KR19990029462A

KR19990029462A - 안테나 장치

Info

Publication number: KR19990029462A
Application number: KR1019980036126A
Authority: KR
Inventors: 다츠아키 다니구치; 가즈오 시게타
Original assignee: 제임스 이. 미러; 마츠다 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 1999-04-26
Also published as: JPH1188033A; DE19840016A1; US6115001A

Abstract

본 발명은 안테나의 특성을 손상시키지 않고 부착이 용이한 어스구조를 제안하는 것으로써, 평형 안테나 소자(20)와, 이 안테나 장치를 자동차의 차체에 부착했을 시에, 평형 안테나 소자(20)와 차체의 전기도체(100)간에 배치되는 차폐판(30)과 지지부재(25)를 가지고, 이 차폐판(30)은 전기도체(100)로부터 평형 안테나 소자(20)로의 전기적 결합을 차단한다.

Description

안테나 장치

본 발명은, 예를들면 차량용의 안테나 장치에 관한 것으로, 예를들면 차량 적재용 내비게이션장치의 GPS 안테나등의 평형 안테나 구조의 차량용 안테나에 관한 것이다.

차량 적재용 안테나로써는 일반적으로 비평형 안테나가 이용되고 있다.

예를들면, 일본국 특개평5-22030호, 5-192912호, 일본국 실개평5-6380호는 비평형 안테나로써의 마이크로 스트립 안테나를 개시한다.

이 비평형 안테나에 있어서는, 지판에 평형으로 설치되는 안테나판은 수신하려는 주파수(λ)에 대해, 1변이 λ/2이상인 크기를 필요로 하고, 이를위해, 안테나 구조가 대형화된다.

비평형 안테나의 크기를 극소화하기 위해, 일본국 특개평5-192912는 안테나판과 지판과의 사이에 유전체(誘電體)를 삽입 배치하고 있다. 그런데, 이 유전체는 그 재질 때문에, 원료 코스트, 가공 코스트가 매우 높고, 안테나를 고가로 하는 원인이 되었다.

저가격으로 소형화를 달성할 수 있는 것으로써는 평형 안테나가 주목된다.

평형 안테나로써는, 특히 루프 안테나는 수신하려하는 주파수(λ)에 대해, 루프 1둘레의 길이를 λ로 일치시켜도 되므로, 고가의 유전체를 이용하지 않아도 소형화를 달성할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 평형 안테나는 비평형 안테나와 같은 어스(지판)를 가질 필요가 없고, 예를들면 차량에의 부착등 구체적인 설치시에는 어스를 취할 필요가 없다는 이점도 가진다.

도1a, 도1b에 종래의 루프 안테나의 구성을 도시한다. 다만, 도1a는 안테나 소자의 평면도를, 도1b는 측면도를 도시한다.

일반적으로, 도1a와 같은 형상을 가지는 평형 안테나(10)는 자유공간안(실질적으로 근방에 금속도체가 없는 경우)에서는 도2i와 같은 지향성을 가진다.

다만, 도2i의 측정은 도1d에 도시하는 바와같이 구(球)좌표 표시에 따라 행했다. 또한 도2i에 있어서 수신감도를 나타내는 Eθ(작은 마름모꼴형으로 표시한다), EФ(작은 직사각형으로 표시한다)는 도1e, 도1d의 정의에 따른다. 즉, Eθ(Ф = 90도)는 도1e에 도시하는 바와같이, 측정대상인 루프 안테나(10)를 수평면에 평행으로 하여 원점상에 두고, 전파의 발신원인 다이폴(dipole) 안테나를 안테나(10)의 유효소자편에 대해 90도가 되도록 배치하여 측정한 수신감도이다. 예를들면, θ = 90도에서 다이폴 안테나는, 안테나(10)의 유효편에 대해 직교하여 다시 수평면에 대해 수직으로 향한다. 또한, θ=0도에서는 안테나(10)의 유효편에 대해 직교하지만 다이폴 안테나는 수평면에 평행이다. EФ(Ф = 90도)는 도1f에 도시하는 바와같이, 측정대상의 루프 안테나(10)를 수평면에 평행으로 하여 원점상에 두고, 전파의 발신원인 다이폴 안테나를 안테나(10)의 유효소자편에 대해 항상 평행이 되도록 배치하여 측정한 수신감도이다. 예를들면, θ가 0도, 45도, 90도라도 다이폴 안테나는 유효 소자편에 대해 평행이다.

