KR101023065B1 - 헬리컬 패턴을 갖는ｐｃｂ를 이용한 방송 수신용 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나는, 방송 수신용 모노 폴 안테나의 중간 부분에 설치되어 전기적으로 연결되는 것으로, PCB 기판의 한쪽 면에 형성된 패턴과 다른쪽 면에 형성된 패턴을 스루 홀(through hole)을 통해 전기적으로 상호 연결되는 헬리컬 PCB를 구비함으로써 TDMB 200Mhz 방송수신을 위해 필요한 모노폴 안테나(1/4λ=37.5Cm)의 물리적인 길이를 줄 일수 있게 된다. TDMB 방송 수신용 모노폴 안테나의 물리적인 길이를 줄이기 위하여 사용되는 종래의 로딩 코일(Lording Coil)에 비하여 PCB 헤리컬을 이용한 모노폴 안테나는 전체적인 구조 및 생산 공정의 간소화를 실현하고, 안테나 제조 원가를 절감하여 경제성을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

헬리컬, PCB, TDMB, through hole, 복층, 길이

Description

헬리컬 패턴을 갖는ＰＣＢ를 이용한 방송 수신용 안테나{BROADCAST RECEIVING ANTENNA USING PCB PRINTED HELICAL PATTERN}

본 발명은 TDMB(지상파 DMB),DVB-H 등의 방송을 수신하기 위해 사용되는 방송 수신용 안테나에 관한 것이다.

휴대폰을 포함한 네비게이션 단말기, PMP 등 휴대 단말기는 각 단말에서 제공하는 고유의 기능에 더하여 TDMB(지상파 디지털 멀티미디어 방송), DVB-H, MediaFlow 등 방송을 수신할 수 있는 기능을 포함하여 보급되고 있다.

방송 수신이 가능한 휴대 단말기는 TDMB, DVB-H 등을 수신하기 위한 안테나가 구비되는데, 174Mhz ~ 240Mhz 대역의 TDMB, 470Mhz ~ 830Mhz 대역의 DVB-H 등의 방송을 수신하기 위한 안테나의 길이는 200Mhz 기준 시 1파장(λ)의 길이는 150Cm이다. 이를 모노폴(Monopole) 안테나의 구현을 위해서는 1/2λ의 75Cm, 1/4λ의 37Cm의 물리적인 안테나의 길이가 필요하게 되어 단말기 크기에 비하여 안테나가 길이가 과도하게 길어지게 된다.

따라서 안테나의 길이는 휴대 단말기에 그대로 적용할 경우에 단말기 휴대 및 디자인에 많은 문제를 포함하게 되므로, 안테나의 물리적인 길이를 줄이는 여러 방법들이 제안되고 있다.

방송 수신용 안테나의 길이를 줄이는 가장 일반적인 방법 중의 하나로는, 도 1에 도시된 바와 같이 안테나(10)의 중간 부분에 비도전성 내심(12)을 연결하고, 이 비도선성 내심(12)에 에나멜 동선 등 도전체(14)를 감아서 헬리컬식(Helical type) 구조를 형성하여 안테나 전체 로딩 길이를 줄이는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같이 비도전성 내심(12)에 도전체(14)를 감는 방식으로 안테나의 길이를 줄이는 방법은 구조가 복잡하고, 제조 원가가 많이 소요되어 경제성이 떨어지게 됨은 물론, 안테나의 길이를 보다 효율적으로 줄이는데도 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, PCB 기판에 헬리컬 타입의 패턴을 구현하여 헬리컬 로딩 코일(Helical Loading Coil)을 구성함으로써 전체적인 안테나 구조를 간단히 하여 생산 공정의 간소화를 실현함과 아울러 제조 원가를 절감하여 경제성을 높일 수 있는 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 복층 구조로 헬리컬 패턴을 형성함으로써 안테나의 전기적인 길이는 유지하면서 안테나의 물리적인 길이를 더욱 효율적으로 줄일 수 있도록 하는 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나는, 방송 수신용 모노폴 안테나의 중간 부분에 설치되어 전기적으로 연결되는 것으로, 기판의 한쪽 면에 형성된 패턴과 다른쪽 면에 형성된 패턴이 스루 홀(Through Hole)을 통하여 연결된 헬리컬(helical) 구조로 전기적으로 상호 연결되도록 구성된 헬리컬 인쇄회로기판(이하 '헬리컬 PCB' 라고 함)을 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 헬리컬 PCB는 양쪽 면에 각각 형성된 패턴이 비어 홀(via hole)을 통해서도 상호 연결되게 구성될 수 있다.

