KR20030060502A - Planar inverted f antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동통신 단말기에 사용되는 평면형 인버티드 에프 안테나에 관한것이다.The present invention relates to a planar inverted F antenna used in a mobile communication terminal.
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.The Planar Inverted F Antenna (PIFA) is a small antenna based on. In general, in the planar inverted F antenna, impedance matching may be easily performed by moving a feed point without an additional matching circuit. In addition, since the planar inverted F antenna has both vertical polarization and horizontal polarization at the same time, the planar inverted F antenna has an advantage of improving average reception power in an indoor wireless environment having a relatively large cross-polarization coupling. In addition, since the planar inverted F antenna increases in bandwidth and gain as the height increases, the overall antenna size can be reduced while increasing the bandwidth and gain by increasing the height.
도 1a 및 도 1b는 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 구조를 도시하는 도면이다.1A and 1B are views showing the structure of a conventional planar inverted F antenna.
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, 상기단락판(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, S2는 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.1A and 1B, the planar inverted F antenna includes a rectangular conductor plate 100, a ground plane 110, and a shorting plate 120. The rectangular conductor plate 100 and the ground plane 110 are horizontal. The short circuit plate 120 is configured perpendicular to the ground plane 110 and the square conductor plate 100, and is connected to an end of the square conductor plate 100. 1A and 1B, h is the height of the planar inverted F antenna, L is the width of the shorting plate 120, S 1 is the distance between the shorting plate 120 and the feed point 130, S is a square The length of the conductor flat plate (radiation flat plate) 100, W is the width of the rectangular conductor flat plate 100. Meanwhile, since the shorting plate 120 is configured perpendicular to the rectangular conductor plate 100 and the ground plane 110, the height h of the planar inverted F antenna corresponds to the height of the shorting plate 120. have. t is the thickness of the rectangular conductor plate 100, and S 2 is the distance from the feed point 130 to the open longitudinal section. According to the configuration of a conventional planar antenna, between the rectangular conductor flat plate 100 and the ground plane 110 of the planar inverted F antenna having the structure as shown in Figs. 1A and 1B is formed of a dielectric such as air or foam. Is filled. Meanwhile, the characteristic change of the antenna due to design factors is as follows. The resonance frequency is determined according to the length S and the height h of the antenna. At the feed point, impedance matching occurs. As dielectric constant increases, antenna size decreases, and antenna gain decreases. As the antenna width W increases, the resonance frequency increases. The bandwidth increases as the antenna height h increases.
도 2a 및 도 2b는 평면형 인버티드 에프 안테나 안테나의 등가회로를 도시하는 도면이다.2A and 2B are diagrams showing an equivalent circuit of a planar inverted F antenna antenna.
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.2A and 2B are equivalent circuits of the transmission line model of the conventional planar inverted F antenna shown in FIG. As shown in FIGS. 2A and 2B, the planar inverted F antenna is modeled as a transmission line having characteristic admittance, full and length S. FIG. In addition, the end faces of the planar inverted F antenna are modeled as parallel admittance wave constants, respectively, and the admittance of the portion connected to the shorting plate 120 has a value close to ∞.
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.However, when the planar inverted F antenna configured as described above is mounted on various conventional terminals, the following problems occur. First, in order to implement a planar inverted F antenna as illustrated in FIGS. 1A and 1B, the conductor plate (a square conductor plate and a short plate) that will constitute the square conductor plate 100 and the shorting plate 120 will be referred to together. ) Bent at a right angle, and the non-continuous surface of the short-circuit plate 120 should be attached to the ground plane 110 by soldering or the like. In addition, in order to feed the planar inverted F antenna, a hole in the ground plane 110 should be drilled, and then the coaxial cable should be attached again through soldering or the like. Therefore, the mass production process of the planar inverted F antenna is complicated. Second, when air is filled between the ground plane 110 and the conductor plate, the conductor plate may be pressed or the antenna height h may be changed by the impact, so that a cover is provided as a protection means, or the ground plane 110 and the conductor plate are protected. Auxiliaries (sponge, etc.) must be inserted in between. Third, when attached to a printed circuit board (PCB) for implementing devices such as Bluetooth and WLAN cards, the height and volume of the device increases by h, which is the height of the planar inverted F antenna, in addition to the height of the printed circuit board. Fourth, when tuning the feed point 130 of the already prepared planar inverted F antenna, the hole corresponding to the feed point 130 must be drilled again and soldered.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 그 제작 공정이 단순한 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a planar inverted F antenna having a simple manufacturing process to solve the above problems.
