KR100952455B1 - 칩 안테나 - Google Patents

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펄스 핀랜드 오와이
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Abstract

본 발명은 방사 장치들이 유전체 기판 칩(210)의 도체 코팅인 안테나에 관련된다. 두 개의 방사 장치(220, 230)가 존재하며 이들은 동일한 크기를 가지며 대칭적이기 때문에, 그들 각각은 대향하는 헤드들 중 하나 및 사각형 칩의 상부면의 일부를 커버한다. 방사 요소들 간의 상부면의 중심에는 슬롯(260)이 있으며, 슬롯 상에서 방사 요소들은 상호 전자기적으로 커플링된다. 회로 기판(PCB) 상에는 칩 성분(201)이 실장되는데, 이러한 회로 기판의 도체 패턴은 전체 안테나 구조의 일부이다. 칩 하부에 또는 측면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 위치되는 접지면(GND)이 존재하지 않는다. 한 방사 요소(220)의 하부 가장자리(edge)는 회로 기판 상에서 안테나 급전 도체에 갈바닉 연결(galvanically connected)되고, 다른 지점에서는 접지면으로 연결되는 반면에, 대향하는 방사 요소의 하부 가장자리(또는 기생 요소(230)의 가장자리)는 접지면에만 갈바닉 연결된다. 기생 요소는 상기 전자기적 커플링을 통하여 자신의 급전을 획득하고, 동작 주파수에서 양 요소들은 동등한 크기로 공진한다. 안테나는 이산 성분(discrete components)들 없이도 동조 및 정합되며, 이 동작은 방사 요소들 간의 너비를 변경하고, 칩 성분에 근접한 회로 기판의 도체 패턴을 묘화함으로써 이루어진다. 안테나의 효율은 유전체 기판에도 불구하고 양호하며, 안테나의 전방향 방사가 양호하게 이루어진다.

Description

칩 안테나{Chip antenna}
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 그 내부의 방사 장치들이 유전체 칩의 도체 코팅인 안테나에 관한 것이다. 칩은 무선 장치의 회로 기판 상에 실장될 것이며, 회로 기판은 전체 안테나 구조의 일부이다.
이동 전화기와 같은 소형 무선 장치에서, 안테나 또는 안테나들은 해당 장치의 커버 내부에 위치되는 것이 바람직하며, 그 이유는 이렇게 하는 것이 장치를 가능한 한 소형으로 만들 수 있기 때문이다. 내부 안테나는 보통 평면 구조를 가지므로, 내부 안테나는 방사면 및 방사면 밑의 접지면을 포함할 수 있다. 또한, 모노폴 안테나(monopole antenna)도 매우 다양하며, 이 경우 접지면은 방사면 하부에 위치하지 않고 측면에 위치한다. 두 가지 경우 모두에서, 방사면을 대기에 의하여 절연되도록 하는 대신에 절연 칩의 표면 상에 방사면을 제조함으로써, 안테나의 크기는 작아질 수 있다. 물질의 절연성(dielectricity)이 높을수록, 특정 전기적 크기를 가지는 안테나 요소의 물리적 크기는 더욱 작아진다. 안테나 성분이 회로 기판 상에 실장될 칩이 된다. 그러나, 안테나의 크기가 이와 같이 감소하면, 손실이 증가되고, 따라서 효율성이 열화된다.
도 1은 간행물 EP 1 162 688 및 US 6 323 811 로부터 공지된 칩 안테나를 도 시하는데, 이 칩 안테나에는 두 개의 방사 요소들이 유전체 기판(110)의 상부면 상에 나란히 포함된다. 제 1 요소(120)는 급전 도체(141)에 의하여 급전 소스에 연결되고, 기생 요소인 제2 요소(130)는 접지 도체(143)에 의하여 접지에 연결된다. 대역을 넓히기 위하여, 요소들의 공진 주파수는 상이하게 되도록 구현된다. 급전 도체 및 접지 도체는 유전체 기판의 측면(lateral) 표면 상에 있다. 동일한 측면 표면 위에서, 급전 도체(141)로부터 분기된 정합 도체(142)가 존재하는데, 이 정합 도체는 일단부에서 접지에 연결된다. 정합 도체는 기생 요소의 접지 도체(143)에 매우 근접하도록 확장되므로, 이들 간에는 큰 커플링이 존재한다. 기생 요소(130)는 이러한 커플링에 의하여 전자기적으로 급전된다. 급전 도체, 정합 도체 및 기생 요소의 접지 도체는 급전 회로를 함께 형성하고, 그러면 안테나의 최적 정합 및 이득은 해당 급전 회로의 스트립 도체들을 묘화(shaping)함으로써 찾을 수 있다. 방사 요소들 간에는 기판의 상부면을 대각선으로 가로지르는 슬롯(150)이 존재하고, 요소들의 개방 단부에서(즉, 급전측에서 볼 때 대향하는 단부), 해당 기판의 측면 표면에 도달하는 익스텐션(extension)들이 존재한다. 이러한 디자인 및 급전 회로의 구조를 이용하여, 요소들의 전류를 직교하도록 실장함으로써 요소들의 공진이 서로를 약화시키지 않도록 하는 것이 목적이다.