본 발명의 발명자들은 도1, 도1b에 도시한 루프 안테나(10)를, 도1c에 도시하는 환경에서 실험을 행했다. 즉, 안테나(10)의 근방에 안테나(10)에 평형인 금속도체(100)를 거리(D)로 배치했다. 이 금속도체(100)는 구체적으로는 차량내의 하네스(harness)나 바디(body)의 금속에 상당한다.

도1c의 실험결과, 안테나(10)의 성능은 차량내의 하네스나 바디등의 주위의 도체(즉, 도체(100))의 영향을 받아, 그 지향성이 도2i의 특성에서 크게 변화되는 면을 가지는 것을 알았다.

도2a∼도2h는 무한의 크기를 가지는 지판으로써 작용하는 금속도체(100)에 도1a의 루프 평형 안테나(10)를 거리(D)만큼 간격을 두고 배치한 경우에 있어서, D의 길이를 다양하게 변화시켰을 시의 지향특성의 변화를 도시한다. 다만, 도2a∼도2h중의 수신감도의 표기는 상술의 도2i의 그것과 같다.

도2a∼도2h에 의하면, 평형형 안테나는 도2d, 도2e와 같이, 비교적 양호한 특성을 나타내는 경우도 있지만, 도2a∼도2c, 도2f∼도2h에 도시하는 바와같이, 실질적으로는 지향특성이 금속도체(100)의 영향을 받아 실용성이 없는 것이 많다.

또한, 지향성은 도체(100)의 위치가 약간 밀리거나, 안테나의 부착위치가 약간 밀리는것 만으로도 영향을 받아 크게 변화되어 버리고, 예를들면 GPS 안테나와 같이 특정방향의 지향성(GPS 안테나의 경우는 상방)이 필요한 안테나의 경우에 있어서는, 도체의 영향을 받아 목적하는 지향성을 얻을 수 없다.

특히, GPS 안테나를 차량에 부착할 경우에는, 인너 패널 멤버나 하네스등의 금속도체가 많은 인너 패널내에 평형 안테나 소자를 배치할 필요가 있으므로, 이 문제가 매우 심각해진다.

본건의 출원인은 먼저 일본국 특개평 3-72702호에 있어서, 반사기를 가지는 평형 안테나를 제안했는데, 그 반사기는 평형 안테나로 부터의 전파가 승차한 사람에게 도달하는 것을 규제하는 것을 목적으로 하는 것으로써, 상기 문제를 해결한다고는 할 수 없다.

그래서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 양호한 지향성을 확보하면서 소형이고 저코스트인 안테나 장치로써, 외부의 전기도체로부터의 영향을 배제하는 것이 용이한 안테나 장치를 제안하는데 있다.

도1a는 종래의 루프형 안테나 소자의 형상을 도시하는 평면도,

도1b는 종래의 루프형 안테나 소자의 형상을 도시하는 측면도,

도1c는 발명자에 의한 실험에 이용된 안테나 장치의 구성을 도시하는 도면,

도1d는 도1c의 실험(나아가서는 실시형태의 안테나장치의 실험)에 있어서의 「직각방향」의 정의를 나타내는 도면,

도1e는 Eθ의 정의를 나타내는 도면,

도1f는 EФ의 정의를 나타내는 도면,

도2a는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=10mm),

도2b는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=20mm),

도2c는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=30mm),

도2d는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=40mm),

도2e는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=50mm),

도2f는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=100mm),

도2g는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=150mm),

도2h는 종래의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=200mm),

도2i는 종래의 안테나 장치의 자유공간에 있어서의 지향성을 표시하는 그래프,

도3a는 제1실시형태의 안테나 장치의 형상을 도시하는 평면도,

도3b는 제1실시형태의 안테나 장치의 형상을 도시하는 측면도,

도3c는 제1실시형태의 안테나 장치와 차량의 금속도체와의 관계를 도시하는 측면도,

도3d는 제1 실시형태의 안테나 장치의 사시도,

도4a는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=10 mm),

도4b는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=20 mm),

도4c는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=30 mm),

도4d는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=40 mm),

도4e는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=50 mm),

도4f는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=100 mm),

도4g는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=150 mm),

도4h는 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향성을 표시하는 그래프(D=200 mm),

