KR100872685B1 - 역 에프형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역 에프형 안테나에 관한 것이다.

본 발명에 따른 역 에프형 안테나는, 역 에프(F) 형태의 안테나 도체부; 상기 도체부를 지지하고 있는 유전체; 탑 층에 상기 유전체가 설치된 기판; 상기 기판의 바텀 층에 형성된 접지면; 상기 접지면과 도체부 사이에 연결되는 층간 연결 부재를 포함한다.

PIFA, 비아, 단락

Description

역 에프형 안테나{Planar Inverted F type Antenna}

도 1은 종래 역 에프형 안테나 구조를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 역 에프형 안테나를 나타낸 사시도.

도 3은 도 2의 측 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 역 에프형 안테나 110 : 유전체

111 : 도체부 112 : 방사 패치부

113,114 : 급전 핀 115,116 : 접지 핀

120 : 기판 121 : 탑층

121a : 급전 라인 124 : 바텀층

124a : 접지면 130 : 층간 연결 부재

본 발명은 역 에프형 안테나에 관한 것이다.

역 에프형 안테나(PIFA : Planar Inverted F type Antenna)는 소형화가 가능 하고, 휴대폰 등의 내부에 내장이 가능한 형태의 안테나이다. 이러한 안테나의 필요한 구성 요소는, 회로 기판(PCB), 방사 안테나 도전체, 급전 라인(feeding line), 접지 핀의 4가지인데, 전체 형상이 F자를 역으로 놓은 것 같아 역 에프 안테나이다.

상기 역 에프형 안테나의 작용 원리는, 회로 기판으로부터 공급된 전류가 급전 핀을 통하여 안테나 도전체에 전달되고, 안테나 도전체를 순환한 전류가 다시 접지 핀을 통하여 회로 기판으로 들어오게 되면서, 회로 전송 라인이 형성되는데, 이 회로 전송 라인으로 인하여 공기 중의 전파를 수신하거나, 공기 중으로 전파를 방사하게 된다.

이와 같이 역 에프형 안테나는 마이크로 스트립 패치 안테나에서 전계가 없는 부분을 접지 핀으로 단락시켜 크기를 반으로 줄이고, 접지 핀을 기준으로 급전점의 위치를 변화시켜 특정 임피던스에 정합하는 구조로서, 공진 주파수에서 1/4 파장의 크기를 갖는다.

이러한 역 에프 안테나는 초광대역(UWB : Ultra Wide Band) 등의 광대역 통신 시스템, 개인 휴대 통신(PCS), 셀룰러, IMT-2000, GSM(Global system for mobile communications), 무선 랜(LAN) 등의 다양한 주파수 대역의 통신 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 역 에프 안테나의 변형된 예로서, 블루투스 안테나가 있다. 상기 블루투스 안테나의 종류는 칩형 안테나와 패턴형 안테나이다.

이동통신 단말기용 안테나는 소형화에 적합한 형태의 칩 안테나인 역 에프형 안테나(PIFA : Plannar Inverted F type Antenna)가 주로 사용되고 있다.

도 1은 종래 역 에프형 안테나 구조를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 안테나(10)는 평판 직사각형인 방사 패치부(12)와, 상기 방사 패치부(12)의 일부에 연결된 단락핀(16)과 급전핀(14)이 형성된 유전체(11)로 이루어진다. 이러한 안테나 구조는 급전핀(14)과 방사 패치부(12)의 전기적 연결(또는 EM(Electro-Magnetic) 급전방식)로 방사 패치부(12)에 급전시키고, 방사 패치부 중 일부를 접지부(미도시)에 전기적으로 단락시켜서 안테나 공진 주파수 및 임피던스 매칭을 맞추도록 설계된다.

이러한 역 에프형 안테나는 급전핀(14)을 통해 전류를 소정의 주파수 대역에서 공진되는 전기적 길이를 갖는 방사 패치부(12)에서 유기시키는 방식을 작동하게 된다.

일반적인 역 에프형 안테나 구조의 블루투스 대역용 칩안테나는 VSWR이 2:1이하인 주파수대역이 2.34 - 2.52㎓에 걸쳐 약 180㎒대역폭을 갖는다. 이는 블루투스 대역(약 2.4-2.48㎓)에 만족하는 대역폭을 갖는 것으로 나타나지만, 실제 사정은 그러하지 못하다. 즉, 실제 안테나의 주파수대역은 안테나가 실장되는 이동통신단말기 세트의 형상에 따라 변화되고, 특히 인체와 접촉 등 이동통신단말기의 사용환경에 따라 주파수대역이 틀어지는 문제가 발생되므로, 결국 원하는 주파수 대역에서 작동하기에 충분한 사용 주파수대역을 가질 수 없다. 이와 같은 실질적으로 좁은 사용주파수대역폭에 대한 문제는 소형화된 칩 안테나가 갖는 큰 단점이다.

