JP2014011802A - アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】アンテナ装置の小型化を具現すると共に、アンテナ装置の共振周波数帯域を拡張させること。
【解決手段】本発明によるアンテナ装置は、信号を供給するための給電パッドと、給電パッドから延びる主素子と、給電パッドから延びて、主素子から離隔し、主素子が重畳された副素子とを含む。本発明によれば、アンテナ装置において主素子が重畳された副素子を含むことによって、アンテナ装置の共振周波数帯域を拡張させることができる。
【選択図】図2

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に通信端末機のアンテナ装置に関する。
一般に、無線通信システムは、全球測位システム(GPS)、Bluetooth(登録商標)、インターネットなどの各種マルチメディアサービスを提供する。この際、無線通信システムにおけるマルチメディアサービスを円滑に提供するために、膨大な容量のデータに対する高速の伝送速度が保証されなければならない。このために、通信端末機におけるアンテナ装置の性能を向上させるための研究がなされている。これは、通信端末機において、アンテナ装置が実質的にデータの送受信を担当するためである。このようなアンテナ装置は、共振周波数帯域で動作して、データを送受信することができる。
ところが、上記のようなアンテナ装置において、共振周波数帯域が狭いという問題点がある。そこで、通信端末機が複数のアンテナ装置を具備することによって、共振周波数帯域を拡大させることができる。しかしながら、通信端末機にアンテナ装置のための設置空間が必要であるため、通信端末機を小型化することが困難である。すなわち、通信端末機において、単一アンテナ装置を通じて比較的広い共振周波数帯域を用いることは不可能である。
本発明の目的は、比較的広い共振周波数帯域を有するアンテナ装置を提供することにある。すなわち、本発明はアンテナ装置の小型化を具現すると共に、アンテナ装置の共振周波数帯域を拡張させることを目的とする。
上記の課題を解決するための本発明に従うアンテナ装置は、信号を供給するための給電パッドと、給電パッドから延びる主素子と、給電パッドから延びて、主素子から離隔し、主素子が重畳された副素子と、を含むことを特徴とする。
そして、上記の課題を解決するための本発明に従うアンテナ装置は、信号を供給するための給電パッドを有する基板と、給電パッドから延びて、基板に取り付けられる副素子と、基板及び副素子に取り付けられる下部面及び下部面に垂直な一方向に下部面から離隔する上部面を含む実装部材と、給電パッドから延びて、上部面に取り付けられ、実装部材を通じて副素子に重畳する主素子と、を含むことを特徴とする。
本発明に従うアンテナ装置は、主素子が重畳された副素子を含むことによって、共振周波数帯域を拡張することができる。これによって、通信端末機において、単一アンテナ装置を通じてより拡張された共振周波数帯域を用いることができる。これによって、通信端末機において複数のアンテナ装置を具備する必要性が低下するため、通信端末機の小型化を具現することができる。
本発明の一実施形態に従うアンテナ装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従うアンテナ装置を示す分解図である。 本発明の一実施形態に従うアンテナ装置の動作特性を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に従うアンテナ装置を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に従うアンテナ装置を示す分解図である。
以降、添付した図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。この際、添付した図面で同一な構成要素はできる限り同一な符号で表していることに留意されたい。そして、本発明の要旨を曖昧にすることがある公知機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。
図1は、本発明の一実施形態に従うアンテナ装置を示す斜視図である。そして、図2は本発明の一実施形態に従うアンテナ装置を示す分解図である。
図1及び図2を参照すると、本実施形態のアンテナ装置100は、基板110、接地プレート130、実装部材140、及びアンテナ素子150を含む。
