KR20070101121A

KR20070101121A - 안테나 장치 및 이를 이용한 무선 통신 장치

Info

Publication number: KR20070101121A
Application number: KR1020070027215A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 아오야마; 가즈오 가자마
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2007-10-16
Also published as: US7642970B2; US20070236394A1; CN101055939A; JP2007281990A; EP1845586A1; JP4868128B2

Abstract

더 넓은 주파수 대역에서(복수의 송수신 주파수 대역에서) 동작할 수 있고, 우수한 이득을 얻을 수 있고, 각각의 송수신 주파수 대역에서 수직편파의 무지향성을 유지할 수 있고, 공간을 절약할 수 있는 안테나 장치가 제공된다. 안테나 장치는 GSM 밴드에서 동작하는 칩형 안테나인 제1 안테나(101)와, DCS와 PCS 밴드에서 동작하는 패턴 안테나인 제2 안테나(102), UMTS 밴드에서 동작하는 적층 안테나인 제3 안테나(103)를 포함하고, 모두 기판(100)에 실장되어 있다. 제2 안테나(102)는 제1 안테나(101)에 연결된 전원 공급 포트(104)로부터 연장되는 라인(105)에 연결되어 있다. 제2 안테나(102)와 제3 안테나(103) 사이에 갭이 개재되어 있고, 제2 안테나(102)는 안테나 스위치가 설치되어 있지 않은 기판(100) 위에서 제3 안테나(103)와 용량 결합되어 있다.

Description

안테나 장치 및 이를 이용한 무선 통신 장치{ANTENNA DEVICE AND WIRELESS COMMUNICATION APPARATUS USING SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 제1 예에 따른 안테나 장치의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 1a는 제1 실시예의 안테나 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이고, 도 1b는 안테나 장치의 주요 부분을 도시하는 확대 사시도이고, 도 1c는 안테나 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 안테나 장치에서 안테나 회로의 기본 구성을 도시하는 도면으로, 도 2a는 기판의 부품 실장면을 나타내고, 도 2b는 기판의 후면을 나타낸다.

도 3은 비교예로서 사용되는 안테나 장치의 기본 구성을 도시하는 도면으로, 도 3a는 전체 구성을 나타내는 사시도이고, 도 3b는 그 주요 부분의 확대 사시도이고, 도 3c는 그 전체 구성을 나타내는 평면도이다.

도 4는 도 3에 나타낸 안테나 장치에서 사용되는 안테나 회로의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 4a는 기판의 안테나 실장 주면을 나타내는 도면이고, 도 4b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 5는 GSM 밴드에서 비교예로서 사용된 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 6은 GSM 밴드에서 비교예로서 사용된 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 7은 DCS 밴드와 PCS 밴드에서 비교예로서 사용된 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 8은 DCS 밴드와 PCS 밴드에서 비교예로서 사용된 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예의 제1 예에 있어서, GSM 밴드에서 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예의 제1 예에 있어서, GSM 밴드에서 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 제1 실시예의 제1 예에 있어서, DCS 밴드와 PCS 밴드에서 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 12는 본 발명의 제1 실시예의 제1 예에 있어서, DCS 밴드와 PCS 밴드에서 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명의 제1 실시예의 제1 예에 있어서, UMTS 밴드에서 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 14는 본 발명의 제1 실시예의 제1 예에 있어서, UMTS 밴드에서 안테나 장치의 안테나 특성을 나타내는 도면이다.

도 15는 본 발명의 제1 실시예의 제2 예에 따른 안테나 장치의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 15a는 그 기판의 안테나 실장 주면을 나타내는 도면이고, 도 15b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 16은 본 발명의 제2 실시예의 제1 예에 따른 안테나 회로의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 16a는 그 기판의 안테나 실장 주면을 나타내는 도면이고, 도 16b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 17은 본 발명의 제2 실시예의 제2 예에 따른 안테나 회로의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 17a는 그 기판의 안테나 실장 주면을 나타내는 도면이고, 도 17b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 18은 본 발명의 제2 실시예의 제3 예에 따른 안테나 회로의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 18a는 그 기판의 안테나 실장 주면을 나타내는 도면이고, 도 18b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 회로의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 19a는 그 기판의 안테나 실장 주면을 나타내는 도면이고, 도 19b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 20은 변형예의 칩형 안테나의 구성을 나타내는 도면이다.

도 21은 본 발명의 변형예의 적층 안테나의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 21a는 적층 안테나의 변형예이고, 도 21b는 적층 안테나의 다른 예이다.

도 22는 도 21b의 적층 안테나의 다른 예의 확대된 평면도이다.

도 23은 도 1에 나타낸 실시예의 적층 안테나의 시트 레이어의 분해조립도이다.

도 24는 본 발명의 실시예의 안테나 장치가 무선 통신 장치로서 동작하는 스 틱형 휴대폰에 적용된 예를 나타내는 도면으로, 도 24a는 휴대폰의 외관을 나타내는 도면이고, 도 24b는 기판을 포함하는 안테나 장치가 휴대폰에 내장되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도 25는 본 발명의 실시예의 안테나 장치가 무선 통신 장치로서 동작하는 폴더형 휴대폰에 적용된 예를 나타내는 도면으로, 도 25a는 휴대폰의 외관을 나타내는 도면이고, 도 25b는 기판을 포함하는 안테나 장치가 휴대폰에 내장되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도 26은 본 발명의 실시예의 안테나 장치가 무선 통신 장치로서 동작하는 슬라이드형 휴대폰에 적용된 예를 나타내는 도면으로, 도 26a는 휴대폰의 외관을 나타내는 도면이고, 도 26b는 기판을 포함하는 안테나 장치가 휴대폰에 내장되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도 27은 본 발명의 실시예의 안테나 장치를 실장하는 다른 예를 나타내는 도면이다.

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 복수의 주파수 대역에서 동작가능한 안테나 장치 및 이를 이용한 무선 통신 장치에 관한 것이다.

최근, 휴대폰 등과 같은 무선 통신 장치가 널리 확산되어 왔고, 각종 밴드의 주파수들이 통신에서 사용된다. 특히 듀얼 밴드, 트리플 밴드 및 쿼드 밴드형 휴대 폰으로 불리는 최근 이용가능한 휴대폰에서, 복수의 송수신 주파수 대역에서 동작하도록 하나의 휴대폰이 만들어진다. 이러환 환경에서, 상기 서술된 복수의 송수신 주파수 대역에서 동작할 수 있는 휴대폰 등에 내장되는 안테나 회로를 구성하는 안테나 장치의 급속한 개발이 요구되고 있다. 그래서, 휴대폰 등의 무선 통신 장치를 더 소형화하고, 다중 밴드의 주파수에서 동작하기 위한 요구에 따르기 위해, 안테나의 부품들이 증가하는 경향에도 불구하고, 안테나 장치가 소형화될 수 있고, 고성능을 가질 수 있는 것이 필요하다.

복수의 무선 송수신 주파수 대역를 사용하는 무선 통신 장치인 하나의 휴대폰에 내장된 종래의 안테나 장치의 일예가 참조 특허 1(일본 특허 공개 번호 2004-88218)에 개시되어 있고, 참조 특허 1에서는 사용되는 다른 송수신 밴드 모두에서 각각 동작하는 안테나들이 휴대폰의 안테나 장치에 내장되어 있고, 이들 안테나들이 분기되는 방식으로 하나의 전원 공급 포트에 연결되어 기판에 실장되어 있다(이 기술을 종래 예라고 칭한다.) 그러나, 이러한 종래의 안테나 장치는 문제들을 갖는다. 즉, 종래의 안테나 장치는 일반적으로 안테나 장치를 구성하는 각 소자들을 상호 전자기적으로 사용하지 않고, 즉, 종래의 안테나 장치들은 안테나들 사이의 상호 간섭들을 감소시키기 위해 서로 분리되는 방식으로 안테나를 배열한다. 또한, 종래의 안테나 장치에서, 전원이 각 송수신 주파수 대역에 대응하는 모든 안테나에 공급되므로, 안테나 스위치가 필요하므로, 회로상의 안테나 회로가 안테나 장치 영역에서 공간을 점유하게 한다.

하나의 안테나가 안테나 스위치를 사용하여 각각의 송수신 회로에 GSM 및 UMTS 밴드에서의 송수신 신호를 할당하도록 공유하는 방식으로, DCS 밴드(1700MHz), PCS 밴드(1800MHz), GSM 밴드(900MHz), UMTS 밴드(2200MHz)에서의 신호를 처리하도록 구성되어 있는 종래의 안테나 장치가 있다. 그러나, 신호를 할당하기 위해 종래의 안테나 장치에서 사용되는 안테나 스위치는 복잡한 구성을 가지고, 특히 고주파수의 UMTS 밴드에서 큰 삽입 손실이 발생한다. 또한, 상기 종래의 안테나 장치는, 모든 DCS, PCS, GSM 및 UMTS 밴드에서의 신호가 단일 전원 공급 포트를 사용하여 공유된 방식으로 처리되어, 전파의 확산시 편향이 발생하여 각 송수신 주파수 대역에 대응하여 안테나의 수직편파의 지향성이 비균일하게 되는 다른 문제를 발생한다.

더욱이, 이들 안테나가 휴대폰 등의 무선 통신장치에 적용될 때, 송수신 주파수 대역를 스위칭하는 안테나 스위치가 필요하여, 기판상에서 안테나 장치에 대한 면적을 점유하고, 그 결과, 통신 장치의 캐비넷에서 안테나의 배열(레이아웃)의 자유도가 감소하여, 휴대폰 등의 무선 통신 장치를 소형화하는 것을 어렵게 한다.

또한, 종래의 안테나 장치는, 안테나 스위치를 사용하지 않고 메인 안테나를 기판상에 장착하고, 서브 안테나가 메인 안테나의 중간 위치로부터 분기되도록 함으로써 복수의 송수신 주파수 대역의 용이 임피던스 정합이 기대되지만, GSM, DCS, PCS 밴드를 포함하는 트리플 밴드와 GSM, DCS, PCS, UMTS를 포함하는 쿼드 밴드에서 각 송수신 주파수에 대응하는 안테나의 수직편파(vertically polarized wave)의 무지향성(non-directivity)을 유지할 수 없고, 삽입 손실의 감소를 중지시킬 수 없고, 공간 절약을 할 수 없는 문제들이 해결되지 않고 남아 있어, 다른 문제를 갖는 다.

상기를 고려하여, 본 발명의 목적은 더 넓은 대역(복수의 송수신 주파수 대역)의 주파수에서 동작할 수 있고, 우수한 이득을 얻을 수 있고, 각 송수신 주파수 대역의 수직편파의 무지향성을 유지할 수 있고, 공간을 절약할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 발명자는 더 작은 안테나 부품의 집적을 실현하고, 이들 더 작은 안테나 부품의 전자기적 상호 작용을 실현하기 위해 다양한 학습과 연구를 행하였다. 즉, 상기 문제들을 해결하기 위해, 본 발명자에 의해 발명된 안테나 장치에 의하면, 안테나 장치는 기판, 상기 기판에 실장된 제1 안테나, 상기 기판에 실장된 제2 안테나, 및 상기 기판에 실장된 제3 안테나를 포함하고, 상기 각 제1, 제2, 제3 안테나는 각각 서로 다른 제1, 제2, 제3 송수신 주파수 대역에서 동작하고, 상기 제1 및 제2 안테나는 동일 전원 공급 포트(제1 전원 공급 포트)를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 상기 제3 안테나는 상기 제1 전원 공급 포트와는 다른 제2 전원 공급 포트를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 전자기적으로 상호 작용될 수 있는 제1 또는 제2 및 제3 안테나 사이에서 정전 용량이 발생하는 방식으로, 기판상의 상기 제1 또는 제2 및 제3 안테나 사이에 갭이 개재되어 있다.

