이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 안테나 장치의 제1 실시예의 사시도이다.
이 안테나 장치(1)의 기체(2)는 상면(21), 하면(22), 및 오목부(231)와 볼록부(232)가 교대로 형성된 한쌍의 측면(23)을 갖는다. 또한 이 기체(2)의 상면(21)에는, 한쌍의 측면(23)이 대응하는 볼록부(232)끼리를 연결하는 도체층(3)이 형성되고, 기체(2)의 하면(22)에는, 한쌍의 측면(23)의 1피치 어긋난 볼록부(232)끼리를 연결하는 도체층(4)이 형성되며, 또한 한쌍의 측면(23)의 볼록부(232)에도 도체층(5)이 형성되어, 이들 도체층(3, 4, 5)은 전체적으로 기체(2)를 나선형으로 둘러싸는 나선 도체층으로 되어 있다.
여기서 기체(2)는 고주파대에 있어서 비유전률(εr), 비투자율(μr)이 안정되고, 저손실로, 공진 주파수의 온도 계수(τf)가 작은 것이 바람직하다. 본 예에서는 알루미나계 세라믹스 (2GHz에 있어서 εr=8.5, Q=1000, τf= 38ppm/℃)를 이용하였다. 도체는 구리, 은, 금, 니켈 등 도체 저항이 작은 것이 바람직하다. 여기서는 은-백금 페이스트 (Dupont사 QS-171)를 이용하였다.
도 1에 도시한 안테나 장치(1)의 제조 공정을 나타내는 도 2∼도 5를 참조하면서 이 안테나 장치(1)의 제조 방법을 진술한다. 도 2에 도시한 바와 같은 알루미나 기판(9)을 준비한다. 이 알루미나 기판(9)에는, 후속 공정에서 원하는 사이즈로 분할할 수 있도록 스냅 라인(10)을 설치하여 둔다. 또한, 스냅 라인 상의 원하는 장소에 관통 구멍(11)을 설치하여 둔다. 여기서는 50㎜×50㎜, 두께 1㎜인 알루미나 기판에 스냅 라인(10)은 세로 방향 5㎜ 간격, 가로 방향 10㎜ 간격, 관통 구멍(11)은 0.8ψ인 것을 가로 방향의 스냅 라인 상에 2㎜ 간격으로 배치하였다.
다음에 이 알루미나 기판(9)의 상면(91), 하면(92)에, 각각 도 3a, 도 3b와 같이 도체 패턴(12, 13)을 형성하였다. 형성 방법은, 도체 페이스트를 스크린 인쇄하여, 건조 후 850℃로 소성하였다.
다음에, 상하 도체 형성 후의 알루미나 기판(9)을 관통 구멍이 형성된 스냅 라인에 따라서 도 4와 같이 분할하였다. 그리고, 미리 도체 페이스트(15)를 유리판 등의 평판(14) 상에, 스키지 등을 이용하여 두께 0.2㎜ 정도로 연장하여 두고, 그 도체 페이스트(15)에 조금 전 알루미나 기판의 관통 구멍에 의해 형성된 볼록부를 침지하여, 볼록부의 선단만 도체 페이스트(15)를 도포, 건조, 소성하였다.
마지막으로 도 5와 같이, 스냅 라인에서 최소 단위로 분할함으로써, 안테나장치(1)를 얻었다. 이와 같이, 이 구조의 안테나에서는, 한번에 다수개를 제조하는 것이 가능하여, 제조 비용 절감의 효과가 크다.
도 6은, 본 발명의 안테나 장치의 제2 실시예인 사시도이다.
이 안테나 장치(1)의 기체(2)는, 도 1에 도시한 안테나 장치(1)의 기체(2)와 마찬가지로, 상면(21), 하면(22), 및 오목부(231)와 볼록부(232)가 교대로 형성된 한쌍의 측면(23)을 갖는다. 단, 이 도 6에 도시한 안테나 장치(1)의 도체층은 도 1에 도시한 안테나 장치의 도체층과는 다소 다르고, 도 6에 도시한 안테나 장치(1)에서는, 상면(21)에 한쌍의 오목부(231)끼리를 연결하는 도체층(3)이 형성되고, 표면(22)에는 1피치 어긋난 오목부(231)끼리를 연결하는 도체(4)가 형성되고, 오목부 내벽에 도체층(5)이 형성되어 있고 도체(3, 4, 5)로써 헤리컬 도체가 형성되어 있다. 단 이들의 도체층(3, 4, 5)이 전체적으로 기체(2)를 나선형을 둘러싸는 도체층으로 되어 있는 점은 도 1에 도시한 안테나 장치의 경우와 마찬가지이다.
