KR20100022431A - 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

설계 및 제조를 용이하게 할 수 있고, 휴대전화 등에 적절하게 탑재할 수 있는 다중대역 안테나 장치를 제공한다. 안테나 장치(10a)는, 기판(20)과, 기판(20)의 급전점에 접속된 안테나 엘리먼트(30)을 구비한다. 안테나 엘리먼트(30)은, 좌우 비대칭인 제1 안테나 엘리먼트와, 제1 안테나 엘리먼트에 장착된 제2 안테나 엘리먼트가 일체로 형성되어 이루어지고, 유전체(40)의 표면상에 설치된다. 안테나 장치(10a)는, 단말로의 내장이 가능하며, 동시에 제1 안테나 엘리먼트에 의해 광대역에 걸쳐 양호한 전압정재파비(이하, 'VSWR'이라 함) 특성을 얻을 수 있음과 동시에, 제2 안테나 엘리먼트에 의해 제1 안테나 엘리먼트를 커버할 수 없는 저주파수 대역에서 양호한 VSWR 특성을 얻을 수 있다.

안테나, 단말, 내장, 유전체

Description

안테나 장치 {ANTENNA DEVICE}

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 단말기기에 내장되는 소형의 다중대역(multi band) 안테나 장치에 관한 것이다.

최근, 이동체 무선기기용 내장 안테나의 개발이 진행되고 있다. 이러한 안테나로서는, 예를 들면 고속 데이터 통신에 적합한 UWB(Ultra Wide Bnad) 전용의 내장 안테나나, 셀룰러용 내장 안테나 등을 들 수 있다. 단말기기의 소형화 경향에 수반하여, 이들 안테나에 대해서도 소형화가 요구되고 있다.

UWB 전용의 내장 안테나에서는, 안테나 엘리먼트나 기판의 형상을 고안하는 것에 의해 소형화와 성능의 확보를 양립시킨다. 예를 들면, 일본 특허공개 공보 제2007-235752호에 개시된 광대역 안테나 엘리먼트는, 평면 안테나를 금속체 혹은 유전체 기판으로 형성하고, 그 형상의 고안에 의해 광대역화를 실현하고, 동축 케이블로 급전하는 것이다. 이것에 의해, 3GHz 이상의 주파수 대역을 만족하는 소형 안테나를 제공할 수 있다.

또, 셀룰러용 내장 안테나는, 안테나 엘리먼트의 형상을 역 L 또는 역 F 형상 등으로 하는 것에 의해 다중대역화를 행하고 있다. 일본 특허공개 공보 제2007- 123982호 및 일본 특허공개 공보 제2005-150937호에 개시된 안테나를 그 예로서 들 수 있다.

일본 특허공개 공보 제2007-123982호에 기재된 다중대역 대응 안테나 장치는, 역 F 안테나와 역 L 형 안테나를 조합하는 것에 의해 1차 공진과 2차 공진을 이용하여 다중대역화를 실현하는 것이다. 이 기술에 의하면, 0.8~2.2GHz의 주파수 대역에서의 다중대역화가 가능하다. 또, 일본 특허공개 공보 제2005-150937호에 개시된 안테나 구조에서는, 안테나의 공진 주파수 특성을 반도체 소자를 이용하여 변화시킴으로써, 다중대역화를 실현한다.

일반적으로, 상술한 어떤 기술을 이용하는 경우라도, 높은 유전율의 유전체나 세라믹재를 재료로서 이용하는 것에 의해 안테나 형상을 보다 소형화하게 되며, 제작되는 안테나의 체적은 많은 경우에 약 2~5cc정도가 된다.

이와 같이, 휴대 무선기기의 안테나 소형화에 관해서는, 여러 가지 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 시스템의 다기능화나 국제 로밍의 필요성 등에 따라서 이후 휴대 단말에 복수의 무선 시스템을 탑재하는 것이 필요하게 되는 경우, 상술한 바와 같은 종래의 안테나에서는 다음과 같은 문제점을 가진다.

첫 번째로, 복수의 무선시스템에 대응하기 위하여, 복수의 안테나가 필요하게 된다. 그러나, 이미 설명한 바와 같이, 휴대 단말은 소형화의 경향에 있고, 단말기기의 디자인 상의 제약 때문에 복수의 안테나를 탑재하기 위한 공간을 확보하는 것이 곤란하다.

