JP2010509885A

JP2010509885A - 並列環状の構造を適用したアンテナ

Info

Publication number: JP2010509885A
Application number: JP2009537093A
Authority: JP
Inventors: ビュンフーンリョウ、; ウォンモスン、; ソクジョーン、ホー
Original assignee: イーエムダブリュカンパニーリミテッド
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2010-03-25
Also published as: WO2008063026A1; CN101627504A; EP2100345A1; EP2100345A4; US20100090908A1; KR100811471B1

Abstract

本発明は、アンテナの物理的な長さを確保しやすいトップローディング方式を利用するリトラクタブルアンテナのローディング部を変更して、同じ共振点を有し、かつ全体の物理的な長さを短縮させ、さらに広い帯域幅及びさらに優れた反射損失を有する、並列環状の構造を適用したアンテナに関する。モノポールの終端のローディング部に並列環状の構造を適用することにより、電気的にヘリカルアンテナと類似した特性を得ることができる。さらに、並列環の厚さ、または環間の間隔及び直径の変化、またはローディング部の長さの変化による反射損失の変化を利用して、ヘリカルアンテナと同じ共振を得て、かつアンテナの全長を短縮させることができる。

Description

本発明は、並列環（parallel-ring）状の構造を適用したアンテナに係り、さらに詳細には、アンテナの物理的な長さを確保しやすいトップローディング（top-loading）方式を利用するリトラクタブル（retractable）アンテナのローディング部を変更して、同じ共振点を有し、かつ全体の物理的な長さを短縮させ、さらに広い帯域幅及びさらに優れた反射損失を有するアンテナに関する。

デジタル・テレビ（DTV：Digtal Television）は、受信される放送信号をデジタル符号に変換して高品質の画面再生及び多様な機能を追加することができるテレビであって、白黒時代・カラー時代を経た、いわゆる第３世代のテレビである。このようなデジタル・テレビは、多様な機能を加え得る別途のＩＣ（集積回路）を付着して、放送局から送信されるアナログ信号をデジタル信号に変換することで、映像及び音声信号の劣化を防止するだけでなく、それを正確に修復させるため、アナログ電波の反射によって生じる二重画面も見られず、さらにノイズも全く発生しない。

テレビの走査線数は１，０５０個であり、それほど画面はきれいになる。デジタル・テレビの放送信号の記憶処理機能によって多重画面を構成することができるため、一つのテレビ画面上で二つないし三つの放送社の画面を同時に見ることが可能であり、さらに、瞬間の動作を停止させて拡大して見ることも可能であり、記憶された動作を再び確認したり、プリンターで出力したりするなど、その機能が多様である。

最近、このようなデジタル・テレビの技術が発達し、需要が急増しつつある。また、これは、世界の文化的・技術的な面を表している。したがって、人々は運転中や歩行中にも高品質の映像及び音声、すなわち、マルチメディアサービスの利用を所望する。ここに、ＤＶＢ−Ｈ（Digital Video Broadcasting-Handheld）は、ヨーロッパで移動中に地上波デジタル・テレビの受信率を向上させるために制定された技術標準であって、ＤＶＢ−Ｔ（Digital Video Broadcasting-Terrestrial）システムの性能を向上させることにより移動受信を可能にした。

移動通信用端末において、ＤＶＢ−Ｈアンテナの相対的に低い周波数帯域（４７２〜７４２ＭＨｚ）を満たすために、アンテナの物理的な長さを確保しやすいトップローディング方式のリトラクタブルアンテナが広く使用されている。

図１は、従来技術によるリトラクタブルアンテナ１００を示す。図１に示すように、リトラクタブルアンテナ１００は、モノポールのローディング部にヘリカルアンテナ１０１が連結された構造を有する。また、ヘリカルアンテナ１０１を固定するために、リトラクタブルアンテナ１００の中心部に誘電率εが３．５である誘電体が挿入されている。図面符号１１０は、このようなヘリカルアンテナ１０１のヘリカル部を拡大して示したものである。

