KR20060048432A - 쌍지향성 안테나 장치 및 지향 특성 조정 방법 - Google Patents

쌍지향성 안테나 장치 및 지향 특성 조정 방법 Download PDF

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KR20060048432A
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찌따까 마나베
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 과제는 도로나 철도 등과 같이 가늘고 긴 이동 경로를 따라 구축되는 무선 통신 영역이나 상기 이동 경로의 만곡점 또는 굴곡점에 있어서의 무선 통신 영역에 적합하고, 또한 유연하게 적용 가능한 쌍지향성 안테나 장치 및 지향 특성 조정 방법을 제공하는 것이다.
쌍지향성 안테나 장치(X1)의 적층 기판(10)의 표리면 각각에 2개 이상의 공진 소자(1a …)와, 안테나 급전 선로(15a, 15b)와 결합하는 선로 결합부(4)와, 상기 선로 결합부(4)를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자(1a …) 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로(3a …)를 갖는 안테나부(11, 11')를 설치한다.
안테나 장치, 적층 기판, 안테나 급전 선로, 선로 결합부, 공진 소자

Description

쌍지향성 안테나 장치 및 지향 특성 조정 방법 {BIDIRECTIONAL ANTENNA DEVICE AND DIRECTIONAL CHARACTERISTICS ADJUSTING METHOD}
도1의 (a) 내지 도1의 (c)는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)의 외관 모식도.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)를 사시 방향으로부터 본 사시도.
도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)의 분해 사시도.
도4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)의 지향 특성 및 이득을 도시한 지향 특성도.
도5의 (a) 및 도5의 (b)는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X2)의 표면측의 외관을 도시한 외관 모식도.
도6의 (a) 및 도6의 (b)는 크랭크 선로의 변형예를 도시한 선로도.
도7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X2)의 지향 특성 및 이득을 도시한 지향 특성도.
도8은 약 60 °로 굴곡하는 이동 경로(L3)에 쌍지향성 프린트 안테나(X2)를 적용한 경우의 설치예를 도시한 모식도.
도9는 이동 경로(L1)에 전지향성 안테나(A1)를 적용한 경우의 설치예를 도시한 모식도.
도10은 이동 경로(L2)에 단일 지향성 안테나(A2)를 적용한 경우의 설치예를 도시한 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1a, 1b, 1c, 1d : 패치(공진 소자의 일예)
2b, 2d : 크랭크 선로(위상 조정 수단의 일예)
3a, 3b, 3c, 3d : 급전 선로(소자 급전 선로에 상당)
4 : 급전 단자(급전 결합부에 상당)
10 : 프린트 기판(적층 기판에 상당)
11 : 표면측 안테나부
11' : 이면측 안테나부
12, 12', 14, 14' : 유도체층
13, 13' : 도전체층
15a, 15b : 급전 선로(안테나 급전 선로에 상당)
15b' : 관통 홀
[문헌 1] 일본 특허 공개 평7-245525호 공보
본 발명은 도로나 철도 등의 가늘고 긴 이동 경로를 따라 배치되는 쌍지향성 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 상기 가늘고 긴 이동 경로나 만곡하는 이동 경로를 따르는 무선 전파 영역(무선 통신 영역)을 효율적으로 구축하는 쌍지향성 안테나 장치에 관한 것이다.
종래, 도로나 철도 등과 같이 가늘고 긴 이동 경로를 따라 마이크로파 등에 의한 무선 통신 영역을 구축하는 경우에는, 특정한 일평면 내에 똑같은 지향 특성을 갖는 옴니 안테나 등의 전지향성 안테나나, 단일 방향으로 높은 이득(게인)과 강한 지향 특성을 갖는 파라보라 안테나 혹은 야기(八木) 안테나 등의 단일 지향성 안테나가 이용되고 있었다.
그러나 상기 전지향성 안테나를 이용한 경우에는, 도9에 도시한 바와 같이 안테나(A1)로부터 특정한 일평면 내의 전체 방향으로 구석구석까지 전파가 방사됨으로써, 이동 경로(L1)에 따르는 통신 대상 영역 이외의 전파가 불필요한 영역(도면 중 사선부)에도 전파가 방사되어 무선 통신 영역이 구축되기 때문에, 전파의 유효 이용을 도모할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 전지향성의 안테나(A1)에서는, 가늘고 긴 이동 경로(L1)를 따르는 방향으로 높은 이득을 얻을 수 없기 때문에, 상기 이동 경로 상에 다수의 안테나를 배치할 필요가 있다고 하는 문제가 있다. 또한, 도면 중 D1은 전지향성의 안테나(A1)의 지향 특성이다.
