KR100378861B1 - 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 유전체 세라믹칩 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 세라믹 유전체를 적층 칩공정을 이용하여 형성된 직육면체 형태의 유전체에 민더라인 형태의 도선을 감아 접은 구조로 형성시켜 표면장착할 수 있는 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나를 구현한다. 그 크기는 소형, 박형으로 컴퓨터, 주변기기 및 휴대무선단말기의 부피를 획기적으로 줄이 수 있을 뿐만 아니라 가정용 전자기기 등에 표면장착 또는 내장이 가능하여 기기의 미관 훼손이 없이 광범위하게 사용될 수 있는 장점이 있다.

Description

표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 유전체 세라믹 칩 안테나{Folded meander line type multi-layered Chip Dielectric Ceramic Antenna}

본 발명은 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 헬리컬 구조의 적층형 유전체 칩 안테나의 협대역 및 저이득의 단점을 보완하기 위해 방사소자인 도체띠를 폴디드 민더라인 구조 및 스테핑 헬리컬 구조로 적층형 유전체 봉상에 형성시킴으로써 도체띠간의 간격을 이격시켜 상호결합을 줄이고 수평편파출력에 기여하는 수직소자의 배열을 일치시킴으로써 광대역화 및 이득향상을 얻을 수 있는 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 개인이동통신인 PCS와 가까운 장래에 일반 상용서비스를 개시할 IMT-2000 등의 무선이동통신과 Bluetooth와 같은 사무실과 가정내의 근거리를 대상으로 하는 무선통신망이 발달하면서 이러한 통신에 사용될 단말기에 부착될 회로부품과 안테나의 발달이 절실히 요구된다. 회로부품의 소형화는 제조기술이 발달하면서 어느정도 성취되었으나 안테나의 경우 그 성취도가 미미한 실정이다. 안테나의 특성상 그 크기를 크게 감소시키는 것은 제한되어 있다. 비록 안테나의 형태를, 요구되는 특성을 만족시키는 범위에서 변형시킴으로써 안테나의 크기를 감소시킬 수는 있으나 이러한 방법으로는 한계가 있다.무선이동통신이 발달하면서 과거에는 군사·과학용 등 소수가 영위할 수 있었던 무선통신서비스를 일반대중이 상업화 서비스를 받을 수 있게 되었고 그 수요가 폭발적으로 증가하게 되었다. 따라서 일반대중의 기호와 특성에 맞게 이동통신에 사용되는 단말기도 변화하게 되었고 그 결과 단말기의 경량화, 소형화가 추구되었다. 안테나의 경우 이러한 소형화를 효과적으로 이룰 수 있는 방법 중 하나는 일정 크기의 유전체를 사용한 칩 형태의 안테나 구현이다.

종래의 휩 안테나의 경우 단말기에 장착될 때 돌출이 되어 파손의 위험이 있고 단말기 외부에 전류가 흐르게 되는 단점이 있다. 또한 단말기내에 사용되는 판형 역F 안테나 역시 그 크기를 감소시키는 데 제한이 있어 단말기 부피를 줄이는 것이 제한된다. 한편 단말기 내부 회로기판상에 표면장착시킬 수 있는 기존의 칩안테나는 벌크(bulk)형이거나 헬리컬 구조의 적층형 유전체 칩 안테나들이 있으나 이들은 편파특성이 좋지 않거나 협대역인 경우가 대부분이다.

본 발명의 목적은 방사소자인 도체띠를 폴디드 민더라인 구조 및 스테핑 헬리컬 구조로 적층형 유전체 봉상에 형성시킴으로써 도체띠간의 간격을 이격시켜 상호결합을 줄이고 수평편파출력에 기여하는 수직소자의 배열을 일치시킴으로써 광대역화 및 이득향상을 얻을 수 있는 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 유전체 세라믹 칩 안테나의 일실시예를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 유전체 세라믹 칩 안테나의 일실시예를 코플레나 급전(Co-planar feeding) 상에 적용한 상태를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 유전체 세라믹 칩 안테나의 다른 실시예를 나타내는 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 유전체 세라믹 칩 안테나의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도.

