KR100270793B1 - 동축 케이블의 결합 장치 및 안테나 장치 - Google Patents

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히로노부 와따나베
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후꾸이 도꾸오
다이이찌 덴빠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

동축 케이블은 벽과 도어에 관통 구멍 및 틈새를 만들지 않고도 밀폐 공간의 내측과 외측에 마련된 장치들을 접속할 수 있다. 유전체 판을 통해 동축 케이블들을 서로 접속하기 위한 결합 장치는 동축 케이블의 중심 도체들에 각기 접속되는 한쌍의 중심 전극과, 적어도 하나의 중심 도체와 중심 전극 사이에 접속된 인덕터와, 유전체 판을 통해 서로 대향하고 중심 전극들을 각기 둘러싸며 각각의 외부 전극에 각기 접속되는 한쌍의 외부 전극을 포함한다. 따라서, 유전체(유리판)을 통해서 동축 케이블들을 접속할 수 있다.

Description

동축 케이블의 결합 장치 및 안테나 장치
제1(a)도 및 제1(b)도는 종래의 유리 통과형 안테나의 예들을 각기 도시한 설명도.
제2도는 본 발명에 따른 결합 장치의 원리적인 구조를 도시한 설명도.
제3(a)도는 본 발명에 따른 동축 케이블용 결합 장치의 일례를 도시한 단면도.
제3(b)도는 제3(a)도에 도시된 결합 장치의 전기적 등가 회로를 도시한 설명도.
제4도는 본 발명에 따른 결합 장치에서의 다른 임피던스 정합의 일례를 도시한 설명도.
제5(a)도는 제4도에 도시된 동축 케이블 결합 장치의 일례를 도시한 단면도.
제5(b)도는 제5(a)도에 도시된 장치의 전기적 등가 회로를 도시한 설명도.
제6도는 제3(b)도 및 제5(b)도에 도시된 인덕턴스 정합 회로의 조합된 예를 도시한 설명도.
제7(a)도는 동축 케이블의 외부 도체로 흐르는 전류를 억제하기 위하여 동축 케이블에 환상 코어(TL)을 로드시킨 예를 도시한 단면도.
제7(b)도는 제7(a)도에 도시된 장치의 전기적 등가 회로를 도시한 설명도.
제8도는 복수개의 중심 전극을 갖는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한 단면도.
제9도는 하나의 중심 전극이 유리판을 통해 복수개의 중심 전극에 대향하는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한 단면도.
제10(a)도 내지 제1O(c)도는 제7도 내지 제9도에 도시된 동축 케이블 결합 장치에서 주파수에 대응하는 전송 특성을 각기 도시한 그래프.
제11(a)도는 복수개의 중심 전극에 의해 통과 신호가 광대역화되는 예를 도시한 설명도.
제11(b)도는 제11(a)도에 도시된 장치에서 주파수에 대응하는 전송 특성을 도시한 그래프.
제12(a)도는 중심 전극과 복합 정합 회로를 복수개의 주파수로 정합하기 위해 접속함에 의해 통과 신호가 광대역화되는 예를 도시한 설명도.
제12(b)도는 제12(a)도에 광대역에 도시된 장치에서 주파수에 대응하는 전송 특성을 도시한 그래프.
제13도는 제9도에 각기 도시된 복수개의 구조가 마련된 예를 도시한 설명도.
제14도는 다이플렉서로서의 기능을 갖는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한 단면도.
제15(a)도는 대역 통과형 다이플렉서로서의 기능을 갖는 복수개의 중심 전극 및 정합 회로를 갖는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한 설명도.
제15(b)도는 제15(a)도에 도시된 장치에서 주파수에 대응하는 전송 특성을 도시한 그래프.
제16도는 다이플렉서로서의 기능을 갖는 동축 케이블 결합 장치의 또 다른 예를 도시한 설명도.
제17도는 가변 정합 회로를 갖는 동축 케이블 장치의 예를 도시한 설명도.
제18도는 가변 정합 회로를 갖는 동축 케이블 장치의 또 다른 예를 도시한 설명도.
제19도는 다이플렉서로서의 기능을 갖는 가변 정합 회로를 갖는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한 설명도.
제20도는 동축 케이블의 접속을 절환하는 기능을 갖는 전자식 스위치(SW)를 갖춘 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한 설명도.
제21도는 외부 제어 전압에 의해 제어되는 전자식 스위치(SW)의 예를 도시한 회로도.
제22도는 동축 케이블에의 중첩 전압에 의해 제어되는 전자식 스위치(SW)의 예를 도시한 회로도.
제23(a)도 내지 제23(e)도는 중심 전극 및 외부 전극의 여러종류의 형상의 예를 각기 도시한 설명도.
제24(a)도는 동축 케이블 결합 장치를 사용한 예를 도시한 정면도.
제24(b)도는 제24(a)도에 도시된 동축 케이블 결합 장치를 사용하여 안테나 장치를 구성하는 예를 도시한 설명도.
제25도는 본 발명에 따른 안테나 장치의 구성예를 도시한 설명도.
제26도는 제25도에 도시된 안테나 장치를 도시한 단면도.
제27(a)도는 안테나 장치를 구성하는 내부 결합 장치의 외관을 도시한 평면도.
제27(b)도는 내부 결합 장치의 측면도.
제27(c)도는 내부 결합 장치의 저면도.
제28도는 내부 결합 장치의 단면도.
제29(a)도는 안테나 장치를 구성하는 내부 결합 장치의 외관을 도시한 평면도.
제29(b)도는 내부 결합 장치의 측면도.
제29(c)도는 내부 결합 장치의 저면도.
제30도는 내부 결합 장치의 단면도.
제31도는 안테나 장치의 전기 회로의 예를 도시한 회로도.
제32도는 안테나 장치에 마련된 결합 장치에서 주파수에 대응하는 전송 특성의 예를 도시한 그래프.
제33도는 복수개의 중심 전극을 갖는 안테나 장치의 전기 회로의 예를 도시한 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유리판(유전체) 21: 중심 전극
31, 32: 외부 전극 41, 42: 동축 케이블
51, 52: 중심 도체 61, 62: 외부 도체
71, 72: 금속 차폐 부재 100 : 내부 결합 장치
200 : 외부 결합 장치 206 : 외부 케이스
TL: 환형 코어 CH : 쵸크 코일
본 발명은 고주파 에너지를 전송하는 선로인 동축 케이블을 접속하기 위한 결합 장치에 관한 것으로 특히, 건물 및 차량 등의 실내와 같이 밀폐된 공간의 내부 및/또는 외부에 마련되는 무선 장치들을 동축 케이블에 의해 서로 접속할 수 있는 동축 케이블 결합 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상술한 동축 케이블들 사이에 결합 장치를 사용하는 안테나 장치에 관한 것이다.
차량 또는 자동차에 탑재되는 소위 차량 탑재 무선 통신 장치는 차량의 내부에 설치된 무선 장치 본체와, 전파를 송수신하기 위해 차량의 외부 표면 상에 마련된 안테나와, 무선 장치 본체와 안테나를 접속하는 동축 케이블로 구성된다.
동축 케이블은 안테나와 접속되도록 차량의 외부에의 밀폐 공간으로써 차량의 내부로 부터 연장된다. 따라서, 동축 케이블을 통과시키기 위한 구멍을 마련하는 방법과 부분적으로 좁은 동축 케이블을 사용하여 본체와 차량의 도어 사이의 갭을 통해 동축 케이블을 통과시키는 방법등 2가지의 방법 중 어느 하나를 사용하여 왔다. 이러한 방법에서, 실외 수신 안테나가 밀폐 공간으로써 수납부의 내부에 위치하는 텔레비젼 수상기와 같은 무선 장치에 접속되면 동축 케이블은 수납부의 일부분에 개구된 구멍과 안테나를 무선 장치에 접속하기 위한 창과 같은 갭을 통해 배선된다.
차량 본체를 관통하는 구멍을 천공하는 작업은 매우 번거로우며, 이 구멍은 차량의 자산 가치를 떨어뜨린다. 본체와 도어 사이에 갭을 사용하면 동축 케이블이 절단될 가능성을 갖는다. 또한, 구멍과 갭을 통해서 소음 및 빗물이 유입되는 문제점도 있다.
상기 방법에서는 철근 콘크리트 건물에 관통 구멍을 나중에 천공하는데에 따른 어려움도 있다. 또한, 빌린 건물이나 아파트 등과 같은 공동 건물의 경우에는 빌린 사람이 벽에 구멍을 천공하는 것이 허용되지 않는 것이 보편적이다.
