KR100882157B1 - 멀티밴드 안테나 및 통신장치 - Google Patents

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Abstract

멀티밴드 대응이 가능한 소형의 멀티밴드 안테나를 제공한다. 복수의 주파수대의 고주파 신호를 방사 가능한 메인 엘리먼트(10)에 있어서 급전시의 전계의 강도가 상대적으로 크게 되는 부위에 제 1 서브 엘리먼트(11)를 배치하고, 메인 엘리먼트(10)에 있어서 급전시의 전계의 강도가 상대적으로 작아지는 부위에 제 2 서브 엘리먼트(12)를 배치한다. 그리고, 스위치 기구(14)에 제 1 레벨의 제어신호를 입력하여 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)를 그 일단부를 전기적으로 개방 상태로 함으로써 무급전 방사 소자로서 작용시키고, 다른 한편, 제 2 레벨의 제어신호를 입력하여 그 일단부를 직접 또는 소정의 공진회로를 통하여 접지함으로써 메인 엘리먼트(10)에 고주파 결합하는 전기적 단락 소자로서 작용시키고, 이로써, 메인 엘리먼트(10)로부터 방사되는 고주파 신호를 복수의 주파수대의 어느 하나로 전환한다.
멀티밴드 안테나, 통신장치, 회로기판

Description

멀티밴드 안테나 및 통신장치{Multi-band antenna and communication device}
본 발명은, 예를 들면, 소리, 화상(정지화상, 동화상), 데이터 등의 복수의 미디어에 대응 가능한 휴대전화무선기, PDA(Personal Digital Assistance) 등의 휴대형의 통신장치 및 그것에 내장되는 멀티밴드 안테나에 관한 것이다.
휴대전화무선기 등으로 대표되는 휴대형의 통신장치의 진보는 놀라운 것이 있다. 최근에는, 이들의 통신장치에 있어서도, 단순한 통화뿐만 아니라, 데이터 통신 내지 화상 통신을 포함시킨 멀티미디어화의 경향이 있다. 이러한 경향에 호응하여, 휴대전화무선기 또는 이동통신장치의 안테나에 대해서도, 소형이고, 또한, 복수의 주파수대(밴드)에 있어서 통신 가능한 멀티밴드 안테나가 요망되고 있다.
종래의 이러한 종류의 멀티밴드 안테나로서는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 제(평)11-136025호에 기재된 안테나 장치(종래예 1), 일본 공개특허공보 제(평)10-209733호에 기재된 안테나 장치(종래예 2), 일본 공개특허공보 제(평)11-68456호에 기재된 안테나 장치(종래예 3), 일본 공개특허공보 2002-335117호에 기재된 안테나 장치(종래예 4), 일본 공개특허공보 2003-124730호에 기재된 안테나 장치(종래예 5)가 있다.
종래예 1에 기재되어 있는 안테나 장치는, 직방체 형상의 베이스(基體)의 한쪽 주면 전체면에 형성된 접지(ground) 전극과, 베이스의 다른쪽 주면상에서 일단이 개방단이며 타단이 접지단(접지 전극에 접속)이 되는 방사전극과, 방사전극의 개방단에 제 1 갭을 개재하여 근접하여 형성된 급전 전극과, 방사전극의 개방단에 제 2 갭을 개재하여 근접하여 형성된 1개 이상의 제어전극과, 제어전극과 접지 전극의 사이를 접속/비접속으로 하기 위한 스위치를 구비하고, 이 스위치를 온-오프하여 전체의 정전용량의 크기를 변화시킴으로써, 방사전극의 공진 주파수를 바꾸어 사용할 수 있도록 한 것이다.
종래예 2에 기재되어 있는 안테나 장치는, 종래예 1과 같은 접지 전극, 방사전극, 급전 전극 외에, 방사전극과 연속하여 일체로 형성된 1개 이상의 보조 방사전극과, 이 보조 방사전극과 접지 전극의 사이를 고주파적으로 접속/비접속으로 하기 위한 스위치를 구비하고, 이 스위치를 온-오프하여 방사전극의 접지부분의 인덕턴스(inductance) 성분을 변화시킴으로써, 방사전극의 공진 주파수를 바꾸어 사용할 수 있도록 한 것이다.
종래예 3에 기재되어 있는 안테나 장치는, 직방체 형상의 베이스의 표면에, 종래예 1과 같은 접지 전극, 방사전극, 급전 전극을 구비한 것에 있어서, 베이스의 표면상에, 주파수 전환수단(반도체 스위치)을 설치하고, 이 주파수 전환수단을 동작시켜 인덕턴스 성분 또는 정전용량 성분을 변화시킴으로써, 방사전극의 공진 주파수를 바꾸도록 한 것이다.
종래예 4에 기재되어 있는 안테나 장치는, 접지 도체부를 갖는 실장기판상에 체 형상의 베이스를 실장하고, 이 베이스의 표면에, 일단이 개방단이고 타단이 접지단이 되는 방사전극과 안테나측 제어용 전극(종래예 1의 제어전극에 상당)을 설치하는 동시에, 실장기판상에, 접지로부터 뜬 상태의 기판측 제어용 전극과, 이 기판측 제어용 전극을 접지 도체부에 고주파적으로 접속하기 위한 공진 주파수 조정수단(인덕턴스 성분과 정전 용량성분의 적어도 한쪽을 갖는 땜납 브리지, 스트립 등)을 설치하고, 이 공진 주파수 조정수단의 임피던스를 바꿈으로써, 방사전극의 공진 주파수를 가변으로 한 것이다.
종래예 5에 기재되어 있는 안테나 장치는, 각각, 그 일단이 개방단이고, 2분기된 한쪽의 타단이 접지단, 다른쪽의 타단이 급전단으로 되는 2종류의 안테나 엘리먼트(상술한 방사전극에 상당)와, 각각의 안테나 엘리먼트와 실장기판의 접지 도체부를 도통/비도통으로 하기 위한 2종류의 스위치를 구비하고, 이들의 스위치의 한쪽과 다른쪽을 상호 배반적으로 온-오프로 함으로써, 장치 전체의 공진 주파수를 바꾸도록 한 것이다.
최근의 이동통신장치에 탑재되는 멀티밴드 안테나에는, AMPS(Advanced Mobil Phone System)(824MHz 내지 894MHz), GSM(Global System for Mobile Communications)900(880MHz 내지 960MHz), GSM1800(1710MHz 내지 1880MHz), DCS(Digital Cellular System)(1710MHz 내지 1850MHz), PCS(Personal Communications System1900(1850MHz 내지 1990MHz), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)(1920MHz 내지 2170MHz)와 같은 복수의 밴드를 복합적으로 사용할 수 있는 것이 요망된다.
종래예 1 내지 종래예 4의 안테나 장치는, 각각, 표면 실장형 안테나를 주된 구성 요소로서 포함하기 때문에, 매우 소형이고, 휴대전화무선기, 또는, 이동통신장치에 내장하는 경우에 매우 적합하다. 그러나, 이러한 안테나 장치는, 밴드수를 많게 하면, 밴드 전환기구가 복잡해진다. 또한, 방사전극에 큰 리액턴스가 부가되기 때문에, 안테나의 이득이 저하된다. 게다가, 공진 주파수의 협대역화가 문제로 된다.
