KR20020050133A - 칩 안테나 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20020050133A
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하마다히로끼
가메이요시까즈
이시와마사유끼
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후루까와 준노스께
후루까와덴끼고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

칩 안테나는 안테나 소자, 및 이 안테나 소자를 내부에 매립하거나, 또는 그 상면에 형성한 유전체 칩을 구비한다. 특히, 이 유전체 칩은 그 하면측 (안테나 소자와는 접하지 않는 면) 에 공기층을 형성하는 공간부, 예를 들면 홈을 구비한다. 이 홈의 크기를 변경함으로써, 칩 안테나의 외형치수와 안테나 소자의 장착높이위치를 일정하게 유지한 채, 그 안테나 특성을 변경한다.

Description

칩 안테나 및 그의 제조방법 {CHIP ANTENNA AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 안테나 소자를 유전체 칩에 매립한 구조 또는 그 표면에 형성한 구조의 칩 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이다.
휴대전화기나 휴대정보단말, 또한 무선 LAN (local area network) 기기 등에 이용되는 소형 안테나로서, 안테나 소자를 유전체 칩에 매립한 구조의 칩 안테나가 주목받고 있다.
칩 안테나의 특성은 칩 안테나가 실장되는 인쇄회로기판 등의 영향을 받아 변화한다. 이로 인하여, 동일 주파수대에서 사용하는 안테나일지라도, 인쇄회로기판으로의 실장상황에 따른 다수의 종류의 칩 안테나를 준비해 둘 필요가 있다.그래서 종래에는, 안테나 소자의 패턴형상이나 유전재료를 변화시킴으로써, 특성이 다른 복수종류의 칩 안테나를 준비하였다. 그러나, 이를 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하게 됨은 부정할 수 없다.
본 발명은 여러가지 특성을 갖는 칩 안테나를 용이하게 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명과 관련된 칩 안테나는 안테나 소자를 유전체 칩에 매립한 구조, 또는 유전체 칩의 표면에 형성한 구조의 것으로서, 특히 상기 유전체 칩에 공기층을 형성하는 공간부, 또는 유전체 칩과는 유전율이 다른 유전체가 수용되는 공간부, 예를 들면 홈을 형성한 것을 특징으로 하고 있다.
또한 본 발명과 관련된 칩 안테나의 제조방법은, 먼저 유전체 칩 형성용 금형에 있어서의 상기 공간부의 형성부위에 소정 형상의 상자를 교환가능하도록 끼워넣는다. 이어서, 상기 금형에 안테나 소자를 세팅한 후, 상기 금형에 유전체를 주입함으로써 공기층을 형성하는 공간부를 구비한 유전체 칩을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 금형에 끼워넣는 상자를 교환함으로써 복수종류의 칩 안테나를 제조하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도.
도 2 는 도 1 에 나타낸 칩 안테나의 개략적인 단면구조를 나타내는 도면.
도 3 은 도 1 에 나타낸 칩 안테나의 제조예를 나타내는 도면.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도.
도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도.
도 6 은 본 발명의 제 4 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 단면도.
도 7a, 7b, 7c, 7d 는 본 발명의 제 5 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 도면으로서, 도 7a 는 평면도, 도 7b 는 도 7a 에 있어서의 화살표시 A-A 단면도, 도 7c 는 좌측면도, 그리고 도 7d 는 우측면도.
도 8a 및 8b 는 본 발명의 제 6 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 도면으로서, 도 8a 는 정면도, 도 8b 는 도 8a 에 있어서의 화살표시 B-B단면도.
도 9a, 9b 는 본 발명의 제 7 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 도면으로서, 도 9a 는 평면도, 도 9b 는 도 9a 에 있어서의 화살표시 C-C 단면도.
도 10a, 10b 는 본 발명의 제 8 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 도면으로서, 도 10a 는 평면도, 도 10b 는 도 10a 에 있어서의 화살표시 D-D 단면도.
도 11 은 조정소자부를 구비한 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도.
도 12 는 도 11 에 나타낸 칩 안테나의 개략적인 평면구성도.
도 13 은 도 11 에 나타낸 칩 안테나의 안테나 특성의 조정원리와, 그 특성조정방법을 설명하기 위한 도면.
도 14 는 조정소자부의 굴곡에 의한 안테나 특성의 변화를 나타내는 실험결과를 나타내는 주파수 특성도.
도 15 는 도 14 에 나타내는 실험에 이용한 안테나칩의 개략구성을 나타내는 도면.
도 16a, 16b, 16c 는 도 14 에 나타낸 실험의 양태를 각각 나타내는 도면.
도 17 은 조정소자부를 구비한 다른 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도.
도 18 은 본 발명의 제 9 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도.
도 19 는 본 발명의 제 10 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 안테나 도체 11 : 안테나 소자
12 : 전극단자부 17 : 투과구멍
20 : 유전체 칩 21 : 제 1 유전체부
22 : 제 2 유전체부 23 : 홈
26 : 유전체 30 ; 사출성형금형
31 : 상자 32 : 돌기
[실시형태 1]
도 1 은 본 실시형태와 관련된 칩 안테나의 개략구성을 나타내는 사시도이다. 이 칩 안테나는 안테나 도체 (10) 에 형성된, 예를 들면 꾸불꾸불한 패턴형상의 안테나 소자 (11) 를 대략 직육면체 형상의 유전체 칩 (20) 에 매립하고, 안테나 소자 (11) 에 이어진 전극단자부 (12) 를 유전체 칩 (20) 의 단부로부터 도출한 구조를 갖는다.
