KR20050084022A - 칩 안테나 - Google Patents

Abstract

다중 주파수 칩 안테나는 기체(substrate)(1)와, 기체 상에 마련된 복수의 나선형 도체(7-9)와, 기체 상에 마련된 한 쌍의 단자(5, 6)를 구비한다. 복수의 나선형 도체 중 하나는 단자 중 하나에 전기적으로 접속되고, 나선형 도체 중 다른 하나는 다른 하나의 단자에 전기적으로 접속된다. 따라서, 안테나는 크기가 작고, 또한 하나의 유닛만으로 복수 주파수의 전자기파를 송수신할 수 있다. 또한, 상기 안테나의 일 실시예에서는, 도체 소자가 단자 중 하나에 접속되고, 대역폭을 증가시키기 위해 용량성 부하로서 작용한다(도 24, 41). 마지막으로, 이득 특성 및 안테나 성능을 향상시키는 안테나 배열이 개시된다(도 29).

Description

칩 안테나{CHIP ANTENNA}

본 발명은 이동통신장치, 퍼스널컴퓨터 등의 무선 통신을 실행하는 전자기기에 이용하는 칩 안테나에 관한 것이다.

셀룰러폰 등의 휴대단말 중에서, 전화 통화를 목적으로 이용하는 범용 휩 안테나(ordinary whip antenna) 또는 빌트인 안테나(built-in antenna)에 부가하여, 다른 전자기기와 무선 통신을 실행하는 칩 안테나가 각기 장착된 기기의 수가 계속해서 증가하고 있다.

또한, 칩 안테나를 장착한 이들 전자기기의 수를 늘리지 않고도 무선 데이터 통신을 실행할 수 있는 노트북 컴퓨터 등의 편리한 휴대형 전자기기의 수가 증가하고 있다.

또한, 최근 소형화와 저전력 특징은 휴대단말 및 노트북 컴퓨터에 필수적인 요건이기 때문에, 칩 안테나의 소형화가 강력히 요구된다. 최근 통신 서비스의 다양화로 인해 복수의 규격에 따른 통신에 적응할 수 있도록 해야 하므로 다양한 주파수 대역의 송수신을 실행할 수 있는 칩 안테나가 또한 요구된다.

상기 칩 안테나의 일례로서, 각주 형상(prismal shape)의 절연 기체(insulating substrate) 상에 나선형 도체가 마련되고, 양단에 단자가 마련되는 일례가 있는데, 여기서 이들 단자의 하나는 전원 수신 접속에 사용된다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 2001-326522호 참조). 도 44는 종래기술의 칩 안테나를 그린 사시도이다. 기체(103)(substrate)는, 예컨대 세라믹 등의 각주 형상의 절연 물질로 구성되고, 전원이 기체(103)의 반대쪽 단에 마련된 단자(101, 102) 중 하나에 인가된다. 나선형 도체(104)는 구리선 등을 감는 것에 의해, 또는 기체(103)에 도금된 도전층을 잘라 형성된다. 이런 종류의 칩 안테나는 매우 작기 때문에 휴대 단말 등에 쉽게 장착할 수 있다.

다른 형태의 안테나로서, 하나의 유닛으로 복수의 주파수 신호를 송수신할 수 있는 것이 있다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 2002-33616호 참조). 이런 종류의 안테나를 사용하면, 하나의 안테나로 복수의 주파수의 전파를 송수신할 수 있기 때문에, 휴대 단말이 복수의 안테나를 가질 필요가 없게 된다.

그러나, 공보 2002-326522호에 개시된 칩 안테나는, 크기는 매우 작지만 하나의 주파수에 대한 전파만을 송수신할 수 있다.

한편, 공보 2002-33616호에 개시된 칩 안테나는 복수의 주파수의 전파를 송수신할 수 있지만, 다수의 부품과 급전소자를 요구하는 복잡한 구조 때문에 비교적 큰 구성을 가져 소형화에 적합하지 않게 된다. 이러한 점을 고려하면, 특히 실제 장착까지의 처리에서는 특히 소형화가 상당히 곤란하다는 것이 명백해진다. 특히, 칩 안테나는 휴대 단말, 노트북 컴퓨터 등에 대해 소형화, 박형화, 에너지 절약화할 필요가 있다.

또한, 요즘은 소형화와 에너지 절약화 특징이 셀룰러폰 및 노트북 컴퓨터에 필수적이기 때문에, 안테나 장치의 소형화가 요구된다. 송신 능력을 증가시키기 위해 광대역 주파수에서 작동 가능한 안테나가 더 바람직하다. 또한, OFDM("Orthogonal Frequency Division Multiplexing") 등의 멀티캐리어 방식에는 동작 가능한 대역폭을 더 증가시키는 것이 필요하다. 용량(capacitance)을 형성하기 위해 칩 안테나의 상단부에 도체를 추가함으로써 광대역 주파수에서 동작 가능한 소형, 경량의 칩 안테나를 제조할 수 있다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 H10-242731호 참조).

도 45는 안테나의 팁 단부에서 용량을 형성하는 도체를 마련한 종래 기술의 칩 안테나의 사시도이다. 용량판(capacitive plate)(105)은 나선형 도체(104)의 부하 용량으로서 기능하고, 칩 안테나의 입력 임피던스의 주파수 응답을 고르게 하여 주파수 대역을 더 넓게 한다. 크라운 도체(crown conductor)의 사용은 일본 특허 공개 공보 2002-124812, H10-247806에 개시된 바와 같이 통상의 기술이다.

그러나, 공보 H10-242731에 개시된 칩 안테나의 구조에서는, 용량을 형성하는 도체는 안테나의 팁 단부에 부착되어야 한다. 이것은 부품 소자의 수를 증가시켜 구조를 복잡하고 커지게 하기 때문에, 안테나가, 특히 실장시에 커진다는 문제점이 있다. 또한, 그것은 제조 과정의 수를 증가시켜 저렴하게 제조하는 것을 곤란하게 한다. 특히 휴대 단말 및 노트북 컴퓨터에 대해 소형화, 에너지 절약화는 필수불가결하기 때문에 칩 안테나의 소형화가 요구된다. 그러나, 로드 안테나(rod antenna), 패턴 안테나(pattern antenna) 중 어느 하나의 팁 단부에 부착된 크라운 도체는 전체 안테나 장치가 너무 커지게 하기 때문에 문제로 되었다. 특히 셀룰러폰과 노트북 컴퓨터에 대해서는 될 수 있는 한 작고 얇게 만들 필요가 있기 때문에, 너무 큰 사이즈의 안테나 장치는 사용하기에 상당히 불편하다.

또한, 팁 단부에 크라운 도체를 가진 로드 안테나, 패턴 안테나 등의 안테나 장치가 주 회로 기판에 실장되면, 크라운 도체의 형상을 선택하는 데 유연성이 감소되거나, 또는 크라운 도체의 형상에 더 많은 유연성을 부여하면 안테나 장치의 실장에 필요한 면적이 증가한다는 문제점이 있다. 또한, 주 회로 기판에 대한 안테나의 위치로 인한 이득의 손실 등의 또 다른 문제를 해결해야 한다.

안테나 장치는 노트북 컴퓨터, 휴대 단말 등에 조립된다. 몇가지 예가 일본 특허 공개 공보 2003-163521, H10-200438, H11-4117 등에 개시되어 있다. 안테나 장치가 전자기기에 실장되는 경우, 실장 위치는 기기의 사양에 따라 결정된다. 휴대 단말 등이라면 실장 위치는 통상 기기의 최상단부가 될 것이다.

그러나, 안테나 장치는 회로 기판 상의 큰 실장 면적을 필요로 하여, 회로 기판이 어느 정도의 여분 길이를 가지고 있는 것이 요구된다. 회로 기판을 더 길게 만들면, 휴대 단말의 외장도 또한 그것을 수용하기 위한 여분의 길이를 필요로 하기 때문에 휴대 단말의 크기를 줄이는 것이 곤란해진다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 칩 안테나의 사시도,

도 2는 하나의 나선형 도체를 갖는 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면,

도 3(a)는 기체(1) 상에 형성된 나선형 도체(7)만을 갖는 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면,

도 3(b)는 기체(1) 상에 형성된 두 개의 나선형 도체(7, 8)를 갖는 또 다른 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면,

도 3(c)는 기체(1) 상에 형성된 세 개의 나선형 도체(7, 8, 9)를 갖는 또 다른 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 칩 안테나의 사시도,

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 다른 칩 안테나의 사시도,

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 칩 안테나의 사시도,

도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 칩 안테나의 사시도,

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 9(a)는 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 9(b)는 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 10(a), 10(b), 10(c)는 도 8, 도 9(a), 9(b)에 도시한 칩 안테나의 등가 회로를 각각 나타내는 도면,

도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 12는 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 13은 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 14는 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 15는 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 16은 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 17은 본 발명의 실시예 1에 따른 또 다른 구성의 칩 안테나의 사시도,

도 18은 본 발명의 실시예 1에 따른 칩 안테나의 정면도,

도 19는 본 발명의 실시예 1에 따른 칩 안테나의 단면도,

도 20(a), 20(b), 20(c)는 본 발명의 실시예 1에 따른 칩 안테나의 단면도,

도 21은 본 발명의 실시예 1에 따른 나선형 도체의 처리 방법을 나타내는 개념도,

도 22는 본 발명의 실시예 1에 따른 칩 안테나의 VSWR을 나타내는 그래프,

도 23은 본 발명의 실시예 1에 따른 칩 안테나의 지향성을 나타내는 한 쌍의 도면,

도 24는 본 발명의 실시예 2에 따른 칩 안테나의 사시도,

도 25는 본 발명의 실시예 2에 따른 다른 칩 안테나의 사시도,

도 26(a)는 본 발명의 실시예 2에 따른 또 다른 칩 안테나의 사시도,

도 26(b)는 본 발명의 실시예 2에 따른 또 다른 칩 안테나의 사시도,

도 27은 본 발명의 실시예 2의 주파수 응답 곡선을 나타내는 한 쌍의 그래프,

도 28은 본 발명의 실시예 2의 실험 결과를 나타내는 한 쌍의 그래프,

도 29는 본 발명의 실시예 2에 따른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도,

도 30은 본 발명의 실시예 2에 따른 또 다른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도,

도 31은 본 발명의 실시예 3에 따른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도,

도 32는 본 발명의 실시예 3에 따른 또 다른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도,

도 33은 본 발명의 실시예 3에 따른 또 다른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도,

도 34는 본 발명의 실시예 3에 따른 또 다른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도,

도 35는 본 발명의 실시예 3에 따른 또 다른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도,

도 36(a)는 실험에 사용된 하나의 회로 기판에 실장된 종래의 칩 안테나의 구조를 나타내는 개념도,

도 36(b)는 하나의 회로 기판에 실장된 종래의 칩 안테나의 VSWR의 실험 결과를 나타내는 그래프,

도 36(c)는 하나의 회로 기판에 실장된 종래의 칩 안테나의 이득 특성의 실험 결과를 나타내는 도면,

도 37(a)는 본 발명의 실시예 3의 실험에 사용된 구조를 나타내는 개념도,

도 37(b)는 본 발명의 실시예 3에 따른 VSWR의 실험 결과를 나타낸 그래프,

도 37(c)는 본 발명의 실시예 3에 따른 이득 특성의 실험 결과를 나타내는 도면,

도 38(a)는 본 발명의 실시예 3에 따른 셀룰러폰의 구조를 나타내는 개념도,

도 38(b)는 본 발명의 실시예 3의 SAR 데이터의 증명을 나타내는 도면,

도 39는 본 발명의 실시예 4에 따른 휴대 단말의 사시도,

도 40은 본 발명의 실시예 4에 따른 휴대 단말의 동작 처리를 나타내는 블럭도,

도 41은 본 발명의 실시예 4에 따른 노트북 컴퓨터의 사시도,

도 42는 본 발명의 실시예 4에 따른 노트북 컴퓨터의 동작 처리를 나타내는 블럭도,

도 43은 본 발명의 실시예 5에 따른 제조 과정을 나타내는 흐름도,

도 44는 종래 기술의 칩 안테나의 사시도,

도 45는 종래 기술의 또 다른 칩 안테나의 사시도이다.

본 발명은 기체에 마련된 복수의 나선형 도체와, 기체에 마련된 한 쌍의 단자를 구비하고, 복수의 나선형 도체 중 하나는 단자 중 하나에 전기적으로 접속되고, 다른 나선형 도체는 다른 단자에 전기적으로 접속된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 실시예 1에 따른 칩 안테나를 나타내는 사시도이다.

기체(1)는 프레스 성형, 압출 성형 등의 방법을 이용하여, 알루미나를 주성분으로 갖는 알루미나 또는 세라믹 등의 절연 물질 또는 유전 물질로 형성된다. 기체(1)의 구성에 적당한 다른 물질은 포스테라이트(forsterite), 티탄산 마그네슘계, 티탄산 칼슘계, 티탄산 지르코니아-주석계, 티탄산 바륨계, 티탄산 납-칼슘계 물질 등의 세라믹 물질 및 에폭시 수지 등의 수지 물질을 포함한다. 강도, 절연성 및 처리의 용이함을 고려하여, 알루미나를 주성분으로 갖는 알루미나 또는 세라믹 중 하나를 본 실시예 1에 사용한다. 기체(1)에는 그 외표면 전체에 구리, 은, 금, 니켈 등의 도전 물질로 이루어진 하나 또는 복수의 층으로 구성되는 전기 도전막이 더 마련된다.

기체(1)의 모든 모서리를 깎는다(챔퍼링(chamfering)). 이 챔퍼링은 기체(1)가 깨지는 것과, 전기 도전막이 얇게 되는 것과, 도체가 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.

단부(2, 3)는 기체(1)의 양단에 형성된다. 기체(1)는 단부(2, 3)와 동일한 크기의 단면을 가져도 좋고, 또는, 중간 부분이 단부(2, 3)보다 작은 단면을 갖도록 해도 좋다. 단차부(stepped-down portion)를 마련하는 것은 기체(1)가 회로 기판에 실장될 때 전기 회로 기판의 표면으로부터 그 외주의 공간을 유지하게 하여 그 특성이 열화되는 것을 방지한다. 단차부는 기체(1)의 주위 표면의 일부에만 형성하거나 또는 전체에 형성해도 좋다. 단차부를 기체(1)의 표면 전체에 형성하는 경우, 기체(1)의 실장시에 기체(1)측이 회로 기판에 면하게 되므로 특별한 주의가 요구되지 않고, 이에 따라 실장 비용을 감소시킨다.

