KR20030092735A - 세라믹 칩 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초고주파 신호를 송ㆍ수신하기 위한 세라믹 칩 안테나에 관한 것으로서, 세라믹 유전 재료로 형성된 다수의 그린 쉬트를 적층하여 제조되는 칩 본체, 칩 본체의 내부에 형성되어 있는 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체, 및 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체에 접속되어 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체에 사전설정된 전압을 인가시키기 위한 단일의 전원 공급부를 포함하며, 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체는 단일의 전원 공급부를 중심으로 동일한 나선 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 칩 안테나를 제공한다.

Description

세라믹 칩 안테나{CERAMIC CHIP ANTENNA}
본 발명은 이동통신 시스템에 사용되는 안테나에 관한 것으로서, 특히, 효율적인 구조를 갖는 전압 공급용 단자와 헬리컬 도체들을 포함하는 세라믹 칩 안테나에 관한 것이다.
도 1에 단일 나선(single helix) 구조의 헬리컬 도체를 포함하는 세라믹 칩 안테나를 도시하였는데, 여기서 칩 본체(3)는 유전체 그린 쉬트를 다수 적층하여 구성되며, 헬리컬 도체는 다수의 그린 쉬트 중에서 사전결정된 그린 쉬트에 후막(thick film) 인쇄된 다수의 제 1 수평 스트립 선(4a) 및 제 2 수평 스트립 선(4b)과 사전결정된 그린 쉬트의 비아 홀(via hole, 도시하지 않음)에 전도성 물질을 채움으로써 형성되는 다수의 수직 스트립 선(5a, 5b)을 전기적으로 연결하여 구성된다.
그러나, 도 1에 도시된 세라믹 칩 안테나는 칩 내부에 단일의 헬리컬 도체를 포함하고 있기 때문에, 휴대용 단말기와 같은 이동통신 시스템에 요구되는 넓은 사용 주파수 대역을 만족시키지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 휴대용 단말기의 사용 주파수 대역을 만족시키기 위한 용도로, 도 2(a)에 도시된 바와 같은 세라믹 칩 안테나가 사용되기도 한다.
도 2(a)에 도시된 서로 다른 두 개의 나선 회전축들(A, B)을 갖는 헬리컬 도체들(7, 8)을 포함하는 세라믹 칩 안테나의 구조를 도 2(b)를 참고하여 설명한다.
먼저, 제 1 헬리컬 도체(7)는 다수의 그린 쉬트(6a~6e) 중에서 제 1 그린 쉬트(6a)에 후막 인쇄된 다수의 제 1 수평 스트립 선(7a), 제 2 그린 쉬트(6b)와 제 3 그린 쉬트(6c)의 비아 홀(도시하지 않음)에 전도성 물질을 채움으로써 형성된 다수의 수직 스트립 선(7b), 및 제 4 그린 쉬트(6d)에 후막 인쇄된 다수의 제 2 수평 스트립 선(7c)이 연결되어 형성된다. 유사하게, 제 2 헬리컬 도체(8)는 제 1 그린 쉬트(6a)에 후막 인쇄된 다수의 제 3 수평 스트립 선(8a), 제 2 그린 쉬트(6b)와 제 3 그린 쉬트(6c)의 비아 홀에 전도성 물질을 채움으로써 형성된 다수의 수직 스트립 선(8b), 및 제 4 그린 쉬트(6d)에 후막 인쇄된 다수의 제 4 수평 스트립 선(8c)이 연결되어 형성된다.
