KR101175468B1 - 안테나와 그것을 갖는 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형이면서 광대역인 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
안테나는, 유전체 기판과, 유전체 기판 상에 형성되어 제1 방향으로 연장하는 제1 도전체층을 갖는 급전 엘리먼트와, 유전체 기판 상에 형성되어 제1 도전체층의 일단의 제1 위치로부터 제1 거리를 이격시킨 제2 위치로부터 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연장되는 제2 도전체층을 갖는 기준 전위 엘리먼트를 포함하며, 기준 전위 엘리먼트는, 유전체 기판 상에 형성되어 제2 도전체층의 제2 위치로부터 제1 도전체층과 제2 거리를 이격시켜 제1 방향으로 연장되는 제3 도전체층을 더 포함한다.

Description

안테나와 그것을 갖는 통신 장치{ANTENNA AND COMMUNICATION DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은, 안테나와 그것을 갖는 통신 장치에 관한 것이다.

무선 통신, 예컨대 무선 LAN이나, 최근 서비스가 시작된 모바일 WiMAX 등에 있어서, 소형화된 안테나를 갖는 통신 장치를 제공하는 것이 시장에서 요구되고 있다. 이러한 새로운 무선 통신 규격은 나라 또는 지역마다 상이한 주파수 대역이 할당되는 경향이 있다. 따라서, 시장에 제공되어야 할 통신 장치는, 이들의 상이한 주파수 대역의 모든 대역에서 대응 가능한 것이 바람직하다. 나라 또는 지역마다 그곳의 주파수 대역에 대응하여 상이한 통신 장치를 개발하는 것은 비용 상승을 초래하여 바람직하지 않기 때문이다. 그래서, 모바일 환경에서도 사용할 수 있는 소형이면서 광대역인 안테나의 개발이 요구되고 있다.

이러한 안테나에 대해서는 예컨대 특허문헌 1, 비특허문헌 1 등에 기재되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-86794호 공보

[비특허문헌 1] 「휴대단말용 L자형 접이식 모노폴 안테나의 소자간 상호 결합 저감에 관한 일 검토」 방위대학교 전기전자공학과, Yongho KIM, 이토쥰 모리시타히사시, 전자정보통신학회 신학기법, 2008년 3월27일

WiMAX에 대하여, 제1 나라 또는 지역에서는 제1 주파수대가 할당되고, 제2 나라 또는 지역에서는 제2 주파수대가 할당되는 경우가 있다. 예컨대, 현시점에 있어서, WiMAX에 대하여, 일본에서는 주파수 대역 2.5～2.7 GHz가 할당되고, 유럽에서는 3.4～3.6 GHz가 할당된다. 따라서, 양쪽 주파수 대역을 커버하는 광대역의 소형 안테나와 무선 통신 회로가 있으면, 양쪽 지역에 공통인 안테나 및 그것을 갖는 통신 장치를 제공할 수 있다.

또한, WiMAX에서는, MIMO(Multiple Input Multiple 0utput) 통신 방식이 행해진다. MIM0에서는, 통신 안테나 및 수신 안테나를 복수 설치하고, 복수의 송신 안테나로부터 동일한 주파수 대역의 채널을 통해 별도의 통신 신호열을 동시에 통신함으로써, 실질적으로 주파수의 고효율화를 도모하고 있다. 이 경우, 복수의 안테나를 근접시키면 상호 결합이 강해져서 MIM0 통신 방식의 실현이 곤란해 진다. 따라서, 공간 절약으로 상호 결합이 작은 복수의 안테나를 설치하는 것이 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 소형이면서 광대역인 안테나 및 그것을 갖는 통신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판 상에 형성되어 제1 방향으로 연장되어 제1 길이를 갖는 제1 도전체층을 갖는 급전 엘리먼트와, 상기 유전체 기판 상에 형성되어 상기 제1 도전체층의 일단의 제1 위치로부터 제1 거리를 이격시킨 제2 위치로부터 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연장되는 제2 도전체층을 갖는 기준 전위 엘리먼트를 포함하며, 상기 기준 전위 엘리먼트는, 상기 유전체 기판 상에 형성되어 상기 제2 도전체층의 상기 제2 위치로부터 상기 제1 도전체층과 제2 거리를 이격시켜 상기 제1 방향으로 연장되어 제3 길이를 갖는 제3 도전체층을 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 소형이면서 광대역인 안테나를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에서의 안테나의 구성도이다.
도 2는 제1 실시형태에서의 안테나의 주파수에 대한 반사 계수를 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 실시형태의 안테나의 다른 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 실시형태의 안테나의 또 다른 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 제2 실시형태의 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 안테나간의 결합도를 나타낸 그래프도이다.
도 7은 제2 실시형태에서의 안테나의 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은 제2 실시형태에서의 안테나의 특성을 나타낸 도면이다.
도 9는 제2 실시형태에서의 안테나의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 10은 제2 실시형태에서의 안테나의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 11은 제3 실시형태에서의 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 제3 실시형태에서의 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 제4 실시형태에서의 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 실시형태의 안테나를 갖는 통신 장치의 외관도이다.

