KR100903759B1 - 안테나 장치 - Google Patents

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KR100903759B1
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소니 가부시끼 가이샤
아라이 히로유키
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Abstract

본 발명은 전자기기에 장착되는 안테나 장치이며, 급전점(19)과 접지점(20)이 각각 2개 이상 설치된 안테나 소자(18)를 구비하는 안테나부(11)와, 각 접지점(20)에 대응하여 각각 설치된 접지점(20)을 그라운드에 대하여 접속 또는 개방하는 접지점 스위치(21)를 구비한다. 접지점 스위치(21)를 선택하여 절환 조작함으로써 접지점이 절환됨으로써 공진 주파수의 조정이 행하여진다.
Figure R1020027014818
급전점, 접지점, 절환, 공진 주파수, 임피던스

Description

안테나 장치{Antenna Device}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 정보 통신 기능이나 데이터 저장(storage) 기능 등을 구비한 퍼스널 컴퓨터나 휴대전화기, 혹은 오디오 기기 등의 각종 전자기기에 장착되는 초소형 통신 모듈에 사용하기에 적절한 안테나 장치에 관한 것이다.
오디오 정보나 화상 정보 등의 각종 정보는, 정보 신호의 디지털화에 의해서, 퍼스널 컴퓨터나 모바일 기기 등에 의해 손쉽게 취급할 수 있도록 되어 있다. 이들 정보는, 오디오 코덱 기술이나 화상 코덱 기술에 의해 대역 압축이 도모되고, 디지털 통신이나 디지털 방송에 의해 각종 통신 단말기기에 대해 용이하고 또한 효율적으로 배신(配信)되는 환경이 갖추어지고 있다. 예를 들면, 오디오·비디오 데이터(AV 데이터)는 휴대 전화기에 의해서도 수신이 가능해지고 있다.
한편, 데이터의 송수신 시스템은, 소규모의 지역 내에서도 적용 가능한 간이한 통신 네트워크 시스템의 제안에 의해서, 가정을 비롯하여 여러 장소에서 활용되도록 되고 있다. 통신 네트워크 시스템으로서는, 예를 들면 IEEE802.11a에서 제안되고 있는 5㎓ 대역(帶域)의 협역(狹域) 무선 통신 시스템이나, IEEE802.11b에서 제안되고 있는 2.45㎓ 대역의 무선 LAN 시스템 혹은 Bluetooth라 칭해지는 근거리 무선 통신 시스템 등의 차세대 무선 통신 시스템이 주목되고 있다.
상술한 각종 전자기기에는, 모든 통신 네트워크에 대하여 접속을 가능하게 하는 인터페이스 수단이 요구되고 있다. 오로지 퍼스널 사용을 목적으로 한 모바일 전자기기에 있어서도, 무선 통신 수단이 구비되어, 휴대하면서도 여러 가지 기기나 시스템과의 접속을 가능하게 하여, 데이터 등의 수수가 행하여지고 있다. 모바일 전자기기에는, 다른 기기 등과의 접속을 하기 위해, 각각의 통신방식에 적합한 인터페이스 기능을 갖는 복수의 무선 통신 포트나 무선 통신 하드웨어 등의 무선 통신 기능이 구비된다.
AV 데이터의 디지털화는, 하드디스크나 광자기디스크 등의 광디스크, 혹은 반도체 메모리 등을 기록 매체로서 사용하는 퍼스널 컴퓨터의 기억장치에 용이하게 기록하여 축적하는 것을 가능하게 하고 있다. 이 종류의 기억장치가 사용되는 기록 매체는, 각각 독자적인 포맷을 갖는 오디오용의 테이프 카셋트나 비디오 테이프 카셋트, 혹은 비디오디스크 등의 종래의 아날로그 기록 방식의 기록 매체에 대신해 범용되게 되고 있다. 특히, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리는, 기록 용량 당 부피가 대단히 작고 또한 기기에 대하여 착탈자재(着脫自在)인 특성을 갖고 있어, 예를 들면 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 휴대형 음향기기 혹은 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 전자기기에 사용되고 있다.
반도체 메모리는 이들 전자기기 사이에서, 오디오정보, 화상정보 등의 데이터의 이동, 기록, 축적 등이 간편하게 행하여지도록 한다. 그렇지만, 반도체 메모리는 일반적으로, 기기 본체에 대하여 삽탈(揷脫) 조작이 행하여짐에 따라 데이터 등의 이동, 이식 혹은 축적 등의 처리가 행하여지지만, 그때마다 번거로운 조작을 해야만 한다는 문제가 있었다.
그런데, 각종 전자기기에 있어서는, 상술한 바와 같이 복수의 무선 통신 기능을 구비하고 있지만, 일반적으로는 사용 조건이나 환경 등에 따라서 1개의 기능이 사용될 수 있으면 되고 복수의 기능을 동시에 사용하는 경우는 거의 없다. 각종 전자기기에 있어서는, 복수의 무선 통신 기능을 구비함으로써, 동일 주파수 대역이나 다른 주파수 대역에 있어서도 혼신(混信)이나 서로의 전파 간섭 등이 생기는 문제가 있었다. 특히, 모바일 전자기기에 있어서는, 상술한 복수의 통신 방식에 대응한 무선 통신 기능을 갖는 무선 통신 포트나 무선 통신 하드웨어 등을 탑재함으로써, 휴대성이 손상된다는 문제가 있었다.
전자기기에는, 반도체 메모리를 사용한 저장 기능과 무선 통신 기능을 구비한 무선 통신 모듈이 장착됨으로써 무선 통신 기능이 부가된 것이 사용되고 있다. 이 종류의 모바일 전자기기는, 여러 가지 통신방식에 대응한 복수의 무선 통신 모듈을 사용 환경이나 목적, 상황 등에 따라서 적당히 선택하여 기기에 장착함으로써 구조적 부하가 저감되어 각종 통신 방식에의 대응이 가능하게 되고 있다.
모바일 전자기기에 사용되는 무선 통신 모듈로서, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 구성된 것이 사용되고 있다. 도 1 및 도 2에 도시하는 무선 통신 모듈(200)은, 한쪽의 표에 적당한 배선 패턴이 형성되고, 다른쪽의 면 그라운드(grand) 패턴(202)이 형성된 배선 기판(201)상에, RF 모듈(203), 신호 처리부를 구성하는 LSI(204), 플래시 메모리 소자(205), 발신기(206) 등이 실장되어 이루어진다. 무선 통신 모듈(200)에는, 배선 기판(201)의 다른 쪽 면측의 한쪽 끝에 기기와의 접속을 도모하기 위한 커넥터(207)가 실장된다. 무선 통신 모듈(200)은, 배선 기판(201)의 커넥터(207)와 대향하는 한쪽 면의 한쪽 끝측에 안테나부(208)가 패턴 형성되어 이루어진다.
무선 통신 모듈(200)은 커넥터(207)를 통해서 모바일 기기 등의 본체 기기에 대하여 착탈됨으로써, 본체 기기측으로부터 공급된 데이터 등을 플래시 메모리 소자(205)에 기억하거나 이 플래시 메모리 소자(205)에 기억된 데이터 등을 본체 기기로 전송한다. 무선 통신 모듈(200)은 본체 기기에 장착된 상태에 있어서, 안테나부(208)가 외부로 돌출되어 본체 기기가 무선 접속되는 호스트 장치나 무선 시스템 사이에 무선에 의한 신호의 수수가 가능해진다.
