KR100783349B1

KR100783349B1 - 다층 방사체를 이용한 칩안테나

Info

Publication number: KR100783349B1
Application number: KR1020050134843A
Authority: KR
Inventors: 오세원; 이승용
Original assignee: (주)에이스안테나
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-12-07
Also published as: KR20070071426A

Abstract

본 발명은 다층 방사체를 이용한 칩안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저주파 대역의 방사를 수행하는 방사체와 고주파 대역의 방사를 수행하는 방사체 사이에 일정한 패턴을 갖는 무급전 방전소자를 두어 두 방사체와의 상호 커플링이 발생하도록 함으로써 넓은 대역폭을 커버할 수 있는 칩안테나에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 다층 방사체를 이용한 칩안테나는 저주파 대역의 방사를 수행하는 제1방사체와, 상기 제1방사체에 전기적으로 연결되고 다중 전류경로가 형성되어 고주파 대역의 방사를 수행하는 제2방사체 및 상기 제1방사체와 제2방사체 사이에 위치되어 상기 제1방사체 및 제2방사체가 상호 커플링 되도록 하는 무급전 방전소자를 포함한다.

무급전 방전소자, 다층 방사체, 슬롯, 칩안테나, SMT.

Description

다층 방사체를 이용한 칩안테나 {Chip Antenna Using Multi-Layer Radiator}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칩안테나의 분해 사시도,

도 2는 도 1에 의한 칩안테나의 레이어(layer)별 분해 사시도,

도 3은 도 1에 의해 조립된 칩안테나의 내부 구조를 보여주는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 제1방사체 110,130: 방사패턴

120: 유전체기판 200: 무급전 방전소자

210,230: 유전체기판 220: 무급전소자패턴

300: 제2방사체 310,330: 방사패턴

320: 유전체기판 500: 칩안테나

본 발명은 다층 방사체를 이용한 칩안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저주파 대역의 방사를 수행하는 방사체와 고주파 대역의 방사를 수행하는 방사체 사이에 일정한 패턴을 갖는 무급전 방전소자를 두어 두 방사체와의 상호 커플링이 발생하도록 하고 방사체에 다중 전류경로를 형성함으로써 광대역 특성을 갖도록 한 칩안테나에 관한 것이다.

현재 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화 되면서도, 다양한 서비스 제공 기 능이 요구된다.

상기 요구를 만족시키기 위해 이동통신 단말기에 채용되는 내장회로 및 부품들은 다기능화 되고, 동시에 점차 소형화되는 추세이다.

이러한 추세는 이동통신 단말기의 주요 부품 중 하나인 안테나에서도 동일하게 요구된다.

일반적으로 사용되는 이동통신 단말기용 안테나로는 외장형의 헬리컬 안테나(helical antenna)와, 내장형인 평면 역에프 안테나(Planar Inverted F Antenna: PIFA)의 평판 안테나(MPA)와 세라믹 칩안테나가 있다.

헬리컬 안테나는 단말기 상단에 고정된 외장형 안테나로서 모노폴 안테나와 함께 사용된다.

헬리컬 안테나와 모노폴 안테나가 병용되는 형태는 안테나를 단말기 본체로부터 인출(extended)하면 모노폴 안테나로 동작하고, 삽입(Retracted)하면 λ/4 헬리컬 안테나로 동작한다.

이러한 안테나는 높은 이득을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 무지향성으로 인해 전자파 인체 유해기준인 SAR 특성이 좋지 않다.

한편 이러한 단점을 극복하기 위하여, 낮은 프로파일 구조를 갖는 평면 역에프 안테나(PIFA)의 MPA나 세라믹 칩안테나가 구비된다.

상기 PIFA 타입의 MPA와 세라믹 칩안테나는 내장형 안테나로서 이동통신 단 말기의 내부에 구성되므로, 이동통신 단말기의 외관을 수려하게 디자인할 수 있고 외부의 충격에도 우수한 특성을 갖는다.

상기 PIFA 타입의 MPA와 세라믹 칩안테나는 다기능화 추세에 따라 서로 다른 사용 주파수 대역 즉, 고주파 및 저주파 대역을 담당하는 이중방사체의 이중 대역(dual band) 안테나 형태로 개발된다.

상기 MPA 형태는 성능면에서 외장형 안테나에 비해 약간 떨어지기는 하나 내장할 수 있다는 장점이 있어 계속적으로 발전해 오고 있으나, 사이즈가 커서(35*20*6) 공간 확보가 쉽지가 않고, 이동통신 단말기가 변할 때마다 같이 구조가 변해야 하고, 구조상 단가가 높다는 단점이 있다.