도 1은 제1 실시형태에서의 안테나의 구성도이다. 도면 중, 평면도와 2개의 단면도가 도시되어 있다. 평면도에는 유전체 기판(10)의 표면에 형성된 도전체층(11, 12, 13)의 패턴이 도시되어 있다. 또한, 도면 중, 평면도 내에 도시된 위치 A-A선을 따라 취한 단면도와 위치 B-B선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다.

유전체 기판(10)은 예컨대 폴리이미드 필름 또는 액정 폴리머 필름을 베이스 재료로 하는 기판으로서, 유리 소재 에폭시계 수지 적층판 재료여도 된다. 두께는 25 ㎛ 단위의 두께, 동박 18 ㎛, 예컨대 0.043 ㎜ 정도이며, 유전율(εr)(1 MHz)은 예컨대 4.0～4.8 정도이다. 유전체 기판(10)의 한쪽 표면 상에, 급전 엘리먼트인 제1 도전체층(11)과, 접지 전위 등의 기준 전위가 인가되는 기준 전위 엘리먼트인 제2 도전체층(12)과, 제2 도전체층(12)으로부터 연장되는 제3 도전체층(13)이 형성되어 있다.

급전 엘리먼트인 제1 도전체층(11)은, 제1 위치(P1)로부터 도면 중 수직 상측의 제1 방향으로 연장되어 제1 길이를 가지며, 제1 위치(P1)에 송신 신호가 인가되거나 또는 수신 신호가 유기(誘起)된다. 도 1 중의 제1 도전체층(11)은 제1 위치(P1)에서 가늘고 선단을 향해 점차 굵어지는 형상을 갖지만, 후술하는 바와 같이, 일정한 폭을 갖는 띠형 형상이어도 된다.

기준 전위 엘리먼트인 제2 도전체층(12)은, 제1 위치(P1)로부터 미리 정해진 거리(L1) 떨어진 제2 위치(P2)로부터 도면 중의 수직 하측의 제2 방향으로 연장되어 제2 길이를 갖는다. 제2 도전체층(12)의 폭은, 제1 도전체층(11)보다 크지만, 제1 도전체층(11)과 같은 정도의 폭이어도 된다. 그리고, 제2 도전체층(12) 내의 제2 위치에 접지 전위 등의 기준 전위가 인가된다.

예컨대, 도시하지 않은 통신 회로 기판에 접속되어 있는 동축 케이블의 내부 도체가 제1 도전체층(11)의 제1 위치(P1)에 접속되고, 외부 도체가 제2 도전체층(12)의 제2 위치(P2)에 접속된다.

제1 도전체층(11)인 급전 엘리먼트와, 제2 도전체층(12)인 기준 전위 엘리먼트로 이루어진 안테나는, 다이폴 안테나의 구성과 동등하다. 즉, 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)에 고주파 신호가 인가되고, 제1 도전체층(11)과 제2 도전체층(12)에 가해지는 고주파 신호 또는 도래하는 전자파에 의해 유기되는 전압이 발생하여 공기 중에 전파를 방사 또는 유기한다.

다이폴 안테나의 경우, 급전 엘리먼트(11)의 길이는 사용 대역의 신호 파장(λ)의 4분의 1인 λ/4가 된다. 반대로 말하면, 안테나는 급전 엘리먼트(11)의 제1 길이에 대응한 주파수로 공진하고, 급전 엘리먼트(11)의 폭에 대응한 주파수대폭을 갖는다. 또한, 기준 전위 엘리먼트(12)의 길이도 마찬가지로 λ/4이다.

본 실시형태의 안테나에서, 기준 전위 엘리먼트는, 제2 도전체층(12)의 제2 위치로부터 도면 중 수직 상측의 제1 방향으로 연장되고, 제1 도전체층(11)과 미리 정해진 거리(L1)를 이격시켜 배치된 제3 도전체층(13)을 더 갖는다. 제3 도전체층(13)은, 도 1의 우측의 예에서는, 제1 도전체층(11)의 양쪽에 배치되어 있다. 단, 도 1의 좌측의 예와 같이, 제3 도전체층(13)은, 제1 도전체층(11)의 한쪽에만 배치되어 있어도 좋다.

또한, 제3 도전체층(13)의 제3 길이(L3)는, 바람직하게는, 제1 도전체층(11)의 제1 길이의 1/2 미만이다. 더욱 바람직하게, 제3 길이(L3)는, 이 안테나의 주파수 대역 내의 미리 정해진 주파수의 파장을 λ(예컨대 2.5 GHz)로 하면, λ/12～λ/8 정도이다.

