KR102500007B1 - 칩 안테나 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈은, 일면이 접지 영역과 급전 영역으로 구분되는 기판 및 상기 기판의 제1면에 실장되는 다수의 칩 안테나를 포함하며, 각각의 상기 칩 안테나들은, 상기 접지 영역에 접합되는 접지부와 상기 급전 영역에 접합되는 방사부를 포함하며, 상기 다수의 칩 안테나는 방사면의 길이가 실장 높이보다 크게 구성되는 제1 안테나와, 실장 높이가 방사면의 길이보다 크게 구성되는 제2 안테나를 포함하고, 상기 제1 안테나의 방사부와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리는 상기 제2 안테나의 방사부와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리보다 크게 형성될 수 있다.

Description

칩 안테나 모듈{CHIP ANTENNA MODULE}

본 발명은 칩 안테나 모듈에 관한 것이다.

무선 통신을 지원하는 핸드폰, PDA, 네비게이션, 노트북 등 이동통신 단말기는 CDMA, 무선랜, DMB, NFC(Near Field Communication) 등의 기능이 부가되는 추세로 발전하고 있으며, 이러한 기능들을 가능하게 하는 중요한 부품 중 하나가 안테나이다.

한편, LTE(Long Term Evolution)와 같은 4 세대(4G) 통신 시스템들의 배치 이후 증가되고 있는 무선 데이터 트래픽에 대한 수요를 만족시키기 위해 향상된 5G 또는 예비 5G 통신 시스템이 개발되고 있다.

5G 통신 시스템은 보다 높은 데이터 전송율을 달성하기 위해 보다 높은 주파수(mmWave) 대역들, 가령 10Ghz 내지 100GHz 대역들에서 구현되는 것으로

간주된다. 무선파의 전파 손실을 줄이고 전송 거리를 늘리기 위해, 빔포밍, 대규모 MIMO(multiple-input multiple-output), 전차원(full dimensional) MIMO(FD-MIMO), 어레이 안테나, 아날로그 빔포밍, 대규모 스케일의 안테나 기법들이 5G 통신 시스템에서 논의되고 있다.

그런데 5G 통신 시스템이 적용되는 밀리미터파 통신 대역에서는 파장이 수 mm 정도로 작아지기 때문에 종래의 안테나를 이용하기 어렵다. 따라서 이동통신 단말기에 탑재할 수 있는 초소형의 크기이면서 밀리미터파 통신 대역에 적합한 안테나 모듈이 요구되고 있다.

한국등록특허 제1178852호

본 발명의 목적은 GHz 대역에서 이용할 수 있는 칩 안테나 모듈을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈은, 일면이 접지 영역과 급전 영역으로 구분되는 기판 및 상기 기판의 제1면에 실장되는 다수의 칩 안테나를 포함하며, 각각의 상기 칩 안테나들은, 상기 접지 영역에 접합되는 접지부와 상기 급전 영역에 접합되는 방사부를 포함하며, 상기 다수의 칩 안테나는 방사면의 길이가 실장 높이보다 크게 구성되는 제1 안테나와, 실장 높이가 방사면의 길이보다 크게 구성되는 제2 안테나를 포함하고, 상기 제1 안테나의 방사부와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리는 상기 제2 안테나의 방사부와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 칩 안테나 모듈은 수평 편파용 안테나와 수직 편파용 안테나를 모두 구비하며, 수평 편파용 안테나와 수직 편파용 안테나의 방사부와 접지 영역 간의 거리를 다르게 구성한다. 따라서 칩 안테나의 방사 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 칩 안테나의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면.
도 4는 도 1의 IV-IV'에 따른 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 칩 안테나를 확대하여 도시한 사시도.
도 6는 도 5의 VI-VI′에 따른 단면도.
도 7 내지 도 12은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 안테나를 도시한 도면.
도 13은 본 실시예의 칩 안테나 모듈이 탑재된 휴대 단말기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 14 및 도 15는 칩 안테나 모듈의 방사 패턴을 측정한 그래프.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

본 명세서에 기재된 칩 안테나 모듈은 고주파 영역에서 동작하며, 예를 들어 3GHz 이상 30GHz 이하의 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 또한 본 명세서에 기재된 칩 안테나 모듈은 무선신호를 수신 또는 송수신하도록 구성된 전자기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 칩 안테나는 휴대용 전화기, 휴대용 노트북, 드론 등에 탑재될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 칩 안테나 모듈의 분해 사시도이다. 또한 도 3은 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이고 도 4는 도 1의 IV-IV'에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 칩 안테나 모듈(1)은 기판(10)과 전자 소자(50), 및 칩 안테나(100)를 포함한다.

