KR19980024558A - 안테나 장치 - Google Patents

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KR19980024558A
KR19980024558A KR1019970046783A KR19970046783A KR19980024558A KR 19980024558 A KR19980024558 A KR 19980024558A KR 1019970046783 A KR1019970046783 A KR 1019970046783A KR 19970046783 A KR19970046783 A KR 19970046783A KR 19980024558 A KR19980024558 A KR 19980024558A
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다케시 아소
나오히사 고토
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아키모토 유미
미쓰비시 마테리아루 가부시끼 가이샤
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0464—Annular ring patch

Abstract

본 발명에 따르면, 방출되는 전자파가 통신에 효율적으로 사용되는 안테나 장치를 제공하기 위해서, 서로 평행한, 정방형의 상면 및 하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(11)의 상면에, 서로 근접한 2개의 단부를 갖고 이들 2개의 단부를 루프 형상으로 연결하는 방사 도체 막(12)을 형성하고, 유전체 기부몸체(11)의 하면에, 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막(13)를 형성하며, 유전체 기부몸체(11)의 측면에, 방사 도체 막(12)의 2개의 단부 각각에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되며 한쪽이 접지 도체 막(13)에 접속되어 이루어지는 전기 공급 도체 막(14, 15)을 형성할 수 있다.

Description

안테나 장치
본 발명은, 휴대형 통신 기기 등에 이용되는 안테나 장치에 관한 것이다.
휴대형 통신 기기에 이용되는 안테나 장치로서는, 소형, 고이득, 저비용으로 또한 장착이 용이한 안테나 장치가 요망되고 있다. 그런데, 종래부터 사용하고 있는 이극(dipole) 안테나나 단극(monoploe) 안테나 등의 선형상 안테나는 부피가 크기 때문에, 통신 기기의 소형화에 방해가 됨과 동시에, 통신 기기 본체에의 장착도 용이하지 않아, 소형화가 요망되고 있는 휴대형 통신 기기 등에 이용하는 것은 곤란하다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 몇 가지의 안테나 장치가 제안되어 있다.
도 65는 일본국 특허 공개 평성 제7-235825호 공보에 제안된 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
안테나 장치(990)를 구성하는 유전체 기판(991)의 상면 전체에는 방사 도체막(992)이 형성되어 있다. 또한 유전체 기판(991)의 하면에는 접지 도체 막(993)이 형성되어 있다. 이 접지 도체 막(993)은, 2개의 짧은 변(side) 중 한쪽의 짧은 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있고, 그 절결된 부분에 여진(勵振) 도체 막(994)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기판(991)의 측면에는 전기 공급 전극(995)이 형성되어 있고, 이 전기 공급 전극(995)은 여진 도체 막(994)에 접속되어 있다. 또한, 유전체 기판(991)의 측면에는, 전기 공급 전극(995)을 사이에 두도록 접지 전극(996, 997)이 형성되어 있고, 이들 접지 전극(996, 997)은 접지 도체 막(993)에 접속되어 있다. 또한 유전체 기판(991)에는, 내벽에 도체를 갖는 관통 구멍(998)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(998)에 의해 방사 도체 막(992)과 여진 도체 막(994)의 선단 부분이 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(990)가 통신 기기 본체에 내장되는 회로 기판에 표면 장착되어, 그 통신 기기 본체로부터 전기 공급 전극(995), 여진 도체 막(994), 관통 구멍(998)을 경유하여 방사 도체 막(992)에 고주파 전력이 공급되고, 또한 여진 도체 막(994)과 방사 도체 막(992) 사이의 전자 결합에 의해, 방사 도체막(992)으로부터 전자파가 공중으로 방사된다.
도 66은 일본국 특허 공개 평성 제7-283639호 공보에 제안된 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
안테나 장치(1100)를 구성하는 유전체 기부몸체(1101)에는, 내벽에 방사 도체 막이 형성된 관통 구멍(1102)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(1101)의 표면에는, 표면 전극(1103)이 형성되고, 배면에는 커넥터 외부 도체판(1104)이 부착되어 있으며, 표면 전극(1103)과 커넥터 외부 도체판(1104)은, 관통 구멍(1102)의 내벽에 형성된 방사 도체 막에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(1101)가 부착되고 있는 면과는 반대측 면에, 커넥터 외부 도체판(1104)이 동축 커넥터(1105)에 부착되어 있고, 이 동축 커넥터(1105)의 외부 도체 및 내부 도체는, 커넥터 외부 도체판(1104) 및 관통 구멍(1102) 내의 방사 도체 막에 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(1100)는, 동축 커넥터(1105)가 통신 기기 본체에 마련된 커넥터에 접속됨으로써 통신 기기 본체에 배치되고, 통신 기기 본체로부터, 동축 커넥터(1105)를 경유하여 안테나 장치(1100)에 고주파 전력이 공급되며, 관통 구멍(1102)의 내벽에 형성된 방사 도체 막으로부터 전자파가 방사된다.
도 67은, 일본국 특허 공개 평성 제7-221537호 공보에 제안된 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
안테나 장치(1210)를 구성하는 유전체 기판(1211)에는, 이 유전체 기판(1211)의 긴 변 방향으로, 방사 도체 막이 내벽에 형성된 관통 구멍(1212)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기판(1211)의 한쪽 단부면 전면에는 측면 전극(1213)이 형성되고, 다른 단부면의 중앙 부분에는 전기 공급 전극(1214)이 형성되어 있으며, 측면 전극(1213)과 전극 공급 전극(1214)은, 관통 구멍(1212)의 내벽에 형성된 방사 도체 막에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 전기 공급 전극(1214)이 형성되어 있는 유전체 기판(1211) 면에는 전기 공급 전극(1214)을 사이에 두도록 측면 전극(1215, 1216)이 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(1210)는 통신 기기 본체에 내장되는 회로 기판에 장착되고, 그 통신 기기 본체로부터, 전기 공급 전극(1214)을 경유하여 안테나 장치(1210)에 고주파 전력이 공급되어, 관통 구멍(1212)의 내벽의 방사 도체 막으로부터 전자파가 방출된다.
도 65에 도시하는 안테나 장치(990)는, 이득을 높이기 위해서는, 전자파의 주파수 대역을 좁힐 필요가 있어, 예컨대 휴대 전화와 같이, 송수신하는 전자파의 주파수가 다른 경우는, 안테나 장치(990)를 송수신 겸용 안테나로서 이용하는 것은 곤란하다.
또한, 도 66 내지 도 67에 도시하는 안테나 장치(1100, 1210)는, 방사 도체막이 형성된 관통 구멍이 연장되는 방향에 대하여 수직으로 넓어지는 면내에서 무(無)지향성이다. 이러한 안테나 장치가, 예컨대 휴대 전화에 장착되는 경우, 일반적으로 휴대 전화는 수직 편파(polarized wave)의 전자파를 송수신하기 때문에, 안테나 장치는 관통 구멍이 연장되는 방향과 휴대 전화 본체의 길이 방향이 일치하도록 휴대 전화 본체에 장착된다.
이와 같이 안테나 장치가 장착된 휴대 전화를 실제로 사람이 이용하면, 안테나 장치는 관통 구멍이 연장되는 방향에 수직인 면내에서는 무지향성이기 때문에, 안테나 장치로부터 송신되는 전자파의 일부는 인체 방향으로 조사(照射)된다. 이 인체 방향으로 조사된 전자파는 통신에는 사용되지 않는다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 전자파가 효율적으로 통신에 사용되는 안테나 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 제1안테나 장치는,
(1) 서로 평행한 상면 및 하면을 갖는 유전체 기부몸체,
(2) 이 유전체 기부몸체 상면에 형성되고 서로 근접한 2개의 단부를 가지며 이들 2개의 단부를 루프 형상으로 연결하는 방사 도체 막,
(3) 이 유전체 기부몸체 하면에 형성되고 면형상(a planar shape)으로 넓어지는 접지 도체 막,
(4) 이 유전체 기부몸체 측면에 형성되고 상기 방사 도체 막의 2개의 단부 각각에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되며, 한쪽이 상기 접지 도체막에 접속되어 이루어지는 전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1안테나 장치에는, 유전체 기부몸체 상면에, 서로 근접한 2개의 단부를 가지며, 이들 2개의 단부를 루프 형상으로 연결하는 방사 도체 막이 형성되고, 유전체 기부몸체 하면에, 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 방사 도체 막의 루프면에 수직인 방향으로 최대 이득이 얻어지도록, 방사 도체 막의 길이를 공진 파장으로 하는 전자파가 방사됨과 동시에, 방사 도체막으로부터 방사되어 접지 도체 막을 향하는 전자파는 접지 도체 막으로 반사된다. 즉, 안테나 장치로부터는 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직이면서, 또한 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막을 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 고(高) 지향성으로 고(高)이득의 안테나 장치를 얻을 수 있으며, 이 안테나 장치를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 사람이 휴대 전화를 사용할 때에 접지 도체 막이 인체와 방사 도체 막 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 방사되는 전자파가 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득이면서, 효율적으로 통신에 사용된다.
또한, 본 발명의 제1안테나 장치는, 방사 도체 막을 형성하는데 있어서, 유전체 기부몸체에 관통 구멍을 형성하는 것은 불필요하며, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
또한, 상기 제1안테나 장치의 전기 공급 도체 막이, 회로 기판에의 표면장착시의 전극으로서 또한 작용하고 있는 것이 바람직하다.
전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용함으로써, 이 안테나 장치가 회로 기판에 용이하게 장착된다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 제2안테나 장치는,
(1) 상면 및 하면을 가짐과 동시에 이들 상면과 하면을 연결하는 관통 구멍이 형성되어 이루어지는 유전체 기부몸체,
(2) 상기 관통 구멍내에 충진된 단극 도체,
(3) 상기 상면에 형성되고 서로 근접한 2개의 단부를 갖고, 이들 2개의 단부를 루프 형상으로 연결함과 동시에 이들 2개의 단부 중의 한쪽 단부가 상기 단극 도체에 접속되어 이루어지는 막형상(a film-like shape)의 루프 도체,
(4) 상기 하면으로 넓어지는 막형상의 접지 도체를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2안테나 장치에는, 유전체 기부몸체의 상면에 막형상의 루프도체가 형성되고, 유전체 기부몸체의 하면에 막형상의 접지 도체가 형성되어 있기 때문에, 막형상의 루프 도체로부터, 루프 도체의 루프면에 수직인 방향에 있어서 최대 이득의 전자파가 방사됨과 동시에, 방사된 전자파 중의, 막형상의 접지 도체로 향하는 전자파는 막형상의 접지 도체로 반사된다. 따라서, 루프 도체에 수직이면서, 또한 접지 도체로부터 루프 도체로 향하는 방향에 최대 이득의 전자파가 방사되어, 광(廣)지향성을 갖는 안테나 장치를 얻을 수 있다. 또한, 유전체 기부몸체에 형성된 관통 구멍에 단극 도체가 충진되어 있기 때문에, 단국 도체로부터, 막형상의 루프 도체의 루프면에 평행한 방향에 있어서 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 막형상의 접지 도체측, 즉 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 인체측을 제외한 다른 방향으로 전자파가 효율적으로 방사된다.
또한, 상기 제2안테나 장치가 상기 하면측에서 상기 단극 도체에 접속된 중심 도체와, 상기 하면으로 넓어지는 접지 도체에 접속된 외부 도체를 갖는 동축 커넥터를 구비하여도 좋다.
동축 커넥터를 구비하면, 안테나는 동축 케이블이 접속되는 회로 기판 등에, 동축 케이블을 경유하여 접속된다.
또한, 상기 제2안테나 장치가, 상기 하면에 있어서 한쪽 단부가 상기 단극도체에 접속된, 이 하면에 있어서 상기 접지 도체와 함께 공평면 선로를 형성하는 신호선과, 상기 유전체 기부몸체의 측면에 형성되고 상기 신호선에 접속된 전기 공급 단자와, 상기 유전체 기부몸체의, 상기 전기 공급 단자가 형성된 측면과 동일한 측면에 형성되고 상기 접지 도체에 접속된 접지 단자를 구비하는 것이 바람직하다.
접지 도체와 함께 공평면 선로를 형성하는 신호선을 구비하면, 이 신호선의 폭이나, 신호선과 접지 도체의 갭폭(gap widrh)이 소망하는 값으로 되도록 안테나 장치를 제조함으로써, 소망하는 선로 임피던스를 갖는 안테나 장치를 얻을 수 있다. 또한, 전기 공급 단자 및 접지 단자를 구비하면, 그 안테나 장치를 회로 기판 표면에 용이하게 장착할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 제3안테나 장치는,
(1) 하면 및 측면을 갖는 유전체 기부몸체,
(2) 상기 하면에 형성되고 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막,
(3) 상기 측면에 형성되고 좌우에 근접하는 2개의 단부를 갖고 이 측면을 수평으로 한번 감아서 이들 2개의 단부를 연결하는 방사 도체 막,
(4) 상기 측면에 형성되고 서로 평행하고 상하 방향으로 연장되고, 1개가 상기 2개 단부 중의 한쪽에 접속되며, 다른 1개가 상기 2개의 단부 중의 다른쪽에 접속됨과 동시에 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 2개의 전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3안테나 장치에는, 측면에, 이 측면을 수평으로 한번 감는 방사 도전체막이 형성되고, 하면에 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 방사 도체 막으로부터, 이 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사됨과 동시에, 방사된 전자파 중 접지 도체 막으로 향하는 전자파는 접지 도체 막으로 반사된다. 즉, 안테나 장치로부터는, 방사도체 막을 포함하는 평면에 수직이면서, 또한 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 이러한 안테나 장치를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 인간이 휴대 전화를 사용할 때에 접지 도체 막이 인간과 방사 도체 막 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 전자파가 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향에 최대 이득으로, 효율적으로 통신에 사용된다.
또한, 본 발명의 제3안테나 장치는, 방사 도체 막을 형성하는데 있어서, 유전체 기부몸체에 관통 구멍을 형성하는 것이 불필요하여, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제3안테나 장치는, 2개의 전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용하는 것이 바람직하다.
전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용함으로써, 이 안테나 장치를, 회로 기판에 용이하게 장착하는 것이 가능하다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 제4안테나 장치는,
(1) 하면을 갖는 유전체 기부몸체,
(2) 이 유전체 기부몸체의 하면에 형성되고 면형상으로 넓어지는 접지 도체막,
(3) 상기 유전체 기부몸체의 내부에 형성되고 좌우에 근접하는 2개의 단부를 갖고, 수평면내를 형상으로 한번 감아서 이들 2개의 단부를 연결하는 방사 도체 막,
(4) 상기 유전체 기부몸체의 내부에 형성되고 상기 방사 도체 막의 2개의 각각의 단부와 상기 유전체 기부몸체의 측면을 연결하는 내부 전기 공급 도체 막,
(5) 상기 유전체 기부몸체의 측면에 형성되고 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 내부 전기 공급 도체 막 각각에 접속됨과 동시에, 한쪽이 상기 접지 도체막에 접속되어 이루어지는 측면 전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4안테나 장치에는, 내부에, 수평면내를 루프 형상으로 한번 감는 방사 도체 막이 형성되고, 하면에, 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 방사 도체 막으로부터 이 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사됨과 동시에, 방사된 전자파 중 접지 도체막으로 향하는 전자파는 접지 도체 막으로 반사된다. 즉, 안테나 장치로부터는 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직이면서, 또한 접지 도체 막으로부터 방사 도체막으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 이러한 안테나 장치를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 사람이 휴대 전화를 사용할 때 접지 도체 막이 인체와 방사 도체 막 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 방사되는 전자파는, 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득으로, 효율적으로 통신에 사용된다.
그런데, 동일 주파수의 전자파에 있어서, 공기중에 있어서의 전자파의 파장과 유전체 중에 있어서의 전자파의 파장을 비교하면, 유전체 중의 것이 전자파 파장이 짧다. 따라서, 방사 도체 막을 유전체 기부몸체의 내부에 형성된 경우와 방사 도체 막을 유전체 기부몸체의 표면에 형성한 경우를 비교하면, 같은 주파수의 전자파를 방사하는 경우, 내부에 방사 도체 막을 형성한 쪽이 방사 도체 막의 루프의 길이를 짧게 할 수 있다. 이와 같이 방사 도체 막의 루프의 길이를 짧게 하는 것이 가능하면, 유전체 기부몸체의 치수를 작게 하는 것이 가능하다.
따라서, 방사 도체 막이 유전체 기부몸체의 내부에 형성된 본 발명의 제4안테나 장치로는 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 제4안테나 장치는, 방사 도체 막을 형성하는데 있어서, 유전체 기부몸체에 관통 구멍을 형성하는 것은 불필요하므로, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제4안테나 장치에 있어서, 상기 전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용하는 것이 바람직하다.