기체(1)의 단부(2, 3)에는 각각 단자(5, 6)가 마련되고, 바람직하게는, 도금(plating), 증착(vapor-depositioning), 스퍼터링, 은 페이스트 코팅후 소성(firing)하는 것 등 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 전기 도전박막으로 구성된다. 단자(5, 6) 중 하나는 전원 수신점으로서 기능하여 급전부에 접속된다. 단자(5, 6)의 다른 하나는 다른 회로와 분리되어 있는 개방형 솔더랜드(open solder land) 등에 접속되어, 실장의 강도를 확보하고 전자기파의 방출을 달성한다. 본 실시예 1에서는, 기체(1)의 양쪽 단부에 단자(5, 6)가 마련되지만, 전원 수신점으로서 기능하는 하나의 단자, 즉 단자(5 또는 6) 중 하나만 필요하다. 상술한 바와 같이, 하나의 단자는 급전부에 접속되고 다른 단자는 개방된 상태인 구조는 기체(1)가 신호를 송수신하는 안테나로서 기능하도록 해준다.

또한, 단자(5, 6)는 단부(2, 3)의 끝면뿐 아니라 측면 전체에 걸쳐 완전히 덮도록 마련되지만, 네 측면 중 하나에만 마련되어도 좋다. 또는, 단자가 단부(2, 3)의 네 측면 모두에 마련되어도 좋다.

나선형 도체(7, 8, 9)는 단부(2, 3)의 표면이 아니라 기체(1)의 표면 위에 형성된다. 나선형 도체(7, 8, 9)의 나선형 슬릿(4)은 기체(1)의 외주 전체에 걸쳐 형성된다. 나선형 도체(7)의 일단은 단자(5)에 전기적으로 접속되고, 나선형 도체(9)의 일단은 단자(6)에 전기적으로 접속된다. 나선형 도체(8)는 나선형 도체(7)와 나선형 도체(9) 사이에 배치되어 나선형 도체(7, 9)의 어느 것과도 전기적으로 접속되어 있지 않다. 즉, 각각의 나선형 도체(7, 8, 9)는 서로에 대해 전기적 연속성을 갖지 않는다. 환언하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 나선형 도체(7, 8) 사이에 위치한 나선형 슬릿(4) 중 하나는 기체(1)의 표면 위의 도전막을 절개하도록 연속 형상으로 되어 있고, 이에 따라 나선형 도체(7), 나선형 도체(8) 사이의 전기적 연속성이 분리된다. 또한 나선형 도체(8), 나선형 도체(9) 사이의 나선형 슬릿(4)의 다른 하나도 마찬가지로 도전막을 절개하도록 연속 형상으로 되어 있다. 따라서 나선형 도체(8, 9)는 전기적으로 분리된다.

이 구조에서, 나선형 도체(7, 8)는 전기적으로 접속되어 있지 않더라도 서로 용량적으로 커플링되어 있다. 또한 나선형 도체(8, 9)도 용량적으로 커플링되어 있다.

먼저 하나의 나선형 도체를 갖는 칩 안테나의 동작에 대하여 설명한다.

도 2는 하나의 나선형 도체를 갖는 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면이다. 여러 공진 조건이 주어지면, 공진 주파수는 다음과 같이 수학식 1로 표현할 수 있다.

수학식 1에서 알 수 있듯이, 안테나는 유도성 소자와 용량성 소자를 가지면 특정 주파수의 전자기파를 송수신하는 기능을 한다. 유도성 소자와 용량성 소자의 값은 송수신할 수 있는 전자기파의 주파수를 결정한다. 즉, 나선형 도체의 유도성 소자와 기체의 용량성 소자는 공진 주파수 ω₀을 결정한다. 이 원리는 칩 안테나의 다중 공진 동작을 설명한다.

도 3(a)는 기체(1)에 형성된 하나의 나선형 도체(7)만을 갖는 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 기체(1)에 형성된 두 개의 나선형 도체(7, 8)를 갖는 또 다른 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면이며, 도 3(c)는 기체(1)에 형성된 세 개의 나선형 도체(7, 8, 9)를 갖는 또 다른 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면이다. 이들 도면은 단자(5)가 전원 수신점으로서 사용되는 예를 나타낸다. 도 3(c)의 등가 회로는 도 1에 나타낸 칩 안테나를 나타낸다. 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 나선형 도체(7)와 나선형 도체(8) 사이에 형성된 용량 C1과, 나선형 도체(8)와 나선형 도체(9) 사이에 형성된 용량 C2가 있다. 또한, 나선형 도체(7)는 유도성 소자 L1을 갖고, 나선형 도체(8)는 유도성 소자 L2를 갖고, 나선형 도체(9)는 유도성 소자 L3을 갖는다.

여기서, C1, C2가 절연 상태에 있다고 가정하면, 송수신 주파수는 L1, C1에 의해 결정된 공진 주파수에 의해 주어진다. 반면, C2만 절연 상태라고 한다면, 송수신 주파수는 L1, L2 및 그들 사이에 접속된 C1에 의해 결정된 또 다른 공진 주파수에 의해 주어진다. 또한, C1, C2 모두 절연 상태가 아니라면, 송수신 주파수는 L1, L2, L3 및 그들 사이에 접속된 C1, C2에 의해 결정된 또 다른 공진 주파수에 의해 주어진다. 요약하면, 도 1에 나타낸 칩 안테나는 하나의 칩 소자 내에 세개의 나선형 도체를 포함하고 있기 때문에, 서로 다른 세 개의 공진을 실현할 수 있다.

이 삼중 공진(triple resonance) 칩 안테나는 800㎒ 근방(예컨대, 전화 통화용 주파수), 1.5㎓ 근방(예컨대, GPS용 주파수), 2.4㎓ 근방(예컨대, 고속 무선 데이터 통신용 주파수) 등의 원하는 주파수의 신호를 송수신할 수 있다.

800㎒의 주파수 대역에서의 송수신은 칩 안테나를, 도 3(c)에 도시한 바와 같이, 각각의 나선형 도체(7, 8, 9)가 용량 C1, C2로 용량성 커플링된 비교적 긴 안테나로서 이용함으로써 달성된다. 1.5㎓의 주파수 대역에서의 송수신은, 나선형 도체(7, 8)가 용량 C1로 용량성 커플링되고, 용량 C2는 이론적으로 절연 상태인 안테나를 이용함으로써 달성된다. 2.4㎓의 주파수 대역의 송수신은 용량 C1, C2 모두 이론적으로 절연 상태인 나선형 도체(7)를 갖는 안테나를 이용함으로써 달성된다.

상기에 부가하여, 아래와 같이, 삼중 공진 칩 안테나의 송수신 주파수로서 다른 조합도 또한 가능한 것으로 생각된다.

(1) 800㎒ 근방(예컨대, 전화 통화용 주파수), 1.5㎓ 근방(예컨대, GPS용 주파수), 1.8㎓ 근방(예컨대, 800㎒와는 다른 대역의 전화 통신용), 및 2.4㎓ 근방(예컨대, 고속 무선 데이터 통신용 주파수)

(2) 800㎒ 근방(예컨대, 전화 통화용 주파수), 1.8㎓ 근방(예컨대, 800㎒와는 다른 대역의 전화 통신용), 및 2.4㎓ 근방(예컨대, 고속 무선 데이터 통신용 주파수)

(3) 900㎒ 근방(GPS를 통한 통신용 주파수), 1.8㎓ 근방(DCS-1800 시스템을 통한 전화 통화용 주파수) 및 1.9㎓ 근방(GSM-1900 시스템을 통한 전화 통화용 주파수)

도 1에서, 실시예는 삼중 공진의 칩 안테나를 얻는 세 개의 나선형 도체를 구비하고 있지만, 이중 공진(double resonance)의 경우에 안테나는 두 개의 나선형 도체를 갖는 것이 바람직하고, 4중 또는 그 이상의 다중 공진의 경우에는 4개 또는 그 이상의 나선형 도체를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 많은 나선형 도체가 직렬 접속되면 안테나 소자의 길이가 너무 길어진다. 따라서, 이중 내지 5중 공진용의 두 개 내지 5개의 나선형 도체가 바람직하지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되는 것은 아니다.

도 4, 5, 6, 7은 실시예 1에 따른 칩 안테나의 사시도이고, 도 1의 칩 안테나의 구성과는 다르게 되어 있다.

도 4에 도시한 칩 안테나는 평평한 표면 구조를 갖고, 기체(1)에는 단차부가 없다. 이것은 실질적으로 생산성을 향상시키기 위해, 기체(1)의 구조를 상당히 단순화한 것이다.

도 1, 도 4에 도시한 칩 안테나는 사각형의 단면을 가진 각주형 기체의 구조로 되어 있지만 삼각기둥, 오각기둥 등의 다른 형상의 다각기둥으로 대체해도 좋다.

또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 기체(1)와 단부(2, 3)는 원형 단면을 가진 원통형의 구조로 할 수도 있다. 이 형상은 도 1, 도 4에 도시한 구조와 비교하면, 회로 기판 위에서 구르는 것과 같은 실장 처리의 문제가 있을 가능성도 있다. 그러나, 기체(1)의 양단으로부터 아래쪽으로 단차가 있는 주변 부분이 원형 단면을 갖기 때문에, 레이저빔 또는 연마기에 의해 나선형 도체(7, 8, 9)를 형성하는 처리 중에 그것을 회전시킴으로써 나선형 도체를 매우 정확하게 형성할 수 있다.

또는, 도 6에 도시한 바와 같이, 기체(1)와 단부(2, 3)는 단차부가 없는 평평한 표면 구조로 형성해도 좋다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 기체(1)는 도 1 및 도 5를 조합하여, 단부(2, 3)의 단면은 사각형이지만 단부(2, 3)로부터 아래쪽으로 단차가 있는 중심 부분의 단면은 원형인 구조로 해도 좋다. 단부(2, 3)의 단면이 다각형이기 때문에, 안테나가 실장시에 구르는 것을 방지한다. 또한, 이 구조는 나선형 도체가 형성되어 있는 부분이 원형 단면을 갖기 때문에, 기체(1)를 굴리면서 레이저빔 또는 연마기에 의해 형성되는 때 나선형 도체를 매우 정확하게 할 수 있다. 칩 안테나는 나선형 슬릿(4)을 갖는다.

다음에 서로 도전적으로 접속된 나선형 도체의 구조를 갖는 칩 안테나를 설명한다.

도 8, 도 9(a), 도 9(b)는 실시예 1에 따른 다른 구조의 칩 안테나를 나타내는 사시도이다. 칩 안테나(20)는 비 나선부(non-helical portion)(15, 16, 17) 중 하나를 갖는다. 도 1에 도시한 칩 안테나와는 달리, 이들 칩 안테나에는 서로 전기적으로 접속된 나선형 도체(7, 8, 9)가 마련되어 있다. 비 나선부(15, 16, 17)는 나선형이 형성되지 않은 영역이고, 나선형 슬릿(7b, 8b, 9b)이 마련되지 않는다. 유사한 구성요소를 나타내기 위해 도 1과 동일한 참조 부호를 사용한다. 기체(1)에 사용된 물질은 세라믹, 수지 물질 등과 같이, 도 1을 참조하여 설명한 것과 동일하다.

기체(1)와 단부(2, 3)는 수직 방향 대신 수평 방향으로 더 긴 타원형을 갖는 것이 바람직하다. 그 이유는 기체(1)가 어느 정도의 길이를 가질 때 소자체의 강도를 확보할 수 있기 때문이다. 또한, 나선형 도체가 전기적으로 도전성이 아닌 도 1의 경우에도 마찬가지로 적용한다.

도 9(b)는 타원형으로 되어, 특히 칩 안테나의 실장시에 소자체의 강도를 갖고, 실장 후에 그 내구성을 향상시키는 이점을 갖는 칩 안테나의 사시도를 나타낸다.

도 8은 세 개의 나선형 도체가 형성된 칩 안테나의 일례를 나타내고, 도 9(a), 9(b)는 두 개의 나선형 도체를 갖는 칩 안테나의 예를 나타낸다.

도 10(a), 10(b), 10(c)는 도 8, 9(a), 9(b)에 도시한 칩 안테나의 등가 회로를 나타내는 도면이다. 나선형 도체(7, 8, 9)는 각각 L1, L2, L3으로 나타낸 유도성 소자를 갖고, 비 나선부(15, 16, 17)는 용량성 소자를 가지며, 그들은 직렬로 접속된다. 도 10(c)는 도 8에 도시한 칩 안테나(20)의 경우와 마찬가지로, 나선형 도체와 비 나선부를 각각 세 개 가지고 있는 예를 나타내고, 도 10(b)는 도 9(a), 9(b)에 도시한 칩 안테나의 경우와 마찬가지로, 나선형 도체와 비 나선부를 각각 두 개 가지고 있는 예를 나타낸다. 도 8에 나타낸 칩 안테나는 L1, C1로 결정된 공진 주파수와, L1, L2, C1, C2로 결정된 또 다른 공진 주파수와, L1, L2, L3, C1, C2, C3으로 결정된 또 다른 공진 주파수로 구성된 삼중 공진 모드를 갖는다. 반면, 도 9(a), 9(b)에 도시한 칩 안테나는 L1, C1로 결정된 공진 주파수와, L1, L2, C1, C2로 결정된 또 다른 공진 주파수로 구성된 이중 공진 모드를 갖는다.

이것은, 예컨대, 900㎒(GPS를 통한 통신용 주파수), 1.8㎓(DCS-1800 시스템을 통한 통신용 주파수) 및 1.9㎓(PCS를 통한 통신용 주파수)에도 적용할 수 있는 단일 소자의 칩 안테나를 제공할 수 있다. 물론, 칩 안테나는 이들 주파수 중 2개에만, 또는 4개 또는 그 이상의 공진 주파수에 적용할 수 있게 고안될 수도 있다. 이것은 나선형 도체와 비 나선부를 각각 4개 마련함으로써 달성할 수 있다.

안테나가 송수신할 수 있는 최대 주파수는 유도성 소자 L1, 용량성 소자 C1에 의해 결정되고, 유도성 소자는 권선수(즉, 나선의 수)에 비례하고, 주파수는 유도성 소자의 제곱근에 반비례한다. 그러므로, 권선수를 줄임으로써 송수신 주파수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 전원 수신측에서 단자(5)에 접속해야 할 나선형 도체(7)의 권선수를 줄임으로써 송수신되어야 할 전자기파의 주파수를 실질적으로 증가시킬 수 있다.

도 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17은 실시예 1에 따른 다른 구성의 칩 안테나를 나타내는 사시도이다. 이들 칩 안테나는 도 8, 9(a), 9(b)에 도시한 것과는 다른 구성을 갖는다.

