KR101025680B1 - 안테나 장치 및 휴대 무선 통신 단말기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안테나의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 안테나 장치 및 휴대 무선 통선 단말기에 관한 것이다. 안테나 장치는, 고주파 신호를 송수신하는 무선 회로(22), 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23), 및 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)가 설치되고, 무선 회로(22)와는 고주파적으로 독립된 기판(21)으로 구성된다. 노치 안테나(23)는, 기판(21)에 있어서, 무선 회로(22)가 설치된 위치와는 반대측의 에지(edge)로부터 λ/4의 길이의 직선의 슬릿으로 구성된다. 노치 안테나(24)는 노치 안테나(23)로부터 소정의 거리 d만큼 떨어진 위치에, 노치 안테나(23)와 동일한 에지로부터, 노치 안테나(23)와 평행하게 슬릿 형태로 된, λ/4보다 약간 짧은 길이의 직선의 슬릿으로 구성된다. 본 발명은 휴대 전화기에 적용할 수 있다.
안테나, 노치 안테나, 슬릿

Description

안테나 장치 및 휴대 무선 통신 단말기{ANTENNA DEVICE AND PORTABLE RADIO COMMUNICATION TERMINAL}
본 발명은 안테나 장치 및 휴대 무선 통신 단말기에 관한 것으로, 특히 안테나의 성능을 향상시키도록 한 안테나 장치 및 휴대 무선 통신 단말기에 관한 것이다.
노치 안테나는 슬롯 안테나의 에지를 개방함으로써 소형화를 도모한 안테나로, 종래부터 널리 이용되고 있다. 특히, 이 노치 안테나는 반 무한의 기판 위에 형성함으로써, 보다 넓은 주파수 대역의 특성이 얻어진다.
그런데, 휴대 전화기는 소형화, 경량화에 따라, 사용되는 기판도 소형화되도록 되어 왔다. 그 결과, 휴대 전화기의 안테나로서 노치 안테나를 기판에 형성하였다고 해도, 반드시 충분히 넓은 주파수 특성이 얻어지지 않는다고 하는 과제가 있었다.
이것을 도 1을 참조하여, 이하에 설명한다.
도 1은 휴대 전화기의 내부에 설치되는, 종래의 안테나 장치의 예를 도시한 도면이다. 도 1의 예에서는, 가로 길이가 0.27λr이고, 세로 길이가 0.5λr인 기판(1) 상에, 급전부(3)를 갖는 노치 안테나(2)가 형성된다. 이 노치 안테나(2)는, 전체적인 형상이 거의 L자 모양이 되도록, 기판(1)의 한쪽의(도면에서, 하측의) 에지로부터 0.04λr의 길이의 위치에서, 우측으로 절곡되고, 그 절곡된 위치로부터 0.13λr의 길이까지, 슬릿 형태로 형성되어 있다. 또, λr는 휴대 전화기가 송수신하는 전파의 파장을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 일반적인 안테나 장치를 휴대 전화기 상에서 이용한 경우의 입력 임피던스 특성이, 도 2A 및 도 2B에 도시되어 있다. 도 2A는 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 차트이고, 도 2B는 안테나 장치의 임피던스 정합을 나타내는 전압 정재파비(VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)) 특성을 나타내는 도면이다.
도 2A에서는 이 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 궤적 m1이 중심 O로부터 떨어져 있는 것이 도시된다. 따라서, 이 안테나 장치의 임피던스 특성이 광대역성이 아닌 것을 알 수 있다.
도 2B에서 횡축은 주파수를 나타내고, 소정의 주파수 f0을 중심으로, 우측으로 갈수록 주파수가 높아지고(1.25 f0), 좌측으로 갈수록 주파수가 낮아진다(0.75 f0). 종축은 VSWR의 값을 나타내고, 위로 갈수록 VSWR의 값이 커진다. 또, 이 안테나 장치는 노치 안테나(2)에 의해 형성되어 있으며, 단공진의 특성을 갖기 때문에, 예를 들면 대역 폭 BW(0.94 f0 내지 1.06 f0)에 있어서는, 대역단에서 VSWR=4.5가 된다. 이것은 적어도 무선 회로와의 임피던스의 부정합에 의한 손실에 의해 방사 효율이 36% 저하되는 것을 나타내고 있으며, 이에 의해 이 안테나 장치에서는 충분한 대역이 취해지고 있지 않는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 최근의 소형화된 휴대 전화기에 있어서는, 노치 안테나가 형성되는 기판이, 휴대 전화기가 처리하는 신호의 파장에 비하여 소형이 되므로, 종래의 안테나 장치에서는 충분히 넓은 대역 특성이 얻어지지 않는다고 하는 과제가 있었다.
또한, 도 3은 도 1의 안테나 장치에서의 기판 표면의 전기 분포를 나타내는 도면이다. 도 3에서는, 예를 들면 고주파 전류가 그다지 분포되지 않은 범위 e1, 고주파 전류가 적절하게 분포되어 있는 범위 e2, 및 고주파 전류가 집중적으로 분포되어 있는 범위 e3으로 나눌 수 있다. 그리고, 고주파 전류가 집중적으로 분포되어 있는 범위 e3에는, 노치 안테나(2)의 슬릿 부분이 포함되어 있으며, 노치 안테나(2)의 슬릿 부분에 고주파 전류가 집중되어 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 이 안테나 장치에서, 고주파 전류가 집중되어 있는 노치 안테나(2)의 슬릿 부분에 인체 등이 근접한 경우, 단공진이므로, 입력 임피던스 특성이 저저항이 되어 무선 회로와의 부정합이 발생한다. 그 결과, 이 안테나 장치의 방사 효율이 저하되어, 안테나 특성이 현저하게 열화한다고 하는 과제가 있었다.