전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용으로써, 이 안테나 장치를 회로 기판에 용이하게 장착할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 제5안테나 장치는,
(1) 수평으로 넓어지는 상면 및 하면을 갖는 유전체 기부몸체,
(2) 상기 유전체 기부몸체의 하면에 형성되고 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막,
(3) 상기 유전체 기부몸체의 상면에 형성되고 소정의 제1갭을 사이에 두고 서로 마주 보는 2개의 단부가 형성되도록 이 상면내를 한번 감는 제1루프 방사도체 막,
(4) 상기 유전체 기부몸체의 내부에 형성되고 상기 제1루프 방사 도체 막의 루프에 대한 상기 제1갭의 방향과는 방향이 다른 제2갭을 사이에 두고 서로 마주 보는 2개의 단부가 형성되도록 수평면내를 한번 감는 제2루프 방사 도체막,
(5) 각각이 상기 제1루프 방사 도체 막의 2개의 단부 각각에 접속되고, 서로 평행하게 연장되어 있으며, 한쪽이 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 2개의 제1전기 공급 도체 막,
(6) 각각이 상기 제2루프 방사 도체 막의 2개의 단부 각각에 접속되고, 서로 평행하게, 상기 유전체 기부몸체의 측면을 경유하여 연장되어 있으며 한쪽이 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 2개의 제2전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5안테나 장치에서는, 루프에 대한 갭의 방향이 서로 다른 제1루프 방사 도체 막 및 제2루프 방사 도체 막이 구비되어 있기 때문에, 제1루프 방사 도체 막에 의해 송수신되는 전자파의 편파 방향과, 제2루프 방사 도체막에 의해 송수신되는 전자파의 편파 방향이 서로 다르다. 따라서, 1개의 안테나 장치로 서로 다른 편과 방향이 전자파를 송수신하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 제5안테나 장치는, 유전체 기부몸체의 상면내를 한번 감는 제1루프 방사 도체 막과, 유전체 기부몸체의 내부에, 수평면내를 한번 감는 제2루프 방사 도체 막을 구비하고 있기 때문에, 루프 안테나 구조를 가지며, 제1, 제2루프 방사 도체막으로부터 방출되는 전자파는, 이 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득의 전자파이다. 또한, 유전체 기부몸체의 하면에는 접지 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 제1, 제2루프 방사 도체 막으로부터 방출된 전자파 중 접지 도체 막으로 향하는 전자파는 이 접지 도체 막으로 반사된다. 즉, 안테나 장치로부터는, 접지 도체 막으로부터 제1, 제2루프 방사도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 본 발명의 제5안테나 장치를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우에, 사람이 휴대 전화를 사용할 때 접지 도체 막이 인체와 루프 방사 도체 막 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 방사되는 전자파는 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득이며, 효율적으로 통신에 사용된다.
여기서, 본 발명의 제5안테나 장치는 제1루프 방사 도체 막 및 제2루프 방사 도체 막이, 제1루프 방사 도체 막의 루프에 대한 제1갭의 방향과, 제2방사 도체 막의 루프에 대한 제2갭의 방향이 수평면내에서 서로 90°다른 방향이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제1루프 방사 도체 막 및 제2루프 방사 도체 막을 형성하면, 전자파가 수직 편파 또는 수평 편파라도 전자파를 효율적으로 수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 제5안테나 장치는, 방사 도체 막을 형성하는데 있어서, 유전체 기부몸체에 관통 구멍을 형성하는 것은 불필요하여, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제5안테나 장치는, 제1, 제2전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용하는 것이 바람직하다.
전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용으로써, 이 안테나 장치를 회로 기판에 용이하게 장착할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 제6안테나 장치는,
(1) 상면, 하면 및 측면을 갖는 유전체 기부몸체,
(2) 상기 유전체 기부몸체의 하면에 형성된 접지 도체 막,
(3) 상기 유전체 기부몸체의 상면 또는 측면에 형성되고 수평 방향으로 연장되어 인접하는 단부끼리가 갭을 사이에 두고 서로 마주 봄과 동시에, 전체로서 등간격으로 4개의 갭을 형성하여 한번 감는 4개의 방사 도체 막,
(4) 각각이 상기 4개의 방사 도체 막의 각 단부 각각에 접속되어 상하 방향으로 연장되어 있는 8개의 전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6안테나 장치는, 전체로서 한번 감는 방사 도체 막을 구비하고 있기 때문에, 루프 안테나 구조를 갖는다.
도 1은 루프 안테나 구조를 갖는 안테나 장치의 작용 설명도이다.
도 1은 안테나 장치(10)의 평면도이고, 안테나 장치(10)를 구성하는 유전체 기부몸체(11)의 표면에, 서로 근접한 2개의 단부(12a, 12b)끼리가 갭을 사이에 두고 서로 마주 봄과 동시에, 점 O를 중심으로 하여 원형 루프 형상으로 일주하여 이들 2개의 단부(12a, 12b)를 연결하는 방사 도체 막(12)이 형성되어 있으며, 이 방사 도체 막(12)의 길이는 송수신 대상의 전자파의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한, 점 A는 2개의 단부(12a, 12b)의 위치를 도시하는 점이며, 점 B, C, D는, 각각 점 A에서 시계방향으로 점 O를 중심으로 하여 90°, 180°, 270°회전한 위치에 있는 점이다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(10)에서는, 2개의 단부(12a, 12b) 사이에 전압이 인가되면, 2개의 단부(12a, 12b)로부터 방사 도체 막(12)에 전류가 공급되어, 방사 도체 막(12)상에 정재파(a standing wave)가 발생하며, 방사 도체 막(12)에 흐르는 전류는, 점 A와 점 C에서 최대이며, 점 B와 점 D에서 거의 0으로 된다. 이 최대 전류가 흐르는 점 A 및 점 C에서는, 전류의 방향은 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향으로 된다. 따라서, 편파 방향은 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향으로 된다.
도 2는, 도 1에 도시하는 방사 도체 막 대신에, 도 1에 도시하는 점 C으 위치에도 전기 공급점을 마련한, 전체로서 루프 형상을 하는 방사 도체 막을 채용하여 구성된 안테나 장치의 작용 설명도이다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(20)에서는, 점 A 및 점 C에서 동일 진폭 동일 위상의 전류가 공급되면, 방사 도체 막(22)상에 정재파가 발생하고, 방사 도체 막(22)에 흐르는 전류는 도 1에 도시하는 안테나 장치(10)와 같이 점 A 및 점 C에 있어서 최대이며, 점 B 및 점 D에 있어서 거의 0으로 된다. 이 최대 전류가 흐르는 점 A 및 점 C에 있어서는, 전류의 방향은 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향이 된다. 따라서, 편파 방향은 도 1에 도시하는 안테나 장치(10)와 마찬가지로 점 B와 점 D를 연결하는 면에 따른 방향으로 된다.
도 3은, 도 2에 도시하는 방사 도체 막 대신에, 도 2에 도시하는 점 B 및 점 D의 위치에도 전기 공급점을 마련한, 전체로서 루프 형상을 하는 방사 도체 막을 채용하여 구성된 안테나 장치의 작용 설명도이다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(30)에서는, 이 안테나 장치를 구성하는 방사도체 막(32)은, 전류가 거의 0으로 되는 점 B 및 점 D의 위치에서 루프가 절단되어 있기 때문에, 도 2에 도시하는 안테나 장치(20)와 같이, 점 A 및 점 C에서, 동일 진폭 동일 위상의 전류가 공급되면, 방사 도체 막(32)상에 정재파가 발생하고, 방사 도체 막(32)에 흐르는 전류는 점 A와 점 C에 있어서 최대이며, 점 B 및 점 D에서 0으로 된다. 이 최대 전류가 흐르는 점 A 및 점 C에서는, 전류의 방향은 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향으로 된다. 따라서, 편파 방향은 도 2에 도시하는 안테나 장치(20)와 같이 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향으로 된다. 한편, 점 A 및 점 C 대신에 점 B 및 점 D에서, 동일 진폭 동일 위상의 전류가 공급되면, 방사 도체 막(32)상에 정재파가 발생하여, 방사 도체 막(32)에 흐르는 전류는 점 B 및 점 D에서 최대이며, 점 A 및 점 C에서 0으로 된다. 이 최대 전류가 흐르는 점 B 및 점 D에서는, 전류의 방향은 점 A와 점 C를 연결하는 선에 따른 방향으로 되고, 편파 방향은 점 A와 점 C를 연결하는 선에 따른 방향으로 된다.
따라서, 점 A 및 점 C에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 상태와, 점 B 및 점 D에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 상태를 전환이 자유롭도록 구성하면, 서로 수직으로 교차하는 편파 방향으로 전환이 자유롭도록 이득을 갖는 안테나 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제6안테나 장치는, 도 3에 도시하는 바와 같이 수평 방향으로 연장되어 인접하는 단부끼리가 갭을 사이에 두고 서로 마주 봄과 동시에, 전체로서 등각격으로 4개의 갭을 형성하여 한번 감는 4개의 방사 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 서로 수직으로 교차하는 편파 방향의 전자파를 송수신할수 있다.
또한, 본 발명의 제6안테나 장치는, 방사 도체 막을 형성하는데 있어서, 유전체 기부몸체에 관통 구멍을 형성하는 것은 불필요하여, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
또한, 상기 제6안테나 장치의 전기 공급 도체 막이, 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서 또한 작용하는 것이 바람직하다.
전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서도 작용함으로써, 이 안테나 장치를 회로 기판에 용이하게 장착할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달설하는 본 발명의 제7안테나 장치는,
(1) 유전체 기부몸체,
(2) 이 유전체 기부몸체에 형성되고 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 방사도체 막,
(3) 이 유전체 기부몸체에 형성되고 수평으로 넓어지는 접지 도체 막,
(4) 이 유전체 기부몸체 측면을 경유하여 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되며 양쪽이 상기 방사 도체 막에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7안테나 장치는, 유전체 기부몸체에 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 1파장 루프 안테나 구조를 가지며, 방사 도체 막으로부터 방출되는 전자파는 이 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득의 전자파이다. 또한, 유전체 기부몸체에는 수평으로 넓어지는 접지 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 방사 도체 막으로부터 방출된 전자파 중 접지 도체 막으로 향하는 전자파는 접지 도체 막으로 반사된다. 즉, 안테나 장치로부터는 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직이면서, 또한 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 본 발명의 제7안테나 장치를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 사람이 휴대 전화를 사용할 때 접지 도체 막이 인체와 방사 도체 막 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 방사되는 전자파는 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득이면서, 효율적으로 통신에 사용된다.
또한, 본 발명의 제7안테나 장치는, 방사 도체 막을 형성하는데 있어서, 유전체 기부몸체에 관통 구멍을 형성하는 것이 불필요하여, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
여기서 본 발명의 제7안테나 장치의 방사 도체 막이, 상기 유전체 기부몸체 상면내로 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막, 또는 상기 유전체 기부몸체 측면을 수평으로 주회(周回)하는 폐루프 형상의 방사 도체막이어도 좋다.
또한, 본 발명의 제7안테나 장치의 방사 도체 막이, 상기 유전체 기부몸체 내부의 수평면내에서 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막이어도 좋다.
동일 주파수의 전자파에 있어서, 공기중에 있어서의 전자파의 파장과 유전체 중에 있어서의 전자파의 파장을 비교하면, 유전체중의 것이 전자파의 파장이 짧기 때문에, 방사 도체 막을 유전체 기부몸체의 내부에 형성하면 방사 도체 막의 루프의 길이를 짧게 하는 것이 가능하다. 따라서, 유전체 기부몸체의 치수를 작게 할 수 있어 안테나 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제7안테나 장치가, 상기 방사 도체 막외에, 상기 유전체 기부몸체의, 이 방사 도체 막이 형성된 위치와는 다른 위치에, 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 제2방사 도체 막을 구비함과 동시에,
상기 유전체 기부몸체 측면의, 상기 한 쌍의 전기 공급 도체 막이 형성된 위치와는 다른 위치를 경유하여 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 상기 제2방사 도체 막에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 제2전기 공급 도체 막을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 전기 공급 도체 막 및 상기 제2한 쌍의 전기 공급 도체 막이, 유전체 기부몸체 측면의 서로 다른 위치를 경유하도록 형성되면, 한 쌍의 전기 공급 도체 막에 접속되는 방사 도체 막 및 상기 제2한 쌍의 전기 공급 도체 막에 접속되는 제2방사 도체 막은 송수신하는 전자파의 편파 방향이 서로 다르다. 이하에, 각각의 방사 도체 막에 대하여 송수신하는 전자파의 편파 방향이 다른 이유를 설명한다.
도 4는 그 설명도이다.
도4는 안테나 장치(40)의 평면도이고, 안테나 장치(40)를 구성하는 원주 형상의 유전체 기부몸체(41)의 표면에, 점 O를 중심으로 하여 상면의 원주에 따라 수평으로 한번 감는 원형의 폐루프 형상의 방사 도체 막(42)이 형성되어 있다. 또한, 점 A는 이 방사 도체 막(42)과 한 쌍의 전기 공급 도체 막(도시하지 않음)과의 접속점이고, 점 B, C, D는 각각 점 A로부터 시계 방향으로 점 O를 중심으로 90°, 180°, 270° 회전한 위치에 있는 점이다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(40)는, 폐루프 형상이 방사 도체 막(42)이 형성되어 있기 때문에, 1파장 루프 안테나 구조를 가지며, 점 A에서 방사 도체 막(42)에 전류가 공급되면, 방사 도체 막(42)상에 정재파가 발생하여, 방사 도체 막(42)에 흐르는 전류는, 점 A와 점 C에서 최대이고, 점 B와 점 D에 있어서는 거의 0으로 된다. 이 최대 전류가 흐르는 점 A 및 점 C에 있어서는, 전류의 방향은 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향으로 되고, 편파 방향은 점 B와 점 D를 연결한 선에 따른 방향으로 된다. 따라서, 점 A에서 방사 도체 막(42)에 전류를 공급하는 대신에, 예컨대, 점 B에서 방사 도체 막(42)에 전류를 공급하면, 편파 방향은 점 A와 점 C를 연결하는 선에 따른 방향으로 되어, 점 A에서 방사 도체 막(42)에 전류를 공급하는 경우와, 점 B에서 방사 도체 막(42)에 전류를 공급하는 경우를 비교하면, 편파 방향은 서로 수직으로 된다.
상술한 바와 같이, 제2방사 도체 막에 접속되는 한 쌍의 제2전기 공급 도체 막은, 상기 방사 도체 막에 접속된 상기 한 쌍의 전기 공급 도체 막이 경유하는 위치와는 다른 위치를 경유하기 때문에, 상기 방사 도체 막과 제2방사 도체 막을 비교하면, 전류가 공급되는 점은 수평면내에서 서로 다르다. 따라서, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 방사 도체 막에 의해 송수신되는 전자파의 편파방향과, 제2방사 도체 막에 의해 송수신되는 전자파의 편파 방향과는 서로 다르다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 한 쌍의 전기 공급 도체 막 및 상기 제2한 쌍의 전기 공급 도체 막이 유전체 기부몸체 측면의 서로 다른 위치를 경유하도록 형성되면, 1개의 안테나 장치로 서로 다른 편파 방향의 전자파를 송수신하는 것이 가능하다.
여기서, 본 발명의 제7안테나 장치가, 상기 한 쌍의 전기 공급 도체 막을 포함하여, 상기 방사 도체 막을 한번 감는 사이를 4등분하는 어느 한 위치에 있어서 양족이 이 방사 도체 막에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 이루어지는 한 쌍의 전기 공급 도체 막이, 합계 4쌍 형성되어 있어도 좋다.
앞서, 도 4를 참조하면서 점 A에서 방사 도체 막(42)에 전류를 공급하는 경우에 대하여 설명하였지만, 점 A 및 점 C에서 동일 진폭 동일 위상의 전류를 방사도체 막(42)에 공급하는 경우에 대하여 고려해 보면, 점 A에서 방사 도체 막(42)에 전류를 공급하는 경우와 마찬가지로, 방사 도체 막(42)에 흐르는 전류는 점 A 및 점 C에서 최대이고, 점 B 및 점 D에서 거의 0으로 되며, 최대 전류가 흐르는 점 A 및 점 C에 있어서 전류의 방향은 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향으로 된다. 즉, 편파 방향은 점 B와 점 D를 연결하는 선에 따른 방향으로 된다. 따라서, 점 A 및 점 C에서 동일 진폭 동일 위상의 전류를 방사 도체 막(42)에 공급하는 대신에, 점 B 및 점 D에서 동일 진폭 동일 위상의 전류를 방사 도체 막(42)에 공급하면, 편파 방향은 점 A와 점 C를 연결하는 선에 따른 방향으로 되며, 점 A 및 점 C에서 방사 도체 막(42)에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 경우와, 점 B 및 점 D에서 방사 도체 막(42)에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 경우를 비교하면, 편파 방향은 서로 수직으로 된다.
상술한 바와 같이, 상기 방사 도체 막을 4등분하는 위치에 있어서, 한 쌍의 전기 공급 도체 막이 합계 4쌍 형성되어 있기 때문에, 이 4쌍의 전기 공급 도체 막 중, 방사 도체 막을 한번 감는 사이를 2등분하는 위치에 형성되어 있는 2쌍의 전기 공급 도체 막에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 상태와, 나머지의 2쌍의 전기 공급 도체 막에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 상태를 전환이 자유롭도록 구성하면, 서로 수직으로 교차하는 편파 방향으로 전환이 자유롭게 이득을 갖는 안테나 장치를 얻을수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명의 제8안테나 장치는,
(1) 상면 및 하면을 가짐과 동시에 세로로 연장되는 변으로 구분된 측면을 갖는 유전체 기부몸체,
(2) 이 유전체 기부몸체의 상면에 형성된 루프 형상의 방사 도체 막,
(3) 이 유전체 기부몸체의 하면에 형성되고 이 하면으로 넓어지는 접지 도체막,
(4) 이 유전체 기부몸체의 측면의 이 변의 양측에 1개씩 형성되고 각각이 상기 방사 도체 막에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되고, 1개가 상기 접지 도체 막에 접속된 2개의 전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 한다.
도 5 내지 도 7은, 본 발명의 제8안테나 장치의 작용의 설명도이다.
도 5는, 4개의 측면을 갖는 유전체 기부몸체가 있는 하나의 측면에 2개의 전기 공급 도체 막이 형성되어 이루어지는 안테나 장치를 도시하는 사시도이고, 도 6은 그 수평 단면도이다.