상기 헬리컬 PCB에 형성된 패턴 중 한쪽 면에 형성된 패턴은 안테나 축선 방향과 직교하는 방향으로 균등 간격으로 형성되고, 다른쪽 면에 형성된 패턴은 상기 한쪽 면에 형성된 패턴을 전기적으로 연결하도록 안테나 축선 방향에 대하여 경사지게 형성될 수 있다.

한편, 상기 헬리컬 PCB는, 상기 기판의 층이 복수개로 이루어져 복층 구조로 구성되고, 한쪽 복층 구조에 형성된 패턴은 외층 기판과 내층 기판을 번갈아 가면서 지그재그 방식으로 이어지는 복층 패턴 구조를 갖도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 헬리컬 PCB는 그 양쪽 면에 각각 상기 복층 패턴 구조를 갖도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 헬리컬 PCB는 한쪽 면에는 상기 복층 패턴 구조를 갖고, 다른쪽 면에는 단층 패턴 구조를 갖도록 구성될 수도 있다.

그리고 상기 복층 구조를 이루는 기판 중 외층 기판에는 외층에 형성된 패턴과 내층에 형성된 패턴이 전기적으로 연결될 수 있게 스루 홀 또는 비어 홀이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나는, PCB를 구성하는 기판에 헬리컬 타입의 패턴이 형성되어 헬리컬 로딩 코일(Helical Loading Coil)을 구성하기 때문에 전체적인 안테나 구조를 간단히 하여 생산 공정 의 간소화를 실현할 수 있고, 안테나 제조 원가를 절감하여 경제성을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은, 복층 구조로 헬리컬 패턴을 형성할 경우에, 안테나의 전기적인 길이는 유지하면서 안테나의 물리적인 길이를 더욱 효율적으로 줄일 수 있는 효과도 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 방송 수신용 안테나 및 일 실시예의 헬리컬 PCB가 도시된 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 헬리컬 PCB의 종단면도이다.

본 발명에 따른 방송 수신용 안테나는, 도 3에 도시된 바와 같이, TDMB, DVB-H, MediaFlow 등의 방송 신호를 수신할 수 있도록 모노 폴 안테나(20)로 구성된다.

이러한 모노 폴 안테나(20)의 중간 부분에는 안테나의 물리적인 길이를 줄이기 위해 헬리컬 타입의 연장 코일부가 구성된다.

본 발명에서 헬리컬 타입의 연장 코일부는 인쇄회로기판(이하 'PCB' 라고 함)에 헬리컬 패턴(40)이 형성된 구조[이하 '헬리컬 PCB(30)'라 함]로 이루어진다.

즉, 상기 헬리컬 PCB(30)는 모노 폴 안테나(20)의 중간 부분에 설치되어 전기적으로 연결될 수 있도록 구성된 것으로서, PCB를 구성하는 기판(31)의 일측면 (예를 들면 전면)에 형성된 패턴(41)과 타측면(예를 들면 배면)에 형성된 패턴(43)이 전체적으로 헬리컬(helical) 구조로 상호 전기적으로 연결되도록 구성되는 것이다.

헬리컬 PCB(30)에 대하여 자세히 설명한다.

헬리컬 PCB(30)는 크게 기판(31)과 헬리컬 패턴(40)으로 구성된다.

먼저, 기판(31)은 통상적으로 PCB의 재질로 이용되는 FR4 및 다양한 유전율을 가지는 재질 등으로 제작되고, 도 3에서와 같이 헬리컬 패턴(40)이 형성되는 기판(31)의 양단부에는 상대적으로 폭이 좁은 접속부(33)를 갖도록 형성된다.

특히 기판(31)의 양쪽 측면에는 기판(31)의 양쪽 면에 각각 형성된 패턴(41)(43)이 전기적으로 상호 연결될 수 있도록 하는 스루 홀(through hole) 또는 비어 홀(via hole)(이하 '비어 홀'로 통일하여 칭함)(35)이 형성된다. 본 실시예의 도면에서는 기판(31)의 양쪽 측면에 반원형 구조를 갖는 비어 홀(35)을 예시하고 있다.

다음, 헬리컬 패턴(40)은 상기 기판(31)의 양쪽 면에 나선 구조 즉, 헬리컬 구조로 전기적으로 연결되게 형성된다.

