ProAnt PIFA - 평면 인버트 F 안테나

오늘날의 가전 시장에서 무선 연결이 점점 더 중요한 특징으로 대두되고 있습니다. 이로 인해 안테나를 비롯한 무선 통신 관련 부품의 수요가 증가했습니다.

이 블로그에서는 다양한 무선 응용 분야에 사용할 수 있는 PIFA(평면인버트 F 안테나) 안테나 유형을 중점적으로 살펴보겠습니다. PIFA는 인버트 F 안테나(그림 1)에서 유래된 특수 단극 안테나(단락 암 포함)입니다. PIFA(그림 2)는 단일 전선 대신 상판이 있는 인버트 F 안테나의 한 유형입니다.

일반 인버트 F 안테나(왼쪽) 및 일반 PIFA 안테나(오른쪽)(이미지 출처: ProAnt)

패치 안테나와 PIFA는 본질적으로 협대역을 사용한다는 점에서 유사합니다. 하지만 기생 접지 소자 및 플레이트의 슬롯 절단과 같은 다른 기술을 통합하여 PIFA의 대역폭을 확장할 수 있다는 점에서 다릅니다. 또한 이 기술로 상판의 크기를 변경하여 필요한 안테나 크기와 기판 공간을 줄일 수 있습니다.

그림 3: PIFA를 사용하여 RF 모듈과 기타 부품을 안테나 아래에 실장할 수 있습니다. (이미지 출처: ProAnt)

상부 부하를 사용하여 PIFA의 크기를 수정할 수도 있습니다. 그러나 이러한 수정에는 결과가 따릅니다. 더 낮은 주파수에 도달하기 위해, 안테나의 맨 끝에 작은 정전 용량을 추가할 수 있지만 이럴 경우 방사 성능이 저하됩니다. 이 방법을 사용하면 특정 응용 분야에서 크기와 성능을 위한 최적의 균형을 찾을 수 있습니다.

안테나를 회로 기판 위에 병렬로 배치하면 실장 핀을 배치할 기판 공간만 필요하게 됩니다. 이는 PIFA를 사용함으로써 얻게 되는 중요한 이점입니다. 또한, 접지 또는 기타 금속이 향하는 별도의 공간거리가 필요하지 않습니다. 즉, 두 PCB 층의 안테나 아래에 다른 부품을 실장할 수 있습니다(그림 3).

앞서 언급한 단락 암은 안테나를 나머지 회로망에 정합하는 임피던스 역할을 합니다. 자연스러운 정전 용량이 되도록 단극(정전 용량)에 유도 용량을 추가하면 안테나가 최적의 임피던스(일반적으로 50Ω)로 정합될 수 있습니다. 단락 암은 이 임피던스 정합 유도 용량을 제공합니다. 따라서 임피던스를 정합하는 데 필요한 수동 소자가 줄어듭니다. 적은 부품 수로 인해 기생 손실이 감소하므로 방사 효율이 향상됩니다.

그림 4: PIFA 방사 패턴 및 분극 예(이미지 출처: ProAnt)

응용 분야에 따라 PIFA는 혼합 분극이 있는 전방향성 방사 패턴과 중간 이상의 높은 대역폭을 사용하는 경향이 있습니다(그림 4). 또한 PIFA는 단락 암을 통해 PCB GND 평면에 강하게 연결되기 때문에 기본적으로 환경 변화에 강합니다. 따라서 최적화되지 않은 환경 변화가 발생할 경우(예: 금속 주변에서 작동할 때) 다른 유형의 안테나가 주파수 드리프트 및 방사 성능 저하를 보이지만 PIFA는 효과적인 방사 패턴을 유지하는 경향이 있습니다.

결론

다양한 통신 프로토콜과 주파수를 사용하는 다양한 응용 분야(고정 및 모바일 장치 모두)에서는 안테나를 필요로 합니다. 안정적인 무선 연결을 위해서는 안테나 기술을 신중하게 선택해야 합니다.

일부 안테나는 일반적으로 방사 방향이 일정하고 항상 알려진 응용 분야에만 유용하지만(예: 세라믹 패치 안테나), PIFA는 뛰어난 유연성을 제공합니다. PIFA 기술은 많은 혼합 분극이 있는 전방향성 방사 패턴을 제공합니다. 이는 고정 응용 제품에 매우 유용한 것으로 검증되었지만, PIFA는 주변 환경에 상관없이 매우 안정적이므로 웨어러블 장치와 같이 지속적으로 변화하는 환경에 사용되는 모바일 장치에 특히 유용합니다.

참고 자료:

1 ProAnt 기술 참고 자료 2016-08-23 평면 인버트 F 안테나(PIFA)