KR100798044B1 - 칩형 안테나 소자와 안테나 장치 및 이것을 탑재한 통신기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 칩형 안테나 소자는 (a) 절연성 기체(絶緣性基體, insulating substrate)의 적어도 한 면에 형성되며, 기체의 제1 단부(端部) 또는 그 근방으로부터 제2 단부 또는 그 근방까지 실질적으로 연속적 및／또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되고, 기체의 제1 단부 측이 넓은 폭의 후단부이고, 기체의 제2 단부 측이 좁은 폭의 선단부인 방사 전극과, (b) 방사 전극의 후단부에 직접 또는 간극을 개재하여 접속되는 제1 접지 전극과, (c) 방사 전극의 선단부와 간극을 개재하여 대향하는 제2 접지 전극과, (d) 방사 전극의 중간에 위치하도록 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 방사 전극과 접촉 또는 비접촉하는 급전(給電) 전극을 가진다.
칩형 안테나 소자, 통신 기기, 안테나 장치

Description

칩형 안테나 소자와 안테나 장치 및 이것을 탑재한 통신 기기{CHIP ANTENNA ELEMENT, ANTENNA APPARATUS AND COMMUNICATIONS APPARATUS COMPRISING SAME}
도 1은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 3 (a)는 도 2의 칩형 안테나 소자의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 3 (b)는 종래의 칩형 안테나 소자의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 칩형 안테나 소자의 방사 전극의 구성을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 칩형 안테나 소자에서의 방사 전극의 후단부(後端部)의 폭(W)과 선단부의 폭(S)의 비(W／S)와 공진 주파수(f0)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 4의 칩형 안테나 소자에서의 방사 전극의 W／S와 비(比)대역폭(BW／f0)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 4의 칩형 안테나 소자에서의 방사 전극의 W／S와 Q값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 칩형 안테나 소자를 회로 기판에 실장한 안테나 장치를 도 시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 칩형 안테나 소자를 다른 회로 기판에 실장한 안테나 장치를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 칩형 안테나 소자를 다른 회로 기판에 실장한 안테나 장치를 도시한 사시도이다.
도 11 (a)는 도 10의 칩형 안테나 소자의 기체 길이와 대역폭의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11 (b)는 도 10의 칩형 안테나 소자의 기체폭과 대역폭의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11 (c)는 도 10의 칩형 안테나 소자의 기체의 유전률과 대역폭의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 12는 평가해야 할 본 발명의 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12의 칩형 안테나 소자의 Z축에 관한 지향성(指向性)을 나타낸 그래프이다.
도 14는 도 12의 칩형 안테나 소자의 X축에 관한 지향성을 나타낸 그래프이다.
도 15는 도 12의 칩형 안테나 소자의 Y축에 관한 지향성을 나타낸 그래프이다.
도 16은 도 12의 칩형 안테나 소자의 대역폭 특성을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이 다.
도 18은 도 17의 칩형 안테나 소자의 대역폭을 나타낸 그래프이다.
도 19 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자의 상면을 도시한 사시도이다.
도 19 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자의 상면을 반대측에서 도시한 사시도이다.
도 19 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자의 하면을 도시한 사시도이다.
도 20 (a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자의 상면을 도시한 사시도이다.
도 20 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자의 상면을 반대측에서 도시한 사시도이다.
도 20 (c)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자의 하면을 도시한 사시도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 사시도이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 32는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 33은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 34는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한 전개도이다.
도 35는 본 발명의 칩형 안테나 소자에 사용 가능한 방사 전극의 여러 형상을 도시한 도면이다.
도 36은 종래의 마이크로스트립 라인 안테나 소자의 일례를 도시한 개략도이다.
본 발명은 휴대 무선 전화나 무선 로컬 에어리어 네트워크(LAN；Local Area Network) 등의 마이크로파 무선 통신 기기에 적합한 칩형 마이크로스트립 라인 안테나 소자와 이것을 구비하는 안테나 장치 및 통신 기기에 관한 것이다.
마이크로파 무선 통신 기기, 특히 휴대 전화 등의 휴대 통신 기기에서는 소형화 및 두께 감소를 도모하기 위해 모노폴 안테나(monopole antenna) 소자나 마이크로스트립 라인 안테나(microstrip-line antenna) 소자 등이 일반적으로 사용되고 있다. 현재 실용화되어 있는 마이크로스트립 라인 안테나 소자는 일본 특개평 10-209740호에 기재되어 있는 바와 같이, 직방체형의 유전체(誘電體)의 상면에 방사(放射) 전극을 형성하고, 하면으로부터 고주파 신호를 급전(給電)하는 구조를 가진다. 이 마이크로스트립 라인 안테나 소자의 구성을 개략적으로 도 36에 도시한다. 안테나로서 동작시키는 경우, 지도체(地導體, ground conductor；96)를 형성한 프 린트 회로 기판 상에 안테나 소자(100)를 배치하고, 프린트 기판의 하면에 급전선(給電線, feeding line；94)을 배치한다. 방사 전극(放射電極, radiation electrode；90)의 개방단(開放端, open end；91)과 지도체(96) 사이에 전기력선(F)이 발생하고, 방사 전극(90)의 수직 방향으로 자속(磁束)이 발생하여 공간에 전파가 효과적으로 방사된다. 방사 전극(90)의 길이(D)는 통상적으로 약 1／4 파장이며, 공진(共振) 시에는 방사 전극(90)의 수직 방향으로 자속이 발생하고, 전기력선(F)의 방향은 방사 전극(90)의 단면(端面, 91)으로부터 유출되는 자속과 직교하는 방향으로 발생한다. 또 방사 전극(90)의 평면 형상은 장방형 이외에 원형 또는 오각형 등 다양한 형상이 제안되어 있지만, 주로 상하 또는 좌우 대칭인 것이 사용된다.
휴대 통신 기기에 사용되는 안테나는 소형이며 방사 효율이 양호하고, 실질적으로 무지향성(無指向性)일 필요가 있다. 따라서 소형 안테나 소자는 방사 전극이 절연성 기체(絶緣性基體, insulating substrate)의 상면 또는 내부에 배치된 구조를 가진다. 이것은 방사 전극을 흐르는 전류의 파장이 절연성 기체에 영향을 받아 짧아지기 때문이다. 방사 전극을 짧게 해도 동일한 방사 효율이 얻어지기 때문에, 안테나를 소형화할 수 있다. 필요한 안테나 길이(d)는 하기의 식 1에 의해 나타내어진다.