안테나부(208)는 배선 기판(201)의 주면(主面)상에 패턴 형성되지만, 무선 통신 모듈(200)의 소형화를 도모하기 위해서 비교적 간이한 구조의 내장 안테나로서 모노폴(monopole) 안테나에 의해 구성된다. 안테나부(208)에는, 예를 들면 도 1에 도시하는 바와 같은 소위 역F자형을 이루는 안테나가 사용된다. 역F자형 안테나는 배선 기판(201)의 한쪽 끝측에 폭 방향에 걸쳐 형성된 안테나 소자(209)와, 접지 패턴(210)과, 급전(給電) 패턴(211)으로 이루어진다. 접지 패턴(210)은 안테나 소자(209)의 한쪽 끝 부분에 직교하여 형성되고, 그라운드 패턴(202)과 단락되어 있다. 급전 패턴(211)은 접지 패턴(210)과 평행하게 안테나 소자(209)에 직교하여 형성되고, 예를 들면 RF 모듈(203)로부터 급전이 행하여진다. 역F자형 안테나는 주편파(主偏波)의 방향이 안테나 소자(209)와 직교하는 방향이 된다.
안테나부(208)는 상술한 바와 같이 배선 기판(201)상에 막대형의 안테나 소자(209)를 패턴 형성한 것뿐만 아니라, 도 3에 도시하는 바와 같이 평판형의 안테나 소자(215)를 사용하여도 된다. 안테나 소자(215)는 배선 기판(201)의 주면상에 패턴 형성될 뿐만 아니라, 도 3에 도시하는 바와 같이 배선 기판(201)의 주면으로부터 띄운 상태로 부착되도록 하여도 된다. 안테나 소자(215)는 한쪽 끝 부분에 그라운드 패턴(202)과 접속된 접지부(216)가 설치되는 것과 동시에, 급전점(217)이 설치되어 있다.
안테나부(208)는 도 4에 도시하는 바와 같이, 안테나 소자(218)의 한쪽 끝 부분에 급전부(219)를 직교하여 형성한 이른바 역L자형 안테나로 구성하여도 된다. 안테나부(208)는 그 밖의 모노폴형 안테나로서, 예를 들면 보우타이형 패턴 안테나나 마이크로 스트립형 패턴 안테나 등으로 구성되어도 된다.
무선 통신 모듈(200)은 상술한 안테나부(208)를 구비하는 것에 의해 소형화가 도모되지만, 본체 기기에 대한 장착 상태에 따라 안테나 특성이 크게 변화하는 경우가 있다. 무선 통신 모듈(200)은 각종 전자기기에 대하여 삽탈(揷脫)되어 사용되지만, 본체 기기측의 그라운드면의 크기 혹은 케이스의 재질이나 유전율 등에 의해서 안테나 소자주변의 전자계의 상태가 각각 변화한다. 그 때문에, 무선 통신 모듈(200)에서는 공진 주파수나 대역 혹은 감도 등의 안테나 특성이 크게 변화한다.
무선 통신 모듈(200)은 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 사용되어야 할 온갖 본체 기기의 특성에 따라서 소망의 주파수 대역에서 충분한 감도를 갖는 광대역 특성의 안테나 장치의 탑재가 필요하게 된다. 안테나 장치는 그 기본 특성이 부피에 의존하고 있어, 소형화를 유지하며 충분한 광대역 특성을 갖도록 구성하는 것은 극히 곤란하다. 따라서, 안테나 장치는 전파 특성이 양호한 무선 통신 모듈의 소형화를 도모하는 경우에 있어서 큰 지장이 되고 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로, 사용 조건에 좌우되지 않고 조정(調整)을 불필요로 하여 양호한 무선 통신의 광대역 특성을 실현하고, 더욱이 소형화를 달성할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 제안되는 본 발명에 관련되는 안테나 장치는, 안테나 소자에 급전점(給電点)과 접지점(接地点)이 각각 적어도 2개 이상 설치된 안테나부와, 각 급전점에 대응하여 각각 설치되어 각 급전점을 급전부에 대하여 접속 또는 개방하는 급전점 절환 스위치와, 각 접지점에 대응하여 각각 설치되어 각 접지점을 그라운드에 대하여 접속 또는 개방하는 접지점 스위치를 구비한다.
본 발명에 관련되는 안테나 장치는, 급전점 또는 접지점 중 어느 한쪽을 고정측으로 하는 동시에 다른쪽을 가동측으로 하여, 각 급전점 절환 스위치 또는 접지점 스위치의 절환 조작에 의해서 가동측이 된 급전점 또는 접지점이 절환되어 공진 주파수의 조정이 행하여진다.
본 발명에 관련되는 안테나 장치는 장착된 전자기기에서의 장착 조건이나 환경 조건 등이 변화한 경우에 있어서도, 급전점 또는 접지점을 절환하는 것에 의해 중심 공진 주파수를 변화시켜 그 최적화가 도모되고, 여러 가지 전자기기에 사용한 경우에 조정 조작을 불필요로 하여 양호한 조건을 기초로 데이터 등의 송수신을 행할 수 있다. 이 안테나 장치는 통신 주파수 대역을 달리한 여러 가지 통신방식에 대응 가능한 소위 멀티밴드 통신 기기에도 적용할 수 있고, 그 소형화와 비용 절감이 도모된다.
또한, 본 발명에 관련되는 안테나 장치는 안테나 소자에 급전점과 적어도 2개 이상의 접지점이 설치된 안테나부와, 각 접지점에 대응하여 각각 설치되어 각 접지점을 그라운드에 대하여 접속 또는 개방하는 접지점 스위치 수단과, 급전점에 대하여 설치되어 임피던스 정합을 행하는 임피던스 조정 수단을 구비하고 있다. 안테나 장치는 접지점 스위치 수단의 절환 조작에 의해서 접지점을 절환하여 공진 주파수의 조정이 행하여지고, 조정된 공진 주파수에 대응하여 임피던스 조정 수단에 의해 최적의 임피던스 정합이 행하여진다.
이 안테나 장치도, 장착된 전자기기에 대한 장착 조건이나 환경 조건 등이 변화한 경우에도, 급전점 또는 접지점을 절환함으로써 중심 공진 주파수를 변화시켜 그 최적화가 도모되고, 임피던스 조정 수단에 의해 최적의 임피던스 정합이 도모되며, 양호한 조건을 기초로 데이터 등의 송수신을 할 수 있다. 이 안테나 장치는 염가인 기판을 사용한 경우에 있어서도 소형화를 실현하여, 최적의 임피던스의 정합이 가능해지는 것으로, 통신 주파수 대역을 달리한 여러 가지 통신방식에 대응 가능한 소위 멀티밴드 통신 기기에 사용할 수 있고, 통신 기기 자체의 소형화를 도모할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 관련되는 안테나 장치는 각종 전자기기 등에 장착되어 저장 기능과 무선 통신 기능을 부가하는 소형이고 경량이며 또한 사용하기 편리한 양호한 통신 기능을 갖는 무선 통신 모듈을 구성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해서 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시예의 설명으로부터 한층 더 분명해질 것이다.
도 1은 종래의 안테나 장치를 구비한 무선 통신 모듈을 도시하는 평면도이며, 도 2는 그 측면도.
도 3은 평면 안테나를 구비한 무선 통신 모듈을 도시하는 사시도.
도 4는 역L형 안테나를 구비한 무선 통신 모듈을 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명에 관련되는 안테나 장치를 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명에 관련되는 안테나 장치에서, 접지점의 위치를 변화시켰을 때의 공진 주파수의 변화 상태를 도시하는 특성도.
도 7은 본 발명에 관련되는 안테나 장치를 구비하는 무선 통신 모듈을 도시하는 평면도.
도 8은 무선 통신 모듈의 안테나부를 도시하는 요부(要部) 사시도.
도 9는 본 발명에 관련되는 안테나 장치에서, 각 접지점 절환 스위치를 절환 조작하였을 때의 공진 주파수의 변화 상태를 도시하는 특성도.
