KR20120014679A - 유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어를 갖는 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어를 갖는 안테나 장치에 관한 것으로, 유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어와, 일단부의 급전점을 통해 전원에 연결되고, 적어도 일부를 통해 소자 캐리어의 표면을 경유하도록 연장되며, 전원에서 상기 급전점을 통해 급전 시, 공진 주파수 대역에서 동작하는 안테나 소자를 포함하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 소자 캐리어의 적어도 일부를 자성 캐리어로 구현함으로써, 안테나 장치의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어를 갖는 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS HAVING DEVICE CARRIER WITH MAGNETO-DIELECTRIC MATERIAL}
본 발명은 통신 단말기의 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어를 갖는 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로 통신 단말기는 전자기파를 송수신하기 위한 안테나 장치를 구비하여 이루어진다. 이러한 안테나 장치는 특정 공진 주파수 대역에서 동작하여, 해당 공진 주파수 대역의 전자기파를 송수신한다. 이 때 해당 공진 주파수 대역에서 공진 시, 안테나 장치에서 임피던스(impedance)는 허수로 된다. 그리고 안테나 장치에 대하여 해당 공진 주파수 대역에서 S 파라미터(S parameter)가 급격히 변한다.
이를 위해, 안테나 장치는 해당 공진 주파수 대역에 대응하는 파장 λ에 대하여 λ/2의 전기적 길이를 갖고, 일단이 개방(open)되거나 단락(short)된 도선(conducting wire)을 구비한다. 이러한 안테나 장치는 도선을 통해 전자기파를 전송하며, 전자기파가 도선에서 정상파(standing wave)를 형성함에 따라, 안테나 장치에서 공진이 이루어진다. 이 때 안테나 장치는 길이가 상이한 다수개의 도선을 구비함으로써, 공진 주파수 대역을 확장시킬 수 있다.
그런데, 상기과 같은 안테나 장치에서 공진 주파수 대역에 대응하여 도선의 전기적 길이가 결정되기 때문에, 안테나 장치의 사이즈가 공진 주파수 대역에 따라 결정된다. 이로 인하여, 안테나 장치에서 구현하고자 하는 공진 주파수 대역이 낮아질수록, 안테나 장치의 사이즈가 대형화되는 문제점이 있다. 이는 안테나 장치에서 도선의 수가 증가할수록, 더욱 심각해진다. 즉 안테나 장치에서 공진 주파수 대역을 확장될수록, 안테나 장치의 사이즈가 대형화되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 안테나 장치의 공진 주파수 대역을 확장시키는 데 있다. 그리고 본 발명의 다른 목적은 안테나 장치의 소형화를 구현하는 데 있다. 그리고 본 발명의 또 다른 목적은 안테나 장치의 제조 비용을 절감하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 안테나 장치는, 유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어와, 일단부의 급전점을 통해 전원에 연결되고, 상기 급전점으로부터 상기 소자 캐리어의 표면으로 각각 연장되며, 상기 전원에서 상기 급전점을 통해 급전 시, 각각의 공진 주파수 대역에서 동작하는 적어도 두 개의 브랜치 소자들로 이루어지는 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 안테나 장치는, 유전 자성체로 이루어지는 자성 캐리어와, 일단부의 급전점을 통해 전원에 연결되고, 일부를 통해 상기 소자 캐리어의 표면을 경유하도록 상기 급전점으로부터 연장되며, 상기 전원에서 상기 급전점을 통해 급전 시, 공진 주파수 대역에서 동작하는 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 소자 캐리어는, 상기 공진 주파수 대역에서 유전율에 의한 손실 계수가 0.01 이하이고, 투자율에 의한 손실 계수가 0.1 이하이고, 상기 유전율이 8 이하이며, 상기 투자율이 1.5 이상인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어를 갖는 안테나 장치는, 소자 캐리어의 적어도 일부를 자성 캐리어로 구현함으로써, 동작 성능을 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 소자 캐리어가 전체적으로 유전 캐리어로 구현된 경우와 비교하여, 소자 캐리어의 적어도 일부를 자성 캐리어로 구현함에 따라 소자 캐리어의 소형화를 구현할 수 있다. 즉 소자 캐리어의 사이즈를 축소시키더라도, 안테나 장치에서 소자 캐리어를 전체적으로 유전 캐리어로 구현된 경우와 적어도 유사한 동작 성능을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 안테나 장치의 소형화를 구현할 수 있다. 아울러, 안테나 장치의 공진 주파수 대역을 확장시킬 수 있다. 즉 소자 캐리어를 자성 캐리어로 구현함에 따라 소자 캐리어의 유전율과 투자율의 비율이 변화함으로써, 안테나 장치의 전기적 길이를 축소시킬 뿐만 아니라 공진 주파수 대역을 확장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 2는 도 1의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 4는 도 3의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도, 그리고
도 7은 도 6의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도이다. 그리고 도 2는 도 1의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 이 때 본 실시예에서 안테나 장치가 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)으로 구현되는 경우를 가정하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(100)는 기판 몸체(board body; 110), 접지 플레이트(ground plate; 120), 소자 캐리어(device carrier; 130) 및 안테나 소자(antenna device; 140)를 포함한다.