[식 1]
Figure 112001008430303-pat00001
(단, εr은 절연성 기체의 비(比)유전률이고, f0은 공진 주파수이며, c는 광속(光束)이다)
식 1로부터 명확히 나타나는 바와 같이, 마이크로스트립 구조의 안테나 소자의 길이(d)는 공진 주파수(f0)를 일정하게 하면, 절연성 기체의 비유전률(εr)이 클수록 짧게 할 수 있다. 바꿔 말하면, 비유전률(εr)이 높은 기체를 사용함으로써 동일한 성능으로 소형화된 마이크로스트립 라인 안테나 소자를 얻을 수 있다. 특히 휴대 전화 등에는 소형 안테나 소자가 필수적이기 때문에, 더욱 소형화된 고성능 안테나 소자의 개발이 요망되고 있다.
휴대 통신 기기에 적용되는 마이크로스트립 라인 안테나 이외의 안테나로서, 역(逆)F형 모노폴 안테나가 있다. 역F형 모노폴 안테나는 지도체판(ground conductor plate)에 접속된 단부 절곡부와, 급전 단자에 간극을 가지고 접속된 중앙 절곡부를 가지는 F자형의 안테나 도체(導體)로 이루어진다. 안테나 도체는 약 1／4 파장이면 되므로, 마이크로스트립 라인 안테나 소자를 폭 방향으로 전개한 형상의 안테나로 간주할 수도 있다.
종래의 마이크로스트립 라인 안테나에는 소형화에 있어 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 절연성 기체의 비유전률(εr)을 높임으로써 방사 전극을 소형화하면, 공진 주파수(f0)의 공진 대역이 좁아져 좁은 주파수 영역에서만 동작하게 된다. 이것은 통신에 이용 가능한 주파수 대역의 제한을 의미하여 휴대 전화 등의 안테나로서 바람직하지 않다. 따라서, 실용적인 안테나를 개발하기 위해서는, 넓은 대역 특성을 가질 것이 요구된다. 특히 2 주파 이상을 사용하는 다주파용 안테나에서는 이 협대역화 현상이 심각한 문제이며, 절연성 기체의 물성값만으로는 제어할 수 없다.
일반적으로 공진 대역폭(BW), 공진 주파수(f0) 및 Q값(안테나의 공진 시의 양호함을 나타냄) 사이에는 다음의 관계가 성립한다.
[식 2]
BW＝f0／Q
마이크로스트립 라인 안테나 소자의 높이(H)는 절연성 기체의 두께와 일치하고, Q값과 다음의 관계가 성립한다.
[식 3]
Q∝εr／H
소형 마이크로스트립 라인 안테나로서, 방사 전극을 중앙부에서 2분할하고 분할된 방사 전극의 일단(一端)을 지도체판에 전기적으로 접속한 것이 알려져 있다("신안테나 공학(New Antenna Engineering)", 新井宏之(Hiroyuki Ari) 저술, 總合電子出版社(Sogo-Densi Shuppan) 발행, pp. 109∼112). 방사 전극의 길이는 공진 주파 길이의 약 1／4이기 때문에, 종래에 비해 약 50%로 소형화할 수 있다.
일본 특개평 11-251816호는 방사 전극을 기체의 가장자리 영역(즉 인접한 2면)에 설치함으로써 대역폭이 확대된 마이크로스트립 라인 안테나 소자를 개시하고 있다. 그러나 이 마이크로스트립 라인 안테나 소자를 휴대 통신 기기에 조립해 넣 으면, 주로 방사 전극의 단부(端部)로부터 방사되는 전파에 의해 그 근방의 케이스 또는 회로 기판의 도체부(conductor)에 전류가 유기(誘起)되고, 전류가 유기된 도체부가 외관상 안테나 작용을 한다. 따라서, 이 안테나의 특성은 주위의 환경에 의해 변동되기 쉬워 급전점에서의 임피던스의 부정합(impedance mismatching)이나 방사 지향성(radiation directivity)의 변동이라는 문제를 가진다.
또한 방사 전극의 단부로부터 방사된 고주파의 전자파는 근방에 배치된 전자 회로 부품에 영향을 주기 때문에, 노이즈의 발생, 오동작 또는 이상(異常) 발진 등 통신 성능의 열화라는 문제도 가진다. 이에 대한 종래의 대책은 주변 회로 부품을 안테나 소자로부터 이격시키는 것이었지만, 이 방법으로는 안테나 주변의 실장(實裝) 밀도를 높일 수 없어 통신 기기의 소형화에 큰 장애가 된다.
따라서 본 발명의 목적은 충분한 Q값을 가지며, 이득(gain)이 높고 대역폭이 넓은 소형의 마이크로스트립 라인 안테나 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 이러한 안테나 소자를 회로 기판에 실장하여, 주변 부품에 악영향을 주지 않고 실장 밀도를 높인 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 이러한 안테나 장치를 탑재한 휴대 정보 단말 등의 통신 기기를 제공하는 것이다.
안테나 소자의 소형화와 광대역화를 동시에 달성하기 위해, 안테나의 동작을 시뮬레이션에 의해 검토한 결과, (1) 방사 전극과 접지 전극의 형상을 연구함으로 써 등가적으로 복수의 공진 회로를 안테나 소자에 발생시킬 수 있고, (2) 전극 배치를 연구함으로써 이득이 높은 방사 지향성을 얻는 동시에, 불필요한 전계 방사를 저지할 수 있으며, (3) 지도체에 대한 탑재 방법을 연구함으로써 점유 면적을 작게 하여 더욱 양호한 안테나 특성이 얻어지는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견에 의해 완성되었다.