도 11은 단차부가 없는 평평한 표면 구조로 형성된 칩 안테나를 나타낸다. 도 8, 9(a), 9(b)에 도시한 칩 안테나(20)는 기체(1)의 외주 전체에서 아래쪽으로 단차가 있는 구성을 갖고, 단부(2, 3)를 바깥쪽으로 연장하여 실장성을 향상시킨다. 그러나, 반면, 평평한 표면 구조는 기체(1)의 구조를 상당히 단순화하여, 실질적으로 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 12는 원통형으로 형성된 기체(1)와 단부(2, 3)를 갖는 칩 안테나(20)를 나타낸다. 형상이 원통형이면, 각주 구조와 비교하여, 칩 안테나(20)가 회로 기판에서 구르는 것과 같은 실장시의 문제점이 있을 수도 있다. 그러나, 칩 안테나(20)의 단면이 원형이기 때문에, 레이저빔 등에 의한 기체(1) 상의 트리밍 처리의 효율성 및 정확도를 향상시킬 수 있는 이점이 있어, 나선형 도체에 형성된 나선형 슬릿의 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 13에 도시한 칩 안테나(20)는 원통형 기체(1)의 양단에 원통형 단부(2, 3)가 마련되고, 기체(1)에 단차가 생겨 단부(2, 3)의 외주가 기체(1)의 외주로부터 바깥쪽으로 연장된다. 도 14에 도시한 또 다른 칩 안테나(20)는 원통형 기체(1)의 양단에 각주 형상의 단부(2, 3)가 마련된다. 이들 구조는 다각형 단면의 단부(2, 3)가, 안테나가 실장시에 구르는 것을 방지한다는 이점이 있으면서, 기체(1)의 중심부의 단면이 원형인 것은 나선형 도체를 레이저빔 또는 연마기에 의해 형성할 때 매우 정확하게 실현할 수 있도록 한다.

도 15, 16, 17에 도시한 칩 안테나(20)는 비 나선부 부분이 큰 외부 면적을 갖는 구조로 되어 있다.

이들 안테나 각각에는 비 나선부(15)의 일부분에서 큰 외부 면적을 갖는 돌출부(18)가 마련되어 있다. 돌출부(18)는 단부(2, 3)와 동일한 크기의 외형을 갖는다. 비 나선부(15, 16)가 용량성 소자를 갖기 때문에 돌출부(18)와 마찬가지로외부 면적을 확장함으로써 그들의 용량을 증가시킬 수 있다. 큰 용량성 소자는 칩 안테나(20)의 부하 용량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 대역폭을 넓게 할 수 있다. 또한 이들 구조는 단부(2, 3)에 부가하여 돌출부(18)도 전기 회로 기판에 실장할 때 땜납 등으로 도체부에 접속함으로써 실장 강도를 향상시키는 이점이 있다.

도 16, 17은 다른 형상의 돌출부(18)의 예를 나타낸다.

도 16에 도시한 돌출부(18)는 가로로 연장된 외형을 갖고, 용량을 증가시켜 대역폭을 더 넓게 한다. 이 구조는 바닥면이 더 넓은 돌출부(18)를 마련하기 때문에, 전기 회로 기판에 실장할 때 납땜해야 할 면적이 더 증가하여 실장 강도가 더 향상된다. 단자(2, 3)는 돌출부(18)와 동일한 크기로 형성되거나 또는 다른 크기로 형성되어도 좋다. 단부(2, 3)의 바닥면이 돌출부(18)와 마찬가지로 평평하게 마련되면 안테나를 회로 기판에 실장하는 것이 더 용이해진다.

도 17의 예에서는, 돌출부(18)와 단부(3)가 모두 U자형으로 되어 표면적과 그들 용량성 소자를 증가시킨다. 이것은 그들의 용량을 더 증가시켜 대역폭을 더 넓게 한다. 또한, 이것은 용량성 소자의 충분한 양을 유지하면서 칩 안테나(20)의 길이를 감소시킬 수 있다.

U자형 대신, 돌출부(18)와 단부(3)를 빗살형(comb-tooth shape)으로 형성하여 표면적과 용량성 소자를 더 증가시켜도 좋다.

다음에 도 18, 19, 20을 참조하여 칩 안테나에 보호막이 마련된 경우를 설명한다. 이 구조는, 나선형 도체가 서로 전기적으로 접속되지 않은 도 1 등에 나타낸 칩 안테나, 나선형 도체가 서로 전기적으로 접속된 도 8 등에 나타낸 칩 안테나 중 어느 하나에 적용할 수 있다.

도 18, 19, 20은 실시예 1에 따른 보호막이 덮여 있는 각각의 칩 안테나의 정면도 및 단면도이다. 칩 안테나는 보호막(21), 관형상의 보호막(22), 전기퇴적 보호막(electrodeposited protective film)(24), 도전막(23) 중 임의의 것으로 구성된다.

도 18은 보호막(21)이 나선형 도체(7, 8, 9) 전체에 걸쳐 배치된 구조를 나타낸다. 보호막(21)은 내기후성(weather resistance)을 향상시키고, 회로 기판 상에서 나선형 도체가 다른 전기 소자와 물리적으로 접촉하는 것으로 인한 특성 열화를 방지한다. 보호막(21)은 적어도 나선형 도체(7, 8, 9)를 덮도록 마련될 필요가 있다. 보호막(21)에는 에폭시 등의 임의의 수지 물질을 사용하는 것이 적당하다. 또는, 실리콘 고무 등도 이 용도에 적합하다. 또한, 보호막(21)에 사용되는 물질은 가능하면 낮은 유전 상수를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 코팅시 보호막(21)의 재료가 슬릿으로 흘러들어가려는 경향이 있고, 이 유전 상수가 높으면 안테나의 공진점이 쉬프트될 수도 있기 때문이다. 따라서 유전 상수가 낮은 것이 바람직하다.

그러나, 보호막(21)의 유전 상수 등을 고려하여, 나선형 도체(7, 8, 9)의 구성 및 그들 사이의 비접속 부분의 면적을 미리 설계하는 경우, 바람직한 안테나 특성을 얻을 수 있다.

또한 보호막(21)이 기체(1)의 단차부에 형성되어, 그 표면이 단부(2, 3)의 표면과 같은 수준이거나 더 낮게 유지되는 것이 바람직하다. 이런 식으로 형성된 보호막(21)은 칩 안테나가 실장될 때 단자(5, 6)의 표면과 회로 기판 사이에서 접촉 실패를 일으키지 않는다.

페이스트 등의 형태로 수지 물질을 코팅 또는 랩핑(wrapping)함으로써 보호막(21)을 형성할 수 있다.

도 19는 관 형상의 보호막(22)을 사용하여 형성된 보호막을 나타낸다.

관 형상의 보호막(22)을 사용하면 나선형 도체를 특성의 변화 없이 효과적으로 보호할 수 있다. 즉, 관 형상 보호막(22)을, 각각의 나선형 도체(7, 8, 9)를 덮는 식으로 기체(1) 상에 배치하여, 보호막 형성 과정에서 다른 물질이 나선형 도체 사이의 슬릿과 스페이스로 흘러들어가지 않도록 할 수 있다. 따라서, 관 형상의 보호막(22)이 특성을 변화시킬 가능성은 상당히 낮다. 관 형상의 보호막(22)에 대해, 열에 의해 수축가능한 특성이 있는 플라스틱 수지로 만들어진 것을 선택하는 것이 바람직하다. 관 형상의 보호막(22)은 기체(1)를 덮도록 배치되고, 관을 수축시키도록 열 처리가 실시된다. 이것은 관 형상의 보호막(22)을 기체(1) 위에 확실하게 고정할 수 있게 한다.

도 20(a), 20(b), 20(c)는 보호막의 또 다른 형태로서, 전기 퇴적 보호막(electro-deposited protective film)(24)이 나선형으로 형성된 나선형 도체의 도전막(23) 위에 마련된 또 다른 예를 나타낸다. 보호막(21), 관 형상의 보호막(22) 등의 수지 재료로 이루어진 보호막과는 달리, 이 전기 퇴적 보호막(24)에는 금속성 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

전기 퇴적 보호막(24)은 나선형 도체에 남겨진, 나선형으로 형성된 도전막만을 보호하는 점에서 도 18, 19에 도시한 경우와는 다르다. 즉, 이것은 나선형 슬릿(4)이 아닌 나선부 상에 형성된 도전막(23)을 덮는다는 것이다. 전기 퇴적 보호막(24)은 내기후성이 우수한 금속성 물질로 구성되고, 더 상세하게는, 금, 백금, 팔라듐, 은, 텅스텐, 티타늄, 니켈 등의 물질 그룹 또는 상기 그룹 중에서 선택한 한 물질과 상기 그룹에 없는 다른 성분으로 구성된 합금 중에서 선택된 적어도 하나로 이루어진다. 특히, 비용 및 내기후 특성의 관점에서 금 또는 금 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 전기 퇴적 보호막(24)은 도금, 스퍼터링 및 증착 등을 사용하여 형성된다.

도 20(b), 20(c)에 도시한 구성은 전기 퇴적 보호막(24)의 형상으로서 채택가능할 것으로 생각된다. 즉, 도 20(b)에 도시한 구성은 도전막(23)의 표면 전체를 전기 퇴적 보호막(24)으로 거의 완전히 덮도록 하고, 이에 따라 도전막(23)을 확실하게 보호한다. 도 20(c)에 도시한 또 다른 구성은 나선형으로 형성된 도전막(23)의 측면은 남기고, 도전막(23)의 외주 표면만을 전기 퇴적 보호막(24)으로 덮는다. 이 구성은 도 20(b)와 비교하면 어느 정도까지 내기후성의 레벨을 낮게 하지만, 노출된 표면이 도전막(23)의 두께에 대응할만큼 실제로 작기 때문에 이것이 그 용도에는 더 실용적이다.

도 20(b)에 도시한 구성은 우선 기체(1)의 표면 일부 또는 전부에 도전막(23)을 형성하고, 다음에 나선형 슬릿(4)을 잘라낸 후에 전기 퇴적 또는 비슷한 방법으로 보호막(24)을 형성함으로써 구성할 수 있다.

도 20(c)에 도시한 구성은 우선 기체(1)의 표면 일부 또는 전부에 도전막(23)을 형성하고, 도전막(23) 윗부분에 보호막(24)을 형성한 후 나선형 슬릿(4)을 잘라냄으로써 구성할 수 있다. 이 처리는 도전막(23)의 외주 표면에만 전기 퇴적 보호막(24)을 생성할 수 있다.

전기 퇴적 보호막(24)은 0.05㎛와 7㎛ 사이의 두께를 갖는 것이 바람직하다(더 바람직하게는 0.1㎛와 5㎛ 사이). 막 두께가 0.05㎛ 이하이면 내기후성이 충분하지 않게 된다. 반대로, 막 두께가 7㎛ 이상이면 인접한 나선형 도전막(23) 사이에서 회로 단락의 가능성을 증가시키고, 내기후 특성의 향상이 명백하지 않음에도 불구하고 비용 상승의 문제도 일으킬 수 있다.

안테나로서의 특성을 저하시키지 않고 안정하게 확보하기 위해, 전기 퇴적 보호막(24)이 전기적 저항을 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 이것을 고려하면, 금, 금 합금, 백금, 백금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금(즉, 백금 그룹과 백금 그룹 합금의 금속) 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 텅스텐, 티타늄, 니켈 등의 어떤 금속은 그 표면에 산화물을 형성하고, 산화층의 형성은 안정된 내기후성을 제공한다. 이들 금속이 장시간 사용후에 안테나 특성에 작은 변화를 가져올 수 있지만, 이들은 사용 사양에 따라 적절한 곳의 안테나에 또한 유용하다. 상기 문제를 해결하기 위해, 산화층이 전기 퇴적 보호막(24)의 표면에 먼저 형성되어, 제조시에 특성을 조정할 수 있도록 함으로써 사용후 특성의 저하를 방지한다.

상기 방식으로 형성된 보호막은 실장시 및 사용중에 칩 안테나 특성의 열화 또는 변화 등의 문제가 발생하지 않도록 할 수 있다.

다음에, 나선형 도체(7, 8, 9)의 형성에 대하여 설명한다.

도 21은 실시예 1에 따른 나선형 도체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 여기서 회전 지지대(30), 모터(31), 레이저 조사기(32), 도전막이 덮인 기체(33), 트리밍된 슬릿(34)을 도시한다.

이 예에서, 도전막이 덮인 기체(33)는 기체(1)의 표면 전체에 구리, 은, 금 및 니켈 등의 도전성 물질로 구성된 도전막의 하나 또는 복수의 층으로 형성되어 마련되고, 도 21에 도시한 바와 같은 장치는 레이저 기계가공의 처리에 사용된다. 도 21에서, 도전막이 덮인 기체(33)는 회전 지지대(30)에 마련되고 모터(31)에 의해 회전되며, 그 후 나선형으로 형성된 슬릿(34)은, 레이저 조사기(32)와 회전 지지대(30) 중 적어도 하나를 한 방향으로 이동시키면서 레이저광 빔을 레이저 조사기(32)로부터 도전막이 덮인 기체(33)에 조사함으로써 깍인다. 이 처리 중에 도전막은 슬릿(34)으로부터 완전히 떨어지고, 나선형으로 형성된 도전막은 트리밍된 슬릿(34)이 형성된 후에 남겨진다. 여기서 남겨진 나선형으로 형성된 도전막은 나선형 도체(7, 8, 9)로서 기능한다.

도 1에 도시한 것과 같은 불연속 현태의 나선형 도체를 갖는 칩 안테나를 만드는 경우, 나선형 도체(7)와 나선형 도체(8) 사이의 비접속 부분은 도전막이 덮인 기체(33)에 대한 레이저 조사기(32)의 상대적인 움직임을 방해함으로써 형성되어 기체(33) 주위를 따라 고리형 슬릿을 형성한다. 또는, 레이저 조사기(32)와 도전막 덮인 기체(33) 사이의 상대적인 움직임을, 레이저 조사된 두 영역이 겹칠(즉, 두 인접한 슬릿이 겹치는 식으로 형성될) 정도까지 작게 함으로써 슬릿을 형성해도 좋다.

도 8에 도시한 것과 같은, 전기적으로 접속된 복수의 나선형 도체를 갖는 칩 안테나의 다른 형태는, 제 1 나선형 도체를 레이저 조사로 형성한 후에 일시적으로 레이저 조사를 정지하여 도전막이 덮인 기체(33)를 이동시키고, 이동한 위치에서 다음 나선형 도체를 형성하기 위해 레이저 조사를 재시작함으로써 형성할 수 있다. 이 방법으로 인접하는 나선형 도체 사이에서 비 나선부를 형성한다.

