KR20090058144A

KR20090058144A - 안테나 내장형 인쇄회로기판

Info

Publication number: KR20090058144A
Application number: KR1020070124796A
Authority: KR
Inventors: 조원우; 성재석; 정재엽; 양덕진; 김주형
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-09
Also published as: KR100954879B1; CN101453055A; US7999746B2; US20090140931A1; CN101453055B

Abstract

안테나 내장형 인쇄회로기판이 개시된다. 그라운드와 제1 방사체가 형성되는 제1 단위기판; 상기 제1 단위기판에 적층되며, 상기 제1 방사체와 주파수 대역이 상이한 제2 방사체가 형성되는 제2 단위기판; 상기 그라운드와 연결되도록 상기 제1 단위기판에 형성되는 한 쌍의 스트립 선로; 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체를 연결하는 제1 비아(via); 일측이 상기 한 쌍의 스트립 선로와 각각 연결되는 한 쌍의 제2 비아; 및 상기 한 쌍의 제2 비아의 타측을 서로 연결하는 연결패턴을 포함하는 안테나 내장형 인쇄회로기판은, 다중 주파수 대역을 가지며 소형화가 가능하기에 소형화된 통신 기기에 적용될 수 있다.

안테나, 비아, PCB, 주파수

Description

안테나 내장형 인쇄회로기판{Printed Circuit Board for internal antenna}

본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안테나가 내장된 인쇄회로 기판(PCB)에 대한 것이다.

종래에 기술에 의한 이동 통신 기기의 안테나는 인쇄회로기판 원자재를 다수 적층한 후, 폴리카보네이트 재질의 유전체 위에 도금하거나 금속 물질의 방사체를 기구적으로 접촉하거나 인쇄회로기판과 안테나의 접점 부분을 납땜하는 식으로 구현하였다. 그러나 원가 절감 및 모듈화의 요구에 의하여 안테나 내장형 인쇄회로기판에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있었다.

종래의 안테나 내장형 인쇄회로기판의 경우는 기판의 상측 이나 하측만을 이용한 2차원 구조로 안테나 내장형 인쇄회로기판을 구현하였다. 이러한 2차원 구조의 안테나 내장형 인쇄회로기판을 단일 주파수 대역을 갖는 무선 마우스에 적용하는 경우에는 공간적인 제약에 크게 문제가 발생하지 않았다. 이는 단일 주파수 대역을 갖기에 안테나의 방사 효율을 위한 공간이 크게 요구되지 않았기 때문이다.

그러나, 다중 주파수 대역을 갖는 이동 통신 단말기에 안테나 내장형 인쇄회로기판을 적용하려고 하는 경우 안테나 방사 효율을 최대화 할 수 있는 충분한 체적을 가질 수 없었다. 안테나 방사 효율을 최대화 하기 위해서는 안테나의 길이를 길게 하여야 한다. 그러나 이를 위해 공간을 할당하는 경우, 이동 통신 단말기에 내장되는 메인 인쇄회로기판의 크기가 증가되어 인쇄회로기판의 원가 상승하는 문제가 있었다. 또한, 이는 이동 통신 단말기의 소형화에 제약이 되기도 하였다.

본 발명은 3차원 구조의 안테나 내장형 인쇄회로기판을 통하여 소형화가 가능하며 다중 주파수 대역을 갖는 안테나 내장형 인쇄회로기판을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 그라운드와 제1 방사체가 형성되는 제1 단위기판; 상기 제1 단위기판에 적층되며, 상기 제1 방사체와 주파수 대역이 상이한 제2 방사체가 형성되는 제2 단위기판; 상기 그라운드와 연결되도록 상기 제1 단위기판에 형성되는 한 쌍의 스트립 선로; 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체를 연결하는 제1 비아(via); 일측이 상기 한 쌍의 스트립 선로와 각각 연결되는 한 쌍의 제2 비아; 및 상기 한 쌍의 제2 비아의 타측을 서로 연결하는 연결패턴을 포함하는 안테나 내장형 인쇄회로기판이 제공된다.