즉, 본 발명의 칩형 안테나 소자는 절연성 기체(基體)의 적어도 한 면에 방사 전극이 형성되고, 방사 전극은 기체의 제1 단부(端部) 또는 그 근방으로부터 제2 단부 또는 그 근방까지 실질적으로 연속적 및／또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 칩형 안테나 소자는 (a) 절연성 기체의 제1 단면(端面) 및／또는 그 근방의 표면 영역에 설치한 접지 전극과, (b) 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 접지 전극으로부터 간격없이 또는 간격을 가지고 기체의 제2 단부 또는 그 근방까지 실질적으로 연속적 및／또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되고, 기체의 제1 단부 측이 넓은 폭의 후단부이고, 기체의 제2 단부 측이 좁은 폭의 선단부인 방사 전극과, (c) 방사 전극의 중간에 위치하도록 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 방사 전극과 접촉 또는 비접촉하는 급전 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자는 (a) 절연성 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 기체의 제1 단부 또는 그 근방으로부터 제2 단부 또는 그 근방까지 실질적으로 연속적 및／또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되고, 기체의 제1 단부 측이 넓은 폭의 후단부이고, 기체의 제2 단부 측이 좁은 폭의 선단부인 방사 전극과, (b) 방사 전극의 선단부와 간극을 개재하여 대향하는 접지 전극과, (c) 방사 전극의 중간에 위치하도록 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 방사 전극과 접촉 또는 비접촉하는 급전 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩형 안테나 소자는 (a) 절연성 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 기체의 제1 단부 또는 그 근방으로부터 제2 단부 또는 그 근방까지 실질적으로 연속적 및／또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되고, 기체의 제1 단부 측이 넓은 폭의 후단부이고, 기체의 제2 단부 측이 좁은 폭의 선단부인 방사 전극과, (b) 방사 전극의 후단부에 직접 또는 간극을 개재하여 접속되는 제1 접지 전극과, (c) 방사 전극의 선단부와 간극을 개재하여 대향하는 제2 접지 전극과, (d) 방사 전극의 중간에 위치하도록 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 방사 전극과 접촉 또는 비접촉하는 급전 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제1 또는 제2 접지 전극 중 한 쪽을 방사 전극에 접속함으로써, 방사 전극의 길이 방향(longitudinal direction)의 방사 전계 강도가 약해지고, 수직 방향의 방사 전계 강도가 강해지는 것이 바람직하다.
방사 전극의 좁은 폭의 선단부에 기체의 제2 단면 및／또는 이것에 인접한 적어도 하나의 측면 상의 근방 영역에 형성된 연장 전극부가 접속되어 있는 것이 바람직하다. 연장 전극부는 상기 방사 전극의 선단부보다 폭이 좁은 것이 바람직하다.
절연성 기체는 직방체인 것이 바람직하다. 또, 방사 전극의 폭이 넓은 후단 부의 폭(W)과 폭이 좁은 선단부의 폭(S)의 비(W／S)가 2 이상인 것이 바람직하고, 2∼5인 것이 더욱 바람직하다. 방사 전극은 절연성 기체의 인접한 측면에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또 급전 전극은 기체의 중앙으로부터 방사 전극의 선단부 측으로 벗어나 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 안테나 장치는 상기 칩형 안테나 소자를 회로 기판에 장착하여 이루어지고, 칩형 안테나 소자의 방사 전극이 회로 기판의 지도체의 단부에 대해 평행하며, 방사 전극의 개방 선단부가 지도체에 근접되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.
상기 칩형 안테나 소자를 상기 회로 기판의 지도체와 함께 배치함에 있어서, 상기 칩형 안테나 소자를 상기 회로 기판의 지도체의 단부와 간극을 두어 배치하고, 상기 칩형 안테나 소자의 방사 전극과 상기 회로 기판의 상기 지도체 사이에 간극이 있는 것이 바람직하다. 급전 전극은 칩형 안테나 소자의 기체의 중앙으로부터 방사 전극의 선단부 측으로 벗어나 있는 것이 바람직하다. 또 급전 전극은 회로 기판의 한 쌍의 지도체 사이에 설치한 급전선(給電線)에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 통신 기기는 상기 안테나 장치를 탑재한다. 본 발명의 통신 기기는 예를 들면 블루투스 기기(bluetooth device)용 안테나를 가지는 휴대 전화, 헤드폰, 퍼스널 컴퓨터, 노트북, 디지털 카메라 등에 탑재한 통신 기기이다.
도 1은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 평판형의 칩형 안테나 소자(chip antenna element)를 도시하고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩형 안테나 소자를 도시한다. 도 1에 도시한 평판형의 칩형 안테나 소자에서, 방사 전극(13)은 지도체(31)에 접속된 접지 전극(15)에 연결된 후단부(13a)로부터, 지도체(31)로부 터 연장되는 접지 전극(17)에 대향하는 개방 선단부(13b)로 갈수록 서서히 폭이 좁아지는 형상을 가진다.
도 2에 도시한 칩형 안테나 소자(10)는 대략 직방체의 절연성 기체(11)와, 기체(11)의 한쪽 단면(端面) 및 그 근방의 표면 영역을 덮는 접지 전극(15)과, 기체(11)의 상면에 형성되며, 접지 전극(15)과 연속되어 타단을 향하여 연속적으로 폭을 좁히면서 연장되는 마이크로스트립 도체인 방사 전극(13)과, 방사 전극(13)의 중간에 비접촉으로 급전하도록 기체(11)에 형성된 급전 전극(14)으로 이루어진다. 도 2는 방사 전극(13)의 개방 선단부(13b)에 간극(12)을 개재하여 접지 전극(17)이 대향하는 구조를 도시하고 있지만, 이 구조는 필수적이지는 않다.
본 발명의 칩형 안테나 소자의 중요한 특징은 방사 전극이 후단부로부터 선단부까지 실질적으로 연속적 및／또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되는 것이다. 방사 전극의 선단부는 접지 전극과 간극을 개재하여 접속되는(용량 결합되는) 것이 바람직하다. 또 본 발명의 칩형 안테나 소자를 회로 기판에 실장하는 경우, 방사 전극의 선단부와 접지 전극의 간극이 회로 기판의 지도체로부터 멀어지도록 하는 것이 바람직하다.
방사 전극(13)의 폭(고주파 전류에 대해 수직 방향)은 일정하지 않고, 간극(12)에 접근함에 따라 서서히 감소한다. 급전 전원(고주파 신호원, 19)으로부터 급전 전극(14)을 통하여 공급되는 고주파 전류는 방사 전극(13)의 인덕턴스(inductance) 및 방사 전극(13)과 그라운드(ground) 사이의 커패시터(capacitor)의 용량으로 정해지는 주파수에서 공진하고, 공간에 전자(電 磁) 에너지로서 방사된다. 이 때, 접지 전극(15)과 간극(12)에서 각각 노드(node)와 안티노드(antinode)를 가지는 급전 분포 모드가 된다. 방사 전극(13)의 폭이 일정하면 이 전류 분포 모드는 하나밖에 존재하지 않지만, 접지 전극(15, 17) 사이에 배치되는 방사 전극(13)의 폭이 일정하지 않기 때문에 복수의 전류 분포 모드가 발생하고, 안테나 소자에 복수의 공진 회로가 형성된 것과 등가(等價)가 된다. 또 각 공진 회로의 공진 주파수는 매우 근접되어 존재하므로, 거시적으로 보면 광대역인 공진 특성이 된다. 이에 따라서 안테나 소자의 Q값이 저하된다.