상기 실시예에서는, 각각의 나선형 도체를 형성하는 방법으로서 레이저 조사를 나타냈지만, 연마 휠 기계가공 등의 다른 트리밍 수단도 또한 유용하다.

상기 방법에서는, 도전막이 기체(1) 전체를 덮도록 형성되기 때문에 단부(2, 3)의 표면도 덮는다. 따라서, 단부(2, 3)를 덮는 도전막의 일부는 단자(5, 6)로서 사용할 수 있다. 또는, 단부(2, 3)의 도전막은 니켈 등의 물질로 이루어진 내부식막(corrosion resistant film)(땜납 부식 방지막), 주석 또는 다른 금속과 혼합된 주석 합금으로 구성된 납 불포함 땜납(납을 포함하지 않음)으로 이루어진 접착막 중 적어도 하나로 더 덮여, 단자(5, 6)를 형성해도 좋다. 또는, 각각의 나선형 도체는 기체(1)의 중심부(4)에만 형성된 도전막으로 이루어져도 좋고, 도체의 또 다른 세트는 은 페이스트 등의 도전성 페이스트를 단부(2, 3) 위에 코팅 및 소성(firing)하여 형성한다. 이 가열된 도체는 도전막의 양단을 도체의 각각의 가장자리에 접속함으로써 단자(5, 6)로서 기능할 수 있다. 또한, 가열된 도체는 상기한 내부식막 및 접착막 중 어느 것으로 더 덮여도 좋다.

또 다른 예로서, 나선형 도체(7, 8, 9)는 도전성 물질의 가는 선(filament wire)을 감아 구성해도 좋다. 이 경우에, 가는 선은 접착제를 이용하거나 수지 몰딩에 의해 기체(1)에 고정된다. 또는, 기체(1)에 복수의 절연 도전막이 마련되어도 좋고, 가늘게 형성된 나선형 도체(7)의 일단이 단자(5)에 접속되고, 그 타단이 이들 절연 도전막의 제 1 도전막에 접속되며, 나선형 도체(8)의 일단이 제 1 도전막과는 절연된 제 2 도전막에 접속되며, 그 타단이 상기한 도전막 중 임의의 것과 절연된 제 3 도전막에 접속되며, 나선형 도체(9)의 일단이 상기한 도전막의 어느 것과 절연된 제 4 도전막에 접속되고, 그 타단은 단자(6)에 접속된다. 이 구조는, 나선형 도체의 선의 끝을, 접착 물질을 사용하지 않고 열 압축 접착, 초음파 용접 등으로 도전막에 접착하는 것에 의해 각각의 나선형 도체를 기체(1)에 쉽게 고정시킨다는 이점을 갖고 있다.

각각의 나선형 도체의 두께, 길이 등은 사용된 장치의 특성에 따라 적절한 실험 결과로부터 얻을 수 있다. 또한, 개별적인 나선형 도체 사이의 미접속 부분의 공간의 면적은 적절한 실험 등으로부터 얻을 수 있다.

예컨대, 나선형 도체의 두께는 5㎛ 내지 20㎛이고, 기체(1)의 직경이 7㎜, 길이가 23㎜라고 가정하면, 나선형 도체(7, 8, 9)는 기체(1) 주위에서 15㎜ 내지 20㎜, 20㎜ 내지 30㎜, 50㎜ 내지 60㎜의 전극 길이를 각각 필요로 한다. 나선형 도체(7, 8) 사이에서 필요한 최소 공간 및 나선형 도체(8, 9) 사이의 또 다른 최소 공간은, 각각 0.1㎜ 내지 0.2㎜이다. 그러나, 전극 길이는 커플링된 용량 C1, C2의 값에 따라 변동되어, 최적의 특성을 얻기 위해 조정이 필요하다.

이제 도 22, 23을 이용하여, 상기 검토한 구조의 칩 안테나에서 실시된 실험 결과에 대하여 설명한다.

도 22는 실시예 1에 따른 칩 안테나의 VSWR(voltage standing wave ratio))을 나타내는 그래프이고, 도 23은 실시예 1에 따른 칩 안테나의 지향성을 나타내는 한 쌍의 도면이다. 이들 결과 전부는 실험 과정으로부터 얻어진 것이다.

이들 실험 결과는 기체(1) 상에 두 개의 나선형 도체를 갖는 칩 안테나에서 얻어지고, 900㎒ 및 1800㎒ 대역으로 조정된다. 전압 정재파비 또는 VSWR 및 지향성은 대역 상에서 네트워크 분석기를 사용하여 계측된다.

도 22에서 명백히 알 수 있듯이, GSM 셀룰러폰(880㎒ 내지 960㎒) 및 DCS 셀룰러폰(1,710㎒ 내지 1,880㎒)의 양 주파수 대역에서 3 미만의 정재파비(VSWR)를 나타내므로, 임피던스 정합을 거의 정확하게 달성할 수 있다. 다시 말해, 이 결과는 이들 주파수 대역의 송수신에서 충분한 이득을 산출하기 때문에, 칩 안테나가 송수신을 실시할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 칩 안테나가 900㎒ 및 1,800㎒의 주파수 대역에서 이중 공진을 실행할 수 있어, 이 칩 안테나 하나로 두개의 다른 주파수의 전자기파를 송수신할 수 있다는 것이 분명하다.

도 23은 Y 및 Z 방향에서 칩 안테나의 지향성을 나타낸다. 도 23에서 분명하듯이, 안테나는 900㎒ 및 1,800㎒의 두 주파수 대역에서 모든 방향의 지향성을 갖는다.

상술한 바로부터 명백하듯이, 본 발명은 매우 작은 단일 소자이고, 또한, 복수의 통신 주파수를 송수신할 수 있는 칩 안테나를 실현할 수 있다. 또한, 기체에 나선형 슬릿을 가진 복수의 나선형 도체가 마련된 구조 때문에, 칩 안테나를 종래의 로드 안테나(rod antenna), 패치 안테나(patch antenna) 등과 비교하여 매우 작게 만들 수 있다. 따라서 칩 안테나는, 휴대 단말, 노트북 퍼스널컴퓨터 등의 소형화, 박형화, 고집적화가 요구되는 임의의 전자기기에 쉽게 장착할 수 있다.

λ/4형 안테나 디자인이 채용되면 칩 안테나를 매우 작은 소자로 만들수 있고, 이에 따라 복수의 주파수를 송수신할 수 있는 단일의 매우 작은 안테나를 제공한다.

본 실시예의 칩 안테나는 실제 주파수 범위가 0.7 내지 6.0㎓인 임의의 고주파수 대역에 적용할 수 있고, 길이 L, 높이 H 및 폭 W의 바람직한 범위는,

L = 4.0 내지 40.0㎜

H = 0.5 내지 10.0㎜

W = 0.5 내지 10.0㎜이다.

길이 L이 4.0㎜ 이하인 임의의 안테나는 요구된 인덕턴스의 값을 확립할 수 없다. 길이 L이 40.0㎜를 초과하는 안테나는 너무 커서 전자부품을 내장하는 회로 기판 등(이하 회로 기판 등이라고 함)의 크기를 줄일 수 없게 되고, 이에 따라 회로 기판을 내장하는 전자기기의 소형화를 위한 공간을 제한한다. 높이 H 및 폭 W가 모두 0.5㎜ 이하이면, 안테나 소자는 물리적 강도가 너무 약해져 실장 장치에 의해 회로 기판 등에 실장할 때 깨질 수도 있다. 또한, 높이 H 및 폭 W 중 하나가 10.0㎜ 이상이면, 안테나 소자가 너무 커서 회로 기판 및 전자기기의 크기를 줄일 수 없게 된다.

(실시예 2)

도 24, 25, 26(a), 26(b)는 실시예 2에 따른 각종 칩 안테나의 사시도이다.

본 실시예에서, 송수신 가능한 주파수 대역의 확장을 위해, 칩 안테나가 그들 개방단에 실장된 크라운 도체를 갖는 것에 대하여 설명한다.

여기서, 칩 안테나에 마련된 나선형 도체는 도 1에서 검토한 전기적 연속성을 갖지 않는 형태 또는 도 8에서 검토한 전기적 연속성을 갖는 형태로 할 수 있다.

칩 안테나(40)는 크라운 도체(41), 급전점(42) 및 급전부(43)로 이루어진다. 도 1과 동일한 참조부호를 갖는 구성요소는 그 설명을 생략한다. 도 24는 두 개의 나선형 도체를 갖는 예이다. 칩 안테나(40)는 도체(7, 8)가 서로 도전적으로 접속된 구조이다.

칩 안테나(40)는 도 24, 25에 도시한 바와 같은 복수의 나선형 도체를 갖는 다중 공진형이어도 좋고, 또는 도 26(a)에 도시한 하나의 나선형 도체만을 갖는 단일 공진형이어도 좋다.

급전점(42)은 땜납부, 배선 패턴 등으로 형성되고, 납땜 또는 그와 유사한 수단으로 단자(5)에 접속된다. 급전점(42)은 송신 회로로부터 공급된 신호 전류를 받아, 단자(5)를 통해 전자기파를 방사하는 칩 안테나(40)로 유도한다. 또는, 칩 안테나(40)는 수신된 전자기파에 의해 유도된 전류를 수신 회로에 전달한다.

크라운 도체(41)는 개방단을 나타내고, 다른 회로 또는 그라운드와 접속되지 않은 독립적인 도메인이다. 크라운 도체(41)는 배선 패턴, 땜납부 등으로 형성되고, 납땜 또는 그와 유사한 수단으로 단자(5)에 접속된다. 크라운 도체(41)가 용량을 갖기 때문에, 단자(6)에 대하여 부하 용량의 접속과 동등한 효과를 갖는다. 도 24는 사각형의 크라운 도체(41)를 나타내지만, 삼각형, 오각형 등의 임의의 다른 다각형으로 할 수도 있다. 도 25는 삼각형의 크라운 도체(41)의 예를 나타내고, 도 26(a)는 오각형의 크라운 도체(41)의 또 다른 예를 나타낸다. 또한, 도 26(b)는 비 나선부 주위에 형성된 돌출부(18)의 실장 표면에 크라운 도체(41b)를 마련한 또 다른 안테나의 예를 나타낸다. 이 구조에서, 크라운 도체(41b)는 나선형 도체(7)와 관련된 공진 주파수의 대역폭을 넓게 하는 부하 용량으로서 사용되고, 크라운 도체(41)는 나선형 도체(7, 8)와 관련된 공진 주파수에 대한 또 다른 부하 용량으로서 사용되며, 이에 따라 다중 공진 주파수 각각에서 광대역 동작을 실현할 수 있다.

크라운 도체(41)는 타원형, 원형 등의 임의의 다른 모양으로 해도 좋다. 크라운 도체(41)는, 그것이 지닌 용량성 소자가 개방단의 단자(open-ended terminal)(6)에 실리기 때문에 주파수 대역폭을 확장한다. 용량성 소자의 값은 이 구조에서 중요한 요소이기 때문에, 다른 실장된 부품에 관련하여 크라운 도체(41)의 최적의 형태를 유연성 있게 형성하여, 용량성 소자를 확보하는 것이 바람직하다. 따라서, 삼각형, 사각형 및 다각형 등의 형상과, 크기는 적절하게 결정하면 된다. 다른 실장된 부품이 칩 안테나(40)에 가까이 위치하는 경우, 크라운 도체(41)는 다른 부품에 대하여 적절한 위치에 실장될 수 있게 하여, 될 수 있는 한 많이 전체 실장 면적의 저감을 달성하도록, 타원형 또는 평평한 형태로 형성될 수 있다.

이 구조에서, 송수신 가능한 동작 주파수 대역은 부하 용량의 값에 의존한다. 크라운 도체(41)는 급전점(42)을 기준으로 안테나의 팁 단부에 부착된 부하 용량으로서 기능하는 용량성 소자를 갖는다. 그러므로, 크라운 도체(41)는 급전점(42)에서 볼 때 부하 임피던스를 나타낸다. 여기서, 공진 주파수에서 이득 곡선의 상승 지연 시간과 하강 지연 시간은 부하 임피던스에 비례한다. 즉, 공진 주파수에서 이득 곡선의 상승 지연 시간과 하강 지연 시간은 크라운 도체(41)의 부하 임피던스 또는 부하 용량의 값에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 부하 용량이 작으면, 상승 지연 시간과 하강 지연 시간이 공진 주파수에서 짧기 때문에 이득 곡선을 나타내는 주파수 응답 특성이 가파른 피크를 갖는다. 반대로 부하 용량이 크면, 상승 지연 시간과 하강 지연 시간이 공진 주파수에서 길어지기 때문에 이득 곡선을 나타내는 주파수 응답 특성이 완만하게 경사진 피크를 갖는다. 그러나, 대역폭이 넓어지면 이득이 감소할 가능성이 있다. 따라서, 부하 용량을 나타내는 크라운 도체(41)의 적절한 크기와 유전 상수를 선택하여 부하 용량의 용량 소자를 조정함으로써 최적의 이득과 바람직한 대역폭 사이의 균형을 찾는 것이 필수적이다.

도 27은 실시예 2에 따른 주파수 응답 곡선을 나타내는 그래프이다. 두 개의 주파수 응답 곡선 중, 하나는 부하 용량이 작은 경우를 나타내고, 다른 하나는 부하 용량이 큰 경우를 나타낸다. 부하 용량이 작은 곡선은 공진 주파수에서 이득의 증가에 따라 가파른 피크를 나타내고, 반면, 부하 용량이 큰 곡선은 이득의 증가에 따라 완만한 피크를 나타낸다. 피크의 경사가 완만하면 송수신 주파수의 동작 주파수 대역이 더 넓어, 크라운 도체(41)에 의해 마련된 용량값을 증가시킴으로써 주파수 대역을 넓게 할 수 있다.

무선 통신의 데이터 송신량이 증가하는 최근 경향으로 인해 동작 주파수 대역을 충분히 넓게 잡아야 하기 때문에 크라운 도체(41)를 사용하여 부하 용량을 증가시킴으로써 대역폭을 넓히는 것이 중요하다. 광대역을 요구하는 최근에 있어, 상술한 기술은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 등의 멀티캐리어 송신에 특히 적당하다.

다음에 크라운 도체(41)가 주파수 대역을 넓게 하는 사실을 나타내는 실험 결과에 대하여 설명한다. 도 28은 실시예 2에서 실행된 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프 1-1은 제공된 크라운 도체(41)의 세로 길이와, VSWR이 적당한 공진 조건을 나타내는 사전결정된 값 이하인 대역폭 사이의 관계를 나타낸다. 사각 크라운 도체(41)의 세로 길이를 증가시키고 가로 길이는 변화시키지 않는 것에 의해 크라운 도체(41)의 표면적을 증가시키는 경우 곡선은 대역폭의 변화를 나타낸다. 여기서 VSWR의 사전결정된 값은 "3"이다.

