KR100866221B1 - 평면형 인버티드 에프 안테나 - Google Patents
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Abstract
가. 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 이동통신 단말기에 사용되는 평면형 인버티드 에프 안테나에 관한 것이다.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
본 발명의 목적은 그 제작 공정이 단순하고, 충격 등에 영향 받지 않으며, 그 차지하는 부피가 적고, 급전점의 변경이 용이한 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.
다. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 접지면과 단락판, 그리고 그 상부에 위치하는 평면 도체면으로 구성되는 평면형 인버티드 에프 안테나에 있어서, 상기 평면 도체면의 일단에 배열되어 상기 평면 도체면을 단락시키는 비아 홀들과, 상기 평면 도체면의 특정 지점에 위치하며, 급전점으로 동작하는 하나의 비아 홀과, 상기 접지면에 위치하며, 상기 급전점으로 동작하는 비아 홀과 연결됨으로써 상기 평면형 인버티드 에프 안테나에 대한 급전을 수행하는 코플래너 웨이브가이드로 구성되는 평면형 인버티드 에프 안테나를 이용한다.
라. 발명의 중요한 용도
이동통신 단말기 등에서 자주 사용되는 평면형 인버티드 에프 안테나의 단락 및 급전 시 사용된다.
평면형 인버티드 에프 안테나, 단락, 급전, 비아 홀
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 구조를 도시하는 도면
도 2a 및 도 2b는 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 등가회로를 도시하는 도면
도 3은 본 발명에 따른 도면으로, 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나를 도시하는 도면
도 4는 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나의 접지면과 코플래너 웨이브가이드를 이용한 급전을 도시하는 도면
도 5는 본 발명에 따른 도면으로, 평면형 인버티드 에프 안테나에서 비아 홀을 이용한 급전점 변경을 도시하는 도면
본 발명은 이동통신 단말기에 사용되는 평면형 인버티드 에프 안테나에 관한 것이다.
상기 평면형 인버티드 에프 안테나(PIFA :Planar Inverted F Antenna)는 를 기본으로 한 소형 안테나이다. 통상적으로 상기 평면형 인버티드 에프 안테나에서는 추가적인 정합 회로 없이 급전점의 위치 이동을 통해 임피던스 정합이 쉽게 이루어질 수 있다. 또, 상기 평면형 인버티드 에프 안테나는 수직 편파 및 수평 편파를 동시에 가지므로 교차 편파 결합(cross-polarization coupling)이 비교적 큰 실내 무선환경에서 평균수신 전력을 향상시키는 장점을 가진다. 또, 평면형 인버티드 에프 안테나는 높이가 증가할 시 대역폭 및 이득이 증가하므로, 높이를 증가시킴으로써 대역폭과 이득을 증가시키면서도 안테나 전체 크기는 감소시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 구조를 도시하는 도면이다.
상기 도 1a 및 도 1b와 같이 평면형 인버티드 에프 안테나는 사각 도체 평판(100), 접지면(110), 단락판(120)으로 구성된다. 상기 사각 도체 평판(100)과 접지면(110)은 수평을 이룬다. 상기 단락판(120)은 상기 접지면(110) 및 사각 도체 평판(100)에 수직으로 구성되며, 상기 사각 도체 평판(100)의 종단에 연결된다. 상기 도 1a 및 도 1b에 표기된 h는 평면형 인버티드 에프 안테나의 높이, L은 단락판(120)의 폭, S1은 상기 단락판(120)과 급전점(130) 사이의 거리, S는 사각 도체 평판(복사 평면판)(100)의 길이, W는 사각 도체 평판(100)의 폭이다. 한편, 상기 단락판(120)이 사각 도체 평판(100) 및 접지면(110)에 수직으로 구성되므로, 상기 평면형 인버티드 에프 안테나의 높이 h는 상기 단락판(120)의 높이에 해당한다고 할 수 있다. t는 사각 도체 평판(100)의 두께, S2 는 급전점(130)에서 개방 종단면까지의 거리이다. 통상적인 평면형 안테나의 구성에 따라, 상기 도 1a 및 도 1b와 같은 구조를 가지는 평면형 인버티드 에프 안테나의 사각 도체 평판(100)과 접지면(110) 사이는 공기 또는 폼(foam) 등의 유전체로 채워진다. 한편, 설계 인자들에 의한 안테나의 특성 변화는 다음과 같다. 안테나의 길이(S)와 높이(h)에 따라 공진 주파수가 결정된다. 급전점에서는 임피던스 정합이 이루어진다. 유전율이 증가함에 따라 안테나 크기 감소하고, 안테나 이득도 감소한다. 안테나 폭(W)이 증가함에 따라 공진 주파수가 증가한다. 안테나 높이(h)가 증가함에 따라 대역폭이 증가한다.
