KR101195363B1

KR101195363B1 - 안테나 장치 및 통신 장치

Info

Publication number: KR101195363B1
Application number: KR1020110040920A
Authority: KR
Inventors: 쇼헤이 이시까와; 데루히사 니노미야
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-29
Also published as: KR20120010107A; US20120019427A1; TW201205954A; JP2012028869A; EP2410610A1

Abstract

본원 발명은, 안테나의 지향성을 충분히 강화하는 것이다. 안테나 장치(110)는, 소정의 축 S를 중심으로 하여 선 형상 도체를 제1 간격 P로 나선 형상으로 권회(winding)함으로써 형성되고, 축 S의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 헬리컬 안테나(111)를 구비하였다. 또한, 안테나 장치(110)는, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 축 S의 방향을 따라서, 헬리컬 안테나(111)에 대하여 제1 간격 P와 대략 동일하게 되는 제2 간격 X를 두고 배치된 도파기(112)를 구비하였다.

Description

안테나 장치 및 통신 장치{ANTENNA DEVICE AND COMMUNICATION DEVICE}

본 발명은, 안테나 장치 및 통신 장치에 관한 것이다.

최근, 비접촉식의 인식 기술로서, RFID(Radio Frequency Identification)가 보급되고 있다. RFID는, 리더 라이터 장치 등의 통신 장치와 인식 대상인 IC(Integrated Circuit) 태그 등의 기록 매체와의 사이에서 전파를 이용하여 데이터의 주고받기를 행하는 기술이다.

RFID용의 통신 장치에 탑재되는 안테나 장치로서는, 원편파의 전파를 방사하는 원편파 안테나를 이용한 것이 알려져 있다. 대표적인 원편파 안테나로서는, 예를 들면, 헬리컬 안테나가 있다. 헬리컬 안테나는, 선 형상 도체를 소정의 축의 주위에 나선 형상으로 권회함으로써 형성되는 안테나이며, 나선의 중심으로 되는 축의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 것이다.

헬리컬 안테나를 단체로 이용한 경우에는, 안테나의 지향성이 약하다고 하는 결점이 있다. 안테나의 지향성이 약하면, 헬리컬 안테나의 인식 대상으로 되는 IC 태그 근방에 배치된 비인식 대상의 IC 태그가, 헬리컬 안테나로부터의 전파의 방사 범위에 부수적으로 수용된다고 하는 문제를 초래한다.

안테나의 지향성을 강화하는 기술로서는, 헬리컬 안테나의 전파의 방사 방향으로 도파기를 배치한 안테나 장치가 알려져 있다. 이 안테나 장치에서는, 헬리컬 안테나의 전파의 방사 방향으로 도파기를 배치함으로써, 안테나의 지향성을 강화한다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-123231호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평04-216204호 공보

그러나, 헬리컬 안테나의 전파의 방사 방향으로 단순히 도파기를 배치한 종래의 구조에서는, 안테나가 지나치게 커진다고 하는 문제가 있다.

개시의 기술은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 소형이며 안테나의 지향성을 충분히 강화할 수 있는 안테나 장치 및 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본원의 개시하는 안테나 장치는, 소정의 축을 중심으로 하여 선 형상 도체를 제1 간격으로 나선 형상으로 권회함으로써 형성되며, 상기 축의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 안테나를 구비하였다. 또한, 본원의 개시하는 안테나 장치는, 상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축의 방향을 따라서, 상기 안테나에 대하여 상기 제1 간격과 대략 동일하게 되는 제2 간격을 두고 배치된 도파기를 구비하였다.