두 번째로, 엘리먼트의 형상을 역 L이나 역 F 형으로 하는 기술에 따르면, 안테나를 소형화하였을 때 공진의 예리함을 나타내는 품질계수 Q값이 커지고, 안테나가 저방사 효율 및 협대역이 된다. 또, 공진 주파수의 어긋남이 발생하고, 특성 조정이 매우 곤란하다.

세 번째로, 튜너블(tunable)회로를 이용하는 경우에는, 공진주파수를 가변시키기 때문에, 설계의 난이도가 높아진다. 또, 스위치나 가변용량(variable capacitance) 다이오드 등의 소자가 필요해지기 때문에, 부품 단가나 제조 원가가 높아진다. 또한, 회로의 악영향으로 안테나 방사효율의 저하나 왜곡이 발생하고, 통신품질이 열화되는 가능성을 고려할 필요가 있다.

이들 모든 문제를 감안하여, 본 발명은, 반도체 소자 등을 이용하지 않고, 소형화가 용이하며, 매우 광대역인 전기특성을 실현할 수 있는 단말용 내장 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 안테나 장치는, 급전점을 구비한 기판과, 소정의 폭을 가지는 좌우 비대칭인 제1 안테나 엘리먼트와, 및 상기 제1 안테나 엘리먼트에 장착된 제2 안테나 엘리먼트를 구비하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트는, 광대역성에 기여하는 테이퍼 형상의 단부와, 캐패시턴스의 양을 정밀 조정하는 라운드 형상 또는 테이퍼 형상의 단부를 가지며, 상기 라운드형상 또는 테이퍼형상의 단부에서 상기 급전점에 접속되어 급전되고, 상기 제2 안테나 엘리먼트는, 상기 제1 안테나 엘리먼트에서 상기 광대역성에 기여하지 않는 개소에 직접 접속되고, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 상기 광대역성에 의해서는 공진특성이 확보되지 않는 저주파수 대역에 있어서의 공진특성을 유지하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 안테나 장치에 있어서, 상기 제 1 안테나 엘리먼트는, 1/4 파장의 전기장을 가지는 광대역 모노폴 안테나이며, 상기 제2 안테나 엘리먼트는 상기 제1 안테나 엘리먼트보다도 낮은 주파수에서 1/4 파장의 전기장을 가지는 폴딩 L형 안테나이며, 상기 제2 안테나 엘리먼트가 상기 제1 안테나 엘리먼트에 직접 접속되는 개소는, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 상기 테이퍼 형상의 단부에 대향하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트와 상기 제2 안테나 엘리먼트가 서로 전기특성의 간섭을 받지 않는 위치하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 가지는 것에 의해, 본 발명에 따른 안테나 장치는, 제1 안테나 엘리먼트에 의해 1.7GHz 이상의 주파수 대역에서의 양호한 VSWR 특성을, 그리고 제2 안테나 엘리먼트에 의해 0.8GHz 부근의 주파수 대역에서의 양호한 VSWR 특성을 각각 얻을 수 있다.

본 발명의 안테나 장치에 있어서, 상기 제2 안테나 엘리먼트는 부분적으로 다른 폭을 가지는 것에 의해 임피던스를 조정하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명의 안테나 장치는 원하는 특성을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 안테나 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나 엘리먼트는, 유전체 지지부재의 표면상에 구부려서 형성하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명의 안테나 장치는 다른 소형화를 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, GSM 850, GSM 900, GPS, DCS, PCS, UMTS, mWiMax, UWB_Low의 모든 데이터 통신대역 및 셀룰러 대역을 확보하는 전기 특성을 가지는 초광대역의 안테나 장치를 실현할 수 있다. 또, 안테나의 크기를 1cc 정도의 용적으로 소형화할 경우에도, GSM 850, GSM 900, DCS, PCS, UMTS의 현행 휴대 단말의 주파수 대역에서 특성을 만족하므로, 소형화된 광대역 안테나 장치를 실현하는 것이 가능하며, 결과적으로는 단말기기의 소형화에 공헌할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 설명에 앞서, 유사한 구조를 가지는 일본 특허출원 제2007-334954호에 기재된 안테나 장치에 대하여 간단히 설명한다.

