KR20100004928A

KR20100004928A - 안테나

Info

Publication number: KR20100004928A
Application number: KR1020097015958A
Authority: KR
Inventors: 마사오 사쿠마; 요시카즈 오카
Original assignee: 후지쯔 마이크로일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2010-01-13
Also published as: WO2008099444A1; CN101611517B; US20100045560A1; EP2128927B1; EP2128927A1; CN101611517A; JP5040926B2; KR101245993B1; JPWO2008099444A1; EP2128927A4

Abstract

유전 재료의 기판(100)과, 상기 기판 내에 마련되며 상기 기판의 유전율과는 상이한 유전율을 갖는 제1 상이 유전율 영역(102a)과, 상기 기판의 표면에 설치되는 제1 안테나 소자(101a)를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나가 제공된다. 또한, 유전 재료의 기판(100)과, 상기 기판의 표면에 설치되는 U자 형상의 제1 안테나 소자(101a)를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나가 제공된다.

Description

안테나{ANTENNA}

본 발명은 안테나에 관한 것이다.

최근, 통신 수요의 확대에 따라 휴대 전화 등의 소형 무선 기기가 널리 실용화되고 있다. 소형 무선 기기의 대부분은 케이스 내에 안테나를 내장하고 있다. 내장 안테나로는 소형화 및 경량성에 적합하고, 또 저비용, 성능이 우수한 것이 요구된다. 또한, 일상 생활에 있어서, 사람이 무선 기기를 직접 접촉했을 때의 영향 또는 무선 기기 근방에서의 도체의 영향이 방사 특성에 미치는 영향이 커서 성능이 좌우된다. 그 때문에, 외적 영향에 따른 특성 변화가 적은 안테나의 요구가 높아지고 있다.

종래의 주된 안테나의 종류에서는, 안테나 사이즈를 작게 하면, 안테나 이득을 확보할 수 없기 때문에, 안테나를 작게 할 수 없었다. 또한, 안테나 자체가 갖는 공진 주파수도 대역폭이 좁기 때문에, 외적 영향에 따라 공진 주파수가 변함으로써, 전압 정재파비가 악화되고, 전지의 소비량을 높이게 되어 쓸데없이 전지를 소모시키는 등의 현상을 볼 수 있었다. 또한, 방사 패턴은 소형 무선 기기를 내장하는 케이스의 영향을 받기 때문에, 안테나 설계가 매우 곤란하였다.

또한, 안테나 사이즈의 소형화가 용이하고, 안테나를 무선 기기 케이스 등에 부착했을 때에, 안테나의 방사 특성에 있어서, 부착되는 케이스에 따라 성능이 변하지 않는 상태를 확보할 수 있는 안테나가 요구되고 있다. 또한, 인체의 영향 또는 안테나 주변에 놓여진 도체의 영향에 따라 공진 주파수의 변화나 전압 정재파비의 변화가 발생하지 않는 안테나를 실현하는 것이 과제이다.

하기의 특허 문헌 1에는 점유 공간이 작아 소형화에 적합한 프린트형 크로스 다이폴 안테나가 기재되어 있다. 또한, 하기의 특허 문헌 2에는 이동 통신에 있어서의 기지국 안테나 장치에 이용되고, 2가지 공진 특성을 얻을 수 있으며, 게다가 소형이고, 간단하고 용이한 구조이며, 또한 제조가 용이한 안테나 장치가 기재되어 있다. 또한, 하기의 특허 문헌 3에는 복수 주파수대를 공용하고, 그 중의 특정 주파수대에 대해서 광대역화되는 다이폴 안테나 장치가 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2001-168637호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2003-209429호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2000-278025호 공보

발명의 개시

본 발명의 목적은, 공진 주파수 대역폭을 넓힐 수 있는 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 안테나는, 유전 재료의 기판과, 상기 기판 내에 마련되며 상기 기판의 유전율과는 상이한 유전율을 갖는 제1 상이 유전율 영역과, 상기 기판의 표면에 설치되는 제1 안테나 소자를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 안테나는, 유전 재료의 기판과, 상기 기판의 표면에 설치되는 U자 형상의 제1 안테나 소자를 갖는 것을 특징으로 한다.

