KR101091393B1 - 안테나 장치 및 무선 통신 장치 - Google Patents

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Abstract

안테나 지향성을 갖게 하여 큰 안테나 이득을 얻음과 함께, 송신부로부터 수신부에의 돌아 들어가는 전류를 알맞게 억제한다.
안테나 장치는, 평면 도체 지판과, 이 평면 도체 지판의 상방에 서로 평행하며 또한 평면 지판의 중심에 대해 대칭이 되도록 인접 배치되어 배설된 2개의 방사 도체를 갖는다. 각 방사 도체는, 각각 개별적으로 급전 포트가 마련되고, 독립적으로 동작한다. 각 방사 도체의 단부를 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 거의 수직으로 구부려 마련함에 의해, 급전 포트 사이의 아이솔레이션을 높일 수 있다.
안테나, 무선통신

Description

안테나 장치 및 무선 통신 장치{ANTENNA AND RADIO COMMUNICATION UNIT}
본 발명은, 무선 통신에서 사용되는 안테나 장치 및 무선 통신 장치에 관한 것으로, 특히, 전파의 송수신을 동시에 행하는 무선기에 사용되는 안테나 장치 및 무선 통신 장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은, 반사파 판독기측으로부터의 무변조 반송파의 송신과, 반사기측에서의 안테나 부하 임피던스의 전환 조작 등에 의거한 반사파의 변조를 이용하여 데이터 통신을 행하는 백스캐터 방식의 무선 통신 시스템에 이용되는 안테나 장치 및 무선 통신 장치에 관한 것으로, 특히, 절연성 물질을 개재물로 하여 방사 도체와 도체 지판(地板)을 대향하여 배치함에 의해 구성되는 박형 구성의 안테나 장치 및 무선 통신 장치에 관한 것이다.
복수의 기기를 네트워크 접속함에 의해, 커맨드나 데이터 전송의 효율화, 정보 자원의 공유화, 하드웨어 자원의 공유화를 실현할 수 있다. 또한 최근에는, 유선 방식에 의한 배선으로부터 유저를 해방하는 시스템으로서, 무선 통신이 주목받고 있다.
무선 통신에 관한 표준적인 규격으로서, IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11이나, HiperLAN/2, IEEE802.15.3, 블루투스 통신 등을 들 수 있다. 근래, 무선 LAN 시스템은 염가로 되고, PC에도 표준 내장되도록 된 것과도 어울려서, 무선 LAN의 보급이 현저하다.
비교적 소규모의 무선 통신 시스템은, 가정 내 등에서, 호스트 기기와 단말기기 사이의 데이터 전송에 사용된다. 여기서 말하는 호스트 기기의 예로서는, 텔레비젼, 모니터, 프린터, PC, VTR, DVD 플레이어 등, 거치형의 가전 제품을 들 수 있다. 또한, 단말기기의 예로서는, 디지털·카메라나, 비디오·카메라, 휴대전화, 휴대 정보 단말, 휴대형 음악 재생 장치 등, 소비 전력을 극력 억제하고 싶은 모바일계 기기를 들 수 있다. 이런 종류의 시스템의 어플리케이션으로서는, 카메라 부착 휴대전화나 디지털·카메라로 찍은 화상 데이터를 무선 LAN 경유로 PC에 업로드하는 등이다.
그런데, 무선 LAN은 본래 컴퓨터에서의 이용을 전제로 하여 설계·개발된 것이므로, 모바일계 기기에 탑재하는 경우, 그 소비 전력이 문제가 된다. 현재 시판되고 있는 IEEE802.11b의 무선 LAN 카드의 대부분은, 송신시에 800㎽ 이상, 수신시에 600㎽ 이상의 소비 전력이 있다. 이 소비 전력은, 배터리 구동의 포터블 기기에서는 부담이 크다.
무선 LAN 기능을 근거리 한정으로 동작시켜, 그 송신 전력을 작게 하여도, 소비 전력은 8할 정도밖에 저하할 수 없다. 특히, 디지털·카메라 등의 화상 입력 장치로부터 화상 표시장치측으로의 전송은, 송신 비율이 통신 전체의 대부분을 차지하는 통신 형태로 되기 때문에, 더욱더 저소비 전력의 무선 전송 수단이 요구되고 있다.
또한, 블루투스 통신에 관해서는, 전송 속도가 최대라도 720kbps로 저속도이고, 근래의 고화질화에 의해, 파일 사이즈가 커진 화상의 전송 시간이 걸려 불편하다.
이에 대해, RFID에서 이용되는 백스캐터 방식에 의거한 반사파를 이용한 무선 전송에 의하면, 예를 들면 기기 사이에서 송신 비율이 통신의 대부분을 차지하는 통신 형태에서, 저소비 전력화를 실현할 수 있다.
백스캐터 방식의 무선 통신 시스템은, 변조 처리를 시행한 반사파에 의해 데이터를 송신하는 반사기와, 반사기로부터의 반사파로부터 데이터를 판독하는 반사파 판독기로 구성된다. 데이터 전송시에는, 반사파 판독기가 무변조 반송파를 송신한다. 이에 대해, 반사기는, 예를 들면 안테나 종단의 온/오프 등의 부하 임피던스 조작을 이용하고, 무변조 반송파에 대해 전송 데이터에 따른 변조 처리를 시행함으로써, 데이터를 송출한다. 그리고, 반사파 판독기측에서는, 이 반사파를 수신하고 복조·복호 처리하여 전송 데이터를 취득할 수 있다.