도 16의 (a) 및 (b)에 나타낸 것은, 일본 특허출원 제2007-334954호의 다중대역 안테나 장치이다. 상기 안테나 장치(100)은, 설계 및 제조를 용이하게 한 소형의 다중대역 안테나 장치로, 급전점 및 단락점을 구비한 기판(20)과, 급전점에 접속된 UWB 안테나(50)와, 단락점에 접속된 단락단과 단락단의 타단인 해방단을 가지는 무급전 소자(30)를 구비하여 구성되고, 상기 무급전 소자(30)는 상기 UWB 안테나(50)와의 전자 결합에 의해 동작한다. 상기 UWB 안테나(50) 및 무급전 소자(30)은, 각주 형상의 유전체(40)의 표면상에 구부려서 입체적으로 형성하여도 된다.

상기 안테나 장치(100)는, 점선으로 둘러싼 부분(G)에서 상기 UWB 안테나(50)와 무급전 소자(30) 사이에 거리를 두고, 전자 결합을 위한 공간을 확보하고 있다. 이에 대하여, 본발명에 따른 안테나 장치는, 이 전자결합을 위한 공간을 없애서 더욱 더 소형화를 꾀하고자 하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.

도 1에 나타낸 것은, 본 발명에 따른 안테나 장치(10a)이다. 상기 안테나 장 치(10a)는, 기판(20)과, 제1 안테나 엘리먼트(301)와, 제2 안테나 엘리먼트(302)와, 각주 형상의 유전체(40)로 구성된다. 상기 제1 및 제2 안테나 엘리먼트(301, 302)는, MID(Molded Interconnect Device)기술에 의해 형성되거나, 얇은 판금을 일체 성형하여 각주 형상의 상기 유전체(40)의 표면상에 형성된다.

도 2의 (a) 및 (b)에 나타낸 것은, 상기 안테나 장치(10a)의 외관이다. 도 2의 (a)는, 상기 기판(20)의 바깥쪽, 도 2의 (b)는 상기 기판(20)의 안쪽에서 각각 본 모습을 사시도와 함께 도시하고 있다. 상기 기판(20)의 크기는, 일반적인 셀룰러 단말이나 PDA 단말을 상정하여, 예를 들면 100mm x50mm로 한다. 또, 상기 안테나 엘리먼트(301, 302)와 유전체(40)를 포함한 안테나부의 크기는, 예를 들면 10mm x50mm x5mm, 용적은 2.5cc로 한다.

도 3에 나타낸 것은, 상기 안테나 장치(10a)의 안테나부의 전개도와, 상기 안테나 엘리먼트(301, 302)의 수치의 일예이다. 도 2에 나타내 바와 같이, 상기 안테나 장치(10a)는 상기 기판(20)의 길이방향의 일단에 설치되고, 단말측으로부터 급전되어 동작한다.

상기 안테나 장치(10a)의 안테나부는, 상기 제1 안테나 엘리먼트(301) 및 제2 안테나 엘리먼트(302)를 가진다. 이때, 각각의 상기 안테나 엘리먼트(301, 302)를 서로 구분하여 설명하고는 있지만, 실제로는 일체로 형성되는 것임에 유의한다.

상기 제1 안테나 엘리먼트(301)는, 테이퍼형상의 단부 A와 라운드형상의 단부 B를 가지는 좌우 비대칭의 광대역 안테나로, 상기 유전체(40)의 표면상에 구부려서 형성된다. 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)에 의해, 1.7GHz 이상의 주파수 대 역에서 3이하의 양호한 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 특성을 얻을 수 있다. 단부 A의 양단에 위치하는 2개의 변 L2 및 L3의 길이는, 예를 들어 L2가 15~25mm, L3가 20~35mm이다. 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)의 단부 A는 상기 안테나 장치(10a)의 광대역성에 기여하게 되며, 단부 B는 캐패시턴스의 양을 조정하는데 기여한다. 이때, 본 발명의 구체적인 실시 예에서는 상기 단부 B의 형상을 라운드 형상으로 예시하고 있으나, 실시 예에 따라서는 테이퍼 형상을 가질 수 있음에 유의한다.

