KR100872685B1

KR100872685B1 - Planar Inverted F type Antenna

Info

Publication number: KR100872685B1
Application number: KR1020060082554A
Authority: KR
Inventors: 노영석
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-12-10
Also published as: KR20080019964A

Abstract

본 발명은 역 에프형 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to an inverted-f antenna.

본 발명에 따른 역 에프형 안테나는, 역 에프(F) 형태의 안테나 도체부; 상기 도체부를 지지하고 있는 유전체; 탑 층에 상기 유전체가 설치된 기판; 상기 기판의 바텀 층에 형성된 접지면; 상기 접지면과 도체부 사이에 연결되는 층간 연결 부재를 포함한다. Inverted-f antenna according to the invention, the antenna conductor portion of the inverse F (F) form; A dielectric supporting the conductor portion; A substrate provided with the dielectric on a top layer; A ground plane formed on the bottom layer of the substrate; And an interlayer connecting member connected between the ground plane and the conductor portion.

PIFA, 비아, 단락 PIFA, Via, Short Circuit

Description

Inverted F type antenna

도 1은 종래 역 에프형 안테나 구조를 나타낸 도면.1 is a view showing a conventional inverted-f antenna structure.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 역 에프형 안테나를 나타낸 사시도.2 is a perspective view showing an inverted-f antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 측 단면도.3 is a side cross-sectional view of FIG. 2;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

100 : 역 에프형 안테나 110 : 유전체100: reverse f-type antenna 110: dielectric

111 : 도체부 112 : 방사 패치부111: conductor portion 112: radiation patch portion

113,114 : 급전 핀 115,116 : 접지 핀 113,114 Feed pin 115,116 Ground pin

120 : 기판 121 : 탑층120 substrate 121 top layer

121a : 급전 라인 124 : 바텀층121a: Feeding line 124: Bottom layer

124a : 접지면 130 : 층간 연결 부재124a: ground plane 130: interlayer connection member

역 에프형 안테나(PIFA : Planar Inverted F type Antenna)는 소형화가 가능 하고, 휴대폰 등의 내부에 내장이 가능한 형태의 안테나이다. 이러한 안테나의 필요한 구성 요소는, 회로 기판(PCB), 방사 안테나 도전체, 급전 라인(feeding line), 접지 핀의 4가지인데, 전체 형상이 F자를 역으로 놓은 것 같아 역 에프 안테나이다. Planar Inverted F type antenna (PIFA) is a type of antenna that can be miniaturized and embedded inside a mobile phone. The necessary components of such an antenna are four, a circuit board (PCB), a radiating antenna conductor, a feeding line, and a ground pin, and the overall shape is an inverted F antenna because it seems to put the letter F in reverse.

상기 역 에프형 안테나의 작용 원리는, 회로 기판으로부터 공급된 전류가 급전 핀을 통하여 안테나 도전체에 전달되고, 안테나 도전체를 순환한 전류가 다시 접지 핀을 통하여 회로 기판으로 들어오게 되면서, 회로 전송 라인이 형성되는데, 이 회로 전송 라인으로 인하여 공기 중의 전파를 수신하거나, 공기 중으로 전파를 방사하게 된다.The operating principle of the inverted-f antenna is that the current transmitted from the circuit board is transmitted to the antenna conductor through the feed pin, and the current circulating through the antenna conductor enters the circuit board through the ground pin again, thereby transmitting the circuit. Lines are formed, which cause the circuit transmission lines to receive radio waves in the air or to radiate radio waves into the air.

이와 같이 역 에프형 안테나는 마이크로 스트립 패치 안테나에서 전계가 없는 부분을 접지 핀으로 단락시켜 크기를 반으로 줄이고, 접지 핀을 기준으로 급전점의 위치를 변화시켜 특정 임피던스에 정합하는 구조로서, 공진 주파수에서 1/4 파장의 크기를 갖는다.As described above, the inverted F antenna has a structure in which a portion of an electric field in a micro strip patch antenna is shorted by a ground pin to reduce its size in half, and a feed point is changed based on the ground pin to match a specific impedance. At 1/4 wavelength.

