KR100548057B1 - 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치 - Google Patents

트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치 Download PDF

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장근성
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Abstract

본 발명은 무선 단말기에 적용되는 표면실장 안테나 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면실장 안테나는, 접지 패턴이 형성된 기판; 상기 접지전극이 형성되지 않은 비접지영역과, 상기 비접지영역의 대향 단부에 상기 접지전극과 연결되어 형성된 제1 및 제2 랜드패드와, 상기 제1 및 제2 랜드패드 사이에, 상기 제1 및 제2 랜드패드 각각과 분리되어 형성되고, 상기 제1 랜드패드와 사전에 설정된 이격간격을 갖는 입력패드를 포함하는 랜드구조; 및 유전체 블록의 하부면에 형성되어 상기 제1 및 제2 랜드패드 각각과 접속되는 제1 및 제2 접지전극과, 상기 입력패드와 연결되는 급전전극과, 상기 유전체 블록의 측면중 일부 및 상부면에 형성되어 상기 제1 및 제2 접지전극과, 상기 입력패드중 적어도 하나의 전극에 연결되는 방사전극을 포함하는 안테나를 포함한다.
칩 안테나, 표면실장 안테나, 랜드구조, 랜드패드, 매칭

Description

트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치{SURFACE MOUNT TECHNOLOGY ANTENNA APPARATUS WITH TRIO LAND STRUCTURE}
도 1은 종래의 표면실장 안테나 장치의 사시도
도 2는 종래의 표면실장 안테나 장치의 랜드구조도
도 3은 본 발명에 따른 표면실장 안테나 장치의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 표면실장 안테나 장치의 랜드구조도
도 5는 본 발명의 랜드구조 설명도
도 6은 본 발명의 랜드구조의 변형 예시도
도 7(a) 내지 도 7(e)는 본 발명의 표면실장 안테나의 전개도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표면실장 안테나 장치의 반사손실 특성도.
도 10의 (a) 및 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 표면실장 안테나 장치에 대한 방사패턴도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 기판 110 : 접지 패턴
210 : 비접지영역 220,230 : 제1 및 제2 랜드패드
240 : 입력패드 300 : 안테나
300A : 유전체 블록 301 : 하부면
302 : 상부면 303,304,305,306 : 측면
320,330 : 제1 및 제2 접지전극 340 : 급전전극
350 : 방사전극
본 발명은 무선 단말기에 적용되는 표면실장 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 표면실장 안테나 장치에서, 안테나가 실장되는 기판에 트리오 랜드구조를 형성하여, 구조적인 변화를 통해 별도의 매칭회로가 필요없고, 안테나와 접지영역과의 전자기장을 강하게 형성할 수 있고, 이에 따라 방사성능을 향상시킬 수 있는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치에 관한 것이다.
최근, 통신 및 방송 기술의 발달 및 서비스의 확대로 인하여, 통신 단말기 및/또는 방송 수신기가 소형화, 저각격화 및 다기능화 되는 추세에 있으며, 이러한 추세에 따라, 적용되는 단말기를 소형, 저가격화 및 다기능화하는데 기여할 수 있는 안테나가 요구되어지고 있다. 이와 같은 적용 단말기를 소형화 및 저각격화에 적합한 안테나중의 하나가 표면실장을 이용하여 기판에 실장되는 칩 안테나이다.
여기서, 표면실장(SMT: Surface Mount Technology)은 부품의 리드를 기판 (PCB)의 구멍에 삽입하지 않고 땜납재 등으로 표면에 부착시키는 실장법을 말하며, 이러한 실장법에 적합하도록 성형시킨 부품을 표면실장부품(SMD, Surface Mount Device)이라고 부른다.
이러한 표면실장 안테나는, 기판에 형성된 랜드구조에 실장되므로, 적용되는 단말기에서 적절한 효율을 갖기 위해서는, 안테나 자체의 방사특성, 안테나와 랜드구조간에 형성되는 전자기적 특성, 안테나와 수신회로와의 임피던스 매칭이 적절히 고려되어야 한다.