또, 상기 제2 안테나 엘리먼트(302)는, 0.8GHz 부근의 주파수 대역에서 3 이하의 양호한 VSWR 특성을 얻을 수 있는 안테나로, 부분적으로 그 폭을 달리하여 제작되는데, 가장 가는 부분의 폭 W2는 예를 들면 1.5mm이다. 이와 같이, 상기 제2 안테나 엘리먼트(302)의 폭을 부분적으로 달리함으로써 상기 안테나 장치(10a)의 임피던스를 조정할 수 있다. 여기서, 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)의 L1, L2의 각 부분의 길이와, 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)와 제2 안테나 엘리먼트(302)의 접합부의 폭 W1과는 공진 주파수의 정합으로 설정하는 것으로 한다. 상기 제2 안테나 엘리먼트(302)는, 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)의 단부 A와 대향하는 단부에 장착되고, 상기 유전체(40)의 표면상에 구부려서 형성된다.

상기 제2 안테나 엘리먼트(302)는 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)만으로는 확보되지 않은 주파수 대역, 즉, 0.8GHz 부근의 주파수 대역에서 공진특성을 유지하게 된다. 이를 위해, 상기 제2 안테나 엘리먼트(302)는 상기 제1 안테나 엘리먼트(301)의 동작 특성, 특히, 광대역성에 영향을 미치지 않는 지점에서 상기 제1 안 테나 엘리먼트(301)에 직접 접속된다.

상기 안테나 장치(10a)를 이와 같은 구성으로 하는 이유를 명확히 하기 위하여, 이하, 도 4 내지 도 13을 참조하여 설명을 진행한다.

도 4의 (a) 및 (b)에 나타낸 것은, 주파수특성이 광대역인 소형평면 모노폴 안테나의 예로서, 모두 일반적인 휴대 단말의 프린트 배선판 PWB의 크기인 100mm x50mm의 기판(200)을 이용한다. 이 중, 도 4의 (a)에 나타낸 안테나 장치 (21)는, 기판(200)의 일단에 직경 14mm의 원형 안테나 엘리먼트(310)가 설치되어 있다. 한편, 도 4의 (b)에 나타낸 안테나 장치(22)는, 기판(200)의 일단에 안테나 장치(21)의 안테나 엘리먼트(310)를 반으로 한 반원형의 안테나 엘리먼트(320)가 설치되어 있다. 상기한 안테나 장치들(21, 22)의 VSWR 특성을 도 5에 나타낸다.

상기 안테나 장치(21)는, 원형의 안테나 엘리먼트(310)가 가지는 형상의 효과에 의해, 복수의 주파수 모드에서 안테나 전류가 흐르는 것에 의해 광대역화되고, 1.7GHz 이상의 주파수 대역에서, 단말 안테나로서 일반적인 스펙인 3이하의 VSWR 특성을 만족한다. 또, 상기 안테나 장치(22)의 안테나 엘리먼트(320)의 면적은 상기 안테나 장치(21)의 안테나 엘리먼트(310)의 면적의 반으로 제작되어, 얻어지는 VSWR 특성은 상기 안테나 장치(21)보다 약간 악화되기는 하지만 충분히 광대역이다.

그러나 도 5의 점선부분으로 표시된 바와 같이, 이들 안테나 장치들(21, 22)는, 0.8GHz 부근의 주파수 대역에서 공진 특성을 나타내는 3이하의 특성을 얻을 수 없다. 0.8GHz대의 주파수는 일본 국외에서는 GSM(Global System for Mobile Communications) 800, GSM 950, 일본 국내에서는 PDC(Personal Digital Cellular) 등의 셀룰러 통신방식으로 현재 사용되고 있으므로, 이 주파수 대역에 있어서도 양호한 VSWR 특성을 얻을 수 있는 것이 바람직하다.

그래서 상기한 안테나 장치(22)를 변형하여, 도 6의 (a), (b), (c)에 나타낸 바와 같이, 반원형의 안테나 엘리먼트(320)에, 0.8GHz의 파장에 대하여 약 1/4 파장의 안테나 엘리먼트(331, 332, 333)을 추가적으로 배선하여, 0.8GHz대의 공진특성을 얻는 것을 시도하였다. 상기 안테나 엘리먼트들(331, 332, 333)은, 각각 상기 안테나 엘리먼트(320)의 다른 부분에 설치하였다.