이러한 단점을 해결하기 위해서, 칩 안테나 설계시에 이러한 공진주파수와 임피던스의 쉬프팅(shifting)을 고려하여 안테나를 제조해야 하므로, 개발기간이 길어지고 제조비용이 상승하는 문제도 있다.

또한, 이러한 협대역 특성을 해결하기 위한 방안으로, 안테나에 칩형 LC소자와 같은 디스트리뷰션(distribution) 회로를 추가적으로 연결하여 임피던스 매칭을 조정함으로써 다소 넓은 주파수대역을 얻을 수 있으나, 이와 같이 안테나의 주파수 조절에 외부회로를 개입시키는 방법은 안테나 효율을 저하하는 또 다른 문제가 야기할 수 있다.

이와 달리, 광대역특성을 실현하기 위해 안테나의 크기를 증가시키는 방안도 고려할 수 있으나, 이는 오히려 칩 안테나가 갖는 소형화의 특성에 해하는 결과를 가져오므로 바람직한 해결방안이 될 수 없다.

따라서, 당 기술분야에서는, 역 F 안테나가 갖는 소형화 등의 장점을 유지하면서 다양한 주파수대역에서 사용가능하며 협 대역폭 특성을 개선한 새로운 PIFA 구조가 요구되어 왔다.

본 발명은 광대역 특성의 역 에프형 안테나를 제공한다.

또한 본 발명은 기판의 층간 연결 부재를 이용하여 단락 핀의 길이를 높게 함으로써, 대역폭을 개선할 수 있도록 한 역 에프형 안테나를 제공한다.

본 발명에 따른 역 에프형 안테나는, 역 에프(F) 형태의 안테나 도체부; 상기 도체부를 지지하고 있는 유전체; 탑 층에 상기 유전체가 설치된 기판; 상기 기 판의 바텀 층에 형성된 접지면; 상기 접지면과 도체부 사이에 연결되는 층간 연결 부재를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 역 에프형 안테나 구조를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 측 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 역 에프형 안테나(100)는 유전체(110), 도체부(111), 기판(120)을 포함한다.

상기 유전체(110)는 사각 블록 형태로 기판(120) 상에 부착되며, 그 표면에 도체부(111)가 형성된다. 이는 유전체 표면에 형성되는 전도층을 역 에프 형태로 에칭함으로써, 안테나 도체부(111)가 형성된다.

상기 안테나 도체부(111)는 방사 패치부(112), 급전 핀(113), 접지 핀(115)을 포함하며, 상기 방사 패치부(112)는 유전체 일면(예: 윗면)에 일부 또는 전체 면에 형성될 수 있으며, 상기 급전 핀(113)은 상기 방사 패치부(112)의 중앙에서 유전체 일측면으로 분기되어 형성되며, 또 상기 유전체 바닥면에도 급전 핀(114)을 연장하여 형성할 수도 있다. 상기 접지 핀(115)은 방사 패치부(112)의 일단 또는 유전체 끝단 측면으로 분기되어 형성되며, 또한 유전체 바닥면에도 접지 핀(116)을 연장하여 형성할 수도 있다.

여기서, 상기 급전 핀(113,114)은 방사 패치부(112)로부터 유전체 측면 및 바닥면으로 연장되게 형성되어, 기판 탑층(121)에 형성된 급전 라인(121a)과 전기적으로 연결(예: 납땜)된다.

상기 접지 핀(15,116)은 방사 패치부(112)의 끝단에서 유전체 측면 및 바닥면으로 연장되게 형성되어, 기판 탑층(top layer)(121)에 형성하는 접지 구조와 연결(예: 납땜)된다.

여기서, 상기 기판(120)은 다층(121,122,123,124) 기판으로서, 통상 1개의 기판이 탑층 및 바텀층 구조를 갖는 2층 구조일 때, 2층 이상의 기판 또는 1개 이상의 기판으로 구성할 수 있다.

이러한 기판(120)에는 급전 라인(121a)과 접지 구조가 형성되는데, 상기 급전 라인(121a)은 기판 탑층(121)에 형성되어RF 칩(미도시)과 도체부(111)의 바닥면 급전 핀(114) 사이를 전기적으로 연결시켜 준다.