도 3 (a)는 도 2의 칩형 안테나 소자의 등가 회로를 도시한다. 급전 전원(19)은 급전 전극(14) 등에 의한 인덕턴스(Li)와 정전 용량(Ci)을 통하여 방사 전극(13)에 전류를 공급한다. 공급된 전력은 공진 시에 방사 저항(R)에 의해 소비되고, 소비되는 전력이 전자파로서 공간에 방사된다. 등가 회로 중, 급전 전원(19) 우측의 파선으로 둘러싼 부분이 방사 전극(13), 좌측이 간극(12)을 포함한 접지 전극(17)이고, 방사 전극(13)과 접지 전극(17) 사이의 정전 용량은 Cg이다.
도 3 (b)는 일정한 폭의 방사 전극을 가지는 칩형 안테나 소자의 등가 회로를 도시한다. 이 경우, 방사 전극은 단순히 인덕턴스(L)와 정전 용량(C)으로 치환할 수 있다. 이에 대해, 일정한 폭이 아닌 방사 전극을 가지는 본 발명의 칩형 안테나 소자의 경우, 방사 전극을 분포 상수(distributed constant)적으로 취급할 필요가 있다. 즉, 서서히 변화하는 다수의 인덕턴스와 서서히 변화하는 다수의 정전 용량이 접속되어 있는 것과 동일하다고 볼 수 있다. 따라서, 방사 전극(13)을 포 함하는 등가 회로는 복수의 인덕턴스(Lr1, Lr2, Lr3, …)와 정전 용량(Cr1, Cr2, …)에 의한 사다리형 회로(ladder circuit)로서 나타낼 수 있다. 각 공진 주파수는 상당히 접근되어 발생하기 때문에, 공진이 연속하여 발생하는 것처럼 보이고, 대역폭이 넓어진 주파수 특성이 된다.
도 2의 칩형 안테나 소자는 사다리꼴(trapezoidal)의 방사 전극을 가지지만, 본 발명의 방사 전극은 사다리꼴에 한정되지 않고 여러 형상이 가능하다. 본 발명의 요점은 일정한 폭의 방사 전극을 이용하는 대신, 폭이 서서히 연속적 및／또는 단계적으로 변화하는 방사 전극을 이용함으로써 인덕턴스 분포 및 정전(靜電) 용량 분포를 만들고, 이들에 의해 복수의 공진 회로를 형성하여 이른 바 병렬 다중 공진 회로(parallel multi-resonance circuit)로 한 점에 있다.
방사 전극의 형상이 칩형 안테나 소자의 특성에 주는 영향을 조사하기 위해, 도 4에 도시한 사다리꼴의 방사 전극(폭이 넓은 후단부의 폭(W), 폭이 좁은 선단부의 폭(S), 길이 (D))의 W／S와 여러 특성의 관계를 구하였다. 도 5는 W／S와 공진 주파수(f0)의 관계를 나타낸다. W／S가 약 5를 넘으면 공진 주파수(f0)는 포화되는 경향을 보인다. 도 6은 W／S와 비대역폭(BW／f0)의 관계를 나타낸다. 도 6으로부터, W／S가 약 3 이상이 되면 비대역값(BW／f0)이 포화되는 것을 알 수 있다. 도 7은 W／S와 Q값의 관계를 나타낸다. W／S가 커짐에 따라 Q값이 감소하여 광대역화를 도모할 수 있다. W／S가 2 미만에서는 Q값의 곡선 경향이 급격하여 제어가 어렵고, 또 W／S가 약 5를 넘으면 Q값은 포화되는 경향을 보인다. Q값≤29를 만족시 키는 W／S는 약 3 이상이다. 이상의 결과로부터, W／S는 2 이상이 바람직하고, 2∼5가 더욱 바람직하다.
기체의 상면뿐만 아니라 인접하는 측면에도 방사 전극을 형성하면, 칩형 안테나 소자는 더욱 소형화되고 방사 지향성이 향상되므로 바람직하다. 또 방사 전극(13)의 선단부(13b)에 제2 단면 및／또는 그 근방의 표면 영역에 연장되는 연장 전극부를 설치할 수도 있다. 연장 전극부는 인덕턴스 또는 커패시턴스(capacitance)로서 작용하여 방사 이득의 향상이나 주파수 조정을 용이하게 한다.
도 8은 회로 기판(30)의 지도체(31, 31)에 본 발명의 칩형 안테나 소자(10)를 장착한 예를 나타낸다. 접지 전극(15)은 직방체형 절연성 기체(11)의 하나의 단면(제1 단면) 및 그 근방의 표면 영역을 덮고 있고, 기체 저면 대부분에는 그라운드 전극이 설치되어 있지 않다. 임피던스가 정합되는 위치에 급전 전극(14)이 형성되어 있다. 칩형 안테나 소자(10)의 접지 전극(15)은 회로 기판(30)의 지도체(31)에 접속되고, 급전 전극(14)은 지도체(31, 31) 사이에 설치된 급전선(32)에 접속되어 있다. 방사 전극(13)의 선단부(13b)와 접지 전극(17) 사이의 간극(12)이 지도체(31, 31)로부터 가장 먼 위치에 오도록 칩형 안테나 소자(10)는 회로 기판(30)에 실장되어 있다.
안테나가 전파를 방사할 때, 방사 전극(13)과 지도체(31) 사이에서 발생한 전자계(電磁界)에 의해 전자 에너지가 공간에 방사되므로, 지도체(31)와 동일 전위의 접지 전극(17)에서는 전자계가 매우 약하여 방사되는 전자 에너지는 매우 작다. 따라서 안테나 소자에 가까운 회로 기판 상의 위치에 부품을 실장할 수 있다. 이와 같이 하우징 및 회로 기판의 도체 등의 영향을 없애는 동시에, 부품의 오동작을 방지할 수 있어 안테나 특성의 안정화 및 신뢰성 향상을 이룰 수 있다.
