KR20050046630A

KR20050046630A - 안테나 장치

Info

Publication number: KR20050046630A
Application number: KR1020040092572A
Authority: KR
Inventors: 와타나베후미노리; 소노다류타; 이카와고지; 니와노가즈히코
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2005-05-18
Also published as: US20060038723A1; JP4305282B2; CN1624975A; JP2005167966A; US7106256B2

Abstract

(과제) 소형 안테나를 갖고, 동작 주파수 대역을 광대역으로 하는 안테나 장치를 제공한다.

(해결수단) 안테나 본체부 (10) 는 유전체 기체 (16) 에 평면형상의 방사 도체 (11) 와 급전선 (14) 이 형성되어 구성된다. 방사 도체 (11) 는, 원형의 형상을 갖는 제 1 형상 요소 (12) 와 반타원형의 형상을 갖는 제 2 형상 요소 (13) 가 서로 일부분을 공유하도록 조합하여 구성되어 있다. 제 2 형상 요소 (13) 중 제 1 형상 요소 (12) 에서 보아 제 2 형상 요소 (13) 의 위치 방향에서의 둘레가장자리부에 있어서, 급전선 (14) 이 방사 도체 (11) 와 접속되어 있다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}

본 발명은 안테나 장치, 특히 통신용, 거리 측정용 또는 방송용으로 사용되는 마이크로파 영역 (3GHz∼30GHz) 및 밀리파 영역 (30∼300GHz) 의 안테나 장치에 관한 것이다.

종래부터, 동작 주파수 대역이 광대역인 안테나로서, 비특허문헌 1 에 개시되는 디스크 모노폴 안테나가 알려져 있다. 도 31 은 이 디스크 모노폴 안테나를 나타내는 도면이다. 이 디스크 모노폴 안테나는 동축 선로 (102) 에 접속된 평면 디스크 모노폴 (101) 을 구비하여 구성된다. 구체적으로는 평면 디스크 모노폴 (101) 은 금속 평판 (103) 으로부터 소정 거리 (L) 떨어진 위치에, 금속 평판 (103) 에 대하여 수직으로 세워져 설치되도록 배치된다. 그리고, 거리 (L) 를 조정함으로써, 원하는 특성을 갖도록 최적의 매칭이 가능하게 되어 있다.

또한, 도 32 에 나타내는 바와 같이, 특허문헌 1 에 개시되는 안테나도 알려져 있다. 이 안테나는 금속 평판 (103) 으로부터 수직으로 세워져 설치된 평면 모노폴 (105) 을 구비하고 있다. 평면 모노폴 (105) 은 디스크 형상 (원 형상) 의 횡폭을 축소하여 테이퍼 형상으로 한 평면구조의 모노폴이다. 이 평면 모노폴 (105) 과 도시되지 않은 코너 리플렉터와 금속 평판 (103) 을 사용하여 동작 주파수 대역을 광대역화한 모노폴 안테나를 구성한다. 코너 리플렉터란, 소정 사이즈의 2 개의 평판의 에지를 접합하고, 이 접합부분이 ＜ 모양으로 절곡된 구조체로, 코너 리플렉터가 금속 평판 (103) 에 수직으로, 또한 코너 리플렉터의 2 개의 평면이 직교하도록 세워져 설치된다. 한편, 테이퍼 형상을 이룬 평면 모노폴 (105) 의 하부에는 직선 커트부 (106) 가 형성되고, 금속 평판 (103) 과 테이퍼 형상의 평면 모노폴 (105) 의 끝과의 거리가 소정 거리 (L) 가 되도록 설정된다.

또한, 비특허문헌 2 에는 동작 주파수 대역이 광대역인 평면 다이폴 안테나가 개시되어 있다. 이 평면 다이폴 안테나는 동 형상의 한 쌍의 금속 도체를 방사 도체로서 일정한 거리 이간시켜 유전체 상에 설치하고, 이 이간된 사이의 영역으로부터 한 쌍의 금속 도체로 급전하는 다이폴 안테나의 구성으로 되어 있다.

[비특허문헌 1] M. Hammoud et al, "Matching The Input Impedance of A Broadband Disc Monopole", Electron. Lett., Vol.29, No.4, pp.406-407, 1993

[특허문헌 1] 일본 특허 제3114798호

[비특허문헌 2] Sung-Bae Cho et. al., "ULTRA WIDEBAND PLANAR STEPPED-FAT DIPOLE ANTENNA FOR HIGH RESOLUTION IMPULSE RADAR", 2003 Asia-Pacific Microwave Conference

도 31 과 도 32 에 나타내는 안테나 장치는 모두 모노폴 안테나를 사용한다. 이들 안테나는 상기 평면 디스크 모노폴 (101) 또는 상기 평면 모노폴 (105) 로 이루어지는 방사 소자와 금속 평판 (103) 으로 이루어지는 그라운드 도체를 구비하여 구성된다. 그리고, 방사 소자와 그라운드 도체가 수직으로 또한 직교하도록 배치된다. 이 때문에, 방사 소자는 그라운드 도체에 대하여 3 차원 배치로 되어 세워져 설치되고, 3 차원 구조체의 안테나로서 3 차원적으로 공간을 점유한다. 또한, 도 31 에 나타내는 안테나에서는 금속 평판 (103) 의 크기는 평면 디스크 모노폴 (101) 의 직경의 약 10 배 정도의 크기가 필요하게 되고, 예를 들어 300mm ×300mm 로 되어 형상이 커진다. 한편, 도 32 에 나타내는 안테나 장치에서는 안테나 및 도시되지 않은 코너 리플렉터가 그라운드 도체에 대하여 수직으로 배치된다.

이 때문에, 안테나 및 코너 리플렉터는 그라운드 도체에 대하여 3 차원 배치로 되어 세워져 설치되고, 3 차원 구조체의 안테나 장치로서 3 차원적으로 공간을 점유한다.

이와 같이 도 31 및 도 32 에 나타내는 안테나는 입체적인 구조체를 이루어 형상이 커지기 때문에, 소형 안테나 장치에는 적합하지 않다.

또한, 도 32 에서는 예를 들어 길이가 36mm 인 테이퍼 형상의 평면 모노폴 (105) 에 대하여 1∼2mm 정도의 직선 커트부 (106) 를 형성함으로써, 다른 주파수에 대하여 양호한 임피던스 매칭을 실시한다. 그러나, 평면 모노폴 (105) 의 방사 도체는 상기 기술한 코너 리플렉터의 크기에 따라 정해지는 테이퍼 형상 때문에 동작 주파수 대역이 충분히 광대역으로 된다고는 할 수 없다. 예를 들어, 후술하는 비대역폭에서는 33% 정도에 지나지 않는다.

비특허문헌 2 에서 개시하는 평면 다이폴 안테나는 동작 주파수 대역이 광대역이지만, 방사 도체를 이루는 한 쌍의 금속 도체는 스텝상의 형상을 이룰 필요가 있기 때문에 설계 자유도가 높은 안테나라고는 할 수 없다.

그래서, 본 발명은 종래와 같은 입체 구조체로서 점유 체적을 차지하지 않는 소형 안테나를 갖는 안테나 장치로서, 동작 주파수 대역을 종래에 비교하여 광대역으로 하는 설계 자유도가 높은, 고이득의 안테나 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 유전체 기체에 평면형상의 방사 도체와 급전선이 형성되고, 그 방사 도체는 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형 및 대략 타원형 중에서 선택되는 형상을 갖는 제 1 형상 요소와, 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형, 대략 타원형, 사다리꼴 및 대략 사다리꼴 중에서 선택되는 형상의 적어도 일부분을 갖는 제 2 형상 요소가 서로 공유 부분을 갖도록 배치되어 구성되고, 그 급전선이 그 방사 도체와 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공한다.

여기서, 제 2 형상 요소가 이루는 형상은 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형, 대략 타원형, 사다리꼴 및 대략 사다리꼴의 형상 전체를 가질 뿐만 아니라, 이들 형상 중에서 선택되는 형상을 부분적으로 갖는 형상을 포함한다. 예를 들어 반원, 반타원, 또는 다각형이나 사다리꼴의 절반의 형상 등을 포함한다.

상기 급전선은 예를 들어, 상기 방사 도체의 둘레가장자리부 중 상기 제 1 형상 요소에서 보아 상기 제 2 형상 요소의 위치 방향에서의 제 2 형상 요소의 둘레가장자리부에서, 상기 방사 도체와 접속된다. 이 경우, 상기 급전선은 상기 방사 도체와 동일한 평면 상에 형성되어 있고, 이 평면 상에서 접속된다.

또는 상기 급전선은 상기 평면에 대하여 경사진 방향으로부터, 또는 대략 수직 방향으로부터 접속되어도 된다. 이 경우, 제 2 형상 요소의 상기 둘레가장자리부에서 접속되지 않아도 된다.

또한, 상기 안테나 장치에는 상기 방사 도체 및 상기 급전선이 상기 유전체 기체의 표면에, 또는 그 유전체 기체 내에 형성되어 안테나 본체부가 구성되어 있고, 그 안테나 본체부가 절연성 기판에 실장(室裝)되어 있고, 그 절연성 기판의, 그 유전체 기체와는 반대측의 면 또는 그 절연성 기판의 내부에는 그라운드 도체가 형성되어 있고, 그 방사 도체가 그 그라운드 도체에 대하여 평행 또는 대략 평행하게 되도록 그 유전체 기체가 배치되어 그 안테나 본체부가 그 절연성 기판에 실장되는 것이 바람직하다.

그 때, 상기 절연성 기판에는 상기 그라운드 도체와 함께 전송 선로를 구성하는 신호선이 형성되어 있고, 그 신호선이 상기 급전선과 접속된다. 예를 들어, 상기 유전체 기체에 형성된 비아를 통해 접속된다. 또한, 상기 유전체 기체에는 예를 들어, 상기 급전선에 대하여 대칭인 위치에 한 쌍의 어스 패턴이 형성된다.

또한, 상기 절연성 기판에 실장되는 상기 안테나 본체부는 상기 그라운드 도체가 형성되어 있지 않은 절연성 기판의 노출부에 대향하는 절연성 기판의 반대측 면의 영역에 배치되어 고정된다. 즉, 상기 안테나 본체부는 상기 그라운드 도체와는 서로 대향하지 않는 위치에, 상기 그라운드 도체와 평행하게 배치된다.

또한, 상기 안테나 장치에는 상기 방사 도체로부터 방사되는 전파를 반사하는 반사체가, 상기 절연성 기판으로부터 이간되어 배치되는 것이 바람직하다. 그 반사체는 예를 들어 반사면이 평면인 금속 평판일 수도 있고, 반사면이 곡면을 이룬 원주, 원주의 일부, 구 또는 구의 일부 등의 형상을 갖는 반사체일 수도 있다. 예를 들어, 상기 반사체가 평판이고, 상기 절연성 기판의 상기 그라운드 도체에 대하여 평행 또는 대략 평행하게 배치된다.

또한, 상기 반사체와 상기 절연성 기판 사이에 공기층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반사체와 상기 절연성 기판 사이에 유전체층이 형성되어 있는 것도 바람직하다. 그 때, 상기 유전체층에는 바람직하게는 비(比)유전율이 1.5∼20 인 범위의 유전체가, 더욱 바람직하게는 비유전율이 2∼10 인 범위의 유전체가 사용된다.