基板110は、アンテナ装置100に給電し、支持するために提供される。ここで、基板110は、印刷回路基板(PCB)であってよい。このような基板110は平板構造を有する。そして、基板110は誘電体を含む。例えば、基板110は0.02の導電率(σ)を有し、4.6の誘電率(ε)を有する誘電体を含んでもよい。この際、基板110は単一基板で具現してもよいし、複数の基板を積層して具現してもよい。また、基板110には、伝送線路(図示せず)が内在する。伝送線路は、一端部を通じてアンテナ装置100の制御モジュール(図示せず)に接続される。
この際、基板110は、基板下部面111、基板下部面111に対応する基板上部面113、及び基板下部面111と基板上部面113とを接続する基板側面115を含む。ここで、基板110は接地領域117と素子領域119とに分けられる。そして、基板110は給電パッド120を備える。給電パッド120は、基板110の基板上部面113で素子領域119に配置される。このような給電パッド120は伝送線路の他端部に接続される。すなわち、制御モジュールにおいて信号が供給されるとき、伝送線路を通じて給電パッド120に信号が伝えられる。
接地プレート130は、アンテナ装置100において接地のために提供される。このような接地プレート130は平板構造を有する。そして、接地プレート130は基板110の接地領域117に配置される。また、接地プレート130は給電パッド120から離隔して給電パッド120と接触しない。この際、接地プレート130は基板110の基板上部面113又は基板下部面111のうち、少なくともいずれか1つに配置できる。ここで、接地プレート130は接地領域117をカバーすることができる。又は、基板110が複数の基板からなる場合、接地プレート130は基板の間に配置することもできる。
実装部材140は、アンテナ装置100においてアンテナ素子150の取付のために提供される。この際、図示してはいないが、アンテナ装置100が通信端末機に取り付けられるとき、実装部材140を通信端末機の外部ケースの内部表面に取り付けることもできる。ここで、通信端末機の外部ケースによって形成される内部空間に、基板110を配置できる。このような実装部材140は、基板110の基板上部面113の素子領域119に配置される。この際、実装部材140は給電パッド120をカバーすることができる。
また、実装部材140は誘電体からなる。この際、実装部材140は基板110と同一の性質の誘電体からなってもよいし、基板110と相異する性質の誘電体からなってもよい。ここで、実装部材140は高損失率を有する誘電体からなってもよい。例えば、実装部材140は0.02の導電率を有し、4.6の誘電率を有する誘電体からなってもよい。この際、実装部材140は部材下部面141、部材上部面143、及び部材側面145を含む。
部材下部面141は基板110の素子領域119において、基板上部面113に密着する。ここで、部材下部面141は給電パッド120をカバーすることができる。この際、部材下部面141は素子領域119と同一の面積であってもよいし、素子領域119と相異する面積であってもよい。ここで、部材下部面141は素子領域119より大きい面積であってもよいし、素子領域119より小さな面積であってもよい。
部材上部面143は部材下部面141に対応する。そして、部材上部面143は部材下部面141に垂直な一方向に部材下部面141から離隔する。この際、部材上部面143は部材下部面141と同一の面積であってもよいし、部材下部面141と相異する面積であってもよい。ここで、部材上部面143は部材下部面141より大きい面積であってもよいし、部材下部面141より小さな面積であってもよい。
部材側面145は部材下部面141と部材上部面143とを接続する。この際、部材側面145は実装部材140の厚さに相応する高さを有する。ここで、部材側面145は、部材下部面141と部材上部面143とを実装部材140の厚さに相応する距離に離隔させることができる。
アンテナ素子150は、アンテナ装置100において信号送受信のために提供される。この際、アンテナ素子150は予め定まった共振周波数帯域で動作して、電磁気波を送受信する。ここで、アンテナ素子150は予め定まったインピーダンスで共振する。
