KR20100130014A - 인쇄기판형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 방송 수신용 인쇄기판형 안테나를 개시한다.

본 발명에 따르면, 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 상측면 상부로 소정 폭으로 다수 개 도포된 전도성 패턴; 상기 전도성 패턴 사이에 형성된 급전점(Feeding Point); 수신된 고주파 주파수 대역의 신호를 저주파 대역으로 낮추기 위해 상기 유전체 기판의 하측면 형성하는 커플러와, 상기 커플러와 급전점의 하측면 하부로 형성된 그라운드 플랜(Ground Plane); 상기 그라운드 플랜과 상기 급전점에 동축 케이블과 접촉되기 위한 접지패드가 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 커플러는 상기 유전체 기판의 하측면에 솔더링 기법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 커플러는 캐패시터로서, 마그네틱 기판, 페라이트 시트, 유전체 기판, 플라스틱 기판 중의 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 커플러의 두께는 수신하고자 하는 신호의 주파수 대역 및 방사 특성과 비례적 기반으로 설정되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 저주파수 대역의 방송 신호를 제공함에 따라 본 발명을 통해 RF 신호 수신용 안테나의 소형화를 실현하여 해당 제품에 내장시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

안테나, 모노폴, 급전점, PCB, RF, 방송, 유전체, 캐패시터, 페라이트

Description

인쇄기판형 안테나{PCB TYPE ANTENNA}

본 발명은 인쇄형 기판의 안테나 구조에 관한 것으로 보다 상세하게는 모노폴(MONO POLE) 안테나의 특성과 커플러를 이용하여 저주파 방송 신호의 수신용 안테나의 소형화를 실행할 수 있는 인쇄 기판형 안테나에 관한 것이다.

현재 이동 통신 서비스에 이용되는 개인 휴대 단말기의 급격한 성장으로 그에 따른 RF 모듈 및 안테나 역시 바르게 발전해가면서 소형화, 정량화되고 있는 추세이다.

현재 세계적으로 아날로그·디지털 통신기술의 급속한 발전으로 셀룰러, PCS, GSM, PHS 및 인공위성을 이용한 Iridium 서비스 등 다양한 종류의 이동통신서비스가 시행되고 있으며, 국내에서도 셀룰러, PCS 및 CT-2 등이 상용 서비스 중에 있다. 무선통신서비스에 이용되는 개인휴대 단말기는 소형화, 다기능화, 경량화 및 저전력화를 목표로 발전되어 왔으며, 기지국 및 단말기에 필수적인 안테나는 신호 입출력의 처음과 끝을 담당하며 통화품질을 결정하는 핵심 부품으로서 기본 이론 및 설계기술의 난이도가 높은 분야이다.

지금까지 제안되고 있는 안테나는 도 1의 a 내지 c에 도시된 바와 같이, 직교 다이폴 안테나나 헬리컬 안테나, 선박용으로 헬리컬 안테나가 많이 사용되고 있다.

또한, 장애물을 꺼리는 항공기나 자동차에는 마이크로스트립 안테나가 사용된다. 그외에도 이엔더(Meander) 라인, 역-F(Invert-F) 안테나 등의 구조를 이용한 안테나 들이 사용된다.

이러한 안테나들이 가지는 구조적 특징을 이용하여 다중 대역 또는 광대역 특성을 갖도록 하기 위한 안테나 연구가 진행되어 왔다.

일반적인 폴형 안테나의 경우 다이폴 안테나 및 모노폴 안테나가 있으며, 도체의 길이에 따라 커버할 수 있는 주파수 대역이 달라지며, 길이가 길수록 저주파에 적합하고, 길이가 짧을수록 고주파에 적합하다.