상기 유전체층 및 상기 공기층의 쌍방이 형성되는 경우, 상기 절연성 기판, 상기 공기층, 상기 유전체층, 상기 반사체의 순서로 나열되도록 상기 유전체층을 상기 반사체의 표면에 배치하는 것이 바람직하다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 안테나 장치에 관해서, 첨부 도면에 나타내는 바람직한 실시형태를 기초로 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 안테나 장치의 일 실시형태인 안테나 장치 (1) 가 갖는 안테나 본체부 (10) 의 평면도이다. 도 2 는 안테나 장치 (1) 의 평면도이다. 도 3 은 도 2 에 나타내는 안테나 장치 (1) 를 도 2 중의 직선 A-B 로 절단한 단면도이다.

안테나 본체부 (10) 는 회로 기판 등의 절연성 기판 (17) 의 표면에 실장되는 표면 실장형의 안테나로서 기능하고, 방사 도체 (11), 급전선 (14) 및 유전체 기체 (16) 을 구비하여 구성된다.

방사 도체 (11) 는 유전체 기체 (16) 의 내부에 형성된 평면형상의 금속 도체이다.

방사 도체 (11) 는 원형의 형상을 이루는 제 1 형상 요소 (12) 와, 타원형의 형상을 부분적으로 갖는 반타원 형상의 제 2 형상 요소 (13) 가 일부분을 공유하도록 배치된 형상을 이룬다. 그리고, 방사 도체 (11) 와 급전선 (14) 은 제 2 형상 요소 (13) 의 둘레가장자리부에서 접속되어 있다. 이 접속위치는 제 1 형상 요소 (12) 에서 보아 제 2 형상 요소 (13) 의 위치 방향의 둘레가장자리부이다.

급전선 (14) 은 도 3 에 나타내는 바와 같이, 회로 기판 등의 절연성 기판 (17) 에 형성된 전송 선로의 신호선 (19) 과 비아 (20) 를 통해 접속된 급전선이다.

이러한 방사 도체 (11) 와 급전선 (14) 은 유전체 기체 (16) 의 동일 평면 상에 형성된다.

또한, 유전체 기체 (16) 에는 급전선 (14) 의 좌우대칭의 위치에 전위 0 을 확보하여, 안테나의 임피던스 매칭을 유효하게 실시하는 어스 패턴 (15a, 15b) 이 형성된다. 이들 어스 패턴 (15a, 15b) 은 예를 들어 절연성 기판 (17) 에 형성된 도시되지 않은 보조 패턴 및 비아를 통해 그라운드 도체 (18) 와 접속되도록 구성된다.

도 4 는 방사 도체 (11) 의 형상을 구체적으로 설명하는 도면이다.

방사 도체 (11) 의 제 1 형상 요소 (12) 는 원형의 디스크 형상을 이루고, 제 2 형상 요소 (13) 는 타원 형상을 부분적으로 갖는 반타원 형상을 이룬다. 도 4 에서, 가상선 (일점쇄선) 으로 둘러싸이는 부분은 제 1 형상 요소 (12) 와 제 2 형상 요소 (13) 의 공유 부분이다. 따라서, 제 1 형상 요소 (12) 에 대응하는 금속 도체 및 제 2 형상 요소 (13) 에 대응하는 금속 도체를 각각 따로따로 형성하여 방사 도체 (11) 를 형성하는 경우, 원 형상 및 반타원 형상의 쌍방의 전체 윤곽이 방사 도체 (11) 의 패턴 형상의 윤곽으로서 나타나지 않는다. 또한, 제 1 형상 요소 (12) 와 제 2 형상 요소 (13) 가 서로 일부분을 공유하도록 조합한 형상을 일체적으로 형성하는 경우에 있어서도, 방사 도체 (11) 에는 원 형상 및 타원 형상의 전체 윤곽이 방사 도체 (11) 의 패턴 형상의 윤곽으로서 나타나지 않는다.

도 4 에 나타내는 방사 도체 (11) 는 제 2 형상 요소 (13) 인 반타원 형상 중 곡률 반경이 가장 작아지는 부분이 제 1 형상 요소 (12) 의 원 형상의 대략 중앙 부근에 위치한다. 또한, 제 2 형상 요소 (13) 의 반타원 형상 중 직선 부분 (타원 형상을 절반으로 절단한 측의 부분) 은 제 1 형상 요소 (12) 로부터 튀어나오도록 배치되어 있다. 또한, 방사 도체 (11) 는 제 1 형상 요소 (12) 의 중심점 및 제 2 형상 요소 (13) 의 중심점을 잇는 직선을 선 대칭의 축으로 하는 선 대칭 형상을 이루고 있고, 이 선 대칭축 상의 방사 도체 (11) 의 가장자리부 (직선 부분) 에 있어서 급전선 (14) 과 접속되어 있다.

또한, 방사 도체 (11) 의 형상을 후술하는 바와 같이 세로 길이 비율 (α) 로 규정하기 위해서, 도 4 에서는 제 1 형상 요소의 세로 방향의 길이 (L₃₁) 및 제 1 형상 요소로부터 튀어나온 제 2 형상 요소의 세로 방향의 길이 (L₃₂) 가 정의되어 있다.

안테나 본체부 (10) 는 도 2, 3 에 나타내는 바와 같이, 그라운드 도체 (18) 를 형성한 절연성 기판 (17) 의 표면에 실장되어 안테나로서 동작하는 안테나 장치 (1) 를 구성한다. 절연성 기판 (17) 에는 전송 선로인 스트립 선로가 형성되어, 예를 들어 마이크로 스트립 전송 선로에 의해 안테나 본체부 (10) 로의 급전이 행해진다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 절연성 기판 (17) 의 일방의 면 (도 3 에서 하면) 에 그라운드 도체 (18) 를, 타방의 면 (도 3 에서 상면) 에 스트립 선로의 신호선 (19) 을 각각 형성하고, 이 신호선 (19) 이 형성된 면의 측에 안테나 본체부 (10) 가 실장되어 있다. 안테나 본체부 (10) 는 유전체 기체 (16) 의 내부에 방사 도체 (11) 와 급전선 (14) 이 형성되어 있고, 방사 도체 (11) 와 스트립 선로의 신호선 (19) 의 접속은 유전체 기체 (16) 에 형성된 비아 (20) 를 통해 행해지고 있다. 또한, 절연성 기판 (17) 의 그라운드 도체 (18) 가 형성되어 있는 면에는 도 2 에 나타내는 바와 같이 절연성 기판 (17) 의 단부에 접하도록 그라운드 도체 (18) 가 없는 노출부 (24) 가 형성되어 있고, 이 노출부 (24) 를 사이에 두고 대향하는 절연성 기판의 반대측 면의 영역 (이후, 노출부 대향 영역이라고 함) 에 안테나 본체부 (10) 가 실장된다. 따라서, 안테나 본체부 (10) 는 절연성 기판 (17) 의 단부 부근에 배치된다.

이러한 안테나 장치 (1) 에서는 상기 기술한 바와 같이, 원형의 형상을 이루는 제 1 형상 요소 (12) 및 반타원 형상을 이루는 제 2 형상 요소 (13) 가 부분적으로 공유하여 조합된 형상을 이루고 있고, 그럼으로써 후술하는 예에서 나타내는 바와 같이 비대역폭이 향상되어 작동 주파수 대역이 광대역으로 된다.

또, 본 발명에 있어서의 안테나의 방사 도체의 형상은 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형, 대략 타원형 중에서 선택되는 형상을 갖는 제 1 형상 요소와, 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형, 대략 타원형, 사다리꼴 및 대략 사다리꼴 중에서 선택되는 형상의 적어도 일부분을 갖는 제 2 형상 요소를 서로 공유 부분을 갖도록 배치한 형상이면 어느 형상이라도 된다.

도 3 에서는 유전체 기체 (16) 의 내부에 방사 도체 (11) 와 급전선 (14) 을 형성하지만, 유전체 기체 (16) 의 표면에 형성해도 된다. 또, 유전체 기체 (16) 는 적층 기체로 해도 된다. 적층 기체를 사용하는 경우, 적층 기체의 표면층에 방사 도체 (11) 및 급전선 (14) 을 형성해도 되고, 또한, 2 층째, 3 층째 등의 내층에 형성해도 된다. 이 경우, 방사 도체 (11) 및 급전선 (14) 을 2 개의 층 사이에 끼우도록 형성해도 된다.

유전체 기체 (16) 가 적층 기체인 경우, 이 적층 기체는 하나의 비유전율을 갖는 1 종류의 유전체층을 적층한 것이어도 되고, 후술하는 도 16 에 나타내는 바와 같이 적어도 2 종류 이상의 다른 비유전율을 가지는 유전체층을 적층한 것이어도 된다.

유전체 기체 (16) 에 방사 도체 (11) 를 형성함으로써, 유전체의 파장 단축 효과를 이용하여 안테나 본체부 (10) 의 소형화가 가능해진다. 이 경우, 방사 도체 (11) 의 설치 위치나 유전체 기체 (16) 의 비유전율, 또는 2 종류 이상의 비유전율의 조합에 따라, 실효적인 비유전율이 결정된다. 따라서, 실효적인 비유전율에 따라 파장 단축 효과가 가능해지고, 이 실효적인 비유전율을 적절히 선택, 조정함으로써 동작 주파수 대역이 넓은 안테나 본체부 (10) 를 실현할 수 있다.

또한, 제 1 형상 요소 (12) 와 제 2 형상 요소 (13) 는 동일 평면 상에 형성되지만, 급전선 (14) 과 어스 패턴 (15a, 15b) 은 제 1 형상 요소 (12) 와 제 2 형상 요소 (13) 와 동일한 평면 또는 상이한 다른 평면 상에 형성해도 된다. 상이한 다른 평면에 형성하는 경우, 도 3 에 나타내는 바와 같은 유전체 기체 (16) 의 내부에 있는 비아를 사용하여, 제 2 형상 요소 (13) 와 급전선 (14) 과 접속하고, 또한 급전선 (14) 과 스트립 선로의 신호선 (19) 을 접속할 수 있다. 또한, 급전선 (14) 을 길이 방향 (도 1 에 있어서의 세로 방향) 으로 2 분할하여 2 개의 급전선으로 해도 된다. 이 경우, 일방의 급전선은 제 1 형상 요소 (12) 및 제 2 형상 요소 (13) 와 동일 평면 상에 형성하여 제 2 형상 요소 (13) 와 접속시킨다. 타방의 급전선은 제 1 형상 요소 (12) 및 제 2 형상 요소 (13) 와 상이한 다른 평면 상에 형성하여 스트립 선로의 신호선 (19) 을 접속시킴과 동시에, 도 3 에 나타내는 비아 (20) 를 통해, 상기 일방의 급전선에 접속시킨다.

또한, 스트립 선로의 신호선 (19) 으로부터 급전선 (14) 으로의 접속은 도 3 에 나타내는 비아 (20) 를 사용하여 실시해도 되고, 유전체 기체 (16) 의 끝에 신호선의 패턴을 형성하여 이 패턴을 통해 접속해도 된다. 또, 방사 도체 (11) 는 유전체 기체 (16) 에 한정되지 않고, 방사 도체 (11) 와 어스 패턴 (15a, 15b) 은 절연성 기판 (17) 의 기판 표면 상에 형성해도 된다. 전술한 바와 같이 파장 단축 효과를 추가로 얻는 경우, 절연성 기판 (17) 의 기판 표면 상에 형성된 방사 도체 (11) 위에 유전체 기체를 별도로 형성하면 된다. 방사 도체 (11) 를 절연성 기판 (17) 의 기판 표면 상에 형성하는 경우, 방사 도체 (11) 에 급전하기 위한 마이크로 스트립 전송 선로 등의 전송 선로와 방사 도체 (11) 를 동일한 절연성 기판 (17) 상에 형성할 수 있다.

