KR101172204B1 - PCB Terminal Antenna Using Removed Ground Area - Google Patents

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Abstract

제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 일부 영역이 제거되어 클리어런스가 형성된 그라운드; 급전 선로와 결합되며 제거된 그라운드 영역에 형성되고 상기 그라운드와 전자기적 커플링이 가능하도록 이격되는 제1 방사체; 및 상기 그라운드로부터 상기 제거된 그라운드 영역으로 연장되며 상기 제1 방사체와 이격되는 제2 방사체를 포함한다. 개시된 안테나에 따르면, 필요한 공진 주파수를 확보하기 위한 설계가 용이한 장점이 있으며, 클리어런스 영역에만 안테나를 형성하여 소형화를 도모할 수 있는 장점이 있다. A PCB terminal antenna is disclosed using the removed ground area. The disclosed antenna has a ground in which some areas are removed to form a clearance; A first radiator coupled to the feed line and formed in the removed ground region and spaced apart from the ground to allow electromagnetic coupling; And a second radiator extending from the ground to the removed ground region and spaced apart from the first radiator. According to the disclosed antenna, there is an advantage that it is easy to design to secure the required resonance frequency, there is an advantage that can be miniaturized by forming the antenna only in the clearance region.

Description

제거된 그라운드 영역을 이용한 ＰＣＢ 단말기 안테나{PCB Terminal Antenna Using Removed Ground Area}PCB terminal antenna using removed ground area

본 발명은 단말기 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PCB에 형성되는 단말기 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a terminal antenna, and more particularly, to a terminal antenna formed on a PCB.

안테나는 공중의 RF 신호를 단말기 내부로 수신하거나 내부 신호를 외부로 송신하는 장치로서, 무선 통신에 필수적으로 사용되는 장치이다. 최근 이동통신 단말기는 소형화 및 경량화되면서 그 구조에 있어서도 슬림화가 요구되고 있다. 이와 같은 사이즈의 소형화가 계속적으로 요구되는 것에 비해 이동통신 단말기의 기능은 더욱 다양화될 것이 요구되고 있다. An antenna is a device that receives an RF signal from the inside of a terminal or transmits an internal signal to the outside, and is an essential device for wireless communication. Recently, as the mobile communication terminal becomes smaller and lighter, it is required to be slim in its structure. While miniaturization of such a size is continuously required, the functions of the mobile communication terminal are required to be diversified.

초창기 안테나의 소형화에 대한 연구는 안테나의 방사체의 형태를 효율적으로 구현하는 데에 집중되었다. 예를 들어, 방사체의 형태를 미앤더 구조로 형성하거나 스파이럴 형태로 형성하는 것이 초창기의 안테나 소형화에 대한 연구의 주류를 이루었다. Research into the miniaturization of early antennas has focused on efficiently implementing the shape of the emitter of the antenna. For example, forming the shape of the radiator into a meander structure or a spiral form has been the mainstream of research on the miniaturization of antennas in the early days.

근래에는 단말기에 내장되는 소형 안테나로 주로 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 안테나가 이용되며, PIFA 안테나는 방사체가 단말기의 접지면과 연결된 구조를 갖는다. In recent years, a PIA antenna is mainly used as a small antenna embedded in a terminal, and a PIFA antenna has a structure in which a radiator is connected to a ground plane of the terminal.

현재에는 안테나의 소형화를 위해 메타 머티어리얼(meta-material)을 이용하거나 단말기 자체의 기판에 안테나를 구현하는 연구가 이루어지고 있다. Currently, research has been conducted to implement an antenna on a substrate of a terminal itself using a meta-material for miniaturization of an antenna.