도 2(a)에 도시된 세라믹 칩 안테나는 두 개의 헬리컬 도체(7, 8)를 구성하는 다수의 수평 스트립 선(7a, 7c, 8a, 8c)이 제 1 및 제 4 그린 쉬트(6a, 6d)에 후막 인쇄됨으로써, 후막 인쇄하는 작업 및 유전체 그린 쉬트(6a ~ 6d)를 적층하여 세라믹 칩 안테나를 제조하는 공정상의 복잡도(complexity)를 피할 수 있다. 그러나, 각각의 헬리컬 도체들(7, 8)이 서로 다른 나선 회전축들(A, B)을 갖기 때문에 세라믹 칩 안테나의 크기가 커지고, 2개의 전압 공급용 단자(9, 10, 이하 "급전부"로 표현함)를 갖기 때문에 칩 내부에 2개의 독립적인 헬리컬 안테나를 구현한 것과같이 구조가 복잡해지는 문제가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 도 2(a) 내지 도 2(b)에 도시된 종래의 세라믹 칩 안테나는 칩 내부에 다수의 헬리컬 도체를 형성함으로써 휴대용 단말기와 같은 이동통신 시스템에 요구되는 사용 주파수 대역을 만족시킬 수는 있었지만, 각각의 헬리컬 도체에 전압을 인가시키기 위하여 다수의 급전부(9, 10)가 필요하기 때문에, 칩 내부에 2개의 독립적인 헬리컬 안테나를 구현한 것과 같이 구조가 복잡해진다는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 효율적인 구조를 갖는 단일의 급전부와 다수의 헬리컬 도체로 구현함으로써, 구조를 소형화 및 간소화할 수 있는 세라믹 칩 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 단일 나선 구조의 헬리컬 도체를 포함하는 세라믹 칩 안테나를 도시한 도면.
도 2(a)는 종래의 서로 다른 두 개의 나선 회전축을 갖는 이중 나선 구조의 헬리컬 도체를 포함하는 세라믹 칩 안테나를 도시한 도면.
도 2(b)는 도 2(a)의 세라믹 칩 안테나 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 칩 안테나를 도시한 도면.
도 4(a)는 도 3에 도시된 세라믹 칩 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4(b)는 전원 공급부의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1 및 도 3에 도시된 세라믹 칩 안테나의 주파수 대역폭을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 칩 안테나를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 세라믹 칩 안테나의 주파수 대역폭을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110a : 급전부
120a : 제 1 수평 스트립 선
120b, 120c : 제 1 수직 스트립 선
120d : 제 2 수평 스트립 선
130a : 제 3 수평 스트립 선
130b, 130c : 제 2 수직 스트립 선
130d : 제 4 수평 스트립 선
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 세라믹 유전 재료로 형성된 다수의 그린 쉬트를 적층하여 제조되는 칩 본체, 칩 본체의 내부에 형성되어 있는 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체, 및 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체에 접속되어 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체에 사전설정된 전압을 인가시키기 위한 단일의 전원 공급부를 포함하며, 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체는 단일의 전원 공급부를 중심으로 동일한 나선 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 칩 안테나가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 나선(dual helix) 구조의 헬리컬 도체를 포함하는 세라믹 칩 안테나를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 세라믹 칩 안테나(99)는 다수의 유전체 그린 쉬트들이 적층되어 직육면체 형상으로 형성된 칩 본체(100), 칩 본체(100)의 내부에 이중 나선 구조를 형성하기 위한 제 1 헬리컬 도체(120)와 제 2 헬리컬 도체(130), 그리고 제 1 헬리컬 도체(120)와 제 2 헬리컬 도체(130)에 연결되어 전압을 인가시키기 위한 단일의 급전부(110a)로 구성된다. 특히, 제 1 헬리컬 도체(120)와 제 2 헬리컬 도체(130)는 급전부(110a)를 중심으로 동일한 나선 회전방향을 갖는 회전축을 공유하기 때문에 세라믹 칩 안테나의 구조를 소형화할 수 있으며, 단일의 급전부(110a)를 통해서 각각의 헬리컬 도체에 전압을 인가하기 때문에 칩 내부에 1개의 독립적인 헬리컬 안테나를 구현한 것과 같이 세라믹 칩 안테나의 구조를 간단하게 구현할 수 있다.