안테나 소자 (11) 와, 이 안테나 소자 (11) 의 단부에 연접하는 전극단자부 (12) 를 형성한 패턴형상의 안테나 도체 (10) 는, 예를 들면 구리합금제 도체판을 펀칭가공 (punching) 이나 에칭 등에 의하여 패터닝함으로써 형성된다. 구체적으로는, 미앤더 (meander) 형상의 안테나 소자 (11) 는, 예를 들면 두께 0.12 mm 의 도체판을 패터닝하여 도체폭 0.2 mm, 사행폭 (meander width) 3.2 mm, 사행피치 (meander pitch) 0.6 mm 의 도체를 5 턴에 걸쳐 형성한 것으로 이루어진다. 또한, 이 안테나 소자 (11) 를 유전체 칩 (20) 에 매립하여 형성되는 대략 직육면체 형상의 칩 안테나는 개략적으로는 폭 4 mm, 길이 8 mm, 두께 2.8 mm 크기의 것으로 실현된다.
유전체 칩 (20) 은 도 2 에 그 개략적인 단면구조를 나타낸 바와 같이, 안테나 소자 (11) 의 하방에 형성되는 제 1 유전체부 (21) 와, 안테나 소자 (11) 를 피복하여 제 1 유전체부 (21) 의 상방에 형성되는 제 2 유전체부 (22) 로 이루어진다. 제 1 유전체부 (21) 는 기본적으로는 칩 안테나가 실장되는 인쇄배선기판에 대하여 안테나 소자 (11) 를 소정의 장착높이로 위치시키는 역할을 담당한다. 특히, 이 유전체 칩 (20) 은 제 1 유전체부 (21) 의 하면측 (안테나 소자 (11) 와 접하지 않는 면) 에 공기층을 형성하는 공간부로서의 홈 (23) 을 형성한 구조를 갖는다. 이 홈 (23) 에 의하여 제 1 유전체부 (21) 의 평균적인 두께, 나아가서는 유전체 칩 (20) 의 실효적인 유전율을 변화시킨 칩 안테나가 실현되어 있다.
특히 이 실시형태에 있어서는, 칩 안테나의 전체형상을 일정하게 유지하면서 안테나 소자 (11) 의 장착높이위치를 충분히 높게 설정하기 위하여, 제 1 유전체부 (21) 의 두께 (t1) 가 2.18 mm 로 두껍게 설정되어 있다. 또한, 제 2 유전체부 (22) 은 안테나 소자 (11) 의 박리를 방지하는 역할만을 담당하는 것이므로, 그 두께 (t2) 는 0.5 mm 로 얇게 설정되어 있다. 그리고, 안테나 소자 (11) 의 두께를 포함한 유전체 칩 (20) 의 전체두께 (높이) 가 상술한 2.8 mm 가 되도록 설정되어 있다.
또한, 홈 (23) 의 홈깊이는, 예를 들면 최대 1.8 mm 로 설정된다. 이 최대홈깊이는 홈 (23) 의 형성에 의하여 얇아진 부위에 있어서도, 유전체부 (21) 에 최소 0.5 mm 의 두께가 남도록 하여, 안테나 소자 (11) 를 안정적으로 지지하기 위한 조건이다. 또한, 홈 (23) 의 크기 (형상) 에 대해서는 후술하는 바와 같이 칩 안테나에 요구되는 사양 (안테나 특성) 에 따라 결정된다.
이러한 구조의 칩 안테나는 기본적으로는, 예를 들면 도 3 에 나타내는 바와 같은 한쌍의 상형과 하형으로 이루어지는 인서트몰드용 사출성형금형 (30) 을 이용하여 제조된다. 특히, 이 실시형태와 관련된 칩 안테나는 사출성형금형 (30) 의 안테나칩의 하면측 형상을 규정하는 측의 금형부 (하형) 에 끼워넣어지는 소정형상의 상자 (31) 를 이용하여 제조된다. 이 상자 (31) 는 유전체 칩 (20) 의 하면측에 형성해야할 홈 (23) 에 상당하는 돌기 (32) 를 형성한 것으로, 사전에 사출성형금형 (30) 에 끼워넣어짐으로써, 금형 (30) 의 일부로서 기능한다.
칩 안테나의 유전체 칩 (20) 은 상자 (31) 를 미리 끼워넣은 사출성형금형 (30) 에 상술한 안테나 도체 (10) 를 세팅한 후, 사출성형금형 (30) 내에 소정의 유전체를 주입하는 인서트몰드법에 의하여 제조된다. 이 때, 상자 (31) 에 형성되어 있는 돌기 (32) 에 의하여, 그 하면측에 홈 (공간부 ; 23) 을 형성한 유전체 칩 (20) 이 형성된다.
상술한 구조의 칩 안테나에 의하면, 도 2 에 나타낸 바와 같이 안테나 도체 (10) 를 인서트몰드한 유전체 칩 (20) 자체는 안테나 소자 (11) 의 하부에 위치하는 제 1 유전체부 (21) 에 의하여, 칩 안테나가 실장되는 인쇄배선기판에 있어서의 접지도체 (grounding conductor; GND) 에 대하여 안테나 소자 (11) 의 장착높이위치를 정확히 규정한다. 또한, 유전체 칩 (20) 의 하면측, 즉 제 1 유전체부 (21) 의 하면에 형성된 홈 (23) 은 인쇄배선기판에 있어서의 접지도체와 안테나 소자 (11) 사이에 공기층을 형성한다.