본원의 개시하는 안테나 장치의 일 양태에 따르면, 안테나의 지향성을 충분히 강화할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 실시예에 따른 안테나 장치를 갖는 리더 라이터 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 실시예에 따른 안테나 장치의 외관을 도시하는 사시도.
도 3은 도 2에 도시한 안테나 장치의 측면도.
도 4는 λ=220㎜일 때의 유전체의 외관 구성예를 도시하는 도면.
도 5는 헬리컬 안테나 단체로부터 방사되는 전파의 방사 양태를 도시하는 개략도.
도 6은 본 실시예에 따른 안테나 장치로부터 방사되는 전파의 방사 양태를 도시하는 개략도.
도 7은 간격 P=0.125λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 전후비와의 관계를 도시한 도면.
도 8은 간격 P=0.125λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 반값폭과의 관계를 도시한 도면.
도 9는 간격 P=0.125λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 게인과의 관계를 도시한 도면.
도 10은 간격 P=0.114λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 전후비와의 관계를 도시한 도면.
도 11은 간격 P=0.114λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 반값폭과의 관계를 도시한 도면.
도 12는 간격 P=0.114λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 게인과의 관계를 도시한 도면.
도 13은 도체 소자의 외관 구성예를 도시하는 도면.
도 14는 도체 소자의 개수에 대한 전후비의 변화를 도시하는 도면.
도 15는 도체 소자의 그 밖의 형상의 예 1을 설명하기 위한 도면.
도 16은 도체 소자의 그 밖의 형상의 예 2를 설명하기 위한 도면.
도 17은 도체 소자의 그 밖의 형상의 예 3을 설명하기 위한 도면.

이하에, 본원의 개시하는 안테나 장치 및 통신 장치의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 이하에서는, 본원의 개시하는 안테나 장치를, RFID용의 통신 장치인 리더 라이터 장치에 탑재한 예에 대하여 설명한다. 또한, 이 실시예에 의해 본원이 개시하는 안테나 장치 및 통신 장치가 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

우선, 본 실시예에 따른 안테나 장치를 갖는 리더 라이터 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 리더 라이터 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시한 예에서는, 리더 라이터 장치(100)의 근방에 IC 태그(200)가 배치되어 있는 상황을 나타낸다. 또한, 도 1의 파선(110a)은, 전파의 방사 범위를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 리더 라이터 장치(100)는, 안테나 장치(110)와, 입력부(120)와, 출력부(130)와, 제어 회로(140)를 갖는다.

안테나 장치(110)는, 리더 라이터 장치(100)의 내부 또는 외부에 탑재되고, 제어 회로(140)로부터 급전됨으로써 전파를 방사함과 함께, 자신을 향하여 도래하는 전파를 수신하여 제어 회로(140)에 출력하는 안테나 장치이다. 또한, 안테나 장치(110)의 구성의 상세에 대해서는 후에 설명한다.

입력부(120)는, 각종 정보를 입력하는 입력 수단이며, 예를 들면, 리더 라이터 장치(100)의 통신 기능을 실행하는 경우에 조작되는 조작 버튼이다. 출력부(130)는, 각종 정보를 출력하는 출력 수단이며, 예를 들면, 리더 라이터 장치(100)에 의한 통신 결과를 출력하는 액정 표시 장치나 스피커이다.

제어 회로(140)는, 리더 라이터 장치(100)의 전체를 통괄 제어하는 제어부이다. 제어 회로(140)는, 안테나 장치(110)에 대한 급전을 행한다. 또한, 제어 회로(140)는, 안테나 장치(110)로부터 방사되는 전파를 이용하여 기록 매체인 IC 태그(200)와의 사이에서 통신을 행한다. 예를 들면, 제어 회로(140)는, 안테나 장치(110)로부터 방사되는 전파를 이용하여 IC 태그(200)에 대하여 데이터의 기입을 행하거나, 안테나 장치(110)를 향하여 도래하는 전파를 이용하여 IC 태그(200)로부터 데이터의 읽어들이기를 행하거나 한다.

다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여, 도 1에 도시한 안테나 장치(110)의 구성의 상세에 대하여 설명한다. 도 2는 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)의 외관을 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시한 안테나 장치(110)의 측면도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 안테나 장치(110)는, 헬리컬 안테나(111)와, 도파기(112)를 갖는다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시한 예에서는, 4개의 도체 소자(112a)를 포함하는 도파기(112)를 나타냈지만, 도체 소자(112a)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 또한, 헬리컬 안테나(111)와 도파기(112)는, 도시하지 않은 케이스 등에 고정되어 있는 것으로 한다.