도4i는 제1 실시형태의 안테나 장치의 자유공간에 있어서의 지향성을 표시하는 그래프,

도5a는 제1 실시형태의 안테나 장치의 안테나 소자(20), 차폐판(30), 전기도체(100)의 배치관계의 변형을 설명하는 도면,

도5b는 제1 실시형태의 안테나 장치의 안테나 소자(20), 차폐판(30), 전기도체(100)의 배치관계의 변형을 설명하는 도면,

도5c는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서 소자와 차폐판과의 간격을 변경했을 시의 안테나 장치의 측면도,

도6a는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.03으로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6b는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.04로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6c는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.05로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6d는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.06으로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6e는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.07로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6f는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.08로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6g는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.09로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6h는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.1로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6i는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.15로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6j는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.25로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6k는 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 0.5로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도6l은 제1 실시형태의 안테나 장치에 있어서, 안테나 소자와 차폐판의 거리(D/λ)를 1.0으로 설정했을 시의 지향특성 그래프,

도7a는 안테나 소자와 차폐판과의 거리를 30mm로 설정한 제1 실시형태의 안테나 장치(50)의 형상을 도시하는 평면도,

도7b는 안테나 소자와 차폐판과의 거리를 30mm로 설정한 제1 실시형태의 안테나 장치(50)의 형상을 도시하는 측면도,

도8a는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 무한대로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도8b는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 100mm × 100mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도8c는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 90mm × 90mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도8d는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 80mm × 80mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도8e는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 70mm × 70mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도8f는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 60mm × 60mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도8g는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 50mm × 50mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도8h는 도7a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 40mm × 40mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도9a는 차폐판과 도체와의 거리를 15mm로 설정한 제1 실시형태의 안테나 장치(60)의 형상을 도시하는 평면도,

도9b는 차폐판과 도체와의 거리를 15mm로 설정한 제1 실시형태의 안테나 장치(60)의 형상을 도시하는 측면도,

도10a는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 무한대로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도10b는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 100mm × 100mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도10c는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 90mm × 90mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도10d는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 80mm × 80mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도10e는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 70mm × 70mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도10f는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 60mm × 60mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도10g는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 50mm × 50mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도10h는 도9a의 안테나 장치에 있어서, 차폐판의 크기를 40mm × 40mm로 설정했을 시의 지향특성을 표시하는 그래프,

도11은 제2 실시형태의 안테나 장치의 사시도,

도12는 제3 실시형태에 관한 안테나 장치의 자동차(인너 패널)로의 부착상태를 설명하는 도면,

도13은 도12의 안테나 장치의 구성을 도시하는 도면,

도14는 도12의 안테나 장치의 차체로의 부착수단을 설명하는 도면,

도15는 도12의 안테나 장치의 차체로의 부착상태를 설명하는 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 안테나 100 : 금속도체

25, 50c, 75 : 지지부재 20, 50a, 173 : 안테나소자

30, 50b, 70, 180 : 차폐판 50, 60, 170 : 안테나장치

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 안테나 장치는, 평형 안테나 소자와, 상기 평형 안테나 소자를 외부장치에 부착했을 시에 상기 평형 안테나 소자와 상기 외부장치의 전기도체와의 사이에 배치되며, 상기 전기도체로부터 상기 평형 안테나 소자로의 전기적결합을 차단하는 안테나 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

