KR200276343Y1 - 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 고안은 헬리컬 안테나를 부착하여 전파특성 향상 및 비용절감을 꾀하는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 관한 것이다.

본 고안은 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 일측에 그라운드 영역과 상기 영역의 일부가 제거된 그라운드 제거부를 포함하며, 타측에 안테나의 임피던스 매칭을 위한 매칭회로를 구비하며, 상기 그라운드 제거부는 헬리컬 안테나가 고정되고 상기 그라운드 제거부와 그라운드 영역과의 경계선으로부터 4mm 내지 6mm의 간격을 갖도록 설치되고 상기 매칭회로와 접속되는 안테나 고정부를 더 포함하고, 헬리컬 안테나의 피드 포인트는 상기 안테나 고정부에 삽입되는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 한다.

이상과 같은 본 고안에 따르면 그라운드 제거부에 경계선으로부터 소정간격을 갖도록 헬리컬 안테나를 장착하기 때문에 안테나의 전파특성이 향상되는 효과가 있다.

Description

헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판{PRINTED CIRCUIT BOARD FOR WIRELESS DATA MODULE STUCK A HELICAL ANTENNA}

본 고안은 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 헬리컬 안테나를 부착하여 전파특성 향상 및 비용절감을 꾀하는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 관한 것이다.

종래에는 주로 무선 데이터 모듈에 외장형 안테나를 장착하여 사용하여 왔다. 그러나, 외장형 안테나는 개발기간 및 비용이 많이 소요되고, 그 모양이 돌출되어 있어 외부의 물리적인 압력에 의하여 파손되는 등의 위험이 있으며, 취급시 주의가 요구되는 단점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 무선 데이터 모듈의 내부에 내장형 헬리컬 안테나를 장착하여 사용하는 방법이 제시되었다. 내장형 헬리컬 안테나를 사용할 경우에는 외장형 안테나를 사용할 경우보다 안테나 파손의 우려가 적으며, 비용도 1/5로 절감되는 효과가 있다.

일반적으로, 내장형 헬리컬 안테나는 원통형태의 절연체 표면상에 주파수 대역에 맞는 길이만큼의 구리선이 감겨있는 구성을 가지거나, 절연체를 배제하고 구리선만을 이용하여 스프링 형태로 감겨있는 구성을 가진다.

그러나, 이러한 구성을 갖는 내장형 헬리컬 안테나는 외부의 충격으로부터 구리선 자체에 물리적인 변형이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 몰딩을 하거나 카바로 안테나를 밀봉하는 경우에는 전체 부피가 커지게 되는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 원통형 세라믹이나 폴리머로 이루어진 절연체의 표면에 은이 코팅되는 구성을 갖는 헬리컬 안테나가 개발되었다.

상기 절연체 표면에 은이 코팅되는 구성을 갖는 내장형 헬리컬 안테나가 부착되는 인쇄회로기판이 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래의 헬리컬 안테나가 부착되기 위한 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 도면으로서, 인쇄회로기판(10)의 일측 상부를 절단 및 가공하여 안테나 설치부(20)를 형성하고, 상기 설치부(20)의 하부에 헬리컬 안테나가 부착될 수 있도록 랜드(30)를 구비한다.

그리고, 이러한 인쇄회로기판의 안테나 설치부(20)에 헬리컬 안테나를 끼운 후, 납땜이나 접착제 등을 이용하여 고정시킨다. 따라서, 헬리컬 안테나가 설치부의 하부에 위치하는 랜드(30)에 접합되어 상기 헬리컬 안테나가 인쇄회로기판에 장착되게 된다.

그러나, 이러한 방법으로 헬리컬 안테나를 장착하여 사용할 경우, 인쇄회로기판의 그라운드에 의해 안테나의 방사가 방해를 받기 때문에 안테나의 전파특성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 안테나 장착을 위해 인쇄회로기판의 일측을 절단 및 가공하여야 하는데 그 제조과정이 매우 번거롭다는 단점이 있으며, 이에따라 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈의 제조비용이 증가되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 원통형 세라믹이나 폴리머로 이루어진 절연체의 표면에 은이 코팅되는 구성을 갖는 헬리컬 안테나를 그라운드 영역과 그라운드 제거부와의 경계면으로부터 소정간격을 갖도록 그라운드 제거부에 부착함으로써 안테나의 수신 신호 특성이 향상될 뿐만 아니라 무선 데이터 모듈의 제조비용이 감소되는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 헬리컬 안테나가 부착되기 위한 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 고안에 따른 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 부착되는 헬리컬 안테나를 나타내는 도면이다.