헬리컬 안테나(111)는, 원편파의 전파를 방사하는 원편파 안테나이다. 본 실시예에서는, 헬리컬 안테나(111)는, 원주 형상의 유전체(113)의 중심축 S를 중심으로 하여 4개의 선 형상 도체(111a～111d)를 간격 P로 유전체(113)의 외주면에 나선 형상으로 권회함으로써 형성되는 4선식 헬리컬 안테나이다. 헬리컬 안테나(111)는, 원주 형상의 유전체(113)의 중심축 S의 방향으로 원편파의 전파를 방사한다.

또한, 선 형상 도체(111a～111d)의 일단은, 제어 회로(140)로부터의 급전을 받는 급전점(114)을 중앙에 배치한 십자 형상의 급전용 도체(115)에 접속되어 있다. 선 형상 도체(111a～111d)의 타단은, 급전점(114)에 대한 제어 회로(140)로부터의 급전에 따라서 원편파의 전파를 실제로 방사하는 십자 형상의 방사용 도체(116)에 접속되어 있다.

또한, 헬리컬 안테나(111)에서의 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P는, 사용되는 원편파의 전파의 실효 파장을 λ로 하면, 0.11λ 이상 0.15λ 이하, 예를 들면, 0.125λ 근방으로 설정되어 있다. 여기서, 실효 파장 λ란, 사용되는 원편파의 전파의 진공 중에서의 파장을 λ0으로 하고, 헬리컬 안테나(111)에 대한 유전체(113)의 실효 유전율을 εeff로 하였을 때, λ=λ0/(√εeff)로 표현되는 파장이다.

또한, 선 형상 도체(111a～111d)가 나선 형상으로 권회되는 원주 형상의 유전체(113)의 전체 길이 L 및 직경 D는, 모두 0.25λ 근방으로 설정되어 있다. 도 4에, λ=220㎜일 때의 유전체(113)의 외관 구성예를 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, λ=220㎜로 하면, 원주 형상의 유전체(113)의 전체 길이 L은 55㎜로 되어 있고, 직경 D는 58㎜로 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 원주 형상의 유전체(113)의 전체 길이 L 및 직경 D는, 모두 0.25λ 근방으로 설정되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P, 전체 길이 L 및 직경 D의 설정 방법에 대해서는, 문헌 「J. D. Kraus, R. J. Marhefka, "Antennas 3^rd.", Chapter 8, pp.292, McGRAW-HILL」에 상술되어 있으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

도파기(112)는, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 유전체(113)의 중심축 S 방향을 따라서 헬리컬 안테나(111)에 대하여 간격 X를 두고 배치되어 있다. 도파기(112)는, 유전체(113)의 중심축 S의 방향을 따라서 배치된 4개의 도체 소자(112a)를 포함하고 있다. 도체 소자(112a)의 배치 양태에 대하여 도 3을 이용하여 구체적으로 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 4개의 도체 소자(112a)는, 원주 형상의 유전체(113)의 중심축 S 상으로서 헬리컬 안테나(111)에서의 방사용 도체(116)측에 배치되어 있다. 4개의 도체 소자(112a) 중 헬리컬 안테나(111)에 가장 근접하는 도체 소자(112a)는, 헬리컬 안테나(111)로부터 간격 X만큼 떨어진 위치에 배치되어 있다. 또한, 각 도체 소자(112a)는, 인접하는 도체 소자(112a)로부터 간격 Y만큼 떨어진 위치에 배치되어 있다.

