KR101845114B1

KR101845114B1 - 무선 통신 장치에서 사용하는 m형 헥사페라이트 안테나

Info

Publication number: KR101845114B1
Application number: KR1020137015070A
Authority: KR
Inventors: 양기 홍; 석 배; 재진 이
Original assignee: 더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 알라바마 포 앤드 온 비하프 오브 더 유니버시티 오브 알라바마
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2018-04-04
Also published as: EP2640527A1; CN103209773A; US9397391B2; WO2012068158A1; EP2640527A4; US20130342414A1; CN103209773B; KR20130140779A

Abstract

안테나는 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₁₂ _-2 _xZn_xSn_xO₁₉)와 같은 M형 헥사페라이트를 이용하여 제조되고, 이로써 안테나 소형화, 광대역폭 및 고이득을 가능하게 한다. 일 실시형태에 있어서, 안테나 시스템(52)은 기판(55)과 기판 위에 형성된 칩 안테나(33)를 구비한다. 시스템은 또한 칩 안테나와 접촉하는 도전성 라디에이터(59)를 구비하고, 칩 안테나는 Fe 양이온이 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 치환되어 안테나의 연성 자기 특성을 달성하는 M형 스트론튬 헥사페라이트를 포함한다. 따라서, 보자력 및 투자율은 순수 SrM의 경우보다 각각 더 낮고 더 높다. 이러한 제조된 헥사페라이트 칩 안테나는 광대역 특성을 가지며, GHz 주파수 범위를 포함한 각종 주파수에서 양호한 복사 성능을 나타낸다.

Description

무선 통신 장치에서 사용하는 M형 헥사페라이트 안테나{M-TYPE HEXAFERRITE ANTENNAS FOR USE IN WIRELESS COMMUNICATION DEVICES}

관련 출원에 대한 교차 참조

이 출원은 "기가헤르쯔 칩 안테나 응용을 위한 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 헥사페라이트"라는 명칭으로 2010년 11월 15일자 출원한 미국 특허 출원 제61/413,866호를 우선권 주장하며, 이 우선권 출원은 여기에서의 인용에 의해 그 전체 내용이 본원에 통합된다.

고성능 광대역 안테나가 무선 통신 시스템에서 중요한 요소로 되었다. 또한 작은 폼팩터를 가진 이러한 안테나의 소형화는 이동통신 장치의 크기가 점점 작아짐에 따라서 점점 더 중요해지고 있다. 따라서, 자기-유전 물질(페라이트)이 고투자율(μ_r) 및 고유전율(ε_r)을 둘 다 갖기 때문에 자기-유전 안테나에 관심이 증가하고 있다. 자기-유전 물질 내측의 파장은 λ_eff=c/f√(μ_rε_r)에 따라서 짧아진다. 안테나 대역폭(BW)은 관계 BW∝√(μ_r/ε_r)의 μ_r과 함께 증가한다. 그러므로, 페라이트의 투자율과 유전율은 안테나 성능에 중요한 영향을 미친다.

일반적으로, 스피넬 페라이트는 육방정형 페라이트보다 투자율이 더 높지만, 고주파수 자기 손실(magnetic loss)이 크기 때문에 저주파수 범위 안테나 응용으로 제한된다. 이것은 주로 자기 손실이 강자성 공진(ferromagnetic resonance; FMR) 주파수 부근에서 갑자기 증가한다는 사실에 기인한다. 기가헤르쯔(GHz) 안테나 응용에 있어서, 페라이트의 FMR 주파수는 일반적으로 안테나의 공진 주파수(f_r)보다 더 높아야 한다.

