KR20130035747A - Antenna of ferrite crystal - Google Patents

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KR20130035747A
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Abstract

PURPOSE: An antenna using monocrystal ferrite is provided to maximize miniaturization while maintaining antenna gain over a certain level and to increase the bandwidth thereof. CONSTITUTION: Ferrite made of a single monocrystal is used as an antenna substrate and can be expressed as MFe12-xMexO19 in a chemical formula. The M is at least one type of element selected from Sr, Ba, and Pb; the Me is at least one metal selected from a group composed of Co, Ti, Ni, and Zn: and the x is equal to or greater than 0, and equal to or less than 2. M-type hexaferrite is used as the ferrite.

Description

단결정 페라이트를 이용한 안테나{Antenna of Ferrite crystal}Antenna using single crystal ferrite {Antenna of Ferrite crystal}

본 발명은 단결정 페라이트를 이용한 안테나에 대한 것이다. The present invention relates to an antenna using single crystal ferrite.

안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 금속도체인 방사체(radiator)와 플라스틱, 세라믹 등으로 만들어진 그것의 지지물 (substrate)로 이루어져 있다. As shown in Fig. 1, the antenna is composed of a radiator, which is a metal conductor, and a support thereof made of plastic, ceramic, or the like.

이중, 방사체(Radiator)는 고주파 전류가 흐르는 부분이므로 안테나의 특정 주파수 특성을 얻기 위하여 적절한 형상과 구조로 디자인되며, 지지체(substrate)는 방사체에 흐르는 전류에 따라 유도되는 전자기장을 집속해 주는 역할을 하므로 방사체에 흐르는 전류의 속도 등에 영향을 줄 수 있다. Among them, radiator is a part where high frequency current flows, so it is designed in proper shape and structure in order to obtain specific frequency characteristics of antenna, and support plays a role of focusing electromagnetic field induced by current flowing in radiator. This may affect the speed of the current flowing through the radiator.

이에 따라 지지체(substrate)가 높은 투자율(μ) 혹은 유전율(ε)을 갖게 되면 그렇지 않을 때에 비교하여 안테나의 공진주파수(f r )가 낮아지게 되며 안테나의 소형화를 달성할 수 있다. Accordingly, when the substrate has a high permeability μ or dielectric constant ε, the resonance frequency f r of the antenna is lowered compared to when it is not, and miniaturization of the antenna can be achieved.

아래 수식은 Maxwell의 전자기파 이론으로부터 유도된 파장(λ)과 투자율, 유전율, 공진 주파수와의 관계에 대한 잘 알려져 있는 수식이다.The following equation is a well-known formula for the relationship between wavelength (λ) derived from Maxwell's theory of electromagnetic waves, permeability, permittivity, and resonant frequency.

(1)

Figure pat00001
(One)
Figure pat00001

λ, λ/2, λ/4: 안테나 길이, c: 빛의 속도λ, λ / 2, λ / 4: antenna length, c : speed of light

최근에는 안테나를 필요로 하는 디바이스들의 소형화 추세에 맞추어 소형 사이즈이면서도 우수한 성능을 발현하는 안테나에 대한 연구가 계속되고 있다. Recently, in accordance with the trend of miniaturization of devices requiring an antenna, research on an antenna having small size and excellent performance has been continued.

안테나의 소형화를 이루는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. There are two ways to achieve miniaturization of the antenna.

첫번째는 하기 식 2에 따라, 방사체의 길이를 길게 하여 인덕턴스(L)를 증가시키거나, 패치 안테나(patch antenna)의 간격(gap; radiator와 ground 간 거리)을 작게하여 캐패시턴스(C)를 증가시킴으로서 LC공진주파수를 낮추는 방법이다. First, according to Equation 2, by increasing the length of the radiator to increase the inductance ( L ), or by increasing the capacitance ( C ) by reducing the gap of the patch antenna (gap; distance between the radiator and ground) This method reduces the LC resonance frequency.

(2)

Figure pat00002
(2)
Figure pat00002

공진주파수를 낮추면 안테나의 소형화는 가능하지만 정해진 부피 내에서 방사체의 길이를 길게 하기 위하여 방사체는 선 (line)의 형태를 갖게 되며 또한 선 간격(line gap)이 촘촘하게 된다. 이 경우 안테나의 전자기파 방사가 상호간 방해를 받게 되어 방사 효율(η radiation efficiency)이 좋지 않게 되며, 캐패시턴스를 높이기 위해 방사체(radiator)와 그라운드(ground) 간의 간격(gap)을 줄이게 되면 안테나의 전자기 방사 에너지 대부분이 그라운드(ground)로 빠져나가게 되므로 방사효율이 좋지 않게 되며 안테나의 대역폭 (BW: Bandwidth)까지 감소하게 된다.
If the resonance frequency is lowered, the antenna can be miniaturized, but in order to increase the length of the radiator within a predetermined volume, the radiator has a line shape and the line gap is tight. In this case, the electromagnetic radiation of the antenna is disturbed to each other, and thus the radiation efficiency is not good, and if the gap between the radiator and the ground is reduced to increase the capacitance, the electromagnetic radiation energy of the antenna is reduced. Since most of them go out to the ground, radiation efficiency becomes poor and the bandwidth of the antenna is reduced.

따라서 방사체(radiator)의 형상 혹은 길이 등의 디자인 조건만으로 안테나의 소형화를 이루는 방법에는 안테나의 성능 (방사효율, 대역폭)을 열화시키는 한계가 있다.Therefore, there is a limit in degrading the performance (radiation efficiency, bandwidth) of the antenna in the method of miniaturizing the antenna only by design conditions such as the shape or length of the radiator.

이에 등장한 것인 방사체(radiator)의 지지체(substrate)의 유전율을 올려 안테나의 소형화를 도모하는 것이었다. 그러나 이 경우 역시 대역폭이 매우 감소하게 되므로 유전율을 10이상 올리는 경우는 거의 없다. 아래 수식 (3)은 대역폭(BW)과 투자율, 유전율과 방사체(radiator)와 그라운드(ground)간 거리(t), 공진파장 (λ=c/f r )에 대한 관계를 나타내는 수식이다. The antenna was miniaturized by increasing the dielectric constant of the radiator. However, in this case too, the bandwidth is greatly reduced, so it is rare to increase the permittivity by more than 10. Equation (3) below represents the relationship between bandwidth (BW) and permeability, permittivity, distance between radiator and ground (t), and resonant wavelength (λ = c / f r ).

하기 수식을 보면, 유전율이 증가하면 BW가 감소하게 되며, 투자율이 증가하게 되면 유전율을 증가시킬 때 보다 BW의 희생이 줄어드는 것을 알 수 있다. In the following equation, it can be seen that as the permittivity increases, the BW decreases, and when the permeability increases, the sacrifice of the BW decreases more than when the permittivity is increased.