여기서, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 유전체(113)의 중심축 S를 따라서 도파기(112)를 배치하는 이유에 대하여 설명한다. 도 5는 헬리컬 안테나(111) 단체로부터 방사되는 전파의 방사 양태를 도시하는 개략도이다. 도 6은 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)로부터 방사되는 전파의 방사 양태를 도시하는 개략도이다. 또한, 도 5 및 도 6의 파선(110a)은, 전파의 방사 범위를 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S를 따라서 도파기(112)가 배치되어 있지 않은 경우, 즉, 헬리컬 안테나(111)를 단체로 이용한 경우에는, 헬리컬 안테나(111)로부터의 전파의 방사 범위가 비교적 광폭이다. 즉, 헬리컬 안테나(111)를 단체로 이용한 경우에는, 안테나의 지향성이 약하다. 이와 같은 경우에는, 헬리컬 안테나(111)는, 인식 대상으로 되는 IC 태그(200)의 근방에 인식 대상이 아닌 다른 IC 태그가 배치되어 있으면, 인식 대상이 아닌 다른 IC 태그를 전파의 방사 범위에 부수적으로 수용할 가능성이 있다.

한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S를 따라서 도파기(112)가 배치된 경우에는, 도파기(112)가 헬리컬 안테나(111)로부터 방사되는 전파를 헬리컬 안테나(111)로부터 도파기(112)로 향하는 방향으로 유도한다. 즉, 도파기(112)가 전파의 도파 기능을 발휘한다. 이 때문에, 헬리컬 안테나(111)로부터의 전파의 방사 범위가 도 5에 도시한 상태보다도 협폭화된다. 또한, 헬리컬 안테나(111)로부터의 전파의 방사 범위는, 유전체(113)의 중심축 S를 따라서 헬리컬 안테나(111)로부터 도파기(112)로 향하는 방향으로 넓어진다. 이에 의해, 안테나 장치(110)의 지향성이 헬리컬 안테나(111)로부터 도파기(112)로 향하는 방향으로 강해진다.

즉, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S를 따라서 도파기(112)를 배치하는 이유는, 안테나 장치(110)의 지향성을 헬리컬 안테나(111)로부터 도파기(112)로 향하는 방향으로 강화하기 위해서이다. 이에 의해, 안테나 장치(110)는, 인식 대상으로 되는 IC 태그(200)의 근방에 인식 대상이 아닌 다른 IC 태그가 배치되어 있는 경우라도, 인식 대상으로 되는 IC 태그(200)만을 헬리컬 안테나(111)로부터의 전파의 방사 범위에 수용하기 쉬워진다.

또한, 본 실시예에서는, 헬리컬 안테나(111)와 헬리컬 안테나(111)에 가장 근접하는 도체 소자(112a)와의 간격 X, 및 서로 인접하는 도체 소자(112a)의 간격 Y는, 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P와 대략 동일한 간격으로 설정되어 있다. 즉, 헬리컬 안테나(111)와 헬리컬 안테나(111)에 가장 근접하는 도체 소자(112a)와의 간격 X, 및 서로 인접하는 도체 소자(112a)의 간격 Y는, 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정되어 있다. 바람직하게는, 간격 X 및 간격 Y는, 0.12λ 이상 0.13λ 이하로 설정된다. 보다 바람직하게는, 간격 X 및 간격 Y는, 0.125λ로 설정된다.

여기서, 간격 X 및 간격 Y를 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정하는 이유에 대하여 설명한다. 소위 야기-우다(Yagi-Uda) 안테나 방식에서 다이폴 안테나와 도파기와의 간격이 0.25λ 근방으로 설정되어 있는 것을 고려하면, 본 실시예에서도, 간격 X 및 간격 Y가 0.25λ 근방으로 설정되는 것이 바람직하다라고도 생각된다. 이것은, 야기-우다 안테나 방식에서는, 다이폴 안테나와 도파기와의 간격을 0.25λ 근방으로 설정함으로써, 전후비를 높일 수 있기 때문이다. 또한, 전후비란, 안테나로부터 도파기로 향하는 방향으로 방사되는 전계와, 그 방향과 반대의 180° 방향으로 방사되는 전계와의 비이다. 전후비가 높은 것은, 안테나 장치의 지향성이 안테나로부터 도파기로 향하는 방향으로 강해지는 것을 의미한다. 또한, 케이스 내에 헬리컬 안테나를 내장한 핸디형의 리더 라이터 장치에서는, 태그를 판독하는 지향성이 약하여, 인접하는 태그까지 판독되게 된다고 하는 문제가 있다. 본 장치에서는, 리더 라이터 장치를 개조하지 않고, 또한 야기 안테나와 같이, 외장으로 도파기를 안테나로부터 4분의 1 파장 간격으로 설치하는 것이 아닌 다른 방법을 생각하였다. 즉, 그 방법이란, 본 리더 라이터 장치에 내장한 헬리컬 안테나부터 도파기까지의 간격을, 헬리컬 안테나를 구성하는 복수의 도체 소자 간의 간격에 맞추어 도파기를 외장하는 것을 특징으로 한다.

