KR20090006098U - 안테나 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 안테나는 유전체층; 상기 유전체층 위에 라인 형태로 형성되고, 제1 이격 영역에 의하여 두 부분으로 이격된 제1 도전체층; 상기 유전체층 아래에 판형태로 형성되고, 제2 이격 영역에 의하여 두 부분으로 이격되고, 상기 이격된 두 부분을 연결하는 도전연결부를 포함하는 제2 도전체층을 포함한다.

실시예에 의하면, 소정 주파수 대역 신호에 대한 송수신 성능을 유지하면서도 안테나의 사이즈를 최소화할 수 있다. 또한, 소형이면서도 안테나의 송수신 성능을 향상시킬 수 있고, 태그와 같이 제한된 배치 공간을 가지는 장치에 용이하게 안테나를 장착할 수 있는 효과가 있다.

안테나, 슬롯, RFID 태그, 트랜스폰더, 도전체층, 유전체층

Description

안테나{Antenna}

실시예는 안테나에 관하여 개시한다.

안테나는 전압/전류로 표현되는 전기적 신호와 전기장/자기장으로 표현되는 전자기파를 상호 변환해주는 장치로서, 안테나 외부의 전자기장의 변화와 안테나 내부의 도선상의 전기적 신호를 상호 연동시키게 된다.

RFID(Radio Frequency IDentification) 송수신 장치는 무선 주파수를 사용하여 태그(tag)가 가지고 있는 정보를 비접촉식으로 인식하거나 기록하는 장치로서, 이를 이용하면 태그가 부착된 물건이나 사람 등을 인식, 추적, 관리할 수 있게 된다. 이러한 RFID 송수신 장치는 고유한 식별정보를 가지고 있으며 물건이나 동물 등에 부착되는 태그(Tag 또는 Transponder), 태그가 가지고 있는 식별정보를 읽거나 기록하기 위한 리더(Reader 또는 Interrogator)를 포함한다.

특히, 이동성을 전제로 하는 태그의 경우 크기에 제약을 가지므로 안테나를 배치설계하는데 많은 어려움이 있다.

예를 들어, 다이폴 형태의 태그 안테나로는 도체가 프린트된 필름형 안테나, 루프 안테나가 주로 사용되는데, 이러한 태그 안테나는 약 900 MHz 대역의 UHF 신 호의 특성을 만족시키기 위해서 λ/4 이상의 크기를 확보해야 한다.

즉, 일반적인 태그 안테나의 구조에 의하면, 송수신 성능의 측면과 사이즈 측면을 모두 만족시키기 어렵다.

실시예는 사이즈를 최소화하면서도 송수신 성능을 향상시킬 수 있는 안테나를 제공한다.

실시예에 따른 안테나는 유전체층; 상기 유전체층 위에 라인 형태로 형성되고, 제1 이격 영역에 의하여 두 부분으로 이격된 제1 도전체층; 상기 유전체층 아래에 판형태로 형성되고, 제2 이격 영역에 의하여 두 부분으로 이격되고, 상기 이격된 두 부분을 연결하는 도전연결부를 포함하는 제2 도전체층을 포함한다.

실시예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 소정 주파수 대역 신호에 대한 송수신 성능을 유지하면서도 안테나의 사이즈를 최소화할 수 있다.

둘째, 소형이면서도 안테나의 송수신 성능을 향상시킬 수 있고, 태그와 같이 제한된 배치 공간을 가지는 장치에 용이하게 안테나를 장착할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 가공이 용이한 인쇄기판 형태로 안테나를 제작할 수 있으므로, 안테나의 이용분야를 확대할 수 있고 대량 생산이 가능하며 생산 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

넷째, 실시예에 따른 안테나를 이용하면 소형이면서도 저렴한 태그, 트랜스 폰더 제품을 제조할 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 안테나에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 안테나(100)의 구조를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 안테나(100)는 칩소자(140)와 연결되는 제1 도전체층(110), 유전체층(120), 제2 도전체층(130)을 포함하여 구성된다.

상기 안테나(100)는 다양한 RF 통신 시스템에 이용될 수 있으나, 실시예에서는 900 MHz 대역의 주파수를 이용하는 RFID(Radio Frequency IDentification) 태그에 사용된 것을 예시한다.

상기 유전체층(120)의 상면에 상기 제1 도전체층(110)이 형성되고, 상기 유전체층(120)의 저면에 상기 제2 도전체층(130)이 형성된다.

상기 유전체층(120)은 RF신호의 효율적인 방사를 위하여 정사각형, 직사각형 등의 사각형 구조를 가질 수 있으며, 유전체 기판(예: FR-4) 또는 절연체(예; 절연 필름) 등으로 형성될 수 있다.

상기 유전체층(120)이 유전체 기판으로 형성되는 경우, 기판 면의 동박을 식각하여 상기 제1 도전체층(110), 상기 제2 도전체층(130)이 형성될 수 있으며, 상기 유전체층(120)의 유전율(예; 3.5~4.7)에 따라 상기 안테나(100)의 용량성 리액턴스를 조절할 수 있다.