또한, 기판, 상기 기판에 실장된 제1 안테나, 상기 기판에 실장된 제2 안테나, 및 상기 기판에 실장된 제3 안테나를 포함하고, 상기 각 제1, 제2, 제3 안테나 는 각각 서로 다른 제1, 제2, 제3 송수신 주파수 대역에서 동작하고, 상기 제1, 제2 안테나는 동일 전원 공급 포트(제1 전원 공급 포트)를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 상기 제3 안테나는 상기 제1 전원 공급 포트와는 다른 제2 전원 공급 포트를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 제1, 제2, 제3 안테나는 상기 제1, 제2, 제3 안테나 사이에 갭을 두고 기판상에 실장되어 있으므로, 제1 또는 제2 안테나는 제3 안테나에 정전 용량 결합되어 있고, 그 결과, 제2 안테나에서의 공진 전류와 제3 안테나에서의 공진 전류가 제2 안테나의 제1 전원 공급 포트와 제3 안테나의 전원 공급 포트 사이에 흐른다.

상기와 같이 구성함으로써, 모든 송수신 주파수 대역에 대해 안테나 자체와 안테나들 사이에 필요한 공간이 전자기적으로 상호 사용될 수 있어서, 안테나가 더 넓은 대역(복수의 송수신 주파수 대역)에서 동작되게 하여, 우수한 이득을 얻고, 각 송수신 밴드에서 공간 절약 방식으로, 수직편파의 무지향성을 유지할 수 있게 한다. 특히, 본 발명의 안테나 장치는 유연성을 제공하여, 사용되는 주파수의 더 넓은 대역(복수의 송수신 주파수 대역)에서의 동작을 용이하게 실현하게 한다. 상기 구성에 의해, 안테나는 광대역(복수의 송수신 주파수 대역)에서 우수한 이득을 얻고, 수직편파의 무지향성을 얻는다. 또한, 상기 구성에 의하면, 안테나 장치는 각각의 상기 송수신 주파수 대역에서 우수한 이득을 얻고, 수직편파의 무지향성을 얻는다.

상기와 같은 구성에 의하면, 제2 안테나는 제1 안테나에 연결된 동일한 전원 공급 포트를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 제3 안테나는 제1 안테나에 연결 된 상기 전원 공급 포트와는 다른 전원 공급 포트를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 제1 또는 제2 및 제3 안테나는, 제1 또는 제2 및 제3 안테나 사이에 갭을 두고 기판상에 실장되어 있다. 그러므로, 갭의 간격을 조정함으로써, 제1 또는 제2 안테나는 제3 안테나에 정전 용량 결합될 수 있으므로, 갭의 전자기적 상호 작용을 가능하게 하여, 제1, 제2, 제3 안테나 사이의 임피던스 정합을 개선시키고, 그 결과, 안테나는 각 광대역에서 동작할 수 있어서, 우수한 이득을 얻고, 수직편파의 무지향성을 유지한다. 더욱이, 갭은 적어도 정전 용량 결합이 발생하는 간격을 표시한다. 그러나, 제1 및 제2 안테나 모두가 제3 안테나에 정전 용량 결합될 필요는 없다. 제1 또는 제2 안테나가 제1 또는 제2 안테나와 제3 안테나 사이에 갭을 두고 기판에 실장되어, 제3 안테나와 정전 용량 결합되는 것이 최소한 필요하다. 제1 또는 제2 안테나가 제3 안테나와 정전 용량 결합되기 때문에, 전자기적 상호 작용을 방해하지 않도록 제1 또는 제2 안테나와 제3 안테나 사이에 접지 전극이 설치되지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 구성에 따르면, 제2 안테나는 제1 안테나에 대해서 사용된 것과 동일한 전원 공급 포트를 통해 송수신 회로에 연결되어 있으므로, 제1 안테나와 제2 안테나에 의해 송수신된 신호는 동일한 신호 처리 회로에 의해 처리될 수 있다. 그 결과, 주파수 대역을 스위칭하기 위해 사용되는 안테나 스위치와 같은 부품이 필요하지 않아서, 송수신 회로의 구성은 단순화될 수 있고, 안테나뿐 아니라 회로에 대한 공간도 절약될 수 있다.

또한, 제1 전원 공급 포트를 통해 송수신 회로에 연결되는 안테나는 GSM 밴 드에서 동작하는 제1 안테나인 칩형 안테나 또는 DCS 또는 PCS 밴드에서 동작하는 제2 안테나인 패턴 안테나로 만들어질 수 있다. 또한, 제2 전원 공급 포트를 통해 송수신 회로에 연결되는 안테나는 UMTS 밴드에서 동작하는 제3 안테나인 적층 안테나로 만들어질 수 있다.

바람직하게, 제1 전원 공급 포트가 기판의 중앙에 대해 일측에 가깝게 실장되고, 제2 전원 공급 포트는 기판의 중앙에 대해 기판에 반대인 일측에 가깝게 실장된다. 상기와 같은 구성에 의해, 제2 안테나는 제3 안테나에 정전 용량 결합되고, 그 결과, 제2 안테나에서의 공진 전류와 제3 안테나에서의 공진 전류가 제2 안테나의 제1 전원 공급 포트와 제3 안테나의 제2 전원 공급 포트 사이에서 흐른다. 2개의 전원 공급 포트가 기판의 중앙선에 대해 길이 방향으로 상호 대칭이 되게 배열되기 때문에, 2개의 전원 공급 포트 사이의 거리에서, GSM 밴드에서 1/4 파형을 갖거나, DCS, PCS, UMTS 밴드에서 1/2 파형을 갖는 전자파의 노드가 형성되어, 기판의 표면상의 널포인트(이득의 강하점)의 문제를 해결하고, 안테나가 GSM, DCS, PCS, UMTS 밴드에서의 수직 편파의 무지향성을 유지하는 것을 가능하게 한다.

또한, 상기 제1 안테나에서 사용되는 제1 송수신 주파수 대역는 제2 및 제3 안테나에서 사용되는 주파수보다 낮은 주파수 대역이고, 제1 주파수는 유전체 및 자성체 중 적어도 하나로 만들어진 베이스체와 상기 베이스체에 부착된 컨덕터를 포함하는 칩형 안테나일 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 예를 들면 GSM 등의 비교적 낮은 주파수의 밴드, 즉, 비교적 긴 파형을 갖는 주파수의 밴드에서 동작하는 제1 안테나가 칩안테나에 의해 구성될 수 있다. 컨덕터 패턴을 유전체인 칩에 부착함으로써, 파장 단축 효과가 얻어짐으로써, 안테나 장치의 소형화를 가능하게 한다. 이로 인해, 안테나는 GSM 밴드 등의 비교적 낮은 주파수의 밴드에서 유연하고 간단한 방식으로 동작할 수 있고, 기판상의 안테나 장치에서 그 점유 면적이 감소될 수 있다.

또한, 제2 안테나는 기판상에 형성된 컨덕터 패턴으로 구성된 패턴 안테나로서 구성될 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 기판상의 제2 안테나가 점유한 면적이 비교적 커지지만, 기판상의 그 높이가 작아질 수 있으므로, 제2 안테나와 안테나 장치의 높이를 작게 할 수 있다.

또한, 제2 안테나에서 사용되는 제2 송수신 주파수 대역는 서로 다른 적어도 2개의 통신 시스템에서 사용되는 송수신 주파수 대역를 포함할 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 제2 안테나는 적어도 2개의 송수신 주파수에서 동작할 수 있는 안테나로서 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 안테나 장치는 적어도 쿼드 밴드 타입 안테나에서 사용될 수 있다. 예를 들면, DCS 밴드의 주파수 대역는 PCS 밴드의 근처이고, DCS 밴드와 PCS 밴드에서의 신호는 동일 송수신 회로에 의해 처리될 수 있으므로, DCS와 PCS 밴드에서 동작할 수 있는 안테나로 제2 안테나를 구성함으로써, 본 발명의 안테나 장치는 예를 들면 GSM, DCS, PCS, UMTS 밴드를 포함하는 4개의 송수신 주파수 대역에서 동작할 수 있는 쿼드 밴드 안테나 장치로서 구성될 수 있다.

또한, 제3 안테나에서 사용되는 제3 송수신 주파수 대역는 제2 안테나에서 사용되는 송수신 주파수보다 높은 주파수의 밴드이고, 제3 안테나는 유전체와 자성 체 중 적어도 하나로 만들어진 베이스체와, 베이스체에 부착된 컨덕터를 포함하는 칩형 안테나이다. 상기와 같이 구성함으로써, 칩안테나가 GSM 밴드에서 사용되는 것과 동일한 방식으로, UMTS 밴드와 같이 비교적 높은 주파수의 밴드에서 동작하는 제3 안테나가 칩형 안테나로서 구성될 수 있고, 그러므로, 본 발명의 제3 안테나는 크기가 작아질 수 있고, UMTS 등의 비교적 높은 주파수의 밴드에서 유연하고 간단한 방식으로 동작할 수 있고, 기판상에서 점유하는 면적이 작아질 수 있다.

또한, 바람직하게, 제3 안테나는 베이스체에 컨덕터를 배열함으로서 얻어지는 적층 안테나이다. 상기와 같이 구성함으로써, 제3 안테나의 효과적인 유전율이 높게 만들어지고, 그 결과, 안테나 베이스체의 부피가 더 작게 만들어질 수 있어, 제3 안테나가 칩형 안테나로서 구성되는 경우와 비교할 때 더 소형화될 수 있다.

그래서, 본 발명의 안테나 장치는 제1, 제2, 제3 안테나가 베이스의 표면에 실장되는 면 실장 안테나장치로서 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제2 안테나와 제3 안테나가 제2 및 제3 안테나 사이에 갭을 두고 기판상에 실장된다. 상기와 같이 구성함으로써, DCS 밴드와 PCS 밴드에서 동작하는 패턴 안테나인 제2 안테나가 UMTS 밴드에서 동작하는 적층 안테나인 제3 안테나에 정전 용량 결합될 수 있다.

또한, 제1 안테나가 기판의 주면 위에 실장되고, 제2 안테나는 기판의 주면의 뒤에 실장되고, 제1 안테나를 제1 전원 공급포트에 연결하는 라인에 연결된 관통홀 전극을 통해 주면 위에 실장된 제1 안테나에 연결될 수 있다.

또한, 제1 안테나가 상기 기판의 주면 위에 실장되고, 제1 안테나와 제2 안테나 사이에 기판이 개재되어 있고, 주면의 뒤에 제2 안테나가 실장되어 있으므로, 제1 안테나가 상기 제2 안테나를 대면하고, 제2 안테나는 제1 안테나에 정전 용량 결합되고, 제2 안테나는 제1 전원 공급 포트에 연결된다. 상기와 같이 구성함으로써, 제2 안테나는 기판의 주면의 뒤에 실장되고, 제1 안테나와 제1 전원 공급포트를 연결하는 라인에 연결된 관통홀 전극을 통해 주면 위에 실장된 제1 안테나에 연결되지 않으므로, 기판상의 홀의 형성 공정이 필요하지 않아 제조 공정을 단순화한다.