반사파 전송 시스템에서는, 백스캐터링을 행하기 위한 안테나·스위치는 일반적으로 갈륨 비소의 IC로 구성되고, 그 소비 전력은 수 10㎼ 이하이고, 데이터 전송을 행할 때의 평균 전력으로서는, 송달 확인 방식의 경우에 10㎽ 이하, 일방향 전송에서는, 수 10㎼로 데이터 전송이 가능하다. 이것은, 일반적인 무선 LAN의 평균 소비 전력과 비교하면, 압도적인 성능 차이다(예를 들면, 특원2003-291809호 명세서를 참조할 것).
도 7에는, RFID 등에서 사용되고 있는 백스캐터 방식에 의한 무선 데이터 전 송의 양상을 모식적으로 도시하고 있다.
동 도면에 도시하는 백스캐터 방식에서는, 우선 호스트 기기(701)의 안테나(704)로부터 무변조 반송파(707)가 송신되고, 단말기기(705)의 안테나(706)로 수신된다. 이때, 단말기기(705)는, 단말기기(705)로부터 호스트 기기(701)에 전송하여야 할 데이터의 비트열에 따라, 안테나(706)의 종단 조작을 행하고, 수신 전파를 흡수 또는 반사함에 의해 변조 반사파(708)를 생성하고, 호스트 기기(701)를 향하여 송신된다. 호스트 기기(701)에서는, 이 변조 반사파(708)를 안테나(704)로 수신하고, 수신부(Rx)(703)에 의해 데이터 복조가 행하여진다.
이와 같이, 백스캐터 방식에서는, 호스트 기기(701)는, 무변조 반송파(707)의 송신과, 단말기기(705)에 의해 반사된 변조 반사파(708)의 수신을 동시에 행한다.
호스트 기기(701)로부터 송출된 무변조 반사파는 단말기기(705)에 도달하기까지의 왕로(往路)에서 감쇠되고, 단말기기(705)측에서의 반사시 및 반사파가 호스트 기기(701)에 도달하는 복로(復路)에서도 또한 감쇠한다. 이 때문에, 수신부(703)에서는 전력 강도가 약한 반사파를 처리하여야 한다. 즉, 수신부(703)에서는, DC 오프셋이나 송신기 잡음의 영향을 받기 쉽고, 전송 거리를 늘리는 것이 곤란하게 되어 있다.
여기서, 호스트 기기(701)의 수신 감도에 영향을 주는 요소의 하나로서, 송신부(702)로부터 송신된 무변조 반송파의 일부(710)가, 호스트 기기(701)의 내부의 신호 경로에서 수신부(703)로 돌아 들어가는 것을 들 수 있다. 송신부(702)로부터 송신하는 무변조 반송파의 주파수와 수신부(703)에서 수신한 반사파의 주파수는, 모두 동일 주파수대이기 때문에, 수신부(703)에서는, 송신(702)측으로부터 돌아 들어온 송신 신호(이 경우, 무변조 반송파)의 영향을 받는다.
수신부(703)로 돌아 들어간 송신 신호(710)는, 안테나(704)로 수신한 변조 반사파(709)에 대해서는 방해 노이즈가 되고, 비트에러율(BER : BitError Rate)의 현저한 열화를 야기하는 일도 있다. 따라서 호스트 기기(701)에서는, 송신 신호(710)의 수신부에의 돌아 들어감을 억압할 필요가 있다고 고려된다.
도 8에는, 호스트 기기(801)의 안테나 단(端)에 서큘레이터(810)를 구비함으로써, 송신 신호(811)의 수신부(Rx)(803)에의 돌아 들어감을 개선한 구성예를 도시하고 있다. 그러나, 일반적으로 서큘레이터(810)의 아이솔레이션을 크게 하면 고가로 되고, 또한, 설치 스페이스도 커진다는 문제점을 갖는다. 또한, 서큘레이터(810)에 의해 어느 정도는 송신 신호의 돌아 들어감을 경감할 수 있지만, 그 값은 무한하지는 않고, 20dB 정도의 아이솔레이션이 현실적인 값이다.
또한, 도 9에는, 호스트 기기(901)의 송신부(Tx)(902), 및 수신부(Rx)(903)에 각각 독립한 안테나(904 및 905)를 장비함에 의해, 송신 신호(910)의 수신부(903)에의 돌아 들어감을 개선한 구성예를 도시하고 있다. 이 경우, 안테나(904 및 905)의 배치 방법을 궁리함에 의해, 송수신 사이의 아이솔레이션을 확보할 수 있다. 그러나, 안테나를 물리적으로 떼어서 배치할 필요가 있기 때문에, 호스트 기기(901)가 탑재되는 본체의 사이즈가 필연적으로 커져 버린다는 문제점이 있다.
다른한편, 반사파 전송을 행하는 백스캐터 통신 방식에서는, 반사파 판독기 및 반사기에 있어서, 안테나 지향성이 요구된다. 이 점에 관해, 다른 무선 통신 시스템과의 비교로 설명한다.