이러한 역 에프 안테나는 초광대역(UWB : Ultra Wide Band) 등의 광대역 통신 시스템, 개인 휴대 통신(PCS), 셀룰러, IMT-2000, GSM(Global system for mobile communications), 무선 랜(LAN) 등의 다양한 주파수 대역의 통신 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 역 에프 안테나의 변형된 예로서, 블루투스 안테나가 있다. 상기 블루투스 안테나의 종류는 칩형 안테나와 패턴형 안테나이다. Such inverted F antennas can be used in a wide variety of broadband communication systems such as ultra wide band (UWB), personal mobile communication (PCS), cellular, IMT-2000, global system for mobile communications (GSM), wireless LAN (LAN), and the like. It can be used in the communication system of the frequency band. A modified example of such an inverted F antenna is a Bluetooth antenna. The type of the Bluetooth antenna is a chip antenna and a pattern antenna.

이동통신 단말기용 안테나는 소형화에 적합한 형태의 칩 안테나인 역 에프형 안테나(PIFA : Plannar Inverted F type Antenna)가 주로 사용되고 있다. The antenna for a mobile terminal is mainly a planar inverter type antenna (PIFA), which is a chip antenna of a type suitable for miniaturization.

도 1은 종래 역 에프형 안테나 구조를 나타낸 사시도이다. 1 is a perspective view showing a conventional inverted-f antenna structure.

도 1을 참조하면, 안테나(10)는 평판 직사각형인 방사 패치부(12)와, 상기 방사 패치부(12)의 일부에 연결된 단락핀(16)과 급전핀(14)이 형성된 유전체(11)로 이루어진다. 이러한 안테나 구조는 급전핀(14)과 방사 패치부(12)의 전기적 연결(또는 EM(Electro-Magnetic) 급전방식)로 방사 패치부(12)에 급전시키고, 방사 패치부 중 일부를 접지부(미도시)에 전기적으로 단락시켜서 안테나 공진 주파수 및 임피던스 매칭을 맞추도록 설계된다. Referring to FIG. 1, the antenna 10 includes a radiation patch 12 having a flat rectangular shape, a short circuit pin 16 and a feed pin 14 connected to a portion of the radiation patch 12, and a dielectric 11. Is made of. This antenna structure feeds the radiation patch 12 to the electrical connection (or Electro-Magnetic (EM) feeding method) of the feed pin 14 and the radiation patch 12, some of the radiation patch portion to the ground ( Electrically shorted to match antenna resonant frequency and impedance matching.

이러한 역 에프형 안테나는 급전핀(14)을 통해 전류를 소정의 주파수 대역에서 공진되는 전기적 길이를 갖는 방사 패치부(12)에서 유기시키는 방식을 작동하게 된다.Such an inverted F-type antenna operates a method of inducing current through the feed pin 14 in the radiation patch 12 having an electrical length resonating in a predetermined frequency band.

일반적인 역 에프형 안테나 구조의 블루투스 대역용 칩안테나는 VSWR이 2:1이하인 주파수대역이 2.34 - 2.52㎓에 걸쳐 약 180㎒대역폭을 갖는다. 이는 블루투스 대역(약 2.4-2.48㎓)에 만족하는 대역폭을 갖는 것으로 나타나지만, 실제 사정은 그러하지 못하다. 즉, 실제 안테나의 주파수대역은 안테나가 실장되는 이동통신단말기 세트의 형상에 따라 변화되고, 특히 인체와 접촉 등 이동통신단말기의 사용환경에 따라 주파수대역이 틀어지는 문제가 발생되므로, 결국 원하는 주파수 대역에서 작동하기에 충분한 사용 주파수대역을 가질 수 없다. 이와 같은 실질적으로 좁은 사용주파수대역폭에 대한 문제는 소형화된 칩 안테나가 갖는 큰 단점이다.The chip antenna for the Bluetooth band of a typical inverted F antenna structure has a bandwidth of about 180 MHz over a 2.34-2.52 GHz band with a VSWR of 2: 1 or less. This appears to have a bandwidth that satisfies the Bluetooth band (approximately 2.4-2.48 GHz), but this is not the case. That is, the frequency band of the actual antenna changes depending on the shape of the mobile communication terminal set in which the antenna is mounted, and in particular, the frequency band is changed according to the usage environment of the mobile communication terminal such as contact with the human body. It may not have enough frequency bands to operate. Such a problem with the substantially narrow bandwidth of use is a big disadvantage of the miniaturized chip antenna.