도 10은 본 발명에 관련되는 안테나 장치를 구성하는 안테나부를 도시하는 평면도.
도 11은 본 발명에 관련되는 안테나 장치를 구비하는 무선 통신 모듈을 도시하는 종단면도.
도 12a 내지 도 12e는 무선 통신 모듈의 제조 행정을 도시하는 공정도.
도 13a는 접지점 절환 스위치부에 구비되는 MEMS 스위치를 도시하는 종단면도이며, 도 13b는 MEMS 스위치의 커버를 분리하여 나타내는 오프 상태를 도시하는 종단면도이고, 도 13c는 그 MEMS 스위치의 온 상태를 도시하는 종단면도.
도 14는 급전점과 접지점이 절환 가능하게 구성된 안테나 장치를 도시하는 회로도.
도 15는 배선 기판의 유전율을 변화시켰을 때의 공진 주파수의 변화 상태를 도시하는 특성도.
도 16은 급전점의 근방에 임피던스 정합부를 구성하는 단락핀을 형성한 안테나 장치를 도시하는 평면도.
도 17은 본 발명에 관련되는 안테나 장치에서, 급전점과 단락핀의 간격을 변화시켰을 때의 임피던스의 변화 상태를 도시하는 특성도.
도 18은 급전점의 근방에 단락핀을 형성한 본 발명에 관련되는 안테나 장치의 다른예를 도시하는 평면도.
도 19는 본 발명에 관련되는 안테나 장치에서, 안테나 소자와 단락핀의 간격을 변화시켰을 때의 임피던스의 변화 상태를 도시하는 특성도.
도 20은 본 발명에 관련되는 안테나 장치에서, 안테나 소자의 개방 끝과 단락핀의 간격을 변화시켰을 때의 공진 주파수의 변화 상태를 도시하는 특성도.
도 21은 공진 주파수 조정부와 임피던스 정합부를 구비한 안테나 장치를 도시하는 평면도.
도 22는 공진 주파수 조정부와 임피던스 정합부를 구비한 본 발명에 관련되는 안테나 장치의 다른 예를 도시하는 평면도.
이하, 본 발명에 관련되는 안테나 장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 관련되는 안테나 장치는 예를 들면 퍼스널 컴퓨터 등의 전자기기(이하, 본체 기기라고 한다.)에 장착되고, 이 본체 기기에 저장 기능과 무선 통신 기능을 부가하는 카드형의 무선 통신 모듈에 사용된다. 이 안테나 장치(1)는 도 5에 도시하는 바와 같이 구성된 배선 기판(2)을 구비한다. 배선 기판(2)은 내부에 고 주파 회로부나 전원 회로부 등이 형성되고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 한쪽 면의 전체면(全面)에 걸쳐 도 5에 도시하는 바와 같이 그라운드 패턴(3)이 형성되고, 다른쪽 면인 이면측에는 도시는 하지 않지만, RF 모듈이나 신호 처리부를 구성하는 LSI, 또는 플래시 메모리 소자나 발신기 등이 실장되어 있다. 배선 기판(2)상에는 평면 안테나 소자(5)가 급전핀(6)이나 복수의 지점핀(7)에 의해서 지지되어 장치되어 있다. 이 때, 평면 안테나 소자(5)는 급전핀(6)이나 복수의 지점핀(7)에 의해 지지됨으로써, 배선 기판(2)에 대하여 소정의 높이(H)만큼 이간(離間)한 위치에 지지되어 있다. 안테나 소자(5)에는 배선 기판(2)의 이면측에 배치한 도시하지 않은 RF 모듈 등을 급전원(8)으로 하여, 급전핀(6)을 통해서 급전이 행하여진다. 평면 안테나 소자(5)는 급전핀(6)에 대하여 소정의 간격(T)만큼 이간한 위치에 설치된 접지핀(9)을 통해서 그라운드 패턴(3)에 접지되어 있다. 접지핀(9)은 급전핀(6)에 대한 간격(T)을 가변 가능하게 하여 평면 안테나 소자(5)에 장치되어 있다. 평면 안테나 소자(5)는 급전핀(6)으로부터 공급된 통신 전력을 배선 기판(2)의 그라운드 패턴(3)과의 사이에서 다이폴(dipole)을 형성하고 그 주면에서 소정의 공진 주파수로 방사한다.
본 발명에 관련되는 안테나 장치(1)는 급전핀(6)에 대한 접지핀(9)의 간격(T)을 변화시키는 것에 의해, 공진 주파수가 변화한다. 즉, 본 발명에 관련되는 안테나 장치(1)는 평면 안테나 소자(5)의 X축 방향의 1변의 길이를 30㎜, Y축 방향의 1변의 길이를 20㎜, 평면 안테나 소자(5)와 배선 기판(2)의 그라운드 패턴(3)의 대향 간격(H)을 4㎜로 하고, 접지핀(9)의 위치를 도 5 중 점선(9a, 9b)으로 도시하는 범위로 변화시키고, 급전핀(6)과 접지핀(9)의 간격(T)을 4㎜ 내지 30㎜의 범위로 변화시켰을 때, 평면 안테나 소자(5)에 대한 리턴 로스(return loss)의 최소 중심 공진 주파수(f0)가 도 6에 도시하는 바와 같이 변화한다. 여기서, 리턴 로스는 급전핀(6)을 통해서 평면 안테나 소자(5)에 인가된 송신 파워가 돌아온 비율이다.
본 발명에 관련되는 안테나 장치(1)는 리턴 로스가 마이너스측으로 큰 주파수가 됨에 따라, 평면 안테나 소자(5)에 공진이 생겨 전파가 효율 좋게 방출된다. 안테나 장치(1)는 최소 중심 공진 주파수(f0)가 리턴 로스 값 -10㏈ 이하에서 안테나로서의 특성이 양호한 상태가 된다. 따라서, 본 발명에 관련되는 안테나 장치(1)는 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 급전핀(6)에 대하여 접지핀(9)의 위치를 이동시킴으로써, 최소 중심 공진 주파수(f0)를 1.55㎓에서 2.2㎓까지의 약 650㎒ 정도 변화시키는 것이 가능해진다.
다음으로, 상술한 안테나 장치(1)의 기본적인 구성을 실현한 안테나부(11)의 무선 모듈(10)을 설명한다. 이 무선 모듈(10)은 도 7에 도시하는 바와 같이, 직사각형으로 형성되고, 한쪽 주면(12a)상에, 도시는 생략하지만, 배선 패턴이 형성된 다층 배선 기판(12)을 구비한다. 다층 배선 기판(12)은 주면(12a)의 한쪽 끝측을 안테나부(11)가 구성된 안테나 형성 영역(12b)으로 하여, 내부에 안테나 형성 영역(12b)에 대응한 영역을 제외하고 도 7 중 점선으로 도시하는 그라운드 패턴(13)이 형성되어 있다. 다층 배선 기판(12)에는, 상세한 설명은 생략하지만, 내부에 고주파 회로부가 형성되는 동시에 다른쪽의 주면에 전원 패턴부가 형성되어 있다. 다층 배선 기판(12)에는 다른쪽의 주면의 한쪽 끝 부분에 도시하지 않지만 커넥터가 설치되고, 이 커넥터를 통해서 모바일 기기 등의 본체 기기로의 접속이 도모된다. 다층 배선 기판(12)의 배선 패턴부상에는 RF 모듈(14)이나 신호 처리부를 구성하는 LSI(15) 혹은 플래시 메모리 소자(16)나 발신기(17)가 실장되어 있다. 다층 배선 기판(12)의 안테나 형성 영역(12b)에는 역L형 패턴을 기본 형상으로 하는 안테나부(11)가 패턴 형성되어 있다.
