WO2011102609A1

WO2011102609A1 - 적층식 2차원(2ｄ)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2ｄ 헬리컬 안테나 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2011102609A1
Application number: PCT/KR2011/000552
Authority: WO
Inventors: 이상훈
Original assignee: 에이큐 주식회사
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-08-25
Also published as: KR100995589B1

Abstract

본 발명은 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 이동통신 단말기의 헬리컬 안테나로서, 상기 헬리컬 안테나는 유전율을 갖는 이동통신단말기 케이스(110)의 상면에 반원형의 선형안테나패턴이 동일 방향으로 다수 형성되고, 상기 이동통신단말기 케이스(110)의 하면에 반원형의 선형안테나패턴이 상면에 형성된 선형안테나패턴과 대칭방향으로 형성되며, 상기 상면과 하면의 선형안테나패턴의 말단부는 이동통신단말기 케이스(110)에 관통 형성되는 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것으로, 상기 선형안테나패턴은 에칭, 프린팅 또는 증착도금공정에 의해 2차원의 평면 타입으로 형성된 것임을 특징으로 하는 적층식 2D 방식으로 형성되는 적층형 2D 헬리컬 안테나에 관한 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 17.05.2011]　적층식 2차원(2Ｄ)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2Ｄ 헬리컬 안테나 및 그 제조방법

본 발명은 종래 3D(dimension) 타입의 안테나를 2D(dimension) 타입으로 형성한 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이다.

안테나 기술에 있어 외형의 크기를 줄이는 것은 주요 연구 대상의 한 분야로 최근 이동 통신 시스템의 급속한 발달로 인해 휴대전화, 차량전화 및 페이저의 수요가 증가하고 있으며 기지국 시스템과 더불어 성능 향상을 위한 노력이 계속되고 있다.

통상적으로 안테나는 무선 신호를 수신하기 위하여 사용되며, 사용되는 주파수에 따라 서로 다른 형태와 크기를 가진다. 이와 같이 안테나가 서로 다른 크기와 형성을 가지는 이유는 사용되는 신호의 주파수 특성에 따라 신호를 정확히 수신 하기 위함이다.

이동 통신용 안테나에는 여러 종류의 안테나가 사용되어 지고 있지만 그 중에서 헬리컬 안테나가 가장 많은 비중을 차지하고 있으며, 그 이유는 단말기에 장착할 수 있는 소형으로 제작 용이하여 단말기의 디자인 형성에 큰 영향을 미치지 않는다. 그리고 간단한 구조에 의한 생산이 용이하고, 이동통신 서비스에 적합한 전방향성 방사 패턴을 갖는다.

상기 헬리컬 안테나는 국내공개특허공보 제10-2009-0118764호에서 헬리컬 안테나 형상으로 형성된 안테나를 갖는 휴대용 단말기와, 국내등록특허공보 제10-0791520에서 이동통신 단말기의 내장형 헬리컬 안테나가 제시된 바 있으나,

종래의 헬리컬(helical) 안테나는 다이폴 안테나보다 길이가 짧으며 정합 회로를 사용할 경우 효율이 우수하고 다양한 종류의 편파와 복사 패턴을 만들 수 있음에도 불구하고, 3차원의 입체형 타입이기 때문에 돌출되어 부피가 커서 휴대폰 특정공간을 할애함으로 인해 휴대폰 자체의 부피가 커지는 문제점이 있었고, 무엇보다 금형설계에 따른 부가 비용의 지출이 많이들고, DMB 수신과 FM 수신을 통한 외부잡음이 많이 발생되는 문제가 있었다.

선행기술문헌

(특허문헌 1) 1.공개특허10-2007-0074314

(특허문헌 2) 2.공개특허10-2009-0106782

(특허문헌 3) 3.등록특허10-0372869

(특허문헌 4) 4.등록특허10-0589699

(특허문헌 5) 5.등록특허10-0691162

(특허문헌 6) 6.등록특허10-0791520

(특허문헌 7) 7.공개특허10-2009-0118764호

상기의 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 기존의 3D(dimension) 타입의 헬리컬 안테나를 에칭, 프린팅 또는 증착도금 방식 중 선택되는 어느 1종의 안테나 패턴 방법을 적용하여 이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 이루어진 제1영역 헬리컬 안테나부, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부를 적층시켜 적층형 2D 헬리컬 안테나를 형성시킴으로써, 이동통신단말기의 케이스 표면에 형성되는 2D 타입으로도 고주파형 FM라디오수신과 DMB 수신을 할 수 있고, 금형설계에 따른 부가 비용의 지출과 잡음 발생문제를 해결할 수 있는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 및 그 제조방법을 제공하고자 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 2적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나는

FM라디오수신과 DMB 수신기능을 갖는 이동통신 단말기(100)의 헬리컬 안테나(200)로 이루어지고,

상기 헬리컬 안테나(200)는 유전율을 갖는 이동통신단말기 케이스(110)의 전면표면(111)에 제1 전면 베이스기판(A-1)이 부착되고, 그 제1 전면 베이스기판(A-1) 위에 반원형의 제1선형안테나패턴(210)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 이동통신단말기 케이스(110)의 후면표면(112)에 제1 후면 베이스기판(A'-1)이 부착되고, 그 제1 후면 베이스기판(A'-1) 위에 반원형의 제2선형안테나패턴(220)이 제1 전면 베이스기판(A-1)에 형성된 제1선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제1 전면 베이스기판(A-1)의 제1선형안테나패턴(210) 말단부와 이어지는 제1 후면 베이스기판(A'-1)의 제2선형안테나패턴(220) 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(103)을 통해 서로 연결되어 이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제1영역 헬리컬 안테나부와,

제1영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제2 전면 베이스기판(A-2)이 부착되고, 그 제2 전면 베이스기판(A-2) 위에 제1선형안테나패턴(210)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제3선형안테나패턴이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제1영역 헬리컬 안테나부의 후면표면(112)에 제2 후면 베이스기판(A'-2)이 부착되고, 그 제2 후면 베이스기판(A'-2) 위에 제2선형안테나패턴(210)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제4선형안테나패턴이 제2 전면 베이스기판(A-2)에 형성된 제3선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제2 전면 베이스기판(A-2)의 제3선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제2 후면 베이스기판(A'-2)의 제4선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결되어 제1영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제2영역 헬리컬 안테나부와,

제2영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제3 전면 베이스기판(A-3)이 부착되고, 그 제3 전면 베이스기판(A-3) 위에 제3선형안테나패턴(210)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제5선형안테나패턴이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제2영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제3 후면 베이스기판(A'-3)이 부착되고, 그 제3 후면 베이스기판(A'-3) 위에 제4선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제6선형안테나패턴이 제3 전면 베이스기판(A-3)에 형성된 제5선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제3 전면 베이스기판(A-3)의 제5선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제3 후면 베이스기판(A'-3)의 제6선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결되어 제2영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제3영역 헬리컬 안테나부와,

제3영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제4 전면 베이스기판(A-4)이 부착되고, 그 제4 전면 베이스기판(A-4) 위에 제5선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제7선형안테나패턴이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제3영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제4 후면 베이스기판(A'-4)이 부착되고, 그 제4 후면 베이스기판(A'-4) 위에 제5선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제8선형안테나패턴이 제4 전면 베이스기판(A-4)에 형성된 제7선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제4 전면 베이스기판(A-4)의 제7선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제4 후면 베이스기판(A'-4)의 제8선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결되어 제3영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제4영역 헬리컬 안테나부로 형성됨으로서 달성된다.