페라이트의 높은 H_k는 FMR=(γ/2π)H_k에 따라서 높은 FMR을 유도하는 것으로 알려져 있고, 여기에서 H_k는 자기결정 이방성 장(magnetocrystalline anisotropy field)이고 γ는 회전자기비(gyromagnetic ratio)이다. 그러므로, 육방정형 페라이트는 H_k가 높고 그에 따라서 FMR 주파수가 높기 때문에 GHz 안테나 물질의 양호한 후보이다. 소프트 Co₂Z 헥사페라이트(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)가 지상 디지털 미디어 방송(T-DMB: 174-216 MHz) 안테나 응용을 위해 개발되었다. 그러나, Co₂Z는 섭씨 약 1200℃의 높은 합성 온도 및 복합 위상 변형과 같은 단점이 있다. 반면에, 순수한 M형 헥사페라이트(SrM: SrFe₁₂O₁₉)는 열역학적으로 안정된 단순한 결정 구조를 갖는다. 그러므로, M형 헥사페라이트는 약 900℃의 비교적 낮은 온도에서 생성될 수 있다. 그러나, SrM은 자기적으로 경성(hard)이고, 그 자기결정 이방성이 높기 때문에 낮은 투자율을 보인다. 적어도 이러한 이유 때문에, M형 헥사페라이트(SrM: SrFe₁₂O₁₉)는 전형적으로 GHz 안테나 응용에 사용되지 않는다.

본 발명은 첨부 도면을 참조함으로써 더 잘 이해할 수 있다. 도면의 요소들은 서로에 대하여 반드시 정확한 축척으로 된 것이 아니며, 그 대신에 본 발명의 원리를 명확히 나타내는 데에 초점을 둔 것이다. 또한, 동일한 참조 번호는 도면 전체에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 M형 스트론튬 헥사페라이트(SrFe₁₂O₁₉)의 결정 구조 및 Fe³ ⁺ 사이트의 스핀 방향을 보인 도이다.
도 2는 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn₂ _.5Sn₂ _.5O₁₉) 분말을 제조하는 예시적인 공정을 보인 흐름도이다.
도 3은 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn₂ _.5Sn₂ _.5O₁₉) 입자의 X-선 회절 스펙트럼을 보인 도이다.
도 4는 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn₂ _.5Sn₂ _.5O₁₉) 입자의 자화 및 보자력을 보인 도이다.
도 5는 각종 열처리 조건에 의한 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn₂ _.5Sn₂ _.5O₁₉) 입자의 자기 이력 루프를 보인 도이다.
도 6은 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn_2.5Sn_2.5O₁₉)의 이방성 장에 대한 계산된 강자성 공진(FMR) 주파수를 보인 도이다.
도 7A는 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn_2.5Sn_2.5O₁₉)의 측정된 투자율 스펙트럼을 보인 도이다.
도 7B는 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn_2.5Sn_2.5O₁₉)의 측정된 유전율 스펙트럼을 보인 도이다.
도 8은 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn_2.5Sn_2.5O₁₉)의 자기 특성을 요약한 표이다.
도 9는 무선 통신 장치의 예시적인 실시형태를 보인 도이다.
도 10은 도 9에 도시한 무선 통신 장치의 칩 안테나 시스템의 예시적인 실시형태를 보인 도이다.
도 11A는 안테나 시스템의 컴포넌트에 동축 케이블이 부착된 후에 도 10에 도시된 안테나 시스템의 상면도이다.
도 11B는 도 11A에 도시된 동축 케이블의 단부 확대도이다.
도 11C는 도 10의 칩 안테나 시스템의 횡단면도이다.
도 12A 및 도 12B는 합성된 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₇Zn₂ _.5Sn₂ _.5O₁₉) 안테나를 가진 안테나 시스템을 형성하는 예시적인 공정을 보인 흐름도이다.
도 13은 도 10에 도시된 제조된 안테나의 측정 전압 정재파비(VSWR)를 보인 도이다.
도 14는 도 10에 도시된 제조 안테나의 측정된 평균 및 피크 이득을 보인 도이다.
도 15는 도 9에 도시된 것과 같은 무선 통신 장치의 칩 안테나 시스템의 예시적인 실시형태를 보인 도이다.
도 16은 도 15에 도시된 제조된 안테나의 측정 전압 정재파비(VSWR)를 보인 도이다.
도 17은 도 15에 도시된 제조된 안테나의 측정된 평균 및 피크 이득을 보인 도이다.
도 18은 도 9에 도시된 것과 같은 무선 통신 장치의 칩 안테나 시스템의 예시적인 실시형태를 보인 도이다.
도 19는 도 18에 도시된 제조된 안테나의 측정 전압 정재파비(VSWR)를 보인 도이다.
도 20은 도 18에 도시된 제조된 안테나의 측정된 평균 및 피크 이득을 보인 도이다.
도 21은 도 10, 도 15 및 도 18에 도시된 제조된 안테나의 안테나 치수 및 측정된 성능을 요약한 표이다.