도 1은 기판을 투시한 기판의 표면 및 이면을 도시한 도면이다.

도 2는 기판의 표면을 도시한 도면이다.

도 3은 기판의 이면을 도시한 도면이다.

도 4는 안테나 소자의 상세한 내용을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 기판의 표면의 제1 안테나 소자 및 이면의 제2 안테나 소자를 도시한 사시도이다.

도 6는 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자가 서로 겹치는 영역의 단면도이다.

도 7은 본 실시형태에 따른 안테나의 측정 결과를 도시한 그래프이다.

도 8은 본 실시형태에 따른 안테나의 측정 결과를 도시한 스미스 차트이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 다이폴 안테나의 구성예를 도시한 도면으로서, 각각 동일 방향에서 본 도면이다. 도 2는 기판(100)의 표면을 도시한 도면이고, 도 3은 기판(100)의 이면을 도시한 도면이며, 도 1은 기판(100)을 투시한 기판(100)의 표면 및 이면을 도시한 도면이다.

본 실시형태의 안테나는 휴대 전화기, 코드리스 전화기, 와이어리스 무선 통신 PC(퍼스널 컴퓨터) 카드, USB 데이터 통신 무선 기기, RF-ID 등의 소형 무선 기 기 등에 이용된다.

기판(100)은 유전 재질의 기판으로서, 예컨대 유리 에폭시 기판(FR4)이다. 기판(100)은 고유전체 기판이 바람직하다. 기판(100)은 2개의 관통 구멍(102a, 102b)을 갖는다. 관통 구멍(102a, 102b)은 긴 구멍 형상을 갖는다.

도 2를 참조하면서, 기판(100)의 표면 패턴을 설명한다. 기판(100)의 표면에는 동박의 제1 안테나 소자(101a) 및 그라운드 영역(103)이 마련된다. 제1 안테나 소자(101a)는 U자 형상을 갖는다.

다음에, 도 3을 참조하면서, 기판(100)의 이면 패턴을 설명한다. 기판(100)의 이면에는 동박의 제2 안테나 소자(101b) 및 그라운드 영역(103)이 마련된다. 제2 안테나 소자(101b)는 U자 형상을 갖는다.

기판(100)의 표면 및 이면의 그라운드 영역(103)은 그라운드 영역(103) 내의 관통 구멍을 통해 서로 접속된다. 관통 구멍(102a)은 제1 안테나 소자(101a)의 U자 안에 마련되고, 관통 구멍(102b)은 제2 안테나 소자(101b)의 U자 안에 마련된다.

제1 안테나 소자(101a)의 단부는 스위치(201)를 통해 통신 회로(202) 또는 통신 회로(203)에 접속된다. 통신 회로(202)는 수신 회로이고, 통신 회로(203)는 송신 회로이다. 제1 안테나 소자(101a)는 송신 회로(203)로부터 급전되는 급전 안테나 소자이다. 기판(100)의 이면에서는, 제2 안테나 소자(101b)의 단부는 그라운드 영역(103)에 접속된다. 제2 안테나 소자(101b)는 무급전 안테나 소자이다.

도 4는 도 1에 대응하여 안테나 소자(101a) 및 소자(101b)의 상세한 내용을 설명하기 위한 도면이다. 제1 안테나 소자(101a)는 전파 방사용 안테나 영역(401a) 및 임피던스 정합용 안테나 영역(402a)을 갖는다. 제2 안테나 소자(101b)는 전파 방사용 안테나 영역(401b) 및 임피던스 정합용 안테나 영역(402b)을 갖는다. 전파 방사용 안테나 영역(401a 및 401b)은 전파 방사에 기여하는 영역이다. 임피던스 정합용 안테나 영역(402a 및 402b)은 임피던스 정합에 기여하는 영역이다. 송신 회로(203)의 출력단은 50 Ω으로 정합되어 있다. 안테나의 시작(試作) 단계에서, 임피던스 정합용 안테나 영역(402a 및 402b)의 길이를 조정함으로써, 안테나 소자(101a 및 101b)의 임피던스를 50 Ω으로 하여 정합을 취한다. 임피던스 정합에 의해 안테나 소자(101a 및 101b)는 송신 회로(203)로부터의 송신파의 반사를 방지할 수 있다.