도 9는 안테나 장치의 전형적인 예를 나타낸다. 안테나 소자(10)의 양 접지 전극(15, 17)을 회로 기판(30)의 지도체(31, 31)에 접속시키는 동시에, 급전 전극(14)을 급전선(32)에 접속한다. 방사 전극(13)은 좌우 양단의 접지 전극(15, 17)과 하면의 지도체(31)로 둘러싸이고 안테나 소자(10)의 전극이 없는 면은 상면과 2개의 측면이므로, 방사 전극(13)의 길이 방향의 방사 전계 강도는 약해지고, 반대로 수직 방향의 방사 전계 강도가 강해지는 지향성이 되어 이득이 향상된다. 이와 같이 접지 전극(15, 17)의 차폐 효과에 의해 방사 전극(13)의 길이 방향의 전자파에 의한 영향이 적어지므로, 안테나 소자(10)의 기체(11) 양단면의 외측에 부품(51)을 설치해도 오동작이 발생할 우려가 없다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 방사 전극(13)이 지도체(31, 31)의 단부에 대해 평행하게 되도록 안테나 소자(10)를 회로 기판(30) 상의 지도체(31, 31)에 탑재한다. 각 지도체(31)로부터 연장되는 지도체 연장부(310)에 각 접지 전극(15, 17)을 접속하며, 방사 전극(13)과 접지 전극(17) 사이의 전계 방사 간극(12)을 지도체(31, 31)로부터 가장 먼 위치로 하는 것이 바람직하다.
안테나 소자(10)의 공진 전류에 의해 회로 기판(30)의 지도체(31, 31)에 발생하는 경상(鏡像) 전류와 기체(11)의 전류가 반대의 위상이 되면, 안테나 소자(10)로부터의 전자 방사를 방지할 수 있어 이득 저하나 공진 주파수의 시프트(shift)가 일어나는 경우가 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 공진 전류가 가장 많이 흐르는 방사 전극(13) 및 간극(12)을 지도체(31, 31)로부터 가장 먼 위치에 배치하면, 전계를 지도체(31, 31)로부터 떨어진 위치에 유기할 수 있어 경상 전류(image current)를 매우 약하게 할 수 있다. 또 안테나 소자(10)의 절연성 기체(11)의 이면(裏面) 대부분에는 접지 전극을 가지고 있지 않으므로, 지도체(31)에 경상 전류가 흐르는 것을 억제할 수 있다.
종래와 같이 안테나 소자(10)를 지도체(31, 31)의 단부에 직교하도록 배치하면, 회로 기판(30) 상의 데드 스페이스(dead space)가 커지지만, 본 발명과 같이 지도체(31, 31)의 단부에 평행하게 놓으면 안테나 소자(10)의 점유 면적이 현저하게 감소하여 실장 레이아웃의 자유도와 밀도가 높아진다. 또 안테나 소자(10)를 지도체(31, 31)의 단부에 평행하게 배치한 경우, 이득 저하를 보상할 필요가 있지만, 본 발명에서는 방사 전극(13)의 형상 및 접지 전극(15, 17)의 배치 효과를 이용한다. 예를 들면, 접지 전극(15)이 기체(11)의 단부 전체를 덮음으로써, 방사 전극(13)의 접지 후단부(13a)로부터 간극(12)에 면한 선단부(13b)를 향한 영역에 전계를 집중시킬 수 있다. 또 급전 전극(14)도 용량을 개재하여 방사 전극(13)에 접속하는 임피던스 매칭 부위(impedance-matching position)에 설치하는 것도 방사 전극(13)에 전계를 집중시키는 데 기여한다.
안테나 소자(10)의 방사 전극(13)을 회로 기판(30)의 지도체(31, 31)의 단부에 대하여 평행하게 하는 이유는 방사 전극(13)의 형상 효과를 최대로 끌어내기 위해서이며, 방사 전극(13)과 접지면 사이에 형성되는 커패시터의 작용을 최대로 하 기 위해서이기도 하다. 도 9 및 도 10으로부터, 방사 전극(13)을 지도체(31, 31)의 단부에 대하여 평행하게 배치하는 본 발명의 구성법이 직각으로 배치하는 종래 기술의 구성보다 방사 전극과 지도체 사이의 커패시터의 작용이 현저하게 큰 것을 알 수 있다.
본 발명의 안테나 장치에서는 방사 전극(13)과 접지 전극(17) 사이의 간극(12)으로부터 안테나 소자(10)의 길이 방향 축선에 대해 방사 방향으로 전계가 방사될 뿐만 아니라 그 전계 방향과 직교하는 방향으로도 전계가 방사되므로, 통신기에 탑재한 경우, 자세에 관계없이 무지향성을 발휘할 수 있다.
도 11 (a) 내지 도 11 (c)는 안테나 소자의 대역폭(BW；bandwidth)과 그 절연성 기체(11)의 치수(길이(L), 폭(W)) 및 비유전률(εr；dielectric constant)의 관계를 나타낸다. 대역폭(BW)은 기체(11)의 치수 및 재질에 의해 변하기 때문에, 도 11에 도시한 바와 같은 기체(11)의 치수 및 재질과 대역폭의 관계를 미리 구해 둠으로써 본 발명을 효율적으로 실시할 수 있다. 절연성 기체(11)로서 직방체(15mm×3mm×3mm)의 Al2O3계의 유전체 세라믹스(비유전률(εr)＝8)가 바람직하다는 것을 알 수 있었다. Ag로 이루어지는 전극을 도 10에 도시한 바와 같이 절연성 기체(11)의 표면에 형성하였다. 방사 전극(13)은 대략 사다리꼴로 하고, 후단부(13a)의 폭(W)과 선단부(13b)의 폭(S)의 비(W／S)를 3으로 하였다. 또 방사 전극(13)의 개방 선단부와 접지 전극(17) 사이에 길이 1mm의 간극(절연성 기체의 노출부, 12)을 형성하였다. 방사 전극(13)의 후단부(13a)에는 접지 전극(15)을 연 속적으로 접속하였다. 급전 전극(14)은 기체 측면에서 중앙으로부터 간극 측 가까이에 설치하였다. 상기 치수를 가지는 안테나 소자(10)는 공진 주파수가 2.4∼2.5GHz, 대역폭이 100MHz, 비(比)대역이 3.5%, 이득이 -5dBi 이상, 전압 정재파비(VSWR；Voltage Standing Wave Ratio)가 3 이하이고, 무지향성이 요구되는 휴대 전화 또는 무선 LAN용으로 설치한 것이다.
