KR20080049181A - 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임베디드 시스템의 회로기판에 통합되어 있는 임베디드 시스템 모노폴 안테나에 관한 것으로서, 회로기판에 설치되어 있으며, 공급신호를 전송하는 공급라인; 회로기판에 설치되고 공급라인과 연결되어 있으며, 공급신호에 대응하는 무선신호를 복사하는 사다리꼴 복사부; 사다리꼴 복사부 주위에 설치되어 있으며, 공급신호에 접지경로를 제공하는 접지부를 포함한다.

임베디드 시스템, 모노폴 안테나, 무선 통신, 사다리꼴 복사부

Description

임베디드 시스템의 모노폴 안테나{A Monopole Antenna of Embedded System}

도 1a는 본 발명의 제1 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이며;

도 1b는 본 발명의 제2 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이며;

도 1c는 본 발명의 제3 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이며;

도 1d는 본 발명의 제4 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이며;

도 2는 도 1a의 부분 확대 설명도이며;

도 3은 본 발명의 실시예의 반사손실 시뮬레이션 설명도이며;

도 4는 본 발명의 실시예의 복사패턴 시뮬레이션 설명도이며;

도 5는 본 발명의 실시예의 복사패턴 시뮬레이션 설명도이며; 및

도 6은 본 발명의 실시예의 안테나 이득 시뮬레이션 설명도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 회로기판

20 : 모노폴 안테나

21 : 공급라인

21a : 공급라인 접지부

22 : 사다리꼴 복사부

22a : 제1 측면

22b : 제2 측면

22c : 제3 측면

22d : 제4 측면

23 : 접지부

24 : 비아

본 발명은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 안테나에 관한 것으로서, 특히 임베디드 시스템(Embedded System)의 회로기판에 통합된 모노폴 안테나에 관한 것이다.

현재, 무선통신기술과 반도체 제조공정의 빠른 발전에 따라 무선통신과 위성통신, 예를 들면 위성 항법 장치, 위성 방송(Direct Broadcasting Satellite; DBS), 위성 이동 통신(Mobile Satellite; MSAT), 무선 전화, 무선 랜 시스템, 무선 사용자 교환기, 무선 구역 통신 등의 통신 네트워크들이 우후죽순처럼 생겨나고 있다. 무선 통신 시스템은 주로 송신/수신기 및 안테나로 구성되며, 여기서 안테나는 송/수신 신호를 공기 중에서 전자기 에너지로 변환하는 핵심작용을 하고, 통신 시스템에서 없어서는 안 될 기본 장비이며, 현재 연구 개발에서도 핵심이 되고 있다.

임베디드 무선 시스템 제품에서 안테나는 일반적으로 대부분 외접식 다이폴 안테나(Dipole Antenna) 구조로 설계되어 있으며, 이러한 설계는 별도의 안테나 원가를 증가시키고, 또한 임베디드 무선 시스템 제품의 사이즈를 크게 한다. 이로 하여 이러한 설계 방법은 무선 시스템 제품을 짧고, 작고, 가볍고, 얇게 설계하려고 하는 현재의 추세에 부합되지 않는다.

다이폴 안테나의 유효 복사 길이는 1/2λ(λ: 파장)이고, 모노폴 안테나의 유효 복사 길이는 1/4λ이기 때문에, 다시 말하면, 모노폴 안테나의 길이가 다이폴 안테나 길이의 절반밖에 안되기 때문에, 만약 모노폴 안테나 구조로 설계를 하게 되면 임베디드 무선 시스템 제품의 사이즈를 작게 하는 데에 도움이 될 뿐만 아니라 모노폴 안테나는 구조가 간단하고 제작이 쉬워 안테나 제작 원가도 크게 낮출 수 있다.

중화민국 특허공보 제568393호를 참조하면, 상기 특허는 멀티 밴드 인쇄식 모노폴 안테나를 제공하였으며, 무선 통신 단말기 설비에 적용하며, 절연기판, 제1 복사부, 제2 복사부, 접지부 및 공급라인을 포함한다. 여기서 제1 복사부 및 제2 복사부는 금속 인쇄 회로이고, 절연기판의 위 표면에 설치되며, 양자는 일정한 간격을 가지고 있다. 접지부는 절연기판의 아래 표면에 설치되어 있다. 상기 제1 , 제2 복사부와 접지부 및 공급라인은 각각 제1 , 제2 주파수 밴드의 제1 , 제2 모노폴 안테나로 작동한다. 여기서 제1 모노폴 안테나는 예정된 간격을 조절하여 임피 던스 매칭을 실현한다.

