KR20140077973A - 다중대역 안테나 및 휴대 단말기 - Google Patents

Abstract

원하는 공진 주파수들의 파장들보다 짧은 엘리먼트 길이들을 갖고 접지 포인트(11)에 접지된 4 개의 소형 안테나 엘리먼트(제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4))를 갖는 역F형 안테나에, 인덕턴스 L1 내지 L3을 갖는 3 개의 인덕터(제1 내지 제3 인덕터(5 내지 7))를 배치하고, 역F형 안테나에 정합 회로(9)를 통해 급전 유닛(10)에 의해 전력을 공급함으로써, 고주파수 측의 2 개의 공진 주파수에서 공진하는 2-공진 루프 안테나, 저주파수 측의 2 개의 공진 주파수에서 공진하는 역F형 안테나, 및 역L형 안테나로서의 동작들을 포함한 다중 안테나 동작들을 가능하게 한다. 또한, 필요에 따라서는, 주파수 조정용으로 커패시턴스 값 C1을 갖는 커패시터(8)를 제3 인덕터(7)에 병렬로 접속한다. 이러한 방식으로, 복수의 공진이 얻어질 수 있는 다중대역 안테나를 제공한다.

Description

다중대역 안테나 및 휴대 단말기{MULTI-BAND ANTENNA AND MOBILE TERMINAL}

본 발명은 다중대역 안테나 및 휴대 단말기에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 휴대 전화 또는 스마트폰 등의 휴대 단말기에 탑재되고 다중대역을 커버하는 소형화 안테나에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화뿐만 아니라 스마트폰도 급속하게 보급되어, 휴대 단말기들을 통해 다운로드되는 데이터의 양이 대폭 증가했다. 그 데이터 트래픽의 증가에 대처하기 위해, 복수의 주파수 대역에 트래픽이 분산되거나, 또는 LTE(Long Term Evolution) 등의 새로운 통신 규격이 채택된다. 따라서, 사용될 주파수들이 점점 다양화되고 있다.

사용되는 주파수 대역들은 국가마다 다르다. 해외에서의 휴대 단말기들의 사용을 고려하면, 휴대 단말기들은 매우 많은 개수의 주파수 대역을 커버할 필요가 있다. 이것에 대처하기 위한 수단으로서, 광대역 안테나 또는 다중대역 안테나가 채택될 수 있다. 광대역 안테나를 획득하는 수단으로서 기술들이 특허 문헌 1(일본 미심사 특허 출원 공개 제2010-10960호)의 "다중대역 안테나 및 무선 통신 단말기"와, 특허 문헌 2(일본 미심사 특허 출원 공개 H11-88032호)의 "다중대역 안테나 장치 및 그것을 이용한 휴대 무선 기기"에 공개되어 있다.

이 문헌에 개시된 기술들에 따르면, 안테나 엘리먼트의 도중에 공진 회로를 삽입함으로써 대역폭의 관점에서 안테나 특성을 확대한다. 그러나, 그러한 수단이 이용될 때에도, 휴대 단말기들에 사용되는 주파수 대역인 704MHz 내지 2170MHz의 광대역을 커버할 수 있는 광대역 안테나를 실현하는 것은 불가능하다.

다중대역 안테나를 획득하기 위한 수단으로서, 특허 문헌 3(일본 미심사 특허 출원 공개 제2007-123982호)의 "다중대역 안테나 장치 및 통신 단말 장치"는 역F형 안테나에 3 개의 안테나 엘리먼트를 탑재함으로써, 3 개의 공진을 발생시키는 수단을 개시한다. 그러나, 3 개의 안테나 엘리먼트를 실장하기 때문에 안테나의 크기가 커지고, 안테나가 휴대 단말기에 사용되는 주파수 대역들 전부를 커버할 수 없고, 안테나가 4 개의 공진 이상을 발생시킬 수 없다는 문제가 있다.

따라서, 현시점에서는, 복수의 안테나 엘리먼트의 배치가 다수의 대역들을 커버하기 위한 유일한 수단이므로, 결과적으로 휴대 단말기들의 크기가 증가해버린다. 따라서, 소형의 다중대역 안테나를 개발하는 것이 급선무이다.

[선행기술문헌]

[특허 문헌]

[특허 문헌 1] 일본 미심사 특허 출원 공개 제2010-10960호(pp. 5-6)

[특허 문헌 2] 일본 미심사 특허 출원 공개 H11-88032호(pp. 4-6)

[특허 문헌 3] 일본 미심사 특허 출원 공개 제2007-123982호(pp. 3-5)

전술한 바와 같이, 현재의 기술은 복수의 안테나 엘리먼트의 배치만이 다수의 대역들을 커버하기 위한 유일한 수단이므로, 결과적으로 휴대 단말기들의 크기가 증가해버린다는 문제점이 있다.

상기의 문제점에 대해 더 상세히 설명할 것이다. 우선, 휴대 전화와 스마트폰 등의 휴대 단말기들에 사용되는 주파수들에 대해 설명할 것이다. 도 42는 휴대 단말기에 사용되는 주파수들의 리스트를 나타내는 표이다. 도 42에 도시된 바와 같이, 일본에서는 휴대 단말기에 800MHz 대역, 1.5GHz 대역, 및 2GHz 대역의 3 개의 대역이 주로 사용되고, 미국에서는 휴대 단말기에 700MHz 대역, 900MHz 대역, 및 1.9GHz 대역의 3 개의 대역이 주로 사용된다. 도 43은 일본과 미국에 있어서의 휴대 단말기의 주파수의 사용 상황을 나타내는 설명적인 그래프를 도시한다. 도 43의 (A)는 일본의 주파수 사용 상황을 해칭된 영역들로 나타낸다. 도 43의 (B)는 미국의 주파수 사용 상황을 해칭된 영역들로 나타낸다. 도 43의 (C)는 양국의 주파수 사용 상황을 합성한 결과를 나타낸다.

도 43의 (C)에 도시된 바와 같이, 일본과 미국의 양국에서 휴대 단말기에 사용되는 주파수들을 합성한 결과는, 주파수들이 4 개의 대역으로 분류되는 것을 나타낸다. 하기 설명에서는, 704로부터 798MHz까지의 주파수 대역을 700MHz 대역이라고 일컫고, 824로부터 960MHz까지의 주파수 대역을 800MHz 대역이라고 일컫고, 1448로부터 1511MHz까지의 주파수 대역을 1.5GHz 대역이라고 일컫고, 1850으로부터 2170MHz까지의 주파수 대역을 2GHz 대역이라고 일컫는다.

휴대 단말기들은, 일본에서뿐만 아니라 다른 국가들에서도 로밍(roaming)하면서 사용될 것이라고 가정되기 때문에, 휴대 단말기들은 적어도 전술한 4 개의 대역을 커버할 필요가 있다. 전술한 4 개의 대역을 커버하는 수단으로서는, 하기의 2 개의 수단이 채택된다.

제1 수단은 대역들을 각각 커버하는 4 개의 안테나를 탑재하는 것이다. 그러나, 실제로, 이 수단이 이것을 하는 것은 거의 불가능하다. 그 이유에 대해 스마트폰을 예를 들어 하기에서 설명할 것이다.

최근의 스마트폰들의 크기는 약 130mm×65mm×10mm이다. 대부분의 면적은 액정 화면에 의해 점유된다. 일반적으로, 액정 화면의 크기와 동일한 크기를 갖는 금속판이 액정과 겹쳐지도록 실장된다. 안테나가 금속판 근처에 실장되면, 유효한 특성이 얻어질 수 없다. 따라서, 안테나를 금속판으로부터 약 5 내지 10mm의 거리를 두고 실장할 필요가 있다. 따라서, 안테나를 실장할 수 있는 영역은 휴대 단말기의 상부 또는 하부의 약 10mm×65mm×10mm 정도 크기의 좁은 영역으로 제한된다.

(λ/4) 타입의 역L형 안테나의 경우의 안테나 엘리먼트 크기들이 고려될 것이다(λ:파장). 700MHz 대역에서는 107mm의 크기가 얻어지고, 800MHz 대역에서는 94mm의 크기가 얻어지고, 1.5GHz 대역에서는 50mm의 크기가 얻어지고, 2GHz 대역에서는 38mm의 크기가 얻어진다. 이 4 개의 안테나를 전술한 좁은 영역 내에, 이 안테나들이 물리적으로 그리고 특성의 관점에서 서로 간섭하는 것을 방지하면서 실장하는 것은 불가능하다.

제2 수단은 다중대역 안테나를 채택하는 방법이다. 도 44는 다중대역 안테나로서 일반적으로 채택되는 2-분지 타입의 역L형 안테나의 형상을 나타내는 모식도이다. 도 45는 도 44에 도시된 다중대역 안테나의 특성을 나타내는 특성도이며, 또한 전자계 시뮬레이터를 사용해서 계산된 리턴 로스(return loss)를 나타낸다. 도 45의 우상부에는 700MHz 대역, 800MHz 대역, 1.5GHz 대역, 및 2GHz 대역의 4 개의 대역의 각각의 경계 주파수에 있어서의 리턴 로스를 수치로서 나타낸다. 안테나 특성의 측정치로서, -5dB 이하의 리턴 로스를 갖는 안테나가 유효한 안테나 특성을 갖는다고 판단할 수 있다. 따라서, 안테나는 800MHz 대역과 2GHz 대역의 2 개의 대역을 커버할 수 있지만, 안테나가 700MHz 대역과 1.5GHz 대역을 커버하기는 어렵다. 그러므로, 안테나가 4 개의 대역 전부를 커버하기는 불가능하다.

