KR20000062653A - 안테나 장치 및 이를 사용하는 무선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 무선장치 등에 사용되는 안테나 장치에 관한 것으로서, 이 안테나 장치는 무선장치회로를 수용하는 금속 하우징의 표면에 가까이 배치되고, 급전점이 되는 대향하는 단부를 갖는 2개의 ¼파장 요소를 갖는 쌍극 안테나, ¼파장 요소를 단락하는 단락회로 요소 및 각각 한 단이 급전점에 연결되는 외부 도전체와 중심 도전체를 갖고, 무선장치회로에 급전점을 연결하는 동축 급전선으로 구성되고, 상기 동축 급전선은 ¼파장 요소의 일부분과 단락회로 요소의 일부분을 따라 배치되고, 단락회로 요소의 중심 부분에서 분기되고, 외부 도전체는 ¼파장 요소의 일부분과 단락회로 요소의 일부분에 전기적으로 연결되고, 급전선에 누설되고, 2개의 ¼파장 요소를 통해 흐르는 전류는 또한 단락회로 요소로 분리되며, 이 전류는 동축 급전선이 분기되는 위치에서 혼합되어, 쌍극 안테나로부터의 누설 전류와 마찬가지로 동축 급전선의 외부 도전체로 흐르고, 2개의 ¼파장 요소에서 단락회로 요소로 분기된 전류는 서로 위상이 거의 반대이고, 따라서 전류는 서로 상쇄되고, 누설 전류는 0이 되는 것을 특징으로 한다.

Description

안테나 장치 및 이를 사용하는 무선장치{ANTENNA APPARATUS AND RADIO DEVICE USING ANTENNA APPARATUS}

본 발명은 휴대용 무선장치에 사용되는 안테나 장치 및 이를 사용하는 무선장치에 관한 것이다.

휴대용 전화, PHS 단말 및 소형 무선 기지국 등과 같은 휴대용 무선장치는 안테나(또는 하우징에 가까운 급전점)가 통합되어 있다. 무선장치의 주본체내의 안테나는 휴대용 전화 또는 PHS 단말이 강하할 때의 브레이크 다운 또는 무선 기지국에서의 날씨에 의한 안테나의 브레이크다운을 방지하게 위한 플라스틱 커버 등이 요구된다.

종래, 역F자형 안테나가 휴대용 무선장치내에 하나 포함되어 종종 사용되고 있다. 도 1은 종래의 역F자형 안테나를 채용하는 휴대용 무선장치의 구성을 도시한다. 역F자형 안테나(103)는 무선회로와 신호처리회로로 이루어지는 무선장치회로(102)를 포함하며, 또한 차폐 구실을 하는 금속 하우징(101)상에 배치(돌출)되어 있다. 금속 하우징(101)은 도 1에는 도시되지 않은 플라스틱 커버내에 배치되어 있다. 급전점(103a)은 금속 하우징(101)에 제공되어 있다. 이 예에서 알 수 있는 바와 같이, 역F자형 안테나(103a)는 측면이 낮고, 크기가 작다. 이는 안테나가 하우징(101)에 가까이 배치됨에도 불구하고 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다는 점에서 유리하다.

보통, 안테나가 더 작은 크기 및 두께를 가지는 것이 요구되기 때문에 내장 안테나의 성능이 악화되는 경향이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 역F자형 안테나(103)가 채용되면, 금속 하우징(101)은 안테나의 일부분으로써 사용되며, 이에 의해 안테나 성능의 악화에 대한 보정이 가능하여 안테나의 성능을 강화한다.

이 방식에 있어서, 역F자형 안테나(103)가 양호한 안테나 성능을 가지는 반면 무선 회로부 또는 무선장치회로(102)의 신호처리회로로부터 누설된 고주파 잡음을 수신하는 결점을 가지고 있다. 도 1에 도시된 구성으로는 금속 하우징(101)을 갖는 무선장치회로(102)를 완벽하게 차폐하는 것이 실질적으로 어려우며 하우징(101)상에 존재하는 피할 수 없는 잡음이 누설된다. 또한, 금속 하우징(101)을 도 1의 경우에 있어서 안테나의 일부로써 채용하기 때문에, 누설된 잡음은 역F자형 안테나(103)에 의해 직접 수신되어 통신품질의 큰 악화를 가져온다. 최근, 특히 신호처리회로의 처리속도가 증가되고 무선통신 주파수와 누설된 잡음 주파수 사이의 차가 감소되고 있으며, 따라서 신호처리회로로부터 누설된 잡음에 의한 통신품질의 악화는 심각한 문제점을 일으킨다.

누설된 잡음의 영향을 감소시키기 위해, 도 2에 도시된 바와 같은 휴대용 무선장치용 쌍극 안테나의 채용이 제안되고 있다. 이미 알려진 바와 같이, 쌍극 안테나는 접지를 필요로 하지 않는다. 따라서, 접지 구실을 하는 금속 하우징(101)에 쌍극 안테나를 직접 연결하는 것이 불필요하다. 이에 따라, 누설된 잡음이 금속 하우징(101)상에 존재하더라도 잡음이 쌍극 안테나(104)내로 바로 흐르는 것을 방지할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 쌍극 안테나가 휴대용 무선장치에 내장된 안테나로써 실질적으로 사용되면 피할 수 없는 문제점이 발생한다. 쌍극 안테나가 휴대용 무선장치의 플라스틱 커버내에 포함되면, 안테나는 금속 하우징(101)에 가까이 배치되고, 이에 의해 안테나 성능을 악화시키는 결점이 생긴다. 일반적으로, 쌍극 안테나는 자유 공간내에 배치되어 노치가 안테나를 둘러싸며 존재할 때 최상의 성능을 발휘한다. 따라서, 금속 하우징(101)이 안테나 가까이에 제공되어 있으면, 안테나 성능이 악화된다. 이는 안테나의 방사 파워의 감소, 즉, 쌍극 안테나(104)가 금속 하우징(101)에 밀접하게 밀려지면 정합 손실이 발생하기 때문이다.

도 3은 본 발명의 발명자들에 의해 제조된 쌍극 안테나의 정합 손실의 계산결과를 도시한다. 도 3에 있어서, 수평축은 안테나가 밀려진 상태를 나타내며, 수직축은 정합 손실을 나타낸다. 정합 손실은 급전선이 임피던스내의 안테나와 정합하지 않을 때 발생된다. 따라서, 안테나로부터의 방사 파워가 감소하면 통신품질은 악화된다. 도 3은 쌍극 안테나가 금속 하우징이 없는 자유공간내에 존재하고, 금속 하우징이 쌍극 안테나 부근에 제공되는 경우의 계산결과를 나타낸다. 쌍극 안테나가 자유공간내에 존재하면, 정합 손실은 0.2dB 보다 작으며 안테나는 우수한 특성을 발휘한다. 금속 하우징이 쌍극 안테나 부근에 제공되어 있으면, 정합 손실은 약 8.5dB로 증가하며 안테나 특성은 매우 악화된다.

쌍극 안테나의 입력 특성을 개선하기 위한 대책은 이미 취해져 있으며, T-정합 안테나가 고안되어 있다("Antenna Engineering Handbook", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers edition, pp. 114-115, 1980 참조). 도 4는 T-정합 안테나를 도시한다. T-정합 안테나는 2개의 ¼파장 요소(111, 112)로 구성되는 쌍극 안테나(110)에 부가된 ¼파장 요소(111, 112) 사이에 단락회로를 발생시키는 단락회로 요소(113)의 구조체를 가진다. 단락회로 요소(113)는 안테나 임피던스 정합 요소로써 기능하며, 이에 의해 안테나(110)가 도 5에 도시된 바와 같이 금속 하우징(101)에 가까이 배치되더라도 양호한 안테나 특성이 얻어질 수 있다.

도 3의 우측은 쌍극 안테나가 금속 하우징 부근에 상기 T-정합 안테나인 경우의 정합 손실을 도시한다. 금속 하우징이 안테나 부근에 있지만 정합 손실은 0.5dB 보다 작으며 안테나는 양호한 특성을 발휘한다.