그 결과, 홈 (23) 의 크기, 나아가서는 홈 (23) 이 형성하는 공기층의 크기를 안테나 사양에 따라 변화시키면, 유전체 칩 (20) 의 전체적인 유전율 (ε) 을 조정할 수 있다. 그리고, 이 유전율의 조정에 의하여 칩 안테나의 특성을 조정할 수 있게 된다. 즉, 다양한 사양 (안테나 특성) 의 칩 안테나를 간편하게 실현할 수 있게 된다. 이러한 이점은 안테나 소자 (11) 의 형상이 변경되기 어려우며, 이로 인한 특성조정이 어려운 타입의 안테나, 즉 금속판을 프레스성형하여 안테나 도체 (10) 를 제조하는 타입의 칩 안테나에 있어서 현저하다.
또한, 이 실시형태의 안테나에서는, 제 1 유전체부 (21) 를 두껍게 하였으므로 안테나 도체 (10) 의 높이위치를 충분히 높게 설정할 수 있으며, 이로 인하여 대역을 넓게 할 수 있다. 또한, 홈 (23) 의 홈깊이의 조정범위를 크게 취할 수 있으므로, 그 공진주파수나 주파수대역을 광범위하게 조정할 수 있다. 또한, 안테나 소자 (11) 가 제 2 유전체부 (22) 로 피복되므로, 안테나 소자 (11) 가 박리되기 어려워, 구조적으로 안정된 강고(强固)한 칩 안테나를 실현할 수 있게 된다. 즉, 세라믹으로 이루어지는 유전체 칩의 상면에 안테나 소자를 형성한 것과 같이, 안테나 소자가 박리되기 쉬워지는 문제 등을 초래하는 일이 없다.
따라서, 예를 들면 돌기 (32) 의 크기가 다른 상자 (31) 를 안테나 사양에 따라 복수종류 준비해 두고, 이들 상자 (31) 를 선택적으로 이용함으로써, 여러가지 사양에 적합한 칩 안테나를 각각 간편하게 제조할 수 있게 된다. 즉, 사출성형금형 (30) 의 본체부분을 바꾸는 일 없이, 복수종류의 상자 (31) 를 선택적으로 이용하는 것만으로 여러가지 안테나 사양에 대응하는 칩 안테나를 간편하게 제조할 수 있다. 특히, 칩 안테나 자체의 전체형상 (외형치수) 을 변경하는 일 없이, 게다가 안테나 도체 (10) 의 장착높이위치를 충분히 높게 설정하면서, 홈 (23) 의 크기에 따라 안테나 도체 (10) 에 대한 공진주파수나 주파수대역을 조정하는 것이 가능하므로, 실용적인 이점이 많다.
또한, 상술한 바와 같이, 안테나 도체 (10) 의 상측의 제 2 유전체부 (22) 의 두께를 얇게 하고, 하측의 제 1 유전체부 (21) 의 두께를 두껍게 한 경우, 일반적으로는 사출성형금형 (30) 내에 유전체 (수지) 를 사출하였을 때, 유전체의 돌아들어감이 불균일해지기 쉽다. 그러나, 본 발명과 관련된 칩 안테나에 있어서는안테나 도체 (10) 의 하면측이 되는 제 1 유전체부 (21) 에 홈 (23) 을 형성하기 위하여, 전술한 상자 (31) 의 돌기 (32) 에 의하여 부분적으로 얇은 공간영역을 형성하고 있으므로, 사출성형금형 (30) 내에 주입된 유전체 (수지) 가 안테나 도체 (10) 의 상하로 균형있게 돌아들어간다. 이 결과, 유전체 칩 (20) 의 사출성형을 효과적으로 행할 수 있는 등의 효과도 얻을 수 있다.
또한, 상술한 홈 (23) 의 형상이나 크기 (면적이나 깊이), 또한 그 수는 안테나 사양에 따라 정하면 된다.
[실시형태 2]
그런데, 공기층을 형성하기 위한 공간부로는, 도 4 에 나타낸 바와 같이 안테나 도체 (10) 를 따라 가로방향으로 평행하게 개구된 구멍부 (24) 이어도 된다. 단, 이와 같은 구멍부 (24) 를 형성할 경우에는, 금형 (30) 으로부터 유전체 칩 (20) 을 꺼낼 수 있게 한 후에 사출성형금형 (30) 의 구조가 복잡해짐은 부정할 수 없다. 따라서, 실용적으로는 상술한 홈 (23) 을 형성하는 편이 바람직하다.
[실시형태 3]
또한, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 유전체 칩 (20) 의 하면에 복수의 홈 (23) 을 가로세로로 바둑판 형상으로 형성함으로써 유전체 칩 (20) 의 하면을 복수의 다리부 (25) 를 이루도록 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 나중에 다리부 (25) 를 선택적으로 제거하여, 유전체 칩 (20) 의 하면측에 있어서의 공간부를 넓힐 수 있게 되므로, 칩 안테나의 제조 후에 그 안테나 특성을 조정할 수 있게 된다. 또한, 제조된 칩 안테나에 필요에 따라 커터나 드릴 등에 의하여 유전체칩 (20) 의 하면에 칼집 (slit) 을 넣어 홈 (23) 을 형성하고, 이로써 안테나 특성을 조정하는 것도 가능하다.
[실시형태 4]
또한, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 유전체 칩 (20) 에 형성한 복수의 홈 (23) 내의 몇몇 (예를 들면, 1 개) 에 다른 유전체 (26) 를 매립함으로써 유전체 칩 (20) 의 전체적인 유전율을 조정하고, 이로써 안테나 특성을 조정하는 것도 가능하다. 이 경우, 유전체 (26) 로서 유전체 칩 (20) 과 동일한 유전체 재료를 이용해도 되며, 또는 다른 종류의 유전체 재료를 이용하는 것도 물론 가능하다. 또한, 유전체 (26) 의 종류를 달리 함으로써도, 안테나 특성을 조정할 수 있게 된다.