〈발명의 개시〉
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 안테나의 성능을 향상시키도록 하는 것이다.
본 발명의 제1 안테나 장치는, 무선 회로와는 고주파적으로 독립된 기판과, 기판 위에 형성된, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 제1 노치 안테나와, 기판 위에 형성된, 제1 노치 안테나와 전자기 결합(電磁結合; electromagnetic coupling)에 의해 동작하는 슬릿 형태의 제2 노치 안테나를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제2 노치 안테나는 제1 노치 안테나와 서로 다른 길이의 슬릿 형태로 형성되어 있도록 할 수 있다.
제2 노치 안테나는 제1 노치 안테나와 주 편파가 동일하게 되도록 대략 평행하게 형성되어 있도록 할 수 있다.
제1 노치 안테나와 제2 노치 안테나의 슬릿 형태는 L자형, 지그재그형 또는 미앤더(meander)형이도록 할 수 있다.
제2 노치 안테나는 다른 길이의 슬릿 형태의 것이 2개 이상 형성되어 있도록 할 수 있다.
제1 노치 안테나의 개방단과 제2 노치 안테나의 개방단은, 공통 개방단과 접속되어 있도록 할 수 있다.
제1 노치 안테나의 개방단과 제2 노치 안테나의 개방단 사이에는, 금속, 유전체 또는 자성체가 배치되어 있도록 할 수 있다.
제1 노치 안테나와 제2 노치 안테나 중 적어도 하나는 집중 상수 소자를 갖도록 할 수 있다.
제2 노치 안테나는 임의의 리액턴스값을 제공하는 위상기를 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 제2 안테나 장치는, 무선 회로와는 고주파적으로 독립된 기판과, 기판 위에 형성된, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 노치 안테나로 구성되는 제1 안테나와, 제1 안테나와 주 편파 방향이 동일하게 되도록 제1 안테나의 개방단 부근에 배치되어, 제1 안테나와 전자기 결합에 의해 동작하는 제2 안테나를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제2 안테나는 선형 안테나로서, 지그재그형, 헬리컬형, 미앤더형, 또는 루프형이도록 할 수 있다.
제2 안테나는 제1 안테나가 형성된 기판과는 다른 기판에 형성된 노치 안테나이도록 할 수 있다.
본 발명의 제1 휴대 무선 통신 단말기는, 무선 회로와는 고주파적으로 독립된 기판과, 기판 위에 형성된, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 제1 노치 안테나와, 기판 위에 형성된, 제1 노치 안테나와 전자기 결합에 의해 동작하는 슬릿 형태의 제2 노치 안테나와, 기판을 수용하는 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 한다.
케이싱은 기판을 수용하는 제1 케이싱과, 제1 케이싱에 대하여 개폐 가능한 제2 케이싱으로 구성되고, 제1 노치 안테나와 제2 노치 안테나의 개방단은 제1 케이싱과 제2 케이싱을 닫은 상태로 한 경우, 제1 케이싱의, 제2 케이싱으로부터 돌출된 부분에 배치되어 있도록 할 수 있다.
본 발명의 제2 휴대 무선 통신 단말기는, 무선 회로와는 고주파적으로 독립된 기판과, 기판 위에 형성된, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 노치 안테나로 구성되는 제1 안테나와, 제1 안테나와 주 편파 방향이 동일하게 되도록 제1 안테나의 개방단 부근에 배치되어, 제1 안테나와 전자기 결합에 의해 동작하는 제2 안테나와, 제1 안테나와 제2 안테나를 수용하는 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 한다.
케이싱은 기판을 수용하는 제1 케이싱과, 제1 케이싱에 대하여 개폐 가능한 제2 케이싱으로 구성되고, 제1 안테나의 개방단과 제2 안테나는, 제1 케이싱과 제2 케이싱을 닫은 상태로 한 경우, 제1 케이싱의, 제2 케이싱으로부터 돌출된 부분에 배치되어 있도록 할 수 있다.
제1 본 발명에서는 기판이 무선 회로와 고주파적으로 독립되고, 그 기판 위에, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 제1 노치 안테나와, 제1 노치 안테나와 전자기 결합에 의해 동작하는 슬릿 형태의 제2 노치 안테나가 형성된다.
제2 본 발명에서는 기판이 무선 회로와 고주파적으로 독립되고, 그 기판 위에, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 노치 안테나로 구성되는 제1 안테나가 형성된다. 그리고, 제1 안테나와 주 편파 방향이 동일하게 되도록 제1 안테나와 전자기 결합에 의해 동작하는 제2 안테나가, 제1 안테나의 개방단 부근에 배치된다.
도 1은 종래의 휴대 전화기의 안테나 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 2A는 도 1의 안테나 장치의 임피던스 특성을 설명하는 도면.
도 2B는 도 1의 안테나 장치의 임피던스 특성을 설명하는 도면.