본 발명은 일반적으로 고주파수(예를 들면, GHz) 응용에 특히 적합한 안테나 물질에 관한 것이다. 일 실시형태에 있어서, 안테나는 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₁₂ _-2 _xZn_xSn_xO₁₉)와 같은 M형 헥사페라이트를 이용하여 제조되고, 이로써 안테나 소형화, 광대역폭 및 고이득을 가능하게 한다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 화합물 SrFe₁₂ _-2 _xZn_xSn_xO₁₉에서 "x"의 값은 2~5 사이의 값이지만, 다른 실시형태에서는 x의 다른 값도 가능하다. M형 스트론튬 헥사페라이트(SrM: SrFe₁₂O₁₉)의 Fe 양이온 중의 일부는 주석(Sn) 및 아연(Zn)으로 치환되어 안테나의 연성(soft) 자기 특성을 달성한다. 따라서, 보자력 및 투자율은 순수 SrM의 경우보다 각각 더 낮고 더 높다. 이러한 제조된 헥사페라이트 칩 안테나는 광대역 특성을 가지며, GHz 주파수 범위를 포함한 각종 주파수에서 양호한 복사 성능을 나타낸다. 일 실시형태에 있어서, Sn/Zn-치환형 SrM 페라이트를 합성하기 위해 졸-겔 공정이 사용된다. 치환 요소 Sn 및 Zn의 가격은 Z형 헥사페라이트(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)의 코발트(Co)보다 덜 비싸고, Sn/Zn-치환형 SrM 페라이트를 사용하는 것이 Z형 헥사페라이트보다 더 가격 효율성이 있다.

도 1을 참조하면, 철 양이온(Fe³ ⁺)은 순수 스트론튬(바륨) 헥사페라이트에서 5개의 상이한 결정학적 사이트(crystallographic site)를 점유한다. Sr(또는 Ba)-헥사페라이트의 단위 셀에는 24개의 Fe³ ⁺ 자기 양이온이 있다. 이들 중에서, 2b 사이트의 Fe³ ⁺가 가장 높은 자기결정 이방성을 갖고, 이로써 경성 자기 특성을 유도한다. 4f 사이트에서 Fe³ ⁺ 양이온의 자기 스핀 방향은 다른 사이트의 방향과 반대인 하향이다. 단위 셀당 자화는 약 40 보어 마그네톤(μ_B)이다. 일 실시형태에 있어서, 4f 및 2b에서 Fe³ ⁺ 양이온 부분은 비-자기 Sn 및 Zn 양이온에 의해 치환된다. 치환은 4f 사이트에서 Fe³ ⁺ 양이온의 스핀다운을 취소하고, 포화 자화의 증가를 가져온다. 2b 사이트에서의 치환은 낮은 자기결정 이방성을 유도하고, 그에 따라서 연성으로 된다.