(3)

Figure pat00003
(3)
Figure pat00003

그러므로 지지체(substrate)의 유전율만을 활용하는 것보다는 투자율을 동시에 활용하는 경우 안테나의 소형화율을 높이는 것과 함께 소형화에 따른 안테나 성능의 희생을 최대한 줄이는 것이 가능하다. Therefore, when using permeability at the same time rather than using only the permittivity of the substrate (substrate), it is possible to increase the miniaturization rate of the antenna and to minimize the sacrifice of antenna performance due to miniaturization.

이와 같이 투자율과 유전율을 동시에 갖는 지지체(substrate) 재료는 안테나의 동작 주파수에서 낮은 손실 특성을 가져야 하며, 근래에는 페라이트가 주목받고 있다. As such, a substrate material having both permeability and permittivity should have a low loss characteristic at the operating frequency of the antenna, and recently, ferrite has attracted attention.

페라이트(ferrite)는 900℃ 이하에서 안정한 체심입방결정(體心立方結晶)의 철에 합금원소 또는 불순물이 녹아서 된 고용체이다. 철강의 금속조직학상의 용어로서, α철을 바탕으로 한 고용체이므로, 외관은 순철과 같으나, 고용된 원소의 이름을 붙여 실리콘 페라이트 또는 규소철 이라고도 한다. 현미경으로 보면 단상(單相)이며, 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 펄라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타난다. 페라이트는 고주파용 변압기, 픽업, 테이프 리코더 따위의 자기 헤드 등에 쓰인다.
Ferrite is a solid solution in which alloying elements or impurities are dissolved in iron of body-centered cubic crystals which are stable at 900 ° C or lower. As a metallographic term for steel, since it is a solid solution based on α iron, its appearance is the same as pure iron, but it is also called silicon ferrite or silicon iron by the name of the element dissolved. Under a microscope, it is a single phase, and a mixture of the white part of ferrite and the black part of pearlite where carbon is slightly dissolved appears. Ferrites are used in magnetic heads such as high frequency transformers, pickups and tape recorders.

페라이트를 지지체 소재로 사용하는 경우, 아래 수식들을 통하여 요구되는 페라이트의 특성을 파악할 수 있다. In the case of using ferrite as a support material, it is possible to determine the characteristics of the required ferrite through the following formula.

수식 (4)에 나타난 바와 같이 안테나의 방사효율(η)은 power loss (P Ω )에 반비례하게 된다. 수식 (5)는 radiated power에 대한 term을 설명하고 있으며, 수식 (6)은 power loss는 Rc와 Rm에 대한 관계를 보여주고 있고, 수식 (7)은 Rm은 주파수와 투자율 손실항에 관련된 함수임을 보여주고 있다.As shown in Equation (4), the radiation efficiency (η) of the antenna is inversely proportional to the power loss ( P Ω ). Equation (5) describes the term for radiated power, Equation (6) shows the relationship between power loss for R c and R m , and Equation (7) for R m in terms of frequency and permeability loss. It shows that it is a related function.

(4)

Figure pat00004
(4)
Figure pat00004

(5)

Figure pat00005
(5)
Figure pat00005

(6)

Figure pat00006
(6)
Figure pat00006

(7)

Figure pat00007
(7)
Figure pat00007

여기서, P rad : radiated power, P acc : accepted power P Ω power loss, E c : radiated electric field from radiator, E m : radiated electric field from ferrite core, I c : electric current in the radiator, I m : induced magnetic current in the ferrite core, R c : ohmic resistance of the radiator, R m : Resistance associated with the losses in the ferrite core, ω: angular frequency 이다.
Where P rad : radiated power, P acc : accepted power P Ω power loss, E c : radiated electric field from radiator, E m : radiated electric field from ferrite core, I c : electric current in the radiator, I m : induced magnetic current in the ferrite core, R c : ohmic resistance of the radiator, R m : Resistance associated with the losses in the ferrite core, ω: angular frequency.

따라서 안테나의 높은 방사효율 특성을 얻기 위해서는 지지체(substrate) 소재인 페라이트는 동작 주파수에서 낮은 투자율 손실값을 가져야 함을 알 수 있다. Therefore, in order to obtain the high radiation efficiency of the antenna, it can be seen that ferrite, which is a support material, should have a low permeability loss value at the operating frequency.

휴대폰 메인 안테나의 동작 주파수는 low band에서 700~960 MHz대역이며, high band는 1700~2200 MHz 이다. 또한 GPS 1.575 GHz, BlueTooth와 W-LAN은 2.45 GHz이므로 T-DMB 및 UWB를 제외하면 대체로 700~2500 MHz 대역이 휴대폰 서비스와 관련된 주파수 대역이라고 할 수 있다. The operating frequency of the mobile phone main antenna is in the low band 700 ~ 960 MHz band, the high band is 1700 ~ 2200 MHz. In addition, since GPS 1.575 GHz, BlueTooth and W-LAN are 2.45 GHz, except for T-DMB and UWB, the 700 ~ 2500 MHz band is a frequency band related to mobile phone service.

이에 해당 주파수 대역에서 낮은 투자율 손실값을 갖는 것으로 사용 가능한 페라이트 소재로는 육방정계 페라이트(hexagonal ferrite)가 있으며, 이와 같은 육방정계 페라이트 중에서도 Z-타입 육방정계 페라이트(Z-type hexagonal ferrite)가 연자성(soft magnetic) 특성을 갖고 있으므로 GHz 안테나 지지체(substrate)로 활용되어 개발된 사례가 있으며, 아래 문헌 1 ~ 3과 같다. The ferrite material that can be used as a low permeability loss in the corresponding frequency band is hexagonal ferrite, and among these hexagonal ferrites, Z-type hexagonal ferrite is soft magnetic. (soft magnetic) characteristics, so there is an example developed by utilizing as a GHz antenna support (substrate), as shown in Documents 1 to 3 below.

1. US 7786947, S. Bae, et al., "Broad-band antenna"1.US 7786947, S. Bae, et al., "Broad-band antenna"

2. US 7324063, S. Bae, et al., "Retangular helical antenna"2. US 7324063, S. Bae, et al., "Retangular helical antenna"

3. US 7345650, S. Bae, et al., "Internal chip antenna 3.US 7345650, S. Bae, et al., "Internal chip antenna

또한 Y-타입 육방정계 페라이트(Y-type hexagonal ferrite) 역시 상기 Z-타입 육방정계 페라이트(Z-type hexagonal ferrite) 보다는 투자율이 작지만 GHz 안테나로 활용 가능하므로 아래 문헌 4와 같이 개발된 사례가 있다.In addition, Y-type hexagonal ferrite (Y-type hexagonal ferrite) also has a lower permeability than the Z-type hexagonal ferrite (Z-type hexagonal ferrite), but can be used as a GHz antenna, there is a case developed as shown in Document 4 below.