このようなアンテナ素子150は、基板110の基板上部面113の素子領域119に配置される。この際、アンテナ素子150は給電パッド120に接続される。ここで、アンテナ素子150は給電パッド120から分岐された構造を有する。そして、アンテナ素子150は実装部材140に密着する。
そして、アンテナ素子150はパッチ(patch)タイプに形成された後、基板110又は実装部材140に付着できる。又は、アンテナ素子150は基板110又は実装部材140に柄出し(patterning)して形成することもできる。ここで、アンテナ素子150は、バータイプ、メアンダタイプ、スパイラルタイプ、ステップタイプ、又はループタイプのうち、少なくともいずれか1つで形成できる。この際、アンテナ素子150は導電性物質からなる。ここで、アンテナ素子150は、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Gu)、金(Au)、ニッケル(Ni)のうち、少なくともいずれか1つを含むことができる。
また、アンテナ素子150は主素子160及び副素子170を含む。この際、主素子160と副素子170との間に実装部材140が介される。
主素子160は給電パッド120に接触する。そして、主素子160は給電パッド120から延びる。また、主素子160は実装部材140に取り付けられる。この際、主素子160は実装部材140の部材上部面143に延びる。ここで、主素子160は実装部材140の部材側面145を経由して、部材上部面143に延びる。また、主素子160は接地プレート130に接触する。このような主素子160は、主給電部161、主接地部163、主接続部165、主放射部167、及び分岐放射部169を含む。
主給電部161は、主素子160で信号が入力される部分である。このような主給電部161は給電パッド120に接触する。そして、主給電部161は実装部材140の部材側面145に密着する。
この際、主給電部161は部材下部面141と部材側面145との接続部分で給電パッド120に接触できる。又は、主給電部161は部材側面145だけでなく、部材下部面141に密着できる。この際、主給電部161は部材下部面141で給電パッド120に接触できる。そして、主給電部161は部材下部面141と部材側面145との接続部分で折り曲げられて、部材側面145に密着できる。
主接地部163は、主素子160を接地させる部分である。このような主接地部163は、接地プレート130に接触する。そして、主接地部163は実装部材140の部材側面145に密着する。また、主接地部163は主給電部161から離隔する。
この際、主接地部163は部材下部面141と部材側面145との接続部分で接地プレート130に接触できる。又は、主接地部163は部材側面145だけでなく、基板110の素子領域119に密着できる。この際、主接地部163は素子領域119で接地プレート130に接触できる。そして、主接地部163は部材下部面141と部材側面145との接続部分で折り曲げられて、部材側面145に密着できる。
主接続部165は、主素子160を結合させる部分である。このような主接続部165は、主給電部161と主接地部163とを接続する。そして、主接続部165は実装部材140の部材上部面143又は部材側面145のうち、少なくともいずれか1つに密着する。この際、主接続部165は主給電部161を中心に給電パッド120の反対部分で主給電部161と接触する。そして、主接続部165は主接地部163を中心に接地プレート130の反対部分で主接地部163と接触する。また、主接続部165は部材上部面143又は部材側面145から延びる。
主放射部167は、主素子160で実質的に動作する部分である。このような主放射部167は主接続部165に接触する。そして、主放射部167は主接続部165から延びる。また、主放射部167は部材上部面143に密着する。ここで、主放射部167は部材上部面143と部材側面145との接続部分で主接続部165に接触してもよい。又は、主放射部167は部材上部面143で主接続部165に接触してもよい。
分岐放射部169は主素子160において主放射部167の動作をサポートする部分である。このような分岐放射部169は主接続部165に接触する。そして、分岐放射部169は主接続部165から延びる。また、分岐放射部169は部材上部面143に密着する。この際、分岐放射部169は主放射部167から離隔する。ここで、分岐放射部169は部材上部面143と部材側面145との接続部分で主接続部165に接触してもよい。又は、分岐放射部169は部材上部面143で主接続部165に接触してもよい。