상기 고려는 무선장치회로에 안테나를 접속하는 급전선의 영향에 관계없이 T-정합 쌍극 안테나의 특성을 제공한다. 사실, 그러나, 급전선의 존재를 고려하는 것이 필요하다. 급전선이 존재하면, 누설된 잡음은 무선장치회로로부터 급전선으로 전달되고 최종적으로 안테나에 전달되어 통신 품질을 손상시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해, 표시장치에 개인용 컴퓨터(PC)를 접속하는 위한 페라이트 코어가 제안되고 있다. 그러나, 페라이트 코어는 내장 안테나의 급전선으로서 사용되는데는 적합하지 않다.

페라이트 코어의 사용없이 무선장치회로로부터 안테나로 전달되는 누설 잡음을 방지하기 위해, 금속 하우징(101) 부근에 T-정합 쌍극 안테나(110)를 배치하여 금속 하우징(101)의 표면으로부터 급전선(114)을 빼내고 도 5에 도시된 바와 같은 상기 급전선(114)을 전기적으로 비접촉 상태로 금속 하우징(101)에 평행하게 빼내는 것이 제안되어 있다.

금속 하우징(101)으로부터 분기된 급전선(114)이 ¼파장으로 설정되면, 2개의 단락회로 평행선이 도 5에 도시된 바와 같이 금속 하우징(101)상의 급전선(114)과 급전선(114)의 화상에 의해 형성된다. 급전점으로부터 보여진 ¼파장의 2개의 단락회로 평행선의 임피던스는 대단히 높다. 따라서, 누설 잡음의 전류가 급전선상을 흐르더라도(특히, 동축 급전선의 외부 도전체), 누설 잡음 전류는 고임피던스 부분에서 절단되어 안테나로 전달되지 않는다.

이 방법에 있어서, 급전선의 길이는 ¼파장으로 제한된다. 보통, 급전선 길이의 자유도는 반드시 보증되지 않는다. 특히, 휴대용 무선장치의 무선장치회로는 무선회로부 뿐만 아니라 신호처리회로, 정보처리회로, 전력 회로 및 외부 인터페이스부를 포함한다. 이들 구성요소의 최적의 레이아웃 고려에 있어서, 급전선의 길이는 항상 최적화될 수 없다. 이에 따라, 전술한 방법은 보편적이지 않다.

본 발명의 발명자들은 금속 하우징 표면상에 분기된 무선장치회로에 안테나를 결합하는 급전선 부분의 길이가 변경된다면 잡음에 대한 안테나 특성 악화값을 구하도록 전류가 안테나의 급전선에 공급되어 전송 상태로 안테나를 회전시킬 때 안테나로부터 급전선으로의 전류 누설 정도를 계산하였다. 이는 급전선상의 금속 하우징으로부터 누설된 잡음이 수신 상태에서 안테나내로 흐르는지의 여부에 대한 값에 상당한다.

안테나로부터 급전선으로 누설된 전류가 전송동안 낮으면, 안테나의 급전점과 급전선상의 각 점 사이의 전자기적 결합이 약해진다. 이는 누설된 잡음의 전류가 수신동안 급전선상에 퍼지더라도 잡음은 급전점에서 전류에 작은 영향을 가진다.

도 6의 그래프에 있어서, 수평축은 급전선의 길이를 나타내며, 수직축은 안테나의 최대 전류값으로 표준화된 급전선상의 최대 전류값을 나타낸다. 급전선의 길이가 ¼파장을 가진다면, 급전선상의 최대 전류는 최소(약 -25dB)이다. 급전선의 길이가 ¼파장이 아니면 급전선의 전류는 10dB까지 증가한다. 이 결과로, 누설 잡음의 영향은 급전선의 길이에 따라 크게 변화하는 것이 명백하다.

전술한 방법에 있어서는, 금속 하우징 부근에 위치된 쌍극 안테나의 급전선상의 누설 잡음의 영향에 대해 기술하였다. 이제, 금속 하우징상에 배치된 단극 안테나의 하우징의 영향에 대해 기술한다.

나선형 안테나는 단극 안테나의 선형 요소를 감는 것에 의해 구성되며, 안테나는 작은 크기로 제조된다. 나선형 안테나는 PHS 단말용으로 사용되고 있다. 도 7a 및 도 7b는 이 나선형 안테나를 채용한 무선장치 모델의 방사 패턴을 도시한다. 특히, 도 7a는 수직 평면(XZ 평면)상에서 접지로의 무선장치 모델의 방사 패턴을 도시한다. 도 7b는 수평 평면(XY 평면)상에서 접지로의 방사 패턴을 도시한다. 또한, 도 7c는 무선장치 모델을 도시한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 수직 평면상의 방사 패턴은 수평방향(X방향)에 대해 -45°및 +30°에서 피크를 가진다. 도 7b에 도시된 수평 평면상의 방사 패턴은 전 방향 형상으로 닫혀지지만 패턴 레벨은 낮다. 이는 휴대용 무선장치가 안테나 뿐만 아니라 금속 하우징내로 누설된 고 주파수 전류로부터의 방사를 가지기 때문이다.

Z축 방향에 있는 금속 하우징의 길이가 반파장보다 더 길다면, 안테나와 금속 하우징상의 고 주파수 전류 사이의 위상차는 반전되어 수평 평면에서의 방사는 서로 상쇄된다. 이 방식에 있어서, 안테나의 방사 특성은 금속 하우징으로부터의 방사에 의해 변경되며, 수평 평면내의 레벨은 현저하게 낮아진다.

상기 상태의 악화를 방지하고 수평 평면에서 이득을 향상시키기 위하여, 상기에서 기술된 바와 같이 쌍극 안테나를 향상시키는 방법이 알려져 있다. 또한 안테나로부터 방사를 증가시키는 또 다른 방법도 알려져 있다.

나선형 안테나는 약 ¼파장의 선형 요소를 나선적으로 구부리는 것에 의해 형성된다. 이러한 이유 때문에, 세로방향에서 나선형 안테나의 실제 크기는 약 1/10의 파장이 되고 안테나의 방사량은 매우 작아진다. 이것으로, 무선장치의 금속 하우징에서의 방사는 무선장치의 안테나 방사보다 더 높아지고, 그 결과 안테나의 방사 특성이 상기에서 기술된 바와 같이 금속 하우징에 의해 점점 더 악화된다.

이것을 방지하기 위해서, 나선형 안테나의 선단에서 반파장의 선형 요소를 연결하는 것에 의해 안테나에서 방사를 증가시키는 방법이 제안되고 있다. 만약 이렇게 한다면, 안테나의 전체 길이는 나선형 안테나의 길이의 총합이 되고 반파장 요소의 총합이 된다. 그래서, 안테나는 실제적으로 더 길어지고 안테나의 방사량은 증가한다. 더욱이, 반파장 요소가 나선형 안테나에 연결되면, 나선형 안테나만을 향상시키는 경우라도 급전선과 안테나사이에서 양호한 정합이 확실하게 된다.

도 8a 및 8b는 상기에서 기술된 바와 같이 나선형 안테나의 선단에서 연결되는 반파장 요소의 경우에 방사 패턴을 도시한다. 도 7a 및 도 7b의 경우에서 처럼, 도 8a는 지면에 대해 수직 평면(XZ 평면)에서의 방사 패턴을 도시하고, 도 8b는 지면에 대해 수평 평면(XY 평면)에서의 방사 패턴을 도시한다. 도 8c는 무선장치 모델을 도시한다. 도 8b에 도시되는 수평 평면상에 방사 패턴에서는, 분명히 방사량이 수평 평면상에서 증가하지만, 도 8a에서 도시되는 수직 평면상에 방사 패턴에서는 수평방향(X 방향)에 대하여 +30°및 -50°에서 크게 증가되고 있다.

즉 다시 말하면, 비록 이러한 방법이 수평 평면상에 방사량을 증가시킬 수 있지만, 수평 방향 이외의 방향에서 최대 방사가 존재하기 때문에 안테나는 양호한 통신 설립을 위한 최적 조건이 되지는 못한다. 이러한 방사 패턴때문에 나선형 안테나 및 반파장 요소는 서로 방사를 악화시킨다. 다시 말하면, 나선형 안테나상에 높은 주파수 전류의 위상과 반파장 요소상에 높은 주파수 전류 위상은 서로 대향되고 나선형 안테나에서의 방사와 반파장 요소에서의 방사는 수평방향에서 서로 상쇄된다.

