JP2006229975A

JP2006229975A - ２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナ及びそのシステム

Info

Publication number: JP2006229975A
Application number: JP2006037912A
Authority: JP
Inventors: Yong Jin Kim; 容進金; Do-Hoon Kwon; 權　度　熏; Young-Eil Kim; 金　英　日; Sung-Soo Lee; 李　成　洙
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: US20060181471A1; JP4244050B2; US7498995B2; KR20060091482A; KR100701312B1

Abstract

【課題】電子機器におけるヌル地域を最小化できる超広帯域アンテナを提供する。
【解決手段】誘電体基板４５０と、誘電体基板４５０に固定され、中心軸が互いに直交する第１ビバルディホーン放射部４１０及び第２ビバルディホーン放射部４３０と、ビバルディホーン放射部４１０及び第２ビバルディホーン放射部４３０に共通に接続された単一の給電部４７０と、を備える。また、ビバルディホーン放射部４１０及び第２ビバルディホーン放射部４３０はそれぞれ２７０度のカバレッジを有する。
【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、超広帯域アンテナ及びそのシステムに係り、特に、２７０度のカバレッジ（Ｃｏｖｅｒａｇｅ、適用範囲）を有する超広帯域アンテナ及びそのシステムに関する。

一般的に、アンテナは、携帯電話、ラジオ、ＴＶ、コンピュータネットワークなどに使用されている。アンテナは、ワイヤー（ｗｉｒｅ）、ラジオ波やその他の電磁気波を送受信するのに使用される導体などからなるシステムである。

ところで、アンテナの多くは僅か数パーセントに過ぎない帯域幅上で動作する時のみ共鳴を起こす。このような狭帯域幅アンテナは、単一周波数や狭帯域の応用装置には充分使用することができ、かつ好ましいとも言える。一方、極めて広い周波数範囲で良好に機能するアンテナは、一般に、超広帯域アンテナ（ＵＷＢＡｎｔｅｎｎａ）と呼ばれている。このＵＷＢアンテナは、デジタルＴＶ、セットトップボックス、携帯電話のような無線通信機器に装着され、ＵＷＢを用いた速いデータの送受信を可能とする。

近年、アンテナ装着の容易性のため、平面型（Ｐｌａｎａｒｔｙｐｅ）ＵＷＢアンテナに対する研究及び開発が進んでいる。ところが、このような平面型ＵＷＢアンテナがデジタルＴＶやセットトップボックスに装着される場合、アンテナが装着された電子機器と平行な方向（Ｅｄｇｅ−ｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の両隅において、アンテナ放射利得の減少によるいわゆるヌル（Ｎｕｌｌ）地域が生じる。このヌル地域では、信号レベルが低いため通信を行うことができない。よって、ヌル地域を補完できるアンテナ及びアンテナシステムの構成が要求されている。

図１Ａは、従来技術として特許文献１に開示された広帯域ノッチアンテナを示す図である。図１Ａに示すように、特許文献１に開示された広帯域ノッチアンテナによれば、主放射が両終端２方向１００にのみ起こる。

図１Ｂは、他の従来技術として特許文献２に開示された広帯域ノッチアンテナを示す図である。図１Ｂに示すように、特許文献２に開示された広帯域ノッチアンテナは、２個のノッチを用いて、２つの放射方向１３０、１６０を有する原理を利用して実現される。しかし、この広帯域ノッチアンテナは、２個のアンテナの放射方向の中間の間にヌル地域１９０が生じる問題点がある。

図２は、従来ＵＷＢアンテナを適用した電子機器におけるヌル地域を示す図である。図２に示すように、従来デジタルＴＶやセットトップボックスのような電子機器にＰｌａｎｎａｒ−ｔｙｐｅのＵＷＢアンテナ２００を装着する場合、主放射方向２３０が存在する一方、側面方向２５０にはヌル地域が生じる問題点がある。
米国特許第ＵＳ４８４３４０３号明細書米国特許第ＵＳ６２９２１６３Ｂ１号明細書

本発明は、前記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電子機器におけるヌル地域を最小化できる２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナ及びそのシステムを提供することである。

前述した目的を達成するための本発明に係る超広帯域アンテナは、誘電体基板、前記誘電体基板に付着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部、及び前記ビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部を備える。

