안테나의 안테나 특성을 조정하는 수단으로서, 상기의 것 이외에 청구항 3 및 청구항 4 기재의 공기 구멍(孔)의 위치 및 길이를 변화시키는 것에 의해도 공진 주파수대와 임피던스의 조정이 가능하다.

상술한 각 실시예에 있어서의 본 발명의 소형 안테나(1)는 저유전율 재료로 이루어진 중앙 유전체층(12)의 상부와 하부를 고유전율 재료로 이루어진 유전체층(11,13)으로 적층 형성한 3층 구조이다. 그 중, 중앙의 저유전율 재료로 이루어진 유전체층(12)은 PEI(폴리에틸렌이미드) 또는 LCP(액정 고분자) 등의 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 바깥층의 고유전율 재료로는 세라믹스(ceramics)를 배합한 수지가 사용된다.

중앙의 유전체층(12)의 양쪽 표면에는 급전용 도체 패턴(21)과 접지용 도체 패턴(22)이 형성되지만, 이러한 양면 프린트(print) 기판의 근본재료에는 일반적으로 유리 에폭시가 사용되었다. 본 발명의 소형 안테나(1)의 중앙 저유전율 재료로서 유리 에폭시를 대신해서 PEI 또는 LCP라는 수지를 적용한 효과를 이하에서 설명한다. 유리 에폭시는 열경화성 수지이기 때문에 가열되어도 변형하기 어려운 성질을 가지고 있다. 이에 비해, 바깥층의 고유전율 재료로 사용될 수 있는 PPS는 열가소성이기 때문에 과열되면 변형하기 쉬운 특징이 있다. 이렇듯, 내층과 바깥층의 열특성이 크게 다르고, 특히 선팽창율에서 큰 차이가 있기 때문에 형성이 곤란하다는 문제가 있었다. 또한, 온도 환경에 의해 깨어짐이 발생하는 과제도 있었다.

이에 대하여, 내층의 저유전율 재료에 유리 에폭시를 대신하여 PEI 또는 LCP라고 하는 열가소성 수지를 사용하면 내층과 바깥층의 열특성, 특히 선팽창율을 동일하게 할 수 있어 형성이 용이해질 뿐만 아니라 온도 환경에 대한 내력을 대폭 개선할 수 있다.

또한, 유리 에폭시는 유전정접(Dissipation factor)의 값이 크기 때문에 고주파영역에서 사용했을 경우 유전체 손실이 커지고 방사 효율이 저하된다고 하는 문제도 있었다. 이에 대해, PEI 또는 LCP라고 하는 수지는 유전정접이 유리 에폭시에 비해 약 1자리수 낮으므로 PEI 또는 LCP를 사용하면 열손실을 개선할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 3층 구조의 유리 에폭시 안테나(1)에서는 중앙 유전체층(12)의 두께가 안테나 특성에 있어서 중요한 파라미터가 되지만, 일반적으로 유리 에폭시 기판은 두께의 조정이 용이하지 않고 편차도 큰데 비해, PEI 또는 LCP라고 하는 수지를 사용했을 경우에는 두께의 조정이 용이해지는 효과가 있다.

본 발명의 소형 안테나(1)의 제조 방법을 이하에서 설명한다. 본 발명의 소형 안테나(1)는 저유전율 재료로 이루어진 중앙 유전체층(12)의 상부와 하부를 고유전율 재료로 이루어진 유전체층(11,13)에 끼워서 적층 형성한 3층 구조로 되고 있고, 상기 중앙 유전체층(12)과 상기 상부 유전체층(13)의 사이에는 급전용 도체 패턴(21)이 형성되어 있으며, 또한 상기 중앙 유전체층(12)과 상기 하부 유전체층(11)의 사이에는 접지용 도체 패턴(22)이 형성되어 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 소형 안테나(1)는 중앙의 저유전율 재료로 이루어진 유전체층(12)의 상부와 하부 각각에 급전용 도체 패턴(21) 및 접지용 도체 패턴(22)이 형성되고 그것을 바깥층의 고유전율 재료로 이루어진 유전체층(11,13)에 끼어서 제조한다.

따라서, 이하에서는 급전용 도체 패턴(21) 및 접지용 도체 패턴(22)이 형성되는 중앙의 저유전율 재료로 이루어지는 유전체층(12)의 제조 방법을 설명한다. 유리 에폭시를 기판으로 하는 제조 방법에서는 동박이 전면에 도금된 유리 에폭시 구리장판의 양면에 레지스트 도포, 패턴 노광, 패턴 에칭(etching), 레지스트 박리, 표면처리 순서로 패턴이 형성된다.