이때, 도 3에서와 같이 헬리컬 패턴(40) 중 한쪽 면(예를 들면 뒷면)에 형성된 패턴(43)은 안테나 축선 방향과 직교하는 방향으로 균등 간격으로 형성되고, 다른쪽 면(예들 들면 앞면)에 형성된 패턴(41)은 상기 한쪽 면에 형성된 인접한 패턴(43)을 전기적으로 연결하도록 안테나 축선 방향에 대하여 경사지게 형성될 수 있다.

이러한 헬리컬 패턴(40)의 구성은 하나의 예시에 불과하며, 실시 조건에 따라 패턴의 위치 및 연결 구조는 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

한편, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 헬리컬 PCB(30)의 제조 방법의 일례를 순서대로 보여주는 도면들로서, 도 5a에 도시된 바와 같이 기판(31)의 양단부에 가운데 부분보다 상대적으로 폭이 좁은 접속부(33)를 마련하고, 가운데 부분의 양쪽 측면에는 일정 간격마다 비어 홀(35)들을 각각 형성한다.

이후, 도 5b에서와 같이 상기 기판(31)의 앞면에 안테나 축선 방향에 대하여 경사진 방향으로 양쪽 비어 홀(35)과 비어 홀(35) 사이에 일정 간격마다 전면 패턴(41)을 형성한다.

그리고 도 5c에서와 같이 상기 기판(31)의 뒷면에 안테나 축선 방향에 대하여 직교하는 방향으로 역시 양쪽 비어 홀(35)과 비어 홀(35) 사이에 일정 간격마다 배면 패턴(43)을 형성한다. 여기서, 전면 패턴(41)과 배면 패턴(43)의 형성 순서는 바뀌어도 무방하다.

도 5d는 상기와 같은 제조 방법을 통해 헬리컬 PCB(30)가 완성된 구조를 보여준다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 헬리컬 PCB(30)는 기판(31)의 양쪽 면에 각각 패턴(41)(43)을 형성하고, 양쪽 면의 패턴(41)(43)을 비어 홀(35)을 통해 전기적으로 상호 연결하여 헬리컬 로딩 코일(Helical Loading Coil)을 구성하 고, 이러한 헬리컬 PCB(30)를 안테나의 중간 부분에 전기적으로 연결하여 방송 수신용 안테나를 구성함으로써 간단하고 안정적인 구조로 방송 수신용 안테나의 물리적인 길이를 축소할 수 있게 된다.

이하, 도 6 내지 도 9j를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예인 복층형 헬리컬 PCB 구조에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헬리컬 PCB가 도시된 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 헬리컬 PCB의 종단면도이며, 도 8은 도 6에 도시된 헬리컬 PCB의 분해 단면도이다.

이하 설명될 복층형 헬리컬 PCB(300)도 전술한 일 실시예의 헬리컬 PCB(30)와 동일하게 방송 수신용 안테나의 중간 부분에 설치된다.

복층형 헬리컬 PCB(300)는 기판(310)이 복층 구조로 구성되고, 양쪽 면에 형성된 패턴(400)이 복층 구조로 이루어진 기판(310)의 외층과 내층을 번갈아 가면서 지그재그 방식으로 이어지는 복층 패턴 구조를 갖도록 구성된다.

복층형 헬리컬 PCB(300)는 도 7 및 도 8을 참고하면, 4개의 기판(311, 312, 313, 314)이 상호 접합되는 방식으로 구성되고, 상부의 두 기판(311, 312)과 하부의 두 기판(313, 314)에 각각 복층 구조의 전면 복층 패턴(410) 및 배면 복층 패턴(430)이 형성된다.

상기 상부의 두 기판(311, 312) 및 하부의 두 기판(313, 314)은 각각 외층 기판(311)(314)과 내층 기판(312)(313)으로 나누어지는데, 각 외층 기판(311)(314)에는 외층 기판에 형성된 패턴(411)(431)과 내층 기판(312)(313)에 형성된 패 턴(412)(432)이 전기적으로 연결될 수 있도록 비어 홀(360)들이 형성된다.

물론, 각 기판(310)의 양쪽 측면에도 반원형 구조의 비어 홀(350)이 형성되어 전면 복층 패턴(410)과 배면 복층 패턴(430)이 전기적으로 상호 연결될 수 있도록 구성된다.