또한, 본 발명에 따른 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법은

이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제1영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계와,

제1영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제2영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계와,

제2영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제3영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계와,

제3영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제4영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계로 이루어져 상기 제1영역 헬리컬 안테나부, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부가 이동통신단말기 케이스(110) 표면에 나란히 적층되어 형성됨으로서 달성된다.

또한, 본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부는

에칭처리하여 이동통신단말기 케이스(110)에 일체 형성되는 것으로,

상기 에칭은 이동통신단말기 케이스(110)에 구리를 입히는 라미네이팅단계와

상기 라미네이팅 처리 부위에, 염화철 용액에 부식억제제와 불용성 분말을 첨가하여 조성된 에칭액을 이용하여 에칭처리 하여 안테나패턴을 형성하는 단계와,

상기 안테나패턴의 보호를 위하여 점도 30,000 ~ 50,000(cps) 우레탄으로 인쇄하는 보호인쇄단계를 거쳐 형성됨으로서 달성된다.

*또한, 본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부는

도전성 잉크로 이동통신단말기 케이스(110)에 잉크젯 프린팅 방식에 의해 안테나 패턴을 형성하는 것으로, 상기 도전성 잉크는 10 ~ 25㎛의 입자크기를 갖는 수성 은나노잉크(water-based nano-silver ink)를 물에 희석하여 점도를 3.5 ~ 4.5cP로 조절한 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부는

이동통신단말기 케이스(110)에 증착도금공정(PVD : Physical Vapor Deposition)을 통해 반원형의 제1선형안테나패턴(210)와 제2선형안테나패턴(220)을 형성하고, 상기 제1선형안테나패턴(210)와 제2선형안테나패턴(220) 상부를 구리도금하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나 제조방법은 기존의 3D 방식으로 제공되던 헬리컬 안테나를 2D 타입으로 휴대전화 등의 몸체에 적층식 2D 타입으로 실장시켜 제조함으로써 금형설비를 줄여 생산성을 높일 수 있고, 기존의 3D 방식에 비해 잡음발생을 줄임으로써 기능성이 높은 휴대전화등의 전자기기를 제공할 수 있다는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 이동통신단말기의 케이스 전면표면에 형성된 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 이동통신단말기의 케이스 후면표면에 형성된 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 제1선형안테나패턴(211)와, 제2선형안테나패턴(212)으로 이루어져 이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제1영역 헬리컬 안테나부(210)를 도시한 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 제3선형안테나패턴(221)와, 제4선형안테나패턴(222)으로 이루어져 제1영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제2영역 헬리컬 안테나부(220)를 도시한 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 제5선형안테나패턴(231)와, 제6선형안테나패턴(232)으로 이루어져 제2영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제3영역 헬리컬 안테나부(230)를 도시한 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 제7선형안테나패턴(241)와, 제8선형안테나패턴(242)으로 이루어져 제3영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제4영역 헬리컬 안테나부(240)를 도시한 평면도,

도 7은 본 발명에 따른 이동통신단말기 케이스의 양표면, 제1영역 헬리컬 안테나부 양표면, 제2영역 헬리컬 안테나부 양표면, 제3영역 헬리컬 안테나부 양표면, 제4영역 헬리컬 안테나부 양표면에 적층식 2차원(2D)으로 헬리컬 안테나가 구성된 것을 분해한 분해사시도,

도 8은 본 발명에 따른 적층식 2D 헬리컬 안테나의 반치각과, 안테나 복사저항과 컨덕션-디일렉트릭 로스 레지턴스를 통한 헬리컬 안테나 방사효율에 관한 계산식을 기준으로 해서, 기존의 3D(dimension) 타입의 헬리컬 안테나를 에칭, 프린팅 또는 증착도금 방식 중 선택되는 어느 1종의 안테나 패턴 방법을 적용하여 적층식 2차원(2D)으로 헬리컬 안테나를 형성한 것을 도시한 일실시예도.

본 발명에서 설명되는 적층형 2D 헬리컬 안테나에서 2차원(2D)이란 이동통신단말기의 케이스 표면의 X축과 Y축을 중심으로 표면실장되는 것을 말한다.

본 발명에 따른 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나는 FM라디오수신과 DMB 수신, 배터리 무선충전기능을 갖도록 이동통신 단말기(100)의 케이스에 제1영역 헬리컬 안테나부, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부로 이루어진 4 Layer(레이어) 적층식으로 형성되거나, 또는 제1영역 헬리컬 안테나부, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부, 제5영역 헬리컬 안테나부, 제6영역 헬리컬 안테나부로 이루어진 6 Layer(레이어) 적층식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이외에도 8 Layer(레이어) 적층식, 12 Layer(레이어) 적층식, 16 Layer(레이어) 적층식으로 형성된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이동통신단말기의 케이스 전면표면에 형성된 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나를 도시한 사시도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 이동통신단말기의 케이스 후면표면에 형성된 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 스파이럴형상처럼 감아 올라가는 형상을 하고 있으며, 평면 그라운드 면을 가지고 있는 구조이다.

헬리컬 안테나는 모노폴 안테나 보다 짧은 길이에서 공진을 일으킬 수 있다. 방사패턴은 다이폴 안테나의 경우와 같고 방사저항은 같은 높이의 모노폴 아테나의 값과 마찬가지이다.

본 발명에 설명되는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나(이하, '적층형 2D 헬리컬 안테나'라 칭함)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, FM라디오수신과 DMB 수신, 배터리 무선충전기능을 갖도록 이동통신 단말기(100)의 케이스에 제1영역 헬리컬 안테나부(210), 제2영역 헬리컬 안테나부(220), 제3영역 헬리컬 안테나부(230), 제4영역 헬리컬 안테나부(240)가 이동통신단말기의 케이스 전면표면과 후면표면을 중심으로 4 Layer(레이어) 적층식으로 형성된다.

먼저, 본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부(210)에 관해 설명한다.