상기 실시예는 단순히 일례에 지나지 않으며 설계 조건에 따라 치수 및 형상을 적당하게 설정할 수 있다. 예를 들면, 직방체형의 유전체 기체 대신 원주형의 유전체 기체를 사용할 수도 있고, 또 기체 재료는 자성체, 수지 또는 이들의 적층체로 할 수 있다.
대역폭을 넓히거나 주파수를 조정하기 위해, 간극이나 방사 전극을 트리밍(trimming)하는 것이 유효하지만, 이 때 방사 전극(13)의 개방단 근방의 경사면에 직사각형상의 슬릿부(rectangular slit, 절연성 기체가 노출되는 부분)를 형성해 두고, 이 직사각형상의 슬릿부를 트리밍하면, 용이하게 매칭시킬 수 있다.
방사 전극(13)의 선단부(13b)는 접지 전극(17)과 간극(12)을 개재하여 대향할 것이 요구되지만, 후단부(13a)는 접지 전극(15)과 직접 접속할 수도 있고 간극을 개재하여 접속(용량 결합)할 수도 있다.
기체(11) 단면으로부터의 전계 방사를 억제하기 위해서는, 기체(11) 단면을 접지 전극(15, 17)으로 덮고 접지하면 된다. 그러나 접지 전극(15, 17)의 효과를 확실하게 얻기 위해, 기체(11)의 단면뿐만 아니라 이것에 인접한 측면의 근방 영역도 덮는 것이 바람직하다.
급전 전극(14)은 방사 전극(13)에 면하는 위치에서, 기체(11)의 측면 또는 측면＋상면에 설치할 수도 있고, 접촉할 수도 있고 또는 비접촉일 수도 있다.
안테나 소자(10)는 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다. 먼저 유전체 세라믹스 블록으로부터 직방체의 칩을 복수 개 잘라내어 소정의 치수로 연삭 가공한다. 이어서 유전체 칩의 표면에 소정 형상의 Ag 전극(방사 전극, 접지 전극 및 급전 전극)을 스크린 인쇄하고 구워 직방체형의 안테나 소자(예를 들면, 길이 15mm, 폭 3mm, 두께 3mm)를 얻는다. 안테나 소자는 얇은 쪽이 바람직하고, 또 두께와 폭을 동일하게 하면 측면 방향의 방향성이 없어져 전극의 인쇄가 간단하게 된다.
도 12는 회로 기판에 안테나 소자가 실장된 안테나 장치를 도시한다. 안테나 소자(10)는 회로 기판(30)의 지도체(31, 31)의 단부를 따른 위치에 배치되고, 급전 전극(14)은 양 지도체(31, 31) 사이에 위치하는 급전 전원(19)과 접속한 급전선(32)에 접속된다. 방사 전극(13)은 접지 전극(15) 측에 넓은 폭의 후단부(13a)를 가지고, 연속적으로 폭을 좁히면서 좁은 폭의 선단부(13b)까지 연장된다. 선단부(13b)와 접지 전극(17) 사이의 간극(12)은 지도체(31, 31)로부터 먼 위치에 배치되어 있다. 급전 전극(14)은 방사 전극(13)의 길이 방향의 중앙으로부터 간극(12) 측으로 치우쳐 위치하고, 이에 따라 안테나 소자(10)의 중심도 지도체(31, 31)의 중심으로부터 벗어나 있다.
특성의 평가 항목은 전압 정재파비(VSWR), 지향성 및 이득 특성이다. VSWR은 급전 단자에 네트워크 애널라이저(network analyzer)를 접속하고, 단자 측으로부터 본 임피던스를 측정함으로써 구하였다. 이득은 전파암실(anechoic chamber) 내에서 시험 안테나가 방사한 전력을 기준 안테나에서 수신했을 때, 수신 전력과 기준 안테나의 이득으로부터 산출하였다. 지향성은 회전 테이블에 탑재한 안테나 소자를 회전시키면서 방사 전계의 강도를 이득의 측정 방법과 동일하게 하여 측정하였다.
도 12의 안테나 소자를 각각 X축, Y축 및 Z축에 대해 회전시켰을 때 구한 지향성을 도 13 내지 도 15에 도시한다. 도 13 내지 도 15로부터 명확히 나타난 바와 같이, 안테나 소자의 길이 방향으로 약간의 이득 감소가 관찰되었지만, 3축 방향모두 이득의 그래프는 대략 원에 가깝고, 실질적으로 무지향성이다. 이 이유는 방사 전극(13)의 길이 방향으로 방사되는 전계 강도가 약해졌기 때문이다.
도 16은 도 12의 안테나 소자(10)의 대역폭을 나타낸다. 종래의 안테나 소자와 비교하여 도 12의 본 발명의 안테나 소자에는 대역폭에 현저한 개선이 관찰된다. 전압 정재파비(VSWR)가 3일 때의 대역폭은 100MHz이었다.
급전 전극(14)을 도 12에 도시한 위치(방사 전극(13)의 중앙으로부터 선단부(13b) 측에 치우쳐 있음)로부터, 각각 방사 전극(13)의 중앙 및 후단부(13a) 측으로 변경시킨 경우(지도체(31)에 대한 안테나 소자(10)의 위치도 변경됨)에 대해서도, 동일한 측정을 행하였다. 그 결과, 급전 전극(14)의 위치를 도 12에 도시한 위치로부터 변경시킨 안테나 소자(10)에서는 대역폭의 무지향성이 떨어져 있다. 이러한 결과로부터, 방사 전극(13)에 대한 급전 전극(14)의 위치 및 지도체(31)에 대한 안테나 소자(10)의 위치가 대역폭의 무지향성에 대해 크게 영향을 미치는 것이 확인되었다.
급전 전극(14)은 방사 전극(13) 중간에 급전을 행하지만, 비접촉인 경우는 정전 용량으로 매칭시킬 수 있기 때문에, 임피던스가 높은 개방 선단부(13b)에 가까운 부분에 배치할 수 있다. 한편, 방사 전극(13)에 접촉하는 경우는 인덕턴스 매칭(inductance matching)밖에 없으므로 정합이 어려워 임피던스가 낮은 넓은 폭의 후단부(13a) 측에 배치할 수밖에 없다.