무선 통신 모듈(10)은 본체 기기에 장착함으로써, 각종 본체 기기에 대하여 저장 기능과 함께 무선 통신 기능을 부가하여 무선 네트워크 시스템을 통해서 구성 기기 사이에서의 무선에 의한 데이터 신호 등의 송수신을 가능하게 한다. 무선 통신 모듈(10)은 불필요한 경우에는 본체 기기로부터 분리된다. 무선 통신 모듈(10)은 예를 들면 인터넷망과의 접속을 행하여 데이터 신호 등의 송수신을 하고, 받아들인 데이터 신호나 음악정보를 본체 기기나 무선 네트워크 구성 기기에 대해 공급하는 기능을 갖는다. 무선 통신 모듈(10)은 고성능의 안테나부(11)를 탑재함으로써, 상술한 무선정보의 송수신을 고정밀도로 행하는 것이 가능하다.
안테나부(11)는 도 8에 도시하는 바와 같이, 다층 배선 기판(12)의 한쪽측 가장자리에 따른 막대형의 안테나 소자 패턴(18)과, 이 안테나 소자 패턴(18)의 한쪽 끝 부분에, 안테나 소자 패턴(18)에 직교하도록 형성된 급전 패턴(19)과, 안테나 소자 패턴(18)의 개방 끝측에서 급전 패턴(19)과 평행해지도록 안테나 소자 패턴(18)에 대하여 직교하도록 형성된 4개의 접지 패턴(20)과, 4개의 접지 절환 스위치(21)로 구성된다. 안테나부(11)는 급전 패턴(19)이 RF 모듈(14)과 패턴 접속됨으로써, 안테나 소자 패턴(18)에 대하여 급전을 한다.
안테나부(11)는 도 8에 도시하는 바와 같이, 접지 패턴(20)이, 서로 평행한 제 1 접지 패턴(20a) 내지 제 4 접지 패턴(20d)에 의해 구성된다. 안테나부(11)에는 제 1 접지 패턴(20a) 내지 제 4 접지 패턴(20d)에, 그라운드 패턴(13)과의 사이에 개재하여 각각 제 1 접지 절환 스위치(21a) 내지 제 4 접지 절환 스위치(21d)가 설치되어 있다. 안테나부(11)는 제 1 접지 절환 스위치(21a) 내지 제 4 접지 절환 스위치(21d)가 각각 선택하여 개폐 조작됨에 따라, 제 1 접지 패턴(20a) 내지 제 4 접지 패턴(20d)이 그라운드 패턴(13)에 대하여 단락 또는 개방된다. 이 안테나부(11)는 제 1 접지 패턴(20a) 내지 제 4 접지 패턴(20d)을 제 1 접지 절환 스위치(21a) 내지 제 4 접지 절환 스위치(21d)를 통해 선택하여 그라운드 패턴(13)으로 단락하는 것에 의해, 상술한 안테나 장치(1)에서 설명한 바와 같이 급전 패턴(19)과 접지 패턴(20)의 간격(T)이 변화된다. 안테나부(11)는 도 8에 도시하는 바와 같이, 급전 패턴(19)과 제 1 접지 패턴(20a)의 간격(x1)을 8㎜, 제 2 접지 패턴(20b)의 간격(x2)을 12㎜, 제 3 접지 패턴(20c)과의 간격(x3)을 16㎜, 제 4 접지 패턴(20d)과의 간격(x4)을 20㎜로 설정한다.
이상과 같이 구성된 안테나부(11)는, 제 1 접지 절환 스위치(21a) 내지 제 4 접지 절환 스위치(21d)를 각각 단독으로 온 상태로 함으로써 제 1 접지 패턴(20a) 내지 제 4 접지 패턴(20d)을 각각 단독으로 그라운드 패턴(13)에 대하여 단락한 경우에, 리턴 로스는 도 9에 도시하는 바와 같이 된다. 안테나부(11)는 제 1 접지 절환 스위치(21a) 내지 제 4 접지 절환 스위치(21d)의 절환 조작에 의해서, 급전 패턴(19)에 대한 접지 패턴(20)의 간격(T)이 조정된다. 안테나부(11)는 도 9에 도시하는 바와 같이, 공진 주파수 대역이 1.75㎓에서 2.12㎓의 범위로 조정된다.
무선 통신 모듈(10)은 상술한 바와 같이 각종 전자기기 등에 장착되어, 이 전자기기를 적합한 네트워크 시스템에 접속한다. 무선 통신 모듈(10)은 상술한 안테나부(11)에 의해서, 본체 기기의 케이스의 재질, 기판의 크기 혹은 그라운드의 구성 등에 의해서 공진 주파수가 변화한 경우 혹은 다른 무선 통신방식에 사용되는 경우에 있어서도 그 조정이 행하여진다. 무선 통신 모듈(10)은 예를 들면 소프트웨어 처리에 의해서 수신 시스템으로부터 공급되는 제어 신호에 의해서 제 1 접지 절환 스위치(21a) 내지 제 4 접지 절환 스위치(21d)의 동작 제어가 행하여지고, 공진 주파수의 조정이 자동적으로 행하여진다.
다음에, 본 발명에 관련되는 안테나 장치의 다른 예를 설명한다. 이 안테나 장치(30)는 도 10에 도시하는 바와 같이, 그라운드 패턴(32)이 형성된 배선 기판(31)상에 안테나부(33)가 패턴 형성되어 있다. 안테나 장치(30)는 안테나 소자 패턴(34)에 대하여 급전 패턴(35)이 직교하여 패턴 형성되는 동시에, 이 급전 패턴(35)을 사이에 두고 각각 그라운드 패턴(32)과 단락되는 고정 접지 패턴(36)과 3개의 절환 접지 패턴(37a 내지 37c)이 패턴 형성되어 이루어진다. 안테나 장치(30)는 각 절환 접지 패턴(37)이 접지 절환 스위치(38a 내지 38c)를 통해서 그라운드 패턴(32)으로 단락된다.
안테나 장치(30)는 상술한 바와 같이 접지 절환 스위치(38)를 선택하여 3개의 절환 접지 패턴(37) 중 어느 것을 그라운드 패턴(32)으로 단락함으로써 급전 패턴(35)과의 간격을 변화시켜 공진 주파수의 조정이 행하여진다. 안테나 장치(30)에는 각 접지 절환 스위치(38)에, 예를 들어 상세한 설명을 후술하는 MEMS 스위치(38a; Micro-Electro-Mecanical-System 스위치: 미소 전기 기계 시스템 스위치)가 사용된다. 안테나 장치(30)에는 각 접지 절환 스위치(38)에, 예를 들어 다이오드를 갖는 반도체 스위치(38b)가 사용된다. 안테나 장치(30)에는 각 접지 절환 스위치(38)에, 그 밖의 능동 소자로서 트랜지스터 등을 갖는 반도체 스위치(38c)가 사용된다.
도 10에 도시하는 안테나 장치(30)는, 3개의 절환 접지 패턴(37)과 3개의 접지 절환 스위치(38)를 설치하고 있지만, 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라, 공진 주파수의 조정 범위나 조정 단계, 혹은 조정의 효과, 코스트나 스페이스 등의 수단에 기초하여 적당한 수의 절환 접지 패턴(37)과 접지 절환 스위치(38)가 설치되어 있다.