기판 몸체(110)는 안테나 장치(100)의 지지(支持)를 위해 제공된다. 이러한 기판 몸체(110)는 적어도 네 개의 모서리들로 구성된 평판 구조를 갖는다. 그리고 기판 몸체(110)는 유전체로 이루어진다. 이 때 기판 몸체(110)는 적어도 두 개의 유전 플레이트들이 적층되어 구현될 수 있다. 또한 기판 몸체(110)는 전송 선로(도시되지 않음)가 내재되어 있다. 여기서, 전송 선로는 일단부를 통해 안테나 장치(100)의 외부 전원(도시되지 않음)에 연결되어 있다. 게다가, 기판 몸체(110)는 그라운드 영역(111)과 소자 영역(113)으로 구분된다.
접지 플레이트(120)는 안테나 장치(100)의 접지(接地)를 위해 제공된다. 이러한 기판 몸체(110)는 적어도 네 개의 모서리들로 구성된 평판 구조를 갖는다. 그리고 접지 플레이트(120)는 기판 몸체(110)의 그라운드 영역(111)에 배치된다. 이 때 접지 플레이트(120)는 그라운드 영역(111)을 덮도록 형성될 수 있다. 여기서, 접지 플레이트(120)는 기판 몸체(110)의 양면 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다. 또한 기판 몸체(110)가 적어도 두 개의 유전 플레이트들로 이루어져 있으면, 접지 플레이트(120)는 유전 플레이트들 중 어느 두 개 사이에 삽입되어 형성될 수도 있다.
소자 캐리어(130)는 안테나 장치(100)의 성능 개선 및 유지를 위해 제공된다. 이러한 소자 캐리어(130)는 일정 두께를 갖는 평판 구조를 갖는다. 그리고 소자 캐리어(130)는 기판 몸체(110)의 소자 영역(113)에 장착된다. 또한 소자 캐리어(130)는 본 발명의 실시예에 따라 유전 자성체(MAGNETO-DIELECTRIC material; MD material)로 이루어지는 자성 캐리어로 형성된다. 여기서, 소자 캐리어(130)는, 예컨대 Y-타입의 육방정 페라이트로 형성될 수 있다.
이 때 Y-타입의 육방정 페라이트는 베이스 페라이트(base ferrite; Ba2Co2Fe12O22)와 실리케이트 글라스(silicate glass)로 이루어진다. 이러한 Y-타입의 육방정 페라이트는 베이스 페라이트를 주성분으로, 실리케이트 글라스가 첨가되어 구성된다. 여기서, Y-타입의 육방정 페라이트에서, 베이스 페라이트가 100 중량부(WT %)이며, 실리케이트 글라스가 0.5 중량부 이상이고 5 중량부 이하로 이루어질 수 있다. 그리고 Y-타입의 육방정 페라이트는 4.6×103 ㎏/㎥ 이상의 밀도를 가지며, 고강도 특성을 갖는다.
베이스 페라이트는 산화철(Fe2O3), 탄산바륨(BaCO3) 및 산화코발트(Co3O4 또는 CoO)로 이루어진다. 이 때 100 중량부의 베이스 페라이트에서, 산화철이 59 중량부 이상이고 60 중량부이하로 이루어지고, 탄산바륨이 20 중량부 이상이고 20.5 중량부 이하로 이루어지며, 산화코발트가 20 중량부 이상이고 20.5 중량부 이하로 이루어진다.
실리케이트 글라스는 이산화규소(SiO2), 산화붕소(B2O3), 산화리튬(Li2O), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O) 또는 산화바륨(BaO) 중 적어도 어느 하나로 이루어진다. 이 때 100 중량부의 실리케이트 글라스에서, 이산화규소가 60 중량부 이상이고 100 중량부 이하로 이루어지고, 산화붕소가 0 중량부 이상이고 20 중량부 이하로 이루어지고, 산화리튬이 0 중량부 이상이고 10 중량부 이하로 이루어지고, 산화칼륨이 0 중량부 이상이고 5 중량부 이하로 이루어지고, 산화나트륨이 0 중량부 이상이고 5 중량부 이하로 이루어지며, 산화바륨이 0 중량부 이상이고 5 중량부 이하로 이루어진다.
예를 들면, 100 중량부의 실리케이트 글라스에서, 이산화규소가 65 중량부이고, 산화붕소가 20 중량부이고, 산화리튬이 7 중량부이고, 산화칼륨이 5 중량부이며, 산화바륨이 3 중량부로 이루어질 수 있다. 또는 100 중량부의 실리케이트 글라스에서, 이산화규소가 65 중량부이고, 산화붕소가 20 중량부이고, 산화리튬이 7 중량부이고, 산화나트륨이 5 중량부이며, 산화바륨이 3 중량부로 이루어질 수 있다. 또는 100 중량부의 이산화규소로 이루어짐으로써, 실리케이트 글라스는 실리카 글라스(silica glass) 또는 건식 실리카 글라스(fumed silica glass) 중 어느 하나일 수도 있다. 이 때 실리케이트 글라스는 조성 방식 또는 입자들의 비표면적에 따라 실리카 글라스 또는 건식 실리카 글라스로 구분될 수 있다. 여기서, 실리카 글라스는 미크론(micron; μ) 사이즈의 입자들로 이루어지며, 건식 실리카 글라스는 나노(nano; n) 사이즈의 입자들로 이루어진다.
