KR20060109641A - Multiple frequency band antenna - Google Patents

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Abstract

A multiple frequency band antenna is provided to make a matching and a tuning of a resonant frequency by adjusting a stub area coupled with a ground pattern. In a multiple frequency band antenna, a first antenna pattern(10) is mounted on an upper side of a printed circuit board(3) by a predetermined dimension. A second antenna pattern(20) is mounted on a rear side of the printed circuit board(3). A penetrating hole(16) connects the first antenna pattern(10) with the second antenna pattern(20) by passing through the printed circuit board(3). A ground pattern(22) is formed on the rear side of the printed circuit board(3). A pair of stubs(12,14) placed on one side of the first antenna pattern(10) vary a resonant point of the first antenna pattern(10) and the second antenna pattern(20), wherein the stub(12,14) is coupled to the ground pattern(22).

Description

다중 주파수 대역용 안테나{Multiple frequency band antenna}Multiple frequency band antenna

도 1은 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나가 포함된 인쇄회로기판의 사시도,1 is a perspective view of a printed circuit board including an antenna for multiple frequency bands according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나가 포함된 인쇄회로기판의 배면 사시도,2 is a rear perspective view of a printed circuit board including an antenna for a multi-frequency band according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나의 공진점 측정을 나타낸 참고도이다.3 is a reference diagram illustrating a resonance point measurement of an antenna for a multi-frequency band according to the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

1 : 안테나 3 : 인쇄회로기판 1 antenna 3 printed circuit board

10 : 제1안테나패턴 12 : 제1스터브10: first antenna pattern 12: first stub

14 : 제2스터브 16 : 관통홀14 second stub 16: through hole

20 : 제2안테나패턴 22 : 그라운드패턴20: second antenna pattern 22: ground pattern

본 발명은 다중 주파수 대역용 안테나에 관한 것으로서, 특히, PCB상에 직접 내장형 안테나패턴을 설계하여 다양한 주파수 대역을 송수신할 수 있도록 하는 한편, 안테나패턴과 일정 거리를 갖는 접지면이 커플링되도록 함으로써 공진주파수의 매칭 및 튜닝을 용이하게 하는 다중 주파수 대역용 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna for a multi-frequency band, and in particular, by designing a built-in antenna pattern directly on the PCB to transmit and receive various frequency bands, while resonating by allowing the ground plane having a certain distance coupled to the antenna pattern An antenna for multiple frequency bands that facilitates matching and tuning of frequencies.

현재 이동통신단말기는 다중대역의 서비스를 지원함과 함께, 휴대의 용이성 및 디자인의 우수성 등, 사용자의 다양한 욕구를 만족시키기 위해 다중 대역의 내장형 안테나를 탑재하고 있다. 내장형 안테나로는 마이크로스트립 안테나, 평판 역F형 안테나, 칩 안테나(chip antenna) 등이 사용되고 있다. 여기서, 마이크로스트립 안테나는 회로기판(PCB; Printed Circuit Board)상에 안테나패턴을 실장하여 평면 안테나로써 제작이 용이하고 소형화 및 경량화가 가능하며, 형상의 변경이 용이하여 다중대역 서비스를 위한 안테나로서 널리 활용되고 있다. Currently, mobile communication terminals support multi-band services, and are equipped with multi-band internal antennas to satisfy various needs of users, such as ease of portability and design excellence. As the built-in antenna, a microstrip antenna, a flat plate inverted-F antenna, a chip antenna, and the like are used. Here, the microstrip antenna can be easily manufactured as a flat antenna by mounting the antenna pattern on a printed circuit board (PCB), can be miniaturized and lightened, and can be easily changed in shape. It is utilized.