도 17의 안테나 소자에 2mm의 간극을 형성한 경우, 도 18에 도시한 바와 같이, 전압 정재파비(VSWR)가 3일 때의 대역폭을 180MHz로 할 수 있었다. 또 간극을 형성하지 않은 경우에도 대역폭은 120MHz로 되어 있어 종래의 예보다 광대역화를 달성할 수 있었다. 약간 점유 면적이 증대되지만, 지도체(31)로부터 예를 들면 2mm 정도의 간극을 두고 방사 전극(13)을 배치하는 쪽이 대역폭 및 방사 이득 면에서 유리하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 다른 실시예를 도 19 및 도 20에 나타낸다. 도 19의 예에서는 방사 전극(13)을 기체(11)의 상면에만 배치하는 것이 아니라, 인접한 측면에도 연장시켜 형성한다. 이러한 구성에 의해, 방사 전극(13)을 실질적으로 넓힐 수 있어 방사 이득의 무지향성이 향상되는 동시에 대역폭이 증가하여 안테나 소자를 더욱 소형화할 수 있다. 방사 전극(13)은 절연성 기체(11)의 하면까지 연장할 수도 있다. 도 19 (c)로부터 명확히 나타난 바와 같이, 양단부에 설치된 접지 전극(15, 17)은 전기적으로 접속되어 있지 않다.
도 20에 도시한 안테나 소자는 사다리꼴의 방사 전극(13)에 급전 전극(14)을 접속한 직접 급전 방식이다. 안테나 소자(10)의 하면에는 접지 전극(15, 17)과 전 기 접속되지 않은 도체(18)가 형성되어 있다.
도 21 내지 도 23은 길이 15mm×폭 3mm×높이 2mm로 박형(薄型)인 안테나 소자를 도시한다. 이들 안테나 소자는 기체(11)의 하나의 단면 및 그 근방의 표면 영역을 덮는 접지 전극(15)에 직접 또는 간극을 개재하여 접속되는 다양한 방사 전극(13)을 가진다. 급전 전극(도시하지 않음)은 기체의 뒷면에 위치한다. 이러한 예에서는 방사 전극(13)을 상면뿐만 아니라 인접하는 측면에도 설치한다. 도 23의 예에서는 방사 전극(13)은 미앤더(meander) 형상이다. 이와 같은 구성에 의해, 방사 전극(13)은 실질적으로 확대되고, 방사 방향의 방사 이득이 향상되는 동시에 대역폭이 확대되어 더욱 소형화할 수 있다.
도 21에 도시한 예에서는 방사 전극(13)과 접지 전극(15) 사이에 간극(21)이 있다. 방사 전극(13)의 양단에 접지 전극과의 간극이 형성되어 있으므로, 간극에 발생하는 전계는 넓은 범위에 방사되고, Q값이 저하되어 더욱 광대역화를 기대할 수 있다.
도 22에 도시한 예에서는 방사 전극(13)과 접지 전극(15)이 부분적으로 접속되어 있다. 슬릿(기체 노출부, 22)은 트리밍에 의해 생긴 것으로, 슬릿(22)의 길이 및／또는 폭을 변경시킴으로써 안테나 소자의 공진 주파수를 조정할 수 있다. 방사 전극(13)의 선단부(13b)는 제2 단면까지 연장되어 있고, 이 연장 전극부는 인덕턴스 성분 또는 장하 용량 성분(loaded capacitance component)으로서 이용할 수 있다.
도 23에 도시한 예에서 방사 전극(13)은 기체(11)의 인접한 2면에 미앤더 형 상으로 형성되어 있다. 미앤더형 방사 전극(13)에 공진 전류가 흐르기 때문에, 미앤더형 전극의 길이는 전기 길이의 약 1／4에 상당한다. 이로 인해 방사 전극을 짧게 할 수 있어 안테나 소자를 더욱 소형화할 수 있다.
도 24 내지 도 26에 도시한 안테나 소자는 방사 전극(13)의 선단부 끝에 간극을 두고 접지 전극(17)을 가지는 이외에, 각각 도 21 내지 도 23에 도시한 안테나 소자와 동일하다.
도 27 내지 도 34는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나 소자의 전개도이다. 각 도면에서 빗금 부분은 전극부이다.
도 27의 안테나 소자는 기체(11)의 하나의 단면 및 그 근방의 표면 영역에 설치된 접지 전극(15)과, 접지 전극(15)으로부터 기체(11)의 타단을 향하여 폭을 좁히면서 인접한 2 측면 상을 길이 방향으로 연장되는 방사 전극(13)과, 방사 전극(13)의 선단으로부터 인접한 측면으로 연장되는 연장 전극부(131)를 가진다. 급전 전극(14)은 방사 전극(13)에 임피던스 정합되어 있다. 접지 전극(15)에는 트리밍용 슬릿부(22)가 형성되어 있어 주파수 조정 폭을 넓게 취할 수 있다.
도 28의 안테나 소자는 방사 전극(13)의 선단부(13b)로부터 상면 및 측면으로 연장되는 비교적 넓은 폭의 커패시턴스용 연장 전극부(131)를 가진다.
도 29의 안테나 소자는 방사 전극(13)의 선단부로부터 제2 단면까지 연장되는 연장 전극부(131)를 가진다. 연장 전극부(131)를 제2 단면 전체 면에 설치하여 커패시턴스용 전극으로 할 수도 있다.
도 30의 안테나 소자는 인접한 2면 상으로 연장되는 방사 전극(13)과, 방사 전극(13)의 선단부로부터 이격되어 제2 단면에 설치된 커패시턴스용 전극부(132)를 가진다.
도 31의 안테나 소자는 방사 전극(13)의 일단 측에 트리밍 조정부(20)를 설치하고 타단 측에 연장 전극부(131)를 가진다. 납땜용 더미(dummy) 전극(133)에 의해 회로 기판(30)과 안테나 소자(10)의 고정이 더욱 견고하게 된다.
도 32의 안테나 소자는 접지 전극부(15)를 제1 단면 및 그 근방의 표면 영역(4측면 상)에 형성하고, 급전 전극(14)이 기체(11)의 하면을 가로지르는 것 이외는, 도 27의 안테나 소자와 동일하다. 이 구조에 의해, 납땜 면적을 충분히 확보할 수 있다.
도 33의 안테나 소자는 급전 전극(14)을 기체(11)의 하면에서 연장시키는 대신 더미 전극(133)을 기체(11)의 하면에 형성한 것 이외는, 도 32의 안테나 소자와 동일하다.