이 그래프 1-1에서, 가로 좌표축은 세로 길이(longitudinal dimension)를 나타내고, 세로 좌표축은 대역폭을 나타낸다. 세로 길이가 증가하면 크라운 도체(41)의 면적도 증가한다. 면적의 증가는 용량 소자 C1의 값의 증가를 의미한다. 그래프 1-1로부터 명백하듯이, 대역폭은 세로 길이가 증가함에 따라 확장된다. 세로 길이를 4㎜에서 10㎜로 증가시키면 대역폭이 40% 확장되는 것이 확인된다. 이것은 변조 방법, 오류 정정율, 데이터 속도가 일정하게 유지될 때, 데이터 송신율을 40%까지 향상시킬 수 있게 한다.

그래프 1-2는 크라운 도체(41)의 면적을 나타내는 크라운 도체(41)의 세로 길이와, 송수신시의 이득 사이의 관계를 나타낸다. 그래프 1-2에서 분명하듯이, 크라운 도체(41)의 세로 길이의 증가에 의해 주파수 대역의 확장이 이루어지는 경우에도, 이득의 감소, 기능 상의 역효과 등의 어떤 문제도 일으키지 않고, 크라운 도체(41)의 면적을 조정함으로써 주파수 대역을 확장하는 것이 가능하다.

세로 길이의 증가와, 대역폭의 증가는 일반적으로 서로 정비례한다. 대역폭이 용량의 제곱근 "√C"에 비례하고, 용량 "C"는 크라운 도체(41)의 면적에 비례하며, 크라운 도체(41)가 사각형이라면 크라운 도체(41)의 면적은 크라운 도체(41)의 한 변의 제곱에 비례한다는 것은 Q값의 계산식에서 알려져 있다. 따라서, 상기의 결론은 대역폭이 세로 길이 또는 크라운 도체(41)의 측면 길이에 비례한다는 것이다. 또한, 이 이론은 그래프 1-1로부터 얻어진 결과에 의해서도 증명된다는 것이 명백하다.

이와 관련하여, 개방단에 접속된 단자(6)를 소유한 용량 및 단자(6)가 접속된 회로 기판의 일부에 마련된 다른 용량을 이용하여, 부하 용량을 형성할 수 있다. 그러나, 이것은 충분한 양의 용량을 확보하기 위해, 기체(1)의 길이를 연장하고 단자(6)의 폭을 증가시키는 등의 다소의 추가의 조치를 필요로 한다. 이 조치는 칩 안테나 크기의 증가나, 제조 공정의 추가 등의 단점을 야기한다. 반대로, 본 발명은 단자(6)를 땜납부에 접속시키고, 그 팁 단부에 크라운 도체(41)를 형성함으로써 충분한 부하 용량을 쉽게 얻을 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 칩 안테나의 제조를 완료한 후에도, 다른 실장된 부품과의 위치 관계를 고려하면서, 부하 용량을 증가시키기 위해 크라운 도체(41)를 유연성을 갖고 어떤 형상으로도 쉽게 형성할 수 있다는 이점이 있다.

도 29는 실시예 2에 따른 안테나 장치의 구조를 나타내는 도면이다. 칩 안테나는 회로 기판에 실장되고, 칩 안테나에는 칩 안테나의 개방단에 접속된 크라운 도체가 마련되어 있다.

칩 안테나는 주 회로 기판(47), 보조 기판(45), 급전선(46), RF 회로(48), 프로세서 회로(49), 제어 회로(50), 주 회로 기판(47)의 가장자리(51)로 구성된다. 주 회로 기판(47)과 보조 기판(45)은 서로에 대하여 비슷한 수준에 배치되고, 급전선(46)을 통해 전기적으로 접속된다. 주 회로 기판(47) 상에서 RF 회로(48), 프로세서 회로(49), 제어 회로(50)가 점유하는 이외의 영역은 접지판으로 덮인다. 제어 회로(50)는 프로세서 회로(49) 등을 제어하고, CPU, 주문형 IC 등을 사용한다. 프로세서 회로(49)는 신호의 송신 중의 변조와 오류 코드의 추가, 신호의 수신 중의 복조와 오류 정정 등의 기능을 실행한다. 프로세서 회로(49)에서 변조된 신호는 RF 회로(48)에 의해 송신 주파수의 신호로 변환되고, 급전선(46)을 통해 칩 안테나(40)로 출력된다. 한편, 칩 안테나(40)에서 수신된 신호는 급전선(46)을 통해 RF 회로(48)로 출력되고, RF 회로(48)에서 주파수 변환되며, 프로세서 회로(49)에서 복조된다. 도 29, 30에 도시한 칩 안테나(40)는 전기적으로 접속된 두 개의 나선형 도체를 갖는 이중 공진형이다. 그러나, 비접속된 나선형 도체를 포함하는 다른 형태의 칩 안테나 및 삼중 이상의 공진에 적용 가능한 것을 사용할 수도 있다.

안테나 장치를 셀룰러폰 또는 노트북 컴퓨터에 내장하는 경우, 사용 가능한 실장 면적의 한계와 실장 처리의 용이함의 관점에서, 안테나 장치를, 다양한 처리 회로를 지닌 주 회로 기판(47)에 실장하기보다 별개의 보조 기판(45)에 실장하는 것이 더 적절할 때가 종종 있다. 즉, 미리 칩 안테나(40)를 보조 기판(45)에 실장한 다음, 이를 급전선(46)을 통해 주 회로 기판(47)에 접속시킴으로써 실장 처리를 단순화할 수 있다. 반대로, 칩 안테나(40)를 주 회로 기판(47)에 실장하면, 주 회로 기판(47)은 프로세서 회로(49)에 부가하여 RF 회로(48)도 탑재하기 때문에, 노이즈 등에 의한 상호 간섭으로 인한 기능 저하의 위험이 있다. 이 때문에 별개의 보조 기판(45)에 칩 안테나(40)를 실장하는 것이 더 유리하다. 또한, 보조 기판(45)이, 주파수 대역을 확장하는 데 필요한 형상과 표면적을 가진 크라운 도체(41)를 위한 공간을 확보함에 있어 보다 큰 유연성을 칩 안테나(40)에 제공할 수 있게 하는 또 다른 이점이 있다.

칩 안테나(40)는 λ/4형인 경우, 주 회로 기판(47)의 접지판의 표면에 이미지 전류(image current)를 생성한다. 이 예에서 칩 안테나(40)가 주 회로 기판(47)의 가장자리(51)에 일반적으로 수직인 방향에 실장되면, 주 회로 기판(47)의 접지판에 생성된 이미지 전류는 칩 안테나(40)에 흐르는 전류와 동일한 벡터를 가져, 칩 안테나(40)의 송수신 이득을 향상시킨다. 따라서, 칩 안테나(40)를 일반적으로 주 회로 기판(47)에 수직인 방향으로 실장하는 것이 바람직하다. 특히 칩 안테나(40)는 λ/4형인 경우, 이미지 전류를 포함한 λ/2 등가의 유도 전류를 생성하고, 따라서, 칩 안테나(40)가 효율적으로 이미지 전류를 생성하는 것이 중요하다. 그러므로, 주 회로 기판(47)은 생성된 이미지 전류가 흐를 수 있게 하는 접지판을 갖고, 칩 안테나(40)를 보유하는 보조 기판(45)은 일반적으로 동일 평면에 배치되는 것이 필연적이다.

크라운 도체(41)의 존재는 부하 용량을 증가시켜, 주파수 대역을 확장시키며, 당연히, 송신율이 높은 무선 통신을 위해 칩 안테나(40)를 최적화한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 주 회로 기판과는 별개의 보조 기판 상에 칩 안테나(40)를 실장하고, 두개의 회로 기판을 일반적으로 동일한 평면 상에 설정함으로써 노이즈를 억제하고, 크라운 도체(41)의 설계 유연성을 유지하는 한편, 충분한 수준의 송수신 이득을 확보하여, 칩 안테나(40)의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 구조는, 일반적으로 두 회로 기판이 동일한 평면에 배치되기 때문에, 셀룰러폰 또는 노트북 컴퓨터에 내장되는 경우, 프로세서 회로(49) 등을 보유한 주 회로 기판(47)과 칩 안테나(40)를 보유한 보조 기판(45)을 실장하기 위한 공간을 줄일 수 있다. 상기와 같은 경우에도 송수신 이득의 수준 등의 안테나 장치의 성능을 충분히 높게 유지할 수 있다.

도 30은 실시예 2에 따른 또 다른 안테나 장치의 구조를 나타내는 도면이다. 도 30은 칩 안테나(40)가 주 회로 기판(47)과, 일반적으로 주 회로 기판(47)과 동일한 평면에 배치되는 보조 기판(45)을 가로질러 실장되는 예를 나타낸다.

급전점(42)은 주 회로 기판(47)에 마련되고, 칩 안테나(40)의 단자(5)는 급전점(42)에 접속된다. 한편, 크라운 도체(41)는 보조 기판(45)에 마련되고, 칩 안테나(40)의 단자(6)는 크라운 도체(41)에 접속된다. 즉, 주 회로 기판(47)과 보조 기판(45)은 칩 안테나(40)를 통해 서로 접속된다. 이러한 구조라도, 본 발명은 주 회로 기판(47)과 보조 기판(45)을 동일한 평면에 배치하기 때문에, 크라운 도체(41)의 형상과 표면적의 설계 유연성을 향상시키고, 주 회로 기판(47)과 보조 기판(45)을 실장하기 위한 공간을 감소시켜, 전자기기의 소형화와 박형화를 실현한다. 보조 기판(45)을 크라운 도체(41)의 형상 및 크기와 대등하도록 형성하는 것이 바람직하다. 또는 보조 기판(45)을 일반적으로 크라운 도체(41)와 동일한 형상 및 크기로 만들어 보조 기판(45)의 크기를 최소화해도 좋다.

일반적으로 칩 안테나(40)가 주 회로 기판(47)의 가장자리(51)와 수직인 방향에 있기 때문에, 주 회로 기판(47)의 접지판에서 칩 안테나(40)에 의해 생성된 이미지 전류는 일반적으로 칩 안테나(40)에서 흐르는 전류와 동일한 벡터를 가져, 송수신 이득을 향상시키는 이점이 있다. 칩 안테나(40)가 λ/4형 안테나인 경우, 칩 안테나는 이미지 전류를 생성함으로써 송수신 이득을 향상시켜야 하기 때문에, 칩 안테나(40)의 이미지 전류와 동일한 벡터를 갖는 이미지 전류를 생성하는 것이 특히 중요하다. 이것이 칩 안테나(40)가 주 회로 기판(47)의 가장자리(51)와 일반적으로 수직인 방향으로 실장되어야 하는 이유이다. 수직 실장이 적합하지 않은 환경에서는, 성능상의 결점과의 균형을 고려하여, 전자기기의 실장 조건 및 다른 상황에 따라 칩 안테나(40)를 수직 방향으로부터 비스듬히 실장해도 좋다. 상기 경우에도, 주 회로 기판(47)의 접지판을 이미지 전류를 생성하기 위한 접지판으로서 이용하여 송수신 이득을 향상시키는 이점을 취할 수 있고, 이것은 특히 λ/4형 안테나(40)에 대하여 중요하다.

상기 구조는, 칩 안테나(40)의 접치판과 마찬가지로, 프로세서 회로(49) 등이 실장된 주 회로 기판(47)의 접지판에 사용할 수 있어, 칩 안테나(40)는 λ/4형 안테나로서 사용할 수 있다. 따라서, 이것은 칩 안테나(40)를 최소화할 수 있고, 이에 따라 안테나 장치를 최소화할 수 있다. 상기 구조는 안테나 장치가 전자기기에 내장된 경우 실장 공간을 줄일 수 있고, 이에 따라 전자기기의 박형화과 소형화를 실현한다. 따라서, 상술한 소형화를 유지하면서, 이미지 전류에 의한 송수신 이득 및 크라운 도체(41)의 기능에 의한 주파수 대역의 확장 성능을 향상시킬 수 있다. 이 주파수 대역의 확장은 높은 송신율의 무선 통신을 달성한다.

또한, 그것은 추가 송수신 주파수를 갖는 다중 채널 기능이 있는 두 개 이상의 칩 안테나(40) 유닛을 채용하는 것에 적합하다.

주 회로 기판(47)에 형성된 접지판의 에지가 주 회로 기판(47)의 가장자리(51)와 평행하지 않으면, 칩 안테나(40)는 보통 가장자리(51)가 아니라 접지판의 에지와 직각 방향으로 실장되어야 한다. 이런 식으로, 칩 안테나(40)는 생성된 이미지 전류를 잘 이용할 수 있다.

또한, 본 발명은 복수의 칩 안테나를 사용하여 다이버시티에 적용할 때 전자기기의 수신 기능의 향상에 유용하다. 예컨대, 두 개의 안테나 장치를 실장하는 경우, 안테나 장치에서 수신된 전력이 높은 신호를 선택적으로 복조함으로써 수신 기능의 향상을 위해 선택적 다이버시티를 실행하고, 수신된 전력에 근거하여 조합된 최대 비율을 만드는 조합 다이버시티를 실행하는 것이 적당하다.

상술한 바와 같이, 안테나 장치는 크라운 도체를 마련함으로써 광대역 동작을 달성하고, 일반적으로 주 기판과 동일한 평면에 배치된 보조 기판 위에 크라운 도체를 실장하며, 주 기판에 마련된 접지판을 사용함으로써 이득을 높게 향상시키고, 보조 기판에 크라운 도체를 실장함으로써 크라운 도체의 형상과 크기에 대한 설계 유연성을 확보할 수 있다.

(실시예 3)

본 실시예 3에서는, 휴대 단말 등에 칩 안테나를 실장할 때 칩 안테나의 성능을 유지하면서 실장 공간을 감소시키는 방법에 대하여 설명한다.

휴대 단말 등에 칩 안테나를 실장할 때, 칩 안테나를 회로 기판의 최상단부에 실장하는 것은 통상 실행되는 것이다. 이것에는 면적이 넓은 회로 기판이 필요하다. 그 결과로, 이것은 당연히 회로 기판의 크기를 크게 하여, 회로 기판을 수용하는 휴대 단말도 크게 만들고, 이에 따라 소형화를 달성하기가 곤란해진다.

