JP5934147B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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 (5)

1. 給電パッドを含む素子領域と、接地プレートを含む接地領域とに区分される基板と、
   前記給電パッドから延び、前記接地プレートに接続され、前記基板上に設けられる主素子と、
   前記主素子から離隔し、前記主素子と重畳して、前記基板の下部面に設けられる副素子と、
   を含み、
   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、前記副素子と重畳する主放射部と、
   前記主給電部から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、を含み、
   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、前記主放射部と重畳する副放射部と、
   を含み、
   前記主素子と前記副素子は、前記基板の前記素子領域に配置されることを特徴とする、アンテナ装置。
2. 前記副素子は、
   一方向に前記主素子から離隔し、
   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１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電パッド及び前記主素子が前記基板の上部面に設けられることを特徴とする、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、
   前記給電パッドが前記上部面から前記下部面に延長できるように、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３に記載のアンテナ装置。
5. 前記接地プレートは、前記基板の前記上部面に取り付けられることを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ装置。

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