이제 도 4(a) 및 4(b)를 참조하여, 도 3에 도시된 세라믹 칩 안테나의 구조를 보다 상세하게 설명한다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세라믹 칩 안테나(99)는 다수의 유전체 그린 쉬트(140, 150, 160, 170)를 적층함으로써 제조된다. 도 3에 도시된 세라믹 칩 안테나(99)의 제 1 헬리컬 도체(120)는 제 1 그린 쉬트(140)에 후막 인쇄되는 제 1 수평 스트립 선들(120a), 제 2 그린 쉬트(150)와 제 3 그린 쉬트(160)의 비아 홀(도시하지 않음)에 전도성 물질을 채움으로써 형성된 제 1 수직 스트립 선들(120b, 120c), 및 제 3 그린 쉬트(160)에 후막 인쇄되는 제 2 수평 스트립선들(120d)을 전기적으로 연결함으로써 형성된다. 여기서, 후막 인쇄란 50~300㎛ 두께의 얇은 후막 그린 시트에 페이스트(paste) 전극을 이용하여 스크린 프린팅 법에 의해 전극 패턴을 구현하는 것을 의미하는 것으로, 본 분야에 잘 알려진 기법이므로 여기서는 그 자세한 설명은 생략한다. 본 발명의 일 실시예에서는 다수의 금속성 수평 스트립 선들을 후막 인쇄하고 수직 스트립 선들을 비아 홀에 형성하기 위하여 은(Ag) 페이스트와 같은 전도성 물질을 사용한다.
세라믹 칩 안테나(99)의 제 2 헬리컬 도체(130)는 제 1 그린 쉬트(140)에 후막 인쇄되는 제 3 수평 스트립 선들(130a), 제 2 그린 쉬트(150)와 제 3 그린 쉬트(160)의 비아 홀에 전도성 물질을 채움으로써 형성된 제 2 수직 스트립 선들(130b, 130c), 및 제 3 그린 쉬트(160)에 후막 인쇄되는 제 4 수평 스트립 선들(130d)을 전기적으로 연결함으로써 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 제 3 그린 쉬트(160)에서 다수의 수평 스트립 선과 수직 스트립 선을 서로 구분하기 위하여 분리된 것으로 도시하였지만, 실제로는 서로 연결되어 있다.
도 4(a)에 도시된 구조의 세라믹 칩 안테나는 제 1 헬리컬 도체(120)와 제 2 헬리컬 도체(130)를 구성하는 제 1 수평 스트립 선들(120a) 및 제 3 수평 스트립 선들(130a)을 동일한 제 1 그린 쉬트(140)에 교대로 후막 인쇄하고, 제 2 수평 스트립 선들(120d) 및 제 4 수평 스트립 선들(130d)을 동일한 제 3 그린 쉬트(160)에 교대로 후막 인쇄하며, 제 1 헬리컬 도체(120)를 구성하는 제 1 수직 스트립 선들(120b, 120c)과 제 2 헬리컬 도체(130)를 구성하는 제 2 수직 스트립 선들(130b, 130c)을 제 2 그린 쉬트(150) 및 제 3 그린 쉬트(160) 상에서 교대로형성하기 때문에, 후막 인쇄하는 작업 및 유전체 그린 쉬트(140 ~ 170)를 적층하여 세라믹 칩 안테나를 제조하는 공정을 간소화 시킬 수 있다. 여기서, 각각의 헬리컬 도체들을 구성하는 금속성 스트립 선들의 수 및 길이는 서로 동일하기 때문에, 도 3에 도시된 제 1 헬리컬 도체(120)와 제 2 헬리컬 도체(130)는 동일한 길이를 가지게 된다.