도 6 (a)의 안테나 장치(23)는, 상기 안테나 엘리먼트(320)의 선단부에 안테나 엘리먼트(331)를 장치하여 형성된다. 또, 도 6 (b)의 안테나 장치(24)는, 상기 안테나 엘리먼트(320)의 원호의 중점 부근에 안테나 엘리먼트(332)를 장착하여 형성된다. 그리고, 도 6 (c)의 안테나 장치(25)는, 상기 안테나 엘리먼트(320)의 현의 중점부근에 안테나 엘리먼트(333)를 장착하여 형성된다. 이들 안테나 장치(23, 24, 25)의 VSWR 특성을 상기 안테나 장치(22)의 VSWR 특성과 함께 도 7에 나타낸다.

도 7을 참조하면, 안테나 장치(23, 24, 25)는, 0.8GHz 부근의 주파수 대역에서도 공진특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 보다 상세하게 관찰하면, 도 6의 (a) 및 (b)에 나타낸 안테나 장치(23, 24)는, 도 4의 (b)에 나타낸 안테나 장치(22)에서는 얻을 수 있었던 1.7GHz~2.2GHz 부근의 공진특성을 얻을 수 없다.

한편, 도 6의 (c)에 나타낸 안테나 장치(25)는, 1.7GHz~2.2GHz에 있어서의 안테나 장치(22)의 공진특성을 거의 유지한 채로, 0.8GHz의 주파수 대역에서도 공진 특성을 얻는다. 이것은, 다음과 같은 이유에 기인한다.

일반적으로, 다중모드의 내장 안테나의 안테나 엘리먼트를 설계할 때에는, 엘리먼트를 분기하거나 용량 결합하여 복수개를 넣어 구성시킬 필요가 있는데, 그 경우, 사용 주파수에 의해 각 엘리먼트 사이에서 간섭을 받기 어려운 개소에서 배선하는 구조가 바람직하다. 따라서, 전류진폭이 낮은 곳의 부근에서 엘리먼트를 장치하는 방법이 고려된다.

그래서, 안테나 장치(22)의 반원형의 안테나 엘리먼트(320)에서의 전류분포를 3차원 전자계 시뮬레이션을 이용하여 해석하였다. 도8의 (a), (b), (c), (d)는, 이것을 2~5GHz의 범위에서 주파수별로 나타낸 것이다. 도 8의 (a), (b), (c), (d)에서, 짙은 색 부분은, 전류진폭이 낮은 것을 나타내고, 옅은 색의 부분은 전류진폭이 높은 것을 나타낸다. 따라서, 상기의 도면으로부터, 2GHz에서는 상기 안테나 엘리먼트(320)의 선단이지만, 2~5GHz을 통하여 고려된 경우, 안테나 엘리먼트(320)의 현의 중점 부근, 즉 점선으로 둘러싼 부분에서 전류진폭이 낮은 것을 알 수 있다.

이 점을 감안하면, 도 6 (c)의 안테나 장치(25)와 같이 안테나 엘리먼트(320)의 현의 중점부근에 폴딩 L 형상의 0.8 GHz용 안테나 엘리먼트(333)를 장착하는 것이 최적이라고 생각된다. 이것은, 이 부분이 전류진폭이 낮고, 제1 안테나 엘리먼트(310)의 광대역성에는 기여하지 않기 때문이다.

무엇보다도, 이 시뮬레이션으로부터 명확해지는 것에 의하면, 반원형의 안테 나 엘리먼트(320)에서 2GHz의 가장 전류진폭이 낮아지는 부분은, 현의 중점부근이 아니라, 안테나 엘리먼트(320)의 선단부인데, 이 점에 안테나 엘리먼트를 장착하여 도 6 (a)의 안테나 장치(23)와 같은 구성으로 하더라도 지향하는 특성을 얻는 것은 불가능하다. 이것은, 도 7로부터 명확히 알 수 있다.