본 문서에서는, 기판, 랜드구조 및 안테나로 이루어지는 장치를 안테나 장치로 정의된다.
이러한 종래 표면실장 안테나 장치를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 표면실장 안테나 장치의 사시도이고, 도 2는 종래의 표면실장 안테나 장치의 랜드구조도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 종래 표면실장 안테나 장치에서, 종래 안테나(20)가 실장되는 기판(10)에는 접지전극(11)이 형성된다. 상기 기판(10)중 안테나(20)가 실장되는 영역에는 상기 접지전극(11)이 형성되지 않은 비접지 영역(12)이 형성된다.
이때, 상기 비접지영역(12)에는 안테나의 안정된 실장을 위해, 안테나의 하부면에 형성된 양측 패드와 접속될 2개의 랜드패드(LP1,LP2)가 형성되어 있는데, 상기 2개의 랜드패드(LP1,LP2)는 상기 안테나의 하부면의 양측 패드에 대응되는 위 치에, 상기 접지전극과 일정간격 이격되어 형성된다. 여기서, 2개의 랜드패드중 하나는 신호선과 연결되어 있다.
또한, 안테나와 수신회로 사이에 임피던스를 매칭시켜 신호손실을 방지하기 위해 매칭회로(15)를 수반하여야 한다.
이와 같은 종래 표면실장 안테나 장치에서, 상기 랜드구조에 실장되는 안테나는, 도 2에 도시된 바와 같이 대부분의 경우에 소형화를 위해서 헬리컬 구조로 이루어져 있다.
도 2에 도시된 안테나(20)는 하부면,상부면 및 복수의 측면을 갖는 유전체 블록(20A)을 포함하고, 상기 유전체 블록(20A)의 하부면에 형성된 급전전극(21) 및 접지전극(22)을 포함하고, 또한, 상기 유전체 블록(20A)의 상부면, 측면 및 하부면에 코일 형성으로 형성된 헬리컬 구조의 방사전극(23)을 포함한다.
이와 같이, 2개의 랜드패드(LP1,LP2)를 포함하는 랜드구조에 헬리컬 구조의 안테나는, 매칭회로(15)와 연결된 랜드패드(LP1)가 위치한 방향만으로 접지전극(11)을 형성하는 경우가 대부분인데, 이 경우 정상모드(Nomal Mode) 동작시 모노-폴(Mono-Pole) 안테나와 유사한 방사 메카니즘으로 동작하게 된다.
이에 따라, 도 1 및 도 2와 같은 주변 접지 조건을 갖는 경우, 동작 주파수의 최소 λ/8 이상의 이격거리를 가져야 하는 접지전극을 형성하여야 이론적으로 안테나의 방사효율이 50%를 넘게 된다.
이러한 동작원리는 다이폴(Dipole) 또는 모노폴(Mono-pole) 안테나가 PEC에 수평하에서 근접할때의 원리로 이해된다. 따라서 이러한 안테나의 특성상 상기 비접지영역(12)이 안테나의 크기에 비해 상당히 커야 하며, 상기 비접지영역(12)이 적정 크기보다 작을 경우에는 안테나의 성능이 현저하게 저하되는 단점을 수반한다. 또한 방사체의 임피던스가 정합을 위한 매칭회로를 수반하여 안테나의 손실이 증가 할 수 있으며 임피던스 정합에 어려움이 있다.
이에 따르면, 상기 종래 표면실장 안테나 장치에서, 전술한 바와 같이 기판에 실장되는 안테나가 헬리컬 구조로 이루어져 있고, 이러한 헬리컬 구조의 안테나가 적정 성능을 발휘하기 위해서는, 상기 비접지영역(12)이 안테나의 크기보다 수배에 해당되도록 훨씬 커야 하므로, 안테나를 기판에 실장하기 위한 큰 공간이 확보되어야 하므로, 적용되는 단말기의 사이즈를 줄이는데 한계가 있다.