종래예 5의 안테나 장치에서는, 밴드수의 증가에는 대응이 가능하지만, 2종류의 안테나 엘리먼트를 실질적으로 동일 평면에 배치할 필요가 있는 등의 제약이 있고, 또한, 각 안테나 엘리먼트가 특수하고 또 복잡한 형상이 되기 때문에, 안테나 엘리먼트용의 면적을 충분히 확보해야 하여, 소형화가 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해서, 멀티밴드 대응이 가능하고, 전환기구의 복잡함도 회피할 수 있는 소형이고 또한 광대역의 멀티밴드 안테나, 이 멀티밴드 안테나를 갖는 통신장치 및 이 통신장치의 부품이 되는 회로기판을 제공하는 것을, 그 과제로 한다.
본 발명의 멀티밴드 안테나는, 복수의 주파수대의 고주파 신호를 방사 가능한 메인 엘리먼트와, 상기 메인 엘리먼트에 있어서 급전시의 전계의 강도가 상대적으로 커지는 부위에 상기 메인 엘리먼트와 소정 간격으로 설치된 제 1 서브 엘리먼트와, 상기 메인 엘리먼트에 있어서 급전시의 전계의 강도가 상대적으로 작아지는 부위에 상기 메인 엘리먼트 및 상기 제 1 서브 엘리먼트와 소정 간격으로 설치된 제 2 서브 엘리먼트와, 상기 메인 엘리먼트에 대한 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트의 전기적인 작용을 변화시킴으로써, 상기 메인 엘리먼트로부터 방사되는 고주파 신호를 상기 복수의 주파수대의 어느 하나로 바꾸는 스위치 기구를 구비하여 이루어진다.
이러한 멀티밴드 안테나에 의해, 엘리먼트 구조를 조금도 바꾸지 않고, 공진 주파수를 변화시켜 복수의 공진 주파수를 얻을 수 있다.
상기 스위치 기구는, 예를 들면, 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트의 일단부와, 미리 형성된 복수 종류의 전기회로 요소를 외부로부터 입력된 제어신호에 의해 전환 접속하기 위한 반도체 스위치를 포함한다. 이로써, 복수의 공진 주파수를 외부로부터 수시로 바꿀 수 있게 된다.
이 반도체 스위치는, 예를 들면, 제 1 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트를, 각각 그 일단부를 전기적으로 개방 상태로 함으로써 상기 메인 엘리먼트에 대한 무급 전반사 소자로서 작용시키고, 다른 한편, 상기 제 1 레벨과 다른 제 2 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 일단부를 직접 또는 소정의 공진회로를 통하여 접지함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 결합하는 전기적 단락소자로서 작용시킨다. 또는, 반도체 스위치는, 제 1 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트를, 각각 그 일단부를 제 1 공진회로를 통하여 접지함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 결합하는 제 1 전기적 단락소자로서 작용시키고, 다른 한편, 상기 제 1 레벨과 다른 제 2 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 일단부를 상기 제 1 공진회로와 전기정수가 다른 제 2 공진회로를 통하여 접지함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 결합하는 제 2 전기적 단락소자로서 작용시킨다.
본 발명의 어떤 실시 형태에서는, 상기 제 1 서브 엘리먼트는, 상기 메인 엘리먼트에 용량 결합함으로써 결합 용량분의 리액턴스를 상기 메인 안테나에 부여하는 리액턴스 조정용 소자로서 작용하고, 상기 제 2 서브 엘리먼트는, 상기 메인 엘리먼트와 유도 결합함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 신호를 여기시키는 무급전 유도소자로서 작용한다. 상기 제 1 서브 엘리먼트는, 상기 제 2 서브 엘리먼트와 상기 메인 엘리먼트 사이의 결합 용량치를 상쇄시키는 사이즈로 성형된다.
본 발명의 멀티밴드 안테나에 있어서의 구체적인 형태로서는, 상기 메인 엘리먼트의 전기적인 길이는, 상기 복수의 주파수대 중에서 선정된 설정 주파수의 약 nλ/8(n=1, 2,···)이고, 상기 제 2 서브 엘리먼트의 전기적인 길이는, 설정 주파수의 약 (2n+1)λ/4(n=0,1,2,···) 또는 약 nλ/2(n=1, 2,···)이다. 또한, 상기 메인 엘리먼트가 역L형상, 역F형상 또는 직사각형상의 도전박막이고, 상기 제 2 서브 엘리먼트가 미앤더(meander)형상 또는 직사각형상의 도전박막이다.
통신장치로의 실장을 쉽게 하는 관점에서는, 통신장치에 장착 또는 내장 가능한 사이즈의 베이스를 구비하도록 한다. 이 베이스에는, 접지도체와 유전체제의 엘리먼트 설치 베이스가 설치되어 있다. 상기 엘리먼트 설치 베이스에는, 상기 접지도체에 대하여 소정 간격을 유지하는 메인 엘리먼트 설치층과, 소정 두께의 유전체층과, 서브 엘리먼트 설치층이 이 순서로 적층되어 있고, 상기 메인 엘리먼트 설치층에는 상기 메인 엘리먼트가 장착되어 있고, 상기 서브 엘리먼트 설치층에는, 상기 제 1 서브 엘리먼트와 상기 제 2 서브 엘리먼트가 소정 간격으로 평행하게 장착되어 있다.
통신장치로의 실장을, 보다 쉽게 하는 관점에서는, 통신장치에 내장되는 회로기판의 표면부와 이면부의 한쪽 면부에, 상기 메인 엘리먼트가 표장(表裝) 또는 도전패턴으로서 형성되고, 상기 회로기판의 다른쪽 면부 중 상기 메인 엘리먼트의 전기적 영향을 받는 부위에, 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트가 도전패턴으로서 형성되어 있는 멀티밴드 안테나로 한다.
본 발명의 회로기판은, 통신장치에 내장되고, 상기 통신장치의 구성 부품을 실장하기 위한 유전체제의 회로기판으로서, 그 표면부와 이면부 사이에서 전기적 영향을 받는 안테나 영역을 갖고, 상기 안테나 영역의 표면부와 이면부의 한쪽 면부에, 메인 엘리먼트가 표장 또는 도전패턴으로서 형성되고, 상기 안테나 영역의 표면부와 이면부의 다른쪽 면부에, 제 1 서브 엘리먼트 및 제 2 서브 엘리먼트가 도전패턴으로서 형성되어 있는, 멀티밴드 안테나의 기능을 갖는 회로기판이다.
본 발명의 통신장치는, 상술한 멀티밴드 안테나를 케이스내에 수납하여 이루어지고, 이 멀티밴드 안테나가 구비하는 상기 스위치 기구를 제어신호로 제어함으로써, 복수의 주파수대 중에서 선정한 설정 주파수의 고주파 신호를 상기 메인 안테나로부터 방사시키도록 구성되어 있는 것이다.
본 발명에 의하면, 소형, 멀티밴드에 대응할 수 있고, 통신장치로의 장착 내지 내장에도 적합한 멀티밴드 안테나를 실현할 수 있다. 이러한 멀티밴드 안테나를 장착 내지 내장함으로써, 통신장치의 일례인 휴대무선기 및 이동 무선기의 용도를 대폭적으로 확장할 수 있다. 그 결과, 휴대, 이동 단말 등의 다양화를 도모할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 멀티밴드 안테나의 기본적인 구성도.
도 2는, 제 1 상태일 때의 메인 엘리먼트, 제 1 서브 엘리먼트 및 제 2 서브 엘리먼트의 관계를 도시하는 도면.
도 3은, 제 1 상태일 때의 메인 엘리먼트, 제 1 서브 엘리먼트 및 제 2 서브 엘리먼트의 관계를 도시하는 도면.
도 4는, 제 1 상태 및 제 2 상태에 있어서의 멀티밴드 안테나의 주파수- VSWR 특성도.