안테나 장치 (1) 는 도 2, 3 에 나타나는 바와 같이, 그라운드 도체 (18) 를 형성한 절연성 기판 (17) 에 안테나 본체부 (10) 를 표면 실장함으로써 구성된다. 그라운드 도체 (18) 는 예를 들어 유전체 등의 절연성 기판 (17) 의 배면에 프린트 인쇄를 이용하여 형성된다. 이 경우, 안테나 본체부 (10) 에 급전하기 위한 전송 선로, 예를 들어 마이크로 스트립 전송 선로 등의 스트립 선로의 신호선은 절연성 기판 (17) 의 표면에 프린트 인쇄에 의해 형성된다.

또, 절연성 기판 (17) 은 적층기판을 사용할 수도 있지만, 이 경우 그라운드 도체 (18) 는 적층기판의 표층이 아니라, 2 층째, 3 층째 등의 내층에 형성되고 그 위에 절연층이 형성된 구성일 수도 있다.

또한, 절연성 기판 (17) 에 형성되는 안테나 본체부 (10) 에 급전하기 위한 전송 선로는 마이크로 스트립 전송 선로에 한정되지 않고, 절연성 기판 (17) 의 동일 면 상에 그라운드 도체와 신호선을 형성하는 코플레이너 선로 등이어도 된다. 이 경우, 코플레이너 선로의 그라운드 도체가 그라운드 도체 (18) 의 기능을 한다. 코플레이너 선로가 형성된 표면에 안테나 본체부 (10) 를 실장해도 되고, 배면에 실장해도 된다.

또한, 안테나 본체부 (10) 와 그라운드 도체 (18) 는 동일 기판의 동일 평면 상에 배치해도 된다. 이 경우, 안테나 본체부 (10) 를 구성하는 유전체 기체 (16) 등의 기체는 불필요하다. 노출부 (24) 에 대향하는 노출부 대향 영역에 안테나 본체부 (10) 를 형성하고, 기판의 배면에 스트립 선로를 형성하여 비아를 통해 안테나 본체부 (10) 에 급전하도록 구성할 수 있다. 즉, 그라운드 도체 (18) 가 형성되는 면과 안테나 본체부 (10) 의 방사 도체 (11) 가 형성되는 면이 평행하게 되도록 안테나 본체부 (10) 를 배치하면 된다.

또한, 안테나 본체부 (10) 를 형성하는 유전체 기체 (16) 의 표면이나 그라운드 도체 (18) 를 형성하는 절연성 기판 (17) 에는 안테나 본체부 (10) 를 납땜 등으로 절연성 기판 (17) 에 고정 실장하기 위한 단자가 형성되어도 된다. 이러한 단자를 몇군데 형성함으로써, 무선 통신 장치 등의 통신용 기기에 사용되는 경우라도, 취급 중에 안테나 본체부 (10) 가 절연성 기판 (17) 으로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 단자는 예를 들어, 절연성 기판 (17) 에 형성된 스트립 선로의 신호선 (19) 과 유전체 기체 (16) 에 형성된 급전선 (14) 을 납땜 등으로 접속하는 경우에 사용해도 된다. 이 경우, 탈락방지와 전기적인 접속을 동시에 실현할 수 있다.

이러한 단자를 형성하기 위해서, 안테나 소자 (10) 의 끝 (유전체 기체 (16) 의 끝) 과 그라운드 도체 (18) 사이의 거리 (L₁; 도 3 참조) 는 안테나로서의 특성을 손상시키지 않도록, 신호선의 배선 방향에서 통상 －5mm∼5mm 의 범위로 설정된다. 예를 들어, 거리 (L₁) 가 －5mm 인 경우에는 도 3 에 있어서 그라운드 도체 (18) 와 안테나 소자 (10) 가 5mm 의 범위에서 겹쳐진다.

이러한 안테나 장치 (1) 는 직선 편파의 송수신을 실시하는 안테나 장치로서 바람직하게 사용할 수 있다.

다음에, 이러한 안테나 장치 (1) 에 관한 송수신 특성에 관해서 설명한다.

도 5 는 도 2, 3 에 나타내는 안테나 장치 (1) 의 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) 의 주파수 특성의 일례를 나타내고 있다. 일반적으로 전송 선로에 안테나 등의 부하가 접속되거나, 별도의 특성 임피던스를 갖는 전송 선로 등이 접속된 경우, 접속 부분의 불연속성에 의해 전송되는 신호의 진행파의 일부가 반사되어 후퇴파가 발생한다. 그리고, 이 후퇴파가 진행파와 동일 전송 선로 상에 공존하여 정재파가 만들어진다. VSWR 은 이 때 정재파로서 나타나는 전압 신호의 최소치에 대한 최대치의 비율을 말한다. 따라서 VSWR 이 1 에 근접할수록 안테나 본체부 (10) 의 임피던스 매칭이 양호하게 행해지고, 그 결과 안테나 본체부 (10) 의 리턴 로스가 작아져 특성이 향상된다고 할 수 있다.

도 5 에 나타내는 VSWR 의 주파수 특성에서는 VSWR 을 세로축에, 주파수를 가로축에 취하고 있다. 따라서, 광대역에 걸친 작동 주파수를 갖기 위해서는 VSWR 이 1 에 가까운 주파수의 범위가 넓을 필요가 있다. VSWR 이 2.0 보다 작은 경우, 양호한 송수신 특성을 갖는다는 점에서, VSWR 의 주파수 특성에 있어서, VSWR 이 2.0 보다 작은 주파수 대역폭을 사용하여 광대역에 걸친 작동 주파수를 갖는지의 여부를 판정할 수 있다. 그래서, VSWR 이 2 보다 작은 상한의 주파수를 f_H, 하한의 주파수를 f_L 로 하면 하기 식으로 정하는 비대역폭에 의해 동작 주파수 대역의 넓고 좁음을 판정할 수 있다.

비대역폭 ＝ 2ㆍ(f_H－f_L)/(f_H＋f_L) ×100 (%)

비대역폭이 클수록 작동 주파수 대역폭이 넓은 것을 의미한다.

도 2, 3 에 나타내는 안테나 장치 (1) 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성에 관해서는 여러 가지의 예를 들어 후술한다.

또, 본 발명의 안테나 장치에 있어서 VSWR 이 2.0 보다 작은 주파수 대역폭을 사용하였을 때의 비대역폭이 40% 이상이다. 본 발명의 안테나 장치에서는 바람직하게는 VSWR 이 2.2 보다 작은 주파수 대역폭을 사용하였을 때의 비대역폭은 75% 이상이고, 보다 바람직하게는 VSWR 이 2.4 보다 작은 주파수 대역폭을 사용하였을 때의 비대역폭은 85% 이상이고, 특히 바람직하게는 VSWR 이 2.6 보다 작은 주파수 대역폭을 사용하였을 때의 비대역폭은 90% 이상이고, 가장 바람직하게는 VSWR 이 3.0 보다 작은 주파수 대역폭을 사용하였을 때의 비대역폭은 100% 이상이다.

다음에, 본 발명의 안테나 장치의 다른 실시형태인 안테나 장치에 관해서 설명한다.

도 6 및 7 은 도 1 에 나타내는 안테나 장치 (1) 의 구성에, 리플렉터 (41) 및 유전체층 (51) 을 배치한 안테나 장치 (2) 이다.

도 6 은 안테나 장치 (2) 의 평면도이고, 도 7 은 도 6 에 나타내는 안테나 장치 (2) 를 도 6 중의 직선 C-D 로 절단한 단면도이다. 안테나 장치 (2) 는 송신 및 수신의 적어도 일방을 실시하는 안테나 장치이다.

안테나 장치 (2) 에서는 안테나 장치 (1) 와 동일하게, 안테나 본체부 (10) 가 회로 기판 등의 절연성 기판 (17) 의 표면에 실장되어 있다. 한편, 리플렉터 (41) 및 유전체층 (51) 이, 절연성 기판 (17) 의 그라운드 도체 (18) 가 형성된 면 측에 절연성 기판 (17) 을 따라 배치되어 있다.

안테나 본체부 (10) 는 상기 기술한 바와 같이 절연성 기판 (17) 의 표면에 실장되는 표면 실장형의 안테나이다. 안테나 본체부 (10) 및 절연성 기판 (17) 에 관한 설명은 이미 기술하였기 때문에 생략한다.

리플렉터 (41) 는 금속 평판이고, 안테나 본체부 (10) 로부터 방사된 전파를 리플렉터 (41) 표면의 법선 방향으로 예민한 지향성을 형성하여 이득을 향상시키는 기능을 갖는다. 도 6, 7 에 나타내는 바와 같이 리플렉터 (41) 는 절연성 기판 (17) 을 따라 배치되어 있기 때문에 안테나 본체부 (10) 로부터 방사된 전파는 Z 방향으로 반사된다. 또, 리플렉터 (41) 의 표면은 평면형상의 것에 한정되지 않고, 예를 들어 원주, 원주의 일부, 구 또는 구의 일부 등의 곡면을 표면에 갖는 리플렉터이어도 된다. 예를 들어, 원주의 일부의 형상을 표면에 갖는 리플렉터로 하면, 리플렉터의 표면 중 직선을 따른 부분에서는 전파의 지향성을 일 방향으로 강화시키고, 곡선으로 표시되는 부분에서는 전파의 지향성을 넓게(broad)할 수 있다.

또한, 리플렉터 (41) 의 재질은 금속에 한정되지 않고, 전파를 반사하는 것이라면 무엇이든지 좋다. 예를 들어 유리판 등의 유전체 기판에 투명 도전막을 형성한 것을 사용해도 된다. 인공 자기 도체로서 작용하는 EBG 구조 (Electromagnetic Band Gap) 를 사용해도 된다.

리플렉터 (41) 의 표면에는 유전체층 (51) 이 배치되어 있다.

유전체층 (51) 은 절연성 기판 (17) 과 리플렉터 (41) 사이에 배치된 유전체로 이루어지고, 리플렉터 (41) 와 함께 사용함으로써 안테나 장치 (2) 가 고이득으로 되도록 기능한다. 본 실시형태에서는 유전체층 (51) 을 리플렉터 (41) 표면에 배치하고 있지만, 본 발명에서는 절연성 기판 (17) 과 리플렉터 (41) 사이의 원하는 위치에 배치되어 있으면 된다. 그러나, 안테나 장치 (2) 의 동작 주파수 대역 중의 저주파에 있어서 고이득을 유지하기 위해서는 절연성 기판 (17), 공기층 (61), 유전체층 (51), 리플렉터 (41) 의 순서로 되도록, 유전체층 (51) 을 리플렉터 (41) 표면에 배치하는 것이 바람직하다. 유전체층 (51) 의 비유전율은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 비유전율은 1.5∼20, 더욱 바람직하게는 2∼10 인 것이 좋다.