しかし、このようなヘリカルアンテナ１０１は、らせん状に形成されており、らせん状の導線で製造されたアンテナ素子において、らせん１本の長さが波長に比べて非常に短い場合には、主ビームがらせん軸に直角方向に変化する進行波アンテナであり、さらに、その長さが約１波長である場合には、主ビームが軸方向に変化する進行波アンテナである。したがって、その構造が複雑であり、ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナとを接続させなければならないため、その接続部の電気的な安定性を維持し難いという問題点がある。また、ヘリカルの接続部が折れやすく、帯域幅が狭く、放射効率が良くないという問題点もある。

本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、並列環状の構造を適用したアンテナに新規技術を提供する。

本発明は、電流が導体の表面に流れる性質を利用して、モノポールの終端のローディング部に並列環状の構造を適用することにより、電気的にヘリカルアンテナと類似した特性を得ることを目的とする。

また、本発明は、並列環の厚さ、または並列環間の間隔及び直径の変化、またはローディング部の長さの変化による反射損失の変化を利用して、ヘリカルアンテナと同じ共振を得て、かつアンテナの全長を短縮させることを他の目的とする。

また、本発明は、ヘリカルアンテナより短く、電気的・構造的にさらに安定しており、さらに高い利得及びさらに広い帯域幅を有するアンテナを設計することをさらに他の目的とする。

上述の目的を達成し、従来技術の問題点を解決するために、本発明の一実施形態による移動通信端末のアンテナは、並列環状の構造に形成されたローディング部を備える。

並列環は、環及び中心導体を備え、環の第１厚さ、第１直径、環間の間隔、及び中心導体の第２直径によって反射損失が変化することができる。

アンテナは、モノポールアンテナをさらに備え、中心導体は、モノポールアンテナの一端に接続されることができる。

また、アンテナは、モノポールアンテナをさらに備え、ローディング部は、モノポールアンテナの一端に接続されることができる。

本発明によれば、電流が導体の表面に流れる性質を利用して、モノポールの終端のローディング部に並列環状の構造を適用することにより、電気的にヘリカルアンテナと類似した特性を得ることができる。

また、並列環の厚さ、または環間の間隔及び直径の変化、またはローディング部の長さの変化による反射損失の変化を利用して、ヘリカルアンテナと同じ共振を得て、かつアンテナの全長を短縮させることができる。

また、ヘリカルアンテナより短く、電気的・構造的にさらに安定しており、さらに高い利得及びさらに広い帯域幅を有するアンテナを設計することができる。

従来技術によるリトラクタブルアンテナを示す図である。本発明の一実施形態による並列環状の構造を利用したアンテナの構造を説明するための図である。並列環状の構造を利用したアンテナの構造を示す図である。環の厚さの変化による反射損失の変化を示すグラフである。環間の間隔の変化による反射損失の変化を示すグラフである。中心導体の直径の変化による反射損失の変化を示すグラフである。環の直径の変化による反射損失の変化を示すグラフである。ローディング部の長さの変化による反射損失の変化を示すグラフである。本発明の一実施形態によるアンテナと従来技術によるヘリカルアンテナとの反射損失を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。最適の設計条件によって製作されたアンテナを示す写真である。本発明の一実施形態によるアンテナと従来技術によるヘリカルアンテナとの反射損失を比較した結果を示すグラフである。本発明の一実施形態による移動通信端末の環境に装着されたアンテナを示す写真である。本発明の一実施形態による移動通信端末に装着されたアンテナと従来技術によるヘリカルアンテナとの反射損失を比較した結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