이러한 단점을 해결하기 위해서, 칩 안테나 설계시에 이러한 공진주파수와 임피던스의 쉬프팅(shifting)을 고려하여 안테나를 제조해야 하므로, 개발기간이 길어지고 제조비용이 상승하는 문제도 있다.In order to solve this disadvantage, the antenna must be manufactured in consideration of the shifting of the resonant frequency and impedance in the chip antenna design, and thus there is a problem that the development period is long and the manufacturing cost is increased.

또한, 이러한 협대역 특성을 해결하기 위한 방안으로, 안테나에 칩형 LC소자와 같은 디스트리뷰션(distribution) 회로를 추가적으로 연결하여 임피던스 매칭을 조정함으로써 다소 넓은 주파수대역을 얻을 수 있으나, 이와 같이 안테나의 주파수 조절에 외부회로를 개입시키는 방법은 안테나 효율을 저하하는 또 다른 문제가 야기할 수 있다. In addition, in order to solve such narrowband characteristics, a slightly wider frequency band can be obtained by additionally adjusting impedance matching by distributing a distribution circuit such as a chip type LC device to the antenna. The method of intervening with external circuitry can cause another problem that degrades antenna efficiency.

이와 달리, 광대역특성을 실현하기 위해 안테나의 크기를 증가시키는 방안도 고려할 수 있으나, 이는 오히려 칩 안테나가 갖는 소형화의 특성에 해하는 결과를 가져오므로 바람직한 해결방안이 될 수 없다.Alternatively, a method of increasing the size of the antenna may be considered in order to realize a wideband characteristic, but this may not be a desirable solution because it results in a disadvantage of the miniaturization characteristic of the chip antenna.

따라서, 당 기술분야에서는, 역 F 안테나가 갖는 소형화 등의 장점을 유지하면서 다양한 주파수대역에서 사용가능하며 협 대역폭 특성을 개선한 새로운 PIFA 구조가 요구되어 왔다.Therefore, there is a need in the art for a new PIFA structure that can be used in various frequency bands and improves narrow bandwidth characteristics while maintaining the advantages such as miniaturization of the inverse F antenna.

본 발명은 광대역 특성의 역 에프형 안테나를 제공한다.The present invention provides an inverted-f type antenna having a wide band characteristic.

또한 본 발명은 기판의 층간 연결 부재를 이용하여 단락 핀의 길이를 높게 함으로써, 대역폭을 개선할 수 있도록 한 역 에프형 안테나를 제공한다.In addition, the present invention provides an inverted-f antenna that can improve the bandwidth by increasing the length of the shorting pin by using the interlayer connection member of the substrate.

본 발명에 따른 역 에프형 안테나는, 역 에프(F) 형태의 안테나 도체부; 상기 도체부를 지지하고 있는 유전체; 탑 층에 상기 유전체가 설치된 기판; 상기 기 판의 바텀 층에 형성된 접지면; 상기 접지면과 도체부 사이에 연결되는 층간 연결 부재를 포함한다. Inverted-f antenna according to the invention, the antenna conductor portion of the inverse F (F) form; A dielectric supporting the conductor portion; A substrate provided with the dielectric on a top layer; A ground plane formed on the bottom layer of the substrate; And an interlayer connecting member connected between the ground plane and the conductor portion.

