JP2006115448A - 広帯域内蔵型アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は移動通信端末機の内部に構成され広帯域の信号を処理できる広帯域内蔵型アンテナに関するものである。
【解決手段】広帯域内蔵型アンテナ（４０）は第１、第２放射体（４１、４２）を含む。第１放射体（４１）は相異するピッチ間隔を有する一つ以上のコイルが直列で連結された構造を有する。第２放射体（４２）は一つ以上の導電性ストリップラインを有し、第１放射体（４１）の長さ方向と平行に配される。第２放射体（４２）は螺旋形状で巻線されるので、第２放射体（４２）に流れる電流の経路は、直線形状で形成される第１放射体（４１）のストリップラインに流れる電流とは相異する方向の電流経路を有する。アンテナ（４０）はこのように相異する方向の電流経路を有する第１、２放射体（４１、４２）が相互電磁気カップリングによって所望の広帯域を設定できるようになる。
【選択図】図４

Description

本発明は移動通信端末機に具備され無線信号を送受信するアンテナに関するもので、とりわけ移動通信端末機内部に構成され広帯域の信号を処理できる広帯域内蔵型アンテナに関するものである。

現在、移動通信端末機は小型化及び軽量化されつつ、多様なサービス提供機能も要されている。かかるニーズに対応するために移動通信端末機に用いられる内蔵回路及び部品らは多機能化され、同時に漸次小型化される流れにある。かかる流れは移動通信端末機の主要部品の一つであるアンテナに対してもやはり同様である。

図１は一般的な平面逆アンテナ(PIFA)の構造図である。

平面逆アンテナ(PIFA)は移動端末機に内蔵できるアンテナとして、図１に示したように、基本的に平面形状の放射部（２）、上記放射部（２）に連結された短絡ピン（４）、同軸線（５）及び接地板（９）から成る。上記放射部（２）は同軸線（５）を通して給電され、上記短絡ピン（４）により接地板（９）と短絡させインピーダンス整合を成す。上記ＰＩＦＡは短絡ピン（４）の幅（Ｗｐ）と放射部（２）の幅（Ｗ）によって上記放射部（２）の長さ（Ｌ）とアンテナの高さ（Ｈ）を考慮して設計しなければならない。

かかるＰＩＦＡは上記放射部（２）に誘起された電流により発生する全体ビーム中接地面側へ向かうビームが再び誘起され人体に向かうビームを減衰させＳＡＲ特性を改善する同時に放射部方向へ誘起されるビームを強化させる指向性を有し、直方形である平板型放射部の長さが半分に減少した直方形のマイクロストリップアンテナとして作動し低いプロファイル構造を実現することができる。

また、ＰＩＦＡは内蔵型アンテナとして端末機の内部に構成されるので、端末機の外観を優麗にデザインでき外部の衝撃にも優れた特性を有する。かかるＰＩＦＡは多機能化の流れに応じて多くの改良がなされているが、そのうち多重の帯域アンテナの場合図２のように応用される。

図２は従来の内蔵型二重帯域アンテナを示した図である。

図２によると、従来の内蔵型二重帯域アンテナは放射部（２０）、給電ピン（２５）及び接地ピン（２６）から成る。 このような従来の内蔵型アンテナの放射部（２０）は内側に高帯域(high band)の信号を処理する広帯域の放射部（２１）とその外周面に沿って所定の距離で離隔され低帯域(low band)の信号を処理する低帯域放射部（２２、２３、２４）から成る。即ち、広帯域放射部（２１）と低帯域放射部（２２、２３、２４）が並列構造で連結される。そして上記放射部（２０）の一端には上記給電ピン（２５）及び接地ピン（２６）が連結される。

しかし、かかる従来の内蔵型二重帯域アンテナは放射部が一平面上に全て形成されるもので、サイズが大きく単価が高いので、小型化が要される最近の移動通信端末機の場合競争力が劣るとの問題がある。

図３は従来のセラミックチップアンテナを示した図である。

図３によると、従来のセラミックチップアンテナはチップ積層工程を利用してセラミックチップアンテナ（３０）の内部に放射を司る導電体（３４、３６）が形成される。図３には上記導電体（３４、３６）が螺旋のコイル形状である場合を示してあるが、様々な変形が可能である。上記導電体（３４、３６）は底面（３２）に平行に印刷された水平ストリップ線（３４）と、底面（３２）に垂直に形成されたバイアホール(via hole)に伝導性ペースト(paste)が充填され成る垂直ストリップ線（３６）とで成る。