本明細書において「移動通信端末」とは、ＰＤＣ（Personal Digital Cellular）フォン、ＰＣＳ（Personal Communication Service）フォン、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）フォン、ＣＤＭＡ−２０００（１Ｘ、３Ｘ）フォン、ＷＣＤＭＡ（Wideband CDMA）フォン、デュアルバンド／デュアルモード（Dual Band/Dual Mode）フォン、ＧＳＭ（Global Standard for Mobile）フォン、ＭＢＳ（Mobile Broadband System）フォン、ＤＭＢ（Digital Multimedia Broadcasting）フォン、スマート（Smart）フォン、携帯電話のような通信機能を含むことができるポータブル機器、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ハンドヘルドＰＣ（Hand-Held PC）、ノート型パソコン、ラップトップコンピュータ、ワイブロ（WiBro）端末、ＭＰ３プレーヤー、ＭＤプレーヤーのような携帯端末、そして、国際ローミング（Roaming）サービス及び拡張された移動通信サービスを提供するＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunication-2000）端末などを含むあらゆる種類のハンドヘルドの無線通信装置を意味するポータブル電気電子装置であって、ＣＤＭＡ（Code Division Multiplexing Access）モジュール、ブルートゥース（Bluetooth）モジュール、赤外線通信モジュール（Infrared Data Association）、有無線ＬＡＮカード及びＧＰＳ（Global Positioning System）を通じる位置追跡を可能にするために、ＧＰＳチップの搭載された無線通信装置のような所定の通信モジュールを備えることができ、マルチメディア再生機能を行うことができるマイクロプロセッサーを搭載することにより所定の演算動作を行うことができる端末を通称する概念として解釈される。本発明は、電流が導体の表面に流れる性質を利用して、モノポールの終端にリングを配列した並列環状のアンテナに関する。

図２は、本発明の一実施形態による並列環状の構造を利用したアンテナの構造を説明するための図である。

アンテナ２００は、並列環の構造に形成されたローディング部２０１を備える。図面符号２１０は、このようなローディング部２０１を拡大したものであって、モノポールアンテナの終端に形成されたローディング部に複数の環が配列されている。すなわち、モノポールアンテナと接続された円筒状の中心導体の外周部に複数の環が並列に形成されている。このようなアンテナ２００は、８００ＭＨｚの低周波帯域を有する移動通信端末を基準にするＤＶＢ−Ｈアンテナであり得る。このように、別途のヘリカルアンテナを結合するのではなく、単にモノポールアンテナの一部を伸ばして形成するか、または少なくともモノポールアンテナと面接触し得る中心導体の外周部に並列環を形成することによって、接点の不安定性によるアンテナ特性の劣化及び機械的強度の弱化という問題を解決することができる。

このとき、ローディング部２０１は、その長さが伸びるほど、低周波側へ共振点が移動し、長さが伸びるほど、同じ共振点のための全体の物理的な長さは短縮することができる。また、環の第１厚さ、第１直径、環間の間隔及び第２直径によって反射損失が変化することができる。

図３は、並列環状の構造を利用したアンテナの構造を示す図である。

図３において、アンテナ放射体とグラウンド３０１の材質は、完全導体を利用することができ、グラウンド３０１のサイズは、横、縦及び高さをそれぞれ９６．８ｍｍ、４７．２ｍｍ及び１ｍｍと、実際の移動通信端末のサイズを基準に設定することができる。また、設計周波数は、８００ＭＨｚの低周波帯域を有する移動通信端末のモデルを基準にしてＤＶＢ−Ｈ（４７２ＭＨｚ〜７４２ＭＨｚ）帯域にすることができる。

アンテナのローディング部の長さ３０２は１２．４ｍｍと固定することができる。図面符号３０３は、ローディング部を拡大したものを示す。このとき、Ｌ１３０４は環の厚さを、Ｌ２３０５は環間の間隔を、Ｌ３３０６は中心導体の直径を、Ｌ４３０７は環の直径をそれぞれ示す。上述のように、ローディング部の長さ３０２、Ｌ１３０４、Ｌ２３０５、Ｌ３３０６またはＬ４３０７の変化は反射損失の変化を誘発し、これについての詳細は、図４ないし図８のグラフに示すシミュレーション結果によって説明する。

図４は、環の厚さの変化による反射損失の変化を示すグラフである。図４に示すように、グラフ４００は、環の厚さを示すパラメーターであるＬ１がそれぞれ０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ及び２ｍｍであるときの周波数による反射損失を示す。このよき、グラフ４００から分かるように、Ｌ１が０．３ｍｍから２ｍｍに伸びると、共振点が高周波側へ移動したことが分かる。これは、ローディング部の長さが固定された条件下で、環の厚さが厚くなるほどアンテナの電気的な長さが短くなる現象によって発生する。