이러한 마이크로스트립 안테나는 기판의 밑면 전체를 하나의 금속판을 이용해 접지면으로 처리하고, 그 상부에 소정 두께의 유전체 기판을 적층 한 후 상기 유전체 위에 전송선로의 형상을 구현하는 구조로 구현된다. 특히, 최근에는 층별로 회로를 한층 씩 쌓아가는 빌드업(Build-up) 공법으로 제작된 인쇄회로기판을 이용하여 마이크로스트립 안테나의 크기와 두께를 획기적으로 축소하고, 배선의 효율성을 증대시켜 다중 주파수 대역의 마이크로스트립 안테나를 제공하고 있다.The microstrip antenna is implemented with a structure that processes the entire bottom surface of the substrate as a ground plane using a single metal plate, stacks a dielectric substrate having a predetermined thickness thereon, and implements a shape of a transmission line on the dielectric. In particular, by using a printed circuit board manufactured by a build-up method that builds up circuits one by one, the size and thickness of microstrip antennas are dramatically reduced, and the efficiency of wiring is increased to multi-frequency. A band microstrip antenna is provided.

마이크로스트립 안테나는 공진형 안테나로서 안테나패턴에 전류를 유기시켜 각 안테나패턴을 서로 다른 주파수대역에서 공진시킴으로써 824-894㎒의 CDMA대역, 1570-1580㎒의 GPS대역, 1750-1870㎒또는 1850-1990㎒의 PCS대역 등의 멀티밴드 특 성을 구현한다.A microstrip antenna is a resonant antenna that induces current in the antenna pattern and resonates each antenna pattern in a different frequency band, thereby allowing a CDMA band of 824-894 MHz, a GPS band of 1570-1580 MHz, 1750-1870 MHz or 1850-1990. It implements multiband characteristics such as PCS band of MHz.

그런데, 다중 주파수 대역 안테나의 각기 다른 공진주파수를 얻기 위해서는 급전점과 접지점의 위치 및 각 패턴 간의 거리 등을 정확히 설계해야 하는 어려움이 따르며, 이를 해결하기 안테나의 주 패턴에 스터브를 추가하는 등 안테나의 패턴을 변형하는 기술이 제안되기도 하였으나, 안테나패턴을 변형하는 방식만으로는 원하는 공진주파수를 보장하는 안테나를 설계하는 데에는 한계가 있다.However, in order to obtain different resonant frequencies of a multi-frequency band antenna, it is difficult to accurately design the position of the feed point and the ground point and the distance between each pattern, and to solve this problem, the stub is added to the main pattern of the antenna. Although a technique of modifying a pattern has been proposed, there is a limit in designing an antenna that guarantees a desired resonance frequency only by modifying an antenna pattern.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, PCB상에 직접 내장형 안테나패턴을 설계하여 다양한 주파수 대역을 송수신할 수 있도록 하는 한편, 안테나패턴의 스터브와 일정 간격을 갖는 접지면을 형성하여 커플링 되도록 함으로써 공진주파수의 매칭 및 튜닝을 용이하게 하는 다중 주파수 대역용 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, by designing a built-in antenna pattern directly on the PCB to transmit and receive a variety of frequency bands, while forming a ground plane having a predetermined distance with the stub of the antenna pattern couple It is an object of the present invention to provide an antenna for a multi-frequency band to facilitate the matching and tuning of the resonant frequency by ringing.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나는, 인쇄회로기판의 상면에 소정 면적으로 실장되는 제1안테나패턴과; 상기 인쇄회로기판의 배면에 실장되는 제2안테나패턴과; 상기 인쇄회로기판을 관통하여 상기 제1안테나패턴과 제2안테나패턴을 전기적으로 연결하는 관통홀과; 상기 인쇄회로기판의 배면에 형성는 그라운드패턴과; 상기 제1안테나패턴의 일측에 구비되어 상기 그라 운드패턴과 커플링되어 상기 제1 및 제2 안테나패턴의 공진점을 가변시키는 스터브를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an antenna for a multiple frequency band, comprising: a first antenna pattern mounted on an upper surface of a printed circuit board with a predetermined area; A second antenna pattern mounted on a rear surface of the printed circuit board; A through hole penetrating the printed circuit board to electrically connect the first antenna pattern and the second antenna pattern; A ground pattern formed on a rear surface of the printed circuit board; And a stub provided at one side of the first antenna pattern and coupled to the ground pattern to vary resonance points of the first and second antenna patterns.

여기서, 상기 제1안테나패턴과 제2안테나패턴은 그 면적이 서로 다르게 형성된 것이 가장 바람직하다.Here, the first antenna pattern and the second antenna pattern are most preferably formed in different areas.