상기 제1영역 헬리컬 안테나부(210)는 유전율을 갖는 이동통신단말기 케이스(110)의 전면표면(111)에 제1 전면 베이스기판(A-1)이 부착되고, 그 제1 전면 베이스기판(A-1) 위에 반원형의 제1선형안테나패턴(211)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 이동통신단말기 케이스(110)의 후면표면(112)에 제1 후면 베이스기판(A'-1)이 부착되고, 그 제1 후면 베이스기판(A'-1) 위에 반원형의 제2선형안테나패턴(212)이 제1 전면 베이스기판(A-1)에 형성된 제1선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제1 전면 베이스기판(A-1)의 제1선형안테나패턴(211) 말단부와 이어지는 제1 후면 베이스기판(A'-1)의 제2선형안테나패턴(212) 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(210a)을 통해 서로 연결되어 이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

즉, 상기 제1영역 헬리컬 안테나부(210)는 도 3에서 도시한 바와 같이, 제1 전면 베이스기판(A-1)이 부착되고, 그 제1 전면 베이스기판(A-1) 위에 반원형의 제1선형안테나패턴(211)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 도 3에서 도시한 바와 같이, 이동통신단말기 케이스(110)의 후면표면(112)에 제1 후면 베이스기판(A'-1)이 부착되고, 그 제1 후면 베이스기판(A'-1) 위에 반원형의 제2선형안테나패턴(212)이 제1 전면 베이스기판(A-1)에 형성된 제1선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 상기 제1 전면 베이스기판(A-1)의 제1선형안테나패턴(211) 말단부와 이어지는 제1 후면 베이스기판(A'-1)의 제2선형안테나패턴(212) 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(210a)을 통해 서로 연결되어 이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부(210)는, 예를 들어 휴대전화기와 같은 이동통신단말기의 배터리 외부표면 및 내부표면 등에 에칭, 프린팅 또는 증착도금공정에 의해 2차원의 평면 타입으로 형성되어, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부와 함께 휴대전화기 내부의 메인칩 제어를 통해 FM라디오수신, DMB 수신, 배터리 무선 충전의 기능을 수행하도록 주파수 대역을 형성하는 역할을 한다.

여기서, 주파수 대역은 T-DMB 수신인 경우에 174MHz~216MHz의 대역을 형성하고, FM 라디오수신인 경우에 88MHz~108MHz의 대역을 형성하며, 유럽 디지털 방송 DMB일 경우에 400~800MHz의 대역을 형성하는 것을 말한다.

본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부(210)는 제1 전면 베이스기판(A-1), 제1 전면 프라이머층(B-1), 제1 전면 도전성잉크 도포층(C-1), 제1 전면 도금층(D-1), 제1 전면 상부 커버층(E-1), 제1 후면 베이스기판(A'-1), 제1 후면 프라이머층(B'-1), 제1 후면 도전성잉크 도포층(C'-1), 제1 후면 도금층(D'-1), 제1 후면 상부 커버층(E'-1)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부(210)는 제1 전면 베이스기판(A-1), 제1 전면 프라이머층(B-1), 제1 전면 도전성잉크 도포층(C-1), 제1 전면 상부 커버층(E-1), 제1 후면 베이스기판(A'-1), 제1 후면 프라이머층(B'-1), 제1 후면 도전성잉크 도포층(C'-1), 제1 후면 상부 커버층(E'-1)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부(210)는 제1 전면 베이스기판(A-1), 제1 전면 프라이머층(B-1), 제1 전면 도금층(D-1), 제1 전면 상부 커버층(E-1), 제1 후면 베이스기판(A'-1), 제1 후면 프라이머층(B'-1), 제1 후면 도금층(D'-1), 제1 후면 상부 커버층(E'-1)로 이루어진다.

상기 제1 전면 베이스기판(A-1)와 제1 후면 베이스기판(A'-1)은 이동통신단말기 케이스(110)의 전면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진다.

여기서, 차폐재 또는 보호테이프(압소바)는 철분말 및 소프트페라이트분말을 포함하며 상기 철분말은 니켈로 도금된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 전면 프라이머층(B-1)과 제1 후면 프라이머층(B'-1)은 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 층을 말한다.

상기 제1 전면 도전성잉크 도포층(C-1)과 제1 후면 도전성잉크 도포층(C'-1)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200)가 형성되는 층을 말한다. 이는 프린팅공정에 의해 형성된다.

상기 제1 전면 도금층(D-1)과 제1 후면 도금층(D'-1)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200) 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 층을 말한다. 이는 도전성잉크 도포층(C)과 호환되지 않고, 단독으로 에칭공정이나 증착도금공정에 의해 형성된다.

상기 제1 전면 상부 커버층(E-1)과 제1 후면 상부 커버층(E'-1)은 도금이 완료된 2D 헬리컬 안테나패턴 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 층을 말한다.

그리고, 제1영역 헬리컬 안테나부 내부 끝단에 제1 단자부가 형성되고, 제1단자부 일측에 제2 단자부가 형성된다.

여기서, 제1 단자부와 제2 단자부는 도전성 금속판으로 이루어져, 휴대폰 본체의 FM라디오수신 필터부, DMB 수신 필터부, 배터리 무선충전 필터부와 연결시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 제2영역 헬리컬 안테나부(220)에 관해 설명한다.

상기 제2영역 헬리컬 안테나부(220)는 제1영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제2 전면 베이스기판(A-2)이 부착되고, 그 제2 전면 베이스기판(A-2) 위에 제1선형안테나패턴(211)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제3선형안테나패턴(221)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제1영역 헬리컬 안테나부의 후면표면(112)에 제2 후면 베이스기판(A'-2)이 부착되고, 그 제2 후면 베이스기판(A'-2) 위에 제2선형안테나패턴(212)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제4선형안테나패턴(222)이 제2 전면 베이스기판(A-2)에 형성된 제3선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제2 전면 베이스기판(A-2)의 제3선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제2 후면 베이스기판(A'-2)의 제4선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(220a)을 통해 서로 연결되어 제1영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

즉, 상기 제2영역 헬리컬 안테나부(220)는 도 4에서 도시한 바와 같이, 제1영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제2 전면 베이스기판(A-2)이 부착되고, 그 제2 전면 베이스기판(A-2) 위에 제1선형안테나패턴(210)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제3선형안테나패턴(221)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 제1영역 헬리컬 안테나부의 후면표면(112)에 제2 후면 베이스기판(A'-2)이 부착되고, 그 제2 후면 베이스기판(A'-2) 위에 제2선형안테나패턴(210)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제4선형안테나패턴(222)이 제2 전면 베이스기판(A-2)에 형성된 제3선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 상기 제2 전면 베이스기판(A-2)의 제3선형안테나패턴(221) 말단부와 이어지는 제2 후면 베이스기판(A'-2)의 제4선형안테나패턴(222) 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(220a)을 통해 서로 연결되어 제1영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

본 발명에 따른 제2영역 헬리컬 안테나부(220)는 제1영역 헬리컬 안테나부의 전면표면과 후면표면에 에칭, 프린팅 또는 증착도금공정에 의해 2차원의 평면 타입으로 형성되어, 제1영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부와 함께 휴대전화기 내부의 메인칩 제어를 통해 FM라디오수신, DMB 수신, 배터리 무선 충전의 기능을 수행하도록 주파수 대역을 형성하는 역할을 한다.