또한, 별도의 매칭회로가 필요하므로, 이에 따른 회로구성이 복잡해지고, 제작비도 상승되므로, 적용 단말기의 단가를 상승시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 무선 단말기에 적용되고, 표면실장 안테나 장치에서, 안테나가 실장되는 기판에 트리오 랜드구조를 형성하여, 구조적인 변화를 통해 별도의 매칭회로가 필요없고, 안테나와 접지영역과의 전자기장을 강하게 형성할 수 있고, 이에 따라 방사성능을 향상시 킬 수 있는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 표면실장 안테나 장치는, 접지 패턴과, 상기 접지 패턴에 의해 규정되는 한쌍의 대향 단부를 갖는 비접지 영역을 구비하는 기판, 상기 비접지 영역의 상기 대향 단부와 상기 접지 패턴을 전기적으로 연결하는 제1 및 제2 랜드 패드와, 상기 제1 및 제2 랜드 패드 사이의 비접지 영역에서 상기 제1 및 제2 랜드 패드 각각과 분리 형성되고, 상기 제1 랜드 패드와 사전에 설정된 이격 간격을 갖도록 배치되는 입력 패드를 포함하는 랜드 구조 및 유전체 블록의 하부면에 형성되어 상기 제1 및 제2 랜드 패드 각각과 접속되는 제1 및 제2 접지전극과, 상기 입력패드와 연결되는 급전전극과, 상기 유전체 블록의 측면중 일부 및 상부면에 형성되어 상기 제1 및 제2 접지전극과 상기 입력패드중 적어도 하나의 전극에 연결되는 방사전극을 포함하는 칩 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 랜드패드는, 상기 접지 패턴에 연결되어 상기 접지 패턴에서 상기 비접지영역 방향으로 도출되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 입력패드는, 상기 제2 랜드패드보다 상기 제1 랜드패드에 더 가깝게 근접되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 입력패드는, 상기 제1 랜드패드와의 이격간격을 조정하여 상호 인덕턴스 및/또는 캐패시턴스의 변화로 사용주파수에 대한 임피던스 정합에 적합하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 입력패드는, 신호선과 연결되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 칩 안테나의 제1 접지전극은, 상기 급전전극과 독립적으로 이루어질 수도 있고, 일체로 연결되어 이루어질 수 있다.
상기 칩 안테나의 방사전극은, 상기 제1 및 제2 접지전극과, 상기 급전전극중 적어도 하나의 전극에 직접 연결되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 표면실장 안테나 장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 표면실장 안테나 장치의 랜드구조도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 표면실장 안테나 장치는, 기판(100), 랜드구조 및 안테나(300)로 이루어진다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 기판(100)은 안테나(300)가 실장되는 영역을 제외하고 형성된 접지 패턴(110)을 포함한다.
상기 랜드구조는 상기 안테나(300)를 상기 기판(100)에 실장하기 위한 구조를 제공하는데, 이는 상기 접지패턴(110)이 형성되지 않은 비접지영역(210)과, 상기 비접지영역(210)의 대향 단부에 상기 접지패턴(110)과 연결되어 형성된 제1 및 제2 랜드패드(220,230)와, 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230) 사이에, 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230) 각각과 분리되어 형성되고, 상기 제1 랜드패드(220)와 사전에 설정된 이격간격을 갖는 입력패드(240)를 포함한다. 여기서, 상기 입력패드(240)는 신호선과 연결되고, 이 신호선은 상기 접지패턴(110)과 연결된다.
이와 같이, 본 발명의 랜드구조에서는, 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230) 및 입력패드(240)가 순차적으로 배치된 트리오 랜드구조를 형성한다.
상기 안테나(300)는 유전체 블록(300A)의 하부면(301)에 형성되어 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230) 각각과 접속되는 제1 및 제2 접지전극(320,330)과, 상기 입력패드(240)와 연결되는 급전전극(340)과, 상기 유전체 블록(100A)의 측면(303,304,305,306)중 일부 및 상부면(302)에 형성되어 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330)과, 상기 입력패드(340)중 적어도 하나의 전극에 연결되는 방사전극(350)을 포함한다.
도 5는 본 발명의 랜드구조 설명도이다. 도 3 내지 5를 참조하면, 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230)는, 상기 접지패턴(110)에 연결되어 상기 접지패턴(110)에서 상기 비접지영역(210) 방향으로 도출되어 형성될 수 있다.