또한, 상기 유전체층(120)이 절연 필름을 사용하여 형성되는 경우, PET 필름, 폴리이미디(PI), 폴리에틸렌나프타레이트(PEN), 폴리염화비닐(PVC), 종이, 아 세테이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 탄산 칼슘을 가진 폴리 프로필렌, 아크릴로니틀릴 부타디엔 스틸렌(ABS) 또는 플라스틱 등의 재질이 사용될 수 있으며, 상기 제1 도전체층(110), 상기 제2 도전체층(130)은 절연 필름 면에 도전물질이 도포됨으로써 형성될 수 있다.

실시예에서 상기 유전체층(120)은 두께 약 0.6 mm, 유전율 4.6의 FR4 기판을 이용하고 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board) 공정을 통하여 형성된 것으로 한다.

상기 제1 도전체층(110)은 라인 형태로 형성되고, 상기 유전체층(120)의 일측으로부터 타측까지 가로질러 형성되는데, 중앙부에 제1 이격 영역(116)이 형성된다.

이하, 상기 제1 이격 영역(116)에 의하여 분리된 제1 도전체층(110)의 두 부분을, 각각 "일측 제1 도전체층(112)", "타측 제1 도전체층(114)"이라 한다.

상기 칩소자(140)는 상기 제1 이격 영역(116)에 의하여 노출된 상기 유전체층(120)에 실장되고, 상기 연결 부재(142)를 통하여 상기 일측 제1 도전체층(112) 및 상기 타측 제1 도전체층(114)과 전기적으로 연결된다.

즉, 상기 제1 이격 영역(116)은 피딩 포인트(feeding point)의 역할을 한다.

상기 제1 도전체층(110)은 상기 칩소자(140)로부터 전달된 전류 또는 대기 중의 에너지 신호에 의한 전류가 흐르는 선로로서, 소정의 폭을 가지는 마이크로스트립 라인 또는 도전성 물질이 도포되어 형성될 수 있다.

상기 제1 도전체층(110)은 급전 방향과 수직한 방향에서 상기 유전체층(120) 의 일측에 치우쳐 형성되며, 상기 일측 제1 도전체층(112)과 상기 타측 제1 도전체층(114)의 길이, 폭, 두께는 서로 같거나 상이할 수 있다.

상기 칩소자(140)는 RF 송수신 회로, 제어로직 및 메모리 등이 내장될 수 있으며, 상기 안테나(100)를 통해 RF 주파수를 송수신한다.

상기 칩소자(140)는 상기 제1 도전체층(110)과 연결됨에 있어서, 전기적인 극성에 대한 방향성이 없으며, 상기 칩소자(140)가 극성 없이 동작되므로 급전 전류는 상기 제1 도전체층(110)의 양측 방향으로 흐를 수 있다.

상기 연결부재(142)는 전도성 패드, 리드, 와이어 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 상기 칩소자(140)와 상기 제1 도전체층(110)의 전기적인 접속은 플립 칩 본딩 또는 와이어 본딩 방식 등으로 다양하게 이루어질 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 제2 도전체층(130)의 구조를 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 제2 도전체층(130)은 판형태를 이루며, 중앙부에 제2 이격 영역(134)이 형성된다.

그리고, 상기 제2 이격 영역(134)에 의하여 분리된 두 부분이 라인 형태의 도전연결부(133)에 의하여 연결된다.

이하, 상기 제2 이격 영역(134)에 의하여 분리된 제2 도전체층(130)의 두 부분을, 각각 "일측 제2 도전체층(131)", "타측 제2 도전체층(132)" 이라 하고, 상기 일측 제2 도전체층(131)과 상기 타측 제2 도전체층(132)을 연결하는 도전연결부를 "제2 도전체층 라인(133)" 이라 한다.

상기 일측 제2 도전체층(131)과 상기 타측 제2 도전체층(132)은 비대칭 크기 로 형성되며, 상기 제1 도전체층(110)의 급전 방향과 수직하게 형성된다.

상기 제2 도전체층 라인(133)은 상기 제1 도전체층(110)과 대향하는 상기 유전체층(120)의 타측단에 형성된다.

도 2를 보면, 상기 제2 도전체층 라인(133)은 상기 제1 도전체층(110)과 대향하는 상기 유전체층(120)의 끝단에 형성된 것으로 도시되었으나, 끝단으로부터 내측, 즉 상기 제1 도전체층(110) 방향으로 이동되어 형성될 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 안테나(100)의 구조를 도시한 상측 투시도이다.

도 3은 실시예에 따른 안테나(100)를 상측으로부터 수직하게 투영하였을 경우, 상기 제1 도전체층(110)과 상기 제2 도전체층(130)이 겹치게 형성되는 형태를 예시한 도면인데, 상기 제1 도전체층(110)은 상기 제2 이격 영역(134)과 수직하게 배치된다.

또한, 상기 일측 제1 도전체층(112)은 상기 일측 제2 도전체층(131)과 적어도 일부가 겹치고, 상기 타측 제1 도전체층(114)은 상기 타측 제2 도전체층(132)과 적어도 일부가 겹친다.