一方、本発明に係る超広帯域アンテナシステムは、誘電体基板、前記誘電体基板に付着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部、及び前記ビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部を備えることを特徴とする第１超広帯域アンテナ、及び誘電体基板、前記誘電体基板に付着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部、及び前記ビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部を備え、前記第１超広帯域アンテナと同一平面上に位置すると同時に線対称構造を有する第２超広帯域アンテナを備える。

好ましくは、前記第１超広帯域アンテナと前記第２超広帯域アンテナとの間の相互離隔距離を調整可能であることを特徴とする。また、前記線対称構造は、ビバルディホーン放射部が２７０度のカバレッジを有することを特徴とする。また、前記第１超広帯域アンテナ及び前記第２超広帯域アンテナは、通信環境によってそれぞれ水平回転可能であることを特徴とする。

なお、本発明に係るセットトップボックスは、前記超広帯域アンテナシステムを備え、前記超広帯域アンテナシステムを使用して信号を放射することを特徴とする。

上述したように、本発明によれば、従来技術では通信が不可能だったヌル地域でも通信が可能となる。さらに、本発明によれば、２個のアンテナのみで２７０度のカバレッジを確保することができる。また、本発明による２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナは基板形状に実現されるので、省スペース化を図ることができ、電子機器上面や下面の小さいスペースに装着可能である。

図３Ａは、従来の平面型（Ｐｌａｎａｒｔｙｐｅ）ＵＷＢアンテナに対するパケットエラー率（ＰａｃｋｅｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）測定実験の模式図及び測定値を示す図である。図３Ａに示すように、平面型ＵＷＢアンテナに対するパケットエラー率の測定には、平面型ＵＷＢアンテナ３００、コネクタ３１０、ＵＷＢ送信機３２０などが使用される。これらは壁面３３０上部に付着される。測定領域を領域Ａ３４０ａ、領域Ｂ３４０ｂ、領域Ｃ３４０ｃ、領域Ｄ３４０ｄ、領域Ｅ３４０ｅ、領域Ｆ３４０ｆ、領域Ｇ３４０ｇ、領域Ｈ３４０ｈ、及び領域Ｉ３４０ｉに分けて測定した領域別測定値を以下に示す。

前記領域のうち領域Ａ３４０ａ、領域Ｃ３４０ｃ、領域Ｅ３４０ｅ、領域Ｆ３４０ｆ、領域Ｈ３４０ｈ、及び領域Ｉ３４０ｉにおけるパケットエラー率は０％に近い値であった。そして、領域Ｂ３４０ｂにおけるパケットエラー率は５％程度であり、特に、領域Ｄ３４０ｄにおけるパケットエラー率は４０％に近い値で、領域Ｇ３４０ｇにおけるパケットエラー率は３０％に近い値であった。即ち、平面型ＵＷＢアンテナ３００を使用する場合、領域Ｄ３４０ｄと領域Ｇ３４０ｇでヌル地域を形成することが分かる。

図３Ｂは、他の従来技術のダイポール型（Ｄｉｐｏｌｅｔｙｐｅ）ＵＷＢアンテナに対するパケットエラー率測定実験の模式図及び測定値を示す図である。図３Ｂに示すように、ダイポール型ＵＷＢアンテナ３６０に対するパケットエラー率の測定には、ダイポール型ＵＷＢアンテナ３６０、コネクタ３１０、ＵＷＢ送信機３２０が使用される。これらは壁面３３０上部に付着される。測定領域を領域Ａ３７０ａ、領域Ｂ３７０ｂ、領域Ｃ３７０ｃ、領域Ｄ３７０ｄ、領域Ｅ３７０ｅ、領域Ｆ３７０ｆ、領域Ｇ３７０ｇ、領域Ｈ３７０ｈ、及び領域Ｉ３７０ｉに分けて測定した領域別測定値を以下に示す。

前記領域のうち領域Ａ３７０ａ、領域Ｃ３７０ｃ、領域Ｄ３７０ｄ、領域Ｅ３７０ｅにおけるパケットエラー率は０％に近い値であった。そして、領域Ｆ３７０ｆ、領域Ｈ３７０ｈ、及び領域Ｉ３７０ｉにおけるパケットエラー率は５％に近い値であり、領域Ｂ３７０ｂにおけるパケットエラー率は３０％に近い値であり、領域Ｇ３７０ｇにおけるパケットエラー率は８７％に近い値であった。即ち、ダイポール型ＵＷＢアンテナ３６０を使用する場合、領域Ｇ３７０ｇでヌル地域を形成することが分かる。