このように従来のセラミックチップアンテナ（３０）は小型で作製することができ効率が良い。しかし、従来のセラミックチップアンテナ（３０）は帯域幅が狭く外部要因に敏感で、作製単価が高く実際移動端末機に適用しがたい問題がある。

本発明は上記のような問題点を解消するために提案されたものであって、本発明の目的は移動通信端末機に内蔵できながら、小型且つ容易に具現できるアンテナを提供することにある。

さらに本発明の他目的は移動通信端末機の内蔵型アンテナにおいて優れた広帯域特性を有するアンテナを提供することにある。

上記目的を成し遂げるための本発明による広帯域内蔵型アンテナは、相異するピッチ間隔を有する一つ以上のコイルが直列で連結された放射部を有する第１放射体と、上記第１放射体の長さ方向と平行に配列される少なくとも一つの導電性ストリップラインを有する第２放射体とを含み、上記第１放射体に流れる電流と上記ストリップラインに流れる電流とは相異する方向の電流経路で形成することにより相互電磁気カップリングによって所定の広帯域を設定することを特徴とする。

ここで、上記上記第１放射体は実質的に直方面体形状で巻線することが好ましい。

さらに、上記第１放射体は、所定ピッチを有し直方面体形状で巻線された第１コイルと、上記第２コイルに連続され上記第１コイルのピッチより大きいピッチ間隔を有する第２コイルを含むことが好ましく、上記第１、２コイルの全長により第１通過帯域が設定され、上記第２コイルによって第２通過帯域が設定されることができる。

また、上記第２放射体は、上記第１放射体の一端部が付着され、上記アンテナに電流を供給する給電部及び上記アンテナを接地させるための接地部が形成された連結部をさらに含むことが好ましい。

さらに、上記第１放射体の一端には電流を供給するための給電ラインが連結され、上記給電ラインは上記給電部に付着されることが好ましい。

さらに、上記第１放射体の他端には電流が引き出される引出ラインが連結され、上記引出ラインは上記第２放射体に形成された固定パッドに連結され上記第２放射体上に固定されることが好ましい。

さらに、本発明による広帯域アンテナは、上記ストリップラインの長さを変形することにより上記アンテナの共振周波数及び帯域幅を調節できることを特徴とする。

さらに、本発明による広帯域アンテナは、上記第１放射体を囲繞し誘電体で形成されたケースをさらに含むことができる。

ここで、上記ケースは誘電率が２〜３の値を有する誘電体で形成されることが好ましい。

さらに、上記第２放射体は印刷回路基板（ＰＣＢ）で形成されることができ、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）工程によって形成されることもできる。

上述したような本発明によると移動端末機の内部に実装される内蔵型アンテナが優れた広帯域特性を有しながら小型となるよう作製することができる。したがって、本発明による広帯域内蔵型アンテナを用いる場合移動端末機の小型化及び設計自由度を高められる利点がある。

以下、本発明の好ましき実施例の詳しい説明については添付の図を参照しながら説明する。図中参照番号及び同一な構成要素に対しては、たとえ異なる図上に表示されても、できるだけ同一な参照番号及び符合で示すことに留意するべきである。下記本発明の説明において、関連公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の旨を不要に曇らせかねないと判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

図４は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの基本構造を示した図である。

図４によると、本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナ（４０）は第１放射体（４１）と第２放射体（４２）を含む。

上記第１放射体（４１）は相異するピッチ間隔を有する一つ以上のコイルが直列で連結された構造を有する。上記第１放射体（４１）は相異するピッチ間隔を有するコイルによって多重帯域を形成することができる。

上記第２放射体（４２）は一つ以上の導電性ストリップラインを有し、上記第１放射体（４１）の長さ方向と平行に配される。上記第２放射体（４２）は螺旋形状で巻線されるので、上記第２放射体（４２）に流れる電流の経路は、直線形状で形成される上記第１放射体（４１）のストリップラインに流れる電流とは相異する方向の電流経路を有する。本発明によるアンテナ（４０）はこのように相異する方向の電流経路を有する第１、２放射体（４１、４２）の相互電磁気カップリング(EM coupling)によって所望の広帯域を設定できるようになる。

図５は本発明の実施例による第１放射体の細部構造である。

図５によると、本発明の実施例による第１放射体（４１）は二つ以上の設定周波数帯域の信号を放射または受信するよう直方形状で一つ以上のピッチ間隔で巻線されたコイルから成る放射部（５０）、上記放射部（５０）に連結され電気信号が印加される給電ライン（５３）及び電気信号が引き出される引出ライン（５４）から成る。