이제, Sn/Zn-치환형 SrM 페라이트(SrFe₁₂ _-2 _xZn_xSn_xO₁₉)를 제조하는 예시적인 합성 졸-겔 공정을 도 2를 참조하여 설명한다. 그러나, 다른 유형의 공정도 이러한 물질을 제조하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

도 2의 블록 11에 나타낸 것처럼, 화학량론적 양의 미가공(raw) 화학물질(SrCl₂·6H₂O, FeCl₃·6H₂O, SnCl₄·xH₂O, 및 ZnCl₂)이 약 12시간(h)의 자기 교반으로 에틸렌 글리콜에 용해된다. 블록 12에 도시된 것처럼, 용해된 용액은 N₂ 내에서 약 2시간 동안 약 150℃로 환류된다. 블록 13에 도시된 것처럼, 환류된 용액은 약 200℃의 열판에서 완전히 증발될 때까지 증발된다. 증발된 분말은 블록 14에 도시된 것처럼 그 다음에 수집되어 갈아진다. 그 다음에 분말은 블록 15에 도시된 것처럼 흄후드(fume hood)에서 유기 전구체를 분해시키도록 약 550℃로 가열된다. 그 다음에, 분말은 블록 16에 도시된 것처럼 퍼네이스에서 약 1450℃로 하소(calcine)된다. 이러한 공정을 이용해서, 합성 헥사페라이트 분말은 도 3에 도시된 것처럼 X-선 회절 패턴에 의해 확인되었다.

도 4는 각종 온도에서 열처리된 순수 SrM 및 Sn/Zn-치환형 SrM(SSZM: SrFe₇Zn_2.5Sn_2.5O₁₉)의 자기 특성을 보인 것이다. 보자력(Hc), 다른 방식으로 자기 경도(magnetic hardness)는 M형 헥사페라이트의 Fe를 Sn 및 Zn으로 치환함으로써 감소되고, 한편 순수 SrM보다 더 높은 포화 자화(σ_s)를 유지한다. 이것은 4f 사이트의 다운스핀 및 2b 사이트의 자기 이방성이 Sn 및 Zn 양이온에 의해 점유되기 때문이다. 따라서, SSZM의 보자력은 순수 SrM의 약 1100 Oe로부터 약 34 Oe로 크게 감소한다. SSZN은 연성으로 되는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 자기적으로 경성인 순수 SrM의 투자율보다 더 높은 투자율이 예상되고, 이것은 고주파수(예를 들면, GHz) 안테나 응용에 바람직하다.

도 5는 3가지 다른 온도에서 열처리된 SSZM 분말의 자기 이력 루프를 보인 것이다. 약 33.89 Oe의 최저 보자력은 약 1500℃(5 시간) 샘플에 대하여 얻어지고, 한편 1450℃(5 시간) 샘플은 약 68.72 emu/g의 최대 자화를 나타낸다. 고투자율은 높은 포화 자화 및 낮은 보자력에 의해 달성될 수 있다. 그러므로, 1450℃(10 시간) 샘플이 하나의 예시적인 실시형태에서 안테나 제조용으로 선택되지만, 다른 실시형태에서는 다른 샘플이 선택될 수 있다. SSZN의 자기 특성은 도 8에 요약되어 있다. 자화(M) 곡선의 하기의 수치 분석이 SSZM 분말의 자기 이방성 장(H_α)을 추정하기 위해 사용되었다.

여기에서 M_s는 포화 자화이고, H_a는 자기 이방성 장이며, X_p는 고자계 차동 자화율이고, H는 자기소거 장만큼 감소된 인가 장(applied field)이고, K₁은 이방성 상수이다. 이력 루프를 수학식 1에 맞춤으로써 SSZM(약 10 시간 동안 약 1450℃에서 열처리됨)에 대하여 약 4.75 kOe의 H_a가 얻어졌다. 이 자기 이방성 장은 수학식 3에 따라서 약 13.2 GHz의 강자성 공진(FMR) 주파수를 야기한다.

여기에서 H₀는 인가된 바이어스 장이고, H_a는 이방성 장이며, γ는 회전자기비이다.