제1 도전체층(11)과 제3 도전체층(13) 사이에는 유전체 기판(10)의 유전체 재료가 개재되어 있다. 따라서, 제3 도전체층(13)을 마련함으로써, 제1 도전체층(11)과 제3 도전체층(13) 사이에도 용량이 형성되어 제1 도전체층(11)에 가해지는 고주파 신호 또는 도래하는 전자파의 유기에 의한 전압이 발생하여 전파가 방사 또는 유기된다. 이 동작에 의한 전파의 주파수는, 제1 도전체층(11)과 제2 도전체층(12) 사이에서 발생한 전파의 주파수와 상이한 공진 주파수를 갖는다고 생각된다. 그 결과, 본 실시형태의 안테나의 주파수 대역은 제1, 제2 도전체층(11, 12)만의 다이폴 안테나의 주파수 대역보다도 넓어진다. 반파장(λ/2) 다이폴 안테나의 길이는 하기에 의해 얻어진다.

여기서 λ:파장＝λc:자유 공간 파장으로 한다.

파장 λ＝광의 속도/주파수＝3×10⁸/2.5×10⁹＝0.12 m

상이한 공진 주파수(λo)는 하기에 의해 계산된다. 유전율(εr)은 4.0～4.8로 한다.

λo＝λ/√εr

도 2는 제1 실시형태에서의 안테나의 주파수에 대한 반사 계수를 나타낸 도면이다. 횡축이 주파수, 종축이 반사 계수를 나타내고, 본 발명자가 실험에 의해 얻었다. 반사 계수(VSWR)가 낮은 주파수 대역에서는, 안테나로부터 방사된 전파가 반사되지 않고 송출되기 때문에, 반사 계수가 낮은 대역이 안테나의 사용 주파수 대역이 된다.

도면 중, 파선은 다이폴 안테나만의 경우의 반사 계수의 주파수 특성을 나타낸다. 그리고, 실선은 제1 실시형태의 안테나의 반사 계수의 주파수 특성이다. 분명히, 실선의 특성은 파선의 특성보다 더 높은 주파수 대역에서 반사 계수가 저하되어 주파수 대역이 크게 넓어진다. 또한, 실선의 특성은 파선의 특성보다 더 낮은 주파수 영역에서도 주파수 대역이 다소 넓어진다.

제1 도전체층(11)과 제2 도전체층(12) 사이의 거리, 즉 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이의 거리(L1)는, 제1 도전체층(11)과 제3 도전체층(13) 사이의 거리(L1)와 거의 동일하며, λ/80～λ/60 정도이다. 이 거리(L1)는, 바람직하게는, 급전 전압이 인가되는 제1 위치와 기준 전압이 인가되는 제2 위치를 입력 단자쌍으로 한 경우의, 안테나의 입력 임피던스가 50Ω에 정합되는 거리로 선택되어 있다. 안테나의 입력 임피던스를 50Ω에 정합시킴으로써, 도시하지 않은 통신 회로 장치와의 접속을 범용성이 높은 50Ω의 특성 임피던스를 갖는 동축 케이블이나 마이크로 스트립 라인 등으로 행할 수 있다. 이에 따라 코일이나 콘덴서 등의 부품을 사용하지 않고 임피던스 정합시킬 수 있으며, 입력 단자 사이에서의 고주파 신호의 정합 손실을 줄여 반사를 억제할 수 있다.

본 발명자가 샘플링한 도 1의 안테나에 따르면, 그 주파수 대역을 2.3～3.6 GHz로 넓힐 수 있었다. 그 결과, 비대역은 다음과 같이 된다.

(3.6-2.3)/{(3.6-2.3)/2+2.3}≒0.441＝44.1%

또한, 제3 도전체층(13)을 급전 엘리먼트의 제1 도전체층(11)의 한쪽에 마련한 경우와, 양쪽에 마련한 경우를 샘플로 조사한 결과, 양쪽 경우에서 도 2의 반사 계수가 넓은 주파수 대역에서 저하되는 특성이 확인되었다. 한쪽에 마련한 경우 쪽이 낮은 주파수 대역에서 반사가 다소 적어지는 것이 확인되었지만, 양쪽에 마련한 경우 쪽이 높은 주파수 대역에서 반사가 다소 적어지는 것도 확인되었다.

또한, 제3 도전체층(13)의 길이(L3)를 달리 한 샘플을 조사한 결과, 길이(L3)가 λ/4로부터 짧아짐에 따라 반사 계수가 더욱 낮아지면서 그 반사 계수가 낮은 주파수 대역이 낮은 대역에서 높은 대역으로 이동하고, λ/8～λ/12 내의 최적의 길이로 넓은 주파수 대역에서 가장 반사 계수가 낮아지는 특성을 가지며, 길이(L3)를 더 짧게 하면 반사 계수가 낮은 주파수 대역이 보다 높은 대역으로 이동하면서 반사 계수가 높아져서 파선의 다이폴 안테나 특성이 되는 것이 확인되었다.