특히, 소형화 때문에 λ/4형의 칩 안테나를 사용하는 경우에는, 요구된 이득을 확보하기 위해 충분한 크기의 접지판이 필요하다. 또한 그것은 접지판에 따라 달라지기 때문에 안테나를 실장하기 위해 큰 공간이 필요하게 된다. 상기에 따라, 회로 기판과 전자기기의 크기가 모두 더 증가하는 것을 피할 수 없다는 문제를 일으킨다.

반대로, 본 실시예의 칩 안테나를 사용하면, 칩 안테나가 3차원으로 사용 가능한 공간을 이용하여 실장 크기를 효과적으로 줄일 수 있기 때문에, 소형화가 달성되어 휴대 단말 등의 내부의 최적의 실장 구조를 실현할 수 있다.

도 31, 32, 33, 34는 본 실시예 3에 따른 안테나 장치의 구조를 나타내는 개념도이다.

안테나 장치는 칩 안테나(55), 회로 기판(56), 회로 실장 영역(57), 안테나 실장 기판(58), 접지판(59), 굴곡부(angled portion)(60) 및 단축길이(61)로 구성된다.

도 31에서 볼 수 있듯이, 안테나 실장 기판(58)의 주 표면은 회로 기판(56)의 주 표면(즉, 회로 실장 영역(57)이 위치한 표면)에 대하여 경사져 있다. 회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 칩 안테나(55)는 신호를 수신하여 회로 기판(56)에 실장된 회로 소자로 송신한다. 한편, 회로 소자는 칩 안테나(55)에 신호를 공급한다. 회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58)은 경사각을 갖고 전기적으로 접속되어도 좋고, 하나의 에폭시 기판을 상기 각으로 구부려 형성해도 좋고, 상기 각으로 배열되어 개별적으로 마련된 회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58)을 마련해도 좋다. 이와 같이, 회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58)이 경사각을 갖도록 마련하기 위해, 그들 사이에 물리적인 거리를 두거나 또는 두지 않고, 접착 결합, 용접, 기계적 결합, 나사식 실장 등으로 그들을 연결할 수 있다.

칩 안테나(55)는 복수의 나선형 도체를 가진 어떠한 종류라도 좋고, 또는 하나의 나선형 도체만을 가진 단일 공진형이라도 좋다.

또는, 그 후에 회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58)을 개별적, 기계적으로 끌어당긴다.

또한, 도 31에는 도시하지 않지만, 안테나 실장 기판(58)과 회로 소자 사이의 회로 기판(56) 위에 쉴드판(shield plate)을 배치하는 것이 바람직하다. 쉴드판은 이들 사이의 상호 간섭을 확실히 경감시킬 수 있다.

회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58) 사이의 굴곡부(60)의 각도가 외장의 형태 등에 따라 임의로 결정될 수 있지만, 회로 기판(56)과 그에 대항하는 안테나 실장 기판(58)의 표면에 의해 형성된 각 θ는 단축길이(reduced length)(61)를 최대화하기 위해 90° 이하인 것이 바람직하다. 또한, 각 θ를 90°보다 작게 더 줄임으로써 안테나 실장 기판의 높이 H를 감소시킬 수 있다. 그러나, 각 θ가 과도하게 작아지면 칩 안테나가 회로 실장 영역(57)의 회로 소자에 너무 가까워지기 때문에 상호 간섭 등의 문제를 일으킨다. 그러므로, 70°와 100° 사이의 각으로 설정하는 것이 바람직하고, 또한, 강도와 실행가능성을 고려하면 일반적으로 수직을 유지하는 것이 더 바람직하다.

종래 장치에서는, 회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58)이 분리되지 않고, 하나의 동일한 평면 위에 배치된 하나의 기판에 마련된다. 이에 비해, 도 31에 도시한 구조는, 안테나 실장 기판(58)을 대략 굴곡부(60)에서 구부리고, 칩 안테나(55)와 접지판(59)은 이 안테나 실장 기판(58)에 실장된다.

이 구조는 안테나 실장 기판(58)을, 처리 회로 내의 LSI 및 이산 소자(discrete element)가 실장된 회로 기판(56)에 대하여 경사지게 함으로써 3차원 공간을 효과적으로 이용할 수 있어, 단축길이(61)로 나타낸 공간을 절약할 수 있다. 이것은 단축길이(61)의 연장에 의해 회로 기판의 전체 길이를 감소시켜, 이들 기판 또는 전자기기를 수용하는 외장의 소형화를 실현한다. 특히, 휴대 단말 등의 이들 장치의 케이스 크기 및 형상이 회로 기판에 따라 크게 변하기 때문에, 단축길이(61)에 의해 절약된 공간은 소형화가 요구되는 휴대 단말의 길이를 단축시킬 수 있다. 여러 가지 처리 회로 및 안테나 소자가 하나의 평면의 회로 기판에 실장된 종래 장치의 구조에서는, 안테나 소자는 회로 실장 영역(57)이 회로 소자의 간섭을 받는 것을 방지하기 위한 넓은 완충 영역을 필요로 한다. 경사진 안테나 실장 기판(58)을 갖는 본 실시예의 구조는, 이들 회로 소자의 상호 간섭을 경감시키기 때문에 완충 영역을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 구부려진 안테나 실장 기판(58)의 높이 H를 단축길이(61)와 동일하게 할 필요가 없다. 안테나 실장 기판(58)의 높이 H가 이들 기판이 수용된 외장의 두께보다 더 두껍지만, 완충 영역의 감소가 단축길이(61)의 일부에 기여하여 높이 H가 조금도 커지는 일이 없기 때문에, 외장에 추가의 두께가 요구되는 단점이 거의 없다. 따라서, 본 실시예는 두께의 증가없이 길이의 감소를 실현함으로써 휴대 단말 등의 장치의 전체 부피를 감소시킬 수 있다.

이와 같이, 본 실시예는 3차원 공간을 이용하여 이득 등의 성능을 유지하면서, 전체적으로 실장의 효율성을 향상시킨다. 본 실시예는 셀룰러폰 등의 휴대 단말에 매우 적합하게 이용되지만, 예컨대, 무선 LAN이 장착된 노트북 컴퓨터 등의 무선 통신 기능이 있는 다른 전자기기에도 적합하게 이용할 수 있다.

도 32에서는, 칩 안테나(55)는 일반적으로 안테나 실장 기판(58)과 회로 기판(56) 사이의 접합선과 평행한 위치에 실장된다. 칩 안테나(55)가 일반적으로 병렬로 실장되면, 칩 안테나(55) 내에서 생성된 전류의 밀도가 증가하는 쪽으로 접지판(59)에서 생성된 이미지 전류의 도움을 받지 못하고, 이에 따라 송수신 이득의 향상에 방해가 된다. 그러나, 그것은 안테나 실장 기판(58)의 높이 H를 자연스럽게 감소시키기 때문에 실장의 전체 부피를 감소시키는 이점은 여전히 있다.

도 33에서, 칩 안테나(55)는 일반적으로 회로 기판(56)과 안테나 실장 기판(58) 사이의 접합선과 수직인 위치에 실장된다. 이 경우, 접지판(59)에서 생성된 이미지 전류가 칩 안테나(55)에서 생성된 전류의 밀도를 증가시키는 것과 동일한 벡터를 갖기 때문에, 칩 안테나(55)의 송수신 이득의 향상을 위한 이미지 전류의 기여가 거의 최대로 된다. 따라서, 일반적으로 수직인 칩 안테나(55)의 이런 실장 배치는 안테나 실장 기판(58)의 높이 H가 최대로 된다고 하여도 송수신 이득을 최대화하는 이점을 제공할 수 있다.

한편, 도 34에서는, 칩 안테나(55)가 대각선 방향으로 실장된다. 이 예에서는, 송수신 이득의 향상을 위애 접지판(59)에서 생성된 이미지 전류의 기여가 중간 수준이고, 또한 실장에 필요한 높이 H도 중간 정도로 된다. 따라서, 이 실장 방향은 송수신 이득과 안테나 실장 기판(58)의 높이 H 사이의 균형을 조정하는 데 적합하다. 칩 안테나(55)의 실장이 대각선 방향이면, 칩 안테나(55)가 접합선에 대하여 30°와 60° 사이의 경사각을 형성하도록 마련되어 가장 적절한 균형을 달성하는 것이 바람직하다. 그러나, 이것은 반드시 다른 실장각은 배제해야 한다는 뜻은 아니다.

칩 안테나(55)는 회로 기판(56)에 대향하는 다른 면 후방의 안테나 실장 기판(58)의 표면에 실장되는 것이 바람직하다. 이 실장 위치는 칩 안테나(55)와 회로 실장 영역(57)에 실장된 여러 가지 회로 소자 사이의 상호 간섭을 경감시켜, 안테나의 성능을 향상시킨다. 또한, 이것은 상기한 완충 영역을 더 감소시킬 수 있다. 셀룰러폰의 경우, 사용자의 요구로 인해, 안테나 실장 기판(58)을 셀룰러폰의 윗부분에 배치하는 것은 통상의 기술이다. 칩 안테나(55)가 안테나 실장 기판(58)의 뒷면에 실장되면, 셀룰러폰의 윗부분으로부터 바깥쪽의 공간을 막지 않는 넓은 각을 얻을 수 있어 송수신 기능을 향상시키는 이점이 있다. 물론, 필요하다면 안테나의 성능 수준을 고려하여, 칩 안테나(55)를 회로 기판(56)에 대향하는 안테나 실장 기판(58)의 표면에 실장해도 좋다. 또한, 실시예 2에서 설명한 바와 같이, 칩 안테나(55)의 개방단에 크라운 도체를 제공함으로써 부하 용량을 증가시키고, 넓은 주파수 대역을 확립하는 것이 바람직하다. 크라운 도체는 회로 패턴, 땜납부 등을 사용하여 여러 가지 형상으로 형성할 수 있다.

또한, 도 35에 도시한 바와 같이, 안테나 실장 기판(58)을 회로 기판(56)의 세로 방향으로 실장해도 좋다. 안테나 실장 기판(58)을 회로 기판(56)의 세로 방향과 평행하게 실장함으로써, 칩 안테나(55)도 세로 방향과 평행한 방향으로 마련되어 세로 방향을 갖는 선의 지향성의 축을 유지한다. 따라서, 셀룰러폰 등의 효과적인 지향성을 생산할 수 있다. 지향성을 조정하기 위해, 안테나 실장 기판(58)은 회로 기판(56)의 세로 방향과 평행한 방향만이 아니라 어떤 각도로 배치할 수 있다.

다음에, 칩 안테나(55)를 하나의 평면의 회로 기판에 실장한 종래 기술의 또 다른 샘플과 반대로, 본 발명에 따라, 이 안테나 장치의 샘플을 실제로 생산하여, 칩 안테나(55)가 회로 기판(56)에 경사각을 갖고 결합된 안테나 실장 기판(58)에 실장된 장치의 크기를 측정한다.

각각의 경우에, 요구된 처리 회로를 실장하기 위해 필요한 크기의 회로 기판(56), 칩 안테나(55), 안테나 실장 기판(58), 전원이 함께 조립되고, 그들이 차지하는 부피를 필요한 수용 부피로서 측정한다. 필요한 수용 부피는, 종래 기술의 샘플의 경우 4,720㎟였고, 본 발명에 따라 제작된 샘플의 경우 3,135㎟로, 부피를 거의 35% 감소시킨 것이다. 당연히 회로 기판의 전체 크기도 단축된다.

다음에, 이런 방식으로 칩 안테나를 실장한 경우에도 만족스러운 안테나 성능을 얻을 수 있다는 것에 대하여 설명한다.

도 36(a), 36(b), 36(c)는 칩 안테나가 하나의 평면의 회로 기판에 실장된 종래의 안테나 장치의 실험 결과를 나타난다. 도 36(a)는 실험에 사용된 안테나의 구조를 나타내는 개념도이고, 도 36(b)는 VSWR에 대한 실험 결과를 나타내는 그래프이며, 도 36(c)는 이득 특성에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다. 도 37(a), 37(b), 37(c)는 실시예 3의 샘플의 실험 결과를 나타낸다. 도 37(a)는 실험에 사용된 안테나의 구조를 나타내는 개념도이고, 도 37(b)는 VSWR에 대한 실험 결과를 나타내는 그래프이며, 도 37(c)는 이득 특성에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 36(a), 37(a)에서 분명히 알 수 있듯이, 종래 기술의 장치는 하나의 평면의 회로 기판에 실장된 칩 안테나를 갖고, 본 발명의 장치는 안테나 실장 기판에 실장된 칩 안테나를 갖는다. VSWR 특성에 대한 이들 실험 결과로부터 명백하듯이, 본 발명의 안테나 장치가 종래 기술의 안테나 장치에 비하여 유리하다. 또한, 본 발명의 안테나 장치가 동등 또는 더 나은 이득 특성을 갖고, 안테나 성능도 충분히 확보하는 것을 도 36(c), 도 37(c)로부터 명백히 알 수 있다.

상기 결과로부터 알 수 있듯이, 칩 안테나(55)와 접지판(59)이 회로 기판(56)에 경사각을 갖고 배치된 안테나 실장 기판(58)에 실장된 구조는 송수신 이득 등의 안테나 성능을 저하시키지 않고 3차원 공간의 효과적인 사용을 실현할 수 있고, 이에 따라 전자기기의 길이 및 전체 크기의 단축을 달성한다.

따라서, 안테나 장치는 회로 기판(56)의 길이가 하우징 외장의 길이보다 작고, 안테나 실장 기판(58)의 높이 H가 하우징 외장의 두께보다 작도록 미리 설계되면, 안테나 장치는 전자기기에 필요한 부피 사양을 만족시킨다.

도 38(a), 38(b)는 본 실시예 3에 따른 셀룰러폰의 구조를 나타내는 개념도로서, 칩 안테나(55)를 경사진 안테나 실장 기판(58)에 실장한다. 도 38(a), 38(b)는 전자기기의 예로서 셀룰러폰을 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 각종 휴대 단말, PDA 및 노트북 컴퓨터 등의 무선 통신용의 다른 전자기기도 포함한다.

셀룰러폰은 외장(62) 내부에 전원(63) 및 셀룰러폰(64)을 포함하고, 두 개의 칩 안테나(55)를 가진 예를 나타낸다. 이것은 다이버시티 및 추가의 복수의 다중 공진을 의도한 설계이다. 도 38(a), 38(b)에서 분명히 볼 수 있듯이, 안테나 실장 기판(58)은 회로 기판(56)에 경사각을 갖고 배치되어 3차원 공간을 효과적으로 사용하여 실장 길이를 감소시킨다. 따라서, 본 발명은 셀룰러폰 등의 휴대 단말의 길이 및 전체 크기의 단축에 매우 효과적이다.