무선 LAN 등 일반적인 무선 통신 시스템에서는, AP(액세스 포인트) 등의 제어국(制御局)으로부터 송신된 전파를 단말국의 안테나로 수신한다. 어느 정도 장거리의 통신을 행하는 시스템의 경우, 도 15에 도시하는 바와 같이, 단말국측에서는, AP로부터의 직접파 이외에, 벽 등에서 반사한 산란파(멀티패스#1, 멀티패스#2)를 수신하게 된다(예측 외 통신). 멀티패스는 벽 등에서 반사하여 단말국에 도래하기 때문에, AP로부터 송신한 시점에서의 편파(偏波)와 다른 것으로 된다(수직 편파로 송신하여도, 멀티패스는 수직 편파라고는 한할 수 없다). 따라서 단말측에서의 안테나는, 원편파(圓偏波)나 무지향성의 안테나가 자주 이용된다.
이에 대해, 반사파 전송에서는, 비교적 근거리의 통신을 상정하고 있고, 반사기의 안테나에서는, 도 16에 도시하는 바와 같이 반사파 판독기의 안테나로부터의 직접파(이 경우, 무변조 반송파)밖에 수신하지 않는다(예측 내 통신). 여기서, 반사파 판독기의 안테나로부터 수직 편파로 송신하였다고 가정한다. 이때, 반사기측의 안테나(2)는 수직 편파에 대응한 안테나가 아니면 양호하게 수신할 수 없다. 따라서 반사파 판독기 및 반사기는 모두 편파가 동일한 안테나를 이용하는 것으로 된다. 그렇게 하면, 반사기에서 생성된 반사파는, 역시 수직 편파로서 반사파 판독기에 송신된다.
또한, 백스캐터 방식에서는, 반사기측에서는 캐리어 발생원을 갖지 않고 수신한 전파를 반사시켜서 데이터 전송을 한다는 원리상, 그 신호 강도는 미약하게 되고, 또한 전파의 왕로와 복로에서 감쇠되어 버린다. 이 때문에, 무변조 반송파를 효율적으로 반사기에 도달시킴과 함께, 반사파를 효율적으로 수신하기 위해, 반사파 판독기 및 반사기의 안테나는 서로를 향하여 지향성을 갖게 하여, 큰 안테나 이득을 얻는 것이 바람직하다.
여기서, 지향성을 갖는 안테나로서, 평면 패치 안테나(마이크로 스트립·안테나 MSA : Micro Strip Antenna라고도 한다)가 알려져 있다. 패치 안테나는, 절연성 물질을 개재물로 하여 방사 도체와 도체 지판(地板)을 대향하여 배치함에 의해 구성되는 박형 안테나이고, 방사 도체의 형상은, 특히 정해진 것은 없지만, 대체로 직사각형 또는 원형이 사용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조할 것).
도 10에는, 패치 안테나의 구성예를 도시하고 있다. 상기 도면에 도시하는 패치 안테나는, 도체 지판(1001)과 방사 도체(1002)로 구성되고, 방사 도체(1002)는 도체 지판(1001)의 상방에 이간하여 배치된다. 패치 안테나의 방사 도체(1002)의 소자 치수(10a 및 10b)는, 사용 주파수대의 파장(λ)에 대해, 통상 1/2λ 또는 그 이하이고, 반사판을 별도 마련하는 일 없이 단향성(單向性)의 방사 패턴을 실현할 수 있다.
상기 도면중, 참조 번호 1003은 방사 도체(1002)의 지지체이고, 방사 도체(1002)의 중심부에 위치한다. 또한, 참조 번호 1004는, 방사 도체(1002)의 급전 포트이다. 여진시키기 위해 급전 포트(1004)를 방사 도체(1002)의 중심부(1003)로부터 약간 오프셋한 위치에 마련되고, 이 오프셋 길이를 조정함에 의해 소망하는 임피던스에 대해 안테나의 정합(整合)을 취할 수 있다.
일반적으로, 패치 안테나의 방사 도체(1002)는 사각형이고, 그 공진주파수(f0)는 방사 도체(1002)의 소자 치수(10b)에, 대역폭은 소자 치수(10a)에 의존한다. 시스템에 요구되는 대역폭을 충족시키는 범위에서는, 소자 치수(10a)를 바꾸어, 사각형 패치 안테나의 소형화를 도모하여도, 그 공진주파수(f0)에 현저한 차이는 생기지 않는다.
패치 안테나는 대강 Z축방향의 단방향성을 나타내고, 수dBi 정도의 지향성 이득을 얻을 수 있기 때문에, 충분한 신호 강도를 얻는다는 관점에서는, 반사파 전송을 행하는 백스캐터 통신 방식에 알맞게 적용할 수 있다고 생각된다. 그러나, 백스캐터 통신 방식에서는, 반사파 판독기측에서는 송신과 수신을 동일 주파수대에서 행하기 때문에(전술), 송신부와 수신부의 아이솔레이션을 확보할 필요가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2003-304115호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명의 목적은, 반사파 판독기측으로부터의 무변조 반송파의 송신과, 반사기측에서의 안테나 부하 임피던스의 전환 조작 등에 의거한 반사파의 변조를 이용하여 데이터 통신을 행하는 반사파 전송 방식과 같이, 전파의 송수신을 동시에 행하는 무선기에 알맞게 적용할 수 있는, 우수한 안테나 장치 및 무선 통신 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 절연성 물질을 개재물로 하여 방사 도체와 도체 지판을 대향하여 배치함에 의해 박형으로 구성되고, 큰 안테나 지향성 이득을 얻을 수 있는, 우수한 안테나 장치 및 무선 통신 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 안테나 지향성을 갖게 하여 큰 안테나 이득을 얻음과 함께, 송신부로부터 수신부에의 돌아 들어가는 전류를 알맞게 억제할 수 있는, 우수한 안테나 장치 및 무선 통신 장치를 제공하는 데 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은, 상기 과제를 참작하여 이루어진 것으로, 평면 도체 지판과,
상기 평면 도체 지판의 상방에 배설된 제 1의 방사를 행하는 제 1의 방사 도체와,
상기 평면 도체 지판의 상방에, 상기 제 1의 방사 도체에 대해 평행하며 또한 상기 평면 지판의 중심에 대해 상기 제 1의 방사 도체와 대칭이 되도록 인접하여 배설된, 제 2의 방사를 행하는 제 2의 방사 도체와,
상기 제 1의 방사 도체 및 상기 제 2의 방사 도체 각각에 개별적으로 마련된 제 1의 급전 포트와 제 2의 급전 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치이다.