반면에, 휴대용 무선장치 또는 그와 같은 종류에서는, 무지향성의 안테나를 만드는 것이 바람직하다. 이 경우에는 급전선의 영향이 더욱 커진다. 도 9에서는 도 8c에서 도시되는 수평선에서 직접 구비될 수 있는 안테나의 특정 실시예가 도시된다. 쌍극 안테나는 무선장치회로(132)를 포함하는 금속 하우징(131)의 상부 표면에 제공된 선형 요소(136), 나선형 요소(137), 나선형 요소(137)의 선단에서 제공된 반파장 요소(138) 및 동축 급전선(133)으로 구성된다.

동축 급전선(133)은 무선장치회로(132)와 안테나를 연결한다. 외부 도체(134)의 한 단은 선형 요소(136)의 한 단인 제 1 급전점에 연결된다. 중심 도체(135)의 한 단은 나선형 요소(137)의 한 단인 제 2 급전점에 연결된다. 반파장 요소(138)는 나선형 요소(137)의 또 다른 단에 연결된다.

도 9에 도시되는 안테나에서는, 반파장 요소(138)가 주 방사원으로서 작용하고, 이것에 의해 수직으로 편광되는 파장은 수평 평면에서 무지향성의 방사 패턴임을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 나선형 요소(137)는 반파장 요소(137)보다 작은 방사량을 가지고 회로를 정합시키는 기능만을 가진다. ZX, ZY 및 YX 평면에서 안테나의 방사 패턴의 계산 결과는 각각 도 10a, 10b 및 10c에서 도시되어 있다. 이 결과에서 도시되는 바와 같이, 수직으로 편파된 파장의 방사 패턴은 수평 평면(XY 평면)에서 무지향성이 되지만 적어도 2dB의 파형을 생성한다.

가까운 미래에 휴대용 무선장치용 통신 시스템으로 사용되어질 IMT-2000시스템에서는, 터미널과 같은 무선장치의 안테나는 고속도 데이터 통신을 실현하고 가능한한 많은 지향성 패턴의 파형을 방지하기 위해서 수평 평면에서 무지향성이 될 필요가 생긴다. 이러한 유형의 IMT-2000 터미널에서는, 도 10a, 도 10b 및 도 10c에서 도시되는 파형의 발생이 허용되는 제한을 초과할 수 있다. 그래서, 이것은 파형을 감소시키는 것이 더욱 필요하다.

지금부터는, 파형의 발생이유가 간결하게 설명되어질 것이다. 파형은 동축 급전선(133)의 외부 도체(134)의 표면상에서 누설되는 불필요한 전류의 방사로부터 발생된다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c에서 명백한 바와 같이, 교차된 편광 파장인 수평 편광 파장은 ZX, ZY 및 YX 평면상에 방사패턴으로 각각 발생된다. 이것은 수평 평면에 평행한 동축 급전선(133)의 외부 도체(134)에서 방사된다. 게다가, 도 10b에 도시되는 ZY 평면상에 방사 패턴은 수직축에 비동기적이다. 이것은 동축 급전선(133)의 외부 도체(134)에 방사로 인한 반파장 요소(138)의 방사 패턴의 악화 때문이다.

상기에서 기술된 바와 같이, 휴대용 무선장치에서 필수적이고 무선장치에서 조립되는 안테나에서는 무선장치회로에서 누설되는 잡음을 수신하지 않도록 안테나를 구성하는 것이 어렵다. 이것은 T-정합 쌍극 안테나를 향상시키고 급전선의 길이를 최적화하는 것에 의해 누설된 잡음 수신량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 그렇게 하더라도 급전선의 길이는 작은 정도의 차이를 가질 수 있다. 급전선의 길이가 어느 정도 차이를 유지하고 누설된 잡음의 영향을 억압하기 위하여 안테나 특성과 억압 특성을 유지하는 동안에는 양호한 통신 품질을 확실히 하는 것이 어렵다.

더구나, 수평 평면 무지향성에서 방사 패턴을 만들기 위하여 나선형 요소안에 형성된 하나의 요소를 구비하는 쌍극 안테나에서는 리플 또는 왜곡이 급전선으로부터의 불필요한 방사 때문에 안테나의 방사 패턴에서 발생되고, 이것에 의해 통화 품질이 악화된다.

더욱이, 반파장 요소가 무선장치의 금속 하우징과 통합되고 작은 크기로 만들어진 단극 안테나인 나선형 안테나의 선단에 부착되면, 수평 평면에 이득을 향상시키기 위하여, 수평 평면에서 이득의 증가가 나선형 안테나의 전류와 반파장 요소의 전류사이에 위상 차이로 위해 불리하게 감소된다.

따라서, 본 발명의 목적은 안테나 장치 및 급전선으로부터의 불필요한 방사와 무선장치회로로부터의 잡음 누설의 영향을 감소시키고, 안테나가 필수 구성요소인 무선장치 구성에서 우수한 통신 품질을 얻을 수 있는 안테나 장치를 이용하는 무선장치를 제공하는 것이다.

그와 관련된 본 발명의 목적은 안테나 장치 및 수평 평면에서 이득을 증가시키고, 안테나가 필수 구성요소인 무선장치 구성에서 우수한 통신 품질을 얻을 수 있는 안테나 장치를 이용하는 무선장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 역전된 F형 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 투시도,

도 2는 종래의 쌍극 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 투시도,

도 3은 쌍극 안테나의 여러 상태에서의 정합 손실(matching loss)을 나타내는 도면,

도 4는 T-정합된 쌍극 안테나의 도해도,

도 5는 종래의 T-정합 쌍극 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 투시도,

도 6은 도 5의 구성에서 동축 급전선의 길이가 변경된 경우에 급전선상의 누설된 잡음 전류의 변화를 나타내는 그래프,

도 7a 및 도 7b는 종래의 나선형 안테나의 각 평면상의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 7c는 무선장치 모형을 나타내는 도면,

도 8a 및 도 8b는 반파장 요소가 부착된 종래의 나선형 안테나의 각 평면상의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 8c는 무선장치 모형을 나타내는 도면,

도 9는 반파장 요소가 부착된 나선형 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 투시도,

도 10a 내지 도 10c는 도 9에 도시된 안테나의 각 평면상의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 11은 본 발명에 따른 실시예 1에서의 무선장치 및 안테나 장치의 개략도를 나타내는 투시도,

도 12a는 실시예 1의 확대 주요부를 나타내는 평면도,

도 12b는 도 12a의 A-A'선을 따라 취한 단면도,

도 13은 실시예 1에서 동축 급전선의 길이가 변경된 경우에 급전선상의 누설된 잡음 전류의 변화를 나타내는 그래프,

도 14는 실시예 1에서 동축 급전선상에서 누설된 고주파 잡음을 수신하지 않는 원리를 설명하기 위해 안테나부의 각 부분을 통해 흐르는 전류를 나타내는 도면,

도 15는 본 발명에 따른 실시예 2에서 안테나 장치의 주요부의 구성을 나타내는 평면도,

도 16은 본 발명에 따른 실시예 3에서 무선장치 및 안테나 장치의 구성을 나타내는 투시도,

도 17a 내지 도 17c는 실시예 3에서 안테나의 각 평면상의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 18은 실시예 3의 주요부를 나타내는 평면도,

도 19는 도 18에서 방사 패턴의 리플(ripple)과 나선형 요소 부착각(θ) 사이의 관계를 나타내는 그래프,

도 20a 내지 도 20c는 실시예 3에서 방사 패턴의 리플을 감소시키는 효과에 대한 도해도,

도 21은 본 발명에 따른 실시예 4에서 무선장치 및 안테나 장치의 구성을 나타내는 투시도,

도 22는 실시예 4의 확대 주요부를 나타내는 투시도,

도 23a 및 도 23b는 실시예 4에서 안테나의 각 평면상의 방사 패턴을 나타내는 도면 및

도 24는 실시예 4에서 안테나의 수평 평면에서의 평균 이득의 계산 결과를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11, 31, 41 : 금속 하우징 12, 32, 42 : 무선장치회로