따라서, 도 44에 도시된 바와 같은 2-분지 안테나 형상을 3-분지 안테나 형상 또는 4-분지 안테나 형상으로 형성하는 것도 가능하다. 그러나, 안테나 크기가 증가하거나, 또는 안테나 엘리먼트들의 결합으로 인해 원하는 특성을 얻기 어렵게 되는 등의 많은 기술적 과제가 있기 때문에, 현시점에서는 그러한 안테나 형상을 실현하는 것이 곤란하다.

(본 발명의 목적)

본 발명은 전술한 상황을 감안하여 이루어졌고, 본 발명의 목적은 소형화된 안테나 엘리먼트들과 인덕터들을 이용한 단순한 구조에 의해 복수의 공진을 얻을 수 있고, 2-공진 루프 안테나와 역L형 안테나와 역F형 안테나 등의 복수의 안테나로서 동작할 수 있는 다중대역 안테나, 및 휴대 단말기를 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 다중대역 안테나 및 휴대 단말기는 주로 하기의 특징적인 구성을 채택한다.

(1) 본 발명에 따른 다중대역 안테나는 복수의 공진 주파수를 갖는 다중대역 안테나이며, 상기 다중대역 안테나는, 상기 공진 주파수들의 각 파장의 길이보다 짧은 엘리먼트 길이를 갖는 소형화 안테나 엘리먼트들에 의해 형성된 루프 안테나에, 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 추가하고 접속하고 배치함으로써, 상기 공진 주파수들 중 고주파수 측의 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수의 2 개의 공진 주파수에서 공진할 수 있는 2-공진 루프 안테나를 포함한다.

(2) 본 발명에 따른 휴대 단말기는 복수의 대역을 커버하는 안테나가 탑재되고, 상기 안테나는 상기 (1) 항목에 명시된 적어도 다중대역 안테나를 이용하여 형성된다.

본 발명에 따른 다중대역 안테나 및 휴대 단말기는 하기의 효과를 제공한다.

제1 효과는 다중대역 안테나를 탑재한 휴대 단말기에 있어서, 대폭적인 장치의 소형화가 달성될 수 있다는 것이다. 이것은 일반적인 휴대 단말기에 채택되는 단공진 안테나와 동등한 안테나 크기로 복수의 공진을 얻을 수 있음으로써, 안테나 크기 및 안테나의 개수를 증가시키지 않으면서 다중대역을 커버하는 것을 가능하게 하기 때문이다.

제2 효과는 다중대역 안테나를 탑재한 휴대 단말기의 비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있다는 것이다. 이것은, 본 발명의 다중대역 안테나가, 4-공진 안테나의 경우에, 소형화 안테나 엘리먼트들에 대하여 3 개의 칩 부품(3 개의 인덕터), 또는 경우에 따라서는, 4 개의 칩 부품(3 개의 인덕터 및 커패시터)을 추가하는 것만으로 달성될 수 있기 때문이다. 따라서, 추가적인 안테나 엘리먼트 또는 복잡한 구성을 포함할 필요가 있는 안테나를 채택하는 경우에 비해, 훨씬 더 저렴한 장치를 설계할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다중대역 안테나의 회로 구성의 예를 도시하는 회로도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 다중대역 안테나의 형상을 도시하는 모식도이다.
도 3은 제1 인덕터를 제1 안테나 엘리먼트의 섹션에 배치하기 전에, 1.5GHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 얻어진 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 4는 제1 인덕터를 제1 안테나 엘리먼트의 섹션에 배치한 후 제2 인덕터를 제2 안테나 엘리먼트의 섹션에 배치하기 전에, 1.5GHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅하여 얻어진 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 5는 제1 및 제2 인덕터를 제1 및 제2 안테나 엘리먼트의 각각의 섹션에 배치한 후에, 1.5GHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 얻어진 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 6은 제1 및 제2 인덕터를 제1 및 제2 안테나 엘리먼트의 각각의 섹션에 배치한 후에, 2GHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 7은 제3 인덕터를 제2 인덕터보다 급전 측에 접속한 접속 구성을 갖는 다중대역 안테나를 설명하기 위한 접속 블록도이다.
도 8은 도 7에 도시된 접속 구성을 갖는 다중대역 안테나의 700MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 9는 도 7에 도시된 접속 구성을 갖는 다중대역 안테나의 800MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 10은 일반적인 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다.
도 11은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 특성을 나타내는 모식도이다.
도 12는 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 1,700MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 13은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 등가 회로를 나타내는 모식도이다.
도 14는 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 68mm×20mm의 크기로부터 40mm×20mm의 크기로 축소한 소형화 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다.
도 15는 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 16은 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나에 다른 인덕터를 배치한 구성을 갖는 소형화 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다.
도 17은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 18은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나와의 비교 대상의 다이폴 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다.
도 19는 도 18에 도시된 다이폴 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 20은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나, 도 16에 도시된 인덕터를 배치한 소형화 루프 안테나, 및 도 18에 도시된 비교 대상의 다이폴 안테나 간의 1,760MHz 대역에서의 안테나 효율을 비교하여 나타내는 비교 표이다.
도 21은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 등가 회로를 나타내는 모식도이다.
도 22는 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 1,760MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 23은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 1,760MHz 대역에서 전류 강도가 낮은 저밀도 섹션을 나타내는 모식도이다.
도 24는 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나에 제2 인덕터를 새롭게 배치한 구성을 갖는 소형화 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다.
도 25는 도 24에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 1,760MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 26은 도 24에 도시된 소형화 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 27은 도 24에 도시된 소형화 루프 안테나의 1,960MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 구해진 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 28은 일반적인 역F형 안테나의 모델의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 29는 도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 30은 도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 모델의 루프 부분만을 이용해서 구성된 루프 안테나의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 31은 도 30에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 32는 도 30에 도시된 루프 안테나에 제1 인덕터를 새롭게 배치한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 33은 도 32에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 34는 도 32에 도시된 루프 안테나에 제2 인덕터를 새롭게 배치한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 35는 도 34에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 36은 도 34에 도시된 루프 안테나에 제3 인덕터, 커패시터, 및 제4 안테나 엘리먼트를 추가로 제공한 구성을 갖는 도 2에 도시된 다중대역 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 37은 도 2에 도시된 다중대역 안테나로부터 커패시터를 제거한 경우의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 38은 1575.42MHz 대역과 2.4GHz 대역을 커버하는 2-공진 안테나의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 39는 도 38에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.
도 40은 도 38에 도시된 루프 안테나의 안테나 효율을 전자계 시뮬레이터에 의해 계산하여 얻어진 결과를 나타내는 특성도이다.
도 41은 도 2에 도시된 다중대역 안테나의 모델의 안테나 효율을 전자계 시뮬레이터에 의해 계산하여 얻어진 결과를 나타내는 특성도이다.
도 42는 휴대 단말기들에 사용되는 주파수들의 리스트를 나타내는 표이다.
도 43은 일본과 미국에 있어서의 휴대 단말기들의 주파수의 사용 상황을 나타내는 설명용 그래프이다.
도 44는 다중대역 안테나로서 일반적으로 채택되는 2-분지 타입의 역L형 안테나의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 45는 도 44에 도시된 다중대역 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다.

이하, 본 발명에 따른 다중대역 안테나 및 휴대 단말기의 바람직한 실시예들에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 "휴대 단말기"라는 용어는 본 발명에 따른 다중대역 안테나를 내장한 휴대 단말기를 일컬으며, 또한 휴대 전화, 스마트폰, 랩탑 PC(Personal Computer: 퍼스널 컴퓨터), 또는 PDA(Personal Digital Assistants: 개인 휴대 단말기) 등의 소형화된 휴대 정보 단말기를 일컫는다. 본 발명에 있어서 타겟 주파수로서는 휴대 단말기들이 취급하는 대상의 무선 신호의 주파수들인 한 임의의 타입의 주파수들이 이용될 수 있다. 휴대 전화 통신 등에 사용되는 주파수들뿐만 아니라, GPS(Global Positioning System: 글로벌 측위 시스템), Bluetooth, 및 무선 LAN(Local Area Network: 로컬 에어리어 네트워크) 등에 사용되는 주파수들도 마찬가지 방식으로 취급될 수 있다.

(본 발명의 특징)

본 발명의 예시적인 실시예의 설명에 앞서, 이제 본 발명의 특징의 개요를 설명할 것이다. 본 발명은 휴대 단말기 등에 내장되는 다중대역 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 주요한 특징은 다음과 같다. 즉, 역F형 안테나 엘리먼트들에 기초한 소형화 안테나 엘리먼트들에 복수 개의 인덕터의 칩 부품(상황에 따라서는, 커패시터도 포함될 수 있음)을 탑재하고, 복수의, 예를 들면, 4 개의 공진을 발생시킴으로써, 안테나 크기를 증가시키지 않으면서, 다중대역을 커버하는 소형화 안테나를 달성한다. 결과적으로, 휴대 단말기에 용이하게 탑재될 수 있고 다중대역을 커버하는 소형화 안테나를 얻을 수 있다.