따라서, 차량 본체 및 벽을 관통하는 구멍을 천공하지 않는 방법이 마련되었는데, 이 방법에서 안테나는 창 유리상에 설치되고 용량 결합 부분은 창 유리의 양측면에 부착된 전극에 의해 형성되고 고주파 신호는 안테나로 부터 외부 동축 케이블과 용량 결합 부분 및 내부 동축 케이블을 통해 공급된다. 제1(a)도는 미합중국의 라센 일렉트로닉스 인크에 의해 제조된 KG144형 안테나 장치의 일례를 도시한 것이다. 이 안테나 장치는 동축 케이블(4)의 중심 도체에 접속된 커패시터(2)와, 동축 케이블(4)외 외부 도체에 접속된 커패시터(3)을 포함한다. 커패시터(2)는 서로 대향하게 유리판(1)의 양측면에 마련된 한쌍의 장방형 전극(2a)로 형성된다. 커패시터(3)은 서로 대향하게 유리판(1)의 양측면에 마련된 한쌍의 장방형 전극(3a)로 형성된다. 커패시터(2)는 커패시터(C)를 통해 외부 안테나(300)의 단부에 접속된다. 커패시터(3)은 인덕터(L)을 통해 외부 안테나(300)에 접속된다.
제1(b)도는 미합중국의 아반티에 의해 제조된 AP143형 안테나 장치의 일례를 도시한 것이다. 이 안테나 장치는 유리판(1)을 통해 서로 대향하는 전극(2a)를 포함하는 커패시터(2)를 사용한다. 커패시터(2)의 한 전극(2a)는 안테나(300)에 접속되고 다른 전극(2a)는 동축 케이블(4)의 내부 도체에 접속된다. 동축 케이블(4)의 외부 도체는 인덕터(L) 및 커패시터(C)를 포함하는 임피던스 회로를 통해 동축 케이블(4)의 내부 도체에 접속된다.
또한, 유리 통과형 안테나의 또 다른 예로써 자동차의 무선 수신기용 유리 통과형 안테나(도시 생략)가 있는데, 이는 일본국 특허출원 공개 (평)3-34704 (1991)호에 개시되어 있다. 이 안테나는 주파수 변조(FM) 신호에 대해서는 유리판의 양측면에 형성된 전자기 결합의 LC 복동조 회로를 사용하는 반면에, 진폭 변조(AM) 신호에 대해서는 유리판의 양측면에 형성된 FET 증폭기를 사용하는데, 이로써 차량의 실내 및 실외로 고주파 신호를 전송하게 된다.
그러나, 이러한 종류의 종래의 안테나 잔치가 유리판의 내측면 가까이에 배선된 동축 케이블을 갖더라도 동축 전송 모드를 유지하면서 고주파 에너지를 유리판 외측의 외부 안테나 장치에 전송할 수 없다.
그 결과, 동축 케이블(4)와 안테나(300) 사이에서 양호한 임피던스 정합을 얻을 수 없다. 안테나 전류는 동축 케이블로 부터의 소위 전파 누설을 용이하게 발생시키도록 동축 케이블(4)의 외부 도체로 흐른다. 고주파 전력의 전송 효율이 감소한다. 특히, 종래의 장치는 이들이 단지 낮은 전송 전력을 갖기 때문에 높은 전송 효율을 필요로 하는 차량용 무선 전화와, 차량용 무선 전화와 휴대용 전화의 조합체와, 소형 수신기등에는 실제로 사용하기 어렵다.
이러한 종류의 유리 통과형 안테나 장치의 부착 위치는 유리 표면상에 한정되기 때문에 동축 케이블을 본체 표면을 따라 연장시킴으로써 차량의 천정과 같은 적당한 위치에 필요로 하는 안테나를 설치할 필요가 있다. 마찬가지로, 건물에 있어서도 창유리가 없는 발코니 또는 천정 등의 적당한 위치에 가장 적합한 종류의 안테나를 설치할 필요가 있다. 또한, 다양한 수신을 수행하는 장치용 복수개의 안테나 및 상이한 방향으로 복수개의 방송국에 대응하게 설치된 복수개의 안테나를 유리판을 통해 송수신기의 동축 케이블에 접속할 필요가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 벽과 도어 및 유리판에 구멍 및 틈새를 천공하지 않고 밀폐 공간의 내부 및 외부에 마련된 고주파 장치들을 동축 케이블로 서로 접속할 수 있는 동축 케이블용 결합 장치를 마련하는 것이다.
본 명의 다른 목적은 유전체 판을 통해 안테나측과 동축 케이블측 사이의 동축 전송 모드에 의해 전력을 전송 및 수신할 수 있는 유리판과 같은 유전체판상에 설치되는 안테나 장치를 마련하는 것이다.
상기한 목적을 얻기 위해서, 유전체 판을 통해 동축 케이블들을 서로 접속하기 위한 본 발명에 따른 동축 케이블 결합 장치는 유전체 판을 통해 서로 대향하게 마련되고 유전체 판의 양 측면 상의 동축 케이블의 각 중심 도체에 각기 접속된 한쌍의 중심 전극과, 유전체 판을 통해 서로 대향하고 동축 케이블의 각 외부 도체에 각기 접속된 한쌍의 외부 전극과, 중심 전극과 중심 도체들 사이에 접속된 정합 회로를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 동축 케이블로 부터 유전체 판을 통해서 이 유전체판 상에 설치된 안테나부에 이르기까지 고주파 전력을 공급하기 위한 본 발명에 따른 안테나 장치는 유전체 판의 양측면 상에 서로 대향하게 마련되고 그중 하나의 측면이 동축 케이블의 중심 도체에 접속되고 다른쪽 측면이 안테나부에 접속된 한쌍의 중심 전극과, 중심 전극들 주위에 위치하고 그 한쪽 측면이 동측 케이블의 외부 도체에 접속된 한쌍의 외부 전극들과, 케이블의 중심 도체와 한쪽 측면 상의 중심 전극 사이에 마련된 제1 정합 회로와, 안테나부와 다른쪽 측면상의 중심 전극 사이에 마련된 제2정합 회로를 포함한다.
한쌍의 중심 전극은 유리판과 같은 유전체 판의 양측면 상에 서로 대향하게 위치한다. 한쌍의 외부 전극은 서로 대향하는 방식으로 유전체 판의 양 측면 상에 중심 전극들 주위에 위치한다. 유전체 판과, 중심 전극들 및 외부 전극들은 용량 결합부를 구성한다. 이 용량 결합부에서 중심 전극은 정합 회로를 통해서 동축 케이블의 중심 도체에 접속되고 외부 전극은 동축 케이블의 외부 도체에 접속된다. 정합 회로는 대향된 중심 전극들에 의해 형성된 커패시터를 갖는 직렬 공진 회로 또는 병렬 공진 회로를 구성하며, 이로써 고주파 신호가 낮은 손실로 공진 주파수에서 유전체 판을 통과할 수 있게 해준다. 상술한 구성을 취함으로써 유전체 판의 양측면에 있는 중심 전극들과 외부 전극들이 각기 고주파 상태에서 서로 결합된다. 외부 전극들이 각기 중심 전극들을 둘러싸기 때문에 전파가 중심 전극들로 부터 방사되지 않고 중심 전극들이 다른 부분들과 결합되지 않으므로 동축 전송 모드를 양호하게 유지할 수 있다. 하나의 동축 케이블을 용량 결합부의 한쪽 측면 상의 중심 전극 및 외부 전극에 접속하고 다른 케이블을 용량 결합부의 다른쪽 측면 상의 중심 전극과 외부 전극에 접속하면, 동축 전송 모드가 2개의 동축 케이블들 사이에서 유지되므로 고주파 전력을 전송할 수 있다.
또한 안테나를 용량 결합부의 한쪽 측면 상의 중심 전극에 접속하면 다른쪽 측면 상의 전극에 접속된 동축 케이블을 통한 동축 전송 모드에 의해 고주파 전력의 공급을 얻을 수 있다.
상술한 것처럼, 본 발명에 따른 동축 케이블용 결합 장치가 서로 대향하게 유전체 판 상에 위치한 한쌍의 결합 중심 전극과, 유전체 판 상의 중심 전극들 주위에 각기 배열된 한쌍의 외부 전극과, 정합 인덕터를 통해 중심 전극들에 각기 접속된 양 동축 케이블의 증심 도체와, 외부 전극들에 각기 접속된 양 동축 케이블의 외부 도체를 갖는 구성을 취하므로, 유전체 판이 물리적으로 동축 케이블과 차단되어 있어도 내부 밀폐 공간과 외부 밀폐 공간의 양 동축 케이블들이 동축 전송 모드에 의해 서로 접속된다. 또한, 고주파 전력이 양 동축 케이블들 사이의 비균형 모드에서 전송되기 때문에 동축 케이블이 외부 유도 간섭 및 외부로의 전파 누설을 갖지 않는 장점을 유지하며 설정 신호들의 주파수 대역에서 극히 낮은 손실을 갖는 케이블 접속이 가능해진다. 또한, 복수개의 결합 중심 전극들이 마련되기 때문에 복수개의 신호 통과 주파수 대역을 간단하게 설계할 수 있고, 따라서 광대역 신호가 가능해지고 고주파 신호들의 용이한 분배가 가능해진다.