여기서, 주파수 대역은 DMB 수신인 경우에 400MHz~500MHz의 대역을 형성하고, FM 라디오수신인 경우에 8MHz~110MHz의 대역을 형성하는 것을 말한다.

본 발명에 따른 제2영역 헬리컬 안테나부(220)는 제2 전면 베이스기판(A-2), 제2 전면 프라이머층(B-2), 제2 전면 도전성잉크 도포층(C-2), 제2 전면 도금층(D-2), 제2 전면 상부 커버층(E-2), 제2 후면 베이스기판(A'-2), 제2 후면 프라이머층(B'-2), 제2 후면 도전성잉크 도포층(C'-2), 제2 후면 도금층(D'-2), 제2 후면 상부 커버층(E'-2)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제2영역 헬리컬 안테나부(220)는 제2 전면 베이스기판(A-2), 제2 전면 프라이머층(B-2), 제2 전면 도전성잉크 도포층(C-2), 제2 전면 상부 커버층(E-2), 제2 후면 베이스기판(A'-2), 제2 후면 프라이머층(B'-2), 제2 후면 도전성잉크 도포층(C'-2), 제2 후면 상부 커버층(E'-2)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제2영역 헬리컬 안테나부(220)는 제2 전면 베이스기판(A-2), 제2 전면 프라이머층(B-2), 제2 전면 도금층(D-2), 제2 전면 상부 커버층(E-2), 제2 후면 베이스기판(A'-2), 제2 후면 프라이머층(B'-2), 제2 후면 도금층(D'-2), 제2 후면 상부 커버층(E'-2)로 이루어진다.

상기 제2 전면 베이스기판(A-2)와 제2 후면 베이스기판(A'-2)은 제1영역 헬리컬 안테나부의의 전면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진다.

상기 제2 전면 프라이머층(B-2)과 제2 후면 프라이머층(B'-2)은 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 층을 말한다.

상기 제2 전면 도전성잉크 도포층(C-2)과 제2 후면 도전성잉크 도포층(C'-2)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200)가 형성되는 층을 말한다. 이는 프린팅공정에 의해 형성된다.

상기 제2 전면 도금층(D-2)과 제2 후면 도금층(D'-2)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200) 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 층을 말한다. 이는 도전성잉크 도포층(C-2)과 호환되지 않고, 단독으로 에칭공정이나 또는 증착도금공정에 의해 형성된다.

상기 제2 전면 상부 커버층(E-2)과 제2 후면 상부 커버층(E'-2)은 도금이 완료된 2D 헬리컬 안테나패턴 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 층을 말한다.

그리고, 제2영역 헬리컬 안테나부 내부 끝단에 제1 단자부가 형성되고, 제1단자부 일측에 제2 단자부가 형성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 제3영역 헬리컬 안테나부(230)에 관해 설명한다.

상기 제3영역 헬리컬 안테나부(230)는 제2영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제3 전면 베이스기판(A-3)이 부착되고, 그 제3 전면 베이스기판(A-3) 위에 제3선형안테나패턴(221)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제5선형안테나패턴(231)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제2영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제3 후면 베이스기판(A'-3)이 부착되고, 그 제3 후면 베이스기판(A'-3) 위에 제4선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제6선형안테나패턴(232)이 제3 전면 베이스기판(A-3)에 형성된 제5선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제3 전면 베이스기판(A-3)의 제5선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제3 후면 베이스기판(A'-3)의 제6선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(230a)을 통해 서로 연결되어 제2영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

즉, 상기 제3영역 헬리컬 안테나부(230)는 도 5에서 도시한 바와 같이, 제2영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제3 전면 베이스기판(A-3)이 부착되고, 그 제3 전면 베이스기판(A-3) 위에 제3선형안테나패턴(221)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제5선형안테나패턴(231)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 제2영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제3 후면 베이스기판(A'-3)이 부착되고, 그 제3 후면 베이스기판(A'-3) 위에 제4선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제6선형안테나패턴(232)이 제3 전면 베이스기판(A-3)에 형성된 제5선형안테나패턴(231)과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 상기 제3 전면 베이스기판(A-3)의 제5선형안테나패턴(231) 말단부와 이어지는 제3 후면 베이스기판(A'-3)의 제6선형안테나패턴(232) 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결되어 제2영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

본 발명에 따른 제3영역 헬리컬 안테나부(230)는 제2영역 헬리컬 안테나부의 전면표면과 후면표면에 에칭, 프린팅 또는 증착도금공정에 의해 2차원의 평면 타입으로 형성되어, 제1영역 헬리컬 안테나부, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부와 함께 휴대전화기 내부의 메인칩 제어를 통해 FM라디오수신, DMB 수신, 배터리 무선 충전의 기능을 수행하도록 주파수 대역을 형성하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 제3영역 헬리컬 안테나부(230)는 제3 전면 베이스기판(A-3), 제3 전면 프라이머층(B-3), 제3 전면 도전성잉크 도포층(C-3), 제3 전면 도금층(D-3), 제3 전면 상부 커버층(E-3), 제3 후면 베이스기판(A'-3), 제3 후면 프라이머층(B'-3), 제3 후면 도전성잉크 도포층(C'-3), 제3 후면 도금층(D'-3), 제3 후면 상부 커버층(E'-3)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제3영역 헬리컬 안테나부(230)는 제3 전면 베이스기판(A-3), 제3 전면 프라이머층(B-3), 제3 전면 도전성잉크 도포층(C-3), 제3 전면 상부 커버층(E-3), 제3 후면 베이스기판(A'-3), 제3 후면 프라이머층(B'-3), 제3 후면 도전성잉크 도포층(C'-3), 제3 후면 상부 커버층(E'-3)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제3영역 헬리컬 안테나부(230)는 제3 전면 베이스기판(A-3), 제3 전면 프라이머층(B-3), 제3 전면 도금층(D-3), 제3 전면 상부 커버층(E-3), 제3 후면 베이스기판(A'-3), 제3 후면 프라이머층(B'-3), 제3 후면 도금층(D'-3), 제3 후면 상부 커버층(E'-3)로 이루어진다.

상기 제3 전면 베이스기판(A-3)와 제3 후면 베이스기판(A'-3)은 제2영역 헬리컬 안테나부의 전면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진다.

상기 제3 전면 프라이머층(B-3)과 제3 후면 프라이머층(B'-3)은 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 층을 말한다.

상기 제3 전면 도전성잉크 도포층(C-3)과 제3 후면 도전성잉크 도포층(C'-3)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200)가 형성되는 층을 말한다. 이는 프린팅공정에 의해 형성된다.

상기 제3 전면 도금층(D-3)과 제3 후면 도금층(D'-3)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200) 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 층을 말한다. 이는 도전성잉크 도포층(C-3)과 호환되지 않고, 단독으로 에칭공정이나 또는 증착도금공정에 의해 형성된다.