도 3은 제1 실시형태의 안테나의 다른 구성을 나타낸 도면이다. 이 안테나는, 유전체 기판(10)의 제1 표면 상에 수직 상측 방향으로 연장되는 일정 폭의 띠 형상의 제1 도전체층(11)과, 그리고, 미리 정해진 거리(L1) 이격되어 수직 하측 방향으로 연장되는 일정 폭의 띠 형상의 제2 도전체층(12)과, 제1 도전체층(11)과 미리 정해진 거리(L1) 떨어져 제2 위치(P2)로부터 수직 상측 방향으로 연장되는 제3 도전체층(13)을 갖는다. 단면 구조는 도 1과 동일하다. 그리고, 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이에 송신 신호(20)가 공급 또는 유기되며, 그것에 대응한 전파가 송신 또는 수신된다.

도 3의 평면도의 우측은, 제3 도전체층(13)이 제1 도전체층(11)의 양쪽에 마련되어 있지만, 평면도의 좌측과 같이 한쪽에만 마련하는 구성이라도 좋다.

도 4는 제1 실시형태의 안테나의 또 다른 구성을 나타낸 도면이다. 이 안테나는, 유전체 기판(10)의 제1 표면 상에 급전 엘리먼트인 제1 도전체층(11)이 마련되고, 제1 표면과는 반대측의 제2 표면 상에 기준 전위 엘리먼트인 제2 및 제3 도전체층(12, 13)이 마련되어 있다.

이와 같이 구성함으로써, 급전 엘리먼트와 기준 전위 엘리먼트 사이에 개재되는 유전체 기판의 높은 유전율에 의해 안테나 사이즈를 소형화시킬 수 있다. 도 3에 도시된 구성의 안테나도 마찬가지로 유전체 기판의 제1 표면과 제2 표면에 급전 엘리먼트와 기준 전위 엘리먼트를 각각 형성하여도 동일하게 소형화할 수 있다. 도 4의 평면도의 우측은 제3 도전체층(13)이 제1 도전체층(11)의 양쪽에 마련된 예이고, 좌측은 한쪽에만 마련된 예이다. 어느 쪽의 구성이라도 좋다.

도 5는 제2 실시형태의 안테나의 구성을 나타낸 도면이다. 이 안테나는, 유전체 기판(10) 상에 병렬로 배치되고, 급전 엘리먼트(11A, 11B)와 기준 전위 엘리먼트(12A, 12B, 13A, 13B)를 각각 갖는 제1 및 제2 안테나 소자(21, 22)를 갖는다. 또한, 안테나는 유전체 기판(10) 상에 설치되어 제1 및 제2 안테나 소자(21, 22)의 기준 전위 엘리먼트(12A, 12B) 사이를 접속하여 제4 길이를 갖는 단락용 도전체층(14)을 갖는다. 2개의 안테나 소자(21, 22)의 급전 엘리먼트와 기준 전위 엘리먼트의 형상 및 사이즈는 동일하다. 따라서, 양 안테나 소자(21, 22)는 동일한 주파수 대역을 가지며, MIM0 안테나로서 이용할 수 있다.

또한, 양 안테나 소자의 기준 전위 엘리먼트(12A, 12B) 사이를 제4 길이를 갖는 단락용 도전체층(14)으로 결합시키고 있다. 단락용 도전체층(14)은 기준 전위 엘리먼트(12A, 12B)의 결합점(15A, 15B)에서 결합되어 있다.

MIM0 안테나 등 복수의 안테나로부터 동일한 주파수의 전파를 송출하는 경우, 한쪽 안테나로부터 송출된 전파가 다른쪽 안테나로 흡수되는 정도가 높은 것은 바람직하지 못하다. 이와 같이 양 안테나간의 결합도가 높으면, 복수의 안테나로부터 다른 신호의 전파를 송출할 수 없기 때문이다. 그래서, 일반적으로는, 양 안테나의 거리(L4)를 λ/4 이상으로 하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 이것은 안테나의 소형화에 반한다.

그러나, 전술한 바와 같은 단락용 도전체층(14)을 마련함으로써, 이 결합도를 저하시킬 수 있는 것이 본 발명자에 의해 발견되었다. 즉, 양 안테나간의 거리(L4)를 λ/4보다 짧게 하여도 충분히 결합도가 낮은 안테나쌍으로 할 수 있다.

도 5의 우측은 안테나쌍 각각에서 제3 도전체층(13)이 제1 도전체층(11)의 양쪽에 마련된 예이며, 좌측은 한쪽에만 마련된 예이다. 어느 쪽 구성이라도 좋다.

도 5의 안테나쌍은, 도 4와 같이 급전 엘리먼트(11A, 11B)와 유전체 기판(10)의 제1 표면 상에 형성하고, 기준 전위 엘리먼트(12A, 12B, 13A, 13B)를 유전체 기판(10)의 제2 표면 상에 형성하여도 좋다.