도 5는 종래 헬리컬 구조의 적층형 칩 안테나를 나타내는 사시도.

도 6은 도 1의 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 일실시예에 있어서 반사손실을 측정하여 나타내는 그래프.

도 7은 도 1의 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 일실시예에 있어서 H-면 패턴을 측정하여 나타내는 그래프.

도 8은 도 1의 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 유전체 세라믹 칩 안테나의 일실시예에 있어서 E-면 패턴을 측정하여 나타내는 그래프.

본 발명의 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 일실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 세라믹 유전체상에 도체띠를 폴디드(folded) 민더라인(meander line) 구조로 좌우 상측으로 감아올려 형성한다.즉 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 일실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 세라믹 유전체상에 도체띠를 급전점(1)으로부터 정면도에서 앞쪽(정면쪽)면 중앙으로 수직으로 소정의 높이로 형성하고, 위쪽으로 경사지는 상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하고, 연속하여 뒤쪽면에 수평으로 하부면상의 수평방사소자(5)를 형성하고, 다시 앞쪽면으로 중앙부분까지 연장하여 상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하고, 소정의 높이로 수직으로 소정의 높이로 상부면상의 수직방사소자(3)를 형성하고, 반대방향으로 수평으로 연장하여 상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하면서 뒤쪽면으로 연장하여 위쪽으로 경사지는 하부면상의 수평방사소자(5)를 형성하고, 앞쪽면으로 연장하여 대략 중앙부분까지 상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하고, 다시 상부면상의 수평방사소자(2)-상부면상의 수직방사소자(3)-반대방향 상부면상의 수평방사소자(2)-위쪽으로 경사지는 하부면상의 수평방사소자(5)-상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하는 과정을 1회이상 반복하여 행하고, 마지막으로 앞쪽면에 형성되는 상부면상의 수평방사소자(2)로부터 중앙부분에서 위쪽으로 연결하여 상부면상의 수직방사소자(3)를 형성하는 것으로 이루어진다.또 마지막으로 형성되는 상기한 상부면상의 수직방사소자(3)로부터 윗면을 통하여 연장하여 뒤쪽면으로 수직으로 소정의 길이로 하향시켜 고정점(4)을 형성한다.상기에서 수직도체띠인 상부면상의 수직방사소자(3) 및 고정점(4)은 일직선으로 일치시켜 형성한다.그리고 본 발명의 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 다른 실시예는 도 3에 나타낸 바와 같이, 하층 유전체 표면상에서의 도체띠가 수평을 이루고 상층 유전체 표면상의 수평도체띠가 경사지게 형성한다.즉 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 다른 실시예는 도 3에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 앞쪽(정면쪽)면에 형성되는 상부면상의 수평방사소자(2)는 경사로 형성하고, 배면도에서 뒤쪽면에 형성되는 하부면상의 수평방사소자(5)는 수평으로 형성한다.