또한, 바람직하게는, 접지 전극이 제1, 제2, 제3 안테나 사이에 설치되지 않는다. 상기와 같이 구성함으로써, 제1, 제2, 제3 안테나를 정전 용량 결합함으로써, 공진 전류가 흐르게 되고, 그러므로 바람직하게 제1, 제2, 제3 안테나 사이에 접지전극이 설치되지 않는다. 안테나와 접지 전극 사이의 거리가 크기 때문에, 안테나와 접지 전극 사이의 용량 결합이 작아서, 공진 전류가 작게 된다. 그 결과, 안테나로부터 방사된 전파의 방사 효율이 개선되지만, 무지향성을 유지하는 것과 더 넓은 송수신 주파수에 응답하는 것이 어렵게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 서술된 구성을 갖는 안테나 장치가 무선 통신 장치에 내장된다. 이로 인해, 무선 통신장치에 내장된 안테나 장치에 대한 공간을 절약하여, 무선 통신장치의 안테나 장치의 배열(레이아웃)의 자유도를 증가시켜서 무선 통신 장치의 소형화를 달성할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 광 대역(복수의 송수신 주파수 대역)에서 동작가능하고, 모든 송수신 주파수 대역에서 우수한 이득을 얻을 수 있고, 수직편파의 무지향성을 유지할 수 있는 소규모 안테나 장치를 실현하는 것이 가능해진다. 그러므로, 안테나 장치가 휴대폰 등의 무선 통신장치에 적용될 때, 내장된 회로에 대한 공간이 절약될 수 있어서, 무선 통신장치의 소형화를 가능하게 하는 배열(레이아웃)의 자유도를 증가시킨다. 또한, 본 발명에 따르면, GSM 밴드 또는 UMTS 밴드에서 신호가 스위칭될 때, GSM 밴드의 신호용 송수신 회로는 UMTS 밴드의 신호용 송수신 회로와 분리되므로, 송수신 밴드를 스위칭하기 위해 사용되는 복잡하지 않은 안테나 스위치가 필요함으로써, 삽입 손실의 감소를 가능하게 한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 장점 및 특징은 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 더 분명해진다.

실시예

본 발명을 실행하는 최상의 모드를 첨부 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 사용하여 더 상세히 설명한다. 여기서, 도면을 참조함으로써, 본 발명의 실시예의 안테나 장치를 상세히 설명한다. 본 발명의 제1 실시예를 도 1 ∼ 도 15를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치의 제1 예의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 1a는 제1 예의 안테나 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이고, 도 1b는 안테나 장치의 주요 부분을 도시하는 확대 사시도이고, 도 1c는 안테나 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.

도 1a, 1b, 1c에 나타낸 것같이, 제1 실시예의 안테나 장치(11)는 기판(100), 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)를 포함하고, 모두 기판(100)에 실장되어 있다. 이들 제1, 제2, 제3 안테나들은 서로 다른 송수신 주파 수 대역에서 동작한다. 더 구체적으로, 제1 안테나(101)는 GSM 밴드(900MHz 밴드)에서, 제2 안테나(102)는 DCS 밴드(1700MHz 밴드)와 PCS 밴드(1800MHz 밴드)에서, 제3 안테나(103)는 UMTS 밴드(2200MHz 밴드)에서 동작함으로써, 쿼드 밴드 타입 안테나 장치(11)를 얻는다. 그래서, 제1 안테나(101)는 제2 안테나(102)에 적용된 DCS 밴드와 PCS 밴드, 및 제3 안테나(103)에 적용된 UMTS 밴드보다 낮은 주파수의 송수신 주파수 대역에서 동작한다. 제2 안테나(102)는 서로 다르지만 서로 인접한 DCS 밴드와 PCS 밴드의 2개의 송수신 밴드에서 동작한다. 더욱이, 제3 안테나(103)는 제2 안테나에 적용된 DCS 밴드와 PCS 밴드보다 높은 주파수의 UMTS 밴드에서 동작한다. 또한, 실시예의 안테나 장치(11)는, 제1 안테나(101)에 적용된 GSM 밴드에서 송수신되는 신호와 제2 안테나(102)에 적용된 DCS와 PCS 밴드에서 송수신되는 신호가 동일 송수신 회로에 의해 처리되도록 구성된다.

여기서, 도 1a, 1b, 1c에 나타낸 것 같이, 제1 안테나(101)는 유전체 또는 자성체로 만들어진 베이스 바디(101A), 베이스 바디(101A)에 실장된 컨덕터(전극)(101B)를 포함하고, 기판(100)의 표면에 실장된 칩 안테나로 구성되어 있다. 제2 안테나(102)는 기판(100) 위에 형성된 컨덕터 패턴으로 만들어진 패턴 안테나로서 구성되어 있다. 제3 안테나(103)는 유전체 또는 자성체로 만들어진 베이스 바디(103A)에 컨덕터(103B)를 적층함으로써, 기판(100)의 표면 위에 실장된 적층 안테나로서 구성되어 있다(이것은 도 21b, 도 22, 도 23을 참조하여 뒤에 상세하게 설명한다). 즉, 제1 실시예의 안테나 장치(11)는 칩 안테나, 패턴 안테나 및 적층 안테나가 기판(100)의 표면에 배열되어 있는 면실장형 안테나로서 구성되어 있다. 실 시예의 안테나 장치(11)에서, 제2 안테나(102)를 구성하는 패턴 안테나는 제1 안테나(101)를 구성하는 칩 안테나를 전원 공급 포트(104)에 연결하는 라인(105)으로부터 분기하도록 배열되어 있다. 제2 안테나(102), 라인(105 및 107)은 컨덕터 패턴에 의해 형성되므로, 스크린 인쇄법을 사용하여 형성될 수 있다. 더욱이, 제2 안테나(102)는 제2 안테나(102)와 제3 안테나(103) 사이에 개재된 갭(G)을 두고 놓여진다. 즉, 제2 안테나(102)는 제2 안테나(102)와 제3 안테나(103) 사이에 갭(G)을 두고 제3 안테나(103)에 용량 결합되어 있다. 그러므로, 여기서 갭(G)은 적어도 정전 용량 결합이 단순히 추정되는 간격을 나타낸다. 실시예에서, 제1 안테나(101)도 또한 제3 안테나(103)에 정전 용량 결합되어 있다고 가정하지만, 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)가 모두 제3 안테나(103)에 용량 결합될 필요는 없다. 제1 안테나(101) 또는 제2 안테나(102) 중 하나와 제3 안테나(103) 사이에 갭이 존재하여, 제2 안테나(102)의 전원 공급 포트(104)가 제3 안테나(103)의 전원 공급 포트(106)에 정전 용량 결합되도록 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)가 배열되어, 그 결과, 제2 안테나(102)로부터의 공진 전류와 제3 안테나(103)로부터의 공진 전류가 제2 안테나(102)의 제1 전원 공급포트(104)와 제3 안테나(103)의 제2 전원 공급포트(106)에 흐르도록 하는 것이 최소한 필요하다.

실시예의 안테나 장치(11)의 구성을 도 1a, 1b, 1c를 참조하여 더 구체적으로 설명한다. 안테나 장치(11)는 안테나 실장 영역(100M)과, 안테나 실장 영역(100M)에 근접하며, 안테나 접지 전극(안테나 컨덕터)으로서 기능하는 안테나 비실장 영역(100L)을 포함하는 영역을 포함한다. 기판(100)은 X(폭) 방향이 40mm이고, Y(길이) 방향이 90mm이고, Z(두께) 방향이 2mm이고, 유리와 같은 에폭시 수지로 만들어진 PCB(인쇄회로기판)이고, 후술하는 본 발명의 실시예의 통신 장치로서의 휴대폰에 내장되어 있다. 이후, 기판(100)의 폭방향을 X방향으로, 길이방향을 Y방향으로, 두께를 Z방향으로 표시하여 다른 부품의 배열의 방향이 서술한다. 기판(100)의 면 위에 그 길이(Y) 방향으로, 안테나 실장 영역(M)이 전체 폭(X) 방향으로, 길이(Y) 방향으로 10mm 형성되어 있다. 또한, 기판(100)의 나머지 부분은 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)에 연결된 송수신 회로를 포함하는 휴대폰의 다른 회로가 있는 영역으로, 이후 안테나 비실장 영역(100L)이라 칭한다. 제1 안테나(101)는 유전체로 만들어진 입방체 형상의 베이스 바디(101A)의 표면 주위에 컨덕터(전극)(101B)를 감아서 구성되고, 제1 안테나(101)로서, 예를 들면 길이 15mm, 높이 3mm인 칩(극히 작은 조각) 안테나가, 칩 안테나의 길이 방향이 X방향(기판(100)의 폭방향)과 평행인 방식으로, 안테나 실장 영역(100M)의 대략 중앙부에 면실장되어 있다. 제1 안테나(101)는 그 X방향의 끝이 안테나 실장 영역(100M)의 중앙을 약간 통과하고, 그 Y방향의 끝이 안테나 실장 영역(100M)의 중앙에 대략 위치되어 있는 방식으로 기판(100) 상에 배열된다. 제2 안테나(102)는, 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102) 사이에 특정 구간이 개재되어 있고, 제1 안테나(101)에 평행이 되도록, 또한 길이가 대략 25mm가 되도록 형성된 컨덕터 패턴으로 만들어진 패턴 안테나이고, 제1 안테나의 경우에서와 같이, 그 X방향의 끝이 안테나 실장 영역(100M)의 중앙을 약간 통과하고, 그 Y방향의 끝이 안테나 실장 영역(100M)의 가장 먼 끝에 위치되어 있는 방식으로 기판(100) 상에 배열된다. 상기 서술한 것 같 이, 제2 안테나(102)를 구성하는 패턴 안테나는 제1 안테나(101)를 구성하는 칩 안테나를 전원 공급포트(104)에 연결하는 라인(105)으로부터 분기하도록 배열되어 있다. 제3 안테나는, 유전체로 만들어진 사각형 형상의 베이스 바디(103A)에 컨덕터(103B)를 적층하여 구성되고, 제 3 안테나(103)로서, 예를 들면 길이 7mm, 폭 5mm, 높이 0.7mm인 칩(극히 작은 조각) 안테나는, 그 길이 방향이 Y방향(기판(100)의 길이 방향)에 평행한 방식으로 실장되고, 전원 공급부(104), 또는 제1 안테나(101) 또는 제2 안테나(102)에 대한 라인(105)의 대향하는 면 위의 상기 안테나 실장부(100M)의 끝부분에 면실장된다. 제3 안테나(103)는 X방향에서 안테나 실장 영역(100M)의 가장 먼 끝에 위치하고, Y방향으로 안테나 비실장 영역(100L)으로부터 약 5mm 떨어지도록 면실장된다. 또한, 제3 안테나(103)에 적용된 송수신 주파수 대역인 UMTS에서의 신호가 제1 안테나(101) 및 제2 안테나(103)에서 사용된 송수신 회로와 다른 별개의 송수신 회로에 의해 처리되고, 라인(107)을 통해 제3 안테나(103)에 연결된 전원 공급포트(106)가 안테나 비실장 영역(100L)에서 전원 공급포트(104)와 X방향으로 반대 측에 놓여지도록 제3 안테나(103)가 구성된다. 상기와 같이 구성함으로써, 제1 안테나(101) 또는 제2 안테나(102) 및 제3 안테나(103) 사이의 갭(G)이, 적어도 정전 용량 결합을 발생시키는 약 9mm 길이가 되도록, 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)가 배열된다.