도 3a, 3b는 본 고안에 따른 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판의 전면과 후면을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 고안에 따른 헬리컬 안테나가 부착된 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판의 일실시예를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 고안에 따른 헬리컬 안테나가 부착된 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

40 : 헬리컬 안테나 42 : 코아

44 : 헬리컬 라인 46 : 피드 포인트

47 : 돌출부 50 : 그라운드 제거부

51 : 안테나 고정부 52 : 홀

53 : 경계선 54 : 연결도선

55 : 그라운드 영역 56 : 인덕터

58 : 캐패시터 59 : 매칭회로

60 : 인쇄회로기판

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 일측에 그라운드 영역과 상기 영역의 일부가 제거된 그라운드 제거부를 포함하며, 타측에 안테나의 임피던스 매칭을 위한 매칭회로를 구비하며, 상기 그라운드 제거부는 상기 헬리컬 안테나가 고정되고 상기 그라운드 제거부와 그라운드 영역과의 경계선으로부터 4mm 내지 6mm의 간격을 갖도록 설치되고 상기 매칭회로와 접속되는 안테나 고정부를 더 포함하고, 상기 헬리컬 안테나의 피드 포인트는 상기 안테나 고정부에 삽입되는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 한다.

이러한 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 부착되는 헬리컬 안테나를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이 본 고안에 따른 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 부착되는 헬리컬 안테나(40)는 종래의 헬리컬 안테나(40)와 동일한 구성을 가지나, 인쇄회로기판(60)과 전기적으로 연결되기 위한 피드 포인트(46)의 소정부위가 돌출되는 모양을 갖는다.

즉, 상기 헬리컬 안테나(40)는 절연물질이며 내부에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 코아(42), 코아(42)의 표면에 인쇄되어 있으며 도전성을 가지는 헬리컬 라인(44), 및 코아의 하단부에 헬리컬 라인(44)과 연결되도록 형성되며 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 피드 포인트(46)를 포함하여 구성된다.

본 고안의 피드 포인트(46)는 헬리컬 안테나의 하부에 솔더링 되는데, 아래에서 설명할 인쇄회로기판의 안테나 고정부(51)의 홀(52)에 부착되도록 돌출부(47)를 구비한다.

여기서, 헬리컬 라인(44), 피드 포인트(46)는 도전성 물질로 이루어지며, 코아(42)는 원통형으로 세라믹 등의 절연물질로 이루어진다.

상기 헬리컬 안테나는 무선 데이터 모듈에 부착되어도 전방향으로의 방사가 발생하기 때문에 안테나의 성능 저하를 방지할 수 있다.

본 고안에서는 대략 지름 6mm 이하, 길이 14mm 이상인 헬리컬 안테나를 사용하는데, 일반적으로 안테나는 길이가 길어지고 지름이 커질수록 특성이 좋아지며,지름요인보다는 길이요인이 더 큰 효과를 보이기 때문에 지름 6mm, 길이 13.3mm인 안테나보다 지름 5mm, 길이 18mm인 안테나를 사용하는 것이 바람직하다.

본 고안에서 사용되는 헬리컬 안테나의 크기를 보다 상세하게 살펴보면, 헬리컬 안테나의 지름은 5mm이고, 길이는 18mm이다. 상기 안테나에 솔더링 되는 피드 포인트(46)의 두께는 0.3mm이며, 상기 피드 포인트(46)가 헬리컬 안테나에 0.2mm 두께로 솔더링된다. 상기 피드 포인트(46)의 지름은 5.5mm이고, 상기 피드 포인트(46)에 형성된 돌출부(47)는 가로1.5mm, 세로 1.4mm인 직사각형 모양을 가진다.

헬리컬 안테나의 내부에 형성된 캐비티의 지름은 2.55mm이며, 헬리컬 안테나의 지름과 돌출부의 길이의 합은 6.75mm이다.

상기와 같은 구조로 이루어지는 안테나를 장착하기 위한 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판의 전면과 후면 구조가 도 3a, 3b에 도시되어 있다.

본 고안에 따른 인쇄회로기판은 전면에 그라운드 영역(55)과, 상기 기판내에 안테나를 장착하여도 안테나의 방사가 원활하게 이루어지도록 소정의 그라운드를 제거한 그라운드 제거부(50)를 포함하여 구성되며, 상기 그라운드 제거부(50)에 안테나가 부착되기 위한 안테나 고정부(51)를 포함한다.

상기 안테나 고정부(51)는 안테나의 피드 포인트(46)의 돌출부(47)가 삽입되어 부착되기 위한 홀(52)을 구비하고, 인쇄회로기판의 후면에 형성된 연결도선(54)을 통해 안테나의 임피던스 매칭을 위한 인덕터(56) 및 캐패시터(58)를 포함하는 매칭회로(59)와 접속된다.

본 고안에서는 무선 데이터 모듈이 통신 기기내에 장착되는 것을 고려하여 안테나의 주파수를 50 ~ 60 MHz의 높은 주파수에서 맞추고, 안테나의 임피던스 매칭을 위하여 캐패시턴스 값이 6.0 pF인 캐패시터와 인덕턴스 값이 18nH인 인덕터를 사용한다.

또한, 상기 안테나 고정부(51)는 그라운드 영역(55)과 그라운드 제거부(50)의 경계선(53)으로부터 소정간격을 갖도록 설치해야 그라운드에 의한 안테나 특성저하가 발생되지 않으며, 최소 경계면(53)에서 안테나 표면이 4mm 내지 6mm 정도 떨어지도록 설치한다.