이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings as follows.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 역 에프형 안테나 구조를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 측 단면도이다.2 is a perspective view illustrating an inverted-f antenna structure according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a side cross-sectional view of FIG. 2.

도 2 및 도 3을 참조하면, 역 에프형 안테나(100)는 유전체(110), 도체부(111), 기판(120)을 포함한다. Referring to FIGS. 2 and 3, the inverted F antenna 100 includes a dielectric 110, a conductor portion 111, and a substrate 120.

상기 유전체(110)는 사각 블록 형태로 기판(120) 상에 부착되며, 그 표면에 도체부(111)가 형성된다. 이는 유전체 표면에 형성되는 전도층을 역 에프 형태로 에칭함으로써, 안테나 도체부(111)가 형성된다.The dielectric 110 is attached to the substrate 120 in the form of a square block, and a conductor portion 111 is formed on the surface thereof. This etches the conductive layer formed on the dielectric surface in an inverse F shape, whereby the antenna conductor portion 111 is formed.

상기 안테나 도체부(111)는 방사 패치부(112), 급전 핀(113), 접지 핀(115)을 포함하며, 상기 방사 패치부(112)는 유전체 일면(예: 윗면)에 일부 또는 전체 면에 형성될 수 있으며, 상기 급전 핀(113)은 상기 방사 패치부(112)의 중앙에서 유전체 일측면으로 분기되어 형성되며, 또 상기 유전체 바닥면에도 급전 핀(114)을 연장하여 형성할 수도 있다. 상기 접지 핀(115)은 방사 패치부(112)의 일단 또는 유전체 끝단 측면으로 분기되어 형성되며, 또한 유전체 바닥면에도 접지 핀(116)을 연장하여 형성할 수도 있다. The antenna conductor 111 may include a radiation patch 112, a feed pin 113, and a ground pin 115, and the radiation patch 112 may be partially or entirely disposed on one surface (eg, a top surface) of a dielectric. The feed pin 113 may be formed by branching to one side of the dielectric at the center of the radiation patch 112, and may be formed by extending the feed pin 114 on the bottom surface of the dielectric. . The ground pin 115 may be formed by branching to one end or the dielectric end side of the radiation patch 112, and may also be formed by extending the ground pin 116 on the bottom surface of the dielectric.

여기서, 상기 급전 핀(113,114)은 방사 패치부(112)로부터 유전체 측면 및 바닥면으로 연장되게 형성되어, 기판 탑층(121)에 형성된 급전 라인(121a)과 전기적으로 연결(예: 납땜)된다. Here, the feed pins 113 and 114 extend from the radiation patch 112 to the dielectric side and bottom surface, and are electrically connected (eg, soldered) to the feed line 121a formed on the substrate top layer 121.

상기 접지 핀(15,116)은 방사 패치부(112)의 끝단에서 유전체 측면 및 바닥면으로 연장되게 형성되어, 기판 탑층(top layer)(121)에 형성하는 접지 구조와 연결(예: 납땜)된다.The ground pins 15 and 116 are formed to extend from the end of the radiation patch 112 to the dielectric side and bottom surface, and are connected to (eg, soldered) a ground structure formed on the substrate top layer 121.

여기서, 상기 기판(120)은 다층(121,122,123,124) 기판으로서, 통상 1개의 기판이 탑층 및 바텀층 구조를 갖는 2층 구조일 때, 2층 이상의 기판 또는 1개 이상의 기판으로 구성할 수 있다.Here, the substrate 120 is a multi-layer (121, 122, 123, 124) substrate, usually when one substrate is a two-layer structure having a top layer and a bottom layer structure, it can be composed of two or more substrates or one or more substrates.

이러한 기판(120)에는 급전 라인(121a)과 접지 구조가 형성되는데, 상기 급전 라인(121a)은 기판 탑층(121)에 형성되어RF 칩(미도시)과 도체부(111)의 바닥면 급전 핀(114) 사이를 전기적으로 연결시켜 준다.A feed line 121a and a ground structure are formed on the substrate 120. The feed line 121a is formed on the top layer 121 of the substrate to supply the RF chip (not shown) and the bottom feed pin of the conductor portion 111. Electrical connection between the 114.