上記において放射部（５０）は相異するピッチ(pitch)間隔で巻線され相互直列連結された第１コイル部（５１）と第２コイル部（５２）から成る。即ち、第１コイル部（５１）は第１ピッチ間隔で巻線され引出ライン（５４）に連結される。そして、第２コイル部（５２）は上記第１コイル部（５１）とフィードライン（５３）との間に上記第１ピッチ間隔より広い間隔を有する第２ピッチ間隔で巻線される。さらに、上記第１コイル部（５１）と第２コイル部（５２）はその中心軸が同一線上に直列で配列されてなり、巻線された形態は円形でない実質的に直方面体の形態で加工される。

上記放射部（５０）は第１、２コイル部（５１、５２）の各ピッチ、巻線数、全長を適切に調節することにより、所望の二つ以上の共振周波数帯域を得ることができる。上記図５は、放射部（５０）の上端に位置した第１コイル部（５１）のピッチは狭くし、下端に位置する第２コイル部（５２）のピッチは広くした形態として、上部の第１コイル部（５１）のピッチを適切に狭く調整することにより、所定の高周波数帯域、例えば第１周波数帯域（１．５７５ＧＨｚ＝ＧＰＳバンド）で大変大きいインピーダンスを有するようにする。したがって、高周波帯域では第１コイル部（５１）に電流が流れなくなり、ピッチが広い下部の第２コイル部（５２）がアンテナとして動作する。
逆に、所定の低周波数帯域、例えば第２周波数帯域（８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚ＝ＣＤＭＡバンド）においては第１コイル部（５１）のインピーダンスがあまり大きくないので、第１、２コイル部（５１、５２）が全てアンテナとして動作する。

したがって、放射部（５０）において、第１、２コイル部（５１、５２）のピッチ、巻線部及び長さを適切に設計することにより、ＧＰＳ、ＣＤＭＡ、ＤＣＳ、ＧＳＭなど所望の二つの共振周波数帯域を得ることができる。

さらに、上記放射部（５０）は第１、２コイル部（５１、５２）が直方体形状で巻線されることにより、移動通信端末機のケース内部あるいは回路基板上にチップ部品のように実装でき、内蔵型に有利である。

上記放射部（５０）は直方体形状の非導電性ベースに第１、２コイル部（５１、５２）を各々巻線して形成することができ、さらにコイルを各々のピッチ間隔で巻線した後、上下左右に所定の圧力を加えて所望の長さ＊幅＊高さを有する直方体形態で加工することにより形成できる。

上記のような放射部（５０）の場合、コイルの全長による共振周波数が決定され、各コイルのピッチによってキャパシタンス値が変化するので、小型化による帯域幅特性は形成する上記第１コイル部（５１）と第２コイル部（５２）のピッチを適切に調節することにより解決できる。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の実施例による第２放射体の細部構造である。

図６（ａ）は本発明の実施例による第２放射体（４２）の上面図である。図６（ａ）によると、本発明の実施例による第２放射体（４２）はベース（６０）に形成された連結部（６１）と、少なくとも一つのストリップライン（６４）及び固定パッド（６５）を含む。

上記連結部（６１）はベース（６０）の上面に形成され、第１放射体（４１）が連結される。上記第１放射体（４１）の一端部が上記連結部（６１）に付着する。さらに、上記連結部（６１）にはアンテナ（４０）に電流を供給するための給電部（６２）と、上記アンテナ（４０）を接地させるための接地部（６３）が形成される。上記給電部（６２）及び接地部（６３）はバイヤ(via)を通してベース（６０）を貫通し底面へ延長される。上記給電部（６２）には上記第１放射体（４１）の給電ライン（５３）が連結されることにより、上記給電部（６２）に供給される電流が上記第１放射体（４１）及び第２放射体（４２）に流れるようになる。

上記ストリップライン（６４）は薄く長い導電体で形成され、一端が上記連結部（６１）に連結される。上記ストリップライン（６４）は上記ベース（６０）上に形成され、上記第１放射体（４１）と長さ方向に平行に配される。図６においては、上記ストリップライン（６４）が三つの場合を示すが、その個数は所望のアンテナ帯域特性に応じて変更可能である。さらに、上記ストリップライン（６４）の長さを調節することにより本発明のアンテナ（４０）の共振周波数及び帯域幅を調節することができる。

上記固定パッド（６５）は上記ベース（６０）の上面に形成され、上記第１放射体（４１）の引出ライン（５４）が連結される。したがって、上記第１放射体（４１）が上記第２放射体（４２）と平行に配列されながら、互いに固定され一定した放射パターンを維持できるようになる。