도 5에 도시하는 안테나 장치(60)는, 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(61)를 갖고 있고, 그 유전체 기부몸체(61)의 상면에, 서로 근접한 2개의 단부(62a, 62b)를 가지며, 그 상면의 네 변에 따라 이들 2개의 단부(62a, 62b)를 루프 형상으로 연결하는 방사 도체 막(62)이 형성되어 있고, 이 방사 도체 막의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장으로 되도록 조정되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(61)의 하면에는, 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막(63)이 형성되어 있고, 이 접지 도체막(63)은 한변의 일부가 절결되어진 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(61)이 측면에는, 도 6에 도시하는 바와 같이 공평면 선로 구조를 갖는 전기 공급 도체막(64, 65)이 형성되어 있다. 이 전기 공급 도체 막(64, 65)은 방사 도체 막(62)의 2개의 단부(62a, 62b)에 접속되고 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 그들 전기 공급 도체 막(64, 65)중 한쪽의 전기 공급 도체 막(65)은 접지 도체 막(63)에도 접속되고, 이미 한쪽의 전기 공급 도체 막(64)은 유전체 기부몸체(61)의 하면에까지 도달하고 있다.
도 5에 도시하는 안테나 장치(60)의 방사 도체 막(62)에는, 전기 공급 도체 막을 경유하여 2개의 단부(62a, 62b)로부터 전력이 공급된다[이하, 이 2개의 단부(62a, 62b)를 전기 공급점이라고 부른다]. 일반적으로, 1파장 루프 안테나의 경우, 방사 도체 막의 전력의 전기 공급점이 서로 접근한 점이면, 그 안테나는 100Ω 이상의 고임피던스로 되어, 방사 도체 막에 전력을 효율적으로 공급하는 것은 어렵다. 따라서, 임피던스를 작게 하여 방사 도체 막에 전력을 효율적으로 공급하기 위해서는, 안테나 장치가 도 5에 도시하는 바와 같이 공평면 선로 구조의 전기 공급 도체 막을 갖는 경우, 방사 도체 막의 전기 공급점 사이의 거리를 조정한, 즉 전기 공급 도체 막 사이의 갭폭을 조정하면 좋다. 이 갭폭을 조정함으로써 임피던스를 작게 하여, 방사 도체 막에 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 방사도체 막의 임피던스 및 전기 공급 도체 막의 임피던스는, 서로 정합시킬 필요가 있어, 도 5에 도시하는 바와 같은 공평면 선로 구조를 갖는 전기 공급 도체 막의 임피던스(Z)는 전기 공급 도체 막의 갭폭을 2W, 전기 공급 도체 막의 폭을 S로 하면, 이하의 수학식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Z∝{√(1/εreff)}k
단, εreff: 유효 유전율
[수학식 2]
k=W/(W+S)
여기서, 유효 유전율 εreff는, 전기 공급 도체 막으로부터는 유전체 기부몸체내와 공기중과의 양쪽에 전계가 발생함으로써, 공기의 유전율을 1로 하고, 이하의 수학식으로 표현된다.
[수학식 3]
εreff=(εr+1)/2
단, εr: 유전체 기부몸체의 유전율
그런데, 방사 도체 막에 전력이 효율적으로 공급되도록 임피던스를 작게 하는데 있어서, 전기 공급 도체 막 사이의 갭폭(2W)을 확대하지 않으면 안되는 경우가 있다. 이 때 전기 공급 도체 막의 임피던스(Z)를 방사 도체 막의 임피던스에 정합시키고자 하면, 수학식 (1)로 표현되는 전기 공급 도체 막의 임피던스(Z)의 식중의 k는 수학식 (2)로 나타내여지기 때문에, 갭폭(2W)을 확대하면, 그것에 따라 전기 공급 도체 막의 폭(S)도 확대할 필요가 있다. 전기 공급 도체 막의 갭폭과 2개의 전기 공급 도체 막의 폭과의 합은 2W+2S이므로, 유전체 기부몸체의 측면의 폭이 2W+2S보다 작은 경우, 전기 공급 도체 막의 임피던스를 방사 도체 막의 임피던스에 정합시키는 것은 불가능하게 된다. 따라서, 유전체 기부몸체의 측면에 전기 공급 도체 막을 형성하는 경우, 전기 공급 도체 막의 폭(S)이 제한을 받아, 전기 공급 도체 막의 임피던스를 소망하는 값으로 할 수 없게 되어, 방사 도체 막의 임피던스와 전기 공급 도체 막의 임피던스를 정합시키는 것이 불가능하게 되는 경우가 발생한다고 하는 우려가 있다.
도 7은 유전체 기부몸체 측면의 세로로 연장되는 변의 양측에 1개씩 전기 공급 도체 막이 형성되어 이루어지는 안테나 장치의 수평 단면도이다.
도 7에 도시하는 안테나 장치(70)는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(71)를 구비하고 있고, 유전체 기부몸체(71)의 측면의, 상하 방향으로 연장되는 4개의 변중 1개의 변(71a)의 양측에 1개씩 전기 공급 도체 막(72, 73)이 형성되어 있다. 따라서, 변(71a)에서 전기 공급 도체 막(72)까지의 거리와, 변(71a)에서 전기 공급 도체 막(73)까지의 거리를 합친 거리를, 도 5, 도 6에 도시하는 전기 공급 도체 막 사이의 거리와 동일하게 설계하였을 때, 도 7에 도시하는 안테나 장치쪽이, 도 5, 도 6에 도시하는 안테나 장치와 비교하여, 2개의 전기 공급 도체 막 사이의 거리가 가깝게 되어, 상술한 수학식 (3)이 도시하는 유효 유전율 εreff가 커진다. 따라서, 도 5, 도 6의 안테나 장치와 도 7의 안테나 장치를 비교하면, 상술한 수학식 (2)중의 W의 값이 같을 경우, 전기 공급 도체 막의 임피던스(Z)를 모두 Z=Z1로 조정하고자 하면, 도 7의 안테나 장치쪽이 유효 유전율 εreff가 큼에 따라, 수학식 (1)에 도시하는 k의 값도 크게 할 필요가 있다. 이 k의 값을 크게 한다는 것은, 도 7의 안테나 장치의 전기 공급 도체 막의 폭(S)을, 도 5, 도 6의 안테나 장치의 전기 공급 도체 막의 폭(S)보다 좁히는 것이 된다. 따라서, 도 7의 안테나 장치는 도 5, 도 6의 안테나 장치보다 전기 공급 도체 막의 폭이 좁더라도 임피던스를 정합시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 제8안테나 장치를 이용하면, 전기 공급 도체 막의 갭폭이 넓더라도, 방사 도체 막의 임피던스와 전기 공급 도체 막의 임피던스를 정합시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제8안테나 장치는, 유전체 기부몸체의 상면에 루프 형상의 방사 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 1파장 루프 안테나 구조를 가지며, 이 방사 도체 막으로부터 방출되는 전자파는, 이 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득의 전자파이다. 또한, 유전체 기부몸체에는, 그 하면에 접지 도체 막이 형성되어 있기 때문에, 방사 도체 막으로부터 방출된 전자파 중 접지 도체 막으로 향하는 전자파는 접지 도체 막으로 반사된다. 즉, 안테나 장치로부터는 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직이면서, 또한 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 본 발명의 제8안테나 장치를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 사람이 휴대 전화를 사용할 때 접지 도체 막이 인체와 방사 도체 막 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 방사되는 전자파는 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득이면서, 효율적으로 통신에 사용된다.
또한, 본 발명의 제8안테나 장치는, 방사 도체 막을 형성하는데 있어서, 유전체 기부몸체에 관통 구멍을 형성하는 것이 불필요하며, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제8안테나 장치의 방사 도체 막이 이 방사 도체 막의, 상기 2개의 전기 공급 도체 막과의 접속점끼리의 사이가 전기적으로 개방된 개방 루프 형상의것이어도 좋고, 또한 방사 도체 막이 띠형상(a strip-like shape)의 도체 막이 둘레에 감겨진 폐루프 형상의 것이어도 좋다.
도 1은 전기 공급점이 1개소인 루프 안테나의 평면도,
도 2는 전기 공급점이 2개소인 루프 안테나의 평면도,
도 3은 전기 공급점이 4개소인 루프 안테나의 평면도,
도 4는 폐루프 형상(a closed loop shape)의 방사 도체 막이 형성된 루프 안테나의 평면도,
도 5는 동일한 측면에 전기 공급 도체 막이 형성된 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 6은 도 4에 도시하는 안테나 장치의 수평 단면도,
도 7은 유전체 기부몸체 측면의 세로로 연장되는 변(side)의 양측에 1개씩 전기 공급 도체 막이 형성된 안테나 장치의 수평 단면도,
도 8은 본 발명의 실시예 1의 안테나 장치를 도시한 도면,
도 9는 도 8에 도시하는 안테나 장치의 평면도,
도 10은 도 8에 도시하는 안테나 장치의 측면도,
도 11은 도 8에 도시하는 안테나 장치의 저면도,
도 12는 본 발명의 실시예 2의 안테나 장치를 도시한 도면,
도 13은 도 8에 도시하는 안테나 장치를 회로 기판에 탑재한 상태를 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 실시예 3의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 15는 도 14에 도시하는 안테나 장치의 평면도,
도 16은 도 14에 도시하는 안테나 장치의 저면도,
도 17은 도 14에 도시하는 안테나 장치의 측면도,
도 18은 본 발명의 실시예 4의 안테나 장치를 도시하는 측면도,
도 19는 유전체 기부몸체의 상면에 인쇄되는 패턴의 치수를 도시한 도면,
도 20은 유전체 기부몸체의 하면에 인쇄되는 패턴의 치수를 도시한 도면,
도 21은 유전체 기부몸체의 측면에 인쇄되는 패턴의 치수를 도시한 도면,
도 22는 안테나 장치의 이득 특성을 설명할 때에 이용되는 도면,
도 23은 안테나 장치의 이득 특성을 도시한 도면,
도 24는 본 발명의 실시예 5의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 25는 도 24에 도시하는 안테나 장치를 도시하는 저면도,
도 26은 유전체 기부몸체, 방사 도체 막 및 전기 공급 도체 막의 치수를 도시한 도면,
도 27은 본 발명의 실시예 6의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 28은 도 24에 도시하는 안테나 장치를 회로 기판에 탑재한 상태를 도시한 도면,
도 29는 본 발명의 실시예 7의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 30은 도 29에 도시하는 안테나 장치의 평면도,
도 31은 도 29에 도시하는 안테나 장치의 저면도,
도 32는 도 29에 도시하는 안테나 장치의 측면도,
도 33은 유전체 기부몸체의 길이와 폭, 방사 도체 막, 내부 전기 공급 도체막의 치수를 도시한 도면,
도 34는 유전체 기부몸체의 두께, 측면 전기 공급 도체 막의 치수를 도시한 도면,
도 35는 본 발명의 실시예 8의 안테나 장치를 도시한 도면,
도 36은 도 29에 도시하는 안테나 장치를 회로 기판에 탑재한 상태를 도시한 도면,
도 37은 본 발명의 실시예 9의 안테나 장치의 사시도,
도 38은 도 37에 도시하는 안테나 장치의 평면도,
도 39는 도 37에 도시하는 안테나 장치의 A-A' 단면도,
도 40은 도 37에 도시하는 안테나 장치의 저면도,
도 41은 제1전기 공급 도체 막이 형성된 것으로 도 37에 도시하는 안테나 장치의 측면을 도시한 도면,
도 42는 제2전기 공급 도체 막이 형성된 것으로 도 37에 도시하는 안테나 장치의 측면을 도시한 도면,
도 43은 유전체 기부몸체의 길이와 폭 및 제1루프 방사 도체 막의 치수를 도시하는 도면,
도 44는 제2루프 방사 도체 막의 치수를 도시하는 도면,
도 45는 유전체 기부몸체의 두께 및 제1전기 공급 도체 막의 치수를 도시하는 도면,
도 46은 유전체 기부몸체의 두께 및 제2전기 공급 도체 막의 치수를 도시하는 도면,
도 47은 본 발명의 실시예 10의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 48은 도 47에 도시하는 안테나 장치를 구동하는 구동 회로를 도시하는 도면,
도 49는 본 발명의 실시예 11의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 50는 본 발명의 실시예 12의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 51는 본 발명의 실시예 13의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 52는 본 발명의 실시예 14의 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 53은 도 52에 도시하는 안테나 장치의 저면도,
도 54는 본 발명의 실시예 15의 안테나 장치를 도시하는 도면,
도 55는 본 발명의 실시예 16의 안테나 장치를 도시하는 도면,
도 56는 본 발명의 실시예 17의 안테나 장치를 도시하는 도면,
도 57는 본 발명의 실시예 18의 안테나 장치를 도시하는 도면,
도 58는 본 발명의 실시예 19의 안테나 장치를 도시하는 도면,
도 59는 본 발명의 실시예 20도 안테나 장치를 도시하는 도면,
도 60은 도 59에 도시하는 안테나 장치의 평면도,
도 61은 도 59에 도시하는 안테나 장치의 저면도,
도 62는 2개의 전기 공급 도체 막 중 한쪽의 전기 공급 도체 막이 형성된 것으로 도 59에 도시하는 안테나 장치의 측면을 도시하는 도면,
도 63은 도 62에 도시하는 전기 공급 도체 막과는 다른 전기 공급 도체 막이 형성된 것으로 도 59에 도시하는 안테나 장치의 측면을 도시하는 도면,
도 64는 본 발명의 실시예 21의 안테나 장치를 도시하는 도면,
도 65는 일본국 특허 공개 평성 제7-235825호 공보에 제안된 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 66은 일본국 특허 공개 평성 제7-283639호 공보에 제안된 안테나 장치를 도시하는 사시도,
도 67은 일본국 특허 공개 평성 제7-221537호 공보에 제안된 안테나 장치를 도시하는 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110, 150, 210, 250, 310, 340, 410, 470, 510, 640, 700, 710, 820, 830, 840, 850, 860, 880, 920, 930 : 안테나 장치
111, 151, 211, 311, 411, 471, 511, 641, 691, 701, 711, 821, 831, 841, 851, 861, 881, 921 : 유전체 기부몸체
112, 152, 313, 343, 412, 472, 513, 515, 642, 643, 644, 645, 703, 712, 822, 832, 842, 852, 862, 863, 882, 922 : 방사 도체 막
113, 153, 312, 342, 416, 476, 516, 650, 702, 713, 823, 833, 843, 856, 864, 883, 923 : 접지 도체 막
114, 115, 314, 315, 413, 414, 418, 419, 518, 519, 521, 522, 651, 652, 653, 654, 655, 656, 657, 658, 704, 714, 824, 825, 826, 834, 835, 836, 844, 845, 846, 853, 854, 855, 857, 858, 859, 865, 866, 867, 868, 869, 870, 885, 924, 925 : 전기 공급 도체 막
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예 1의 안테나 장치를 도시하는 사시도이고, 도 9는 그 평면도, 도 10은 그 저면도, 도 11은 그 측면도이다.
도 8에 도시하는 안테나 장치(110)에는, 서로 평행한, 정방형의 상면 및 하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(111)가 구비되어 있고, 그 유전체 기부몸체(111)의 상면에, 도 9에 도시하는 바와 같이 서로 근접한 2개의 단부(112a, 112b)를 가지며, 그 상면의 네 변에 따라 이들 2개의 단부(112a, 112b)를 루프 형상으로 연결하는 방사 도체 막(112)이 형성되어 있고, 이 방사 도체 막의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장으로 되도록 조정되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(111)의 하면에는, 도 10에 도시하는 바와 같이 접지 도체 막(113)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(113)은 한 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(111)의 측면에는, 도 11에 도시하는 바와 같이 방사 도체 막(112)의 2개의 단부(112a, 112b) 각각에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되는 전기 공급 도체 막(114, 115)이 형성되어 있고, 그들 전기 공급 도체 막(114, 115) 중 한쪽의 전기 공급 도체 막(115)은 접지 도체 막(113)과도 접속되며, 이미 한쪽의 전기 공급 도체 막(114)은 유전체 기부몸체(111)의 하면에까지 도달하고 있다. 또한, 전기 공급 도체 막(114, 115)의, 접지 도체 막(113)측의 부분은 회로 기판에의 표면 장착시의 전극인 전기 공급 전극(116, 117)으로서도 작용하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(110)는, 방사 도체 막(112)을 구비하고 있기 때문에, 1파장 루프 안테나의 구조를 갖고 있고, 전기 공급 전극(116), 전기 공급 도체 막(114)을 경유하여 방사 도체 막(112)에 전류가 공급되어 1파장 정재파가 생성되고, 방사 도체 막(112)으로부터 유전체 기부몸체(111)의 방사 도체 막(112)이 형성되어 있는 면에 대하여 수직 방향으로 전자파가 방사되어, 접지 도체 막(113)을 향하는 전자파는 접지 도체 막(113)에서 반사한다. 즉, 안테나 장치(110)로부터는 방사 도체 막(112)을 포함하는 평면에 수직으로서, 또한 접지 도체 막(113)으로부터 방사 도체 막(112)으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 고지향성으로 고이득의 안테나 장치를 얻을 수 있고, 방사되는 전자파는 효율적으로 통신에 사용된다.
또한, 유전체 기부몸체(111) 내부에 관통 구멍을 형성할 필요가 없기 때문에, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 1의 안테나 장치(110)는, 한쪽의 전기 공급 도체 막(115)은 접지 도체 막(113)과 접지되어 있지만, 전기 공급 도체 막은 접지되어 있지 않아도 좋다.
도 12는 본 발명의 실시예 2의 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 12에 도시하는 안테나 장치(150)는, 도 8 내지 도 11에 도시하는 안테나 장치(110)의 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(111) 대신에 원주 형상의 유전체 기부몸체(151)를 채용한 것이며, 그에 따라 방사 도체 막도 원형 루프 형상의 방사 도체 막(152)이 형성되고, 접지 도체 막도 원형의 접지 도체 막(153)이 형성되어 있다.