상기 기판(120)의 접지 구조는 바텀 층(bottom layer)(124)에 접지면(124a)을 형성하고, 상기 기판 탑층(121) 및 접지면(124a) 사이를 층간 연결 부재(130)로서 연결해 준다. 상기 층간 연결 부재(130)는 전도성 물질이 기판(120)의 탑층(121)에서 바텀 층(124)까지 관통되어 형성되는 것이며, 예를 들면 비아 홀(via hole)에 전도성 물질이 주입되어 형성될 수 있다. The ground structure of the substrate 120 forms a ground plane 124a at the bottom layer 124, and connects the substrate top layer 121 and the ground plane 124a as an interlayer connection member 130. give. The interlayer connecting member 130 is formed by passing a conductive material from the top layer 121 of the substrate 120 to the bottom layer 124. For example, the interlayer connecting member 130 is formed by injecting a conductive material into a via hole. Can be.

그리고 상기 기판 탑층(121)에 형성된 층간 연결 부재(130)는 도체부(111)의 바닥면 접지 핀(116)에 전기적으로 연결된다. 즉, 유전체 바닥면에 형성되는 바닥면 접지부(116)와 기판 탑층(121)에 형성되는 층간 연결 부재(130)의 일단이 납땜되어 전기적으로 연결된다.In addition, the interlayer connecting member 130 formed on the substrate top layer 121 is electrically connected to the bottom ground pin 116 of the conductor portion 111. That is, one end of the bottom ground portion 116 formed on the dielectric bottom surface and the interlayer connecting member 130 formed on the substrate top layer 121 are soldered and electrically connected to each other.

이에 따라 도 4와 같이, 역 에프형 안테나의 높이(b)는 도체부(111)의 높이(a)와 기판(120)의 높이(c)의 합으로 이루어지며, 도체부(111)가 동일할 때 기판 높이(c)가 증가하는 만큼 안테나 높이(b)가 증가될 수 있다. 예컨대, 도체부 높이가 1.2mm이고 기판 두께가 0.8mm인 경우 안테나 높이는 2.0mm가 된다. 이에 따라 안테나 높이는 기판 두께만큼 더 증가될 수 있어, 광 대역 대역폭을 얻을 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 4, the height b of the inverted-f antenna is made of the sum of the height a of the conductor portion 111 and the height c of the substrate 120, and the conductor portions 111 are the same. The antenna height b may increase as the substrate height c increases. For example, when the conductor portion height is 1.2 mm and the substrate thickness is 0.8 mm, the antenna height is 2.0 mm. Accordingly, the antenna height can be further increased by the substrate thickness, thereby obtaining a wide bandwidth bandwidth.

그리고, 기판 탑층(121)에 실장되는 RF 칩(미도시)으로부터 RF 신호가 출력되면, 그 신호는 기판 탑층(121)에 형성되는 급전 라인을 통해 급전 핀(114,113)으로 전달된다. 이때에는 RF 칩 및 안테나 사이의 거리를 최소로 유지하므로 시그널 손실을 최소화할 수 있다. When an RF signal is output from an RF chip (not shown) mounted on the substrate top layer 121, the signal is transmitted to the power supply pins 114 and 113 through a power supply line formed on the substrate top layer 121. This minimizes signal loss by keeping the distance between the RF chip and the antenna to a minimum.

또한 역 에프형 안테나(100)의 접지 핀(115,116)은 기판(120)에 형성된 층간 연결 부재(130)를 통해 기판 바텀층(124)에 형성된 접지면(124a)과 연결되므로, 안테나 공진 주파수 및 임피던스 매칭을 맞추어 줄 수 있는데, 이때 안테나의 단락 길이가 기판 두께만큼 더 증가되므로, 광 대역 역 에프형 안테나를 제공할 수 있다. In addition, since the ground pins 115 and 116 of the inverted F antenna 100 are connected to the ground plane 124a formed on the substrate bottom layer 124 through the interlayer connection member 130 formed on the substrate 120, the antenna resonance frequency and Impedance matching can be tailored, whereby the short circuit length of the antenna is further increased by the thickness of the substrate, thereby providing a wideband inverse F antenna.