여기서, 도 6에 도시한 안테나 장치(1)의 기판(2)은, 도 1에 도시한 안테나 장치와 마찬가지로, 고주파대에 있어서 비유전률(εr), 비투자율(μr)이 안정되고, 저손실로, 공진 주파수의 온도 계수(τf)가 작은 것이 바람직하다. 본 예에서는 알루미나계 세라믹스 (2GHz에 있어서 εr=8.5, Q=1000, τf=38ppm/℃)를 이용하였다. 도체는 구리, 은, 금, 니켈 등 도체 저항이 작은 것이 바람직하다. 여기서는 은-백금 페이스트 (Dupont사 QS-171)를 이용하였다.
다음에, 도 6에 도시한 안테나 장치(1)의 제조 공정을 나타내는 도 7∼도 10을 참조하면서, 이 도 6에 도시한 안테나 장치의 제조 방법을 진술한다. 알루미나 기판(9)은, 도 7과 같이 후속 공정에서 원하는 사이즈로 분할할 수 있도록 스냅 라인(l0)을 설치하여 둔다. 또한, 스냅 라인 상의 원하는 장소에 관통 구멍(11)을 설치하여 둔다. 여기서는 50㎜×50㎜, 두께 1㎜인 알루미나 기판(9)에, 스냅 라인(10)은 세로 방향 5㎜ 간격, 가로 방향 10㎜ 간격, 관통 구멍(11)은 0.8φ인 것을 가로 방향의 스냅 라인 상에 2㎜ 간격으로 배치하였다.
다음에 도 8과 같이, 이 알루미나 기판(9)의 관통 구멍에 인쇄법을 이용하여 도체 페이스트를 충전, 건조 후, 850℃에서 소성하여, 관통 구멍 도체(14)를 형성하였다.
다음에 이 알루미나 기판(9)의 상면(91), 하면(92)에 각각 도 9a, 도 9b와 같이 도체 패턴(12, 13)을 인쇄법으로 형성하였다.
마지막으로 도 10과 같이, 스냅 라인(10)에서 최소 단위로 분할함으로써, 안테나 장치(1)가 얻어진다. 이와 같이, 이 구조의 안테나에서는, 한번에 다수개를 제조하는 것이 가능하여, 제조 비용 절감의 효과가 크다.
또한, 여기서는 2개의 실시예에 대해 설명하였지만, 이들 실시예 중 어느 것에 대해서도, 알루미나 기판(9)을 분할하기 전 혹은 분할한 후에 있어서 그 알루미나 기판 상에 형성한 도체층 상에 알루미나 기판(9)과 동질의 층을 형성하여도 좋다. 이렇게 함으로써 동일한 파장 대역 송수신용의 안테나에 관해 또한 소형화를 도모할 수 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 제조한 안테나 장치의 성능에 대해 진술한다. 여기서는, 도 1에 도시한 안테나 장치에 대해 진술한다.
이 안테나 장치(1)를 도 11과 같이 25×50㎜, 두께 0.8㎜의 평가 기판 상에 탑재하였다. 이 평가 기판은, 절연 기판(16)의 표면에 스트립 라인(17), 이면에 접지면(18)이 형성되고, 일단에 구비된 SMA 커넥터(19)로부터 스트립 라인(17)을 경유하여 타단에 탑재한 안테나 장치(1)에 전력을 공급하는 것이다.
이 때의 반사 손실-주파수 특성을 도 12에 도시한다. 공진 주파수 2448MHZ, 반사 손실이 -6㏈ 이하로 되는 대역폭은 133MHZ이었다.
또한, 도 11에 있어서의 XY면의 방사 패턴을 도 13에 도시한다. 방사 이득은, 이 면에 있어서 거의 등방성으로 되고, 최대 이득은 -0.7㏈i, 최소 이득은 -2.3㏈i이었다.
또한, 도 6에 도시한 구성 안테나 장치에 대해서도 평가를 행하였지만, 그 결과는, 도 1에 도시한 구성 안테나 장치의 평가 결과와 거의 동등하여, 여기서는 그 설명은 생략한다.
도 14는, 본 발명의 안테나 장치의 제3 실시예의 사시도이다.