더 구체적으로, 본 발명에 따른 다중대역 안테나에 있어서, 4 개의 대역을 커버하는 다중대역 안테나를 예로서 들면, 소형화된 역F형 안테나 엘리먼트에 적어도 3 개의 인덕터를 배치하여, 4 개의 공진을 발생시킴으로써, 안테나 크기를 증가시키지 않으면서, 여러 대역들 예를 들면, 700MHz 대역, 800MHz 대역, 1.5GHz 대역, 및 2GHz 대역을 포함한 4 개의 대역을 커버하는 안테나를 달성한다.

이것은, 본 발명에 따른 다중대역 안테나는, 제1 인덕터에 의해 제1 공진을 발생시키는 루프 안테나로서 동작하는 수단과, 제1 공진 컨디션을 유지하면서 제2 인덕터에 의해 제2 공진을 발생시키는 루프 안테나로서 동작하는 수단과, 고주파수 대역에서 동작하는 루프 안테나에 대하여 높은 임피던스를 얻도록 설정된 상수를 갖는 제3 인덕터를 통해 접속되는 추가의 안테나 엘리먼트를 저주파수 대역에서 역F형 안테나로서 동작하도록 해주는 수단과, 상기 제3 인덕터를 통해 접속된 추가의 안테나 엘리먼트를 저주파수 대역에서 역L형 안테나로서 동작하도록 해주는 수단을 적어도 포함하기 때문이다.

(예시적인 실시예의 구성 예)

다음으로, 본 발명에 따른 다중대역 안테나의 회로 구성의 예에 대해 도 1을 참조하여 상세히 설명할 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 다중대역 안테나의 회로 구성의 예를 나타내는 회로도이며, 구체적으로는, 예를 들어, 700MHz 대역, 800MHz 대역, 1.5GHz 대역, 및 2GHz 대역을 포함한 4 개의 대역의 복수의 대역을 커버하는 다중대역 안테나의 구성 예를 나타내는 회로도이다.

도 1에 도시된 다중대역 안테나는 소형화된 4 개의 안테나 엘리먼트, 즉, 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4)에 의해 형성되는 역F형 안테나에 세 개의 인덕터, 즉, 인덕턴스 L1 내지 L3의 값을 각각 갖는 제1 내지 제3 인덕터(5 내지 7)를 추가적으로 제공하고 배치한 구성을 갖는다. 도 1을 참조하면, 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)는 제3 인덕터(7)와 병렬로 접속된다. 또한, 커패시터(8)는 주파수의 조정을 용이하게 하는 효과를 갖지만, 커패시터(8)는 본 발명의 필수적인 구성요소는 아니다.

도 1에 도시된 구성에서, 제1 및 제3 안테나 엘리먼트(1, 3)는 GND 접지 포인트(11)에 접속되고, 제1 내지 제3 안테나 엘리먼트(1 내지 3)는 루프 안테나를 형성하고, 제3 안테나 엘리먼트(3)는 정합 회로(9)와 급전 유닛(10)에 접속된다. 제1 인덕터(5)는 제1 안테나 엘리먼트(1)에 배치되고, 제2 인덕터는 제2 안테나 엘리먼트(2)에 배치된다. 제2 안테나 엘리먼트(2)와 제3 안테나 엘리먼트(3) 사이의 노드는 제3 인덕터(7)를 통해 제4 안테나 엘리먼트(4)에 접속된다. 즉, 도 1에 도시된 다중대역 안테나는, 4 개의 안테나 엘리먼트, 즉, GND 접지 포인트(11)에 접지되어 있는 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4)에 의해 형성되는 역F형 안테나에, 세 개의 인덕터, 즉, 인덕턴스 L1 내지 L3의 값을 각각 갖는 제1 내지 제3 인덕터(5 내지 7)와, 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)가 배치된 구성을 갖고, 급전 유닛(10)이 정합 회로(9)를 통해 역F형 안테나에 전력을 공급한다.

루프 안테나는 일반적으로 (1λ)의 엘리먼트 길이를 필요로 하지만(λ: 파장), 본 발명에 따르면, 약 (λ/3)의 엘리먼트 길이로 소형화된 크기로 두 개의 공진을 얻을 수 있다. 이것은, 도 1에 도시된 바와 같이, 급전 유닛(10)에 대향하며 전류 강도가 높은 부분에, 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)를 배치하기 때문이다. 이에 의해, 제1 공진으로서 사용되는 공진 주파수를 저주파수 대역으로 이동시킬 수 있음으로써, 안테나 엘리먼트의 길이를 감소시킬 수 있다. 또한, 공진이 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)에 의해 제1 공진으로서 얻어지는 주파수에서, 낮은 전류 강도를 갖는 부분, 즉, 높은 임피던스를 갖는 부분에 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)를 배치한다. 이것은 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)의 제1 공진 컨디션을 바꾸지 않으면서 제2 공진을 얻는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 다중대역 안테나에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 안테나 엘리먼트(4)가 또한 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)를 통해 전술한 두 개의 공진 루프 안테나에 접속된다. 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)는, 고주파수에서 높은 임피던스를 얻기 위해 임피던스 L3의 값으로서 미리 정해진 상수를 선택한다. 루프 부분을 통해 흐르는 고주파수 전류는, 제4 안테나 엘리먼트(4)에 전류가 유입되는 것을 방지하는 기능을 한다. 결과적으로, 전술한 2-공진 루프 안테나는 고주파수 대역에서 공진하고, 제4 안테나 엘리먼트(4)는 저주파수 대역에서 공진한다. 이 시점에서, 제4 안테나 엘리먼트(4)는 4 개의 안테나 엘리먼트, 즉, 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4)에 의해 형성되는 역F형 안테나로서 동작하고, 또한 제3 및 제4 안테나 엘리먼트(3, 4)에 의해 형성되는 역L형 안테나로서도 동작함으로써, 제3 및 제4 공진을 발생시킬 수 있다.

따라서, 도 1에 도시된 구성을 채택함으로써, 일반적으로 오직 하나의 공진만을 얻는 역F형 안테나의 크기와 같은 크기로 4 개의 공진을 얻을 수 있는 안테나를 달성할 수 있다. 따라서, 다중대역을 커버하는 안테나는 휴대 단말기의 크기를 증가시키지 않으면서, 휴대 단말기에 용이하게 탑재될 수 있다.

도 1에 도시된 회로 구성을 갖는 다중대역 안테나에 대해 도 2를 참조하여 더 상세히 설명할 것이다. 도 2는 도 1에 도시된 다중대역 안테나의 형상을 나타내는 구성도이다. 도 2에 도시된 구성 요소는 도 1의 것과 유사하다. 다중대역 안테나가 탑재된 휴대 단말기로서, 기판(100)의 크기가 120mm×60mm이고, 안테나 영역이 10mm×60mm의 영역에 제한되는 경우에 대해 스마트폰을 예로 들어 설명할 것이다.

우선, 1.5GHz 대역과 2GHz 대역의 2 개의 고주파수 대역을 커버하는 루프 안테나를 형성하기 위해 3 개의 안테나 엘리먼트, 즉, 제1 내지 제3 안테나 엘리먼트(1 내지 3)를 배치한다. 루프 안테나에 큰 개구부의 형성은 안테나 특성의 향상에 기여하므로, 급전 유닛(10)과 GND 접지 포인트(11)를 서로 약간 이격되도록 배치하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 3 개의 안테나 엘리먼트, 즉, 제1 내지 제3 안테나 엘리먼트(1 내지 3)와 기판(100)에 의해 둘러싸인 루프 부분의 둘레의 길이는 약 (λ/3)일 수 있다. 따라서, 1.5GHz 대역과 2GHz 대역의 2 개의 고주파수 대역을 커버하기 위해, 1,500MHz에서는 λ/3=66.6mm, 2,000MHz에서는 λ/3=50mm 이상을 확보하는 것만이 필요하다. 도 2는 제1 및 제3 안테나 엘리먼트(1, 3) 각각의 길이를 10mm로 설정하고, 제2 안테나 엘리먼트(2)의 길이를 20mm로 설정한 경우를 나타낸다. 루프 안테나의 둘레의 길이는, 대략 1.5GHz 대역의 고주파수 대역의 근방의 영역을 커버할 수 있는 길이인 (10+20)×2=60mm로 표시된다. 안테나 엘리먼트(1 내지 4) 각각의 폭은 예를 들어, 1mm이다. 인덕터(5, 6, 7), 커패시터(8), 및 정합 회로(9)는 칩 부품으로 구성된다. 인덕터(5, 6)의 칩 부품은 예를 들어, 가로폭 1mm, 세로폭 0.5mm, 그리고 두께 0.5mm의 치수를 갖는다. 인덕터(7) 및 커패시터(8) 각각의 칩 부품은 예를 들어, 가로폭 0.5mm, 세로폭 0.5mm, 그리고 두께 0.5mm의 치수를 갖는다. 정합 회로(9)는 예를 들어, 인덕터용 칩 부품과 커패시터용 칩 부품을 병렬로 접속함으로써 형성된다. 정합 회로(9)를 구성하는 인덕터용 칩 부품과 커패시터용 칩 부품 각각은 가로폭 0.5mm, 세로폭 0.5mm, 그리고 두께 0.5mm를 갖는다. 정합 회로(9)는 전술한 바와 같이 인덕터용 칩 부품과 커패시터용 칩 부품을 병렬로 접속함으로써 형성될 수 있거나, 또는 인덕터 및 커패시터로 구성된 전자 회로를 몰딩함으로써 얻어지는 단일 칩 부품으로 형성될 수 있다.