13 : 안테나 보드 14 : 쌍극 안테나

15 : 단락회로 요소 16, 18, 33 : 동축 급전선

17 : 동축 커넥터 21, 22 : ¼파장 요소

23, 24 : 급전점 25, 35 : 중심 도전체

26, 34 : 외부 도전체 36 : 선형 요소

37 : 나선형 요소 38 : 반파장 요소

43 : 선형 안테나

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 안테나 장치는 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징의 표면에 근접하여 선형으로 제공된 제 1 및 제 2 ¼파장 요소를 가지는 쌍극 안테나, 상기 제 1 및 제 2 ¼파장 요소를 단락하는 단락회로 요소 및 상기 제 1 및 제 2 급전점을 무선장치회로와 연결하는 동축 급전선으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 ¼파장 구성요소의 대향하는 단부는 각각 제 1 및 제 2 급전점으로서 이용된다. 단락회로 요소 및 제 1 및 제 2 ¼파장 요소의 일부를 통해 제 1 및 제 2 급전점에서 동축 급전선으로 흐르는 전류가 서로 위상이 거의 반대되도록 동축 급전선이 배치된다.

특히, 동축 급전선은 제 2 급전점에 연결된 한 단을 갖는 중심 도전체 및 제 1 급전점에 연결된 한 단을 갖는 외부 도전체를 가진다. 외부 도전체는 단락회로 요소 및 제 1 ¼파장 요소의 일부를 따라 배치되고, 그 세로방향에서 단락회로 요소의 쌍극 안테나의 중간 위치로부터 분기된다. 외부 도전체는 단락회로 요소 및 제 1 ¼파장 요소의 일부와 전기적으로 연결된다.

상기한 바와 같이 구성된 안테나 장치에서, 2개의 급전점으로부터 쌍극 안테나의 2개의 ¼파장 요소로 흐르는 전류는 각각 단락회로 요소와의 연결점으로부터 ¼파장 요소와 단락회로 요소로 분할된다. 단락회로 요소로부터 흐르는 전류는 동축 급전선이 분기되고 누설 전류로서 동축 급전선의 외부 도전체로 흐르는 위치에서 조정된다. 2개의 ¼파장 요소를 통해 단락회로 요소로 흐르는 전류가 각각 서로 위상이 거의 반대되기 때문에, 동축 급전선의 외부 도전체상의 누설 전류는 거의 0이 된다. 따라서, 종래의 안테나 장치와 비교할 때, 무선장치회로로부터 누설된 잡음의 영향이 상당히 개선되고 우수한 통신 품질이 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 안테나 장치는 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징의 표면에 근접하여 선형적으로 제공된 제 1 및 제 2 ¼파장 요소를 가지는 쌍극 안테나, 제 1 및 제 2 ¼파장 요소를 단락하고 제 1 및 제 2 세그먼트로 분할되는 단락회로 요소 및 제 1 및 제 2 급전점과 무선장치회로를 연결하는 동축 급전선으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 세그먼트의 기단은 각각 제 1 및 제 2 급전점으로 작용한다. 동축 급전선은 제 1 및 제 2 급전점으로부터 각각 단락회로 요소 및 제 1 및 제 2 ¼파장 요소의 일부를 통해 동축 급전선으로 흐르는 전류가 서로 위상이 거의 반대되도록 배치된다.

특히, 동축 급전선은 제 1 급전점에 연결된 한 단을 갖는 외부 도전체 및 제 2 급전점에 연결된 한 단을 갖는 중심 도전체를 가진다. 외부 도전체는 제 1 ¼파장 요소 및 단락회로 요소의 제 1 세그먼트를 따라 배치되고, 제 1과 제 2 ¼파장 요소 사이의 중간 위치에서 분기된다. 외부 도전체는 제 1 ¼파장 요소 및 단락회로 요소의 제 1 세그먼트와 전기적으로 연결된다.

상기한 바와 같이 구성된 안테나 장치에서, 2개의 급전점에서 단락회로 요소의 제 1 및 제 2 세그먼트로 흐르는 전류는 ¼파장 요소와의 연결점으로부터 각각 단락회로 요소 및 ¼파장 요소로 분할된다. ¼파장 요소로 흐르는 전류는 동축 급전선이 분기되는 위치에서 조정되고, 누설 전류로서 동축 급전선의 외부 도전체로 흐른다. 단락회로 요소의 제 1 및 제 2 세그먼트를 통해 ¼파장 요소로 흐르는 전류가 서로 위상이 거의 반대되기 때문에, 동축 급전선의 외부 도전체상의 누설 전류는 거의 0이 된다. 따라서, 종래의 안테나 장치와 비교하여, 무선장치회로로부터 누설된 잡음의 영향이 상당히 개선되고, 우수한 통신 품질이 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 안테나 장치는 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징의 표면에 근접하게 제공되고, 제 1 급전점으로서 작용하는 한 단을 갖는 선형 요소, 제 2 급전점으로서 작용하는 선형 요소의 제 1 급전점 근방에 한 단을 갖는 나선형 요소, 나선형 요소의 다른 단에 연결된 반파장 요소 및 금속 하우징의 표면 근방에 선형 요소와 평행하게 제공되고, 제 1 및 제 2 급전점과 무선장치회로를 연결하는 급전선으로 구성된다. 나선형 요소는 나선형 요소의 적어도 일부가 급전선과 겹쳐지도록 배치된다.

예를 들어, 제 2 급전점에 연결된 한 단을 갖는 중심 도전체 및 제 1 급전점에 연결된 한 단을 갖는 외부 도전체를 갖는 동축 급전선이 급전선으로서 사용된다. 나선형 요소는 동축 급전선위에 나선형으로 배치되어, 외부 도전체의 표면을 통해 흐르는 전류와 위상이 거의 반대되는 전류가 나선형 요소를 통해 흐르게 한다. 즉, 나선형 요소는 외부 도전체의 표면을 통해 흐르는 전류로부터 발생되는 불필요한 방사를 중지하는 방사선장을 형성하도록 배치된다.

이러한 안테나 장치에서, 나선형 요소는 급전점 근방에서 서로 거의 평행하게 급전선 근방에 배치된다. 급전선의 전류에 의해 발생된 불필요한 방사가 나선형 요소를 통해 흐르는 전류에 의해 중지되어, 수평 평면에서 방사 패턴의 리플(ripple)이 감소되고, 수평 평면에서 우수한 무지향성이 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 안테나 장치는 반파장 길이를 가지고, 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징 근방에 제공되는 선형 안테나, 선형 안테나의 가까운 단과 연결된 한 단을 갖는 ¼파장 요소 및 ¼파장 요소의 다른 단을 무선장치회로와 연결하는 급전선으로 구성된다. ¼파장 요소의 한 단은 금속 하우징의 상단 아래 의 한 위치에서 선형 안테나의 기단에 연결되고, ¼파장 요소의 다른 단은 금속 하우징의 상위의 급전선에 연결된다.

이러한 안테나 장치에서, 반파장 길이를 가지는 선형 안테나상의 전류는 ¼파장 길이를 가지는 ¼파장 요소상의 전류와 위상이 반대된다. 만일 급전점인 ¼파장 요소의 다른 단에서 본다면, 선형 안테나는 위쪽으로 지향되고, ¼파장 요소는 아래쪽으로 지향된다. 따라서, 선형 안테나로부터 방사된 전자기장 및 ¼파장 요소로부터의 전자기장은 동일한 위상을 가지고, 방사 레벨, 즉 수평 평면상의 이득이 증가한다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 안테나 장치, 무선장치회로 및 금속 하우징을 가지는 무선장치를 제공한다.

본 발명의 추가적인 목적 및 이점이 후술될 것이고, 명세서로부터 부분적으로 명백해질 것이며, 본 발명의 실행에 의해 학습될 수도 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 특히 후술에서 지적한 결합 및 수단에 의해 실현되어 얻어질 수도 있다.

본 명세서에서 구체화되고 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 적절한 실시예를 설명하고, 상기한 전반적인 기재 및 후술된 적절한 실시예의 상세한 기재와 함께, 본 발명의 원리를 설명한다.