[실시형태 5]
그런데, 상술한 각 실시형태는 안테나 소자 (11) 를 유전체 칩 (20) 에 매립한 구조의 것이었는데, 안테나 소자 (11) 를 유전체 칩 (20) 의 상면에 형성한 구조의 칩 안테나에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다. 도 7 은 그 일례를 나타내고 있으며, 도 7a 는 평면도, 도 7b 는 그 A-A 단면도, 도 7c 는 좌측면도, 그리고 도 7d 는 우측면도이다.
이 칩 안테나는 유전체 칩 (20) 의 상면에 안테나 소자 (11) 가 평판형상의 금속박판 등으로 이루어지는 안테나 도체 (10) (패치 안테나 (patch antenna)) 를 붙여 구성된다. 그리고 유전체 칩 (20) 의 하면측에는 단면이 반원형상인 홈 (23) 을 2 개 평행하게 형성하여 상술한 공간부가 형성되어 있다. 특히, 이 실시형태에 있어서는, 안테나 도체 (10) 의 단부에 연접한 전극단자부 (12) 의 근원부 (13) 는 1/4 원 형상으로 하방으로 구부러진 형상을 이룬다. 이 근원부 (13) 를 유전체 칩 (20) 의 둘레부에 매립함으로써, 안테나 도체 (10) 가 유전체 칩 (20) 의 상면에 고정되어 있다. 이 결과, 전극단자부 (12) 의 근원부 (13), 또한 안테나 도체 (10) 가 유전체 칩 (20) 의 표면에서 박리되기 어려운 구조가 실현되어 있다.
이러한 구조에 의하면, 안테나 도체 (10) 가 유전체 칩 (20) 의 상면에 형성되므로, 칩 안테나가 실장되는 회로기판의 접지도체에 대한 안테나 도체 (10) 의 높이를, 상술한 바와 같이 유전체 칩 (20) 에 매립한 칩 안테나보다 높게 할 수 있다. 따라서, 대역이 넓은 칩 안테나를 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 유전체 칩 (20) 의 하면에 형성한 홈 (23) 에 의하여, 그 안테나 특성을 용이하게 조정할 수 있다.
[실시형태 6]
도 8 에 나타낸 구조의 칩 안테나는 평판형상의 안테나 도체 (10) 에 있어서의 전극단자부 (12) 의 근방에 측단가장자리의 4 곳에, L 자 형상으로 굴곡시킨 측부돌기편 (14) 을 각각 형성하고 있다. 그리고, 이들 측부돌기편 (14) 의 더욱 내측으로 굴곡시킨 선단부 (15) 를, 도 8b 에 그 B-B 단면구조를 나타낸 바와 같이 유전체 칩 (20) 의 측부에 매립함으로써, 유전체 칩 (20) 의 상면에 안테나 도체 (10) 를 고정한 것이다.
[실시형태 7]
또한 도 9a, 9b 에 평면구성과 그 C-C 단면구조를 나타낸 구조의 칩 안테나는 평판형상의 안테나 도체 (10) 에 있어서의 전극단자부 (12) 의 근방에, 그 바닥부에 투과구멍을 갖는 오목부 (16) 를 형성하여, 이 오목부 (16) 를 유전체 칩 (20) 에 매립한 구조를 갖는다. 오목부 (16) 는 평판형상의 안테나 도체 (10) 를 프레스가공하는 등에 의하여 형성된다. 이러한 오목부 (16) 를 구비한 안테나 도체 (10) 를 금형에 세팅하여 유전체 수지를 주입하면, 투과구멍을 통과하여 오목부 (16) 의 내부에 수지가 들어가므로, 도 9b 에 나타낸 바와 같이 오목부 (16) 가 수지로 매립된다. 이 결과, 오목부 (16) 를 매립한 수지로 안테나 도체 (10) 가 유전체 칩 (20) 의 상면에 강고히 고정된다.
[실시형태 8]
또한, 칩 안테나는 도 10a, 10b 에 평면구성과 그 D-D 단면구조를 나타낸 구조의 것이어도 된다. 이 칩 안테나는 평판형상 안테나 도체 (10) 에 있어서의 전극단자부 (12) 의 근방에 투과구멍 (17) 을 형성해 두고, 이 투과구멍 (17) 을 통하여 유전체 칩 (20) 의 일부를 도 10b 에 나타낸 바와 같이 팽출(膨出)시킴으로써, 이 팽출부 (26) 와 유전체 칩 (20) 의 표면에서 안테나 도체 (10) 를 강고히 고정한 구조를 갖는다. 팽출부 (26) 를 형성할 때는, 금형에 있어서의 투과구멍 (17) 이 위치되는 부위에 수지팽출용 패임 (sink) (도시하지 않음) 을 형성해 두면 된다.
이렇게 하여 유전체 칩 (20) 의 상면에 안테나 도체 (10) 를 고정한 각종 구조의 칩 안테나에 있어서도, 유전체 칩 (20) 의 하면에 상술한 공간부를 형성하는 홈 (23) 을 형성함으로써, 앞의 실시형태와 동일한 효과가 발휘된다. 또한 단면 반원형상의 홈 (23) 에 한정되지 않고, 상술한 바와 같이 여러가지 형상의 공간부를 형성하여, 안테나 특성을 조정할 수 있음은 물론이다.