한편, Y-타입의 육방정 페라이트의 제조 절차는, Y-타입의 육방정 페라이트를 구성하기 위한 성분들을 계량하는 것으로부터 출발한다(weighing). 그리고 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 습식으로 혼합한다(wet mixing). 이 때 플라너터리 밀(planetary mill)에서 200 RPM(Revolution Per Minute)의 고속 회전을 통해, 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 파우더로 분쇄하여 용매(溶媒)와 함께 혼합한다. 여기서, 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 대략 3 시간 동안 혼합할 수 있다. 이 후, 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 오븐(oven)에서 건조시킨다(drying). 이 때 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 일정 건조 온도, 예컨대 120 ℃에서 건조시켜, 용매를 제거한다. 여기서, 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 대략 12 시간 동안 건조시킬 수 있다.
이어서, 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 베이스 페라이트로 합성한다(calcination). 즉 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 물리적 또는 화학적으로 변화시키고 불순물을 제거하여, 베이스 페라이트를 형성한다. 이 때 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 고상반응법(固相反應法)으로 합성할 수 있다. 그리고 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 일정 합성 온도, 예컨대 1200 ℃ 이상이고 1300 ℃ 이하에서 합성한다. 여기서, 산화철, 탄산바륨 및 산화코발트를 대략 2 시간 동안 합성할 수 있다. 이 후 베이스 페라이트를 가공한다(milling). 이 때 베이스 페라이트에 실리케이트 글라스를 첨가한다. 즉 플라너터리 밀에서 200 RPM의 고속 회전을 통해, 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 파우더로 분쇄하여 혼합한다. 여기서, 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 대략 3 시간 동안 가공할 수 있다.
계속해서, 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 조립한다(granulation). 이 때 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 결합제를 이용하여 결합시킨다. 여기서, 결합제는 폴리비닐 알코올(PolyVinyl Alcohol; PVA)일 수 있다. 그리고 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스의 총 중량부를 기준으로, 폴리비닐 알코올을 7 중량부 만큼 첨가할 수 있다. 또한 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 압축시킨다(press). 즉 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스의 밀도를 제어하여 성형한다. 이 때 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 결합제와 함께 1 ton/㎠의 압력으로 압축시킬 수 있다. 이 후 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스의 결합제를 제거한다(binder burnout). 이 때 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스로부터 일정 제거 온도, 예컨대 450 ℃에서 결합제를 제거한다. 여기서, 결합제는 대략 4 시간 동안 제거될 수 있다.
마지막으로, 베이스 페라이트와 실리케이스 글라스를 소결시킨다(sintering). 즉 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 보다 밀착시킨다. 예를 들면, 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 4.6×103 ㎏/㎥ 이상의 밀도로 밀착시킨다. 이 때 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 일정 소결 온도에서 소결한다. 여기서, 소결 온도는 합성 온도보다 낮아야 하며, 1000 ℃ 이상이고 1180 ℃ 이하이어야 한다. 예를 들면, 소결 온도는 1090 ℃ 이상이고 1110 ℃ 이하일 수 있다. 여기서, 베이스 페라이트와 실리케이트 글라스를 대략 2 시간 동안 소결시킬 수 있다. 이를 통해, Y-타입의 육방정 페라이트의 제조가 완료된다.
안테나 소자(140)는 안테나 장치(100)에서 공진(共振)을 위해 제공된다. 즉 안테나 소자(140)는 미리 정해진 공진 주파수 대역의 신호를 수신한다. 이 때 안테나 소자(140)는 미리 정해진 기준 임피던스(impedance)에서 공진한다. 이러한 안테나 소자(140)는 기판 몸체(110)의 소자 영역(113)에 배치된다. 이 때 안테나 소자(140)는 일단부의 급전점(feeding point; 141)을 통해 기판 몸체(110)의 표면에서 전송 선로의 타단부에 연결된다. 여기서, 안테나 소자(140)는 접지 플레이트(120)에 인접하여 급전점(141)이 위치하도록 배치된다. 그리고 안테나 소자(140)는 급전점(141)으로부터 일정 형태로 연장되어 소자 캐리어(130)의 표면에 형성된다. 또한 안테나 소자(140)는 도전성 물질, 예컨대 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 등 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 여기서, 안테나 소자(140)는 패터닝(patterning), 예컨대 인쇄, 인화, 도금, 증착, 스퍼터링(sputtering) 등을 통해 형성될 수 있다. 이 때 안테나 소자(140)는 접지 소자(ground device; 143)와 다수개의 브랜치 소자(branch device; 147, 149)들로 이루어진다.