図５は、環間の間隔の変化による反射損失の変化を示すグラフである。図５に示すように、グラフ５００は、環間の間隔を示すパラメーターであるＬ２が、それぞれ０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ及び２．５ｍｍであるときの周波数による反射損失を示す。

このとき、グラフ５００から分かるように、Ｌ２が０．５ｍｍから２．５ｍｍに伸びると、共振点が高周波側へ移動したことが分かる。これは、環間の間隔が広がるほど、全体のアンテナの電気的な長さが短くなる現象によって発生する。

図４及び図５から分かるように、ローディング部の長さが固定された条件下で、環の厚さ及び環間の間隔が広がるほど電気的な長さが短くなり、この現象を利用してローディング部の長さ、すなわち、物理的なサイズを縮小させることができる。

図６は、中心導体の直径の変化による反射損失の変化を示すグラフである。図６に示すように、グラフ６００は、中心導体の直径を示すパラメーターであるＬ３がそれぞれ０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ及び２．５ｍｍであるときの周波数による反射損失を示す。

このとき、グラフ６００から分かるように、Ｌ３が０．５ｍｍから２．５ｍｍに伸びると、共振点が高周波側へ移動したことが分かる。これは、中心導体の直径が大きくなるほど環の有効直径が小さくなるため、アンテナの電気的な長さが短くなる現象によって発生する。

図７は、環の直径の変化による反射損失の変化を示すグラフである。図７に示すように、グラフ７００は、環の直径を示すパラメーターであるＬ４が、それぞれ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍであるときの周波数による反射損失を示す。

このとき、グラフ７００から分かるように、Ｌ４が２ｍｍから６ｍｍに伸びると、共振点が低周波側へ移動したことが分かる。これは、環の直径が大きくなるほど、電気的な長さが長くなる現象によって発生する。

図６及び図７から分かるように、環及び中心導体の直径の変化によって電気的な長さが長くなったり短くなったりする効果が得られ、これを利用して同じアンテナの特性を得て、かつローディング部の長さを短縮させることができる。

図８は、ローディング部の長さの変化による反射損失の変化を示すグラフである。図８に示すように、グラフ８００は、ローディング部の長さがそれぞれ１６．４ｍｍ、１４．４ｍｍ、１２．４ｍｍ、１０．４ｍｍ及び８．４ｍｍであるときの周波数による反射損失を示す。このとき、グラフ８００から分かるように、ローディング部の長さが８．４ｍｍから１６．４ｍｍに伸びると、共振点が低周波側へ移動する。

このように、並列環の長さが伸びれば、アンテナの電気的な長さが伸びて、同じ共振点のためにアンテナの全体の物理的な長さを短縮させることができる。

図９は、本発明の一実施形態によるアンテナと従来技術によるヘリカルアンテナとの反射損失を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。

ここで、並列環状の構造を利用するアンテナは、図４ないし図８のグラフに示すシミュレーション結果を通じて得られた、最適の設計条件によるアンテナであって、この設計条件は下記表１の通りである。

図９に示すように、グラフ９００は、ヘリカルアンテナの周波数に対する反射損失９０１及びアンテナの周波数に対する反射損失９０２のシミュレーション結果を示すグラフであり、アンテナがヘリカルアンテナに比べて、さらに広い帯域幅を有し、反射損失がさらに優れているということが分かる。

図１０は、最適の設計条件によって製作されたアンテナを示す写真である。

図面符号１００１及び図面符号１００２は、それぞれ前記最適の設計条件によって並列環を適用して製作されたアンテナ及び並列環が適用されたアンテナのローディング部を拡大したものを示す。

図面符号１００３及び図面符号１００４は、それぞれ従来技術によるヘリカルアンテナ及びヘリカルアンテナのローディング部を拡大したものを示す。

これらのアンテナ及びヘリカルアンテナは、互いに同じ共振点を有するように製作されたが、アンテナの全長がヘリカルアンテナより４ｍｍ小さく製作されたことが分かる。このように、アンテナは、ヘリカルアンテナと同じ共振点を有し、かつアンテナの長さをさらに短縮させることができる。