지금부터 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 안테나 장치의 적절한 실시예를 설명한다.

실시예 1

도 11은 상기 실시예에서 안테나 장치를 포함하는 휴대용 무선장치의 개략적인 구성을 나타내는 투시도이다. 하우징(11)은 밀폐부재로 작용하기도 하는 금속 하우징이고, 그 안에 무선장치회로(12)를 포함한다. 무선장치회로(12)는 무선장치부, 신호처리부, 정보처리부, 전원회로부, 외부 인터페이스부 등을 포함한다.

도 12a 및 도 12b는 각각 안테나 장치의 상세한 구성을 나타내는 평면도 및 A-A'선을 따라 취해진 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 안테나 보드(13)는 직사각형 평행 육면체 형상의 금속 하우징(11)의 한 표면 근방에 배치되고, 쌍극 안테나(14), 단락회로 요소(15) 및 동축 급전선(16)은 안테나 보드(13)상에 형성된다.

쌍극 안테나(14)는 선형으로 제공되고 각각이 ¼파장 길이를 가지는 2개의 선형 요소(¼파장 요소)(21, 22)로 구성된다. ¼파장 요소(21, 22)의 대향하는 기단은 각각 급전점(23, 24)이 된다. 단락회로 요소(15)는 적절한 위치에서 ¼파장 요소(21, 22) 사이에서 단락을 일으키도록 형성되어, 쌍극 안테나(14)를 T-정합한다. T-정합의 정합 특성은 연결점에 달려있다. T-정합의 정합 특성에 기초하여 적절한 위치가 판정된다. 동축 급전선(16)이 분기되는 단락회로 요소(15)의 위치 및 단락회로 요소(15)의 크기 및 단락 위치에 대한 어떠한 제한도 없다.

동축 급전선(16)은 쌍극 안테나(14)의 2개의 급전점(23, 24)을 무선장치회로(12)의 무선회로부와 연결하고, 외부 도전체(25) 및 중심 도전체(26)로 구성된다. 외부 도전체(25)의 한 단은 ¼파장 요소(21)의 급전점(23)에 연결되고, 중심 도전체(26)의 한 단은 외부 도전체(25)의 한 단으로부터 노출되며, 다른 ¼파장 요소(22)의 급전점(24)에 연결된다.

동축 급전선(16)은 ¼파장 요소(21)의 일부(급전점(23)에서 단락회로 요소(15)의 한 단면까지의 영역) 및 단락회로 요소(15)의 일부를 따라 배치된다. 동축 급전선(16)은 단락회로 요소(15)의 중심부(쌍극 안테나(14)의 세로방향에서 단락회로 요소(15)의 중심위치)로부터 분기되고, 무선회로(12)와 연결된다. 외부 도전체(25)는 급전점(23)에서 시작하고, ¼파장 요소(21) 및 단락회로 요소(15)와 전기적 연결된다. 중심 도전체(26)는 외부 도전체(25)로부터 노출된 일부를 제외하고 외부 도전체(25)의 루트와 동일한 루트를 취한다.

단락회로 요소(15)의 중심 부분으로부터 분기된 동축 급전선(16)은 안테나 보드(13)상에서 도 12a의 우측 단을 향해 연장되고, 동축 커넥터(17)를 통해 동축 급전선(18)에 연결된다.

도 12b에 도 12a의 A-A'선을 따라 취해진 단면도가 도시된 바와 같이, 쌍극 안테나(14), 단락회로 요소(15) 및 동축 급전선(16)은 상기 실시예에서 다층 인쇄기법에 의해 형성된다.

즉, 먼저, 제 1 도전층으로서 쌍극 안테나(14)(¼파장 요소(21,22)) 및 단락회로 요소(15)가 안테나 보드(13)상에 형성된다. 동축 급전선(16)의 외부 도전체(25)의 하부 도전체(25-1)는 제 1 도전층상에 제 2 도전층으로서 형성된다. 중심 도전체(26)는 하부 절연층(27-1)을 통해 하부 도전체(25-1)위에 형성된다. 상부 절연층(27-2)은 중심 도전체(26)상에 형성된다. 절연층(27-1,27-2)은 중심 도전체(26)로부터 동축 급전선(16)의 외부 도전체(25(25-1,25-2))를 절연시키고, 하부 도전체(25-1)보다 더 좁게 형성된다. 외부 도전체(25)의 상부 도전체(25-2)는 제 3 도전체로서 상부 절연층(27-2)상에 형성되고, 상부 도전체(25-2)의 너비 방향으로 양측에서 하부 도전체(25-1)와 전기적으로 연결된다.

상기 실시예에서, 쌍극 안테나(14)가 우수한 입력 특성을 유지하는 동안 쌍극 안테나(14)가 누설된 잡음을 수신하는 것을 방지할 수 있다. 이제, 이러한 안테나 장치의 특성의 결과를 설명하고, 이후 상기 특성의 개선 원리를 설명한다.

본 발명의 발명자는 상기 실시예에 따라 구성된 무선장치에서 안테나 모형을 사용함으로써 정합 손실을 계산했다. 동축 급전선(16)의 길이는 3개 길이, 즉 1/12 파장, ¼파장 및 반파장이 되도록 선택되었다. 계산 결과, 임의의 길이에서의 정합 손실은 많아야 0.5㏈이었고, 안테나는 급전선(16) 길이에 상관없이 매우 우수한 입력 특성을 나타냈다.

도 13은 무선장치 안테나 모형을 사용하는 동안의 동축 급전선(16)으로 누설된 잡음에 대한 쌍극 안테나(14) 성능의 평가 결과를 나타낸다. 동축 급전선(16)의 길이는 1/12 파장, ¼파장 및 반파장이 되도록 선택되었다. 상기한 도 6의 경우에서와 같이, 안테나를 송신상태로 전환하기 위해 전류가 급전점(23,24)으로 공급되는 동안, 쌍극 안테나(14)에서 동축 급전선(16)으로 누설된 전류를 계산함으로써 평가가 처리되었다.

도 13으로부터 명백해진 바와 같이, 도 4 및 도 5에 도시된 종래의 T-정합 쌍극 안테나의 경우에서와 같이 누설된 전류의 양이 동축 급전선(16)의 길이에 따라 변화되지만, 종래의 안테나와 비교하여, 적어도 30㏈의 낮은 전류만이 임의의 길이, 즉 1/12 파장, ¼파장 및 반파장에서 급전선(16)으로 누설되었다.

이제, 상기 실시예의 구성에 의해 안테나 특성을 개선하는 원리를 간략하게 설명한다.

먼저, 상기 안테나가 우수한 입력 특성을 가지는 이유를 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 만일 쌍극 안테나가 T-정합되는 경우, 상기 안테나의 입력 특성이 개선된다. 이러한 실시예에서, 쌍극 안테나(14)의 2개의 ¼파장 요소(21, 22)를 단락하기 위해 단락회로 요소(15)가 사용되고, 이것은 T-정합 효과에 의해 안테나의 입력 특성을 개선할 수 있다.

다음, 도 14를 참조하여 급전선으로 누설된 잡음에 대한 우수한 안테나 특성에 대한 이유를 설명한다.

도 13 및 도 6에 도시된 평가 방법의 경우에서와 같이, 쌍극 안테나(14)가 송신상태에 있다고 가정하고 설명한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 전류(I1, I2)는 각각 급전점(23)으로부터 쌍극 안테나(14)의 ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐른다. 이들 안테나(I1, I2)는 단락회로 요소(15)의 연결에서 ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐르는 전류 및 단락회로 요소(15)를 통해 흐르는 전류로 분기된다. ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐르는 전류는 "I1a, I2a"로 표시되고, 단락회로 요소(15)를 통해 흐르는 전류는 "I1s, I2s"로 표시된다. ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐르는 전류(I1a, I2a)는 각각 방사파 소스로서 공간으로 방사된다.

한편, 단락회로 요소(15)를 통해 흐르는 전류(I1s, I2s)는 동축 급전선(16)이 분기되는 위치에서 조정되고, 쌍극 안테나(14)로부터 Iline = I1s + I2s의 누설 전류로서 동축 급전선(16)의 외부 도전체(25)를 통해 흐른다.