다음으로, 3 개의 안테나 엘리먼트, 즉, 제1 내지 제3 안테나 엘리먼트(1 내지 3)에 의해 형성된 루프 안테나를, 1.5GHz 대역에서 공진하도록 하기 위해 인덕턴스 L1의 값을 갖는 인덕터(5)를 배치한다. 일반적으로 루프 안테나는 전류가 최대로 되는 2 개의 섹션, 즉, 급전 유닛(10)의 주변 부분의 섹션과, 급전 유닛(10)에 대향하는 섹션(제1 안테나 엘리먼트(1) 측의 섹션)을 갖는다. 인덕턴스 L1의 값을 갖는 인덕터(5)는 전류 강도가 높고 급전 유닛(10)에 대향하는 섹션에 배치된다. 도 3은 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)를 제1 안테나 엘리먼트(1)의 섹션에 배치하기 전에, 1.5GHz 대역에서 전류 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다. 도 3에서, 전류 강도가 높은 섹션은 고밀도(블랙)로 표시되고, 전류 강도가 낮은 섹션은 저밀도(화이트)로 표시된다. 본 명세서에서 사용되는 "전류 강도가 높은 섹션"이라는 용어는 공진이 1.5GHz 대역의 주파수에서 얻어지는 섹션을 지칭한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전류 강도가 높은 고밀도 섹션(13)이 급전 유닛(10)에 대향하는 제1 안테나 엘리먼트(1)상에 존재하는 것이 명백하다. 전류 강도가 급전 유닛(10)이 배치된 제3 안테나 엘리먼트(3)의 급전 주변 부분(12)에서 높지 않은 이유는, 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)가 배치되지 않은 상태에서는 1.5GHz 대역에서 공진이 얻어지지 않기 때문이다. 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)는 전류 강도가 높은 고밀도 섹션(13)에 배치되지만, 배치 위치에 따라 공진 주파수가 변화한다. 따라서, 원하는 공진 주파수를 얻기 위해 배치 위치를 미세하게 조정할 수 있다.

본 실시예에서는, 제1 인덕터(5)의 인덕턴스 L1의 상수가 38nH로 설정되지만, 1.5GHz 대역에서 공진 주파수를 조정하기 위해 약 10nH 내지 60nH의 범위에서 상수를 선택하는 것도 가능하다.

다음으로, 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)는 제2 안테나 엘리먼트(2)의 섹션에 배치된다. 도 4는 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)를 제1 안테나 엘리먼트(1)의 섹션에 배치한 후, 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)를 제2 안테나 엘리먼트(2)의 섹션에 배치하기 전에, 1.5GHz 대역에서 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다. 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)가 제1 안테나 엘리먼트(1)의 섹션에 배치된 상태에서, 공진은 1.5GHz 대역에서 얻어진다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나는 전류 강도가 높은 2 개의 섹션, 즉, 급전 주변부(12)와, 급전 유닛(10)에 대향하는 고밀도 섹션(13)을 갖는 것이 명백하다.

이 경우에, 2 GHz 대역에서 공진을 얻기 위해, 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)가 도 4에 도시된 바와 같이 1.5GHz에서 전류 강도가 낮은 저밀도 섹션(14)에 배치됨으로써, 1.5 GHz 대역의 공진 컨디션이 변화하는 것을 방지한다.

본 실시예에서는, 제2 인덕터(6)의 인덕턴스 L2의 상수가 34nH로 설정되었다. 그러나 2GHz 대역에서 공진 주파수를 조정하기 위해, 제1 인덕터(5)의 인덕턴스 L1의 경우와 마찬가지로, 약 10nH 내지 60nH의 범위에서 상수를 선택하는 것도 가능하다.

도 5 및 도 6은 제1 및 제2 인덕터(5, 6)가 전술한 바와 같이 배치된 구성에서 전류의 분포를 시뮬레이팅한 결과를 나타낸다. 구체적으로, 도 5는 인덕턴스 L1 및 L2의 값을 각각 갖는 제1 및 제2 인덕터(5, 6)를 제1 및 제2 안테나 엘리먼트(1, 2)의 섹션들 각각에 배치한 후에, 1.5GHz 대역에서 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다. 도 6은 인덕턴스 L1 및 L2의 값을 각각 갖는 제1 및 제2 인덕터(5, 6)를 각각 제1 및 제2 안테나 엘리먼트(1, 2)의 섹션들 각각에 배치한 후에, 2GHz 대역에서 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.

도 5의 전류 분포에 도시된 바와 같이, 1.5GHz 대역에서, 급전 주변부(12)와, 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)가 배치된 고밀도 섹션(13)의 2 개의 섹션에서 전류 강도가 높다. 또한, 도 6의 전류 분포에 도시된 바와 같이, 2GHz 대역에서, 급전 주변부(12)와, 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)가 배치된 고밀도 섹션(15)의 2 개의 섹션에서 전류 강도가 높다. 따라서, 1.5GHz 대역과 2GHz 대역의 2 개의 대역에서 공진하는 2-공진 루프 안테나를 단일루프 안테나에 의해 달성하는 것이 명백하다.

또한, 예시적인 본 실시예의 다중 대역 안테나에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 안테나 엘리먼트(1 내지 3)에 의해 형성되는 루프 안테나에 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)를 통해 제4 안테나 엘리먼트(4)가 추가의 안테나 엘리먼트로서 추가적으로 제공되고 배치된다.

인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)에 있어서, 루프 안테나의 동작이 변화하는 것을 방지하기 위해, 인덕턴스 값으로서, 1.5GHz 이상의 고주파수에서 높은 임피던스를 얻도록 미리 결정된 상수가 설정된다. 본 실시예에서 제3 인덕터(7)의 인덕턴스 L3의 상수를 25nH로 설정하지만, 1.5GHz 대역 이상의 고주파수 대역에서 충분히 높은 임피던스를 얻기 위해 적어도 20nH 이상의 범위에서 상수를 선택하는 것이 바람직하다.

인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)가 루프 안테나에 접속되는 위치에 대해서는, 제2 인덕터(6)를 배치한 제2 안테나 엘리먼트(2)와, 급전 유닛(10)을 배치한 제3 안테나 엘리먼트(3) 사이의 노드의 위치에 제3 인덕터(7)의 일 단부를 접속함으로써, 제3 인덕터(7)를 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)보다 급전 측에 접속한다.

하기의 2 가지 이유로 인해 전술한 바와 같이 제3 인덕터(7)를 제2 인덕터(6)의 급전 측에 접속한다. 제1 이유는, 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)와 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)가 제3 인덕터(7)의 접속 위치와 급전 유닛(10) 사이에 개재된 상태에서, 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)와 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)가 제4 안테나 엘리먼트(4)의 정합 회로로서의 역할을 하여, 제4 안테나 엘리먼트(4)에 의해 사용되는 700MHz 대역과 800MHz 대역에서의 임피던스가 어긋나버리게 하기 때문이다.

제2 이유는, 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)를 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)와 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)보다 급전 측에 접속함으로써, 800MHz의 주파수 대역에서 GND 접지 포인트(11) 측이 도 7에 화살표로 나타낸 접속 위치로부터 관찰될 때 얻어지는 임피던스(16)를 높아지도록 설정하기 때문이다. 이상적으로, 임피던스(16)는 960MHz 부근에서 무한대로 되고 도 7에 화살표로 나타낸 접속은 개방 상태로 된다. 도 7은 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)를 제2 인덕터(6)보다 급전 측에 접속하는 접속 구성을 갖는 다중 대역 안테나를 설명하기 위한 접속 블록도이다.

도 7에 도시된 접속 구성에 의하면, 700MHz 대역에서는, 안테나가 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4)에 의해 형성되는 역F형 안테나로서 동작하고, 또한, 제3 및 제4 안테나 엘리먼트(3, 4)에 의해 형성되는 역L형 안테나로서도 동작한다. 이러한 동작은, 도 8에 나타낸 700MHz 대역에서의 전류 분포에서는 도시된 바와 같이 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4) 모두를 통해 전류가 흐르는 반면에, 도 9에 나타낸 800MHz 대역에서의 전류 분포에서는 도시된 바와 같이 제1 및 제2 안테나 엘리먼트(1, 2)를 통해 전류가 거의 흐르지 않고 기본적으로 제3 및 제4 안테나 엘리먼트(3, 4)를 통해서만 전류가 흐른다는 사실로부터도 명백하다. 이와 관련하여, 도 8은 도 7에 도시된 접속 구성을 갖는 다중 대역 안테나의 700MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다. 도 9는 도 7에 도시된 접속 구성을 갖는 다중 대역 안테나의 800MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.

예시적인 본 실시예에서는, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)가, 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)와 병렬로 배치된 구성 예를 나타낸다. 그러나, 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)는 800MHz 대역과 1.5GHz 대역 간의 밸런스의 조정을 용이하게 하기 위해 배치되고, 본 발명에 따른 다중대역 안테나의 필수 구성 요소가 아니다. 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)는 전술한 바와 같이 주파수 조정이 행해질 수 있는 한, 반드시 필수적으로 제공될 필요는 없다.

(예시적인 실시예의 동작의 설명)

다음으로, 본 발명의 예로서, 도 1에 나타낸 다중 대역 안테나의 동작에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명할 것이다. 우선, 도 10에 도시된 기본적인 루프 안테나의 모델을 참조하여, 본 발명의 동작 원리를 단계별로 설명할 것이다.