도 2는 도 1에 나타낸 안테나 장치(11)에서 안테나 회로의 기본 구성을 도시하는 도면으로, 도 2a는 기판(100)의 부품 실장면을 나타내고, 도 2b는 기판(100)의 후면을 나타낸다. 도 2a, 2b에 나타낸 것같이, 제1 안테나(101)와 제2 안테나 (102)는 컨덕터 패턴으로 만들어진 라인(105)을 통해 송수신 회로부(신호처리회로)(108)에 연결되어 있고, 임피던스 정합회로(109)는 라인(105)과 송수신 회로부(신호처리회로)(108) 사이에 실장되어 있다. 제3 안테나(103)는 송수신 회로(신호처리회로)(110)에 컨덕터 패턴으로 만들어진 라인(107)을 통해 연결되어 있고, 임피던스 정합회로(111)는 라인(106)과 송수신 회로부(신호처리회로)(111) 사이에 실장되어 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 제1 안테나(101)에 적용된 송수신 주파수 대역인 GSM 밴드에서의 신호와 제2 안테나(102)에 적용된 송수신 주파수 대역인 DCS/PCS 밴드에서의 신호는 동일한 송수신 회로(108)에 의해 처리되고, 제3 안테나(103)에 적용된 송수신 주파수 대역인 UMTS 밴드에서의 신호는 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)에서 사용된 송수신 회로와 다른 별개의 송수신 회로(110)에서 처리된다. 또한, 전원 공급 라인(105)의 사용은 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)에 의해 공유되고, 전원 공급 라인(105)과 송수신 회로(108) 사이의 임피던스 정합은 동일한 임피던스 정합 회로(108)에 의해 실행되고, 제3 안테나(103)용 전원 공급 라인(106)과 송수신 회로(110) 사이의 임피던스 정합은 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)에서 사용된 임피던스 정합 회로(108)와 다른 별개의 임피던스 정합 회로(111)에 의해 실행된다.

다음에, 실시예의 안테나 장치(11)의 동작 및 효과를 비교예로서 사용된 안테나 장치와 비교하여 기술한다. 본 발명의 안테나 장치(11)의 장점을 증명하기 위해, 본 발명자는 본 발명의 안테나 장치(11)의 필수 성분인 제3 안테나를 가지지 않는 안테나 장치를 제조하였다. 도 3은 비교예로서 사용되는 안테나 장치의 기본 구성을 도시하는 도면으로, 도 3a는 전체 구성을 나타내는 사시도이고, 도 3b는 그 주요 부분의 확대 사시도이고, 도 3c는 그 전체 구성을 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 3에 나타낸 안테나 장치에서 사용되는 안테나 회로의 기본 구성을 나타내는 도면으로, 도 4a는 기판의 안테나 실장 주면측을 나타내는 도면이고, 도 4b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 3a, 3b, 3c에 나타낸 것같이 비교예로서 사용된 안테나 장치(CE)는 안테나 장치(CE)가 본 발명의 실시예에서 사용된 제3 안테나를 가지지 않는 것을 제외하곤 본 발명의 안테나 장치(11)와 동일한 구성을 갖는다. 안테나 장치(CE)는 기판(100)과, 기판(100) 상에 실장되어 있는 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)를 포함하고, 제1 안테나(101)는 GSM 밴드의 송수신 주파수에서 동작하고, 제2 안테나(102)는 DCS, PCS 밴드의 송수신 주파수에서 동작하는 트리플-밴드 안테나 장치로서 동작한다. 도 4a, 4b에 나타낸 안테나 장치(CE)의 구성은, 제1 안테나(101)에 적용된 송수신 주파수의 GSM 밴드에서의 신호와 제2 안테나(102)에 적용된 송수신 주파수의 DCS와 PCS 밴드에서의 신호가 동일 송수신 회로에 의해 처리되고, 제2 안테나(102)를 구성하는 패턴 안테나는 제1 안테나(101)를 구성하는 칩 안테나를 전원 공급 포트(104)에 연결하는 라인(105)에 연결되는 점에서 본 발명의 안테나 장치(11)와 동일하다. 그러나, 안테나 장치(CE)는 제3 안테나를 갖지 않고, 그러므로, 본 발명의 안테나 장치(11)와 달리, 적어도 정전 용량 결합이 발생하는 갭이 제3 안테나(103)와 제1 안테나(101) 및 제2 안테나(102)의 사이에 개재되어, 제3 안테나가 기판(100)상에 실장되는 구성이 없다. 그러나, 비교예로서 사용된 안테나 장치(CE)의 나머지 구성은 예를 들면 기판(100), 안테나 비실장 영역(100L), 제1 안테나(101), 제2 안테나(102)에 대한 치수 및 재료 등이 본 발명의 안테나 장치(11)와 동일하다.

도 5 ∼ 8는 비교예로서 사용된 안테나 장치(CE)의 성능을 나타내는 도면이고, 도 9 ∼ 14는 본 발명의 실시에의 안테나 장치(11)의 성능을 나타내는 도면이다. 우선, 비교예로서 사용된 안테나 장치(CE)의 성능을 도 5 ∼ 8을 참조하여 설명한다. 도 5와 6은 GSM 밴드에서 동작하는 안테나 장치(CE)의 안테나 성능을 나타내는 도면이다. 도 5a는 안테나의 송신 전력이 얼마나 반사되는지를 나타내는 안테나 장치(CE)의 "s-파라미터"를 사용하여 얻어진 데이터를 나타내고, 그 안테나 특성은 전원 공급 포트측에서 발생하는 GSM 밴드에서, 주파수(GHz)에 대한 반사 손실로서 표현된다. 이것은 좌표상의 값[dB]이 더 작을 때, 50Ω의 전압 공급 레벨에서의 레벨에 더 근접한 전압 성질이 얻어질 수 있으므로, 이것이 50Ω에서 얻어진 임피던스 정합 특성을 나타내는 데이터 블록의 하나인 것으로 제안한다. 또한, 도 5b는 상기 "s 파라미터"를, 안테나에 적용된 송신 전력의 복귀도를 표현하는 값인 전압정재파비(VSWR: voltage standing wave ratio)로 변환하여 얻어진 데이터를 나타낸다. 이것은, 좌표상의 VSWR값이 더 작을 때(1근방), 적용된 전력이 적은 복귀로 보다 효율적으로 송신되므로, 더 우수한 안테나 특성이 얻어진다. 도 5b에 나타낸 것 같이, 주파수에 대한 VSWR값이 플로팅된다. 도 5b에 나타낸 데이터에서, 그래프의 곡선이 1에 근접하게 되는 점이 GSM 밴드(900MHZ)의 근방(1040 MHz)에 존재한다.

도 5c는 모두 부하로 동작하는, 제1 안테나(101)와 전원 공급 라인 사이에서 안테나 장치(CE)의 임피던스 정합 특성을 나타내는 스미스챠트이다. 도 5d는 안테나에 적용된 전력이 공간에서 얼마나 효율적으로 방사되는지를, 각 주파수(가로좌표)에 대한 방사효율(세로좌표)의 비로서 표시되는, 안테나 장치(CE)의 방사 효율의 데이터를 나타낸다. 그러므로, 이것은 좌표상의 값이 더 클때(1[100%] 근방), 방사효율이 더 높고, 안테나 특성이 보다 우수한 것을 나타낸다. 예를 들면, 사용되는 주파수 대역에서 0.90(90%) 이상의 방사 효율이 얻어질 수 있도록 조정이 이루어진다. 예에서, 도 5b에 나타낸 VSWR의 값이 더 작게(1근방) 되는 GSM 밴드(900 MHz)에서 0.90(90%) 이상의 방사 효율이 얻어질 수 있도록 조정이 이루어진다.

도 6a는 비교예로서 사용된 안테나 장치에서 GSM 밴드에서 얻어진 안테나 특성 중 안테나 지향성을 입체적으로(3차원으로) 나타내는 도면이다. 도 6b, 6c, 6d는 기준축으로서 도 6a에 나타낸 X, Y, Z축을 사용하여 X-Y면, Y-Z면, Z-X면의 단면에서 각각 중점으로부터의 분포를 플로팅함으로써 얻어진 곡선에 의해 표시된 안테나 지향성을 2차원으로 나타내는 도면이다. 이들 도면은, 중점으로부터의 곡선에 의해 표현된 분포가 중점으로부터 지름의 방향으로 더 클 때, 지향성이 더 높고, 즉 이득이 더 높고, 중점으로부터 지름의 방향으로 분포가 일정하고, 곡선이 더 원으로 될 때, 지향성, 즉 이득에서의 저하가 더 작고, 더 균일하게 되는 것을 나타낸다. 휴대폰에 실장되는 안테나의 지향성으로서, 단면들 중에서 X-Y면의 안테나 지향성이 중요하고, 이득이 X-Z면에서 최대가 되고, X-Z면에서 균일한 이득과 지향성이 얻어지는 것이 바람직하다. 이것은 균일한 이득과 지향성이, 상기 서술된 기 판(100)의 면(도 3에서 Z-X면)에 직교하는 방향에서 얻어질 수 있는 것을 의미한다. 즉, 이것은 기판(100)에 대해 짧은 원주 방향으로 얼마나 균일한 이득과 지향성이 얻어질 수 있는지를 의미한다. 휴대폰 단말에서, 안테나 장치에 대한 기판(100)은 얇고 긴 휴대폰 단말의 캐비넷의 길이 방향을 따라서 실장되므로, 균일한 이득 및 지향성이 휴대폰 단말의 캐비넷의 짧은 원주 방향에서 어떻게 얻어지는지가 중요하다. 휴대폰 단말의 캐비넷의 짧은 원주 방향에서 이득과 지향성이 일정하면, 지향성은 캐비넷의 금속부분의 배열에 의거하여 쉽게 조절될 수 있다. 그 결과, Z-X면의 수직편파의 지향성의 균일성(무지향성)이 중요하게 된다. 그러므로, Z-X면에서 수직편파의 지향성을 나타내는 곡선에 의해 표현된 분포가 중점으로부터 지름의 방향으로 일정하고, 곡선이 원에 가까워 지는 것이 바람직하다. 도 6d에 나타낸 Z-X면상의 데이터에서, 수직편파의 지향성을 나타내는 곡선(수직)은 약 -5.00에서 균일한 원이 된다.

도 7과 8은 DCS와 PCS 밴드에서 얻어진 비교예로서 사용된 안테나 장치(CE)의 안테나 특성을 나타내는 도면이다. 도 7a는 도 5b의 경우에서와 같이, "s-파라미터"를 사용하여 얻어진 데이터를 나타낸다. 도 7a에서 데이터는 1700MHz ∼ 2000MHz의 밴드에서 -6.00dB의 값이 얻어지고, 만족한 안테나 특성이, 사용되는 DCS, PCS밴드의 주파수인 1700MHz /1800MHz의 밴드에서 실현되는 것을 나타낸다. 도 7b는 상기 s파라미터를 VSWR로 변환하여 얻어진 데이터를 나타낸다. 도 7b는 도 5a의 경우에서와 같이, "s-파라미터"를 사용하여 얻어진 데이터를 나타낸다. 도 7b에서의 데이터는 1700MHz ∼ 2000MHz(1960MHz)의 밴드에서 3.00dB 이하의 값이 얻 어지고, 만족한 안테나 특성이, 사용되는 DCS, PCS밴드의 주파수인 1700MHz /1800MHz의 밴드에서 실현되는 것을 나타낸다.