상기 제1 이격 영역(116)과 상기 제2 이격 영역(134)은 적어도 일부가 겹치며, 겹치는 이격 영역 상에 칩소자(140)가 위치된다.

따라서, 상기 제1 도전체층(110)과 상기 제2 도전체층(130)은 위에서 투영하였을 경우, 전체적으로 루프 형태를 가지며, 이와 같이, 실시예에 따른 안테나(100)는 슬롯 구조와 루프 구조를 동시에 실현함으로써 안테나 특성을 최대화하고, 사이즈를 최소화할 수 있다.

전술한 대로, 상기 제2 도전체층 라인(133)이 상기 유전체층(120)의 끝단으로부터 내측으로 위치가 조정됨으로써 상기 제1 도전체층(110)과 상기 제2 도전체층(130)을 통하여 형성되는 루프의 전체 길이가 조정될 수 있다.

예를 들어, 실시예에 따른 안테나(100)가 900 MHz 대역의 UHF 신호를 처리한다고 가정하면, 다음 표와 같은 수치로 설계될 수 있다.

안테나 해당 부분	수치
제1 도전체층의 폭(d1)	약 2.5mm
제1 이격 영역의 폭(d2)	약 4mm
유전체층의 가로 길이(d3)	약 20mm
유전체층의 세로 길이(d4)	약 30mm
일측 제2 도전체층의 폭(d5)	약 5mm
타측 제2 도전체층의 폭(d6)	약 8mm
제2 도전체층 라인의 폭(d7)	약 0.2mm

도 4는 실시예에 따른 안테나(100)의 표면 전류의 형태를 모식화한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 도전체층(110)과 상기 제2 도전체층(130)이 2층 구조를 통하여 형성한 루프 형태를 따라 표면 전류가 흐르는 것을 관찰할 수 있다.

또한, 상기 안테나(100) 전체 영역에 걸쳐 전류가 고르게 분포됨을 알 수 있으며, 이로 인하여 상기 제1 도전체층(110)을 통하여 방사되는 전류 신호의 세기가 더욱 강해짐을 알 수 있다.

도 5는 실시예에 따른 안테나(100)의 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면이다.

도 5에 도시된 방사 패턴은, 실시예에 따른 안테나(100)를 수직으로 위치하고 신호 발생원을 각 축 방향으로의 각도(θ,Φ)를 0도부터 90도까지 순차적으로 이동하면서 측정한 것인데, 방사 패턴 상에 표시된 영역들은 전력 이득(dB)의 차이를 나타낸다.

실시예에 따른 안테나(100)의 경우, 접지 성분이 보강되고, 상기 제2 도전체층 라인(133)의 루프 연결 기능에 의하여 방사 패턴의 형태가 거의 원형에 가까움을 확인할 수 있다.

참고로, 측정 시 정재파비(VSWR)는 0.001645이며, 이득(dB)은 S 파라미터(S1.1; 입력 포트와 출력 포트가 동일함을 의미)에서 0.6805 dB로 측정되었다.

이상에서 본 고안에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 고안을 한정하는 것이 아니며, 본 고안이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 고안의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 사시도.

도 2는 실시예에 따른 제2 도전체층의 구조를 도시한 사시도.

도 3은 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 상측 투시도.

도 4는 실시예에 따른 안테나의 표면 전류의 형태를 모식화한 도면.

도 5는 실시예에 따른 안테나의 방사 패턴의 형태를 모식화한 도면.

Claims (6)

1. 유전체층;

   상기 유전체층 위에 라인 형태로 형성되고, 제1 이격 영역에 의하여 두 부분으로 이격된 제1 도전체층;

   상기 유전체층 아래에 판형태로 형성되고, 제2 이격 영역에 의하여 두 부분으로 이격되고, 상기 이격된 두 부분을 연결하는 도전연결부를 포함하는 제2 도전체층을 포함하는 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전체층과 상기 제2 도전체층을 수직하게 투영하였을 경우,

   상기 제1 이격 영역에 의하여 분리된 일측 제1 도전체층은, 상기 제2 이격 영역에 의하여 분리된 일측 제2 도전체층과 적어도 일부가 겹치고,

   상기 제1 이격 영역에 의하여 분리된 타측 제1 도전체층은, 상기 제2 이격 영역에 의하여 분리된 타측 제2 도전체층과 적어도 일부가 겹치며,

   상기 제1 이격 영역과 상기 제2 이격 영역은 적어도 일부가 겹치는 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전체층은

   상기 제1 이격 영역에 의하여 노출된 상기 유전체층에 실장된 칩소자와 전기적으로 연결되는 안테나.
4. 제1항에 있어서, 상기 도전연결부는

   라인형태로서, 상기 유전체층의 타측 끝단에서부터 상기 제1 도전체층이 형성된 위치까지의 영역내에서 그 위치가 조정되는 안테나.
5. 제1항에 있어서,

   수직하게 투영하였을 경우, 상기 제1 도전체층과 상기 제2 도전체층은 루프 형태를 이루는 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2 도전체층의 이격된 두 부분은

   비대칭 크기로 형성되는 안테나.

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