도 10은 일반적인 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다. 도 10에 도시된 루프 안테나의 크기는 68mm×20mm이고, 안테나 엘리먼트의 둘레는 (68+20)×2=176mm이다. 루프 안테나는 (1λ)의 길이에서 공진하기 때문에(λ: 파장), 176mm의 안테나 엘리먼트의 길이를 갖는 안테나는, 계산에 따르면, 1,700MHz에서 공진한다. 또한, 루프 안테나는 1λ, 2λ, 3λ, …의 주파수들에서 공진하기 때문에, 공진이 1,700MHz에서 얻어지는 크기를 갖는 안테나는 1,700MHz, 3,400MHz, 5,100MHz, … 에서 각각 공진을 발생시킨다. 따라서, 일반적인 루프 안테나는 1.5GHz 대역 및 2GHz 대역 등 서로 근접한 2 개의 주파수 대역에서 2 개의 공진을 발생시키기 어렵다.

도 11은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 모델에 대한 리턴 로스를 전자계 시뮬레이터에 의해 계산함으로써 얻어진 결과를 나타낸다. 즉, 도 11은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이고, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 도 11에서, 리턴 로스가 감소하는 포인트는 공진 포인트에 해당한다.

도 11의 우하부에 나타낸 바와 같이, 도 10에 도시된 루프 안테나의 모델에서 주파수가 가장 낮은 공진 포인트는 도 11의 그래프상의 마커 1에 의해 나타낸 1,760MHz이고, 이 공진 포인트는 전술한 공진 주파수의 계산된 값인 1,700MHz와 거의 일치하는 것이 분명하다. 도 10에 나타낸 루프 안테나의 1,760MHz에서의 전류 분포에 있어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 급전 유닛(10) 근방의 급전 주변 섹션(17)과, 급전 유닛(10)에 대향하는 고밀도 섹션(18)의 두 개의 섹션에서 전류 강도가 높다. 도 12는 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 1,700MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.

이러한 방식으로, 도 10에 도시된 루프 안테나의 모델에서, 급전 유닛(10) 근방의 급전 주변 섹션(17)과, 급전 유닛(10)에 대향하는 고밀도 섹션(18)의 두 개의 섹션에서 전류 강도가 높은 상태는 루프 안테나의 공진 컨디션을 나타낸다. 도 13은 공진 컨디션을 나타내는 등가 회로를 도시하는 모식도이다. 루프 안테나는 2 개의 다이폴 안테나가 배치된 구성과 동등하다. 도 13은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 등가 회로를 나타내고, 또한 공진 컨디션에서의 루프 안테나는 2 개의 다이폴 안테나가 병렬로 배치된 안테나 구성과 동등함을 나타내는 모식도이다.

전술한 바와 같이, 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나는, 안테나 엘리먼트의 둘레의 길이로서, 공진 주파수가 얻어지는 (1λ)의 파장을 필요로 하는데, 이것은 그것의 크기를 증가시키는 문제를 야기한다. 또한, 안테나는 소형화 휴대 단말기에 내장되기 위해, 한층 더 소형화를 필요로 한다. 따라서, 안테나가 휴대 단말기에 내장될 수 있는 크기까지 루프 안테나의 소형화를 실현하기 위해, 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 긴 측의 안테나 엘리먼트의 크기를 예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이 68mm로부터 40mm로 줄인다. 도 14는 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나의 크기를 68mm×20mm로부터 40mm×20mm로 줄인 소형화 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다. 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나의 경우에, 안테나 엘리먼트의 둘레의 길이는, 도 10에 도시된 (68+20)×2=176mm로부터 (40+20)×2=120mm로 감소된다.

결과적으로, 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나에 있어서, 도 15의 그래프상의 마커 1에 의해 나타낸 바와 같이, 도 10에 도시된 루프 안테나로부터의 크기의 축소에 의해 공진 주파수를 1,700MHz로부터 2,700MHz로 증가시킨다. 도 15는 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이고, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 도 15에서, 리턴 로스가 감소하는 포인트는 공진 포인트에 해당한다.

본 발명에 따르면, 도 16에 도시된 바와 같이, 도 10에 도시된 루프 안테나의 경우의 것과 동등한 공진 주파수를 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나에서도 얻을 수 있도록 하기 위해, 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나에 있어서 전류 강도가 높고 급전 유닛(10)에 대향하는 고밀도 섹션에 인덕터(19)를 새롭게 배치한다. 이 경우에, 인덕터(19)의 상수로서 인덕턴스는 60nH로 설정되고 내부 저항은 9Ω으로 설정된다. 도 16은 도 14에 도시된 소형화 루프 안테나에 인덕터(19)를 새롭게 배치한 구성을 갖는 소형화 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다.

도 16에 도시된 소형화 루프 안테나의 모델은 도 17의 그래프상의 마커 1에 의해 나타낸 바와 같이, 약 1,760MHz의 공진 주파수를 갖는다. 따라서, 도 10에 도시된 68×20mm의 일반적인 루프 안테나의 것과 동등한 공진 주파수를 얻을 수 있다. 도 17은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이고, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다.

다음으로, 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나에 있어서 인덕터(19)의 내부 저항 9Ω의 존재로 인해 야기되는 안테나 효율의 열화에 대해 고찰할 것이다. 일반적으로, 안테나 엘리먼트 내에 9Ω 정도로 큰 저항 성분이 존재할 때, 안테나 특성의 관점에서 큰 손실이 발생하여 안테나 효율의 열화를 야기할 수 있다. 따라서, 소형화 루프 안테나의 특성이 도 18에 도시된 다이폴 안테나의 특성과 비교된다.

도 18은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나와 비교되는 다이폴 안테나의 모델을 나타내는 모식도이고, 또한 도 16의 경우의 것과 마찬가지의 상수를 갖는 인덕터(20)가 다이폴 안테나에 배치되는 경우를 나타낸다. 구체적으로, 인덕터(20)의 상수는, 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나의 인덕터(19)의 것과 동일한 값(인덕턴스 60nH, 내부 저항 9Ω)으로 설정된다. 또한, 각각의 안테나 엘리먼트의 길이를 조정하고, 도 19의 그래프상의 마커 1에 의해 나타낸 바와 같이, 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나의 경우와 마찬가지로 공진 주파수를 1,760MHz로 조정한다. 도 19는 도 18에 도시된 다이폴 안테나의 특성을 나타내는 특성도이고, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다.

도 20은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나, 도 16에 도시된 바와 같이 인덕터(19)가 배치된 소형화 루프 안테나, 및 도 18에 도시된 바와 같이 비교 대상의 다이폴 안테나의 1,760MHz에서의 안테나 효율들 간의 비교 결과를 나타낸다. 즉, 도 20은 도 10에 도시된 일반적인 루프 안테나, 도 16에 도시된 인덕터(19)를 배치한 소형화 루프 안테나, 및 도 18에 도시된 비교 대상의 다이폴 안테나 간의 1,760MHz에서의 안테나 효율들을 비교한 것을 나타내는 비교 표이다.

도 20에 1,760MHz에서의 안테나 효율(방사 효율) 란에 나타낸 바와 같이, 도 10의 68×20mm의 루프 안테나는 -0.01dB의 양호한 안테나 효율 값을 나타낸다. 안테나 효율을 나타내는 "방사 효율(Radiation Efficiency)"이라는 용어는, 급전 포인트와 안테나 임피던스 사이에 발생되는 정합 손실을 보정한 후에 오직 안테나 효율만을 비교하기 위해 사용되는 값을 지칭한다.

또한, 도 18에 도시된 비교 대상의 다이폴 안테나에 있어서, 도 20의 표의 우측 란에 나타낸 바와 같이, 안테나 효율은 -6.77dB로 상당히 저하된다. 그러한 열화의 대부분은 인덕터(20)의 내부 저항 9Ω에 의해 야기되는 손실 때문이다. 한편, 도 16에 도시된 인덕터(19)를 배치한 소형화 루프 안테나에서는, 안테나에 내부 저항 9Ω를 갖는 인덕터(19)를 배치함에도 불구하고, 도 20의 표의 중앙 란에 나타낸 바와 같이, 안테나 효율이 -0.34dB의 양호한 값을 나타낸다.

도 16에 도시된 바와 같이 인덕터(19)를 배치한 소형화 루프 안테나가 도 1 및 도 2를 참조하여 앞서 설명한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 루프 안테나에 상당하는 모델인 이유와, 내부 저항이 9Ω인 인덕터(19)를 안테나에 배치한다는 사실에 상관없이, 그 안테나 효율이 -0.34dB의 양호한 값을 나타내는 이유에 대해, 도 21을 참조하여 설명할 것이다. 도 21은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 등가 회로를 나타내는 모식도이다. 도 13의 등가 회로에 도시된 경우와 마찬가지로, 공진 컨디션에서 소형화 루프 안테나는 2 개의 다이폴 안테나, 즉, 제1 및 제2 다이폴 안테나(21, 22)를 병렬로 배치한 안테나 구성과 동등하다.