도 2a 및 도 2b는 평면형 인버티드 에프 안테나 안테나의 등가회로를 도시하는 도면이다.
상기 도 2a 및 도 2b는 상기 도 1에 도시된 기존의 평면형 인버티드 에프 안테나의 전송선로 모델의 등가회로이다. 상기 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 평면형 인버티드 에프 안테나는 특성 어드미턴스 , 전, 길이 S인 전송선로로 모델링된다. 또한 평면형 인버티드 에프 안테나의 종단면은 각각 병렬 어드미턴스 파상수 과 로 모델링되며 단락판(120)과 연결된 부분의 어드미턴스 는 ∞에 가까운 값을 갖는다.
그런데, 상기와 같이 구성되는 평면형 인버티드 에프 안테나를 기존의 각종 단말기에 장착 시에는 다음과 같은 문제점들이 발생한다. 첫째, 상기 도1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 평면형 인버티드 에프 안테나를 구현하기 위해서는, 사각 도체 평판(100) 및 단락판(120)을 구성할 도체판(사각 도체 평판과 단락판을 함께 지칭함)을 직각으로 굽힌 후, 상기 단락판(120)의 사각 도체 평판과 이어지지 않은 면을 접지면(110)에 납땜 등을 통해 부착해야 한다. 또, 상기 평면형 인버티드 에프 안테나에 대한 급전을 위해서 접지면(110)에 구멍을 뚫은 후 다시 납땜 등을 통해 동축케이블을 부착시켜야 한다. 따라서 상기 평면형 인버티드 에프 안테나를 대량생산 하고자 할 시 그 생산 공정이 복잡해진다. 둘째, 접지면(110)과 도체판 사이에 공기가 채워지는 경우 충격에 의해 도체판이 눌리거나 안테나 높이 h가 변화될 수 있으므로 그에 대한 보호 수단으로써 덮개를 구비하거나, 접지면(110)과 도체판 사이에 보조물(스폰지 등)을 삽입해야 한다. 셋째, 블루투스 및 무선 랜 카드 등의 장치들을 구현하기 위한 인쇄회로기판(PCB)에 부착 시 상기 인쇄회로기판의 높이 외에도 평면형 인버티드 에프 안테나의 높이인 h 만큼 장치의 높이 및 부피가 증가한다. 넷째, 이미 제작된 평면형 인버티드 에프 안테나의 급전점(130)을 튜닝할 경우에 급전점(130)에 해당하는 구멍을 다시 뚫고 납땜을 해야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 그 제작 공정이 단순한 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 충격 등에 영향 받지 않는 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 차지하는 부피가 감소되는 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 급전점의 변경이 용이한 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명은 접지면의 상부에 위치하는 평면 도체면으로 이루어지는 평면형 인버티드 에프 안테나에 있어서, 상기 평면 도체면의 일단에 배열되어 상기 평면 도체면을 단락시키는 비아 홀들과, 상기 평면 도체면의 특정 지점에 위치하며, 급전점으로 동작하는 하나의 비아 홀과, 상기 접지면에 위치하며, 상기 급전점으로 동작하는 비아 홀과 연결됨으로써 상기 평면형 인버티드 에프 안테나에 대한 급전을 수행하는 코플래너 웨이브가이드로 구성되는 평면형 인버티드 에프 안테나를 이용한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