본 발명에 관한 안테나 장치는, 하나의 도체 지판상에 2개의 방사 도체를 구비하고 있지만, 각각 개별적으로 급전 포트가 마련되어 있기 때문에, 제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체가 독립적으로 동작할 수 있다.
여기서, 상기 제 1의 방사 도체의 단부는 상기 제 1의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 거의 수직으로 구부려 마련됨과 함께, 상기 제 2의 방사 도체의 단부가 해당 제 2의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 거의 수직으로 구부려 마련되어 있기 때문에, 제 1의 급전 포트와 제 2의 급전 포트 사이의 아이솔레이션을 높일 수 있다.
제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체 각각의 단부의 절곡부분의 길이를 적절하게 조절함에 의해, 제 1의 방사 도체 및 제 2의 방사 도체상의 고주파 전류를 제어할 수 있다. 즉, 한쪽의 방사 도체로부터, 서로 인접하는 다른쪽의 방사 도체 방향으로의 방사를 억제할 수 있다.
또한, 제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체는 각각 단부를 절곡했을 뿐이고, 실질적인 크기의 변화는 없고, 공진주파수에도 현저한 차이는 생기지 않기 때문에, 주파수를 조정하는 것은 용이하다.
이로써, 서로 평행하여 인접하는 제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체 사이의 거리를 단축하여도, 서로의 방사의 영향을 적게 할 수 있기 때문에, 한쪽의 급전 포트로부터 다른쪽의 급전 포트로의 아이솔레이션을 높일 수 있다. 또한, 제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체의 점유 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 안테나 장치 전체의 사이즈를 축소하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제 1의 평면 방사 도체의 단부는, 상기 제 1의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 거의 수직으로 구부려 마련되고, 또한 그 선단이 상기 제 1의 방사 도체의 중심을 향하여 상기 평면 지판에 대해 수평으로 절곡함과 함께, 상기 제 2의 평면 방사 도체의 단부는, 상기 제 2의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 거의 수직으로 구부려 마련되고, 또한 그 선단이 상기 제 2의 방사 도체의 중심을 향하여 상기 평면 지판에 대해 수평으로 절곡하도록 하여도 좋다. 이로써, 제 1의 급전 포트와 제 2의 급전 포트 사이의 아이솔레이션을 높임과 함께, 안테나 장치를 저배화(低背化)할 수 있다.
이 경우, 제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체에 있어서, 평면 도체 지판에 대해 수직 및 수평으로 절곡된 부분의 길이를 적절하게 조정함에 의해, 서로 평행하게 인접하는 제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체 사이의 거리를 단축하여도, 한쪽의 급전 포트로부터 다른쪽의 급전 포트에의 아이솔레이션을 높일 수 있다. 이로써, 제 1의 방사 도체와 제 2의 방사 도체의 점유 면적을 작게 할 수 있다. 또한, 방사 도체의 단부를 ㄷ자형으로 하고 있기 때문에 저배화가 가능해져서, 안테나 장치 전체의 사이즈를 더욱 축소할 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 절연성 물질을 개재물로 하여 방사 도체와 도체 지판을 대향하여 배치함에 의해 박형으로 구성되고, 큰 안테나 지향성 이득을 얻을 수 있는, 우수한 안테나 장치 및 무선 통신 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 안테나 지향성을 갖게 하여 큰 안테나 이득을 얻음과 함께, 송신부로부터 수신부에의 돌아 들어가는 전류를 알맞게 억제할 수 있는, 우수한 안테나 장치 및 무선 통신 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하나의 도체 지판상에 2개의 방사 도체를 배치하고, 2개의 급전 포트를 마련함에 의해 각 방사 도체의 점유 면적을 작게 하고, 소형으로 구성할 수 있는, 우수한 안테나 장치 및 무선 통신 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하나의 도체 지판상에 인접하여 2개의 방사 도체가 구성된 평면 패치 안테나에 대해, 방사 도체 사이의 거리가 짧아도, 각 급전 포트 사이의 아이솔레이션을 취할 수 있는, 우수한 안테나 장치 및 무선 통신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 하나의 도체 지판상에 2개의 방사 도체를 갖는 평면 안테나 장치에 관한 것으로, 안테나 사이의 거리를 작게 함으로써 안테나의 실장 면적을 작게 하여도, 양호하게 아이솔레이션을 유지하는 것이 가능하다. 따라서 백스캐터 방식과 같이, 전파의 송수신을 동시에 행하는 무선 통신 시스템에 있어서, 그 호스트측이 되는 본체의 소형화가 가능해진다.
본 발명의 또다른 목적, 특징이나 이점은, 후술하는 본 발명의 실시 형태나 첨부하는 도면에 의거하여 보다 상세한 설명에 의해 분명하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한, 2급전의 안테나 장치의 구성예를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시한 안테나 장치에 의해 얻어지는 반사 손실 및 아이솔레이션 특성을 도시한 도면.