도 21에 도시된 등가 회로에 있어서, 제2 다이폴 안테나(22)는 도 20의 비교 표에 나타낸 바와 같이 도 18의 다이폴 안테나의 경우의 구성과 마찬가지의 구성을 갖는다. 인덕터(19)의 내부 저항으로 인해 안테나 효율이 대폭 저하된다. 한편, 제1 다이폴 안테나(21)의 안테나 효율은, 제1 다이폴 안테나(21)가 저항 성분을 포함하지 않기 때문에, 저하되지 않는다. 루프 안테나의 "효율"이라는 용어는, 급전된 전력이 각각의 안테나 엘리먼트로부터 어느 정도 방사되는지를 의미한다. 예를 들면, 제1 다이폴 안테나(21)와 제2 다이폴 안테나가 동등한 특성을 갖고 양호한 컨디션일 때, 급전된 전력은 제1 다이폴 안테나(21)와 제2 다이폴 안테나에 균등하게 배분되고, 그로부터 균등하게 방사된다.

한편, 도 21의 등가 회로를 나타내는 예시적인 본 실시예와 같이, 제2 다이폴 안테나(22)의 안테나 특성이 현저하게 열화할 때, 안테나에 급전된 전력의 대부분이 양호한 특성을 나타내는 제1 다이폴 안테나(21)에 공급되어 방사된다. 따라서, 제2 다이폴 안테나(22)의 특성이 현저하게 열화할 때에도, 급전된 전력은 문제없이, 제1 다이폴 안테나(21)로부터 방사되므로, 내부 저항을 갖는 인덕터(19)를 배치한 도 16에 도시된 바와 같은 소형화 루프 안테나의 루프 안테나 특성은 열화하지 않는다. 전술한 이유로 인해, 안테나 특성을 열화시키지 않으면서 루프 안테나의 소형화를 달성할 수 있다.

다음으로, 소형화된 루프 안테나로서 2 개의 공진을 얻기 위한 수단에 대해 설명할 것이다. 전술한 바와 같이, 도 16에 도시된 바와 같이 인덕터(19)를 배치한 소형화 루프 안테나의 모델은, 도 17의 특성도에 도시된 바와 같이 1,760MHz의 주파수에서 공진한다. 도 22의 모식도에 도시된 바와 같이, 1,760MHz의 주파수에서 안테나가 공진할 때 얻어지는 전류 분포에 있어서, 급전 유닛(10) 주변에 있고 전류 강도가 높은 급전 주변 섹션(23)이 넓은 범위에 걸쳐 분포되고, 급전 유닛(10)과 대향하고 전류 강도가 높은 고농도 섹션(24)이 인덕터(19)가 단축된 효과의 결과로서, 좁은 범위에 걸쳐 분포된다. 도 22는 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 1,760MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다.

도 22에 도시된 고밀도 섹션(24)의 주변에 존재하고 1,760MHz에서 전류 강도가 낮은 저밀도 섹션에 이제 주목할 것이다. 도 23은 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 1,760MHz 대역에서의 전류 강도가 낮은 저밀도 섹션들을 나타내는 모식도이고, 또한 도 22에 도시된 전류 분포의 시뮬레이션 결과에 기초하여, 저밀도 섹션들로서 추출되는 섹션들을 나타낸다.

도 23에 도시된 바와 같이, 1,760MHz 대역에 있어서 전류 강도가 낮은 2 개의 저밀도 섹션들, 즉, 제1 및 제2 저밀도 섹션(25, 26)이 있다. 1,760MHz에서의 공진 동작에 임의의 악영향을 미치지 않으면서 제2 공진 주파수를 얻기 위해, 도 24에 도시된 바와 같이, 도 23에 도시된 소형화 루프 안테나에 있어서, 급전 유닛(10)에 대향하고 전류 강도가 낮은 제1 및 제2 저밀도 섹션(25, 26) 중 어느 하나에, 인덕터(19)(제1 인덕터에 해당하는 인덕터)와는 다른 제2 인덕터(27)를 새롭게 배치한다. 이 경우에, 제2 인덕터(27)의 상수로서 인덕턴스는 40nH로 설정되고 내부 저항은 6Ω으로 설정된다. 도 24는 도 16에 도시된 소형화 루프 안테나에 제2 인덕터(27)를 새롭게 배치한 소형화 루프 안테나의 모델을 나타내는 모식도이다.

도 24에 도시된 소형화 루프 안테나에 있어서는, 도 25의 (A)에 도시된 바와 같이, 제2 인덕터(27)가 1,760MHz 대역에서 전류 강도가 낮은 제1 및 제2 저밀도 섹션(25, 26) 중 하나에 배치되는데, 즉, 1,760MHz 대역에서 임피던스가 큰 섹션에 배치된다. 따라서, 제2 인덕터(27)가 배치될 때에도, 1,760MHz에서의 전류 분포의 상태는 도 22에 도시된 상태로부터 거의 변화하지 않는다.

도 25는 도 24에 도시된 소형화 루프 안테나 모델의 1,760MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다. 도 25의 (A)는 제2 인덕터(27)를 새롭게 배치한 후의 1,760MHz 대역에서의 전류 분포의 상태를 나타내고, 도 25의 (B)는 제2 인덕터(27)의 배치 전의 1,760MHz 대역에서의 전류 분포의 상태(즉, 도 22에 도시된 전류 분포의 상태)를 나타낸다.

도 24에 도시된 소형화 루프 안테나의 모델은, 도 17의 경우와 마찬가지로, 도 26의 그래프상의 마커 1에 의해 나타낸 바와 같이 약 1,760MHz에서 공진 주파수를 갖는다. 이 공진 주파수 외에도, 도 17의 경우와는 달리, 마커 2에 의해 나타낸 바와 같이, 약 1,960MHz의 제2 공진 주파수가 새롭게 얻어지게 된다. 도 26은 도 24에 도시된 소형화 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이며, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다.

도 27의 모식도는 제2 공진 주파수가 새롭게 얻어진 1,960MHz에서의 전류 분포의 상태를 나타낸다. 도 27은 도 24에 도시된 소형화 루프 안테나의 1,960MHz 대역에서의 전류의 강도의 분포를 시뮬레이팅한 결과로서 전류의 강도를 그레이 스케일로서 모식적으로 나타내는 모식도이다. 도 27에 나타낸 모식도에 도시된 바와 같이, 1,960MHz 대역에서의 전류 분포에 있어서, 제2 인덕터(27)가 배치된 섹션의 주변에 있는 고농도 섹션(28)과, 급전 유닛(10)의 주변에 있는 급전 주변 섹션(29)의 2 개의 섹션에 있어서, 1,960MHz 대역에서의 전류 강도가 높고, 제2 인덕터(27)가 1,960MHz 대역에서 공진을 발생시킨다는 것이 명백하다.

이상, 소형화 루프 안테나에 있어서, 2 개의 공진 주파수에 있어서의 2 개의 공진을 얻기 위한 원리를 설명했다. 이 원리를 이용한 본 발명에 따른 다중대역 안테나의 동작에 대해 하기에서 설명할 것이다.

우선, 일반적인 역F형 안테나의 형상에 대해 도 28을 참조하여 설명할 것이다. 도 28은 일반적인 역F형 안테나의 모델의 형상을 나타내는 모식도이다. 도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 모델은, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 크기가 120mm×60mm이며, 역F형 안테나는 10mm×60mm의 영역 내로 제한되고, 안테나 크기는 10mm×45mm로 설정되는 경우를 나타낸다.

도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 모델은 도 29의 그래프상의 마커 1에 의해 나타낸 바와 같이, 2,150MHz에서만 공진 포인트를 갖고 있으므로, 안테나는 복수의 공진 포인트를 갖지 않는 단공진 안테나이다. 도 29는 도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 특성을 나타내는 특성도이며, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 즉, 도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 모델은 700MHz 대역, 800MHz 대역, 및 1.5GHz 대역에서는 공진 포인트를 갖지 않고, 2GHz 대역의 2,150MHz에서만 공진 포인트를 갖는다.

이와 대조적으로, 도 30은 도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 모델의 루프 부분만을 이용하여 형성되는 루프 안테나의 형상을 나타낸다. 도 30은 도 28에 도시된 일반적인 역F형 안테나의 모델의 루프 부분만을 이용하여 형성되는 루프 안테나의 형상을 나타내는 모식도이다. 도 30에 도시된 루프 안테나는, 도 2의 경우와 같이 10mm×20mm의 크기로 소형화되고, 그 루프 안테나의 모델은 도 31의 그래프에 도시된 바와 같이 3,200MHz에서 공진 주파수를 갖는다. 도 31은 도 30에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이며, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 구체적으로, 도 31에 도시된 바와 같이, 도 30에 도시된 루프 안테나의 모델은 700MHz 대역, 800MHz 대역, 1.5GHz 대역, 및 2GHz 대역 중 어디에서도 공진 포인트를 갖지 않고, 3,200MHz에서만 공진 포인트를 갖는다.

우선, 도 30에 도시된 루프 안테나(즉, 도 28에 도시된 역F형 안테나의 루프 부분에 해당하는 부분)의 공진 주파수를 1.5GHz 대역에 정합하도록 설정하기 위해, 도 32에 도시된 바와 같이, 인덕턴스 L1의 값을 갖는 제1 인덕터(5)를 급전 유닛(10)에 대향하는 섹션에 배치한다. 도 32는 도 30에 도시된 루프 안테나에 제1 인덕터(5)를 새롭게 배치한 상태를 나타내는 모식도이다. 도 32에 도시된 바와 같이, 제1 인덕터(5)의 인덕턴스 L1의 상수는 38nH로 설정되고 내부 저항 r은 4Ω으로 설정된다.