副素子170は給電パッド120に接触する。そして、副素子170は給電パッド120から延びる。また、副素子170は実装部材140に取り付けられる。この際、副素子170は実装部材140の部材下部面141に延びる。すなわち、副素子170に実装部材140を媒介にして主素子160が重畳される。ここで、副素子170の一部又は全体に主素子160の一部又は全体が重畳される。この際、副素子170は主素子160から離隔する。ここで、副素子170は主素子160から実装部材140の厚さに相応する距離に離隔する。さらに、副素子170は接地プレート130に接触せず、開放してもよい。このような副素子170は、副給電部171及び副放射部173を含む。
副給電部171は副素子170で信号が入力される部分である。このような副給電部171は、主給電部161と別途に、給電パッド120に接触する。そして、副給電部171は実装部材140の部材下部面141に密着する。ここで、副給電部171は主給電部161と相異する方向に延長してもよい。
副放射部173は、副素子170で実質的に動作する部分である。このような副放射部173は、副給電部171に接触する。そして、副放射部173は副給電部171から延びる。また、副放射部173は部材下部面141に密着する。さらに、副放射部173に実装部材140を媒介にして主放射部167が重畳される。ここで、副放射部173の一部又は全体に主放射部167の一部又は全体が重畳される。この際、副放射部173は主放射部167から離隔する。ここで、副放射部173は主放射部167から実装部材140の厚さに相応する距離に離隔する。
これを通じて、給電パッド120を通じて給電するとき、アンテナ素子150は共振周波数帯域で動作する。すなわち、アンテナ素子150は給電パッド120から供給される信号によって共振周波数帯域で動作する。ここで、アンテナ素子150の主素子160と副素子170とが一体となって動作することができる。この際、アンテナ素子150の構造又は形状によってアンテナ装置100の電気的特性が決まる。すなわち、主素子160の面積によって主インダクタンスが決まる。そして、主素子160と接地プレート130との間隔によって主電気容量が決まる。一方、副素子170の面積によって副インダクタンスが決まる。また、副素子170と接地プレート130との間隔によって副電気容量が決まる。併せて、主素子160と副素子170との離隔間隔及び重複面積によって重複電気容量が決まる。
図3は、本発明の一実施形態に従うアンテナ装置の動作特性を説明するための図である。この際、図3は周波数帯域に従うSパラメータの変化を示す。ここで、Sパラメータは特定周波数帯域で入出力間電圧比(出力電圧/入力電圧)を意味する指標であって、dBで表す。そして、図3の(a)はアンテナ装置が副素子を含まない場合を示し、図3の(b)はアンテナ装置が副素子を含む場合を示す。
図3を参照すると、アンテナ装置100が副素子170を含む場合、副素子170を含まない場合より拡張された共振周波数帯域で動作する。ここで、共振周波数帯域は−5dB以下の周波数帯域を表す。すなわち、副素子170を含まない場合、アンテナ装置100は約0.66GHz乃至0.76GHz、及び0.89GHz乃至0.97GHzで動作する。これに反して、副素子170を含む場合、アンテナ装置100は約0.64GHz乃至1.1GHzで動作する。
この際、副素子170を含むことによって、アンテナ装置100の共振周波数帯域は704MHz乃至798MHzに該当する長期進化システム(LTE)の通信帯域と、824MHz乃至894MHzに該当するGSM(登録商標)の通信帯域、及び880MHz乃至960MHzに該当する拡張GSM(EGSM)の通信帯域を含む低周波帯域と、1710MHz乃至1880MHzに該当するデジタルコードレスシステム(DCS)の通信帯域、1850MHz乃至1990MHzに該当するパーソナル通信システム(PCS)の通信帯域、及び1920MHz乃至2170MHzに該当する国際移動体通信システム(IMT)の通信帯域を含む高周波帯域を含むことができる。
言い換えると、アンテナ装置100が副素子170を含むことによって、アンテナ装置100の共振周波数帯域が拡張される。これによって、接地プレート130と副素子170との間隔又は主素子160と副素子170との離隔間隔及び重複面積のうち、少なくともいずれか1つを調節することによって、アンテナ装置100の共振周波数帯域を調整することができる。すなわち、副電気容量又は重複電気容量のうち、少なくともいずれか1つが調節されることによって、アンテナ装置100の共振周波数帯域が調整できる。