상기 제3 전면 상부 커버층(E-3)과 제3 후면 상부 커버층(E'-3)은 도금이 완료된 2D 헬리컬 안테나패턴 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 층을 말한다.

그리고, 제3영역 헬리컬 안테나부 내부 끝단에 제1 단자부가 형성되고, 제1단자부 일측에 제2 단자부가 형성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 제4영역 헬리컬 안테나부(240)에 관해 설명한다.

상기 제4영역 헬리컬 안테나부(240)는 제3영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제4 전면 베이스기판(A-4)이 부착되고, 그 제4 전면 베이스기판(A-4) 위에 제5선형안테나패턴(231)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제7선형안테나패턴(241)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제3영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제4 후면 베이스기판(A'-4)이 부착되고, 그 제4 후면 베이스기판(A'-4) 위에 제5선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제8선형안테나패턴(242)이 제4 전면 베이스기판(A-4)에 형성된 제7선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제4 전면 베이스기판(A-4)의 제7선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제4 후면 베이스기판(A'-4)의 제8선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(240a)을 통해 서로 연결되어 제3영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

즉, 상기 제4영역 헬리컬 안테나부는 도 6에서 도시한 바와 같이, 제3영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제4 전면 베이스기판(A-4)이 부착되고, 그 제4 전면 베이스기판(A-4) 위에 제5선형안테나패턴(231)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제7선형안테나패턴(241)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 제3영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제4 후면 베이스기판(A'-4)이 부착되고, 그 제4 후면 베이스기판(A'-4) 위에 제5선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제8선형안테나패턴(242)이 제4 전면 베이스기판(A-4)에 형성된 제7선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성된다.

이어서, 상기 제4 전면 베이스기판(A-4)의 제7선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제4 후면 베이스기판(A'-4)의 제8선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(240a)을 통해 서로 연결되어 제3영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성된다.

본 발명에 따른 제4영역 헬리컬 안테나부(240)는 제3영역 헬리컬 안테나부의 전면표면과 후면표면에 에칭, 프린팅 또는 증착도금공정에 의해 2차원의 평면 타입으로 형성되어, 제1영역 헬리컬 안테나부, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부와 함께 휴대전화기 내부의 메인칩 제어를 통해 FM라디오수신, DMB 수신, 배터리 무선 충전의 기능을 수행하도록 주파수 대역을 형성하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 제4영역 헬리컬 안테나부(240)는 제4 전면 베이스기판(A-4), 제4 전면 프라이머층(B-4), 제4 전면 도전성잉크 도포층(C-4), 제4 전면 도금층(D-4), 제4 전면 상부 커버층(E-4), 제4 후면 베이스기판(A'-4), 제4 후면 프라이머층(B'-4), 제4 후면 도전성잉크 도포층(C'-4), 제4 후면 도금층(D'-4), 제4 후면 상부 커버층(E'-4)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제4영역 헬리컬 안테나부(240)는 제4 전면 베이스기판(A-4), 제4 전면 프라이머층(B-4), 제4 전면 도전성잉크 도포층(C-4), 제4 전면 상부 커버층(E-4), 제4 후면 베이스기판(A'-4), 제4 후면 프라이머층(B'-4), 제4 후면 도전성잉크 도포층(C'-4), 제4 후면 상부 커버층(E'-4)로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 제4영역 헬리컬 안테나부(240)는 제4 전면 베이스기판(A-4), 제4 전면 프라이머층(B-4), 제4 전면 도금층(D-4), 제4 전면 상부 커버층(E-4), 제4 후면 베이스기판(A'-4), 제4 후면 프라이머층(B'-4), 제4 후면 도금층(D'-4), 제4 후면 상부 커버층(E'-4)로 이루어진다.

상기 제4 전면 베이스기판(A-4)와 제4 후면 베이스기판(A'-4)은 제2영역 헬리컬 안테나부의 전면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진다.

상기 제4 전면 프라이머층(B-4)과 제4 후면 프라이머층(B'-4)은 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 층을 말한다.

상기 제4 전면 도전성잉크 도포층(C-4)과 제4 후면 도전성잉크 도포층(C'-4)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200)가 형성되는 층을 말한다. 이는 프린팅공정에 의해 형성된다.

상기 제4 전면 도금층(D-4)과 제4 후면 도금층(D'-4)은 도전성 잉크를 통해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나(200) 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 층을 말한다. 이는 도전성잉크 도포층(C-4)과 호환되지 않고, 단독으로 에칭공정이나 또는 증착도금공정에 의해 형성된다.

상기 제4 전면 상부 커버층(E-4)과 제4 후면 상부 커버층(E'-4)은 도금이 완료된 2D 헬리컬 안테나패턴 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 층을 말한다.

그리고, 제4영역 헬리컬 안테나부 내부 끝단에 제1 단자부가 형성되고, 제1단자부 일측에 제2 단자부가 형성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 설계과정에 관해 설명한다.

*상기 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나는 정상모드, 축모드 두 가지 모드에서 동작되도록 설계된다.

정상모드는 헬리컬 안테나 축의 법선방향으로 가장 강한 방사를 만든다. 이는 나선의 지름이 파장에 비해 작을 때 일어난다.

축모드는 헬리컬 안테나의 축을 따라 최대 방사를 만든다. 이는 나선의 원주가 파장 정도일 때, 축모드가 발생된다.

도 8에서 헬리컬 안테나의 피치(pitch) 각도(

)는 수학식 1과 같이 표현할 수가 있다.

수학식 1

여기서, D는 나선의 지름을 나타낸 것이고, C는 원둘레를 나타낸 것이며, S는 나선의 중심에서 중심까지의 거리인 피치(pitch)를 나타낸 것이고, L₀는 한 바퀴의 길이를 나타낸 것이다.

그리고, 실험에 의해 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나에 가해지는 복사저항(R_T)은 수학식 2와 같이 표현할 수가 있다.

수학식 2

이어서, 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 헬리컬 안테나에 가해지는 복사저항(R_T)을 통해 헬리컬 안테나 지향성의 예민성을 나타내는 가늠이 되는 각인 반치각(half-power angle :θ)를 구해보면, 수학식 3과 같이 표현할 수가 있다.

여기서, 반치각은 안테나 지향성의 예민성을 나타내는 가늠이 되는 각으로서, 안테나의 지향 특성에서 주(主) 빔의 최대값의 2분의 1 값이 되는 두 방향으로 이루어지는 각도를 말한다. 지향 특성을 전계 강도로 나타낸 경우에는 주 빔의 최댓값의 1/

값이 되는 두 방향이 이루는 각도이다.

수학식 3

즉, 나선축 방향으로 하나의 주엽과 나선축과 경사방향으로 부엽이 나타나는 단향성의 예민한 지향특성을 갖는다. 나선의 원둘레를 약 1λ로 하면 나선상에는 진행파 전류가 분포되어 단일 지향성을 얻게 된다.