도 32에 도시된 바와 같은 제1 인덕터(5)의 배치에 의해, 도 33의 그래프상의 마커 5, 6에 의해 나타낸 1.5GHz 대역의 공진을 얻는 것이 가능하게 된다. 도 33은 도 32에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이며, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 즉, 도 32에 도시된 루프 안테나의 모델은 700MHz 대역, 800MHz 대역, 및 2GHz 대역에서 공진 포인트를 갖지 않고, 휴대 단말기들의 통신에 사용되는 1.5GHz 대역의 주파수 대역으로서, 마커 5(1,448MHz)로부터 마커 6(1,511MHz)까지 범위의 1.5GHz 대역에 공진 포인트를 갖는다.

다음으로, 도 32에 도시된 루프 안테나에 있어서 제2 공진 포인트를 추가로 얻기 위해, 인덕턴스 L2의 값을 갖는 제2 인덕터(6)를 도 34에 도시된 바와 같이 추가로 제공하고 배치한다. 도 34는 도 32에 도시된 루프 안테나에 제2 인덕터(6)를 새롭게 배치한 상태를 나타내는 모식도이다. 도 34에 도시된 제2 인덕터(6)는, 1.5GHz 대역에서의 공진 동작에 대한 임의의 악영향을 방지하기 위해, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 1.5GHz 대역에서 전류 강도가 낮은 저밀도 섹션에 배치된다. 제2 인덕터(6)의 인덕턴스 L2의 값을 갖는 상수는, 도 34에 도시된 바와 같이, 34nH로 설정되고 내부 저항 r은 3.5Ω으로 설정된다.

도 34에 도시된 바와 같은 제1 인덕터(5)에 추가로 제2 인덕터(6)를 더 배치함으로써, 도 35의 그래프상의 마커 5, 6에 의해 나타낸 1.5GHz 대역의 공진 포인트 이외에, 제2 공진 주파수로서 도 35의 그래프상의 마커 7, 8에 의해 나타낸 2GHz 대역의 공진 포인트를 더 얻는다. 도 35는 도 34에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이며, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 구체적으로, 도 35에 도시된 바와 같이, 도 34에 도시된 루프 안테나의 모델은 700MHz 대역 및 800MHz 대역에서 공진 포인트를 갖지 않고, 휴대 단말기들의 통신에 사용되는 고주파수 측의 1.5GHz 대역 및 2GHz 대역의 2 개의 대역인, 마커 5(1,448MHz)로부터 마커 6(1,511MHz)까지 범위의 1.5GHz 대역과 마커 7(1,850MHz)로부터 마커 8(2,170MHz)까지 범위의 2GHz 대역에서 2 개의 공진 포인트를 갖는다.

또한, 도 2에 도시된 안테나 형상과 같이, 제2 안테나 엘리먼트(2)와 제3 안테나 엘리먼트(3) 사이의 노드에, 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)와, 제3 인덕터(7)에 병렬로 접속된 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)를 배치하고, 또한, 제3 인덕터(7)와 커패시터(8)를 통해 제4 안테나 엘리먼트(4)를 배치한다. 이러한 방식으로 제4 안테나 엘리먼트(4)를 배치한 결과로서, 2 개의 공진 포인트를 갖는 2-공진 루프 안테나와, 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4) 전부에 의해 형성되는 역F형 안테나와, 제3 및 제4 안테나 엘리먼트에 의해 형성되는 역L형 안테나 등의 복수의 안테나로서 동작하는 다중대역 안테나가 형성될 수 있다.

이 경우에, 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)는, 인덕턴스 L3의 값으로서, 고주파수에서 높은 임피던스를 얻도록 미리 정해진 값, 예를 들면, 25nH를 선택함으로써, 루프 부분을 통해 흐르는 고주파수 전류가 제4 안테나 엘리먼트(4)에 유입되는 것을 방지한다. 따라서, 2 개의 공진 포인트를 갖는 2-공진 루프 안테나는 고주파수 대역에서 공진하고, 제4 안테나 엘리먼트(4)는 저주파수 대역에서 공진한다. 이때, 제4 안테나 엘리먼트(4)는, 4 개의 안테나 엘리먼트, 즉, 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4)에 의해 형성되는 역F형 안테나로서 동작하고, 제3 및 제4 안테나 엘리먼트(3, 4)에 의해 형성되는 역L형 안테나로서도 동작함으로써, 낮은 주파수 대역에서 공진이 얻어질 수 있는 2 개의 공진 포인트, 즉, 제3 및 제4 공진 포인트를 발생시킬 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같은 제3 인덕터(7) 및 제4 안테나 엘리먼트(4)를 도 34에 도시된 루프 안테나에 더 추가하여 배치함으로써, 도 36의 그래프상의 마커 5 및 6에 의해 나타낸 1.5GHz 대역과, 마커 7 및 8에 의해 나타낸 2GHz 대역에서의 2 개의 공진 포인트 이외에, 또한, 제3 및 제4 공진 주파수로서, 도 36의 그래프상의 마커 1 및 2에 의해 나타낸 700MHz 대역에서의 공진 포인트와, 마커 3 및 4에 의해 나타낸 800MHz 대역에서의 공진 포인트의 2 개의 공진 포인트를 얻는다. 도 36은 도 34에 도시된 루프 안테나에 제3 인덕터(7), 커패시터(8), 및 제4 안테나 엘리먼트(4)를 추가한 구성을 갖는 도 2에 도시된 다중대역 안테나의 특성을 나타내는 특성도이다. 도 36에서, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 구체적으로, 도 36에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 다중대역 안테나의 모델은 휴대 단말기의 통신에 사용되는 4 개의 대역, 즉, 마커 1(704MHz)로부터 마커 2(798MHz)까지 범위의 700MHz 대역, 마커 3(824MHz)으로부터 마커 4(960MHz)까지 범위의 800MHz 대역, 마커 5(1,448MHz)로부터 마커 6(1,511MHz)까지 범위의 1.5GHz 대역, 및 마커 7(1,850MHz)로부터 마커 8(2,170MHz)까지 범위의 2GHz 대역에 있어서 4 개의 공진 포인트를 갖는다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 예시적인 본 실시예에 따른 다중대역 안테나는, 안테나가 일반적으로 단공진만을 얻을 수 있는 역F형 안테나의 형상과 마찬가지의 형상을 가진 때에도, 소형화된 4 개의 안테나 엘리먼트, 즉, 제1 내지 제4 안테나 엘리먼트(1 내지 4)와, 적어도 3 개의 인덕터, 즉, 제1 내지 제3 인덕터를 배치한 구성을 가짐으로써, 4 개의 대역을 커버하는 광대역 안테나를 달성한다.

도 2에 도시된 다중대역 안테나의 모델은, 인덕턴스 L3의 값을 갖는 제3 인덕터(7)와 병렬로 커패시턴스 C1(0.25pF)의 값을 갖는 커패시터(8)를 배치한 경우를 나타낸다. 그러나, 제3 인덕터(7)와 병렬로 배치되고 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)가 존재하지 않을 때에는, 도 37에 도시된 바와 같이, 공진 주파수의 어긋남이 발생할 수 있다. 도 37은 도 2에 도시된 다중대역 안테나로부터 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)를 제거한 경우의 특성을 나타내는 특성도이다. 도 37에서, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다. 도 37에 도시된 바와 같이, 제3 인덕터(7)와 병렬로 배치되며 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)가 존재하지 않을 때에는, 도 36에 도시된 경우와는 달리, 4 개의 공진 주파수의 어긋남이 발생한다.

특히, 도 37에 도시된 안테나 특성의 어긋남에 있어서의 문제는, 800MHz 대역과 1.5GHz 대역 사이의 특성 열화 포인트가 1.5GHz 대역 쪽으로 어긋난다는 것이다. 그러나, 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)를 배치함으로써, 특성 열화 포인트를 800MHz 대역과 1.5GHz 대역 사이의 주파수로 조정하는 것이 용이하다는 이점이 있다. 그러나, 커패시터(8)를 배치하는 것 대신에, 안테나 엘리먼트 또는 다른 부품의 상수를 주의 깊게 선택함으로써도, 전술한 특성 열화 포인트를 조정할 수도 있다. 따라서, 본 발명에서는, 커패시턴스 C1의 값을 갖는 커패시터(8)는 필수적인 구성 요소가 아니다.

(다른 실시예)

전술한 예시적인 실시예들은 휴대 단말기의 통신용 주파수들인 700MHz 대역, 800MHz 대역, 1.5GHz 대역, 및 2GHz 대역의 4 개의 대역에서 공진하는 4 개의 공진용 다중대역 안테나를 형성할 경우에 대해 설명한다. 그러나, 본 발명은 이 주파수들에 한정되지 않고, 다른 주파수들에 응용될 수 있다.

예를 들어, 휴대 단말기에는, 음성 또는 데이터 통신에 사용하기 위한 전술한 안테나들뿐만 아니라, GPS(Global Positioning System: 글로벌 측위 시스템), Bluetooth, 및 무선 LAN(Local Area Network: 로컬 에어리어 네트워크) 등의 안테나도 내장된다. 본 발명은 또한 음성 또는 데이터 통신 이외의 목적에 이용되는 안테나들에 대하여도 적용될 수 있다.