도 5는, 제 2 서브 엘리먼트에 접속되는 트랩회로의 구성예를 도시한 도면이고, 도 5a는 유도성 소자 및 용량성 소자의 병렬 공진회로, 도 5b는 직렬 공진회로, 도 5c는 직병렬 공진회로의 예를 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6c는, 멀티밴드 안테나를 휴대무선전화기에 탑재한 상태를 도시하기 위한 설명도.
도 7은, 스위치 기구의 제 1 응용예를 도시하는 도면.
도 8은, 도 7의 스위치 기구에 있어서의 VSWR-주파수 특성도.
도 9는, 스위치 기구의 제 2 응용예를 도시하는 도면.
도 10은, 도 9의 스위치 기구에 있어서의 VSWR-주파수 특성도.
도 11은, 멀티밴드 안테나를 통신장치에 장착시키는 베이스의 외관 사시도(주요부).
도 12는, 도 11에 있어서 베이스를 화살표 방향에서 본 측면도.
도 13은, 안테나 엘리먼트의 설치 베이스의 구조 및 사이즈를 설명하기 위한 도면이고, 도 13a는 평면도, 도 13b는 그 측면도.
도 14a는, 엘리먼트 설치 커버(70)의 정면도이고, 도 14b는 그 측면도.
도 15a는, 설정 가능한 밴드 및 그 때의 설정 주파수(공진 주파수)의 관계를 나타내는 도표, 도 15b는 소망의 밴드를 선택할 때의 제어신호 CONT의 전압치를 나타낸 도표.
도 16은, 본 발명의 실시예에 의한 멀티밴드 안테나의 구성도.
도 17a, 도 17b는, 제어신호를 0[V]와 3[V]로 바꾼 경우의 VSWR-주파수 특성도.
도 18a, 도 18b는, 제어신호를 0[V]와 3[V]로 바꾼 경우의 이득 특성도.
도 19a는 멀티밴드 안테나 기능을 갖는 회로기판의 안테나 영역부분의 정면도, 도 19b는 그 배면도, 도 19c는 안테나 영역부분의 표리면부의 관계를 밝히기 위한 단면도.
[안테나의 기본 구성]
본 발명의 멀티밴드 안테나의 기본적인 구성도를 도 1에 도시한다. 본 발명의 멀티밴드 안테나는, 소리, 화상(정지화상, 동화상), 데이터 등의 복수의 미디어에 대응 가능한 휴대전화무선기, PDA 등의 이동 가능한 휴대형의 통신장치에 탑재된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 멀티밴드 안테나는, 급전단자(18)로부터 공급된 고주파 신호를 방사 가능한 메인 엘리먼트(10)를 갖는다. 메인 엘리먼트(10)는, 예를 들면 구리(銅)재를 성형한 도전성 박판으로 형성된다. 메인 엘리먼트(10)의 표면부 및 이면부의 한쪽, 예를 들면 표면부는, 복수의 주파수의 신호를 방사할 수 있는 방사면부이다.
메인 엘리먼트(10)에 있어서, 급전시의 전계 강도가 가장 커지는 방사면부의 외주단부 부근에는 제 1 서브 엘리먼트(11)가 설치되어 있다.
제 1 서브 엘리먼트(11)의 주면부, 즉 표면적이 상대적으로 큰 면부와 메인 엘리먼트(10)의 방사면부는, 소정 간격 d1로 대향하고 있고, 이로써, 급전시에, 메인 엘리먼트(10)와 제 1 서브 엘리먼트(11)가 용량 결합하도록 되어 있다. 도시한 바와 같은 장척 띠형으로 성형한 제 1 서브 엘리먼트(11)의 경우, 그 선단부는, 메인 엘리먼트(10)의 방사면부상에서, 자유단으로 되어 있다. 또한, 제 1 서브 엘리먼트(11)의 다른쪽의 단부, 즉 기단부는, 메인 엘리먼트(10)의 일단부로부터 연장되어, 스위치 기구(14)의 한쪽 끝과 도통하고 있다.
제 1 서브 엘리먼트(11)의 주면부의 면적은, 조정하고자 하는 결합 용량의 크기로 결정된다. 면적이 커질 수록, 결합 용량은 커진다. 이와 같이, 제 1 서브 엘리먼트(11)는, 그 주면부의 면적이 중요하고, 그 형상, 장척방향의 길이는, 그다지 중요하지 않다. 주면부의 면적을 보다 크게 확보할 필요가 있는 경우는, 도시 한 바와 같은 장척 띠형 대신에, 예를 들면 미앤더형상(지그재그형상)으로 성형하면 좋다.
메인 엘리먼트(10)의 방사면의 거의 중앙부, 즉 급전시의 전계 강도가 상대적으로 작아지는 부위에는, 제 2 서브 엘리먼트(12)가 설치되어 있다. 도시한 바와 같이 메인 안테나(10)가 장척 박판형으로 성형되어 있는 경우, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 주면부는, 메인 엘리먼트(10)의 방사면과 소정 간격 d2로 평행하게 대향하고, 이로써, 급전시에, 메인 엘리먼트(10)와 제 2 서브 엘리먼트(11)의 사이에서 유도 결합(자계 결합)하도록 되어 있다. 제 1 서브 엘리먼트(11)와 달리, 제 2 서브 엘리먼트(12)는 유도 결합이기 때문에, 장척방향의 길이가 중요하게 된다.
제 2 서브 엘리먼트(12)의 선단부는, 메인 엘리먼트(10)의 방사면상에서, 자유단으로 되어 있다. 제 2 서브 엘리먼트(12)의 다른쪽의 단부, 즉 기단부는, 메인 엘리먼트(10)의 단부로부터 연장되고, 트랩회로(13)의 한쪽 끝과 도통하고 있다. 제 1 서브 엘리먼트(11)의 기단부와 제 2 서브 엘리먼트(12)의 기단부의 간격은, 사용 주파수의 「돌아들어감」을 실용상 회피할 수 있는 간격으로 한다. 이들의 사이즈 등에 대해서는, 후술한다.
트랩회로(13)의 다른쪽 끝은, 스위치 기구(14)의 한쪽 끝과 전기적으로 접속되어 있다.
이 트랩회로(13)는 유도성 소자 및 용량성 소자로 이루어지는 것이며, 제 2 서브 엘리먼트(12)에 의한 메인 엘리먼트(10)로의 고주파 결합의 정도를 완화시키는 것이다.
스위치 기구(14)의 다른쪽 끝은, 접지단자, 즉 급전시에 접지전위가 되는 단자에, 전기적으로 접속되어 있다. 이 스위치 기구(14)는, 외부로부터의 제어신호 CONT에 기초하여 개폐동작을 한다. 「개방」 동작시에는, 제 1 서브 엘리먼트(11)의 기단부 및 트랩회로(13)의 다른쪽 끝이 아무런 전기적 접속이 없는 개방상태로 하고, 다른 한편,「폐쇄」 동작시에는 접지전위 상태로 한다. 설명의 편의상, 개방상태를 제 1 상태, 접지전위 상태를 제 2 상태라고 부른다.
또, 도 1에서는, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)는, 모두 메인 엘리먼트(10)의 방사면부의 상방에 설치한 예를 도시하고 있지만, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)의 한쪽, 또는, 양쪽은, 메인 엘리먼트(10)의 이면부측에 설치하고 있어도 좋다.
<멀티밴드 안테나의 동작>
이상과 같이 구성되는 멀티밴드 안테나는, 아래와 같이 동작한다.