도 3은 방사 도체(102와 103)의 주편파의 방사 패턴을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 또다른 실시 형태에 관한 안테나 장치의 구성을 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시한 안테나 장치에 의해 얻어지는 반사 손실 및 아이솔레 이션 특성을 도시한 도면.
도 6은 방사 도체(402와 403)의 주편파의 방사 패턴을 도시한 도면.
도 7은 RFID 등에서 사용되고 있는 백스캐터 방식에 의한 무선 데이터 전송의 양상을 모식적으로 도시한 도면.
도 8은 호스트 기기(801)의 안테나 단에 서큘레이터(810)를 구비함으로써, 송신 신호의 수신부(803)에의 돌아 들어감을 개선한 구성예를 도시한 도면.
도 9는 호스트 기기(901)의 송신부(902), 및 수신부(903)에 각각 독립한 안테나(904 및 905)를 장비함에 의해, 송신 신호의 수신부(303)에의 돌아 들어감을 개선한 구성예를 도시한 도면.
도 10은 패치 안테나의 구성예를 도시한 도면.
도 11은 하나의 도체 지판(1101)상에 2개의 방사 도체(1102 및 1103)를 배치한 구성을 도시한 도면.
도 12는 도 11에 도시되는 안테나 장치에 의해 얻어지는 반사 손실(Return Loss) 및 아이솔레이션(Isolation)을 도시한 도면.
도 13은 방사 도체(1102 및 1103)의 주편파의 방사 패턴(θ=90도에 있어서의 φ면 내 패턴, 즉 Z-X면 내 패턴이다)을 도시한 도면.
도 14는 방사 도체(1102)의 반사 손실 및 아이솔레이션을 도시한 도면.
도 15는 예측 외 통신을 행하는 무선 통신 시스템에 있어서의 송수신의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 16은 예측 내 통신을 행하는 무선 통신 시스템에 있어서의 송수신의 구조 를 설명하기 위한 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
101 : 도체 지판
102, 103 : 방사 도체
104, 105 : 급전 포트
106, 107 : 지지체
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 관해 상세히 설명한다.
도 11에는, 하나의 도체 지판(1101)상에 2개의 방사 도체(1102 및 1103)를 배치한 구성을 도시하고 있다. 또한, 도 12에는, 도 11에 도시되는 안테나 장치에 의해 얻어지는 반사 손실(Return Loss) 및 아이솔레이션(Isolation)을 도시하고 있다. 단, 도 11에서, 방사 도체(1102 및 1103) 각각의 소자 치수를 11a=20㎜, 11b=54㎜, 도체 지판(1101)으로부터 방사 도체(1102 및 1103)까지의 거리 11h=5㎜, 도체 지판(1101)의 치수 11g_w=100㎜, 11g_h=75mm, 방사 도체(1102)의 중심으로부터 급전 포트(1104)까지, 및 방사 도체(1103)의 중심으로부터 급전 포트(1105)까지의 거리(오프셋) 11p=6㎜, 방사 도체(1102)와 방사 도체(1103)의 거리 11W=40㎜로 한다. 반사 손실는 급전 포트(1104)의 반사 특성이고, 아이솔레이션은 급전 포트(1104)와 급전 포트(1105) 사이의 통과 특성이다. 여기서, 방사 도체(1102)와 방사 도체(1103)는, 도체 지판(1101)의 중심인 Y축에 대해 X축방향으로 거의 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 방사 도체(1103)의 반사 손실 및 아이솔레이션 특성은 도 12에 도시되는 것과 동일하게 된다.
도 12로부터, 반사 손실가 -10dB 이하의 대역은 2430 내지 2500MHz가 되고, 통상의 평면 패치 안테나와 비교하면 동작 대역은 협 대역이 되지만, 아이솔레이션은 상기 대역에서 약 -20dB이 되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 13에, 상기의 조건에 있어서의 방사 도체(1102 및 1103)의 주편파(主偏波)의 방사 패턴(θ=90도에서의 φ면 내 패턴, 즉 Z-X면 내 패턴이다)을 도시한다. 상기 도면에서, 13-A는 방사 도체(1102), 13-B는 방사 도체(1103)의 방사 패턴을 각각 나타내고 있다.
도 13에서, 방사 도체(1102 및 1103) 모두, Z축방향으로 최대 이득을 갖고 있고, 그 값은 대략 7dBi가 되는 것을 알 수 있다. 따라서 각 급전 포트의 아이솔레이션을 비교적 크게 유지하면서, 방사 도체(1102와 1103)를 독립적으로 동작시키는 것이 가능해진다.
이상으로, 전파의 송수신을 동시에 행하는 백스캐터 방식에 있어서, 호스트 기기의 안테나로서, 도 11에 도시하는 바와 같은 2급전 패치 안테나를 이용한 경우, 방사 도체(1102 및 1103)의 소자 치수 11b의 값을 적절하게 설정함에 의해, 2개의 방사 도체의 점유 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 안테나 장치 전체의 사이즈를 축소할 수 있다.
그러나, 급전 포트(1104와 1105) 사이의 아이솔레이션은, 방사 도체(1102와 1103) 사이의 거리 11W에 의존한다.