그리고, 상기 관통홀의 내벽에는 전도성 물질이 코팅되어 있는 것이 가능하다.In addition, the inner wall of the through hole may be coated with a conductive material.

또한, 상기 제1안테나패턴의 일측에 상기 제1 및 제2안테나패턴에 전원을 공급하는 급전점이 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a feeding point for supplying power to the first and second antenna patterns is further provided on one side of the first antenna pattern.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 안테나에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, an antenna for a multi-frequency band according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나가 포함된 인쇄회로기판의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나가 포함된 인쇄회로기판의 배면 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나의 공진점 측정을 나타낸 참고도이다. 1 is a perspective view of a printed circuit board including an antenna for a multi-frequency band according to the present invention, Figure 2 is a rear perspective view of a printed circuit board including the antenna for a multi-frequency band according to the present invention, Figure 3 is a present invention Reference diagram showing a resonance point measurement of an antenna for a multi-frequency band according to.

본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나(1)는 장착 형태에 따른 구분으로 내장형 안테나(1)에 속하며 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)(3)의 상면과 배면에 전도성 물질을 이용하여 안테나패턴(10, 20)을 형성하는 형태로 구현된다. Antenna 1 for the multi-frequency band according to the present invention belongs to the built-in antenna (1) in the classification according to the mounting form, as shown in Figure 1 and 2, Printed Circuit Board (PCB) (3) It is implemented in the form of forming the antenna pattern (10, 20) by using a conductive material on the top and back of the.

인쇄회로기판(3)의 상면에는 급전점(7)을 포함하는 제1안테나패턴(10)이 실 장 되고 인쇄회로기판(3)의 배면에는 제2안테나패턴(20)이 실장 되어 관통홀(16)을 통해 상면의 제1안테나패턴(10)과 배면의 제2안테나패턴(20)이 전기적으로 연결되도록 함으로써 내장형 안테나(1)의 주 패턴을 구현하고 있다. The first antenna pattern 10 including the feed point 7 is mounted on the upper surface of the printed circuit board 3, and the second antenna pattern 20 is mounted on the rear surface of the printed circuit board 3 so that the through hole ( 16, the main pattern of the internal antenna 1 is implemented by electrically connecting the first antenna pattern 10 on the top surface and the second antenna pattern 20 on the back surface.

여기서, 인쇄회로기판(3)은 4.0∼4.5의 고유전체 재질로 형성되고 층별로 회로를 한층 씩 쌓아가는 빌드업(Build-up) 공법이 적용된 다층기판을 사용함으로써 각 층별로 원하는 패턴을 실장 할 수 있도록 하는데, 이러한 인쇄회로기판(3)의 일 영역에는 전 층의 접지를 위한 접지영역(GND)(5)이 형성되어 있다.Here, the printed circuit board 3 may be formed of a high dielectric material of 4.0 to 4.5, and a desired pattern may be mounted for each layer by using a multilayer board to which a build-up method of stacking circuits by layer is applied. In one area of the printed circuit board 3, a ground area (GND) 5 for grounding the entire layer is formed.

여기서, 인쇄회로기판(3) 상에 전도성 물질을 실장하는 방식에 있어서 실장되는 전도성 물질의 면적과 수신 가능한 주파수 대역은 반비례함이 알려져 있다. 이에 따라, 제1안테나패턴(10)과 제2안테나패턴(20)은 수신하고자 하는 주파수 대역에 따라 각각 소정의 길이 및 폭이 설정되며 그 설계팩터는 수신하고자 하는 주파수 대역에 따라 다양하게 변형할 수 있다. 다만, 본 발명은 다양한 주파수 대역을 송수신하기 위한 안테나(1)를 제안하는바 제1안테나패턴(10)과 제2안테나패턴(20)의 면적은 서로 달라야 한다. Here, in the method of mounting the conductive material on the printed circuit board 3, it is known that the area of the conductive material to be mounted and the receivable frequency band are inversely proportional. Accordingly, predetermined lengths and widths of the first antenna pattern 10 and the second antenna pattern 20 are set according to the frequency bands to be received, and the design factor of the first antenna pattern 10 and the second antenna pattern 20 can be variously modified according to the frequency bands to be received. Can be. However, the present invention proposes an antenna 1 for transmitting and receiving various frequency bands, so that the areas of the first antenna pattern 10 and the second antenna pattern 20 should be different from each other.