도 6은 강자성 공진 주파수의 이방성 의존성을 보인 것이다. 도 6의 별 표시는 SSZM이 약 13.2 GHz까지 적용될 수 있음을 나타낸다.

도 7A 및 도 7B는 각각 SSZM(1450℃에서 10 시간) 샘플의 복소 투자율 및 유전율을 보인 것이다. 1300℃ 소결 페라이트의 투자율 및 유전율의 실수부는 각각 2.45 GHz에서 1.37(로스탄젠트 δ_μ=13%) 및 22.2(로스탄젠트 δ_ε=10%)이었다. 자기 및 유전 로스탄젠트는 Bi₂O₃ 등과 같은 소결제를 이용함으로써 감소될 수 있다.

도 9는 안테나(33)에 결합된 송수신기(29)를 구비한, 셀룰러폰과 같은 무선 통신 장치(25)의 예시적인 실시형태를 보인 것이다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 송수신기(29)는 GHz 주파수 범위에서 통신하도록 구성되고, 바람직하게, 그러한 GHz 응용을 위하여, 안테나(33)의 페라이트 기판의 FMR 주파수는 안테나(33)의 공진 주파수보다 더 높다. 그러나, 다른 실시형태에서는 다른 주파수도 가능하다.

도 10은 도 9에 도시된 것과 같은 칩 안테나(33)를 구비한 안테나 시스템(52)를 보인 것이다. 안테나 시스템(52)은 구리 피복 라미네이트(copper clad laminate; CCL)(FR4)로 구성된 기판(55)을 구비하지만, 다른 실시형태에서는 다른 유형의 기판 물질이 사용될 수 있다. 도 10에 도시된 것처럼, 기판(55) 위에는 도전층(56)이 형성되고, 이 도전층(56)은 안테나 시스템(52)이 사용되는 장치(25)의 접지(GND)에 결합된다. 안테나(33)는 또한 도 10에 도시된 것처럼 기판(55) 위에 형성된다. 라디에이터(59)(평평한 도전성 트레이스를 형성함)는 안테나(33)의 페라이트 기판 위에 및 기판(55)의 일부 위에 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 도전층(56) 및 라디에이터(59)는 둘 다 구리로 구성되지만, 다른 실시형태에서는 다른 도전성 물질이 사용될 수 있다. 라디에이터(59)는 송수신기(29)(도 10)에 도전적으로 결합된다. 예를 들면, 뒤에서 더 자세히 설명되는 것처럼, 라디에이터(59)는 송수신기(29)에까지 연장하는 동축 케이블(도 10에는 도시 생략됨)에 결합될 수 있다.

하나의 예시적인 실시형태에 있어서, 안테나(33)는 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트(Sn/Zn-치환형 SrM: SrFe₁₂ _-2 _xZn_xSn_xO₁₉)로 구성되고, 여기에서 x는 2~5 사이의 값을 갖지만, 다른 실시형태에서는 x의 다른 값들도 가능하다. 또한, 칩 안테나(33)는 길이가 9.5 mm, 폭이 4.5 mm, 및 두께가 1.5 mm이지만, 다른 실시형태에서는 다른 치수를 이용할 수 있다. 도시된 치수를 이용하면, 칩 안테나(33)는 블루투스 1(BT1) 안테나로서 사용하기에 적합하다.

도 11A 내지 도 11C는 안테나 라디에이터(59)와 다른 컴포넌트, 예를 들면 송수신기(29)(도 9) 사이에 도전 경로를 제공하도록 동축 케이블(63)이 칩 안테나(33)에 결합된 후의 도 10의 안테나 시스템(52)을 보인 것이다. 도 11C에 도시된 것처럼, 동축 케이블(63)은 도전층(56)에 결합된(예를 들면, 솔더링된) 외부 도체(66)를 갖는다. 외부 도체(66) 내에는 도전성 물질의 내부 코어(69)를 둘러싸는 절연체(68)가 있다. 이 내부 코어(69)는 솔더링 접합부(72)에서 라디에이터(59)에 솔더링된다. 다른 실시형태에서는 안테나(33)를 구비한 안테나 시스템(52)의 각종의 다른 구성이 사용될 수 있다.