안테나를 하나의 본체에서 동축 케이블 결합 장치와 조합함으로써 안테나 장치를 구성할 수 있다. 이 경우에 전력은 유전체 판을 통한 차량(실내) 공간 외부의 안테나에 이르기까지 낮은 손실로 전송된다. 또한, 접지 장치와 같은 외부 도체가 안테나의 접지장치 및 접지선에 접속되도록 차량(실내) 공간 외부에 도입되기 때문에 이를 비평형형 안테나에 용이하게 접속할 수 있다. 물론, 발룬 (balun, 평형-비평형 변환기)를 통해 평형 안테나에 접속하는 것도 가능하다.
본 발명의 양호한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 제2도는 본 발명의 기본 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
재2도에서, 유전체인 유리판(1)은 (도시되지 않은) 밀폐 공간을 둘러싸는 벽의 일부이며 차량 또는 건물의 창유리에 해당한다. 유리판(1)은 예를 들어, 방의 내부 또는 차량의 실내에 해당하는 한 부분과 방의 외부 또는 차량의 외부에 해당하는 다른 부분의 2부분으로 공간을 분할한다. 원판 형상을 갖는 중심 전극(21)은 유리관(1)의 주 표면 상에 배열된다. 링 형상을 갖는 외부 전극(31)은 중심 전극(21) 주위에 배열된다. 중심 전극(21)은 인덕터(L)을 통해 동축 케이블(41)의 중심 도체(51)에 접속된다. 외부 전극(31)은 유리 표면으로의 동축 모드의 신호 전송을 유지하기 위해 그리고 외부로의 전파 누설 및 외부로 부터의 유도 간섭을 방지하기 위해 중심 전극(21)과 인덕터(L) 및 외부 전극(31)을 전체적으로 덮는 금속 차폐 부재(71)을 통해 외부 도체(61)에 접속된다.
유리판(1)의 다른쪽 주 표면 상에는 중심 전극(22)가 중심 전극(21)에 대향하게 배열된다. 링 형상을 갖는 외부 전극(32)는 외부 전극(31)에 대향하게 배열된다. 중심 전극(22)는 동축 케이블(42)의 중심 도체(52)에 접속된다. 외부 전극(32)는 유리 표면으로의 동축 모드의 신호 전송을 유지하기 위해 그리고 외부로의 전파 누설 및 외부로 부터의 유도 간섭을 방지하기 위해 중심 전극(21)과 인덕터(L) 및 외부 전극(31)을 전체적으로 덮는 금속 차폐 부재(72)를 통해 동축 케이블(42)의 외부 도체(62)에 접속된다. 동축 케이블(41)의 다른쪽 단부는 예를 들어 안테나 장치(도시 생략)에 접속되고. 동축 케이블(41)의 다른쪽 단부는 이 도면에는 도시하지 않은 송수신기에 접속된다.
상술한 구성을 취함으로써. 중심 전극(21, 22)는 유리판(1)을 통해 서로 대향하는 원판 형상의 커패시터를 형성하며, 동축 케이블들의 내부 도체(41, 42)를 용량 결합 상태로 서로 전기적으로 접속시킨다. 중심 전극(31, 32)는 유리판(1)을 통해 서로 대향하는 링 형상의 커패시터를 형성하며, 동축 케이블들의 외부 도체(61, 62)를 용량 결합 상태로 서로 전기적으로 접속시킨다. 인덕터(L)은 커패시터에 직렬로 삽입되어 용량 결합에 의해 발생하는 임피던스를 상쇄시켜 임피던스를 정합하게 된다. 따라서, 동축 케이블(41, 42) 사이의 결합부에서 외부 결합 전극들은 양 중심 도체들이 서로 접속되고 양 외부 전극들이 서로 접속되도록 각 중심 결합 전극 주위에 배열된다. 임피던스 정합을 수행한 결합부가 동축 전송 모드를 유지하므로 중심 전극은 전파를 방사하지도 않고 다른 부분에 결합되지도 않기 때문에 중심 전극이 정(pesitive)과 부(nogative) 사이의 전위를 기준 전위로써의 외부 도체의 전위에 대해 변화시키는 고주파 전위 모드인 비평형 상태에서 전파를 양호하게 전송하게 된다.
또한, 임피던스 정합 회로가 이후에 상세하게 설명하게 될 차폐 부재(71, 72)에 의해 둘러 싸인 밀폐 공간에 마련되면 결합에 있어서의 전송 특성을 개선시킬 수 있다. 이후에 상술하는 것처럼 본 발명의 결합 장치는 가변 정합 회로로부터 구성되며 최적 결합을 얻도록 조정가능하게 되도록 정합 상태를 지시하는 계기를 밀폐 공간에 가지며, 이로써 다양한 유전체의 두께 및 재료에 대해 본 발명에 따른 결합 장치를 용이하게 사용할 수 있게 해준다. 이는 유리판이 흐려지는 것을 방지하는 열선과 유리판을 보강하는 열선이 유리판 밑면에 배설된 경우에 전극들이 열선 및 보강선을 피하는 적절한 형상으로 변형될 수 있다는 것을 의미 한다. 중심 전극 및 외부 전극들이 유리판의 표면에 부착되기 때문에 이들은 각기 평면 형상을 취한다. 그러나, 유리판이 만곡면 또는 주름진 면을 가지면 중심 전극 및 외부 전극들은 유리판의 표면엔 대응하는 불균일한 표면을 갖는다.
상술한 결합 장치의 양단부들이 각기 동축 케이블에 접속되더라도 결합 장치의 한쪽 단부는 안테나 장치에 직접 또는 적절한 정합 회로를 거쳐 접속될 수 있다. 이 경우에, 예를 들어 결합 장치의 중심 전극은(동축 케이블용) 비평형형 수직 안테나에 접속되고 외부 전극은 수직 안테나의 접지계에 접속된다. 또한, 결합 장치가 평형 안테나에 접속되면 비평형 출력이 유리판 외측으로 직접 얻어질 수 있으므로 비평형-평형 변환기를 결합 장치와 안테나 사이에 마련한다.
제3(a)도는 본 발명에 따른 동축 케이블 결합 장치의 구성예를 도시한 단면도이다. 이 도면에서 제2도의 부분들에 대응하는 부분에는 제2도에 사용한 것과 동일한 도면 부호를 병기하였다. 이 예는 한쪽의 동축 케이블(41)의 중심 도체(51)과 중심 전극(21) 사이에 접속된 인덕터(Lll)과.다른쪽의 동축 케이블(42)의 중심 도체(52)와 중심 전극(22) 사이에 접속된 인덕터(L21)을 갖는다. 2개의 인덕터(Lll, L2l)은 중심 전극(21, 22)에 의해 형성되는 커패시터(Cll)과 함께 직렬 공진 회로를 형성하여 커패시터(Cll)을 상쇄한다. 동축 케이블(41)의 외부 도체(61)은 예를 들어 유리판에 접촉하는 평면이 개구된 원통형 케이스인 금속 차폐 케이스(71)에 접속되고, 링 형상을 갖는 외부 전극(31)이 유리판 표면에 접촉하는 방식으로 개구부에 형성된다. 또한, 정합 회로는 동축 전송로와 로드 회로와의 정합을 고려하여 차체 케이스내에 마련할 수 있다. 동축 케이블(42) 쪽에도 동일한 모양으로 구성할 수 있다. 하나의 인덕터로도 제2도에 도시된 것과 같은 결합 커패시터(Cll)을 임피던스 정합시킬 수 있다.
제3(b)도는 제3(a)도에 도시된 동축 케이블 결합 장치와 동등한 회로를 도시한 이 도면에서도 제3(a)도에 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였다. 비평형 회로로써 동축 케이블은 동축 상태로 배열되고 유리판을 통해서 서로 대향하는 2쌍의 전극(21, 22및 31, 32)에 의해 결합된다. 제10(a)도는 동축 케이블 결합 장치에서 주파수에 대응하는 전송 특성의 예를 도시한다. 대역 통과 특성은 인덕터(Lll, L2l)과 결합 커패시터(Cll)을 포함하는 직렬 공진 회로의 공진 주파수(fl) 근방에서 신호 감쇠가 극단적으로 감소하는 방식으로 관찰된다.
