KR20040052899A - 내장형 광대역 평면 역 에프형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내장형 평면 역 F형 안테나에 관한 것으로, 일측에 상하로 관통하며 내부면에 도전성 금속도체가 도포된 비아홀을 갖는 PCB; PCB의 상면 일측에 구비되고, 하부의 일단이 PCB의 비아홀에 연결되도록 위치하는 미앤더 안테나; 미앤더 안테나가 위치하는 PCB 상면 영역과 대칭되는 PCB의 하면 영역의 측단에서 소정 간격 이격되어 PCB의 하면에 도포되는 하면 접지도체; 및 PCB의 하면에서, 일단은 하면 접지도체와 연결되고 타단은 비아홀에 연결되어, 미앤더 안테나, 비아홀, 그리고 하면 접지도체를 전기적으로 연결하는 접지연결도체를 포함하여 구성되는 내장형 광대역 평면 역 F형 안테나이다.

Description

내장형 광대역 평면 역 에프형 안테나{An Internal Broadband Planar Inverted-F Antenna}

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 상세하게는 광대역 특성을 갖도록 구성된 평면 역 F형 안테나에 관한 것이다.

종래의 평면 역 F형 안테나를 보면, 금속 도체의 슬롯을 이용하여 전기적 길이를 조절하고, 급전 도체 근처에 단락핀을 사용한 구조가 개시되어 있다. 예를들어, 미국특허출원 US 2003/0231134는 원형 슬롯을 갖는 금속도체가 형성되어 있는 구조를 개시하고 있다. 이 기술의 특징은 공기층 대신 유전체를 이용하여 급전부와 단락핀을 고정시키는 구조를 취함으로써, 제작이 용이하다는 이점이 있다. 또한, 이 기술은 유전체 위에 금속 도체를 사용함으로써 평면 역 F형 안테나의 다중 대역 특성을 나타내고 있다.

그 밖에, 관련 국내외 논문을 보면, 국내 논문으로서 "한국전자파학회논문지, 2003, pp.855-862, 이동통신 광대역 PIFA 안테나 설계 및 해석"은 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나에서 패치 중앙부에 단락 스트립을 형성시켜 평면 역F형 안테나로 작동하는 구조를 개시하고 있다. 이 기술은 급전 위치와 접지판의 높이와 길이를 조정하고 접지판의 모양과 단락 스트립의 위치를 변화시켜 특성을 향상시키는 구조이다. 외국 논문으로서, "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2001, pp. 1398-1403, Design of Small and Broad-Band Internal Antennas for IMT-2000 Mobile Handsets" 은 2 개의 평면 역F형 안테나가 사용된 구조로 2개 도체의 모양, 크기, 도체간 간격을 조절하면서 2개 도체간의 커플링에 의해 광대역 특성을 향상시키는 구조이다.

이러한 구조를 갖는 안테나는 협대역 다중 주파수를 이용한 방식을 취하고있어서 대역폭에 단점이 있고, 다중 주파수를 사용함에 따라 구조가 복잡해지고 있다. 또한, 기존의 평면 역F형 안테나는 임피던스 정합을 위하여 금속도체와 접지도체 사이의 공기층 또는 유전체가 필요하고, 이를 연결하기 위한 단락핀이 필요하다. 이와같이, 공기층 또는 유전체의 사용과 부수적인 단락핀의 사용은 안테나 제작을 어렵게 하고, 임피던스 정합과 작동 주파수 대역을 위한 단락핀의 위치적 제약은 협대역 특성을 가지게 한다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 기존의 내장형 안테나의 소형화 특성을 가지며 기존의 평면 역 F형 안테나의 협대역 특성을 광대역 특성으로 바꿈으로써, 하나의 안테나를 이용하여 다양한 모듈에서 밴드 간의 효과적인 통신을 지원하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 내장형 광대역 평면 역F형 안테나의 상면 사시도,

도2는 본 발명에 따른 내장형 광대역 평면 역F형 안테나의 하면 사시도,

도3는 본 발명에 따른 안테나의 반사손실을 측정한 결과를 도시하고,

도4는 미앤더 안테나의 두께에 따른 반사손실의 변화를 도시하고,

도5은 접지연결도체의 위치에 따른 반사손실의 변화를 도시하고, 그리고

도6는 미앤더 안테나와 하면 접지도체 사이의 간격에 따른 반사손실의 변화를 도시하고 있다.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