접지 소자(143)는 급전점(141)으로부터 연장되어 타단부의 접지점(short point; 145)을 통해 접지 플레이트(120)에 접촉한다. 이를 통해, 공진 주파수 대역에서 동작 시, 안테나 소자(140)는 접지 플레이트(120)에 의해 접지된다. 그리고 접지 소자(143)는 적어도 하나의 곡절(曲折)부가 형성된 구조로 구현될 수 있다. 여기서, 접지 소자(143)는 미앤더(meander) 타입, 스파이럴(spiral) 타입, 스텝(step) 타입 또는 루프(loop) 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
브랜치 소자(147, 149)는 급전점(141)으로부터 각각의 경로를 따라 연장되어 타단부를 통해 개방(open)된다. 그리고 브랜치 소자(147, 149)는 적어도 하나의 곡절부가 형성된 구조로 구현될 수 있다. 여기서, 브랜치 소자(147, 149)는 미앤더 타입, 스파이럴 타입, 스텝 타입 또는 루프 타입 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 이를 통해, 공진 주파수 대역에서 공진 시, 브랜치 소자(147, 149)들은 공진 주파수 대역 내 각각의 주파수 영역에서 동작할 수 있다. 즉 브랜치 소자(147, 149)들은 각기 다른 주파수 영역에서 동작할 수 있다. 여기서, 브랜치 소자(147, 149)들은 각각의 사이즈, 형태 등에 따라 결정되는 주파수 영역에서 동작할 수 있다. 예를 들면, 브랜치 소자들 중 어느 하나는 1700 내지 2500 ㎒에 해당하는 비교적 높은 주파수 영역에서 동작하고, 브랜치 소자들 중 다른 하나는 800 내지 1000 ㎒에 해당하는 비교적 낮은 주파수 영역에서 동작할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 안테나 소자(140)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(130)는 공진 주파수 대역에서 유전율(permittivity;
Figure pat00001
)에 의한 손실 계수(
Figure pat00002
)가 0.01 이하이고, 투자율(permeability;
Figure pat00003
)에 의한 손실 계수(
Figure pat00004
)가 0.1 이하인 특성을 갖는다. 그리고 안테나 소자(140)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(130)는 공진 주파수 대역에서 유전율이 8 이하이고, 투자율이 1.5 이상인 특성을 갖는다. 여기서, 공진 주파수 대역에서 소자 캐리어(130)의 유전율과 투자율은 변화율이 10 % 이하에 해당하도록 유지된다.
이 때 안테나 장치(100)의 공진 주파수 대역은 800 ㎒에서 2.5 ㎓에 해당할 수 있다. 즉 안테나 장치(100)는 824 ㎒ 내지 894 ㎒에 해당하는 GSM(Global System for Mobile communications) 통신 대역, 880 ㎒ 내지 960 ㎒에 해당하는 EGSM(Extension of GSM) 통신 대역, 1710 ㎒ 내지 1880 ㎒에 해당하는 DCS(Digital Cordless System) 통신 대역, 1850 ㎒ 내지 1990 ㎒에 해당하는 PCS(Personal Communication System) 통신 대역 및 2000 ㎒ 내지 2500 ㎒에 해당하는 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신 대역에서 동작할 수 있다.
예를 들면, 안테나 장치(100)에서 소자 영역(113)의 길이(Device region Length; DL)를 45 ㎜로, 폭(Device region Width; DW)를 10 ㎜로 구현하고, 소자 캐리어(130)의 길이(Carrier Length; CL)를 40 ㎜로, 폭(Carrier Width; CW)을 5 ㎜로, 두께(Carrier Height; CH)를 2 ㎜로 구현 시, 소자 캐리어(130)는 도 2에 도시된 바와 같은 동작 특성을 나타낸다. 즉 소자 캐리어(130)가 투자율이 10을 초과하고, 유전율이 대략 12로 이루어지도록 구현된 경우, 소자 캐리어(130)는 안테나 소자(140)의 동작에 대응하여 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 특성을 나타낸다. 이 때 400 ㎒ 내지 3 ㎓에 해당하는 주파수 영역에서, 소자 캐리어(130)에서 투자율에 의한 손실이 증가한다. 한편, 소자 캐리어(130)가 투자율이 2이고, 유전율이 6으로 이루어지도록 구현된 경우, 소자 캐리어(130)는 안테나 소자(140)의 동작에 대응하여 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 특성을 나타낸다. 이 때 400 ㎒ 내지 3 ㎓에 해당하는 주파수 영역에서, 소자 캐리어(130)에서 투자율에 의한 손실의 선형성이 유지된다. 따라서, 소자 캐리어(130)가 본 발명의 실시예에 따른 유전 자성체로 이루어지는 자성 캐리어로 구현됨에 따라, 소자 캐리어(130)에서 안테나 소자(140)의 동작에 대응하여 손실의 선형성을 용이하게 유지할 수 있다.