제4도는 임피던스 정합의 또 다른 예를 도시한다. 이 도면에서도 제2도에 대응하는 부분에는 제2도에서와 동일한 도면 부호를 병기하였으며, 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다. 제4도에 도시된 동축 케이블 결합 장치는 용량 결합을 형성하는 중심 전극(21)과 외부 전극(31) 사이에 접속된 인덕터(L)을 포함한다. 인덕터(L)이 결합 커패시터와 병렬로 접속된 구성에 의해 임피던스 정합을 수행할 수 있다.
제5(a)도는 제4도에 도시된 동축 케이블 결합 장치의 구성예를 도시한 단면도이다. 이 도면에서도 제3(a)도에 대응하는 부분에는 제3(a)도에서와 동일한 도면 부호를 병기하였다. 이 예에서, 인덕터(Lll, Ll2)는 중심 전극과 외부 전극 사이에 (따라서, 중심 도체 51과 외부 도체 61사이에) 결합 커패시터(Cll)을 위치시키는 방식으로 이들 사이에 접속된다. 2개의 인덕터(Lll, L21)은 중심 전극(21, 22)에 의해 형성된 결합 커패시터(Cll)과의 공진 회로를 구성하여 커패시터(Cll)을 상쇄시킨다. 동축 케이블(41)의 외부 도체(61)은 예를 들어 유리판에 접하는 평면이 개구되는 원통형 케이스인 금속 차폐 케이스(71)에 접속되며, 링 형상을 갖는 외부 전극(31)은 유리판 표면에 접하는 방식으로 개구부에 형성된다.
또한, 정합 회로는 동축 전송로와 로드 회로와의 정합을 고려하여 차폐 케이스 내에 마련할 수 있다. 동축 케이블(42) 쪽에도 동일한 구조가 마련된다.
제5(b)도는 제5(a)도에 도시된 동축 케이블 결합 장치와 동등한 회로를 도시한다. 이 도면에서도 제5(a)도와 유사한 부분에는 제5(a)도에서와 유사한 도면 부호를 병기하였다. 비평형 회로로써의 동축 케이블은 동축 케이블에 배열되고 유리판을 통해 서로 대향하는 2쌍의 전극(21, 22및 31, 32)에 의해 결합된다. 결합 커패시터(Cll)은 인덕터(Lll, L2l)에 의해 상쇄된다.
제6도에 도시된 것처럼, 정합을 수행하기 위하여 동축 케이블의 중심 전극과 중심 도체 사이에 L형상의 인덕터를 삽입할 수 있다. 제3(a)도 및 제5(a)도에 도시된 회로들을 조합한 정합 회로에 대해서는 제31도에 도시된 복동조형 정합 회로의 설명시에 상세하게 설명한다.
제7(a)도 및 제7(b)도는 동축 케이블의 외부 도체에 흐르는 전류를 감소시키는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한다. 이 예에서, 환형 코어(T2)는 제3(a)도 및 제3(b)도에 도시된 구성에서의 각 동축 케이블(41, 42) 상에 로드되어 있다.
환형 코어를 동축 케이블 상에 로드시킴으로써 높은 임피던스를 만들 수 있어서 안테나의 스페르토프(sperrtopf) 기능과 같은 동축 케이블의 외부 도체에 흐르는 전류를 억할 수 있다.
제8도는 복수개의 중심 전극들을 갖는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한다. 이 도면에서도 제3(a)도에 도시된 것과 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였으며, 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다. 이 장치에서, 제1결합 커패시터(Cl2) 및 제2결합 커패시터(Cl3)이 중심 전극으로 마련되는데, 제1결합 커패시터(Cl2)는 중심 전극(212및 222)와 제2커패시터(Cl3, C23)을 포함한다. 인덕터(L12, L22)는 제1결합 커패시터(Cl2)에 직렬로 접속되고, 임피던스 상수는 결합 커패시터 및 인덕터가 예를 들어 주파수(fl)에서 직렬 공진하도록 설정된다. 인덕터(Ll3, L23)은 제2 결합 커패시터(Cl3)에 직렬로 접속되고, 임피던스 상수는 결합 커패시터 및 인덕터가 예를 들어 주파수(f2)에서 직렬 공진하도록 설정된다. 이러한 상태는 전송 루트를 단락회로 상태로 만드는데. 이는 중심 도체(51)로부터 인덕터(L12)와 커패시터(C12) 및 인덕터(L22)를 거쳐 중심 도체(52)에 이르기까지 주파수(fl)의 고주파 신호 성분을 전송한다. 또한, 전송루트가 단락회로로 되면 주파수(f2)의 고주파 신호 성분을 중심 도체(51)로부터 인덕터(Ll3)과 커패시터(Cl3) 및 인덕터(L23)을 거쳐 중심 도체(52)에 이르기까지 전송하게 된다. 따라서, 복수개의 중심 전극을 갖는 동축 케이블 결합 장치는 비교적 간단한 구성으로서 제10(b)도에 도시된 것과 같은 복동조 특성을 얻을 수 있으며, 이로써 신호 전송 대역 폭을 확장시킬 수 있다.
제9도는 유리판의 한쪽 표면 상에 복수개의 중심 전극을 갖고 다른쪽 표면에는 단일 중심 전극을 갖는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한다. 이 도면에서도 제8도에서와 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였으며, 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다. 이 예에서, 결합 커패시터(Cl4)는 전극(212) 및 공통 전극(224)를 포함하고 결합 커패시터(Cl5)는 전극(213)과 공통 전극(224)을 포함한다. 한쪽의 중심 도체(51)은 인덕터(Ll4)를 통해 커패시터(Cl4)에 접속되고 인덕터(Ll5)를 통해 커패시터(C15)에 접속된다. 다른쪽의 중심 도체(52)는 공통전극(224)에 접속된다. 이러한 구성에서는 인덕터(Ll4)와 커패시터(Cl4)의 접속점과 인덕터(L15)와 커패시터(C15)의 접속점 사이에 전위차를 일으키는 원인으로 생각되는 병렬 기생 용략(C16)을 생성한다. 그 결과, 제lO(c)도에 도시된 것처럼 광대역 신호 전송 대역내에 부분적인 대역 간섭 특성을 갖는 전송 특성(반공진 주파수 fx)를 얻을 수 있다. 이러한 특성들은 강한 간섭파를 제거하거나 소정의 주파수를 갖는 신호가 통과하는 것을 방해하는데 이용할 수 있다.
제11(a)도는 복수개의 중심 전극들을 사용하여 결합 장치에서 복동조 회로를 구성한 예를 도시하는데, 여기에는 중심 전극들만 도시하였으며 외부 전극과 외부도체들을 생략하였다. 나머지 부분들은 제8도에 도시된 결합 장치에서와 동일하다. 이 예에서, 상기 장치는 제1 내지 제4직렬 공진 회로들을 포함한다.
제1직렬 공진 회로는 중심 전극(215, 225)와, 주로 인덕터로 구성되고 주파수(f1)에서 직렬 공진하는 정합 회로(11, 11)을 갖는 결합 커패시터를 포함한다.
제2직렬 공진 회로는 중심 전극(2l6, 226)과, 주로 인덕터로 구성되고 주파수(f2)에서 직렬 공진하는 정합 회로(l2. l2)를 갖는 결합 커패시터를 포함한다.
제3직렬 공진 회로는 중심 전극(217, 227)과, 주로 인덕터로 구성되고 주파수(f3)에서 직렬 공진하는 정합 회로(l3, l3)을 갖는 결합 커패시터를 포함한다.
제4직렬 공진 회로는 중심 전극(218, 228)과, 주로 인덕터로 구성되고 주파수(f4)에서 직렬 공진하는 정합 회로(l4, l4)를 갖는 결합 커패시터를 포함한다.
제11(b)도에 도시된 것처럼 전송 대역 특성은 복수개의 대역 통과 특성을 구성함으로써 생성된 극도의 광대역에서 존재한다. 이러한 광대역 특성들은 텔레비전 방송 및 주파수 변조(FM) 방송과 같이 안테나로 부터 튜너까지 광대 역에서 연장되는 수신 신호를 전송하는 전송 케이블들을 결합한 경우에 적합하다.
제12(a)도는 복수개의 복동조 주파수를 갖는 정합 회로(1P1)과 하나의 결합 전극을 접속하는 결합 장치의 예를 도시한다. 이러한 구성은 제12(b)도에 도시된 광대역 특성을 얻을 수 있다. 이 경우에 동조 주파수(fl, f2, f3, f4)는 각기 비교적 넓은 주파수 간격을 갖는데, 그 이유는 이들 주파수가 복합 정합 회로를 전체적으로 그리고 용이하게 설계할 수 있게 해주기 때문이다. 동조 주파수들 사이의 간격이 비교적 좁으면 제11(a)도에 도시된 것처럼 복수개의 전극을 양쪽에 사용하는 구성을 용이하게 설계할 수 있게 해준다. 복합 정합 회로(lp1)은 제3(a)도에 도시된 중심 전극과 직렬로 접속된 단일 정합 회로를 사용할 수도 있고, 제3(a)도에 도시된 정합 회로와 제5(a)도에 도시된 중심 전극과 병렬로 접속된 정합 회로 양쪽 모두를 사용할 수도 있다. 단일 전극 및 복합 정합 회로를 사용하면 정합 회로를 소형으로 만드는 것이 용이하다는 장점이 있다.