한편, 제 1 및 제 2 헬리컬 도체(120, 130)와 연결된 T자형 급전부(110a)는 칩 본체의 외부로부터 입력되는 전압을 제 1 및 제 2 헬리컬 도체(120, 130)에 전달하기 위한 것으로서, 그에 대한 구조와 T자형 급전부(110a)가 제 1 내지 제 3 그린 쉬트(140~160)에서 형성되는 방법을 도 4(b)를 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, T자형 급전부(110a)의 제 1 단(110b)은 제 2 그린 쉬트(150)의 일단면(150a)의 바로 내측에 형성된 제 3 수직 스트립 선(110e)의 상부면과 수직으로 연결된다. 그리고, 제 3 수직 스트립 선(110e)의 하부면은 제 1 그린 쉬트(140)의 일단면(140a)의 바로 내측에 형성된 일종의 포트(port)인 제 4 수직 스트립 선(110f)의 상부면과 연결된다. 또한, 본 발명에 따르면, 이와 같이 형성된 제 4 수직 스트립 선(110f)의 하부면은 제 1 그린 쉬트(140)의 하부면에 노출된다. 상술한 바와 같이 구현된 T자형 급전부(110a)의 제 2 단(110c)에는 제 1 헬리컬 도체(120)가 연결되고, T자형 급전부(110a)의 제 3 단(110d)에는 제 2 헬리컬 도체(130)가 연결됨으로써, 칩 본체의 외부로부터 입력되는 전압을 제 4 및 제 3 수직 스트립 선(110f, 110e)을 통해 제 1 및 제 2 헬리컬 도체(120, 130)로전달할 수가 있다.
일반적으로, 세라믹 칩 안테나는, 예를 들어 이동통신 단말기의 기판과 같은 표면상에 납땜함으로써 실장(mount)된다. 세라믹 칩 안테나의 표면 실장에 따른 안정성을 향상시키기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 도 3, 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이 외부로 노출된 제 4 수직 스트립 선(110f)이 위치하는 제 1 그린 쉬트(140)의 하부면 뿐만 아니라 제 1 그린 쉬트(140)의 일단면(140a)의 중앙부에서의 적어도 일부, 제 2 그린 쉬트(150)의 일단면(150a)의 중앙부에서의 적어도 일부, 그리고 제 3 그린 쉬트(160)의 일단면의 중앙부에서의 적어도 일부에 걸쳐서 도금 처리(110)가 이루어진다.
도 5는 세라믹 칩 안테나의 주파수 대역폭을 도시한 것으로서, 도 1에 도시된 종래의 세라믹 칩 안테나의 주파수 대역폭(200) 및 도 3에 도시된 본 발명에 따른 세라믹 칩 안테나의 주파수 대역폭(205)을 나타낸 것이다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 세라믹 칩 안테나는 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체의 길이가 동일하게 설계된 것으로서, 제 1 헬리컬 도체(120)에 의한 공진 주파수와 제 2 헬리컬 도체(130)에 의한 공진 주파수가 동일한 중심 주파수(fo)에서 공진을 일으킨다. 따라서, 이중 나선 구조의 헬리컬 도체로 구현된 본 발명에 따른 세라믹 칩 안테나의 중심 주파수 대역폭(220)이 단일 나선 구조의 헬리컬 도체로 구현된 종래 기술의 세라믹 칩 안테나의 중심 주파수 대역폭(210)보다 더 넓게 된다.
한편, 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 칩 안테나의 구조가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 세라믹 칩 안테나(179)는 칩 본체(180)의 사전결정된 그린 쉬트에 후막 인쇄된 다수의 수평 스트립 선 및 사전설정된 그린 쉬트의 비아 홀에 전도성 물질을 채움으로써 형성된 다수의 수직 스트립 선의 수를 다르게 설정하여, 제 1 헬리컬 도체(181)와 제 2 헬리컬 도체(182)가 서로 다른 길이를 갖도록 설계된 것이다. 본 실시예에 있어서는 헬리컬 도체들(181, 182)에 의한 공진 주파수가 서로 다른 중심 주파수(fo1, fo2)에서 공진을 일으키도록 구현됨으로써, 도 7에 도시된 바와 같이 중심 주파수의 대역폭(230)을 더욱 확장시킬 수 있다.