또한, 도10에 도시한 바와 같이 만곡(굴곡)하는 가는 만곡 경로(L2)에 단일 지향성의 안테나(A2)를 이용한 경우에는, 만곡 경로(L2)를 따르는 통신 대상 영역 을 커버하기 위해 다수의 안테나를 배치해야만 한다. 또한, 만곡 경로(L2)에 단일 지향성의 안테나(A2)를 배치함으로써, 전파가 불필요한 영역(도면 중 사선부)에도 전파가 방사되어 쓸데없이 무선 통신 영역을 구축하게 되어, 단일 지향성의 안테나(A)의 특징인 높은 이득을 유효하게 이용할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 도면 중 D2는 단일 지향성의 안테나(A2)의 지향 특성이다.
또한, 상기 전지향성 안테나 및 단일 지향성 안테나를 이용한 경우에는, 하나의 배치 부위에서 쌍방향의 지향 특성을 얻기 위해 2개의 안테나를 서로 표리 관계로 하여 배치해야만 해 다수의 안테나가 필요하게 되어, 경제적으로 바람직하지 않다.
따라서, 상기 이동 경로를 따라 효율적으로 무선 통신 영역을 구축하는 경우에는, 안테나 소자의 수평면 내에 지향 특성을 갖는 쌍극 안테나나 특허 문헌 1에 기재된 안테나 등의 쌍지향성 안테나를 이용하여 무선 통신 영역을 구축하는 것이 유효하다.
[특허 문헌1]
일본 특허 공개 평7-245525호 공보
그러나, 쌍지향성의 상기 쌍극 안테나는 안테나 소자를 포함하는 면에 직각인 면 내에 똑같은 지향 특성, 즉 전지향 특성을 갖는 것이므로 높은 이득을 얻을 수 없다. 그로 인해, 쌍지향성 안테나라고 하더라도 이득이 낮으면 안테나의 설치수가 많아진다고 하는 문제가 있다. 또한, 상기 특허 문헌 1에 기재된 쌍지향성 안테나도 결국은 쌍극 안테나를 개량한 것이기 때문에, 파라보라 안테나 등의 일방향으로 매우 강한 이득을 갖는 단일 지향성 안테나와 비교하면 이득은 매우 낮다고 생각할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 도로나 철도 등과 같이 가늘고 긴 이동 경로를 따라 구축되는 무선 통신 영역이나 상기 이동 경로의 만곡점 또는 굴곡점에 있어서의 무선 통신 영역에 적합하고 또한 유연하게 적용 가능한 쌍지향성 안테나 장치 및 지향 특성 조정 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 유전체층과 도전체층에 의해 적층 구조화된 적층 기판과, 상기 적층 기판의 표리면 각각에 설치된 안테나부를 구비하여 구성된 쌍지향성 안테나 장치에 있어서, 상기 적층 기판의 외부로부터 공급된 전력을 상기 적층 기판의 표리면에 설치된 상기 안테나부 각각에 급전하는 안테나 급전 선로를 구비하고, 상기 안테나부가 2개 이상의 공진 소자와, 상기 안테나 급전 선로와 결합하는 선로 결합부와, 상기 선로 결합부를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 쌍지향성 안테나 장치로서 구성되어 있다. 이와 같이 구성됨으로써, 예를 들어 동박 등의 도전성 금속박에 의해 형성된 직사각형 혹은 원형의 마이크로 스트립 패치 등의 공진 소자가 어레이화되어 구성된 안테나부를 상기 적층 기판에 형성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 철도나 도로 등의 가늘고 긴 이동 경로에 적합한 높은 이득 및 강한 지향 특성을 갖는 쌍지향성 안테나가 실현될 수 있다. 또한, 지향 특성이 높은 파라보라 안테나나 야기 안테나 등과 비교하여 제조가 용이하여, 더욱 안테나의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 안테나부에 적어도 하나의 상기 공진 소자에 급전되는 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 수단이 마련되어 있으면, 상기 공진 소자에 공급되는 전력의 위상을 변경하여, 상기 2개 이상의 공진 소자 각각으로부터 방사되는 전파의 위상을 불균등하게 함으로써 안테나부 전체의 지향 특성을 편향하는 것이 가능해진다.
이 경우, 상기 위상 조정 수단의 구체예로서 적어도 하나의 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에 설치된 경로 길이가 다른 복수의 소자 급전 선로인 것을 생각할 수 있다. 또한, 상기 복수의 소자 급전 선로는 단차 형상으로 형성된 병렬 선로인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에서 전기적으로 접속된 쌍지향성 안테나 장치에 있어서는, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 절단됨으로써 그 선로에 접속된 공진 소자로의 급전 위상이 조정 가능하게 형성된 분기 선로를 포함하여 이루어지는 것을 생각할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 안테나 설치시에 설치 현장의 상황에 따른 지향 특성을 얻을 수 있는 선로 이외의 선로를 절단한다고 하는 간단한 작업을 행하는 것만으로, 원하는 지향 특성을 갖는 쌍지향성 안테나 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
혹은, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 전기적으로 절단된 급전 선로를 포함하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치에 있어서는, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 절단된 소정의 위치에서 단락 가능하게 형성된 것을 생각할 수 있다. 이와 같이 구성된 쌍지향성 안테나 장치이면, 안테나의 설치 현장의 상황에 따른 지향 특성을 얻을 수 있는 선로만을 접속한다고 하는 간단한 작업을 행하는 것만으로, 원하는 지향 특성을 얻는 것이 가능해진다. 또한 이 경우, 상기 소자 급전 선로가 스트립 라인형 또는 마이크로 스트립 라인형 혹은 이들에 준하는 필름 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 상기 쌍지향성 안테나 장치의 안테나부에 설치된 상기 복수의 소자 급전 선로 각각이 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에서 전기적으로 접속된 상태인 경우에는, 상기 안테나부의 지향성 특성을 조정하는 지향 특성 조정 방법으로서 파악한 것이라도 좋다.