기판(10)은 무선 안테나에 필요한 회로 또는 전자부품이 탑재되는 회로 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 하나 이상의 전자부품을 내부에 수용하거나 또는 하나 이상의 전자부품이 표면에 탑재된 PCB일 수 있다. 따라서 기판(10)에는 전자부품들을 전기적으로 연결하는 회로 배선이 구비될 수 있다.

기판(10)은 다수의 절연층(17)과 다수의 배선층(16)이 반복적으로 적층되어 형성된 다층 기판일 수 있다. 그러나 필요에 따라 하나의 절연층 양면에 배선층이 형성된 양면 기판을 이용하는 것도 가능하다.

절연층(17)의 재료는 특별히 한정되는 않는다. 예를 들어 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러와 함께 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 수지, 예를 들면, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine) 와 같은 절연 물질이 사용될 수 있다. 필요에 따라서는, 감광성 절연(Photo Imagable Dielectric: PID) 수지를 사용할 수도 있다.

배선층(16)은 후술되는 전자 소자(50)와 칩 안테나들(100)을 전기적으로 연결한다. 또한 전자 소자(50)나 칩 안테나(100)를 외부와 전기적으로 연결한다.

배선층(16)의 재료로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질이 사용될 수 있다.

절연층(17)의 내부에는 적층 배치되는 배선층들(16)을 상호 연결하기 위한 층간 접속 도체들(18)이 배치된다.

또한 기판(10)의 표면에는 절연 보호층(19)이 배치될 수 있다. 절연 보호층(19)은 절연층(17)의 상부면과 하부면에서 절연층(17)과 배선층(16)을 모두 덮는 형태로 배치된다. 이에 절연층(17)의 상부면이나 하부면에 배치되는 배선층(16)을 보호한다.

절연 보호층(19)은 배선층(16)의 적어도 일부를 노출시키는 개구부를 가질 수 있다. 절연 보호층(19)은 절연수지 및 무기필러를 포함하되, 유리섬유는 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어 절연 보호층(19)으로는 솔더 레지스트(solder resist)가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예의 기판(10)으로는 당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 종류의 기판(10)(예를 들어, 인쇄 회로 기판, 연성 기판, 세라믹 기판, 유리 기판 등)이 이용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상부면인 제1면은 소자 실장부(11a)와 접지 영역(11b), 급전 영역(11c)으로 구분될 수 있다.

소자 실장부(11a)는 전자 소자(50)가 실장되는 영역으로 후술되는 접지 영역(11b)의 내부에 배치된다. 소자 실장부(11a)에는 전자 소자(50)가 전기적으로 연결되는 다수의 접속 패드(12a)가 배치된다.

접지 영역(11b)은 접지층(16a)이 배치되는 영역으로, 소자 실장부(11a)를 둘러싸는 형태로 배치된다. 따라서, 소자 실장부(11a)는 접지 영역(11b)의 내부에 배치된다.

여기서, 접지층(16a)은 기판(10)의 배선층(16) 중 하나가 이용될 수 있다. 예컨대, 접지층(16a)은 절연층(17)의 표면(최 상면이나 최 하부면)이나 적층되는 두 절연층(17) 사이에 배치될 수 있다.

본 실시예에서 소자 실장부(11a)는 사각 형상으로 형성된다. 따라서 접지 영역(11b)은 사각의 링(ring) 형상으로 소자 실장부(11a)를 둘러싸도록 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

소자 실장부(11a)의 둘레를 따라 접지 영역(11b)이 배치됨에 따라, 소자 실장부(11a)의 접속 패드(12a)는 기판(10)의 절연층을 관통하는 층간 접속 도체(미도시)를 통해 외부나 다른 구성 요소들과 전기적으로 연결된다.

접지 영역(11b)에는 다수의 접지 패드(12b)가 형성된다. 접지 패드(12b)는 접지층을 덮는 절연 보호층(미도시)을 부분적으로 개방함으로써 형성할 수 있다. 따라서 이 경우 접지 패드(12b)는 접지층(16a)의 일부로 구성된다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 접지층(16a)이 두 절연층(17) 사이에 배치되는 경우, 접지 패드(12b)는 절연층(17)의 상부면에 배치되며, 접지 패드(12b)와 접지층(16a)은 층간 접속 도체를 통해 연결될 수 있다.

접지 패드(12b)는 후술되는 급전 패드(12c)와 쌍을 이루도록 배치된다. 따라서 급전 패드(12c)와 인접한 위치에 배치되며 급전 패드(12c)와 나란하게 배치된다.

급전 영역(11c)은 접지 영역(11b)의 외측에 배치된다. 본 실시예에서는 접지 영역(11b)이 형성하는 2개의 변 외측에 급전 영역(11c)이 형성된다. 따라서, 급전 영역(11c)은 기판(10)의 테두리를 따라 배치된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

급전 영역(11c)에는 다수의 급전 패드(12c)가 배치된다. 급전 패드(12c)는 절연층(17)의 표면에 배치되며, 칩 안테나(100)의 방사부(130a)가 접합된다.

