KR100413010B1 - A small dielectric antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형 유전체 안테나에 관한 것으로, 제 1 유전체로 작용하는 세라믹재질의 세라믹 유전체와, 세라믹 유전체의 표면에 미앤더 형상으로 형성되는 제 1 금속패턴과, 세라믹 유전체의 일면에 형성되는 제 1 급전용 금속패턴과, 세라믹 유전체가 실장되는 PCB 상의 일부를 제 2 유전체로 활용하는 PCB 유전체와, PCB 유전체의 전면과 뒷면에 형성되는 제 2 금속패턴과, PCB 유전체의 전면과 뒷면에 형성된 제 2 금속패턴을 관통 연결시키는 연결 금속패턴과, 제 1 급전용 금속패턴과 전기적으로 연결되도록 PCB 상에 형성되는 제 2 급전용 금속패턴을 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small dielectric antenna, comprising a ceramic dielectric of ceramic material serving as a first dielectric, a first metal pattern formed in a meander shape on the surface of the ceramic dielectric, and a first class formed on one surface of the ceramic dielectric. A PCB dielectric utilizing a dedicated metal pattern, a portion of the PCB on which the ceramic dielectric is mounted as a second dielectric, a second metal pattern formed on the front and back of the PCB dielectric, and a second metal formed on the front and back of the PCB dielectric A connecting metal pattern for connecting the pattern through and a second feeding metal pattern formed on the PCB to be electrically connected to the first feeding metal pattern.
본 발명에 따르면, 하나의 세라믹 유전체가 가지고 있는 표면 뿐만 아니라 유전체가 실장되는 PCB를 또 다른 물리적 특성을 갖는 유전체로 활용하여 미앤더 라인 금속패턴의 전기적인 길이를 연장하여 일반적인 모노폴 안테나의 길이를 1/3 정도로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 성능이 우수하고 다층 유전체를 사용함으로서 광대역 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, by using not only the surface of one ceramic dielectric but also the PCB on which the dielectric is mounted as a dielectric having another physical property, the length of a general monopole antenna is extended by extending the electrical length of the meander line metal pattern. Not only can it be reduced to / 3, but the performance is excellent and the broadband effect is obtained by using a multilayer dielectric.
Description
본 발명은 소형 유전체 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 세라믹 유전체가 가지고 있는 표면 뿐만 아니라 유전체가 실장되는 PCB를 또 다른 물리적 특성을 갖는 유전체로 활용한 소형 유전체 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a small dielectric antenna, and more particularly, to a small dielectric antenna utilizing not only the surface of one ceramic dielectric but also a PCB on which the dielectric is mounted as a dielectric having another physical characteristic.
이동통신 서비스를 위한 안테나는 기지국, 중계기, 또는 무선통신 장치에 부착된 안테나에서 전파를 수신하거나 통신기기에 발생한 전기적 신호를 외부로 전달하는 역할을 한다. 이러한 안테나 중 대표적인 모델은 모노폴(momopole) 형태이며, 대략 파장의 1/4 정도 길이를 가지고 있어야 한다.An antenna for a mobile communication service receives radio waves from an antenna attached to a base station, a repeater, or a wireless communication device, or transmits an electrical signal generated in a communication device to the outside. A typical model of these antennas is in the form of a monopole and should be about 1/4 of the wavelength.
현재는 안테나의 소형화 추세에 따라서 미앤더 라인(meander line)을 이용하여 크기를 줄여가고 있으며 특히, 소형 직육면체 유전체(세라믹)을 이용하여 더욱 소형화하고 있다.Currently, according to the trend of miniaturization of antennas, the size is reduced by using meander lines, and in particular, the size is further reduced by using small rectangular parallelepiped (ceramic).
이와 같은 종래의 소형 유전체 안테나 기술이 특개평 10-239568호에 개시되어 있다.Such a conventional small dielectric antenna technology is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-239568.