[제 1 상태]
제 1 상태일 때, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)는, 메인 엘리먼트(10)에 대한 전기적 영향이 거의 없는 무급 전반사 소자가 된다. 트랩회로(13)의 영향도 없다. 도 2는, 이 상태를 파선으로 나타내고 있다. 이 때, 메인 엘리먼트(10)는, 도 4의 주파수-VSWR 특성도에 있어서 실선으로 도시된 바와 같이, 급전단자(18)로부터 공급된 고주파 신호를, 자기에 설정되어 있는 제 2 공진 주파수(f2)로 공진하는 「선단 개방 안테나」로서 동작한다.
[제 2 상태]
제 2 상태일 때, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)는, 모두 무급전 소자가 된다. 따라서, 메인 엘리먼트(10)는, 「무급전 소자 부착 안테나」로서 동작한다. 도 3은, 이 상태를 실선으로 나타내고 있다. 이 때, 메인 엘리먼트(10)는, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)와 용량 결합하고, 그 용량 결합의 강도(이 강도를 「결합 용량치」라고 한다)에 따른 리액턴스가 부가된다. 메인 안테나(10)와 제 1 서브 엘리먼트(11)의 결합 용량치는 C1이다. 메인 안테나(10)와 제 2 서브 엘리먼트(12)의 사이에도 결합 용량치(C0)가 생긴다.
이들의 결합 용량치(C1, C0)의 영향으로, 메인 엘리먼트(10)의 공진 주파수는, 메인 엘리먼트(10) 자체의 공진 주파수(제 2 공진 주파수(f2))와는 다른 제 1 공진 주파수(f1)가 된다.
메인 엘리먼트(10)에 있어서의 공진 주파수의 변화량은, 부가된 리액턴스의 값, 특히, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)에 의해 부가되는 결합 용량치(C0, C1)에 의존한다. 결합 용량치가 커짐에 따라서, 메인 엘리먼트(10)에 있어서의 공진 주파수는 낮아지는 방향으로 변화한다.
또한, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)의 용량 결합에 의한 결합 용량치(C0, C1)는, 어떤 주파수 이상에 있어서 고주파적으로 저임피던스가 되고, 각 서브 엘리먼트(11, 12)가 메인 엘리먼트(10)의 전기적 단락점으로서 작용한다. 그 때문에, 멀티밴드 안테나는, 제 4 공진 주파수(f4)로 공진하는 선단 단 락 안테나로서도 동작한다.
또한, 제 2 서브 엘리먼트(12)가 무급전 유도소자로서 작용하고, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 제 3 공진 주파수(f3)가 메인 엘리먼트(10)에 여진된다. 이 때, 제 2 서브 엘리먼트(12)가 갖는 메인 엘리먼트(10)의 대략 제 2 공진 주파수(f2)에 대응한 주파수가 되도록 그 전기정수가 정해진 트랩회로(13)에 의해, 제 2 서브 엘리먼트(12)에 의한 제 2 공진 주파수(f2)로의 영향을 작게 할 수 있다.
제 2 공진 주파수(f2)에 대한 제 1 공진 주파수 f1, f3, f4의 관계는, 도 4의 주파수-VSWR 특성도에 있어서, 파선으로 나타난다.
[엘리먼트의 형상·구조 등]
메인 엘리먼트(10)는, 복수의 주파수의 고주파 신호를 방사할 수 있는 구조이면, 그 형상은 임의라도 좋다. 예를 들면, 직사각형상 박판 외에, 고주파대의 안테나용 엘리먼트로서 잘 알려져 있는 역L형상, 역F형상, 미앤더형상 그 밖의 형상으로 할 수 있다.
메인 엘리먼트(10)의 공진 주파수(제 2 공진 주파수(f2))는, 사용 주파수 대역내에 실질적으로 들어가도록 설계된다. 사용 주파수 대역내에 임의로 설정한 설정 주파수가 되도록 하기 위해서는, 사용 주파수대의 파장을 λ로 하면, 메인 엘리먼트(10)의 전기적인 길이를 약 nλ/8(n=1, 2,···)로 하면 좋다.
제 1 서브 엘리먼트(11)는, 제 1 상태일 때는 무급 전반사 소자, 제 2 상태일 때는 전기적 단락소자 및 무급전 소자, 특히, 메인 엘리먼트(10)에 대한 리액턴스 조정소자로서 작용한다. 제 2 상태일 때는 상기한 바와 같이 작용하기 때문에, 소망의 공진 주파수로 하기 위해서 비교적 큰 결합 용량치(C1)를 필요로 하는 경우가 있다. 또한, 제 2 서브 엘리먼트(12)와 메인 엘리먼트(10) 사이의 결합 용량치(C0)를 상쇄하는 사이즈로 성형되어 있다.
이 때문에, 제 1 서브 엘리먼트(11)는, 전계가 최적으로 결합하도록 메인 엘리먼트(10)의 전계가 집중하는 부위에 배치되지만, 상기 간격 d1과 제 1 서브 엘리먼트(11)의 표면부의 면적도 중요하게 된다. 결합 용량치(C1)는, 간격 d1과 상기 면적으로부터 결정되기 때문이다.
공진 주파수가 사용 주파수대에서 설정한 주파수가 되도록 결합 용량치(C1)를 설계하는 순서는, 다음과 같다. 우선, 사용하는 통신장치의 케이스 내에 수납할 수 있는 안테나 케이스의 높이와, 요구되는 안테나 성능으로부터 결정되는 엘리먼트간의 간격으로부터 상기 간격 d1을 설정한다. 다음에, 필요한 결합 용량치(C1)가 얻어지도록, 제 1 서브 엘리먼트(11)의 주면부의 면적을 조정한다.
제 2 서브 엘리먼트(12)는, 제 1 상태일 때는 무급 전반사 소자, 제 2 상태일 때는 무급전 유도소자 및 전기적 단락소자로서 작용한다. 즉, 제 1 서브 엘리먼트(11)의 용량 결합에 의한 결합 용량치(C1)가, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 용량 결합에 의한 결합 용량치(C0)보다도 작은 경우, 결합 용량치(C0)가 상대적으로 커지는 제 2 서브 엘리먼트(12)가 메인 엘리먼트(10)의 전기적 단락점으로서 작용한다.
이 제 2 서브 엘리먼트(12)는, 메인 엘리먼트(10)로의 리액턴스 부가의 저감(용량 결합 저감)과, 최적으로 유도 결합을 가능하게 하기 위해서, 메인 엘리먼트(10)의 전계의 집중이 작은 메인 엘리먼트(10)의 중앙부 부근에 배치된다. 그러나, 메인 엘리먼트(10)로의 리액턴스 부가의 저감(용량 결합 저감)이 불충분한 경우가 있기 때문에, 사용하는 주파수로 고임피던스가 되도록, 그 전기정수가 정해진 트랩회로(13)를 제 2 서브 엘리먼트(12)에 삽입한다. 트랩회로(13)는, 메인 엘리먼트(10)의 대략 제 2 공진 주파수(f2)에 설정된다. 이로써, 제 1 상태 및 제 2 상태일 때, 메인 엘리먼트(10)의 대략 제 2 공진 주파수(f2)로 고임피던스가 되고, 제 2 공진 주파수(f2)로 무급 전반사 소자가 된다. 따라서, 제 2 서브 엘리먼트(12)와 메인 엘리먼트(10)의 용량 결합(C0)에 의한 제 2 공진 주파수(f2)로의 영향을 작게 할 수 있다.