본 실시형태에 있어서 리플렉터 (41) 는 절연성 기판 (17) 을 따라 배치되어 있지만, 본 발명의 리플렉터 (41) 가 반드시 절연성 기판 (17) 을 따라 배치될 필요는 없다. 전파를 반사시키고자 하는 방향에 따라 절연성 기판 (17) 에 대한 리플렉터 (41) 및 유전체층 (51) 의 방향을 변경하여도 된다. 예를 들어 도 6, 7 중의 Z 축에서 Y 축 방향으로 θ＝ 20 도 경사시킨 방향에서 전파의 최대 방사 강도를 얻기 위해서는 절연성 기판 (17) 에 대하여 리플렉터 (41) 및 유전체층 (51) 을 Y 축 방향으로 20 도 경사시켜 배치하면 된다. 또한, 도 6, 7 중의 X 축 방향에서 전파의 최대 방사 강도를 얻기 위해서는 도 6, 7 중의 X 축 방향으로 리플렉터 (41) 및 유전체층 (51) 의 면이 향하도록, 즉 절연성 기판 (17) 에 대하여 수직 방향이 되도록 배치하면 된다.

또, 절연성 기판 (17) 과, 리플렉터 (41) 및 유전체층 (51) 은 평행 또는 대략 평행하게 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 그럼으로써 대략 평면형상의 안테나 장치를 구성할 수 있어 소형 안테나 장치를 제공할 수 있다. 리플렉터 (41) 및 유전체층 (51) 은 절연성 기판 (17) 을 사이에 두고 안테나 본체부 (10) 와 반대측에 배치해도 되고, 안테나 본체부 (10) 측에 배치해도 된다.

도 6 에서는 리플렉터 (41) 의 가로 방향 (X 방향) 의 길이를 L₄₁, 세로 방향 (Y 방향) 의 길이를 L₄₂ 로 하여 리플렉터 (41) 의 형상이 정의되어 있다. 또한, 도 7 에서는 리플렉터 (41) 가 배치되는 위치가 절연성 기판 (17) 으로부터 소정 간격 (L₄₃) 떨어진 위치로서 정의되어 있다.

리플렉터 (41) 의 크기 (길이 L₄₁, L₄₂) 는 금속 평판이 전파의 반사판으로서 기능하도록 설정되어 있다. 리플렉터 (41) 가 소정 값보다 작은 경우 반사판으로서 기능하지 않는다. 안테나 장치 (2) 가 광대역의 주파수 범위에서 리플렉터 (41) 가 기능하고, 광대역에 걸쳐 고이득의 특성을 나타내도록 길이 (L₄₁, L₄₂) 가 설정된다.

예를 들어 안테나 장치 (2) 에서는 길이 (L₄₁) 및/또는 길이 (L₄₂) 는 30mm 이상 있으면 된다. 리플렉터 (41) 의 가로 방향의 길이 (L₄₁) 및/또는 세로 방향의 길이 (L₄₂) 는 절연성 기판 (17) 이 대응하는 방향의 길이와 동등 이상인 것이 바람직하지만, 리플렉터 (41) 의 가로 방향의 길이 (L₄₁) 및 세로 방향의 길이 (L₄₂) 의 어느 일방이 적어도 절연성 기판 (17) 이 대응하는 방향의 길이와 동등 이상이면 된다. 예를 들어, 리플렉터 (41) 의 가로 방향의 길이 (L₄₁) 가 절연성 기판 (17) 의 가로 방향의 길이보다 짧더라도, 리플렉터 (41) 의 세로 방향의 길이 (L₄₂) 가 절연성 기판 (17) 의 세로 방향의 길이보다 길면 된다. 더욱 바람직하게는 길이 (L₄₁) 및/또는 길이 (L₄₂) 는 절연성 기판 (17) 의 가로 방향의 길이 및/또는 세로 방향의 길이의 1.3 배 이상이고, 예를 들어 40mm 이상인 것이 좋다.

또한, 간격 (L₄₃) 을 조정함으로써 광대역의 주파수 범위에서 리플렉터 (41) 가 기능하여 광대역에 걸쳐 고이득의 안테나 장치를 제공할 수 있다. 안테나 장치 (2) 에서의 간격 (L₄₃) 은 5∼25mm 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7∼22mm 의 범위에 있는 것이 좋다. 이 범위에 있어서, 3∼5GHz 의 넓은 동작 주파수 대역에서 고이득의 특성을 나타낸다.

또한 도 6 에서 유전체층 (51) 의 가로 방향의 길이를 L₅₁, 세로 방향의 길이를 L₅₂, 도 7 에서 두께를 L₅₃ 으로 하여 유전체층 (51) 의 형상이 정의되어 있다.

유전체층 (51) 의 형상이 소정 크기보다 작아지면 안테나 장치 (2) 의 이득은 저하된다. 길이 (L₅₁) 및 길이 (L₅₂) 를 소정 범위로 설정함으로써 광대역의 주파수 범위에 있어서 안테나 장치 (2) 가 고이득의 특성이 되도록 기능한다.

예를 들어 안테나 장치 (2) 에서는 길이 (L₅₁) 및/또는 길이 (L₅₂) 는 30mm 이상 있으면 된다. 유전체층 (51) 의 가로 방향의 길이 (L₅₁) 및/또는 세로 방향의 길이 (L₅₂) 는 절연성 기판 (17) 이 대응하는 방향의 길이와 동등 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 유전체층 (51) 의 가로 방향의 길이 (L₅₁) 및 세로 방향의 길이 (L₅₂) 의 어느 일방이, 적어도 절연성 기판 (17) 이 대응하는 방향의 길이와 동등 이상이면 된다. 예를 들어, 유전체층 (51) 의 가로 방향의 길이 (L₅₁) 가 절연성 기판 (17) 의 가로 방향의 길이보다 짧더라도, 유전체층 (51) 의 세로 방향의 길이 (L₅₂) 가 절연성 기판 (17) 의 세로 방향의 길이보다 길면 된다. 더욱 바람직하게는 길이 (L₅₁) 및/또는 길이 (L₅₂) 는 절연성 기판 (17) 의 가로 방향의 길이 및/또는 세로 방향의 길이의 1.3 배 이상이고, 예를 들어 40mm 이상인 것이 좋다.

유전체층 (51) 의 두께 (L₅₃) 는 소정 범위로 설정함으로써 광대역의 주파수 범위에서 안테나 장치 (2) 가 고이득의 특성이 되도록 기능한다. 유전체층 (51) 의 두께 (L₅₃) 의 범위에 관해서는 후술한다.

다음에, 본 발명의 안테나 장치에 관해서 여러 가지의 예에 따라서 구체적으로 안테나 장치의 특성을 설명한다.

예 1 (실시예)

도 5 는 이하에 설명하는 예 1 의 안테나 장치 (1) 에서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 5 중에는 비교예로서, 예 1 과 다른 도 33 에 나타내는 안테나를 사용한 후술하는 예 7 (비교예) 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성도 나타나 있다. 이 주파수 특성은 FI (Finite-Integration) 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다.

예 1 은 도 1 에 나타내는 안테나 본체부 (10) 를 갖는 안테나 장치 (1) 를 사용한 예이다. 예 7 은 도 1 에 나타내는 안테나 본체부 (10) 대신에, 도 33 에 나타나는 바와 같이 원 형상의 방사 도체 (111) 에 의해 구성된 안테나 본체부 (110) 를 사용한 안테나 장치이다. 상세한 것은 후술한다.

예 1 및 예 7 모두, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 안테나 본체부 (10, 110) 는 절연성 기판 (17) 의 일방의 면에 실장되고, 타방의 면에는 그라운드 도체 (18) 가 형성되어 있다.

또, 예 1 에서의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수가, 이후에 기술하는 예 2∼7 과 함께 표 1 에 나타나 있다. 표 1 중에서의 어스 패턴, 유전체 기체, 절연성 기판 및 그라운드 도체의 항목 중의 세로, 가로는 도 2, 도 6 에 있어서의 세로 방향의 길이, 가로 방향의 길이를 말한다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 예 1 에서의 주파수 특성의 비대역폭은 120% 이고, 예 7 에서의 주파수 특성의 비대역폭은 40% 이다. 예 1 쪽이 비대역폭이 넓어 동작 주파수 대역이 넓다. 또한, 예 1 은 VSWR 의 값이 1 에 근접해 있고, 안테나에서의 리턴 로스가 작아져 안테나로서의 송수신 특성이 향상된다. 따라서, 제 1 형상 요소 (12) 와 제 2 형상 요소 (13) 의 일부가 공유화되도록 형상을 이룬 방사 도체 (11) 에 의해서, 비대역폭을 넓게 할 수 있음과 동시에, 광대역에 걸쳐 최적의 임피던스 매칭을 달성할 수 있다. 즉, 방사 도체 (11) 가 제 2 형상 요소 (13) 를 구비함으로써 비대역폭을 향상시킬 뿐만 아니라, 양호한 임피던스 매칭을 실현한다.

이로써 방사 도체 (11) 에 있어서의 제 1 형상 요소 (12) 의 크기에 따라, 제 2 형상 요소 (13) 의 형상을 적절히 조정함으로써, 광대역에 걸쳐 최적의 임피던스 매칭을 실현할수 있음을 알 수 있다. 또한, 제 2 형상 요소 (13) 에 있어서의 타원 형상의 장축 반경 및 단축 반경을 적절히 조정하여 보다 광범위한 주파수 대역에서 양호한 매칭을 얻을 수 있게 된다.

예 2 (실시예)

도 8 은 예 2 의 안테나 장치 (1) 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 이 안테나 장치 (1) 는 도 1 에 나타내는 안테나 본체부 (10) 를 갖고, 예 1 과 치수가 다른 안테나 본체부 (10) 를 절연성 기판 (17) 에 실장한 안테나 장치이다. 도 8 에 나타내는 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 예 2 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 1 에 나타나 있다.

그밖에, 예 2 에서의 급전선 (14) 의 길이는 0.7mm 이다. 유전체 기체 (16) 의 두께는 1.2mm 이고, 방사 도체 (11) 는 유전체 기체 (16) 의 내부에 형성되어 있다. 유전체 기체 (16) 는 도 16 에 나타내는 바와 같이 다른 비유전율을 갖는 2 종류의 유전체층 (제 1 유전체층 (32) 및 제 2 유전체층 (33)) 의 내부에 방사 도체 (11) 가 형성된 구성이다. 제 1 유전체층 (32) 은 비유전율이 22.7 이고, 제 2 유전체층 (33) 은 비유전율이 6.6 이다.

도 8 에 나타내는 VSWR 의 주파수 특성으로부터 요구되는 비대역폭은 115% 로, 도 5 에 나타내는 예 7 의 비대역폭 40% 에 비교하여 동작 주파수 대역이 넓다.

예 3 (실시예)

도 9 는 상기 기술한 예 2 와 거의 동일한 구성의 안테나 장치를 제작하였을 때의 안테나 장치의 VSWR 의 주파수 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

구체적으로는 유전체 기체 (16) 는 예 2 와 같이 다른 비유전율을 갖는 2 종류의 유전체층 (제 1 유전체층 (32) 및 제 2 유전체층 (33)) 에 의해서 구성하였다. 이 유전체 기체 (16) 의 내부에, 유전체 기체 (16) 의 두께 방향의 대략 중앙 부분에 안테나 본체부 (10) 를 구성하는 방사 도체 (11) 및 급전선 (14) 을 동일 평면에 형성하였다. 제 1 유전체층 (32) 은 각각 비유전율이 22.7, 두께가 0.3mm 이고, 제 2 유전체층 (33) 은 각각 비유전율이 7.6, 두께가 0.3mm 이다.