이와 같이, 유전체 기부몸체는 서로 평행한 상면 및 하면을 갖는 것이면 형상은 임의의 것이어도 좋다.
도 13은 도 8 내지 도 11에 도시하는 안테나 장치를 회로 기판에 탑재한 상태를 도시한 도면이다.
안테나 장치(110)가 표면에 전기 공급선(161)과 접지 도체층(162)이 형성된 회로 기판(163)에, 전기 공급선(161)과 전기 공급 도체 막(114), 그리고 접지 도체층(162)과 전기 공급 도체 막(115) 각각의 한 쌍이 땜납(164)에 의해 납땜되어 있다. 이렇게 하여, 안테나 장치(110)가 회로 기판(103)에 탑재된다.
이하에, 도 8 내지 도 11에 도시하는 안테나 장치(110)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 유전체 기부몸체(111)의 재료를 선정한다. 이 유전체 기부몸체(111)의 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서 비유전율이 10 내지 110정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하며, 예컨대 Sr(Bi1/3Nb2/3)O3계 세라믹이 바람직하다. 이 재료는 송수신되는 전자파의 주파수가 6GHz 일 때의 비유전율이 30이며, Q값이 1000이다.
다음에, 방사 도체 막(112)과 전기 공급 도체 막(114, 115)의 치수를 결정한다. 이 치수는 이하와 같이 하여 결정할 수 있다.
방사 도체 막(112)의 길이를 λ로 하면, λ는 이하의 수학식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff: 유효 비유전율
또, 도 8에 도시하는 바와 같은 방사 도체 막으로부터 방사되는 전자파의 전파 방향은, 유전체 기부몸체의 방사 도체 막이 형성된 면과 수직으로 교차하는 방향이고, 유전체 기부몸체 및 공기중에 양쪽에 전계가 존재하기 때문에, 유효 비유전율 εreff는 이하의 수학식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
단지, εreff: 유전체 기부몸체 비유전율
따라서, 수학식 (5)로 유효 비유전율 εreff를 구하고, 구한 εreff를 수학식 (4)에 대입함으로써 λ를 구할 수 있다.
전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, λ=40.11mm로 되어, 도 8에 도시하는 바와 같이 방사 도체 막(112)을 형성하기 위해서는, 방사 도체 막(112)의 한 변의 길이를 10.03mm로 하면 좋다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는, 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 방사 도체 막의 폭이나 2개의 단부의 간격을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 방사 도체 막(112)의 폭을 2mm로 하고, 2개의 단부(112a, 112b)의 간격을 1mm로 하면 좋다.
또한, 전기 공급 도체 막의 폭이나 전기 공급 도체끼리의 간격을 조정함으로써 소망하는 전송 임피던스를 얻을 수 있는 것이, 『C.P.Wen : Coplanar Waveguide : A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyromagnetic Device Applications, IEEE Trans. MTT, Vo1. MTT-17, No. 12, Dec. 1969』에 보고되어 있다. 여기서는 전송 임피던스를 50Ω로 하기 위해서, 전기 공급 도체 막(114, 115)의 폭을 3.09mm로 하고, 전기 공급 도체 막의 간격은 1mm로 한다.
다음에, 이와 같이 치수의 결정된 방사 도체 막(112)으로부터, 유전체 기부몸체(111)의 치수를, 길이와 폭을 모두 12.03mm로 하고, 두께를 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 파장의 유전체 기부몸체(111) 내에서의 1/4 파장에 상당하는 7.21mm로 하여 유전체 기부몸체(111)를 제작한다.
다음에, 상술한 치수를 갖는 방사 도체 막(112) 및 전기 공급 도체 막(114, 115) 및 접지 도체 막(113)의 패턴을 후막 인쇄법에 의해 구리 페이스트(paste)를 이용하고 인쇄하고, 환원 분위기중에서 소성(燒性)한다.
이러한 제조 과정을 거침으로써, 도 8에 도시하는 안테나 장치(110)가 제조된다.
도 14는 본 발명의 실시예 3의 안테나 장치를 도시하는 사시도이고, 도 15는 그 평면도, 도 16은 그 저면도, 도 17은 그 측면도이다.
도 14에 도시하는 안테나 장치(210)는 유전체 기부몸체(211)를 구비하고 있고, 이 유전체 기부몸체(211)는 정방향의 서로 평행한 상평면 및 하평면을 가짐과 동시에, 상평면 및 하평면에 대하여 수직 방향으로 연장되는 관통 구멍(212)을 갖고 있다. 이 유전체 기부몸체(211)의 두께는, 송신 대상 전자파와 공진 파장의 유전체 기부몸체(211)내에서의 1/4 파장에 상당하도록 조정되어 있고, 이 관통 구멍(212)에 단극 도체(213)가 충진됨으로써 1/4 파장 단극 안테나 구조를 갖고 있다. 유전체 기부몸체(211)의 상면에는 도 15에 도시하는 바와 같이 서로 근접한 2개의 단부(214a, 214b)를 가지며, 그 상면의 네 변에 따라 이들 2개의 단부(214a, 214b)를 루프 형상으로 연결하는 막형상의 루프 도체(214)가 형성되어 있다. 이 루프 도체(214)의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장이 되도록 조정되어 있다. 또한 이 상면에는, 루프 도체(214)의 단부(214b)가 단극 도체(213)에 접속되도록 결합선(215)이 형성되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(211)의 하면에는, 도 16에 도시하는 바와 같이 단극 도체(213)의 단부를 둘러싸도록 채널 형상으로 넓어지는 막형상의 접지 도체(216)가 형성되어 있다. 또한 이 하면에는, 한쪽 단부가 단극 도체(213)에 접속되고, 접지 도체(216)와의 사이에 동일 폭의 갭(231, 232, 233)을 갖는, 접지 도체(216)와 함께 공평면 선로를 형성하는 신호선(217)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(211)의 측면에는, 도 17에 도시하는 바와 같이 전기 공급단자(218)가 형성되고, 이 전기 공급 단자(218)는 도 14에 도시하는 바와 같이 신호선(217)에 접속되어 있다. 또한, 이 전기 공급 단자(218)가 형성된 측면과 동일한 측면에는, 전기 공급 단자(218)를 사이에 두도록 접지 단자(219, 220)가 형성되고, 이 접지 단자(219, 220)는 도 14에 도시하는 바와 같이 접지 도체(216)에 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(210)는, 1파장 루프 안테나의 구조를 갖는 막형상의 루프 도체(214)를 구비하고 있고, 또한 1/4 파장 단극 안테나의 구조를 갖는 단극 도체(213)도 구비하고 있다. 따라서, 전기 공급 단자(218)를 경유하여 루프 도체(214)에 전류를 공급하면, 루프 도체(214)로부터는 유전체 기부몸체(211)의 루프 도체(214)가 형성되어 있는 면에 수직으로 전자파가 방사되고, 접지 도체(216)로 향하는 전자파는 접지 도체(216)로 반사한다. 한편, 단극 도체(213)로부터는 유전체 기부몸체(211)의 루프 도체(214)가 형성되어 있는 면과 평행하게 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 안테나 장치(210)를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 사람이 휴대 전화를 사용할 때에 접지 도체가 인체와 루프 도체 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 인체측을 제외한 다른 방향으로 전자파가 효율적으로 방사된다.
또한, 안테나 장치(210)는 접지 도체(216)와의 사이에서 공평면 선로를 형성하는 신호선(217)을 구비하는 것이며, 신호선(217)의 폭이나 신호선(217)과 접지 도체(216)와의 갭폭이 조정된 안테나 장치(210)를 제조함으로써 소망하는 선로 임피던스를 얻는다. 또한, 그 안테나 장치(210)는 전기 공급 단자(218) 및 접지 단자(219, 220)가 형성되어 있기 때문에, 납땜 등에 의해 회로 기판에 용이하게 장착된다.
도 18은 본 발명의 실시예 4의 안테나 장치를 도시하는 측면도이다.
이 도 18에 도시하는 실시예 4에 있어서, 도 14 내지 도 17에 도시하는 실시예 3의 요소와 대응하는 요소에는, 동일한 부호를 붙여 도시한다.
이 도 18에 도시하는 안테나 장치(250)를 구성하는 유전체 기부몸체(211)의 상면에는, 도 14 내지 도 17에 도시하는 안테나 장치(210)의 상면(도 15 참조)과 동일한 루프 도체(214) 및 결합선(215)이 형성되어 있고, 또한 유전체 기부몸체(211)의 관통 구멍(212)에는 단극 도체(213)가 충진되어 있다. 또한, 이 유전체 기부몸체(211)의 하면의, 단극 도체(213)의 하단을 제외한 부분에는 접지 도체(216)가 확장되어 있다.
또한, 이 안테나 장치(250)에는 유전체 기부몸체(211)의 하면측에 동축 커넥터(253)가 고정되어 있다. 이 동축 커넥터(253)는 중심 도체(251)와 접지 도체(252)를 갖고, 중심 도체(251)는 유전체 기부몸체(211)의 관통 구멍(212)에 삽입되어 단극 도체(213)에 접속되어 있으며, 접지 도체(252)는 판형상으로 확장되어 유전체 기부몸체(211)의 하면에 형성된 접지 도체(216)에 접속되어 있다.
이 안테나 장치(250)는 동축 커넥터(253)를 구비하고 있기 때문에, 이 동축 커넥터(253)에 결합되는 동축 케이블(도시하지 않음)을 경유하여 회로 기판 등에 접속된다.
이하, 도 14 내지 도 17에 도시하는 안테나 장치(210)를 제조한 과정에 대하여, 도 14, 도 19, 도 20, 도 21을 이용하여 설명한다. 도 19, 도 20, 도 21은 각각 유전체 기부몸체의 상면, 하면, 측면에 인쇄되는 패턴의 치수를 도시한다. 그 후 안테나 장치(210)의 이득을 측정하여 얻어진 결과에 대하여 설명한다.
우선, 유전체 기부몸체(211)의 재료를 선정하였다. 이 유전체 기부몸체(211)의 재료로서는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서 비유전율이 10 내지 100정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하고, 여기서는, Sr(Ni1/3Nb2/3)O3계 세라믹을 선정하였다. 이 재료는 송수신되는 전자파의 주파수가 3.8GHz일 때으 비유전율이 31이고, Q값은 1800이다.
다음에, 막형상의 루프 도체(214)의 치수, 신호선(217)의 치수 및 신호선(217)과 접지 도체(216)와의 갭(231, 232, 233)의 폭을 결정하였다. 이들의 값은 아래와 같이 하여 결정하였다.
루프 도체(214)의 길이를 λ로 하면, 이 λ는 상술한 수학식 (4)로 나타낼 수 있다. 이 수학식 (4)를 이하에 도시한다.
[수학식 5a]
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff: 유효 비유전율
또, 유효 비유전율 εreff는 도 14에 도시하는 바와 같은 막형상의 루프 도체(214)로부터 방사되는 전자파가, 유전체 기부몸체(211)의 막형상의 루프 도체(214)가 형성된 면에 수직으로 전파하여, 루프 도체(214)이 내측 및 외측에 전계가 발생하는 것을 고려하면, 이하의 수학식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
εreff=(εr+3)/4
단, εreff: 유전체 기부몸체의 비유전율
따라서, 수학식 (6)으로 유효 비유전율 εreff를 구하고, 이 구한 εreff를 수학식 (5a)에 대입함으로써 λ를 구할 수 있다.
여기서는, 전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하였기 때문에, λ=54.11mm으로 결정하고, 도 14에 도시하는 바와 같은 루프 도체(214)를 형성하기 위해 도 19에 도시하는 바와 같이 루프 도체(214)의 한 변의 길이를 13.54mm로 결정하였다. 여기서, 도 19에 도시하는 파선은 루프 도체(214)의 각 변의 중심선을 도시한다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는, 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 루프 도체의 폭이나 루프 도체의 2개 단부의 간격을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서는, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서, 도 19에 도시하는 바와 같이 루프 도체(214)의 폭을 2mm, 2개의 단부(214a, 214b)의 간격을 1mm로 결정하였다. 또한, 도 14에 도시하는 바와 같이 신호선과 접지 도체와는 공평면 선로를 형성하고 있기 때문에, 신호선의 폭이나 신호선과 접지 도체와의 갭폭을 조정함으로써 선로 임피던스를 조정할 수 있고, 여기서는 선로 임피던스를 50Ω로 하기 위해서, 도 20에 도시하는 바와 같이 신호선의 폭을 1mm, 갭(231, 232, 233)의 폭을 모두 3.02mm로 결정하였다.
다음에, 이와 같이 결정된 루프 도체(214)의 치수로부터, 유전체 기부몸체(211)의 길이 및 폭을 모두 15.54mm로 결정하고, 유전체 기부몸체(211)의 두께를 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 파장의 유전체 기부몸체(211)내에서의 1/4 파장에 상당하는 7.09mm로 결정하여 상술한 치수를 가짐과 동시에, 유전체 기부몸체의 두께 방향으로 지름 1mm의 관통 구멍(212)을 갖는 유전체 기부몸체(211)를 제조하였다.
다음에, 유전체 기부몸체(211)에 막형상의 루프 도체(214), 신호선(218), 결합선(215), 접지 도체(216), 전기 공급 단자(218) 및 접지 단자(219, 220) 각각의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하였다. 막형상의 루프 도체는 상술한 치수를 갖도록 인쇄하고, 그 밖에 관해서는, 결합선(215)은 도 19에 도시하는 바와 같이 폭 1mm, 접지 도체(216)는 도 20에 도시하는 바와 같이 폭 4.25mm, 전기 공급 단자(218)는 도 21에 도시하는 바와 같이 폭, 길이를 각각 1mm, 접지 단자(219, 220)는 도 21에 도시하는 바와 같이 폭, 길이를 각각 1mm, 4.25mm의 치수를 갖도록 인쇄하였다. 또한, 유전체 기부몸체(211)의 관통 구멍(212)에는 구리 페이스트를 충진하였다.
다음에, 상술한 바와 같이 구리 페이스트가 인쇄, 충진된 유전체 기부몸체(211)를 환원 분위기속에서 소성하였다.
이렇게 하여, 도 14에 도시하는 안테나 장치(210)를 제조하였다.
다음에, 상술한 바와 같이 하여 제조된 안테나 장치(210)의 이득 특성에 대하여 도 22, 도 23을 이용하여 설명한다. 여기서는, 안테나 장치(210)의 이득 특성으로서, 도 22에 도시하는 바와 같이 안테나 장치(210)의 전기 공급 단자(218), 접지 단자(219, 220)가 형성되어 있는 측면에 평행하면서, 또한 단극 도체(213)를 포함하는 면(291)내에서의 이득 특성을 구하였다. 또한, 이 도면에 도시하는 X축, Y축, Z축은 서로 90도로 교차하고, X축은 면(291)에 포함되고, 또한 루프 도체(214)의 루프면에 평행한 축이고, Y축은 면(291)에 대하여 수직인 축이며, Z축은 면(291)에 포함되고, 또한 단극 도체(213)가 연장되는 방향과 동일 방향의 축이다. 또한 화살표(W)는, X축, Y축, Z축과의 교점을 시점(始點)으로 하여 면(291)에 포함되는 화살표이고, 각 θ는, 화살표(W)와 Z축이 이루는 각이다. 이하에 설명하는 도 23에 도시하는 X축, Z축 및 각 θ는, 각각 도 22에 도시하는 X축, Z축 및 각 θ에 대응한다. 또한, 도 23의 중심으로부터 지면에 대하여 수직이면서, 또한 지면으로부터 나오는 방향이 도 22에 도시하는 Y축에 대응한다.
도 23은 안테나 장치의 이득 특성을 도시한 도면이고, 실선은 상술한 제조과정을 거쳐 제조된, 도 14에 도시하는 안테나 장치(210)의, 도 22에 도시하는 면(291)내에 있어서 0°≤θ≤360°의 범위에서 화살표(W)가 나타내는 방향의 이득을 도시하고, 파선은 도 14에 도시하는 안테나 장치(210)가 갖는 1파장 루프 안테나 구조만을 구비한 안테나 장치의, 도 22에 도시하는 0°≤θ≤360°의 범위에서 화살표(W)가 나타내는 방향과 동일 방향의 이득을 나타낸다.
도 23으로부터, 어느 안테나 장치에 있어서도 θ=0°일 때에 최대 이득 26dB을 나타내지만, θ가 30°내지 90°또는 270°내지 330°의 범위에 있어서는, 도 14에 도시하는 안테나 장치쪽이 이득이 높고, 특히 θ가 270°내지 300°의 범위에 있어서는 루프 안테나 구조만을 구비한 안테나 장치보다도 5dB 이상 이득이 향상되어 있다.
이와 같이, 도 14에 도시하는 안테나 장치(210)는 루프 안테나 구조만을 구비한 안테나 장치보다 높은 이득이 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시예 5의 안테나 장치를 도시하는 사시도이고, 도 25는 그 저면도이다.