비록 상기 특허도 같은 모노폴 안테나의 구조를 사용하여 안테나 사이즈의 소형화와 멀티 밴드 효과를 달성하였지만 동축 케이블의 공급라인 연결 방식을 사용하여 무선 시스템 제품과의 연결과정에서 불편함이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 임베디드 시스템의 모노폴 안테나를 제공하며, 안테나 사이즈와 구조를 작고 간단하게 하여 안테나 제작 원가를 낮추게 하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 임베디드 시스템의 모노폴 안테나는 임베디드 시스템의 회로기판에 통합되고, 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 회로기판 위에 형성되며, 공급신호를 전송하고, 기하학적 모양, 길이, 넓이를 변화하여 라인 임피던스를 조절하여 비교적 좋은 임피던스 매칭을 얻게 하는 공급라인; 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 회로기판의 코너위치에 형성되고 공급라인과 연결되며, 공급신호에 대응되는 무선신호를 복사하며, 또한 회로기판의 코너위치에 설계되어 원래 설계되어 있는 임베디드 시스템의 회로 분포 형태를 변경하지 않아도 되며, 통합에 매우 편리한 사다리꼴 복사부; 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 사다리꼴 복사부 주위에 형성되며, 공급신호에 접지경로를 제공하는 접지부로 구성된다.

이러한 임베디드 시스템의 모노폴 안테나는 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 모노폴 안테나를 임베디드 시스템의 회로기판에 통합하며, 별도의 하드웨어 원가를 증가하지 않을뿐더러 안테나 사이즈를 축소하고 구조를 간단하게 하였다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 설명한다.

도 1a를 참조하면, 도 1a는 본 발명의 제1 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이다. 도 1a에서 나타내듯이 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 임베디드 시스템의 회로기판(10) 위에 통합되며, 회로기판(10)의 제1 코너위치에 설치되어 있다.

회로기판(10)은 사각형의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 간단히 설명되며, 그 종류는 복합 기판, 도자기 기판, 금속 기판, 열가소성 기판 및 FR4 기판 등등으로 구분되는데, 주로 임베디드 시스템의 전자부품을 설치, 배치하기 위한 것으로, 회로기판(10)은 다층 혹은 단층 구조를 사용할 수 있다.

모노폴 안테나(20)는 회로기판(10)의 코너위치에 설치되어 있으며, 임베디드 시스템의 회로기판(10)에 통합되어 있으며, 회로기판(10)의 위층, 아래층에 설치되거나 혹은 회로기판(10)에 임베딩 될 수 있으며, 여기서 모노폴 안테나(20)는 공급라인(21), 사다리꼴 복사부(22) 및 접지부(23)를 포함하고 있으나 모노폴 안테나(20)는 실질적으로 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 회로기판(10)에 형성되는 것이며, 이를 이용하여 안테나 제작원가를 낮추는 것이다.

도 2를 참조하면, 도 2는 도 1a의 부분 확대 설명도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나는 공급라인(21), 사다리꼴 복사부(22) 및 접지부(23)를 포함한다.

공급라인(21)은 회로 기판(10) 상에 설치되고, 사다리꼴 복사부(22)와 연결되며, 긴 막대기 모양으로 형성되어 공급신호를 전송한다. 실질적으로 공급라인(21)은 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 회로기판(10) 위에 형성하며, 공급라인(21)의 기하학적 모양, 길이, 넓이를 변화하여 라인 임피던스를 조절하는데, 공급라인(21)의 임피던스는 50옴(Ω)이 비교적 바람직하다. 여기서 공급라인(21)의 주위에는 공급라인 접지부(21a)가 설치되어 있으며, 공급라인 접지부(21a)는 접지부(23)와 연결되어 있으며 공급신호에 접지경로를 제공한다.

사다리꼴 복사부(22)는 금속재질로 되어 있으며, 회로기판(10)위에 설치되어 공급라인(21)과 연결되고, 공급신호에 대응되는 무선신호(즉 전자파)를 복사한다. 실질적으로 사다리꼴 복사부(22)는 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 회로기판(10) 위에 형성되며, 사다리꼴 복사부(22)는 제1 측면(22a), 제2 측면(22b), 제3 측면(22c) 및 제4 측면(22d)을 더 포함하는 사다리꼴 형태의 복사부를 구성하며, 사다리꼴 복사부(22)의 제1 측면(22a)과 제2 측면(22b)은 회로기판(10)의 코너위치에서 만나며, 제3 측면(22c)은 제1 측면(22a)과 평행하며, 제4 측면(22d)은 회로기판(10)의 중심위치를 향하게 된다. 사다리꼴 복사부(22)의 제1 측면(22a)과 제4 측면(22d) 사이에서 공급라인이 연결되어 공급신호에 대응되는 무선신호를 수신하고 복사하는데, 사다리꼴 복사부(22)의 형태를 변경하는 것을 통하여 모노폴 안테나(20)의 복사패턴을 조절하거나, 혹은 제3 측면(22c)과 제4 측면(22d)의 길이를 변경하여 사다리꼴 복사부(22)의 형태와 모노폴 안테나(20)의 사용 주파수 범위를 변경할 수 있다.