전술된 안테나 구조의 단점은, 급전 회로가 최적화됨에도 불구하고, 손실을 일으키며 방사의 관점에서는 무용한 파형들이 유전체 기판에서 만들어진다는 것이다. 그러므로, 안테나의 효율은 만족스럽지 못하다. 또한, 비교적 평탄한(even) 방사 패턴 또는 전방향 방사가 요구될 경우에는 성능 향상을 위하여 안테나를 방 밖으로 이동시켜야 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 대하여 전술된 바와 같은 단점들을 감소시키는 것이다. 본 발명에 따르는 칩 안테나는 독립항 제1항에 기술된 바와 같은 특징을 가진다. 본 발명의 몇 가지 바람직한 실시예들은 다른 청구항에 기술된 바와 같다.
본 발명의 기본적인 사상은 다음과 같다. 안테나는 유전체 기판 칩의 표면 상의 2 개의 방사 요소를 포함한다. 이들은 동일한 크기를 가지며 대칭적이기 때문에, 그들 각각은 대향하는 헤드들 중 하나 및 사각형 칩의 상부면의 일부를 커버한다. 방사 요소들 간의 상부면의 중심에는 슬롯이 있으며, 슬롯 상에서 방사 요소들은 상호 전자기적으로 커플링된다. 회로 기판 상에는 칩 성분이 실장되는데, 이러한 회로 기판은 칩 하부에 또는 측면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 위치되는 접지면을 가지고 있지 않다. 방사 요소들 중 하나의 하부 가장자리(edge)는 회로 기판 상에서 안테나 급전 도체에 갈바닉 연결(galvanically connected)되고, 다른 지점에서는 접지면으로 연결되는데, 대향하는 방사 요소의 하부 가장자리(또는 기생 요소의 가장자리)는 접지면에만 갈바닉 연결된다. 기생 요소는 상기 전자기적 커플링을 통하여 자신의 급전을 획득하고, 동작 주파수에서 양 요소들은 동등한 크기로 공진한다.
본 발명은, 이에 따를 경우 안테나의 효율이 유전체 기판에도 불구하고 양호하다는 장점을 가진다. 이것은 안테나의 구조가 단순한데 기인하며, 이에 따라서 복잡하지 않은 전류 분포가 방사 요소 내에 이루어지고, 상응하여 "과잉(superfluous)" 파형이 없이 기판 내에 단순한 필드 이미지(field image)를 생성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따를 경우 안테나의 전방향 방사가 우수하다는 장점도 본 발명에 의하여 달성할 수 있으며, 그 이유는 안테나 구조가 대칭적이기 때문이며, 접지면의 묘화(shaping) 및 요소들 간의 커플링의 성질 때문이다. 본 발명의 다른 장점은, 본 발명에 따르는 안테나의 동조 및 정합 동작 모두가 이산 성분(discrete components)들 없이도 수행될 수 있다는 것인데, 이 동작은 방사 요소들 간의 슬롯의 너비를 변경하고, 단순한 방법으로 칩 성분에 근접한 회로 기판의 도체 패턴을 묘화함으로써 이루어진다. 또한, 본 발명의 다른 장점은, 본 발명에 따르는 안테나가 매우 작고 단순하며, 상대적으로 높은 장 강도(field strength)를 견뎌낼 수 있다는 점이다.