一方、前述した実施形態において、アンテナ素子の主素子と副素子が実装部材により離隔する例を開示したが、これに限定するものではない。すなわち、主素子と副素子との間に実装部材を介さないときも、本発明の具現が可能である。例えば、主素子及び副素子が基板によって離隔することによって、本発明を具現できる。図4及び図5はそのような例であって、本発明の他の実施形態に従うアンテナ装置を図示している。
図4は、本発明の他の実施形態に従うアンテナ装置を示す斜視図である。そして、図5は本発明の他の実施形態に従うアンテナ装置を示す分解図である。
図4及び図5を参照すると、本実施形態のアンテナ装置200は、基板210、接地プレート230、及びアンテナ素子250を含む。
この際、本実施形態において、基板210及び接地プレート230は前述した実施形態で対応する構成と類似するため、詳細な説明を省略する。ただし、本実施形態の基板210は給電ビア221を更に含む。給電ビア221は給電パッド220に接触する。そして、給電ビア221は基板210を貫通する。すなわち、給電ビア221は給電パッド220を基板210の基板上部面213から基板下部面211に延長させる。また、給電ビア221は基板210の基板下部面211から露出する。これを通じて、制御モジュール(図示せず)において信号を供給するとき、給電パッド220から給電ビア221に信号が伝えられる。
本実施形態において、アンテナ素子250は基板210の基板上部面213の素子領域219に配置される。この際、アンテナ素子250は給電パッド220に接続される。ここで、アンテナ素子250は給電パッド220から分岐された構造を有する。そして、アンテナ素子250は基板210の基板下部面211及び基板上部面213に密着する。この際、アンテナ素子250は主素子260及び副素子270を含む。ここで、主素子260と副素子270との間に基板210が介される。
主素子260は給電パッド220に接触する。そして、主素子260は給電パッド220から延びる。この際、主素子260は基板210の基板上部面213に延びる。また、主素子260は基板210の基板上部面213に密着する。さらに、主素子260は接地領域217の接地プレート230に接触する。
副素子270は給電ビア221に接触する。この際、副素子270は給電ビア221を通じて給電パッド220に接続される。そして、副素子270は給電ビア221から延びる。この際、副素子270は基板210の基板下部面211に延びる。また、副素子270は基板210の基板下部面211に密着する。すなわち、副素子270に基板210を媒介にして主素子260が重畳される。ここで、副素子270の一部又は全体に主素子260の一部又は全体が重畳される。この際、副素子270は主素子260から離隔する。ここで、副素子270は主素子260から基板210の厚さ、すなわち基板側面215の高さに相応する距離に離隔する。さらに、副素子270は接地プレート230に接触せず、開放してもよい。
本発明によれば、アンテナ装置において主素子が重畳された副素子を含むことによって、アンテナ装置の共振周波数帯域を拡張させることができる。例えば、アンテナ装置の共振周波数帯域をLTE通信帯域、GSM(登録商標)通信帯域、EGSM通信帯域、DCS通信帯域、PCS通信帯域、及びIMT通信帯域を含むように拡張させることができる。これによって、通信端末機において単一アンテナ装置を通じてより拡張された共振周波数帯域を用いることができる。これによって、通信端末機に複数のアンテナ装置を具備する必要性が低下するため、通信端末機の小型化を具現することができる。
本明細書及び図面に開示された本発明の実施形態は、本発明の技術内容を易しく説明し、本発明の理解を助けるために特定の例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の技術的思想に基づいた他の変形例が実施可能であることは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者には自明なものである。
100 アンテナ装置
110 基板
120 給電パッド
130 接地プレート
140 実装部材
150 アンテナ素子
160 主素子
161 主給電部
163 主接地部