도 6은 안테나간의 결합도를 나타낸 그래프도이다. 횡축이 안테나간의 거리(L4)를 나타내고, 종축이 결합도를 나타낸다. 결합도는, 한쪽 안테나로부터 송출된 전파의 감쇠량에 대응하며, 감쇠량이 작을수록 결합도가 약한 것을 의미하고 있다. 도 6에 도시된 결합도는, 도 5의 안테나쌍에 있어서 단락용 도전체층(14)을 마련하지 않은 경우의 것이다. 거리 30 ㎜는 주파수가 2.5 GHz일 때의 λ/4에 대응한다. 단락용 도전체층(14)을 마련하지 않은 경우는, 안테나간의 거리(L4)를 30 ㎜(=λ/4) 이상 이격시키는 것이 안테나간의 충분한 아이솔레이션을 얻기 위해서는 바람직하다.

한편, 도 5와 같이 단락용 도전체층(14)을 마련함으로써, 도 6의 결합도를 더욱 낮게 하는 것이 확인되었다. 따라서, 안테나간의 거리(L4)를 λ/4 미만에 가깝게 할 수 있다. 그 결과, MIM0 안테나로서 소형화할 수 있다.

도 5의 단락용 도전체층(14)에서 기준 전위 엘리먼트 사이를 결합시킨 안테나쌍은 단락용 도전체층(14)을 마련함으로써, 특정 주파수에 있어서 크게 감쇠되는 특성을 갖는 것이 본 발명자에 의해 발견되었다. 이 특정의 좁은 주파수 대역에서의 감쇠 특성은, 전술한 안테나간의 결합도의 저하 특성과는 별도로 또한 독립적으로 존재한다. 그리고, 단락용 도전체층(14)의 결합점(15A, 15B)의 위치를 변경함으로써, 그 특정 주파수 대역을 변경할 수 있다. 또한, 단락용 도전체층(14)의 길이를 변경함으로써, 그 감쇠율을 변경할 수 있다.

도 7은 제2 실시형태에서의 안테나의 특성을 나타낸 도면이다. 전술한 바와 같이, 도 5의 안테나쌍은, 단락용 도전체층(14)의 결합점(15A, 15B)의 위치를 변경함으로써, 그 특정 주파수 대역을 변경할 수 있다. 도 7 중의 우측에 도시된 바와 같이, 단락용 도전체층(14)의 결합점(15A, 15B)을, 파선과 같이 제3 도전체층(13A, 13B)에 가까운 위치에 배치한 경우는, 특정 주파수 대역의 주파수를 낮게 설정할 수 있고, 한편, 실선과 같이 제3 도전체층(13A, 13B)에서 먼 위치에 배치한 경우는, 특정 주파수 대역의 주파수를 높게 설정할 수 있다.

도 7 중의 좌측에는 감쇠량이 커지는 주파수 특성이 도시되어 있다. 파선은 단락용 도전체층(14)의 결합점(15A, 15B)을 제3 도전체층(13A, 13B)에 가까운 위치에 배치한 경우이며, 실선은 단락용 도전체층(14)의 결합점(15A, 15B)을 제3 도전체층(13A, 13B)에서 먼 위치에 배치한 경우이다. 화살표로 나타낸 바와 같이, 결합점을 변경함으로써, 감쇠율이 저하되는 특정 주파수대를 변경할 수 있다. 이에 따라, 무선 통신에 있어서 수신하고 싶지 않은 외래의 방해 전파 신호의 주파수대에 상기 특정 주파수를 설정하면, 안테나는 전파 장애를 야기하는 외래의 방해 전파 신호를 감쇠시킬 수 있다.

특히, 일본에서의 WiMAX는, WiLAN, Wi-Fi, Bluetooth 등과 일부 주파수 대역이 겹치고 있다. 따라서, 그러한 겹쳐 있는 주파수 대역과 전술한 특정 주파수대를 일치시킴으로써, WiLAN의 전파를 차단할 수 있다.

도 7의 평면도에 있어서, 좌측은 안테나쌍의 각각에서 제3 도전체층(13)이 제1 도전체층(11)의 양쪽에 마련된 예이며, 우측은 한쪽에만 마련된 예이다. 어느 쪽 구성이라도 동일한 특성을 얻을 수 있다.

도 8은 제2 실시형태에 있어서의 안테나의 특성을 나타낸 도면이다. 전술한 바와 같이, 도 5의 안테나쌍은, 단락용 도전체층(14)의 길이를 변경함으로써, 그 감쇠율을 변경시킬 수 있다. 도 8 중 우측에 도시한 안테나쌍(31)은 도전체층(14A)으로 인해 단락용 도전체층[14(3)]의 길이가 짧은 예이며, 안테나쌍(32)은 단락용 도전체층[14(4)]의 길이가 긴 예이다.

도 8 중의 좌측에 도시된 바와 같이, 단락용 도전체층(14)의 길이가 짧은 경우는 감쇠율이 작아지고, 반대로, 단락용 도전체층(14)의 길이가 긴 경우는 감쇠율이 커진다. 단, 감쇠율을 크게 하면 그 특정 주파수대 근처의 주파수대에 있어서도 감쇠율이 커진다. 따라서, 단락용 도전체층(14)의 길이를 적절하게 선택함으로써, 특정 주파수대 근처의 주파수대의 감쇠율을 저하시키지 않고, 특정 주파수대의 감쇠율을 필요한 정도까지 저하시킬 수 있다.