또한 각 실시형태에서는, 안테나 도체 (10) 로서 미앤더 형상의 도체로 이루어지는 안테나 소자 (11) 를 형성한 것 (실시형태 1~4), 평판형상의 패치 안테나를 형성한 것 (실시형태 5~8) 을 예시하였는데, 마이크로스트립 안테나 (micro-strip antenna) 등이어도 된다. 또한, 전극단자부 (12) 를 꺼내는 곳에 대해서도 유전체 칩 (20) 의 길이방향의 양단부에서 각각 꺼내는 대신에, 한쪽 단부에서 2 개의 전극단자부 (12) 를 나열하여 꺼내도록 해도 된다. 또한, 유전체 칩 (20) 의 모퉁이부 등에서 꺼내는 구조의 것에 대해서도 동일하게 적용가능하다.
또한, 유전체 칩 (20), 또는 제 1 및 제 2 유전체부 (21, 22) 는 각각 복수의 층으로 이루어지는 것이어도 된다. 또한, 유전체 칩 (20) 에 대해서는, 예를 들면 PPS (폴리페닐렌ㆍ 설파이드) 와, BaO-Nd2O3-TiO2-Bi2O3계 세라믹스 분말을 혼합한 수지ㆍ 세라믹스 복합재료, 또는 LCP (액정폴리머) 등의 수지재를 적절히 이용할 수 있다. 또한, 그 유전율 (ε) 에 대해서는, 안테나 사양에 따라서도 달라지나, 예를 들면 3.1 ~ 2.0 정도의 것을 이용하면 된다.
이상의 각 실시형태에 나타나는 바와 같이, 본 발명과 관련된 칩 안테나는 유전체 칩에 공간부를 형성하고 있으므로, 이 공간부를 이용하여 안테나 특성을 간편하게 조정할 수 있다. 따라서, 안테나 특성이 다른 여러가지 칩 안테나를 소량다품종에 걸쳐 제조하는 경우라도, 공간부의 크기를 변경하거나 공간부에 다른유전체 재료를 넣는 것만으로, 그 외형치수나 안테나 도체의 높이를 일정하게 유지하면서, 여러가지 사양을 만족한 칩 안테나를 간편하게 실현할 수 있다.
그런데, 칩 안테나의 특성에 대해서는, 예를 들면 도 11 에 칩 안테나의 개략구성을 나타낸 바와 같이, 유전체 칩 (20) 에 매립되는 안테나 소자 (11) 에 이어진 조정소자부 (18) 를 형성해 두고, 이 조정소자부 (18) 를 유전체 칩 (20) 의 측부에 돌출시킴으로써 조정할 수도 있다.
구체적으로는, 도 12 에 그 평면구성을 나타낸 바와 같이, 안테나 소자 (11) 의 측부에, 특히 도체의 접힘부에 각각 외측을 향하여 돌출형성된 도체편으로 이루어지는 조정소자부 (18) 를 형성한다. 그리고, 조정소자부 (18) 의 선단부를 유전체 칩 (20) 의 측부로부터 소정의 길이에 걸쳐 외측을 향하여 돌출시킨다. 즉, 유전체 칩 (20) 에 매립되는 안테나 도체 (10) 에 있어서의 안테나 소자 (11) 의 일부를 안테나 소자 (11) 에 이어진 조정소자부 (18) 로서 형성하고, 이 조정소자부 (18) 를 유전체 칩 (20) 의 측부에서 외측으로 돌출시켜 외부공간에 위치시킨 구조의 칩 안테나로 한다.
이러한 구조의 칩 안테나에 의하면, 그 안테나 특성은 단지 그 주체부를 이루는 안테나 소자 (11) 에 의하여 규정된다. 그러나, 상술한 바와 같이 안테나 소자 (11) 에 이어진 조정소자부 (18) 를 구비하므로, 이 조정소자부 (18) 의 존재도 안테나 특성을 결정하는 중요한 요소가 된다. 그러나, 조정소자부 (18) 는 유전체 칩 (20) 에서 돌출하여 공간부에 위치되어 있으므로, 안테나 특성에 미치는 영향은 비교적 적다.
즉, 구조의 칩 안테나에 있어서의 특성은 단지 칩 안테나를 인쇄회로기판 등에 실장하였을 때의 인쇄회로기판에 있어서의 접지도체로부터의 안테나 소자 (11) 의 장착높이 (안테나 소자 (11) 의 하부에 위치되는 유전체 칩 (20) 의 두께) 와 접지도체와의 사이에 개재하는 유전체 칩 (20) 의 유전율 (ε) 에 의하여 거의 결정된다. 이 때, 조정소자부 (18) 는 기본적으로는 안테나 소자부 (11) 와 동일한 높이로 위치하거나, 접지면과의 사이에는 공기층 (유전율 (ε0)) 이 존재할 뿐이므로, 안테나 특성에 미치는 영향은 비교적 적다.
그러나, 이 조정소자부 (18) 는 유전체 칩 (20) 에서 돌출한 외부공간에 위치하므로 절단하는 것이 용이하다. 조정소자부 (18) 를 절단하여 그 길이를 짧게 하면, 이 조정소자부 (18) 와 접지면 사이에 형성되는 용량이 작아지거나, 안테나의 전기장이 짧아지므로, 이로 인하여 안테나 소자부 (11) 에 있어서의 공진주파수를 높게 할 수도 있다.
또한, 도 13 에 나타낸 바와 같이, 유전체 칩 (20) 의 외측으로 돌출한 조정소자부 (18) 를 하방으로 굴곡시키면, 이 조정소자부 (18) 의 접지도체 (GND) 에 대한 높이가 변화한다. 그 결과, 조정소자부 (18) 와 접지도체 사이에 형성되는 용량 (콘덴서 : C) 이 변화한다. 그리고, 이 용량 (C) 은 안테나 특성에 큰 영향을 미치게 된다.