단말기의 PCB에 안테나를 형성하게 될 경우 안테나의 소형화에 크게 기여할 수 있으나, 필요한 공진 주파수를 확보하기 위한 설계가 용이하지 않고 클리어런스 영역 이외에도 엘리먼트가 형성되어 적절한 소형화가 이루어지지 않는 경우가 많았다.When the antenna is formed on the PCB of the terminal, it can greatly contribute to the miniaturization of the antenna, but the design for securing the required resonance frequency is not easy, and in many cases, the element is formed in addition to the clearance region so that the proper miniaturization is not achieved.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 필요한 공진 주파수 확보하기 위한 설계가 용이한 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나를 제안한다. The present invention proposes a PCB terminal antenna using a removed ground area that is easy to design to secure a necessary resonance frequency in order to solve the problems of the prior art as described above.

본 발명의 다른 목적은 클리어런스 영역에만 안테나를 형성하여 소형화를 도모할 수 있는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나를 제안하는 것이다. Another object of the present invention is to propose a PCB terminal antenna using a removed ground area that can be miniaturized by forming an antenna only in the clearance area.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention may be derived by those skilled in the art through the following examples.

본 발명의 일 측면에 따르면, 일부 영역이 제거되어 클리어런스가 형성된 그라운드; 급전 선로와 결합되며 제거된 그라운드 영역에 형성되고 상기 그라운드와 전자기적 커플링이 가능하도록 이격되는 제1 방사체; 및 상기 그라운드로부터 상기 제거된 그라운드 영역으로 연장되며 상기 제1 방사체와 이격되는 제2 방사체를 포함하는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나가 제공된다. According to an aspect of the invention, the ground is formed by removing a portion of the region; A first radiator coupled to the feed line and formed in the removed ground region and spaced apart from the ground to allow electromagnetic coupling; And a second ground radiator extending from the ground to the removed ground region and spaced apart from the first radiator.

상기 제1 방사체는 종단부에서 상기 급전 선로와 결합될 수 있으며, 이와 달리 제1 방사체는 중앙부에서 상기 급전 선로와 결합될 수도 있다. The first radiator may be coupled to the feed line at the end portion, or alternatively, the first radiator may be coupled to the feed line at the center portion.

상기 제거된 그라운드 영역은 상기 그라운드의 경계 부분에 형성되는 것이 바람직하다. Preferably, the removed ground region is formed at a boundary portion of the ground.

상기 제거된 그라운드 영역은 직사각형 형태를 가질 수 있다. The removed ground region may have a rectangular shape.

상기 제2 방사체의 길이에 의해 공진 주파수가 조절될 수 있다. The resonance frequency may be adjusted by the length of the second radiator.

상기 제거된 그라운드 영역의 높이에 의해 공진 주파수가 조절될 수 있다.The resonance frequency may be adjusted by the height of the removed ground region.

본 발명의 안테나에 의하면, 필요한 공진 주파수를 확보하기 위한 설계가 용이한 장점이 있으며, 클리어런스 영역에만 안테나를 형성하여 소형화를 도모할 수 있는 장점이 있다. According to the antenna of the present invention, there is an advantage that it is easy to design to secure the required resonant frequency, there is an advantage that can be miniaturized by forming the antenna only in the clearance region.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 안테나의 전류 분포를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 제2 방사체이 길이 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 제거된 그라운드 영역의 높이 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 도면.1 is a view showing the structure of a PCB terminal antenna using the removed ground area according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a structure of a PCB terminal antenna using a removed ground region according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a structure of a PCB terminal antenna using a removed ground area according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the current distribution of the antenna shown in FIG.
5 is a view showing a change in the resonance frequency of the second radiator in accordance with the length change in the antenna according to an embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating a change in resonance frequency according to a change in height of a ground region removed from an antenna according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the PCB terminal antenna using the removed ground area according to the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a PCB terminal antenna using a removed ground area according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나는 PCB상에 형성되는 그라운드(100), 제거된 그라운드 영역(102), 제1 방사체(104) 및 제2 방사체(106)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a PCB terminal antenna using a removed ground region according to an embodiment of the present invention may include a ground 100 formed on a PCB, a ground region 102 removed, a first radiator 104 and a first antenna. And may include two radiators 106.