평형 안테나를 이용함으로써, 저코스트로 소형화를 달성할 수 있고, 또한, 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다. 또한, 안테나 부재는 안테나 소자의 지향성에 영향을 주지 않고, 외부의 전기도체의 영향을 배제할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 평형 안테나 소자는 GPS 신호를 수신한다. 안테나 부재는 안테나 소자측의 지향성에 영향을 주지않으므로, 1방향의 지향성이 요구되는 GPS 안테나에 적합하다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 평형 안테나 소자는 루프형상을 가지는 안테나 소자이다. 루프 안테나를 이용함으로써 안테나의 소형화를 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 안테나 부재는 상기 평형 안테나와는 독립하여 설치된 면상태 도전성 부재를 가짐으로써, 더욱 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 안테나 부재와 상기 전기도체를 어스하는 어스부재를 가진다. 안테나 부재를 어스함으로써, 더욱 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다. 또한, 예를들면 차체측의 도체에 직접 부착할 수 있는 부수적 효과를 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 면상태 도전성부재의, 이 부재에서 상기 외부위치로 향하는 방향으로 수직인 실효면적이 상기 평형 안테나의 상기 방향에 수직인 실효면적보다 크게 함으로써, 안테나 부재(면상태 도전성부재)의 효과를 보증할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 안테나 부재는 상기 면상태 도전성 부재를 상기 평형 안테나와 소정 거리 간격을 두고 절연 지지하는 지지부재를 가진다. 차량에의 부착방법에 좌우되지 않고, 더욱 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 안테나 부재는 상기 면상태 도전성 부재를 상기 평형 안테나와 소정거리 간격을 두고 절연 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 지지부재는 상기 평형 안테나와 상기 면상태 도전성 부재간에 절연물을 매설하는 것을 특징으로 하는 것으로, 간단한 구조로 소정거리 간격을 두게 할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 지지부재는 상기 면상태 도전성부재와 상기 평형 안테나를 대략 평형으로 지지함으로써, 장치의 소형화에 기여한다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 면상태 전도부재를 금속판으로 함으로써, 저코스트, 경량화를 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 면상태 전도부재를 금속 메시(mesh)로 형성함으로써 경량화에 기여한다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 금속 메시의 메시단위의 크기를, 대상으로 하는 전파의 파장(λ)의 대략 10분의 1보다 작게 설정함으로써, 더욱 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 면상태 전도부재의 실효면적은, 대상으로 하는 전파의 파장을 λ로 하면, 9λ²/64보다 크게 설정되어 있다. 면상태 전도부재의 면적을 소정치로 설정함으로써, 면상태 전도부재의 형상의 자유도를 넓힐 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 면상태 전도부재는 1변이 3λ/8이상인 4각형상이므로, 더욱 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 면상태 전도부재는 정방형상이므로, 더욱 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 또한 상기 안테나 부재를 차량에 부착하는 부착부재를 구비한다. 차량에의 부착장소에 있어서의 넓은 자유도를 확보할 수 있다. 또한, 부착장소에 좌우되지 않고 더욱 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있어, 특히, 부착위치에 제한이 많은 GPS 안테나에 적합하다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 부착부재는, 상기 안테나 부재가 상기 평형 안테나의 하방에 위치하도록, 상기 안테나 부재를 부착한다. 상방의 지향성을 확보하면서 보다 큰 부착 자유도를 확보할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 안테나 부재는 전기적 결합을 차폐하는 기구를 가지는 전도부재를 가지고, 상기 부착부재는 이 전도부재와 상기 외부장치의 전기도체를 절연시키도록 상기 안테나 부재를 부착하는 것을 특징으로 한다. 차량측과 전기적 어스를 취할 필요가 없어, 부착 자유도가 높아진다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 부착부재는 접착층을 가짐으로써, 안테나 장치를 간단한 구성으로 부착할 수 있다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 안테나 부재를 덮는 커버를 구비한다. 평형 안테나가 차량측의 도체에 단락하는 위험성을 없앨 수 있다. 이 때문에, 차량에의 부착시에 주의하지 않아도 된다.

본 발명의 적합한 일형태에 의하면, 상기 안테나 부재는 차량의 인너 패널안에 배치된다. 인너 패널안에 안테나를 배치할 경우에도, 양호한 안테나 지향성을 달성할 수 있다.

발명의 실시형태

이하, 첨부도면을 참조하면서, 제1 실시형태로써, 본 발명의 안테나 장치를 자동차용에 적용한 예를, 또한, 제2 실시형태로써 차폐판으로써 기능하는 금속 메시를 이용한 예를, 나아가서는 GPS 수신용 안테나에 적용한 예(제3 실시형태)를 설명한다.

(제1 실시형태)

도3a, 도3b, 도3d에 제1 실시형태의 안테나 장치를 도시한다. 도3a는 평면도를, 도3b는 측면도를, 도3d는 사시도를 도시한다. 다만, 도3d에 있어서는 도시의 편의상 지지부재(25)를 생략했다.

제1 실시형태의 안테나 장치는 실질적으로 직사각형 형상을 가지고 루프 안테나로써 기능하는 안테나 소자(20)와, 안테나 소자(20)가 이루는 평면과 평행으로 간격을 두고 배치된 금속평판(차폐판)(30)과, 안테나 소자(20)와 차폐판(30)에 끼워져 이들을 지시하는 기능을 가지는 지지부재(본예에서는 발포 스티롤(25))를 가진다.

