PCB 안테나

참고

이 문서의 층위 — 적용. 안테나 기초의 평가 지표를 전제하고 형식 선택과 기판 구현 규칙을 다룬다.

1. 형식과 성질

형식	구조	성질
다이폴	대칭 두 팔 · 길이 약 λ/2	접지면(ground plane)이 필요 없다 · 평형 급전
모노폴	한 팔 · 길이 약 λ/4 + 접지면	접지면이 나머지 절반 역할을 한다
패치	접지면 위 사각 도체	지향성이 있다 · 대역이 좁다 · 두께가 대역을 정한다
루프	닫힌 고리	작은 루프는 자기장 결합 · 큰 루프는 방사한다
역F(PIFA)	접힌 모노폴 + 단락 핀	작다 · 급전점 이동으로 정합한다
슬롯	접지면에 낸 틈	도체가 아니라 틈이 방사한다
배열	여러 소자를 늘어놓는다	위상으로 빔을 만든다

2. 선택 기준

요구	선택
자리가 좁다	역F · 칩 안테나
무지향이어야 한다	모노폴 · 다이폴
한 방향으로 보내야 한다	패치 · 배열
넓은 대역이 필요하다	부피가 큰 구조 · 다중 공진
금속 하우징 안이다	슬롯 · 하우징을 방사 구조로 쓴다
기판이 작다	접지면 크기가 성능을 지배한다 — 형식보다 먼저 확인한다

주의

작은 기판에서는 접지면이 안테나다. 모노폴 계열은 접지면이 나머지 절반이므로, 접지면이 파장에 견주어 작으면 방사 패턴과 효율이 크게 달라진다. 소자 길이만 맞춰서는 동작하지 않는다.

3. 기판 구현 규칙

규칙	이유
안테나(antenna) 아래와 주변에 구리를 두지 않는다	근거리장이 결합해 주파수가 이동한다
금지 영역을 모든 층에 적용한다	아래 층의 구리도 영향을 준다
부품·나사·금속을 멀리 둔다	같은 이유
급전선을 짧고 일정한 임피던스(impedance) 로	선로가 정합을 돌린다
정합 소자를 급전점 가까이	사이 선로가 변환기로 동작한다
접지면 가장자리에 배치한다	모노폴 계열은 가장자리에서 잘 방사한다
케이블 경로를 고정한다	케이블이 방사에 참여해 패턴을 바꾼다

4. 급전과 정합

항목	내용
급전점 위치	구조 위 위치에 따라 임피던스가 달라진다 — 역F 는 이것으로 정합한다
정합 회로 자리	급전점 바로 옆에 π 형 자리를 비워 둔다
평형 변환	다이폴처럼 평형 구조는 불평형 급전선과 사이에 변환이 필요하다
측정	케이블 전류가 결과를 바꾸므로 초크를 쓴다

정합 소자 자리를 비워 두는 것이 실무의 기본이다. 안테나는 해석대로 나오지 않으므로 조정 여지를 남긴다. 세 자리(직렬 하나 · 병렬 둘)를 두면 대부분의 조정이 가능하다.

5. 조정 절차

순서	하는 일
1	해석으로 초기 형상을 정한다
2	시제품을 만들어 S11 을 측정한다
3	공진 주파수가 어긋난 방향을 확인한다
4	길이로 주파수를 맞춘다 — 길면 낮아지고 짧으면 높아진다
5	정합 소자로 남은 부정합을 맞춘다
6	방사 패턴과 효율을 측정한다
7	하우징·케이블을 포함한 상태에서 다시 확인한다

주의

S11 만 보고 끝내지 않는다. 정합이 잡혔어도 효율이 낮으면 나가는 전력이 없다. 총 방사 효율을 측정해야 판정이 성립한다 — 안테나 기초 §3.

6. 흔한 실패

실패	원인
주파수가 낮게 나온다	유전체와 주변 구조가 유효 파장을 줄였다
정합은 좋은데 통신 거리가 짧다	효율이 낮다 — 손실로 사라졌다
시제품마다 다르다	하우징·케이블·조립 편차가 크다
손을 대면 달라진다	근거리장이 인체와 결합한다
인증 시험에서 방사 초과	케이블 공통 모드 전류가 함께 방사한다

7. 확정 전 점검 항목

축	확인
접지면	크기가 충분한가 — 형식이 요구하는 조건을 만족하는가
금지 영역	모든 층에 적용했는가
급전	급전선이 짧고 임피던스가 일정한가
정합 자리	조정용 소자 자리를 비워 두었는가
케이블	경로가 고정되고 초크가 있는가
측정	정합뿐 아니라 효율과 패턴을 측정했는가
조건	하우징을 포함한 상태에서 확인했는가