상기한 다른 실시예에 있어서도 상기한 구성이외에는 상기한 일실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.그리고 본 발명의 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 또 다른 실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 적층형 유전체 표면상의 도체띠를 회전시키면서 상하 유전체 표면상에서는 계단 모양의 수직도체띠로 형성시킨 스텝핑(stepping) 헬리컬(helical) 구조로 형성한다.즉 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 또 다른 실시예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 세라믹 유전체상에 도체띠를 급전점(1)으로부터 정면도에서 앞쪽(정면쪽)면으로 수직으로 소정의 높이로 상부면상의 수직방사소자(3)를 형성하고, 수평으로 상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하면서 연속하여 뒤쪽(배면쪽)면에서 대략 중앙부분까지 수평으로 하부면상의 수평방사소자(5)를 형성하고, 다시 위쪽으로 수직으로 소정의 높이로 하부면상의 수직방사소자(6)를 형성하고, 수평으로 하부면상의 수평방사소자(5)를 연속하여 형성하면서 앞쪽면으로 대략 중앙부분까지 연장하여 상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하고, 다시 소정의 높이로 수직으로 소정의 높이로 상부면상의 수직방사소자(3)를 형성하고, 상부면상의 수평방사소자(2)-하부면상의 수평방사소자(5)-하부면상의 수직방사소자(6)-하부면상의 수평방사소자(5)-상부면상의 수평방사소자(2)-상부면상의 수직방사소자(3)-상부면상의 수평방사소자(2)를 형성하는 과정을 1회이상 반복하여 행하고, 마지막으로 앞쪽면에 형성되는 상부면상의 수평방사소자(2)로부터 중앙부분에서 위쪽으로 연결하여 상부면상의 수직방사소자(3)를 형성하는 것으로 이루어진다.또 마지막으로 형성되는 상기한 상부면상의 수직방사소자(3)로부터 윗면을 통하여 연장하여 뒤쪽면으로 수직으로 소정의 길이로 하향시켜 고정점(4)을 형성한다.상기한 또 다른 실시예에 있어서도 상기한 구성 이외에는 상기한 일실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.그리고 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나는 소형화·경량화를 위해 칩공정을 이용한다. 칩공정시 내부도체손실을 감소시키기 위해 Ag전극을 사용하고, 내부에 Ag전극을 연결하기 위하여 홀을 형성시켜 Ag전극을 상하로 연결한다. Ag전극과 동시소결이 가능하도록 ZnCoNb₂O₆에 Glass(SiO₂-B₂O₃계)를 첨가시켜 유전율이 6∼7이고 품질계수가 5,000∼7,000인 저온소결용 세라믹 유전체 조성을 이용하여 도체띠로 이루어진 패턴설계과정과 칩 공정을 통해 PCS 주파수 대역을 전부 포함하는 경량화 및 소형화된 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나를 제작한다.또한 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나는 현재 사용중인 휴대단말기의 회로기판에 직접 적용할 수 있도록 도 2에 나타낸 바와 같이, 접지면을 갖는 코플레나웨이브가이드 급전구조의 회로기판 표면에 부착하여 연결하여 사용되어질 수 있도록 설계한다. 이 때 기판의 안테나 부착면에서 급전선을 접지면 위로 연장하여 형성시켜 안테나 급전점과 기판의 급전선을 연결시킴으로써 안테나를 부착한다.