또한, 도 7c는 모두 부하로 동작하는 제2 안테나(102)와 전원 공급선 사이의 임피던스 정합 특성을 나타내는 소위 스미스챠트이다. 도 5d의 경우에서와 같이, 도 7d는 안테나의 방사효율을 나타내는 데이터를 표시한다. 도 7d에서의 데이터는 약 100%의 방사 효율이 1600MHz ∼ 2000MHz의 밴드에서 얻어지고, 만족한 방사 효율이, 사용되는 DCS, PCS밴드의 주파수인 1700MHz /1800MHz의 밴드에서 얻어지는 것을 나타낸다. 도 8a, 8b, 8c, 8d는, 도 6a, 6b, 6c, 6d의 경우에서와 같이, DCS, PCS 밴드에서의 안테나 특성 중 비교예로서 사용된 안테나 장치의 지향성을 입체적으로(3차원으로) 나타낸다. 도 8d에서의 데이터는 Z-X면에서 수직 편파의 지향성을 나타내는 곡선이 균일한 원(진원)이 아닌 것을 나타내고, X방향에서의 이득의 저하가 관찰되고, 또한 X방향에서 이득이 감소하는 것을 나타낸다. 즉, 데이터는 X방향에서 소위 널 포인트(이득이 저하하는 점)가 생기는 것을 나타낸다.

본 발명의 발명자는 비교예로서 사용된 안테나 장치에서 널포인트의 발생의 원인을 연구하여, 전원 공급포트가 기판(100)의 일측(x축 방향측)에서 편향되는 방식으로 놓여 있고, 제2 안테나(102)(또는 제1 안테나(101))가 기판(100)의 중앙에 놓여있어도, 전원 공급 포트를 포함하여 부품의 편향된 위치가 여전히 불변으로 유지되고 있음을 발견하였다. Z-X면에서 널 포인트의 발생과 UMTS 밴드에서 비교예의 안테나 장치가 동작하지 않는 2개의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예의 안테나 장치(11)가 구현된다. 실시예의 안테나 장치(11)에서, UMTS 밴드에서 동작할 수 있는 제3 안테나(103)가 기판(100)의 타단 위에 실장된다. 제2 안테나(102)(또는 제1 안테나(101))와 제3 안테나(103)는, 제2 안테나(102)(또는 제1 안테나(101))로부터의 공진전류와 제3 안테나(103)로부터의 공진전류가 전원공급포트(14)와 전원공급포트(16) 사이에서 흐르도록, 서로 용량 결합되는 방식으로 배열된다. 전원공급포트(106)와 전원공급포트(104)는 길이방향으로 기판(100)의 중앙선에 대해 서로 대칭이 되도록 x축 방향으로 실장된다. 2개의 전원 공급 포트(104, 106) 사이의 거리에서, GSM 밴드에서 1/4파형 또는 DCS, PCS, UMTS 밴드에서 1/2 파형을 갖는 전자파의 노드가 형성되어, GSM, DCS, PCS, UMTS 밴드에서의 수직편향파의 무지향성이 유지되는 것을 가능하게 한다.

이후, 본 발명의 실시예의 안테나 장치(11)의 성능을 도 9 ∼ 14를 참조하고, 비교예로서 사용되는 안테나 장치와 성능을 비교하여 설명한다. 도 9와 10은 GSM 밴드에서 실시예의 안테나 장치(11)의 안테나 특성을 나타내는 도면이다. 도 9a는 도 5a에 나타낸 비교예에서 얻어진 데이터의 경우에서와 같이, 실시예의 안테나 장치(11)의 s-파라미터를 이용하여 얻어진 데이터를 나타내고, 그 안테나 특성은 전원 공급포트측에서 발생하는 GSM 밴드에서의 주파수[GHz]에 대한 반사 손실로서 표현된다. 도 9a의 데이터에서, 비교예에서와 대략 같은 값이 얻어진다. 또한, 도 9b는 GSM 밴드에서 안테나 장치(11)의 안테나 특성 중에서, 주파수 [GHz]에 대해 하나의 안테나로부터 다른 안테나로의 전력의 분리도로서 표현되는, 안테나 장치(11)의 분리 특성의 측정으로부터의 결과를 나타낸다. 분리 특성이 우수한지를 판단하는 목표치는 일반적으로 10dB이지만, 도 9b에 나타낸 데이터에서, 그 값은 GSM밴드(900MHz)에서 대략 15.0dB이고 우수한 분리 성질이 얻어지고, 그러므로, 각각의 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)는 제3 안테나(103)와 전자기적으로 분리되어 있음이 확인된다. 도 9c는 모두 부하로서 동작하는 안테나 장치(11)에서 제1 안테나(101)와 전원 공급라인 사이의 임피던스 정합 특성을 나타내는 스미스챠트이다. 도 9d는 도 5d에 나타낸 비교예의 경우에서와 같이, 안테나 장치(11)의 방사 효율의 데이터를 나타낸다. 도 9d에 나타낸 데이터에서, 약 700MHz ∼ 1000MHz까지, 약 85%의 방사 효율이 얻어져서, GSM 밴드에서 사용되는 주파수인 약 900MHz에서 충분한 방사 성질이 실현되는 것을 나타낸다. 도 10a, 10b, 10c, 10d는 안테나 특성 중에서 GSM 밴드에서 실시예의 안테나 장치(11)의 지향성을 도 6a, 6b, 6c, 6d에서 사용된 것과 동일한 방식으로 입체적으로(3차원으로) 나타낸다. 도 10d에 나타낸 Z-X면 위에서 안테나 장치(11)의 지향성의 데이터는 수직편파의 지향성을 나타내는 곡선(수직)이 균일한 원(진원)이고, X방향에서 이득의 저하가 관찰되기 않고, 그 결과 균일한 지향성, 즉, 균일한 이득이 얻어지는 것을 나타낸다.

도 11과 12는 DCS, PCS 밴드에서 실시예의 안테나 장치(11)의 안테나 특성을 나타내는 도면이다. 도 11a는 도 7a에 나타낸 비교예에서 얻어진 데이터의 경우에서와 같이, 실시예의 안테나 장치(11)의 s-파라미터를 사용하여 얻어진 데이터를 나타내고, 그 안테나 특성은 공유된 전력 공급 포트(104) 측에서 생기는 GSM 밴드에서 주파수[GHz]에 대한 반사 손실로서 표현된다. 도 11a에 나타낸 데이터에서, 6.00dB 이상(정확하게는, 8.00dB 이상)의 만족할만한 값이 1600MHz ∼ 2000MHz에서 얻어져서, 충분한 안테나 특성이 목표의 DCS, PCS밴드에 적용되는 주파수인 1700MHz /1800MHz의 밴드에서 실현되는 것을 나타낸다. 또한, 도 11b는 DCS, PCS밴드에서 안테나 장치(11)의 안테나 특성 중에서, 주파수 [GHz]에 대해 하나의 안테나로부터 다른 안테나로의 전력의 분리도로서 표현되는, 실시예의 안테나 장치(11)의 분리 특성을 나타낸다. 도 11b에 나타낸 데이터는, 목표의 DCS, PCS밴드(1700MHz ∼1800MHz)에서 대략 3.00 보다 큰 값이 얻어지는 것을 나타낸다. 또한, 도 11c는 모두 부하로서 동작하는 제2 안테나(102)와 전원 공급라인 사이의 임피던스 정합 특성을 나타내는 소위 스미스챠트이다. 도 11d는 도 7d에 나타낸 경우에서와 같이, 안테나 장치(11)의 방사 효율을 나타내는 데이터를 표시한다. 도 11d에서의 데이터는, 1600MHz ∼ 2000MHz의 밴드에서 약 100%의 방사 효율이 얻어지고, 실시예의 안테나 장치(11)에서, 사용되는 DCS와 PCS 밴드에서의 주파수인 1700MHz /1800MHz의 밴드에서 만족한 방사 효율이 얻어지는 것을 나타낸다. 도 12a, 12b, 12c, 12d는 안테나 특성 중에서 DCS와 PCS 밴드에서 실시예의 안테나 장치(11)의 지향성을 도 8a, 8b, 8c, 8d에서 사용된 것과 동일한 방식으로 입체적으로(3차원으로) 나타낸다. 도 12d에 나타낸 Z-X면 위에서 안테나 장치(11)의 지향성의 데이터는, 수직편파의 지향성을 나타내는 곡선(수직)이 균일한 원(진원)이고, 상기 비교예의 경우에서와는 다르게, X방향에서 이득의 저하(비교예에서 널포인트)가 관찰되지 않고, 그 결과 균일한 지향성, 즉, 균일한 이득이 얻어지는 것을 나타낸다.

도 13과와 14는 UMTS 밴드에서 실시예의 안테나 장치(11)의 안테나 특성을 나타내는 도면이다. 도 13a는 제3 안테나(103)의 반사 손실에 대한 데이터를 나타낸다. 제3 안테나(103)의 반사 손실은, 전력 공급 포트(106)측에서 생기는 UMTS 밴 드에서 주파수[GHz]에 대한 반사 손실의 값으로서 표현된다. 도 13a에 나타낸 데이터에서, 6.00dB 이상(정확하게는, 9.00dB 이상)의 만족할만한 값이 1800MHz ∼ 2200MHz에서 얻어지고, 사용되는 UMTS 밴드에 적용되는 주파수인 1900MHz /2200MHz의 밴드에서 충분한 안테나 특성이 실현되는 것을 나타낸다. 또한, 상기 범위 이외의 주파수 범위에서 충분한 값이 얻어지기 때문에, 안테나 장치(11)가 UMST 밴드 이외의 더 넓은 대역에서 사용될 수 있는 것이 확인된다. 또한, 도 13b는 UMTS밴드에서의 안테나 장치(11)의 안테나 특성 중에서, 주파수 [GHz]에 대해 하나의 안테나로부터 다른 안테나로의 전력의 분리도로서 표현되는, 안테나 장치(11)의 분리 특성을 나타낸다. 도 13b에 나타낸 데이터에서, 1800MHz ∼2200MHz의 범위에서 3.00 dB 이상의 값이 얻어진다. 또한, 도 13c는, 모두 부하로서 동작하는 제3 안테나(103)와 전원 공급라인(107) 사이의 안테나 장치(11)의 임피던스 정합 특성을 나타내는 소위 스미스챠트이다. 도 13d는 안테나 장치(11)의 방사 효율을 나타내는 데이터를 표시한다. 도 13d의 데이터는, 800MHz ∼ 2200MHz의 밴드에서 약 100%의 방사 효율이 얻어지고, 사용되는 UMTS 밴드의 주파수인 1900MHz ∼ 2200MHz의 밴드에서 만족한 방사효율이 얻어지는 것을 나타낸다.

도 14a, 14b, 14c, 14d는 안테나 특성 중에서, UMTS 밴드에서의 실시예의 안테나 장치(11)의 지향성을 도 8a, 8b, 8c, 8d에서 사용된 것과 동일한 방식으로 입체적으로(3차원으로) 나타낸다. 도 14d에 나타낸 Z-X면 위에서 안테나 장치(11)의 지향성의 데이터는 수직편파의 지향성을 나타내는 곡선(수직)이 균일한 원(진원)이고, X방향에서 이득의 저하(널포인트)가 관찰되지 않고, 그 결과 균일한 지향성, 즉, 균일한 이득이 얻어지는 것을 나타낸다.

상기 서술한 것같이, 안테나 장치(11)의 도 12d에서 Z-X면상의 안테나 지향성의 데이터와, 도 14d에서 Z-X면상의 안테나 지향성의 데이터는 널포인트의 문제가 해결되었음을 나타내고, 즉, 기판의 원주 방향에서 수직편파의 무지향성이 DCS, PCS, UMTS 밴드에서 실현되었음을 확인할 수 있다.