이하, 본 발명이 더 상세히 기술될 것이다. 본 발명을 설명하기 위하여 다음과 같은 첨부 도면이 참조된다.
도 1은 종래 기술에 의한 칩 안테나의 일 실시예를 제공한다,
도 2는 본 발명에 따르는 칩 안테나의 일 실시예를 제공한다,
도 3은 뒷면에서 바라본 도 2의 안테나 구조에 속하는 회로 기판의 일부를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따르는 안테나의 칩 구성요소의 또 다른 실시예를 제공한다.
도 5는 도 4a에 따르는 칩 성분을 가지는 전체 안테나를 제공한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따르는 안테나 내의 방사 요소들 간의 슬롯의 묘화(shaping)의 일 예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 안테나가 이동 전화기 내에 장착되었을 때의 안테나의 지향 특성의 예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 안테나의 대역 특성의 일 예를 도시한다.
도 9는 안테나 동작 대역의 위치 상에 있는 방사 요소들 간의 슬롯의 묘화 효과의 일 예를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따르는 안테나의 효율의 일 예를 도시한다.
도 1은 종래 기술의 설명과 관련하여 이미 설명되었다.
도 2는 본 발명에 따른 칩 안테나의 일 실시예를 도시한다. 안테나(200)는 유전체 기판 칩 및 유전체 기판 상에 위치하는 두 개의 방사 요소들을 포함하는데, 방사 요소들 중 하나는 안테나의 급전 도체에 연결되고, 다른 하나는 전자기적으로 급전되는 기생 요소이며, 이는 도 1에 도시된 안테나의 경우에서와 같다. 그러나, 도 1 및 도 2에 도시된 안테나들 사이에는 몇 가지 구조적인 차이점 및 기능적인 차이점들이 존재한다. 본 발명에 따른 안테나에서, 무엇보다도 방사 요소들을 분리하는 슬롯이 요소들의 개방 말단부(open ends)들 사이에 위치하며, 측면 가장자리(lateral edges)들 간에 위치하지 않는다. 또한 기생 요소는 슬롯 상에 존재하는 커플링을 통하여 자신의 급전을 획득하며, 기생 요소의 접지 도체 및 급전 도체들 간의 커플링을 통하여 급전되지 않는다. 안테나(200)의 제 1 방사 요소(220)는 연장된 정방형 기판(210)의 상부면을 부분적으로 커버하는 부분(221) 및 기판의 일 헤드를 커버하는 헤드부(222)를 포함한다. 제2 방사 요소는 이와 대칭적으로 기판의 상부면을 부분적으로 커버하는 부분(231) 및 대향 헤드를 커버하는 헤드부(232)를 포함한다. 각 헤드부(222, 232)는 기판의 하부면의 측부 상에 조금씩 진행하며, 따라서 요소의 연결을 위한 접촉면(contact surface)을 형성한다. 요소들 간의 상부면의 중앙에는 슬롯(260)이 존재하며, 슬롯을 통하여 요소들은 전자기적으로 상호 커플링된다. 슬롯(260)은 도시된 실시예에서는 기판의 일 측면으로부터 타 측면으로 수직으로 상기 기판의 횡단 방향으로 연장된다.
칩 성분(201) 또는 그 방사기들을 가지는 기판(substrate)은 도 2에 도시된 바와 같이 그 가장자리에서 및 회로 기판에 대한 그 하부면에서 회로 기판(PCB) 상에 존재한다. 안테나 급전 도체(240)는 회로 기판의 상부면 상의 스트립 도체(strip conductor)이고, 접지면, 또는 신호 접지(GND), 및 회로 기판 물질과 함께 안테나 급전 도체(240)는 특정 임피던스를 가지는 급전선을 형성한다. 급전 도체(240)는 그 접촉면의 특정 지점에서 제 1 방사 요소(220)에 갈바닉 연결된다. 접촉면의 또 다른 지점에서, 제 1 방사 요소는 접지면(GND)에 연결된다. 기판의 반대 끝단에서, 제 2 방사 요소(230)는 자신의 접촉면에서 접지 도체(250)에 연결되며, 접지 도체(250)는 더 넓은 접지면(GND)의 익스텐션(extension)이다. 접지 도체(250)의 너비 및 길이는 제 2 요소의 전기적 길이(electric length) 상에 직접적인 영향을 끼치며, 따라서 전체 안테나의 고유 주파수에도 영향을 미친다. 이러한 이유에서, 접지 도체는 동조 요소로서 안테나를 위해 사용될 수 있다.