도 3은 도 1의 안테나 장치의 전류 분포를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명을 적용한 휴대 전화기의 안테나 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 안테나 장치의 구체적인 구성예를 나타내는 도면.
도 6A는 도 5의 안테나 장치의 임피던스 특성을 설명하는 도면.
도 6B는 도 5의 안테나 장치의 임피던스 특성을 설명하는 도면.
도 7A는 도 5의 안테나 장치의 임피던스 특성의 다른 예를 설명하는 도면.
도 7B는 도 5의 안테나 장치의 임피던스 특성의 다른 예를 설명하는 도면.
도 8A는 도 5의 안테나 장치의 임피던스 특성의 또 다른 예를 설명하는 도면.
도 8B는 도 5의 안테나 장치의 임피던스 특성의 또 다른 예를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명을 적용한 안테나 장치의 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명을 적용한 안테나 장치의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명을 적용한 안테나 장치의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 12는 도 11의 안테나 장치의 전류 분포를 설명하는 도면.
도 13은 본 발명을 적용한 안테나 장치의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명을 적용한 안테나 장치의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 15는 본 발명을 적용한 안테나 장치의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명을 적용한 안테나 장치의 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명을 적용한 안테나 장치의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 18A는 도 4의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기의 외부의 구성예를 나타내는 도면.
도 18B는 도 4의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기의 내부의 구성예를 나타내는 도면.
도 19A는 도 4의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기의 외부의 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 19B는 도 4의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기의 내부의 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 20A는 도 4의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기의 외부의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 20B는 도 4의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기의 내부의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 20C는 도 4의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기를 접은 상태의 또 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 21은 본 발명을 적용한 안테나 장치의 다른 구성예를 나타내는 도면.
도 22는 도 21의 안테나 장치가 접힌 상태의 경우를 설명하는 도면.
〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명을 적용한 휴대 전화기의 내부에 수용되는 기판에 형성되는 안테나 장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 또, 이 기판에는 마이크로폰, 스피커, 표시부, 제어부 등의 각종 회로가 형성되지만, 도 4의 예에서는 설명의 편의상 생략되어 있다. 이 기판은 이들 각 회로가 기준 전위의 그라운드로서 접속된다.
도 4에서, 안테나 장치는 가장 가까운 기지국(도시 생략) 등으로부터의 고주파 신호를 송수신하는 무선 회로(22), 노치 안테나(23) 및 노치 안테나(24)가 형성된 기판(21)으로 구성된다. 이 기판(21)은 무선 회로(22)와는 고주파적으로 독립 되어 있다.
노치 안테나(23)는, 기판(21)에 있어서, 무선 회로(22)가 형성된 위치와는 반대측의 에지(도면에서 하측)로부터 λ/4의 길이의 소정의 폭의 직선의 슬릿(slit)에 의해 개방단(23a)을 갖도록 형성된다. 또한, 노치 안테나(23)는 급전부(25)를 갖고 있으며, 급전부(25)를 통한 무선 회로(22)로부터의 고주파 전류에 의해 동작한다.
노치 안테나(24)는, 노치 안테나(23)로부터 거리 d만큼 떨어진 위치에, 노치 안테나(23)와 동일한 에지로부터 노치 안테나(23)와 동일 방향으로 슬릿된, λ/4보다 약간 짧은 길이의 직선의 슬릿에 의해 개방단(24a)을 갖도록 형성된다. 노치 안테나(24)는 노치 안테나(23)와 평행하게 형성되며, 그 폭은 동일하게 된다. 노치 안테나(24)는 급전부(25)를 갖지 않고, 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작한다.
노치 안테나(23)와 노치 안테나(24)는, 거리 d가 짧아지면(특히 개방단(23a)과 개방단(24a)의 거리 d가 짧아지면) 전자기 결합이 강해지고, 길어지면 약해지는 경향이 있다. 실험에 따르면, 예를 들면 기준 주파수 f0에 대응하는 파장을 λ로 할 때, 거리 d의 길이는 λ/30 내지 λ/5로 하는 것이 바람직하다.
노치 안테나(23) 및 노치 안테나(24)의 2개의 안테나의 길이에 다소 변화를 주어, 이 안테나 장치의 다공진화, 즉 광대역화를 도모할 수 있다. 또한, 이 2개의 안테나는 동일 방향으로 슬릿함으로써(평행하게 함으로써) 주 편파 방향을 동일하게 할 수 있다.
도 5는 도 4의 안테나 장치의 구체적인 구성예를 나타내는 도면이다. 또, 도 5에서, 도 4에서의 경우와 대응하는 부분에는 대응하는 부호를 붙이고 있으며, 그 설명은 반복되므로 적절하게 생략한다.
도 5에서, 기판(21)의 사이즈는 가로 길이가 0.27λr로 되고, 세로 길이가 0.5λr로 되어 있다. λr는 통신 전파의 파장이다. 노치 안테나(23)는 기판(1)의 한쪽의 에지로부터 0.2λr의 길이로 직선 형상의 슬릿 형태로 형성되어 있다. 또한, 노치 안테나(23)로부터 0.1λr의 거리만큼 우측으로 떨어진 위치에, 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)가, 노치 안테나(23)와 평행하게 슬릿 형태로 형성되어 있다. 또, 이 노치 안테나(24)의 슬릿은 노치 안테나(23)의 길이인 0.2λr보다 약간 짧게 형성되어 있다.