제1 실시형태의 안테나 소자(20)의 크기는, 실질적으로 안테나로써 기능하는 부분의, 도면의 세로 방향 길이는 58.25mm, 마찬가지로 가로방향 길이는 45mm이다. 다만, 리드선으로써 기능하는 길이 10mm의 도체편(20e), (20f)이 각각 소자편(20d), (20a)에 접속하고 있다.

차폐판(30)의 형상에 대해 설명한다. 원칙적으로, 차폐판(30)은 안테나 소자(20)와 평형인 것이 바람직하고, 적어도 안테나 소자(20)를 덮을 정도의 넓이(크기 또는 면적)를 가질 필요가 있다. 제1 실시형태의 도3b에 도시된 차폐판(30)은 일예로써, 가로세로 모두 80mm의 크기를 가진다.

차폐판(30)의 안테나 소자(20)에 대한 위치관계는, 장해가 될 수 있는 금속도체가 무한의 넓이를 가지도록 실질적으로 기능하는 크기를 가지고 있는 경우에는, 차폐판(30)의 평면에 수직인 방향에 있어서의 차폐판(30)의 양의 투영성이 안테나 소자(20)전체를 덮도록 차폐판(30)을 배치한다.

도4i에 도3a, 도3e, 도3d의 안테나 소자(20)의 자유공간안에 있어서의 지향특성을 도시한다. 다만, 안테나 소자(20)와 차폐판(30)과의 간격을 일예로 하여 15mm로 설정하여 도4i의 지향특성을 얻었다.

도4i에 도시된 자유구간안의 지향성 특성은, 종래의 안테나 소자(즉, 차폐판(30)을 가지지않는 안테나 소자)의 자유공간안에서의 지향특성(도2i를 참조)에 비해 손색이 없다.

본 발명의 안테나 장치는, 도3c에 도시하는 바와같이, 안테나 소자(20)의 근방에 금속도체(100)(본 실시형태는 차량에 적용하고 있으므로, 이하, 차량금속도체라고 부른다)가 존재할 때에 그 효력을 발휘한다. 도4a∼도4h는 안테나 소자(20)와 차폐판(30)과의 거리를 15mm(=D₁)로 설정하고, 차폐판(30)과 차량금속도체(100)간의 거리(D1)를 다양하게 변경했을 시의 지향특성을 나타낸다.

도4a∼도4h의 특성을, 종래의 안테나 소자의 특성인 도2a∼도2h와 비교하면, 제1 실시형태의 차폐판(30)이 루프 안테나 소자(20)로의 차량금속도체(100)에 의한 영향을 제거하는 효과를 높힌 것은 명확하다.

또한, 도4a∼도4h는 제1 실시형태의 안테나 장치(안테나 소자(20)를 수평으로 평형하게 배치)가 수직방향으로 높은 지향성을 가지는 것을 도시하고 있고, 특히 GPS 안테나에 적합한 것을 알 수 있다.

차폐판(30)은 차량금속도체(100)의 전자적영향을 안테나 소자(20)에 미치지 않도록 하는 것이므로, 차폐판(30)과 안테나 소자(20)와의 배치는 차량금속도채(100)의 위치와의 관계를 고려하지 않으면 안된다.

만약, 차량금속도체(100)가 유한한 넓이를 가지는 것으로써 기능할 경우에는, 도5a 혹은 도5b와 같이 차폐판(30)의 위치를 편위시켜도 된다.

(안테나 소자와 차폐판과의 거리 관계)

발명자들은 도5c에 도시하는 바와같이, 안테나 소자(20)와 차폐판과의 간격(D₂)을 다양하게 바꾸면서, 도1 실시형태의 안테나 장치의 지향특성을 측정했다.

도6a∼도6l에, 파장에 대한 간격(D2)의 비(=D2/λ)를 다양하게 바꾸어 측정한 지향특성도를 도시한다. 다만, 1000MHz, 2000MHz, 4000MHz, 6000MHz에 대한 파장(λ) 및 1/2 파장(=λ/2)은 이하의 표와 같다.