안테나의 동조는 또한 접지면의 다른 부분들의 묘화(shaping) 및 방사 요소들 간의 슬롯(260)의 너비(d)에 의하여 영향받을 수도 있다. 어떤 접지면도 칩 구성요소(201) 하에 존재하지 않으며, 칩 성분의 측부에서 접지면은 측부로부터 특정 거리(s) 만큼 이격된다. 그러면, 슬롯의 너비(d)를 증가시키면 안테나의 고유 주파수도 증가한다. 또한, 거리 (s)는 그 임피던스에 영향을 미친다. 그러므로, 칩 성분의 장측으로부터의 접지면의 최적 거리를 찾아냄으로써 안테나는 정합될 수 있다. 더 나아가, 칩 성분의 측부로부터 접지면을 제거함으로써 안테나의 방사 특성, 즉 전방향 방사와 같은 특성을 개선할 수 있다.
동작 주파수에서, 기판(substrate)과 함께 양 방사 요소들 및 접지면은 4분파 공진기(quarter-wave resonator)를 형성한다. 전술된 구조 때문에, 공진기의 개방 단부들은 상호 대향하며, 슬롯(260)에 의하여 분리되고, 상기 전자기적 커플링은 명확히 용량성이다. 슬롯의 너비 d는 양 방사기들이 강하게 공진하도록 및 기판의 유전체 손실이 최소화되도록 하는 치수를 가진다. 최적의 너비를 예를 들면 1.2mm이며 적합한 변화 범위는 0.8 내지 2.0mm이다. 세라믹 기판이 이용될 때에는, 구조는 매우 작은 크기를 제공한다. 예를 들어, 2.4 GHz의 주파수 범위에서 동작하는 블루투스 안테나의 칩 구성 요소의 크기는 2x2x7 mm3이고, 1575 MHz의 주파수에서 작동하는 위치 측정 시스템(GPS, Global Positioning System)의 칩 성분의 크기는 2x3x10mm3이다.
도 3은 도 2에 도시된 안테나 구조에 속하는 회로 기판의 일부를 하부에서 바라본 도면을 도시한다. 회로 기판(PCB)의 타측 상에 존재하는 칩 성분(201)은 도면에서 빗금으로 표시되었다. 이와 유사하게, 점선들은 급전 도체(240), 접지 도체(250), 및 칩 성분으로부터 급전 도체의 측부의 단부에 존재하는 그 접촉면으로까지 칩 성분의 하부에서 연장되는 접지 스트립(251)에 대해서도 표시된다. 회로 기판의 하부면의 많은 부분이 접지면(GND)에 속한다. 접지면은 영역 A 내의 기판의 모서리로부터 제거되는데(missing), 영역 A는 칩 성분의 위치 및 칩 성분으로부터 특정 거리 s까지 연장되는 영역으로서 칩 성분의 길이와 같은 크기의 너비를 가지는 영역을 포함한다.
도 4a는 본 발명에 따른 안테나의 칩 구성요소의 또 다른 실시예를 도시한다. 성분(401)은 도 2에 제공된 성분(201)과 유사하다. 차이점은, 이제 방사 요소들이 성분의 말단에 존재하는 기판(410)의 측면(lateral surfaces)으로 연장된다는 점 및 기판의 헤드들이 주로 코팅되지 않는다는 점이다. 그러므로, 제1 요소(420)는 기판의 상부면을 부분적으로 커버하는 부분(421), 기판의 모서리에 존재하는 부분(422), 및 동일한 말단부의 다른 모서리에 존재하는 부분(423)을 포함한다. 모서리에 존재하는 부분들(422, 423)은 부분적으로 기판의 측면표면의 측부에 존재하며, 헤드 표면의 측부에도 부분적으로 존재한다. 그들은 다소 기판의 하부면으로 연속되고, 따라서 그 연결을 위한 요소의 접촉면을 형성한다. 제2 방사 요소(430)는 제1 방사 요소와 유사하며, 제1 방사 요소에 대하여 대칭적으로 위치된다. 방사 요소들의 일부는 모서리에 위치하며, 자연적으로 기판의 측면 표면들에 만 한정되거나 측면 표면들 중 하나에만 한정될 수 있다. 후자의 경우에, 측면 표면들을 따라서 진행되는 도체 코팅은 해당 말단부의 전체 길이 동안에 그 하부에 존재하는 성분의 말단부들 중 하나까지 연속된다.