이하 본 발명에서는 여러 개의 비아 홀을 구비함으로써 그 제작 공정이 단순 하고, 충격 등에 영향 받지 않고, 차지하는 부피가 적고, 급전점의 변경이 용이하도록 구현되는 평면형 인버티드 에프 안테나를 제안한다. 상기 본 발명이 제안하는 평면형 인버티드 에프 안테나는 비아 홀들을 이용하여 구현된다. 즉, 본 발명이 제안하는 평면형 인버티드 에프 안테나에서는 안테나의 단락 및 급전을 위해 비아 홀들이 사용된다. 이하 상기 복수개의 비아 홀들을 구분하기 위해 상기 평면형 인버티드 에프 안테나의 단락에 사용되는 비아 홀들을 "도체면의 한쪽 종단에 배열되는 비아 홀"이라 칭한다. 이는 상기 단락에 사용되는 비아 홀들이 도체면의 한쪽 종단에 배열되기 때문이다. 그에 비해 평면형 인버티드 에프 안테나의 급전을 위해 사용되는 비아 홀을 "비아 홀"이라 칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 도면으로, 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나를 도시하는 도면이다.
도 4는 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나의 접지면과 코플래너 웨이브가이드를 이용한 급전을 도시하는 도면이다.
상기 도 3 및 도 4에 도시된 비아 홀((320)(330)들을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나는 인쇄회로기판 또는 유전체 기판의 에칭된 도체면(300)과 접지면(310) 및 상기 도체면(300)과 접지면(310) 사이를 연결하는 비아 홀(320)(330)로 구성된다. 상기 평면형 인버티드 에프 안테나의 급전은 접지면(310)의 CPW(coplanar waveguide, "코플래너 웨이브가이드")(400)를 통해 이루어진다. 상기 비아 홀들(320)(330) 중 상기 도체면(300)의 한쪽 종단에 배열되는 비아 홀(320)들은 상기 평면형 인버티드 에프 안테나의 단락을 위해 사용된다. 즉, 상기 비아 홀(320)들이 도 1에 도시된 종래의 단락판(120)을 대신한다. 종래에 평면형 인버티드 에프 안테나로 하여금 높이를 가지게 하였던 상기 단락판(120)의 역할을 상기 비아 홀(320)들이 대신하게 됨으로써, 안테나 자체의 높이가 없는 평면형 인버티드 에프 안테나의 구현이 가능해진다. 한편, 상기 비아 홀(330)은 상기 도 3에 도시된 평면형 인버티드 에프 안테나의 급전점으로 동작한다.
상기 도 3 및 도 4의 비아 홀(330)은 상기 평면형 인버티드 에프 안테나에 대한 급전을 위해 사용된다. 상기 비아 홀(330)과 접지면(300)에 위치하는 코플래너 웨이브가이드에 의해 상기 평면형 인버티드 에프 안테나에 대한 급전이 이루어진다.
한편, 상기 도 3 및 도 4에 도시된 비아 홀들을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나 등가회로의 파라미터는 기존의 평면형 인버티드 에프 안테나의 등가회로의 파라미터와 동일하다. 다만 종래의 단락판(120)과 연결된 부분의 어드미턴스 에 있어서 약간의 차이가 발생한다. 따라서 상기 비아 홀들을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나의 해석도 기존의 평면형 인버티드 에프 안테나의 해석방법과 동일하다.
도 5는 본 발명에 따른 도면으로, 평면형 인버티드 에프 안테나에서 비아 홀을 이용한 급전점 변경을 도시하는 도면이다.