예를 들면, 조정소자부 (18) 를 하방으로 굴곡하여 접지도체에 접근시키면, 안테나 소자 (11) 에 대하여 미치는 영향이 강해져, 안테나 소자부 (11) 에 있어서의 공진주파수가 낮아진다. 반대로, 조정소자부 (18) 를 상방으로 굴곡시켜 접지도체로부터 멀어지게 하면, 안테나 소자부 (11) 에 대하여 미치는 영향이 약간 약해져, 안테나 소자부 (11) 에 있어서의 공진주파수가 다소 높아진다. 이렇게 조정소자부 (18) 의 절단이나 굴곡에 수반하여 안테나 소자부 (11) 의 공진주파수대역도 변화한다. 따라서, 유전체 칩 (20) 의 측부에 돌출한 조정소자부 (18) 를 절단 또는 굴곡시킴으로써, 그 공진주파수나 그 주파수대역을 조정할 수 있게 된다.
구체적으로는, 도 14 는 상술한 조정소자부 (18) 의 굴곡에 의하여 변화하는 칩 안테나의 특성, 즉 공진주파수와 그 주파수대역의 변화의 예를 나타내는 실험결과를 나타내고 있다. 이 실험은 예를 들면 도 15 에 그 평면구성을 나타낸 바와 같이, 그 일단부에 단락 (short) 하여 종단되는 전극단자부 (12a) 와 급전용 전극단자부 (12b) 를 형성하고, 다른쪽 단에 조정소자부 (18) 를 형성한 안테나 도체 (10) 를 유전체 칩 (20) 으로 인서트몰드한 실험용 칩 안테나를 이용하여 실시하였다.
또한, 실험용 칩 안테나는 기본적으로는 2.5 GHz 용으로 설계하였다. 그리고, 안테나 도체 (10) 를 두께 2.8 mm 의 유전체 칩 (20) 에, 그 높이가 2.3 mm 가 되도록 인서트몰드하여 실험용 칩 안테나를 제작하였다. 또한, 조정소자부 (18) 의 길이에 대해서는 3.5 mm 로 하였다.
그리고, 이 실험용 칩 안테나의 조정소자부 (18) 를 도 16a 에 나타낸 바와 같이 수평상태로 유지하였을 때, 또한 도 16b 에 나타낸 바와 같이 접지도체에 대하여 그 선단부가 0.5 mm 의 높이위치가 될 때까지 굴곡시켰을 때, 또한 도 16c 에 나타낸 바와 같이 접지도체에 대하여 그 선단부가 0.1 mm 의 높이위치가 될 때까지 굴곡시켰을 때의 안테나 주파수특성을 조사하였다.
그러자 도 14 에 있어서 특성 a (실선) 로 나타낸 바와 같이, 조정소자부 (18) 를 수평으로 유지한 상태 (도 16a 에 나타낸 상태) 에서의 안테나 특성은 공진주파수가 2.53 GHz 이며, 그 주파수대역은 2.45~2.63 GHz 였다. 이에 대하여 조정소자부 (18) 를 0.5 mm 의 높이위치가 될 때까지 굴곡시켰을 때는 (도 16b 에 나타내는 상태), 도 14 에 있어서 특성 b (파선) 로 나타낸 바와 같이, 그 안테나 특성이 공진주파수에서 2.49 GHz 로 변화하고, 또한 그 주파수대역이 2.41~2.57 GHz 로 변화하였다. 또한, 조정소자부 (18) 를 0.1 mm 의 높이위치가 될 때까지 굴곡시켰을 때에는 (도 16c 에 나타낸 상태), 도 14 에 있어서 특성 c (일점쇄선) 로 나타낸 바와 같이, 그 안테나 특성이 공진주파수에서 2.45 GHz 로 변화하고, 또한 그 주파수대역이 2.37 ~ 2.53 GHz 로 변화하였다.
이러한 실험결과로부터도 명백하듯이, 유전체 칩 (20) 에서 외부로 돌출시켜 형성한 조정소자부 (18) 를 굴곡시킴으로써, 그 안테나 특성, 특히 그 공진주파수를 용이하게 변화시킬 수 있다. 또한, 조정소자부 (18) 를 절단하여 그 길이를 변경하면, 이에 의해서도 그 안테나 특성 (공진주파수) 을 높일 수 있음도 명백하다. 따라서, 조정소자부 (18) 를 절단 또는 굴곡시키는 것만으로 칩 안테나가 기본적으로 갖는 안테나 특성을 용이하게 변화시킬 수 있다. 따라서, 칩 안테나의 특성을 간편하게 하여 효율적으로 여러가지 안테나 사양에 적합하게 할 수 있게 된다.
또한, 이렇게 하여 조정소자부 (18) 를 절단 또는 굴곡시켜도, 그 주체부인 안테나 소자 (11) 가 유전체 칩 (20) 내에 매립되어 있어, 유전체 칩 (20) 에 의하여 안정적으로 유지되어 있으므로, 주로 안테나 소자부 (11) 에 의하여 결정되는 기본적인 안테나 특성 자체가 변화하는 일이 없다. 따라서, 조정소자부 (18) 가 관여하는 범위에서만 그 안테나 특성을 용이하게 또한 효과적으로 변화시킬 수 있게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 조정소자부 (18) 를 절단 또는 굴곡시켜 칩 안테나의 안테나 특성을 조정할 경우에는, 예를 들면 여러가지 사양에 대하여 그 기준이 되는 사양의 칩 안테나를 구성해 두면 된다. 그리고, 요구된 사양에 따라, 미리 정해져 있는 순서에 따라 칩 안테나의 조정소자부 (18) 를 절단 또는 굴곡가공하여 안테나 사양을 만족하는 칩 안테나를 실현하도록 하면 된다.