다음으로, 무선 통신 모듈(40)의 다른 예를 도 11에 도시한다. 이 무선 통신 모듈(40)은 도 11에 도시하는 바와 같이, 다층 배선 기판(41)에 상술한 안테나부(11)가 형성되어 있다. 무선 통신 모듈(40)은 프리프레그(44; pre-preg)를 통해서 접합된 제 1 양면 기판(42)과 제 2 양면 기판(43)으로 이루어지는 다층 배선 기판(41)의 한쪽 주면에 소정의 배선 패턴(46)이 형성되고, 이 주면상에 RF 모듈(14)이나 신호 처리부를 구성하는 LSI(15) 혹은 플래시 메모리 소자(16) 등이 실장되어 있다. 무선 통신 모듈(40)은 다층 배선 기판(41)의 한쪽 끝측 영역에, 상세한 설명은 생략하지만, 상술한 각 안테나 패턴(47)을 패턴 형성하여 안테나부(11)가 설치되어 이루어진다. 이 무선 통신 모듈(40)은 다층 배선 기판(41)의 다른쪽의 주면에 전원 패턴(48)이 형성되는 동시에, 내부에 그라운드 패턴(49)이 형성되어 있다. 무선 통신 모듈(40)은, 다층 배선 기판(41)을 관통하여 형성한 다수개의 스루 홀(50; through hole)의 스루 홀 도금층(51)을 통해서 상술한 각 실장 부품 등에 대하여 전원의 공급이 행해짐과 동시에, 그라운드 도통이 도모되고 있다.
상술한 무선 통신 모듈(40)의 제조공정에 대해서, 도 12a 내지 도 12e를 참조하여 설명한다.
이 무선 통신 모듈(40)을 제조하기 위해서는, 도 12a에 도시하는 바와 같이, 제 1 양면 기판(42)과 제 2 양면 기판(43)을 준비한다. 제 1 양면 기판(42)에는 기판(42a)의 한쪽 주면상에 동박(42b)이 접합되고, 제 2 양면 기판(43)과의 접합면이 되는 기판(42a)의 다른쪽의 주면에 내부 회로 패턴(42c)이 형성되어 있다. 제 1 양 면 기판(42)은 기판(42a)에 형성된 다수개의 스루 홀을 통해서 내부 회로 패턴(42c)과 동박(42b)이 도통되어 있다.
제 2 양면 기판(43)에도 기판(43a)의 한쪽 주면상에 동박(43b)이 접합되고, 제 1 양면 기판(42)과의 접합면이 되는 기판(43a)의 다른쪽의 주면에 내부 회로 패턴(43c)이 형성되어 있다. 내부 회로 패턴(43c)은 제 2 양면 기판(43)이 제 1 양면 기판(42)과 접합된 상태에서, 안테나부(11)에 대응한 영역을 제외한 전영역에 형성된 그라운드 패턴(49)으로 이루어진다.
다음으로, 제 1 양면 기판(42)과 제 2 양면 기판(43)은 도 12b에 도시하는 바와 같이, 서로 대향하는 접합면간에 프리프레그(44)가 개재되어 겹쳐진 상태로 가열 프레스(press) 처리가 실시되어 일체화되어 다층 배선 기판(41)의 중간체를 형성한다. 다층 배선 기판(41)의 중간체에는, 드릴 가공이나 레이저 가공 등이 실시됨으로써, 도 12c에 도시하는 바와 같이, 제 1 양면 기판(42)과 제 2 양면 기판(43)을 관통하는 다수개의 스루 홀(50)이 형성된다. 다층 배선 기판(41)의 중간체에는 도 12d에 도시하는 바와 같이, 각 스루 홀(50)의 내벽에 스루 홀 도금 처리가 실시됨으로써 스루 홀 도금층(51)이 형성되고, 제 1 양면 기판(42)의 동박(42b)과 제 2 양면 기판(43)의 동박(43b)의 도통이 도모된다.
다층 배선 기판(41)의 중간체에는, 제 1 양면 기판(42)의 동박(42b)과 제 2 양면 기판(43)의 동박(43b)에 각각 소정의 패터닝 처리가 실시됨으로써, 도 12e에 도시하는 바와 같이, 제 1 양면 기판(42)측에 소정의 배선 패턴(46)이나 안테나 패턴이 형성되는 동시에 제 2 양면 기판(43)측에 전원 패턴(48)이 형성된다. 다층 배 선 기판(41)의 중간체에는 제 1 양면 기판(42)의 배선 패턴(46)상에, 상술한 실장부품이 실장됨으로써 무선 통신 모듈(40)이 구성된다.
또, 무선 통신 모듈(40)의 제조 방법은 상술한 제조공정에 한정되는 것이 아니라, 종래 행해지고 있는 여러 가지 다층 배선 기판의 제조 프로세스를 사용할 수 있다. 다층 배선 기판(41)에는 필요에 따라서 더욱 다수 장의 양면 기판을 사용할 수 있다. 다층 배선 기판(41)은 비유전율이 큰 재질의 기판을 사용함으로써 등가적 파장이 짧아져 무선 통신 모듈(40)의 소형화에 유효하지만, 후술하는 임피던스 정합을 도모함으로써 유전율이 작은 재질의 기판도 사용할 수 있다.
무선 통신 모듈(40)에는 상술한 바와 같이 각 절환 접지 패턴(37)을 선택하여 그라운드 패턴(49)으로 단락하기 위해서, MEMS 스위치(45)가 사용된다. MEMS 스위치(45)는 도 13a에 도시하는 바와 같이, 전체가 절연 커버(54)로 덮여 있다. MEMS 스위치(45)는 실리콘 기판(55)상에 고정 접점(56)을 구성하는 제 1 접점(56a) 내지 제 3 접점(56c)이 형성되고, 제 1 접점(56a)에 얇은 판자형으로 가요성(可攪性)을 갖는 가동 접점편(片)(57)이 회동자재(回動自在)로 캔틸레버(cantilever) 상태로 지지되어 이루어진다. MEMS 스위치(45)는 제 1 접점(56a)과 제 3 접점(56c)이 출력 접점이 되고, 리드(58a, 58b)를 통해서 절연 커버(54)에 설치한 출력단자(59)와 각각 접속되어 있다.
MEMS 스위치(45)는 가동 접점편(57)의 한쪽 끝 부분이 회동 지지부와 함께 실리콘 기판(55)측의 제 1 접점(56a)과의 상폐(常閉) 접점(57a)을 구성함과 동시에, 자유 단측이 제 3 접점(56c)과 대향하는 상개(常開) 접점(57b)으로서 구성된 다. 가동 접점편(57)은 중앙부의 제 2 접점(56b)에 대응하여, 내부에 전극(57c)이 설치되어 있다. MEMS 스위치(45)는 도 13b에 도시하는 바와 같이, 통상 상태에 있어서 가동 접점편(57)이 상폐 접점(57a)을 제 1 접점(56a)과 접촉시킴과 동시에, 상개 접점(57b) 측에서 제 3 접점(56c)과의 접촉이 끊어진 상태로 유지되어 이루어진다.
MEMS 스위치(45)에는 상술한 바와 같이 소정의 절환 접지 패턴(37)이 선택됨으로써, 제 2 접점(56b)과 가동 접점편(57)의 내부 전극(57c)에 구동 전압이 인가된다. MEMS 스위치(45)는 구동 전압이 인가됨에 따라 제 2 접점(56b)과 가동 접점편(57)의 내부 전극(57c) 사이에 흡인력이 생성되고, 가동 접점편(57)이 도 13c에 도시하는 바와 같이, 제 1 접점(56a)을 지점으로 하여 실리콘 기판(55)측으로 변위 동작한다. MEMS 스위치(45)는 변위 동작한 가동 접점편(57)의 상개 접점(57b)이 제 3 접점(56c)과 접촉함으로써, 절환 접지 패턴(37)과 그라운드 패턴(49)을 단락시킨다.