도 8의 평면도에는 안테나쌍의 안테나 각각이 제3 도전체층을 제1 도전체층의 양쪽에 마련한 예밖에 나타내고 있지 않지만, 한쪽에 마련한 예에서도 동일한 특성을 얻을 수 있다.

도 9는 제2 실시형태에서의 안테나의 변형예를 나타낸 도면이다. 도 9 중 우측에 도시된 바와 같이, 이 변형예에서는, 안테나쌍(21, 22)의 기준 전위 엘리먼트인 제2 도전체층(12A, 12B) 사이를 결합시키는 단락용 도전체층(14)의 결합점을 변경할 수 있는 결합점 스위치군(L5SW)과, 단락용 도전체층(14)의 길이를 변경할 수 있는 길이 스위치군(14SW)을 갖는다. 그리고, 이들 스위치군 내의 어느 하나의 스위치를 도통 상태로 함으로써, 결합점을 원하는 위치에, 길이를 원하는 길이로 각각 설정할 수 있다.

감쇠율이 저하되는 특정 주파수대를 스위치군(15SW)에서 선택하고, 감쇠율의 정도를 스위치군(14SW)에서 선택함으로써, 안테나쌍의 결합도를 저하시키며, 특정 주파수대의 전파를 거부할 수 있다.

도 10은 제2 실시형태에서의 안테나의 변형예를 나타낸 도면이다. 이 예에서는, 도 9와 달리 안테나 각각에 있어서, 제3 도전체층(13)이 제1 도전체층(11)의 한쪽에만 마련되어 있다. 이 구조도, 도 9와 동일하게 설정할 수 있다.

도 11은 제3 실시형태에서의 안테나의 구조를 나타낸 도면이다. 이 안테나쌍(21, 22) 중, 안테나(21)는 급전 엘리먼트의 제1 도전체층(11A)의 제1 위치(P1)와는 반대측인 제2 위치(P2)로부터 가로 방향으로 연장되는 제4 도전체층(11Ae)을 갖는다. 안테나(22)도 마찬가지로 제2 위치(P2)로부터 가로 방향으로 연장되는 제4 도전체층(11Be)을 갖는다.

또한, 안테나(21)는, 기준 전위 엘리먼트인 제2 도전체층(12A)의 제4 위치(P4)로부터, 제2 도전체층(12A)과 이격되어 도면 중 수직 상측 방향으로 연장되는 제5 도전체층(12Ae)을 갖는다. 안테나(22)도 마찬가지로 제4 위치(P4)로부터 수직 상측 방향으로 연장되는 제5 도전체층(12Be)을 갖는다.

또한, 양 안테나(21, 22) 모두 급전 엘리먼트의 제1 도전체층(11A, 11B)과 제4 도전체층(11Ae, 11Be)이 유전체 기판(10)의 한쪽 평면에 형성되고, 기준 전위 엘리먼트의 제2 도전체층(12A, 12B)과 제5 도전체층(12Ae, 12Be)이 유전체 기판(10)의 다른쪽 평면에 형성된다. 또한, 단면 C-C로 나타내는 바와 같이, 제2 도전체층(12A, 12B)과, 제5 도전체층(12Ae, 12Be) 사이의 유전체 기판(10)은 도면 부호 10A, 10B로 나타낸 바와 같이 제거되어 있다.

이와 같이, 급전 엘리먼트와 기준 전위 엘리먼트를 모두 긴 구성으로 하고, 유전체 기판(10)의 양면에 따로따로 설치함으로써, 도 5의 구성과 비교하면, 급전 엘리먼트의 길이가 동일하다고 한 경우, 도 10의 안테나 쪽이 전체 사이즈를 작게 할 수 있다.

도 12는 제3 실시형태에서의 안테나의 구조를 나타낸 도면이다. 이 예는, 도 11과 달리, 각 안테나에 있어서, 제3 도전체층(13A, 13B)이 제1 도전체층(11A, 11B)의 한쪽에만 마련되어 있다. 이 구성도 도 11과 동일하다.

도 13은, 제4 실시형태에서의 안테나의 구조를 나타낸 도면이다. 이 안테나는, 2개의 안테나(31, 32)를 갖는다. 안테나(31)는 도 1과 동일한 구조로서, 급전 엘리먼트인 제1 도전체층(11A)과 기준 전위 엘리먼트인 제2 도전체층(12A) 및 제3 도전체층(13A)을 갖는다. 한편, 안테나(32)는 도 10의 안테나(22)와 동등한 구조로서, 급전 엘리먼트는 제1 도전체층(11B)과 제4 도전체층(11Be)을 가지며, 기준 전위 엘리먼트는 제2 도전체층(12B)과 제3 도전체층(13B)과 제5 도전체층(12Be)을 갖는다. 그리고, 2개의 급전 엘리먼트에는 입력 단자(30)로부터 동일한 송신 신호가 인가 또는 유기된다.