10: PCB 20: 미앤더 안테나

30: 급전용 금속도체 40: 비아홀

50: 접지연결도체 60: 하면 접지도체

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일반적인 평면 역F형 안테나의 구조에서 부수적인 접지용 핀 대신에 비아홀을 사용하고, 공기층 또는 유전체 대신에 금속도체의 두께를 이용하여 임피던스 정합을 이루어는 구조의 내장형 광대역 평면 역F형 안테나를 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 내장형 광대역 평면 역F형 안테나의 상면 사시도이다. 도1에 도시된 바와같이, 본 발명의 안테나는 PCB(10), 미앤더 안테나(20), 급전용 금속도체(30), 비아홀(40), 접지연결도체(50), 하면 접지도체(60) 등으로 구성된다.

미앤더 안테나(20)는 PCB(10)의 상면 일측에 위치하는 소정 두께를 가진 금속도체이다. 미앤더 안테나(20)의 내부에는 다수의 슬롯이 형성되어 있으며, 이들 슬롯의 위치, 길이 등과 미앤더 안테나(20)의 두께 등을 조절하는 튜닝 작업을 통하여 광대역 특성을 얻을 수 있으며, 또한 작동 주파수의 조정이 가능하다.

미앤더 안테나(20)의 일측에는 급전용 금속도체(30)가 연결되어 급전되고 있다. 급전용 금속도체(30)는 PCB(10) 상면에 소정 폭으로 도포된 50Ω 마이크로 스트립이다.

PCB(10)의 하면에는 하면 접지도체(60)가 도포되어 있다. 여기서, 하면 접지도체(60)는 미앤더 안테나(20)가 위치하는 PCB(10) 영역의 반대편 하면에는 도포되어 있지 않으며, 또한 미앤더 안테나(20)의 안쪽 끝단에서 소정 간격(d) 이격되어 도포된다.

미앤더 안테나(20)가 위치하는 PCB(10)의 일측에는 비아홀(40)이 형성되어 있다. 비아홀(40)은 PCB(10)를 상하로 관통하여 상부로는 미앤더 안테나(20)의 일측, 바람직하게는 급전용 금속도체(30)가 연결되는 부분과 인접하여 미앤더 안테나(20)의 하부측에 연결되고, 하부로는 PCB(10)의 하부측에 개방된다. 비아홀(40)의 내부면에는 금속도체가 도포되어 있어서, 비아홀(40)의 상부측 개방단과 하부측 개방단이 전기적으로 연결된다. 비아홀(40)이 형성된 PCB(10)의 하부측에는 하면 접지도체(60)가 도포되어 있지 않으며, 따라서 비아홀(40)의 하부측 개방단에는 비아홀(40)의 내부에 도포된 금속도체와 하면 접지도체(60)를 전기적으로 연결하기 위한 접지연결도체(50)가 더 구비되어 있다. 접지연결도체(50)는 PCB(10)의 하면에 소정의 폭으로 도포되는 금속도체로서, 미앤더 안테나(20)와 하면 접지도체(60) 사이의 간격(d)에 상응하는 길이를 갖는다.

도2는 본 발명에 따른 내장형 광대역 평면 역F형 안테나의 하면 사시도이다. 도2에 도시된 바와같이, PCB(10)의 하면에는 하면 접지도체(60)가 도포되어 있고, 비아홀(40)과 하면 접지도체(60)가 접지연결도체(50)에 의하여 연결되어 있다.

도3는 본 발명에 따른 안테나의 반사손실을 측정한 결과를 도시하고 있다. 도3의 결과에서 알 수 있듯이, 반사손실 -10dB 에 해당하는 대역폭을 보면 약 880㎒(약 42%)로서, 광대역 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

도4는 미앤더 안테나의 두께에 따른 반사손실의 변화를 도시하고 있다. 도4에서, 미앤더 안테나의 금속도체 두께를 변화시키면서 작동 주파수 별로 반사손실을 측정하면 반사손실이 변하고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 미앤더 안테나의 두께를 조절하면 광대역 특성이나 작동 주파수의 조정이 가능하다.