예시적인 칩 안테나(33) 및 도 10에 도시된 시스템(52)을 제조하는 예시적인 공정을 도 12A 및 도 12B를 참조하여 이하에서 설명한다. 칩 안테나가 설계된 때, 도 12A의 블록 80에 나타낸 것처럼, 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트 안테나 기판이 형성된다. 블록 80을 수행하는 예시적인 공정은 도 12B에 도시되어 있다. 이 점에서, 도 12B의 블록 81에 나타낸 것처럼, 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트 분말이 도 2에 도시된 공정에 따라 형성된다. 그 다음에, 블록 82에 나타낸 것처럼, 분말에 대하여 습식 쉐이크 밀링(wet-shake milling)이 약 30분 동안 수행된다. 그 다음에, 분말은 블록 83 및 84에서 나타낸 것처럼, 오븐에서 약 1 시간 동안 건조된 후 수집된다. 이러한 분말을 이용해서, 블록 85에 나타낸 것처럼, 안테나(33)의 페라이트 기판이 약 2750 kgf/㎠의 압력으로 형성되고, 그 다음에 블록 86에 나타낸 것처럼 약 1300℃에서 약 4 시간 동안 소결된다. 안테나(33)의 페라이트 기판이 형성되면, 도 12A의 블록 90에 나타낸 것처럼 FR4 시스템 보드(예를 들면, 기판(55))가 절단 및 에칭에 의해 준비되고, 블록 91에 나타낸 것처럼, 패터닝 및 에칭과 같은 종래의 미세가공(microfabrication) 기술을 통해 라디에이터(59)가 형성된다. 라디에이터(59)가 형성된 후, 블록 92에 나타낸 것처럼, 칩 안테나(33)가 동축 케이블(63)에 접속된다. 특히, 동축 케이블(63)의 외부 도체(66)가 도전층(56)에 솔더링되고, 동축 케이블(63)의 내부 코어(69)가 라디에이터(59)에 솔더링된다.

도 13은 BT1 안테나로서 사용하기 위한 치수를 가진 도 10의 칩 안테나(33)를 구비한 안테나 시스템(52)의 측정 전압 정재파비(VSWR)를 나타낸 것이다. 측정 안테나 대역폭은 VSWR=2:1에서 약 780 MHz(2.13 ~ 2.91 GHz)인 것으로 나타났다. 헥사페라이트 칩 안테나는 광대역 특성을 나타내고 이것은 정합 네트워크 없는 모바일의 강한 동작을 보장한다. 도 14는 측정 안테나 이득을 보인 것이다. 약 -0.52 dBi의 최대 3D 피크 이득이 약 2.36 GHz에서 얻어졌다. 블루투스 중심 주파수 2.45 GHz에서, 3D 피크 및 평균 이득은 각각 약 -1.12 dBi 및 -4.02 dBi이었다. 헥사페라이트 칩 안테나는 넓은 주파수 대역에서 고성능 및 균일한 복사 패턴을 제공한다는 것이 명백하다.

도 15는 칩 안테나(33)가 블루투스 2(BT2) 안테나로서 사용하기 위한 치수를 갖는다는 점을 제외하고 도 10에 도시된 것과 유사하게 구성된 안테나 시스템(52)의 다른 실시형태를 보인 것이다. 도 15에 도시된 BT2 안테나의 측정 VSWR(전압 정재파비)는 도 16에 나타내었다. 안테나 대역폭은 VSWR=2:1에서 약 840 MHz(2.11 ~ 2.95 GHz)인 것으로 나타났다. 도 17은 도 15에 도시된 BT2 안테나의 측정 안테나 이득을 보인 것이다. 약 2.36 dBi의 최대 3D 피크 이득이 약 2.36 GHz에서 얻어졌다. 블루투스 중심 주파수 2.45 GHz에서, 3D 피크 및 평균 이득은 각각 약 0.71 dBi 및 -2.49 dBi이었다.