MEMS 스위치(45)는 상술한 고정 접점(56)과 가동 접점편(57)의 접촉 상태가 유지되는 것으로, 절환 접지 패턴(37)과 그라운드 패턴(49)의 단락 상태를 유지한다. MEMS 스위치(45)는 이외의 절환 접지 패턴(37)이 선택되면, 역바이어스 전압이 인가되는 것으로 가동 접점편(57)이 초기 상태로 복귀하여 개방된다. MEMS 스위치(45)는 이것에 의해서 절환 접지 패턴(37)과 그라운드 패턴(49) 사이를 개방한다. MEMS 스위치(45)는 지극히 미소하고 동작 상태를 유지하기 위한 유지 전류를 불필요로 하는 스위치이기 때문에, 무선 통신 모듈(40)에 탑재하여도 대형화하지 않고 또한 저비용 전력화를 도모하는 것을 가능하게 한다.
상술한 각 안테나 장치는 안테나 소자에 대하여 급전점을 고정하고, 접지점측을 가변으로 하여 구성하였지만, 도 14에 도시하는 안테나 장치(60)와 같이 급전점과 접지점을 스위치 수단의 절환 조작에 의해서 절환하도록 구성하여도 된다. 안테나 장치(60)는 안테나 소자(61)와, 이 안테나 소자(61)의 한쪽 끝 부분에 직교하여 형성된 고정 접지편(62)과, 안테나 소자(61)에 직교하여 형성된 제 1 단락핀(63) 내지 제 3 단락핀(65)과, 이들 각 단락핀에 각각 접속된 제 1 절환 스위치(66) 내지 제 3 절환 스위치(68)를 구비하고 있다.
안테나 장치(60)는 제 1 단락핀(63)에 접속된 제 1 절환 스위치(66)에 대하여, 제 2 단락핀(64)에 접속된 제 2 절환 스위치(67) 또는 제 3 단락핀(65)에 접속된 제 3 절환 스위치(68)가 연동하여 절환 동작하는 소위 단극 이중 스로우 접점 스위치(SPDT:Single-pole double-throw switch)를 구성한다. 안테나 장치(60)에서는, 제 1 절환 스위치(66)의 상폐 접점(66b)과 제 2 절환 스위치(67)의 상개 접점(67b) 및 제 3 절환 스위치(68)의 접점(68b)이 급전원(69)과 접속된다. 안테나 장치(60)에서는, 제 1 절환 스위치(66)의 상폐 접점(66c)과 제 2 절환 스위치(67)의 상폐 접점(67c) 및 제 3 절환 스위치(68)의 접점(68c)이 어스(earth) 접속되어 있다.
안테나 장치(60)는 도 14에 도시하는 바와 같이, 제 1 절환 스위치(66)의 가동 접점편(66a)이 상폐 접점(66b)과 접속되어 있는 상태로, 제 2 절환 스위치(67)의 가동 접점편(67a)이 상폐 접점(67c)과 접속되는 동시에, 제 3 절환 스위치(68)의 가동 접점편(68a)이 중립 상태로 유지된다. 따라서, 안테나 장치(60)에서는, 제 1 단락핀(63)이 제 1 절환 스위치(66)를 통해서 급전원(69)과 접속됨으로써 급전핀을 구성한다. 안테나 장치(60)에서는, 제 2 단락핀(64)이 제 2 절환 스위치(67)를 통해서 어스 접속됨에 따라 접지핀을 구성한다. 안테나 장치(60)에서는 이 상태로 제 2 절환 스위치(67)와 제 3 절환 스위치(68)가 선택 조작됨에 따라 상술한 바와 같이 공진 주파수의 조정이 행하여진다.
안테나 장치(60)는 상술한 상태로부터 제 1 절환 스위치(66)의 가동 접점편(66a)이 상폐 접점(66b)으로부터 상개 접점(66c) 측으로 절환 조작됨으로써, 이 제 1 절환 스위치(66)와 연동하여 제 2 절환 스위치(67)의 가동 접점편(67a)이 상개 접점(67c)으로부터 상개 접점(67b)측으로 절환 동작한다. 안테나 장치(60)는 제 1 단락핀(63)이 제 1 절환 스위치(66)를 통해서 어스 접속되어 접지핀으로서 작용함과 동시에, 제 2 단락핀(64)이 제 2 절환 스위치(67)를 통해서 급전원(69)과 접속되어 급전핀으로서 작용한다.
또, 도 14에 도시하는 안테나 장치(60)는 각 절환 스위치를 구성하는 단극 이중 스로우 접점 스위치가 기계적으로 동작하는 것으로서 설명하였지만, 프로그램 제어되어 전자적으로 절환 동작하도록 하여도 된다. 안테나 장치(60)는 단락핀과 절환 스위치가 3세트에 한정되지 않고 복수 세트를 구비하도록 하여도 된다. 안테나 장치(60)는 절환 스위치의 조작에 의해서 급전점과 접지점의 절환을 행하지만, 어느쪽의 경우에도 1개의 단락핀이 고정핀으로서 급전원(69) 혹은 그라운드 접속되고, 나머지 단락핀이 접속 회로의 절환과 그라운드 혹은 급전원(69)의 접리(接籬)를 선택되도록 하여 공진 주파수의 조정이 행하여진다.
그런데, 상술한 각 안테나 장치에서는 여러 가지 재질의 배선 기판이 사용된다. 배선 기판에는 일반적으로 기재(基材)로서, FR4 등급(내열성 등급: flame retardant grade)의 내열성 유리 기자재 에폭시 수지 동장(銅張) 적층 기판이 사용되고, 인쇄법이나 에칭법 등에 의해서 소정의 회로 패턴이나 안테나 패턴이 형성된다. 배선 기판에는 상술한 비유전율이 약 4의 FR4 동장 적층 기판 외에, 예를 들면 폴리테트라 플루오르 에틸렌(상품명 테프론(Teflon))-세라믹 복합 기판이나 세라믹 기판 등도 사용된다. 안테나 장치는 배선 기판에 고비유전율 기자재를 사용함으로써, 등가적 파장을 짧게 하여 공진 주파수를 내리는 것으로, 소형화가 도모된다. 안테나 장치에는 상당히 높은 고주파수 대역, 예를 들면 10㎓ 이상의 주파수 대역에 있어서, 비유전율, 저유전 정접 특성의 테프론(상품명) 기판이 사용된다.
상술한 무선 통신 모듈(10)에 있어서, 재질을 달리한 배선 기판(12), 다시 말하면 유전율(ε)을 달리한 배선 기판(12)을 사용한 경우의 리턴 로스의 변화를 도 15에 도시한다. 안테나 장치는 도 15에 도시하는 바와 같이, 유전율(ε)이 커짐에 따라서 리턴 로스의 변화율이 작아져 임피던스 정합의 어긋남이 생기게 된다. 안테나 장치에서는, 도 1에서 설명한 평면 안테나(5)와 같이 배선 기판(12)의 주면으로부터 크게 띄운 구조나, 유전율(ε)이 작은 재질의 배선 기판(12)을 사용하는 것으로서 그 대응도 도모할 수 있지만, 무선 통신 모듈(10)의 소형화를 도모하는 것이 곤란하게 된다.
다음으로, 임피던스 정합의 어긋남을 조정하도록 한 무선 통신 모듈(70)을 도 16에 도시한다. 이 무선 통신 모듈(70)은 급전핀(75)과 접지핀(76) 사이에 위치하여 안테나 소자(74)에 임피던스 정합용의 조정핀(77)을 형성하고 있다. 무선 통신 모듈(70)은 배선 기판(71)의 한쪽 끝측에 안테나부(72)가 패턴 형성되는 동시에, 이면에 그라운드 패턴(73)이 형성되어 있다. 안테나부(72)는 역F자형 안테나를 기본형으로 하여, 배선 기판(71)의 한쪽측 가장자리를 따라 형성된 막대형의 안테나 소자(74)와, 이 안테나 소자(74)로부터 안테나 소자(74)에 대해 직교하도록 패턴 형성되는 동시에 급전원(78)에 접속된 급전핀(75)과, 안테나 소자(74)의 한쪽 개방 끝에서 직교하여 패턴 형성되는 동시에 그라운드 패턴(73)으로 단락된 접지핀(76)과, 급전핀(75)과 접지핀(76) 사이에서 안테나 소자(74)로부터 직교하여 패턴 형성된 단락핀(77)으로 구성되어 있다. 또, 무선 통신 모듈(70)에는, 도시하지 않지만 안테나 소자(74)에 상술한 공진 주파수를 조정하는 복수의 절환 접지핀과 접지 절환 스위치가 설치된다.