상기 도 5에서와 같이 급전점이 예상되는 지점 근처에 여러 개의 비아 홀(330)들을 뚫은 후 상기 비아 홀(330)들 주변을 에칭시켜 유전체면(340)을 노출시킨다. 상기 비아 홀(330)들 중 하나의 비아 홀(330)과 도체면(300)을 납땜 등으 로 연결하여 급전점으로 이용한다. 상기 도체면(300)과 연결되지 않은 다른 비아 홀(330)들은 주변이 에칭됨으로 인해 도체면(300)과 연결되지 않으며, 급전점으로 동작하지 않는다. 상기 급전점으로 동작하는 비아 홀(330)과 도체면(300)과의 연결을 끊은 후, 다른 비아 홀(330)을 도체면(300)과 연결함으로써 급전점을 변경할 수 있게 된다. 상기 비아 홀(330)과 도체면(300)이 납땜으로 연결될 시는 납을 제거함으로써 연결을 제거할 수 있다. 한편, 주변 도체면(300)과 연결되어 있지 않은 비아 홀(330)들은 안테나 성능에 영향을 주지 않으며, 도체면(300)과 연결되었을 때에만 비아 홀(330)은 급전점으로 동작한다.
상기와 같이 본 발명을 수행하여 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 단락판(120)과 급전 동축선(130)을 비아 홀과 코플래너 웨이브가이드로 대체함으로써 평면형 인버티드 에프 안테나를 인쇄회로기판이나 유전체 기판에 쉽게 제작할 수 있다. 또, 상기와 같이 평면형 인버티드 에프 안테나를 인쇄회로기판 및 유전체 기판에 비아 홀을 통해 설계 및 구현함으로써 평면형 인버티드 에프 안테나의 제조 공정이 단순화되고 대량 생산이 용이해진다. 유전체 기판 및 인쇄회로기판을 사용하여 평면형 인버티드 에프 안테나를 구현하므로, 안테나 높이 h가 고정되며, 충격에 강하고, 높이 고정을 위한 보조물이 필요 없는 평면형 인버티드 에프 안테나를 구현할 수 있다. 또한 상기 비아 홀(330)을 통해 급전을 함으로써 평면형 인버티드 에프 안테나의 급전점 변경이 용이해진다. 안테나의 높이를 고려할 필요가 없으므로, 평면형 인버티드 에프 안테나를 추가로 덧붙일 필요 없이 기존의 인쇄회로기판이나 유전체 기판에 동시에 설계 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명을 수행함으로써 평면형 인버티드 에프 안테나의 제조 공정이 단순화된다. 부피가 적은 평면형 인버티드 에프 안테나를 구현할 수 있다. 평면형 인버티드 에프 안테나의 형태보존을 위한 보조물을 추가할 필요가 없다. 기존 장치의 인쇄회로기판이나 유전체 기판에 평면형 인버티드 에프 안테나를 추가하여 구현할 수 있다.
Claims (2)
- 접지면의 상부에 위치하는 평면 도체면으로 이루어지는 평면형 인버티드 에프 안테나에 있어서,상기 평면 도체면의 일단에 배열되어 상기 평면 도체면을 상기 접지면과 단락시키는 복수의 제1 비아 홀들과,상기 평면 도체면의 특정 지점에 위치하며, 급전점으로 동작하는 제2 비아 홀과,상기 접지면에 위치하며, 상기 급전점으로 동작하는 상기 제2 비아 홀과 연결됨으로써 상기 평면형 인버티드 에프 안테나에 대한 급전을 수행하는 코플래너 웨이브가이드를 포함하며,상기 제2 비아 홀은 복수 개이고, 상기 복수 개의 제2 비아 홀들 주변은 각각 절연되며 상기 제2 비아 홀들 중 하나의 비아 홀이 상기 급전점으로 선택되고, 상기 제2 비아 홀들 중 상기 급전점으로 선택된 하나의 비아 홀을 제외한 비아 홀들의 주변은 에칭되는 평면형 인버티드 에프 안테나.
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