4. US 2011/0025572 A1, J. H. Lee, et al., "Y-type hexagonal ferrite, fabrication method thereof, and antenna apparatus using the same"
4.US 2011/0025572 A1, JH Lee, et al., "Y-type hexagonal ferrite, fabrication method according, and antenna apparatus using the same"

그러나 상기 언급된 안테나 소재용 육방정계 페라이트(hexagonal ferrite)들은 세라믹 프로세스 혹은 공침법, 졸겔법 과 같은 chemical route process를 사용하여 제조된 것으로 다결정(polycrystalline) 구조를 갖고 있다. However, the above-mentioned hexagonal ferrites for antenna materials are manufactured using a ceramic process or a chemical route process such as co-precipitation or sol-gel, and have a polycrystalline structure.

이와 같은 다결정 구조의 페라이트를 안테나 소재로 적용하는 경우, 주파수와 투자율이 작은 단점이 있으며, 안테나 이득이 만족할만한 수준에 이르지 못하고 있으며, 이득 BW(gain bandwidth)면에서도 개선이 필요한 수준이다.When the ferrite of such a polycrystalline structure is applied as an antenna material, there is a disadvantage in that the frequency and permeability are small, the antenna gain does not reach a satisfactory level, and the improvement in gain BW (gain bandwidth) is required.

본 발명을 상기와 같은 종래 기술의 보완을 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 안테나 이득(gain)을 일정수준(평균 이득(average gain) > - 2 dB) 이상 유지하면서도 소형화(부피 < 2 cc)를 극대화할 수 있으며, 대역폭을 증가시킨 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been devised to supplement the prior art as described above. The present invention provides a miniaturization (volume <2 cc) while maintaining an antenna gain of a certain level (average gain> -2 dB). The purpose is to provide an antenna that can be maximized and increased in bandwidth.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 The present invention has been made to solve the above problems

안테나 기판으로 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트를 이용한 것을 특징으로 하는 소형 안테나을 제공한다. Provided is a small antenna characterized by using a ferrite made of a single crystal as an antenna substrate.

또한, 상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 M-타입 헥사페라이트(M-type hexaferrite)인 것이 바람직하다. In addition, the ferrite consisting of one single crystal is preferably M-type hexaferrite.

아울러, 상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 하기 화학식 1로 표시되는 것이 바람직하다. In addition, the ferrite consisting of one single crystal is preferably represented by the following formula (1).

[화학식 1] MFe12 - xMexO19 [Formula 1] MFe 12 - x Me x O 19

M은 Sr, Ba 및 Pb로부터 선택되는 적어도 1종의 원소, Me는 Co, Ti, Ni, Zn으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속이며, 0≤x≤2이다. M is at least one element selected from Sr, Ba and Pb, Me is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ti, Ni, and Zn, and 0 ≦ x ≦ 2.

또한, 상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 육방정계 페라이트(hexagonal ferrite)인 것일 수 있다. In addition, the ferrite consisting of one single crystal may be a hexagonal ferrite (hexagonal ferrite).

나아가 상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 액상성장법(Flux growth method), 쵸크랄스키법(Czochralski method), 브리지만 성장법(Bridgman growth method), (Floating zone method), 고상 단결정 성장법(Solid state single crystal growth method) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 통하여 제조되는 것일 수 있다. Furthermore, the ferrite composed of one single crystal has a liquid growth method, a Czochralski method, a Bridgman growth method, a floating zone method, and a solid state single crystal growth method. single crystal growth method) may be prepared through any one of the selected method.

또한, 상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 페라이트 블록으로 가공된 후, 이를 다수 조합하여 필요한 사이즈의 페라이트 매트릭스(matrix)로 제조되는 것일 수 있다. In addition, the ferrite made of one single crystal may be processed into a ferrite block, and then manufactured in a ferrite matrix having a required size by combining a plurality of ferrite blocks.

본 발명은 또한, 상기 소형 안테나를 포함하는 디바이스를 제공하며, The present invention also provides a device including the small antenna,

상기 디바이스는 휴대용 무선 전화기, 노트북, 트랜지스터로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다. The device may be any one selected from the group consisting of a portable cordless phone, a notebook and a transistor.

본 발명에 따른 단결정 페라이트 안테나를 통하여 하기와 같은 효과를 기대할 수 있다. The following effects can be expected through the single crystal ferrite antenna according to the present invention.

본 발명에 따른 안테나에 적용되는 단결정 페라이트는 다결정 페라이트보다 안테나에 활용 가능한 주파수가 7배 이상 크며, 또한, 다결정 페라이트보다 높은 투자율을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 단결정 페라이트 안테나는 다결정 페라이트 안테나보다 안테나 이득(gain)을 1dB이상 높일 수 있으며, 나아가 다결정 페라이트 안테나보다 이득 BW(gain bandwidth)를 크게 높일 수 있는 효과가 있다. The single crystal ferrite applied to the antenna according to the present invention has a frequency that can be utilized for the antenna more than seven times larger than that of the polycrystalline ferrite, and also has a higher permeability than the polycrystalline ferrite. In addition, the single crystal ferrite antenna of the present invention can increase the antenna gain (gain) by 1 dB or more than the polycrystalline ferrite antenna, and further has an effect of significantly increasing the gain BW (gain bandwidth) than the polycrystalline ferrite antenna.

도 1과 도 2는 페라이트 주파수에 대한 계산된 복소 유효투자율 (effective permeability, μ eff )과 손실값 (loss tan σ= μ eff'' eff' )을 계산하여 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 각각 단결정 페라이트에 있어 여러 가지 α에 대한 유효투자율과 손실을 계산하여 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 페라이트 안테나를 적용한 디바이스 부품의 모식도이다.
도 7은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 안테나의 반사특성을 측정한 그래프이다.
도 8 내지 도 10은 중심주파수인 830MHz에서의 YZ-plane(H), XZ-plane(E1), XY-plane(E2)에 대한 이득패턴(gain pattern)을 각각 측정한 그래프이다.
도 11 내지 도 13은 주파수에 따른 YZ-plane(H), XZ-plane(E1), XY-plane(E2)에 대한 평균이득을 산정한 그래프이다.
도 14 내지 도 16은 주파수에 따른 YZ-plane(H), XZ-plane(E1), XY-plane(E2)에 대한 최대 이득을 산정한 그래프이다.
1 and 2 are graphs showing calculated complex effective permeability ( μ eff ) and loss values (loss tan σ = μ eff '' / μ eff ' ) for the ferrite frequency.
3 and 4 are graphs showing the effective permeability and losses for various α in single crystal ferrite, respectively.
5 and 6 are schematic diagrams of device components to which a single crystal ferrite antenna according to an embodiment of the present invention is applied.
7 is a graph measuring reflection characteristics of antennas manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2;
8 to 10 are graphs measuring gain patterns of YZ-plane (H), XZ-plane (E1), and XY-plane (E2), respectively, at a center frequency of 830 MHz.
11 to 13 are graphs for calculating average gains for YZ-plane (H), XZ-plane (E1), and XY-plane (E2) according to frequency.
14 to 16 are graphs for calculating maximum gains for YZ-plane (H), XZ-plane (E1), and XY-plane (E2) according to frequency.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트를 안테나 지지체로 이용하는데 특징이 있는 소형 안테나를 제공한다.
The present invention provides a small antenna characterized by using a ferrite consisting of a single crystal as an antenna support to solve the above problems.