본 발명의 다른 목적은 충격 등에 영향 받지 않는 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a planar inverted F antenna which is not affected by an impact or the like.
본 발명의 또 다른 목적은 차지하는 부피가 감소되는 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a planar inverted F antenna having a reduced volume.
본 발명의 또 다른 목적은 급전점의 변경이 용이한 평면형 인버티드 에프 안테나를 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a planar inverted F antenna that can easily change a feed point.
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.In order to achieve the above objects, the present invention provides a planar inverted F antenna including a planar conductor surface positioned on the ground plane, including via holes arranged at one end of the planar conductor surface and shorting the planar conductor surface. A power supply for the planar inverted F antenna by being connected to a via hole located at a specific point on the plane conductor surface and operating as a feed point and a via hole located in the ground plane and operating as the feed point It uses a planar inverted F antenna composed of a coplanar waveguide that performs.
도 1a 및 도 1b는 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 구조를 도시하는 도면1A and 1B show the structure of a conventional planar inverted F antenna.
도 2a 및 도 2b는 종래의 평면형 인버티드 에프 안테나의 등가회로를 도시하는 도면2A and 2B show an equivalent circuit of a conventional planar inverted F antenna.
도 3은 본 발명에 따른 도면으로, 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나를 도시하는 도면3 is a view according to the present invention, showing a planar inverted F antenna using via holes.
도 4는 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나의 접지면과 코플래너 웨이브가이드를 이용한 급전을 도시하는 도면4 is a diagram illustrating a power supply using a ground plane and a coplanar waveguide of a planar inverted F antenna using via holes.
도 5는 본 발명에 따른 도면으로, 평면형 인버티드 에프 안테나에서 비아 홀을 이용한 급전점 변경을 도시하는 도면FIG. 5 is a diagram according to the present invention, illustrating a change of a feed point using a via hole in a planar inverted F antenna; FIG.
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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the reference numerals to the components of the drawings, it should be noted that the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings.
이하 본 발명에서는 여러 개의 비아 홀을 구비함으로써 그 제작 공정이 단순하고, 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.Hereinafter, the present invention proposes a planar inverted F antenna having a plurality of via holes, the manufacturing process of which is simple, is not affected by impact, etc., has a small volume, and is easy to change a feeding point. The planar inverted F antenna proposed by the present invention is implemented using via holes. That is, in the planar inverted F antenna proposed by the present invention, via holes are used for shorting and feeding of the antenna. Hereinafter, via holes used to short-circuit the planar inverted F antenna to distinguish the plurality of via holes are referred to as "via holes arranged at one end of the conductor surface". This is because the via holes used for the short circuit are arranged at one end of the conductor surface. In contrast, a via hole used for feeding a planar inverted F antenna is referred to as a "via hole".
도 3은 본 발명에 따른 도면으로, 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나를 도시하는 도면이다.3 is a view according to the present invention, showing a planar inverted F antenna using a via hole.
도 4는 비아 홀을 이용한 평면형 인버티드 에프 안테나의 접지면과 코플래너 웨이브가이드를 이용한 급전을 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a power supply using a ground plane and a coplanar waveguide of a planar inverted F antenna using via holes.