이때, 상기 제1 방사체의 주파수 대역은 상기 제2 방사체의 주파수 대역보다 낮을 수 있으며 상기 제1 단위기판 및 제2 단위기판 중 적어도 어느 하나의 층에 형성되며, 상기 제1 방사체 및 제2 방사체로 신호를 공급하는 급전부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판에 의하면, 소형화 가능하며 단순한 공정의 추가로 비용의 상승 없이 다중 주파수 대역을 갖는 안테나 내장형 인쇄회로기판을 제공 할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 구조에 대하여 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 단면도이다. 그리고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 평면도이다. 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄 회로기판의 저면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 안테나 내장형 인쇄회로기판(110), 단위기판(111,112), 안테나(121,122), 한 쌍의 스트립 선로(123), 비아(via, 130), 연결패턴(131), 급전부(140), 그라운드(150)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 서로 적층된 복수의 단위기판(111,112)으로 형성된 안테나 내장형 인쇄회로기판(110)이 제공된다. 안테나 내장형 인쇄회로기판은 단위기판 하나만으로 형성되는 것이 아니라 2개 이상의 복수개의 단위기판(111,112)을 적층하여 형성된다.

이때, 복수의 단위기판(111,112)에 방사체가 형성될 수 있으나, 도 1 내지 도4에서는 두 개의 층에 방사체가 형성된 경우를 가정하여 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 복수의 단위기판 (111,112)에 방사체(121, 122)가 형성되어 있다. 이때, 방사체(121, 122) 각각은 도 2 내지 도 4에 도시되어 있듯, 복수의 단위기판 중 서로 다른 단위기판에 형성된다. 이와 같이 서로 다른 단위기판에 방사체를 형성함으로써, 안테나 내장형 인쇄회로기판의 방사 효율을 높일 수 있다.

안테나에 있어서, 방사체간의 기생용량(C)성분은 원하지 않는 주파수 대역에 공진을 발생시켜 효율을 감소하는 효과를 가져온다. 그러나, 본 실시예에 따르면 방사체가 복수의 단위기판에 형성되었기 때문에, 하나의 단위기판에 형성된 방사체들에 의해 발생되는 기생용량성분보다 더 낮은 기생용량성분을 가지게 되므로, 방사 효율이 감소되는 부분을 최소화 하여 방사 효율을 높일 수 있다.

이때, 각 층에 형성된 방사체의 주파수 대역은 상이하다. 즉, 복수의 단위기판에 형성된 각각의 방사체가 통신에 사용하는 주파수 대역은 각각 상이하다. 예를 들어 방사체 하나의 주파수 대역이 GSM900 이라면, 다른 하나의 방사체의 주파수 대역은 DSC1800의 대역을 사용할 수 있다. 다만, 각각의 안테나가 사용하는 주파수 대역의 일부는 겹쳐질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사체(121,122) 중 그라운드(150)와 동일한 단위기판(111)에 형성된 방사체(122)의 주파수 대역은 그라운드(150)와 다른 단위기판(112)에 형성된 방사체(121)의 주파수 대역에 비해 상대적으로 낮을 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판에 형성되는 방사체의 사용 주파수는 상이하므로, 단일 주파수 대역을 사용하는 통신 기기뿐 아니라 다중 주파수 대역을 사용하는 통신 기기에 적용될 수 있다. 여기서 통신 기기는 안테나 요구되는 모든 기기를 총칭하는 개념임을 명확하게 해둔다.

단위기판(112)에는 한 쌍의 스트립 선로(123)가 형성되어 있다. 도 1을 참조하여 살펴보면, 스트립 선로(123)의 일단은 그라운드(150)와 연결되고, 타단은 방 사체(122)와 연결된다. 또한, 도 2를 참조하여 살펴보면, 한 쌍의 스트립 선로(123) 각각을 연결하기 위하여 한 쌍의 스트립 선로 각각은 한 쌍의 비아(130)의 일측과 연결되며, 한 쌍의 비아(130)의 타측은 서로 연결패턴(131)을 통해 연결된다. 이러한 한 쌍의 스트립 선로(123)는 임피던스 정합을 위해 사용되는데 이에 대해서는 후술할, 도 5내지 도 6을 참조하여 보다 상세하게 살펴보도록 한다.