아울러, 소자 캐리어(130)를 자성 캐리어로 구현함으로써, 안테나 장치(100)에서 손실이 감소되고, 안테나 장치(100)의 동작 효율이 향상된다. 이 때 소자 캐리어(130)가 유전 자성체로 이루어진 경우, 안테나 장치(100)의 동작 효율은 하기 <표 1>과 같다. 다시 말해, 안테나 장치(100)는 다수개의 주파수 영역에서 45 % 이상의 동작 효율을 나타낸다. 여기서, 안테나 장치(100)는 1 ㎓ 이하에 해당하는 주파수 영역들에서 45 % 이상의 동작 효율을 나타내고, 1 ㎓ 이상에 해당하는 주파수 영역들에서 50 % 이상의 동작 효율을 나타낸다. 즉 안테나 장치(100)는 다수개의 주파수 영역에서 동작할 수 있으며, 보다 확장된 공진 주파수 대역을 갖는다.
주파수 영역(㎒) 동작 효율 - 평균치(%) 동작 효율 - 최소치(%)
850 48 31
900 50 38
1800 61 51
1900 76 65
2100 69 62
한편, 전술한 실시예에서 안테나 소자의 전체가 소자 캐리어의 표면에 형성된 예를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 안테나 소자의 적어도 일부가 소자 캐리어의 표면에 형성됨으로써, 본 발명의 구현이 가능하다. 아울러, 전술한 실시예에서 안테나 소자가 다수개의 브랜치 소자들을 구비하는 예를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 안테나 소자가 적어도 하나의 브랜치 소자를 구비함에 따라, 본 발명의 구현이 가능하다. 이러한 예로서, 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 3의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 이 때 본 실시예에서 안테나 장치가 인쇄회로기판으로 구현되는 경우를 가정하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(200)는 기판 몸체(210), 접지 플레이트(220), 소자 캐리어(230) 및 안테나 소자(240)를 포함한다. 이 때 기판 몸체(210), 접지 플레이트(220), 소자 캐리어(230) 및 안테나 소자(240)의 기본 구성은 전술한 실시예와 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
다만, 소자 캐리어(230)는 기판 몸체(210)의 소자 영역(213)에서 일부 영역에 장착된다. 즉 소자 캐리어(230)는 소자 영역(213)의 나머지 영역을 노출시킨다.이 때 소자 캐리어(230)는 본 발명의 실시예에 따라 유전 자성체로 이루어지는 자성 캐리어로 형성된다. 여기서, 소자 캐리어(130)는, 예컨대 Y-타입의 육방정 페라이트로 형성될 수 있다.
아울러, 안테나 소자(240)는 접지 소자(243)과 적어도 하나의 브랜치 소자(247)로 이루어진다. 이 때 접지 소자(243)는 급전점(241)으로부터 접지점(245)으로 연장된다. 여기서, 접지 소자(243)는 소자 영역(213)의 나머지 영역에 형성될 수 있다. 그리고 브랜치 소자(247)는 급전점(211)으로부터 연장되어 타단부를 통해 개방된다. 여기서, 브랜치 소자(247)는 소자 영역(213)의 나머지 영역 및 소자 캐리어(230)의 표면에 형성된다. 즉 브랜치 소자(247)는 일부를 통해 소자 캐리어(230)의 표면을 경유한다. 이를 통해, 공진 주파수 대역에서 공진 시, 브랜치 소자(247)는 적어도 두 개의 주파수 영역에서 동작할 수 있다. 이 때 브랜치 소자(247)는 해당 사이즈, 형태 등에 따라 결정되는 주파수 영역에서 동작할 수 있다. 예를 들면, 브랜치 소자(247)는 1700 내지 2500 ㎒에 해당하는 비교적 높은 주파수 영역과 800 내지 1000 ㎒에 해당하는 비교적 낮은 주파수 영역에서 동작할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 안테나 소자(240)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(230)는 공진 주파수 대역에서 유전율에 의한 손실 계수가 0.01 이하이고, 투자율에 의한 손실 계수가 0.1 이하인 특성을 갖는다. 그리고 안테나 소자(240)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(230)는 공진 주파수 대역에서 유전율이 8 이하로 유지되고, 투자율이 1.5 이상으로 유지되는 특성을 갖는다. 여기서, 공진 주파수 대역에서 소자 캐리어(230)의 유전율과 투자율은 변화율이 10 % 이하에 해당하도록 유지된다.
이 때 안테나 장치(200)의 공진 주파수 대역은 800 ㎒에서 2.5 ㎓에 해당할 수 있다. 즉 안테나 장치(200)는 824 ㎒ 내지 894 ㎒에 해당하는 GSM 통신 대역, 880 ㎒ 내지 960 ㎒에 해당하는 EGSM 통신 대역, 1710 ㎒ 내지 1880 ㎒에 해당하는 DCS 통신 대역, 1850 ㎒ 내지 1990 ㎒에 해당하는 PCS 통신 대역 및 2000 ㎒ 내지 2500 ㎒에 해당하는 WCDMA 통신 대역에서 동작할 수 있다.