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.The planar inverted F antenna using the via holes 320 and 330 illustrated in FIGS. 3 and 4 may include an etched conductor surface 300, a ground surface 310, and the conductor surface of a printed circuit board or a dielectric substrate. And a via hole 320 and 330 connecting between the ground plane 310 and the ground plane 310. The feeding of the planar inverted F antenna is performed by a coplanar waveguide (CPW) of the ground plane 310. 400). Via holes 320 arranged at one end of the conductor surface 300 of the via holes 320 and 330 are used for shorting of the planar inverted F antenna. That is, the via holes 320 replace the conventional shorting plate 120 shown in Fig. 1. The via hole serves as the shorting plate 120 which has a height of the conventional planar inverted F antenna. Substituted by 320, the flat without the height of the antenna itself The inverted F antenna can be implemented, while the via hole 330 operates as a feed point of the planar inverted F antenna shown in FIG. 3.
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.The via holes 330 of FIGS. 3 and 4 are used to feed the planar inverted F antenna. Power is supplied to the planar inverted F antenna by the coplanar waveguide positioned at the via hole 330 and the ground plane 300.
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.Meanwhile, the parameters of the planar inverted F antenna equivalent circuit using the via holes shown in FIGS. 3 and 4 are the same as the parameters of the equivalent circuit of the conventional planar inverted F antenna. However, a slight difference occurs in the admittance of the portion connected to the conventional short-circuit plate 120. Therefore, the analysis of the planar inverted F antenna using the via holes is the same as that of the conventional planar inverted F antenna.
도 5는 본 발명에 따른 도면으로, 평면형 인버티드 에프 안테나에서 비아 홀을 이용한 급전점 변경을 도시하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram according to the present invention and illustrates a change of a feed point using a via hole in a planar inverted F antenna.
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 등으로 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.As shown in FIG. 5, a plurality of via holes 330 are drilled near a point where a feeding point is expected, and the dielectric surface 340 is exposed by etching around the via holes 330. One via hole 330 and the conductor surface 300 of the via holes 330 are connected to each other by soldering to be used as a feed point. The other via holes 330 that are not connected to the conductor surface 300 are not connected to the conductor surface 300 because the surroundings are etched and do not operate as a feed point. After disconnecting the via hole 330 operating as the feed point and the conductor surface 300, the feed point may be changed by connecting another via hole 330 with the conductor surface 300. When the via hole 330 and the conductor surface 300 are connected by soldering, the connection may be removed by removing lead. Meanwhile, the via holes 330 that are not connected to the peripheral conductor surface 300 do not affect antenna performance, and the via holes 330 operate as feed points only when they are connected to the conductor surface 300.
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.As described above, the planar inverted F antenna is replaced with a printed circuit board or dielectric by replacing the short-circuit plate 120 and the feeding coaxial line 130 of the conventional planar inverted F antenna with a via hole and a coplanar waveguide. It can be easily manufactured on a substrate. In addition, by designing and implementing the planar inverted F antenna through the via hole in the printed circuit board and the dielectric substrate as described above, the manufacturing process of the planar inverted F antenna is simplified and mass production is easy. Since the planar inverted F antenna is implemented by using a dielectric substrate and a printed circuit board, the planar inverted F antenna can be implemented by fixing the antenna height h, being resistant to impact, and requiring no auxiliary material for fixing the height. In addition, by feeding the power through the via hole 330, it is easy to change the feed point of the planar inverted F antenna. Since the height of the antenna does not need to be considered, it can be designed simultaneously on existing printed circuit boards or dielectric substrates without additionally adding a planar inverted F antenna.
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.By implementing the present invention as described above, the manufacturing process of the planar inverted F antenna is simplified. It is possible to implement a planar inverted F antenna with a small volume. There is no need to add support for shape preservation of planar inverted F antennas. It can be implemented by adding a planar inverted F antenna to a printed circuit board or a dielectric substrate of an existing device.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2002-01-09 KR KR1020020001233A patent/KR100866221B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7446709B2 (en) * | 2005-02-04 | 2008-11-04 | Sony Ericsson Mobile Communications Japan, Inc. | Antenna device and mobile terminal apparatus equipped with the antenna device |
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| KR100866221B1 (en) | 2008-10-30 |
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