무선 통신 모듈(70)은 그라운드 패턴(73)과 안테나 소자(74)와의 간격(a)을 5㎜, 배선 기판(7)이 기자재 유전율(ε)을 6, 두께 1㎜로 하고, 안테나 소자(74)의 폭을 1㎜로 하고, 급전핀(75), 접지핀(76) 및 단락핀(77)의 폭을 각각 0.25㎜로 하고, 급전핀(75)과 단락핀(77)의 간격(s)을 7.0㎜로 고정하고 접지핀(76)과 단락핀(77)의 간격(t)을 파라미터로 하였을 때의 임피던스의 변화가 도 17에 도시된다. 무선 통신 모듈(70)은 도 17에 도시하는 바와 같이, 안테나 임피던스 50Ω에 정합시키기 위해서는 접지핀(76)과 단락핀(77)의 간격(t)이 6.5㎜가 가장 양호하다.
안테나 장치는 도 18에 도시하는 무선 통신 모듈(80)과 같이, 급전핀(85)의 도중에서 단락핀(87)을 분기 형성하는 것에 따라서도 안테나 임피던스의 정합을 도모하는 것이 가능하다. 무선 통신 모듈(80)은 배선 기판(81)의 한쪽 끝측에 안테나부(82)가 패턴 형성되는 동시에, 이면에 그라운드 패턴(83)이 형성되어 이루어진다. 안테나부(82)는 역F자형 안테나를 기본형으로 하여, 배선 기판(81)의 한쪽 측 가장자리를 따라 형성된 막대형의 안테나 소자(84)와, 이 안테나 소자(84)로부터 직교하여 패턴 형성되는 동시에 급전원(88)에 접속된 급전핀(85)과, 안테나 소자(84)의 한쪽 개방 끝에서 직교하여 패턴 형성되는 동시에 그라운드 패턴(83)으로 단락된 접지핀(86)이 패턴 형성되어 이루어진다.
무선 통신 모듈(80)에는 급전핀(85)의 도중에서 접지핀(86)측에 안테나 소자(84)와 평행 상태로 마주보고 또한 도중에 그라운드 패턴(83)측을 향하여 직각으로 굴곡된 단락핀(87)이 패턴 형성되어 있다. 단락핀(87)은 안테나 소자(84)와 평행한 기단부(87a)가 이 안테나 소자(84)와 대향 간격(u)을 사용해서 형성되고 있다. 무선 통신 모듈(80)은 각부를 상술한 무선 통신 모듈(70)과 동일한 방법으로 하는 동시에, 접지핀(86)과 단락핀(87)의 대향 간격(t)을 6.5㎜로 설정한다. 무선 통신 모듈(80)에서는, 안테나 소자(84)와 단락핀(87의 기단부(87a)의 대향 간격(u)을 파라미터로 하였을 때의 임피던스의 변화가 도 19에 도시된다. 무선 통신 모듈(80)은 도 19에 도시하는 바와 같이, 안테나 임피던스 50Ω로 정합시키기 위해서는 안테나 소자(84)와 단락핀(87)의 기단부(87a)의 대향 간격(u)이 0.85㎜에서 가장 양호하다.
상술한 무선 통신 모듈(80)에서, 안테나 소자(84)와 단락핀(87)의 기단부(87a)의 대향 간격(u)을 0.85㎜로 설정하고, 접지핀(86)과 단락핀(87)의 간격(t)을 파라미터로 하였을 때의 안테나 공진 주파수의 변화가 도 20에 도시된다. 무선 통신 모듈(80)은 도 20에 도시하는 바와 같이, 안테나 공진 주파수가 약 2.95㎓에서 2.98㎓까지의 사이, 약 30㎒의 범위로 임피던스 정합이 양호한 상태로 변화한다.
상술한 안테나 공진 주파수의 조정 기능과 임피던스 정합 기능을 구비한 무선 통신 모듈(90)의 다른 예를 도 21에 도시한다. 이 무선 통신 모듈(90)은 임피던스의 정합을 도모하면서 안테나 공진 주파수의 최적 조정이 행하여진다. 무선 통신 모듈(90)은 배선 기판(91)의 한쪽 끝측에 안테나부(92)가 패턴 형성되는 동시에, 이면에 그라운드 패턴(93)이 형성되어 이루어진다. 안테나부(92)는 역F자형 안테나를 기본형으로 하여, 배선 기판(91)의 한쪽측 가장자리를 따라 형성된 막대형의 안테나 소자(94)와, 이 안테나 소자(94)로부터 직교하여 패턴 형성되는 동시에 급전원(97)에 접속된 급전핀(95)과, 안테나 소자(94)의 한편 개방 끝에서 직교하여 패턴 형성되는 동시에 그라운드 패턴(93)으로 단락된 접지핀(96)이 패턴 형성되어 이루어진다.
무선 통신 모듈(90)에는 급전핀(95)의 도중에서 각각 접지핀(96)측에 안테나 소자(84)와 평행 상태로 마주보고 또한 도중에 그라운드 패턴(93)측을 향해서 직각으로 굴곡된 제 1 내지 제 3 임피던스 정합용 단락핀(98a 내지 98c)이 패턴 형성되어 있다. 각 임피던스 정합용 단락핀(98a 내지 98c)에는 각각 제 1 내지 제 3 임피 던스 정합용 스위치(99a 내지 99c)가 접속되어 있다. 각 임피던스 정합용 단락핀(98a 내지 98c)은 이들 임피던스 정합용 스위치(99a 내지 99c)의 온오프 조작에 의해서 그라운드 패턴(93)에 대하여 선택적으로 단락된다.
제 1 내지 제 3 임피던스 정합용 스위치(99a 내지 99c)에는 상술한 MEMS 스위치를 사용할 수 있다. 각 임피던스 정합용 스위치(99a 내지 99c)에는 다이오드나 트랜지스터 등의 능동 소자로 이루어지는 스위치나 그 밖의 기계(mechanical) 스위치 등을 사용하여도 된다.
본 발명이 적용된 무선 통신 모듈(90)은 상술한 바와 같이 각 임피던스 정합용 스위치(99a 내지 99c)가 선택적으로 온 조작됨으로써, 임피던스 정합용 단락핀(98a 내지 98c)을 선택하여 그라운드 패턴(93)으로 단락한다. 따라서, 무선 통신 모듈(90)은 선택된 임피던스 정합용 단락핀(98a 내지 98c)에 의해서, 안테나 소자(94) 및 접지핀(96)의 간격 조정이 도모되어 상술한 가장 양호한 임피던스 정합이 행하여진다.
본 발명이 적용된 무선 통신 모듈(90)에는 안테나 소자(94)의 개방 끝측에 있어서 각각 급전핀(95)과 평행하도록 직교하여 형성된 제 1 내지 제 3 공진 주파수 조정 단락핀(100a 내지 100c)이 패턴 형성되어 있다. 각 공진 주파수 조정 단락핀(100a 내지 100c)에는, 각각 제 1 내지 제 3 접지 절환 스위치(101a 내지 101c)가 접속되어 있다. 각 공진 주파수 조정 단락핀(100a 내지 100c)은 이들 접지 절환 스위치(101a 내지 1O1c)의 온오프 조작에 의해서 그라운드 패턴(93)에 대하여 선택적으로 단락된다. 또, 접지 절환 스위치(101a 내지 101c)에도 임피던스 정합용 스위치(99a 내지 99c)와 같은 스위치가 사용되고 있다.