또, 도 4의 (a) 및 (b)에 나타낸 안테나 장치(21, 22)의 경우, 낮은 주파수에서는 안테나 엘리먼트(310, 320)의 원 중심 부근, 주파수가 높아짐에 따라서 원주 부근을 전류가 강하게 흐르는 성질도 가지고 있다. 그래서, 0.8GHz이라는 낮은 주파수에서 원하는 성능을 얻기 위해서는 안테나 엘리먼트(310, 320)의 원 중심부근에 다른 안테나 엘리먼트를 장착하는 것이 최적이라고 추정된다.

이들 성질을 고려하고, 광대역 안테나에 새롭게 다른 안테나 엘리먼트를 장착하여 안테나 장치를 구성하는 것에 의해, 광대역 안테나가 가진 주파수 대역특성을 거의 유지하면서, 낮은 주파수에서 대역을 더 추가하여 다중대역 안테나화를 실현하는 것이 가능해진다.

그러나, 상술한 바와 같이 휴대 단말에서는 소형화가 요구되고, 안테나 장치(25)와 같이 대형의 외부부착 안테나를 탑재하는 것은 곤란하다. 따라서, 상술한 일본 특허출원 제2007-334954호에 기재된 다중대역 안테나 장치의 원리 효과 및 설계 기법을 이용하는 것에 의해 안테나 사이즈를 소형화하는 것을 시도해 보았다.

다시 도 16을 참조하면, 일본 특허출원 제2007-334954호의 다중대역 안테나 장치에 있어서는, 안테나 엘리먼트를 구부려서 입체 구조로 하는 것에 의해 안테나의 소형화를 시도한다. 이 기법을 이용하여 안테나 엘리먼트 301을 구부린 상태를 도 9에 나타낸다.

도 9에 있어서, 구부려진 안테나 엘리먼트(301)은, 10mmx 30mm x 5mm의 크기를 가지는 상기 유전체(40)의 표면상에 배치되어 있다. 이것은, 휴대 단말의 내장안테나로서 사용 가능한 정도로 소형화된 것이다. 상기 안테나 장치(10b)의 VSWR 특성을 도 10에 나타낸다.

상기 안테나 장치(10b)의 VSWR 특성과, 도 5에 나타낸 도 4 (b)의 안테나 장치(22)의 VSWR 특성을 비교하면, 양 안테나 장치의 VSWR 특성은 거의 같으며 광대역인 것을 알 수 있다. 상기 안테나 장치(10b)에 있어서는, 테이퍼형상의 단부 C가 광대역화에 작용하고, 라운드형상의 단부 D가 광대역화 및 임피던스 조정에 작용하고 있다. 단, 도 10으로부터 명확히 알 수 있듯이, 0.8GHz대에서의 공진특성은 얻어지지 않는다. 따라서, 이 대역에서의 공진특성을 얻기 위하여, 0.8GHz용의 엘리먼트를 추가적으로 장착하게 된다.

이미 도 6 (a), (b), (c)의 안테나 장치(23, 24, 25)를 예로 들어 설명한 바와 같이, 추가적으로 장착하는 안테나 엘리먼트의 위치나 형상에 의해서는 안테나 장치 전체의 VSWR특성의 파형이 변화하고 수치가 악화되거나, 협대역이 될 가능성이 있다. 그래서, 안테나 장치(10b)를 구성하는 안테나 엘리먼트(301)에 대하여, 3차원 전자계 시뮬레이션을 이용하여 전류분포를 해석하였다.

도 11 및 도 12에 나타낸 것은, 해석결과를 2~5GHz의 범위에서 주파수별로 나타낸 것이다. 도 8과 마찬가지로, 짙은 색의 부분은 전류진폭이 낮은 것을 나타내며, 흐린 색의 부분은 전류진폭이 높은 것을 나타낸다. 또, 도 11은 안테나 엘리 먼트(301)을 기판측에서 본 모습을, 도 12는 후면측에서 본 모습을, 각각 나타낸다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 2~5GHz의 어떤 주파수에서도 점선부분에서 전류진폭이 평균적으로 낮은 것을 알 수 있다. 따라서, 이 부분에 0.8GHz대의 안테나 엘리먼트를 장착하는 것이 가장 바람직하다.