이하, 본원발명에 대해 구체적으로 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated concretely.

앞서 언급된 종래의 소형 안테나 소재용으로 이용되던 육방정계 페라이트(hexagonal ferrite)들은 세라믹 프로세스 혹은 공침법, 졸겔법과 같은 화학적 경로를 통한 방법(chemical route process)으로 제조된 페라이트 분말을 소결하여 이용한 것이므로 다결정(polycrystalline) 구조를 갖고 있어 문제가 있었다.Hexagonal ferrites used for the conventional small antenna materials mentioned above are used by sintering ferrite powder produced by a chemical route process such as ceramic process or coprecipitation method or sol gel method. There was a problem with the polycrystalline structure.

페라이트의 고주파 손실에는 두 가지 메커니즘이 관여하고 있다. Two mechanisms are involved in the high frequency loss of ferrite.

하나는 자구(magnetic domain) 회전에 대한 손실이며 대체로 수백 MHz이하의 대역에서 도미넌트(dominant)하며 두번째는 스핀(magnetic spin) 회전에 대한 손실이며 수백 MHz이상에서 도미넌트(dominant)한다. One is the loss of magnetic domain rotation, which is dominant in the band below several hundred MHz, and the second is the loss of magnetic spin rotation, which is dominant above several hundred MHz.

상기 자구 회전이 쉽게 일어나야 고주파 스위칭이 용이한데, 불순물, 입계 석출물, 결함, 응력 등에 의하여 자구 회전이 방해를 받게 되면 자구회전에 사용되는 에너지가 더 들어가게 되므로 에너지 손실로 이어지게 된다. 이것을 자구댐핑상수 β(magnetic domain damping constant) 로 표현할 수 있다. High frequency switching is easy when the magnetic domain rotation occurs easily, but when the magnetic domain rotation is disturbed by impurities, grain boundary precipitates, defects, stresses, etc., more energy is used for magnetic domain rotation, leading to energy loss. This can be expressed by the magnetic domain damping constant β.

또한 결함, 입계, 불순물 등에 의하여 스핀회전이 방해를 받게 되면 역시 에너지 손실 값이 증가하게 되므로 이를 스핀댐핑상수 α(magnetic spin damping constant)로 표현할 수 있다. In addition, if the spin rotation is interrupted by defects, grain boundaries, impurities, etc., the energy loss value is also increased, and thus it can be expressed as a spin damping constant α (magnetic spin damping constant).

이와 같은 α와 β는 페라이트의 고유값인데, 이는 결함밀도, 입계 분포 등에 따라 달라지므로 이는 곧 공정에 의하여 페라이트 물성의 많은 부분이 제어가 가능하다는 것을 의미한다.
These α and β are intrinsic values of ferrite, which depend on defect density and grain boundary distribution, which means that a large part of ferrite properties can be controlled by the process.

700~2500 MHz 주파수를 활용하는 휴대폰 안테나에 있어서는 α가 페라이트의 손실에 주로 작용하는 기구이다. 즉, α를 낮추면 고주파에서의 페라이트의 손실을 낮출 수 있으며 안테나 지지체(substrate)로 활용할 수 있다. In mobile phone antennas utilizing the 700 ~ 2500 MHz frequency, α is the mechanism mainly responsible for the loss of ferrite. In other words, lowering α can reduce loss of ferrite at high frequencies and can be used as an antenna support.

하지만 알려진 일반적인 페라이트의 공정으로는 다결정 페라이트가 만들어지므로 α는 벌크 상태에서 0.1~1 정도, 얇은 필름(thin film) 공정에서는 0.01~0.1 정도가 얻어지는 것으로 알려져 있다. 하지만, 상기 얇은 필름(thin film)공정은 페라이트 안테나에 활용하기 어려우므로 벌크 블록 상태에서 상기 α값, 즉, 0.1~1 수치를 얻을 수 있는 것으로 보는 게 합리적이다.However, it is known that α is about 0.1 to 1 in a bulk state, and about 0.01 to 0.1 in a thin film process because polycrystalline ferrite is formed as a known general ferrite process. However, since the thin film process is difficult to utilize in a ferrite antenna, it is reasonable to assume that the α value, that is, 0.1 to 1 value can be obtained in the bulk block state.

페라이트의 주파수에 대한 복소투자율은 Landau-Lifshitz-Gilbert equation (LLG equation)으로 계산할 수 있다. The complex permeability of the ferrite frequency can be calculated using the Landau-Lifshitz-Gilbert equation (LLG equation).

아래의 수식 (8)과 (9)는 β를 생략하여 간소화된 형태의 LLG equations이다. Equations (8) and (9) below are simplified LLG equations, omitting β.

(8)

Figure pat00008
(8)
Figure pat00008

(9)

Figure pat00009

(9)
Figure pat00009

상기 수식 (8)과 (9)를 사용하여 계산된 복소투자율을 유효투자율로 바꾸기 위해서 아래 수식(10)을 사용하였으며, 반자성(demagnetization) 요소(factor)는 0.333 (완전구체를 가정)이 사용되었다. Equation (10) was used to convert the complex permeability calculated using Equations (8) and (9) into an effective permeability, and 0.333 (assuming perfect sphere) was used for the demagnetization factor. .

(10)

Figure pat00010

(10)
Figure pat00010

상기 수식 (10)을 이용하여 계산된 복소투자율과 손실값을 각각 계산하여 도 1 및 도 2에 기재하였다. The complex permeability and the loss value calculated by using Equation (10) were respectively calculated and described in FIGS. 1 and 2.

하기 첨부된 도 1과 도 2는 계산된 복소 유효투자율 (effective permeability, μ eff )과 손실값 (loss tan σ = μ eff' '/μ eff' )을 보여주고 있다. 1 and 2 attached below show the calculated effective permeability ( μ eff ) and the loss value (loss tan σ = μ eff ' ' / μ eff ' ).

H k 는 이방성 자계이며 페라이트 소재의 경우 0 ~ 3000 Oe정도에서 컨트롤 가능한 변수이다. 계산에는 상수 γ= 1.75 x 107, α = 0.1, M s = 300 emu/cc가 사용되었다. H k is anisotropic magnetic field and in the case of ferrite material, it is a controllable variable from 0 to 3000 Oe. Constants γ = 1.75 x 10 7 , α = 0.1, M s = 300 emu / cc were used for the calculation.