급전 패드(12c)는 기판(10)의 절연층(17)을 관통하는 층간 접속 도체(18)와 배선층(16)을 통해 전자 소자(50)나 다른 구성 요소들과 전기적으로 연결된다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 기판(10)은 소자 실장부(11a)와 접지 영역(11b), 급전 영역(11c)이 접지층(16a)의 형상이나 위치에 따라 구분된다. 또한 접속 패드(12a)나 접지 패드(12b), 급전 패드들(12c)은 절연 보호층(19)이 제거된 개구부를 통해 패드 형태로 외부에 노출된다.

전자 소자(50)는 기판(10)의 소자 실장부(11a)에 실장된다. 전자 소자(50)는 솔더와 같은 도전성 접착제를 매개로 소자 실장부(11a)의 접속 패드(12a)에 접합될 수 있다.

본 실시예에서는 하나의 전자 소자(50)가 실장되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 다수의 전자 소자들(50)이 실장될 수도 있다.

전자 소자(50)는 적어도 하나의 능동 소자를 포함하며, 예를 들어 안테나의 급전부에 신호를 인가하는 신호 처리 소자를 포함할 수 있다. 또한 필요에 따라 수동 소자를 포함할 수도 있다.

칩 안테나(100)는 기가 헤르츠 주파수 대역의 무선 통신에 이용되며, 기판(10)에 실장되어 전자 소자(50)로부터 급전 신호를 전달받아 외부로 방사한다.

칩 안테나(100)는 전체적으로 육면체 형상으로 형성되며, 솔더와 같은 도전성 접착제를 통해 양단이 기판(10)의 급전 패드(12c)와 접지 패드(12b)에 각각 접합되며 기판(10)에 실장된다.

도 5는 도 1에 도시된 칩 안테나를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 6는 도 5의 VI-VI′에 따른 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 칩 안테나(100)는 몸체부(120), 방사부(130a), 및 접지부(130b)를 포함한다.

몸체부(120)는 육면체 형상을 가지며, 유전체(dielectric substance)로 형성된다. 예컨대, 몸체부(120)는 유전율을 가지는 폴리머나 세라믹 소결체로 형성될 수 있다.

본 실시예에는 3GHz ~ 30GHz 대역에서 사용되는 칩 안테나를 예로 들고 있다.

3GHz ~ 30GHz까지 전자기파의 파장(λ)은 100mm ~ 0.75mm로 안테나의 길이는 이론적으로 λ, λ/2, λ/4가 가능하다. 따라서, 안테나의 방사부 안테나의 길이는 대략 50mm ~ 25mm의 크기로 구성되어야 한다. 그러나 본 실시예와 같이 유전율이 공기 보다 높은 물질로 몸체부(120)를 구성하면, 그 길이를 현저하게 축소할 수 있다.

본 실시예의 칩 안테나는 유전율이 3.5~ 25 인 재료로 몸체부(120)를 구성한다. 이 경우, 칩 안테나의 최대 길이를 0.5 ~ 2mm 범위 내에서 제조할 수 있다.

몸체부(120)의 유전율이 3.5 미만인 경우, 칩 안테나(100)가 정상적으로 동작하기 위해서는 방사부(130a)와 접지부(130b) 사이의 거리가 증가되어야 한다.

테스트 결과, 몸체부(120)의 유전율이 3.5 미만인 경우, 3GHz ~ 30GHz 대역에서 칩 안테나(100)는 최대 폭(W)이 2mm 이상으로 형성되어야 정상적으로 기능하는 것으로 측정되었다. 그러나 이 경우, 칩 안테나의 전체 크기가 증가되므로 박형의 휴대 기기에 탑재되기 어렵다.

따라서 본 실시예의 칩 안테나는 파장의 길이와 실장 크기에 고려하여, 가장 긴 변의 길이를 2 mm 이하로 형성한다. 예컨대, 본 실시예에 따른 칩 안테나는 상기한 주파수 대역에서 공진 주파수를 조절하기 위해, 가장 긴 변의 길이가 0.5 ~ 2mm로 형성될 수 있다.

또한 몸체부(120)의 유전율이 25를 초과하는 경우, 칩 안테나의 사이즈가 0.3mm 이하로 작아져야 하며, 이 경우 안테나의 성능이 오히려 저하되는 것으로 측정되었다.

따라서 본 실시예에 따른 칩 안테나의 몸체부(120)는 유전율이 3.5 이상, 25 이하인 유전체로 구성된다.

그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 칩 안테나(100)가 사용되는 주파수 대역에 따라 칩 안테나(100)의 크기나 몸체부(120)의 유전율을 변경될 수 있다.