제1 안테나 소자(101a) 및 제2 안테나 소자(101b)는 기판(100)을 통해 투영되는 영역이 서로 겹치는 영역(403)과 그 이외의 겹치지 않는 영역을 갖는다. 영역(403)은 안테나로서 기능하지 않는 영역이다. 영역(403)과 그 이외의 영역과의 경계 위치를 조정함으로써, 안테나로서 동작하는 주파수 대역을 조정할 수 있다.

도 5는 기판(100) 표면의 제1 안테나 소자(101a) 및 이면의 제2 안테나 소자(101b)를 도시한 사시도이다. 제1 안테나 소자(101a) 및 제2 안테나 소자(101b)는, 선(501)을 중심으로 하여 기판(100)을 통해 투영되는 영역이 서로 겹치는 영역(403)을 갖는다.

도 6은 제1 안테나 소자(101a) 및 제2 안테나 소자(101b)가 서로 겹치는 영역(403)의 단면도이다. 제1 안테나 소자(101a)는 기판(100)의 표면에 설치되고, 제2 안테나 소자(101b)는 기판(100)의 이면에 설치된다. 제1 안테나 소자(101a) 및 제2 안테나 소자(101b)는 기판(100)을 그 사이에 두도록 설치되는 코플래너(coplanar) 구조를 갖는다. 이에 따라, 안테나 소자(101a 및 101b)를 짧게 할 수 있어 안테나를 소형화할 수 있다. 또한, 안테나 소자(101a 및 101b)의 길이는 공진 주파수의 파장에 따라 결정된다. 서로 겹치는 영역(403)에 있어서, 제1 안테나 소자(101a)는 제2 안테나 소자(101b)보다 폭이 좁다. 이에 따라, 전파(601)의 방사를 막을 수 있다.

서로 겹치는 영역(403)의 제1 안테나 소자(101a)에 도 2의 통신 회로(202 또는 203)와의 접속점이 마련된다. 즉, 제1 안테나 소자(101a)는 그 한쪽 단부에 통신 회로(202 또는 203)와의 접속점이 마련되고, 그 다른 쪽의 단부에 임피던스 정합을 위한 폴딩 패턴으로서 임피던스 정합용 안테나 영역(402a)을 갖는다.

마찬가지로, 제2 안테나 소자(101b)는 그 한쪽 단부에 도 3의 그라운드 영역(103)과의 접속점이 마련되고, 그 다른 쪽 단부에 임피던스 정합을 위한 폴딩 패턴으로서 임피던스 정합용 안테나 영역(402b)을 갖는다.

임피던스 정합용 안테나 영역(402a 및 402b)은 상기 서로 겹치지 않는 영역의 단부에 마련된다.

본 실시 형태에 따르면, 안테나 소자(101a 및 101b)를 유전 재질 기판(100)의 표면 및 이면에 배치함으로써, 유전 재질 기판(100)의 유전율에 따라 신호의 전기장(電氣長)이 단축된다. 이에 따라, 안테나 소자(101a 및 101b)를 짧게 하여 안테나를 소형화할 수 있다. 또한, 안테나 소자(101a 및 101b)를 구부려 U자 형상으로 함으로써, 안테나 자체가 갖는 공진 주파수 대역을 넓힐 수 있다.

또한, 안테나 소자(101a 및 101b)의 개방단측을 내측으로 구부려 임피던스 정합용 안테나 영역(402a 및 402b)을 마련한다. 임피던스 정합용 안테나 영역(402a 및 402b)은 임피던스 정합에 기여하는 영역이 된다. 안테나 소자(101a 및 101b)는 임피던스 정합에 기여하는 영역(402a, 402b)과 전파 방사에 기여하는 영역(401a, 401b)으로 분리될 수 있다.