이때 모노폴 안테나로 대표적인 것은 방송국 송수신용 안테나(이득이 매우 높은것)로서, 매우 이득이 높기 때문에 길이를 길게 할 수 있어서 저주파(수십- 수백 MHz)에 적합하다. 그러나, λ/4 파장의 모노폴 안테나를 100MHz 대역의 방송 신호를 수신하기 위해 약 75 ㎝ 의 도체 길이가 필요하게 된다.

따라서, 이러한 저주파 대역의 방송용 저주파수 대역의 신호를 수신하기 위해서는 안테나의 길이가 길어지게 제작되어야 하며, 이러한 길어진 안테나의 길이로 인해 상기 안테나를 제품에 내장시키지 못하고 이어폰 잭 내에 설치하여야 하고 따라서 이어폰의 선이 길어지는 문제점이 있었다. 따라서, 제품 내에 내장할 수 있는 소형화된 모노폴 안테나가 필요하였다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모노폴 안테나의 유전체 기판 후면에 캐패시터의 커플러를 추가 설치함에 따라 저주파수 대역의 방송 신호를 수신할 수 있는 안테나의 길이가 줄어들어 소형화가 가능하고 따라서, 내장시킬 수 있는 유전체 기판형 안테나를 제공하고자 함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 과제에 따라,

유전체 기판,

상기 유전체 기판의 상측면 상부로 소정 폭으로 다수 개 도포된 전도성 패턴;

상기 전도성 패턴 사이에 형성된 급전점(Feeding Point);

수신된 고주파 주파수 대역의 신호를 저주파 대역으로 낮추기 위해 상기 유전체 기판의 하측면 형성하는 커플러와,

상기 커플러와 급전점의 하측면 하부로 형성된 그라운드 플랜(Ground Plane);

상기 그라운드 플랜과 상기 급전점에 동축 케이블과 접촉되기 위한 접지패드가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 커플러는 상기 유전체 기판의 하측면에 솔더링 기법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커플러는 캐패시터로서, 마그네틱 기판, 페라이트 시트, 유전체 기판, 플라스틱 기판 중의 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커플러의 두께는 수신하고자 하는 신호의 주파수 대역 및 방사 특성과 비례적 기반으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 모노폴 안테나의 유전체 기판 후면에 캐패시터의 커플러를 추가 설치함에 따라 저주파수 대역의 방송 신호를 수신할 수 있는 안테나의 도체 길이가 줄어들어 소형화가 가능하고 따라서, 해당 제품 내에 내장시킬 수 있고 제조 공정이 간단하여 제조 원가가 절감되는 효과를 얻는다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 모노폴 구조를 가지는 인쇄기판 형 안테나를 도시하고 있으며, 상기 인쇄기판의 상측면과 측면 및 배면을 각각 도시하고 있다.

도시된 인쇄기판(1)은 유전체 기판으로서, 소정의 유전율 및 소정의 두께는 가지는 비도전성 물질로 이루어져 있으며, 바람직하게는 소정의 유전율 및 소정의 두께는 갖는 비도전성 물질로 이루어지며, 바람직하게는 유전율 4.6, 두께 1.0mm의 FR-4 기판을 사용할 수 있다. 한편, 상기 인쇄기판(PCB)는 에폭시(Epoxy), 듀로이드(Duroid), 테프론(Teflon), 베이크라이트 및 에어폼(Air form) 중 어느 하나가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 인쇄기판(PCB)는 소형화된 안테나가 최적의 공진 주파수를 갖기 위해 유전체의 비유전율을 가변할 수 있다.

이와 같은 인쇄 기판(1)은 상측면 상부로 소정 폭의 전송로를 가지는 서로 다른 길이를 가지는 도전체 패턴(3)를 형성하고, 이 도전체 패턴(3)들 사이에는 급전점(feeding point: 5)를 형성하며, 상기 인쇄 기판(1)의 하측면 급전점(5)의 하부로는 커플러(7)를 형성하고, 급전점(5)에는 상기 동축 케이블과 접촉하기 위한 각각의 접지 패드(11)가 형성된다.