상기 입력패드(240)는, 상기 제2 랜드패드보다 상기 제1 랜드패드에 더 가깝게 근접되어 형성되고, 상기 제1 랜드패드(220)와의 이격간격(W)을 조정하여 상호 인덕턴스 및/또는 캐패시턴스의 변화로 사용주파수에 대한 임피던스 정합에 적합하도록 형성된다.
그리고, 상기 입력패드(240), 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230)는 길이방향으로 상기 접지패턴(110)과의 거리(L1)와 상기 기판(100)의 단부와의 거리(L2)를 조정하여 안테나의 특성을 조정할 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 랜드패드(220)와 입력패드(240)와의 이격간격(W) 및 상기 거리(L1,L2)를 조정하여 임피던스를 조정할 수 있으며, 이러한 트리오 랜드구조에서는 임피던스를 적절하게 조절할 수 있어, 별도의 임피던스 매칭회로가 불필요하다.
도 6은 본 발명의 랜드구조의 변형 예시도이다. 도 6을 참조하면, 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230)는, 상기 접지패턴(110)에 연결되어 상기 접지패턴(110)에서 상기 비접지영역(210) 방향으로 도출되지 않고, 상기 접지패턴(110)과 동일 직선으로 형성될 수 있다.
이에 따르면, 본 발명의 제1 및 제2 랜드패드(220,230)는 상기 기판(100)의 접지패턴(110)에서 도출될 수도 있고, 이와 달리 도출되지 않고, 상기 접지패턴(110)의 일부가 상기 제1 및 제2 랜드패드(220,230)로 이용될 수도 있다.
한편, 상기 안테나(300)의 제1 및 제2 접지전극(320,330)은 서로 분리되어 형성될 수도 있고, 또는 서로 연결되어 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 방사전극 (350)은 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330) 및 급전전극(340)중 적어도 하나의 전극에 연결되는데, 이에 대한 다양한 예를 도 7(a) 내지 도 7(e)를 참조하여 설명한다.
도 7(a) 내지 도 7(e)는 본 발명의 표면실장 안테나의 전개도로서, 도 7(a)에서, 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330)은 서로 분리되어 형성되어 있고, 상기 방사전극(350)은 상기 제1 접지전극(320)에 연결되어 있다. 도 7(b)에서, 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330)은 서로 분리되어 형성되어 있고, 상기 방사전극(350)은 상기 급전전극(340)에 연결되어 있다. 도 7(c)에서, 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330)은 서로 연결되어 일체로 형성되어 있고, 상기 방사전극(350)은 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330)에 연결되어 있다. 도 7(d)에서, 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330)은 서로 연결되어 일체로 형성되어 있고, 상기 방사전극(350)은 상기 제2 접지전극(330)에 연결되어 있다. 그리고, 도 7(e)에서, 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330)은 서로 연결되어 일체로 형성되어 있고, 상기 방사전극(350)은 상기 급전전극(340)에 연결되어 있다.
도 7(a) 내지 도 7(e)에서 보인 바와 같이, 안테나(300)의 방사전극(350)은 다양한 형태로 형성할 수 있다.
다른 한편, 도 3 및 도 7(a)를 참조하면, 본 발명의 안테나 장치의 안테나(300)에서, 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330) 및 급전전극(340)중 상기 방사전극 (350)과 연결되지 않은 전극은 그 단부가 측면으로 연장되어 형성된 연장부(320a,330a.330b,340a,340b)를 포함하는데, 이러한 연장부(320a,330a.330b,340a,340b)의 길이를 조절하여 임피던스 매칭 및 공진주파수의 조절에 기여할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명은, 칩 안테나를 기판에 실장하기 위한 새로운 트리오 랜드구조를 이용하면, 헬리컬 구조를 이용하지 않더라도 안테나를 소형화 할 수 있으며 안테나와 접지전극과의 전자기장을 효율적으로 형성할 수 있어 안테나의 방사성능을 향상시킬 수 있으며, 또한, 안테나의 실장 면적을 줄일 수 있고, 이러한 랜드구조를 갖는 안테나는 소형화가 요구되는 무선 단말기에 적용하며, 랜드패드와 접지전극과의 임피던스 매칭이 가능하여 별도의 임피던스 매칭회로가 불필요하여 적용 단말기의 제작비를 낮출 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 표면실장 안테나(300)는 여러 가지 크기로 제작될 수 있는데, 본 발명의 표면실장 안테나(300)가 6*2*1.2(길이*폭*높이) 크기로 제작된 경우에 대한 안테나의 전기적인 특성은 하기 표 1, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같다.