만일 단락회로 요소(15)가 쌍극 안테나(14)에 대해 거의 대칭으로 제공된다면, 즉 단락회로 요소(15)의 양 단이 ¼파장 요소(21, 22)의 급전점(23, 24)으로부터 거의 같은 거리 위치에서 연결된다면, 단락회로 요소(15)를 통해 흐르는 전류(I1s, I2s)는 서로 위상이 거의 반대가 된다(I1s ≒ -I2s). 쌍극 안테나가 T-정합되고, I1s ≒ -I2s의 관계가 얻어질 수 있을 때, 안테나에 대해 대칭이 되도록 단락회로 요소(15)를 연결하는 것이 실제로 공통적이다.

이러한 방법에서, 단락회로 요소(15)상의 전류의 위상이 서로 반대되어서(I1s ≒ -I2s), 동축 급전선(16)의 외부 도전체상의 누설 전류가 Iline = I1s + I2s ≒ I1s - I1s = 0으로 된다.

또한, 만일 송신이 낮은 동안 쌍극 안테나(14)로부터 동축 급전선(16)의 외부 도전체(25)상으로 전류가 누설된다면, 그것은 동축 급전선(16)상의 각각의 지점과 쌍극 안테나(14)의 급전점(23, 24) 사이의 전자기적 연결이 작다는 것을 의미한다. 결국, 수신하는 동안 무선장치회로(12)로부터 누설된 잡음으로 인해 발생하는 전류가 동축 급전선(16)의 외부 도전체(25)상에 퍼지더라도, 급전점(23, 24)에서 전류상의 누설된 잡음의 영향은 감소된다. 즉, 동축 급전선(16) 길이에 종속성을 갖지 않는 구성은 쌍극 안테나(14)가 급전선(16)으로 누설된 잡음을 수신하는 것을 방지하고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 실시예에서, 2개의 ¼파장 요소를 통해 흐르는 전류가 서로 중지시키고, 외부 도전체상의 누설 전류가 0이 되도록 동축 급전선은 T-정합된 쌍극 안테나와 연결된다. 이로 인해, 급전선 길이에 상관없이 누설된 잡음의 영향을 소거하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명에 따른 다른 실시예를 기술한다. 실시예 1의 것에 대응하는 다음 실시예의 동일한 요소들은 동일한 인용부호로 표시되어 있고, 이에 대한 상세한 설명은 제공하지 않는다.

실시예 2

도 15는 본 발명에 따른 실시예 2의 안테나 장치의 중요 부분에 대한 평면도이다. 이 실시예에서, 단락회로 요소(15)의 중심 부분은 절단되어 있고, 절단 부분에서 단락회로 요소(15)의 대향하는 단부는 급전점(23, 24)으로 설정되어 있다. 실시예 2는 단락회로 요소(15)가 적당한 위치에서의 쌍극 안테나의 ¼파장 요소(21, 22) 사이에서 단락회로를 유발하도록 형성된다는 점에서 실시예 1과 동일하다.

동축 급전선(16)은 단락회로 요소(15)의 2개의 급전점(23, 24)을 무선장치회로(12)의 무선회로 부분과 연결한다. 급전선(16)의 외부 도전체(25)의 한 단은 급전점(23)에 연결되고, 급전선(16)의 중심 도전체(26)의 한 단은 외부 도전체(25)의 한 단으로부터 노출되고, 다른 급전선(24)에 연결된다.

동축 급전선(16)은 단락회로 요소(15)의 일부분(급전점(23)에서 ¼파장 요소(21) 까지의 영역)과 ¼파장 요소(21)의 일부분을 따라 배치되고, ¼파장 요소(21, 22) 사이의 중간 위치에서 분기된다(이 분기점에서 급전선(16)은 또한 ¼파장 요소(22)에 연결된다). 또한, 외부 도전체(25)는 급전점(25)에서 시작하여, 단락회로 요소(15)와 ¼파장 요소(21)에 전기적으로 연결된다. 중심 도전체(26)는 외부 도전체(25)에서 노출된 부분을 제외하고 외부 도전체(25)의 것과 거의 동일한 경로를 갖는다.

¼파장 요소(21, 22) 사이의 중간 위치에서 분기된 동축 급전선(16)은 도 15에는 도시되어 있지 않은 안테나 보드의 단부를 향하여 연장되고, 여기서는 도시되어 있지 않은 동축 커넥터를 통해 무선장치에 도달하는 다른 동축 급전선에 연결된다.

이 실시예에서도 실시예 1의 그것과 유사한 효과가 얻어질 수 있다는 것은 명백하다.

실시예 3

도 16은 본 발명에 따른 실시예 3의 안테나 장치를 포함하는 휴대용 무선장치의 구성을 나타내는 투시도이다. 이 실시예의 안테나 장치는 수평 평면에서의 방사 패턴이 나선형 요소와 반파장 요소를 갖는 안테나를 사용함으로써 무지향성이 되도록 구성된다.

외부 도전체(34)와 중심 도전체(35)로 구성되는 동축 급전선(33)과 선형 요소는 무선장치회로(32)를 포함하는 금속 하우징(31)의 표면에 가까이 서로 평행으로 제공된다. 선형 요소(36) 중 하나는 제 1 급전점이고, 동축 급전선(33)의 외부 도전체(34)의 한 단에 전기적으로 연결된다. 동축 급전선(33)의 다른 단은 무선장치회로(32)에 연결된다.

선형 요소(36)의 급전점에 가까운 나선형 요소(37)의 한 단은 제 2 급전점으로 설정되어 있고, 동축 급전선(33)의 중심 도전체(35)에 연결된다. 반파장 요소(38)의 한 단은 나선형 요소(37)의 다른 단에 연결된다.

동축 급전선(33) 위의 나선형 요소(37)는 급전선(33)에 거의 평행한 나선형으로 구성된다. 즉, 나선형 요소(37)는 동축 급전선(33)에 대하여 직각으로 제 2 급전점에서 위쪽으로 연장되고, 급전선(33)에 평행한 방향으로 구부러져, 급전선(33) 위에서 나선형으로 된다. 그 결과, 외부 도전체(34)의 표면을 통해 흐르는 것에 거의 반대의 위상을 갖는 전류가 나선형 요소(37)를 통해 흐르고, 외부 도전체(34)상에 흐르는 불필요한 전류를 상쇄한다.

도 17a, 도 17b 및 도 17c는 도 16의 안테나 장치의 ZX 평면, ZY 평면 및 YX 평면상에서의 방사 패턴의 계산 결과를 나타낸다. 이들 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 방사 패턴의 교차 편파 성분(수평 편파 성분)은 도 9에 도시된 종래의 안테나 장치(도 10a, 도 10b 및 도 10c)의 방사 패턴의 그것에 비해 감소되고, ZY 평면에서의 방사 패턴의 대칭성이 개선되며, 결과적으로 수평 평면(XY 평면)에서의 수직 편파의 리플은 상당히 감소된다.

도 18은 도 16에 도시된 휴대용 무선장치의 안테나 부분의 평면도이다. 수평 평면에서의 나선형 요소(17)의 초기 굴곡 부분에 대하여 동축 급전선(33)과 선형 요소(36)의 각이 θ라고 가정한다. 도 9의 종래의 안테나 장치에서, 각 θ는 180°이다. 도 16에서 각 θ는 0°이다.

도 19는 각 θ의 변화에 따른 수평 평면에서의 방사 패턴의 리플의 변화를 나타낸다. 각 θ=0°에서, 각 θ=180°에 비해 리플은 1㏈ 정도 감소될 수 있고, 이것은 본 발명의 효과를 나타낸다. 또한, 이 결과는 각이 반드시 θ=0°일 필요는 없고, 각이 θ=90° 정도일 때 양호한 리플 감소 효과가 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다.

다음으로, 도 20a, 도 20b 및 도 20c를 참조하여 수평 평면에서의 방사 패턴이 이 실시예의 구성에 의해 개선되는 이유에 대한 설명이 제공된다.