図４Ａは、本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナを示す図である。図４Ａに示すように、本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナは、第１ビバルディホーン（Ｖｉｖａｌｄｉｈｏｒｎ）放射部４１０、第２ビバルディホーン放射部４３０、誘電体基板４５０、及び給電部４７０を備える。ここで、第１ビバルディホーン放射部４１０の中心軸と第２ビバルディホーン放射部４３０の中心軸は直交する。図４Ａに示す本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナにおいて、第１ビバルディホーン放射部４１０と第２ビバルディホーン放射部４３０に共通に接続された単一の給電部４７０は、第１ビバルディホーン放射部４１０と第２ビバルディホーン放射部４３０に給電を行なう。その結果、第１ビバルディホーン放射部４１０と第２ビバルディホーン放射部４３０により２方向の主放射（Ｍａｉｎｂｅａｍ）方向が発生する。即ち、第１ビバルディホーン放射部４１０により第１主放射４８０が行なわれ、第２ビバルディホーン放射部４３０により第２主放射４９０が行なわれる。

図４Ｂは、本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナシステムの対称構造を示す図である。図４Ｂに示すように、本発明に係る一つの２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナ４２０は、他の２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナ４４０と同一平面上で線対称構造を有することが分かる。その結果、本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナシステムは、第１方向４５５、第２方向４６０、及び第３方向４６５の放射方向を有する。よって、本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナシステムは、２７０度のカバレッジを有する。

図５Ａは、従来２個のダイポール型ＵＷＢアンテナがセットトップボックスに装着された構造のパケットエラー率測定実験に対する模式図及びその測定値を示す図である。この測定実験は、セットトップボックス５００と２個のダイポール型ＵＷＢアンテナ３６０を使用して行なう。セットトップボックス５００上面の前部（図５Ａにおいて下側）の隅にはダイポール型ＵＷＢアンテナ３６０を２７０度のカバレッジが可能な状態で固定し、セットトップボックス５００上面の前部の他の隅には、もう一つのダイポール型ＵＷＢアンテナ３６０をセットトップボックス５００上面の前部の隅に固定したダイポール型ＵＷＢアンテナ３６０より９０度回転した角度で固定する。

図５Ａに示す測定値によれば、左側方向５１０に対するパケットエラー転送率は０．１３％であり、左下側４５度方向５１５に対するパケットエラー転送率は１．１３％であり、中心軸下方向５２０に対するパケットエラー転送率は０．８３％である。一方、右下側４５度方向５２５に対するパケットエラー転送率は１．７７％であり、右側方向５３０に対するパケットエラー転送率は３９．７１％である。

図５Ｂは、本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナシステムがセットトップボックスに固定された構造のパケットエラー率測定実験に対する模式図及びその測定値を示す図である。この測定実験は、セットトップボックス５００と２個の本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナ５５０を使用して実施する。セットトップボックス５００上部の前部（図５Ｂにおいて下側）の隅には、本発明に係る超広帯域アンテナ５５０を固定し、セットトップボックス５００上部の前部の隅には、超広帯域アンテナ５５０をセットトップボックス５００上部の前部の隅に固定した超広帯域アンテナ５５０に対して対称に固定する。

図５Ｂに示す測定値によれば、左側方向５６０に対するパケットエラー転送率は０．３３％であり、左下側４５度方向５６５に対するパケットエラー転送率は０．４５％であり、中心軸下方向５７０に対するパケットエラー転送率は０．０３５７％である。一方、右下側４５度方向５７５に対するパケットエラー転送率は０．０２１５％であり、右側方向５８０に対するパケットエラー転送率は０．０３７１％である。
なお、２つの超広帯域アンテナ５５０の間隔を変更可能する機構を備えていてもよい。
また、２つの超広帯域アンテナ５５０は、通信環境によって水平方向に回転可能な機構を備えていてもよい。

図５Ａと図５Ｂの測定値を比較した結果を表１に示す。

表１を参照して、従来技術であるダイポール型ＵＷＢアンテナを使用したシステムと、本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナを使用したシステムを比較すると、本発明に係るシステムにおいて、パケットエラー転送率が０．２％増加した左側方向の場合を除く全方向においてパケットエラー転送率が減少したことが分かる。特に、右側方向に対するパケットエラー転送率は３９．７１％から０．０３７１％に大幅に減少した。