따라서, 외층 기판(311)(314) 및 내층 기판(312)(313)에 형성되는 모든 패턴(400)은 인접한 두 개의 비어 홀(360)을 상호 연결하면서도 서로 이격되어 다른 기판에 형성된 패턴을 통해 지그재그 방식으로 전기적으로 연결되어, 전체적으로 하나의 헬리컬 로딩 코일(Helical Loading Coil)을 구성할 수 있도록 구성되는 것이다.

한편, 상기한 바와 같이 4개의 기판(311, 312, 313, 314)을 이용하지 않고, 3개의 기판(310)을 이용하여 가운데 기판을 중심으로 양쪽에 외층 기판을 각각 구성하여 복층 패턴을 구성하는 것도 가능하다. 또한 본 실시예에서는 전면 복층 패턴(410) 및 배면 복층 패턴(430)이 모두 2층 구조로 형성된 구조를 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 한쪽 면에 3층 또는 그 이상의 복층 구조로 패턴을 형성하는 것도 가능하다.

그리고, 상기한 바와 같이 전체 기판(310)의 양쪽 면에 복층 패턴(400)을 모두 형성되는 것이 바람직하나, 실시 조건에 따라서는 전체 기판의 어느 한쪽 면에만 복층 패턴을 형성되고, 다른 쪽 면에는 전술한 일 실시예와 같이 단층 구조의 패턴을 형성하여 연결할 수 있다.

상기한 바와 같은 복층형 헬리컬 PCB(300)의 제조 방법의 일례를 도 9a 내지 도 9j를 참고하여 설명한다.

도 9a 내지 도 9e는 상부 두 기판(311, 312)에 전면 복층 패턴(410)을 형성한 과정을 보여주는 도면들이고, 도 9f 내지 도 9i는 하부 두 기판(313, 314)에 배면 복층 패턴(430)을 형성한 과정을 보여주는 도면들이며, 도 9j는 상부 두 기판(311, 312)과 하부 두 기판(313, 314)을 합착한 복층형 헬리컬 PCB(300)를 보여주는 도면이다.

먼저, 도 9a와 도 9b에서와 같이 상부의 외층 기판(311)에 일정 간격마다 비어 홀(350)(360)들을 형성하고, 도 9c에서와 같이 상부의 외층 기판(311)에서 비어 홀(350)(360)로 이어지는 패턴(411)을 형성한다. 이때 형성되는 각 패턴(411)들은 일정 간격 이격된 상태로 형성된다.

이후, 도 9d에서와 같이 상부의 내층 기판(312)에도 일정 간격마다 패턴(412)을 형성하는데, 이때 형성되는 패턴(412)은 상부의 외층 기판(311)에 형성되는 패턴(411)들 사이를 연결할 수 있는 위치에 형성된다.

이와 같이 각각의 패턴(411)(412)이 형성된 상부의 외층 기판(311)과 내층 기판(312)을 합착하면, 도 9e에서와 같이 전면 복층 패턴(410)을 갖는 상부 기판 세트가 완성된다.

다음, 도 9f에서와 같이 하부의 외층 기판(314)에도 일정 간격마다 비어 홀(350)(360)들을 형성하고, 도 9g에서와 같이 일정 간격마다 비어 홀(350)(360) 사이를 연결하는 패턴(431)을 형성한다.

이후, 도 9h에서와 같이, 하부의 내층 기판(313)에도 일정 간격마다 패턴(432)을 형성하되, 외층 기판(314)에 형성된 패턴(431)들 사이를 연결할 수 있는 위치에 패턴(432)을 형성한다.

이후, 하부의 외층 기판(314)과 내층 기판(313)을 합착하게 되면, 도 9i에서와 같이 배면 복층 패턴(430)을 갖는 하부 기판 세트가 완성된다.

다음, 상기와 같이 각각 완성된 상부 및 하부 기판 세트를 서로 합착하면, 도 9j에서와 같은 양면 복층형 헬리컬 PCB(300)가 완성된다.

상기한 바와 같은 양면 복층형 헬리컬 PCB(300)는 기판(310)의 전면 및 배면에 형성된 패턴(400)을 복층 구조로 형성함에 따라 각 층 사이의 간격만큼 패턴의 길이가 더 연장되어 전체적으로 안테나의 전기적 길이는 동일하게 유지하면서도 실제 안테나의 물리적 길이를 줄일 수 있게 효과를 갖게 된다.