그런데, 간격 X 및 간격 Y가 0.25λ 근방으로 설정되면, 사용 전파의 실효 파장 λ가 비교적 큰 경우에 안테나 장치(110)가 대형화되고, 이 때문에, 안테나 장치(110)를 리더 라이터 장치(100)에 탑재하는 것이 곤란하게 된다. 예를 들면, RFID에 주로 이용되는 약 950㎒의 UHF대의 전파가 사용 전파인 경우에는, 간격 X 및 간격 Y는, 7.89㎝까지 대형화되어, 핸디형과 같은 소형의 리더 라이터 장치(100)에 안테나 장치(110)를 탑재하는 것이 곤란하게 된다.

이와 같은 점을 감안하여, 본 발명자들은, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ보다도 작게 한 경우라도 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ로 설정한 경우와 동등하게 전후비를 높일 수 있는지의 여부에 대하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 간격 X 및 간격 Y를 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정한 경우에, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ 근방으로 설정한 경우보다도 전후비를 높일 수 있다고 하는 지견을 얻었다.

이러한 지견에 대하여 도 7～도 12를 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 7은, 간격 P=0.125λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 전후비와의 관계를 도시한 도면이다. 도 7의 횡축은, 간격 X 및 간격 Y이고, 도 7의 종축은, 전후비[㏈]이다. 또한, 이하에서는, 헬리컬 안테나(111)에 대한 유전체(113)의 실효 유전율 εeff가 「1」이고, 실효 파장 λ가, 사용 전파의 진공 중의 파장 λ0과 동일한 것으로 한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ로 설정하면 전후비가 13.16[㏈]으로 되고, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ보다도 작게 설정하면 전후비가 일단 13.16[㏈]보다도 저하된다. 한편, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정한 경우의 전후비는, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ로 설정한 경우의 전후비 13.16[㏈]보다도 높게 되어 있다. 특히, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 동일한 0.125λ로 설정한 경우의 전후비는, 최대값 15[㏈]로 되어 있다.

도 8은 간격 P=0.125λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 반값폭과의 관계를 도시한 도면이다. 도 8의 횡축은, 간격 X 및 간격 Y이고, 도 8의 종축은, 반값폭[deg]이다. 또한, 반값폭이란, 안테나로부터 방사되는 전파의 전력이 최대값의 절반으로 되는 각도폭이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정한 경우의 반값폭은, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ로 설정한 경우의 반값폭과 동등하게 유지되어 있다.

도 9는 간격 P=0.125λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 게인과의 관계를 도시한 도면이다. 도 9의 횡축은, 간격 X 및 간격 Y이고, 도 9의 종축은, 게인[㏈i]이다. 또한, 게인이란, 동일 전력을 피측정 안테나 및 기준 안테나에 가한 경우의 양 안테나의 전력의 비이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정한 경우의 게인은, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ로 설정한 경우의 게인과 동등하게 유지되어 있다.

도 10은 간격 P=0.114λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 전후비와의 관계를 도시한 도면이다. 도 10의 횡축은, 간격 X 및 간격 Y이고, 도 10의 종축은, 전후비[㏈]이다. 또한, 이하에서는, 헬리컬 안테나(111)에 대한 유전체(113)의 실효 유전율 εeff가 소정값이고, 실효 파장 λ가 사용 전파의 진공 중의 파장 λ0보다도 짧은 것으로 한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 간격 X 및 간격 Y를 0.34λ로 설정하면 전후비가 34.7[㏈]로 되고, 간격 X 및 간격 Y를 0.34λ보다도 작게 설정하면 전후비가 일단 34.7[㏈]보다도 저하된다. 한편, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정한 경우의 전후비는, 간격 X 및 간격 Y를 0.34λ로 설정한 경우의 전후비 34.7[㏈]보다도 높게 되어 있다. 특히, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 동일한 0.114λ로 설정한 경우의 전후비는, 최대값 38[㏈]로 되어 있다.