예 3 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 1 에 나타나 있다.

그밖의 치수로서, 유전체 기체 (16) 의 전체 두께는 1.2mm 이다. 절연성 기판 (17) 의 두께는 0.8mm 이다. 제 2 형상 요소 (13) 인 반타원 형상 중 곡률 반경이 가장 작아지는 부분이 제 1 형상 요소 (12) 의 원 형상의 대략 중앙 부근에 위치하고, 또 제 2 형상 요소 (13) 의 반타원 형상 중 직선 부분 (타원 형상을 절반으로 절단한 측의 부분) 은 제 1 형상 요소 (12) 로부터 튀어나오도록 배치하였다. 제 1 형상 요소 (12) 에서 보아 제 2 형상 요소 (13) 의 위치 방향의 둘레가장자리부에 접속되는 급전선 (14) 은 길이가 0.9mm, 폭은 0.2mm 이다. 제 2 형상 요소 (13) 와 접속되지 않는 급전선 (14) 의 타방의 둘레가장자리부는 유전체 기체 (16) 의 끝 (도면 1 에서는 유전체 기체 (16) 의 하변) 으로부터 0.8mm 떨어진 위치에 있다.

한편, 어스 패턴 (15a, 15b) 을 절연성 기판 (17) 과 접하는 측의 유전체 기체 (16) 의 면 상에 형성하고, 도시되지 않은 급전 패드를 어스 패턴 (15a, 15b) 사이에 배치하였다. 도시되지 않은 급전 패드의 크기는 세로 1.1mm, 가로 1.4mm 이다. 어스 패턴 (15a, 15b) 과 도시되지 않은 급전 패드의 간격은 각각 0.5mm 이다. 이 급전 패드를 비아 (20) 를 통해 급전선 (14) 의 단부에 접속하였다.

그라운드 도체 (18) 를 갖는 절연성 기판 (17) 은 두께 0.8mm, 동박 두께 0.018mm 의 양면에 구리가 부착된 수지 기판 (마츠시타 전공사 제 R-1766T, 비유전율 4.7) 을 사용하여 제작하였다. 절연성 기판 (17) 의 일방의 면에는 신호선 (19) 을, 타방의 면에는 그라운드 도체 (18) 를 형성하고, 유전체 기체 (16) 를, 신호선 (19) 이 형성된 절연성 기판 (17) 의 일방의 면의 끝 (도 2 에 나타내는 절연성 기판 (17) 의 우측 상단) 에 실장하였다.

전송 선로의 신호선 (19) 은 마이크로 스트립 전송 선로의 신호선으로 하고, 횡폭은 1.4mm 이다. 그라운드 도체 (18), 신호선 (19) 및 도시하지 않은 접합 패드 (급전 패드와 접합되는 패드) 등의 도체 패턴을 에칭에 의해 형성하였다. 이들 도체에는 금 플래시 처리를 실시하고, 접합 패드 이외의 도체 표면 부분은 땜납 레지스트로 피복하였다.

절연성 기판 (17) 의 접합 패드의 위치에 납성분이 없는 크림 (센쥬 금속사 제 M705) 을 메탈 마스크를 사용하여 인쇄하였다. 유전체 기체 (16) 를 소정 위치에 위치맞춤하여 절연성 기판 (17) 에 올리고, 그 후 250℃ 에서 가열하여 절연성 기판 (17) 과 유전체 기체 (16) 를 땜납으로 용착 접합하였다. 그럼으로써, 신호선 (19) 을 유전체 기체 (16) 의 급전 패드와 접속하고, 또한 어스 패턴 (15a, 15b) 을 절연성 기판 (17) 에 형성된 도시되지 않은 접합 패드 및 비아를 통해 그라운드 도체 (18) 와 접속하였다.

이렇게 해서 제작된 안테나 장치에 관해서 VSWR 의 측정을 실시하고, 도 9 에 나타내는 측정 결과를 얻었다. 이 때의 비대역폭은 120% 로, 도 5 에 나타내는 예 7 의 비대역폭 40% 에 비교하여 동작 주파수 대역폭이 넓은 것을 알 수 있다.

또한, 제 2 형상 요소 (13) 를 직사각형 형상으로 한 안테나 장치를 제작한 경우에도 동일한 비대역폭을 갖는 것이 확인되었다.

예 4, 5, 6 (실시예)

도 10∼12 는 방사 도체 (11) 의 형상을 변경한 예 4∼6 을 나타내는 도면이다.

도 10 에 나타내는 방사 도체 (11) 를 사용한 안테나 장치 (1) 를 예 4, 도 11 에 나타내는 방사 도체 (11) 를 사용한 안테나 장치 (1) 를 예 5, 도 12 에 나타내는 방사 도체 (11) 를 사용한 안테나 장치 (1) 를 예 6 으로서 나타낸다.

도 10 에 나타내는 예 4, 도 11 에 나타내는 예 5 및 도 12 에 나타내는 예 6 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 1 에 나타나 있다.

예 4 및 예 5 에서는 방사 도체 (11) 의 제 2 형상 요소 (13) 인 반타원 형상 중 곡률 반경이 가장 작아지는 부분을 제 1 형상 요소 (12) 와 공유화하도록 조합하여 방사 도체 (11) 를 배치하고 있다. 예 4 에서는 제 1 형상 요소 (12) 의 장축을 도 10 에서 가로 방향으로, 예 5 에서는 제 1 형상 요소 (12) 의 장축을 도 11 에서 세로 방향으로 정하고 있다.

또 이하, 도 10 에 있어서의 안테나 본체부 (10) 는 제 1 형상 요소 (12) 의 장축을 도면 중 가로 방향으로 정한 것으로 하고, 도 11 에 있어서의 안테나 본체부 (10) 는 제 1 형상 요소 (12) 의 장축을 도면 중 세로 방향으로 정한 것으로 하여 구별하여 취급한다.

도 12 는 방사 도체 (11) 의 제 1 형상 요소 (12) 를 육각형 형상으로, 제 2 형상 요소 (13) 를 반타원 형상으로 하여, 제 2 형상 요소 (13) 인 반타원 형상 중 곡률 반경이 작은 부분을 급전선 (14) 과 접속하도록 배치시킨 것이다.

표 1 중의 예 6 에 있어서의 육각형 형상의 세로 (제 1 형상 요소 (12) 의 항목) 는 도 12 에 있어서의 세로 방향의 길이이고, 가로는 도 12 에 있어서의 가로 방향의 길이이다. 제 2 형상 요소 (13) 의 반타원 형상은 타원 형상을 단축 방향을 따라 절단한 것이다.

도 13 은 예 4, 5 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타낸다. 이 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 도 13 에서, 예 4 및 예 5 모두 예 1 과 거의 동등한 비대역폭을 갖고, 도 5 에 나타내는 비대역폭 40% 의 예 7 에 비교하여 동작 주파수 대역이 넓다.

도 14 는 또한 예 6 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 14 에서, VSWR 이 3 이하가 되는 주파수 대역폭이 도 5 에 나타내는 예 1 의 주파수 대역폭과 거의 동등하고, 비대역폭이 61% 정도이다. 이와 같이 제 1 형상 요소 (12) 는 원, 타원 또는 삼각형, 사각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형, 대략 원, 대략 타원 또는 대략 다각형 등 중에서 선택된 형상을 갖고, 제 2 형상 요소 (13) 는 원, 타원, 다각형, 사다리꼴, 대략 원, 대략 타원, 대략 다각형, 또는 대략 사다리꼴 등 중에서 선택된 형상의 적어도 일부분을 가짐으로써, 어느 조합에서나 80% 이상의 비대역폭이 얻어진다. 그럼으로써, 도 31∼33 에 나타내는 바와 같은 원 형상의 형상 요소를 사용한 안테나에 비교하여 비대역폭이 향상된 광대역의 동작 주파수의 특성을 실현한다. 보다 양호한 광대역의 동작 주파수를 얻기 위해서는 제 1 형상 요소 (12) 및 제 2 형상 요소 (13) 는 원형, 타원형 및 원형이나 타원의 형상에 가까운 다각형 중 어느 하나의 형상을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에서는 방사 도체 (11) 에 있어서의 제 1 형상 요소 (12) 및 제 2 형상 요소 (13) 의 조합은 도 1 과 같은 원 형상 및 반타원 형상의 조합에 한정되지 않는다. 제 1 형상 요소 (12) 는 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형 및 대략 타원형 중에서 선택되는 형상을 사용하고, 제 2 형상 요소 (13) 는 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형, 대략 타원형, 사다리꼴 및 대략 사다리꼴 중에서 선택되는 형상의 일부분을 적어도 사용한 형상이면 된다.

예 7 (비교예)

예 7 은 도 1 에 나타내는 안테나 본체부 (10) 대신에 원 형상의 방사 도체 (111) 에 의해 구성된 안테나 본체부 (110; 도 33 참조) 를 사용한 안테나 장치로, 본 발명의 안테나 장치에 포함되지 않는다. 도 33 중의 부호 114 는 급전선이고, 부호 115a, 115b 는 어스 패턴이고, 부호 116 는 유전체 기체이다. 급전선 (114), 어스 패턴 (115a, 115b) 및 유전체 기체 (116) 는 도 1 에 나타내는 급전선 (14), 어스 패턴 (15a, 15b) 및 유전체 기체 (16) 와 동일한 구성이다.

도 33 에 나타내는 안테나 (110) 는 도 31 에 나타내는 방사 도체인 평면 디스크 모노폴 (101) 이 금속 평판 (103) 에 수직으로 세워져 설치되는 형태가 아니라, 도 3 에 나타내는 바와 같은 절연성 기판 (17) 에 방사 도체 (111) 가 평행하게 배치되어 구성되어 있다.

도 33 에 나타내는 예 7 의 안테나 장치의 주요부의 치수는 표 1 에 나타나 있다.

도 5 에 나타내는 예 7 의 비대역폭은 40% 이다.

예 8 (실시예)

본 발명의 안테나 장치 (1) 에서는 어스 패턴 (15a, 15b) 이 반드시 형설될 필요는 없다. 도 15 는 예 1 로부터 어스 패턴 (15a, 15b) 을 제거한 예 8 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 이 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 예 8 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 이하에 기술하는 예 9∼18 의 주요부의 치수와 함께 하기 표 2 에 나타나 있다. 표 2 중에서의 어스 패턴, 유전체 기체, 절연성 기판 및 그라운드 도체의 각 항목 중의 세로, 가로는 도 2, 도 6 에서의 세로 방향의 길이, 가로 방향의 길이를 말한다.

도 15 에 나타내는 바와 같이, 예 8 에서는 비대역폭이 57% 로, 예 1 에 비교하여 비대역폭이 향상되어 있다. 한편, 예 8 에서는 예 1 에 비교하여 VSWR 의 값이 1 로부터 멀어져 있다. 이로부터, 어스 패턴 (15a, 15b) 은 동작 주파수 대역의 폭에 영향을 주지 않고, 급전선 (14) 과 작용하여 임피던스 매칭을 효과적으로 행함을 알 수 있다. 이와 같이 어스 패턴 (15a, 15b) 을 제거함으로써 VSWR 이 1 로부터 멀어지는 점에서, 임피던스 매칭을 효과적으로 행하기 위해서는 어스 패턴 (15a, 15b) 을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 절연성 기판 (17) 에 보조 패턴 및 비아를 형성하고 (도시하지 않음), 보조 패턴 및 비아를 통해 어스 패턴 (15a, 15b) 과 그라운드 도체 (18) 를 접속하는 것이 더욱 바람직하다.