비아(24)는 사다리꼴 복사부(22)에 형성되며, 사다리꼴 복사부(22)로 하여금 다른 층의 회로기판(도면에 표시되지 않았으며, 다른 층의 회로기판의 위치는 회로기판(10)의 정 위쪽 혹은 정 아래쪽에 있을 수 있다)에 연결되게 하며, 공급신호를 전송하며, 서로 다른 층의 모노폴 안테나(20)로 하여금 서로 연결되게 한다.

접지부(23)는 사다리꼴 복사부(22)의 주위에 설치되어 있으며, 공급라인 접지부(21a)와 연결되어 공급신호에 접지경로를 제공하고, 실질적으로는 접지부(23)는 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 회로기판(10)에 형성하였다.

다음, 도 1b를 참조하면, 도 1b는 본 발명의 제2 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이다. 도 1b에서 나타내듯이, 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 임베디드 시스템의 회로기판(10)에 통합되며, 회로기판(10)의 제2 코너위치에 설치되는데, 그 안테나 구조는 제1 실시예와 같아 여기서 다시 설명하지 않는다. 참조할 도 1c는 본 발명의 제3 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이다. 도 1c에서 나타내듯이, 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 임베디드 시스템의 회로기판(10)에 통합되며, 회로기판(10)의 제3 코너위치에 설치되는데, 그 안테나 구조는 제1 실시예와 같아 여기서 다시 설명하지 않는다. 참조할 도 1d는 본 발명의 제4 실시예의 임베디드 시스템의 모노폴 안테나 설명도이다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 임베디드 시스템의 회로기판(10)에 통합되며, 회로기판(10)의 제4 코너위치에 설치되는데, 그 안테나 구조는 제1 실시예와 같아 여기서 다시 설명하지 않는다.

다음, 도 3은 본 발명의 실시예의 반사손실 시뮬레이션 설명도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 2.32GHz~2.68GHz에서 작동할 때 그 반사손실(S11)은 -10dBi 이하를 유지하였다.

그 외, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 실시예의 복사패턴 시뮬레이션 설명도이며, 시뮬레이션 된 주파수 대역은 2.45GHz이며, 참조할 도 5는 본 발명의 실시예의 복사패턴 시뮬레이션 설명도이며, 시뮬레이션 된 주파수 대역은 2.45GHz이며, 참조할 도 6은 본 발명의 실시예의 안테나 이득 시뮬레이션 설명도이며, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모노폴 안테나가 동작주파수 2.4GHz~2.5GHz에서 이득은 2.1dBi 이상이다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 임베디드 시스템의 모노폴 안테나는 다음과 같은 효과를 제공한다. 인쇄 혹은 에칭 기술을 이용하여 모노폴 안테나를 임베디드 시스템의 회로기판에 통합함으로써, 별도의 하드웨어 원가 추가가 없으며, 안테나 사이즈와 구조를 더욱 작고 간단하게 하였다.

위에서 본 발명의 바람직한 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

1. 임베디드 시스템의 회로기판에 통합되어 있는 모노폴 안테나에 관한 것으로서,

   상기 회로기판에 설치되어 있으며, 공급신호를 전송하는 공급라인;

   상기 회로기판에 설치되고 공급라인과 연결되어 있으며, 상기 공급신호에 대응하는 무선신호를 복사하는 사다리꼴 복사부;

   상기 사다리꼴 복사부 주위에 설치되어 있으며, 상기 공급신호에 접지경로를 제공하는 접지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 사다리꼴 복사부는 상기 회로기판의 코너위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 사다리꼴 복사부는 제1 측면, 제2 측면, 제3 측면 및 제4 측면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 사다리꼴 복사부의 상기 제1 측면과 상기 제2 측면은 상기 회로기판의 상기 코너위치에서 만나는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
5. 제3 항에 있어서,

   상기 사다리꼴 복사부의 제3 측면은 상기 제1 측면과 평행한 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
6. 제3 항에 있어서,

   상기 사다리꼴 복사부의 상기 제4 측면은 상기 회로기판의 중심위치를 향하는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
7. 제3 항에 있어서,

   상기 공급라인은 상기 사다리꼴 복사부의 상기 제1 측면과 상기 제4 측면 사이에서 연결되는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 사다리꼴 복사부에 복수 개의 비아를 형성하여 상기 사다리꼴 복사부로 하여금 다른 층의 회로기판과 연결되게 하는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.
9. 제1 항에 있어서,

   공급라인 접지부를 더 포함하며,

   상기 공급라인 접지부는 상기 공급라인 주위에 설치되며, 상기 접지부와 연결되어 상기 공급신호의 접지경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 임베디드 시스템의 모노폴 안테나.

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