계산된 결과를 보면 유효투자율은 이방자계 (H k )에 반비례하는 특성을 가진 것을 알 수 있다. 또한, 손실값(tan σ)은 H k 에 비례하는 특성을 보였지만 손실이 낮아질 때 유효투자율이 함께 낮아지므로 안테나 소형화에 큰 효과를 기대하는 것이 어려워지는 문제가 있다. The calculated results show that the effective permeability is inversely proportional to the anisotropic field ( H k ). In addition, the loss value tan σ is proportional to H k , but when the loss is low, the effective permeability is also lowered, which makes it difficult to expect a large effect on the miniaturization of the antenna.

따라서 H k 의 제어만으로 안테나용 페라이트 소재의 특성을 최대한 이끌어내는 것이 불가능하다.
Therefore, it is impossible to derive the maximum characteristics of the ferrite material for the antenna only by the control of H k .

이에, 아래 도 3 및 도 4에는 여러 가지 α에 대한 유효투자율 그래프와 손실 그래프들을 계산하여 기재하였다.
Thus, in Figures 3 and 4 below, the effective permeability and loss graphs for various α are calculated and described.

하기 첨부된 도 3 및 도 4의 그래프에서 확인 가능하듯, 단결정 페라이트에서 얻을 수 있는 레벨인 α 0.001~0.01일 때 loss tan σ 그래프가 0에 가깝게 억제된다는 점에 주목할 수 있다. As can be seen in the graphs of FIGS. 3 and 4 attached below, it can be noted that the loss tan σ graph is suppressed close to zero when α 0.001 to 0.01, which is a level obtained from single crystal ferrite.

이것은 α = 0.01일 때 유효투자율 4.1을 3.2 GHz까지 손실 0.01 이하로 유지시킬 수 있다는 의미이며, α = 0.001 일 때는 유효투자율 4.1을 6.2 GHz까지 손실 0.01 이하로 유지시킬 수 있음을 의미한다. This means that when α = 0.01, the effective permeability 4.1 can be kept below 0.01 GHz to 3.2 GHz, and when α = 0.001, the effective permeability 4.1 can be kept below 0.01 by 6.2 GHz.

하지만 다결정 상태인 α = 0.1 에서는 452 MHz이하에서 손실 0.01을 지킬 수 있다. 즉, 단결정 페라이트의 경우 다결정 페라이트 보다 안테나 활용가능 주파수 구간이 최소 7배 이상 늘어나게 된다. However, in the polycrystalline state α = 0.1, a loss of 0.01 can be achieved below 452 MHz. That is, in the case of single crystal ferrite, the antenna usable frequency range is increased by at least 7 times than polycrystalline ferrite.

이에 본 발명에서는 이와 같은 단결정 페라이트를 사용한 안테나를 제공한다.
Accordingly, the present invention provides an antenna using such a single crystal ferrite.

도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 단결정 페라이트를 이용하여 휴대폰 메인 안테나에서 많이 채용되는 단순한 형태의 역F안테나(Inverted F antenna)를 설계한 예를 도시하였다. 5 and 6 illustrate an example of designing an inverted F antenna of a simple type that is widely employed in a mobile phone main antenna using single crystal ferrite as an exemplary embodiment of the present invention.

단, 하기 도 5 및 도 6에 나타난 안테나는 본 발명에 따른 단결정 페라이트의 적용을 보여주기 위한 것일 뿐, 안테나 특성을 개선하기 위한 다른 설계기술은 사용되지 않았으므로, 본 발명에 따른 범위가 하기 도시된 도면에 한정되는 것은 아니다.
However, the antennas shown in FIGS. 5 and 6 are only for showing the application of the single crystal ferrite according to the present invention, and other design techniques for improving the antenna characteristics have not been used. It is not limited to the drawings shown.

한편, 본 발명에 따른 소형 안테나에 적용되는 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 특별히 한정하지 아니하나, 바람직하게는 M-타입 헥사페라이트(M-type hexaferrite)인 것일 수 있다.
Meanwhile, the ferrite made of one single crystal applied to the small antenna according to the present invention is not particularly limited, but may be preferably M-type hexaferrite.

본 발명에 적용되는 단결정 페라이트는 하나의 단결정으로 이루어진 것이라면 특별히 그 조성을 특정하지 아니하며, 다양한 조성의 페라이트가 모두 적용될 수 있을 것이고, 일반적인 조성범위에서 요구특성 등에 따라 적당히 선택할 수 있다.The single crystal ferrite to be applied to the present invention does not specifically specify the composition as long as it consists of one single crystal, and all ferrites of various compositions may be applied, and may be appropriately selected according to required properties in a general composition range.

주성분으로서 산화물이 각각 Fe2O3, NiO, CuO 및 ZnO 이면, 이들 성분의 일반적인 조성범위는 예를 들어 다음과 같다: If the oxides as the main components are Fe 2 O 3 , NiO, CuO and ZnO, respectively, the general composition of these components is as follows:

Fe2O3: 35~50 몰%, NiO : 4~50 몰%, CuO : 4~16 몰%, 및 ZnO : 5~40 몰% 즉, 본 발명에 따른 단결정 페라이트는 Fe2O3 함유량이 많은 고투자율(高透磁率) 재료 또는 Fe2O3 함유량이 적은 저투자율(低透磁率) 재료도 가능하며, 주성분 산화물의 함유량을 한정하는 이유는 이하와 같다. Fe 2 O 3 : 35-50 mol%, NiO: 4-50 mol%, CuO: 4-16 mol%, and ZnO: 5-40 mol% That is, the single crystal ferrite according to the present invention has a Fe 2 O 3 content Many high permeability materials or low permeability materials with low Fe 2 O 3 content are also possible, and the reason for limiting the content of the main component oxide is as follows.

Fe2O3이 지나치게 적으면 비자성상의 생성량이 증대하여 손실증대의 원인이 되고, Fe2O3이 지나치게 많으면 소결성이 현저하게 나빠진다. If the amount of Fe 2 O 3 is too small, the amount of nonmagnetic phase produced increases, causing an increase in loss. If the amount of Fe 2 O 3 is excessively large, the sinterability is remarkably deteriorated.

또한, NiO가 지나치게 적으면 손실이 커지고, NiO가 지나치게 많으면 고가가 된다. 나아가 CuO가 지나치게 적으면 소결성이 나빠지고, CuO가 지나치게 많으면 상대적으로 NiO가 적어지기 때문에 손실이 커진다. 또한, ZnO가 지나치게 적으면 투자율이 낮아지고, ZnO가 지나치게 많으면 큐리(curie)온도가 지나치게 낮아진다.On the other hand, if the amount of NiO is too small, the loss becomes large, and if the amount of NiO is too large, it becomes expensive. Furthermore, when there is too little CuO, sinterability will worsen, and when there is too much CuO, since NiO will become comparatively small, a loss will increase. In addition, when there is too little ZnO, permeability will become low, and when there is too much ZnO, curie temperature will become too low.