제13도는 대역 간섭 특성들을 갖는 2개의 결합 장치들을 서로 조합한 예를 도시한다. 이러한 구성으로 복수개의 통과 간섭 주파수를 광대역 전송 특성들내에 설정할 수 있다.
제14도는 다이플렉서로서의 기능을 포함하는 동축 케이블 결합 장치의 예를 도시한다. 이 도면에서도 제8도에서와 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였으며 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다.
제14도에서, 송수신기(수신기, 도시 생략)는 예를 들어 동축 케이블(42)에 접속된다. 동축 케이블(412)는 저대역 수신용 안테나(도시 생략)에 접속되어 있다. 동축 케이블(411)은 고주파수 대역 수신용 안테나(도시 생략)에 접속되어 있다. 인덕터(Ll2)와 결합 커패시터(Cll) 및 인먹터(L22)는 고대역 신호(fH)를 간섭하고 저대역 신호를 통과시키는 대역 통과 필터를 구성한다. 결합 커패시터(Cl3)은 저대역 신호(fL)을 간섭하고 고대역 신호(fH)를 통과시키는 대역 통과 필터를 구성한다. 그 결과, 동축 케이블 결합 장치는 저대역 신호(fL)을 동축 케이블(412)에 분배하고 고대역 신호(fH)를 동축 케이블(411)에 분배하도록 동측 케이블(42)를 통해 전송된 저대역 및 고대역의 2개의 고주파 신호(fL, fH)를 수신하는 다이플렉서로서 작용한다. 이 다이플렉서는 또한 케이블(412)를 통해 전송된 저대역 고주파 신호(fL)과 케이블(411)을 통해 전송된 고대역 고주파 신호(fH)의 복합 신호를 전송한다. 이 부분에서 환형 코어(TL)은 동축 케이볼의 외부 도체로 흐르는 전류를 억제하는 부분으로써 작용한다.
제15(a)도 및 제15(b)도는 복수개의 대역 통과 특성들을 갖는 정합 회로를 사용하여 하나의 동축 케이블에 접속된 복수개의 동축 케이블의 예를 도시한다. 또한, 제15(a)도는 제11(a)에 도시된 회로와 동일한 방식으로 중심 전극의 한쪽에 있는 회로만을 도시하는데, 여기에서도 제11(a)도에 대응하는 부분에는 동일한 도면부호를 병기하였다. 이 예의 장치는 제15(b)도에 도시된 것처럼 직렬 공진을 위해 각 정합 회로의 퀄리티 팩터(Q)를 높게 설정하며, 이로써 각 정합 회로에 개별적으로 실정되는 특정 주파수만 통과시킨다. 그 결과, 각 주파수(f1, f2, f3, f4)를 갖고 중심 도체(52)를 통해 전송된 신호들은 4개의 동축 케이블에 분배된다. 이와 달리, 4개의 동축 케이블들을 통해 전송되는 신호(fl, f2, f3, f4)들은 중첩되어 하나의 동축 케이블에 전송된다.
제16도는 제13도에 도시된 동축 케이블 결합 장치가 다이플렉서로서의 기능을 수행하는 예를 도시한다. 이 도면에서도 제13도에서와 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였다. 이 예는 제1O(c)도에 도시된 것과 같은 비교적 높은 퀄리티 팩터(Q)를 갖는 반공진 특성들을 효과적으로 사용하여 다른 주파수들을 갖는 신호들을 저지할 수 있다.
제17도는 동축 케이블 결합 장치가 가변 임피던스 회로로 구성된 정합 회로를 포함하는 예를 도시한다. 이 도면에서도 제3(a)도에서와 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였다. 이 예의 정합 회로는 제3(a)도에 도시된 결합장치에서의 중심 전극 및 외부 도체(외부 전극)에 접속되는(예를 들어, 가변 용량 다이오드인) 가변 용량 소자(Cv)를 갖는다. 송수신기(TR) 상의 일부분에서 가변 직류 전압원(VB)가 (도시되지 않은) 고주파(RF) 입력단에 접속되는 동축 케이블(42)의 중심 도체에의 고주파를 저지하기 위해 쵸크 코일(CH)를 통해 접속된다. 가변 전압원(VB)의 전압 레벨이 변화하면, 가변 용량 소자(CV)의 바이어스 레벨이 정합 회로의 동조 주파수를 변화시키도록 변화한다. 따라서, 전송 수신 장치(TR)상의 동축 케이블 결합 장치의 통과 주파수 특성들을 조절할 수 있다.
제18도는 동축 케이블 결합 장치의 정합 회로가 가변 특성들을 갖는 또 다른 예를 도시한다. 이 도면에서도 제17도에서와 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였다. 이러한 구성에서, 가변 직류 전압원의 전압 레벨이 전송 수신 장치 상에 설정되게 변화하면 가변 용량 소자(CV)의 직류 바이어스 레벨이 변화하고, 따라서 동조 주파수 특성 즉, 동축 케이블 결합 장치의 전송 대역 특성이 변화하게 된다.
제19도는 가변 임피던스 회로(ZV)가 복수개의 중심 전극들과 다이플렉서 기능을 포함하는 동축 케이블 결합 장치에 마련된 예를 도시한다.
이 예는 주파수(fl)용 대역 통과 특성을 갖는 제1정합 회로와, 주파수(f2)용 대역 통과 특성을 갖는 제2정합 회로와, 통과 신호의 주파수를 가변적으로 설정할 수 있는 대역 통과 특성을 갖는 가변 임피던스 회로(ZV)를 포함한다. 가변 임피던스 회로(ZV)의 전송 주파수 특성이 신호(fl또는 f2)로 되는 방식으로 송수신기(TR) 상에 가변 직류 전압원(VB)의 설정을 변화시킴으로써 신호(fl, f2)를 선택적으로 할 수 있다.
제20도는 동축 케이블 결합 장치에 마련된 전자식 절환 스위치(SW)가 동축케이블(411, 4l2)중 어느 하나를 동축 케이블(42)에 접속한 것의 예를 도시한다.
절환 스위치(SW)의 제어는 절환 스위치(SW)로 부터 금속 차폐 부재(72)의 외측까지 제어선을 유도하고 외부에서 공급된 전압(VSW)를 부가함으로써 수행된다.
또한, 이 도면에서 점선으로 도시한 것처럼 동축 케이블의 중심 도체 상에 공급되는 직류 전압(VB)의 레벨에 대응하게 절환 스위치(SW)를 작동시키는 것도 가능하다.
제21도는 절환 스위치(SW)를 외부에서 제어하는 것의 예를 도시한다. 이 도면에서 기호(L12, Ll3, L22, L23)은 정할 인덕턴스이고, (Cll및 C13)은 중심 전극에 의해 성성된 결합 커패시터이고, (D2)는 스위치용 다이오드이고, (CH)는 고주파 간섭용 쵸코 코일이고, (R1)은 전류 제한 저항이다. 절환 스위치(SW)는 제어 단자(CNT1, CNT2) 사이에 직렬로 접속된 전류 제한 저항(RI)와, 쵸크 코일(CH)와, 양측의 양극들이 서로 접속되어 있는 다이오드(D1, D2)와, 쵸크 코일(CH)와, 전류 제한 저항(RI)을 포함한다.
다이오드(D1)이 정규 방향으로 바이어스되고 다이오드(D2)가 반대 방향으로 바이어스되고 다이오드(D1)이 온(on)되고 다이오드(D2)가 오프(off)되는 방식으로 전압(VSW)가 제어 단자(CNT1, CNT2) 사이에 공급되면, 다이오드(D1)과 인덕터(L22)와 커패시터(C11) 및 인덕터(L12)를 통해서 동축 케이블(42)의 중심 도체가 동축 케이블(412)의 중심 도체에 접속된다.
다이오드(D1)이 반대 방향으로 바이어스되고 다이오드(D2)가 정규 방향으로 바이어스되고 다이오드(D1)이 오프되고 다이오드(D2)가 온되는 방식으로 전압(VSW)가 제어 단자(CNT1, CNT2) 사이에 공급되면, 동축 케이블(42)의 중심 도체가 다이오드(D2)와 인덕터(L23)과 커패시터(C13)과 인덕터(L13)을 통해 동축 케이블(411)의 중심 도체에 접속된다.