보다 바람직하게는 상기 안테나 고정부(51)를 그라운드와 최대한 떨어지도록 설치해야하며, 이를 위해 상기 안테나 고정부(51)를 그라운드 제거부(50)내에서 좌측상부로 이동한다.

또한, 안테나의 방사특성을 더욱 향상시키기 위하여 상기 안테나 고정부(51)에 부착된 안테나의 측면에 대해서 그라운드 영역(55)을 6mm 폭만큼 더 제거할 수 있다.

도 4는 본 고안에 따른 헬리컬 안테나가 부착된 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판의 일실시예를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이 본 고안은 헬리컬 안테나가 그라운드 제거부(50)에 소정의 간격을 갖도록 부착되는 구성을 갖는다.

다시 말하면, 상기 안테나 고정부(51)에 형성된 홀(52)에 상기 안테나의 피드 포인트(46)의 돌출부(47)가 삽입되어 솔더링되는 형식으로 부착된다.

여기서, 안테나가 통신기기 내부에 코팅되어 있는 금속성의 실드(Shield) 케이스와 가깝게 위치하면 안테나의 특성, 및 방사효율이 저하되므로 안테나 근처의 실드 케이스를 제거해야 한다.

도 5는 본 고안에 따른 헬리컬 안테나가 부착된 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 안테나 고정부(51)를 그라운드 제거부(50)에 소정간격을 갖도록 부착하고, 또한 안테나 고정부에 부착된 안테나의 측면에 대해서 그라운드 영역을 6mm 폭만큼 더 제거한 것을 나타낸 도면이다.

PCB 상태	매칭 회로	C.F.(MHz)	VSWR at C.F.	Bandwidth(MHz)at VSWR = 2:1	비고
피드 포인트좌측 상부로이동	C = 6.0 pFL = 18 nH	886	1.0632	48	도4 참조
피드 포인트좌측상부로이동+안테나 측면그라운드 6mm제거	C = 6.0 pFL = 18 nH	886	1.0392	49	도5 참조

[표 1]에 나타난 바와같이 피드 포인트를 좌측 상부로 이동하고 안테나 고정부에 부착된 안테나 측면에 대해서 6mm 폭만큼의 그라운드 영역을 더 제거하게 되면 피드 포인트를 좌측 상부로 이동했을 때보다 안테나 측면이 그라운드와 더욱 멀어지기 때문에 VSWR at C.F. 특성과 Bandwidth(MHz) at VSWR = 2:1 특성이 향상되는 효과가 있다.

여기서 C.F.는 Center frequency의 약자로서 중심 주파수를 나타내며, VSWR은 Voltage Standing Wave Ratio의 약자로서 전압정재파비를 의미한다.

이와같은 헬리컬 안테나가 장착되는 인쇄회로기판은 이동 통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), CF CARD TYPE MODEM(Compect Flash CARD TYPE MODEM) 등의 무선 통신 모듈들에 이용할 수 있다.

비록, 본 고안이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 고안은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.

이상과 같은 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 따르면 그라운드 제거부에 경계선으로부터 소정간격을 갖도록 헬리컬 안테나를 장착하기 때문에 안테나의 전파특성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 헬리컬 안테나의 장착을 위해 인쇄회로기판을 절단할 필요가 없어 안테나 부착을 위한 인쇄회로기판의 제조과정이 단순해지고, 이에따라 무선 데이터 모듈의 제조비용이 감소되는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 절연물질로 이루어진 코아와, 상기 코아의 표면 전체에 헬리컬 형태로 형성되어 있는 도전성 라인과, 상기 도전성 라인과 전기적으로 연결되는 피드 포인트로 구성되는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판에 있어서,

   상기 인쇄회로기판은 일측에 그라운드 영역과 상기 영역의 일부가 제거된 그라운드 제거부를 포함하며, 타측에 안테나의 임피던스 매칭을 위한 매칭회로를 구비하며, 상기 그라운드 제거부는 상기 헬리컬 안테나가 고정되고 상기 그라운드 제거부와 그라운드 영역과의 경계선으로부터 4mm 내지 6mm의 간격을 갖도록 설치되고 상기 매칭회로와 접속되는 안테나 고정부를 더 포함하고,

   상기 헬리컬 안테나의 피드 포인트는 상기 안테나 고정부에 삽입되는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 그라운드 영역은 상기 헬리컬 안테나가 상기 안테나 고정부에 부착된 상태에서 상기 헬리컬 안테나의 측면에 대해서 소정의 폭만큼 더 제거되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 안테나는 지름이 약 5mm이고, 길이가 약 18mm인 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 매칭회로는 인덕턴스 값이 약 18nH인 인덕터와 캐패시턴스 값이 약 6.0pF인 캐패시터로 이루어진 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나가 부착되는 무선 데이터 모듈용 인쇄회로기판.