이때, 나선한 권을 단위 안테나로 생각하여 n권 있으면 n개 소자로 구성된 빔(beam) 안테나를 갖는 헬리컬안테나가 형성된다.

그리고 복사 형식은 나선 축 방향에 대해 나선 각부가 대칭이므로 원형편파 안테나를 갖는 헬리컬안테나가 형성된다.

이어서, 본 발명에 따른 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나의 효율은 안테나 구조 내부와 입력단자에서의 손실을 고려하여 설계된다.

적층식 2D 헬리컬 안테나의 전체효율은 다음의 수학식 4와 같이 표현할 수가 있다.

수학식 4

여기서, e₀는 전체효율(무차원)을 나타낸 것이고, e_r는 반사(부정합)효율을 나타낸 것이며, e_c는 도체효율을 나타낸 것이고, e_d는 유전체효율을 나타낸 것이다.

그리고,

는 안테나의 입력단자에서 전압반사계수

를 나타낸 것이고, Z_A는 안테나 입력 임피던스를 나타낸 것이며, Z₀는 전송선로의 특성임피던스를 나타낸 것이다.

그리고, 헬리컬 안테나 방사효율은 이득과 지향성에 연계되어 사용되므로, 이를 수학식 5와 같이 표현할 수가 있다.

수학식 5

여기서,

는 안테나 복사저항이고,

은 컨덕션-디일렉트릭 로스 레지턴스(conduction-dielectric loss resistance)를 나타낸 것이다.

이하, 상기 적층식 2D 헬리컬 안테나의 반치각과, 안테나 복사저항과 컨덕션-디일렉트릭 로스 레지턴스를 통한 헬리컬 안테나 방사효율에 관한 계산식을 기준으로 해서, 기존의 3D(dimension) 타입의 헬리컬 안테나를 에칭, 프린팅 또는 증착도금 방식 중 선택되는 어느 1종의 안테나 패턴 방법을 적용하여 도 7에서 도시한 바와 같이, 이동통신단말기 케이스의 양표면, 제1영역 헬리컬 안테나부 양표면, 제2영역 헬리컬 안테나부 양표면, 제3영역 헬리컬 안테나부 양표면, 제4영역 헬리컬 안테나부 양표면에 적층식 2차원(2D)으로 헬리컬 안테나를 제조하는 방법에 관해 설명한다.

일예로, 이동통신단말기 케이스의 양표면 및 제1영역 헬리컬 안테나부 양표면에 에칭, 프린팅 또는 증착도금 방식으로 형성되는 적층식 2D 헬리컬안테나를 제조한다고 가정한다.

에칭 공정

상기 제1영역 헬리컬 안테나부는 에칭에 의해 이동통신단말기 케이스(110)에 일체 형성되는 것으로,

상기 라미네이팅 처리 부위에 에칭액을 이용하여 에칭처리 하여 안테나패턴을 형성하는 단계와,

상기 안테나패턴의 보호를 위하여 점도 30,000 ~ 50,000(cps) 우레탄으로 인쇄하는 보호인쇄단계로 이루어진다.

또한, 상기 제2영역 헬리컬 안테나부는 에칭처리하여 제1영역 헬리컬 안테나부에 일체 형성되는 것으로,

상기 에칭은 제1영역 헬리컬 안테나부에 구리를 입히는 라미네이팅단계와

상기 라미네이팅 처리 부위에, 염화철 용액에 부식억제제와 불용성 분말을 첨가하여 조성된 에칭액을 이용하여 에칭처리하여 안테나패턴을 형성하는 단계와,

상기 에칭액의 사용은 선형안테나패턴(20)의 부식방지와 높은 품질의 패턴 형성을 위하여, 염화철 용액에 부식억제제와 불용성 분말을 첨가하여 조성된 것을 사용한다.

염화철이란 철과 염소의 화합물로써 염화철(Ⅱ), 염화철(Ⅲ)외에 2가와 3가의 철을 함유하는 염화물인 염화철(Ⅲ)철(Ⅱ)이 알려져 있다. 염화철(Ⅱ)는 염화제일철이라고도 하는 것으로, 자연철이나 화산의 분추룰 속에 염화니켈을 수반하는 로렌사이트로서 존재하며, 녹는점 672℃, 끓는점 1,023.4℃, 비중 2.99(18℃)이다.

염화철(Ⅲ)은 염화제이철이라고도 하는 것으로, 화산의 분출물 또는 운석 속에서 발견되며, 녹는점 300℃, 끓는점 317℃, 비중 2.804(11℃)이다.

상기 염화철을 이용한 에칭 메카니즘을 살펴보면 반응식 1과 같다.

[반응식 1]

FeCl₃ + Cu → FeCl₂ + CuCl

반응식 1에서와 같이, 철 이온은 구리를 산화시켜 염화제일철과 염화 제일구리를 생성시킨다.

[반응식 2]

FeCl₃ + CuCl → FeCl₂ + CuCl₂

반응식 2에서와 같이, 상기 반응식 1에서 생성된 염화 제일구리는 구리를 더욱 산화시켜 염화제일철과 염화제2구리를 생성시킨다.

상기 에칭용액은 안테나 패턴 부식 불량을 방지와 물리적인 강한 에칭효과를 얻기 위하여, 부식억제제와 불용성 분말을 사용한다.

상기 부식억제제는 Benzotriazole을 사용한다.

상기 부식억제제의 사용량은 전체 에칭용액에 대해 0.40mM ~ 0.45mM/ℓ로서, 0.40mM/ℓ 미만인 경우에는 안테나 패턴 부식불량이 나타날 확률이 높고, 0.45mM/ℓ을 초과하게 되는 경우에는 에칭이 거의 이루어지지 않는 문제가 있으므로, 상기 부식억제제는 에칭용액에 대해 0.40mM ~ 0.45mM/ℓ의 범위 내에서 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 부식억제제를 첨가하여 사용하는 온도는 40 ~ 50℃로서, 상기 부식억제제를 첨가하여 사용하는 온도가 40℃ 미만인 경우에는 그만큼 활동도가 떨어지는 것과 부식억제제의 기능이 더해져서 에칭이 이루어지지 않는 문제가 있고, 50℃를 초과하게 되는 경우에는 에칭 속도가 빨라서 에칭이 과하게 진행되게 됨으로, 상기 부식억제제를 첨가하여 사용하는 온도는 40 ~ 50℃를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 불용성 분말은 0.5 ~ 1㎛ TiO₂로서,전체 에칭용액에 대해 0.25mM ~ 0.30mM/ℓ을 사용한다. 상기 불용성 분말의 입자의 크기가 0.5㎛ 미만인 경우에는 물리적 에칭 효과를 기대하기 어렵고, 1㎛를 초과하게 되는 경우에는 분말이 군집을 이루어 분사되는 것을 방해할 수 있으므로, 상기 불용성 분말의 입자크기는 0.5 ~ 1㎛의 범위 내인 것을 사용한다.