도 24에 도시하는 안테나 장치(310)는 정방향의 상면 및 정방향의 하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(311)를 구비하고 있고, 이 유전체 기부몸체(311)의 하면에는 도 25에 도시하는 바와 같이 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막(312)이 형성되어 있으며, 이 접지 도체 막(312)은 한 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한, 이 유전체 기부몸체(311)의 측면에는 도 24에 도시하는 바와 같이 좌우에 근접하는 2개의 단부(313a, 313b)를 가지며, 유전체 기부몸체(311)의 상면의 네 변에 따라 측면을 일주하여 이들 2개의 단부(313a, 313b)를 연결하는 방사 도체 막(313)이 형성되어 있다. 이 방사 도체 막(313)의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(311)의 측면에는 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되며, 1개가 방사 도체 막(313)의 2개의 단부(313a, 313b) 중의 한쪽 단부(313a)에 접속되고, 다른 1개가 단부(313b)에 접속되는 2개의 전기 공급 도체 막(314, 315)이 형성되어 있고, 전기 공급 도체 막(315)은 접지 도체 막(312)과 접속되며, 전기 공급 도체 막(314)은 도 25에 도시하는 바와 같이 유전체 기부몸체(31)의 하면에까지 도달하고 있다. 또한, 전기 공급 도체 막(314, 315)의 접지 도체 막(312)측은 회로 기판에의 표면 장착시의 전극인 전기 공급 전극(316, 317)으로서도 작용하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(310)는 1파장 루프 안테나의 구조를 갖는 방사 도체 막(313)을 구비하고 있기 때문에, 전기 공급 전극(316)을 경유하여 방사 도체 막(313)에 전류를 공급하면, 방사 도체 막(313)으로부터는 유전체 기부몸체(311)의 상면에 수직하게 최대 이득의 전자파가 방사되고, 접지 도체 막(312)으로 향하는 전자파는 이 접지 도체 막(312)에서 방사되고, 접지 도체 막(312)으로 향하는 전자파는 이 접지 도체 막(312)에서 반사된다. 즉, 안테나 장치(310)로부터는 방사 도체 막(313)을 포함하는 평면에 수직이면서, 또한 접지 도체 막(312)으로부터 방사 도체 막(313)으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 고이득으로, 방사되는 전자파가 효율적으로 통신에 사용되는 안테나 장치를 얻을 수 있다.
또한, 유전체 기부몸체(311)에 관통 구멍을 형성하는 필요가 없어 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
이하에, 도 24, 도 25에 도시하는 구조의 안테나 장치(310)의 제조 방법에 대하여, 도 26에 도시하는 유전체 기부몸체, 방사 도체 막 및 전기 공급 도체 막의 치수를 나타낸 도면을 이용하여 설명한다.
우선, 유전체 기부몸체(311)의 재료를 선정한다. 이 유전체 기부몸체(311)의 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서 비유전율이 10 내지 100정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하며, 예컨대 Sr(Ni1/3Nb2/3)O3계 세라믹이 바람직하다. 이 재료는 송수신되는 전자파의 주파수가 4GHz일 때의 비유전율이 31이고, Q값이 1000이다.
다음에, 방사 도체 막(313), 전기 공급 도체 막(314, 315) 및 유전체 기부몸체(311)의 치수를 결정한다. 이들 치수는 아래와 같이 하여 결정할 수 있다.
방사 도체 막(313)의 길이를 λ로 하면, 이 λ는 상술한 수학식 (4)로 나타낼 수 있다. 이하에 이 수학식 (4)를 도시한다.
[수학식 7]
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff: 유효 비유전율
또, 유효 비유전율 εreff는 도 26에 도시하는 바와 같은 방사 도체 막(313)으로부터 방사되는 전자파가, 유전체 기부몸체(311)의 상면에 수직으로 전파하여, 방사 도체 막(313)의 내측 및 외측에 전계가 발생하는 것을 고려하면, 이하의 수학식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
εreff: (εr+3)/4
단, εreff: 유전체 기부몸체이 비유전율
따라서, 수학식 (8)로 유효 비유전율 εreff를 구하고, 이 구한 εreff를 수학식 (7)에 대입함으로써 λ를 구할 수 있다.
전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, λ=54.16mm로 되어, 도 26에 도시하는 바와 같이 유전체 기부몸체(311)의, 정방향의 상면의 네 변에 따른 방사 도체막을 형성하기 위해서는, 방사 도체 막(313)의 한 변의 길이를 13.54mm로 하면 좋다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는, 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 방사 도체 막의 폭이나 방사 도체 막의 2개의 단부의 간격을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 도 26에 도시하는 바와 같이 방사 도체 막(313)의 폭을 2mm로 하고, 2개의 단부의 간격을 0.5mm로 하면 좋다.
이와 같이 결정된 방사 도체 막(313)의 치수로부터, 유전체 기부몸체(311)의, 길이 및 폭을 모두 13.54mm로 한다. 또한, 유전체 기부몸체(311)의 두께는, 아래와 같이 하여 결정한다.
도 26에 도시하는 바와 같은 루프 안테나 구조를 갖는 안테나 장치의 효율은, 방사 도체 막과, 유전체 기부몸체의 하면에 형성되어 접지 도체 막 사이의 거리가, 전자파의 공진 파장의 유전체 기부몸체 내에서의 1/4 파장에 상당하는 거리를 갖고 있는 경우에 가장 높게 된다. 따라서, 전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, 안테나 장치의 효율을 가장 높게 하기 위해서는 방사 도체 막과 접지 도체 막 사이의 거리는 도 26에 도시하는 바와 같이 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 공진 파장의, 유전체 기부몸체 내에서의 1/4 파장에 상당하는 7.09mm로 하면 좋다. 여기서, 도 26에 도시하는 일점쇄선은, 방사 도체 막(313)의 각 변의 중심을 도시한다. 또한 방사 도체 막(313)의 폭은 도 26에 도시하는 바와 같이 2mm로 하였기 때문에 유전체 기부몸체(311)의 두께를 8.09mm로 한다. 따라서, 유전체 기부몸체(311)의 길이, 폭, 두께를 각각 13.54mm, 3.54mm, 8.09mm로 한다.
또한, 전기 공급 도체 막의 폭이나 전기 공급 도체 막끼리의 간격을 조정함으로써 소망하는 전송 임피던스를 얻을 수 있다. 여기서는 전송 임피던스를 50Ω로 하기 위해서, 도 26에 도시하는 바와 같이 전기 공급 도체 막(314, 315)의 폭을 모두 0.97mm로 하고, 전기 공급 도체 막(314, 315)끼리의 간격을 0.5mm로 한다.
다음에, 상술하는 바와 같은 치수를 갖는 유전체 기부몸체(311)를 제작하여, 이 유전체 기부몸체(311)에, 접지 도체 막(312), 상술한 치수를 갖는 방사 도체 막(313) 및 2개의 전기 공급 도체 막(314, 315)의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하고, 환원 분위기속에서 소성한다.
이렇게 하여 안테나 장치(310)가 제조된다.
도 27은 본 발명의 실시예 6의 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 27에 도시하는 안테나 장치(340)는, 도 24, 도 25에 도시하는 안테나 장치(310)이 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(311) 대신에 원주 형상의 유전체 기부몸체(341)를 채용한 것이며, 그에 따라 방사 도체 막도 원형 루프 형상의 방사 도체 막(343)이 형성되고, 접지 도체 막도 원형의 접지 도체 막(342)이 형성되어 있다.
이와 같이, 유전체 기부몸체는 원주 형상이어도 좋다.
도 28은, 도 24, 도 25에 도시하는 안테나 장치를 회로 기판에 탑재한 상태를 도시한 도면이다.
회로 기판(351)의 표면에는, 전기 공급선(352)과 접지 도체층(353)이 형성되어 있고, 전기 공급선(352)과 안테나 장치(310)의 전기 공급 전극(316) 및 접지 도체층(353)과 안테나 장치(310)의 전기 공급 전극(317)이 각각 땜납(354)에 의해 접속되어 있다. 이렇게 하여 안테나 장치(310)가 회로 기판(351)에 탑재된다.
도 29는 본 발명의 안테나 장치의 실시예 7을 도시하는 사시도이며, 도 30은 그 평면도, 도 31은 그 저면도, 도 32는 그 측면도이다.
도 29에 도시하는 안테나 장치(410)를 구성하는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(411)의 내부에는, 도 30에 도시하는 바와 같이 좌우에 근접하는 2개의 단부(412a, 412b)를 가지며, 수평면내를 루프 형상으로 일주하여 이들 2개의 단부(412a, 412b)를 연결하는 방사 도체 막(412)이 형성되어 있고, 이 방사 도체 막(412)의 길이는 송신 대상 전자파의 유전체 기부몸체(411)에서의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(411)의 내부의 방사 도체 막(412)을 포함하는 평면내에는, 방사 도체 막(412)의 2개의 단부(412a, 412b) 각각에 접속됨과 동시에 유전체 기부몸체(411)의 측면에 노출한 내부 전기 공급 도체막(413, 414)이 형성되어 있고, 내부 전기 공급 도체 막(413, 414)은 서로의 사이에 갭(415)을 가지며, 서로의 사이에서 공평면 선로를 형성하고 있다. 또한 유전체 기부몸체(411)이 하면에는, 도 31에 도시하는 바와 같이 접지 도체 막(416)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(416)은 한 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(411)의 측면에는, 도 32에 도시하는 바와 같이 서로의 사이에 갭(417)을 갖도록 평행하게 상하 방향으로 연장되고, 도 29에 도시하는 바와 같이 내부 전기 공급 도체 막(413, 414)의 측면에 노출한 부분 각각에 접속된, 서로의 사이에서 공평면 선로를 형성하는 측면 전기 공급 도체 막(418, 419)이 형성되어 있으며, 그들 측면 전기 공급 도체 막(418, 419) 중 한쪽의 측면 전기 공급 도체 막(419)은 접지 도체 막(416)과도 접속되고, 이미 한쪽의 측면 전기 공급 도체 막(418)은 유전체 기부몸체(411)의 하면에까지 도달하고 있다. 또한, 측면 전기 공급 도체 막(418, 419)의 접지 도체 막(416)측은, 회로 기판에의 표면 장착시의 전극인 전기 공급 전극(420, 421)으로서도 작용하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(410)는 1파장 루프 안테나의 구조를 갖도록 방사 도체 막(412)을 구비하고 있기 때문에, 전기 공급 전극(420)을 경유하여 방사 도체 막(412)에 전류를 공급하면, 방사 도체 막(412)으로부터는 이 방사 도체 막(412)을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사되고, 접지 도체 막(416)으로 향하는 전자파는 이 접지 도체 막(416)으로 반사한다. 즉, 안테나 장치(410)로부터는 접지 도체 막(416)으로부터 방사 도체 막(412)으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 고이득으로, 방사되는 전자파가 효율적으로 통신에 사용되는 안테나 장치를 얻을 수 있다.
또한, 안테나 장치(410)는 서로의 사이에서 공평면 선로를 형성하는 내부 전기 공급 도체 막(413, 414) 및 서로의 사이에서 공평면 선로를 형성하는 측면 전기 공급 도체 막(418, 419)을 구비하는 것이며, 각 내부 전기 공급 도체 막(413, 414)의 폭, 각 측면 전기 공급 도체 막(418, 419)의 폭, 내부 전기 공급 도체 막(413, 414) 사이의 갭(415)의 갭폭, 측면 전기 공급 도체 막(418, 419)의 갭(417)의 갭폭 등이 조정된 안테나 장치(410)를 제조함으로써 소망하는 전송 임피던스를 얻을 수 있다.
또한, 안테나 장치(410)는 방사 도체 막(412)이 내부에 형성된 것이며, 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 안테나 장치(410)는 전기 공급 도체 막(418, 419)의 접지 도체 막(416)측이 각각 전기 공급 전극(420, 421)으로서도 작용하고 있기 때문에, 납땜 등에 의해 회로 기판에 용이하게 장착된다.
이하에, 도 29에 도시하는 안테나 장치(410)의 제조방법에 대하여, 도 29, 도 33, 도 34를 이용하여 설명한다. 도 33은 안테나 장치(410)의 평면도로서, 유전체 기부몸체의 길이와 폭, 방사 도체 막, 내부 전기 공급 도체 막의 치수를 도시한 도면이고, 도 34는 안테나 장치(410)의 측면도로서, 유전체 기부몸체의 두께, 측면 전기 공급 도체 막의 치수를 도시한 도면이다.
우선, 유전체 기부몸체(411)의 재료를 선정한다. 유전체 기부몸체(411)의 재료로서는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서, 비유전율이 10 내지 100 정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하고, 또한, 안테나 장치(410)로서는 도 29에 도시하는 바와 같이 유전체 기부몸체(411)의 내부에 방사 도체 막(412)이 형성되기 때문에, 저온에서 소성 가능한 재료가 바람직하다. 예컨대 Sr(Ni1/3Nb2/3)O3계 세라믹이 세라믹을 첨가한 재료가 바람직하다. 이 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수가 6GHz일 때의 비유전율이 25, Q값이 1000, 소성 온도가 1000℃이다.
다음에, 방사 도체 막(412), 내부 전기 공급 도체 막(413, 414), 측면 전기 공급 도체 막(418, 419) 및 유전체 기부몸체(411)의 치수를 결정한다. 이들의 치수는 아래와 같이 결정할 수 있다.
방사 도체 막(412)의 길이를 λ로 하면, 이 λ는 상술한 수학식 (4)으로 나타낼 수 있다. 이하에, 이 수학식 (4)를 도시한다.
[수학식 9]
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff: 유효 비유전율
안테나 장치(410)에서는, 방사 도체 막(412)이 유전체 기부몸체(411)이 내부에 형성되어 있기 때문에, εreff는 유전체 기부몸체(411)의 비유전율 εr과 일치한다. 따라서, λ는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
λ=λ0/√(εr)
전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, λ=31.56mm로 되어, 도 33에 도시하는 것 같은 방사 도체 막(412)을 형성하기 위해서는, 방사 도체 막(412)의 한 변의 길이를 7.89mm로 하면 좋다. 여기서, 도 33에 도시하는 일점쇄선은 방사 도체 막(412)의 각 변의 중심선을 도시한다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 방사 도체 막의 폭이나 방사 도체 막의 2개의 단부의 간격을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 도 33에 도시하는 바와 같이 방사 도체 막의 폭을 2mm, 2개의 단부의 간격을 0.4mm로 하면 좋다.
이와 같이 치수의 결정된 방사 도체 막을, 예컨대 유전체 기부몸체(411)의 측면으로부터 방사 도체 막(412)의 바깥 둘레까지의 거리가, 도 33에 도시하는 바와 같이 1mm로 되도록 형성하기 위해서는, 유전체 기부몸체(411)의 길이 및 폭을 모두 1189mm로 하면 좋다. 또한 유전체 기부몸체의 두께는, 아래와 같이 하여 결정되는 도 29에 도시하는 바와 같은 루프 안테나 구조를 갖는 안테나 장치의 이득은, 방사 도체 막과, 유전체 기부몸체의 하면에 형성되는 접지 도체 막과의 거리가 송수신 대상 전자파의 공진 파장의 유전체 기부몸체 내에서의 1/4 파장에 상당하는 거리를 갖고 있는 경우에 가장 높게 된다. 따라서, 전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, 안테나 장치의 이득을 가장 높게 하기 위해서는, 방사 도체 막과 접지 도체 막과의 거리는 도 34에 도시하는 바와 같이 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 공진 파장의 유전체 기부몸체 내에서의 1/4 파장의 거리에 상당하는 7.89mm로 하면 좋고, 방사 도체 막(412)을 예컨대 방사 도체 막(412)으로부터 유전체 기부몸체(411)의 상면까지의 거리가 2mm가 되도록 형성하기 위해서는, 도 34에 도시하는 바와 같이 유전체 기부몸체의 두께를 9.89mm로 하면 좋다. 즉, 유전체 기부몸체(411)의 길이, 폭, 두께를 각각 11.89mm, 11.89mm, 9.89mm로 하면 좋다.
또한, 내부 전기 공급 도체 막의 폭이나 내부 전기 공급 도체 막 사이의 갭의 갭폭, 또한 측면 전기 공급 도체 막의 폭이나 측면 전기 공급 도체 막 사이의 갭의 갭폭을 조정함으로써 소망하는 전송 임피던스를 얻을 수 있다. 예컨대, 전송 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 도 33에 도시하는 바와 같이 내부 전기 공급 도체 막(413, 414)의 폭을 모두 0.35mm, 갭(415)의 갭폭을 0.40mm으로 하고, 도 34에 도시하는 바와 같이 측면 전기 공급 도체 막(418, 419)의 폭을 모두 1.69mm, 갭(417)의 갭폭을 0.40mm로 한다.
다음에, 상술하는 바와 같은 치수를 갖는 유전체 기부몸체(411)의 내부에, 상술한 치수를 갖는, 방사 도체 막(412) 및 내부 전기 공급 도체 막(413, 414)의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하고, 또한, 유전체 기부몸체(411)의측면에 상술한 치수를 갖는 측면 전기 공급 도체 막(418, 419)의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하며, 또한, 유전체 기부몸체(411)의 하면에 전기 공급 전극(420) 및 접지 도체 막(416)의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하고, 환원 분위기속에서 소성한다.
이렇게 하여 안테나 장치(410)가 제조된다.
도 35는 본 발명의 실시예 8의 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 35에 도시하는 안테나 장치(470)는, 도 29 내지 도 32에 도시하는 안테나 장치(410)의 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(411) 대신에 원주 형상의 유전체 기부몸체(471)를 채용한 것이며, 그에 따라 방사 도체 막도 원형 루프 형상의 방사 도체 막(472)이 형성되며, 접지 도체 막도 원형의 접지 도체 막(476)이 형성되어 있다.
이와 같이, 유전체 기부몸체는 원주 형상이어도 좋다.
도 36은 도 29 내지 도 32에 도시하는 안테나 장치를 회로 기판에 탑재한 상태를 도시한 도면이다.
회로 기판(481)의 표면에는, 전기 공급선(482)과 접지 도체층(483)이 형성되어 있고, 전기 공급선(482)과 안테나 장치(410)의 전기 공급 전극(420) 및 접지 도체층(483)과 안테나 장치(410)의 전기 공급 전극(421)이 각각 땜납(484)에 의해 접속되어 있다. 이렇게 하여 안테나 장치(410)가 회로 기판(481)에 탑재된다.