이상과 같이, 도 3 내지 도 7을 참고하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 칩 안테나는 휴대용 단말기와 같은 이동통신 시스템의 사용가능한 주파수 대역을 만족시킬 수 있다. 특히, 다수의 헬리컬 도체들이 단일의 급전부에 연결되어 있기 때문에, 칩 내부에 1개의 독립적인 헬리컬 안테나를 구현한 것과 같이 안테나의 구조가 간소화되는 장점이 있다.
상기에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였는데, 본 발명의 특허 청구 범위를 이탈하지 않으면서 당업자는 다양한 변경을 행할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따르면, 다수의 유전체 그린 쉬트를 적층하여 제조되는 칩 내부에 형성된 다수의 헬리컬 도체는 단일의 급전부에 연결되어 동일한 나선 회전축을 가지기 때문에, 세라믹 칩 안테나의 구조를 소형화 및 간소화 할 수 있다. 또한, 이동통신 시스템에 사용가능한 주파수 대역을 확장시킴으로써, 보다 효율적인 이동통신 서비스를 수행할 수 있는 세라믹 칩 안테나를 제공한다.

Claims (6)

  1. 세라믹 칩 안테나에 있어서,
    세라믹 유전 재료로 형성된 다수의 그린 쉬트를 적층하여 제조되는 칩 본체,
    상기 칩 본체의 내부에 형성되어 있는 제 1 헬리컬 도체와 제 2 헬리컬 도체, 및
    상기 제 1 및 제 2 헬리컬 도체에 접속되어 상기 제 1 및 제 2 헬리컬 도체에 사전설정된 전압을 인가시키기 위한 단일의 전원 공급부를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 헬리컬 도체는 상기 단일의 전원 공급부를 중심으로 동일한 나선 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 칩 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일의 전원 공급부는 사전결정된 그린 쉬트에 후막 인쇄된 T자 형태인 것을 특징으로 하는 세라믹 칩 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 헬리컬 도체는 상기 다수의 그린 쉬트 중, 제 1 그린 쉬트에 후막 인쇄된 제 1 수평 스트립 선들, 제 2 그린 쉬트 및 제 3 그린 쉬트에 형성된 제 1 수직 스트립 선들, 및 상기 제 3 그린 쉬트에 형성된 제 2 수평 스트립 선들을 연결함으로써 형성되고,
    상기 제 2 헬리컬 도체는 상기 다수의 그린 쉬트 중, 상기 제 1 그린 쉬트에 후막 인쇄된 제 3 수평 스트립 선들, 상기 제 2 그린 쉬트 및 제 3 그린 쉬트에 형성된 제 2 수직 스트립 선들, 및 상기 제 3 그린 쉬트에 형성된 제 4 수평 스트립 선들을 연결함으로써 형성되며,
    상기 제 1 헬리컬 도체는 상기 T자형 전원 공급부의 일단에 연결되고, 상기 제 2 헬리컬 도체는 상기 T자형 전원 공급부의 타단에 연결되는
    세라믹 칩 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 수평 스트립 선들과 상기 제 3 수평 스트립 선들은 상기 제 1 그린 쉬트에 후막 인쇄되고,
    상기 제 2 수평 스트립 선들과 상기 제 4 수평 스트립 선들은 상기 제 3 그린 쉬트에 후막 인쇄되며,
    상기 제 1 수직 스트립 선들과 상기 제 2 수직 스트립 선들은 상기 제 2 그린 쉬트와 상기 제 3 그린 쉬트의 비아 홀에 각각 전도성 물질을 채움으로써 형성되는
    세라믹 칩 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 헬리컬 도체는 동일한 길이를 갖는 세라믹 칩 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 헬리컬 도체는 서로 다른 길이를 갖는 세라믹 칩 안테나.
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