또한, 안테나 소자(101a 및 101b)에 인접하여 긴 구멍 형상의 관통 구멍(120a 및 102b)을 설치함으로써, 유전율의 불연속성이 발생한다. 유리 에폭시 기판(100)의 유전율(εr)은 4.8이며, 관통 구멍(102a 및 102b)에 존재하는 공기의 유전율(εr)은 1이다. 이 유전율의 불연속성에 의해 안테나 소자(101a 및 101b)가 고주파수적으로 독립된 단일체로서 존재함으로써, 안테나의 공진 주파수의 대역폭을 넓힐 수 있다. 이에 따라, 안테나가 내장되는 무선 기기의 케이스의 영향, 근방에 배치된 도체 영향, 또는 인체가 닿았을 때의 영향에 따른 전파 방사 특성의 영향을 쉽게 받지 않도록 할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 실시형태에 따른 안테나의 공진 주파수 대역폭의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 7은 주파수 및 전압 정재파비(VSWR)의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 8은 스미스 차트이다.

측정 시험에서는, 주파수를 1.45[GHz]에서 2.95[GHz]까지 변화시켜 도 7의 전압 정재파비 및 도 8의 임피던스를 측정하였다. 전압 정재파비가 1일 때에는 임피던스 정합을 취할 수 있기 때문에, 안테나의 임피던스가 50 Ω이 된다. 도 8의 스미스 차트의 중심(한가운데)이 50 Ω을 나타낸다. 전압 정재파비가 2 이하이면, 양호한 안테나 특성이라고 말할 수 있다. 전압 정재파비가 2 이하인 주파수 대역폭은 1.84∼2.71[GHz]이다. 그 사용 가능 주파수 대역폭을 비(比)대역폭이라고 한다. 비대역폭은 다음 식으로 표현된다.

[수학식 1]

f＝(2.71－1.84)/{1.84＋(2.71－1.84)/2}×100 ≒38%

또한, 도 1에 있어서, 관통 구멍(102a 및 102b)이 없고 안테나 소자(101a 및 101b)가 직선 형상인 안테나의 제1 비교예에 대해서 동일하게 측정한 결과, 비대역폭은 25%였다.

또한, 도 1에 있어서, 관통 구멍(102a 및 102b)이 없고 안테나 소자(101a 및 101b)가 U자 형상인 안테나의 제2 비교예에 대해서 동일하게 측정한 결과, 비대역폭은 30%였다. 안테나 소자(101a 및 101b)를 U자 형상으로 함으로써, 제1 비교예에 비하여 비대역폭을 넓힐 수 있다.

또한, 상기한 본 실시형태와 같이, 관통 구멍(102a 및 102b)을 마련하고, 안테나 소자(101a 및 101b)가 U자 형상인 안테나에 대해서 측정한 결과, 피대역(f)은 38%였다. 관통 구멍(102a 및 102b)을 마련함으로써, 제2 비교예에 비하여 비대역폭을 더욱 넓힐 수 있다. 본 실시형태는 제1 비교예에 비하여 비대역폭을 13% 이상 넓힐 수 있다.

또한, 관통 구멍(102a 및 102b)은 기판(100)의 유전율의 불연속성을 발생시키기 위한 것이기 때문에, 관통 구멍(102a 및 102b)에는 기판(100)의 유전율과는 상이한 유전율을 갖는 재료를 설치하여도 좋다.

즉, 영역(102a 및 102b)은 기판(100) 내에 마련되며 기판(100)의 유전율과는 상이한 유전율을 갖는 상이 유전율 영역이라면 좋다. 상이 유전율 영역(102a 및 102b)은 상기 실시형태와 같이, 기판(100) 내의 관통 구멍이어도 좋다. 또한, 상이 유전율 영역(102a 및 102b)은 기판(100) 안을 관통하는 영역 내에 상기 다른 유전율의 재료가 설치되어 있는 것이어도 좋다. 상기 상이 유전율의 재료는 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(유전율 εr＝18.6∼68.4), ABS(아크릴 부타디엔 스티롤) 수지(유전율 εr≒3.0) 또는 비닐(유전율 εr≒2.0) 등이다.