페라이트 분말 중에는 상기 주성분 산화물 외에, 부가성분 또는 불가피한 성분으로서 다른 금속산화물, 예를 들어 Co, W, Bi, Si, B, Mn, Zr, Ca, Ta, Mo, P, Y, Mg 등의 산화물이 필요에 따라 포함될 수 있다.In the ferrite powder, other metal oxides such as Co, W, Bi, Si, B, Mn, Zr, Ca, Ta, Mo, P, Y, Mg, as addition components or inevitable components, in addition to the main component oxide, May be included as needed.

본 발명의 단결정 페라이트는 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 이용할 수 있다. Preferably, the single crystal ferrite of the present invention may be represented by the following formula (1).

[화학식 1] MFe12 - xMexO19 [Formula 1] MFe 12 - x Me x O 19

M은 Sr, Ba 및 Pb로부터 선택되는 적어도 1종의 원소, Me는 Co, Ti, Ni, Zn으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속이며, 0≤x≤2이다. M is at least one element selected from Sr, Ba and Pb, Me is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ti, Ni, and Zn, and 0 ≦ x ≦ 2.

나아가, 본 발명에 따른 상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 더욱 바람직하게는 육방정계 페라이트(hexagonal ferrite)인 것일 수 있다. Furthermore, the ferrite consisting of one single crystal according to the present invention may be more preferably hexagonal ferrite (hexagonal ferrite).

본 발명에 따른 상기 단결정 페라이트의 제조방법으 특별히 한정하지 아니하며 공지의 방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 예를 들면, 액상성장법(Flux growth method), 쵸크랄스키법(Czochralski method), 브리지만 성장법(Bridgman growth method), (Floating zone method), 고상 단결정 성장법(Solid state single crystal growth method) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 통하여 제조될 수 있다. The production method of the single crystal ferrite according to the present invention is not particularly limited and may be prepared using a known method, for example, a liquid growth method, a Czochralski method, and Bridman. It may be prepared by any one method selected from a growth method (Bridgman growth method), (Floating zone method), a solid state single crystal growth method (Solid state single crystal growth method).

다만, 단결정 페라이트의 결정성 및 재현율을 높이고, 더욱 우수한 물성을 갖는 페라이트 단결정을 얻기 위하여 상기 방법들 중에서도 특히 고상 단결정 성장법을 이용하여 제조함이 효과 및 제조비용 측면에서 더욱 바람직하다.
However, in order to increase the crystallinity and reproducibility of the single crystal ferrite and to obtain a ferrite single crystal having more excellent physical properties, it is more preferable in terms of the effect and the manufacturing cost among the above-mentioned methods.

이때 상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 원하는 크기의 단결정으로 성장시켜 사용하는 것도 바람직하나, 보다 바람직하게는 작은 사이즈로 이루어진 페라이트 블록을 제조한 후, 이를 다수 조합하여 원하는 사이즈의 페라이트 매트릭스(matrix)로 제조하여 사용하도록 한다. In this case, the ferrite made of one single crystal is preferably used by growing into a single crystal of a desired size, but more preferably, a ferrite block made of a small size is prepared, and then a plurality of the ferrite blocks are combined to form a ferrite matrix of a desired size. Make and use.

이때, 상기 페라이트 블록은 조합에 의하여 다양한 크기의 페라이트 매트릭스를 제조할 수 있도록 작은 단위로 제조함이 바람직하며, 이를 이용하여 원하는 크기의 페라이트 매트릭스 제조를 위해 다양하게 조합될 수 있다.
In this case, the ferrite block is preferably manufactured in a small unit so as to produce a ferrite matrix of various sizes by a combination, it can be variously combined to produce a ferrite matrix of a desired size using this.

본 발명은 또한 상기 단결정 페라이트를 이용한 소형 안테나를 포함하는 디바이스를 더 제공하며, 이때 상기 디바이스는 휴대용 무선 전화기, 노트북, 트랜지스터 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The present invention further provides a device including a small antenna using the single crystal ferrite, wherein the device may be any one selected from the group consisting of a portable wireless telephone, a notebook, a transistor, and the like, but is not limited thereto.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

실시예Example 1 One

Fe2O3 : 49 몰%, NiO : 18 몰%, CuO : 12 몰%, ZnO : 21 몰%의 비율이 되도록 이들 산화물을 칭량하고, 습식 미디어 교반형 분쇄기를 사용하여 4시간 습식 혼합하였다. 이 습식 혼합에는 분산매로서 순수한 물을 사용하였다.These oxides were weighed to a ratio of 49 mol% Fe 2 O 3 , 18 mol% NiO, 12 mol% CuO, and 21 mol% ZnO, and wet-mixed for 4 hours using a wet media stirring grinder. Pure water was used as the dispersion medium in this wet mixing.

이어서, 혼합물을 스프레이 건조기로 건조하고, 700℃에서 2시간 가소하여 Ni-Cu-Zn 페라이트의 가소물을 얻었다.Subsequently, the mixture was dried with a spray dryer and calcined at 700 ° C. for 2 hours to obtain a calcined product of Ni—Cu—Zn ferrite.

이 가소물을 순수한 물과 혼합하여 분쇄용 슬러리을 조제하였다. 이 분쇄용 슬러리 중의 고형분(가소물) 농도는 25중량%로 하였다. This calcined product was mixed with pure water to prepare a slurry for grinding. Solid content (plastics) concentration in this grinding | pulverization slurry was 25 weight%.

이 분쇄용 슬러리를 습식 미디어 교반형 분쇄기로 7시간 분쇄한 후, 스프레이 건조기로 건조시켜 Ni-Cu-Zn 페라이트 분말을 얻었다. The slurry for grinding was pulverized with a wet media stirring grinder for 7 hours, and then dried with a spray dryer to obtain Ni-Cu-Zn ferrite powder.

이 분쇄에 의해, 페라이트 분말의 비표면적은 4.4㎡/g (평균입경 1.4㎛)이 되었다. 이와 같이 제조된 페라이트 분말을 이용하여 브리지만 성장법에 의하여 성장시켜 단결정 페라이트를 제조하였으며, 투자율과 유전율 및 이에 대한 각각의 손실값은 하기 표 1에 기재하였다. By this grinding | pulverization, the specific surface area of the ferrite powder became 4.4 m <2> / g (average particle diameter 1.4 micrometers). The ferrite powder prepared as described above was grown by Bridgman's growth method to prepare single crystal ferrite, and the permeability, permittivity, and their respective loss values are shown in Table 1 below.