예 9, 10, 11 (실시예)

도 16 은 다른 비유전율을 갖는 2 종류의 유전체층의 내부에 방사 도체 (11) 를 형성한 안테나 본체부 (10) 를 나타내는 도면이다. 도 17 은 유전체 기체 (16) 의 비유전율을 변화시켰을 때의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 이 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 예 9 는 비유전율이 6.6 인 1 종류의 유전체 적층 기체의 내부에 방사 도체 (11) 를 형성한 것이고, 예 10 은 유전율이 22.7 인 1 종류의 유전체 적층 기체의 내부에 방사 도체 (11) 를 형성한 것이다. 예 11 은 도 16 에 나타내는 바와 같이 상이한 비유전율을 갖는 2 종류의 유전체층의 내부에 방사 도체 (11) 를 형성한 것이다. 제 1 유전체층 (32) 은 비유전율이 22.7 이고, 제 2 유전체층 (33) 은 비유전율이 6.6 이다.

예 9∼11 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 2 에 나타나 있다.

도 17 에 나타내는 바와 같이 예 9∼11 모두 비대역폭은 도 5 에 나타내는 예 7 의 비대역폭에 비교하여 넓은 것을 알 수 있다.

예 12 (실시예)

안테나 본체부 (10) 가 절연성 기판 (17) 에 실장되는 부분은 도 2 에 나타나는 바와 같이 그라운드 도체 (18) 가 형성되지 않고 절연성 기판 (17) 이 노출되는 노출부 (24) 와 대향하는 노출부 대향 영역이다. 이 때, 그라운드 도체 (18) 의 형상 및 크기에 따라서 넓은 동작 주파수 대역을 갖는 주파수 특성이 크게 손상되는 일은 없다.

도 18 은 그라운드 도체 (18) 의 크기가 예 11 과 다른 예 12 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 이 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 예 12 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 2 에 나타나 있다.

도 18 로부터 알 수 있는 바와 같이, 그라운드 도체 (18) 의 형상을 크게 하면 비대역폭은 향상된다. 따라서, 예 11 과 같은 정도 이상의 크기의 그라운드 도체 (18) 를 형성하는 한, 넓은 동작 주파수 대역을 갖는 주파수 특성은 손상되지 않는다.

예 13 (실시예)

도 2 에 나타내는 안테나 본체부 (10) 는 그라운드 도체 (18) 가 형성되지 않는 영역, 즉 절연성 기판 (17) 의 노출부 (24) 에 대향하는 노출부 대향 영역에 배치하여 구성되지만, 안테나 본체부 (10) 가 배치되는 위치에 따라서 넓은 동작 주파수 대역을 갖는 주파수 특성은 손상되지 않는다.

도 19 는 도 1 에 나타내는 안테나 본체부 (10) 를 절연성 기판 (17) 의 노출부 (24) 의 중앙부에 배치한 예 13 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 이 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다.

예 13 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 2 에 나타나 있다.

예 12 에서는 안테나 본체부 (10) 를 절연성 기판 (17) 의 노출부 대향 영역의 우단부에 배치하고 있다. 예 13 에서도 예 12 와 동일하게 양호한 특성을 나타내고 있다. 그러나, 예 12 에 비교하여 약간 비대역폭이 감소하고 있다. 이러한 점에서, 안테나 본체부 (10) 는 절연성 기판 (17) 의 노출부 대향 영역의 단부에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 절연성 기판 (17) 의 4 구석 중 어느 하나에 배치되는 것이 바람직하다. 도 2 에서는 도면 중 우측 상단에 안테나 본체부 (10) 를 배치하고 있지만, 좌측 상단, 우측 하단 또는 좌측 하단에 배치해도 된다.

예 14, 15 (실시예)

본 발명에서는 도 20 에 나타내는 바와 같이, 절연성 기판 (17) 의 노출부 대향 영역에 안테나 본체부 (10) 가 형성되지만, 안테나 본체부 (10) 의 끝 (유전체 기체 (16) 의 끝) 으로부터 소정 거리 (L₂) 떨어진 위치에, 제 2 그라운드 도체 (15) 의 단부를 갖도록 제 2 그라운드 도체 (15) 를 형성해도 된다. 거리 (L₂) 는 신호선의 배선 방향과 직교하는 방향에서의 거리이다.

도 21 은 도 20 중의 거리 (L₂) 를 3mm 로 하는 예 14 와 거리 (L₂) 를 0mm 로 하는 예 15 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 이 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 예 14, 15 의 안테나 장치 (1) 에 있어서의 주요부의 치수는 표 2 에 나타나 있다.

예 14 에서는 비대역폭이 50% 로, 비대역폭이 커서 광대역의 동작 주파수 대역을 갖는다. 예 15 에서는 비대역폭이 절반 정도인 42% 정도로 감소한다. 따라서, 안테나 본체부 (10) 를 실장한 안테나 장치의 구성에 있어서, 거리 (L₂) 가 3mm 이상이 되도록 제 2 그라운드 도체 (15) 를 형성하는 것이 바람직하다.

그라운드 도체 (18) 를 형성하는 절연성 기판 (17) 은 다른 회로 소자 등이 배치된 회로 기판으로 할 수도 있다. 이 경우, 회로 기판의 그라운드 도체가 그라운드 도체 (18) 가 된다. 안테나 본체부 (10) 는 회로 기판의 노출부 대향 영역, 즉 절연성 기판 (17) 의 노출부 (24) 에 대향하는 반대측 면의 영역에 배치된다. 따라서, 회로 기판의 노출부 이외의 영역은 다른 회로 소자 등을 배치하는 공간으로 이용할 수 있다. 제 2 그라운드 도체 (15) 를 형성하면, 이밖의 회로 소자 등을 배치하는 공간을 늘릴 수 있다.

이와 같이, 제 2 그라운드 도체 (15) 를 형성함으로써 노출부 (24) 를 작게 할 수 있어, 소형인 구성으로 또한 동작 주파수 대역이 넓은 안테나 장치를 제공할 수 있다.

예 16, 17 (실시예)

다음에, 도 4 에 나타내는 방사 도체 (11) 의 형상과 비대역폭의 관계를 설명한다.

방사 도체 (11) 의 형상을 나타내는 지표로서, 도 4 에 나타내는 바와 같이 방사 도체 (11) 의 제 1 형상 요소 (12) 의 세로 방향의 길이 (L₃₁) 및 제 1 형상 요소 (12) 로부터 튀어나온 제 2 형상 요소 (13) 의 세로 방향의 길이 (L₃₂) 를 사용하여 하기 수학식 1 로 표현되는 세로 길이 비율 (α) 을 정하였다. L₃₁＋L₃₂ 는 방사 도체 (11) 의 패턴 형상의 윤곽으로서 나타나는 전체의 세로 길이이다.

세로 길이 비율 (α) ＝ L₃₁/(L₃₁＋L₃₂)

도 4 에 나타내는 방사 도체 (11) 의 형상에서는 제 2 형상 요소 (13) 의 반타원 형상 중, 곡률 반경이 가장 작아지는 부분이 제 1 형상 요소 (12) 의 원 형상의 대략 중앙 부근에 위치하고 있지만, 이 부분이 반드시 중앙 부근에 위치하도록 구속할 필요는 없다. 상기 구속을 해제하여 세로 길이 비율 (α) 을 조정함으로써, 비대역폭이 넓은, 광대역의 동작 주파수 대역을 갖는 안테나 장치를 얻을 수 있다.

예 16 의 안테나 장치 (1) 는 예 1, 2 와 동일한 구성이고, 표 2 에 주요부의 치수가 나타나 있다.

방사 도체 (11) 는 도 16 에 나타내는 바와 같이 다른 비유전율을 갖는 2 종류의 유전체층의 내부에 형성하였다. 제 1 유전체층 (32) 은 각각 비유전율이 18.5, 두께가 0.25mm 이고, 제 2 유전체층 (33) 은 각각 비유전율이 7.2, 두께가 0.25mm 이다. 유전체 기체 (16) 의 전체의 두께는 1.0mm 이다.

제 1 형상 요소 (12) 에서 보아 제 2 형상 요소 (13) 의 위치 방향의 둘레가장자리부에 접속되는 급전선 (14) 은 길이가 0.9mm, 폭이 0.2mm 이고, 제 2 형상 요소 (13) 와 접속되지 않는 급전선 (14) 의 타방의 둘레가장자리부는 유전체 기체 (16) 의 끝 (도 1 에서는 유전체 기체 (16) 의 하변) 으로부터 0.7mm 떨어진 위치이다.

한편, 어스 패턴 (15a, 15b) 을 절연성 기판 (17) 과 접하는 측의 유전체 기체 (16) 의 면 상에 형성하고, 도시되지 않은 급전 패드를 어스 패턴 (15a, 15b) 사이에 배치하였다. 도시되지 않은 급전 패드의 크기는 세로 1.1mm, 가로 1.4mm 이다. 어스 패턴 (15a, 15b) 과 도시되지 않은 급전 패드의 간격은 각각 0.5mm 이다. 이 급전 패드는 비아 (20) 를 통해 급전선 (14) 의 단부에 접속된다.

절연성 기판 (17) 의 두께는 0.8mm, 비유전율은 4.7 이다. 절연성 기판 (17) 에는 일방의 면에 신호선 (19) 을, 타방의 면에 그라운드 도체 (18) 를 형성하고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 유전체 기체 (16) 를 신호선 (19) 이 형성된 면측의 우측 상단부에 배치하였다. 신호선 (19) 은 마이크로 스트립 전송 선로의 신호선으로 하고, 횡폭은 1.4mm 이다. 신호선 (19) 을 유전체 기체 (16) 의 급전 패드와 접속하고, 또한 어스 패턴 (15a, 15b) 을 절연성 기판 (17) 에 형성된 도시되지 않은 급전 패드 및 비아를 통해 그라운드 도체 (18) 와 접속하였다.

방사 도체 (11) 의 제 1 형상 요소 (12) 와 제 2 형상 요소 (13) 와 급전선 (14) 은 유전체 기체 (16) 의 내부 (두께 방향의 대략 중앙 부분) 에 동일 평면 상에 형성하였다. 제 2 형상 요소 (13) 의 반타원 형상 중 직선 부분 (타원 형상을 절반으로 절단한 측의 부분) 은 제 1 형상 요소 (12) 로부터 튀어나오도록 배치하였다. 제 1 형상 요소 (12) 의 가로 방향의 길이는 8.6mm, 방사 도체 (11) 의 세로 방향의 전체의 길이 L₃₁＋L₃₂ 는 8.2mm 로 하고, 길이 (L₃₁) 를 변화시켜 세로 길이 비율 (α) 을 변화시켰다. 따라서, 제 1 형상 요소 (12) 는 세로 길이 비율 (α) 에 따라 타원 형상 또는 원 형상으로 변화된다.

도 22 는 예 16 의 안테나 장치 (1) 의 세로 길이 비율 (α) 과 비대역폭의 관계를 나타내는 특성도이다. 이 특성도는 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 VSWR 의 주파수 특성을 사용하여 구한 것이다.