방사부(130a)는 몸체부(120)의 제1면에 결합된다. 그리고 접지부(130b)는 몸체부(120)의 제2면에 결합된다. 여기서 몸체부(120)의 제1면과 제2면은 육면체로 형성되는 몸체부(120)에서 반대 방향을 향하는 두 면을 의미한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에서 몸체부(120)의 폭(W1)은 제1면과 제2면 사이의 거리로 정의된다. 따라서, 몸체부(120)의 제1면에서 제2면을 향하는 방향(또는 몸체부(120)의 제2면에서 제1면을 향하는 방향)은 몸체부(120) 또는 칩 안테나(100)의 폭방향으로 정의된다.

또한 방사부(130a)와 접지부(130b)의 폭(W2, W3)은 상기한 칩 안테나의 폭방향의 거리로 정의된다. 따라서, 방사부(130a)의 폭(W2)은 몸체부(120)의 제1면에 접합되는 방사부(130a)의 접합면에서 상기 접합면의 반대면까지의 최단 거리를 의미하고, 접지부(130b)의 폭(W3)은 몸체부(120)의 제2면에 접합되는 접지부(130b)의 접합면에서 상기 접합면의 반대면까지의 최단 거리를 의미한다.

방사부(130a)는 몸체부(120)의 6면 중 한 면에만 접촉하며 몸체부(120)에 결합된다. 마찬가지로 접지부(130b)도 몸체부(120)의 6면 중 한 면에만 접촉하며 몸체부(120)에 결합된다.

이처럼 방사부(130a)와 접지부(130b)는 몸체부(120)의 제1면과 제2면 외에 다른 면에는 배치되지 않으며, 몸체부(120)를 사이에 두고 서로 평행하게 배치된다.

저주파 대역에 이용되는 종래의 칩 안테나는 몸체부의 하부면에 방사부와 접지부가 박막 형태로 배치된다. 이 경우, 방사부와 접지부 사이의 거리가 가까우므로 인덕턴스에 의한 손실이 발생하게 된다. 또한 제조 과정에서 방사부와 접지부 사이의 거리를 정밀하게 제어하기 어려우므로, 정확한 커패시턴스를 예측할 수 없으며, 공진점을 조절하기 힘들어 임피던스의 튜닝이 어렵다.

그러나 본 발명에 따른 칩 안테나는 방사부(130a)와 접지부(130b)가 몸체부(120)의 제1면과 제2면에 각각 결합된다. 본 실시예에서 방사부(130a)와 접지부(130b)는 각각 육면체 형태로 형성되며, 육면체의 일면이 몸체부(120)의 제1면과 제2면에 각각 접합된다.

이처럼 방사부(130a)와 접지부(130b)가 몸체부(120)의 제1면과 제2면에만 결합되는 경우, 방사부(130a)와 접지부(130b)의 이격 거리는 몸체부(120)의 크기에 의해서만 규정되므로 상기한 문제들을 모두 해소할 수 있다.

또한 본 발명의 칩 안테나는 방사부(130a)와 접지부(130b) 사이의 유전체(예컨대, 몸체부)로 인하여 커패시턴스를 가지므로, 이를 이용하여 커플링 안테나를 설계하거나, 공진주파수를 튜닝할 수 있다.

방사부(130a)와 접지부(130b)는 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한 동일한 형상 및 동일한 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 방사부(130a)와 접지부(130b)는 기판(10)에 실장될 때 접합되는 패드의 종류에 따라 구분될 수 있다.

예컨대, 본 실시예에 따른 칩 안테나는 기판(10)의 급전 패드(12c)에 접합되는 부분이 방사부(130a)로 기능하고, 기판(10)의 접지 패드(12b)에 접합되는 부분은 접지부(130b)로 기능할 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

방사부(130a)와 접지부(130b)는 제1 도체(131)와 제2 도체(132)를 포함한다.

제1 도체(131)는 몸체부(120)에 직접 접합되는 도체이며 블록 형태로 형성된다. 그리고 제2 도체(132)는 제1 도체(131)의 표면을 따라 막(layer)의 형태로 형성된다.

제1 도체(131)는 인쇄공정 또는 도금 공정을 통해 몸체부(120) 일면에 형성되며, Ag, Au, Cu, Al, Pt, Ti, Mo, Ni, W 중에서 선택된 1종이거나 혹은 2종 이상의 합금으로 구성될 수 있다. 또한 금속에 폴리머(polymer), 글라스(glass) 등의 유기물이 함유된 전도성 페이스트나 전도성 에폭시로 구성하는 것도 가능하다.

제2 도체(132)는 도금 공정을 통해 제1 도체(131)의 표면에 형성될 수 있다. 제2 도체(132)는 니켈(Ni) 층과 주석(Sn) 층을 차례로 적층하거나, 아연(Zn) 층과 주석(Sn) 층을 차례로 적층하여 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 칩 안테나(100)는 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)를 포함한다.