그리고, 상기 불용성 분말이 전체 에칭용액에 대해 0.25mM 미만인 경우에는 물리적 에칭 효과를 기대하기 어렵고, 0.30mM/ℓ를 초과하게 되는 경우에는 분말이 에칭용액의 흐름을 방해하여 원활한 에칭작업이 이루어지지 않을 수 있으므로, 상기 불용성 분말은 전체 에칭용액에 대해 0.25mM ~ 0.30mM/ℓ을 사용하는 것이 바람직하다.

프린팅 공정

프린팅 공정은 수 ~ 수백㎛의 선폭의 전자소자를 구현할 수 있으면서 제품생산 속도가 빠르고 대량생산이 용이하다는 장점이 있다. 상기 프린팅 공정에는 잉크젯 공정, 스크린 공정, 롤 인쇄공정이 있으며, 이때 인쇄의 품질은 인쇄압과 잉크의 점성에 의해 달라진다.

상기 제1영역 헬리컬 안테나부는 도전성 잉크로 이동통신단말기 케이스(110)에 잉크젯 프린팅 방식에 의해 안테나 패턴을 형성하는 것으로, 상기 도전성 잉크는 10 ~ 25㎛의 입자크기를 갖는 수성 은나노잉크(water-based nano-silver ink)를 물에 희석하여 점도를 3.5 ~ 4.5cP로 조절한 것을 사용한다.

상기 제2영역 헬리컬 안테나부는 도전성 잉크로 제1영역 헬리컬 안테나부에 잉크젯 프린팅 방식에 의해 안테나 패턴을 형성하는 것으로, 상기 도전성 잉크는 10 ~ 25㎛의 입자크기를 갖는 수성 은나노잉크(water-based nano-silver ink)를 물에 희석하여 점도를 3.5 ~ 4.5cP로 조절한 것을 사용한다.

상기 점도가 3.5cP 미만인 경우에는 번짐이 발생하게 되는데 이로 인해 불균일한 잉크의 전이를 야기시켜 선폭이 불규칙하게 변한다. 또한 선폭이 불규칙하여 병목 현상이 부분적으로 발생하여 저항의 증가를 가져온다. 그리고, 점도가 4.5cP를 초과하게 되는 경우에는 잉크 전이률이 감소하여 인쇄품질이 저하되게 되므로, 상기 잉크의 점도는 3.5 ~ 4.5cP 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

증착도금공정

또한, 본 발명에 따른 제1영역 헬리컬 안테나부는

이동통신단말기 케이스(110)에 증착도금공정(PVD : Physical Vapor Deposition)을 통해 제1선형안테나패턴(210)와 제2선형안테나패턴(220)을 형성하고, 상기 제1선형안테나패턴(210)와 제2선형안테나패턴(220) 상부를 구리도금하는 것을 특징으로 한다.

상기 증착도금공정(PVD : Physical Vapor Deposition) 구리박막 증착을 위한 것으로, plasma가 없는 상태에서 증착재료가 증기화 되어 증착된다. 이때 기판의 온도는 200 ~ 1600℃이고, 증착 두께는 100nm ~ 100㎛이며, 증착속도는 1 ~ 25㎛/min이다.

본 발명에 따른 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나는 기존의 3D 타입의 안테나를 2D타입으로 변경함으로써 기존 방식에 따른 금형설계 비용을 절감하고, 잡음 발생을 줄일 수 있으며, 안테나 형성공간을 줄일 수 있음으로써, 각종 이동통신 기기의 단말기에 적용함으로써 제작 및 사용의 잇점에 산업상 이용가능성이 있다.

Claims

FM라디오수신과 DMB 수신기능을 갖는 이동통신 단말기(100)의 헬리컬 안테나(200)에 있어서,

상기 헬리컬 안테나(200)는 유전율을 갖는 이동통신단말기 케이스(110)의 전면표면(111)에 제1 전면 베이스기판(A-1)이 부착되고, 그 제1 전면 베이스기판(A-1) 위에 반원형의 제1선형안테나패턴(211)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 이동통신단말기 케이스(110)의 후면표면(112)에 제1 후면 베이스기판(A'-1)이 부착되고, 그 제1 후면 베이스기판(A'-1) 위에 반원형의 제2선형안테나패턴(212)이 제1 전면 베이스기판(A-1)에 형성된 제1선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제1 전면 베이스기판(A-1)의 제1선형안테나패턴(211) 말단부와 이어지는 제1 후면 베이스기판(A'-1)의 제2선형안테나패턴(212) 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(210a)을 통해 서로 연결되어 이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제1영역 헬리컬 안테나부(210)와,

제1영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제2 전면 베이스기판(A-2)이 부착되고, 그 제2 전면 베이스기판(A-2) 위에 제1선형안테나패턴(211)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제3선형안테나패턴(221)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제1영역 헬리컬 안테나부의 후면표면(112)에 제2 후면 베이스기판(A'-2)이 부착되고, 그 제2 후면 베이스기판(A'-2) 위에 제2선형안테나패턴(212)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제4선형안테나패턴(222)이 제2 전면 베이스기판(A-2)에 형성된 제3선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제2 전면 베이스기판(A-2)의 제3선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제2 후면 베이스기판(A'-2)의 제4선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(220a)을 통해 서로 연결되어 제1영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제2영역 헬리컬 안테나부(220)와,

제2영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제3 전면 베이스기판(A-3)이 부착되고, 그 제3 전면 베이스기판(A-3) 위에 제3선형안테나패턴(221)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제5선형안테나패턴(231)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제2영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제3 후면 베이스기판(A'-3)이 부착되고, 그 제3 후면 베이스기판(A'-3) 위에 제4선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제6선형안테나패턴(232)이 제3 전면 베이스기판(A-3)에 형성된 제5선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제3 전면 베이스기판(A-3)의 제5선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제3 후면 베이스기판(A'-3)의 제6선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀(230a)을 통해 서로 연결되어 제2영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제3영역 헬리컬 안테나부(230)와,

제3영역 헬리컬 안테나부의 전면 표면에 제4 전면 베이스기판(A-4)이 부착되고, 그 제4 전면 베이스기판(A-4) 위에 제5선형안테나패턴(231)의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제7선형안테나패턴(241)이 동일 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 상기 제3영역 헬리컬 안테나부의 후면표면에 제4 후면 베이스기판(A'-4)이 부착되고, 그 제4 후면 베이스기판(A'-4) 위에 제5선형안테나패턴의 직경(D)과 동일한 크기를 갖는 반원형의 제8선형안테나패턴(242)이 제4 전면 베이스기판(A-4)에 형성된 제7선형안테나패턴과 대칭방향으로 이격되어 다수 형성되며, 상기 제4 전면 베이스기판(A-4)의 제7선형안테나패턴 말단부와 이어지는 제4 후면 베이스기판(A'-4)의 제8선형안테나패턴 말단부사이를 관통 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결되어 제3영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제4영역 헬리컬 안테나부(240)로 구성되는 것을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나.
이동통신단말기 케이스의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제1영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계와,