이 안테나 장치(1)의 기체(2)는 상면(21), 하면(22), 및 오목부(231)와 볼록부(232)가 교대로 형성된 한쌍의 측면(23)을 갖는다. 또한 이 기체(2)의 상면(21)에는, 한쌍의 측면(23)이 대응하는 볼록부(232)끼리를 연결하는 도체층(3)이 형성되고, 기체(2)의 하면(22)에는, 한쌍의 측면(23)의 1피치 어긋난 볼록부(232)끼리를 연결하는 도체층(4)이 형성되며, 또한 한쌍의 측면(23)의 볼록부(232)에도 도체층(5)이 형성되어, 이들의 도체층(3, 4, 5)은 전체적으로 기체(2)를 나선형으로 둘러싸는 나선 도체층으로 되어 있다.
여기서, 한쌍의 측면(23) 중 한쪽 측면(23a)의 도체층(5) 중, 전체적으로 나선형으로 둘러싸는 나선 도체층을 구성하고 있는 가장 끝 중 1개가 급전 전극(5a)이고, 또한 그 급전 전극(5a)에 인접한 위치에, 나선 도체층으로부터는 떨어진 접지 전극(6a)이 형성되며, 또한, 나선 도체층과 접지 전극(6a)을 기체의 상면을 경유하여 접속하는 접속 도체(6b)가 형성되어 있다.
여기서 기체(2)는 고주파대에 있어서 비유전률(εr), 비투자율(μr)이 안정되고, 저손실로, 공진 주파수의 온도 계수(τf)가 작은 것이 바람직하다. 본 예에서는 알루미나계 세라믹스 (2GHz에 있어서 εr=8.5, Q=1000, τf=38ppm/℃)를 이용하였다. 도체는 구리, 은, 금, 니켈 등 도체 저항이 작은 것이 바람직하다. 여기서는 은-백금 페이스트 (Dupont사 QS-171)를 이용하였다.
도 14에 도시한 안테나 장치(1)의 제조 공정을 나타내는 도 15∼도 19를 참조하면서 이 안테나 장치(1)의 제조 방법을 진술한다. 도 15에 도시한 바와 같은 알루미나 기판(9)을 준비한다. 이 알루미나 기판(9)에는, 후속 공정에서 원하는 사이즈로 분할할 수 있도록 스냅 라인(10)을 설치하여 둔다. 또한, 스냅 라인 상의 원하는 장소에 관통 구멍(11)을 설치하여 둔다. 여기서는 50㎜×50㎜, 두께 1㎜인 알루미나 기판에 스냅 라인(10)은 세로 방향 5㎜ 간격, 가로 방향 10㎜ 간격, 관통 구멍(11)은 0.8φ인 것을, 가로 방향의 스냅 라인 상에 2㎜ 간격으로 배치하였다.
다음에 이 알루미나 기판(9)의 상면(91), 하면(92)에, 각각 도 16, 도 17과 같이 도체 패턴(12, 13)을 형성하였다. 형성 방법은 도체 페이스트를 스크린 인쇄하여, 건조 후 850℃에서 소성하였다.
다음에, 상하 도체 형성 후의 알루미나 기판(9)을 관통 구멍이 형성된 스냅 라인에 따라서 도 18과 같이 분할하였다. 그리고, 미리 도체 페이스트(15)를 유리판 등의 평판(14) 상에 스키지 등을 이용하여 두께 0.2㎜ 정도로 연장하여 놓고, 그 도체 페이스트(15)에, 조금 전 알루미나 기판의 관통 구멍에 의해 형성된 볼록부를 침지하여, 볼록부의 선단만 도체 페이스트(15)를 도포, 건조, 소성하였다.
마지막으로 도 19와 같이, 스냅 라인에서 최소 단위로 분할함으로써, 안테나 장치(1)를 얻었다. 이와 같이, 이 구조의 안테나에서는, 한번에 다수개를 제조하는 것이 가능하여, 제조 비용 절감의 효과가 크다.
도 20은, 본 발명의 안테나 장치의 제4 실시예의 사시도이다. 도 14에 도시한 제3 실시예와의 상위점에 대해 설명한다. 도 14에 도시한 제3 실시예에서는, 접지 전극(6a)은, 기판을 전체적으로 나선형으로 둘러싸는 도체층과, 접속 도체(6b)를 경유하여, 기체 상면에서 접속되어 있지만, 도 20에 도시한 제4 실시예에서는, 접속 도체(6b)를 경유하여, 접지 전극(6a)이 형성된 측면(23a)과는 반대측의 측면(23b)에서 접속되어 있다.
도 21은, 본 발명의 안테나 장치의 제5 실시예의 사시도이다.