또한 상기 제조된 단결정 페라이트를 이용하여 30 x 5 x 3 mm2 크기 및 0.45cc 부피의 소형 안테나를 제조하여 휴대폰에 적용하였다.
In addition, a small antenna of 30 x 5 x 3 mm 2 size and 0.45cc volume using the prepared single crystal ferrite was applied to the mobile phone.

실시예Example 2 2

재료 및 단결정 성장 조건을 달리하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 단결정 페라이트를 제조하였으며, 이에 의해 제조된 단결정 페라이트의 투자율과 유전율 및 이에 대한 각각의 손실값은 하기 표 1에 기재하였으며, 실시예 1과 동일한 조건으로 소형 안테나를 제조하여 휴대폰에 적용하였다.
By varying the material and single crystal growth conditions, single crystal ferrite was prepared in the same manner as in Example 1, and the permeability, permittivity, and respective loss values of the single crystal ferrite thus prepared are shown in Table 1 below. A small antenna was manufactured under the same conditions as 1 and applied to a mobile phone.

실시예Example 3 3

재료 및 단결정 성장 조건을 달리하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 단결정 페라이트를 제조하였으며, 이에 의해 제조된 단결정 페라이트의 투자율과 유전율 및 이에 대한 각각의 손실값은 하기 표 1에 기재하였으며, 실시예 1과 동일한 조건으로 소형 안테나를 제조하여 휴대폰에 적용하였다. The single crystal ferrite was prepared in the same manner as in Example 1 by varying the material and the single crystal growth conditions, and the permeability, permittivity, and respective loss values of the single crystal ferrite thus prepared are shown in Table 1 below, Example 1 A small antenna was manufactured under the same conditions as the above and applied to a mobile phone.

비교예Comparative example 1 One

상기 실시예 1과 동일한 조성의 페라이트 분말 재료를 이용하여 다결정의 페라이트를 얻었으며, 상기 다결정 페라이트의 투자율과 유전율 및 이에 대한 각각의 손실값은 하기 표 1에 기재하였으며, 실시예 1과 동일한 조건으로 소형 안테나를 제조하여 휴대폰에 적용하였다.The ferrite of the polycrystal was obtained using a ferrite powder material of the same composition as in Example 1, the permeability and permittivity of the polycrystalline ferrite and their respective loss values are described in Table 1 below, under the same conditions as in Example 1 Small antennas were manufactured and applied to mobile phones.

비교예Comparative example 2 2

상기 비교예 1과 동일한 방법으로 제조함으로써 다결정의 페라이트를 얻었으며, 상기 다결정 페라이트 투자율과 유전율 및 이에 대한 각각의 손실값은 하기 표 1에 기재하였으며, 실시예 1과 동일한 조건으로 소형 안테나를 제조하여 휴대폰에 적용하였다.
Ferrite of polycrystalline was obtained by the same method as Comparative Example 1, and the polycrystalline ferrite permeability and permittivity and their respective loss values are shown in Table 1 below, and a small antenna was manufactured under the same conditions as in Example 1. Applied to the mobile phone.

비교예Comparative example 3 3

플라스틱 사출물을 이용하여 실시예 1과 동일한 크기의 안테나 지지체를 제조하였으며, 이를 이용한 안테나를 휴대폰에 적용하였다.
An antenna support having the same size as that of Example 1 was prepared using a plastic injection molding, and the antenna using the same was applied to a mobile phone.

구분division 결정형태Crystal form μμ Loss tanδμ Loss tanδ μ εε Loss tanδε Loss tanδ ε 실시예 1(F1)Example 1 (F1) 단결정Single crystal 2.52.5 00 1212 00 실시예 2(F2)Example 2 (F2) 단결정Single crystal 2.52.5 0.010.01 1212 0.010.01 실시예 3(F3)Example 3 (F3) 단결정Single crystal 2.52.5 0.030.03 1212 0.020.02 비교예 1(F4)Comparative Example 1 (F4) 다결정Polycrystalline 2.52.5 0.050.05 1212 0.020.02 비교예 2(F5)Comparative Example 2 (F5) 다결정Polycrystalline 2.52.5 0.10.1 1212 0.020.02

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 안테나를 포함하는 휴대폰을 이용하여 각각 안테나에 대해 반사특성을 측정하여 도 7에 기재하였다. The reflection characteristics of the antennas were measured by using a mobile phone including the antennas manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, and are described in FIG. 7.

또한, 중심주파수인 830MHz에서의 YZ-plane(H), XZ-plane(E1), XY-plane(E2)에 대한 이득패턴(gain pattern)을 측정한 그래프를 각각 도 8 내지 10에 기재하였다. In addition, graphs measuring the gain patterns of the YZ-plane (H), the XZ-plane (E1), and the XY-plane (E2) at the center frequency of 830 MHz are shown in FIGS. 8 to 10, respectively.

또한, 주파수에 따른 YZ-plane(H), XZ-plane(E1), XY-plane(E2)에 대한 평균이득을 산정한 그래프를 각각 도 11 내지 도13에 기재하였으며, 주파수에 따른 YZ-plane(H), XZ-plane(E1), XY-plane(E2)에 대한 최대 이득을 산정한 그래프를 각각 도 14 내지 도 16에 기재하였으며,
In addition, graphs for calculating average gains for YZ-plane (H), XZ-plane (E1), and XY-plane (E2) according to frequency are described in FIGS. 11 to 13, respectively, and YZ-plane according to frequency. Graphs for calculating the maximum gains for (H), XZ-plane (E1), and XY-plane (E2) are described in FIGS. 14 to 16, respectively.

실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에 따른 안테나의 성능을 비교한 결과 아래 표 2와 같다.
As a result of comparing the performance of the antenna according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 2 below.

소재Material 부피volume FcFc AV. GainAV. Gain Peak GainPeak gain BW(based on AV.gain>-2dB)BW (based on AV.gain> -2dB) 실시예1(F1)Example 1 (F1) 단결정 페라이트Single crystal ferrite 0.450.45 828828 0.8850.885 1.2291.229 455455 실시예2(F2)Example 2 (F2) 단결정 페라이트Single crystal ferrite 0.450.45 826826 0.4060.406 0.7460.746 445445 실시예3(F3)Example 3 (F3) 단결정 페라이트Single crystal ferrite 0.450.45 828828 -0.227-0.227 0.1090.109 428428 비교예1(F4)Comparative Example 1 (F4) 다결정 페라이트Polycrystalline ferrite 0.450.45 828828 -0.589-0.589 -0.251-0.251 417417 비교예2(F5)Comparative Example 2 (F5) 다결정 페라이트Polycrystalline ferrite 0.450.45 828828 -1.217-1.217 -0.881-0.881 396396 비교예3Comparative Example 3 플라스틱 사출물Plastic injection molding 2.82.8 880880 -0.6-0.6 -0.3-0.3 350350

아래 도 7의 그래프에 의해 본 발명에 따른 페라이트 안테나의 반사특성을 확인할 수 있다. 안테나의 중심주파수(f c )는 low band (700~960 MHz)의 중심인 830 MHz에 맞춰져 있는 것을 통해 설계에 사용된 페라이트 종류 모두 소형화에는 문제가 없음을 보여주고 있다. 일반적으로 휴대폰 메인 안테나는 2~3 cc 정도의 부피를 갖고 있으므로 페라이트 안테나의 소형화율은 매우 높다고 할 수 있다The reflection characteristic of the ferrite antenna according to the present invention can be confirmed by the graph of FIG. 7. The center frequency ( f c ) of the antenna is set to 830 MHz, which is the center of the low band (700 to 960 MHz), indicating that there is no problem in miniaturizing all the ferrite types used in the design. In general, since the main antenna of the mobile phone has a volume of about 2 to 3 cc, the miniaturization rate of the ferrite antenna is very high.