제1영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제2영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계와,

제2영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제3영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계와,

제3영역 헬리컬 안테나부의 양표면에 2차원(2D)의 평면스파이럴형상으로 형성되는 제4영역 헬리컬 안테나부를 형성시키는 단계로 이루어져 상기 제1영역 헬리컬 안테나부, 제2영역 헬리컬 안테나부, 제3영역 헬리컬 안테나부, 제4영역 헬리컬 안테나부가 이동통신단말기 케이스(110) 표면에 나란히 4 레이(Rayer)로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제1영역 헬리컬 안테나부는

에칭처리하여 이동통신단말기 케이스(110)에 일체 형성되는 것으로,

상기 에칭은 이동통신단말기 케이스(110)에 구리를 입히는 라미네이팅단계와

상기 라미네이팅 처리 부위에, 염화철 용액에 부식억제제와 불용성 분말을 첨가하여 조성된 에칭액을 이용하여 에칭처리 하여 안테나패턴을 형성하는 단계와,

상기 안테나패턴의 보호를 위하여 점도 30,000 ~ 50,000(cps) 우레탄으로 인쇄하는 보호인쇄단계를 거쳐 형성되는 것임을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제2영역 헬리컬 안테나부는

에칭처리하여 제1영역 헬리컬 안테나부에 일체 형성되는 것으로,

상기 에칭은 제1영역 헬리컬 안테나부에 구리를 입히는 라미네이팅단계와

상기 라미네이팅 처리 부위에, 염화철 용액에 부식억제제와 불용성 분말을 첨가하여 조성된 에칭액을 이용하여 에칭처리하여 안테나패턴을 형성하는 단계와,

상기 안테나패턴의 보호를 위하여 점도 30,000 ~ 50,000(cps) 우레탄으로 인쇄하는 보호인쇄단계를 거쳐 형성되는 것임을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제1영역 헬리컬 안테나부는

도전성 잉크로 이동통신단말기 케이스(110)에 잉크젯 프린팅 방식에 의해 안테나 패턴을 형성하는 것으로, 상기 도전성 잉크는 10 ~ 25㎛의 입자크기를 갖는 수성 은나노잉크(water-based nano-silver ink)를 물에 희석하여 점도를 3.5 ~ 4.5cP로 조절한 것임을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제1영역 헬리컬 안테나부는

도전성 잉크로 이동통신단말기 케이스(110)에 잉크젯 프린팅 방식에 의해 안테나 패턴을 형성하는 것으로, 상기 도전성 잉크는 10 ~ 25㎛의 입자크기를 갖는 수성 은나노잉크(water-based nano-silver ink)를 물에 희석하여 점도를 3.5 ~ 4.5cP로 조절한 것임을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제1영역 헬리컬 안테나부는

이동통신단말기 케이스(110)에 증착도금공정(PVD : Physical Vapor Deposition)을 통해 반원형의 제1선형안테나패턴(210)와 제2선형안테나패턴(220)을 형성하고, 상기 제1선형안테나패턴(210)와 제2선형안테나패턴(220) 상부를 구리도금하는 것을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.
제2항에 있어서, 제1영역 헬리컬 안테나부는

이동통신단말기 케이스(110)의 전면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진 제1 전면 베이스기판(A-1)과,

제1 전면 베이스기판(A-1) 상에 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 제1 전면 프라이머층(B-1)과,

제1 전면 프라이머층(B-1) 상에 도전성 잉크를 통해 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나가 형성되는 제1 전면 도전성잉크 도포층(C-1)과,

제1 전면 도전성잉크 도포층(C-1) 위에 도전성 잉크를 통해 형성된 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 제1 전면 도금층(D-1)과,

제1 전면 도금층(D-1) 위에 도금이 완료된 평면 스파이럴형상의 헬리컬 안테나 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 제1 전면 상부 커버층(E-1)과,

이동통신단말기 케이스(110)의 후면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진 제1 후면 베이스기판(A'-1)과,

제1 후면 베이스기판(A'-1) 상에 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 제1 후면 프라이머층(B'-1)과,

제1 후면 프라이머층(B'-1) 상에 도전성 잉크를 통해 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나가 형성되는 제1 후면 도전성잉크 도포층(C'-1)과,

제1 후면 도전성잉크 도포층(C'-1) 위에 도전성 잉크를 통해 형성된 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 제1 후면 도금층(D'-1)과,

제1 후면 도금층(D'-1) 위에 도금이 완료된 평면 스파이럴형상의 헬리컬 안테나 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 제1 후면 상부 커버층(E'-1)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.
제2항에 있어서, 제2영역 헬리컬 안테나부는

제1영역 헬리컬 안테나부의 제1 전면 상부 커버층(E-1) 전면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진 제2 전면 베이스기판(A-2)과,

제2 전면 베이스기판(A-2) 상에 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 제2 전면 프라이머층(B-2)과,

제2 전면 프라이머층(B-2) 상에 도전성 잉크를 통해 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나가 형성되는 제2 전면 도전성잉크 도포층(C-2)과,

제2 전면 도전성잉크 도포층(C-2) 위에 도전성 잉크를 통해 형성된 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 제2 전면 도금층(D-2)과,

제2 전면 도금층(D-2) 위에 도금이 완료된 평면 스파이럴형상의 헬리컬 안테나 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 제2 전면 상부 커버층(E-2)과,

제1영역 헬리컬 안테나부의 제2 후면 상부 커버층(E'-1) 전면표면에 부착되어, 헬리컬 안테나 주변으로부터 발생되는 전자파에 의한 잡음이나 에러를 작게할 목적으로 전자파를 흡수 또는 차단하는 차폐재 또는 보호테이프(압소바)로 이루어진 제2 후면 베이스기판(A'-2)과,

제2 후면 베이스기판(A'-2) 상에 스티렌계 고무, 폴리올레핀계 고무 또는 이 둘을 배합한 시클로 올레핀 폴리머로 이루어져, 외부충격을 완화시키는 제2 후면 프라이머층(B'-2)과,

제2 후면 프라이머층(B'-2) 상에 도전성 잉크를 통해 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나가 형성되는 제2 후면 도전성잉크 도포층(C'-2)과,

제2 후면 도전성잉크 도포층(C'-2) 위에 도전성 잉크를 통해 형성된 평면스파이럴 형상의 헬리컬 안테나 위에 도전성 재료로 도금이 형성되는 제2 후면 도금층(D'-2)과,

제2 후면 도금층(D'-2) 위에 도금이 완료된 평면 스파이럴형상의 헬리컬 안테나 위에 폴리아미드와 같은 커버가 도포되어 형성되는 제2 후면 상부 커버층(E'-2)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층식 2차원(2D)의 평면스파이럴형상을 갖는 적층형 2D 헬리컬 안테나 제조방법.