장치를 소형화하기 위해, GPS, Bluetooth, 및 무선 LAN 안테나들 중 임의의 것이 공용 안테나로서 이용되는 경우가 많다. 그러한 경우에, 예를 들면, Bluetooth와 무선 LAN이 예를 들면, 2.4GHz와 같은 주파수 대역을 사용하기 때문에, GPS의 1575.42MHz 대역과 2.4GHz 대역을 커버하는 2-공진 안테나를 채택함으로써, GPS, Bluetooth, 및 무선 LAN의 3 개의 응용을 커버할 수 있다.

GPS의 1575.42MHz 대역과 2.4GHz 대역을 커버하는 2-공진 안테나는, 예를 들면, 도 38의 모식도에 도시된 바와 같은 10mm×10mm의 소형화된 안테나 크기로 달성될 수 있다. 도 38은 1,575.42MHz 대역과 2.4GHz 대역을 커버하는 2-공진 안테나의 형상을 나타내는 모식도이다. 2-공진 안테나는 2 개의 공진 포인트를 갖는 루프 안테나로서 형성된다.

도 38에 도시된 루프 안테나를 형성함으로써, 도 39의 그래프상의 마커 1에 의해 나타낸 1,575.42MHz 대역과, 마커 2(2,400MHz)로부터 마커 3(2,500MHz)까지 범위의 2.4GHz 대역에서 2 개의 공진 포인트를 갖는 2-공진 안테나를 얻을 수 있다. 도 39는 도 38에 도시된 루프 안테나의 특성을 나타내는 특성도이며, 횡축이 주파수를 나타내고 종축이 리턴 로스를 나타낸다.

도 38에 도시된 루프 안테나에 의해, 도 39에 나타낸 안테나 특성을 갖는 2-공진 안테나를 확실하게 달성할 수 있다. 또한, 도 40에 나타낸 안테나 효율로서, -1dB이상의 매우 양호한 특성이 얻어지기 때문에, 10×10mm의 안테나 크기를 더 감소시킬 수 있다. 도 40은 도 38에 도시된 루프 안테나의 안테나 효율을 전자계 시뮬레이터에 의해 계산함으로써 얻은 결과를 나타내는 특성도이다. 도 40에 도시된 안테나 효율은 Total Efficiency(전체 효율)에 의해 나타내어진다는 것을 유의한다. 도 20에서 전술한 안테나 효율을 나타내는 Rad. Efficiency(Radiation Efficiency: 방사 효율)는, 급전 포인트와 안테나 임피던스 사이의 차로부터 발생되는 정합 손실을 보정한 후에, 안테나 특성들만을 비교하기 위해 이용되는 데 반해, 도 40에 나타낸 Total Efficiency는 급전 포인트와 안테나 임피던스 사이의 정합 손실을 포함하며, 안테나를 탑재한 장치 전체의 특성을 나타낸다.

(예시적인 실시예의 효과의 설명)

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 예시적인 본 실시예에 따른 다중대역 안테나는 하기의 효과를 제공한다.

제1 효과는, 다중대역 안테나를 포함하는 휴대 단말기가 대폭적으로 소형화될 수 있다는 것이다. 이것은, 일반적인 휴대 단말기에 포함되는 단공진 안테나 와 동일한 크기를 갖는 안테나에 의해 복수의 공진, 예를 들면, 4 개의 공진을 얻을 수 있으므로, 안테나 크기 및 안테나 개수를 증가시키지 않으면서 안테나가 다중대역을 커버할 수 있기 때문이다.

다중대역을 커버하는 안테나의 특성은 많은 경우에 예를 들면, 안테나 엘리먼트들 간의 간섭으로 인해 열화한다. 한편, 예시적인 본 실시예의 안테나의 경우에는, 도 41의 특성도에 도시된 바와 같이, 전체 주파수 대역에 걸쳐서 약 -3dB 이상의 양호한 안테나 효율이 얻어질 수 있다. 도 41은 도 2에 도시된 다중대역 안테나의 모델의 안테나 효율을 전자계 시뮬레이터에 의해 계산하여 얻어진 결과를 나타내는 특성도이다. 도 41에 있어서의 안테나 효율은, 도 40의 경우와 마찬가지로, 도 20을 참조하여 전술한 안테나 효율을 나타내는 Rad. Efficiency와는 달리, Total Efficiency에 의해 나타내어지고, 급전 포인트와 안테나 임피던스 간의 정합 손실을 포함하며, 안테나를 장착한 장치 전체의 특성을 나타낸다.

일반적인 많은 휴대 단말기들은 -3 내지 -5dB 정도의 안테나 효율에서 사용된다. 이에 따라, 도 41에 도시된 바와 같이, 안테나 효율이 -3dB 이상일 때, 양호한 안테나 특성을 갖는 휴대 단말기가 달성될 수 있다.

제2 효과는 다중대역 안테나를 탑재한 휴대 단말기의 비용이 대폭적으로 감소될 수 있다는 것이다. 이것은, 예시적인 본 실시예의 다중대역 안테나가, 4-공진 안테나의 경우, 소형화 안테나 엘리먼트들에 대하여 세 개의 칩 부품(3 개의 인덕터, 즉, 제1 내지 제3 인덕터(5 내지 7)), 또는 어떤 경우들에는, 네 개의 칩 부품(3 개의 인덕터, 즉, 제1 내지 제3 인덕터(5 내지 7) 및 커패시터(8))을 추가하는 것만으로 달성될 수 있기 때문이다. 따라서, 추가의 안테나 엘리먼트 또는 복잡한 구성을 포함할 필요가 있는 안테나를 채택하는 경우에 비해, 훨씬 더 저렴한 장치를 설계할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들의 구성에 대해 설명했다. 그러나, 전술한 예시적인 실시예들은 본 발명의 단순한 예일 뿐이고, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아님을 유의한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 본 발명이 특정 목적에 따라 다양한 방식으로 변형 또는 변경될 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

본 출원은 2011년 11월 22일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2011-254754호의 우선권을 주장하고 그에 기초하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 인용되어 포함된다.

본 발명은 무선 통신을 수행하는 통신 장치의 안테나에 적용될 수 있다.

1: 제1 안테나 엘리먼트
2: 제2 안테나 엘리먼트
3: 제3 안테나 엘리먼트
4: 제4 안테나 엘리먼트
5: 제1 인덕터
6: 제2 인덕터
7: 제3 인덕터
8: 커패시터
9: 정합 회로
10: 급전 유닛
11: GND 접지 포인트
12: 급전 주변부
13: 고밀도 섹션
14: 저밀도 섹션
15: 고밀도 섹션
16: 임피던스
17: 급전 주변 섹션
18: 고밀도 섹션
19: 인덕터
20: 인덕터
21: 제1 다이폴 안테나
22: 제2 다이폴 안테나
23: 급전 주변 섹션
24: 고밀도 섹션
25: 제1 저밀도 섹션
26: 제2 저밀도 섹션
27: 제2 인덕터
28: 고밀도 섹션
29: 급전 주변 섹션
100: 기판

Claims (7)

1. 복수의 공진 주파수를 갖는 다중대역 안테나로서,
   상기 공진 주파수들의 각 파장의 길이보다 짧은 엘리먼트 길이를 갖는 소형화 안테나 엘리먼트들에 의해 형성된 루프 안테나에, 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 추가하고 접속하고 배치함으로써, 상기 공진 주파수들 중 고주파수 측의 제1 공진 주파수 및 제2 공진 주파수의 2 개의 공진 주파수에서 공진할 수 있는 2-공진 루프 안테나를 포함하는, 다중대역 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 인덕터의 인덕턴스 값을 조정함으로써 상기 제1 공진 주파수는 정해진 주파수로 설정될 수 있고, 상기 제2 인덕터의 인덕턴스 값을 조정함으로써 상기 제2 공진 주파수는 정해진 주파수로 설정될 수 있는, 다중대역 안테나.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 인덕터는, 상기 제1 공진 주파수에서 높은 전류 강도를 갖는 섹션에 배치되고 - 상기 섹션은 상기 2-공진 루프 안테나의 급전 유닛에 대향함 -,
   상기 제2 인덕터는, 상기 제1 공진 주파수에서 낮은 전류 강도를 갖는 섹션에 배치되는 - 상기 섹션은 상기 2-공진 루프 안테나의 상기 급전 유닛에 대향함 -, 다중대역 안테나.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2-공진 루프 안테나에, 제3 인덕터를 통해 추가의 안테나 엘리먼트가 더 접속되고 배치되고, 이에 의해 상기 2-공진 루프 안테나로서 뿐만 아니라 역F형 안테나 및 역L형 안테나로서도 동작할 수 있고, 상기 제1 및 제2 공진 주파수에서뿐만 아니라 저주파수 측의 제3 및 제4 공진 주파수에서도 공진할 수 있는 4-공진 안테나를 형성하는, 다중대역 안테나.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제3 인덕터의 인덕턴스 값은, 상기 2-공진 루프 안테나를 통해 흐르는 고주파수 전류가 상기 추가의 안테나 엘리먼트에 유입되는 것을 방지하기 위한 임피던스 값으로 설정되는, 다중대역 안테나.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   주파수 조정용 커패시터가 상기 제3 인덕터와 병렬로 접속되고 배치되는, 다중대역 안테나.
7. 복수의 대역을 커버하는 안테나가 탑재된 휴대 단말기로서,
   상기 안테나는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 다중대역 안테나를 포함하는, 휴대 단말기.

Images