도 1은 개시된 종래의 소형 유전체 안테나를 도시한 사시도이며, 도 2는 종래의 소형 유전체 안테나의 전개도이다.1 is a perspective view illustrating a conventional small dielectric antenna disclosed, and FIG. 2 is an exploded view of a conventional small dielectric antenna.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 종래의 소형 유전체 안테나는 미앤더 라인 형상의 금속패턴(2)이 2층 구조로서 유전체(1)의 상하면, 측면에 위치하고 있으며, 도면상 미도시되어 있으나, 미앤더 라인 형상의 금속패턴이 3층 구로로 이루어져 유전체의 상하면, 중간면 및 측면에 위치할 수도 있다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the conventional small dielectric antenna has a meander line-shaped metal pattern 2 having a two-layer structure located on the upper and lower surfaces of the dielectric 1 and not shown in the drawing. In addition, the meander line-shaped metal pattern may be formed on three layers of spheres, and may be located on the upper and lower surfaces, the middle surface, and the side surfaces of the dielectric material.
미설명 부호 3은 급전용 단자전극이다.Reference numeral 3 is a terminal electrode for power supply.
이와 같은 종래의 소형 유전체 안테나는 하나의 유전체가 가지고 있는 표면 또는 내부에 금속도체를 형성하여 전류의 전송길이를 연장할 수 있으며, 공진주파수를 조절하기 위하여 유전체 상에 존재하는 금속도체의 끝단을 이용할 수 있다.Such a conventional small dielectric antenna can extend the transmission length of the current by forming a metal conductor on the surface or inside of one dielectric, and use the end of the metal conductor present on the dielectric to control the resonance frequency. Can be.
한편, 이와 같은 종래의 소형 유전체 안테나는 PCB 상면에 형성되는 금속도체 및 PCB 상면에 형성되는 안테나 급전도체에 전기적으로 연결될 수 있도록 실장된다.On the other hand, such a conventional small dielectric antenna is mounted to be electrically connected to the metal conductor formed on the upper surface of the PCB and the antenna feed conductor formed on the upper surface of the PCB.
그런데 이와 같은 종래의 소형 유전체 안테나는 단일 유전체를 사용하고 있으나, 다층 유전체를 이용하는 기술이 필요하다. 또한, 안테나의 전기적 길이를 연장하기 위하여 금속패턴의 일부가 유전체 내부에 존재하는 것은 제작상의 어려움이 많다. 또한, 안테나의 공진주파수를 조절하기 위하여 세라믹 재질의 유전체 상에 존재하는 금속도체를 이용하여 튜닝하는 것은 불편한 단점이 있었다.However, such a conventional small dielectric antenna uses a single dielectric, but a technique using a multilayer dielectric is required. In addition, it is difficult to manufacture a part of the metal pattern inside the dielectric to extend the electrical length of the antenna. In addition, it is inconvenient to tune using a metal conductor existing on a dielectric of a ceramic material to adjust the resonance frequency of the antenna.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 하나의 세라믹 유전체가 가지고 있는 표면 뿐만 아니라 유전체가 실장되는 PCB를 또 다른 물리적 특성을 갖는 유전체로 활용하여 미앤더 라인 금속패턴의 전기적인 길이를 연장할 수 있을 뿐만 아니라 다층 유전체를 적용할 수 있는 소형 유전체 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above disadvantages, by using the surface of one ceramic dielectric as well as the PCB on which the dielectric is mounted as a dielectric having yet another physical property of the meander line metal pattern electrical It is an object of the present invention to provide a small dielectric antenna capable of extending the length as well as applying a multilayer dielectric.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소형 유전체 안테나에 있어서, 제 1 유전체로 작용하는 세라믹재질의 세라믹 유전체와, 상기 세라믹 유전체의 표면에 미앤더 형상으로 형성되는 제 1 금속패턴과, 상기 세라믹 유전체의 일면에 형성되는 제 1 급전용 금속패턴과, 상기 세라믹 유전체가 실장되는 PCB 상의 일부를 제 2 유전체로 활용하는 PCB 유전체와, 상기 PCB 유전체의 전면과 뒷면에 형성되는제 2 금속패턴과, 상기 PCB 유전체의 전면과 뒷면에 형성된 제 2 금속패턴을 관통 연결시키는 연결 금속패턴과, 상기 제 1 급전용 금속패턴과 전기적으로 연결되도록 상기 PCB 상에 형성되는 제 2 급전용 금속패턴을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a small dielectric antenna, comprising: a ceramic dielectric of ceramic material serving as a first dielectric, a first metal pattern formed in a meander shape on the surface of the ceramic dielectric, and the ceramic dielectric A first feed metal pattern formed on one surface of the PCB, a PCB dielectric utilizing a portion of the PCB on which the ceramic dielectric is mounted as a second dielectric, a second metal pattern formed on the front and rear surfaces of the PCB dielectric, and And a connection metal pattern for connecting the second metal patterns formed on the front and rear surfaces of the PCB dielectric through the second metal pattern, and a second power feeding metal pattern formed on the PCB to be electrically connected to the first feeding metal pattern.