이러한 방식에서는 동축 케이블 결합 장치에서 동축 케이블의 접속을 절환하는 것이 가능하다.
제22도는 송수신기(TR)쪽에서 절환 스위치(SW)를 제어하는 것의 예를 도시한다. 이 도면에서도 제21도에서와 대응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 병기하였으며, 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다. 이러한 구성에서 가변 전압원(VB)는 고주파를 간섭하기 위해 쵸크 코일을 통해 송수신기 상의 동축 케이블(42)의 중심 도체에 접속된다. 직류 판별 회로(DS)는 고주파를 간섭하기 위해 초크코일을 통해 동축 케이블 결합 장치쪽의 동축 케이블(42)의 중심 도체에 접속된다. 직류 분리 회로는 초크 코일에 의해 분리된 직류 성분을 내부 회로가 평활화시키는 방식으로 회로 전력원을 얻는다. 직류 판별 회로(DS)는 창 비교측정기를 포함한다. 이 창 비교측정기의 입력 단자(IN)에 5 내지 10 볼트의 전압이 공급되면 직류 판별 회로(DS)는 출력 단자(OUT1)에 5볼트를 출력하고 출력 단자(OUT2)리는 0 볼트이다. 입력 단자(IN)에 10 내지 15 볼트가 공급되면 출력 단자(OUT1)에는 0 볼트이고 출력 단자(OUT2)는 5 볼트를 출력한다. 절환 스위치를 구성하는 직렬 회로(RI, CH, D1, D2, RI)의 양단부는 출력 단자(OUT1, OUT2)에 접속된다.
그 결과, 가변 전압원(VB)로 부터의 직류 바이어스 전압 6볼트가 동축 케이블(A2)의 중심 도체에 중첩되면 직류 판별 회로(DS)가 다이오드(Dl)을 온시키고 다이오드(D2)를 오프시키게 되어 동축 케이블(42)의 중심 도체를 동축 케이블(412)의 중심 도체에 접속시키게 된다. 직류 바이어스 전압 12 볼트가 가변 전압원(VB)로 부터 동축 케이블(42)의 중심 도체에 중첩되면 직류 판별 회로(DS)가 다이오드(Dl)를 오프시키고 다이오드(D2)를 온시키게 되어 동축 케이블(42)의 중심 도체를 동축 케이블(411)의 중심 도체에 접속시키게 된다.
따라서, 송수신기(TR) 쪽에서 동축 케이블의 접속을 절환함으로써 안테나를 변경하여 사용할 수 있다. 이러한 구성은 전파를 수신하기 위한 상태에 따라 안테나가 자동적으로 절환되는 다이버시티 수신 장치에 적합하다.
제23(a)도 내지 제23(e)도는 동축 전송 모드를 실현하는 결합 전극들의 형상의 예를 도시한 것이다. 제23(a)도는 원판형 중심 전극과 링형 중심 전극의 동축 배열상태를 도시한다. 제23(b)도는 다각형 중심 전극과 이 중심 전극을 둘러싸는 프레임형 외부 전극의 동축 배열 상태를 도시한다. 제23(c)도는 일렬로 배열된 복수개의 중심 전극과 이 중심 전극들을 둘러싸는 외부 전극의 배열 상태를 도시한다.
제23(d)도는 행렬형으로 배열된 복수개의 중심 전극과 이 중심 전극들을 둘러싸는 외부 전극의 배열 상태를 도시한다. 제23(e)도는 병렬로 배열된 2개의 중심 전극과 이 중심 전극들의 중간부를 포함하므로써 복수개의 전극들 사이에 완전한 차폐가 가능한 중심 전극을 둘러싸는 외부 전극의 배열 상태를 도시한다. 이 도면에는 도시하지 않았으나 중심 전극을 둘러싸는 외부 전극은 나선형으로 형성될 수 있다. 또한, 원형의 외측 전극은 배선에 의해 서로 접속되는 복수개의 평면으로 분할되기도 한다. 전극의 형상 및 배열을 선택하는 것을 결합 장치의 크기와 결합 형식 및 결합 장치의 설치 장소등을 종합적으로 판단한 후에 결정할 수 있다.
제24(a)도는 본 발명의 동축 케이블 결합 장치를 사용한 안테나 장치의 예를 도시한다. 제24(a)도에 도시한 장치는 내부측에 마련되어 밀폐 공간인 실내 또는 건물의 방에 마련된 (도시하지 않은) 송수신기에 접속된 동축 케이블(41)과, 창의 유리판(1)에 고정된 동축 케이블의 결합 장치(PL)과, 외부측에 마련된 동축 케이블(41)와, 안테나(300)과, 케이블(42)와 안테나(300)을 정합하기 위해 이들 사이에 정속된 정합 회로(400)을 포함한다. 정합 회로(400)은 변환기와 인덕터 및 임피던스 정합을 위한 커패시터를 포함한다.
제24(b)도는 동축 케이블 결합 장치(CPL)과 안테나(300)을 일체로 구성한 예를 도시한다. 결합 장치(PL)을 구성하는 내부 결합 장치(100)은 동축 케이블(41)에 접속되고, 결합 장치(PL)의 외부 결합 장치(200)은 안테나(300)에 접속된다. 또한, 외부 결합 장치(200)에는 결합 전극과의 정합 및 결합 전극과 안테나 사이의 정합을 얻기 위하여 정합 회로가 마련된다. 이러한 구성을 취함으로써 유리판 내측의 내부 동축 케이블로 부터 유사한 외측에 이르기 까지 동축 모드에서 고주파 전력을 공급할 수 있어서 손실이 작은 안테나 장치를 마련할 수 있다.
유리(유전체)판 내외측의 동축 전송 모드를 유지하면서 고주파 신호를 전송 및 수신하기 위한 안테나 장치에 대하여 제25도 및 이의 단면도인 제26도를 참조하여 상세하게 설명한다. 이들 도면에서 유리판(1)의 밑부분이 실내 또는 방이고 유리판(1)의 윗부분이 차량 또는 방의 외부이다. 내부 결합 장치(100)은 예를 들어 양면 접착식 테이프 등에 의해 유리판(1)의 하면에 마련된다. 외부 결합장치(200)은 양면 접착식 테이프에 의해 유리판(1)의 상면에 내부 결합 장치(100)과 대향한 위치에 고정되고 편형 안테나(300)에 접속된다. 내부 및 외부 결합 장치(100,200)은 상술한 동축 모드의 용량 결합에 의해 고주파 신호를 전기적으로 접속하기 위한 기구이다. 이러한 접속은 내부 결합 장치(100)의 중심 전극(106)과 외부 전극(103)과, 외부 결합 장치(200)의 회로 기판(201) 하면에 형성된 중심 전극(202)와 외부 전극(203)에 의해 수행된다. 내부 결합 장치(100)과 외부 결합 장치(200)에는 정합 회로(107, 206)이 각기 마련되어 설계 주파수에서의 손실을 최소로 되게 한다. 정합 회로(107)은 여러 종류의 유리에 적합한 가변 정합 회로로 구성된다. 정합 회로를 용이하게 조정하기 위하여 정합 상태를 검출하는 검출 회로(108)과 검출 결과를 표시하는 계기(109)가 마련된다. 편형 안테나(300)은 외부 결합 장치(200)과 내부 결합 장치(100) 및 동축 케이블(41)을 통해 (도시하지 않은) 차량용 무선 전화(통신) 장치에 접속되며, 이로써 무선 통신을 수행할 수 있다. 안테나 장치를 구성하는 내부 및 외부 결합 장치(100, 200)에 대하여 이후에 상세하게 설명한다.
제27(a)도 내지 제27(c)도는 (제26도에 도시된 부착 상태와는 거꾸로 도시되어 있는) 내부 결합 장치의 외관을 도시하는데, 제27(a)도는 평면도, 제27(b)도는 측면도, 제27(c)도는 저면도이다. 케이스(101)은 차폐부로써 작용하는 원통형의 금속 케이스인데, 여기에서 구멍(110)은 내부 가변 정합 회로의 가변 커패시터를 조정하기 위해 상부 표면 상의 중앙 또는 좌측에서 개구되고 계기(109)는 정합 상태를 지시하기 위해 상부 표면 상의 중앙 또는 우측에 마련된다. 계기(109)는 공급 통과 전력과 반사 전파력과, 정재파비(standing wave ratio, SWR) 등을 표시하는데필요한 조건에 따라 선택할 수 있다. 동축 케이블(41)은 커넥터(102)에 의해 케이스(101)의 상부에 접속된다. 외부 전극(103)은 케이스(101)의 바닥부 표면 상에 배열된 중심 전극(106)을 둘러싸는 방식으로 케이스(101)의 바닥부 표면상에 배열된다. 이 예에서, 중심 전극(106)은 열선이 유리판에 묻히는 것을 피하고 필요한 용량으로써의 충분한 전극 면적을 얻기 위해 타원형으로 형성되어 있다.