도 20a는 수신 동안 동축 급전선(33)(외부 도전체(34)와 중심 도전체(35)), 선형 요소(36) 및 나선형 요소(37)를 통해 흐르는 전류를 특징적으로 나타낸다. 동축 급전선(33) 내에서, 중심 도전체(35)의 표면과 외부 도전체(34)의 내부 표면은 서로 쌍을 이루고, 이를 통해 고주파 전류(i1, i2)가 각각 흐른다. 전류(i1, i2)는 서로 위상이 반대이다.

중심 도전체(35)의 표면을 통해 흐르는 전류(i1)는 전류(i1')로서 나선형 요소(37)를 통해 흐른다. 외부 도전체(34)의 내부 표면을 통해 흐르는 전류(i2)는 전류(i2')로서 선형 요소(36)를 흐를 뿐만 아니라 전류(i2")로서 동축 급전선의 표면(외부 도전체(34)의 외부 표면)을 통해 흐른다. 후자의 전류(i2")는 동축 급전선(33)으로부터의 불필요한 방사에 대한 원인 중 하나라고 생각된다.

이제, 나선형 요소(37)가 도 16에 도시된 이 실시예의 구성에 따라 동축 급전선(33) 위에 나선형으로 배치되면, 문제의 전류(i2")에 의해 야기된 불필요한 방사는 감소된다. 다시 말해서, 도 20b로부터 명백한 바와 같이, 이 경우에 나선형 요소(37)를 통해 흐르는 전류(i1')는 동축 급전선(33)의 외부 도전체(34)의 표면을 통해 흐르는 전류(i2")와 위상이 반대이고, 이들 전류는 서로 상쇄된다. 전류(i1')와 전류(i2")의 조합에 의해 발생된 방사 전계 "A"는 전류(i1', i2")의 차이에 비례한다(A ∝ i1' - i2").

한편, 나선형 요소(37)가 도 9에 도시된 종래의 구성에 따라 도 20c에 도시된 바와 같이 동축 급전선(33) 위의 다른 위치에 나선형으로 배치되면, 전류(i1')는 전류(i2")와 위상이 같고, 그 결과 전류(i1', i2")에 의해 발생된 방사 전계는 서로 더해진다. 따라서, 전류(i1', i2")의 조합에 의해 발생된 방사 전계 "B"는 전류(i1', i2")의 전류의 합에 비례한다(B ∝ i1' + i2"). 명백하게, 방사 전계 "A"와 "B"의 관계는 "A"〈 "B"이다.

도 20b는 θ=0°의 각에서 도 19에 도시된 수평 평면에서의 방사 패턴의 리플 특성에 상응한다. 도 20c는 θ=180°의 각에서의 그것에 상응한다. 도 20c보다 도 20b에서 리플이 더 억제되는 이유는 나선형 요소(37)에 의한 불필요한 방사를 상쇄하는 효과 때문이라고 생각된다.

도 19를 참조하여 앞에서 기술한 바와 같이, 90° 정도의 각 θ은 0°가 아닐지라도 효과적이다. 즉, 나선형 요소(37)가 도 16에 도시된 바와 같이 동축 급전선위에 완전히 배치되고, 도 16에 도시된 상태로부터 약간 회전이 가능하다는 것은 항상 필요하지는 않다. 짧게 말하면, 나선형 구조(37)는 적어도 요소(37)의 일부가 동축 급전선(33)위에 위치하도록 구성되고, 이에 따라 전류(i1', i2")가 약간 서로 상쇄되는 효과를 얻을 수 있으면 충분하다.

실시예 4

도 21은 본 발명에 따른 실시예 4의 안테나 장치를 포함하는 휴대용 무선장치의 개략적인 구성을 나타내는 투시도이다. 이 실시예의 안테나 장치에서, 반파장의 길이를 갖는 선형 안테나(반파장 요소)(43)는 무선장치회로(42)를 포함하는 금속 하우징(41)에 가까이 제공되고, 도 21에는 도시되어 있지 않은 안테나 지지체에 의해 지지된다.

¼파장의 길이를 갖는 안테나(44)의 한 단은 선형 안테나(43)의 기단에 연결된다. 이 요소(44)의 다른 단은 급전선(45)을 통해 무선장치회로(42)에 연결된다. 요소(44)는 이 실시예에서 나선형으로 형성되어 있고, 선형 안테나(43)는 요소(44)의 나선의 내면을 통과하도록 구성되어 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

도 22는 요소(44)와 요소(44)의 주변을 나타내는 확대도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 요소(44)의 한 단(연결점(44B))은 금속 하우징(41)의 상단 표면 아래의 한 위치에서 선형 안테나(43)의 기단에 연결된다. 다시 말해서, 선형 안테나(43)의 기단은 금속 하우징(41)의 상단 표면 아래에 배치된다. 한편, 요소(44)의 다른 단은 급전점(44A)이고, 금속 하우징(41)의 상단 표면의 급전선(45)에 연결된다.

즉, 급전점(44A)에서 보면, ¼파장 요소인 요소(44)는 아래쪽 요소로서 형성되고, 반파장 요소인 선형 안테나(43)는 위쪽 요소이다. 이와 같은 구성에서, 이 실시예의 안테나 장치는 수평 평면에서의 안테나의 방사 정도(방사량)를 효율적으로 증가시키는 이점을 갖는다. 방사량의 증가 원인은 다음과 같다.

선형 안테나(43)의 길이가 반파장인 반면에, 요소(44)의 길이는 ¼파장이다. 선형 안테나(43)의 고주파 전류는 요소(44)의 전류와 위상이 반대이다. 안테나 요소의 기계적인 방향의 관점에서, 이미 앞에서 기술한 바와 같이 선형 안테나(43)는 위쪽으로 향하고, 요소(44)는 아래쪽으로 향한다. 선형 안테나(43)에서 방사된 전자계와 요소(44)로부터 방사된 전자계는 위상이 동일하고, 그 결과 방사량이 증가한다.

도 23a 및 도 23b는 이 실시예에 따른 무선장치 모델을 사용하여 방사 패턴의 계산 결과를 나타낸다. 특히, 도 23a는 지면에 대하여 수직 평면(XZ 평면)에서의 방사 패턴을 나타내고, 도 23b는 지면에 대하여 수평 평면(XY 평면)에서의 방사 패턴을 나타낸다. 이 모델에서, 요소(44)는 나선형으로 형성되고, 선형 안테나(43)는 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이 요소(44)의 나선의 내면을 통과하도록 구성된다.

도 23b에 도시된 수평 평면에서의 방사 패턴으로부터 명백한 바와 같이, 방사량은 큰 증가를 나타내고, 수평 평면에서의 무지향성이 실현된다. 도 23a에 도시된 수직 평면에서의 방사 패턴은 최대 방사 방향이 수평이라는 것을 나타낸다.

도 24는 실시예 4의 수평 평면에서의 평균 이득의 계산 결과를 나타낸다. 가로 좌표는 요소(44)의 하단 B와 금속 하우징(41)의 상단 표면 사이의 거리를 나타낸다. 세로 좌표는 수평 평면에서의 평균 이득을 나타낸다. 요소(44)의 하단 B와 금속 하우징(41)의 상단 표면이 실질적으로 동일한 높이일 때, 이득은 0 dBi 이하이다. 요소(44)의 하단 B가 ¼파장 만큼 금속 하우징(41)의 상단 표면보다 낮게 위치하면, 이득은 2dBi 만큼 개선된다. 따라서, 요소(44)의 하단 B가 ¼파장 만큼 금속 하우징(41)의 상단 표면보다 낮게 위치할 때 최대 이득이 얻어진다. 그러나, 요소(44)의 하단 B가 무선장치의 다른 요소와의 간섭 때문에 자유롭게 위치할 수 있는 경우도 있다. 최대 이득은 얻어지지 않지만, 1 dBi 만큼 이득을 개선하는 것이 충분하다면, 요소(44)의 하단 B가 0.06λ 만큼 금속 하우징(41)의 상단 표면보다 낮게 위치하는 것이 바람직하다.