도 6에는 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 일실시예를 이용하여 측정한 반사손실 특성을 나타낸다. 측정 결과 주파수 1.81GHz에서 반사손실 26.616dB, -10dB 대역폭은 152MHz를 나타낸다. 이 대역폭은 현재 사용되고 있는 PCS 주파수 대역을 전부 포함할 수 있는 대역폭이다. 따라서 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나 1개만으로 PCS 대역 송신과 수신이 동시에 가능하다.

도 7은 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 일실시예를 이용하여 측정한 H-면 방사패턴을 나타낸다. 약 2dB정도의 레벨차이는 보이고 있으나, 거의 전방향성 패턴 특성이 나타나고 있으며, H-면 평균이득은 약 -9dBd이다.

도 8은 본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나의 일실시예를 이용하여 측정한 E-면 방사패턴을 나타낸다. 완벽한 8자형 패턴은 아니지만 전체적으로 볼 때 충분한 8자형 패턴의 범주에 들어간다고 할 수 있어 모노폴의 방사패턴 특성을 보인다.

본 발명에 따른 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나는 무선휴대단말기에 사용되는 기존의 휩 안테나와 판형 역F 안테나를 대체할 수 있는 칩 안테나로서, 모노폴 안테나와 유사한 특성을 가지며 휩 안테나와 판형 역F 안테나의 경우와는 달리 회로기판상에 직접 부착할 수 있고, 작은 접지면을 필요로 하기 때문에 단말기의 부피를 감소시킬 수 있다.또한 소형으로 가전기기 등에 부착할 시 기기 외관의 손상없이 작은 공간에 표면 부착할 수 있는 특징이 있으며, 세라믹 시트의 적층 생산기법에 의해 저가로 대량생산이 가능하여 경제적이다.

Claims (5)

1. 세라믹 유전체상에 도체띠를 급전점으로부터 앞쪽면 중앙으로 수직으로 소정의 높이로 형성하고, 위쪽으로 경사지는 상부면상의 수평방사소자를 형성하고, 연속하여 뒤쪽면에 수평으로 하부면상의 수평방사소자를 형성하고, 다시 앞쪽면으로 중앙부분까지 연장하여 상부면상의 수평방사소자를 형성하고, 소정의 높이로 수직으로 소정의 높이로 상부면상의 수직방사소자를 형성하고, 반대방향으로 수평으로 연장하여 상부면상의 수평방사소자를 형성하면서 뒤쪽면으로 연장하여 위쪽으로 경사지는 하부면상의 수평방사소자를 형성하고, 앞쪽면으로 연장하여 대략 중앙부분까지 상부면상의 수평방사소자를 형성하고, 다시 상부면상의 수평방사소자-상부면상의 수직방사소자-반대방향 상부면상의 수평방사소자-위쪽으로 경사지는 하부면상의 수평방사소자-상부면상의 수평방사소자를 형성하는 과정을 1회이상 반복하여 행하고, 마지막으로 앞쪽면에 형성되는 상부면상의 수평방사소자로부터 중앙부분에서 위쪽으로 연결하여 상부면상의 수직방사소자를 형성하여 이루어지는 폴디드 민더라인 구조로 좌우 상측으로 감아올린 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나.
2. 청구항 1에 있어서, 수직으로 형성되는 도체띠를 일직선으로 일치시킨 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나.
3. 청구항 1에 있어서, 하부면상의 수평방사소자의 도체띠를 수평으로 형성하고, 상부면상의 수평방사소자의 도체띠를 경사지게 형성하는 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나.
4. 적층형 유전체 표면상의 도체띠를 회전시키면서 상하 유전체 표면상에서는 계단 모양의 수직도체띠로 형성시킨 스텝핑 헬리컬 구조를 이루도록 급전점으로부터 앞쪽면으로 수직으로 소정의 높이로 상부면상의 수직방사소자를 형성하고, 수평으로 상부면상의 수평방사소자를 형성하면서 연속하여 뒤쪽면에서 중앙부분까지 수평으로 하부면상의 수평방사소자를 형성하고, 다시 위쪽으로 수직으로 소정의 높이로 하부면상의 수직방사소자를 형성하고, 수평으로 하부면상의 수평방사소자를 연속하여 형성하면서 앞쪽면으로 대략 중앙부분까지 연장하여 상부면상의 수평방사소자를 형성하고, 다시 소정의 높이로 수직으로 소정의 높이로 상부면상의 수직방사소자를 형성하고, 상부면상의 수평방사소자-하부면상의 수평방사소자-하부면상의 수직방사소자-하부면상의 수평방사소자-상부면상의 수평방사소자-상부면상의 수직방사소자-상부면상의 수평방사소자를 형성하는 과정을 1회이상 반복하여 행하고, 마지막으로 앞쪽면에 형성되는 상부면상의 수평방사소자로부터 중앙부분에서 위쪽으로 연결하여 상부면상의 수직방사소자를 형성하여 이루어지는 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기한 마지막으로 앞쪽면 중앙부분에 형성되는 상부면상의 수직방사소자로부터 윗면을 통하여 연장하여 뒤쪽면으로 수직으로 소정의 길이로 하향시켜 고정점을 형성하는 표면실장형 폴디드 민더라인 구조의 적층형 세라믹 유전체 칩 안테나.