図１１は、本発明の一実施形態によるアンテナと従来技術によるヘリカルアンテナとの反射損失を比較した結果を示すグラフである。

グラフ１１００は、本発明によるアンテナと従来技術によるヘリカルアンテナとの間の反射損失を示す。このとき、ヘリカルアンテナの反射損失１１０１とアンテナの反射損失１１０２とを比較すると、図９のグラフに示すシミュレーション結果のように、アンテナがさらに広い帯域幅を有し、さらに反射損失も優秀であるということが分かる。

図１２は、本発明の一実施形態による移動通信端末の環境に装着されたアンテナを示す写真であり、図１３は、本発明の一実施形態による移動通信端末に装着されたアンテナと従来技術によるヘリカルアンテナとの反射損失を比較した結果を示すグラフである。

図１２に示すように、並列環状の構造を適用して製作したアンテナを実際の移動通信端末に装着し、反射損失を測定して、図１３のグラフ１３００のように、ヘリカルアンテナの反射損失１３０１と移動通信端末に装着されたアンテナの反射損失１３０２とを比較することができる。この比較の結果からすると、図９及び図１１を参照して説明したように、アンテナがヘリカルアンテナに比べてさらに広い帯域幅を有し、反射損失もさらに優秀であるということを確認することができる。

下記表２及び表３は、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ及び本発明の一実施形態によるアンテナを無反射室でテストして測定した最大利得及び平均利得を示す。

表２及び表３から分かるように、本発明の一実施形態によるアンテナの全長は、ヘリカルアンテナより４ｍｍ小さいが、平均利得及び最大利得で同等以上の優れた特性を有する。また、本発明の一実施形態によるアンテナは、ヘリカルアンテナより、モノポールアンテナとさらに類似した特性を有するということが分かる。さらに、本発明の一実施形態によるアンテナの放射パターンは、ヘリカルアンテナと類似した特性を有する。

すなわち、本発明の一実施形態による、ローディング部が並列環状の構造に形成されたモノポールを備えるアンテナは、電気的及び構造的に安定した特性を有するだけでなく、従来技術によるヘリカルアンテナより短いが、平均的に最大利得に対しては０．２１ｄＢｉ、平均利得に対しては０．２６ｄＢｉだけ高い利得を有し、反射損失は、−１０ｄＢ以下の電圧で定在波比２：１を基準に約７０ＭＨｚがさらに広い帯域幅を有する。

以上のように、本発明によれば、電流が導体の表面に流れる性質を利用して、モノポールの終端のローディング部に並列環状の構造を適用することによって、電気的にヘリカルアンテナと類似した特性を得ることができる。

また、並列環の厚さ、または環間の間隔や直径の変化、またはローディング部の長さの変化による反射損失の変化を利用して、ヘリカルアンテナと同じ共振を得て、かつアンテナの全長を短縮させることができる。また、ヘリカルアンテナより短く、電気的・構造的にさらに安定しており、さらに高い利得及びさらに広い帯域幅を有するアンテナを設計することができる。

したがって、ＤＶＢ−Ｈアンテナとして利用する場合、従来技術より物理的に短く、さらに優れた品質を有する放送受信の可能なアンテナを製作することができる。

以上のように、本発明の具体的な実施形態は説明のために例示的に提供されたものであり、当業者ならば後述する特許請求の範囲に記載の発明の思想から離れなく多様な修正、追加及び代替が可能である。

Claims

移動通信端末のアンテナにおいて、並列環状の構造に形成されたローディング部を備えることを特徴とするアンテナ。
前記並列環は、環及び中心導体を備え、前記環の第１厚さ、第１直径、前記環間の間隔、及び前記中心導体の第２直径によって反射損失が変化することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記アンテナは、モノポールアンテナをさらに備え、前記中心導体は、前記モノポールアンテナの一端に接続されたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
前記アンテナは、モノポールアンテナをさらに備え、前記ローディング部は、前記モノポールアンテナの一端に接続されたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記モノポールアンテナは、前記移動通信端末に挿入されるか、または前記移動通信端末から引き出されるリトラクタブルアンテナであることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
請求項１〜請求項５のうち１項に記載のアンテナを備える移動通信端末。