인쇄회로기판(3)의 상면에 실장 된 제1안테나패턴(10)은 안테나 신호를 분석하는 안테나 모듈(도시하지 않음)과 연결되며, 다른 일단의 일측에는 제1 및 제2안테나패턴(10, 20)에 전원을 공급하는 급전점(feeding point)(7)이 구비된다. The first antenna pattern 10 mounted on the upper surface of the printed circuit board 3 is connected to an antenna module (not shown) for analyzing an antenna signal, and the first and second antenna patterns 10, A feeding point 7 for supplying power to 20 is provided.

인쇄회로기판(3)의 배면에는 상면에 실장 된 제1안테나패턴(10)과 커플링하는 제2안테나패턴(20) 및 그라운드패턴(22)이 실장된다.The second antenna pattern 20 and the ground pattern 22 coupled to the first antenna pattern 10 mounted on the upper surface of the printed circuit board 3 are mounted.

제1안테나패턴(10)은 적어도 하나 이상의 관통홀(16)을 통해 인쇄회로기판 (3)의 배면에 형성되어 있는 제2안테나패턴(20)과 연결된다. 이러한 관통홀(16) 내부에는 전도성 물질이 코팅되어 있어 상기 제1안테나패턴(10)과 제2안테나패턴(20)을 전기적으로 연결시키는 매개체 역할을 수행한다. The first antenna pattern 10 is connected to the second antenna pattern 20 formed on the rear surface of the printed circuit board 3 through at least one through hole 16. A conductive material is coated in the through hole 16 to serve as a medium for electrically connecting the first antenna pattern 10 and the second antenna pattern 20.

여기서, 제1안테나패턴(10)에는 공진주파수를 조절하기 위한 제1스터브(stub)(12) 및 제2스터브(14)가 추가된다. 스터브(12, 14)는 안테나패턴(10, 20)의 구성 물질과 동일한 전도성 물질로 구성되어 인쇄회로기판(3) 상에 소정 두께로 실장된 형태를 가지며 수신되는 주파수 대역에 따라 면적을 선택적으로 조정할 수 있다.Here, the first stub 12 and the second stub 14 for adjusting the resonance frequency are added to the first antenna pattern 10. The stubs 12 and 14 are made of the same conductive material as the constituent materials of the antenna patterns 10 and 20 to be mounted on the printed circuit board 3 with a predetermined thickness, and the area of the stubs 12 and 14 is selectively selected according to the received frequency band. I can adjust it.

이러한 구성에 따라, 전원을 인가하여 안테나(1)를 동작시키면 급전점(7)을 통해 제1안테나패턴(10)으로 인가된 전류가 관통홀(16)을 통해 제2안테나패턴(20)에도 공급되어 인쇄회로기판(3)의 상면에 실장 된 제1안테나패턴(10)과 배면에 실장 된 제2안테나패턴(20)에 전류가 여기된다. According to this configuration, when the power source is applied to operate the antenna 1, the current applied to the first antenna pattern 10 through the feed point 7 is also applied to the second antenna pattern 20 through the through hole 16. The current is supplied to the first antenna pattern 10 mounted on the upper surface of the printed circuit board 3 and the second antenna pattern 20 mounted on the rear surface.