도 4b에서, 도 4a의 칩 성분(401)이 밑에서부터 관찰된 도면이 도시된다. 기판(410)의 하부면 및 모서리에서 상기 접촉면으로서 동작하는 도체 패드들이 도 4b에 도시된다. 기판의 제1 단부에서의 도체 패드들 중 하나는 안테나 급전 도체에 연결되도록 의도되며, 다른 하나는 접지면(GND)에 연결되도록 의도된다. 기판의 제2 단부에 존재하는 도체 패드들 모두는 접지면에 연결되도록 의도된다.
도 5는 도 4a 및 4b에 따른 칩 성분이 회로 기판 상에 실장됨으로써, 전체 안테나(400)가 형성된 것을 도시한다. 회로 기판의 일부만이 보인다. 이제, 칩 성분(401)은 회로 기판의 가장자리에 위치하지 않으며, 따라서 특정 거리 s 까지 이들의 양 측부 상에 무접지 영역(groundless area)이 존재한다. 안테나 급전 도체(440)는 자신의 하부면의 일 모서리 내의 칩 성분에 연결되고, 접지면은 도 4b에 상응하는 다른 모서리로 연장된다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따르는 안테나 내의 방사 요소들 간의 슬롯의 묘화(shaping)의 실시예들을 도시한다. 도 6a에서, 안테나의 칩 성분(601)은 상부로부터 본 것이며, 도 6b에서 칩 성분(602)은 상부로부터 본 것이다. 성분(601)의 슬롯(661) 및 성분(602)의 슬롯(662) 모두는 성분의 제 1측부로부터 제2 측부로 성분의 상부면을 대각선으로 가로질러 진행한다. 슬롯(662)은 더 대각으로 위치하므로 슬롯(661)보다 길고, 한 모서리로부터 대향하는 모서리인 칩 성분의 상부면의 가장 먼 모서리까지 연장된다. 또한, 슬롯(662)은 슬롯(661)보다 더 좁다. 슬롯의 너비를 더 크게 하면 안테나의 고유 주파수를 증가시킨다는 점이 이미 언급되었다. 이와 반대로, 슬롯의 너비를 감소시키면 안테나의 고유 주파수가 감소되거나 안테나의 동작 대역을 하향으로 천이시킨다. 슬롯을 대각으로 위치시킴으로써 슬롯의 길이를 증가시키는 것도 동일한 방식으로 영향을 주는데, 이 경우가 더 효과적일 수 있다.
도 6c에서, 안테나의 칩 성분(603)은 상부로부터 도시되었으며, 도 6d에서 칩 성분(604)은 상부로부터 도시된다. 성분(603)의 슬롯(663) 및 성분(604)의 슬롯(664) 모두는 이제 구부러진 부분을 가진다. 슬롯(663)은 6개의 정방형의 구부러진 부분을 가짐으로써 손가락 모양의 스트립(625)이 제 1 방사 요소 내에 형성되고, 이 스트립은 제2 방사 요소에 속하는 영역들 간에 연장된다.
이와 대칭적으로, 손가락 모양의 스트립(635)이 제 2 방사 요소 내에 형성되고, 이것은 제1 방사 요소에 속하는 영역들 간에 연장된다. 성분(604)에 속하고 있는 슬롯(664)의 구부러진 부분의 숫자는 더 크기 때문에, 두 개의 손가락 모양의 스트립들(626, 627)이 제1 방사 요소 내에 형성되고, 이러한 스트립들이 제2 방사 요소에 속하는 영역들 간에 연장된다. 이러한 스트립들 사이에 제2 방사 요소의 프로젝션(projection)으로서의 손가락 모양의 스트립(636)이 존재한다. 성분(604) 내에 존재하는 스트립들은 그 개수가 많을 뿐만 아니라, 성분(603) 내의 스트립들보다 길고, 이에 더하여, 슬롯(664)은 슬롯(663)보다 더 좁다. 이러한 원인들 때문에 성분(604)에 상응하는 안테나의 동작 대역은 성분(603)에 상응하는 안테나의 동작 대역보다 아래에 위치하는 것이 명백하다.