본 발명의 실시예에 따른 표면실장 안테나(300)의 전기적 특성은 하기 표 1에 보인 바와 같다.
Figure 112005029794235-pat00001
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표면실장 안테나 장치의 반사손실 특성도로서, 도 8에서 가로는 대략 2GHz ~ 3GHz 까지의 주파수이고, 세로는 진폭값을 나타낸다. 도 8의 그래프(G1)는 SWR 특성을 보여주는 그래프이고, 그래프(G2)는 SWR 특성값을 Log값으로 변환하여 보여주는 반사손실 그래프로서, 이 그래프에서 아래로 깊이 떨어지면 떨어질 수로 반사가 적은 것을 의미한다. 그리고 그래프(G3)는 안테나의 임피전스 궤적을 보여주는 스미스 챠트(Smith Chart) 그래프이다.
도 9의 (a) 및 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 표면실장 안테나 장치에 대한 방사패턴도이다. 도 9의 (a)는 방위각(Azimuth)에 대한 방사패턴도이고, 도 9의 (b)는 제1 고도에 대한 방사패턴도이며, 도 9의 (c)는 제2 고도에 대한 방사패턴이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 무선 단말기에 적용되는 표면실장 안테나 장치에서, 안테나가 실장되는 기판에 트리오 랜드구조를 형성하여, 구조적인 변화를 통해 별도의 매칭회로가 필요없고, 안테나와 접지영역과의 전자기장을 강하게 형성할 수 있고, 이에 따라 방사성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 접지 패턴과, 상기 접지 패턴에 의해 규정되는 한쌍의 대향 단부를 갖는 비접지 영역을 구비하는 기판;
    상기 비접지 영역의 상기 대향 단부와 상기 접지 패턴을 전기적으로 연결하는 제1 및 제2 랜드 패드와, 상기 제1 및 제2 랜드 패드 사이의 비접지 영역에서 상기 제1 및 제2 랜드 패드 각각과 분리 형성되고, 상기 제1 랜드 패드와 사전에 설정된 이격 간격을 갖도록 배치되는 입력 패드를 포함하는 랜드 구조; 및
    유전체 블록의 하부면에 형성되어 상기 제1 및 제2 랜드 패드 각각과 접속되는 제1 및 제2 접지전극과, 상기 입력패드와 연결되는 급전전극과, 상기 유전체 블록의 측면중 일부 및 상부면에 형성되어 상기 제1 및 제2 접지전극과 상기 입력패드중 적어도 하나의 전극에 연결되는 방사전극을 포함하는 칩 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 랜드패드는
    상기 접지패턴에 연결되어 상기 접지패턴에서 상기 비접지영역 방향으로 도출되어 형성된 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 입력패드는
    상기 제2 랜드패드보다 상기 제1 랜드패드에 더 가깝게 근접되어 형성된 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입력패드는
    상기 제1 랜드패드와의 이격간격을 조정하여 상호 인덕턴스 및/또는 캐패시턴스의 변화로 사용주파수에 대한 임피던스 정합에 적합하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 입력패드는
    신호선과 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 칩 안테나의 제1 접지전극은
    상기 급전전극과 일체로 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 칩 안테나의 방사전극은
    상기 제1 및 제2 접지전극과, 상기 급전전극중 적어도 하나의 전극에 직접 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접지전극(320,330) 및 급전전극(340)중 상기 방사전극(350)과 연결되지 않은 전극은
    그 단부가 측면으로 연장되어 형성된 연장부(320a,330a.330b,340a,340b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리오 랜드구조를 갖는 표면실장 안테나 장치.
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