이러한 휴대 단말은 이하에 설명하는 식으로 동작한다.

칩 안테나(55)는 회로 기판(56)에 임의의 각으로 결합된 안테나 실장 기판(58)에 실장된다. 회로 실장 영역(57)은 처리 장치를 포함한다. 수신 모드 중에, 칩 안테나(55) 중 하나는 바깥 공간으로부터 전달된 전자기파를 수신한다. 필요하다면 수신된 신호에 대해 주파수를 낮게 하는 다운 컨버전을 실시하고, 원래의 아날로그 데이터 또는 디지털 데이터는 검출 및 복조 후에 복구된다. 음성 및 영상은, 필요하면 오류 검출 및 정정을 실행한 후, 복구된 데이터로부터 재생된다. 재생된 음성 및 영상은 스피커, LCD 화면 등에 의해 사용자가 사용가능한 형태로 바뀐다.

송신 모드에서는, 처리 장치는 필요한 데이터를 변조하기 위해 사전 송신 처리를 실행한다. 칩 안테나(55)는 송신 처리된 데이터 신호를 전자기파로서 바깥 공간으로 송신하고, 송신을 완료한다.

송수신 중에, 이들 칩 안테나가 복수의 주파수에 적용되기 때문에, 그들은 수신 모드에서 900㎒ 대역과 1,800㎒ 대역 사이에서 임의의 원하는 주파수 대역으로 수신하고, 송신 모드에서 원하는 주파수로 송신할 수 있다.

칩 안테나와 필요한 접지판을 내장한 안테나 실장 기판이 회로 소자가 마련된 회로 기판에 대해 설정 각도로 배치된 상술한 안테나 장치 때문에, 이 구조는 칩 안테나를 실장하기 위해 3차원 공간의 효과적인 사용을 가능하게 한다. 또한, 안테나를 실장하기 위해 필요한 길이를 동일한 하나의 평면으로부터 배제할 수 있기 때문에, 본 발명은 회로 기판의 길이를 단축할 수 있고, 그 결과 전자기기와 마찬가지로 하우징 외장의 세로 길이를 단축할 수 있다. 또한, 안테나 실장 기판이 경사져 있고, 칩 안테나가 안테나 실장 기판의 이면측에 실장되어 있기 때문에, 간섭 등을 방지하기 위한 완충 영역이 필요없고, 따라서, 안테나 실장 기판의 높이도 약간만 필요하다. 따라서, 안테나 실장 기판이 기울어져 있어도, 외장의 두께에 악영향을 미치지 않고 크기를 줄일 수 있다.

또한, 칩 안테나와 그에 따른 접지판이 회로 기판에 경사각을 갖고 형성된 안테나 실장 기판에 마련되기 때문에, 본 발명은 송수신 이득 등의 안테나 성능을 충분히 확보할 수 있다.

다음에, 칩 안테나가 휴대 단말의 사용시 아래쪽으로 가도록 휴대 단말의 내부 일단에 실장되는 실시예에 대하여 설명한다.

휴대 전화의 사용 중에 안테나로부터의 전자기적 방사의 영향인 SAR(Specific Absorption Rate; 전자파 인체 흡수율)에 대한 문제가 있다. 사용중에 아래쪽에 오게 되는 것은 휴대 단말의 부분에 실장된 칩 안테나가 이러한 영향을 감소시키는 수단으로서 매우 효과적이다. 이 구조는, 회로 기판을 외장 내에 내장하여 휴대 단말을 완성하는 경우, 사용중 휴대 단말의 아래쪽으로 오는 회로 기판의 부분에 칩 안테나를 실장함으로써 달성된다. 또는, 안테나 실장 기판이 휴대 단말의 아래쪽에 위치하도록 하는 방법으로 경사진 안테나 실장 기판이 부착된 주 기판을 실장함으로써 동일한 구조를 달성할 수 있다. 칩 안테나는 기판에 형성된 나선형 도체와 함께 제조되기 때문에, 작아서, 휴대 단말의 소형화와 박형화를 방해하지 않고 아래쪽 공간에 실장할 수 있다. 또한, 회로 기판에 대해 경사진 안테나 실장 기판을 휴대 단말의 아래쪽 공간에 배치하는 이 구성은 SAR의 악영향의 감소를 실현하고, 동시에 휴대 단말의 길이 단축을 달성할 수 있다. 또한, 칩 안테나 주위에 쉴드를 배치하고, 칩 안테나가 매우 작은 크기로 구성될 수 있는 이점을 취하는 것에 의해 SAR을 더 감소시키고, 휴대 단말의 소형화와 박형화의 장애물을 실제로 적게 할 수 있다.

도 38(b)를 이용하여, 칩 안테나가 휴대 단말의 아래쪽에 마련된 경우 SAR의 감소 효과를 나타내는 실험 결과에 대하여 설명한다. 도 38(b)는 실시예 3에 따른 SAR의 입증표이다.

도 38(b)에서, 이 표는 칩 안테나가 휴대 단말의 위쪽에 배치된 경우와, 칩 안테나가 휴대 단말의 아래쪽에 배치된 경우의 SAR의 값을 포함한다. 칩 안테나는 개별적인 소자로서 회로 기판에 실장되어도 좋고, 또는, 회로 기판에 각도를 갖고 부착된 안테나 실장 기판에 실장되어도 좋다.

도 38(b)의 표에서 분명하듯이, 칩 안테나가 아래쪽에 배치된 경우, 위쪽에 배치된 경우와 비교하여, SAR의 값은 900㎒, 1,800㎒, 1,900㎒의 모든 주파수 대역에서 매우 작다. 이 값은 어떤 주파수 대역에서는 거의 1/10 정도로, 실질적인 감소 비율을 나타낸다. SAR의 값의 이러한 감소는 사용자에 대한 전자기적 방사의 역효과를 감소시킬 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 다중 공진에서 동작 가능한 칩 안테나는 어느 공진 주파수에서나 SAR 값을 감소시키는 것이 명백하고, 다중공진 칩 안테나의 특성을 더 향상시킨다.

상기와 같이, 칩 안테나의 상기 실장 구성은, 전자기적 방사의 영향인 SAR 값을 감소시키면서, 칩 안테나가 내장된 전자기기의 크기, 길이, 두께의 단축을 달성할 수 있다.

(실시예 4)

실시예 4에서는, 칩 안테나가 장착된 전자기기의 예에 대하여 설명한다.

도 39는 실시예 4에 따른 휴대 단말의 사시도이고, 도 40은 실시예 4에 따른 휴대 단말에서의 처리를 나타내는 블럭도이며, 도 41은 실시예 4에 따른 노트북 컴퓨터의 사시도이고, 도 42는 실시예 4에 따른 노트북 컴퓨터에서의 처리를 나타내는 블럭도이다.

도 39, 40에서, 휴대 단말은 음성을 음성 신호로 변환하는 마이크(100)와, 음성 신호를 소리로 변환하는 스피커(102)와, 다이얼 버튼 등을 갖는 제어 패널(102)과, 착신 등을 표시하는 디스플레이(103)와, 공중 네트워크 등에 접속된 기지국과 전자기파를 교환하는 안테나(104)와, 마이크(100)로부터의 음성 신호를 변조하여 송신 신호로 변환하는 송신기(105)를 구비하고, 송신기(105)에서 생성된 송신 신호는 안테나(104)로부터 외부로 방사된다. 수신기(106)는 안테나(104)를 통해 수신된 신호를 음성 신호로 변환하고, 차례대로 스피커(101)에 의해 들을 수 있는 소리로 변환한다. 안테나(107)는, 도시하지 않지만, 데스크탑 컴퓨터, 휴대형 컴퓨터, 무선 LAN 시스템, 기지국 등의 또 다른 휴대 단말 장치 중 적어도 하나와 전자기파의 송수신을 실행하고, 도 1, 도 8 등에 나타낸 칩 안테나의 어느 하나를 채용한다. 송신기(108)는 데이터 신호를 데이터 송신 신호로 변환하고, 안테나(107)를 통해 데이터 송신 신호를 송신한다. 수신기(109)는 안테나(107)를 통해 수신된 데이터 수신 신호를 데이터 신호로 변환한다. 제어기(110)는 송신기(105)와, 수신기(106)와, 제어 패널(102)과, 디스플레이(103)와, 송신기(108)와, 수신기(109)를 제어한다.

안테나(107)는 일반적으로 휴대 전화의 외장 내부에 수용된다. 예컨대, 휩 안테나는 안테나(104)로서 사용되기에 적당하다. 안테나(104)는 보통 전화 통화용 안테나로서 사용되고, 안테나(107)는 무선 LAN 통신 및 데이터 통신 등의 다른 시스템 및 다른 장치와의 데이터 통신을 제공하는 데 사용된다.

실시예 4에서는, 안테나(104)가 전화 통화용으로 마련되지만, 안테나(104)와 관련 수신기(106) 및 송신기(105)를 생략해도 좋다. 데이터 통신과 마찬가지로, 복수의 주파수에서 공진할 수 있기 때문에, 전화 통화를 위한 전자기파의 송수신은 안테나(107)로 할 수 있다.

또한, 안테나(107)의 하나의 송수신 능력은 전화 통화를 위한 다이버시티 안테나 및 GPS, 데이터 통신을 위한 다른 것으로 이용할 수 있다.

이와 같이, 안테나(107)로서 다중 공진형 칩 안테나의 사용은 내장 안테나 구조를 간략화하고 소형화할 수 있고, 또한 휴대 단말의 크기를 감소시킬 수 있다. 칩 안테나는 복수의 주파수에 적용할 수 있기 때문에, 그것은 하나의 휴대 단말을 여러 가지 주파수와 무선 통신을 실행하도록 할 수 있다.

이하에 도 39, 40에 도시한 이동 통신 장치의 동작의 일례를 설명한다.

착신이 있으면, 수신기(106)는 제어기(110)로 착신 신호를 송신하고, 제어기(110)는 착신 신호에 따라 사전결정된 문자 등을 디스플레이(103)에 표시한다. 사용자가 제어 패널(102)의 버튼 등을 눌러서 전화를 받겠다는 뜻을 나타내면, 신호는 제어기(110)로 송신되고, 차례대로 관련 요소를 착신 모드로 설정한다. 이것은 안테나(104)로 수신한 신호가 수신기(106)에서 음성 신호로 변환되고, 음성 신호는 스피커(101)로부터 들을 수 있는 소리로서 출력되며, 마이크(100)로부터 입력된 음성 메시지는 음성 신호로 변환되고 송신기(105)를 통해 안테나(104)로부터 외부로 송신되는 것을 의미한다. 다음에 발신의 일례를 설명한다. 발신이 있는 경우, 발신의 초기화를 나타내는 신호가 먼저 제어 패널(102)로부터 제어기(110)로 입력된다.

그 후에, 전화 번호에 따른 신호가 제어 패널(102)로부터 제어기(110)로 송신되고, 제어기(110)는 송신기(105)와 안테나(104)를 통해 전화 번호의 신호를 송신한다. 송신된 신호에 따라 통신 경로의 확립하면, 안테나(104)와 수신기(106)를 통해 그 취지의 또 다른 신호가 제어기(110)로 송신되고, 제어기(110)는 개개의 요소를 발신 모드로 설정한다. 이것은 안테나(104)로 수신된 신호가 수신기(106)에서 음성 신호로 변환되고, 음성 신호는 스피커(101)로부터 들을 수 있는 소리로 출력되고, 마이크(100)로부터 입력된 음성 메시지는 음성 신호로 변환되고 송신기(105)를 통해 안테나(104)로부터 외부로 송신된다는 것을 의미한다.

데이터 통신의 경우, 송신되어야 할 데이터는 송신기(108)에서 사전결정된 형태의 신호로 변환되고, 안테나(107)를 통해 다른 시스템, 다른 전자기기 등으로 송신된다. 다른 시스템, 다른 전자기기 등으로부터 송신된 신호는 안테나(107)로 입력되고, 수신기(109)에 의해 사전결정된 형태의 데이터로 변환되며, 어떤 경우에는 직접 디스플레이(103)에 입력되어 화상 등을 표시한다. 또 다른 경우에는, 데이터가 사전결정된 형태로의 변환을 위해 제어기(110)에 의해 처리되고, 디스플레이(103)에 화상을 표시하거나 스피커(101)로부터 임의의 소리를 재생한다.

GSM 시스템에서는 900㎒ 대역, GSM-1800에서는 1,800㎒ 대역, PCS 시스템에서는 1,900㎒ 대역 등의 휴대 단말용의 복수의 주파수를 갖는 복수의 규격이 있다. 실시예 1에서 설명한 것 등의 칩 안테나는 상기 종류의 휴대 단말을 실현하는 데 상당히 유용하다.

다음에 노트북 컴퓨터에 적용한 칩 안테나의 일례에 대하여 설명한다.

도 41, 42에서는, 노트북 컴퓨터(200)는 표시부(201)를 수용하는 외장 케이스(200a)와, 입력 유닛(202)을 수용하는 외장 케이스(200b)를 구비한다. 외장 케이스(200a)와 외장 케이스(200b)는 힌지(hinge) 등으로 연결된다. 이 예에서는 노트북 컴퓨터(200)를 예시했지만, 본 실시예 4는 전자 노트북 등의 다른 휴대 장치 및 네트워크 장치에도 적합하다.

노트북 컴퓨터(200)에는 칩 안테나(203)가 마련된다. 도 1 내지 도 9에 도시한 실장 가능한 칩 안테나는 안테나(203)로서 사용하기에 적합하고, 칩 안테나(203)는 외장 케이스(200a, 200b) 중 적어도 하나에 내장된다. 외장 케이스(200a, 200b)를 열었을 때 좋은 송수신 성능을 실증하기 위해 칩 안테나(203)를 외장 케이스(200a)의 상단부에 실장하여, 비교적 높은 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 송수신기(204)는 안테나(201)에서 수신된 수신 신호를 수신 데이터 신호로 변환하고, 송신해야 할 송신 데이터를 송신 신호로 변환한다. 입력 유닛(202)은 키보드, 팬패드, 음성 입력 장치 등으로 구성되고, 외부로 송신되어야 할 입력을 수신한다. 디스플레이(201)는 외부로부터 송신된 데이터 및 입력 유닛(202)으로부터 입력된 데이터를 표시한다. LCD 디스플레이, CRT 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 등은 디스플레이(201)로서 사용하기에 적당하다. 스토리지(205)는 송신된 데이터 등을 저장한다. 하드디스크 드라이브, 플렉서블 디스크 드라이브, DVD 드라이브 등의 광디스크 드라이브, 자기 광디스크 드라이브, CD-R 드라이브 및 데이터를 저장하고 검색할 수 있는 CD-RW 드라이브는 스토리지(205)로서의 사용에 적당하다. 제어기(206)는 개개의 요소를 제어한다.