	λ	λ/2
1000MHz	30cm	15cm
2000MHz	15cm	7.5cm
4000MHz	7.5cm	3.75cm
6000MHz	5cm	2.5cm

도6a(D/λ = 0.03) 및 도6c(D/λ = 1)에 도시된 지향특성을 고려하면, D₂를 D/λ가 0.03이하(D/λ≤0.03)로 되는 간격으로 설정하는 것, 또는 D/λ가 1이상(≥1)이 되는 간격으로 설정하는 것이 반드시 바람직한 특성을 얻는 것으로 연결되는 것은 아님을 알 수 있다. 따라서, 도6b∼도6k에 도시된 특성이 바람직하다고 생각하면, 간격D₂는 λ/25∼λ/2의 범위로 설정해야 한다.

(차폐판의 크기의 영향)

발명자들은 차폐판의 크기를 다양하게 바꾸어 제1 실시형태의 안테나 장치의 지향특성을 측정했다.

도7a, 도7b에 측정에 이용한 안테나 장치(50)의 구성을 도시한다. 이 안테나 장치(50)는 상술의 안테나 소자(20)에 상당하는 안테나 소자(50a)와, 차폐판(30)에 상당하는 차폐판(50b)과, 부재(25)에 상당하는 지지부재(50c)를 가진다. 안테나 소자(50a)는 가로=60.75mm, 세로=38mm로 설정했다. 차폐판(50b)의 크기를 바꾸어 측정하는데 있어서, 안테나 소자(50a)와 차폐판(50b)과의 간격(D₂)은 30mm로 고정했다.

도8a, 도8b, 도8c, 도8d, 도8e, 도8f, 도8g, 도8h는 도체차폐판(50b)의 크기(이하, 차폐판의 크기를 GP로 부른다)를, 수신전파의 주파수f=1575.42MHz이고, Ф=90도인 경우에 있어서 각각 GP=무한대로, GP=100mm×100mm로, GP=90mm×90mm로, GP=80mm×80mm로, GP=70mm×70mm로, GP=60mm×60mm로, GP=50mm×50mm로, GP=40mm×40mm로 설정하여 측정했을 시의 특성도이다.

도8a 내지 도8h의 측정결과를 평가하면, GP를 60mm×60mm이하로 설정하고, 도8f, 도8g, 도8h를 고려하면, 하측의 영역(그래프에서 90도∼270도의 범위)에서의 수신감도가 향상되므로, GPS 안테나로써의 용도를 고려하면, GP를 60mm×60mm이하로 하는 것이 차폐판(50b)의 효과를 감쇄시키게 되는 것을 알 수 있다. 한편, 도8a∼도8e의 그래프에서는 양호한 지향특성을 얻는 것을 감안하면, 대략 GP=70mm×70mm(즉, 도8e의 GP=3λ/8)의 크기까지가 차폐판의 효과를 보증하는 한계인 것을 이해할 수 있다.

다만, 상기 크기는, 면적에서 실질적으로 효과가 있으므로, 면적이 9λ²/64(={3λ/8}²)이하이면, 1편의 크기가 3λ/8이상이나 미만이어도 상관없다.

도9a, 도9b의 안테나 장치(60)는 도7a, 도7b의 안테나 장치(50)에 비해, 안테나 소자와 차폐판과의 간격을 짧게한 것이다. 즉, 도7a, 도7b의 안테나 장치(50)는 D2=30mm인데 대해, 도9a, 도9b의 안테나 장치(60)는 D₂=15mm이다. 이 안테나 장치의 안테나 소자(60a)는, 세로×가로=59mm×43.5mm의 크기를 가진다. 또한, 지지부재(60c)도 상기예의 부재와 같은 재료(발포 스티롤)를 이용했다.

도10a∼도10h는 상기 측정과 마찬가지로, 도9의 안테나 장치(60)를 이용하여 간격D₂를 15mm로 고정해 두고, GP를 다양하게 바꾸면서 지향특성을 측정한 그래프이다. 다만, 차폐판(60b)의 크기GP를, 80mm×80mm로 설정했을 시의 측정(도10d)과, 70mm×70mm로 설정했을 시의 측정(도10e)에서는, 차폐판(60)의 세로방향 길이를 58.25mm로, 가로방향 길이를 45mm로 변경했다.

도10a 내지 도10h는 도9의 안테나 장치를 이용한 실험의 효과를 도시한다. 이들 그래프에서 명백한 바와같이, D₂를 15mm로 설정해도, D₂=30mm인 경우와 마찬가지로 바람직한 것을 얻을 수 있다.