예를 들면, 안테나 장치(200)에서 소자 영역(213)의 길이(DL)를 50 ㎜로, 폭(DW)를 10 ㎜로 구현하고, 소자 캐리어(230)의 길이(CL)를 10 ㎜로, 폭(CW)을 5 ㎜로, 두께(CH)를 2 ㎜로 구현 시, 안테나 장치(200)는 도 4에 도시된 바와 같은 동작 특성을 나타낸다. 즉 공진 주파수 대역 내 800 내지 1000 ㎒에 해당하는 비교적 낮은 주파수 영역에서, 안테나 장치(200)에서 소자 캐리어(230)의 포함 여부에 따라 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 안테나 장치(200)의 동작 효율을 나타낸다. 그리고 공진 주파수 대역 내 1700 내지 2500 ㎒에 해당하는 비교적 높은 주파수 영역에서, 안테나 장치(200)에서 소자 캐리어(230)의 포함 여부에 따라 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 안테나 장치(200)의 동작 효율을 나타낸다. 여기서, 안테나 장치(200)는 1 ㎓ 이하에 해당하는 주파수 영역들에서 45 % 이상의 동작 효율을 나타내고, 1 ㎓ 이상에 해당하는 주파수 영역들에서 50 % 이상의 동작 효율을 나타낸다.
즉, 안테나 장치(200)가 소자 캐리어(230)를 포함함에 따라, 소자 캐리어(230)를 포함하지 않는 경우와 비교하여 안테나 장치(200)의 동작 효율이 현저하게 향상된다. 특히 공진 주파수 대역 내 800 내지 1000 ㎒에 해당하는 비교적 낮은 주파수 영역에서, 안테나 장치(200)의 동작 효율이 현저하게 향상된다. 다시 말해, 안테나 장치(200)는 다수개의 주파수 영역에서 동작할 수 있으며, 보다 확장된 공진 주파수 대역을 갖는다.
한편, 전술한 실시예들에서 소자 캐리어가 전체적으로 자성 캐리어로 형성된 예를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 소자 캐리어의 적어도 일부를 자성 캐리어로 형성함으로써, 본 발명의 구현이 가능하다. 아울러, 전술한 실시예들에서 안테나 소자가 접지 소자와 적어도 하나의 브랜치 소자를 포함하며, 접지 소자와 브랜치 소자가 분기되어 각각의 경로로 연장되는 예를 개시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 안테나 소자에서 접지 소자와 브랜치 소자가 일체형으로 이루어지더라도, 본 발명의 구현이 가능하다. 이러한 예로서, 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도이다. 이 때 본 실시예에서 안테나 장치가 인쇄회로기판으로 구현되는 경우를 가정하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(300)는 기판 몸체(310), 접지 플레이트(320), 소자 캐리어(330) 및 안테나 소자(340)를 포함한다. 이 때 기판 몸체(310), 접지 플레이트(320), 소자 캐리어(330) 및 안테나 소자(340)의 기본 구성은 전술한 실시예와 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
다만, 소자 캐리어(330)는 유전 자성체로 이루어지는 자성 캐리어(331) 및 유전체로 이루어지는 유전 캐리어(333)를 포함한다. 여기서, 자성 캐리어(331)는, 예컨대 Y-타입의 육방정 페라이트로 형성될 수 있다. 그리고 유전 캐리어(333)는 플라스틱(plastic) 또는 세라믹(ceramic)으로 형성될 수 있다. 이 때 소자 캐리어(330)에서, 자성 캐리어(331)는 일측부를 통해 유전 캐리어(333)와 물리적으로 결합될 수 있다. 또한 자성 캐리어(331)와 유전 캐리어(333)는 기판 몸체(310)의 소자 영역(313)에 장착된다. 여기서, 자성 캐리어(331)는 유전 캐리어(333)와 상이한 사이즈로 이루어질 수 있다. 즉 자성 캐리어(331)는 유전 캐리어(333)와 상이한 면적을 갖도록 구현될 수 있으며, 상이한 두께를 갖도록 구현될 수 있다.