상기와 같이 구성된 노트북 컴퓨터가 무선 LAN 시스템에 사용되는 경우의 동작의 일례에 대하여 설명한다.

각 시스템에 대하여 다른 주파수를 사용하여 데이터를 송수신하는 무선 LAN 시스템이 있다. 상기와 같이 칩 안테나를 사용하면, 노트북 컴퓨터(200)를 하나의 안테나만으로 복수의 시스템에 액세스할 수 있도록 하고, 이에 따라 노트북 컴퓨터(200)의 크기 감소를 달성할 수 있다.

안테나(203)가 무선 LAN 시스템의 안테나로부터 송신된 전자기파를 수신한 경우, 사전결정된 화상을 스토리지(205)에 저장하거나 디스플레이(201)에 표시하도록 처리되면 송수신기(204)는 전자기파에 대응하는 신호를 사전결정된 형태의 신호로 변환하고, 제어기(206)는 신호를 송신한다. 입력 유닛(202)으로부터 입력된 데이터 또는 스토리지(205)에 저장된 데이터가 무선 LAN 시스템에 송신되면, 제어기(206)는 사전결정된 형태로 처리된 후의 데이터를 송수신기(204)에 송신하며, 송수신기(204)는 데이터를 신호로 변환하고, 그들을 전자기파로서 안테나(203)로부터 무선 LAN 시스템으로 송신한다.

무선 LAN 시스템은 주로 2.4㎓ 대역 및 5㎓ 대역을 사용하여 실시예 1에서 설명한 칩 안테나 모두 매우 유용하다.

따라서, 본 발명은, 휴대 단말을 복수의 주파수의 송수신이 가능한 칩 안테나로 구성함으로써, 하나의 휴대 단말 등이 복수의 서로 다른 주파수를 사용하여 무선 통신을 실행할 수 있게 하고, 이에 따라 다중 단말 등을 매우 쉽게 실현한다.

(실시예 5)

실시예 5에서는, 칩 안테나의 제조 과정에 대하여 설명한다.

도 43은 실시예 5에 따른 칩 안테나의 제조 과정을 나타내는 흐름도이다.

제조 과정은 블렌딩 처리(300), 믹싱 처리(301), 미립화 처리(302), 몰딩 처리(303), 가열 처리(304), 제 1 전극 형성 처리(305), 레이저 트리밍 처리(306), 제 2 전극 형성 처리(307) 및 외주 코팅 처리(308)로 구성된다.

우선, 알루미나를 주성분으로 갖는 세라믹 물질을 혼합한다. 주성분인 알루미나를 제외한 포스테라이트(forsterite), 지르코니아(zirconia), 주석, 티탄산계 물질, 티탄산 마그네슘계 물질, 티탄산 칼슘계 물질, 티탄산 바륨계 물질 등을 필요에 따라 혼합한다. 여기서 사용된 혼합 구성의 일례로 92wt-% 이상의 Al₂O₃, 6wt-% 이하의 SiO₂, 1.5wt-% 이하의 MgO, 0.1wt-% 이하의 Fe₂O₃, 0.3wt-% 이하의 Na₂O로 구성된 것이 있다. 당연히 피할 수 없는 일정량의 불순물은 항상 있다. 개개의 성분이 가중되어 혼합된다.

혼합된 성분은 완전히 섞일 때까지 믹싱로(mix furnace) 등에서 뒤섞인다.

혼합된 물질은 미립화 처리(302)를 거쳐, 그것을 원하는 직경으로 만들기 위해 입자 크기를 조정한다. 입자의 직경이 너무 크면, 강도 등에 결함이 있는 문제가 생기기 때문에, 최적의 입자 직경을 만들기 위한 미립화 처리(302)가 필요하다.

미립화 처리(302)에서 조정된 입자 크기를 갖는 혼합 물질은 몰딩 처리(303)에서 원하는 형상으로 형성된다. 몰딩 처리에서, 물질을 몰딩다이 또는 원하는 형상으로 만드는 기구 등에 넣어 2 내지 5톤의 압력을 가한다. 몰딩의 형상은 기체에 적합한 구성과 크기를 갖는다.

몰딩된 소자체는 가열 처리(304)에서 가열되어 필요한 강도를 확보한다. 가열 온도는 대략 1,500 내지 1,600℃, 가열 시간은 대략 1 내지 3시간으로 하는 것이 바람직하다. 가열 온도와 가열 시간은 사용된 물질의 종류 및 소자체의 크기와 형상에 따라 달라진다.

도전막은 제 1 전극 형성 처리(305)에서 가열된 기체의 표면에 형성된다. 막은 구리로, 예컨대 무전해도금(electroless plating), 증착 및 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성되어도 좋다. 금, 백금, 팔라듐, 은, 텅스텐, 티타늄, 니켈 및 주석 등의 다른 물질을 사용하여 무전해도금, 증착 또는 스퍼터링의 방법에 의해 막을 형성한다.

제 1 전극 형성 처리(305)에서 도전막이 형성된 후, 레이저 트리밍 처리(306)에서 나선형 슬릿을 형성함으로써 나선형 도체를 형성한다. YAG 레이저, CO₂ 레이저 및 엑시머 레이저는 레이저 트리밍에 사용되는 몇가지 예이다. 트리밍된 슬릿은 회전 지지대에 의해 고정된 기체 상의 도전막에 레이저빔을 조사함으로써 형성된다.

제 2 전극 형성 처리(307)에서는, 바깥쪽 도전층이 레이저 트리밍 처리(306)에서 형성된 나선형 도체를 갖는 기체 위에 형성된다. 바깥쪽 도전층은 구리, 니켈, 주석 등의 물질로 전기분해 도금(electrolysis plating)에 의해 형성된다. 트리밍 슬릿에는 무전해도금막이 없기 때문에 전기분해 도금층은 트리밍 슬릿에 형성되지 않는다. 제 2 전극 형성 처리(307)에서는, 트리밍 슬릿이 아닌 표면 영역에만 새로운 도전층이 형성된다. 부가의 층은 실장후의 도전막의 영향에 대하여 도전성 및 강도를 향상시키는 이점이 있다.

마지막으로, 외주 코팅 처리(308)에서 보호막이 형성되어 칩 안테나의 제조가 완료된다. 보호막은 실시예 1에서 설명한 바와 마찬가지로, 관형상 막, 페이스트 형상 막, 전기 퇴적막 등 중 하나로 형성되어도 좋다.

본 발명은 이동 통신 장치 및 퍼스널 컴퓨터 등의 무선 통신을 실행하는 전자기기 등에 사용하는 칩 안테나에 관한 것이다. 칩 안테나는 소형이고, 또한 하나의 유닛만으로 복수 주파수의 전자기파를 송수신할 수 있다.

Claims (32)

1. 칩 안테나로서,

   기체(substrate)와,

   상기 기체에 마련된 복수의 나선형 도체와,

   상기 기체에 마련된 한 쌍의 단자를 구비하되,

   상기 복수의 나선형 도체 중 하나는 상기 한 쌍의 단자 중 하나와 전기적으로 접속되고, 상기 복수의 나선형 도체 중 다른 하나는 상기 한 쌍의 단자 중 다른 하나와 전기적으로 접속되는

   칩 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 나선형 도체는 서로에 대하여 전기적으로 도전성이 아닌 칩 안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 복수의 나선형 도체는 용량성 커플링된 칩 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 나선형 도체는 서로 전기적으로 접속된 칩 안테나.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 복수의 나선형 도체는 서로 전기적으로 접속되고 단일의 도전막으로 형성된 칩 안테나.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 나선형 도체 및 상기 한 쌍의 단자는 동일한 도전막에 의해 형성된 칩 안테나.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 단자 중 하나는 상기 한 쌍의 단자 중 하나에 신호 전류를 공급하는 급전부에 접속되고, 상기 한 쌍의 단자 중 다른 하나는 개방단(open ended)인 칩 안테나.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 복수의 나선형 도체 중 하나는 복수의 송수신 주파수 중 가장 높은 주파수에 대응하고, 상기 급전부에 접속된 상기 한 쌍의 단자 중 하나에 접속되는 칩 안테나.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체의 일부는 상기 한 쌍의 단자가 마련된 상기 기체의 부분보다 더 작은 단면을 갖는 칩 안테나.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 기체는 사각기둥, 원기둥, 삼각기둥, 타원기둥 중 어느 하나로 구성된 칩 안테나.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 기체는 원기둥, 타원기둥 중 어느 하나로 구성되고, 상기 한 쌍의 단자가 배치된 상기 기체의 일부는 정육면체 형상인 칩 안테나.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 기체는, 단면이 사각형이고, 세로 방향이 아닌 가로 방향으로 더 긴 길이를 갖는 칩 안테나.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 기체의 일부는 상기 기체의 다른 부분보다 더 큰 단면을 갖는 칩 안테나.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 더 큰 단면을 갖는 부분에는 상기 복수의 나선형 도체의 어느 것도 마련되지 않는 칩 안테나.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 기체 위의 적어도 상기 복수의 나선형 도체를 덮는 보호막을 더 구비하는 칩 안테나.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 보호막은 관형상 보호막, 코팅된 보호막 및 전기 퇴적막(electro-deposited film) 중 하나를 구비하는 칩 안테나.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 복수의 나선형 도체는 도전막으로 덮인 상기 기체를 트리밍하는 것, 상기 기체 주위를 와이어로 감는 것 중 하나로 형성되는 칩 안테나.
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 칩 안테나는 적어도 GSM 대역과, DCS-1800 통신 대역의 주파수를 송수신하도록 동작 가능한 칩 안테나.
19. 제 1 항에 있어서,

    상기 칩 안테나는 길이 L, 높이 H, 폭 W가,

    4.0㎜ ≤ L ≤ 40.0㎜

    0.5㎜ ≤ H ≤ 10.0㎜

    0.5㎜ ≤ W ≤ 10.0㎜

    인 칩 안테나.
20. 제 7 항에 있어서,

    개방단인 상기 한 쌍의 단자 중 상기 다른 하나에 전기적으로 접속된 크라운 도체(crown conductor)를 더 구비하는 칩 안테나.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 크라운 도체는 상기 개방단에 접속된 상기 단자에 부가하여, 상기 기체의 다른 부분보다 더 큰 단면적을 갖는 상기 기체의 일부에 접속되고, 상기 더 큰 단면적을 갖는 부분은 상기 복수의 나선형 도체가 마련된 부분을 포함하지 않는 칩 안테나.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 크라운 도체는 일반적으로 삼각형, 사각형, 오각형, 원형, 타원형 중 하나인 칩 안테나.
23. 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 따른 칩 안테나를 구비한 안테나 장치로서, 상기 칩 안테나는, 상기 휴대 단말을 통상 사용 방향으로 들었을 때 아래쪽으로 가는 위치의 휴대 단말에 실장되는 안테나 장치.
24. 안테나 장치로서,

    청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 따른 칩 안테나와,

    신호 처리 회로를 내장한 주 기판과,

    신호를 급전하는 급전부와, 부하 용량을 지닌 크라운 도체와, 실장된 상기 칩 안테나를 구비한 보조 기판을 포함하고,

    상기 보조 기판은 상기 주 기판과 동일한 평면 또는 대략 동일한 평면에 배치되며,

    상기 칩 안테나의 상기 단자 중 하나는 상기 급전부에 접속되고, 상기 단자 중 다른 하나는 상기 크라운 도체에 전기적으로 접속되는

    안테나 장치.
25. 안테나 장치로서,

    청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 따른 칩 안테나와,

    급전부가 마련되고 신호 처리 회로를 내장한 주 기판과,

    크라운 도체가 마련된 보조 기판을 구비하되,

    상기 보조 기판은 상기 주 기판과 동일한 평면 또는 대략 동일한 평면에 배치되며,

    상기 칩 안테나의 상기 단자 중 하나는 상기 주 기판 상에 마련된 상기 급전부와 접속되고, 상기 단자 중 다른 하나는 상기 보조 기판 상의 상기 크라운 도체에 전기적으로 접속되는

    안테나 장치.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 주 기판 상에 마련된 접지판을 더 구비하고, 상기 칩 안테나는 상기 주 기판의 상기 접지판의 가장자리(side edge)에 대략 수직인 방향으로 배치되는 안테나 장치.
27. 안테나 장치로서,

    청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 따른 칩 안테나와,

    상기 칩 안테나를 내장한 안테나 실장 기판을 구비하되,

    상기 안테나 실장 기판은 회로 소자를 갖는 회로 기판에 전기적으로 접속되고, 상기 안테나 실장 기판은 상기 안테나 실장 기판의 주 표면이 상기 회로 기판의 주 표면에 대하여 경사지도록 배열되는

    안테나 장치.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 안테나 실장 기판의 상기 주 표면과 상기 회로 기판의 상기 주 표면 사이에 형성된 각은 70° 이상 100° 이하인 안테나 장치.
29. 제 27 항에 있어서,

    상기 회로 기판은 상기 안테나 실장 기판과 상기 회로 기판 상의 상기 회로 소자 사이에 위치한 쉴드(shield)를 갖는 안테나 장치.
30. 제 27 항에 있어서,

    상기 칩 안테나는 상기 칩 안테나의 세로 방향이 상기 회로 기판과 상기 안테나 실장 기판 사이의 접합선을 따른 가장자리에 대략 수직인 방향으로 실장되는 안테나 장치.
31. 통신 장치로서,

    송신 신호를 송신하고 수신 신호를 수신하기 위한 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 따른 칩 안테나와,

    음성을 음성 신호로 변환하고, 데이터를 데이터 신호로 변환하는 신호 변환기와,

    상기 변환된 음성 신호와 상기 데이터 신호를 상기 송신 신호로 변조하는 송신기와,

    상기 칩 안테나에 의해 수신된 수신 신호를 음성 및 데이터 신호로 복조하는 수신기와,

    데이터 입력을 받는 데이터 입력 유닛과,

    개개의 요소를 제어하는 제어기를 구비하는

    통신 장치.
32. 다른 시스템 및 다른 전자기기와 데이터의 무선 송수신을 하는 전자기기로서,

    상기 전자기기는,

    사전결정된 형태의 화상을 표시하는 디스플레이와,

    사전결정된 형태의 데이터 입력을 받는 입력 유닛과,

    필요한 데이터를 저장하는 스토리지(storage)와,

    청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 따른 칩 안테나와,

    상기 칩 안테나를 통해 송수신되는 신호를 사전결정된 형태의 신호 및 데이터로 변조 및 복조하는 송수신기를 구비하는

    전자기기.