즉, 표준품으로서 준비된 칩 안테나의 조정소자부 (18) 를 각종 사양에 따라 준비한 지그를 선택적으로 이용하여, 사전에 설정되어 있는 길이로 절단하거나, 사전에 구해져 있는 각도까지 굴곡시켜, 상기 사양을 만족하도록 가공하면 된다.
또는, 표준품으로서 준비된 칩 안테나를 인쇄회로기판 등에 실장한 후, 그 안테나 특성을 감시하면서 그 조정소자부 (18) 를 절단 또는 굴곡시키면서, 그 안테나 특성이 사양을 만족하도록 조정하는 것도 가능하다. 이 경우, 조정소자부 (18) 를 일단 절단했다면, 이것을 원래대로 되돌리기 어렵다. 따라서, 조정소자부 (18) 의 절단에 의하여 안테나 특성의 임시조정을 행한 후, 조정소자부 (18)를 굴곡시킴으로써 안테나 특성의 미세조정을 행하는 것이 바람직하다.
이러한 칩 안테나의 특성조정방법에 의하면, 그 안테나 특성을 원하는 공진주파수로 용이하게 가변설정할 수 있다. 따라서, 여러가지 안테나 사양에 따라 각각 칩 안테나를 설계할 필요가 없어, 그 개발ㆍ 제조비용을 대폭 억제할 수 있다. 게다가 표준품으로서 준비한 칩 안테나를 여러가지 안테나 사양에 적합하게 할 수 있게 되므로, 소량다품종의 칩 안테나의 생산에 적합하다.
또한, 이 조정방법은 도 17 에 나타내는 바와 같이, 유전체 칩 (20) 상에 안테나 도체 (10) 를 형성한 구조의 칩 안테나에 대해서도 동일하게 적용하여 실시할 수 있다. 이 경우에도, 유전체 칩 (20) 의 측방에 돌출시킨 조정소자부 (18) 를 절단, 또는 굴곡시킴으로써 앞의 실시형태와 동일하게 안테나 특성을 변화시킬 수 있다.
[실시형태 9]
따라서, 도 18 에 나타낸 바와 같이, 안테나 소자 (11) 를 매립한 유전체 칩 (20 ; 제 1 유전체부 (21)) 의 하면에 상술한 홈 (23) 을 형성한 구조의 칩 안테나에 다시 상술한 조정소자부 (18) 를 형성해 두면, 홈 (23) 에 의하여 임시조정한 안테나 특성을 조정소자부 (18) 를 이용하여 미세조정할 수 있게 된다.
[실시형태 10]
또한, 도 19 에 나타낸 바와 같이, 안테나 소자 (11) 를 상면에 형성한 유전체 칩 (20) 의 하면에 상술한 홈 (23) 을 형성한 구조의 칩 안테나에, 다시 상술한 조정소자부 (18) 를 형성해 두면, 홈 (23) 에 의하여 임시조정한 안테나 특성을 조정소자부 (18) 를 이용하여 미세조정할 수 있게 된다.
따라서, 유전체 칩 (20) 의 하면에 공간부를 형성하는 홈 (23) 의 크기 (형상) 와, 유전체 칩 (20) 의 측부로 돌출시킨 조정소자부 (18) 에 의하여, 칩 안테나의 특성을 광범위하게 조정할 수 있게 된다. 게다가, 칩 안테나의 기본적인 크기나 유전체 칩 (20) 의 재료를 변경하는 일 없이, 여러가지 특성의 칩 안테나를 실현할 수 있게 된다.
또한, 조정소자부 (18) 를 복수개 형성해 두고, 이들 조정소자부 (18) 를 선택적 (부분적) 으로 절단 또는 굴곡시키도록 하면, 칩 안테나의 특성조정범위를 크게 설정할 수 있다. 그리고, 안테나 특성인 공진주파수나 그 주파수대역을 조정함으로써, 다양한 안테나 사양에 대처할 수 있는 칩 안테나를 실현할 수 있게 된다.
[상기 실시형태에서 파악할 수 있는 발명]
상기 각 실시형태에서, 이하의 발명을 파악할 수 있다.
(1) 안테나 소자와, 이 안테나 소자를 내부에 매립하거나, 또는 표면에 형성한 유전체 칩을 구비한 칩 안테나로서,
상기 유전체 칩은 공기층을 형성하는 공간부, 또는 상기 유전체 칩과는 유전율이 상이한 다른 유전체가 수용되는 공간부를 구비하는 것.
(2) 안테나 소자와, 이 안테나 소자를 내부에 매립한 유전체 칩을 구비한 칩 안테나로서,
상기 유전체 칩은 상기 안테나 소자의 장착높이를 규정하는 제 1 유전체부와, 상기 안테나 소자를 피복하여 상기 제 1 유전체부의 상방에 형성되는 제 2 유전체부와, 상기 제 1 유전체부에 형성되어 공기층을 형성하는 공간부를 구비하는 것.
(3) 안테나 소자와, 이 안테나 소자를 표면에 형성한 유전체 칩을 구비한 칩 안테나로서,
상기 유전체 칩은 상기 안테나 소자의 장착높이를 규정하는 두께를 갖는 동시에, 공기층을 형성하는 공간부를 구비하는 것.
(4) 상기 (1)~(3) 에 각각 기재된 칩 안테나에 있어서,
상기 공간부는 상기 유전체 칩의 상기 안테나 소자와 접하지 않는 면에 형성된 하나 또는 복수의 홈으로 이루어지며, 이 홈은 상기 유전체 칩의 실효적인 유전율을 변화시키는 형상을 이루는 것.