도 7은 본 발명에 따른 안테나의 지향성 특성(directional characteristics)의 일 실시예를 제공하며, 여기서 안테나는 이동 전화 내에 위치한다. 안테나는 블루투스 시스템을 위하여 치수가 결정된다. 도 7에는 3개의 지향성 패턴(directional pattern)들이 존재한다. 지향성 패턴(71)은 XZ 평면 상의 안테나 이득을 제공하고, 지향성 패턴(72)은 YZ 평면 상의 안테나 이득을 제공하며, 지향성 패턴(73)은 XY 평면 상에서의 안테나 이득을 제공하는데, 여기서 X 방향은 칩 성분의 길이 방향이고, Y 축은 칩 성분의 수직 방향이며, Z 축은 칩 성분의 횡방향(traverse direction)이다. 도시된 패턴들로부터, 안테나가 모든 평면 상에서 및 모든 방향에서 양호하게 송수신한다는 것을 알 수 있다. 두 개의 다른 경우에서 약 45도 너비의 섹터 내에 10dB 정도 움푹 팬 곳이 존재할 뿐이다. 지향성 패턴들 내에 전형적인 완전히 "무동작(dark)" 섹터들은 아예 존재하지 않는다.
도 8은 본 발명에 따른 안테나의 대역 특성의 일 예를 제공한다. 도 8은 반사 계수(S11)를 주파수에 대한 함수로서 나타낸 곡선을 제공한다. 곡선은 도 6에 도시된 패턴들과 같은 블루투스 안테나로부터 측정되었다. 만일 차단 주파수(cut-off frequency)의 척도가 이용된다면, 반사 계수의 값이 -6 dB이면, 대역폭은 대략 50 MHz가 되고, 이것은 상대치로는 2%에 해당한다. 동작 대역 중심에서는(2440 MHz의 주파수에서), 반사 계수는 -17 데시벨이고, 이것은 정합이 양호하게 이루어졌다는 것을 나타낸다. 스미스 차트(Smith diagram)를 통하여, 대역의 중심에서 안테나의 임피던스는 순 저항성이며, 중심 주파수 이하에서는 약간 유도성이고, 중 심 주파수에서는 약간 용량성이라는 것을 알 수 있다.
도 9는 안테나 동작 대역의 위치 상의 방사 요소들 간의 슬롯의 형상의 효과를 나타내는 일 예를 제공한다. 곡선(91)은 안테나 내의 반사 계수(S11)를 주파수에 대한 함수로서 나타내고 그 변동(fluctuation)를 도시하는데, 여기서 안테나의 칩 성분의 크기는 10x3x4 mm3 이고, 방사 요소들 간의 슬롯은 수직적이다. 안테나의 공진 주파수(이것은 동작 대역의 중간 주파수와 거의 같다)는 1725 MHz 지점까지 떨어진다. 곡선(92)은 방사 요소들 간의 슬롯이 도 6b에 따라서 대각선일 경우의 반사 계수의 변동을 도시한다. 안테나는 다른 측면들에서는 사전에 설명된 경우와 유사하다. 이제, 안테나의 공진 주파수는 1575 MHz 지점으로 떨어지고, 따라서 동작 대역은 사전에 설명된 경우들보다 150 MHz 낮은 영역에 위치한다. 주파수 1575 MHz는 위치 측정 시스템(GPS)에 의해 사용된다. 이 주파수보다 현저히 낮지 않은 주파수에도 관심 대상인 안테나 내에서 대각선 슬롯을 이용하여 도달할 수 있다. 곡선(93)은, 방사 요소들 간의 슬롯이 도 6d에 따르는 구부러진 부분을 가지는 경우의 반사 계수의 변동을 도시하며, 따라서 이것은 이전의 두 가지 경우에 비하여 다소 좁다. 다른 측면들에서는 안테나는 유사하다. 이제, 안테나의 동작 대역은 곡선(91)에 상응하는 경우와 비교할 때 거의 절반으로 낮아진다. 공진 주파수는 880MHz 지점까지 낮아지게 되고, 이 주파수는 확장형 GSM(EGSM) 시스템에 의하여 이용되는 대역 내에 위치한다.