또한 세라믹칩 안테나는 사이즈는 작고 효율은 좋으나 대역폭이 좁아서 외부 요인에 민감하고 단가가 높다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저주파 대역을 커버하는 방사체와 고주파 대역을 커버하는 방사체 사이에 일정한 패턴을 갖는 무급전 방전소자를 두어 두 방사체와의 상호 커플링이 발생하도록 하고 다중 전류경로를 형성함으로써 사이즈를 소형화하면서도 넓은 대역폭을 커버할 수 있는 다층 방사체를 이용한 칩안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다층 방사체를 이용한 칩안테나는, 저주파 대역의 방사를 수행하는 제1방사체와, 상기 제1방사체에 전 기적으로 연결되고 다중 전류경로가 형성되어 고주파 대역의 방사를 수행하는 제2방사체 및 상기 제1방사체와 제2방사체 사이에 위치되어 상기 제1방사체 및 제2방사체가 상호 커플링 되도록 하는 무급전 방전소자를 포함한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칩안테나의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 의한 칩안테나의 레이어(layer)별 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 조립된 칩안테나의 내부 구조를 보여주는 사시도이다.

도시된 바와 같이, 제1방사체(100)와 무급전 방전소자(200) 및 제2방사체(300)를 포함하여 구성된다.

상기 제1방사체(100)와 제2방사체(300)는 공진 길이를 구현하고 상기 무급전 방전소자(200)는 사용하고자 하는 주파수의 대역폭을 확장한다.

상기 제1방사체(100)는 저주파 대역인 예를 들어 약 900MHz 대역의 방사를 수행한다.

상기 제1방사체(100)는 제1,제2방사패턴(110,130)과 제1유전체기판(120)을 포함하여 구성된다.

비아홀(122)이 다수 형성된 제1유전체기판(120)의 상하에 제1방사패턴(110)과 제2방사패턴(130)이 형성된다.

이때 상기 제1방사체(100)는 저주파 대역의 방사를 수행할 수 있는 전기적인 길이(공진 길이)를 얻기 위하여, 제1방사패턴(110)과 제2방사패턴(130)이 비아홀 (122)을 통해 서로 연결되는 지그재그 라인의 구조를 갖는다.

또한, 상기 제1방사체(100)는 전기적 길이에 해당하는 도체띠를 제1유전체기판(120)의 상하면에 프린팅하여 제1방사패턴(110)과 제2방사패턴(130)을 형성하고 서로 연결하여 구현할 수도 있다.

상기 제1방사패턴(110)과 제2방사패턴(130)에 연결된 각 급전선로(112,132)는 제1유전체기판(120)에 형성된 또 다른 비아홀(124)을 통해 전기적으로 연결된다.

상기 제2방사체(300)와 제1방사체(100) 사이에 위치된 무급전 방전소자(200)는 어느 급전선로와도 전기적으로 연결되지 않고, 두 방사체(100,300)와의 상호 커플링이 발생되도록 하여, 사용하고자 하는 주파수 대역별로 대역폭을 결정한다.

상기 무급전 방전소자(200)는 제2,제3유전체기판(210,230)과 도전재질의 무급전소자패턴(220)을 포함하여 구성된다.

상기 무급전 방전소자(200)는 제1방사체(100)와 제2방사체(300)에서 방사되는 주파수의 대역폭을 더 확장하기 위하여 적어도 2개 이상의 슬롯(222)이 형성된 무급전소자패턴(220)이 제2유전체기판(210)과 제3유전체기판(230) 사이에 구비된다.

상기 슬롯(222)중에서 좌측(222)에 있는 슬롯은 제2방사체(300)에 방사되는 고주파의 대역폭을 더 확장하고, 우측에 있는 슬롯(222)은 제1방사체(100)에서 방사되는 저주파의 대역폭을 더 확장한다.

상기 고주파나 저주파 대역폭을 확장하는 슬롯(222)을 다수 개 형성하면 각 각 하나 형성한 것보다 방사이득과 방사패턴이 좋아진다.

상기 슬롯(222)의 물리적인 길이는 제1방사체(100)와 제2방사체(200)에서 방사되는 주파수의 인접한 주파수에서 공진할 수 있도록 결정된다.

상기 제2방사체(300)는 다층 구조로 광대역 고주파 대역의 방사를 수행한다.

상기 제2방사체(300)는 제4유전체기판(320) 상하에 제3방사패턴(310)과 제4방사패턴(330)이 각각 형성된다.

상기 제3방사패턴(310)과 제4방사패턴(330)은 물리적인 길이는 같으나 유전체 기판(320) 두께에 의한 층간 차이에 의해서 공진 주파수 대역이 달라져 고주파의 대역폭을 향상시킬 수 있다.

상기 제2방사체(300)에서 상기 제4방사패턴(330)의 급전선로(332)는 제4유전체기판(320)의 비아홀(322)을 통해 제3방사패턴(310)에 연결된 급전선로(312)에 연결되는 구조 즉, 제2방사체(300)의 전류경로가 다양화되는 구조로써 고주파의 대역폭을 향상시킬 수 있다.