그라운드(100)는 단말기 내부에서 접지 전압을 제공한다. 그라운드(100)는 단말기 동작을 위해 필요한 회로 소자들이 결합되는 기판에 형성될 수 있다. The ground 100 provides a ground voltage inside the terminal. The ground 100 may be formed on a substrate to which circuit elements necessary for terminal operation are coupled.

그라운드(100)는 직사각형의 형태를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 멀티 레이어 PCB가 사용될 때 그라운드(100)는 멀티 레이어 중 소정의 레이어에 형성될 수 있다. The ground 100 may have a rectangular shape, but is not limited thereto. When the multilayer PCB is used, the ground 100 may be formed on a predetermined layer among the multilayers.

제거된 그라운드 영역(102)은 그라운드(100)에서 클리어런스 형성을 위해 그라운드의 일부가 제거된 영역이다. 본 발명에서는 단말기 그라운드의 일부 영역을 제거하여 클리어런스를 형성하고 해당 영역에 방사체(104, 106)를 위치시킨다. The removed ground area 102 is an area in which part of the ground is removed to form a clearance in the ground 100. In the present invention, a portion of the terminal ground is removed to form a clearance, and the radiators 104 and 106 are positioned in the region.

제거된 그라운드 영역(102)은 그라운드(100)의 경계 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 제거된 그라운드 영역(102)이 그라운드(100)의 경계 부분에 형성될 때 일면은 오픈되고 세 면은 단말기 그라운드와 경계면을 가지게 된다. 제거된 그라운드 영역(102)은 직사각형 형태인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 단말기의 구조 및 환경에 따라 제거된 그라운드 영역(102)의 형태는 변경될 수 있다. The removed ground region 102 is preferably formed at the boundary portion of the ground 100. When the removed ground area 102 is formed at the boundary portion of the ground 100, one surface is opened and three surfaces have an interface with the terminal ground. The removed ground area 102 is preferably a rectangular shape, but is not limited thereto. The shape of the removed ground area 102 may be changed according to the structure and environment of the terminal.

제1 방사체(104)는 제거된 그라운드 영역(102)내에 구비되며 제1 방사체(104)의 특정 포인트는 급전 선로와 결합된다. 제1 방사체(104)에서 급전 선로와 결합되는 포인트는 임피던스 매칭에 따라 설정될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 방사체의 일단에 급전 선로가 결합될 수 있다. The first radiator 104 is provided in the removed ground region 102 and a specific point of the first radiator 104 is coupled with the feed line. The point coupled to the feed line in the first radiator 104 may be set according to impedance matching, and the feed line may be coupled to one end of the first radiator as illustrated in FIG. 1.

제1 방사체(104)는 제거된 그라운드 영역(102) 내에 위치하되, 그라운드(100)와는 소정 거리(d1) 이격되어 위치한다. 제1 방사체(104)는 그라운드(100)와 전자기적인 커플링이 가능하도록 그라운드(100)와 이격된다. 제1 방사체(104)와 그라운드(100) 사이의 커플링은 임피던스 매칭과 연관되며, 적절한 임피던스 매칭이 이루어지도록 제1 방사체(104)의 길이와 그라운드(100)와의 이격 거리(d1)가 설정된다. The first radiator 104 is positioned in the removed ground region 102, but is spaced apart from the ground 100 by a predetermined distance d1. The first radiator 104 is spaced apart from the ground 100 to enable electromagnetic coupling with the ground 100. The coupling between the first radiator 104 and the ground 100 is associated with impedance matching, and the length d1 of the length of the first radiator 104 and the ground 100 is set to achieve proper impedance matching. .