급전부(140)는 한 쌍의 스트립 선로(123) 및 방사체(122)와 비아(130)를 통해 연결된다. 급전부(140)는 각각의 방사체(121,122)에 전원을 공급하는 역할을 한다.

비아(130)는 방사체(121,122)들을 연결하며, 그라운드(150) 및 한 쌍의 스트립 선로(123) 등을 연결할 수 있다.

이하, 도 5 내지 도6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 스트립 선로를 이용한 임피던스 정합에 대하여 살펴보도록 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 개념도이고, 도 6은 는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판에 형성된 스트립 선로 부분의 등가 회로도이다.

도 5의 인쇄회로기판의 점선 부분(410)에 도시되어 있는 한 쌍의 스트립 선로(130)의 등가 회로도가 도 6에 도시되어 있다. 전술한 바와 같이 한 쌍의 스트립 선로(130)를 이용하여 인덕턴스(L, 620) 또는 기생용량(C, 610)의 값을 변화시켜 튜닝(tuning)할 수 있기에 종래의 안테나 내장형 인쇄회로기판에 비해 임피던스 정 합이 용이하다.

임피던스 정합이란 전원에서 부하로 전송하는 경우, 접속점에서 전류와 전압의 반사파가 발생되지 않거나 최대 전력이 부하에 전달되기 위한 조건을 말하는 것으로, 안테나의 방사 효율이 최대가 되기 위한 조건을 말한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 방사 효율이 최대가 되게 하기 위해서 임피던스 정합을 만족시켜야 한다. 임피던스 정합을 위하여 기생용량(C, 610)값을 크게 하여야 하는 경우, 한 쌍의 스트립 선로(123)의 간격을 좁혀주면 기생용량(C, 610)값이 증가하게 된다. 또한, 인덕턴스(L, 620) 의 값을 증가 시켜야 하는 경우, 한 쌍의 스트립 선로(123)의 길이를 늘리면 된다. 즉, 이와 같이 한 쌍의 스트립 선로(123)의 간격 및 길이를 조절하여 안테나 내장형 인쇄회로기판이 임피던스 정합의 조건을 만족시키도록 튜닝 할 수 있다. 그리고 이러한 튜닝 과정을 통해, 안테나 내장형 인쇄회로기판이 최대의 방사효율을 가질 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 개념도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 단면도.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 평면도.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄 회로기판의 저면도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판의 개념도.

도 6은 는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 내장형 인쇄회로기판에 형성된 스트립 선로 부분의 등가 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 안테나 내장형 인쇄회로기판

111,112: 단위기판

121, 122: 안테나

123: 스트립 선로

130: 비아

131: 연결패턴

140: 급전부

150: 그라운드

Claims

그라운드와 제1 방사체가 형성되는 제1 단위기판;

상기 제1 단위기판에 적층되며, 상기 제1 방사체와 주파수 대역이 상이한 제2 방사체가 형성되는 제2 단위기판;

상기 그라운드와 연결되도록 상기 제1 단위기판에 형성되는 한 쌍의 스트립 선로;

상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체를 연결하는 제1 비아(via);

일측이 상기 한 쌍의 스트립 선로와 각각 연결되는 한 쌍의 제2 비아; 및

상기 한 쌍의 제2 비아의 타측을 서로 연결하는 연결패턴을 포함하는 안테나 내장형 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,

상기 제1 방사체의 주파수 대역은 상기 제2 방사체의 주파수 대역보다 낮은 것을 특징으로 하는 안테나 내장형 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,

상기 제1 단위기판 및 제2 단위기판 중 적어도 어느 하나의 층에 형성되며,

상기 제1 방사체 및 제2 방사체로 전원을 공급하는 급전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 내장형 인쇄회로기판.