이상과 같이, 도 5의 안테나 장치에서는 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)가, 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)와 동조하도록 치수 파라미터가 조정되어 있다.
도 5에 도시된 안테나 장치의 입력 임피던스 특성이, 도 6A 및 도 6B에 도시되어 있다. 도 6A는 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 차트이고, 도 6B는 안테나 장치의 임피던스 정합을 나타내는 전압 정재파비(VSWR) 특성을 나타내는 도면이다.
도 6A에서는, 이 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 궤적 m2가 스미스 차트의 중심 O에 집중하는 α형으로 되어 있으며, 이에 의해 이 안테나 장치의 임피던스 특성이 광대역성으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 6B에서, 횡축이 주파수를 나타내고, 소정의 주파수 f0(=1/λr)을 중심으로, 우측으로 갈수록 주파수가 높아지고(1.25 f0), 좌측으로 갈수록 주파수가 낮아진다(0.75 f0). 종축은 VSWR의 값을 나타내고, 위로 갈수록 VSWR의 값이 커진다. 이 VSWR은 그 값이 작을수록 임피던스 정합이 양호한 것을 의미한다.
도 6B의 예에서는 대역 폭 BW(0.94 f0 내지 1.06 f0)에 있어서 VSWR의 최대값이 3.0이 된다. 이것은 적어도 무선 회로(22)와의 임피던스 부정합에 따른 손실에 의해 방사 효율이 14% 저하되는 것을 나타내고 있다. 즉, 이 안테나 장치에 따르면, 도 2를 참조하여 설명한 종래의 안테나 장치의 방사 효율이 36%인 것에 대하여, 안테나 장치의 방사 효율을 22% 향상할 수 있게 되었다.
또한, 도 5의 안테나 장치가 탑재되어 있는 휴대 전화기를 손으로 가진 경우의 입력 임피던스 특성을, 도 7A 및 도 7B 및 도 8A 및 도 8B를 참조하여 설명한다. 도 7A, 도 8A는 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 스미스 차트이고, 도 7B, 도 8B는 안테나 장치의 임피던스 정합을 나타내는 전압 정재파비(VSWR) 특성을 나타내는 도면이다.
도 7A 및 도 7B는 노치 안테나(23, 24)의 슬릿의 상측 절반을 손으로 덮은 경우의 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내고 있다. 도 7A에서는 이 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 궤적 m3이 스미스 차트의 중심 O에 집중하는 α형을 형성하고 있으며, 이 안테나 장치가 광대역 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7B에서는, 대역 폭 BW(0.94 f0 내지 1.06 f0)에 있어서 이 안테나 장치의 VSWR의 값이 1.8 이하로, 안정된 임피던스 특성이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
도 8A 및 도 8B는 노치 안테나(23, 24)의 슬릿을 전부 완전히 손으로 덮은 경우의 임피던스 특성을 나타내고 있다. 도 8A에서, 이 안테나 장치의 임피던스 특성을 나타내는 궤적 m4가 스미스 차트의 중심 O의 근처에 집중되어 있기 때문에, 이 안테나 장치의 광대역 특성이 아직 유지되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8B에서, 대역 폭 BW(0.94 f0 내지 1.06 f0)에 있어서 이 안테나 장치의 VSWR의 값이 2.2 이하로, 안정된 임피던스 특성이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 외란인 손의 영향을 받아도, 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)가, 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)와 동조하도록 치수 파라미터를 조정하도록 하였기 때문에, 광대역의 안정된 임피던스 특성이 얻어진다.
또한, 본 발명을 적용한 휴대 전화기의 내부의 기판에 형성되는 안테나 장치의 다른 구성예에 대하여 설명한다. 또, 이하에서, 도 4에서의 경우와 대응하는 부분에는 대응하는 부호를 붙이고 있으며, 그 설명은 반복되므로 적절하게 생략한다.
도 9의 예의 안테나 장치인 경우, 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)는, 기판(21)의 한쪽의 에지의 개방단(23a)으로부터 소정의 길이의 위치(점 P1)에서 도면 좌측으로 L자가 되도록 절곡되고, 그 점 P1로부터 소정의 위치(마지막 점)까지 슬릿 형태로 형성되어 있다. 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)는, 기판(21)의 한쪽의 에지의 개방단(24a)로부터 소정의 길이의 위치(점 P2)에서 도면 우측으로 L자가 되도록 절곡되고, 그 점 P2로부터 소정의 위치(마지막 점)까지 슬릿 형태로 형성되어 있다.
노치 안테나(23)에 있어서, 기판(21)의 개방단(23a)으로부터 점 P1까지의 길이와, 그 점 P1로부터 마지막 점까지를 합친 길이가 λ/4로 된다. 노치 안테나(24)에 있어서, 기판(21)의 개방단(24a)으로부터 점 P2까지의 길이와, 그 점 P2로부터 마지막 점까지를 합친 길이가 λ/4보다 약간 짧은 길이가 된다. 따라서, 기판(21)의 길이 방향(기판(21)의 개방단(23a, 24a)으로부터 점 P1, P2까지)의 길이를 단축하도록 할 수 있기 때문에, 도 9의 노치 안테나(23, 24)로 형성되는 안테나 장치는, 도 4에 도시된 안테나 장치보다 소형화할 수 있다.