제2 방사체(106)는 그라운드(100)로부터 연장되어 제거된 그라운드 영역에 위치한다. 제2 방사체(106)는 제1 방사체(104)와는 이격되며 도 1에 도시된 바와 같이 라인 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 'L'자형 구조를 가질 수도 있으며 미앤더 형상을 가질 수도 있다. The second radiator 106 is located in the ground region extending from and removed from the ground 100. The second radiator 106 is spaced apart from the first radiator 104 and may have a line shape as shown in FIG. 1, but is not limited thereto. For example, the second radiator 106 may have an 'L' shape and a meander shape. May have

제2 방사체(106)의 길이에 의해 본 발명에 의한 안테나의 공진 주파수가 조절된다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 제2 방사체이 길이 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 도면이다. The resonant frequency of the antenna according to the present invention is adjusted by the length of the second radiator 106. FIG. 5 is a diagram illustrating a change in resonant frequency according to a change in length of a second radiator in an antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제2 방사체의 길이가 10.5mm, 12.5mm, 14.5mm 및 18.3mm인 경우의 S11 파라미터가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 방사체의 길이가 길어질수록 안테나의 공진 주파수가 낮아지고 제2 방사체의 길이가 짧아질수록 공진 주파수가 높아짐을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, the S11 parameter is shown when the length of the second radiator is 10.5 mm, 12.5 mm, 14.5 mm and 18.3 mm. As shown in FIG. 5, the longer the length of the second radiator, the lower the resonant frequency of the antenna, and the shorter the length of the second radiator, the higher the resonant frequency.

본 발명의 제거된 그라운드 영역을 이용한 안테나의 공진 주파수는 제거된 그라운드 영역의 높이(h)에 의해서도 조절될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 제거된 그라운드 영역의 높이 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 도시한 도면이다. The resonance frequency of the antenna using the removed ground region of the present invention can also be adjusted by the height h of the removed ground region. 6 is a diagram illustrating a change in resonance frequency according to a change in height of a ground area removed from an antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제거된 그라운드 영역의 높이가 2.1mm, 2.3mm, 2.5mm, 2.7mm 및 2.9mm인 경우가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제거된 그라운드 영역의 높이가 높아질수록 공진 주파수가 낮아지고 제거된 그라운드 영역의 높이나 낮아질수록 공진 주파수가 높아짐을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, the heights of the removed ground areas are 2.1 mm, 2.3 mm, 2.5 mm, 2.7 mm and 2.9 mm. As shown in FIG. 6, it can be seen that the higher the height of the removed ground region is, the lower the resonant frequency and the higher the height of the removed ground region is, the higher the resonance frequency.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나의 구조를 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a structure of a PCB terminal antenna using a removed ground area according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 단말기 안테나는 도 1에 도시된 실시예와 비교할 때 제1 방사체(204)와 급전 선로의 결합 부위가 상이하다. 전술한 바와 같이, 필요한 임피던스 매칭을 위해 제1 방사체의 급전 선로와의 결합 위치는 변형될 수 있으며, 도 2의 실시예와 같이 제1 방사체이 중앙 부위에 급전 선로가 결합될 수 있다. Referring to FIG. 2, the terminal antenna using the removed ground region according to another embodiment of the present invention has a different coupling area between the first radiator 204 and the feed line when compared to the embodiment shown in FIG. 1. As described above, the coupling position with the feed line of the first radiator may be modified for necessary impedance matching, and the feed line may be coupled to the central portion of the first radiator as shown in FIG. 2.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 단말기 안테나의 구조를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a structure of a terminal antenna using the removed ground region according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나는 도 1에 도시된 실시예와 비교할 때 제1 방사체(304)의 형태가 상이하다. 제1 방사체(304)는 그라운드(300)와 커플링이 가능한 거리로 소정 거리 이격되어 구비되면서 그 형태는 'L'자형 구조를 가지고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 방사체는 도 1과 같은 라인 형태 이외에도 'L'자형 구조를 가질 수 있으며, 제1 방사체의 형태는 임피던스 매칭에 따라 선택될 수 있다. Referring to FIG. 3, the PCB terminal antenna using the removed ground area according to another embodiment of the present invention has a different shape of the first radiator 304 compared to the embodiment shown in FIG. 1. The first radiator 304 has a 'L' shaped structure while being spaced apart from the predetermined distance by a distance capable of coupling with the ground 300. As shown in FIG. 3, the first radiator may have an 'L' shape in addition to the line shape of FIG. 1, and the shape of the first radiator may be selected according to impedance matching.