본 발명의 발명자는 상기에 대한 이유를 연구하여 다음과 같이 가정했다. 즉, 비교예에서 사용된 안테나 장치(CE)에서, 오직 하나의 전원공급포트가 실장되고, 제2 안테나(102)를 구성하는 컨덕터 패턴의 끝과 접지 전극(접지 컨덕터)(114) 사이에서 정전 용량이 현저하게 작용하지만, 그러나, 실시예의 안테나 장치(11)에서, 제2 안테나(102)를 구성하는 컨덕터 패턴의 끝과 제3 안테나(103) 사이에 정전 용량이 발생한다. 2개의 전원 공급 포트(104, 106)는, 길이 방향으로 기판(100)의 중앙선에 대해 서로 대칭이 되도록 배열되고, 2개의 전원 공급 포트(104, 106) 사이에, PCS, UMTS 밴드에서 1/2 파형을 갖는 전자기파의 노드가 형성되고, 제2 안테나(102)로부터 공진 전류와 제3 안테나(103)로부터 공진 전류가 제2 안테나(102)의 전원 공급포트(104)와 제3 안테나(103)의 전원 공급포트(106) 사이에 흐른다.

그래서, 실시예의 안테나 장치(11)에 따르면, UMTS 밴드에서 신호의 송수신을 가능하게 하는 제3 안테나(103)를 부가적으로 실장함으로써, 안테나 장치(11)가 멀티 밴드 환경에서 사용되는 것이 가능해지고, 특히, DCS, PCS, UMTS 밴드에서 기판(100)의 짧은 원주 방향에서 수직편파의 무지향성이 실현되어, 휴대폰 단말에서 동작하는 안테나 장치(11)의 성능을 개선한다.

상기 서술된 것 같이, 실시예의 안테나 장치(11)는 GSM밴드에서 동작하는 제1 안테나(101), DCS, PCS밴드에서 동작하는 제2 안테나(102), UMTS밴드에서 동작하는 제3 안테나(103)를 가져서, 쿼드밴드 통신의 실현을 가능하게 한다. 또한, 제2 안테나(102)는, 제1 안테나(101)를 전원공급포트(105)에 연결하는 전원공급측 상의 라인(105)으로부터 분기되도록 배열된다. 그러므로, 동일한 송수신 회로(108)에 의해 신호가 처리될 수 있어서, 안테나 장치(11)의 구성을 단순화하고 공간 절약할 수 있다. 또한, 기판(100)의 동일면 위에 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)를 실장하고, 제1 안테나(101), 제2 안테나(102)를 칩형 안테나로 구성하여, 실시예의 안테나 장치(11)의 전체 크기가 더 작게 만들어질 수 있다. 특히, DCS, PCS밴드에서 동작하는 제2 안테나(102)를 UMTS밴드에서 동작하는 제3 안테나(103)와 정전 용량 결합하여, 상기 서술된 널포인트의 문제가 해결될 수 있고, 그러므로 DCS, PCS밴드와 UMTS밴드에서의 수직편파의 무지향성이 유지될 수 있다.

또한, 실시예의 안테나 장치(11)에서, 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)는 모두 주면(부품을 실장하는 면) 상에 실장되므로 안테나 장치(11)의 제조공정이 단순화될 수 있다. 또한, 실시예의 안테나 장치(11)에서, 제1 안테나(101)와 비교할 때, 제2 안테나(102)는 접지 전극(접지 컨덕터)(114)에서 떨어진 위치에 배열된다. 상기와 같이 구성함으로써, 비교적 광대역폭이 요구되는 DCS, PCS 밴드의 더 넓은 대역에서 안테나 장치(11)가 동작하게 하는 것이 가능하고, 높은 이득을 쉽게 얻는 것을 가능하게 한다.

그래서, 실시예의 안테나 장치(11)에 따르면, 더 작은 크기의 안테나가 모든 송수신 회로에 실장되고, 모든 송수신 회로에 실장된 안테나는 상호 전자기적으로 작용되도록 배열되므로, 안테나 장치(11)는 작고 공간절약적으로 만들어질 수 있고, 또한, 각 안테나의 임피던스 정합 특성이 개선될 수 있고, 우수한 이득이 얻어질 수 있고, 무지향성이 더 넓은 대역(복수의 송수신 주파수 대역에서)와 각 송수신 밴드에서 유지될 수 있다.

다음에, 본 발명의 제1 실시예의 제2 예의 안테나 장치가 도 15에 도시된다. 도 15는 본 발명의 제1 실시예의 제2 예에 따른 안테나 장치(12)의 안테나 회로의 기본 구성을 나타내는 도면이다. 도 15a는 그 기판의 안테나 실장 주면을 나타내는 도면이고, 도 15b는 기판의 후면을 나타내는 도면이다.

도 15a, 15b에 도시된 것같이, 제2 예의 안테나 장치(12)의 구성은 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)의 배열이 대체되는 것, 즉, 제1 안테나(101)와 비교할 때 제2 안테나(102)가 접지 전극(접지 컨덕터)(114)에 더 근접한 면위에 실장되는 것을 제외하고는 동일하다. 도 15a, 15b에서, 안테나 장치(114)에서 사용된 것과 동일한 도면부호가 그 해당하는 부품에 할당되므로, 따라서 그 설명이 생략된다. 접지 전극(접지 컨덕터)(114)으로부터 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)의 거리와 그 밴드 및 이득간에는 트레이드 오프가 존재한다. 즉, 안테나와 접지부 사이의 거리가 더 가까워지면, 용량 성분이 증가하고, 그러므로, 안테나에서 발생된 공진 전류를 삭제하는 반대 위상의 전류가 접지부에서 발생하기 쉽고, 그 결과 안테나 이득의 저하를 가져온다. 제1 실시예의 제2 예에서, 광대역으로서 저주파수 대역인 GSM 밴드를 사용하여, 제1 안테나(101)의 고이득을 얻기 위해 제1 안테나(101)를 중요시하면, 제1 안테나(101)는 접지 전극(접지 컨덕터)(114)로부터 먼 위치에 배열된다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예의 제1 예의 안테나 장치가 도 16에 도시되어 있다. 도 16은 제2 실시예의 제1 예의 안테나 장치(21)의 안테나 회로의 기본 구성을 나타내고, 도 16a는 기판상의 안테나 주실장면을 나타내고, 도 16b는 기판의 후면을 나타낸다. 제2 실시예의 제1 예의 안테나 장치(21)의 기본 구성은 제1 실시예의 제1 및 제2 예의 안테나 장치와 동일하여, 동일 도면부호가 대응하는 부분에 할당되므로, 따라서 그 설명은 생략된다.

도 16a, 16b에 도시된 것같이, 제2 실시예의 제1 예의 안테나 장치(21)에서, 제1 안테나(101)는 기판(100)의 주면(표면)상에 실장되고, 제2 안테나(102)는 기판의 후면(100R) 상에 실장된다. 제2 안테나(102)는 관통공 전극(116)을 통해 전원공급측 상의 주면(100P) 상에 형성된 제1 안테나(101)에 대한 라인(105)에 연결된다. 제1 안테나(101)에 대한 송수신 주파수 대역인 GSM 밴드에서의 신호와 제2 안테나(102)에 대한 송수신 주파수 대역인 DCS, PCS 밴드에서의 신호가 동일한 송수신 회로에 의해 처리되고, 제2 안테나(102)를 구성하는 패턴 안테나가 제1 안테나(101)를 구성하는 칩 안테나를 전원 공급포트(104)에 연결하는 라인(105)에 연결되는 점에서, 안테나 장치(21)의 동작은 제1 실시예의 제1 및 제2 예의 안테나 장치와 동일하다.

그러나, 제2 실시예의 제1 예의 안테나 장치(21)에는, 도 16a, 16b로부터 분명한 것 같이, 제1 안테나(101)와 제3 안테나(103)는 기판(100)의 주면(부품을 실 장하는 면)(100P)에 실장되고, 제2 안테나(102)는 관통홀 전극(116)을 통해 라인(105)에 연결되는 방식으로 기판(100)의 후면(100R)에 실장된다. 상기와 같이 구성함으로써, Y방향에서 제1 안테나(101)의 배열 위치는 안테나 실장 영역(100M)의 대략 중앙에 있는 것이 아니라, 제2 안테나(102)의 경우에서와 같이 안테나 실장 영역(100M)의 가장 먼 끝에 있다. 그러므로, 안테나 장치(21)에서, 제1 안테나(101)와 접지 전극(접지 컨덕터)(114) 사이의 거리와, 제2 안테나(102)와 접지 전극(접지 컨덕터)(114) 사이의 거리는 동일하다. 그 결과, 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)는 접지 전극(접지 컨덕터)(114)에서 먼 위치에 배열될 수 있고, 그러므로, 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102)는 모두 광대역에서 동작하고, 높은 이득을 갖도록 만들어진다. 또한, 안테나(102)를 구성하는 패턴 안테나는, 기판(100)의 두께와 같은 거리를 갖고 제1 안테나(101)의 길이 방향에서 제1 안테나(101)와 평행하도록 만들어진다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예의 제2 예의 안테나 장치(22)가 도 17에 도시되어 있다. 도 17은 제2 실시예의 제2 예의 안테나 장치(22)의 안테나 회로의 기본 구성을 나타내고, 도 17a는 기판상의 안테나 주실장면을 나타내고, 도 17b는 기판의 후면을 나타낸다. 제2 실시예의 제2 예의 안테나 장치(22)의 기본 구성은 제2 실시예의 제1 예의 안테나 장치(22)와 동일하여, 동일한 도면부호가 대응하는 부분에 할당되고, 따라서 그 설명을 생략한다. 제2 예의 안테나 장치(22)에서, 도 17a 및 17b에 나타낸 것같이, 제1 안테나(101)와 제3 안테나(103)는 기판(100)의 주면(100P) 위에 실장되어 있고, 제1 안테나(101)와 동일한 폭과 길이를 각각 갖는 패 턴들로 구성된 제2 안테나(102)가, 제2 안테나(102)를 구성하는 패턴들이 기판(100)의 표면 위에 실장된 제1 안테나(101)의 위치에 대응하는 위치에서 기판의 후면에 배치되는 방식으로, 관통공 전극을 형성하지 않고, 기판(100)의 후면(100R)에 실장되어 있다. 즉, 제2 안테나(102)가 제1 안테나(101)를 대면하도록 제1 안테나(101)와 동일한 폭과 길이를 각각 갖는 패턴들로 구성된 제2 안테나(102)를 기판(100)의 후면의 정확한 위치에 배열함으로써, 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102) 사이에서 정전 용량 결합을 이용하여 주파수의 듀얼 밴드에서 제2 안테나(102)가 동작하는 것을 가능하게 한다. 또한, 제1 안테나(101)와 비교하여 더 넓고 더 짧도록 제2 안테나(102)가 구성된다. 이것은 관통홀 전극을 사용하지 않고 기판(100)의 후면(100R)상에 실장된 제2 안테나(102)가 DCS, PCS밴드에서 동작하도록 만들어지기 때문이다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예의 제3 예의 안테나 장치가 도 18에 도시되어 있다. 도 18은 제2 실시예의 제3 예의 안테나 장치(23)의 안테나 회로의 기본 구성을 나타내고, 도 18a는 기판상의 안테나 주실장면을 나타내고, 도 18b는 기판(100)의 후면을 나타낸다. 제2 실시예의 제3 예의 안테나 장치(23)의 기본 구성은 제2 실시예의 제2 예의 안테나 장치(22)와 동일하여, 동일한 도면부호가 대응하는 부분에 할당되고, 따라서 그 설명을 생략한다. 제3 예의 안테나 장치(23)에서, 도 18a 및 18b에 나타낸 것같이, 제1 안테나(101)와 제3 안테나(103)가 기판(100)의 주면(100P)에 실장되어 있고, 제2 안테나(102)는 기판(100)의 후면 위의 정확한 위치에서 후면(100R)에 관통홀 전극을 사용하지 않고 실장된다. 즉, 패턴 안테나로 구성 된 제2 안테나(102)를 기판(100)의 후면의 정확한 위치에 배열함으로써, 제1 안테나(101)와 제2 안테나(102) 사이에서 정전 용량 결합을 이용하여 주파수의 듀얼 밴드에서 제2 안테나(102)가 동작하는 것을 가능하게 한다. 또한, 제2 실시예의 제2 예에서 사용된 제2 안테나(102)와 비교하여 더 좁고 더 길도록 제2 안테나(102)가 구성된다. 이것은 관통홀 전극을 사용하지 않고 기판(100)의 후면(100R) 위에 실장된 제2 안테나(102)가 DCS, PCS밴드에서 동작하도록 만들어지기 때문이다. 제3 예의 안테나 장치(23)에서, 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)는 각각 임피던스 정합 회로(109, 111, 118)을 갖는다. 각각의 임피던스 정합 회로(109, 111, 118)는 인덕턴스(L)와 용량(C)로 만들어진 병렬 공진 회로이고, VSWR 값이 임피던스 정합을 위해 L 및 C의 값을 조정하여 저하될 수 있다. 임피던스 정합회로(109)를 제1 안테나(101)의 전원공급측과 송수신회로부 사이에, 임피던스 정합회로(111)를 제3 안테나(103)의 전원공급측과 송수신회로부 사이에, 임피던스 정합회로(118)를 제2 안테나(102)의 전원공급측과 접지 전극(114) 사이에 삽입하여, VSWR의 값은 각각의 GSM 밴드, DCS/PCS 밴드, UMTS 밴드에서 최적으로 설정될 수 있다.