도 14에는, 도 11에서, 방사 도체(1102 및 1103) 각각의 소자 치수를 11a=20㎜, 11b=54㎜, 도체 지판(1101)으로부터 방사 도체(1102 및 1103)까지의 거리 11h=5㎜, 도체 지판(1101)의 치수 11g_w=75㎜, 11g_h=75mm, 방사 도체(1102)의 중심으로부터 급전 포트(1104)까지, 및 방사 도체(1103)의 중심으로부터 급전 포트(1105)까지의 거리(오프셋) 11p=6㎜, 방사 도체(1102)와 방사 도체(1103)의 거리 11W=20㎜로 하여, 도 12에서의 안테나 장치보다 사이즈를 축소한 경우에 있어서의 방사 도체(1102)의 반사 손실 및 아이솔레이션을 도시하고 있다.
도 14로부터, 반사 손실의 값은 도 12에 도시한 것과 거의 같고, 동작 대역(帶域)은 2430 내지 2500MHz인 것을 알 수 있다. 한편, 아이솔레이션은, 상기 대역중 -11 내지 -12dB이 되고, 도 12에서의 값과 비교하면, 도 14에서의 아이솔레이션의 값이 대폭적으로 커지기 때문에, 안테나 사이 거리 11W를 작게 함으로써, 급전 포트(1104)와 급전 포트(1105) 사이의 아이솔레이션이 열화되는 것을 알 수 있다.
즉, 도 11에 도시한 바와 같은, 하나의 도체 지판상에 2개의 방사 도체를 실장하고, 도체 지판을 포함한 전체적인 안테나 장치의 사이즈를 작게 하는 경우에는, 2개의 방사 도체 사이의 거리는 필연적으로 짧아지기 때문에 아이솔레이션이 크게 열화된다는 문제가 있다.
도 1에는, 본 발명의 실시 형태에 관한 2급전의 안테나 장치의 구성예를 도시하고 있다.
도시한 안테나 장치는, X방향으로 1g_w, Y방향으로 1g_h의 길이를 각각 가지는 평면 도체 지판(101)의 상방에, 2개의 방사 도체(102와 103)가 서로 1W만큼 이간하여 배치되어 있다. 도체 지판(101)부터 방사 도체(102와 103)까지의 거리는 1h 이다.
여기서, 방사 도체(102) 및 방사 도체(103)의 중심을 각각 하기 식 (1) 및 (2)로 표시한다.
X=(1W-1b)/2, Y=0, Z=h … (1)
X=(1W+1b)/2, Y=0, Z=h … (2)
방사 도체(102 및 103)는 각각 식 (1) 및 (2)에 표시되는 위치를 중심으로 하여 X방향으로 1a, Y방향으로 1b의 길이를 갖고 있다. 또한, 방사 도체(102 및 103)는, 식 (1) 및 (2)에 표시되는 위치에서, 각각 지지체(106 및 107)를 통하여 도체 지판(101)과 물리적으로 접속된다. 방사 도체(102)의 급전 포트(104)와 방사 도체(103)의 급전 포트(105)는, 각각 지지체(106 및 107)로부터 Y방향으로 1p의 길이만큼 어긋난 위치에 마련된다.
도 1에 도시하는 안테나 장치는, 2개의 방사 도체(102 및 103) 각각의 단부가 Z방향으로 길이 1d만큼 수직으로 절곡되어 있고, 방사 도체(102와 103)는 XY평면에서 Y축에 대해 대칭의 형태를 하고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이 구성되는 안테나 장치로서, 방사 도체의 치수 1a=47[㎜], 1b=20[㎜], 방사 도체 단부의 절곡의 길이 1d=8㎜, 도체 지판의 치수 1g_w=75[㎜], 1g_h=75[㎜], 도체 지판(101)으로부터 방사 도체(102 및 103)까지의 거리 1h=5[㎜], 각 방사 도체(102 및 103)의 중심으로부터 각각의 급전 포트까지의 거리 1p=6[㎜], 2개의 방사 도체(102 및 103) 사이의 거리 1W=20[㎜]로 하는 안테나 장치의 특성에 관해, 이하에 구체적으로 설명한다.
도 2에는, 상기 조건하에서, 도 1에 도시한 안테나 장치에 의해 얻어지는 반사 손실 및 아이솔레이션 특성을 도시하고 있다. 상기 도면에서, 반사 손실는, 도 1에서 급전 포트(104)의 반사 특성을 나타내고, 아이솔레이션은 급전 포트(104)로부터 급전 포트(105)에의 통과 특성을 나타내고 있다. 여기서, 급전 포트(105)의 반사 특성 및 급전 포트(105)로부터 급전 포트(104)에의 아이솔레이션은, 방사 도체(102와 103)가 Y축에 대해 대칭이기 때문에, 도 2에 도시하는 값과 동일하게 된다.
도 2로부터, 반사 손실가 -10dB 이하의 주파수를 동작 대역으로 하면, 2430 내지 2490MHz가 된다. 이때, 해당 주파수에 있어서, 아이솔레이션은 -30 내지 -35dB이 되고, 방사 도체(102, 103)를 절곡함에 의해, 아이솔레이션을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 도 3에는, 상기 조건에서의 방사 도체(102 및 103)의 주편파의 방사 패턴(θ=90도에서의 φ면 내 패턴, 즉 Z-X면 내 패턴이다)을 도시한다. 상기 도면에서, 3-A는 방사 도체(102), 3-B는 방사 도체(103)의 방사 패턴을 각각 나타내고 있다.