도 11은 간격 P=0.114λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 반값폭과의 관계를 도시한 도면이다. 도 11의 횡축은, 간격 X 및 간격 Y이고, 도 11의 종축은, 반값폭[deg]이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정한 경우의 반값폭은, 간격 X 및 간격 Y를 0.34λ로 설정한 경우의 반값폭과 동등하게 유지되어 있다.

도 12는 간격 P=0.114λ일 때의 간격 X 및 간격 Y와 게인과의 관계를 도시한 도면이다. 도 12의 횡축은, 간격 X 및 간격 Y이고, 도 12의 종축은, 게인[㏈i]이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 간격 X 및 간격 Y를 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정한 경우의 게인은, 간격 X 및 간격 Y를 0.34λ로 설정한 경우의 게인과 동등하게 유지되어 있다.

이와 같이, 간격 X 및 간격 Y를 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정하면, 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ 근방으로 설정한 경우보다도 전후비가 높아진다. 또한, 반값폭 및 게인이 간격 X 및 간격 Y를 0.25λ 근방으로 설정한 경우의 반값폭 및 게인과 동등하게 유지된다. 따라서, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)에서는, 간격 X 및 간격 Y가 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정되어 있다. 이 때문에, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)에서는, 안테나와 도파기와의 간격을 0.25λ 근방으로 설정하는 야기-우다 안테나 방식보다도 안테나의 지향성을 강화할 수 있음과 함께, 야기-우다 안테나 방식보다도 장치의 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 4개의 도체 소자(112a)는, 유전체(113)의 중심축 S에 수직한 평면으로부터 보아 십자 형상으로 형성되어 있다. 도 13에 도체 소자(112a)의 외관 구성예를 도시한다. 도 13에 예시한 바와 같이, 두께 1㎜의 도체 소자(112a)는, 유전체(113)의 중심축 S에 수직한 평면으로부터 보아, 길이 120㎜, 폭 5㎜의 십자 형상으로 형성되어 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 4개의 도체 소자(112a)를, 유전체(113)의 중심축 S에 수직한 평면으로부터 보아 십자 형상으로 형성함으로써, 유전체(113)의 중심축 S에 수직한 평면에서의 전파의 감도를 향상하도록 하고 있다.

그런데, 본 실시예에서는, 도파기(112)는, 4개의 도체 소자(112a)를 포함하고 있지만, 도체 소자(112a)의 개수는, 짝수개인 것이 바람직하다. 도 14를 이용하여 구체적으로 설명한다.

도 14는 도체 소자(112a)의 개수에 대한 전후비의 변화를 도시하는 도면이다. 도 14의 횡축은, 도체 소자(112a)의 개수이고, 도 14의 종축은, 전후비[㏈]이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 도체 소자(112a)의 개수를 짝수개로 한 경우에는, 도체 소자(112a)의 개수를 홀수개로 한 경우보다도, 전후비가 높아진다. 예를 들면, 도체 소자(112a)의 개수를 2개로 한 경우에는, 도체 소자(112a)의 개수를 1개나 3개로 한 경우보다도, 전후비가 높아진다.

이와 같이, 도체 소자(112a)의 개수를 짝수개로 한 경우에는, 도체 소자(112a)의 개수를 홀수개로 한 경우보다도, 전후비가 높아진다. 따라서, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)에서는, 도파기(112)가, 짝수개인 4개의 도체 소자(112a)를 포함하고 있다.