다음에, 본 발명의 제3 실시예의 안테나 장치가 도 19에 도시되어 있다. 도 19는 제3 실시예의 안테나 장치(23)의 안테나 회로의 기본 구성을 나타내고, 도 19a는 기판상의 안테나 주실장면을 나타내고, 도 19b는 기판(100)의 후면을 나타낸다. 제3 실시예의 안테나 장치(30)의 기본 구성은 제1 실시예의 제1 및 제2 예의 안테나 장치(11, 12)와 동일하여, 동일한 도면부호가 대응하는 부분에 할당되고, 따라서 그 설명을 생략한다. 제3 실시예의 안테나 장치(30)에서, 도 19a 및 19b에 나타낸 것같이, 제2 안테나(101)는 제1 안테나(101)에 대해서 칩안테나로 구성된다. 즉, 제2 안테나(102)는 유전체로 구성된 베이스 바디(102A)와 베이스 바디(102A)의 표면 주위에 감겨진 컨덕터(102B)로 구성되어 있다. 그러나, 제2 안테나(102)는 그 길이가 제1 안테나(101)와 같고, 그 폭과 높이가 제1 안테나(101)보다 더 작도록 구성된다. 또한, 컨덕터(102B) 사이의 간격이 제1 안테나(101)에 적용된 것보다 크고, 컨덕터(102B)가 제1 안테나(101)에 사용된 권선수와 비교하여 더 작은 권선수를 갖고 베이스 바디(102A) 주위에 감겨지도록 제2 안테나(102)가 구성된다. 이것은 제2 안테나(102)에 의해 사용되는 송수신 주파수가 제1 안테나(101)에 의해 사용된 것보다 더 높기 때문이다. 또한, 컨덕터(102B)의 권선 방향은 제1 안테나(101)의 컨덕터(101B)와 동일하지만, 안테나(101)에 의해 사용되는 주파수 대역이 안테나(102)에 의해 사용되는 대역으로부터 충분히 떨어져 있기 때문에, 상호 영향이 발생하지 않는다. 이것은 2개의 안테나에 의해 사용되는 주파수 대역이 서로 충분히 떨어져 있으면 2개의 안테나의 권선의 방향이 항상 동일할 필요는 없는 것을 의미한다.

여기서, 칩형 안테나와 적층 안테나의 변형 예들을 설명한다. 도 20은 칩형 안테나의 변형예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 20에 니타낸 것같이, 변형예의 칩형 안테나에서, 컨덕터(101B)의 형상 및 패턴은 도 1에 나타낸 칩안테나와 다르다. 변형예의 안테나 전극의 이 패턴은 권선 처리없이 미앤더링(meandering) 방식으로 컨덕터를 인쇄하여 생성될 수 있다. 도 21은 변형예의 적층 안테나의 기본 구 성을 나타내는 도면으로, 도 21a는 변형예의 적층 안테나를 또한 나타내고, 도 21b는 도 1에 나타낸 실시예의 적층 안테나를 나타내고, 도 21c는 적층 안테나의 다른 변형예를 나타낸다. 도 21a, 21b, 21c에 나타낸 컨덕터(103B)의 형상 및 패턴들은 서로 다르다. 또한, UMTS 밴드에 대응하는 주파수를 제공하도록, 나선 형상 등을 갖는 컨덕터(103B)의 길이가 조정된다. 그러나, 도 21b에 나타낸 실시예의 적층 안테나는 본 발명에서 사용되는 적층 안테나로서 바람직하다. 즉, 도 21a에 나타낸 적층 안테나의 경우에서, L(컨덕터)의 많은 중첩부분과, 증가된 라인투라인(line-to-line) 용량에 의해 생긴 큰 Q값으로 인해, 사용되는 밴드폭이 좁게 만들어진 경우가 다소 있다. 또한, 도 21c에 나타낸 적층 안테나의 경우, 동일한 주파수가 사용되어도, 그 면과 미앤더링 형상에 의해 생긴 L(컨덕터)의 불충분한 길이로 인해 안테나의 크기가 증가되어야 하는 경우가 다소 있다. 도 21b에 나타낸 실시예의 적층 안테나의 경우, L(컨덕터)의 길이가 긴 것이 확인될 수 있고, L(컨덕터)의 중첩부분이 작고, 그러므로, 그 라인투라인 용량이 더 작게 만들어지므로, 안테나의 크기가 더 작아 지고, 그 밴드폭이 더 넓어지게 할 수 있다.

도 22는 도 21b에 나타낸 실시예의 적층 안테나의 확대 평면도이다. 도 23은 도 21b에 나타낸 실시예의 적층 안테나를 구성하는 시트 레이어의 전개도이다. 하나의 주면(도 21b에서 후면)이 안테나의 주실장면(103m)을 구성하는 입방형상의 베이스 바디(103A)에 길이 방향으로, 베이스 바디(103A)를 나선 방식으로 감는 컨덕터(103B)를 갖도록, 상기 서술된 실시예의 제3 안테나(103)가 구성된다. 도 22, 23에 나타낸 것같이, 베이스 바디(103A)는 예를 들면 산화 알루미늄 및 실리카를 주 성분으로 포함하는 유전체로 만들어진 직사각형의 시트 레이어(103a, 103b, 103c)를 적층함으로써 구성된다. 시트 레이어(103a, 103c)의 표면 상에, 각각 직선 형상을 갖고, 은, 은합금, 동 또는 동합금으로 만들어진 도전성 패턴(203a ∼ 203i)이 형성되어 있다. 시트 레이어(103b)에 안테나의 길이 방향으로 관통홀 전극(103h)이 형성되어 있다. 또한, 적층 안테나의 형성에서, 예를 들면 글래스 및 Al₂O로 만들어진 저온 파이어링 물질(LTCC[Low Temperature Co-fired Ceramics])이 유전체로 사용될 때, 파이어링 처리가 800 ∼ 1000℃ 온도에서 실행될 수 있고, 그러므로, 은, 동 등과 같은 전극 물질을 갖는 적층 물질의 파이어링이 가능해진다. 그 결과, 전극이 형성될 때, 도전 패턴(203a ∼ 203i)이 실버 페이스트 등을 사용하여 적층 물질의 표면 위에 형성되고, 유전체 및 전극 필름이 동일 온도에서 파이어링될 수 있다. 그러면, 시트 레이어(103a, 103b, 103c)를 적층하고, 도전 패턴(203a ∼ 203i)을 관통홀 전극(103h)을 통해 시트 레이어(103a, 103b, 103c)에 연결함으로써, 도전체(103B)는 둘레에 감겨진 사각형 단면을 가지고 제조되어, 나선형으로 베이스 바디(103A)를 감는다.

다음에, 상기 서술된 구성을 갖는 안테나 장치가 무선 통신 장치에 내장되는 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도 24 ∼ 26은 실시예의 안테나 장치가, 무선 통신 장치 중 하나인 휴대폰에 적용된 예를 나타내고, 도 24는 안테나 장치가 스틱형 휴대폰에 적용되는 예를 나타내고, 도 25는 안테나 장치가 폴더형 휴대폰에 적용되는 예를 나타내고, 도 26은 안테나 장치가 슬라이드형 휴대폰에 적용되는 예를 나타낸다. 도 24a, 26a는 표면 측에서 본 휴대폰 단말의 외관도이고, 도 25b는 기판(100)을 포함하는 안테나 장치가 휴대폰에 내장되어 있는 상태를 그 후면에서 본 것을 나타내는 도면이다. 예를 들면, 평판 안테나의 표면에서 정상면까지 약 8mm의 높이를 갖도록 종래의 많은 평판 안테나가 구성된다. 한편, 상기 서술한 것같이, 본 발명의 실시예의 안테나 장치(11)에서, 하나의 안테나가 다른 안테나에 정전 용량 결합되므로, 안테나들은 모두 상호 작용되어, 더 적은 스위치 등이 요구되므로, 안테나 장치를 소형 크기로 공간 절약형으로 만드는 것이 가능해지고, 길이 방향으로 휴대폰의 캐비넷에 점유된 안테나 실장 영역(100M)이 종래의 평판 안테나와 비교할 때 절반으로 줄어들 수 있다. 또한, 안테나 장치(11)에서 안테나 실장 영역(100M)의 두깨는 약 3mm(기판을 포함할 때 약 4mm)가 가능하다. 안테나 실장 영역(100M)의 부피는 종래 평판 안테나와 비교할 때 약 1/4로 감소될 수 있으므로, 무선 통신 장치인 휴대폰에서 안테나 장치에 대한 공간이 절약되어, 휴대폰의 캐비넷에서 배열(레이아웃)의 자유도가 증가하므로, 휴대폰의 소형화를 가능하게 한다.

도 24∼ 26에 나타낸 예에서, 안테나 장치(11)의 안테나 실장 영역(100M)이 휴대폰의 캐비넷에서 상부 위치에 놓여지지만, 안테나 장치(11)의 안테나 실장 영역(100M)이 휴대폰의 캐비넷에서 하부 위치에 놓여질 수 있다. 최근, 휴대폰의 기능뿐 아니라 디자인도 중요해지고, 그 하부가 약간 테이퍼된 형상의 휴대폰이 유행이다. 그러나, 소규모, 박형이 되도록 안테나 장치(11)가 구성되기 위해, 필요에 따라서 안테나 장치(11)의 안테나 실장 영역(100M)이 휴대폰의 캐비넷에서 하부 위치에 놓여지는 레이아웃이 가능하다. 또한, 안테나 실장 영역(100M)이 휴대폰의 캐 비넷에서 하부 위치에 놓여지는 레이아웃은 사용자의 손에 전파가 흡수되는 것을 방지한다. 그래서, 안테나 실장 영역(100M)의 위치를 제어함으로써, 휴대폰의 액정 스크린으로부터의 노이즈에 의한 영향이 최소화될 수 있다.