도 1은 종래의 소형 유전체 안테나를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing a conventional small dielectric antenna.
도 2는 도 1의 전개도.2 is an exploded view of FIG. 1;
도 3은 본 발명에 따른 소형 유전체 안테나를 도시한 사시도.3 is a perspective view of a small dielectric antenna according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 소형 유전체 안테나의 세라믹 유전체 전개도.4 is a ceramic dielectric development view of a small dielectric antenna according to the present invention;
도 5는 본 발명에 다른 소형 유전체 안테나의 PCB 유전체 전개도.5 is a PCB dielectric development of a small dielectric antenna according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 세라믹 유전체와 PCB 유전체의 결합된 상태의 전개도.Figure 6 is a development of the combined state of the ceramic dielectric and the PCB dielectric in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 세라믹 유전체 11 : 제 1 금속패턴10 ceramic dielectric 11 first metal pattern
12 : 제 1 급전용 금속패턴 13 : PCB12: metal pattern for the first feeding 13: PCB
14 : PCB 유전체 15 : 제 2 금속패턴14 PCB dielectric 15 second metal pattern
16 : 연결 금속패턴 17 : 제 2 급전용 금속패턴16 connection metal pattern 17 metal pattern for the second feed
이하, 본 발명에 따른 소형 유전체 안테나의 구체적인 실시예를 첨부도면과 함께 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the small dielectric antenna according to the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 소형 유전체 안테나를 도시한 사시도이다.3 is a perspective view showing a small dielectric antenna according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소형 유전체 안테나는 하나의 세라믹 유전체(10)가 가지고 있는 표면 뿐만 아니라 세라믹 유전체(10)가 실장되는 PCB(13)를 또 다른 물리적 특성을 갖는 유전체(14)로 활용하여 미앤더 라인 금속패턴의 전기적인 길이를 연장할 수 있을 뿐만 아니라 다층 유전체를 적용할 수 있도록 한 것이다.As shown in FIG. 3, the small dielectric antenna according to the present invention includes not only a surface of one ceramic dielectric 10 but also a PCB 13 on which the ceramic dielectric 10 is mounted. It can be used not only to extend the electrical length of meander line metal pattern but also to apply multilayer dielectric.
이를 위한 본 발명에 따른 소형 유전체 안테나는 제 1 유전체로 작용하는 세라믹재질의 세라믹 유전체(10)의 표면에 미앤더 형상으로 제 1 금속패턴(11)이 형성되며, 세라믹 유전체(10)의 일면에 제 1 급전용 금속패턴(12)이 형성된다.In the small dielectric antenna according to the present invention, the first metal pattern 11 is formed in the meander shape on the surface of the ceramic dielectric material 10 of the ceramic material serving as the first dielectric material, and on one surface of the ceramic dielectric material 10. The first power feeding metal pattern 12 is formed.