도 34의 안테나 소자는 급전 전극(14)을 연장시키지 않고 기체(11)의 하면에 플로팅 전극(floating electrode, 134)을 형성한 것 이외는, 도 32의 안테나 소자와 동일하다. 플로팅 전극(134)은 방사 전극(13)과 그라운드 사이의 용량을 증가시켜 안테나 소자의 소형화 및 그 주파수 조정을 용이하게 한다.
본 발명의 안테나 소자에는 이상 기술한 것 이외에 예를 들면 도 35에 도시한 바와 같은 형상의 방사 전극을 형성할 수도 있다.
상기 실시예에서는 유전체를 절연성 세라믹스에 의해 형성하였지만, 그 대신 수지 등의 유전체를 사용할 수도 있다. 수지로 이루어진 기체의 경우, 관통공을 형성하여 관통공에 급전점을 설치할 수도 있다.
본 발명의 안테나 소자를 회로 기판 상에 실장한 안테나 장치를 휴대 전화나 정보 단말 기기 등의 무선 통신 기기에 탑재함으로써, 실질적으로 무지향성이고 이득이나 대역폭 등의 안테나 특성이 양호한 통신 기기로 만들 수 있다. 또 본 발명의 안테나 소자는 표면 실장형으로서 점유 면적이 작고 자유도가 높은 설계가 가능하므로, 실장 밀도가 향상되어 안테나 장치 및 이것을 조립한 통신 기기를 소형화할 수 있다. 예를 들면 15mm×3mm×2∼3mm의 안테나 소자를 탑재한 안테나 장치는 안테나 소자의 점유 면적이 50mm2 이하이므로, 종래의 안테나 장치의 1／2 이하의 공간이면 된다.
이상과 같이 본 발명에 의해 실질적으로 무지향성이며 넓은 대역에서 이득이 높은 소형 고성능의 칩형 안테나 소자 및 이러한 칩형 안테나 소자를 구비하는 안테나 장치를 얻을 수 있다. 이 안테나 소자를 회로 기판 상에 실장했을 때의 점유 면적이 매우 작으므로, 실장 밀도를 높일 수 있다. 따라서, 이와 같은 안테나 장치를 탑재한 휴대형 통신 기기는 소형화되고, 장치의 위치 또는 자세에 관계없이 안정된 통신 성능을 발휘할 수 있다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. (a) 절연성 기체의 제1 단면(端面) 또는 그 근방의 표면 영역에 설치한 접지 전극과,
    (b) 상기 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 상기 접지 전극으로부터 간격없이 또는 간격을 가지고 상기 기체의 제2 단부 또는 그 근방까지 연속적 또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되고, 상기 기체의 제1 단부 측이 넓은 폭의 후단부이고, 상기 기체의 제2 단부 측이 좁은 폭의 선단부인 방사 전극과,
    (c) 상기 방사 전극의 중간에 위치하도록 상기 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 상기 방사 전극과 접촉 또는 비접촉하는 급전(給電) 전극
    을 구비하며,
    상기 급전 전극은 상기 기체의 중앙으로부터 상기 방사 전극의 선단부 측으로 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  3. (a) 절연성 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 상기 기체의 제1 단부 또는 그 근방으로부터 제2 단부 또는 그 근방까지 연속적 또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되고, 상기 기체의 제1 단부 측이 넓은 폭의 후단부이고, 상기 기체의 제2 단부 측이 좁은 폭의 선단부인 방사 전극과,
    (b) 상기 방사 전극의 선단부와 간극을 개재하여 대향하는 접지 전극과,
    (c) 상기 방사 전극의 중간에 위치하도록 상기 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 상기 방사 전극과 접촉 또는 비접촉하는 급전 전극
    을 구비하며,
    상기 급전 전극은 상기 기체의 중앙으로부터 상기 방사 전극의 선단부 측으로 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  4. (a) 절연성 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 상기 기체의 제1 단부 또는 그 근방으로부터 제2 단부 또는 그 근방까지 연속적 또는 단계적으로 폭을 좁히면서 연장되고, 상기 기체의 제1 단부 측이 넓은 폭의 후단부이고, 상기 기체의 제2 단부 측이 좁은 폭의 선단부인 방사 전극과,
    (b) 상기 방사 전극의 후단부에 직접 또는 간극을 개재하여 접속되는 제1 접지 전극과,
    (c) 상기 방사 전극의 선단부와 간극을 개재하여 대향하는 제2 접지 전극과,
    (d) 상기 방사 전극의 중간에 위치하도록 상기 기체의 적어도 한 면에 형성되며, 상기 방사 전극과 접촉 또는 비접촉하는 급전 전극을 구비하며,
    상기 급전 전극은 상기 기체의 중앙으로부터 상기 방사 전극의 선단부 측으로 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 접지 전극 중 한 쪽이 상기 방사 전극에 접속됨으로써, 상기 방사 전극의 길이 방향의 방사 전계 강도가 약해지고, 수직 방향의 방사 전계 강도가 강해지는 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 전극의 좁은 폭의 선단부에 상기 기체의 제2 단면 또는 이것에 인접한 적어도 하나의 측면 상의 근방 영역에 형성된 연장 전극부가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연성 기체는 직방체인 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 전극의 폭이 넓은 후단부의 폭(W)과 폭이 좁은 선단부의 폭(S)의 비(W／S)가 2 이상인 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비(W／S)가 2∼5인 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 전극은, 절연성 기체의 서로 인접한 2개의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 칩형 안테나 소자.
  11. 삭제
  12. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 칩형 안테나 소자를 회로 기판에 장착하여 이루어지는 안테나 장치로서,
    상기 칩형 안테나 소자의 방사 전극이 상기 회로 기판 상의 지도체(地導體, ground conductor)의 단부에 대해 평행하며, 상기 방사 전극의 개방 선단부가 상기 지도체에 근접되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 칩형 안테나 소자를 상기 회로 기판의 지도체와 함께 배치함에 있어서, 상기 칩형 안테나 소자를 상기 회로 기판의 지도체의 단부와 간극을 두어 배치하고, 상기 칩형 안테나 소자의 방사 전극과 상기 회로 기판의 상기 지도체 사이에 간극이 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 급전 전극은 상기 칩형 안테나 소자의 기체의 중앙으로부터 상기 방사 전극의 선단부 측으로 벗어나 있고, 상기 급전 전극은 상기 회로 기판의 한 쌍의 지도체 사이에 설치한 급전선(給電線)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  15. 제12항에 따른 안테나 장치를 탑재한 것을 특징으로 하는 통신 기기.
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