(5) 안테나 소자를 유전체 칩의 내부에 매립한 구조, 또는 유전체 칩의 표면에 형성한 구조의 칩 안테나의 제조방법으로서,
상기 유전체 칩의 사출성형용 금형에 상기 유전체 칩의 하면에 공기층을 형성하는 공간부를 형성하기 위한 상자를 끼워넣고, 이어서 상기 금형에 안테나 소자를 세팅한 후, 상기 금형에 유전체를 주입하여 상기 유전체 칩을 형성하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
(6) 상기 (5) 에 기재된 칩 안테나의 제조방법에 있어서,
상기 금형은 짝을 이루는 상형과 하형으로 이루어지며, 상기 공간부를 형성한기 위한 상자는 상기 유전체 칩의 하면을 형성하는 하형의 바닥부에 교환가능하도록 끼워넣는 것을 특징으로 하는 제조방법.
(7) 상기 (6) 에 기재된 칩 안테나의 제조방법에 있어서,
상기 금형에 끼워넣어지는 상자는 복수종류 준비되며,
상기 금형에 끼워넣는 상자를 교환하여, 복수종류의 칩 안테나를 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
(8) 상기 (5) 에 기재된 칩 안테나의 제조방법에 있어서,
상기 상자는 상기 유전체 칩의 하면에 하나 또는 복수의 홈을 형성하기 위한 돌기를 구비한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
(9) 안테나 소자의 측부에 형성된 조정소자부를 유전체 칩의 측부에 돌출시킨 구조의 칩 안테나.
조정소자부는, 예를 들면 미앤더 형상의 안테나 소자의 접힘부에 외측을 향하여 돌출형성한 도체편으로서 실현된다. 또한, 안테나 소자에 있어서의 접힘부가 복수위치에 걸쳐 존재하는 경우에는, 복수의 접힘부에 각각 조정소자부를 형성하도록 해도 된다.
유전체 칩의 측부에서 돌출한 상기 조정소자부를 절단 또는 굴곡시킴으로써 안테나 특성을 조정할 수 있으며, 이 안테나 특성의 조정은 칩 안테나를 인쇄회로기판 등에 실장하기 전에 행할 수도 있으나, 실장한 상태에서, 예를 들면 그 안테나 특성을 측정하면서 행하도록 해도 된다.
이러한 구조의 칩 안테나에 의하면, 유전체 칩에 형성한 공간부와, 유전체칩의 측부에 돌출시켜 형성한 조정소자부에 의하여, 안테나 특성을 간편하게 조정할 수 있다. 따라서, 안테나 특성이 다른 여러가지 칩 안테나를 소량다품종 제조할 경우에 적합하다. 즉, 공간부의 크기를 변경하거나 공간부에 다른 유전체 재료를 넣거나, 조정소자부를 절단하거나, 굴곡시키는 것만으로, 그 외형치수나 안테나 도체의 높이를 일정하게 유지하면서, 여러가지 안테나 사양 (예를 들면, 공진주파수나 주파수대역) 에 따른 칩 안테나를 간편하게 실현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 안테나 소자와, 상기 안테나 소자를 내부에 매립하거나, 또는 표면에 형성한 유전체 칩을 구비하는 칩 안테나로서,
    상기 유전체 칩은, 공기층을 형성하는 공간부, 또는 상기 유전체 칩과는 유전율이 상이한 다른 유전체가 수용되는 공간부를 구비하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  2. 안테나 소자와, 상기 안테나 소자를 내부에 매립한 유전체 칩을 구비하는 칩 안테나로서,
    상기 유전체 칩은, 상기 안테나 소자의 장착높이를 규정하는 제 1 유전체부, 상기 안테나 소자를 피복하여 상기 제 1 유전체부의 상방에 형성되는 제 2 유전체부, 및 상기 제 1 유전체부에 형성되어 공기층을 형성하는 공간부를 구비하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  3. 안테나 소자와, 상기 안테나 소자를 표면에 형성한 유전체 칩을 구비하는 칩 안테나로서,
    상기 유전체 칩은, 상기 안테나 소자의 장착높이를 규정하는 두께를 갖는 동시에 공기층을 형성하는 공간부를 구비하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간부는 상기 유전체 칩의 상기 안테나 소자와 접하지 않는 면에 형성된 하나 또는 복수의 홈으로 이루어지며, 상기 홈은 상기 유전체 칩의 실효적 두께를 변화시키는 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 칩 안테나.
  5. 안테나 소자를 유전체 칩의 내부에 매립한 구조, 또는 유전체 칩의 표면에 형성한 구조의 칩 안테나의 제조방법으로서,
    상기 유전체 칩의 사출성형용 금형에 상기 유전체 칩의 하면에 공기층을 형성하는 공간부를 형성하기 위한 상자를 끼워넣고, 이어서 상기 금형에 상기 안테나 소자를 세팅한 후, 상기 금형에 유전체를 주입하여 상기 유전체 칩을 형성하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금형은 짝을 이루는 상형 (上型) 과 하형 (下型) 으로 이루어지며, 상기 공간부를 형성하기 위한 상자는 상기 유전체 칩의 하면을 형성하는 하형의 바닥부에 교환가능하도록 끼워넣어지는 것을 특징으로 하는 칩 안테나의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 금형에 끼워넣어지는 상자는 복수종류 준비되며,
    상기 금형에 끼워넣는 상자를 교환하여, 복수종류의 칩 안테나를 제조하는것을 특징으로 하는 칩 안테나의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 상자는 상기 유전체 칩의 하면에 하나 또는 복수의 홈을 형성하기 위한 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 칩 안테나의 제조 방법.
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