또한, 상기 서술된 것같이, 본 발명의 실시예의 안테나 장치(11)에서, 기판(100)의 짧은 원주 방향에서 수직 편파의 무지향성이 확인될 수 있기 때문에, 안테나 장치(11)가 휴대폰 단말의 캐비넷에 내장될 때, 캐비넷에서 안테나 실장 영역(100M)을 둘러싸는 위치에 금속부를 적절히 설치함으로써, 안테나의 지향성을 제어하는 것이 가능해진다.

본 발명의 실시예의 안테나 장치(11)를 실장하는 다른 예가 도 27을 참조하여 서술되어 있다. 도 27에 나타낸 것같이, 안테나용 서브기판(200)은 접지된 기판(100)에 부가적으로 부착되어 있고, 제1, 제2, 제3 안테나(101, 102, 103)는 부가된 서브 기판(200)에 실장되어 있다. 회로 기판(100)에 실장된 송수신 회로로부터 전원 공급라인(271, 273)을 통해 제1, 제2, 제3 안테나(101, 102, 103)에 전원이 공급된다. 실시예의 안테나 장치(11)는 소규모, 박형 및 공간 절약형이 되도록 구성되어, 부가 안테나 서브 기판이 기판(100) 옆에 실장되게끔 한다. 상기와 같이 구성하여, 제1 안테나(101), 제2 안테나(102), 제3 안테나(103)와 회로 기판(100)의 접지 전극 사이에 특정 거리가 유지될 수 있음으로써, 광대역 및 고이득형 제1, 제2, 제3 안테나(101, 102, 103)를 가능하게 한다. 또한, 도시하지는 않았지만, 안테나 서브 기판(200)에 부가적으로 추가 서브 기판을 더 제공하고, GSM 밴드, DCS 밴드, PCS 밴드용 하나의 송수신 회로(신호처리회로)와 UMTS 밴드용 다른 송수신 회로(신호처리회로)를 추가 서브 기판에 실장함으로써, 각 부가적인 서브 기판에 부착된 연결 단말이 각 안테나에 동축 케이블을 통해 연결될 수 있다.

상기 서술된 실시예에서, 접지 전극이 제1/제2 안테나 및 제3 안테나 사이에 설치되지 않아서, 그 결과, 이들 안테나들과 접지 전극 사이의 거리가 더 크게 되어, 안테나와 접지 전극 사이의 정전 용량적 용량과, 안테나에서 발생하는 공진 전류를 취소하기 위한 반대 위상의 공진 전류를 감소시킨다. 그러나, 안테나에서 방사된 전파의 방사 효율이 개선되고, 무지향성이 쉽게 유지될 수 있어서, 송수신 주파수 대역이 더 넓어지게 한다.

상기 서술된 것같이, 실시예의 칩안테나는 GSM 밴드, DCS 밴드, PCS 밴드, UMTS 밴드를 포함하는 더 넓은 대역(쿼드 밴드의 주파수에서)에서 동작할 수 있고, 우수한 안테나 이득을 제공할 수 있고, 사용되는 송수신 주파수의 각 밴드에서 수직편파의 무지향성을 유지할 수 있고, 공간을 절약할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위와 진의를 벗어나지 않으면 변경과 변화가 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예에서, 제2 안테나(102)는 DCS 밴드, PCS 밴드에서 동작할 수 있도록 구성되어, 실시예의 안테나 장치가 쿼드 밴드의 주파수에서 동작할 수 있지만, 제2 안테나(102)가 하나의 송수신 주파수 대역, 즉 트리플 밴드의 주파수에서 동작하도록 구성될 수도 있는 것은 당연하다. 상기 실시예에서, 제1 안테나(101)용 송수신 주파수인 GSM 밴드에서의 신호와 제2 안테나(102)용 송수신 주파수인 DCS, PCS 밴드에서의 신호가 동일한 송수신 회로에 의해 처리되지만, 이들 신호가 분리된 별개의 송수신 회로에 의해 처 리될 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서, GSM, DCS, PCS 밴드에서 동일한 송수신 회로가 공유되고, UMTS 밴드에서 안테나용 전원공급포트가 별개로 공급되어 송수신 회로에 연결되므로, 하나의 안테나가 GSM, DCS, PCS, UMTS 밴드에서 공유되어, GSM, DCS, PCS 밴드의 동작들과 UMTS 밴드의 동작 사이에서 송수신 회로를 스위칭하기 위해 종래 필요한 복잡한 안테나 스위치를 제공하는 것은 필요하지 않으므로, 안테나 장치의 삽입 손실과 안테나 설치 공간의 감소를 가능하게 한다.

또한, 상기 실시예에서, 칩 안테나의 베이스 바디가 유전체로 만들어지지만, 이 베이스 바디는 자성체를 사용하거나 또는 유전체와 자성체를 결합하여 구성될 수 있는 예를 설명한다. 예를 들면, 유전체로서, 저온에서 발화될 수 있는 LTCC로 만들어진 그린 시트가, 자성체로서는, 저온에서 발화될 수 있는 페라이트 등으로 만들어진 그린 시트가 있다. 또한, 제1 안테나(101)의 경우에서와 같이, 제3 안테나(103)는 내부 적층 패턴(적층 안테나)으로 만들어지고, 제3 안테나(103)는 유전체로 만들어진 베이스 바디의 표면 주위에 전극을 감아서 구성될 수 있는 것은 당연하다. 그러나, 내부 적층 패턴(적층 안테나)은 안테나 장치의 소형화에 더 유리하다. 이것은 내부 적층 패턴(적층 안테나)의 폭이 더 좁게 만들어질 수 있기 때문이다. 제1 안테나의 경우에서와 같이, 제3 안테나가 칩형 안테나로 구성되면, 스크린 인쇄법을 사용하여 패턴이 표면에 형성될 수 있지만, 제조 공정에서 라인의 파손을 방지하기 위해, 사용되는 전극이 특정 폭을 갖는 것이 필요하다. 또한, 컨덕터를 둘러싸는 부분은 효과적인 유전율의 증가를 가능하게 하는 유전체이기 때문 에, 내부 적층 패턴(적층 안테나)이 더 유리하고, 이로 인해 안테나의 소형화가 더 가능해진다.

또한, 안테나 장치가 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나를 포함하고, 각 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나가 각 밴드가 서로 다른 송수신 주파수 대역에서 동작하고, 제1 안테나에 의해 사용된 것과 동일한 전원 공급 포트에 제2 안테나가 연결되고, 제3 안테나와 제1 또는 제2 안테나 사이에 개재된 갭을 가지고 제3 안테나가 실장되기만 하면, 본 발명의 안테나 장치는 휴대용 무선 통신장치뿐 아니라 각종 무선 통신 장치에도 적용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 더 넓은 대역(복수의 송수신 주파수 대역)의 주파수에서 동작할 수 있고, 우수한 이득을 얻을 수 있고, 각 송수신 주파수 대역의 수직편파의 무지향성을 유지할 수 있고, 공간을 절약할 수 있는 안테나 장치를 제공할 수 있다.

Claims

기판;

상기 기판에 실장된 제1 안테나;

상기 기판에 실장된 제2 안테나;및

상기 기판에 실장된 제3 안테나를 포함하고,

상기 각각의 제1, 제2, 제3 안테나는 각각 서로 다른 제1, 제2, 제3 송수신 주파수 대역에서 동작하고, 상기 제1 및 제2 안테나는 동일한 전원 공급 포트(제1 전원 공급 포트)를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 상기 제3 안테나는 상기 제1 전원 공급 포트와는 다른 제2 전원 공급 포트를 통해 상기 송수신 회로에 연결되어 있고, 상기 제1 또는 제2 안테나와 상기 제3 안테나는, 상기 제1 또는 제2 안테나와, 상기 제3 안테나 사이에 갭을 두고 상기 기판 위에 실장되어 있는, 안테나 장치.
기판;

상기 기판에 실장된 제1 안테나;

상기 기판에 실장된 제2 안테나;및

상기 기판에 실장된 제3 안테나를 포함하고,

상기 각각의 제1, 제2, 제3 안테나는 서로 다른 각각의 송수신 주파수 대역에서 동작하고, 상기 제1 및 제2 안테나는 동일 전원 공급 포트(제1 전원 공급 포 트)를 통해 송수신 회로에 연결되어 있고, 상기 제3 안테나는 상기 제1 전원 공급 포트와는 다른 제2 전원 공급 포트를 통해 상기 송수신 회로에 연결되어 있고, 상기 제1 또는 제2 안테나와 상기 제3 안테나는, 상기 제1 또는 제2 안테나와, 상기 제3 안테나 사이에 갭을 두고 상기 기판 위에 실장되므로, 상기 제1 또는 제2 안테나는 상기 제3 안테나에 정전 용량 결합되어 있는, 안테나 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제1 전원 공급 포트는 상기 기판의 중앙에 대해 일측에 더 가깝게 실장되어 있고, 상기 제2 전원 공급 포트는 상기 기판의 중앙에 대해 상기 일측의 반대인 일측에 더 가깝게 실장되어 있는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 연결된 상기 제1 전원 공급 포트에서 연장되는 라인에 연결되어 있는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 안테나에서 사용되는 상기 제1 송수신 주파수 대역은 상기 제2 및 제3 안테나에서 사용되는 주파수보다 낮은 주파수 대역이고, 상기 제1 안테나는 유전체와 자성체 중 적어도 하나로 만들어진 베이스 바디와, 상기 베이스 바디에 부착된 컨덕터를 포함하는 칩형 안테나인, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 안테나는 상기 기판 위에 형성된 컨덕터 패턴을 포함하는 패턴 안테나인, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 안테나에서 사용되는 상기 제2 송수신 주파수 대역은 적어도 2개의 통신 시스템에서 사용되는 송수신 주파수 대역을 포함하는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 안테나에서 사용되는 상기 제3 송수신 주파수 대역은 상기 제2 안테나에서 사용되는 송수신 주파수보다 높은 주파수 대역이고, 상기 제3 안테나는 유전체와 자성체 중 적어도 하나로 만들어진 베이스 바디와, 상기 베이스 바디에 부착된 컨덕터를 포함하는 칩형 안테나인, 안테나 장치.
청구항 8에 있어서,

상기 제3 안테나는, 복수의 층들로 만들어진 상기 베이스 바디와, 상기 복수의 층들에 배열된 상기 컨덕터를 포함하는 적층 안테나인, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1, 제2 및 제3 안테나는 상기 기판의 표면 위에 실장되어 있는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 안테나와 제3 안테나는, 상기 제2 안테나와 상기 제3 안테나의 사이에 갭을 두고 상기 기판상에 실장되어 있는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 11중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 안테나는 상기 기판의 주면 위에 실장되고, 상기 제2 안테나는 상기 기판의 주면의 뒤에 실장되고, 상기 제1 안테나를 상기 제1 전원 공급 포트에 연결하는 라인에 연결된 관통홀 전극을 통해 상기 주면 위에 실장된 상기 제1 안테나에 연결되는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 안테나가 상기 기판의 주면 위에 실장되고, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 기판이 개재되어 있고, 상기 주면의 뒤에 상기 제2 안테나가 실장되어 있으므로, 상기 제1 안테나가 상기 제2 안테나를 대면하고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 정전 용량 결합되고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 전원 공급 포트에 연결되는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 11중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 안테나와 상기 제3 안테나 사이에 접지 전극이 설치되지 않는, 안테나 장치.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 안테나 장치를 내장한 통신장치.