이것을 감안하여 설계 배선한 본 발명의 안테나 장치는, 도 1에 나타낸 안테나 장치(10a)와 같이 된다. 그리고, 상기 안테나 장치(10a)의 VSWR 특성은 도 13에 나타낸 바와 같이 되며, 도 9의 상기 안테나 장치(10b)와 거의 같은 주파수 VSWR 특성을 유지한 채로 새롭게 0.8GHz 부근의 공진특성을 얻을 수 있다. 따라서, GSM 850 및 GSM 900에서 사용하는 824~960MHz, 및 GPS, DCS, PCS, UMTS, MobileWiMax, UWB_Low에서 사용하는 1.575~4.8GHz의 주파수 대역에 있어서, 3이하의 VSWR 특성을 얻는 것이 가능하게 된다.

통상적으로, 안테나의 소형화나 다중대역화를 행하면, Q 값이 높아지거나, 안테나 임피던스가 낮아지거나, 안테나 엘리먼트 간의 전자계 결합이 발생하는 것에 의해, 협대역화 또는 임피던스 열화 등의 악영향이 발생하고, 소형화의 장해가 되었다. 그러나, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 이와 같은 문제를 가지지 않고, 초광대역의 소형 내장 다중대역 안테나를 실현할 수 있다.

그런데, GSM, DCS, PCS, UMTS(IMT 2000)의 셀룰러대의 시스템 이외에, UWB, RF-ID, GPS, Bluetooth(등록상표), TV-FM수신용 등도 포함시키며, 이후 무선시스템은 증가 및 다기능화하는 경향에 있다. 그러나, 시스템의 수와 안테나의 수가 비례 하여 증가하는 사태는, 안테나 장치 공간의 점에서든, 원가의 면에서든 용인되는 것은 아니다.

본 발명의 안테나 장치에 의하면, 하나의 안테나 장치만으로, 휴대 단말에서 사용되는 5GHz이하의 주파수 대역의 모든 무선시스템의 사용이 가능하게 되는 주파수가 0.8GHz보다도 낮은 HF대 단거리통신(13.56MHz)이나, 모든 원세그(휴대전화?이동체 단말용 1세그먼트 부분 수신서비스)의 주파수 대역(470~770MHz)은 제거한다. 따라서, 도 17에 나타낸 각 무선시스템을 커버할 수 있고, 그 기대효과는 높다.

한편, 휴대 단말의 디자인성(박형화)을 중시하는 경향이나, 무선단말기 자체의 소형화 요구에 따라, 더 소형의 안테나 장치가 요구되는 것도 생각할 수 있다. 도 14에 나타낸 것은, 그와 같은 보다 소형화된 안테나 장치의 예이다.

상기 안테나 장치(10c)는 100mm x 45mm의 크기를 가지는 기판 20‘과, 10mm x45mm x2.5mm(용적 약 1.1cc)의 안테나부로 구성되어 있으며, 제1 및 제2 안테나 엘리먼트(303, 304)는 사각형의 유전체 40’의 표면상에 형성되어 있다.

제1 안테나 엘리먼트(303)은, 테이퍼형상의 단부 E와, 라운드형상의 단부 F를 가지며, 단부 E의 양단에 위치하는 2개의 변 L2' 및 L3'의 길이는, 예를 들면 L2'가 7~15mm, L3'가 25~40mm이다. 또, 제2 안테나 엘리먼트(304)에서, 제1 안테나 엘리먼트(303)과의 접합부분의 폭 W 1'은, 예를 들어 4.5mm이며, 제1 안테나 엘리먼트(303)의 단부 E와 대향하는 부분의 양단부의 길이 L4' 및 L4''는 예를 들어 L4'이 6mm, L4''가 4mm이다.

상술한 실시예와 마찬가지로, L1', L2', 및 W1'의 각부의 길이는 공진주파수 의 정합으로 설정한다.