또한, 세라믹 유전체(10)가 실장되는 PCB(13) 상의 일부를 제 2 유전체로 활용하는 PCB 유전체(14)의 전면과 뒷면에 제 2 금속패턴(15)이 형성되며, PCB 유전체(14)의 전면과 뒷면에 형성된 제 2 금속패턴(15)이 비아 홀(Via Hole)을 통해 연결 금속패턴(16)을 매개로 전기적으로 관통 연결된다. 또한, 제 1 급전용 금속패턴(12)과 전기적으로 연결되도록 PCB(13) 상에 제 2 급전용 금속패턴(17)이형성된다.In addition, a second metal pattern 15 is formed on the front and rear surfaces of the PCB dielectric 14 using a portion of the PCB 13 on which the ceramic dielectric 10 is mounted as the second dielectric. The second metal patterns 15 formed on the front and rear surfaces are electrically connected to each other through the via metal pattern 16 through the via holes. In addition, the second feeding metal pattern 17 is formed on the PCB 13 to be electrically connected to the first feeding metal pattern 12.
본 발명에 따른 소형 유전체 안테나의 급전구조는 통상적인 CPW(Co-Planar Waveguide) 또는 마이크로 스트립 라인(Microstrip line)이며, 이를 PCB(13) 상에 형성시켜 안테나의 금속패턴과 단락시켜 급전하고 있다. PCB(13) 하면에 존재하는 접지도체(18)와 PCB(13) 상면에 존재하는 접지도체(19)는 서로 평행하게 형성되며, 접지도체(18,19)와 제 2 급전용 금속패턴(17)과 단락되지 않는다.The feeding structure of the small dielectric antenna according to the present invention is a conventional Co-Planar Waveguide (CPW) or microstrip line (MicroWtrip line), which is formed on the PCB (13) and is short-circuited with the metal pattern of the antenna and is fed. The grounding conductor 18 existing on the lower surface of the PCB 13 and the grounding conductor 19 existing on the upper surface of the PCB 13 are formed in parallel with each other, and the grounding conductors 18 and 19 and the metal pattern 17 for the second feeding ) Is not shorted.
본 발명에 따른 소형 유전체 안테나는 커넥터를 사용하거나 RF 모듈에서 직접 공급되는 신호선(미도시됨)과 제 2 급전용 금속패턴(17)을 단락시켜 전류가 흐르게 한다. 전달되는 전류는 안테나의 세라믹 유전체(10) 및 PCB(13) 상, 하면에 형성된 제 1, 2 금속패턴(11,15)을 통하여 흐르면서 적절한 공진주파수에서 대기 중으로 최대의 전자계 에너지를 방사한다.The small dielectric antenna according to the present invention uses a connector or shorts the signal line (not shown) supplied directly from the RF module and the metal pattern 17 for the second feeding, so that current flows. The transmitted current flows through the first and second metal patterns 11 and 15 formed on the lower and upper surfaces of the ceramic dielectric 10 and the PCB 13 of the antenna to radiate the maximum electromagnetic energy into the atmosphere at an appropriate resonance frequency.
본 발명에 따른 소형 유전체 안테나의 금속패턴(11,15)은 일반적인 미앤더 라인을 사용하고 있으며, 반사손실특성(Return loss)을 개선하기 위하여 모서리 부분을 트림(Trim)하는 것이 바람직하다. 제 1 급전용 금속패턴(12)은 PCB(13) 상의 제 2 급전용 금속패턴(17)과 전기적으로 단락되어 세라믹 유전체(10)를 고정시키는 역할을 하고, 세라믹 유전체(10)의 저면에 형성된 제 1 금속패턴(11)은 PCB(13) 상면에 형성된 제 2 금속패턴(15)과 전기적인 결합(Coupling)이 형성되어 입력 임피던스의 용량성 성분(Capacitive Component)을 증가시켜 공진주파수를 낮추는 효과를 준다.The metal patterns 11 and 15 of the small dielectric antenna according to the present invention use a general meander line, and it is preferable to trim the corners in order to improve return loss. The first feeding metal pattern 12 is electrically shorted with the second feeding metal pattern 17 on the PCB 13 to fix the ceramic dielectric 10, and is formed on the bottom surface of the ceramic dielectric 10. The first metal pattern 11 is electrically coupled with the second metal pattern 15 formed on the upper surface of the PCB 13 to increase the capacitive component of the input impedance, thereby lowering the resonance frequency. Gives.