또, 도 9에서, 노치 안테나(23, 24)의 슬릿 형태를 L자 모양으로 하였지만, 미앤더 모양 또는 지그재그 모양으로 해도 된다.
도 10의 예의 안테나 장치인 경우, 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)가, 노치 안테나(24-1, 24-2)로서 기판(21)의 에지로부터 소정의 길이의 직선의 슬릿으로 2개 형성되어 있다. 노치 안테나(24-1)는, 노치 안테나(23)의 우측으로 소정의 거리만큼 떨어진 위치에, 개방단(24-1a)으로부터 λ/4보다 약간 길게 형성되어 있다. 노치 안테나(24-2)는, 노치 안테나(24-1)의 우측으로 소정의 거리만큼 떨어진 위치에, 개방단(24-2a)으로부터 λ/4보다 약간 짧게 형성되어 있다. 또한, 이 노치 안테나(24-1, 24-2)는 노치 안테나(23)와 평행하게 된다.
이와 같이 도 10의 안테나 장치에서는, 전자기 결합에 의해 동작하는, 서로 다른 길이의 노치 안테나를 복수개 형성하도록 하였기 때문에, 1개인 경우보다, 공진의 전체적인 대역이 넓어진다. 즉, 통상, 안테나는 (λ/4)×N(안테나의 개수)으로 공진하기 때문에, 노치 안테나(24-1, 24-2)에 의해, 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)와는 다른 임의의 주파수에서의 다공진화를 도모할 수 있다.
또, 도 10에서는 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24-1, 24-2)는 2개 밖에 도시하지 않지만, 3개 이상이어도 된다. 또한, 노치 안테나(23)를 좌측에 배치하고, 노치 안테나(24-1, 24-2)를 우측에 배치하도록 하였지만, 반대로 배치하도록 해도 되고, 그 배열은 상관없다.
도 11의 예의 안테나 장치인 경우, 기판(21) 상에 있어서, 노치 안테나(23)의 개방단(23a)과 노치 안테나(24)의 개방단(24a)의 근방에, 기판(21)에 접속된 금속 도체(31a, 31b)가 상호 근접하도록 배치되어 있다(금속 도체(31a, 31b)의 부분은 기판(21)으로 구성해도 된다). 이에 의해, 다른 부품과의 위치 관계로부터, 노치 안테나(23, 24)의 거리 d를 짧게 할 수 없다는 등의 이유에 의해 약해져 있는 전자기 결합을 강하게 할 수 있다.
또, 이 구성은 금속 도체(31a, 31b)를 개방단(31c)을 개재하여 대향시키는 것으로 인식할 수도 있지만, 개방단(23a)과 개방단(23b)을, 공통 개방단으로서의 개방단(31c)과 접속하는 것으로 인식할 수도 있다.
이상과 같이, 도 11의 안테나 장치에서는 기판(21), 또는 기판(21)에 접속된 금속 도체(31)를 근접시켜 전자기 결합을 강하게 하도록 조정할 수 있기 때문에, 기판(21) 상에 있어서, 다른 부품(도시 생략)과의 관계에 의해 노치 안테나(23, 24)를 이상적인 위치에 배치할 수 없어, 2개의 노치 안테나 사이의 전자기 결합이 약해지는 것에 대하여 대처할 수 있다.
또한, 도 12는 도 11의 안테나 장치에서의 기판 표면의 전기 분포를 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 예를 들면 고주파 전류가 거의 분포되지 않은 범위 e0, 고주파 전류가 그다지 분포되지 않은 범위 e1, 고주파 전류가 적절하게 분포되어 있는 범위 e2, 및 고주파 전류가 집중적으로 분포되어 있는 범위 e3으로 나눌 수 있다. 고주파 전류가 집중적으로 분포되어 있는 범위 e3에 나타내는 바와 같이, 도 11의 안테나 장치에서는 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)의 개방단(24a)이, 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)의 개방단(23a)과 함께, 공통 개방단으로서의 개방단(31c)에 접속되어 있기 때문에, 2개의 안테나(노치 안테나(23, 24))로 고주파 전류가 분산되고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 예를 들면, 한쪽의 노치 안테나(23)가 인체가 닿는 등의 외란의 영향을 받았다고 해도, 다른 한쪽의 노치 안테나(24)가 있기 때문에, 입력 임피던스 특성이 변화되기 어려워, 그 결과 안정된 임피던스 특성이 얻어진다.
한편, 도 13의 예의 안테나 장치인 경우, 기판(21) 상에 있어서, 노치 안테나(23)의 개방단(23a) 및 노치 안테나(24)의 개방단(24a) 측에서, 노치 안테나(23)와 노치 안테나(24)의 사이에, 금속(41)이 배치되어 있다. 이에 의해, 도 11의 안테나 장치인 경우와는 반대로, 노치 안테나(23, 24)의 거리 d가 지나치게 근접되어 있다는 등의 이유에 의해 지나치게 강해져 있는 전자기 결합을 약하게 할 수 있다.
또, 이 금속(41)은 전계를 약하게 하는 부재이면, 금속뿐만 아니라, 유전체 또는 자성체 등으로 구성하도록 해도 된다.
이상과 같이, 도 13의 안테나 장치에서는 노치 안테나(23, 24)의 사이에, 금속 등을 배치하여 전자기 결합을 약하게 하도록 조정할 수 있기 때문에, 기판(21) 상에 있어서, 다른 부품(도시 생략)과의 관계에 의해 노치 안테나(23, 24)를 이상적인 위치에 배치할 수 없어, 전자기 결합이 강해지는 것에 대하여 대처할 수 있다.