트랩회로(13)는, 유도성 소자 및 용량성 소자를 주요부품으로서 포함하고, 도 5a와 같은 이들의 소자의 병렬 공진회로, 도 5b와 같은 직렬 공진회로, 도 5c와 같은 직병렬 공진회로의 어느 하나에 의해 구성된다.
도 5a와 같은 병렬 공진회로는, 공진시에 고임피던스가 되기 때문에, 어떤 주파수를 통과시키지 않는 용도에 적합하다. 도 5b와 같은 직렬 공진회로는, 공진시에 저임피던스가 되기 때문에, 어떤 주파수만 통과시키는 용도에 적합하다. 도 5c와 같은 직병렬 공진회로는, 어떤 주파수는 통과시키지 않지만, 다른 2개의 주파수를 통과시키는 용도에 적합하다.
제 2 서브 엘리먼트(12)를 소망의 구조로 할 때의 설계순서는, 다음과 같다. 우선, 사용하는 통신장치의 케이스 내에 수납할 수 있는 안테나 케이스의 높이와, 요구되는 안테나 성능으로부터 결정되는 엘리먼트간의 간격으로부터 상기 간격 d2를 정한다. 다음에, 메인 엘리먼트(10)에 여진되는 안테나의 공진 주파수 대역폭 및 VSWR로부터, 최적으로 유도 결합하도록 제 2 서브 엘리먼트(12)의 엘리먼트폭을 설정한다. 이 때, 용량 결합에 의한 결합 용량치(C0)가, 대략, 제 1 공진 주파수(f1) 및 제 2 공진 주파수(f2)로의 영향을 작게 하는 값으로 한다.
제 2 서브 엘리먼트(12)의 공진 주파수(제 3 공진 주파수(f3))는, 사용 주파수 대역내에 실질적으로 들어가도록 설정된다. 사용 주파수 대역내에 실질적으로 들어가는 주파수가 되도록 하기 위해서는, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 길이를 약 (2n+1)λ/4(n=0, 1, 2,···) 또는, 약 nλ/2(n=1, 2,···)가 되도록 하면 좋다.
각 서브 엘리먼트(11, 12)는, 서로 결합하지 않고, 성능에 영향을 주지 않는 간격으로 설정된다. 또한, 메인 엘리먼트(10)와 각 서브 엘리먼트(11, 12)간은 공기층 또는 유전체를 끼우는 구성으로 할 수도 있다. 유전율을 올리면, 작은 면적으로 큰 용량을 얻을 수 있다.
[스위치 기구의 설명]
스위치 기구(14)는, 제어단자에 입력되는 제어신호 CONT에 의해, 통신장치의 소정 부위에 배치되어 있는 접지도체와 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리 먼트(12)의 기단부를 도통 또는 비도통으로 바꾼다. 메카니컬한 것 외에, 반도체 스위치 예를 들면, 범용의 쇼트키 다이오드 외, 용도에 따라서, 아이솔레이션을 중시하는 경우에는 PIN 다이오드, 저전류 동작을 중시하는 경우에는 FET 스위치, IC 스위치, 또한, 강전계, 저왜곡을 중시하는 경우에는 MEMS 스위치 등을 사용할 수 있다.
SPDT(Single Pole Double Throw), SP3T(Single Pole 3 Throw), SP4T(Single Pole 4 Throw) 등의 복수 경로를 선택할 수 있도록 구성할 수도 있다.
<멀티밴드 안테나가 탑재되는 통신장치>
본 발명의 멀티밴드 안테나는, 여러가지 통신장치에 탑재 내지 내장된다. 통신장치가 예를 들면 휴대전화무선기인 경우, 도 6a 내지 도 6c에 도시하는 개소에 본 발명의 멀티밴드 안테나의 탑재가 생각된다. 도 6a는, 휴대전화무선기의 조작부의 배면측에 접지도체, 조작부의 단부에 멀티밴드 안테나(1a)를 장착시킨 예이다. 또한, 도 6b는, 휴대전화무선기의 표시부의 배면측에 접지도체, 표시부의 선단부에 멀티밴드 안테나(1b)를 장착시킨 예이다. 도 6c는 조작부의 배면측에 접지도체, 배면 단부에 멀티밴드 안테나(1c)를 장착시킨 예이다. 케이스 내부에 수용(내장)하는 구성이어도 좋다. 통신장치에는, 사용 주파수대의 전환을 상술한 제어신호 CONT의 신호 레벨의 전환에 의해서 행하는 제어장치를 설치한다.
또, 멀티밴드 안테나는, 요구되는 성능에 따라서, 적절하게, 교환하여 사용하는 것도 가능하다. 이 경우는, 통신장치의 상기 부위에, 각각, 멀티밴드 안테나를 이탈 자유롭게 장착하기 위한 기구를 설치하고, 멀티밴드 안테나에서는 상기 기 구에 적합한 장착기구를 형성하도록 한다.
<응용예>
상술한 예에서는, 스위치 기구(14)의 한쪽 끝에는 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(2; 트랩회로(13)), 다른쪽 끝에는 접지단자가 각각 접속되어 있고, 스위치 기구(14)를 「개방」 동작시킴으로써 멀티밴드 안테나를 제 1 상태로 하여, 「폐쇄」 동작시킴으로써 멀티밴드 안테나를 제 2 상태로 하는 경우가 예를 예시하였지만, 본 발명은, 이러한 예에 한정되지 않고, 여러 가지 안테나 상태를 형성할 수 있다. 이하의 설명에서는, 스위치 기구(14)에 접속하는 전자회로의 응용예를 나타낸다.
도 7은, 제 1 응용예를 도시한다. 스위치 기구(14)로서는, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치 소자를 사용한다. 그리고, 각각 접지도체에 접속되는 스위치 기구(14)의 2개의 피선택 단자 중, 제 1 단자(141)에 리액턴스 소자(유도성 소자 또는 용량성 소자; 142)와 트랩회로(143)의 직렬 회로를 삽입 접속하고, 제 2 단자(144)는, 접지도체에 직접 접속하고, 이들의 2개의 경로를 제어신호 CONT에 의해 선택할 수 있도록 한다.
제 1 단자(141)로부터 리액턴스 소자(142), 트랩회로(143)를 지나서 접지도체에 도달하는 경로를 「A 경로」, 제 2 단자(144)로부터 직접 접지도체에 도달하는 경로를 「B 경로」라고 한다. 트랩회로(143)의 전기정수는, 메인 엘리먼트(10)의 대략 제 2 공진 주파수(f2) 또는 제 2 서브 엘리먼트(12)의 대략 제 3 공진 주파수(f3)에 설정하고, 설정한 각 주파수대에서 고임피던스가 되도록 함으로써, 경 로 선택 시에, 각각의 주파수대에서의 영향을 적게 할 수 있다.
제어신호 CONT에 의해 스위치 기구(14)가 B 경로를 선택하였을 때는, 상기 의 제 2 상태와 같아진다. 즉, 메인 엘리먼트(10)와 제 1 서브 엘리먼트(11)가 용량 결합하여, 제 1 서브 엘리먼트(11)에 의해 메인 엘리먼트(10)에 리액턴스(용량 결합치)가 부가된다. 따라서 메인 엘리먼트(10)의 제 2 공진 주파수(f2)는, 제 1 공진 주파수(f1)로 변화한다. 이 때, 동시에, 용량 결합에 의해 메인 엘리먼트(10)가 결합점을 통하여 전기적으로 단락되고, 이 단락점을 주위장(周圍長)으로 하는 제 4 공진 주파수(f4)로 공진한다.