이 도 21에 도시한 제5 실시예에서는, 기판을 전체적으로 나선형으로 둘러싸는 나선 도체층 중, 한쪽 측면(23a)에 배열된 복수의 도체막(5) 중, 가장 끝의 도체막을 접지 전극(5b), 그것에 인접하는 도체막을 급전 전극(5a)으로 하고, 이 접지 전극(5b)이 접지 도체를 겸하고 있다.
도 22는, 안테나 장치의 다른 예를 도시한 사시도이다.
이 도 22에 도시한 안테나 장치는, 안테나 장치 자체로서는, 본 발명의 안테나 장치의 비교예이지만, 후술하는 본 발명의 안테나 장치 조립체를 구성하는 안테나 장치이기도 하다.
이 도 22에 도시한 안테나 장치에서는, 접지 전극(6a)은, 접속 도체(6b)에 의해, 기체 상면을 경유하고, 접지 전극(6a)이 형성된 측면(23a)과는 반대측의 측면(23b)를 경유하고 또한 기체 하면을 경유하여, 기체를 전체적으로 나선형으로 둘러싸는 나선 도체층에 접속되어 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 제조한 안테나 장치의 성능에 대해 진술한다.
이 안테나 장치(1)를, 도 23과 같이 25×50㎜, 두께 0.8㎜인 평가 기판 상에 탑재하였다. 이 평가 기판은, 절연 기판(16)의 표면에 스트립 라인(17), 이면에 접지면(18)이 형성되고, 일단에 구비된 SMA 커넥터(19)로부터 스트립 라인(17)을 경유하여 타단에 탑재한 안테나 장치(1)에 전력을 공급하는 것이다.
표 1은, 상기한 바와 같이하여 측정한 결과를 나타낸 것이다. 「변동 3σ치」는 동일 사양의 안테나 장치를 다수 제조했을 때의 공진 주파수 변동의 3σ치를 나타낸다.
중심 주파수 2.45MHZ로부터의 변동
접점 위치 |
변동 3σ치 |
실시예1 : 안테나 상면(도 14) |
±30MHZ |
실시예2 : 측면(도 20) |
±60MHZ |
실시예3 : 단자로서 겸용(도 21) |
±62MHZ |
비교예 : 하면(도 22) |
±155MHZ |
이 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1∼3에서는, 비교예와 비교해, 변동이 억제되어 있다.
도 24는, 본 발명의 안테나 장치 조립체의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
이 도 24는, 안테나 장치(1)가, 회로 기판(97)에, 회로 기판 상면에 안테나 장치 하면이 접한 상태로 탑재된 것을 기판 하면측로부터 본 도면이다.
여기에 나타내는 안테나 장치(1)는, 도 22에 도시한 접지 전극이 접속 도체층에 의해, 기체 하면에서 나선 도체층에 접속되어 있는 타입의 안테나 장치이다. 회로 기판(97)에는, 그 회로 기판의 일부가 절결되어 형성된 상하면에 관통하는 구멍(97a)이 설치되어 있고, 안테나 장치(1)의 기체 하면의 접속 도체층과 나선 도체층과의 접속 부분이 바로 그 구멍(97a)에 위치하고, 그 접속 부분이 회로 기판(97)에 접촉하지 않도록 되어 있다.
도 25는, 본 발명의 안테나 장치 조립체의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
이 도 25도, 도 24와 마찬가지로, 도 22에 도시한 타입의 안테나 장치(1)가 회로 기판(97)에, 회로 기판 상면에 안테나 장치 하면이 접한 상태로 탑재된 것을 기판 하면으로부터 본 도면이다.
회로 기판(97)에는 절결 부분은 설치되어 있지 않지만, 안테나 장치(1)의 접속 도체와 나선 도체의 접속 부분이 회로 기판(97)으로부터 비어져 나와 있다.
이와 같이, 상기한 접속 부분이 안테나 장치 하면에 형성되어 있어도, 회로 기판의 일부를 절결하거나 혹은 그 부분이 회로 기판으로부터 비어져 나온 상태로 탑재함으로써, 변동을 억제할 수 있다. 표 2는, 도 24, 도 25의 형태의 안테나 장치 조립체의 공진 주파수 변동의 측정 결과이다.
중심 주파수 2.45GHZ로부터의 변동
탑재 방법 |
변동 3σ치 |
접점 하부의 결절(도 24) |
±72MHZ |
안테나 돌출(도 25) |
±68MHZ |
이 표 2를 상술한 표 1의 최하행과 비교하면, 공진 주파수의 변동이 작아지고 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 의한 안테나 장치 및 안테나 장치 조립체는, 휴대 통신기용 안테나로서 충분한 성능을 갖고 있다고 말할 수 있다.