도 14의 예의 안테나 장치인 경우, 도 11의 안테나 장치와 마찬가지로, 노치 안테나(23)의 개방단(23a) 및 노치 안테나(24)의 개방단(24a) 측에서, 기판(21)의 일부가 기판(21a, 21b)으로서 연장되고, 기판(21a, 21b)이 상호 근접되어 있다. 그 근접된 기판(21a, 21b) 상에, 캐패시터 또는 컨덕터 등으로 구성되는 집중 상수 소자(51a, 51b, 51c)가 배치되어 있다. 도 14의 예에서는, 예를 들면 이 집중 상수 소자(51a, 51b, 51c) 중, 중앙에 배치되는 집중 상수 소자(51b)를 캐패시터로 하고, 그 이외의 집중 상수 소자(51a, 51c)를 컨덕터로 하여, 그 캐패시터인 집중 상수 소자(51b)의 용량 C를 변경함으로써, 전자기 결합의 강약을 조정할 수 있다.
이상과 같이, 도 14의 안테나 장치에서는 기판(21)의 일부에 집중 상수 소자를 형성함으로써, 노치 안테나의 슬릿 형태의 치수 또는 노치 안테나끼리의 거리 이외에, 안테나 특성을 조정할 수 있다.
또한, 도 15의 예의 안테나 장치인 경우, 도 4의 안테나 장치에서, 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24) 상의 임의의 위치에, 임의의 리액턴스 성분을 갖는 위상기(61)가 설치되어 있다. 도 15의 안테나 장치는, 이 위상기(61)에 의해 적응적으로 전자기 결합의 강약이 바뀌므로, 예를 들면 사용자가 이 안테나 장치가 이용되는 휴대 단말기를 손으로 가질지, 갖지 않을지에 따라 전자기 결합의 강약의 최적값이 변화하는 경우 등, 각각의 경우에, 최적값을 설정할 수 있다.
이와 같이 도 15의 안테나 장치에서는 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(24)에 접속된 위상기(61)에 의해, 임피던스 및 방사 패턴 등의 안테나 특성을 임의로 조정할 수 있다. 또한, 이 위상기(61)에 의해 위상량을 임의로 변화시키도록 함으로써, 통신 환경에 따라 유동적으로 안테나 특성이 조정된다.
이상과 같이 급전부를 가진 노치 안테나와 동일 기판 위에, 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나를, 동일 주 편파를 발생하도록 형성하고, 그 노치 안테나의 슬릿의 형상, 그 거리 등의 관계를 조정하거나, 또는 금속, 집중 상수 소자, 위상기 등을 포함하도록 하였기 때문에, 안테나 장치의 입력 임피던스 특성의 광대역화, 즉 다공진화를 도모할 수 있다.
다음으로, 도 16 및 도 17을 참조하여, 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 안테나가, 노치 안테나(23)가 형성되어 있는 기판(21) 이외에 배치되는 안테나 장치의 예를 설명한다.
도 16의 예의 안테나 장치인 경우, 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 안테나로서, 선형 안테나(71)가 이용된다. 선형 안테나(71)는, 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 λ/2의 길이의 안테나로, 노치 안테나(23)의 개방단(23a)의 근방에 배치된다. 또한, 선형 안테나(71)는 노치 안테나(23)와 주 편파 방향이 동일하게 되도록, 노치 안테나(23)의 슬릿에 대하여 직교하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 노치 안테나(23)의 주 편파 방향은 그 슬릿의 폭 방향(도면에서, 좌우 방향)이므로, 선형 안테나(71)의 주 편파 방향인 주 편파 방향 h(길이 방향)를, 노치 안테나(23)의 주 편파 방향과 동일(평행)하게 할 수 있다.
또, 일반적으로, 사용자는 휴대 전화기를 수평 방향으로 약간 기울여 통화하는(사용하는) 경우가 많이 때문에, 통화 시에는 이 선형 안테나(71)의 주 편파 방향 h가 지면에 대하여 수직에 가까워져, 결과적으로 휴대 전화기의 기지국의 수직 편파와 동일 방향이 되므로, 이득이 커지는 경향이 있다.
또한, 도 16의 예에서는 선형 안테나(71)를 직선형 안테나로 하고 있지만, 미앤더형, 지그재그형 또는 헬리컬형으로 해도 된다.
도 17의 예의 안테나 장치인 경우, 도 16의 선형 안테나(71) 대신에, λ의 길이의 안테나를 1주(루프)시킨 접이식 안테나(81)가 사용되고 있다. 선형 안테나(71)와 마찬가지로, 접이식 안테나(81)도 주 편파 방향 h가 되도록 배치되어 있다. 따라서, 도 16의 선형 안테나(71)인 경우와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또, 이 경우, 접이식 안테나(81)의 주 편파 방향 h에 직교하는 방향의 접히는 거리 e는, 미소한 거리로 된다.