또한, 제 2 서브 엘리먼트(12)가 무급전 유도소자로서 작용하고, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 제 3 공진 주파수(f3)가 메인 엘리먼트(10)에 여진된다. 도 8의 VSWR-주파수 특성도에 있어서의 실선은, 이 상태에서의 공진 주파수와 VSWR의 관계를 나타낸다.
다른 한편, 제어신호 CONT에 의해 스위치 기구(14)가 A 경로를 선택하였을 때는, 트랩 회로(143)에 의해, 메인 엘리먼트(10)의 대략 제 2 공진 주파수(f2)로 고임피던스가 되고, 각 서브 엘리먼트(11, 12)는, 제 2 공진 주파수(f2)로 무급 전반사 소자가 된다. 따라서 각 서브 엘리먼트(11, 12)에 의한 제 2 공진 주파수(f2)로의 영향이 작아지고, 메인 엘리먼트(10)는, 제 2 공진 주파수(f2)로 동작한다. 또한, 제 2 서브 엘리먼트(12)는 무급전 유도소자로서 작용하고, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 제 3 공진 주파수(f3)가, 메인 엘리먼트(10)에 여진된다.
도 8의 VSWR-주파수 특성도에 있어서의 파선은, 이 상태에서의 공진 주파수 와 VSWR의 관계를 나타내고 있다. 이와 같이, 각 공진 주파수의 선택설정을 바꿀 수 있고, 또한, 리액턴스 소자의 삽입에 의해 각 공진 주파수를 가변하여, 섬세한 설정을 할 수 있다.
<다른 응용예>
도 9는, 제 2 응용예를 도시한다. 여기에서는, 제 1 응용예에 있어서의 제 2 단자(144)에도, 상기 제 1 응용예에 있어서의 것과 동일한 리액턴스 소자(유도성 소자 또는 용량성 소자; 145) 및 트랩회로(146)의 직렬 회로를 삽입 접속하고 있다.
제 1 단자(141)로부터 리액턴스 소자(142), 트랩회로(143)를 지나서 접지도체에 도달하는 경로를 「C 경로(A 경로와 동일함)」, 제 2 단자(144)로부터 리액턴스 소자(145), 트랩회로(146)를 지나서 접지도체에 도달하는 경로를 「D 경로」라고 한다. 트랩회로(143)의 전기정수는, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 대략 제 3 공진 주파수(f3)에 설정한다. 또한, 트랩회로(146)의 전기정수는, 메인 엘리먼트(10)의 대략 제 2 공진 주파수(f2)에 설정한다. 그리고, 설정한 각 주파수대에서 고임피던스가 되도록 함으로써, 경로 선택 시에, 각각의 주파수대에서의 영향을 적게 할 수 있다.
제어신호 CONT에 의해 스위치 기구(14)가 D 경로를 선택하였을 때는, 메인 엘리먼트(10)와 제 1 서브 엘리먼트(11)가 용량 결합되고, 제 1 서브 엘리먼트(11)에 의해 메인 엘리먼트(10)에 리액턴스가 부가된다. 따라서, 메인 엘리먼트(10)의 제 2 공진 주파수(f2)가 변화하여 제 1 공진 주파수(f1)가 된다. 이 때, 트랩회 로(143)에 의해, 대략 제 3 공진 주파수(f3)에서 고임피던스가 되고, 제 3 공진주파수(f3)로 각 서브 엘리먼트(11, 12)가 무급 전반사 소자가 된다. 따라서 제 3 공진 주파수(f3)는 메인 엘리먼트(10)에 여진되지 않는다. 이 때, 동시에, 용량 결합에 의해 메인 엘리먼트(10)가 결합점을 통하여 전기적으로 단락되고, 이 단락점을 주위장으로 하는 제 4 공진 주파수(f4)로 공진한다. 도 10의 VSWR-주파수 특성도에 있어서의 실선은, 이 상태에서의 공진 주파수와 VSWR의 관계를 나타낸다.
다른 한편, 제어신호 CONT에 의해 스위치 기구(14)가 C 경로를 선택하였을 때는, 트랩회로(146)에 의해, 메인 엘리먼트(10)의 대략 제 2 공진 주파수(f2)로 고임피던스가 되고, 제 2 공진 주파수(f2)로 각 서브 엘리먼트(11, 12)가 무급 전반사 소자가 된다. 각 서브 엘리먼트(11, 12)에 의한 제 2 공진 주파수(f2)로의 영향이 작아지고, 메인 엘리먼트(10)는 제 2 공진 주파수(f2)로 동작한다. 또한, 제 2 서브 엘리먼트(12)는 무급전 유도소자로서 작용하고, 제 2 서브 엘리먼트(12)의 제 3 공진 주파수(f3)가 메인 엘리먼트(10)에 여진된다.
도 10의 VSWR-주파수 특성도에 있어서의 파선은, 이 상태에서의 공진 주파수와 VSWR의 관계를 나타낸다.
이와 같이, 각 공진 주파수의 선택 설정을 바꿀 수 있고, 또한, 리액턴스 소자의 삽입에 의해 각 공진 주파수를 가변하여, 섬세한 설정을 할 수 있다.
실시예 1
다음에, 본 발명의 멀티밴드 안테나의 실시예를 구체적으로 설명한다.
여기에서는, 통신장치로의 내장에 적합하도록 소형화된 멀티밴드 안테나의 예를 도시한다. 도 11은, 멀티밴드 안테나를 통신장치에 장착시키는 베이스의 외관 사시도(주요부)이고, 도 12는, 도 11에 있어서 베이스를 화살표 방향에서 본 측면도이다. 이들 도면에 있어서, 기술한 것과 동일 내지 동일시되는 요소에 관해서는, 편의상, 동일 부호를 사용하고 있다.
이 예에 의한 멀티밴드 안테나는, 스위치 기구(14)에 있어서의 접지단자가 접속되는 접지도체(50)의 선단부분에 설치된 유전체 베이스, 예를 들면 에폭시유리재(FR-4)로 이루어지는 베이스(60)상에, 예를 들면 역F형상의 메인 안테나(10)를 싣고, 그 위에, 소정 두께의 에폭시유리재(FR-4)로 이루어지는 엘리먼트 설치 커버(70)를 적층함과 동시에, 이 엘리먼트 설치 커버(70)상에, 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)를 싣고, 제 1 서브 엘리먼트(11)에 대해서는, 그 기단부를 직접, 제 2 서브 엘리먼트(12)에 관해서는 배선(121)을 통하여, 각각, 주변회로(20)에 접속하고, 메인 엘리먼트(10)에 대해서는, 급전라인(181)을 지나서 급전단자(18)에 접속하고, 소정 부위는, 접지라인(191)을 지나서 접지단자(19)에 접속하여 구성된다. 또, 메인 엘리먼트(10)로서 직사각형 박판을 사용한 경우는, 접지는 불필요해진다.
주변회로(20)는, 상술한 트랩회로(13; 143, 146) 및 스위치 기구(14)를 혼재한 회로이다. 이 주변회로(20)에는, 통신장치의 제어회로에서, 상기 제 1 상태와 제 2 상태, A 경로와 B 경로, C 경로와 D 경로를, 각각 선택적으로 바꾸기 위한 제어신호 CONT가 입력된다. 이 제어신호 CONT는, 스위치 기구(14)를 구성하는 스위칭소자가 PIN 다이오드인 경우, 예를 들면, 0 내지 3[V]의 전압이고, 소비전류는 3.0[mA]으로서, 0[V](오프), 3[V](온)과 전압을 변화시킴으로써, 상기 각 상태 내지 경로를 바꾸고, 이로써, 복수의 주파수대역(밴드)의 전환을 가능하게 하고 있다.