PEI 또는 LCP라고 하는 수지를 상기 중앙의 저유전율 재료에 사용했을 경우의 제1의 제조 방법은 안테나 형상에 사출 형성한 것을 화학 에칭(etching)한 후에 구리를 전면 무전해 도금 또는 전면 전기 도금한다. 그 다음에, 필름(film) 레지스트의 첨부, 패턴 노광, 패턴 에칭(etching), 레지스트 박리, 표면처리 순서로 패턴을 형성한다. 이러한 제1의 제조 방법은 전면에 구리를 도금하고 패턴 이외의 부분을 후에 제거하고 있지만, 패턴 부분에 사용되는 것은 전체의 1/3-1/4정도이기 때문에 대부분의 구리가 제거된다.

또한, 제2의 제조 방법으로는 안테나 형상에 사출 형성한 수지에 대하여 일례와 코로나(corona) 방전에 의해 패턴 부분만을 표면 처리한다. 그 다음에, 구리 도금의 앵커(anchor) 효과를 얻기 위해서 표면 처리한 부분에 우선 무전해 도금 핵인쇄 또는 유전도료인쇄를 시행한다. 그 다음에, 무전해 또는 전해 도금을 행하여 표면처리를 실행하여 패턴을 완성되게 한다. 이러한 제2의 제조 방법에서는 구리의 사용량을 대폭 절감하여 비용을 저감하는 동시에, 제조 공정도 간소화하는 큰 효과가 있다.

본 발명의 소형 안테나는 3층 구조의 유전체와 두 개의 서로 대향하는 도체 패턴을 조합하여 전자계 결합의 작용으로 광대역특성을 보유하면서 소형화 및 로우 프로파일을 용이하게 실현할 수 있고 휴대 단말에 용이하게 적용할 수 있다.

Claims

저유전율 재료로 이루어진 제1 유전체층을 고유전율 재료로 이루어진 제2 및 제3 유전체층 사이에 끼워 적층 형성한 3층 구조의 유전체;

상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층의 사이에 형성되고 상기 3층 구조의 유전체의 소정의 측면에서 기단이 급전점에 접속되는 급전용 도체 패턴; 및

상기 제1 유전체층과 상기 제3 유전체층 사이에 형성되고 상기 소정의 측면에서 기단이 접지되는 접지용 도체 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴의 첨단과 상기 접지용 도체 패턴의 첨단을 상기 제1 유전체층을 관통해서 전기적으로 접속하는 단락 도체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴은 복수의 반사점(反射点)을 얻을 수 있도록 형성된 선형 도체로 이루어지는 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴은 각각 기단에서부터 첨단에 이르기까지 복수의 선형 도체를 연결하여 적어도 상기 소정의 측면에 대향하는 측면의 부근에서 반환하는 패턴을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 3층 구조의 적어도 바깥층의 유전체에는 해당 유전체의 유전율보다 낮은 유전율을 가진 저유전율 패턴이 설치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제5항에 있어서,

상기 저유전율 패턴은 상기 복수의 선형 도체로 이루어진 패턴의 2열의 도체 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 저유전율 패턴은 공기 구멍(孔)(슬릿)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴과 접지용 도체 패턴은 각각 상기 소정의 측면의 부근 에서 반환하는 것에 더해, 상기 소정의 측면에 대향하는 측면의 부근에서도 반환하는 3열의 도체 패턴이며, 상기 3열의 도체 패턴의 가운데 각각의 중앙의 패턴이 상기 제1 유전체를 사이로 해서 겹치는 위치에 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴은 상기 각 유전체층의 면방향에 있어서 서로 어긋난 위치에서 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴은 서로 동일 형상의 도체 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴과 상기 접지용 도체 패턴의 일방 또는 쌍방은 지그재그 선로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 3층 구조의 유전체는 회로 기판의 일각에서 베이스판 도체를 잘라낸 부 분에 배치되고, 상기 회로 기판에는 상기 급전용 도체 패턴의 기단이 접속되는 급전점과 상기 접지용 도체 패턴의 기단이 접속되는 접지점이 제공되는 것을 특징이라고 하는 소형 안테나.
제12항에 있어서,

상기 3층 구조의 유전체는 상기 각 유전체층의 면방향과 상기 회로 기판의 면방향이 거의 동일하게 되도록 잘라낸 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제12항에 있어서,

상기 3층구조의 유전체는 상기 각 유전체층의 면방향과 상기 회로 기판의 면방향이 거의 직교하도록 상기 잘라낸 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 저유전율 재료로 이루어진 유전체층에는 PEI(폴리에틸렌이미드) 또는 LCP(액정 고분자) 등의 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도체 패턴의 상기 기단 및 상기 복수의 반사점 각각의 사이의 공간적인 거리를 조정함으로써 상기 각 반사점에 대응한 공진주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제3항 내지 제11항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 급전용 도체 패턴의 반환 위치와 상기 접지용 도체 패턴의 반환 위치의 상대적인 위치 관계를 조정함으로써 상기 각 공진주파수에 있어서의 임피던스가 거의 동일하게 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 바깥층의 유전체에 설치된 상기 저유전율 선상 패턴의 위치 및 길이를 조정함으로써 상기 공진 주파수 및 상기 임피던스를 조정하는 것을 특징으로 하는 다주파공용 안테나.