또한, 도 8 내지 도 10에 기재한 그래프에 의해 중심주파수인 830 MHz에서의 YZ-plane (H), XZ-plane (E1), XY-plane (E2)에 대한 이득 패턴(gain pattern)을 확인할 수 있다. 휴대폰 안테나에서는 YZ-plane이 중요하며, 여기서는 모두 양호한 omni-directional pattern을 나타내고 있다. Also, the gain patterns for YZ-plane (H), XZ-plane (E1), and XY-plane (E2) at the center frequency of 830 MHz are confirmed by the graphs shown in FIGS. 8 to 10. Can be. The YZ-plane is important in cell phone antennas, all of which show good omni-directional patterns.

도 11 내지 도 13에 기재된 그래프로는 주파수에 따른 YZ-plane (H), XZ-plane (E1), XY-plane (E2)에 대한 평균 이득(average gain)을 확인할 수 있다. In the graphs illustrated in FIGS. 11 to 13, average gains for the YZ-plane (H), the XZ-plane (E1), and the XY-plane (E2) according to frequencies can be confirmed.

상기 그래프를 참고하면, 단결정 페라이트 안테나의 경우 다결정 페라이트 안테나 보다 1dB이상의 평균 이득(average gain)이 얻어지는 것을 알 수 있다. Referring to the graph, it can be seen that an average gain of 1 dB or more is obtained in the case of a single crystal ferrite antenna.

또한, 도 14 내지 도 16에 기재된 그래프는 주파수에 따른 YZ-plane (H), XZ-plane (E1), XY-plane (E2)에 대한 최대 이득(maximum gain)을 확인할 수 있다. 상기 단결정 페라이트 안테나의 경우 다결정 페라이트 안테나 보다 역시 1dB이상의 최대 이득(maximum gain)이 얻어지는 것을 알 수 있다. In addition, the graphs described with reference to FIGS. 14 to 16 can confirm the maximum gains for the YZ-plane (H), the XZ-plane (E1), and the XY-plane (E2) according to the frequency. In the case of the single crystal ferrite antenna, it can be seen that a maximum gain of 1 dB or more is also obtained than that of the polycrystalline ferrite antenna.

평균 이득(Average gain)을 기준으로 대역폭(bandwidth)을 산정해보면, 일반적으로 사용되는 휴대폰 주 안테나(main antenna)의 방사효율은 35~40 %정도이므로 이득(gain)으로 치면 약 -4 dB정도 된다. 각 안테나 케이스의 영향 및 활동(active) 상태에서의 간섭 및 감쇄가 2dB 정도 발생한다고 감안하면 케이스가 없는(passive) 상태의 안테나는 -2 dB이상을 대역폭(bandwidth) 산정의 기준으로 볼 수 있을 것이며, 이 경우, 본 발명에 따른 단결정 페라이트 안테나의 성능이 크게 우수한 것을 확인할 수 있다.
When calculating the bandwidth based on the average gain, the radiation efficiency of the main antenna of a mobile phone which is generally used is about 35 to 40%, so the gain is about -4 dB. . Considering that each antenna case has 2dB of interference and attenuation in the active state, the antenna in the caseless case can see more than -2 dB as a criterion for bandwidth estimation. In this case, it can be seen that the performance of the single crystal ferrite antenna according to the present invention is significantly superior.

이상, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments but is to be construed as being limited only by the appended claims. Should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (8)

안테나 기판으로 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트를 이용한 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
Small antenna, characterized in that the ferrite consisting of a single crystal as an antenna substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 M-타입 헥사페라이트(M-type hexaferrite)인 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
The method of claim 1,
The ferrite consisting of one single crystal is a small antenna, characterized in that the M-type hexaferrite (M-type hexaferrite).
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
[화학식 1] MFe12 - xMexO19
M은 Sr, Ba 및 Pb로부터 선택되는 적어도 1종의 원소, Me는 Co, Ti, Ni, Zn으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속이며, 0≤x≤2이다.
The method of claim 1,
The ferrite consisting of the single crystal is a small antenna, characterized in that represented by the following formula (1).
[Formula 1] MFe 12 - x Me x O 19
M is at least one element selected from Sr, Ba and Pb, Me is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ti, Ni, and Zn, and 0 ≦ x ≦ 2.
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 육방정계 페라이트(hexagonal ferrite)인 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
The method of claim 1,
The ferrite consisting of one single crystal is a small antenna, characterized in that the hexagonal ferrite (hexagonal ferrite).
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 액상성장법(Flux growth method), 쵸크랄스키법(Czochralski method), 브리지만 성장법(Bridgman growth method), (Floating zone method), 고상 단결정 성장법(Solid state single crystal growth method) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 통하여 제조된 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
The method of claim 1,
Ferrite made of one single crystal has a liquid growth method, a Czochralski method, a Bridgman growth method, a floating zone method, and a solid state single crystal. Small growth antenna characterized in that it is manufactured by any one method selected from crystal growth method).
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 단결정으로 이루어진 페라이트는 페라이트 블록으로 가공된 후, 이를 다수 조합하여 필요한 사이즈의 페라이트 매트릭스(matrix)로 제조되는 것을 특징으로 하는 소형 안테나.
The method of claim 1,
The ferrite made of one single crystal is processed into a ferrite block, and then a plurality of combinations thereof are manufactured in a ferrite matrix of a required size (matrix).
제 1항에 의한 소형 안테나를 포함하는 디바이스.A device comprising the small antenna of claim 1. 제 7 항에 있어서,
상기 디바이스는 휴대용 무선 전화기, 노트북, 트랜지스터로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
The method of claim 7, wherein
And the device is any one selected from the group consisting of a portable cordless phone, a notebook and a transistor.
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KR100209579B1 (en) * 1992-12-29 1999-07-15 이형도 Mn-zn ferrite single crystal manufacturing method
KR20060044359A (en) * 2004-03-26 2006-05-16 소니 가부시키가이샤 Antenna apparatus

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