이상의 예에서는 급전부(25)를 갖는 노치 안테나(23)의 근방에, 주 편파 방향이 동일하게 되도록 전자기 결합에 의해 동작하는 안테나를 배치하도록 하였기 때문에, 도 4에 도시된 안테나 장치와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같은 안테나 장치를 휴대 전화기에 적용한 경우를 도 18A 및 도 18B, 도 19A 및 도 19B, 및 도 20A 내지 도 20C를 참조하여 설명한다. 또, 이하에서는 도 4에 도시된 안테나 장치가 휴대 전화기에 사용되고 있는 것으로 한다.
도 18A 및 도 19A에서, 휴대 전화기(201)는 표시부(214) 및 스피커(215)를 구비한 상부 케이싱(211), 조작부(216) 및 마이크로폰(217)을 구비한 하부 케이싱(212), 및 상부 케이싱(211)과 하부 케이싱(212)을 결합하기 위한 힌지(213)로 구성된다. 또, 도 18A 및 도 19A에서 힌지(213)는 간략화되어 있지만, 상부 케이싱(211) 및 하부 케이싱(212)은 힌지(213)를 중심으로 하여 회전 이동 가능하게 지지되어 있다.
도 18B 및 도 19B는, 도 18A 및 도 19A의 휴대 전화기(201)의 내부의 기판의 구성예를 나타내는 도면이다. 또, 도 18B 및 도 19B에서, 도 4에서의 경우와 대응하는 부분에는 대응하는 부호를 붙이고 있으며, 그 설명은 반복되므로 적절하게 생략한다.
도 18B의 예의 경우, 안테나 장치가 형성되어 있는 기판(21a)은, 휴대 전화기(201)의 최하부에 노치 안테나(23, 24)가 배치되도록 하부 케이싱(212)에 수용되고, 휴대 전화기(201)의 상부 케이싱(211)에는 안테나 장치가 형성되어 있지 않은 기판(21b)이 수용되어 있다. 이에 의해, 노치 안테나(23, 24)(특히, 노치 안테나(23)의 개방단(23a)과 노치 안테나(24)의 개방단(24a))가 두부(頭部)의 하방에 배치되므로 안테나 특성에 대한 두부로부터 영향받을 우려를 경감시킬 수 있다.
도 19B의 예의 경우, 안테나 장치가 형성되어 있는 기판(21a)은, 휴대 전화기(201)의 최상부에 노치 안테나(23, 24)가 배치되도록 상부 케이싱(211)에 수용되고, 휴대 전화기(201)의 하부 케이싱(212)에는 안테나 장치가 형성되어 있지 않은 기판(21b)이 수용되어 있다. 이에 의해, 안테나 특성에 대한 휴대 전화기(201)를 유지하는 손잡이로부터 영향받을 우려를 경감시킬 수 있다.
또, 특별히 도시하지는 않지만, 상부 케이싱(211) 및 하부 케이싱(212)의 양방에 안테나 장치를 설치해도 된다. 이 경우, 상부 케이싱(211)의 안테나 장치 및 하부 케이싱(212)의 안테나 장치를 전환하도록 하거나, 또는 양방의 안테나 장치에서 수신된 신호의 합성을 행함으로써, 통신 환경에 따라 최적의 안테나 특성이 얻어지게 된다.
이상에서는, 상부 케이싱(211) 및 하부 케이싱(212)이 회전 이동 가능한 접이식 휴대 전화기에 대하여 설명했지만, 본 발명은 접이식이 아닌, 소위 스트레이트형 휴대 전화기에도 적용 가능하다.
도 20A는 도 18A의 휴대 전화기(201)의 상부 케이싱(211) 및 하부 케이싱(212)을, 각각 상부 케이싱(221) 및 하부 케이싱(222)으로 치환한 예를 나타낸다.
도 20A에서는 하부 케이싱(222)보다 상부 케이싱(221)이 소정의 길이 r만큼 짧아지도록 형성되어 있으며, 그에 따라, 도 20B에 도시된 바와 같이 상부 케이싱(221)에 수용되는, 안테나 장치가 형성되어 있지 않은 기판(21c)도, 하부 케이싱(222)에 수용되는, 안테나 장치가 형성되어 있는 기판(21a)보다 소정의 길이 r만큼 짧게 형성되어 있다.
따라서, 도 20C에 도시된 바와 같이 휴대 전화기(201)의 상부 케이싱(211)이 힌지(213)를 중심으로 하여 회전 이동되고, 하부 케이싱(212)과 정합하도록 접힌 경우에, 하부 케이싱(222)의 하방의 부분(231)은 상부 케이싱(221)과는 중첩되지 않고, 하방으로 돌출된 상태가 된다. 그 결과, 도 20B의 노치 안테나(23)의 개방 단(23a)과 노치 안테나(24)의 개방단(24a)이 다른 한쪽의 기판(21c)과는 중첩되지 않고(대향하지 않고), 하방으로 돌출된 구성이 된다.
이에 의해, 특히 하부 케이싱(222)과 상부 케이싱(221)이 닫혀진 대기 상태에서, 노치 안테나(23, 24)가 다른 한쪽의 기판(21c)이 대향 배치됨으로써 영향을 받아, 광대역 특성을 실현할 수 없게 되는 것이 억제된다.
또한, 도 21을 참조하여 상부 케이싱(211) 및 하부 케이싱(212)이 회전 이동 가능한 접이식 휴대 전화기(201)에 이용되는 다른 안테나 장치의 구성예를 설명한다. 또, 도 21에서, 도 4에서의 경우와 대응하는 부분에는 대응하는 부호를 붙이고 있으며, 그 설명은 반복되므로 적절하게 생략한다.