상기 제3급전선로(312)는 제3유전체기판(230)의 비아홀(232), 제2유전체기판(210)의 비아홀(212), 급전선로(132) 및 제1유전체기판(120)의 비아홀(124)을 통해 제1방사패턴(110)에 연결된 급전선로(112)에 연결되며, 상기 제1방사패턴(110)은 제1유전체기판(120)의 비아홀(122)을 통해 하부의 제2방사패턴(130)에 연결된다.

상기 제2방사체(300)에 구비된 각 방사패턴(310,330)은 전류경로의 다양화로 고주파 대역폭을 향상시켜 방사하고 이 고주파 대역폭은 무급전 방전소자(220)의 좌측에 있는 슬롯(222)을 통해 더 확장되어 방사된다.

상기 제1방사체(100)에 구비된 제1,제2방사패턴(110,130)은 저주파 대역을 방사하고 이 저주파 대역폭은 무급전 방전소자(200)의 우측에 있는 슬롯(222)을 통해 확장되어 방사된다.

상기한 바와 같이, 제1방사체(100)와 무급전 방전소자(200) 및 제2방사체(300)가 조립된 상태에서 LCP(Liquid Crystal Polymer) 유전체로 몰딩 하여 칩안테나(500)의 제조가 완료된다.

상기한 구조에 의해 제1방사체(100)와 제2방사체(300) 사이에 일정한패턴을 갖는 무급전 방사 소자(200)를 구비하여 두 방사체(100,300)와의상호 커플링을 발생하도록 하고, 방사체에 다중 전류경로를 형성시킴으로써 보다 넓은 대역폭을 확보할 수 있다.

상기 LCP 유전체로 비유전율(ε_r)이 2~4인 플라스틱 물질을 사용하여 사용 주파수의 파장을 감소시킴으로써 칩안테나(500)의 크기를 줄일(20*7*4) 수 있고, 내열온도가 300°가 넘어 칩안테나(500)를 PCB에 실장하는 SMT(Surface Mount Technology)시 칩안테나(500)의 변형을 방지할 수 있다.

상기 크기의 감소로 종래 평판 안테나(MPA)가 제한적으로 사용할 수밖에 없었던 구조적인 문제점을 해결하였고 정재파비나 방사패턴의 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 LCP 유전체의 유무에 따라 100~150MHz의 주파수 이동의 변화가 생긴다.

대역폭 측면에서 보면 저주파인 900MHz 대역에서는 대략 80MHz 이상, 고주파 인 1800MHz 대역에서는 대략 600MHz 이상의 대역폭을 더 확보할 수 있었다(기준정재파비는 VSWR<3:1).

이상에서는 유전체기판(120,210,230,320)의 비아홀(124,212,232,322)을 통해 제1방사체(100) 및 제2방사체(300)의 방사패턴(112,132,312,332)이 전기적으로 연결되는 것을 설명하였으나, 유전체기판의 일측면에 급전선 및 접지선을 프린트하여 전기적으로 연결할 수도 있다.

이상 도면과 상세한 설명에서 최적 실시예들이 개시되고, 이상에서 사용된 특정한 용어는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것일 뿐 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아니다.

그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 제1방사체와 다층 구조를 갖는 제2방사체의 적층구조로 전체 안테나의 크기를 감소시킬 수 있고, 제1방사체와 제2방사체 사이에 대역별로 패턴이 다른 무급전 방전소자를 두고 방사체에는 다중 전류경로를 형성시킴으로써 대역폭을 화장시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, PCB에 칩안테나를 표면실장(SMT)할 수 있기 때문에 세트에 장착이 용이하고, 종래 안테나보다 가격을 저렴하게 생산 공급할 수 있다.

Claims

제1방사체와;

상기 제1방사체에 전기적으로 연결되며 다중 전류 경로가 형성되는 다층구조의 제2방사체; 및

상기 제1방사체와 제2방사체 사이에 위치하여 상기 제1방사체 및 제2방사체로부터 상호 커플링되어 급전되는 무급전 방사소자를 포함하는 다층 방사체를 이용한 칩안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 무급전 방사소자에는 제1방사체와 제2방사체의 공진 주파수 대역폭을 확장시키는 슬롯이 각각 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 방사체를 이용한 칩안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 슬롯은 제1방사체와 제2방사체의 공진 주파수에 인접하는 주파수에서 공진할 수 있도록 물리적인 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 방사체를 이용한 칩안테나.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제2방사체는 유전체 기판의 상하로 물리적인 길이는 같으나 유전체 기판의 두께 차이로 인해 공진 주파수가 달라지는 다수의 방사체들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 방사체를 이용한 칩안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 제1방사체는 비아홀이 다수 형성된 유전체기판의 상하에 제1방사패턴과 제2방사패턴이 형성되고, 상기 제1방사패턴과 제2방사패턴이 비아홀을 통해 연결되는 지그재그 라인의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 방사체를 이용한 칩안테나.
제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1방사체와 무급전방사소자 및 제2방사체는 LCP 유전체에 의하여 몰딩되는 것을 특징으로 하는 다층 방사체를 이용한 칩안테나.