전술해 온 바와 같이, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)는, 유전체(113)의 중심축 S를 중심으로 하여 4개의 선 형상 도체(111a～111d)를 간격 P로 나선 형상에 권회함으로써 형성되며, 중심축 S의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 헬리컬 안테나(111)를 갖는다. 또한, 안테나 장치(110)는, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S를 따라서, 헬리컬 안테나(111)에 대하여 간격 P와 대략 동일하게 되는 간격 X를 두고 배치된 도파기(112)를 갖는다. 이 때문에, 안테나 장치(110)는, 안테나로서의 지향성을 헬리컬 안테나(111)로부터 도파기(112)로 향하는 방향으로 충분히 강화할 수 있다. 특히, 안테나 장치(110)는, 안테나의 지향성에 크게 영향을 주는 지표의 하나인 전후비를 중점적으로 높일 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)에서는, 도파기(112)는, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S의 방향을 따라서 배치된 복수의 도체 소자(112a)를 포함한다. 그리고, 헬리컬 안테나(111)와 헬리컬 안테나(111)에 가장 근접하는 도체 소자(112a)와의 간격 X, 및 서로 인접하는 도체 소자(112a)의 간격 Y가, 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P와 대략 동일한 간격으로 설정되어 있다. 이 때문에, 안테나 장치(110)는, 도체 소자를 1개만 포함하는 도파기를 채용한 구성과 비교하여, 안테나로서의 지향성을 보다 한층 더 강화할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)에서는, 간격 X 및 간격 Y는, 선 형상 도체(111a～111d)의 간격 P와 대략 동일한 간격인 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정되어 있다. 이 때문에, 안테나 장치(110)는, 안테나와 도파기와의 간격을 0.25λ 근방으로 설정하는 야기-우다 안테나 방식보다도 안테나의 지향성을 강화할 수 있음과 함께, 야기-우다 안테나 방식보다도 장치의 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)에서는, 도체 소자(112a)의 개수를 짝수개로 하고 있으므로, 도체 소자(112a)의 개수를 홀수개로 한 경우보다도 전후비를 보다 한층 더 높일 수 있어, 안테나의 지향성을 보다 한층 더 강화할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 안테나 장치(110)에서는, 4개의 도체 소자(112a)는, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S에 수직한 평면으로부터 보아 십자 형상(cross-shaped)으로 형성되어 있으므로, 원편파의 전파를 감도 좋게 송수신할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 4개의 도체 소자(112a)는, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S에 수직한 평면으로부터 보아 십자 형상으로 형성되어 있는 예를 설명하였지만, 도체 소자(112a)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서, 도체 소자(112a)의 그 밖의 형상의 예 1～3에 대하여 설명한다. 도 15～도 17은, 각각 도체 소자(112a)의 그 밖의 형상의 예 1～예 3을 설명하기 위한 도면이다. 도 15～도 17에 도시한 바와 같이, 4개의 도체 소자(112a)는, 헬리컬 안테나(111)에 의해 전파가 방사되는 중심축 S에 수직한 평면으로부터 보아 갈고리 십자 형상(hooked-cross-shaped)으로 형성되어도 된다. 이와 같이, 도체 소자(112a)를 갈고리 십자 형상으로 형성함으로써, 동일한 도체 소자를 십자 형상으로 형성하는 것보다도 도파기(112)의 외형을 소형화할 수 있고, 또한, 십자 형상으로 형성하는 도체 소자와 동일한 소자 길이를 유지할 수 있다. 그 결과, 십자 형상의 도체 소자와 동일 정도로 원편파의 전파를 감도 좋게 송수신할 수 있고, 장치의 소형화를 보다 한층 더 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 원편파 안테나의 일례로서, 4개의 선 형상 도체(111a～111d)를 원주 형상의 유전체(113)의 외주면에 나선 형상으로 권회함으로써 형성되는 4선식의 헬리컬 안테나(111)를 이용하여 실시예의 설명을 행하였지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 크로스 다이폴 안테나 등의 다른 원편파 안테나에도 헬리컬 안테나(111)와 마찬가지로 하여 본원 발명을 적용할 수 있다. 또한, 원편파 안테나로서 헬리컬 안테나를 이용하는 경우에는, 2선식이나 단선식의 헬리컬 안테나에도 4선식의 헬리컬 안테나(111)와 마찬가지로 하여 본원 발명을 적용할 수 있다.