다음에, 본 발명의 멀티밴드 안테나를 실장할 때의 설치 베이스의 치수의 일례를 설명한다. 도 13은, 설치 베이스의 구조 및 사이즈를 설명하기 위한 도면이고, 도 13a는 평면도이고, 도 13b는 그 측면도이다. 도 14a는, 엘리먼트 설치 커버(70)의 정면도이고, 도 14b는 그 측면도이다.
도 13에 있어서, 접지도체의 폭 a1은 예를 들면 40mm, 높이 a3은 예를 들면 100mm, 두께 a4는 예를 들면 1.O[mm]이다. 이 접지도체에 실린 설치 베이스의 폭 a2는 예를 들면 38[mm], 높이 a6은 예를 들면 18[mm], 두께 a5는 예를 들면 7.0[mm]이다.
도 14a에 있어서, 엘리먼트 설치 커버의 폭 A는 상기의 a2, 높이 E는 상기 a6이다. 도 14b에 있어서의 두께 H, 즉, 상기 간격 d1 및 d2에 상당하는 치수는, 예를 들면 0.5[mm]이다. 또, 이 두께 H는, 반드시 일정하지 않아도 좋고, 각 서브 엘리먼트(11, 12)의 설치부위에 따라서 두께에 변화가 있어도 좋다.
엘리먼트 설치 커버상의 제 1 서브 엘리먼트(11)의 길이 G는 예를 들면 3.0[mm] 제 2 서브 엘리먼트(12)의 길이 B는 예를 들면 30.0[mm], 메인 엘리먼트(10)의 단부로부터 제 2 서브 엘리먼트(12)의 한쪽의 단부까지의 길이 C는 예를 들면 8.0[mm], 메인 엘리먼트(10)의 단부로부터 제 2 서브 엘리먼트(12)의 다른쪽의 단부까지의 길이 D는 예를 들면 12.0[mm]이다.
이 실시예에 있어서 설정 가능한 밴드 및 그 때의 설정 주파수(공진 주파수)는, 도 15a에 도시하는 바와 같다.
즉, AMPS(824MHz 내지 894MHz)대에서는 상술한 제 1 공진 주파수(f1), GSM900(880MHz 내지 960MHz)대에서는 상술한 제 2 공진 주파수(f2), GSM1800(1710MHz 내지 1880MHz)대에서는 상술한 제 3 공진 주파수(f3), PCS1900(1850MHz 내지 1990MHz)대에서는 상술한 제 4 공진 주파수(f4)이다.
소망의 밴드를 선택할 때의 제어신호 CONT의 전압치는, 도 15b와 같다. 즉, 예를 들면 도 9와 같은 구성에 있어서, AMPS대 또는 PCS1900대를 사용하는 경우는, 제어신호 CONT를 0[V]로 하고, 도 10에 도시되는 바와 같이, 제 1 공진 주파수(f1) 및 제 4 공진 주파수(f4)의 고주파 신호를 메인 엘리먼트(10)의 방사면부로부터 방사시킨다. 다른 한편, GSM900)대 또는 GSM1800대를 사용하는 경우는, 제어신호 CONT를 3[V]로 하고, 제 2 공진 주파수(f2) 또는 제 3 공진 주파수(f3)의 고주파 신호를 메인 엘리먼트(10)의 방사면부로부터 방사시킨다.
도 16은, 본 발명의 안테나 실시예의 구성도를 도시한다.
이 예에 있어서의 메인 엘리먼트(10)는, 역F형상의 구리제의 박판 엘리먼트이고, 급전단자(18)와 접지단자(19)와 접속되어 있다. 메인 엘리먼트(10)에 설정되어 있는 공진 주파수(설정 주파수)는 f2이고, 전기장은, 설정 주파수의 파장을 λf2로 하면, 약 λf2/8이다. 제 2 서브 엘리먼트(12)에 설정되어 있는 공진 주파수(설정 주파수)는 f3이고, 전기장은, 설정 주파수의 파장을 λf3으로 하면, 약 λ f3/2이다. 제 2 서브 엘리먼트(12)와 메인 엘리먼트(10)의 용량 결합에 의해 생기는 결합 용량치(C0)는 3.5[pF]이다. 제 2 서브 엘리먼트(12)에 접속되는 트랩회로는, 유도성 소자(L2)와 용량성 소자(C2)의 병렬회로이고, 유도성 소자(L2)의 리액턴스는 15[nH], 용량성 소자(C1)의 리액턴스는 2[pF]이다. 제 1 서브 엘리먼트(11)에 의해 메인 엘리먼트(10)에 부여되는 용량 결합치(C1)는, 2.5[pF]이다.
스위치 기구(14)는, 도 7에 도시한 것이 채용되어 있다. 즉, 스위치 소자로서, SPDT 반도체 IC 스위치가 사용되어 있고, 공진 주파수 조정용의 리액턴스 소자로서 유도성 소자(L1), 트랩회로로서 유도성 소자(L3)와 용량성 소자(C3)의 병렬회로가 사용되고 있다. 유도성 소자(L1)의 리액턴스는 1.5[nH], 유도성 소자(L3)의 리액턴스는 15[nH], 용량성 소자(C3)의 리액턴스는 2[pF]이다.
이와 같이 구성되는 멀티밴드 안테나에 있어서, 제어신호를 0[V]와 3[V]로 바꾼 경우의 VSWR-주파수 특성은, 도 17a, 도 17b와 같아진다. 도 17a는 AMPS대, GSM1900대에서의 VSWR-주파수 특성, 도 17b는 GSM900대, GSM1800대에서의 VSWR-주파수 특성이다. 또한, 제어신호를 0[V]와 3[V]로 바꾼 경우의 이득 특성은, 도 18과 같아진다. 도 18a는 AMPS대, GSM1900대에서의 이득 특성, 도 18b는 GSM900대, GSM1800대에서의 이득 특성이다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태 및 그것을 구체화한 실시예에 따르면, 제 1 서브 엘리먼트(11)를, 무급 전반사 소자, 리액턴스 조정소자 및 전기적 단락소자로 서 작용시키고, 또한, 제 2 서브 엘리먼트(12)를, 메인 엘리먼트(10)와 다른 주파수에 공진 가능한 무급전 유도소자, 무급 전반사 소자 또는 전기적 단락소자로서 작용시킬 수 있기 때문에, 엘리먼트수를 증가시키지 않고서, 보다 많은 공진 주파수를 가질 수 있고, 소형이면서, 광대역에 대응 가능한 멀티밴드 안테나를 용이하게 실현할 수 있다.
또, 상기 실시형태 및 실시예에 나타낸 각 엘리먼트의 형상, 사이즈를 나타내는 수치, 배치 등은 예시이고, 본 발명의 범위를 이들에 한정하는 취지가 아닌 것은, 물론이다.
실시예 2
다음에, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 상술한 예는, 멀티밴드 안테나를, 주로, 통신장치 등에 장착한 안테나부품으로서 실시하는 경우의 예이지만, 안테나부품으로서가 아닌, 통신장치 등을 구성하고 있는 회로기판 상에 직접 형성되는 도전도금 및 도전패턴으로서 실시할 수도 있다.