안테나(31)의 급전 엘리먼트(11A)의 길이보다도, 안테나(32)의 급전 엘리먼트(11B, 11Be)의 길이가 길다. 따라서, 안테나(31)의 주파수대보다 안테나(32)의 주파수대 쪽이 낮아지며, 양쪽 주파수 대역은 상이하다. 그리고, 안테나(31, 32)의 거리는 예컨대 λ/4 미만이어도, 주파수가 다르기 때문에 양 안테나의 결합은 없다. 그 결과, 안테나쌍(31, 32)은 2개의 주파수 대역에 걸친 넓은 주파수 대역을 갖는다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 안테나쌍의 급전 엘리먼트를 유전체 기판(10)의 한쪽 면에 형성하고, 기준 전위 엘리먼트를 다른쪽 면에 형성하여도 좋다.

도 13에는 우측에 제3 도전체층(13)이 제1 도전체층(11)의 양쪽에 마련된 구성이 도시되고, 좌측에 한쪽에만 마련된 구성이 각각 도시되어 있다.

도 14는 상기 실시형태의 안테나를 갖는 통신 장치의 외관도이다. 도 14에는 2종류의 통신 장치가 도시되어 있다. 모두, USB 등의 커넥터(50)와, 통신 회로가 내장되어 있는 제1 케이스(51)와, 안테나가 수용되어 있는 제2 케이스(52)를 갖는다. 도 14의 (A)는 안테나의 케이스(52)를 수평 방향으로 눕힌 구성이고, 도 14의 (B)는 안테나의 케이스(52)를 수직 방향으로 세운 구성이다. 도 14의 (B)의 구성으로 하면, 다이폴 안테나의 급전 엘리먼트와 기준 전위 엘리먼트를 연결하는 직선의 주위 360°방향으로 전파를 송출하기 때문에, 상하 방향을 제외하고 무지향성의 안테나로 할 수 있다.

이상의 실시형태를 통합하면, 다음 부기와 같다.

(부기 1)

유전체 기판과,

상기 유전체 기판 상에 형성되어 제1 방향으로 연장되어 제1 길이를 갖는 제1 도전체층을 갖는 급전 엘리먼트와,

상기 유전체 기판 상에 형성되어 상기 제1 도전체층의 일단의 제1 위치로부터 제1 거리를 이격시킨 제2 위치로부터 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연장되는 제2 도전체층을 갖는 기준 전위 엘리먼트를 포함하며,

상기 기준 전위 엘리먼트는, 상기 유전체 기판 상에 형성되어 상기 제2 도전체층의 상기 제2 위치로부터 상기 제1 도전체층과 제2 거리를 이격시켜 상기 제1 방향으로 연장되어 제3 길이를 갖는 제3 도전체층을 더 포함하는 것인 안테나.

(부기 2)

부기 1에 있어서, 상기 제1 도전체층의 제1 위치에 송신 신호가 인가되고, 상기 제2 도전체층의 제2 위치에 기준 전위가 인가되는 것인 안테나.

(부기 3)

부기 2에 있어서, 상기 제1 및 제2 거리는 같고, 상기 제1 도전체층의 제1 위치와 상기 제2 도전체층의 제2 위치를 입력 단자쌍으로 하여 보여진 입력 임피던스가 50Ω에 정합되도록 상기 제1 및 제2 거리가 선택되어 있는 것인 안테나.

(부기 4)

부기 2 또는 부기 3에 있어서, 상기 제3 길이가 상기 제1 길이의 1/2 미만인 것인 안테나.

(부기 5)

부기 2 또는 부기 3에 있어서, 사용 대역의 주파수의 파장을 λ로 했을 경우에, 상기 제1 길이는 λ/4이고, 상기 제3 길이는 λ/8～λ/12인 것인 안테나.

(부기 6)

부기 2에 있어서, 상기 급전 엘리먼트의 제1 도전체층은 상기 유전체 기판의 제1 표면에 형성되고,

상기 기준 전위 엘리먼트의 제2 및 제3 도전체층은 상기 유전체 기판의 상기 제1 표면과는 반대측인 제2 표면에 형성되어 있는 것인 안테나.

(부기 7)

부기 2에 있어서, 상기 유전체 기판 상에 병렬로 배치되고, 상기 급전 엘리먼트와 기준 전위 엘리먼트를 각각 갖는 제1 및 제2 안테나 소자를 포함하며,

상기 유전체 기판 상에 설치되어 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 상기 기준 전위 엘리먼트 사이를 접속하여 제4 길이를 갖는 단락용 도전체층을 더 포함하는 것인 안테나.

(부기 8)

부기 7에 있어서, 상기 단락용 도전체층이 접속되는 상기 기준 전위 엘리먼트의 단락 접속점을 가변 변경하는 제1 스위치군을 포함하는 것인 안테나.