도 37은 본 발명의 실시예 9의 안테나 장치를 도시하는 사시도이고, 도 38은 그 평면도, 도 39는 그 A-A' 단면도, 도 40은 그 저면도, 도 41은 도 37에 도시하는 안테나 장치의 제1전기 공급 도체 막이 형성된 측면을 도시한 도면이며, 도 42는 도 37에 도시하는 안테나 장치의 제2전기 공급 도체 막이 형성된 측면을 도시한 도면이다.
도 37에 도시하는 안테나 장치(510)는, 정방형의 상면 및 하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(511)를 구비하고 있다. 이 유전체 기부몸체(511)의 상면에는, 이 상면의 네 변에 따라 제1루프 방사 도체 막(513)이 형성되어 있다. 이 제1루프 방사 도체 막(513)은 도 38에 도시하는 바와 같이 제1갭(512)을 사이에 두고 마주 보는 2개의 단부(513a, 513b)가 형성되도록 이 상면내를 일주하고 있고, 이 루프의 길이는 송수신 대상 전자파의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(511)의 내부에는, 정방형 형상으로 수평면내를 한번 감는 제2루프 방사 도체 막(515)이 형성되어 있다. 이 제2루프 방사 도체 막(515)은, 도 39에 도시하는 바와같이 제2갭(514)을 사이에 두고 마주 보는 2개의 단부(515a, 515b)가 형성되도록 수평면내를 일주하고 있으며, 이 제2루프 방사 도체 막(515)의 루프에 대한 제2갭(514)의 방향은 도 37에 도시하는 바와 같이 제1루프 방사 도체 막(513)의 루프에 대한 제1갭(512)의 방향에 비해 수평면내에서 90도 다른 방향으로 조정되어 있다. 또한, 이 제2루프 방사 도체 막(515)의 루프의 길이는 송수신 대상의 전자파의 유전체 기부몸체(511)내에서의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(511)의 하면에는, 도 40에 도시하는 바와 같이 접지 도체 막(516)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(516)은 네 변 중 두 변 각각의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(511)의 4개의 측면 중의 1개의 측면에는, 도 41에 도시하는 바와 같이 서로의 사이에 갭(517)을 갖는 2개의 제1전기 공급 도체 막(518, 519)이 형성되어 있고, 다른 측면에는 도 42에 도시하는 바와 같이 서로의 사이에 갭(520)을 갖는 2개의 제2전기 공급 도체 막(521, 522)이 형성되어 있다. 도 41에 도시하는 2개의 제1전기 공급 도체 막(518, 519)은, 도 37에 도시하는 바와 같이 제1루프 방사 도체 막(513)이 2개의 단부(513a, 513b)에 접속되어, 서로 평행하게 유전체 기부몸체(511)의 측면을 경유하여 연장되어 있고, 이들 2개의 전기 공급 도체 막(518, 519) 중 한쪽의 전기 공급 도체 막(519)은 접지 도체 막(516)에 접속되고, 다른쪽의 전기 공급 도체 막(518)은 유전체 기부몸체(511)의 하면에 까지 도달하고 있다. 또한, 2개의 전기 공급 도체 막(518, 519)의 접지 도체 막(516)측은, 각각 회로 기판에의 표면 장착시의 전극인 전기 공급 전극(518a, 519a)으로서도 작용하고 있다. 한편, 도 42에 도시하는 2개의 제2전기 공급 도체 막(521, 522)은 제1전기 공급 도체 막(518, 519)과 마찬가지로, 도 37에 도시하는 바와 같이 각각 제2루프 방사 도체 막(515)의 2개의 단부(515a, 515b)에 접속되어 서로 평행하게 유전체 기부몸체(511)의 측면을 경유하여 연장되어 있으며, 이들 2개의 전기 공급 도체 막(521, 522) 중의 한쪽의 전기 공급 도체 막(522)은 접지 도체 막(516)에 접속되고, 다른쪽의 전기 공급 도체 막(521)은 유전체 기부몸체(511)의 하면에까지 도달하고 있다. 또한, 2개의 전기 공급 도체 막(521, 522)의 접지 도체 막(516)측은 회로 기판에의 표면 장착시의 전극인 전기 공급 전극(521a, 522a)으로서도 작용하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(510)에는, 갭의 방향이 수평면내에서 서로 90도 다른, 제1루프 방사 도체 막(513) 및 제2루프 방사 도체 막(515)이 형성되어 있기 때문에, 이들 제1, 제2루프 방사 도체 막(513, 515)에 의해 수신되는 전자파의 편파 방향은 수평면내에서 서로 90도 다르다. 따라서, 이 안테나 장치(510)는 전자파가 수직 편파 또는 수평 편파의 어느 쪽이어도 전자파를 효율적으로 수신하는 것이 가능하다.
또한, 안테나 장치(510)는 제1전기 공급 도체 막(518, 519)의 접지 도체 막(516)의 근방 및 제2전기 공급 도체 막(521, 522)의 접지 도체 막(516)의 근방이 전기 공급 전극으로서도 작용하고 있기 때문에, 납땜 등에 의해 회로 기판에 용이하게 장착된다.
또한, 이 안테나 장치(510)에서는 제1, 제2루프 방사 도체 막(513, 515)이, 제1루프 방사 도체 막(513)의 갭의 방향과, 제2루프 방사 도체 막(515)의 갭의 방향이 수평면내에서 서로 90도 다른 방향으로 형성되어 있지만, 갭의 방향은 서로, 예컨대 45도 다른 방향이어도 좋고, 갭의 방향이 다르면, 1개의 안테나로 편파 방향이 다른 전자파를 수신할 수 있다.
이하에, 도 37 내지 도 42에 도시하는 안테나 장치(510)의 제조방법에 대하여, 도 37 및 도 43 내지 도 46을 이용하여 설명한다. 도 43은 도 37에 도시하는 안테나 장치(510)의 평면도로서, 유전체 기부몸체의 길이와 폭, 제1루프 방사 도체 막의 치수를 도시한 도면이고, 도 44는 도 37에 도시하는 안테나 장치(510)의 A-A' 단면도로서, 유전체 기부몸체의 길이와 폭, 제2루프 방사 도체 막의 치수를 도시한 도면이며, 도 45는 안테나 장치(510)의 제1전기 공급 도체 막이 형성된 측면을 도시한 도면으로서, 유전체 기부몸체의 두께, 제1전기 공급 도체 막의 치수를 도시한 도면이고, 도 46은 안테나 장치(510)의 제2전기 공급 도체 막이 형성된 측면을 도시한 도면으로서, 유전체 기부몸체의 두께, 제2전기 공급 도체 막의 치수를 도시한 도면이다.
우선, 유전체 기부몸체(511)의 재료를 선정한다. 이 유전체 기부몸체(511)의 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서 비유전율이 10 내지 100 정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하고, 예컨대 Sr(Ni1/3Nb2/3)O3계 세라믹이 바람직하다. 이 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수가 3.8GHz일 때의 비유전율이 31이고, Q값이 1800이다.
다음에, 제1, 제2루프 방사 도체 막, 제1, 제2전기 공급 도체 막 및 유전체 기부몸체의 치수를 결정한다. 이 치수는 아래와 같이 하여 결정할 수 있다.
제1, 제2루프 방사 도체 막(513, 515)의 루프의 길이를, 각각 λ1, λ2로 하면, λ1, λ2는 각각 상술한 수학식 (4)로 나타낼 수 있다. 이하에, λ1, λ2각각을 구하는 식을 도시한다.
[수학식 11]
λ1=λ0/√(εreff-1)
[수학식 12]
λ2=λ0/√(εreff-2)
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff-1, εreff-2: 유효 비유전율
여기서, 수학식 (11)에 있어서의 유효 비유전율 εreff-1은 제1루프 방사 도체 막(513)이 유전체 기부몸체(511)의 상면에 형성되고, 또한 제1루프 방사 도체 막(513)으로부터 방사되는 전자파가, 유전체 기부몸체(511)의 제1루프 방사 도체 막(513)이 형성된 면에 수직으로 방사되어, 제1루프 방사 도체 막(513)의 내측 및 외측에 전계가 발생하는 것을 고려하면, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
εreff-1=(εr+3)/4
단, εr: 유전체 기부몸체의 비유전율
또한 수학식 (12)에 있어서의 유효 비유전율 εreff-2는 제2루프 방사 도체 막(515)이 유전체 기부몸체(511)의 내부에 형성되고, 또한 제2루프 방사 도체 막(515)으로부터 방사되는 전자파가 유전체 기부몸체(511)의 제1루프 방사 도체 막(513)이 형성된 면에 수직으로 방사되어, 제2루프 방사 도체 막(515)의 내측 및 외측에 전계가 발생하는 것을 고려하면, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
εreff-2=(εr+1)/2
단, εr: 유전체 기부몸체의 비유전율
따라서, 수학식 (13), 수학식 (14)로 구한 유효 비유전율 εreff-1, εreff-2를 각각 수학식 (11), 수학식 (12)에 대입함으로써 제1, 제2루프 방사 도체 막(513, 515)의 길이 λ1, λ2를 구할 수 있다.
전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, λ1=54.16mm, λ2=39.47mm로 된다. 도 43, 도 44에 도시하는 바와 같이 제1, 제2루프 방사 도체 막(513, 515)을 형성하기 위해서는, 제1루프 방사 도체 막(513)의 각 변의 길이를 13.54mm로 하고, 제2루프 방사 도체 막(515)의 각 변의 길이를 9.87mm로 하면 좋다. 여기서, 도 43, 도 44에 도시하는 일점쇄선은, 각각 제2루프 방사 도체 막(513, 515)의 각 변이 중심선을 도시한다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는, 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 루프 방사 도체 막의 폭이나, 루프 방사 도체 막의 2개 단부 사이의 갭의 갭폭을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시킬 수 있다. 에컨대, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 도 43, 도 44에 도시하는 바와 같이 루프 방사 도체 막의 폭을 1mm, 갭폭을 0.6mm로 하면 좋다.
이와 같이 결정된 방사 도체 막의 치수로부터, 유전체 기부몸체(511)이 길이 및 폭을, 도 43, 도 44에 도시하는 바와 같이 모두 14.54mm로 한다. 또한, 유전체 기부몸체(511)의 두께에 대해서는, 제1루프 방사 도체 막(513)으로부터 제2루프 방사 도체 막(515)까지의 거리 및 제2루프 방사 도체 막(515)으로부터 접지 도체 막(516)까지의 거리를, 모두 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 공진 파장의 유전체 기부몸체 내에서의 1/4 파장에 상당하는 7.09mm로 하기 때문에, 유전체 기부몸체(511)의 두께는, 도 45, 도 46에 도시하는 바와 같이 14.18mm로 한다.
또한, 전기 공급 도체 막의 폭이나, 전기 공급 도체 막 사이의 갭의 갭폭을 조정함으로써 소망하는 선로 임피던스를 얻을 수 있다. 예컨대, 선로 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 도 45, 도 46에 도시하는 바와 같이 전기 공급 도체 막의 폭을 1.16mm, 갭폭을 0.6mm로 한다.
다음에, 상술한 치수를 갖는 유전체 기부몸체(511)를 제작한다. 이 유전체 기부몸체(511)에는, 도 37에 도시하는 바와 같이 그 내부에도 루프 방사 도체 막이 형성되기 때문에, 길이, 폭, 두께가 각각 14.54mm, 14.54mm, 7.09mm의 유전체 소체를 2개 제작하고, 이 2개의 유전체 소체를 적층한 것을 유전체 기부몸체(511)로 한다.
다음에, 제작한 2개의 유전체 소체 중 한쪽의 유전체 소체의 상면에, 도 43에 도시하는 치수를 갖는 제1루프 방사 도체 막(513)의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄한다. 또한, 다른 쪽의 유전체 소체의 상면에, 도 44에 도시하는 치수를 갖는 제2루프 방사 도체 막(515)의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하고, 이밖의 다른쪽의 유전체 소체의 하면에, 접지 도체 막(516)의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄한다. 또한, 각 유전체 소체의 측면에, 도 45, 도 46에 도시하는 바와 같은 치수를 갖는 제1, 제2전기 공급 도체 막의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄한다. 그 후, 각 패턴이 인쇄된 유전체 소체를 적층하여 환원 분위기 속에서 건조하여 소성한다.
이렇게 하여 안테나 장치(510)가 제조된다.
도 47은, 본 발명의 실시예 10의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 47에 도시하는 안테나 장치(640)는, 정방형의 상면 및 하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(641)를 구비하고 있다. 이 유전체 기부몸체(641)의 상면에는, 이 상면의 각 변 각각에 따르도록, 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)이 형성되어 있다. 이들 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)은 수평방향으로 연장되어 인접하는 단부끼리가 갭(646, 647, 648, 649)을 사이에 두고 마주 봄과 동시에, 전체로서 등간격으로 4개의 갭(646, 647, 648, 649)을 형성하여 일주하고 있다. 또한, 방사 도체 막(642, 643, 644, 645) 전체의 길이는, 송수신 대상 전자파의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(641)의 하면에는 접지 도체 막(650)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(650)은, 각 코너가 모두 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(641)의 측면에는, 측면의 상하 방향으로 연장되는 변에 따라 전기 공급 도체 막(651, 652, 653, 654, 655, 656, 657, 658)이 형성되어 있다. 전기 공급 도체 막(651, 652)은, 방사 도체 막(642)의 각 단부에 접속되고, 전기 공급 도체 막(653, 654)은 방사 도체 막(643)의 각 단부에 접속되며, 전기 공급 도체 막(655, 656)은 방사 도체 막(644) 각 단부에 접속되고, 전기 공급 도체 막(657, 658)은, 방사 도체 막(645)의 각 단부에 접속되어 있다. 또한, 이들 각 전기 공급 도체 막(651, 652, 653, 654, 655, 656, 657, 658)의 하단측은, 각각 전기 공급 전극(651a, 652a, 653a, 654a, 655a, 656a, 657a, 658a)으로서도 작용하고 있다. 또한 유전체 기부몸체(641)의 측면의 하부에는, 2개의 접지 전극(659, 660)이 형성되고, 이들 접지 전극(659, 660)은 모두 접지 도체 막(650)에 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(640)는, 전체로서 1파장 루프 안테나 구조를 갖는 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)이 형성되어 있기 때문에, 전기 공급 전극(656a, 657a, 652a, 653a)을 경유하여 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하면, 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)으로부터는, 유전체 기부몸체(641)의 상면에 수직인 방향으로 지향성을 갖고, 또한 갭(649)과 갭(647)을 연결하는 직선이 연장되는 방향으로 편파한 전자파가 방사된다. 한편, 전기 공급 전극(658a, 651a, 654a, 655a)을 경유하여 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하면, 4개의 방사 도체 막(642, 643 644, 645)으로부터는 유전체 기부몸체(641)의 상면에 수직인 방향으로 지향성을 갖고, 또한 갭(648)과 갭(646)을 연결하는 직선이 연장되는 방향으로 편파한 전자파가 방사된다.
따라서, 편파 방향의 전환이 자유로운 안테나 장치를 얻을 수 있다.
또한, 이 안테나 장치(640)는 전체로서 파장 루프 안테나 구조를 갖는 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)이 형성되어 있기 때문에, 이 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)으로부터 방출되는 전자파는, 이 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득인 전자파이다. 또한, 유전체 기부몸체(641)에는 그 하면에 접지 도체 막(650)이 형성되어 있기 때문에, 이 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)으로부터 방출된 전자파 중 접지 도체 막(650)으로 향하는 전자파는 이 접지 도체 막(650)에서 반사된다. 즉, 안테나 장치(640)로부터는, 접지 도체 막(650)으로부터 이 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 안테나 장치(640)를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 사람이 휴대 전화를 사용할 때 접지 도체 막(650)이 인체와 이 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645) 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 전자파는 접지 도체 막(650)으로부터 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)으로 향하는 방향으로 최대 이득으로, 효율적으로 통신에 사용된다.
이하, 도 47에 도시하는 안테나 장치(640)의 제조방법에 대하여 설명한다.
우선, 유전체 기부몸체(641)의 재료를 선정한다. 이 유전체 기부몸체(641)의 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서 비유전율이 10 내지 100 정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하며, 예컨대 Sr(Ni1/3Nb2/3)O3계 세라믹이 바람직하다. 이 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수가 4GHz일 때의 비유전율이 31이고 Q값이 1000이다.
다음에, 방사 도체 막(642, 643, 644 645)의 치수를 결정한다. 이 치수는 아래와 같이 하여 결정할 수 있다.
4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)에 의해서 형성되는 루프의 길이를 λ로 하면, 이 λ는 수학식 (4)로 나타낼 수 있다. 이하에, 이 수학식 (4)를 도시한다.
[수학식 15]
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff: 유효 비유전율
또, 유효 비유전율 εreff는, 도 47에 도시하는 바와 같은 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)으로부터 방사되는 전자파가, 유전체 기부몸체(641)의 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)이 형성된 면에 수직으로 방사되어, 4개의 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)의 내측 및 외측에 전계가 발생하는 것을 고려하면, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 16]
εreff=(εr+3)/4
단, εr: 유전체 기부몸체의 비유전율
따라서, 수학식 (16)으로 유효 비유전율 εreff를 구하고, 구한 εreff를 수학식 (15)에 대입함으로써 λ를 구할 수 있다.
전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, λ=54.16mm로 되고, 도 47에 도시하는 바와 같이 방사 도체 막을 형성하기 위해서는, 각 방사 도체 막(642, 643, 644, 645)이 길이를 13.54mm로 결정하면 좋다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는, 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 방사 도체 막의 폭이나 각 방사 도체 막의 사이의 갭의 갭폭을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 각 방사 도체 막의 폭을 2mm, 각 갭의 갭폭을 0.5mm로 하면 좋다.