상기 도면으로부터, 방사 도체(102와 103)는, 모두 다른 쪽의 방사 도체 방향(방사 도체(102)에서는 3-A중 90도 부근, 방사 도체(103)에서는 3-B중 270도 부근)으로의 방사가 억제되어 있고, 서로 간섭하지 않는 방사 패턴인 것을 알 수 있다. 또한, 방사 이득은, 방사 도체(102 및 103) 모두 Z축방향(도 3중, 0도)으로 최대치를 가지며, 대강 6dBi이기 때문에, 평면 패치 안테나 특유의 지향성도 확보할 수 있다.
도 4에는, 본 발명의 또다른 실시 형태에 관한 안테나 장치의 구성을 도시하고 있다.
도시한 안테나 장치는, 기본적인 구조는 도 1에 도시한 것과 같고, 2개의 방사 도체(402 및 403)의 단부를 ㄷ자형으로 절곡하고, 저배화하고 있는 점에 특징이 있다. 이때, 방사 도체(402와 403)는, 각각의 단부가 Z방향으로 길이 4d만큼 수직으로 절곡되고, 또한 그들의 선단이 방사 도체(402 및 403)의 중심부를 향하여, 도체 지판(401)에 대해 4d'만큼 수평으로 절곡되어 있다.
도 4에 도시하는 안테나 장치로서, 방사 도체의 치수 4a=20[㎜], 4b=47[㎜], 방사 도체 단부의 절곡의 길이 4d=5[㎜], 4d'=7[㎜], 도체 지판의 치수 4g_w=75[㎜], 4g_h=75[㎜], 도체 지판부터 방사 도체까지의 거리 4h=5[㎜], 방사 도체의 중심부터 급전 포트까지의 거리 4p=6[㎜], 2개의 방사 도체 사이의 거리 4W=20[㎜]로 하는 안테나 장치의 특성에 관해, 이하에 구체적으로 설명한다.
도 5에는, 상기 조건하에서, 도 4에 도시한 안테나 장치에 의해 얻어지는 반사 손실 및 아이솔레이션 특성을 도시하고 있다. 상기 도면에서, 반사 손실는, 도 4에서 급전 포트(404)의 반사 특성을 나타내고, 아이솔레이션은 급전 포트(404)로부터 급전 포트(405)에의 통과 특성을 나타내고 있다. 여기서, 급전 포트(405)의 반사 특성 및 급전 포트(405)로부터 급전 포트(404)에의 아이솔레이션은, 방사 도체(402와 403)가 Y축에 대해 대칭이기 때문에, 도 5에 도시하는 값과 동일하게 된다.
도 5로부터, 반사 손실가 -10dB 이하의 주파수를 동작 대역으로 하면, 2430 내지 2485MHz가 되고, 동작 대역폭은 도 1에 도시한 안테나 장치와 거의 같다. 또한, 해당 주파수에 있어서, 아이솔레이션은 -33 내지 -37dB이 되고, 방사 도체(402 및 403)의 단부를 ㄷ자형으로 절곡하여도, 아이솔레이션 특성은 도 1에 도시한 안테나 장치와 거의 같다.
또한, 도 6에는, 상기 조건에서의 방사 도체(402와 403)의 주편파의 방사 패턴(θ=90도에서의 φ면 내 패턴, 즉 Z-X면 내 패턴이다)을 도시하고 있다. 상기 도면에서, 6-A는 방사 도체(402), 6-B는 방사 도체(403)의 방사 패턴을 각각 나타내고 있다.
상기 도면에서, 도 4에 도시한 안테나 장치에 의해 얻어지는 방사 패턴은, 도 1에 도시한 안테나 장치와 거의 같고, 방사 이득은, 방사 도체(402 및 403) 모두 Z축방향(도 6중, 0도)으로 최대치를 가지며, 대강 6dBi이다.
따라서 도 4에 도시한 안테나 장치에 의하면, 방사 도체의 선단을 ㄷ자형으로 절곡함으로써, 도 1에 도시한 안테나 장치와 비교하여, 동작 대역폭, 아이솔레이션, 방사 특성에 관해 모두 손색없는 특성을 유지하면서, 안테나 장치의 저배화가 가능하게 된다.
이상, 특정한 실시 형태를 참조하면서, 본 발명에 관해 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 그 실시 형태의 수정이나 대용을 해낼 수 있는 것은 자명하다.
본 명세서에서는, 판독 장치측으로부터의 무변조 반송파의 송신과, 송신 장치측에서의 전송 데이터에 반사파에 변조를 행하는 반사파 전송 시스템을 예로 들어 본 발명의 실시 형태에 관해 설명하였지만, 본 발명의 요지는 이것으로 한정되는 것이 아니다. 반사파 전송 이외의 미디어를 이용하는 다른 무선 통신 시스템이라도, 송신부로부터 수신부에의 돌아 들어가는 전류를 방지하고 싶은 경우나, 안테나 지향성을 갖게 하여 큰 안테나 이득을 얻고 싶은 경우, 소형의 안테나를 구성한 경우에, 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.