도 9에 도시된 세 가지 경우의 안테나에 대하여 20의 비유전율(relative dielectric coefficient) εr의 값을 가지는 세라믹이 이용된다. 이것보다 더 높은 εr 값을 이용하면, 대각선 슬롯을 가지는 안테나의 대역도 예를 들면 안테나의 크기를 증가시키지 않은 채 900MHz의 대역 내에 위치되도록 할 수 있다. 그러나, 안테나의 전기적 특성은 이 경우에 열화될 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 안테나의 효율의 일 예를 도시한다. 효율은 도 7 및 도 8에 도시된 패턴들과 동일한 블루투스 안테나로부터 측정되었다. 안테나의 작동 대역의 중앙에서 효율은 대략 0.44이고, 대역의 중앙으로부터 약 25MHz 만큼 측면으로 이동하면 이 값으로부터 약 0.3만큼 감소한다. 효율은 유전체 기판을 이용하는 안테나의 경우에 상당히 높다.
발명의 상세한 설명 및 청구항에서 "칩 안테나"란, 실제 칩 성분 자체에 더하여 이를 둘러싸는 접지 장치(ground arrangement) 및 안테나 급전 장치를 포함하는 안테나 구조를 의미한다. 본 명세서 및 청구 범위에 이용된 한정사 "상부" 및 "하부"는 도 2 및 도 4a에 도시된 안테나의 위치를 나타내며, 이들은 장치들이 이용되는 위치와는 아무런 관련이 없다.
본 발명에 따른 칩 안테나가 이상과 같이 설명되었다. 칩 안테나의 구조적 성분들의 형태는 그 세부 사항에 있어서 본 명세서에서 제공된 것들과 자연적으로 차이가 날 수 있다. 본 발명의 진보한 사상은 독립항 1항에 기술된 범위 내에서 여러 상이한 방법으로 적용될 수 있다.
본 발명은 안테나에 적용될 수 있으며, 특히, 안테나 내부의 방사 장치들이 유전체 칩의 도체 코팅인 안테나에 적용될 수 있다. 칩은 무선 장치의 회로 기판 상에 실장될 것이며, 회로 보드는 전체 안테나 구조의 일부이다.

Claims (14)

  1. 무선 장치의 칩 안테나에 있어서,
    유전체 기판(dielectric substrate, 210; 410)으로서, 상기 유전체 기판의 표면은 상부면 및 하부면, 제1 및 제2 헤드 및 제1 및 제2 측부(side)를 포함하는 유전체 기판(dielectric substrate, 210; 410) 및
    상기 기판의 상기 표면 상의 제1 및 제2 방사 요소(radiating element)로서, 상기 요소들 간에 슬롯(260)이 존재하며, 제1 방사 요소(220, 420)는 제1 지점에서 상기 안테나의 급전 도체(240; 440)에 연결되고, 제2 지점에서 상기 무선 장치의 접지면(GND)에 연결되며, 상기 제2 방사 요소(230; 430)는 제3 지점에서 접지 도체(250)에 연결되고, 상기 접지 도체를 통해 상기 접지면에 전기적으로(galvanically) 연결되는, 제1 및 제2 방사 요소를 포함하며,
    안테나 손실을 감소시키고 전방향 방사를 개선하기 위하여, 상기 제1 방사 요소는 상기 제1 헤드를 커버하는(covering) 제1 부분(222) 및 상기 상부면을 커버하는 제2 부분(221)을 포함하고, 상기 제2 방사 요소는 상기 제2 헤드를 커버하는 제3 부분(232) 및 상기 상부면을 커버하는 제4 부분(231)을 포함함으로써,
    상기 슬롯(260)이, 상기 제1 측부로부터 상기 제2 측부로 연장되고, 상기 상부면을 동일한 크기의 두 부분으로 분할하며,
    상기 슬롯을 통해 상기 제2 방사 요소는 상기 제1 방사 요소로부터 자신의 급전을 전자기적으로 획득하도록 구현되고,
    상기 제1 및 제2 지점은 상기 기판의 제1 헤드 쪽에 있는, 상기 기판의 하부면의 말단부(end)에 위치하고,
    상기 제3 지점은 상기 기판의 제2 헤드 쪽에 있는, 상기 기판의 하부면의 말단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 칩 안테나의 칩 성분(201)은,
    상기 기판 및 상기 제1 및 제2 방사 요소로 이루어지고, 회로 기판(PCB) 상에 상기 칩 성분의 하부면이 상기 회로 기판에 대항되도록 위치되며,
    상기 회로 기판 상에 상기 무선 장치의 상기 접지면(GND)이 위치되고,
    상기 급전 도체(240) 및 상기 접지 도체(250)는 상기 회로 기판의 표면 상의 스트립 도체(strip conductor)들이며,