상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예의 안테나 장치는 수평 평면에서의 무지향성을 갖는 매우 높은 수준의 방사 패턴을 얻을 수 있다. 이 때문에, 이 안테나 장치는 휴대전화 및 PHS 단말기와 같은 휴대용 무선장치 단말기에 매우 적합하고, 안테나 장치는 양호한 통신을 달성하는 것을 보장한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 한 태양에 따르면, T-정합 쌍극 안테나를 사용하는 안테나 장치에서, 동축 급전선은 쌍극 안테나의 급전점으로부터 쌍극 안테나의 ¼파장 요소의 하나를 따라 배치되고, 단락회로 요소의 중심에서 분기되며, 이에 따라 종래의 장치에 비해 30㏈ 만큼의 누설 잡음의 영향을 감소시키고, 양호한 통화 품질을 실현하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 태양에 따르면, 쌍극 안테나의 요소 중 하나로서 사용된 나선형 요소를 갖는 안테나 장치에서, 나선형 요소는 급전점에 가까이 서로 거의 평행하게 급전선에 가까이 위치하고, 급전선의 전류에 의해 발생하는 불필요한 방사는 나선형 요소를 통해 흐르는 전류에 의해 상쇄되며, 이에 따라 수평 평면에서의 방사 패턴의 리플을 감소시키고, 수평 평면에서의 양호한 무지향성을 실현하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 태양에 따르면, ¼파장의 길이를 갖는 정합 요소는 금속 하우징의 상단에서 급전선에 연결되고, 금속 하우징의 상단 아래의 한 위치에서 반파장의 길이를 갖는 선형 안테나에 연결되며, 이에 따라 종래의 안테나 장치에 비해 방사량, 즉 수평 평면에서의 이득을 크게 증가시키는 것이 가능하다.

부가적인 이점 및 변형들은 해당 분야의 숙련자라면 용이하게 상기할 수 있을 것이다. 따라서, 보다 광범위한 태양에서의 본 발명은 여기에 도시되고 기술된 특정 설명, 대표적인 장치 및 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 등에 의해 규정된 바와 같이 일반적인 진보성 개념의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변형이 행해질 수 있다. 예를 들어, 각 실시예는 독립적으로 기술되어 있지만, 복수의 실시예를 적당히 조합하는 것도 가능하다.

본 발명에 의하면, 무선장치회로로부터 누설된 잡음의 영향이 상당히 개선되고, 우수한 통신 품질이 실현될 수 있으며, 급전선의 전류에 의해 발생된 불필요한 방사가 나선형 요소를 통해 흐르는 전류에 의해 중지되어, 수평 평면에서 방사 패턴의 리플이 감소되고, 수평 평면에서 우수한 무지향성이 얻어질 수 있다.

Claims (18)

1. 제 1 및 제 2 급전점이 되는 단부를 갖는 제 1 및 제 2 ¼파장 요소를 갖는 쌍극 안테나,

   상기 제 1 및 제 2 ¼파장 요소 사이에 연결된 단락회로 요소 및

   상기 제 1 및 제 2 급전점에 연결된 급전선을 포함하고,

   상기 급전선은 상기 제 1 ¼파장 요소와 상기 단락회로 요소의 일부분을 통해 상기 제 1 급전점에서 상기 급전선으로 흐르는 제 1 전류와, 상기 제 2 ¼파장 요소와 상기 단락회로 요소의 나머지 부분을 통해 상기 제 2 급전점에서 상기 급전선으로 흐르는 제 2 전류의 위상이 거의 반대가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 급전선의 일부는 부분적으로 상기 단락회로 요소와 겹치는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 급전선은 부분적으로 상기 제 1 및 제 2 ¼파장 요소 중 하나와 상기 단락회로 요소와 겹치고, 상기 단락회로 요소의 중심 부분에서 분기되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 ¼파장 요소는 선형으로 제공되고, 서로 대향하는 단부는 제 1 및 제 2 급전점이며,

   상기 급전선은 동축 급전선이고, 상기 급전선의 외부 도전체는 상기 제 1 ¼파장 요소와 상기 단락회로 요소에 연결되고, 상기 급전선의 중심 도전체는 상기 제 2 급전점에 연결되며, 상기 외부 도전체의 선단은 상기 제 1 급전점에 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
5. 제 1 항에 따른 안테나 장치,

   상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 연결된 무선장치회로 및

   상기 무선장치회로를 수용하는 금속 하우징을 포함하고,

   상기 쌍극 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
6. 제 1 및 제 2 ¼파장 요소를 갖는 쌍극 안테나,

   각각 제 1 및 제 2 급전점이 되는 단부를 갖는 제 1 및 제 2 세그먼트로 분리되고, 상기 제 1 및 제 2 ¼파장 요소 사이에 연결된 단락회로 요소 및

   상기 제 1 및 제 2 ¼ 급전점에 연결된 급전선을 포함하며,

   상기 급전선은 상기 단락회로 요소의 상기 제 1 세그먼트와 상기 제 1 ¼파장 요소를 통해 상기 제 1 급전점에서 상기 급전선으로 흐르는 제 1 전류와, 상기 단락회로 요소의 상기 제 2 세그먼트와 상기 제 2 ¼파장 요소를 통해 상기 제 2 급전점에서 상기 급전선으로 흐르는 제 2 전류의 위상이 거의 반대가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 급전선의 일부는 상기 단락회로 요소와 부분적으로 겹치는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 급전선은 상기 단락회로 요소의 상기 제 1 및 제 2 세그먼트 중 하나와 상기 제 1 및 제 2 ¼파장 요소 중 하나와 부분적으로 겹치고, 상기 제 1 및 제 2 ¼파장 요소의 중심 부분에서 분기되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 ¼파장 요소는 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징의 표면에 가까이 선형으로 제공되고,

   상기 급전선은 동축 급전선이고, 상기 급전선의 외부 도전체는 상기 제 1 ¼파장 요소와 상기 단락회로 요소의 상기 제 1 세그먼트에 연결되고, 상기 급전선의 중심 도전체의 선단은 상기 제 2 급전점에 연결되며, 상기 외부 도전체의 선단은 상기 제 1 급전점에 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
10. 제 6 항에 따른 안테나 장치,

    상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 연결된 무선장치회로 및

    상기 무선장치회로를 수용하는 금속 하우징을 포함하고,

    상기 쌍극 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
11. 제 1 급전점이 되는 한 단을 갖는 선형 요소,

    제 2 급전점이 되는 상기 선형 요소의 상기 제 1 급전점 근처에 한 단을 갖는 나선형 요소,

    상기 나선형 요소의 다른 단에 연결된 반파장 요소 및

    상기 제 1 급전점에 연결되는 외부 도전체와, 상기 제 2 급전점에 연결되는 중심 도전체를 갖고, 상기 선형 요소에 평행하게 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 급전점과 무선장치회로를 연결하는 동축 급전선을 포함하고,

    상기 나선형 요소는 상기 동축 급전선의 상기 외부 도전체를 통해 흐르는 전류를 상쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 나선형 구조의 초기 굴곡 부분과 상기 선형 요소 사이의 각은 0 내지 90°인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 나선형 요소는 상기 외부 도전체의 표면을 통해 흐르는 전류의 위상과 거의 반대의 위상을 갖는 전류가 상기 나선형 요소를 통해 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 나선형 요소는 상기 외부 도전체의 표면을 통해 흐르는 전류에 의해 야기된 불필요한 방사를 상쇄하는 방사 전계를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
15. 제 11 항에 따른 안테나 장치,

    상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 연결된 무선장치회로 및

    상기 무선장치회로를 수용하도록 구성된 금속 하우징을 포함하고,

    상기 쌍극 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
16. 반파장의 길이를 갖는 선형 안테나 및

    상기 선형 안테나의 기단에 연결된 한 단과, 상기 선형 안테나의 상기 기단과 상기 선형 안테나의 다른 단 사이에 위치하는 급전점이 되는 다른 단을 갖는 ¼파장 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 선형 안테나를 통해 흐르는 전류는 상기 ¼파장 요소를 통해 흐르는 전류와 위상이 거의 반대인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
18. 제 16 항에 따른 안테나 장치,

    상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 연결된 무선장치회로 및

    상기 무선장치회로를 수용하도록 구성된 금속 하우징을 포함하고,

    상기 쌍극 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.