제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 다른 실장 높이(H01, H02)를 갖는다. 구체적으로, 제2 안테나(100b)의 실장 높이(H02)가 제1 안테나(100a)의 실장 높이(H01)보다 크게 구성된다. 여기서 실장 높이(H01, H02)는 기판(10)의 실장면에서 칩 안테나(100) 상단면까지의 거리를 의미한다.

또한, 제1 안테나(100a)의 방사부(130a) 길이(L01)는 제2 안테나(100b)의 방사부 길이(L02)보다 길게 형성된다. 여기서 방사부(130a)의 길이(L01, L02)는 칩 안테나(100)가 기판(10)에 실장된 상태에서 방사면(R, 기판의 외부를 향하도록 배치되는 면)의 가로 길이를 의미한다.

이에 따라, 도 2의 B 방향으로 바라볼 때, 제1 안테나(100a)는 방사면의 길이(L01)가 실장 높이(H01, 또는 두께)보다 크게 형성된다. 그리고 제2 안테나(100b)는 실장 높이(H02, 또는 두께)가 방사면의 길이(L202)보다 크게 형성된다.

일반적으로 안테나는 신호 송/수신시 안테나 방사부의 도체 형상에 따라 전류가 분포되는 영역이 달라진다. 이에 안테나는 전파의 편파면(또는 전계)과 지표면과의 방향을 기준으로 크게 수평 편파와 수직 편파로 구분할 수 있다.

편파면이 지표면에 대하여 수평을 이루며 방사되는 전파를 수평 편파(Horizontal Polarization)라고 하며, 편파면이 지표면에 대하여 수직을 이루며 방사되는 전파를 수직 편파(Vertical Polarization)라 한다.

본 실시예에서 제1 안테나(100a)는 방사면(R)이 접지층(16a)에 대해 수평 방향으로 길게 배치되므로, 수평 방향을 따라 전류 분포가 이루어진다. 따라서 제1 안테나(100a)는 수평 편파용 안테나로 이용된다. 또한 제2 안테나(100b)는 방사면(R)이 접지층(16a)에 대해 수직 방향으로 길게 배치되므로, 수직 방향을 따라 전류 분포가 이루어진다. 따라서 제2 안테나(100b)는 수직 편파용 안테나로 이용된다.

본 실시예의 칩 안테나들(100)은 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)가 쌍을 이루며 기판(10)에 실장된다. 따라서 수직 편파용 안테나와 수평 편파용 안테나가 쌍을 이루어 배치되므로 안테나 모듈의 방사 성능을 높일 수 있다.

한편 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 제1 안테나(100a)의 전체 폭(W01)은 제2 안테나(100b)의 전체 폭(W02)보다 작게 구성된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 안테나(100a)의 전체 폭(W01)과 제2 안테나(100b)의 전체 폭(W02)을 동일하게 구성하거나 제1 안테나(100a)의 전체 폭(W01)을 더 크게 구성하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.

한편, 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)가 서로 다른 편파를 송/수신하도록 구성됨에 따라, 본 실시예의 안테나 모듈은 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)는 각 편파에 맞는 설계가 필요하다.

본 실시예와 같이 기판(10)의 외곽을 따라 칩 안테나(100)가 실장되는 경우, 접지 영역(11b)과 방사부(130a 또는 급전 패드)와의 거리에 따라 안테나 특성이 변하게 된다.

따라서, 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)가 모두 원활하게 수평 편파와 수직 편파를 송/수신하기 위해서는 접지 영역(11b)과 방사부(130a) 사이의 거리를 최적화할 필요가 있다.

이를 위해 본 실시예에서는 제1 안테나(100a)의 방사부(130a)와 접지 영역(11b)의 수평 이격 거리(D1, 이하 제1 거리)를 제2 안테나(100b)의 방사부(130a)와 접지 영역(11b)의 수평 이격 거리(D2, 이하 제2 거리)보다 크게 형성한다. 한편 방사부(130a)는 급전 패드(12c)에 접합되므로, 방사부(130a)와 접지 영역(11b) 간의 수평 이격 거리는 급전 패드(12c)와 접지 영역(11b) 간의 수평 이격 거리로 이해될 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제1 거리(D1)는 전체가 제2 거리(D2)보다 길게 형성된다.

본 실시예에서 접지 영역(11b)은 제1 안테나(100a)의 접지부(130b)와 대면하는 영역에 배치되고, 몸체부(120)와 기판(10)이 대면하는 영역에서는 제거된 형태를 갖는다. 따라서 접지 영역(11b)은 기판(10)과 제1 안테나(100a)의 몸체부(120)가 대면하는 영역에는 거의 배치되지 않는다. 예컨대, 제1 안테나(100a)의 몸체부(120)는 전체가 급전 영역(11c)과 대면하도록 배치된다.