165 主接続部
167 主放射部
169 分岐放射部
170 副素子
171 副給電部
173 副放射部
200 アンテナ装置
210 基板
220 給電パッド
221 給電ビア
230 接地プレート
250 アンテナ素子
260 主素子
270 副素子

Claims (15)

  1. 信号を供給するための給電パッドと、
    前記給電パッドから延びる主素子と、
    前記給電パッドから延びて、前記主素子から離隔し、前記主素子が重畳された副素子と、
    を含むことを特徴とする、アンテナ装置。
  2. 前記主素子と前記副素子との間に介在し、前記主素子と前記副素子とを相互に離隔させる実装部材を更に含むことを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記給電パッド、前記主素子、及び前記副素子が配置され、前記主素子と接続される接地プレートを含む基板を更に含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のアンテナ装置。
  4. 前記副素子は、
    一方向に前記主素子と離隔し、
    前記一方向に垂直な他方向に前記接地プレートから離隔することを特徴とする、請求項3に記載のアンテナ装置。
  5. 前記副素子が前記基板上に実装され、前記実装部材が前記副素子上に配置され、前記主素子が前記実装部材上に配置されることを特徴とする、請求項3又は4に記載のアンテナ装置。
  6. 前記基板は、
    前記給電パッド及び前記主素子が前記基板の上部面に取り付けられ、
    前記副素子が前記基板の下部面に取り付けられることを特徴とする、請求項3又は4に記載のアンテナ装置。
  7. 前記基板は、
    前記基板を貫通するように形成され、
    前記給電パッドを前記上部面から前記下部面に延長させ、
    前記副素子に接触する給電ビアを更に含むことを特徴とする、請求項6に記載のアンテナ装置。
  8. 前記主素子は、
    前記給電パッドに接触する主給電部と、
    前記主給電部に接続され、前記副素子に重畳する主放射部と、
    前記主給電部に離隔して前記主放射部に接続され、前記接地プレートに接触する主接地部と、
    を含むことを特徴とする、請求項3乃至7のうち、いずれか一項に記載のアンテナ装置。
  9. 前記副素子は、
    前記給電パッドに接触する副給電部と、
    前記副給電部に接続され、前記主放射部が重畳された副放射部と、
    を含むことを特徴とする、請求項8に記載のアンテナ装置。
  10. 信号を供給するための給電パッドを有する基板と、
    前記給電パッドから延びて、前記基板に取り付けられる副素子と、
    前記基板及び副素子に取り付けられる下部面及び前記下部面に垂直な一方向に前記下部面から離隔する上部面を含む実装部材と、
    前記給電パッドから延びて、前記上部面に取り付けられ、前記実装部材を通じて前記副素子に重畳する主素子と、
    を含むことを特徴とする、アンテナ装置。
  11. 前記基板に取り付けられ、前記副素子から離隔し、前記主素子に接続される接地プレートを更に含むことを特徴とする、請求項10に記載のアンテナ装置。
  12. 前記副素子は、
    前記一方向に前記主素子と離隔し、
    前記一方向に垂直な他方向に前記接地プレートから離隔することを特徴とする、請求項11に記載のアンテナ装置。
  13. 前記実装部材は、
    前記下部面と前記上部面とを接続し、
    前記給電パッドから前記上部面に前記主素子が経由する側面を更に含むことを特徴とする、請求項11又は12に記載のアンテナ装置。
  14. 前記主素子は、
    前記給電パッドに接触し、前記側面に密着する主給電部と、
    前記主給電部に接続され、前記上部面に密着し、前記副素子に重畳する主放射部と、
    前記主給電部に離隔して前記主放射部に接続され、前記接地プレートに接触し、前記側面に密着する主接地部と、
    を含むことを特徴とする、請求項13に記載のアンテナ装置。
  15. 前記副素子は、
    前記給電パッドに接触する副給電部と、
    前記副給電部に接続され、前記主放射部が重畳された副放射部と、
    を含むことを特徴とする、請求項14に記載のアンテナ装置。
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