図６（ｂ）は本発明の実施例による第２放射体（４２）の底面図である。図６（ｂ）によると、上記第２放射体（４２）の上面に形成された給電部（６２）及び接地部（６３）が上記ベース（６０）を貫通して底面に延長され形成されることがわかる。上記底面まで延長された給電部（６２）は上記アンテナ（４０）が実装される移動端末機の給電回路と連結され電流を供給する。そして、上記接地部（６３）は移動端末機に形成されたグラウンドに連結され上記アンテナ（４０）を接地する。さらに、上記ベース（６０）の底面には上記アンテナ（４０）を移動端末機に安定的に実装できるよう支持部（６６）が形成される。

上記ベース（６０）は印刷回路基板(Printed Circuit Board、「PCB」)または低温同時焼成セラミック(Low Temperature Co-fired Ceramics、「LTCC」)工程によるセラミックで形成されることができる。したがって、上記連結部（６１）と、上記ストリップライン（６４）または上記固定パッド（６５）はＰＣＢ工程ばかりでなく、ＬＴＣＣ工程によって形成されることもできる。さらに、上記アンテナ（４０）は表面実装技術(Surface Mounting Technology、「SMT」)による締結方式を利用することにより移動通信端末機に簡便に実装することができる。

図７は本発明の実施例によりケースが形成された広帯域内蔵型アンテナを示す図である。

図７によると、本発明においては上記アンテナ（４０）を囲繞するケース（７０）をさらに含むことができる。上記ケース（７０）は誘電率が２〜３の間の値を有する誘電体を使用して作製することが好ましい。上記ケース（７０）の有無によりアンテナ（４０）に約１００ＭＨｚの周波数移動が発生する。したがって、上記ケース（７０）は使用周波数の波長を減少してアンテナ（４０）の大きさを減少できるようにする。

図８は本発明の実施例によるアンテナに対する移動通信端末機の装着位置を示す図である。

図８によると、本発明の実施例によるアンテナ（４０）は移動通信端末機（８０）の印刷回路基板（８１）上に装着されることができるが、図示のように印刷回路基板（８１）の上端部に結合されることができる。即ち、本発明によるアンテナ（４０）は長さ＊幅＊高さが１６＊７＊５（単位ｍｍ）の直方体形態で形成することができる。このように本発明によるアンテナ（４０）は３０＊２０＊６（単位ｍｍ）の大きさを有する従来の平板アンテナ（ＭＰＡ）に比して寸法が大幅に縮減されたものである。図８に示すように本発明のアンテナ（４０）は移動端末機（４０）内部に占める空間が少ないので、移動端末機（４０）を小型化でき設計の自由度を高めることができる。

図９は本発明の実施例による第１放射体の電圧定在波比(VSWR)特性を示すグラフである。

図９のグラフにおいて、縦軸は電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio、「VSWR」)を示し、その値は最低値が１で、上方へ向かって１目盛りあたり１ずつ増加する。そして横軸は周波数を示す。「Δ」で表示した地点において測定した周波数とＶＳＷＲは右側と上端に示す。

図９によると、本発明の第１放射体（４１）は第１、２コイル部（５１、５２）によって８００ＭＨｚ帯域の低周波帯域において約１７％（１５０ＭＨｚ）の帯域幅を確保し、第２コイル部（５２）によって１８００ＭＨｚの高周波帯域において約１６％（３２０ＭＨｚ）の帯域幅を確保できることが分かる。

図１０は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの電圧定在波比(VSWR)特性を示すグラフである。

図１０のグラフは本発明の実施例に応じて第１放射体（４１）と第２放射体（４２）が連結された構造の広帯域内蔵型アンテナ（４０）の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を示す。図１０によると、本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナ（４０）は上記第１放射体（４１）の第１、２コイル部（５１、５２）と上記第２放射体（４２）のストリップライン（６４）とのＥＭカップリングによって約３５％（５００ＭＨｚ）以上の広い帯域幅を確保できることが分かる。

図１１（ａ）ないし図１１（ｉ）は本発明の実施例に異なる広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。