즉, 도 19a에 도시하는 바와 같이, 회로기판(80)의 안테나 영역의 표면부를, 예를 들면 도전도금에 의해 표장하고, 이 표장부분을 메인 엘리먼트(10)로 하고, 다른 한편, 도 19b에 도시하는 바와 같이, 회로기판(80)의 안테나 영역의 이면부의 단부부근에 대략 직사각형상의 도전패턴, 대략 중앙부 부근에 장척 박판형의 도전패턴을, 각각 에칭 등에 의해 형성하고, 전자를 제 1 서브 엘리먼트(11), 후자를 제 2 서브 엘리먼트(12)로서 기능시킨다.
도 19c는, 이 회로기판(80)의 안테나 영역부분의 표리면부의 관계를 밝히기 위한 단면도이다. 「안테나 영역」은, 유전체로 이루어지는 회로기판(80) 중, 표면부와 이면부 사이에 금속층이 존재하지 않는 영역을 말한다. 이 실시예의 경우, 회로기판(80)의 두께가, 상술한 간격 d1, d2가 된다. 이와 같이, 회로기판(80)상에 형성된 도전도금 및 도전패턴이라도, 도 1의 기본 구성과 같은 관계가 되고, 상술한 실시예와 같은 효과를 나타낼 수 있다. 도 1에 도시한 트랩회로(13) 및 스위치 기구(14)는, 회로기판(80)의 안테나 영역 이외의 부위에 실장하면 좋다.
이 실시예에서는, 회로기판(80)의 두께를, 거의 멀티밴드 안테나의 높이로 할 수 있다. 그 때문에, 설치 베이스(60), 엘리먼트 설치 커버(70)를 설치하는 경우와 비교하여, 통신장치를 얇게 할 수 있는 이점이 생긴다.
또, 다층기판으로 구성되고, 이들의 층의 일부가 금속층으로 되어 있고, 그 표면부와 이면부의 사이가 차폐되어 있는 회로기판인 경우는, 이 금속층을 절단하여 안테나 영역으로 하거나, 별도로, 안테나 영역을 부가하도록 하면 좋다. 금속층이 존재하지만, 그 금속층이 부분적이고, 예를 들면, 메인 엘리먼트(10)를 예를 들면 역F형상, 역L형상으로 함으로써, 메인 엘리먼트(10)와 제 1 서브 엘리먼트(11) 및 제 2 서브 엘리먼트(12)의 결합 관계에 큰 영향을 주지 않는 다층기판의 경우는, 그대로 안테나 영역으로서 사용하여도 좋다.

Claims (12)

  1. 멀티밴드 안테나에 있어서,
    복수의 주파수대의 고주파 신호를 방사 가능한 메인 엘리먼트와,
    상기 메인 엘리먼트에 있어서 급전시의 전계의 강도가 가장 커지는 부위에 상기 메인 엘리먼트와 소정 간격으로 설치되고, 상기 메인 엘리먼트에 용량 결합함으로써 결합 용량분의 리액턴스를 상기 메인 엘리먼트에 부여하는 리액턴스 조정용 소자로서 작용하는 제 1 서브 엘리먼트와,
    상기 메인 엘리먼트에 있어서 상기 제 1 서브 엘리먼트가 설치되는 부위 이외이며, 급전시의 전계의 강도가 상기 제 1 서브 엘리먼트가 설치된 부위에 비해 상대적으로 작아지는 부위에 상기 메인 엘리먼트 및 상기 제 1 서브 엘리먼트와 소정 간격으로 설치되고, 상기 메인 엘리먼트와 유도 결합함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 신호를 여기시키는 무급전 유도소자로서 작용하는 제 2 서브 엘리먼트와,
    상기 메인 엘리먼트에 대한 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트의 전기적인 작용을 변화시킴으로써, 상기 메인 엘리먼트로부터 방사되는 고주파 신호를 상기 복수의 주파수대의 어느 하나로 바꾸는 스위치 기구를 구비하여 이루어지는, 멀티밴드 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 기구는, 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트의 일단부와, 미리 형성된 복수 종류의 전기회로 요소를 외부로부터 입력된 제어신호에 의해 전환 접속하기 위한 반도체 스위치를 포함하는, 멀티밴드 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치는, 제 1 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트를, 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트 각각의 일단부를 전기적으로 개방상태로 함으로써 상기 메인 엘리먼트에 대한 무급 전반사 소자로서 작용시키고, 다른 한편, 상기 제 1 레벨과 다른 제 2 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 일단부를 직접 또는 소정의 공진회로를 통하여 접지함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 결합하는 전기적 단락소자로서 작용시키는, 멀티밴드 안테나.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치는, 제 1 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트를, 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트 각각의 일단부를 제 1 공진회로를 통하여 접지함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 결합하는 제 1 전기적 단락소자로서 작용시키고, 다른 한편, 상기 제 1 레벨과 다른 제 2 레벨의 제어신호의 입력시에 상기 일단부를 상기 제 1 공진회로와 전기정수가 다른 제 2 공진회로를 통하여 접지함으로써 상기 메인 엘리먼트에 고주파 결합하는 제 2 전기적 단락소자로서 작용시키는, 멀티밴드 안테나.
  5. 삭제
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 서브 엘리먼트가, 상기 제 2 서브 엘리먼트와 상기 메인 엘리먼트 사이의 결합 용량치를 상쇄하는 사이즈로 성형되어 있는, 멀티밴드 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 메인 엘리먼트의 전기적인 길이가, 상기 복수의 주파수대 중에서 선정된 설정 주파수의 nλ/8(n=1, 2,···)이고, 상기 제 2 서브 엘리먼트의 전기적인 길이가 설정 주파수의 (2 n+1)λ/4(n=0, 1, 2,…) 또는 nλ/2(n=1, 2,···)인, 멀티밴드 안테나.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 메인 엘리먼트(10)가 역L형상, 역F형상 또는 직사각형상의 도전박막이고, 상기 제 2 서브 엘리먼트가 미앤더(meander)형상 또는 직사각형상의 도전박막인, 멀티밴드 안테나.
  9. 제 8 항에 있어서,
    통신장치에 장착 또는 내장이 가능한 사이즈의 베이스를 구비하고 있고,
    이 베이스에는, 접지도체와 유전체제의 엘리먼트 설치 베이스가 설치되어 있고, 상기 엘리먼트 설치 베이스에는, 상기 접지도체에 대하여 소정 간격을 유지하는 메인 엘리먼트 설치층과, 소정 두께의 유전체층과, 서브 엘리먼트 설치층이 이 순서로 적층되어 있고,
    상기 메인 엘리먼트 설치층에는 상기 메인 엘리먼트가 장착되어 있고,
    상기 서브 엘리먼트 설치층에는, 상기 제 1 서브 엘리먼트와 상기 제 2 서브 엘리먼트가 소정 간격으로 평행하게 장착되어 있는, 멀티밴드 안테나.
  10. 제 8 항에 있어서,
    통신장치에 내장되는 회로기판의 표면부와 이면부의 한쪽 면부에, 상기 메인 엘리먼트가 표장(表裝) 또는 도전패턴으로서 형성되어 있고, 상기 회로기판의 다른쪽 면부 중 상기 메인 엘리먼트의 전기적 영향을 받는 부위에, 상기 제 1 서브 엘리먼트 및 상기 제 2 서브 엘리먼트가 도전패턴으로서 형성되어 있는, 멀티밴드 안테나.
  11. 삭제
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 멀티밴드 안테나를 케이스 내에 수납하여 이루어지고, 이 멀티밴드 안테나가 구비하는 상기 스위치 기구를 제어신호로 제어함으로써, 복수의 주파수대 중에서 선정한 설정 주파수의 고주파 신호를 상기 메인 안테나로부터 방사시키도록 구성되어 있는, 통신장치.
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