요컨대, 예시라는 형태로 본 발명을 개시하여 온 것이며, 본 명세서의 기재 내용을 한정적으로 해석하여서는 아니 될 것이다. 본 발명의 요지를 판단하기 위해서는, 특허청구의 범위의 기재를 참작하여야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 평면 도체 지판과,
    상기 평면 도체 지판에 배설된 제 1의 방사를 행하는 제 1의 방사 도체와, 상기 제 1의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 1의 급전 포트를 구비한 제 1의 안테나부와,
    상기 평면 도체 지판에 상기 제 1의 방사 도체에 대해 평행하면서 또한 상기 평면 지판의 중심에 대해 상기 제 1의 방사 도체와 대칭이 되도록 인접하여 배설된, 제 2의 방사를 행하는 제 2의 방사 도체와, 상기 제 2의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 2의 급전 포트를 구비한 제 2의 안테나부를 구비하고,
    상기 제 1의 방사 도체의 단부는 상기 제 1의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 상기 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련됨과 함께, 상기 제 2의 방사 도체의 단부가 해당 제 2의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 상기 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련되고,
    상기 제 1의 안테나부는 송신용 안테나로서 사용됨과 함께, 상기 제 2의 안테나부는 수신용 안테나로서 사용되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 삭제
  3. 평면 도체 지판과,
    상기 평면 도체 지판에 배설된 제 1의 방사를 행하는 제 1의 방사 도체와, 상기 제 1의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 1의 급전 포트를 구비한 제 1의 안테나부와,
    상기 평면 도체 지판에 상기 제 1의 방사 도체에 대해 또한 평행하면서 상기 평면 지판의 중심에 대해 상기 제 1의 방사 도체와 대칭이 되도록 인접하여 배설된, 제 2의 방사를 행하는 제 2의 방사 도체와, 상기 제 2의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 2의 급전 포트를 구비한 제 2의 안테나부를 구비하고,
    상기 제 1의 평면 방사 도체의 단부는, 상기 제 1의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련되고, 또한 그 선단이 상기 제 1의 방사 도체의 중심을 향하여 상기 평면 지판에 대해 수평으로 구부려 마련되고,
    상기 제 2의 평면 방사 도체의 단부는, 상기 제 2의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련되고, 또한 그 선단이 상기 제 2의 방사 도체의 중심을 향하여 상기 평면 지판에 대해 수평으로 구부려 마련되고,
    상기 제 1의 안테나부는 송신용 안테나로서 사용됨과 함께, 상기 제 2의 안테나부는 수신용 안테나로서 사용되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 무변조 반송파에 대한 반사기로부터의 반사파의 변조를 이용한 반사파 통신을 행하는 무선 통신 장치로서,
    반송파를 송신함과 함께 상기 반사기로부터의 반사파를 수신하는 안테나와,
    무변조 반송파의 송신 동작, 반송파에 의한 데이터 송신 및 수신한 반사파 신호의 수신 처리를 제어하는 통신 제어 수단을 구비하고,
    상기 안테나는,
    평면 도체 지판과,
    상기 평면 도체 지판에 배설된 제 1의 방사를 행하는 제 1의 방사 도체와, 상기 제 1의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 1의 급전 포트를 구비한 제 1의 안테나부와,
    상기 평면 도체 지판에 상기 제 1의 방사 도체에 대해 평행하면서 또한 상기 평면 지판의 중심에 대해 상기 제 1의 방사 도체와 대칭이 되도록 인접하여 배설된, 제 2의 방사를 행하는 제 2의 방사 도체와, 상기 제 2의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 2의 급전 포트를 구비한 제 2의 안테나부를 구비하고,
    상기 제 1의 방사 도체의 단부는 상기 제 1의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 상기 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련됨과 함께, 상기 제 2의 방사 도체의 단부가 해당 제 2의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 상기 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련되고,
    상기 제 1의 안테나부는 상기한 무변조 반송파의 송신에 사용됨과 함께, 상기 제 2의 안테나부는 상기한 반사파 신호의 수신에 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  5. 삭제
  6. 무변조 반송파에 대한 반사기로부터의 반사파의 변조를 이용한 반사파 통신을 행하는 무선 통신 장치로서,
    반송파를 송신함과 함께 상기 반사기로부터의 반사파를 수신하는 안테나와,
    무변조 반송파의 송신 동작, 반송파에 의한 데이터 송신 및 수신한 반사파 신호의 수신 처리를 제어하는 통신 제어 수단을 구비하고,
    상기 안테나는,
    평면 도체 지판과,
    상기 평면 도체 지판에 배설된 제 1의 방사를 행하는 제 1의 방사 도체와, 상기 제 1의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 1의 급전 포트를 구비한 제 1의 안테나부와,
    상기 평면 도체 지판에 상기 제 1의 방사 도체에 대해 평행하면서 또한 상기 평면 지판의 중심에 대해 상기 제 1의 방사 도체와 대칭이 되도록 인접하여 배설된, 제 2의 방사를 행하는 제 2의 방사 도체와, 상기 제 2의 방사 도체의 중심으로부터 오프셋된 위치에 마련된 제 2의 급전 포트를 구비한 제 2의 안테나부를 구비하고,
    상기 제 1의 평면 방사 도체의 단부는, 상기 제 1의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련되고, 또한 그 선단이 상기 제 1의 방사 도체의 중심을 향하여 상기 평면 지판에 대해 수평으로 구부려 마련되고,
    상기 제 2의 평면 방사 도체의 단부는, 상기 제 2의 방사 도체의 최대 이득을 갖는 방향으로 평면 지판에 대해 수직으로 구부려 마련되고, 또한 그 선단이 상기 제 2의 방사 도체의 중심을 향하여 상기 평면 지판에 대해 수평으로 구부려 마련되고,
    상기 제 1의 안테나부는 상기한 무변조 반송파의 송신에 사용됨과 함께, 상기 제 2의 안테나부는 상기한 반사파 신호의 수신에 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
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