본 발명이 적용된 무선 통신 모듈(90)은 상술한 바와 같이 각 접지 절환 스위치(101a 내지 101c)가 선택적으로 온 조작됨으로써, 공진 주파수 조정 단락핀(100a 내지 100c)을 선택하여 그라운드 패턴(93)으로 단락한다. 따라서, 무선 통신 모듈(90)에서, 선택된 공진 주파수 조정 단락핀(100a 내지 100c)에 의해서, 급전핀(95)과 접지핀(96)의 간격 조정이 도모되어 상술한 공진 주파수의 조정이 행하여진다. 이 무선 통신 모듈(90)에 있어서, 상술한 임피던스 정합용 스위치(99a 내지 99c)와 접지 절환 스위치(101a 내지 101c)의 동작을, 예를 들면 소프트웨어 처리 수신 시스템으로부터 공급되는 제어 신호에 의해서 제어함으로써 안테나 공진 주파수의 조정과 임피던스 정합이 자동적으로 행하여진다.
다음으로, 무선 통신 모듈(110)의 다른 예를 도 22에 도시한다. 이 무선 통신 모듈(110)도, 상술한 무선 통신 모듈(90)과 마찬가지로 안테나 공진 주파수의 조정 기능과 임피던스 정합 기능을 구비하고 있고, 임피던스의 정합을 도모하면서 안테나 공진 주파수의 최적 조정을 한다. 도 22에 도시하는 무선 통신 모듈(110)은 배선 기판(111)의 한쪽 끝측에 안테나부(112)가 패턴 형성되고, 이면에 그라운드 패턴(113)이 형성되어 있다. 안테나부(112)는 역F자형을 이루는 안테나를 기본형으로 하여, 배선 기판(111)의 한쪽측 가장자리를 따라 형성된 막대형의 안테나 소자(114)와, 이 안테나 소자(114)에 대하여 직교하도록 패턴 형성되는 동시에 급전원(117)에 접속된 급전핀(115)과, 안테나 소자(114)의 한쪽 개방 끝에 있어서 직교하여 패턴 형성되는 동시에 그라운드 패턴(113)으로 단락된 접지핀(116)이 패턴 형성되어 있다.
무선 통신 모듈(110)에는 무선 통신 모듈(90)과 마찬가지로, 제 1 내지 제 3 임피던스 정합용 단락핀(118a 내지 118c)이 패턴 형성되어 있다. 각 임피던스 정합용 단락핀(118a 내지 118c)에는, 각각 제 1 내지 제 3 임피던스 정합용 스위치(119a 내지 119c)가 접속되고, 이들 임피던스 정합용 스위치(119a 내지 119c)의 온오프 조작에 의해서 그라운드 패턴(113)에 대하여 선택적으로 단락된다.
무선 통신 모듈(110)은 안테나 소자(114)에, 각각 급전핀(115)으로부터의 간격을 다르게 하여 제 1 내지 제 3 접지 절환 스위치(120a 내지 120c)가 직접 설치되어 있다. 무선 통신 모듈(110)은 각 접지 절환 스위치(120a 내지 120c)를 온오프 조작함으로써, 안테나 소자(114)의 실효 길이가 조정된다. 이 무선 통신 모듈(110)에서, 접지 절환 스위치(120a 내지 120c)를 선택하여 안테나 소자(114)의 실효 길이를 규정함과 동시에, 미리 구한 임피던스 정합 위치를 임피던스 정합용 스위치(119a 내지 119c)의 온오프 조작에 의해서 결정한다. 이 무선 통신 모듈(110)에 있어서도, 임피던스 정합용 스위치(119a 내지 119c)나 접지 절환 스위치(120a 내지 120c)를 소프트웨어 처리 수신 시스템으로부터 공급되는 제어 신호에 의해서 제어하는 것으로, 안테나 공진 주파수의 조정과 임피던스 정합이 자동적으로 행하여진다.
본 발명에 관련되는 안테나 장치는 상술한 무선 통신 모듈(90, 100)을 사용한 안테나 공진 주파수의 조정 기능과 임피던스 정합 기능의 구성에 한정되는 것이 아니라, 각 기능에 대해서 개개로 설명한 상술한 각 구성을 적당히 조합하도록 하여도 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 관련되는 안테나 장치는 장착되는 전자기기에 대한 장착 조건이나 환경 조건 등의 변화에 대응하여 조정 조작을 불필요로 하여 최적의 공진 주파수 조정이 행하여지기 때문에, 조작성의 향상이 도모되는 동시에 데이터 등의 송수신이 양호한 상태로 행하는 것이 가능해진다. 또한, 공진 주파수 조정 기능과 임피던스 정합 기능을 구비함으로써, 여러 가지 전자기기 등에 장착되어 저장 기능과 무선 통신 기능을 부가하는 무선 통신 모듈 등에 적용한 경우에, 통신방식을 달리하는 본체 기기나 수단을 달리하는 본체 기기 등 어느쪽의 전자기기에도 적합하여 최적의 안테나 특성을 보증할 수 있기 때문에, 데이터 등을 고정밀도로 송수신 가능하게 되며, 또한, 전자기기 자체의 소형화에도 기여할 수 있다.

Claims (15)

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  8. 급전점과 적어도 2개 이상의 접지점이 설치된 안테나 소자를 구비한 안테나부와,
    상기 각 접지점에 대응하여 각각 설치되어, 각 접지점을 그라운드에 대하여 접속 또는 개방하는 접지점 스위치 수단과,
    상기 급전점에 대하여 설치되어, 임피던스 정합을 행하는 임피던스 조정 수단을 구비하고,
    상기 접지점 스위치 수단의 절환 조작에 의해서 상기 접지점을 절환하여 공진 주파수 조정을 행함과 함께, 상기 임피던스 조정 수단에 의해 임피던스 정합을 행하는, 안테나 장치에 있어서,
    상기 임피던스 조정 수단이, 상기 급전점으로부터 분기된 단락 포인트와, 상기 각 접지점 스위치 수단과 마주하도록 설치되어 상기 단락 포인트와 상기 급전부의 접속 상태를 절환하는 임피던스 조정 스위치 수단으로 구성되고,
    상기 임피던스 조정 스위치 수단이, 선택된 상기 접지점 스위치 수단에 대응하여 선택되어 상기 급전부와 접속됨으로써, 공진 주파수의 조정과 동시에 임피던스 정합을 행하는 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 안테나부가 배선 기판상에 패턴 형성된 평면 안테나에 의해 구성됨과 함께, 상기 각 접지점 스위치 수단이 배선 기판상에 실장된 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 안테나부가 역F자형 패턴, 역L자형 패턴, 보우타이형 패턴 혹은 마이크로 스트립형 패턴을 포함하는 모노폴 안테나인 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 안테나부가 급전점과 적어도 2개 이상의 접지점을 갖고 배선 기판상에 실장된 칩형 안테나에 의해 구성되고,
    상기 급전점과 각 접지점이 각각 상기 배선 기판상에 대응하여 형성된 접속단자와 각각 접속됨과 함께, 이들 접속단자를 통해서 상기 배선 기판상에 실장된 상기 각 접지점 스위치 수단과 각각 패턴 접속된 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 각 접지점 스위치 수단 및/또는 임피던스 조정 수단이, 반도체 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 각 접지점 스위치 수단 및/또는 임피던스 조정 수단에, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 스위치가 사용되는 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 급전점과 접지점을 절환하는 절환 스위치 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 안테나 장치.
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