아울러, 안테나 소자(340)는 일단부의 급전점(341)으로부터 연장되어 소자 캐리어(330)의 표면에 형성된다. 이 때 안테나 소자(340)는 일부를 통해 자성 캐리어(331)의 표면을 경유하고, 나머지를 통해 유전 캐리어(333)의 표면에 형성된다. 그리고 안테나 소자(340)는 타단부의 접지점(345)를 통해 접지 플레이트(320)에 접촉한다. 즉 안테나 소자(340)는 급전점(341)과 접지점(345)을 연결하는 하나의 연결 소자(347)로 이루어진다. 여기서, 연결 소자(347)는 전술한 실시예들에서 접지 소자 및 브랜치 소자와 유사하게 동작할 수 있다. 이를 통해, 안테나 장치(300)는 보다 확대된 공진 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 안테나 소자(340)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(330)는 공진 주파수 대역에서 유전율에 의한 손실 계수가 0.01 이하이고, 투자율에 의한 손실 계수가 0.1 이하인 특성을 갖는다. 그리고 안테나 소자(340)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(330)는 공진 주파수 대역에서 유전율이 8 이하로 유지되고, 투자율이 1.5 이상으로 유지되는 특성을 갖는다. 여기서, 공진 주파수 대역에서 소자 캐리어(330)의 유전율과 투자율은 변화율이 10 % 이하에 해당하도록 유지된다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 안테나 장치를 도시하는 사시도이다. 그리고 도 7은 도 6의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 이 때 본 실시예에서 안테나 장치가 인쇄회로기판으로 구현되는 경우를 가정하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 안테나 장치(400)는 기판 몸체(410), 접지 플레이트(420), 소자 캐리어(430) 및 안테나 소자(440)를 포함한다. 이 때 기판 몸체(410), 접지 플레이트(420), 소자 캐리어(430) 및 안테나 소자(440)의 기본 구성은 전술한 실시예와 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
다만, 소자 캐리어(430)는 유전 자성체로 이루어지는 자성 캐리어(431) 및 유전체로 이루어지는 유전 캐리어(433)를 포함한다. 여기서, 자성 캐리어(431)는, 예컨대 Y-타입의 육방정 페라이트로 형성될 수 있다. 그리고 유전 캐리어(433)는 플라스틱 또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 이 때 소자 캐리어(430)에서, 자성 캐리어(431)는 유전 캐리어(433)의 내부에 물리적으로 삽입될 수 있다. 즉 자성 캐리어(431)의 둘레 영역에 유전 캐리어(433)가 배치됨으로써, 자성 캐리어(431)는 유전 캐리어(433)와 물리적으로 결합될 수 있다. 또한 자성 캐리어(431)와 유전 캐리어(433)는 기판 몸체(410)의 소자 영역(413)에 장착된다. 여기서, 자성 캐리어(431)는 유전 캐리어(433)와 상이한 사이즈로 이루어질 수 있다. 즉 자성 캐리어(431)는 유전 캐리어(433)와 상이한 면적을 갖도록 구현될 수 있으며, 상이한 두께를 갖도록 구현될 수 있다.
아울러, 안테나 소자(440)는 일단부의 급전점(441)으로부터 연장되어 소자 캐리어(430)의 표면에 형성된다. 이 때 안테나 소자(440)는 일부를 통해 자성 캐리어(431)의 표면을 경유하고, 나머지를 통해 유전 캐리어(433)의 표면에 형성된다. 그리고 안테나 소자(440)는 타단부의 접지점(445)를 통해 접지 플레이트(420)에 접촉한다. 즉 안테나 소자(440)는 급전점(441)과 접지점(445)을 연결하는 하나의 연결 소자(447)로 이루어진다. 여기서, 연결 소자(447)는 전술한 실시예들에서 접지 소자 및 브랜치 소자와 유사하게 동작할 수 있다.
이를 통해, 안테나 장치(400)는 도 7에 도시된 바와 같이 보다 확대된 공진 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 즉 소자 캐리어(430)가 자성 캐리어(431)를 포함하지 않고, 전체적으로 유전 캐리어(433)로 이루어진 경우, 전체 주파수 대역 대비 안테나 장치(400)의 공진 주파수 대역이 12.06 %인데 반해, 소자 캐리어(430)가 자성 캐리어(431)를 포함함에 따라, 전체 주파수 대역 대비 안테나 장치(400)의 공진 주파수 대역이 14.03 %로 확장될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 안테나 소자(440)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(430)는 공진 주파수 대역에서 유전율에 의한 손실 계수가 0.01 이하이고, 투자율에 의한 손실 계수가 0.1 이하인 특성을 갖는다. 그리고 안테나 소자(440)가 공진 주파수 대역에서 동작 시, 소자 캐리어(430)는 공진 주파수 대역에서 유전율이 8 이하로 유지되고, 투자율이 1.5 이상으로 유지되는 특성을 갖는다. 여기서, 공진 주파수 대역에서 소자 캐리어(330)의 유전율과 투자율은 변화율이 10 % 이하에 해당하도록 유지된다.
아울러, 소자 캐리어(430)에서 자성 캐리어(431)의 포함 여부에 따라 하기 <표 2>와 같이 안테나 장치(400)의 동작 효율을 나타낸다. 이 때 안테나 장치(400)가 자성 캐리어(431)를 포함함에 따라, 자성 캐리어(431)를 포함하지 않는 경우와 비교하여 안테나 장치(400)의 동작 효율이 현저하게 향상된다. 여기서, TRP(Total Radiated Power)는 안테나 장치(400)의 송신 성능을 나타내고, TIS(Total Isotropic Sensitivity)는 안테나 장치(400)의 수신 성능을 나타낸다. 그리고 TRP 및 TIS는 절대값에 상응하는 성능을 나타낸다.
주파수 영역(㎒) 구분 TRP TIS
850 자성 캐리어 미포함 24.5 -104.0
자성 캐리어 포함 25.0 -104.7
900 자성 캐리어 미포함 25.7 -101.5
자성 캐리어 포함 26.6 -103.0
1800 자성 캐리어 미포함 26.1 -105.6
자성 캐리어 포함 27.4 -105.4
1900 자성 캐리어 미포함 25.3 -102.5
자성 캐리어 포함 24.6 -101.8
한편, 전술한 실시예들에서 안테나 장치가 인쇄회로기판으로 구현되는 경우를 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 안테나 장치의 장착을 위한 통신 단말기의 케이스에 소자 캐리어 및 안테나 소자를 직접적으로 실장시킴으로써, 본 발명을 구현할 수도 있다. 이 때 안테나 장치에서 기판 몸체 및 접지 플레이트는 불필요할 수 있다.