상기 기판(120)의 접지 구조는 바텀 층(bottom layer)(124)에 접지면(124a)을 형성하고, 상기 기판 탑층(121) 및 접지면(124a) 사이를 층간 연결 부재(130)로서 연결해 준다. 상기 층간 연결 부재(130)는 전도성 물질이 기판(120)의 탑층(121)에서 바텀 층(124)까지 관통되어 형성되는 것이며, 예를 들면 비아 홀(via hole)에 전도성 물질이 주입되어 형성될 수 있다.

그리고 상기 기판 탑층(121)에 형성된 층간 연결 부재(130)는 도체부(111)의 바닥면 접지 핀(116)에 전기적으로 연결된다. 즉, 유전체 바닥면에 형성되는 바닥면 접지부(116)와 기판 탑층(121)에 형성되는 층간 연결 부재(130)의 일단이 납땜되어 전기적으로 연결된다.

이에 따라 도 4와 같이, 역 에프형 안테나의 높이(b)는 도체부(111)의 높이(a)와 기판(120)의 높이(c)의 합으로 이루어지며, 도체부(111)가 동일할 때 기판 높이(c)가 증가하는 만큼 안테나 높이(b)가 증가될 수 있다. 예컨대, 도체부 높이가 1.2mm이고 기판 두께가 0.8mm인 경우 안테나 높이는 2.0mm가 된다. 이에 따라 안테나 높이는 기판 두께만큼 더 증가될 수 있어, 광 대역 대역폭을 얻을 수 있다.

그리고, 기판 탑층(121)에 실장되는 RF 칩(미도시)으로부터 RF 신호가 출력되면, 그 신호는 기판 탑층(121)에 형성되는 급전 라인을 통해 급전 핀(114,113)으로 전달된다. 이때에는 RF 칩 및 안테나 사이의 거리를 최소로 유지하므로 시그널 손실을 최소화할 수 있다.

또한 역 에프형 안테나(100)의 접지 핀(115,116)은 기판(120)에 형성된 층간 연결 부재(130)를 통해 기판 바텀층(124)에 형성된 접지면(124a)과 연결되므로, 안테나 공진 주파수 및 임피던스 매칭을 맞추어 줄 수 있는데, 이때 안테나의 단락 길이가 기판 두께만큼 더 증가되므로, 광 대역 역 에프형 안테나를 제공할 수 있다.

다시 말하면, 역 에프형 안테나(100)의 폭 및 길이가 일정하고, 유전체의 유전율이 동일 또는 유사한 경우, 기판 두께로 안테나 높이를 보상해 줌으로써, 안테나(100)의 높이에 따른 S11파라미터의 특성에서, 안테나의 높이 증가에 따라 원하는 주파수 대역에서 공진이 발생될 수 있어, 광 대역 특성으로 나타난다.

이러한 칩형 역 에프 안테나가 블루투스 등의 통신 모듈 또는 통신 단말기(예: 핸드 셋)에 적용되어, 원하는 주파수 대역으로 작동할 수 있는 충분한 사용 주파수 대역을 제공할 수 있어, 광 대역 통신 시스템을 제공할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 역 에프형 안테나에 의하면, 역 에프형 안테나의 길이 및 폭을 증가시키지 않고 안테나의 대역폭을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한 역 에프형 안테나가 실장되는 기판을 이용하여 안테나 높이를 최대한 증가시켜 줄 수 있어, 간단한 구조로 광대역 역에프형 안테나를 제공할 수 있다.

또한 칩형 역 에프 안테나를 블루투스 단말기 등에 적용하여, 광대역 통신 시스템으로 활용할 수 있다.

Claims (5)

1. 유전체;

   상기 유전체 위에 형성된 방사 패치부, 상기 방사 패치부에서 유전체 측면의 중앙으로 분기되어 유전체 바닥면에 연장된 급전 핀, 상기 방사 패치부에서 유전체 측면 일측으로 분기되어 상기 유전체의 바닥면에 연장된 접지 핀을 포함하는, 역 에프(F) 형태의 안테나 도체부;

   탑 층에 상기 유전체가 배치되고, 상기 유전체 바닥면에 배치된 상기 안테나 도체부의 급전핀에 연결되는 급전 라인이 형성된 다층 기판;

   상기 기판의 바텀 층에 형성된 접지면;

   상기 기판의 접지면과 상기 유전체 바닥면에 배치된 상기 안테나 도체부의 접지핀에 양단이 연결되는 층간 연결 부재를 포함하는 역 에프형 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 안테나는 블루투스 단말기용 또는 헤드셋용 안테나인 역 에프형 안테나.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 층간 연결 부재는 상기 기판에 형성된 비아 홀에 전도성 물질을 주입하여 형성되는 역 에프형 안테나.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 안테나의 높이는 상기 유전체 높이와 기판 높이의 합으로 구해지는 역 에프형 안테나.

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