이에, 제1 안테나(100a)와 기판(10)이 대면하는 영역에서 접지 영역(11b)의 윤곽선(11b')은 제1 안테나(100a)의 접지부(130b)와 몸체부(120)의 경계를 따라 배치되거나 상기한 경계와 인접한 위치에 배치될 수 있다.

반면에 제2 안테나(100b)는 몸체부(120)의 절반 이상이 접지 영역(11b)과 대면하도록 구성된다.

그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 제1 안테나(100a)는 몸체부(120) 절반이 접지 영역(11b)과 대면하도록 구성하고 제2 안테나(100b)는 몸체부(120)의 절반을 초과하는 영역이 접지 영역(11b)과 대면하도록 구성하는 등 제1 거리(D1)가 제2 거리(D2)보다 크게 형성되는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

이와 같이 제1 거리(D1)와 제2 거리(d2)가 다르게 구성됨에 따라, 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 안테나 이득(Gain)을 향상시킬 수 있다.

도 14 및 도 15는 칩 안테나 모듈의 방사 패턴을 측정한 그래프로, 도 14는 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)를 동일하게 구성하여 칩 안테나(100)의 방사 패턴을 측정한 그래프이며, 도 15는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 거리(D1)를 제2 거리(D2)보다 크게 구성하여 칩 안테나(100)의 방사 패턴을 측정한 그래프이다. 여기서, 도 14는 도 3을 기준으로 제1 거리(D1)를 제2 거리(D2)와 동일하게 구성하여 측정하였다.

이를 참조하면, 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)가 동일하게 구성된 경우 도 14에 도시된 바와 같이 제1 안테나(100a)는 최대 이득이 2.1dB이고, 제2 안테나(100b)는 최대 이득이 2.7dB인 것으로 측정되었다. 그리고 제1 거리(D1)를 제2 거리(D2)보다 크게 구성한 경우, 도 15에 도시된 바와 같이 제1 안테나(100a)는 최대 이득이 2.6dB이고, 제2 안테나(100b)는 최대 이득이 2.5dB인 것으로 측정되었다.

따라서, 제1 거리(D1)를 제2 거리(D2)보다 크게 구성하게 되면, 제2 안테나(100b)의 이득은 다소 감소될 수 있으나, 제2 안테나(100b)의 이득이 크게 개선되는 것으로 확인되었다.

휴대 단말기에 탑재되는 무선 통신용 안테나 모듈의 경우, 칩 안테나의 최대 이득이 2.5dB 이상이어야 원활한 동작이 가능하다. 따라서 도 14와 같이 제1 안테나(100a)의 최대 이득이 2.1dB인 경우, 무선 통신이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.

반면에 제1 거리(D1)를 제2 거리(D2)보다 크게 구성한 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 도 15에 나타난 바와 같이 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)의 최대 이득이 모두 2.5dB 이상이므로, 무선 통신이 원활하게 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 구성은 전술한 실시예에에 한정되는 것은 아니며 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이 다양한 변형이 가능하다.

도 7 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 안테나를 도시한 도면으로, 도 3에 대응하는 평면을 도시하고 있다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 접지 영역(11b)은 제2 안테나(100b)와 대면하는 영역에서 급전 패드(12c) 측으로 확장된다. 이에 제1 안테나(100a)와 접지 영역(11b) 사이의 제1 거리(D1)에 비해, 제2 안테나(100b)와 접지 영역(11b) 사이의 제2 거리(D2)가 축소되므로 제1 거리(D1)가 제2 거리(D2)보다 크게 구성된다.

도 8을 참조하면, 본 실시예는 전술한 도 3과 도 7을 조합한 구성으로, 접지 영역(11b)의 윤곽선(11b')은 제2 안테나(100b)와 대면하는 영역에서 제2 안테나(100b)가 접합된 급전 패드(12c) 측에 인접하게 배치되고, 제1 안테나(100a)와 대면하는 영역에서는 제1 안테나(100a)가 접합된 접지 패드(12b) 측에 인접하게 배치된다.

따라서, 제1 안테나(100a)의 방사부(130a)와 접지 영역(11b) 사이의 제1 거리(D1)는 증가되고, 제2 안테나(100b)의 방사부(130a)와 접지 영역(11b) 사이의 제2 거리(D2)는 축소된다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에서 접지 영역(11b)은 도 3에 도시된 접지 영역(11b)과 유사하게 구성되되, 접지 영역(11b) 중 칩 안테나(100)와 대면하지 않는 부분을 다르게 구성한다. 본 실시예에서 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b) 사이에 배치되는 접지 영역(11b)의 윤곽선(11b'')은 선형 또는 호형으로 형성된다.