본 발명에 따르면, 소자 캐리어의 적어도 일부를 자성 캐리어로 구현함으로써, 안테나 장치의 동작 성능을 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 소자 캐리어가 전체적으로 유전 캐리어로 구현된 경우와 비교하여, 소자 캐리어의 적어도 일부를 자성 캐리어로 구현함에 따라 소자 캐리어의 소형화를 구현할 수 있다. 즉 소자 캐리어의 사이즈를 축소시키더라도, 안테나 장치에서 소자 캐리어를 전체적으로 유전 캐리어로 구현된 경우와 적어도 유사한 동작 성능을 나타낼 수 있다.
이로 인하여, 안테나 장치의 소형화를 구현할 수 있다. 이 때 안테나 장치는 공진 주파수 대역에 대응하는 파장 λ에 대하여 λ/2의 전기적 길이를 갖도록 구현된다. 여기서, 파장 λ는 하기 <수학식 1>과 같이 산출될 수 있다. 즉 소자 캐리어의 적어도 일부를 자성 캐리어로 구현함에 따라 소자 캐리어의 유전율과 투자율의 비율이 변화함으로써, 안테나 장치의 전기적 길이를 축소시킬 수 있다.
아울러, 안테나 장치의 공진 주파수 대역을 확장시킬 수 있다. 이 때 안테나 장치의 공진 주파수 대역은 하기 <수학식 2>와 같이 결정될 수 있다. 즉 소자 캐리어를 자성 캐리어로 구현함에 따라 소자 캐리어의 유전율과 투자율의 비율이 변화함으로써, 안테나 장치의 공진 주파수 대역을 확장시킬 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서, λ는 물질에서 파장을 나타내고, λ0는 진공의 파장을 나타내고, εr은 비유전율, 즉 진공의 유전율에 대한 물질의 유전율의 비율을 나타내고, μr는 비투자율, 즉 진공의 투자율에 대한 물질의 투자율의 비율을 나타내며, BW는 공진 주파수 대역을 나타낸다. 그리고 물질은 소자 캐리어에 대응될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200, 300, 400 : 안테나 장치
110, 210, 310, 410 : 기판 몸체
120, 220, 320, 420 : 접지 플레이트
130, 230, 330, 430 : 소자 캐리어
140, 240, 340, 440 : 안테나 소자
141, 241, 341, 441 : 급전점
145, 245, 345, 445 : 접지점

Claims (13)

  1. 유전 자성체로 이루어지는 소자 캐리어와,
    일단부의 급전점을 통해 전원에 연결되고, 상기 급전점으로부터 상기 소자 캐리어의 표면으로 각각 연장되며, 상기 전원에서 상기 급전점을 통해 급전 시, 각각의 공진 주파수 대역에서 동작하는 적어도 두 개의 브랜치 소자들로 이루어지는 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소자 캐리어는,
    상기 공진 주파수 대역에서 유전율에 의한 손실 계수가 0.01 이하이고, 투자율에 의한 손실 계수가 0.1 이하이고, 상기 유전율이 8 이하이며, 상기 투자율이 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 소자 캐리어는,
    산화철, 탄산바륨 및 산화코발트가 혼합된 베이스 페라이트와, 상기 베이스 페라이트에 첨가된 실리케이트 글라스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나 소자는,
    상기 급전점으로부터 상기 안테나 소자의 접지를 위한 접지점으로 연장되는 접지 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 브랜치 소자들은,
    상기 급전점에 반대되는 타단부를 통해 개방되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 유전 자성체로 이루어지는 자성 캐리어와,
    일단부의 급전점을 통해 전원에 연결되고, 일부를 통해 상기 소자 캐리어의 표면을 경유하도록 상기 급전점으로부터 연장되며, 상기 전원에서 상기 급전점을 통해 급전 시, 공진 주파수 대역에서 동작하는 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 자성 캐리어는,
    상기 공진 주파수 대역에서 유전율에 의한 손실 계수가 0.01 이하이고, 투자율에 의한 손실 계수가 0.1 이하이고, 상기 유전율이 8 이하이며, 상기 투자율이 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 자성 캐리어는,
    산화철, 탄산바륨 및 산화코발트가 혼합된 베이스 페라이트와, 상기 베이스 페라이트에 첨가된 실리케이트 글라스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    유전체로 이루어지고, 상기 자성 캐리어와 물리적으로 결합되며, 표면으로 상기 안테나 소자의 나머지가 연장되는 유전 캐리어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 유전 캐리어는,
    상기 자성 캐리어의 둘레 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 안테나 소자는,
    상기 전원에서 상기 급전점을 통해 급전 시, 상기 공진 주파수 대역 내 각기 다른 주파수 영역에서 동작하는 적어도 두 개의 브랜치 소자들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 안테나 소자는,
    타단부를 통해 접지되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 브랜치 소자들은,
    상기 급전점에 반대되는 타단부를 통해 개방되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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