(제2 실시형태)

도11은 제2 실시형태에 관한 안테나 장치의 구성을 도시한다. 제2 실시형태의 특징은 제1 실시형태의 금속 차폐판이 평판금속으로 형성되어 있는데 대해, 제2 실시형태는 금속 메시의 차폐판(70)을 가지고 있는 점에서 다르다. 이 금속 메시의 차폐판(70)은 접착제등에 의해 지지부재(75)에 고정되어 있다. 또한, 안테나 소자(20)(또는 안테나 소자(50) 또는 (60))도 부재(75)의 상면에 접착제등에 의해 고정되어 있다.

모노폴 안테나의 특성을 평가하는데 있어, 자동차의 차체형상을 격자상의 선상태 도체 모델에 근사하게 해석하는 것이 알려져 있다. 이 근사 모델을 사용하면, 모노폴 안테나에 대해 격자간격을 0.1λ정도로 하고, 선상 도체 반경을 0.005λ정도로 하면, 실용상 만족할 수 있는 모노폴 안테나를 실현할 수 있게 된다.

이 이론을 제2 실시형태의 안테나 장치(도11)에 적용하면, 차폐판(70)의 메시의 간격을 λ/10정도로 하면, 루프 안테나 소자는 적절하게 동작할 수 있게 된다.

(GPS 안테나에의 적용)…제3 실시형태

상술한 바와같이, GPS 안테나는 인너 패널 멤버나 하네스등의 금속도체가 많은 인너 패널내에 평형 안테나 소자를 배치할 필요가 있다. 이와같은 환경내에서의 안테나 장치에는, 본 발명의 안테나 장치가 적합하다.

제1 실시형태의 안테나 장치는, 루프 안테나 소자(20)(50a, 60a)를 그 면이 수평이 되도록 배치하면, 상방으로 강한 지향성을 가진다. 또한, 차폐판(30)(또는 (50b), (60b))을 차량의 금속도체측으로 배치하면, 그 도체에서의 악영향을 차폐하는 효과가 있는 것을 알았다. 그래서, 본 발명의 구체적인 응용예로써의 제3 실시형태는, 상방으로 부터의 전파에 대해 지향성을 가지고, 하방에 있는 금속도체로 부터의 악영향을 차폐하는 효과를 가지는 GPS용 안테나 장치이다.

도12는 제1 실시형태 혹은 제2 실시형태의 안테나 장치를, 안테나 장치(170)로써, 인너 패널내에 부착, 그 안테나 장치의 단자를 내비게이션 장치(160)에 접속했을 시의 장치를 도시한다. 다만, 150은 안테나 급전선이다.

도13은 이 안테나 장치(170)의 상세한 구성을 도시한다.

안테나 장치(170)는 직사각형 형상의 루프 안테나 소자(173)와, 금속으로 이루어지는 차폐판(180)과, 소자(173)와 차폐판(180)에 의해 끼워져 이것이 접착 고정되는 지지부재(175)(발포 스티롤제)와, 급전선 부착용 커넥터(connector)(151)로 이루어진다. 안테나 소자(173)의 2개의 리드선(173a), (173b)은 커넥터(151)의 위치에 있어서, 급전선(15)의 각각의 단자에 접속되어 있다.

도13의 안테나 장치(170)는 금속 차폐판(180)이 효과를 발휘하도록 금속 차폐판(180)을 끼우고, 안테나 소자(173)와 차량의 금속도체(도13에는 도시하지 않음)가 대항하는 위치관계에 두지 않으면 안된다. 그 부착의 구체예를 도14, 도15를 이용하여 설명한다.

도14의 안테나 장치는, 도13의 안테나 장치(170)에 있어서, 차폐판(180)을 부착 기구로 이용하기 위해, 차폐판(180)에 고정기구(191)(비스 구멍 형성)와 플랜지(193)를 설치한 것이다. 차폐판(180)은 고정기구(191)와 플랜지에 설치된 비스구멍(190)에 의해, 부착용 브라켓(195)에 비스 고정된다. 도15에 도시하는 바와같이, 이 브라켓(195)을 통하여 본 안테나 장치를 차량의 인너 패널내에 고정한다.