다음에, 이와 같이 결정된 방사 도체 막의 치수로부터, 유전체 기부몸체(641)의 치수를 길이와 폭을 모두 15.54mm로 하고, 두께를 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 파장의 유전체 기부몸체 내에서의 1/4 파장에 상당하는 7.09mm로 하여 유전체 기부몸체를 제작한다.
다음에, 전기 공급 도체 막, 접지 도체 막, 접지 전극 및 상술한 치수를 갖는 방사 도체 막의 패턴을 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하고, 환원 분위기속에서 소성한다.
이러한 제조 과정을 거침으로써, 도 47에 도시하는 안테나 장치(640)가 제조된다.
도 48은 도 47에 도시하는 안테나 장치를 구동하는 구동 회로를 도시한 도면이다.
구동회로(670)는 2개의 전원(671, 672)을 구비하고 있고, 전원(671)은 4개의 단자(673, 674, 675, 676)에 전류를 공급하며, 전원(672)은 4개의 단자(677, 678, 679, 680)에 전류를 공급한다.
이 구동회로(670)의 단자(673, 674, 675, 676)를 각각 도 47에 도시하는 안테나 장치(640)의 전기 공급 전극(656a, 657a, 652a, 653a)에 접속하는 한편, 구동회로(670)의 단자(677, 678, 679, 680)를 각각 안테나 장치(640)의 전기 공급 전극(658a, 651a, 654a, 655a)에 접속하면, 전원(671)을 작동시킬 때에는 전원(672)을 중지시키고, 전원(672)을 작동시킬 때에는 전원(671)을 중지시킴으로써 편파 방향의 전환이 자유로운 안테나를 얻을 수 있다.
도 49는 본 발명의 실시예 11의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 49에 도시하는 안테나 장치는, 도 47에 도시하는 안테나 장치(640)의 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(641) 대신에, 원주 형상의 유전체 기부몸체(691)를 채용한 것이고, 그에 따라 방사 도체 막도 전체로서 원형 루프 형상의 방사 도체 막(692, 693, 694, 695)이 형성되고, 접지 도체 막도 원형의 접지 도체 막(696)이 형성되어 있다.
이와 같이, 유전체 기부몸체는 원주 형상이어도 좋다.
도 50은 본 발명의 실시예 12의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 50에 도시하는 안테나 장치(700)는 정방형의 상면 및 하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(701)를 구비하고 있다. 이 유전체 기부몸체(701)의 하면에는 접지 도체 막(702)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(702)은 각 코너가 모두 절결된 형상을 갖고 있다. 또한, 유전체 기부몸체(701)의 측면 상부에는, 이 유전체 기부몸체(701)의 상면의 각 변 각각에 따르도록 4개의 방사 도체 막(703)이 형성되어 있다. 이들 방사 도체 막(703)은, 수평 방향으로 연장되어 인접하는 단부끼리가 갭을 사이에 두고 마주 봄과 동시에, 전체로서 등간격으로 4개의 갭을 형성하여 일주하고 있다. 또한, 이들 4개의 방사 도체 막(703) 전체의 길이는 송수신 대상 전자파의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(701)의 측면에는, 상하 방향으로 연장되는 각 변에 따라 8개의 전기 공급 도체 막(704)이 형성되어 있고, 각 전기 공급 도체 막(704)은 각 방사 도체 막(703)의 각 단부에 접속되어 있다. 또한, 이들 각 전기 공급 도체 막(704)의 하단측은, 전기 공급 전극(704a)으로서도 작용하고 있다. 또한 유전체 기부몸체(701)의 각 측면의 하부에는, 접지 도체 막(702)과 접속하도록 접지 전극(705)이 형성되어 있다.
이와 같이, 방사 도체 막을 유전체 기부몸체의 측면에 형성하여도 좋다.
도 51은, 본 발명의 실시예 13의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 51에 도시하는 안테나 장치(710)는 정방형의 상면 및 하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(711)를 구비하고 있다. 이 유전체 기부몸체(711)의 상면에는, 이 상면의 변에 따라 4개의 L자형의 방사 도체 막(712)이 형성되어 있다. 이들 4개의 방사 도체 막(712)은, 유전체 기부몸체(711)의 상면의 각 변의 중앙부에 갭을 형성하여 일주하고 있다. 이들 4개의 방사 도체 막(712) 전체의 길이는, 송수신 대상 전자파의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(711)의 하면에는, 접지 도체 막(713)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(713)은 각 변의 중앙부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(711)의 측면에는, 상하 방향으로 연장되어 있는 8개의 전기 공급 도체 막(714)이 형성되어 있고, 각 전기 공급 도체 막(714)은 각 방사 도체 막(712)의 각 단부에 접속되어 있다. 또한, 이들 각 전기 공급 도체 막(714)의 하단측은, 각각 전기 공급 전극(714a)으로서도 작용하고 있다. 또한 유전체 기부몸체(711)의 4개의 측면 중, 서로 평행한 2개의 측면의 접지 도체 막(713)측의 코너에는 접지 도체 막(713)과 접속되도록 접지 전극(715)이 형성되어 있다.
이와 같이, 전기 공급 도체 막과 방사 도체 막이 유전체 기부몸체의 상면의 각 변의 중앙 부분에서 접속되어도 좋다.
도 52는, 본 발명의 실시예 14의 안테나 장치를 도시한 도면이고, 도 53은 도 52에 도시하는 안테나 장치의 저면도이다.
도 52에 도시하는 안테나 장치(820)는, 정방형의 상하면을 갖는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(821)를 구비하고 있고, 그 유전체 기부몸체(821)의 상면에는 그 상면의 네 변에 따라 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막(822)이 형성되어 있으며, 이 방사 도체 막(822)의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장이 되도록 조정되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(821)의 하면에는, 도 53에 도시하는 바와 같이 수평으로 넓어지는 접지 도체 막(823)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(823)은 한 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한, 유전체 기부몸체(821)의 측면에는, 도 52에 도시하는 바와 같이 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 방사 도체 막(822)에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 전기 공급 도체 막(824)이 형성되어 있고, 한 쌍의 전기 공급 도체 막(824)중 한쪽의 전기 공급 도체 막(826)은 접지 도체 막(823)과도 접속되며, 이미 한쪽의 전기 공급 도체 막(825)은 도 53에 도시하는 바와 같이 유전체 기부몸체(821)의 하면에까지 도달하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(820)에는 유전체 기부몸체(821)의 상면에 폐루프 형상의 방사 도체 막(822)이 형성되어 있기 때문에, 1파장 루프 안테나 구조를 갖고, 방사 도체 막(822)으로부터 방출되는 전자파는, 이 방사 도체 막(822)을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 최대 이득인 전자파이다. 또한, 유전체 기부몸체(821)의 하면에는, 수평으로 넓어지는 접지 도체 막(823)이 형성되어 있기 때문에, 방사 도체 막(822)으로부터 방출된 전자파 중 접지 도체 막(823)으로 향하는 전자파는 접지 도체 막(823)으로 반사된다. 즉, 안테나 장치(820)로부터는, 방사 도체 막을 포함하는 평면에 수직이면서, 또한 접지 도체 막으로부터 방사 도체 막으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 따라서, 안테나 장치(820)를, 예컨대 휴대 전화에 부착하는 경우, 사람이 휴대 전화를 사용할 때 접지 도체 막(823)이 인체와 방사 도체 막(822) 사이에 위치하도록 부착하면, 인체측에는 전자파가 방사되지 않고, 방사되는 전자파는 효율적으로 통신에 사용된다. 또한, 방사 도체 막(822)의 형성에 있어서 관통 구멍의 형성은 불필요하며, 제조 비용의 절감을 도모할 수 있다.
도 52에 도시하는 바와 같이 방사 도체 막은, 폐루프 형상이어도 좋다. 이하에, 안테나 장치(820)의 제조방법에 대하여 설명한다.
우선, 유전체 기부몸체의 재료를 선정한다. 이 유전체 기부몸체의 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서 비유전율이 10 내지 100 정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하며, 예컨대 Sr(Ni1/3Nb2/3)O3계 세라믹이 바람직하다. 이 재료는 송수신되는 전자파의 주파수가 6GHz일 때의 비유전율이 30이고, Q값이 1000이다.
다음에, 방사 도체 막과 전기 공급 도체 막의 치수를 결정한다. 이 치수는 아래와 같이 하여 결정할 수 있다.
방사 도체 막의 루프의 길이를 λ로 하면, 이 λ는 수학식 (4)로 나타낼 수 있다. 이하에, 이 수학식 (4)를 도시한다.
[수학식 17]
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff: 유효 비유전율
여기서, 도 52에 도시하는 바와 같이 루프 형상의 방사 도체 막으로부터 방사되는 전자파 전파 방향은, 유전체 기부몸체의 방사 도체 막이 형성된 면과 수직으로 교차하는 방향이며, 방사 도체 막으로부터는 유전체 기부몸체 내부 및 공기중 양쪽에 전계가 발생하는 것을 고려하면, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 18]
εreff=(εr+1)/2
단, εr: 유전체 기부몸체의 비유전율
따라서, 수학식 (18)로 유효 비유전율 εreff를 구하고, 구한 εreff를 수학식 (17)에 대입함으로써 λ를 구할 수 있다.
전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하면, λ=40.11mm으로 되어, 도 52에 도시하는 바와 같이 방사 도체 막을 형성하기 위해서는, 방사 도체 막의 한 변의 길이를 10.03mm로 하면 좋다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는, 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 방사 도체 막의 폭이나, 방사 도체 막의 한쪽의 전기 공급 도체 막에 접속되는 부분과, 방사 도체 막의 다른쪽의 전기 공급 도체막에 접속되는 부분과의 간격을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 예컨대, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 방사 도체 막의 폭을 2mm로 하고, 전기 공급 도체 막의 간격을 1mm로 하면 좋다.
또한, 전기 공급 도체 막의 폭이나 전기 공급 도체 막끼리의 간격을 조정함으로써 소망하는 전송 임피던스를 얻을 수 있는 것이, 『C.P.Wen : Coplanar Waveguide : A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyromagnetic Device Applications, IEEE Trans. MTT, Vo1. MTT-17, No. 12, Dec. 1969』에 보고되어 있다. 상기한 바와 같이 전기 공급 도체 막의 간격은 1mm로 하기 때문에, 전송 임피던스를 50Ω로 하기 위해서는, 전기 공급 도체 막의 폭을 3.09mm로 하면 좋다.
다음에, 이와 같이 치수의 결정된 방사 도체 막으로부터, 유전체 기부몸체의 치수를 길이와 폭을 모두 12.03mm로 하고, 두께를 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 파장의 유전체 기부몸체 내에서의 1/4 파장에 상당하는 7.21mm로서 유전체 기부몸체를 제작한다.
다음에, 접지 도체 막의 패턴과, 상술한 치수를 갖는 방사 도체 막 및 전기 공급 도체 막의 패턴을 후막 인쇄법에 의해 구리 페이스트를 이용하여 인쇄하고, 환원 분위기속에서 소성한다.
이렇게 하여, 도 52에 도시하는 안테나 장치(820)가 제조된다.
도 54는 본 발명의 안테나 장치의 실시예 15를 도시하는 사시도이다.
도 54에 도시하는 안테나 장치(830)는, 원주 형상의 유전체 기부몸체(831)를 구비하고 있고, 그 유전체 기부몸체(831)의 상면에는, 그 상면의 원주에 따라 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막(832)이 형성되어 있고, 이 방사 도체 막(832)의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장이 되도록 조정되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(831)의 하면에는, 수평으로 넓어지는 원형 형상의 접지 도체 막(833)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(833)은 원주의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한, 유전체 기부몸체(831)의 측면에는, 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 방사 도체 막(832)에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 전기 공급 도체 막(834)이 형성되어 있고, 한쌍의 전기 공급 도체 막(834) 중 한쪽의 전기 공급 도체 막(8360은 접지 도체 막(833)과도 접속되며, 이미 한쪽의 전기 공급 도체 막(835)은 유전체 기부몸체(831)의 하면에까지 도달하고 있다.
이와 같이, 유전체 기부몸체는 원주 형상이어도 좋다.
도 55는 본 발명의 실시예 16의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 55에 도시하는 안테나 장치(840)는, 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(841)를 구비하고 있고, 이 유전체 기부몸체(841)의 측면 상부에는, 유전체 기부몸체(841)의 상면에 네 변을 따라 측면을 수평으로 주회하는 폐루프 형상의 방사 도체 막(842)이 형성되어 있다. 이 방사 도체 막(842)의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한, 이 유전체 기부몸체(841)의 하면에는, 수평으로 넓어지는 접지 도체 막(843)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(843)은 한 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한, 유전체 기부몸체(841)의 측면에는, 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 방사 도체 막(842)에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 전기 공급 도체 막(844)이 형성되어 있고, 한 쌍의 전기 공급 도체 막(844) 중 한 쪽의 전기 공급 도체 막(846)은 접지 도체 막(843)과도 접속되며, 이미 한쪽의 전기 공급 도체 막(845)은 유전체 기부몸체(841)의 하면에까지 도달하고 있다.
이와 같이 방사 도체 막은 유전체 기부몸체의 측면에 형성되어도 좋다.
도 56은 본 발명의 실시예 17의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 56에 도시하는 안테나 장치(850)는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(851)를 구비하고 있고, 이 유전체 기부몸체(851)의 내부에는, 이 내부를 수평면내에서 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막(852)이 형성되어 있고, 이 방사 도체 막(852)의 길이는 송신 대상 전자파의 유전체 기부몸체(851) 내에서의 공진 파장과 동일한 길이로 조정되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(851) 내부에 형성된 방사 도체 막(852)을 포함하는 평면내는, 서로 평행하게 수평 방향으로 연장되어 양쪽이 방사 도체 막(852)에 접속됨과 동시에 양쪽이 유전체 기부몸체(851)의 측면에 노출한 한 쌍의 내부 전기 공급 도체 막(853)이 형성되어 있다. 또한 유전체 기부몸체(851)의 하면에는 수평으로 넓어지는 접지 도체 막(856)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(856)은 한 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(851)의 측면에는, 서로 평행하게 상하방향으로 연장되는 한 쌍의 측면 전기 공급 도체 막(857)이 형성되어 있고, 한 쌍의 측면 전기 공급 도체 막(857) 중 측면 전기 공급 도체 막(859)은 그 상단 및 하단이 각각 내부 전기 공급 도체 막(855) 및 접지 도체 막(856)에 접속되며, 이미 한쪽의 측면 전기 공급 도체 막(8580은 그 상단이 내부 전기 공급 도체 막(854)에 접속되어 하단은 유전체 기부몸체(851)의 하면에까지 도달하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(850)는 유전체 기부몸체(851)의 내부에 방사 도체 막(852)이 형성되어 있다. 이 안테나 장치(850)와 유전체 기부몸체의 표면에 방사 도체 막이 형성된 안테나 장치를 비교하면, 각각의 안테나 장치가 동일 주파수의 전자파를 송수신하는 경우, 전자파의 파장은 유전체 내부 쪽이 유전체 외부보다 짧아, 방사 도체 막을 유전체 기부몸체의 내부에 형성하면 방사 도체 막의 루프의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 유전체 기부몸체의 치수를 작게 할 수 있어, 안테나 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
도 57은 본 발명의 실시예 18의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 57에 도시하는 안테나 장치(860)는 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(861)를 구비하고 있다. 이 유전체 기부몸체(861)의 상면에는, 이 상면의 네 변에 따라 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 제1방사 도체 막(862)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(861)의 내부에는, 이 내부를 정방형 형상으로 수평면내에서 한번 감는 폐루프 형상의 제2방사 도체 막(863)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(861)의 하면에는 접지 도체 막(864)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(864)은 네 변중 두 변 각각의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(861)의 4개의 측면 중 1개의 측면에는, 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 방사 도체 막(862)에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 제1전기 공급 도체 막(865)이 형성되어 있고, 한 쌍의 제1전기 공급 도체 막(865) 중 한쪽의 전기 공급 도체 막(867)은 접지 도체 막(864)과도 접속되며, 이미 한쪽의 전기 공급 도체 막(866)은 유전체 기부몸체(861)의 하면에까지 도달하고 있다. 또한, 한 쌍의 제1전기 공급 도체 막(865)이 형성된 측면에 이웃하는 옆 측면에는, 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 제2방사 도체 막(863)에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 제2전기 공급 도체 막(868)이 형성되어 있고, 한 쌍의 전기 공급 도체 막(868) 중 한쪽의 전기 공급 도체 막(870)은 접지 도체 막(864)에 접속되며, 이미 한쪽의 전기 공급 도체 막(869)은 유전체 기부몸체(861)의 하면에까지 도달하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(860)는 한 쌍의 제1전기 공급 도체 막(865) 및 한 쌍의 제2전기 공급 도체 막(868)이 서로 이웃하는 측면에 형성되어 있기 때문에, 제1방사 도체 막(862)의 루프에 대한 이 제1방사 도체 막(862)과 한 쌍의 제1전기 공급 도체 막(865)과이 접속점의 방향과, 제2방사 도체 막(863)의 루프에 대한 이 제2방사 도체 막(863)과 한 쌍의 제2전기 공급 도체 막(868)과의 접속점의 방향이 수평면내에서 90도 다른 방향이다. 따라서, 제1, 제2방사 도체 막(862, 863)에 의해 수신되는 전자파의 편파 방향은, 수평면내에서 서로 90도 다르고, 이 안테나 장치(860)는 전자파가 수직 편파 또는 수평 편파의 어느 쪽이어도 전자파를 효율적으로 수신하는 것이 가능한다.
도 58은 본 발명의 실시예 19의 안테나 장치를 도시하는 사시도이다.