상기 장치는 엔진으로 부터 무선 장치로의 또는 무선 장치로 부터 차량의 컴퓨터 회로로의 소음 간섭과 정합 불량을 방지하기 위한 몇가지 장점을 제공한다. 또한, 중심 전극(106)은 장방형으로 형성될 수 있으며. 예를 들어 제23도에 도시된 동축 케이블 전송 모드를 유지하는 범위 내에서 다양한 형상으로 변경할 수도 있다. 링형 양면 접착식 테이프는 내부 결합 장치(100)을 고정하기 위하여 유리판상의 외부 전극(103)의 주연 표면 주위에 고착된다. 결합 장치를 고정시키는 더 간단한 방법이 있으면 이를 사용할 수도 있다. 예를 들어. 내부 결합 장치(100)은 접착제를 사용하여 유리판(1)에 고정할 수 있다.
제28도는 제27(a)도의 X-X' 방향에서 취한 내부 결합 장치(100)의 단면도이다.
내부 결합 장치(100)의 커넥터(102)의 일부분에서 동축 케이블(41)의 외부도체(61)은 접속 금속 부재를 통해 외부 전극(103)에 접속된 금속 차폐 케이스(101)에 접속된다. 내부 도체(51)은 회로 기판(104)와 가변 정합 회로(107) 및 전극 고정용 금속 부재(105) 상에 형성된 측정 회로(108)을 통해 중심 전극(106)에 접속된다. 가변 정합 회로(107)은 동축 케이블(41)의 양측과 결합 전극을 정합하는 회로이다. 측정 회로(108)은 이송되는 정합 상태를 측정하여 이를 계기(109)에 의해 표시한다. 정합 조정은 예를 들어, 최적값이 되게 계기(109)을 조정하도록 차폐 케이스(101)의 상부 표면에 고정되는 4개의 개구(110)을 통해 조정구동기에 의해 가변 커패시터(VC1내지 VC4)를 회전시키는 방식으로 간단하게 수행된다. 가변 정합 회로(107)은 필요한 정합이 사용할 하나 또는 복수개의 주파수 대역 또는 대역들에 얻어지는 특징을 갖도록 가장 적합하게 구성된다.
제29(a)도 내지 제29(c)도는 각기 외부 결합 장치(200)의 평면도, 측면도 및 저면도이다. 외부 결합 장치(200)은 방수 대책으로서 방수 커버(209) 및 캡(210)으로 덮는다. 외부 결합 장치(200)은 안테나 결합 전극측을 서로 정합하기 위한 안테나 정합 회로가 마련된 회로 기판(210)을 설치하는 절두 원추형 부분과. (도시하지 않은) 안테나를 회전식으로 접속하기 위해 절두 원추형 부분의 정점 표면에 설치된 회전 금속 부재를 갖는다. 안테나의 수직 방향 각은 고정 나사(211)에 의해 조정할 수 있다. 타원형 중심 전극(202)와 이를 둘러싸는 외부 전극(203)은 내부 결합 장치(100)의 중심 전극(106)과 외부 전극(103)에 대응하는 외부 결합장치(200)의 바닥 평면에서 회로 기판(201)의 표면 상에 형성된다. 양면 접착식 테이프(204)는 외부 결합 장치(200)을 유리판에 고정하기 위하여 외부 전극(203) 주위에서 유리판에 부착된다.
제30도는 Y-Y' 방향에서 취한 외부 결합 장치(200)의 단면도이다. 안테나 정합 회로(206)을 형성하는 정합 코일과 커패시터 등은 외부 케이스(205)에 고정된 회로 기판(201)의 상부 표면에 접속된다. 타원형 중심 전극(202)와 이를 둘러싸는 외부 전극(203)은 회로 기판(201)의 하부 표면 상의 인쇄 전극에 의해 형성된다. 중심 전극(202) 및 외부 전극(203)은 기판의 관통 구멍을 통해서 (도시되지 않은)배선에 의해 안테나 정합 회로(206)에 각기 접속된다. 회로 기판(201)은 (도시되지 않은) 나사 및 접착제에 의해 절두 원추형을 취하는 외부 케이스(205)의 내측에 고정된다. 정합 회로(206)은 외부 케이스(205) 상의 상부 금속부재(207) 및 회전 금속 부재(208)을 통해 안테나(300)에 접속된다(제25도 또는 제26도). 상술한 외부 케이스(205)는 차량 또는 방의 외부에 사용하는 것을 고려하여 방수 커버(205)로 덮힌다. 링 형상을 갖는 양면 접착식 테이프(204)는 유리판 상의 외부 결합 장치(200)을 내부 결합 장치(100)에 대응하는 위치에 부착하도록 회로 기판의 하부 표면에 부착된다.
제31도는 본 발명에 따른 안테나 장치의 전기 회로의 예를 도시한다. 이 회로는 동축 케이블(41)과, 측정 회로(108)과, 정합 회로(107)과, 결합 중심 전극(106, 202)와, 결합 외부 전극(103, 203)과, 안테나 정합 회로(206)과, 안테나(300)을 포함한다. 동축 케이블(41)의 내부 도체(51)은 마이크로 스트립라인을 사용하여 내부 결합 장치(100) 쪽에 있는 측정 회로(108)의 방향성 결합기(직류)와, 가변 정합 회로(107)과, 중심 전극(106)을 통해서 그리고 외부 결합 장치 쪽에 있는 중심 전극(202)와 정합 회로(206)를 통해서 안테나(300)에 접속된다. 중심 전극(106, 202)는 용량 결합에 의해 상호 접속된다. 동축 케이블(41)의 외부 도체(61)은 내부 겹합 장치(100)의 중심 전극(106)을 동축으로 둘러싸는 외부 전극(103)에 차폐 케이스(101)을 통해서 접속된다. 외부 전극(103)은 외부 결합 장치(200)의 중심 전극(202)를 동축으로 둘러싸는 외부 전극(203)에 용량 결합에 의해 접속된다. 따라서, 유리판의 외부에서도 동축 모드에서 비평형 출력을 얻을 수 있다. 외부 결합 장치(200)의 케이스는 안테나(300)의 형태에 따라 비차폐 구조로 구성할 수도 있다.
측정 회로(108)은 대개 통과형 전력계 (표준 정재파비 SWR 계기) 로 구성된다. 회로(108)이 더 간단한 형상을 취하면 진행파 및 반사파 성분들은 이 실시예에 따른 동축 케이블(41)의 중심 도체에 접속되는 방향성 결합기(직류)에 의해 추출된다. 진행파 성분은 저항(Rf)에 의해 흡수되지만 반사파 성분은 환형 코어(TC)를 통해서 단락 키 다이오드(Dl, D2) 및 커패시터(Cl)로 구성되는 검출 및 평활화 회로에 부가되며, 이로써 반사파 성분의 평균값을 얻게되어 계기(109) 및 커패시터(C2)에 의해 평균간에 대응하는 반사파 전력의 레벨을 표시하게 된다.
가변 정합 회로(107)은 결합 커패시터의 결합 전극(106,202)와 안테나 정합회로(206) 및 안테나(300)을 포함하는 회로(107)의 좌측부의 임피던스와, 측정 회로(108)과 동축 케이블(41) 및 (도시되지 않은) 송수신기를 포함하는 회로(107)의 우측부의 임피던스를 정합한다. 가변 정합 회로(107)은 복수개의 통과 주파수 대역을 한쌍의 중심 전극에 설정하기 위한 정보를 갖는 제12도에 도시된 것과 같은 복합 정합 회로(1P1)에 대응한다. 이 예에서, 복합 정합 회로는 π형 회로를 형성하는 가변 커패시터(VC1내지 VC3)고, 중심 전극(106)과 외부 전극(103) 사이에 접속된 커패시터(C3)과, 중심 전극(106)과 π형 회로 사이에 접속된 인덕턴스(L2)와, 이 인덕턴스(L2)의 양단부 사이에 접속된 가변 커패시터(VC4)와, 인덕턴스(L2)와 외부 전극(103) 사이에 접속된 인덕턴스(L1)을 포함한다. 인덕턴스(L2)는 제3(a)도에 도시된 것처럼 중심 전극에 직렬로 접속된 인덕턴스(L2l)에 대응하며, 인덕턴스(L1)은 제5(a)도에 도시된 것처럼 중심 전극과 외부 전극 사이에 접속된 인덕턴스(L21)에 대응한다. 이러한 복합 정합 회로는 144 MHz 및 435 MHz와 같은 2개의 주파수에서 동조될 수 있는 복동조 회로이다. 가변 커패시터(VC1내지 VC4)는 미세 조정을 위해 마련된다. 송수신기가 필요로 하는 주파수를 갖는 고주파 신호를 출력하면 계기(109)가 반사파 전력의 레벨을 표시하기 위한 최적값을 표시하는 방식으로 가변 커패시터(VC1내지 VC4)의 위치들이 설정되기 때문에 정합 조정을 간편하게 수행할 수 있다.