도 15에는, 이 안테나 장치(10c)의 VSWR 특성을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 상기 안테나 장치(10c)에 의하면, 많은 현행 휴대 단말에서 사용되고 있는 GSM 850, GSM 900, DCS, PCS, UMTS의 시스템의 주파수 대역 내에서 3이하의 VSWR 특성을 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 안테나부를 소형화하더라도 광대역의 다중대역 안테나를 실시할 수 있다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 안테나 장치의 일실시예를 나타낸 외관도,

도 2는 본 발명의 안테나 장치의 일실시예를 나타낸 외관도,

도 3은 본 발명의 안테나 장치의 일실시예에 있어서의 안테나부를 나타낸 외관도,

도 4의 (a) 및 (b)는 안테나 엘리먼트의 형상에 따른 VSWR 특성의 변화를 조사하기 위한 모델을 나타낸 도면,

도 5는 도 4의 (a) 및 (b)에 나타낸 각 안테나 장치의 VSWR특성을 나타낸 도면,

도 6의 (a)~(c)는 안테나 엘리먼트의 형상에 따른 VSWR특성의 변화를 조사하기 위한 모델을 나타낸 도면,

도 7은 도 4의 (b) 및 도 6의 (a)~(c)에 나타낸 각 안테나 장치의 VSWR특성을 나타낸 도면,

도 8의 (a)~(d)는 도 4의 (b)에 나타낸 안테나 장치의 안테나 엘리먼트에 있어서의 전류분포를 주파수별로 나타낸 도면,

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 안테나 장치와의 비교를 위한 안테나 장치를 나타낸 외관도,

도 10은 도 9의 (a)에 나타낸 안테나 장치의 VSWR특성을 나타낸 도면,

도 11의 (a)~(d)는 도 9의 (a)에 나타낸 안테나 장치의 안테나 엘리먼트에 있어서의 전류분포를 주파수별로 나타낸 도면,

도 12의 (a)~(d)는 도 9의 (a)에 나타낸 안테나 장치의 안테나 엘리먼트에 있어서의 전류분포를 주파수별로 나타낸 도면,

도 13은 도 1에 나타낸 본 발명의 안테나 장치의 일실시예의 VSWR특성을 나타낸 도면,

도 14는 본 발명의 안테나 장치의 다른 실시예를 나타낸 외관도,

도 15는 도 14에 나타낸 본 발명의 안테나 장치의 다른 실시예의 VSWR특성을 나타낸 도면,

도 16은 일본 특허출원 제2007-334954호에 기재된 안테나 장치를 나타낸 외관도.

도 17은 본 발명의 안테나 장치에 따라 커버되는 시스템 및 주파수 대역을 나타낸 도면.

Claims (5)

1. 급전점을 구비한 기판과,

   소정의 폭을 가지는 좌우 비대칭인 제1 안테나 엘리먼트와, 및

   상기 제1 안테나 엘리먼트에 장착된 제2 안테나 엘리먼트를 구비하고,

   상기 제1 안테나 엘리먼트는, 광대역성에 기여하는 테이퍼 형상의 단부와, 캐패시턴스의 양을 정밀 조정하는 라운드 형상 또는 테이퍼 형상의 단부를 가지며, 상기 라운드형상 또는 테이퍼형상의 단부에서 상기 급전점에 접속되어 급전되고,

   상기 제2 안테나 엘리먼트는, 상기 제1 안테나 엘리먼트에서 상기 광대역성에 기여하지 않는 개소에 직접 접속되고, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 상기 광대역성에 의해서는 공진특성이 확보되지 않는 저주파수 대역에 있어서의 공진특성을 유지함을 특징으로 하는 안테나 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 안테나 엘리먼트는, 1/4 파장의 전기장을 가지는 광대역 모노폴 안테나이며,

   상기 제2 안테나 엘리먼트는 상기 제1 안테나 엘리먼트보다도 낮은 주파수에서 1/4 파장의 전기장을 가지는 폴딩 L형 안테나이며,

   상기 제2 안테나 엘리먼트가 상기 제1 안테나 엘리먼트에 직접 접속되는 개소는, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 상기 테이퍼형상의 단부에 대향하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트와 상기 제2 안테나 엘리먼트가 서로 전기특성의 간섭을 받지 않는 위치임을 특징으로 하는 안테나 장치.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   상기 제2 안테나 엘리먼트는 부분적으로 다른 폭을 가지는 것에 의해 임피던스를 조정함을 특징으로 하는 안테나 장치.
4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   상기 제1 및 제 2 안테나 엘리먼트는, 유전체 지지부재의 표면상에 구부려서 형성함을 특징으로 하는 안테나 장치.
5. 제3 항에 있어서,

   상기 제1 및 제 2 안테나 엘리먼트는, 유전체 지지부재의 표면상에 구부려서 형성함을 특징으로 하는 안테나 장치.

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