도 18은 칩 안테나(33)가 초광대역(UWB) 안테나로서 사용하기 위한 치수를 갖는다는 점을 제외하고 도 10에 도시된 것과 유사하게 구성된 안테나 시스템(52)의 다른 실시형태를 보인 것이다. 도 19는 도 18에 도시된 UMB 안테나의 측정 VSWR(전압 정재파비)을 나타낸다. 안테나 대역폭은 VSWR=2:1에서 약 2240 MHz (2.66 ~ 4.90 GHz)인 것으로 나타났다. 도 20은 약 3 GHz 내지 6 GHz의 주파수 범위에서 도 18에 도시된 안테나의 안테나 이득을 보인 것이다. 최대 3D 피크 및 평균 이득은 각각 3.2 GHz에서 약 3.89 dBi 및 3.6 GHz에서 약 -1.55 dBi이었다.

도 10, 도 15 및 도 18에 도시된 제조된 헥사페라이트 칩 안테나(BT1, BT2, UWB)의 치수 및 측정된 성능은 도 21에 요약되어 있다. 다른 실시형태에서는 다른 치수가 가능하다.

Claims

무선 통신 장치(25)의 안테나 시스템(52)에 있어서,
기판(55);
상기 기판 위에 형성되며, 자기적으로 연성인 M형 헥사페라이트를 포함하는 칩 안테나(33)로서, 상기 M형 헥사페라이트는 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트를 포함하는 것인, 상기 칩 안테나(33); 및
상기 칩 안테나와 접촉하는 도전성 라디에이터(59)
를 포함하는 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 주석 및 아연은 상기 M형 스트론튬 헥사페라이트 내 철(Fe) 양이온을 대체하는 것인, 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 M형 헥사페라이트는 SrFe_12-2xZn_xSn_xO₁₉를 포함하고, 여기에서 x는 2~5 사이의 값을 갖는 것인, 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 칩 안테나와 상기 도전성 라디에이터는 미세가공에 의해 형성되는 것인, 안테나 시스템.
제1항에 있어서,
상기 칩 안테나의 페라이트 기판의 강자성 공진 주파수는 안테나의 공진 주파수보다 더 높은 것인, 안테나 시스템.
무선 통신 장치(25)의 안테나 시스템(52)을 제조하는 방법에 있어서,
기판(55)을 제공하는 단계;
상기 기판 위에 자기적으로 연성인 M형 헥사페라이트를 포함하는 칩 안테나(33)를 형성하는 단계로서, 상기 M형 헥사페라이트는 주석(Sn) 및 아연(Zn) 치환형 M형 스트론튬 헥사페라이트를 포함하는 것인, 상기 칩 안테나 형성 방법; 및
상기 칩 안테나 위에 도전성 라디에이터(59)를 형성하는 단계
를 포함하는 안테나 시스템 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 M형 스트론튬 헥사페라이트 내 철(Fe) 양이온을 주석 및 아연으로 대체하는 단계를 더 포함하는, 안테나 시스템 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 M형 헥사페라이트는 SrFe_12-2xZn_xSn_xO₁₉를 포함하고, 여기에서 x는 2~5 사이의 값을 갖는 것인, 안테나 시스템 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 칩 안테나를 기가헤르쯔(GHz) 송수신기에 결합하는 단계를 더 포함하는, 안테나 시스템 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 칩 안테나를 형성하는 단계는 미세가공에 의해 수행되는 것인, 안테나 시스템 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 칩 안테나의 페라이트 기판의 강자성 공진 주파수는 안테나의 공진 주파수보다 더 높은 것인, 안테나 시스템 제조 방법.
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