안테나 정합 회로(206)은 안테나(300)측과 결합 커패시터(결합 전극 106, 202) 측을 정합하도록 인덕턴스(L3, L4)와 커패시터(C4)를 포함하는 π형 회로로 구성된다.
상기 예에서 2개의 정합 회로들이 마련되는 경우에도 본 발명은 결합 장치의 임피던스를 정합하기 위해 어느 하나만의 정합 회로(107, 206)을 포함할 수 있다.
제32도는 내부 결합 장치(100)과 외부 결합 장치가 유리판을 통해 서로 대향하는 방식으로 배열되었을 때 유리판을 통과하는 동안의 고주파 신호의 손실이 결합 장치의 양쪽에 전력계를 접속시켜 여러종류의 주파수에 의해 측정되는 전송 특성의 측정 결과를 도시한다. 이 실시예에서 중심 전극의 외경과 외부 전극의 내경 사이의 평균비는 1 : 1이고, 중심 전극의 면적은 10㎠이다. 정합 회로의 조정에 따른 필요한 주파수로서 144 MHz또는 435 MHz에서는 -0.54 dB와 -0.53 dB의 이득을 각기 얻게 된다. 따라서, SWR은 1.5 보다 작게되며 이러한 종류의 차량무선 장치의 실용화에는 아무런 문제도 일으키지 않는다.
또한, 이 도면에는 제1(a)도에 도시된 종래의 안테나 장치와 이와 동일한 구조를 갖는 안테나 장치를 차량의 후미창에 부착하고 차량과 이 차량으로 부터 2km 떨어진 지점 상에서 144 MHz의 신호로 통신하였을 때 이 장치들 사이의 신호 세기를 비교한 결과가 도시되어 있다. 이 결과에서 본 발명의 안테나 장치는 이득을 2 dB 개선시키는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 이 도면에는 제1(b)도에 도시된 종래의 안테나 장치와 이와 동일한 구조를 갖는 본 발명에 따른 장치 사이의 비교 결과도 도시되어 있다. 이 결과에서도 본 발명의 안테나 장치가 이득을 2 dB 개선시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 동축 케이블 결합장치는 실내 또는 방과 같은 밀폐 공간의 벽에 구멍을 천공하지 않고 밀폐 공간의 벽에 구멍을 천공하지 않고 밀폐 공간을 차폐 상태로 유지하면서 유리판과 같은 유전체부를 통해 유리판의 내측과 외측 상의 동축 케이블들을 전기적으로 효과적으로 결합할 수 있게 해준다. 또한, 동축 전송 모드와 유전체 판부의 내측 및 외측이 편평한 경우의 동축 케이블의 장점으로서 비평형 전송을 연속적으로 유지할 수 있다. 또한, 결합 커패시터와의 정합을 위해서 복수개의 주파수를 설정할 수 있기 때문에 광대역 주파수에서 신호를 전송할 수 있다. 따라서, 본 발명의 결합 장치는 차량 무선 송수신기에 적합하도록 종래의 장치에 의해서는 얻을 수 없는 놓은 전송 효율이 필요한 전송용 동축케이블에 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 장치에 사용된 동축 케이블 결합 장치는 하나 이상의 단일 중심 전극을 갖는 복수개의 전극을 갖는 것에 적합하다. 제33도는 복수개의 중심 전극을 각기 갖는 내부 및 외부 결합 장치(100A, 200A)를 포함하는 안테나를 도시한다.
제33도에 도시된 안테나 장치는 상이한 주파수들을 갖는 전파를 각기 수신하기 위한 복수개의 안테나(300A, 300B)를 포함한다. 외부 결합 장치(200A)는 2개의 중심 전극(202A, 202B)와, 안테나(300A, 300B)와 상기 전극(202A, 202B) 사이에 각기 마련된 2개의 안테나 정합 회로(206A, 206B)를 포함한다. 안테나 정합회로(206B)가 회로(206A)와 동일한 형상을 취하므로 제33도에서는 상세하게 도시하지 않았다.
제33도의 안테나 장치는 안테나 측의 중심 전극(202A, 202B)에 대응하는 복수개의 중심 전극(106A, 106B)을 포함하는 내부 결합 장치(100A)를 포함한다. 중심 전극(106A)와 케이블(41) 사이에는 제31도의 정합 회로(107)과 측정 회로(108)에 대응하는 정합 회로(107A)와 측정 회로(108A)가 마련된다. 또한, 중심 전극(106B)와 동축 케이블(41) 사이에는 회로(107, 108)과 각기 동일한 구조를 갖는 (상세하게는 도시하지 않은) 정합 회로(107B)와 측정 회로(108B)가 마련된다. 이러한 구성을 취함으로써 이 실시예는 제15(a)도 및 제15(b)도에 도시된 실시예에서와 동일한 기능 및 효과를 갖는다.

Claims (16)

  1. 유전체 판을 통해서 동축 케이블들을 서로 결합하는 장치에 있어서, 유전체 판을 통해서 서로 대향하게 배열되고 각각의 동축 케이블의 특정 중심 도체에 각기 접속된 한쌍의 중심 전극과, 유전체 판을 통해서 서로 대향하게 배열되고 각각의 중심 전극을 각기 둘러싸고 각각의 동축 케이블의 특정 외부 도체에 접속된 한쌍의 외부 전극과, 중심 전극과 동축 케이블의 중심 도체 사이에 마련된 정합 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 한쌍의 중심 전극의 적어도 한쪽이 서로 독립적인 복수개의 평면 전극으로 형성된 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  3. 제1항에 있어서, 한쌍의 중심 전극과 정합 회로의 양자 모두가 동축 케이블의 외부 도체에 접속된 차폐 케이스에 설치된 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  4. 제3항에 있어서, 한쌍의 중심 전극의 적어도 한쪽이 서로 독립적인 복수개의 평면 전극으로 형성된 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  5. 제4항에 있어서, 각가의 평면 전극이 상이한 대역 통과 특성을 갖는 복수개의 정합 회로를 통해 하나의 동축 케이블의 중심 도체에 접속된 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  6. 제4항에 있어서, 각각의 평면 전극이 상이한 대역 통과 특성을 갖는 복수개의 정합 회로를 통해 복수개의 동축 케이블의 중심 도체에 접속된 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  7. 제1항에 있어서, 정합 회로가 중심 도체와 중심 전극 사이에 접속된 인덕터 및/또는 외부 전극과 중심 전극 사이에 접속된 또 다른 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  8. 제1항에 있어서, 정합 회로가 가변 저항 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  9. 제1항에 있어서, 동축 케이블이 환형 코어에 의해 로드된 것을 특징으로 하는 동축 케이블 결합 장치.
  10. 유전체 판과, 이 유전체 판상에 설치된 안테나부와, 유전체 판을 통해서 안테나에 고주파 전력을 공급하는 동축 케이블을 포함하는 안테나 장치에 있어서, 유전체 판의 양 측면에 서로 대향하게 마련되고 이들중 한쪽 측면에 있는 것이 동축 케이블의 중심 도체에 접속된 한쌍의 중심 전극과, 유전체 판의 양측면에 서로 대향하게 배열되어 각기 중심 전극들을 둘러싸고 이들중 한쪽 측면에 있는 것이 그 측면에 있는 동축 케이블의 외부 도체에 접속된 한쌍의 외부 전극과, 한쪽 측면에 있는 동축 케이블의 중심 도체와 중심 전극 사이에 마련된 제1정합 회로와, 다른쪽 측면에 있는 동축 케이블의 중심 도체와 중심 전극 사이에 마련된 제2 정합 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제10항에 있어서, 제1정합 회로가 가변 정합 회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제11항에 있어서, 중심 전극중 적어도 하나가 서로 특징적인 복수개의 평면전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제10항에 있어서, 각각의 제1 및 제2 정합 회로가 중심 도체와, 유전체 판의 임의의 표면 상에 있는 동축 케이블의 중심 도체와 중심 전극 사이에 접속된 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  14. 제10항에 있어서, 정합 회로들이 한쪽의 정합 회로가 다른쪽의 정합 회로로서의 기능을 수행하는 방식으로 하나의 정합 회로로 된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  15. 제10항에 있어서, 정합 표시 장치가 정합 상태를 표시하기 위해 결합 장치에 마련된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  16. 제15항에 있어서, 정합 표시 장치와 중심 전극 및 정합 회로가 동축 케이블의 외부 도체에 접속된 차폐 케이스에 설치된 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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