차폐판(180)을 비스등을 통하여 브라켓(195)에 부착, 이 브라켓(195)을 차량의 금속부분에 부착하면, 차폐판(180)이 어스되는 효과가 있다.

(변형예)

다만, 본 발명의 안테나 장치는 자동차의 용도에 한정되지 않고, 차량이면 어떠한 것이라도 적용가능하다.

또한, 본 발명의 안테나 장치의 대상을 상기 실시예에서는 GPS 수신용으로 했는데, 본 발명의 안테나 장치는 다른 용도로도 적용 가능하다.

또한, 루프 안테나의 형상, 차폐판의 형상은 직사각형에 한정되지 않고, 예를들면, 원형 혹은 타원형이어도 된다.

상기 실시형태에서는, 지지부재로써 발포 스티롤을 이용했는데, 다른 재료(예를들면 유전성 재료)여도 상관없다.

본 발명의 안테나 장치의 차폐판의 위치는, 안테나 소자의 지향성의 발휘를 고려한 경우에는, 안테나 소자가 목적의 지향성을 발휘하도록 안테나 소자의 위치를 결정하고, 이 안테나 소자의 예를들면 자동차에의 부착위치에 따라 차폐판의 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 평형 안테나 소자와, 전기적 결합의 차단기능을 가진 안테나 부재를, 상기 평형 안테나 소자와 외부장치의 전기적 도체간에 배치함으로써, 양호한 지향성을 확보하면서, 소형이고 저코스트의 안테나 장치로써, 외부전기도체로부터의 영향을 배제하는 것이 용이한 안테나 장치를 제공할 수 있었다.

Claims

평형 안테나 소자와, 상기 평형 안테나 소자를 외부장치에 부착했을 시에 상기 평형 안테나 소자와 상기 외부장치의 전기도체간에 배치되며, 상기 전기도체로부터 상기 평형 안테나 소자로의 전기적결합을 차단하는 안테나 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 상기 평형 안테나 소자는 GPS 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 평형 안테나 소자는 루프형상을 가지는 안테나 소자인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 안테나 부재는 상기 평형 안테나와는 독립하여 설치된 면상태 도전성 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 상기 안테나 부재와 상기 전기도체를 어스하는 어스부재를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제4항에 있어서, 상기 면상태 도전성 부재의, 이 부재에서 상기 외부위치로 향하는 방향으로 수직인 실효면적이 상기 평형 안테나의 상기 방향에 수직인 실효면적보다 큰 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 안테나 부재는 상기 면상태 도전성 부재를 상기 평형 안테나와 소정 거리 간격을 두고 절연 지지하는 지지부재를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제4항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 안테나 부재는 상기 면상태 도전성 부재를 상기 평형 안테나와 소정거리 간격을 두고 절연 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 지지부재는 상기 평형 안테나와 상기 면상태 도전성 부재와의 사이에 절연물을 매설하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제7항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 면상태 도전성부재와 상기 평형 안테나를 대략 평행으로 지지하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제4항에 있어서, 상기 면상태 전도부재는 금속판인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제4항에 있어서, 상기 면상태 전도부재는 금속 메시로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제11항에 있어서, 상기 금속 메시의 메시 단위의 크기는, 대상으로 하는 전파의 파장λ의 대략 10분의 1보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제4항에 있어서, 상기 면상태 전도부재의 실효면적은 대상으로 하는 전파의 파장을 λ로 하면, 9λ²/64보다 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제4항에 있어서, 상기 면상태 전도부재는 1변이 3λ/8이상인 4각형상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제14항에 있어서, 상기 면상태 전도부재는 정방형상인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 안테나 부재를 차량에 부착하는 부착부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제16항에 있어서, 상기 평형 안테나 소자는 GPS 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 부착부재는 상기 안테나 부재가 상기 평형 안테나의 하방에 위치하도록, 상기 안테나 부재를 부착하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 안테나 부재는 전기적 결합을 차폐하는 기능을 가지는 전도부재를 가지고, 상기 부착부재는 이 전도부재와 상기 외부장치의 전기도체를 절연시키도록 상기 안테나 부재를 부착하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제16항에 있어서, 상기 부착부재는 접착층을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제20항중 어느 한항에 있어서, 상기 안테나 부재를 덮는 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항 내지 제21항중 어느 한항에 있어서, 상기 안테나 부재는 차량의 인너 패널안에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.