이를 예를 들어 구체적으로 설명하면, 기판의 높이가 1mm, 기판의 폭이 2mm 이고, 기판의 한쪽 면에 형성되는 헬리컬 패턴의 권선수가 40개인 경우에,

1 권선의 전기적인 길이= {1(일측면 높이) + 2(패턴의 길이)} × 2(양면) = 6mm 이고, 기판 전체의 전기적인 패턴의 길이는 6 × 40(권선수) = 240mm 이다.

이와 동일한 조건에서, 양면 복층형 헬리컬 PCB(300)의 경우, 전기적인 길이 연장치는 복층의 간격이 0.05mm, 한쪽 면에 형성되는 헬리컬 직선의 권선수가 40개, 한쪽 면의 일직선상에 형성되는 비어 홀의 개수가 각각 4개 일 경우에,

0.05 × 4 × 40 × 2(양면) = 16mm의 전기적인 연장 효과를 가질 수 있게 된다.

결국, 양면 복층형 헬리컬 PCB(300)와 단층 헬리컬 PCB(30)는 각각 256mm과 240mm의 전기적 길이를 갖게 되므로, 양면 복층형 헬리컬 PCB(300)는 단층 헬리컬 PCB(30)에 비하여, 약 6.7%의 전기적인 길이 연장 효과를 가질 수 있게 된다.

이것은 기판에 구현되는 패턴의 권선 수, 비어 홀의 개수, 복층을 구성하는 기판의 두께 등이 증가하게 되면, 전체적으로 전기적인 길이 연장 효과는 더욱 커지게 된다.

이와 같이 양면 복층형 헬리컬 PCB를 포함시켜 안테나의 전기적인 길이를 연장하게 되면, 최근 더 짧고, 더 얇은 안테나를 요구하는 시점에 체적의 최소화를 추구할 수 있게 되고, 특히 방송 수신용 안테나의 경우에 적용할 경우에 안테나의 전기적인 길이는 유지하면서 안테나의 물리적인 크기를 더욱 효율적으로 줄일 수 있게 된다.

도 1은 종래 방송 수신용 안테나 구조가 도시된 도면,

도 2는 도 1에 도시된 방송 수신용 안테나의 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 방송 수신용 안테나 및 일 실시예의 헬리컬 PCB가 도시된 도면,

도 4는 도 3에 도시된 헬리컬 PCB의 종단면도,

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 헬리컬 PCB의 제조 방법의 일례를 순서대로 보여주는 도면들,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헬리컬 PCB가 도시된 도면,

도 7은 도 6에 도시된 헬리컬 PCB의 종단면도,

도 8은 도 6에 도시된 헬리컬 PCB의 분해 단면도,

도 9a 내지 도 9j는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헬리컬 PCB의 제조 방법의 일례를 순서대로 보여주는 도면들이다.

Claims (7)

1. 중간 부분에 헬리컬 타입 연장 코일부를 갖는 방송 수신용 모노 폴 안테나에 있어서,

   상기 코일부는 헬리컬 도전 패턴을 갖는 인쇄회로기판으로 구성되며,

   상기 인쇄회로기판은,

   양단에 각각 상기 안테나의 나머지 부분과 접속하기 위한 접속부를 구비하고, 양측에는 각각 소정 간격으로 형성된 복수의 쓰루 홀이 구비되며,

   전면부 및 후면부에는 각각 양측의 대응하는 복수의 쓰루 홀을 연결하는 복수의 도전 패턴이 구비되어, 상기 복수의 전면부 도전 패턴 및 후면부 도전 패턴은 상기 쓰루홀을 통해 전기적으로 연결되어 헬리컬 구조를 형성하고, 상기 전면부 및 후면부 도전 패턴이 상기 접속부를 통해 상기 안테나의 나머지 부분과 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 방송 수신용 모노 폴 안테나.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 전면부 도전 패턴은 안테나 축선 방향과 직교하는 방향으로 균등 간격으로 형성되고, 상기 후면부 도전 패턴은 안테나 축선 방향에 대하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 인쇄 회로 기판은 복층 구조로 구성되고,

   전면부 도전 패턴 또는 후면부 도전 패턴 중 어느 하나가 외층 기판과 내층 기판을 번갈아 가면서 지그재그 방식으로 이어지는 복층 패턴 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나.
5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 인쇄 회로 기판은 복층 구조로 구성되고,

   전면부 도전 패턴 및 후면부 도전 패턴이 각각 외층 기판과 내층 기판을 번갈아 가면서 지그재그 방식으로 이어지는 복층 패턴 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 헬리컬 패턴을 갖는 PCB를 이용한 방송 수신용 안테나.
6. 삭제
7. 삭제

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