    상기 접지 도체의 너비 및 길이는 상기 접지 도체가 또한 상기 안테나의 동조 요소(tuning element)로서 기능하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  3. 제1항에 있어서, 상기 칩 안테나의 칩 성분(201)은,
    상기 기판 및 상기 제1 및 제2 방사 요소로 이루어지고, 회로 기판(PCB) 상에 상기 칩 성분의 하부면이 상기 회로 기판에 대항되도록 상기 회로 기판의 가장자리(edge)에 위치되며,
    상기 회로 기판 상에 상기 무선 장치의 상기 접지면(GND)의 일부가 위치되고,
    상기 접지면의 가장자리는 상기 성분의 측부의 법선 방향으로 상기 칩 성분으로부터 특정 거리(들)만큼 이격됨으로써, 상기 안테나의 정합 및 전방향 방사 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 칩 안테나의 칩 성분(401)은,
    상기 기판 및 상기 제1 및 제2 방사 요소로 이루어지고, 회로 기판(PCB) 상에 상기 칩 성분의 하부면이 상기 회로 기판에 대항되도록 위치되며,
    상기 회로 기판 상에 상기 무선 장치의 상기 접지면(GND)이 위치되고,
    상기 접지면의 가장자리는 상기 성분의 측부의 법선 방향으로 상기 칩 성분의 양 측부 상에서 상기 칩 성분으로부터 특정 거리(들)만큼 이격됨으로써, 상기 안테나의 정합 및 전방향 방사 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 함께 상기 제1 방사 요소, 상기 제2 방사 요소 및 상기 접지면은 동작 주파수에서 4분파공진기(quarter-wave resonator)를 형성하고, 상기 기판과 함께 상기 제2 방사 요소, 상기 제1 방사 요소 및 상기 접지면은 동작 주파수에서 4분파공진기(quarter-wave resonator)를 형성하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 요소(420)는 상기 기판의 제1 말단부의 한 모서리에 있는 수직 부분(422) 및 상기 제1 말단부의 다른 모서리에 있는 다른 수직 부분(423)을 더 포함하고, 상기 수직 부분들(422, 423)은 적어도 부분적으로 상기 기판의 측부들에 존재하며,
    상기 제2 방사 요소(430)는 상기 제1 방사 요소에 관해 대칭이어서, 상기 기판의 제2 말단부의 한 모서리에 있는 수직 부분 및 상기 제2 말단부의 다른 모서리에 있는 다른 수직 부분을 더 포함하고, 상기 기판의 제2 말단부의 한 모서리에 있는 수직 부분 및 상기 제2 말단부의 다른 모서리에 있는 다른 수직 부분은 적어도 부분적으로 상기 기판의 측부들에 존재하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 너비는 0.8mm 내지 2.0mm의 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯(260)은 직선이며 상기 제1 측부로부터 상기 제2 측부까지 상기 상부면을 수직으로 가로질러 진행하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    슬롯(662; 663; 664)의 길이는 상기 안테나의 동작 대역을 하향 천이시키기 위하여, 상기 슬롯의 최소 길이에 비해, 더 긴 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 슬롯(662)은 직선이며 상기 제1 측부로부터 상기 제2 측부까지 상기 상부면을 대각선으로 가로질러 진행하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 슬롯은 적어도 하나의 구부러진 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  13. 제12항에 있어서, 상기 슬롯(663; 664)의 구부러진 부분들은,
    방사 요소 내에 적어도 하나의 손가락 형태의 프로젝션(projection, 625, 635, 626, 627, 636)을 형성하고,
    적어도 하나의 상기 프로젝션은 대향하는 방사 요소에 속하는 지역(region)들 간에 연장되는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 세라믹 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
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