(부기 9)

부기 7 또는 부기 8에 있어서, 상기 단락용 도전체층의 제4 길이를 가변 변경하는 제2 스위치군을 포함하는 것인 안테나.

(부기 10)

부기 2 또는 부기 7에 있어서,

상기 급전 엘리먼트는, 상기 제1 도전체층의 상기 제1 위치와는 반대측 타단의 제3 위치로부터 상기 제1 방향과 상이한 제4 방향으로 연장되는 제4 도전체층을 포함하며,

상기 기준 전위 엘리먼트는, 상기 제2 도전체층의 상기 제2 위치와는 반대측 타단의 제4 위치로부터 상기 제1 방향으로 연장되는 제5 도전체층을 포함하는 안테나.

(부기 11)

부기 7에 있어서,

상기 제2 안테나 소자의 급전 엘리먼트는, 상기 제1 도전체층의 상기 제1 위치와는 반대측 타단의 제3 위치로부터 상기 제1 방향과 상이한 제4 방향으로 연장되는 제4 도전체층을 포함하며,

상기 제2 안테나 소자의 기준 전위 엘리먼트는, 상기 제2 도전체층의 상기 제2 위치와는 반대측 타단의 제4 위치로부터 상기 제1 방향으로 연장되는 제5 도전체층을 포함하는 안테나.

(부기 12)

부기 1 내지 부기 11 중 어느 하나에 기재된 안테나와,

상기 안테나의 상기 급전 엘리먼트에 송신 신호를 공급하고, 상기 기준 전위 엘리먼트에 기준 전위를 공급하는 통신 회로 장치를 포함하는 통신 장치.

10 : 유전체 기판 11 : 급전 엘리먼트(제1 도전체층)
12 : 기준 전위 엘리먼트(제2 도전체층) 13 : 기준 전위 엘리먼트(제3 도전체층)

Claims (10)

1. 유전체 기판과,
   상기 유전체 기판 상에 형성되어 제1 방향으로 연장되어 제1 길이를 갖는 제1 도전체층을 갖는 급전 엘리먼트와,
   상기 유전체 기판 상에 형성되어 상기 제1 도전체층의 일단의 제1 위치로부터 제1 방향으로 제1 거리를 이격시킨 제2 위치로부터 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연장되는 제2 도전체층을 갖는 기준 전위 엘리먼트를 포함하며,
   상기 제1 도전체층과 상기 제2 도전체층은 다이폴 안테나를 구성하고,
   상기 기준 전위 엘리먼트는, 상기 유전체 기판 상에 형성되어 상기 제2 도전체층의 상기 제2 위치로부터 상기 제1 도전체층과 제2 거리를 이격시켜 상기 제1 방향으로 연장되어 제3 길이를 갖는 제3 도전체층을 더 포함하고, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전체층의 제1 위치에 송신 신호가 인가되고, 상기 제2 도전체층의 제2 위치에 기준 전위가 인가되는 것인 안테나.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 도전체층의 제1 위치와 상기 제2 도전체층의 제2 위치를 입력 단자쌍으로 하여 본 입력 임피던스가 50Ω에 정합되도록 상기 제1 및 제2 거리가 선택되어 있는 것인 안테나.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제3 길이는 상기 제1 길이의 1/2 미만인 것인 안테나.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 사용 대역의 주파수의 파장을 λ으로 했을 경우에, 상기 제1 길이는 λ/4이고, 상기 제3 길이는 λ/8～λ/12인 것인 안테나.
6. 제2항에 있어서, 상기 급전 엘리먼트의 제1 도전체층은 상기 유전체 기판의 제1 표면에 형성되고,
   상기 기준 전위 엘리먼트의 제2 및 제3 도전체층은 상기 유전체 기판의 상기 제1 표면과는 반대측인 제2 표면에 형성되어 있는 것인 안테나.
7. 제2항에 있어서, 상기 유전체 기판 상에 병렬로 배치되고, 상기 급전 엘리먼트와 기준 전위 엘리먼트를 각각 갖는 제1 및 제2 안테나 소자를 포함하며,
   상기 유전체 기판 상에 설치되어 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 상기 기준 전위 엘리먼트 사이를 접속하여 제4 길이를 갖는 단락용 도전체층을 더 포함하는 안테나.
8. 제7항에 있어서, 상기 단락용 도전체층이 접속되는 상기 기준 전위 엘리먼트의 단락 접속점을 가변 변경하는 제1 스위치군을 포함하는 안테나.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 단락용 도전체층의 제4 길이를 가변 변경하는 제2 스위치군을 포함하는 안테나.
10. 제1항, 제2항, 제3항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 기재된 안테나와,
    상기 안테나의 상기 급전 엘리먼트에 송신 신호를 공급하고, 상기 기준 전위 엘리먼트에 기준 전위를 공급하는 통신 회로 장치를 포함하는 통신 장치.

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