이상의 실시예를 포함하는 실시 형태에 관하여, 이하의 부기를 더 개시한다.

(부기 1)

소정의 축을 중심으로 하여 선 형상 도체가 나선 형상으로 권회되고, 상기 축 방향에서 인접하는 선 형상 도체 간을 제1 간격으로 형성하고, 상기 축의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 안테나와,

상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축의 방향을 따라서, 상기 안테나에 대하여 상기 제1 간격과 대략 동일하게 되는 제2 간격을 두고 배치된 도파기

를 구비한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.

(부기 2)

상기 도파기는, 상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축의 방향을 따라서 배치된 복수의 도체 소자를 포함하고,

상기 안테나와 상기 안테나에 가장 근접하는 상기 도체 소자와의 간격, 및 서로 인접하는 상기 도체 소자의 간격이, 대략 동일하게 되는 상기 제2 간격으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 안테나 장치.

(부기 3)

상기 안테나에 의해 방사되는 전파의 실효 파장을 λ로 하면,

상기 제1 간격 및 상기 제2 간격은, 0.11λ 이상 0.15λ 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 1 또는 2에 기재된 안테나 장치.

(부기 4)

상기 복수의 도체 소자의 개수는, 짝수개인 것을 특징으로 하는 부기 2 또는 3에 기재된 안테나 장치.

(부기 5)

상기 복수의 도체 소자는, 상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축에 수직한 평면으로부터 보아 십자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 2～4 중 어느 하나에 기재된 안테나 장치.

(부기 6)

상기 복수의 도체 소자는, 상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축에 수직한 평면으로부터 보아 갈고리 십자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부기 2～4 중 어느 하나에 기재된 안테나 장치.

(부기 7)

태그에 전파를 방사하여, 상기 태그와 통신을 행하는 통신 장치로서,

소정의 축을 중심으로 하여 선 형상 도체를 제1 간격으로 나선 형상으로 권회함으로써 형성되며, 상기 축의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 안테나와,

상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축의 방향을 따라서, 상기 안테나에 대하여 상기 제1 간격과 대략 동일하게 되는 제2 간격을 두고 배치되며, 상기 태그에 대하여 지향성을 맞춘 전파를 방사하는 도파기

를 구비한 것을 특징으로 하는 통신 장치.

100 : 리더 라이터 장치
110 : 안테나 장치
111 : 헬리컬 안테나
111a～111d : 선 형상 도체
112 : 도파기
112a : 도체 소자
113 : 유전체
114 : 급전점
115 : 급전용 도체
116 : 방사용 도체

Claims

소정의 축을 중심으로 하여 선 형상 도체가 나선 형상으로 권회되고, 상기 축 방향에서 인접하는 선 형상 도체 사이를 제1 간격으로 형성하고, 상기 축의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 안테나와,
상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축의 방향을 따라서, 상기 안테나에 대하여 상기 제1 간격과 동일하게 되는 제2 간격을 두고 배치된 도파기
를 구비한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 도파기는, 상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축의 방향을 따라서 배치된 복수의 도체 소자를 포함하고,
상기 안테나와 상기 안테나에 가장 근접하는 상기 도체 소자와의 간격, 및 서로 인접하는 상기 도체 소자의 간격이, 상기 제2 간격으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
태그에 전파를 방사하여, 상기 태그와 통신을 행하는 통신 장치로서,
소정의 축을 중심으로 하여 선 형상 도체를 제1 간격으로 나선 형상으로 권회함으로써 형성되며, 상기 축의 방향으로 원편파의 전파를 방사하는 안테나와,
상기 안테나에 의해 전파가 방사되는 상기 축의 방향을 따라서, 상기 안테나에 대하여 상기 제1 간격과 동일하게 되는 제2 간격을 두고 배치되며, 상기 태그에 대하여 지향성을 맞춘 전파를 방사하는 도파기
를 구비한 것을 특징으로 하는 통신 장치.