도 9는 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b) 사이에 배치되는 접지 영역(11b)의 윤곽선(11b'')이 선형으로 형성되도록 접지 영역(11b)을 형성하는 경우가 도시되어 있으며, 도 10은 동일한 접지 영역(11b)의 윤곽선(11b'')이 호형으로 형성되도록 접지 영역(11b)을 형성하는 경우를 도시하고 있다.

이처럼 칩 안테나들(100) 사이에 배치되는 접지 영역(11b)의 윤곽선(11b'') 형상을 변형시키는 경우, 제1 안테나(100a)의 방사부(130a)와 제1 안테나(100a) 주변의 접지 영역(11b) 사이의 수평 이격 거리가 변하게 되므로 안테나 이득을 조정할 수 있다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에서 접지 영역(11b)은 제1 안테나(100a)의 몸체부(120)와 부분적으로 대면하도록 배치된다. 따라서 접지 영역(11b)은 제1 안테나(100a)의 몸체부(120) 하부에도 일부 배치된다.

이 경우, 제1 안테나(100a)의 방사부(130a)와 접지 영역(11b) 간에는 다수의 수평 이격 거리(D11, D12)가 형성된다. 그리고 다수의 수평 이격 거리들(D11, D12) 중 적어도 하나(D12)는 제2 거리(D2)보다 크게 형성된다.

한편, 전술한 실시예들에서는 제1 안테나(100a)가 접합되는 급전 패드(12c)와 제2 안테나(100b)가 접합되는 급전 패드(12c)가 일직선 상에 배치되고, 접지 영역(11b')의 윤곽선(11b') 위치를 변경하여 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)를 다르게 구성하였다.

그러나 도 12에 도시된 안테나 모듈은 접지 영역(11b)의 윤곽선(11b')은 직선으로 형성하고, 급전 패드(12c)의 위치를 변경하여 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)를 다르게 구성한다. 보다 구체적으로, 그리고 제2 안테나(100b)가 접합되는 급전 패드(12c)는 접지 영역(11b) 측으로 이동 배치된다.

따라서 제2 안테나(100b)가 접합되는 급전 패드(12c)는 제1 안테나(100a)가 접합되는 급전 패드(12c)에 비해 접지 영역(11b)과 가까운 위치에 배치되며, 이에, 제1 거리(D1)가 제2 거리(D2)보다 크게 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 칩 안테나 모듈은 수평 편파용 안테나와 수직 편파용 안테나를 모두 구비하며, 수평 편파용 안테나와 수직 편파용 안테나의 급전 패드와 접지 영역 간의 거리를 다르게 구성한다. 따라서 칩 안테나의 방사 효율을 높일 수 있다.

도 13은 본 실시예의 칩 안테나 모듈이 탑재된 휴대 단말기를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예의 칩 안테나 모듈(1)은 휴대 단말기(200)의 모서리 부분에 배치된다. 이때, 칩 안테나 모듈(1)은 칩 안테나(100)가 휴대 단말기(200)의 모서리와 인접하도록 배치된다.

본 실시예에서는 휴대 단말기(200)의 네 모서리에 모두 칩 안테나 모듈(1)이 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 휴대 단말기(200)의 내부 공간이 부족한 경우, 휴대 단말기(200)의 대각 방향으로 두 개의 칩 안테나 모듈만 배치하는 등 칩 안테나 모듈의 배치 구조는 필요에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.

또한 칩 안테나 모듈(1)은 급전 영역(도 1의 11c)이 휴대 단말기(200)의 테두리와 인접하게 배치되도록 휴대 단말기(200)에 결합된다. 이에 칩 안테나 모듈(1)의 제1 안테나(100a)를 통해 방사되는 전파는 휴대 단말기(200)의 모서리 부분에서 휴대 단말기(200)의 외부를 향해 휴대 단말기(200)의 면 방향으로 방사된다. 그리고 제2 안테나(100b)를 통해 방사되는 전파는 휴대 단말기(200)의 두께 방향으로 방사된다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.

1: 칩 안테나 모듈
10: 기판
11a: 소자 실장부
11b: 접지 영역
11c: 급전 영역
100: 칩 안테나
100a: 제1 안테나
100b: 제2 안테나
120: 몸체부
130a: 방사부
130b: 접지부

Claims (16)