도 4는 도 1에 도시된 안테나의 전류 분포를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a current distribution of the antenna shown in FIG. 1.

도 4를 참조하면, 제1 방사체 및 제2 방사체에 강한 전류 흐름이 형성되고 단말기 그라운드를 경유하여 전체적으로 루프 형태의 전류 경로가 형성되며, 이와 같은 루프 형태의 전류 경로를 형성시킴으로써 제거된 그라운드 영역에 형성된 방사체에 의한 RF 신호의 방사가 가능하다. Referring to FIG. 4, a strong current flow is formed in the first radiator and the second radiator, and a current path in the form of a loop is formed as a whole via the terminal ground, and the ground current is removed by forming the loop-type current path. Emission of the RF signal by the formed radiator is possible.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art may variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. And can be changed.

Claims (7)

일부 영역이 제거되어 3개의 면이 그라운드에 의해 둘러싸이는 클리어런스가 형성된 그라운드;
급전 선로와 결합되며 상기 클리어런스 영역에 형성되고 상기 그라운드와 전자기적 커플링이 가능하도록 이격되는 제1 방사체; 및
상기 그라운드로부터 상기 클리어런스 영역으로 연장되며 상기 제1 방사체와 이격되는 제2 방사체를 포함하되,
상기 클리어런스는 상기 그라운드와의 두 개의 수직 경계면 및 하나의 수평 경계면을 가지고, 상기 제1 방사체는 상기 수평 경계면의 그라운드와 전자기적 커플링이 가능하도록 이격되어 배치되고 상기 제2 방사체는 상기 두 개의 수직 경계면 중 어느 하나로부터 연장되며 상기 제2 방사체의 길이에 의해 공진 주파수가 조절되는 것을 특징으로 하는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나. A ground where some areas are removed to form a clearance in which three faces are surrounded by the ground;
A first radiator coupled to a feed line and formed in the clearance region and spaced apart from each other to enable electromagnetic coupling with the ground; And
A second radiator extending from the ground to the clearance region and spaced apart from the first radiator;
The clearance has two vertical boundaries with the ground and one horizontal interface, wherein the first radiator is spaced apart to allow electromagnetic coupling with the ground of the horizontal boundary and the second radiator is disposed with the two vertical boundaries. And a resonant frequency controlled by the length of the second radiator extending from any one of the interfaces. 제1항에 있어서,
상기 제1 방사체는 종단부에서 상기 급전 선로와 결합되는 것을 특징으로 하는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나.The method of claim 1,
And the first radiator is coupled to the feed line at an end of the PCB terminal antenna. 제1항에 있어서,
상기 제1 방사체는 중앙부에서 상기 급전 선로와 결합되는 것을 특징으로 하는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나.The method of claim 1,
And the first radiator is coupled to the feed line at a central portion thereof. 제1항에 있어서,
상기 제거된 그라운드 영역은 상기 그라운드의 경계 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나.The method of claim 1,
And the removed ground area is formed at a boundary of the ground. 제4항에 있어서,
상기 제거된 그라운드 영역은 직사각형 형태인 것을 특징으로 하는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나. The method of claim 4, wherein
The removed ground area is a PCB terminal antenna using the removed ground area, characterized in that the rectangular shape. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제거된 그라운드 영역의 높이에 의해 공진 주파수가 조절되는 것을 특징으로 하는 제거된 그라운드 영역을 이용한 PCB 단말기 안테나. The method of claim 1,
Resonance frequency is adjusted by the height of the removed ground area PCB terminal antenna using the removed ground area.
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