여기서, 상기 커플러(7)는 상기 유전체 기판(1)의 하측면에 솔더링 기법으로 형성되고, 캐패시터로서, 마그네틱 기판, 페라이트 시트, 유전체 기판, 플라스틱 기판 중의 하나의 재질로 형성된다.

또한, 상기 커플러(7)의 두께는 수신하고자 하는 신호의 주파수 대역 및 방사 특성과 비례적 기반으로 설정된다. 즉, 커플러(7)의 두께가 두꺼울수록 주파수 대역을 증가하고 방사 특성도 향상된다.

도 3는 본 발명에 따른 모노폴 구조를 가지는 안테나의 커플러(7)를 보인 도면으로 서, 인쇄 기판(1)의 하측면 급전점(5)의 하부에 커플러(7)가 형성되고 상기 커플러(7)의 후측면 급전점(5)의 하부에 접지 패턴(11)이 형성된다.

상기 각각 다른 길이를 가지는 도전체 패턴(3)은 서로 다른 크기의 공진 소자를 사용하는 것으로 낮은 주파수에서 공진 특성을 가지는 도전체 패턴(3)과 고주파수에서 동작하는 도전체 패턴(3a)가 동시에 급전된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 인쇄기판형 안테나는 도 4에 도시된 바와 같이, 정재파비(VSWR)을 갖는다. 즉, 88MHz에서 정재파비 4.0701:1을 나타내고, 99MHz에서 정재파비 1.0499:1을 나타내며, 108MHz에서 정재파비 3.2117:1을 나타내고 있다.

또한, 이러한 각 주파수 대역에 상응하는 자장에 의한 방사의 세기 및 등방향성을 살펴보면 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같다. 도 5은 주파수 기능으로서 극성 표현('Smith Chart')에서 중심에 가장 근접한 포인트는 99Mhz에 있고, 필요로 하는 공진을 나타낸다.

도 6은 대수 스케일(logarithmic scale)에서 반사계수의 절대 크기를 나타내고, 99Mhz에서의 반사 계수 로스가 최소치이므로 에너지 흡수가 분명하게 보여진다.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이 해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 일반적인 안테나의 구성을 보인 도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 구조를 도이다.

도 3은 도 2의 커플러의 구성을 상세하게 보인 도이다.

도 4는 본 발명에 따른 정재파비(VSWR)를 나타낸 그래프이다

도 5은 본 발명에 따른 smith chart를 보인 도이다.

도 6은 본 발명에 따른 반사파 계수를 보인 도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 유전체

3, 3a: 도전체 패턴

5 : 급전점(feeding point

7 : 커플러

11 : 접지 패턴

Claims (4)

1. 모노폴 구조의 인쇄 기판형 안테나에 있어서,

   유전체 기판,

   상기 유전체 기판의 상측면 상부로 소정 폭으로 다수 개 도포된 전도성 패턴;

   상기 전도성 패턴 사이에 형성된 급전점(Feeding Point);

   수신된 고주파 주파수 대역의 신호를 저주파 대역으로 낮추기 위해 상기 유전체 기판의 하측면 형성하는 커플러와,

   상기 커플러와 급전점의 하측면 하부로 형성된 그라운드 플랜(Ground Plane);

   상기 그라운드 플랜과 상기 급전점에 동축 케이블과 접촉되기 위한 접지패드가 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 기판형 안테나.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 커플러는 상기 유전체 기판의 하측면에 솔더링 기법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 기판형 안테나.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 커플러는 캐패시터로서, 마그네틱 기판, 페라이트 시트, 유전체 기판, 플라스틱 기판 중의 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 기판형 안테나.
4. 청구항 1 내지 청구항 4 중 한 항에 있어서, 상기 커플러의 두께는 수신하고자 하는 신호의 주파수 대역 및 방사 특성과 비례적 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는 인쇄 기판형 안테나.

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