도5은 접지연결도체의 위치에 따른 반사손실의 변화를 도시하고 있다. 도5에서, 접지연결도체의 위치를 급전용 접지도체로부터 가까워지도록 변화시키면서 작동 주파수 별로 반사손실을 측정하면 반사손실이 변하고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 접지연결도체의 위치를 조절하면 광대역 특성을 얻을 수 있다.

도6는 미앤더 안테나와 하면 접지도체 사이의 간격에 따른 반사손실의 변화를 도시하고 있다. 도6에 도시된 바와같이, 간격(d)을 변화시키면서 작동 주파수 별로 반사손실을 측정하면 반사손실이 변하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 간격(d)을 조절하면 광대역 특성이 얻어질 수 있다.

본 발명의 안테나는 안테나를 구성하는 금속도체(미앤더 안테나)와 하면 접지도체를 단락핀이 아닌 비아홀을 이용하여 연결시키고 있으며, 더구나 비아홀이 하면 접지도체와 바로 연결되지 않고 접지연결도체를 통하여 간접 연결된 점과 간격(d)을 둠으로써, 기존의 역 F형 안테나보다 광대역 특성을 가지게 된다.

하면에 존재하는 접지도체는 급전용 금속도체와 평행하지만 급전 부분에서 반사 특성을 개선하기 위하여 접지연결도체가 사용되고 있고, 임피던스 정합은 미앤더 안테나의 금속도체 두께를 통하여 이루어지고 있다.

이와같이, 본 발명은 미앤더 안테나의 금속도체 두께, 비아홀의 위치, 접지연결도체의 길이, 미앤더 안테나의 금속도체 내에 형성되는 슬롯의 위치, 길이 등의 다양한 부분의 튜닝 작업을 통하여 광대역 특성을 얻을 수 있으며, 작동 주파수의 조정이 가능하다.

이상의 구조 및 작용을 갖는 안테나에 의하면, 기존의 내장형 안테나의 소형화 특성을 가지면서도 기존의 평면 역 F형 안테나의 협대역 특성을 광대역 특성으로 바꿀 수 있다. 그 결과, PCS, IMT-2000, 블루투스 밴드에서 사용 가능하여, 하나의 모듈에서 원하는 밴드를 지원할 수 있다.

그 밖에, 단락핀 대신 비아홀을 사용함으로써, 구조가 간단하고 제작이 쉽다.

Claims (4)

1. 내장형 평면 역 F형 안테나에 있어서,

   일측에 상하로 관통하며 내부면에 도전성 금속도체가 도포된 비아홀을 갖는 PCB;

   상기 PCB의 상면 일측에 구비되고, 하부의 일단이 상기 PCB의 비아홀에 연결되도록 위치하는 미앤더 안테나;

   상기 미앤더 안테나가 위치하는 상기 PCB 상면 영역과 대칭되는 상기 PCB의 하면 영역의 측단에서 소정 간격 이격되어 상기 PCB의 하면에 도포되는 하면 접지도체; 및

   상기 PCB의 하면에서, 일단은 상기 하면 접지도체와 연결되고 타단은 상기 비아홀에 연결되어, 상기 미앤더 안테나, 상기 비아홀, 그리고 상기 하면 접지도체를 전기적으로 연결하는 접지연결도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 광대역 평면 역 F형 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 미앤더 안테나의 두께를 조절하여 상기 미앤더 안테나와 상기 하면 접지도체 사이의 임피던스 정합을 조정하는 것을 특징으로 하는 내장형 광대역 평면 역 F형 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 PCB 하면에서 상기 접지연결도체의 위치를 상기 PCB의 폭방향으로 이동시켜 반사손실을 조절하는 것을 특징으로 하는 내장형 광대역 평면 역 F형 안테나.
4. 제1항에 있어서,

   상기 미앤더 안테나의 일측단과 상기 하면 접지도체 사이의 간격을 변화시켜 반사손실을 조절하는 것을 특징으로 하는 내장형 광대역 평면 역 F형 안테나.