도 22 에 의하면, 세로 길이 비율 (α) 이 30∼95% 의 넓은 범위에 걸쳐 40% 이상의 비대역폭을 얻을 수 있고, 바람직하게는 세로 길이 비율 (α) 이 42∼93% 의 범위 (50% 이상의 비대역폭), 보다 바람직하게는 세로 길이 비율 (α) 이 50∼92% 의 범위 (60% 이상의 비대역폭) 에 있는 것이 좋다. 이와 같이 방사 도체 (11) 의 형상을 규정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세로 길이 비율 (α) 이 64% 의 방사 도체 (11) 를 갖는 안테나 장치 (1) 를 예 17 로서 제작하여 VSWR 을 측정하였다. 도 23 은 VSWR 의 주파수 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

예 17 의 안테나 장치 (1) 는 예 3 과 동일한 제작 방법을 사용하여 제작하였다.

예 17 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 2 에 나타나 있다.

이 때의 방사 도체 (11) 의 패턴 형상으로서 나타나는 세로 방향의 전체의 길이 L₃₁＋L₃₂ 는 8.1mm 이다. 방사 도체 (11) 의 형상 이외에는 예 16 과 동일한 구성으로 하였다.

도 23 에 나타내는 예 17 의 비대역폭은 69% 이다.

또한, 제 2 형상 요소 (13) 를 직사각형 형상으로 하고, 길이 (L₃₂) 를 2.9mm, 가로 방향의 길이를 0.8mm 로 한 경우에도 동일한 비대역폭을 얻는 것이 확인되었다.

예 18 (실시예)

또한, 방사 도체 (11) 의 형상을 변경한 안테나 장치를 예 18 로서 설명한다.

도 24 는 예 18 의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 이 주파수 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다.

예 18 의 안테나 장치 (1) 의 주요부의 치수는 표 2 에 나타나 있다. 또, 예 18 의 제 2 형상 요소 (13) 의「정방형 형상 1 변 2mm」는 제 1 형상 요소 (12) 로부터 튀어나온 형상이 1 변 2mm 의 정방형 형상인 것을 의미한다.

또한, 급전선 (14) 의 길이는 0.7mm, 폭 0.2mm 이다. 급전선 (14) 의 우단과 어스 패턴 (15a) 의 좌단의 간격, 및 급전선 (14) 의 좌단과 어스 패턴 (15b) 의 우단의 간격은 2mm 이다. 또한, 도 2 에 나타내는 바와 같이 안테나 본체부 (10) 를 절연성 기판 (17b) 의 상면에 실장하였다. 안테나 본체부 (10) 를 실장한 측과 반대측에 그라운드 도체 (18) 를 형성하였다.

도 24 에 나타내는 예 18 의 비대역폭은 68% 이다.

다음에, 도 6, 7 에 나타내는 바와 같이, 안테나 본체부 (10), 절연성 기판 (17) 을 구비하는 안테나 장치 (1) 의 구성에 리플렉터 (41), 나아가서는 유전체층 (51) 을 부가한 안테나 장치 (2) 에 관해서 설명한다.

예 19 (실시예)

예 19 로서 안테나 장치 (2) 에 사용하는 안테나 본체부 (10) 의 방사 도체 (11) 는 도 16 에 나타내는 바와 같이 다른 비유전율을 갖는 2 종류의 유전체층으로 이루어지는 유전체 기체 (16) 의 내부에 형성하였다. 안테나 장치 (2) 는 예 16 과 동일한 구성에, 리플렉터 (41) 를 부가한 것이다.

예 19 의 안테나 장치 (2) 의 주요부의 치수는 후술하는 예 20, 21 의 치수와 함께 하기 표 3 에 나타나 있다. 표 3 중에서의 어스 패턴, 유전체 기체, 절연성 기판 및 그라운드 도체의 각 항목 중의 세로, 가로는 도 2, 도 6 에 있어서의 세로 방향의 길이, 가로 방향의 길이를 말한다.

또, 방사 도체 (11) 의 제 1 형상 요소 (12) 로부터 튀어나온 제 2 형상 요소 (13) 의 세로 방향의 길이 (L₃₂) 는 1.8mm 이다. 리플렉터 (41) 의 대략 중앙 부근에 절연성 기판 (17) 을 배치하고, 절연성 기판 (17) 과 리플렉터 (41) 가 대략 평행하게 되도록 구성하였다. 리플렉터 (41) 는 절연성 기판으로부터 원하는 간격 (간격 (L₄₃)) 떨어져 배치된다.

도 25 는 안테나 장치 (2) 의 간격 (L₄₃) 을 변화시켰을 때의, 도 6, 7 에 있어서의 Z 축 방향 (β＝ 0 도) 의 이득의 특성을 나타내는 특성도이다. 이 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다.

도 25 에 나타내는 바와 같이, 간격 (L₄₃) 을 조정함으로써, 광대역의 주파수 범위에서 리플렉터 (41) 가 기능하고, 안테나 장치 (2) 는 광대역에 걸쳐 고이득의 특성을 나타낸다. 간격 (L₄₃) 의 바람직한 범위는 5∼25mm 의 범위이고, 이 범위에 있어서 3∼5GHz 의 광대역의 주파수 범위에서 고이득의 특성을 갖는다. 간격 (L₄₃) 은 더욱 바람직하게는 7∼22mm 의 범위에 있는 것이 좋다.

도 26 은 간격 (L₄₃) 을 7.5mm 로 하였을 때의, 도 6, 7 에 나타내는 X-Z 면의 수직 편파의 지향성을 나타내는 특성도이다. 이 지향성도 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 도 26 에 나타내는 바와 같이, 예 19 의 안테나 장치 (2) 는 θ＝ 0 도의 근방에 있어서 광대역 (주파수 대역) 에 걸쳐 고이득의 특성을 나타낸다.

한편, 도 27 은 간격 (L₄₃) 을 10mm 로 하고, 가로 방향 (도 6, 7 중의 가로 방향) 의 길이 (L₄₁) 를 변화시켰을 때의, 도 6, 7 에서의 Z 축 방향 (θ＝ 0 도) 의 이득의 특성을 나타내는 특성도이다. 이 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 또, 길이 (L₄₂) 는 길이 (L₄₁) 와 동일하게 하였다.

도 27 에 나타내는 바와 같이, 길이 (L₄₁) 및 길이 (L₄₂) 를 조정함으로써, 광대역의 주파수 범위에서 리플렉터 (41) 가 기능하고, 안테나 장치 (2) 는 광대역에 걸쳐 고이득의 특성을 나타낸다. 길이 (L₄₁) 및/또는 길이 (L₄₂) 의 바람직한 범위는 30mm 이상이다. 절연성 기판 (17) 의 형상은 세로 28mm, 가로 30mm 이기 때문에, 리플렉터 (41) 의 길이 (L₄₁) 및/또는 길이 (L₄₂) 는 절연성 기판 (17) 이 대응하는 방향의 길이와 동등 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어 리플렉터 (41) 의 길이 (L₄₁) 가 절연성 기판 (17) 의 가로 방향의 길이보다 짧더라도, 길이 (L₄₂) 이 절연성 기판 (17) 의 세로 방향의 길이보다 길면 된다. 더욱 바람직하게는 리플렉터 (41) 의 길이 (L₄₁) 및/또는 길이 (L₄₂) 가 40mm 이상 있으면 된다. 즉, 리플렉터 (41) 의 길이 (L₄₁) 및/또는 길이 (L₄₂) 의 각각이, 절연성 기판 (17) 이 대응하는 세로 방향의 길이 및/또는 가로 방향의 길이의 1.3 배 이상 있으면 된다.

이와 같이 리플렉터 (41) 의 길이 (L₄₁), 길이 (L₄₂), 간격 (L₄₃) 를 조정함으로써, 금속 평판을 리플렉터로서 유효하게 기능시킬 수 있다.

예 20 (실시예)

다음에, 예 19 의 안테나 장치 (2) 에 있어서의 방사 도체 (11) 의 제 1 형상 요소 (L₂) 와 제 2 형상 요소 (13) 의 형상만을 변경한 안테나 장치 (2) 를 예 (20) 로 들어 설명한다.

예 20 의 안테나 장치 (2) 의 주요부의 치수는 표 3 에 나타나 있다.

방사 도체 (11) 의 패턴 형상의 윤곽으로서 나타나는 세로 방향의 전체의 길이 L₃₁＋L₃₂ 가 8.1mm 이고, 길이 (L₃₂) 가 2.9mm 이다.

도 28 은 간격 (L₄₃) 이 10mm 일 때의, 도 6, 7 에 나타내는 X-Z 면의 수직 편파의 지향성을 나타내는 특성도이다. 이 지향성도 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다.

도 28 에 나타내는 바와 같이, 예 20 의 안테나 장치 (2) 는 θ＝ 0 도의 근방에 있어서 광대역 (주파수 대역) 에 걸쳐 고이득의 특성을 나타낸다.

또한, 제 2 형상 요소 (13) 를 직사각형 형상으로 하고, 길이 (L₃₂) 가 2.9mm, 가로 방향의 길이가 0.8mm 인 경우에도 도 28 과 동일한 지향성을 갖는 것이 확인되었다.

예 21 (실시예)

또한 도 6, 7 에 나타내는 안테나 장치 (2) 에 있어서의 유전체층 (51) 의 특성을 설명한다.

안테나 장치 (2) 는 예 19 와 동일한 구성과 치수를 갖는 안테나 본체부 (10) 와 절연성 기판 (17) 에 대하여, 금속 평면의 리플렉터 (41) 를 절연성 기판 (17) 의 대략 중앙 부근에 배치하고, 절연성 기판 (17) 과 리플렉터 (41) 가 대략 평행하게 되도록 구성하였다.

예 21 에 있어서의 안테나 장치 (2) 의 주요부의 치수는 표 3 에 나타나 있다.

또, 절연성 기판 (17), 공기층 (61), 유전체층 (51), 리플렉터 (41) 의 순서로 나열되고, 공기층 (61) 및 유전체층 (51) 이 리플렉터 (41) 와 대략 평행하다.

이러한 안테나 장치 (2) 에서는 유전체층 (51) 의 두께 (L₅₃) 를 소정 범위로 설정함으로써, 광대역의 주파수 범위에서 유전체층 (51) 이 기능하고, 안테나 장치 (2) 는 광대역에 걸쳐 고이득의 특성을 나타낸다.

도 29 는 간격 (L₄₃) 에 대한 두께 (L₅₃) 의 비율 (β) 을 변화시켰을 때의, 도 6, 7 에 있어서의 Z 축 방향 (θ＝ 0 도) 의 이득의 특성을 나타내는 특성도이다. 이 특성은 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다.

또 비율 (β) 은 하기 수학식 2 에 의해서 표현된다.

비율 (β) ＝ L₅₃/L₄₃ ×100

도 29 에 나타나는 바와 같이, 비율 (β) 을 조정, 즉 유전체층 (51) 의 두께 (L₅₃) 를 조정함으로써, 광대역의 주파수 범위에서 유전체층 (51) 이 기능하고, 안테나 장치 (2) 는 광대역에 걸쳐 고이득의 특성을 나타낸다. 바람직하게는 비율 (β) 이 5∼80% 의 범위에 있는 것이 좋고, 이 범위에 있어서 3∼5GHz 의 광대역의 주파수 범위에서 고이득의 특성을 갖는다. 또한 비율 (β) 이 10∼70% 의 범위에 있는 것이 좋고, 이 범위에 있어서 3∼4GHz 의 광대역의 주파수 범위에서 고이득의 특성을 갖는다. 특히 바람직하게는 비율 (β) 이 10∼60% 의 범위에 있는 것이 좋다.