이에, 상면에 형성된 제1안테나패턴(10)의 제2스터브(14)는 배면의 제2안테나패턴(20)과 커플링될 뿐 아니라, 상면의 제1스터브(12)가 배면에 마련된 그라운드패턴(22)과 커플링됨으로 제1스터브(12)의 크기 및 위치에 따라서 원하는 주파수 대역에서 공진점을 얻을 수 있게 된다.Accordingly, the second stub 14 of the first antenna pattern 10 formed on the upper surface is not only coupled to the second antenna pattern 20 on the rear surface, but also the ground pattern on which the first stub 12 on the upper surface is provided on the rear surface. The coupling point 22 allows the resonance point to be obtained in a desired frequency band according to the size and position of the first stub 12.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 안테나를 실제 인쇄회로기판(3)에 실장하고 이동통신단말기에 장착한 후, 네트워크 분석기(Network Analyzer)를 이용하여 실제 성능을 측정한 결과, 도 3에 도시한 바와 같이 850MHz의 셀룰라 대역과 1.575MHz의 GPS 대역에서 각각 공진주파수가 형성되는 것을 확인할 수 있다.After mounting the antenna for the multi-frequency band according to the present invention having such a configuration on the actual printed circuit board (3) and mounted on the mobile communication terminal, and measured the actual performance using a network analyzer (Fig. As shown in Fig. 3, it can be seen that resonance frequencies are formed in the cellular band of 850 MHz and the GPS band of 1.575 MHz, respectively.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 PCB의 상면과 배면에 각기 안테나패턴을 형성하여 다중 주파수 대역용 안테나를 구현하는 한편, 배면에 그라운드패턴을 형성하고 이를 상면의 안테나패턴에 추가되는 스터브와 커플링되도록 함으로써 공진주파수의 매칭 및 튜닝을 용이하게 하고 있다.As described above, the present invention implements the antenna for the multi-frequency band by forming an antenna pattern on the top and back of the PCB, respectively, while forming a ground pattern on the back and coupled to the stub added to the antenna pattern on the top This facilitates matching and tuning of the resonant frequency.

이상, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것에 한정되지 아니하고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.As described above, the embodiment according to the present invention is not limited to the above, and various modifications can be made within the scope apparent to those skilled in the art in connection with the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다중 주파수 대역용 안테나는, PCB의 상면과 배면에 각기 안테나패턴을 형성하여 다중 주파수 대역용 안테나를 구현하는 한편, 배면에 그라운드패턴을 형성하고 이를 상면의 안테나패턴에 추가되는 스터브와 커플링되도록 하고 있다.As described above, the antenna for the multi-frequency band of the present invention implements the antenna for the multi-frequency band by forming antenna patterns on the top and the back of the PCB, respectively, while forming a ground pattern on the back and the antenna pattern on the top Coupling with additional stubs

이에 따라, 그라운드패턴과 커플링되는 스터브의 영역을 조절함으로써 공진주파수의 매칭 및 튜닝을 용이하게 할 수 있다.Accordingly, by adjusting the area of the stub coupled with the ground pattern, it is possible to facilitate matching and tuning of the resonance frequency.

Claims (4)

인쇄회로기판의 상면에 소정 면적으로 실장되는 제1안테나패턴과;A first antenna pattern mounted on a top surface of the printed circuit board in a predetermined area; 상기 인쇄회로기판의 배면에 실장되는 제2안테나패턴과;A second antenna pattern mounted on a rear surface of the printed circuit board; 상기 인쇄회로기판을 관통하여 상기 제1안테나패턴과 제2안테나패턴을 전기적으로 연결하는 관통홀과;A through hole penetrating the printed circuit board to electrically connect the first antenna pattern and the second antenna pattern; 상기 인쇄회로기판의 배면에 형성는 그라운드패턴과;A ground pattern formed on a rear surface of the printed circuit board; 상기 제1안테나패턴의 일측에 구비되어 상기 그라운드패턴과 커플링되어 상기 제1 및 제2안테나패턴의 공진점을 가변시키는 스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역용 안테나.And a stub provided at one side of the first antenna pattern and coupled to the ground pattern to vary resonance points of the first and second antenna patterns. 제 1 항에 있어서,  The method of claim 1, 상기 제1안테나패턴과 제2안테나패턴은 그 면적이 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역용 안테나. And the first antenna pattern and the second antenna pattern have different areas. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,  The method according to claim 1 or 2, 상기 관통홀의 내벽에는 전도성 물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역용 안테나.The inner wall of the through hole is a multi-frequency band antenna, characterized in that the conductive material is coated. 제 1 항에 있어서,  The method of claim 1, 상기 제1안테나패턴의 일측에 상기 제1 및 제2안테나패턴에 전원을 공급하는 급전점이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역용 안테나. And a feed point for supplying power to the first and second antenna patterns on one side of the first antenna pattern.
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