다시 말하면, 역 에프형 안테나(100)의 폭 및 길이가 일정하고, 유전체의 유전율이 동일 또는 유사한 경우, 기판 두께로 안테나 높이를 보상해 줌으로써, 안테나(100)의 높이에 따른 S11파라미터의 특성에서, 안테나의 높이 증가에 따라 원하는 주파수 대역에서 공진이 발생될 수 있어, 광 대역 특성으로 나타난다. In other words, if the width and length of the inverted F antenna 100 are constant, and the dielectric constant of the dielectric is the same or similar, by compensating the antenna height by the substrate thickness, the characteristics of the S11 parameter according to the height of the antenna 100 As the height of the antenna increases, resonance may occur in a desired frequency band, resulting in a wide band characteristic.

이러한 칩형 역 에프 안테나가 블루투스 등의 통신 모듈 또는 통신 단말기(예: 핸드 셋)에 적용되어, 원하는 주파수 대역으로 작동할 수 있는 충분한 사용 주파수 대역을 제공할 수 있어, 광 대역 통신 시스템을 제공할 수 있다. Such a chip-type inverted F antenna may be applied to a communication module or a communication terminal (eg, a handset) such as Bluetooth to provide a sufficient frequency band used to operate at a desired frequency band, thereby providing a wideband communication system. have.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains to the detailed description of the present invention and other forms of embodiments within the essential technical scope of the present invention. Could be implemented. Here, the essential technical scope of the present invention is shown in the claims, and all differences within the equivalent range will be construed as being included in the present invention.

본 발명에 따른 역 에프형 안테나에 의하면, 역 에프형 안테나의 길이 및 폭을 증가시키지 않고 안테나의 대역폭을 개선할 수 있는 효과가 있다.According to the inverted-f antenna according to the present invention, there is an effect that can improve the bandwidth of the antenna without increasing the length and width of the inverted-f antenna.

또한 역 에프형 안테나가 실장되는 기판을 이용하여 안테나 높이를 최대한 증가시켜 줄 수 있어, 간단한 구조로 광대역 역에프형 안테나를 제공할 수 있다.In addition, it is possible to increase the height of the antenna as much as possible by using a substrate on which the inverted F antenna is mounted, thereby providing a wideband inverted F antenna with a simple structure.

또한 칩형 역 에프 안테나를 블루투스 단말기 등에 적용하여, 광대역 통신 시스템으로 활용할 수 있다.In addition, the chip type F antenna can be applied to a Bluetooth terminal and the like to be used as a broadband communication system.

Claims

dielectric;

A radiation patch formed on the dielectric, a feed pin branched from the radiation patch to the center of the dielectric side surface and extending to the bottom surface of the dielectric; a ground pin branched from the radiation patch portion to one side of the dielectric side and extending to the bottom surface of the dielectric Including, the reverse F (F) form of the antenna conductor portion;

A multilayer substrate having the dielectric disposed on the top layer and having a feed line connected to a feed pin of the antenna conductor portion disposed on the bottom surface of the dielectric;

A ground plane formed on the bottom layer of the substrate;

And an interlayer connecting member having both ends connected to a ground pin of the substrate and a ground pin of the antenna conductor part disposed on the bottom surface of the dielectric.

The method of claim 1,

The antenna is an antenna for a Bluetooth terminal or a headset.

delete

The method of claim 1,

The interlayer connecting member is formed by injecting a conductive material into the via hole formed in the substrate.

The method of claim 1,

The height of the antenna is inverted F antenna is obtained by the sum of the dielectric height and the substrate height.