도 29 에 나타내는 바와 같이, 비율 (β) ＝ 40% (유전체층 (51) 의 두께 (L₅₃) 가 4mm) 인 경우, 유전체층 (51) 이 없이 리플렉터 (41) 만인 경우 (비율 (β) ＝ 0) 와 비교하여 3GHz 에서 2dBi, 4GHz 에서 1.2dBi 이득이 향상된다.

도 30 은 비율 (β) 이 40% 일 때의, 도 6, 7 에 나타내는 X-Z 면의 수직 편파의 지향성을 나타내는 특성도이다. 이 지향성도 FI 법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 산출된 것이다. 도 30 에 나타내는 바와 같이, 예 21 의 안테나 장치 (2) 는 θ＝ 0 도의 근방에 있어서 광대역에 걸쳐 고이득의 특성을 나타낸다.

또한, 제 2 형상 요소 (13) 를 직사각형 형상으로 하고, 길이 (L₃₂) 가 2.9mm, 가로 방향의 길이가 0.8mm 인 경우에도 도 29, 30 과 동일한 지향성을 갖는 것이 확인되었다.

이상, 방사 도체 (11) 에 마이크로 스트립 선로 등의 비평행 선로를 접속한 모노폴 안테나에 대해 설명하였지만, 본 발명에서는 이에 한정되지 않고 방사 도체 (11) 또는 안테나 본체부 (10) 를 2 개 쌍으로 형성하여 다이폴 안테나로서 사용해도 된다. 이 경우, 평행 선로의 일방의 신호선을 일방의 방사 도체 (11) 또는 안테나 본체부 (10) 에 접속하고, 평행 선로의 다른 일방의 신호선을 다른 일방의 방사 도체 (11) 또는 안테나 본체부 (10) 에 접속한다. 또한, 비평행 선로를 변환기 (Balun) 를 통해 평행 선로로 변환시키고, 상기한 바와 같이 각각의 방사 도체 (11) 또는 안테나 본체부 (10) 에 접속시켜도 된다.

이상, 본 발명의 안테나 장치에 관해서 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 벗이나지 않는 범위에서 여러 가지의 개량이나 변경을 해도 되는 것은 물론이다.

본 발명의 안테나 장치에서의 평면형상의 방사 도체는 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형 및 대략 타원형 중에서 선택되는 형상을 갖는 제 1 형상 요소 및 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형, 대략 타원형, 사다리꼴 및 대략 사다리꼴 중에서 선택되는 형상의 적어도 일부분을 갖는 제 2 형상 요소가, 서로 공유 부분을 갖는 형상을 이루고, 급전선이 이 방사 도체와 접속된다. 이 때문에, 동작 주파수 대역이 종래의 안테나에 비교하여 광대역화되고, 또한 임피던스 매칭이 양호한, 설계 자유도가 높은 안테나 장치를 실현한다.

또한, 유전체 기체와 이 유전체 기체에 형성되는 방사 도체와 급전선에 의해 구성되는 안테나 본체부는 평면구조로 되기 때문에, 안테나 본체부를 회로 기판 등의 절연성 기판의 표면에 실장하는 표면 실장형의 안테나 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에서는 절연성 기판의 표면의 일부에 그라운드 도체가 없는 노출부를 형성하고, 그 노출부에 대향하는 절연성 기판의 반대측 면의 영역에 안테나 본체부를 실장할 수 있다. 특히, 절연성 기판의 단부에 접하도록 노출부를 형성하고, 안테나 본체부를 이 절연성 기판의 단부 부근에 배치할 수 있다. 따라서, 안테나 본체부에 필요해지는 절연성 기판의 노출부를 작게 할 수 있어, 종래에 비교하여 소형으로 동작 주파수 대역이 넓은 안테나 장치를 제공할 수 있다.

또한, 안테나 본체부를 회로 기판의 단부 부근에 배치할 수 있기 때문에, 주변회로를 배치하기 위한 영역을 확대할 수 있어, 통신 장치 전체의 소형화가 가능해진다.

또한, 방사 도체로부터 방사되는 전파를 반사하는 반사체를 상기 절연성 기판에 대하여 이간시켜 배치함으로써, 고이득의 안테나 장치를 제공할 수 있다. 또한, 반사체와 절연성 기판 사이에 유전체층을 형성함으로써, 나아가서는 유전체층과 절연성 기판 사이에 공기층을 형성함으로써, 보다 고이득의 안테나 장치를 제공할 수 있다. 특히, 평면구조의 안테나 본체부, 절연성 기판, 유전체층 및 반사체를 평행, 대략 평행하게 배치함으로써 소형이면서 고이득의 안테나 장치를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 안테나 장치가 갖는 안테나 본체부의 일 실시형태의 평면도이다.

도 2 는 본 발명의 안테나 장치의 일 실시형태의 평면도이다.

도 3 은 도 2 에 나타내는 안테나 장치를 직선 A-B 로 절단하였을 때의 단면도이다.

도 4 는 도 1 에 나타내는 방사 도체의 형상을 설명하는 설명도이다.

도 5 는 본 발명의 안테나 장치의 예 1 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 6 은 본 발명의 안테나 장치의 다른 실시형태의 평면도이다.

도 7 은 도 6 에 나타내는 안테나 장치를 직선 C-D 로 절단하였을 때의 단면도이다.

도 8 은 본 발명의 안테나 장치의 예 2 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 9 는 본 발명의 안테나 장치의 예 3 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 10 은 본 발명의 안테나 장치에 사용하는 안테나 본체부의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 11 은 본 발명의 안테나 장치에 사용하는 안테나 본체부의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 12 는 본 발명의 안테나 장치에 사용하는 안테나 본체부의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 13 은 본 발명의 안테나 장치의 예 4, 5 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 14 는 본 발명의 안테나 장치의 예 6 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 15 는 도 1 에 나타내는 예 1 로부터 어스 패턴을 제거한 예 8 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 16 은 본 발명의 안테나 장치에 사용하는 안테나 본체부의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 17 은 본 발명의 안테나 장치의 예 9∼11 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 18 은 본 발명의 안테나 장치의 예 12 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 19 는 본 발명의 안테나 장치의 예 13 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 20 은 본 발명의 안테나 장치의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 21 은 본 발명의 안테나 장치의 예 14, 15 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 22 는 본 발명의 안테나 장치의 예 16 에 있어서의 세로 길이 비율 (α) 과 비대역폭의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 23 은 본 발명의 안테나 장치의 예 16 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 24 는 본 발명의 안테나 장치의 예 18 에 있어서의 VSWR 의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.

도 25 는 본 발명의 안테나 장치의 예 19 에 있어서의 안테나 장치의 간격 (L₄₃) 을 변화시켰을 때의 안테나 장치의 이득의 특성을 나타내는 특성도이다.

도 26 은 본 발명의 안테나 장치의 예 19 에 있어서의 간격 (L₄₃) 을 7.5mm 로 하였을 때의 수직 편파의 지향성을 나타내는 특성도이다.

도 27 은 본 발명의 안테나 장치의 예 19 에 있어서의 길이 (L₄₁) 를 변화시켰을 때의 안테나 장치의 이득의 특성을 나타내는 특성도이다.

도 28 은 본 발명의 안테나 장치의 예 20 에 있어서의 수직 편파의 지향성을 나타내는 특성도이다.

도 29 는 본 발명의 안테나 장치의 예 21 에 안테나 장치의 이득의 특성을 나타내는 특성도이다.

도 30 은 본 발명의 안테나 장치의 예 21 에 있어서의 비율 (β) 이 40% 일 때의 수직 편파의 지향성을 나타내는 특성도이다.

도 31 은 종래의 디스크 모노폴 안테나를 나타내는 도면이다.

도 32 는 종래의 모노폴 안테나를 나타내는 도면이다.

도 33 은 종래의 안테나를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 2: 안테나 장치

10, 110: 안테나 본체부

11, 111: 방사(放射) 도체

12: 제 1 형상 요소

13: 제 2 형상 요소

14: 급전선

15a, 15b, 115a, 115b: 어스 패턴

16, 116: 유전체 기체

17: 절연성 기판

18: 그라운드 도체

19: 신호선

24: 노출부

32: 제 1 유전체층

33: 제 2 유전체층

41: 리플렉터

51: 유전체층

61: 공기층

101: 평면 디스크 모노폴 안테나

102: 동축(同軸) 선로

103: 금속 평판

105: 평면 모노폴

106: 직선 커트부

Claims

유전체 기체에 평면형상의 방사 도체와 급전선이 형성되고,

그 방사 도체는, 다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형 및 대략 타원형 중에서 선택되는 형상을 갖는 제 1 형상 요소와,

다각형, 대략 다각형, 원형, 대략 원형, 타원형, 대략 타원형, 사다리꼴 및 대략 사다리꼴 중에서 선택되는 형상의 적어도 일부분을 갖는 제 2 형상 요소가 서로 공유 부분을 갖도록 배치되어 구성되고,

상기 급전선이 상기 방사 도체와 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 방사 도체의 둘레가장자리부 중 상기 제 1 형상 요소에서 보아 상기 제 2 형상 요소의 위치 방향에서의 제 2 형상 요소의 둘레가장자리부에 있어서, 상기 급전선이 상기 방사 도체와 접속되어 있는 안테나 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 방사 도체의 둘레가장자리부 중 상기 제 1 형상 요소와는 반대측의 제 2 형상 요소의 둘레가장자리부에 있어서, 상기 급전선이 상기 방사 도체와 접속되어 있는 안테나 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 방사 도체 및 상기 급전선이 상기 유전체 기체의 표면에, 또는 상기 유전체 기체 내에 형성되어 안테나 본체부가 구성되어 있고,

상기 안테나 본체부가 절연성 기판에 실장되어 있고,

상기 절연성 기판의, 상기 유전체 기체와는 반대측의 면 또는 상기 절연성 기판의 내부에는 그라운드 도체가 형성되어 있고,

상기 방사 도체가 상기 그라운드 도체에 대하여 평행 또는 대략 평행하게 되도록 상기 유전체 기체가 배치되어 상기 안테나 본체부가 상기 절연성 기판에 실장되어 있는 안테나 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 절연성 기판에는 상기 그라운드 도체와 함께 전송선로를 구성하는 신호선이 형성되어 있고, 상기 신호선이 상기 급전선과 접속되어 있는 안테나 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체 기체에는, 상기 급전선에 대하여 대칭인 위치에 한 쌍의 어스 패턴이 형성되어 있는 안테나 장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 방사 도체로부터 방사되는 전파를 반사하는 반사체가, 상기 절연성 기판으로부터 이간되어 배치되어 있는 안테나 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 반사체는 평판이고, 상기 절연성 기판의 상기 그라운드 도체에 대하여 평행 또는 대략 평행하게 배치되어 있는 안테나 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 반사체와 상기 절연성 기판 사이에 공기층이 형성되어 있는 안테나 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 반사체와 상기 절연성 기판 사이에 공기층이 형성되어 있는 안테나 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 반사체와 상기 절연성 기판 사이에 유전체층이 형성되어 있는 안테나 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 반사체와 상기 절연성 기판 사이에 유전체층이 형성되어 있는 안테나 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 유전체층에는 비유전율이 1.5∼20 범위인 유전체가 사용되고 있는 안테나 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 유전체층에는 비유전율이 1.5∼20 범위인 유전체가 사용되고 있는 안테나 장치.