도 21의 예의 안테나 장치에서는, 기판(21)이 휴대 전화기(201)의 상부 케이싱(211)에 수용되고, 기판(301)은 휴대 전화기(201)의 하부 케이싱(212)에 수용된다. 또, 도 21에서는 휴대 전화기(201)의 상부 케이싱(211)과 하부 케이싱(212)은 개방 상태로 되어 있다.
기판(301) 상에는 노치 안테나(23)와 전자기 결합에 의해 동작하는 노치 안테나(302)가, 기판(21)측의 에지의 개방단(302a)으로부터 λ/4보다 약간 짧은 길이로 형성된다. 따라서, 기판(21)의 노치 안테나(23)의 개방단(23a)의 근방에, 기판(301)의 노치 안테나(302)의 개방단(302a)이 배치된다. 또한, 이 2개의 안테나는 동일 방향으로 슬릿(평행한 슬릿)되어 있기 때문에, 이에 의해 주 편파를 동일(평행)하게 할 수 있다.
또한, 도 22는 도 21의 안테나 장치를 이용한 휴대 전화기(201)에 있어서, 기판(21)과 기판(301)을 힌지(213)(도 19A)를 중심으로 하여 회전 이동하고, 기판(301)이 설치된 하부 케이싱(212)을 화살표 P와 같이 안쪽으로 접히도록, 기판(21)이 설치된 상부 케이싱(211)을 정합한 도면을 나타내고 있다.
도 22에 도시된 바와 같이 상부 케이싱(211)과 하부 케이싱(212)이 접힌 상태의 경우에도, 노치 안테나(23)의 개방단(23a)의 근방에, 노치 안테나(302)의 개방단(302a)이 배치되므로, 휴대 전화기가 접힌 상태의 경우에도, 개방 상태인 경우와 마찬가지로, 넓은 대역 특성을 얻을 수 있다.
이상과 같이 다른 기판에 형성된 노치 안테나라도, 급전부를 가진 노치 안테나의 개방단 부근에, 동일 주 편파를 발생하도록 안테나를 설치하도록 했기 때문에, 도 16의 안테나 장치와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 급전부를 가진 노치 안테나의 개방단 부근에, 동일 주 편파를 발생하도록 전자기 결합에 의해 동작하는 안테나를 설치하도록 했기 때문에, 안테나 장치의 입력 임피던스 특성의 광대역화, 다공진화를 도모할 수 있다.
이상, 본 발명을 휴대 전화기에 적용한 경우를 예로 들었지만, 본 발명은 PDA(Personal Digital Assistants) 등, 안테나 장치를 갖는, 그 밖의 휴대형 무선 통신 단말기에 적용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 안테나 장치의 성능을 향상할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 안정된 임피던스 특성을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 광대역 특성을 실현할 수 있다.

Claims (17)

  1. 무선 회로와는 고주파적으로 독립된 기판과,
    상기 기판 위에 형성된, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 제1 노치 안테나와,
    상기 기판 위에 형성된, 상기 제1 노치 안테나와 전자기 결합에 의해 동작하는 슬릿 형태의 제2 노치 안테나
    를 구비하며,
    상기 제1 노치 안테나의 개방단과 상기 제2 노치 안테나의 개방단은, 공통 개방단과 접속되고 있으며, 상기 공통 개방단에 집중 상수 소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노치 안테나는 상기 제1 노치 안테나와 서로 다른 길이의 슬릿 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노치 안테나는 상기 제1 노치 안테나와 주 편파가 동일하게 되도록 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노치 안테나와 상기 제2 노치 안테나의 슬릿 형태는, L형, 지그재그형 또는 미앤더형인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노치 안테나는 다른 길이의 슬릿 형태의 것이 2개 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공통 개방단에는, 캐패시터로 구성되는 집중 상수 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노치 안테나는 임의의 리액턴스값을 제공하는 위상기를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 무선 회로와는 고주파적으로 독립된 기판과,
    상기 기판 위에 형성된, 급전부를 갖는 슬릿 형태의 제1 노치 안테나와,
    상기 기판 위에 형성된, 상기 제1 노치 안테나와 전자기 결합에 의해 동작하는 슬릿 형태의 제2 노치 안테나와,
    상기 기판을 수용하는 케이싱
    을 구비하며,
    상기 제1 노치 안테나의 개방단과 상기 제2 노치 안테나의 개방단은, 공통 개방단과 접속되고 있으며, 상기 공통 개방단에 집중 상수 소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대 무선 통신 단말기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 케이싱은 상기 기판을 수용하는 제1 케이싱과,
    상기 제1 케이싱에 대하여 개폐 가능한 제2 케이싱으로 구성되고,
    상기 제1 노치 안테나와 상기 제2 노치 안테나의 개방단은, 상기 제1 케이싱과 상기 제2 케이싱을 닫은 상태로 한 경우, 상기 제1 케이싱의, 상기 제2 케이싱으로부터 돌출된 부분에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 무선 통신 단말기.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제8항에 있어서,
    상기 제1 노치 안테나는 개방단에 컨덕터로 구성되는 제1 집중 상수 소자를 갖고,
    상기 제2 노치 안테나는 개방단에 컨덕터로 구성되는 제2 집중 상수 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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