本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の説明に基づき、特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態に対し、種々の変更及び修正を施すことが可能であろう。従って、そのような変更及び修正は当然に、本発明の技術的範囲に含まれるべきである。
つまり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、実施形態により限定されるものではない。

本発明の２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナ及びそのシステムは、通信が不可能だったヌル地域でも通信が可能であり、２個のアンテナのみで２７０度のカバレッジの確保が可能である。さらに、２７０度のカバレッジを有するアンテナが基板状に実現されるので、省スペース化を図ることができ、電子機器上面または下面の狭いスペースに装着可能である。

従来技術として特許文献１に開示された広帯域ノッチアンテナを示す図である。他の従来技術として特許文献２に開示された広帯域ノッチアンテナを示す図である。従来のＵＷＢアンテナを適用した電子機器におけるヌル地域を示す図である。従来の平面型（Ｐｌａｎａｒｔｙｐｅａｎｔｅｎｎａ）ＵＷＢアンテナに対するパケットエラー率測定実験の模式図及び測定値を示す図である。他の従来技術としてのダイポール型（Ｄｉｐｏｌｅｔｙｐｅ）ＵＷＢアンテナに対するパケットエラー率測定実験の模式図及び測定値を示す図である。本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナを示す図である。本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナシステムの対称構造を示す図である。２個の従来のダイポール型ＵＷＢアンテナがセットトップボックスに付着された構造のパケットエラー率測定実験に対する模式図及びその測定値を示す図である。本発明に係る２７０度のカバレッジを有する超広帯域アンテナシステムがセットトップボックスに付着された構造のパケットエラー率測定実験に対する模式図及びその測定値を示す図である。

符号の説明

４１０第１ビバルディホーン放射部
４３０第２ビバルディホーン放射部
４２０、４４０超広帯域アンテナ
４５０誘電体基板
４５５第１方向の放射方向
４６０第２方向の放射方向
４６５第３方向の放射方向
４７０給電部
４８０第１主放射
４９０第２主放射

Claims

誘電体基板と、
前記誘電体基板に付着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部と、
前記２個のビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部と、
を備えることを特徴とする超広帯域アンテナ。
前記２個のビバルディホーン放射部はそれぞれ２７０度のカバレッジを有することを特徴とする請求項１に記載の超広帯域アンテナ。
誘電体基板、前記誘電体基板に装着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部、及び前記２個のビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部を備える第１超広帯域アンテナと、
誘電体基板、前記誘電体基板に装着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部、及び前記２個のビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部を備え、前記第１超広帯域アンテナと同一平面上に設置されるとともに前記第１超広帯域アンテナと線対称構造を有する第２超広帯域アンテナと、
を備えることを特徴とする超広帯域アンテナシステム。
前記第１超広帯域アンテナと前記第２超広帯域アンテナとの間の離隔距離は、調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の超広帯域アンテナシステム。
前記２個のビバルディホーン放射部がそれぞれ２７０度のカバレッジを有することを特徴とする請求項３に記載の超広帯域アンテナシステム。
前記第１超広帯域アンテナ及び前記第２超広帯域アンテナは、通信環境によってそれぞれ水平方向に回転可能であることを特徴とする請求項３に記載の超広帯域アンテナシステム。
信号を放射する超広帯域アンテナシステムを備えるセットトップボックスにおいて、
誘電体基板、前記誘電体基板に装着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部、及び前記２個のビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部を備える第１超広帯域アンテナと、
誘電体基板、前記誘電体基板に装着され、中心軸が互いに直交する２個のビバルディホーン放射部、及び前記２個のビバルディホーン放射部に共通に接続された単一の給電部を備え、前記第１超広帯域アンテナと同一平面上に位置するとともに前記第１超広帯域アンテナと線対称構造を有する第２超広帯域アンテナと、
を備えることを特徴とするセットトップボックス。
前記第１超広帯域アンテナと前記第２超広帯域アンテナとの間の離隔距離は、調整可能であることを特徴とする請求項７に記載のセットトップボックス。
前記２個のビバルディホーン放射部それぞれが２７０度のカバレッジを有することを特徴とする請求項７に記載のセットトップボックス。
前記第１超広帯域アンテナ及び前記第２超広帯域アンテナは、通信環境によってそれぞれ水平方向に回転可能であることを特徴とする請求項７に記載のセットトップボックス。