図１１（ａ）ないし図１１（ｃ）は本発明の広帯域内蔵型アンテナに対する自由空間におけるＧＳＭ帯域での垂直放射パターン及び水平放射パターンを測定した結果を示す。図１１（ｄ）ないし図１１（ｆ）は本発明の広帯域内蔵型アンテナに対する自由空間におけるＤＣＳ帯域での垂直放射パターン及び水平放射パターンを測定した結果を示す。図１１（ｇ）ないし図１１（ｉ）は本発明による広帯域内蔵型アンテナに対する自由空間におけるＰＣＳ帯域での垂直放射パターン及び水平放射パターンを測定した結果を示す。上記図１１（ａ）ないし図１１（ｉ）のグラフによると、本発明の広帯域内蔵型アンテナの場合、ＧＳＭ、ＤＣＳ、ＰＣＳ帯域においてはアンテナを基準に３６０度の全方向で均一な放射特性を示し、さらに前後方向への放射特性が優れることが分かる。上記結果から、本発明による広帯域内蔵型アンテナの場合、従来のＰＩＦＡアンテナ及びセラミックチップアンテナに比して充分に満足なアンテナ特性を示すことが分かる。

一方、本発明の詳細な説明においては具体的な実施例に関して説明したが、本発明の範囲から外れない範囲内で様々な変形が可能なことはいうまでもない。したがって本発明の範囲は説明された実施例に限られるものではなく、添付の特許請求範囲ばかりでなく特許請求範囲と均等なものにより定められるべきである。

一般的な平面逆アンテナ（ＰＩＦＡ）の構造図である。 従来の内蔵型二重帯域アンテナを示した図である。 従来のセラミックチップアンテナを示した図である。 本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの基本構造を示した図である。 本発明の実施例による第１放射体の細部構造を示した図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例による第２放射体の細部構造を示す図である。 本発明の実施例によりケースが形成された広帯域内蔵型アンテナを示す図である。 本発明の実施例によるアンテナに対する移動通信端末機の装着位置を示す図である。 本発明の実施例による第１放射体の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を示すグラフである。 本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を示すグラフである。 （ａ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｂ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｃ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｄ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｅ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｆ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｇ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｈ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。 （ｉ）は本発明の実施例による広帯域内蔵型アンテナの放射パターンを示すグラフである。

符号の説明

４０ 広帯域内蔵型アンテナ
４１ 第１放射体
４２ 第２放射体
５０ 放射部
５１ 第１コイル部
５２ 第２コイル部
５３ 給電ライン
５４ 引出ライン
６０ ベース
６１ 連結部
６２ 給電部
６３ 接地部
６４ ストリップライン
６５ 固定パッド
６６ 支持部
７０ ケース
８０ 移動通信端末機
８１ 印刷回路基板

Claims (11)

1. 相異するピッチ間隔を有する一つ以上のコイルが直列で連結された放射部を有する第１放射体と、
   上記第１放射体の長さ方向と平行に配列される少なくとも一つの導電性ストリップラインを有する第２放射体とを含み、上記第１放射体に流れる電流と上記ストリップラインに流れる電流は相異する方向の電流経路で形成することにより相互電磁気カップリングによって所定の広帯域を設定することを特徴とする広帯域内蔵型アンテナ。
2. 上記第１放射体は実質的に直方体形状で巻線されることを特徴とする請求項１に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
3. 上記第１放射体は、所定のピッチを有し直方体形状で巻線された第１コイルと、上記第２コイルに連続して上記第１コイルのピッチより広いピッチ間隔を有する第２コイルとを含み、
   上記第１、２コイルの全長によって第１通過帯域が設定され、上記第２コイルによって第２通過帯域が設定されることを特徴とする請求項１に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
4. 上記第２放射体は、上記第１放射体の一端部が付着し上記アンテナに電流を供給する給電部及び上記アンテナを接地するための接地部が形成された連結部をさらに含むことをを特徴とする請求項１に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
5. 上記第１放射体の一端には電流を供給するための給電ラインが連結され、上記給電ラインは上記給電部に付着することを特徴とする請求項４に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
6. 上記第１放射体の他端には電流が引き出される引出ラインが連結され、上記引出ラインは上記第２放射体に形成された固定パッドに連結され上記第２放射体上に固定されることを特徴とする請求項４に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
7. 上記ストリップラインの長さを変形することにより上記アンテナの共振周波数及び帯域幅を調節できることを特徴とする請求項１に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
8. 上記第１放射体を囲繞し誘電体で形成されたケースをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
9. 上記ケースは誘電率が２〜３の間の値を有する誘電体で形成されることを特徴とする請求項８に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
10. 上記第２放射体は印刷回路基板（ＰＣＢ）で形成されることを特徴とする請求項１に記載の広帯域内蔵型アンテナ。
11. 上記第２放射体は低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）工程によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の広帯域内蔵型アンテナ。