1. 일면이 접지 영역과 급전 영역으로 구분되는 기판; 및
   상기 기판의 제1면에 실장되는 다수의 칩 안테나;
   를 포함하며,
   각각의 상기 칩 안테나들은,
   상기 접지 영역에 접합되는 접지부와 상기 급전 영역에 접합되는 방사부를 포함하며,
   상기 다수의 칩 안테나는 방사면의 길이가 실장 높이보다 크게 구성되는 제1 안테나와, 실장 높이가 방사면의 길이보다 크게 구성되는 제2 안테나를 포함하고,
   상기 제1 안테나의 방사부와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리는 상기 제2 안테나의 방사부와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리보다 크게 형성되는 안테나 모듈.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 칩 안테나는
   상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나가 쌍을 이루며 나란하게 상기 기판에 실장되는 안테나 모듈.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 기판의 일면은,
   전자 소자가 실장되는 소자 실장부를 더 포함하며,
   상기 소자 실장부는 상기 접지 영역의 내부에 배치되는 안테나 모듈.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 기판은,
   상기 급전 영역에 배치되어 상기 방사부와 접합되는 다수의 급전 패드를 포함하며,
   상기 급전 패드는 상기 전자 소자와 전기적으로 연결되는 안테나 모듈.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 안테나가 실장되는 상기 급전 패드와 상기 접지 영역 간의 거리는, 상기 제2 안테나가 실장되는 상기 급전 패드와 상기 접지 영역 간의 거리와 다르게 구성되는 안테나 모듈.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 접지 영역은,
   상기 제1 안테나의 몸체부는 전체가 상기 급전 영역과 대면하도록 배치되는 안테나 모듈.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 안테나는 수평 편파를 송수신하고, 상기 제2 안테나는 수직 편파를 송수신하는 안테나 모듈.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 급전 영역은,
   상기 기판의 테두리를 따라 배치되는 안테나 모듈.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 칩 안테나는,
   기가 헤르츠의 주파수 대역의 무선 통신에 이용되며, 상기 기판에 실장되어 신호 처리 소자의 급전 신호를 전달받아 외부로 방사하며,
   유전율을 갖는 육면체 형상으로 형성되고, 제1면과 상기 제1면의 반대면인 제2면을 구비는 몸체부를 포함하고,
   상기 방사부는 육면체 형태로 형성되어 상기 몸체부의 상기 제1면에 결합되고,
   상기 접지부는 육면체 형태로 형성되어 상기 몸체부의 상기 제2면에 결합되는 안테나 모듈.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 급전 영역에 배치되어 상기 방사부와 접합되는 다수의 급전 패드를 포함하며,
    상기 접지 영역은 상기 제2 안테나와 대면하는 영역에서 상기 제2 안테나가 접합된 상기 급전 패드 측으로 확장되도록 구성되는 안테나 모듈.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 급전 영역에 배치되어 상기 방사부와 접합되는 다수의 급전 패드 및 상기 접지 영역에 배치되어 상기 접지부와 접합되는 다수의 접지 패드를 포함하며,
    상기 접지 영역의 윤곽선은 상기 제2 안테나와 대면하는 영역에서 상기 제2 안테나가 접합된 상기 급전 패드 측에 인접하게 배치되고,
    상기 제1 안테나와 대면하는 영역에서는 상기 제1 안테나가 접합된 상기 접지 패드 측에 인접하게 배치되는 안테나 모듈.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 배치되는 상기 접지 영역의 윤곽선은, 선형 또는 호형으로 형성되는 안테나 모듈.
    
13. 제1항에 있어서, 상기 접지 영역 중 상기 제1 안테나와 대면하도록 배치되는 영역은,
    상기 제1 안테나의 방사부와 상기 접지 영역 간에 다수의 수평 이격 거리가 형성되는 안테나 모듈.
    
14. 제2항에 있어서,
    상기 기판은 상기 급전 영역에 배치되어 상기 방사부와 접합되는 다수의 급전 패드를 포함하고,
    상기 한 쌍의 칩 안테나와 대면하는 영역에서 상기 접지 영역의 윤곽선은 직선으로 형성되며,
    상기 제1 안테나의 방사부가 접합되는 상기 급전 패드와 상기 접지 영역 사이의 거리는 상기 제2 안테나의 방사부가 접합되는 상기 급전 패드와 상기 접지 영역 사이의 거리보다 크게 형성되는 안테나 모듈.
    
15. 일면이 접지 영역과 급전 영역으로 구분되는 기판; 및
    상기 기판의 제1면에 실장되는 다수의 칩 안테나;
    를 포함하며,
    각각의 상기 칩 안테나들은,
    상기 접지 영역에 구비되는 접지 패드에 접합되는 접지부와 상기 급전 영역에 구비되는 급전 패드에 접합되는 방사부를 포함하며,
    상기 다수의 칩 안테나는 수평 편파 송수신하는 제1 안테나와, 수직 편파를 송수신하는 제2 안테나를 포함하고
    상기 제1 안테나의 방사부가 접합되는 상기 급전 패드와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리는 상기 제2 안테나의 방사부가 접합되는 상기 급전 패드와 상기 접지 영역 간의 수평 이격 거리보다 크게 형성되는 안테나 모듈.
    
16. 제15항에 있어서, 상기 칩 안테나는
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나가 쌍을 이루며 나란하게 상기 기판에 실장되는 안테나 모듈.
    
    
    

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