또한, PCB(13) 상에 형성된 제 2 금속패턴(15)은 비아홀을 통해 연결 금속패턴(16)에 의해 관통형성되고, 세라믹 유전체(10)의 제 1 금속패턴(11)과 단락되어 안테나의 전기적인 길이를 증가시키는 효과를 가져다 준다.In addition, the second metal pattern 15 formed on the PCB 13 is penetrated by the connection metal pattern 16 through the via hole, and is shorted with the first metal pattern 11 of the ceramic dielectric 10 to form an antenna. It has the effect of increasing the electrical length.
또한, PCB(10) 저면에 형성되는 제 2 금속패턴(15)의 끝단부를 역 "ㄱ"자로 변형한 미앤더 라인을 취함으로서 안테나의 공진주파수를 약 5% 정도 낮추는 효과를 얻을 수 있다.In addition, by taking a meander line in which the end portion of the second metal pattern 15 formed on the bottom surface of the PCB 10 is inverted to "a", the resonance frequency of the antenna can be reduced by about 5%.
또한, 물리적 성질 특히, 비 유전율이 서로 다른 세라믹 유전체(10)와 PCB 유전체(14)를 제 1, 2 유전체로 기능하도록 하여 다층 유전체를 사용함으로써 광대역 효과를 얻을 수 있다.In addition, a wideband effect can be obtained by using a multilayer dielectric such that the ceramic dielectric body 10 and the PCB dielectric body 14 having different specific dielectric constants function as first and second dielectrics.
한편, 일반적으로 유전체 안테나의 경우 설계와 제작시에 발생하는 오차를 맞추기 위해 공진주파수를 원하는 주파수로 맞추기 위한 튜닝점(Tuning point)을 PCB(13) 상에 형성된 제 2 금속패턴(15)에 선정함으로써 기존의 세라믹 유전체 상에 형성된 금속패턴에서 튜닝작업하는 것보다 용이하게 튜닝작업을 할 수 있다.In general, in the case of dielectric antennas, in order to match errors occurring in design and fabrication, a tuning point for adjusting the resonance frequency to a desired frequency is selected to the second metal pattern 15 formed on the PCB 13. As a result, tuning can be performed more easily than tuning in a metal pattern formed on a conventional ceramic dielectric.
또한, 일반적인 반파장 또는 파장의 1/4 정도 길이를 가지는 모노폴 안테나의 길이를 대략 1/3 정도로 줄일 수 있으며, 안테나의 입력 임피던스는 미앤더 라인 간의 거리와 금속패턴의 폭, 길이, 세라믹 유전체와 PCB 유전체의 물성 등을 변화하여 조절할 수 있다.In addition, the length of a monopole antenna having a general half-wave length or a quarter of the wavelength can be reduced to about one third, and the input impedance of the antenna is the distance between the meander lines and the width, length of the metal pattern, and the ceramic dielectric. It can be controlled by changing the physical properties of PCB dielectric.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 고안의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.In the above description, it should be understood that those skilled in the present invention can only make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention.
이와 같이 본 발명에 따르면, 하나의 세라믹 유전체가 가지고 있는 표면 뿐만 아니라 유전체가 실장되는 PCB를 또 다른 물리적 특성을 갖는 유전체로 활용하여 미앤더 라인 금속패턴의 전기적인 길이를 연장하여 일반적인 모노폴 안테나의 길이를 1/3 정도로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 성능이 우수하고 다층 유전체를 사용함으로서 광대역 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, the length of a general monopole antenna is extended by utilizing not only the surface of one ceramic dielectric but also the PCB on which the dielectric is mounted as a dielectric having yet another physical characteristic. Not only can be reduced to 1/3, but the performance is excellent and broadband effect can be obtained by using multilayer dielectric.
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20111205 Year of fee payment: 9 |
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