도 58에 도시하는 안테나 장치(880)는, 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(881)를 구비하고 있다. 이 유전체 기부몸체(881)의 측면 상부에는, 이 유전체 기부몸체(811)의 상면의 네 변에 따르도록, 측면을 수평으로 주회하는 폐루프 형상의 방사 도체 막(882)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(881)의 하면에는 접지 도체 막(883)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(883)은 각 코너가 모두 절결된 형상을 갖고 있다. 또한, 유전체 기부몸체(881)의 각 측면의 하부에는 접지 도체 막(883)과 접속하도록 접지 전극(884)이 형성되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(881)의 측면에는 방사 도체 막(882)을 한번 감는 사이를, 측면이 갖는 상하로 연장되는 4개의 변으로 4등분하는 위치에 있어서, 측면의 4개의 변 각각의 양측에 1개씩 형성되어 이루어지는 양쪽이 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되는 한 쌍의 전기 공급 도체 막(885)이 합계 4쌍 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(880)는, 방사 도체 막(882)을 4등분하는 위치에 있어서, 한 쌍의 전기 공급 도체 막(885)이 합계 4쌍 형성되어 있기 때문에, 4쌍의 전기 공급 도체 막 중, 방사 도체 막(882)을 한 번 감는 사이를 2등분하는 위치에 형성되어 이루어지는 2쌍의 전기 공급 도체 막에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 상태와, 나머지의 2쌍의 전기 공급 도체 막에 동일 진폭 동일 위상의 전류를 공급하는 상태를 전환이 자유롭도록 구성하면, 서로 수직으로 교차하는 편파 방향으로 전환이 자유롭도록 이득을 갖는 안테나 장치를 얻을 수 있다.
도 59는 본 발명의 실시예 20의 안테나 장치를 도시하는 사시도이고, 도 60은 그 평면도, 도 61은 그 저면도, 도 62는 도 59에 도시하는 안테나 장치의 2개의 전기 공급 도체 막 중 한쪽의 전기 공급 도체 막이 형성된 측면을 도시한 도면이며, 도 63은 도 59에 도시하는 안테나 장치의 다른쪽의 전기 공급 도체 막이 형성된 측면을 도시한 도면이다.
도 59에 도시하는 안테나 장치(920)는 상면 및 하면이 정방형인 직사각형 형상의 유전체 기부몸체(921)를 구비하고 있다. 이 유전체 기부몸체(921)의 상면은, 도 60에 도시하는 바와 같이 서로 근접한 2개의 단부(922a, 922b)를 갖고, 이 상면의 네 변에 따라 이들 2개의 단부(922a, 922b)를 루프 형상으로 연결하는 방사 도체 막(922)이 형성되어 있다. 이 방사 도체 막(922)은, 2개의 단부(922a, 922b)끼리의 사이가 전기적으로 개방된 개방 루프 형상의 것이며, 루프의 길이는 송신 대상 전자파의 공진 파장의 길이로 조정되어 있다. 또한, 유전체 기부몸체(921)의 하면에는 도 61에 도시하는 바와 같이 이 하면으로 넓어지는 접지 도체 막(923)이 형성되어 있고, 이 접지 도체 막(923)은 한 변의 일부가 절결된 형상을 갖고 있다. 또한 유전체 기부몸체(921)의 측면에는 도 62, 도 63에 도시하는바와 같이 2개의 전기 공급 도체 막(924, 925)이 형성되어 있고, 이 2개의 전기 공급 도체 막(924, 925)은 도 59에 도시하는 바와 같이 측면을 세로로 구분하는 4개의 변 중 도 59의 전방에 표시되는 변(926)이 양측에 1개씩, 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되도록 형성되어 있고, 전기 공급 도체 막(924, 925)은 방사 도체 막(922)의 단부(922a, 922b)에 접속되어 있으며, 전기 공급 도체 막(925)은 접지 도체 막(923)에 접속되어 있고, 전기 공급 도체 막(924)은 도 61에 도시하는 바와 같이 유전체 기부몸체(921)의 하면에까지 도달하고 있다.
이와 같이 구성된 안테나 장치(920)는, 방사 도체 막(922)을 구비하고 있기 때문에 1파장 루프 안테나의 구조를 갖는다. 따라서, 방사 도체 막(922)으로부터는 유전체 기부몸체(921)의 상면에 대하여 수직으로 최대 이득의 전자파가 방사된다. 또한, 이 방사 도체 막(922)은 유전체 기부몸체(921)의 상면에 형성되고, 이 유전체 기부몸체(921)의 하면에는 접지 도체 막(923)이 형성되어 있기 때문에, 방사 도체 막(922)으로부터 방사된 전자파 중, 접지 도체 막(923)으로 향하는 전자파는 접지 도체 막(923)에서 반사된다. 따라서, 안테나 장치(920)로부터는 접지 도체 막(923)으로부터 방사 도체 막(922)으로 향하는 방향으로 최대 이득의 전자파가 방사되어, 전자파는 효율적으로 통신에 사용된다.
또한, 안테나 장치(920)는 2개의 전기 공급 도체 막(924, 925)이 유전체 기부몸체(921)의 측면의 변(926)의 양측에 1개씩 형성되어 있기 때문에, 동일한 측면에 2개의 전기 공급 도체 막을 형성하는 것보다 전기 공급 도체 막의 사이의 거리가 가깝게 되어, 유효 유전율을 크게 하는 것이 가능하다. 따라서, 안테나 장치(920)는 동일한 측면에 2개의 전기 공급 도체 막이 형성된 안테나 장치와 비교하여, 수학식 (2)중의 전기 공급 도체 막의 폭(S)을 좁게 할 수 있으며, 2개의 전기 공급 도체 막(924, 925)의 사이의 갭폭이 넓은 경우에도, 방사 도체 막의 임피던스와 전기 공급 도체 막의 임피던스를 정합시킬 수 있다.
이하에, 도 59 내지 도 63에 도시하는 안테나 장치(920)의 제조방법에 대하여 설명한다.
우선, 유전체 기부몸체(921)의 재료를 선정한다. 이 유전체 기부몸체(921)의 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수 대역에 있어서 비유전율이 10 내지 100 정도로 안정되어 있는 재료가 바람직하고, 여기서는, Sr(Ni1/3Nb2/3)O3계 세라믹을 이용한다. 이 재료는, 송수신되는 전자파의 주파수가 3.8GHz일 때의 비유전율이 31이고, Q값이 1800이다.
다음에, 방사 도체 막(922), 2개의 전기 공급 도체 막(924, 925) 및 유전체 기부몸체(921)의 치수를 결정한다. 이 치수는 아래와 같이 하여 결정할 수 있다. 방사 도체 막(922)의 루프의 길이를 λ로 하면, 이 λ는 수학식 (4)로 나타낼 수 있다. 이하에, 이 수학식 (4)를 도시한다.
[수학식 19]
단, λ0: 전자파의 진공중 파장
εreff: 유효 유전율
여기서, 수학식 (19)에 있어서의 유효 유전율 εreff는 방사 전체 막(922)이 유전체 기부몸체(921)의 상면에 형성되고, 또한 방사 도체 막(922)으로부터 방사되는 전자파가 유전체 기부몸체(921)의 상면에 대하여 수직으로 방사되고, 방사 도체 막(922)의 내측 및 외측에 전계가 발생하는 것을 고려하면, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 20]
εreff=(εr+3)/4
단, εr: 유전체 기부몸체의 유전율
따라서, 수학식 (20)으로 유효 유전을 εreff를 구하고, 구한 εreff를 수학식 (19)에 대입함으로써 λ를 구할 수 있다.
여기서는, 전자파의 공진 주파수를 1.9GHz로 하기 때문에, 방사 도체 막(922)의 루프의 길이 λ는, λ=54.16mm로 된다. 또한, 1파장 루프 안테나의 임피던스는, 일반적으로는 100Ω 이상의 고임피던스이지만, 방사 도체 막의 폭이나, 방사 도체 막의 2개의 단부 사이의 갭폭을 조정함으로써 임피던스를 저하시켜 전기 공급 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서는, 임피던스를 50Ω로 하기 위해서, 방사 도체 막(922)의 폭을 1.5mm, 갭폭을 0.75mm로 한다.
이와 같이 결정된 방사 도체 막의 치수로부터, 유전체 기부몸체(921)의 길이 및 폭을 모두 14.54mm로 한다. 또한 유전체 기부몸체(921)의 두께에 대해서는, 방사 도체 막(922)으로부터 접지 도체 막(923)까지의 거리를 1.9GHz의 공진 주파수를 갖는 전자파의 공진 파장의 유전체 기부몸체에서의 1/4 파장에 상당하는 7.09mm로 한다.
또한, 전기 공급 도체 막의 폭이나, 전기 공급 도체 막 사이의 갭폭을 조정함으로써 소망하는 전기 공급 도체 막의 임피던스를 얻을 수 있다. 여기서는, 전기 공급 도체 막의 폭을 2.0mm, 갭폭을 0.75mm로 한다.
다음에, 상술하는 바와 같은 치수를 갖는 유전체 기부몸체(921)를 제작하여, 이 유전체 기부몸체(921)에 접지 도체 막(923)의 패턴과, 상술한 치수를 갖도록 방사 도체 막(922) 및 2개의 전기 공급 도체 막(924, 925)의 패턴을, 구리 페이스트를 이용하여 후막 인쇄법에 의해 인쇄하고, 환원 분위기속에서 소성한다.
이렇게 하여 안테나 장치(920)가 제조된다.
도 64는 본 발명의 실시예 21의 안테나 장치를 도시한 도면이다.
도 59 내지 도 63에 도시하는 안테나 장치(920)의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 붙여 도시하고, 상이한 곳에만 번호를 붙여 설명한다.
도 64에 도시하는 안테나 장치(930)를 구성하는 유전체 기부몸체(921)의 상면에는, 이 상면의 네 변에 따라 띠형상의 도체 막이 둘레에 감겨진 폐루프 형상의 방사 도체 막(931)이 형성되어 있다.
이와 같이 방사 도체 막이, 띠형상의 도체 막이 둘레에 감겨진 폐루프 형상이 것이어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 안테나 장치에 의하면, 방출되는 전자파가 통신에 효율적으로 사용된다.
안테나 장치가 장착된 휴대 전화를 실제로 사람이 이용하면, 안테나 장치는 관통 구멍이 연장되는 방향에 수직인 면내에서는 무지향성이기 때문에, 안테나 장치로부터 송신되는 전자파의 일부는 인체 방향으로 조사된다. 이 인체 방향으로 조사된 전자파는 통신에는 사용되지 않는 점을 감안하여 전자파가 효율적으로 통신에 사용되는 안테나 장치를 제공하여, 방출되는 전자파가 통신에 효율적으로 사용되게 하는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 서로 평행한 상면 및 하면을 갖는 유전체 기부몸체와,
    상기 유전체 기부몸체 상면에 형성되고 서로 근접한 2개의 단부를 갖고, 이들 2개의 단부를 루프 형상으로 연결하는 방사 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체 하면에 형성되고 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체 측면에 형성되고 상기 방사 도체 막의 2개의 단부 각각에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되고, 한쪽이 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 전기 공급 도체 막을 구비한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로 또한 작용하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 상면 및 하면을 가짐과 동시에 이들 상면과 하면을 연결하는 관통 구멍이 형성되어 이루어지는 유전체 기부몸체와,
    상기 관통 구멍내에 충진된 단극 도체와,
    상기 상면에 형성되고 서로 근접한 2개의 단부를 갖고, 이들 2개의 단부를 루프 형상으로 연결함과 동시에 이들 2개의 단부 중 한쪽의 단부가 상기 단극 도체에 접속되어 이루어지는 막형상(a film-like shape)의 루프 도체와,
    상기 하면으로 넓어지는 막형상의 접지 도체를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하면측에서 상기 단극 도체에 접속된 중심 도체와, 상기 하면으로 넓어지는 접지 도체에 접속된 외부 도체를 갖는 동축 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하면에서 한쪽 단부가 상기 단극 도체에 접속되고, 그 상기 하면에서 상기 접지 도체와 함께 공평면 선로를 형성하는 신호선과,
    상기 유전체 기부몸체의 측면에 형성되어 상기 신호선에 접속된 전기 공급 단자와,
    상기 유전체 기부몸체의, 상기 전기 공급 단자가 형성된 측면과 동일한 측면에 형성되고, 상기 접지 도체에 접속된 접지 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 하면 및 측면을 갖는 유전체 기부몸체와,
    상기 하면에 형성되고 면형상(a planar shape)으로 넓어지는 접지 도체 막과,
    상기 측면에 형성되고, 좌우에 근접하는 2개의 단부를 갖고, 상기 측면을 수평으로 일주하여 이들 2개의 단부를 연결하는 방사 도체 막과,
    상기 측면에 형성된, 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되고, 한 개가 상기 2개의 단부 중 한쪽에 접속되며, 다른 한 개가 상기 2개의 단부 중 다른쪽에 접속됨과 동시에 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 2개의 전기 공급 도체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 2개의 전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서 또한 작용하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 하면을 갖는 유전체 기부몸체와,
    상기 유전체 기부몸체 하면에 형성되고 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 내부에 형성되고 좌우에 근접하는 2개의 단부를 갖고, 수평면내를 루프 형상으로 일주하여 이들 2개의 단부를 연결하는 방사 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 내부에 형성되고 상기 방사 도체 막의 2개의 단부 각가과 상기 유전체 기부몸체의 측면을 연결하는 내부 전기 공급 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 측면에 형성되고 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 상기 내부 전기 공급 도체 막 각각에 접속됨과 동시에, 한쪽이 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 측면 전기 공급 도체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측면 전기 공급 도체 막이, 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서 또한 작용하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 수평으로 넓어지는 상면 및 하면을 갖는 유전체 기부몸체와,
    상기 유전체 기부몸체의 하면에 형성되고 면형상으로 넓어지는 접지 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 상면에 형성되고 소정의 제1갭을 사이에 두고 마주 보는 2개의 단부가 형성되도록 상기 상면내를 한번 감는 제1루프 방사 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 내부에 형성되고 상기 제1루프 방사 도체 막의 루프에 대한 상기 제1갭의 방향과는 방향이 다른 제2갭을 사이에 두고 마주 보는 2개의 단부가 형성되도록 수평면내를 한번 감는 제2루프 방사 도체 막과,
    각각이 상기 제1루프 방사 도체 막의 2개의 단부 각각에 접속되고, 서로 평행하게 연장되며, 한쪽이 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 2개의 제1전기 공급 도체 막과,
    각각이 상기 제2루프 방사 도체 막의 2개의 단부 각각에 접속되고, 서로 평행하게 상기 유전체 기부몸체의 측면을 경유하여 연장되며, 한쪽이 상기 접지 도체 막에 접속되어 이루어지는 2개의 제2전기 공급 도체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1루프 방사 도체 막 및 상기 제2루프 방사 도체 막이, 상기 제1루프 방사 도체 막의 루프에 대한 상기 제1갭의 방향과, 상기 제2루프 방사 도체 막의 루프에 대한 상기 제2갭의 방향이 수평면내에서 서로 90도 다른 방향으로 되도록 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서 또한 작용하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 상면, 하면 및 측면을 갖는 유전체 기부몸체와,
    상기 유전체 기부몸체의 하면에 형성된 접지 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 상면 또는 측면에 형성되고 수평 방향으로 연장되어 인접하는 단부끼리가 갭을 사이에 두고 마주 봄과 동시에, 전체로서 등간격으로 4개의 갭을 형성하여 한번 감는 4개의 방사 도체 막과,
    각각이 상기 4개의 방사 도체 막의 각 단부 각각에 접속되어 상하 방향으로 연장되어 있는 8개의 전기 공급 도체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기 공급 도체 막이 회로 기판에의 표면 장착시의 전극으로서 또한 작용하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  15. 유전체 기부몸체와,
    상기 유전체 기부몸체에 형성되고 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체에 형성되고 수평으로 넓어지는 접지 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체 측면을 경유하여 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 상기 방사 도체 막에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 전기 공급 도체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 방사 도체 막이 상기 유전체 기부몸체 상면내에서 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 방사 도체 막이 상기 유전체 기부몸체 측면을 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 방사 도체 막이 상기 유전체 기부몸체 내부의 수평면내에서 한번 감는 폐루프 형상의 방사 도체 막인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 방사 도체 막 외에, 상기 유전체 기부몸체의 상기 방사 도체 막이 형성된 위치와는 다른 위치에 수평으로 한번 감는 폐루프 형상의 제2방사 도체 막을 구비함과 동시에,
    상기 유전체 기부몸체 측면의 상기 한 쌍의 전기 공급 도체 막이 형성된 위치와는 다른 위치를 경유하여 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 양쪽이 상기 제2방사 도체 막에 접속되어 이루어지는 한 쌍의 제2전기 공급 도체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전기 공급 도체 막을 포함하여, 상기 방사 도체 막을 한번 감는 사이를 4등분하는 어느 한 위치에 있어서 양쪽이 상기 방사 도체 막에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되어 이루어지는 한 쌍의 전기 공급 도체 막이 합계 4쌍 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  21. 상면 및 하면을 가짐과 동시에 세로로 연장되는 변으로 구분된 측면을 갖는 유전체 기부몸체와,
    상기 유전체 기부몸체의 상면에 형성된 루프 형상의 방사 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 하면에 형성되고 상기 하면으로 넓어지는 접지 도체 막과,
    상기 유전체 기부몸체의 측면의 상기 변의 양측에 1개씩 형성되고 각각이 상기 방사 도체 막에 접속되어 서로 평행하게 상하 방향으로 연장되고, 1개가 상기 접지 도체 막에 접속된 2개의 전기 공급 도체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 방사 도체 막이 상기 방사 도체 막의 상기 2개의 전기 공급 도체 막과의 접속점끼리의 사이가 전기적으로 개방된 개방 루프 형상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 방사 도체 막이 띠형상(a strip-like shape)의 도체 막이 둘레에 감겨진 폐루프 형상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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