상이 유전율 영역(102a 및 102b)은 U자 형상인 경우를 예를 들어 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, L자 형상 등이어도 좋다. 제1 상이 유전율 영역(102a)은 제1 안테나 소자(101a)에 인접하여 마련되고, 제2 상이 유전율 영역(102b)은 제2 안테나 소자(101b)에 인접하여 마련된다.

본 실시형태에 따르면, 상이 유전율 영역(102a 및 102b)을 마련하고, 및/또는 안테나 소자(101a 및 101b)를 U자 형상으로 함으로써, 공진 주파수 대역을 넓힐 수 있어 외적 영향에 따른 전파 방사 특성의 변화를 저감할 수 있다.

또한, 상기 실시형태는 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화예를 나타낸 것에 불과하며, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상 또는 그 주요한 특징에서 벗어나지 않게 다양한 형태로 실시할 수 있다.

공진 주파수 대역을 넓힐 수 있어 외적 영향에 따른 전파 방사 특성의 변화 를 저감할 수 있다.

Claims

유전 재료의 기판과,

상기 기판 내에 마련되며 상기 기판의 유전율과는 상이한 유전율을 갖는 제1 상이 유전율 영역과,

상기 기판의 표면에 설치되는 제1 안테나 소자

를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1 상이 유전율 영역은 상기 기판 내의 관통 구멍인 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1 상이 유전율 영역은 상기 기판 안을 관통하는 영역 내에 상기 다른 유전율의 재료가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1 상이 유전율 영역은 상기 제1 안테나 소자에 인접하여 마련되는 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 U자 형상인 것을 특징으로 하는 안테나.
제5항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 그 단부에 임피던스 정합을 위한 폴딩 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제1항에 있어서, 상기 기판의 이면에 설치되는 제2 안테나 소자를 더 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상기 기판을 통해 투영되는 영역이 서로 겹치는 영역과 겹치지 않는 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제8항에 있어서, 상기 서로 겹치는 영역에서 상기 제1 안테나 소자는 상기 제2 안테나 소자보다 폭이 좁은 것을 특징으로 하는 안테나.
제7항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 통신 회로에 접속되고, 상기 제2 안테나 소자는 그라운드에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나.
제10항에 있어서, 상기 기판의 표면 및 이면에 마련되는 그라운드 영역을 더 갖고,

상기 제2 안테나 소자는 상기 그라운드 영역에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나.
제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상기 기판을 통해 투영되는 영역이 서로 겹치는 영역과 겹치지 않는 영역을 갖고,

상기 서로 겹치는 영역의 제1 안테나 소자에 상기 통신 회로와의 접속점이 마련되는 것을 특징으로 하는 안테나.
제12항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자의 한쪽 단부에 상기 통신 회로와의 접속점이 마련되는 것을 특징으로 하는 안테나.
제13항에 있어서, 상기 제1 안테나 소자는 그 다른 쪽 단부에 임피던스 정합을 위한 폴딩 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제14항에 있어서, 상기 제2 안테나 소자는 그 단부에 임피던스 정합을 위한 폴딩 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제5항에 있어서, 상기 제1 상이 유전율 영역은 상기 제1 안테나 소자의 U자 안에 마련되는 것을 특징으로 하는 안테나.
제7항에 있어서, 상기 기판 내에 마련되며 상기 기판의 유전율과는 상이한 유전율을 갖는 제2 상이 유전율 영역을 더 갖고,

상기 제1 상이 유전율 영역은 상기 제1 안테나 소자에 인접하여 마련되고, 상기 제2 상이 유전율 영역은 상기 제2 안테나 소자에 인접하여 마련되는 것을 특징으로 하는 안테나.
유전 재료의 기판과,

상기 기판의 표면에 설치되는 U자 형상의 제1 안테나 소자

를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제18항에 있어서, 상기 기판의 이면에 설치되는 U자 형상의 제2 안테나 소자를 더 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상기 기판을 통해 투영되는 영역이 서로 겹치는 영역과 겹치지 않는 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.