즉, 유전체층과 도전체층에 의해 적층 구조화된 적층 기판과, 상기 적층 기판의 표리면 각각에 설치된 안테나부를 구비하여 구성된 쌍지향성 안테나 장치이며, 상기 적층 기판의 외부로부터 공급된 전력을 상기 적층 기판의 표리면에 설치된 상기 안테나부 각각에 급전하는 안테나 급전 선로를 구비하고, 상기 안테나부가 2개 이상인 공진 소자와, 상기 안테나 급전 선로와 결합하는 선로 결합부와, 상기 선로 결합부를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로와, 적어도 1개의 상기 공진 소자로 급전되는 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 구비하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치에 이용되는 상기 안테나부의 지향 특성 조정 방법에 있어서, 상기 복수의 소자 급전 선로 각각이 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에서 전기적으로 접속된 상태인 경우에, 상기 복수의 소자 급전 선로 중 1개 또는 복수의 소자 급전 선로를 제외한 다른 소자 급전 선로를 절단함으로써 상기 안테나부의 지향 특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 지향 특성 조정 방법으로서 구성할 수 있다. 이러한 지향 특성 조정 방법을 이용함으로써, 쌍지향성 안테나 장치의 지향 특성을 매우 용이하게 편향하는 것이 가능해진다.
또한 본 발명은, 상기 쌍지향성 안테나 장치의 안테나부에 설치된 상기 복수의 소자 급전 선로 각각이 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 전기적으로 절단된 상태인 경우에는, 상기 안테나부의 지향성 특성을 조정하는 지향 특성 조정 방법으로서 파악한 것이라도 좋다.
즉, 유전체층과 도전체층에 의해 적층 구조화된 적층 기판과, 상기 적층 기판의 표리면 각각에 설치된 안테나부를 구비하여 구성된 쌍지향성 안테나 장치이며, 상기 적층 기판의 외부로부터 공급된 전력을 상기 적층 기판의 표리면에 설치된 상기 안테나부 각각에 급전하는 안테나 급전 선로를 구비하고, 상기 안테나부가 2개 이상인 공진 소자와, 상기 안테나 급전 선로와 결합하는 선로 결합부와, 상기 선로 결합부를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로와, 적어도 1개의 상기 공진 소자로 급전되는 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 구비하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치에 이용되는 상기 안테나부의 지향 특성 조정 방법에 있어서, 상기 복수의 소자 급전 선로 각각이 상 기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 전기적으로 절단된 상태인 경우에, 상기 복수의 소자 급전 선로 중 1개 또는 복수의 소자 급전 선로를 상기 소정의 위치에서 단락시킴으로써 상기 안테나부의 지향 특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 지향 특성 조정 방법으로서 구성할 수 있다. 이러한 지향 특성 조정 방법이라도, 쌍지향성 안테나 장치의 지향 특성을 용이하게 편향하는 것이 가능하다.
이하 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대해 설명하여 본 발명의 이해에 이바지한다. 또한, 이하의 실시 형태 및 실시예는 본 발명을 구체화한 일예이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 성격의 것이 아니다.
여기에, 도1의 (a) 내지 도1의 (c)는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)의 외관 모식도, 도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)를 사시 방향으로부터 본 사시도, 도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)의 분해 사시도, 도4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)의 지향 특성 및 이득을 도시한 지향 특성도, 도5의 (a) 및 도5의 (b)는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X2)의 표면측의 외관을 도시한 외관 모식도, 도6의 (a) 및 도6의 (b)는 크랭크 선로의 변형예를 도시한 선로도, 도7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X2)의 지향 특성 및 이득을 도시한 지향 특성도, 도8은 약 60 °로 굴곡하는 이동 경로(L3)에 쌍지향성 프린트 안테나(X2)를 적용한 경우의 설치예를 도시한 모식도, 도9는 이동 경로(L1)에 전지향성 안테나(A1)를 적용한 경우의 설치예를 나타낸 모식도, 도10은 이동 경로(L2)에 단일 지향성 안테나 (A2)를 적용한 경우의 설치예를 나타낸 모식도이다.
<제1 실시 형태>
여기서, 도1의 (a) 내지 도3을 이용하여 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X1)(이하, 단순히「안테나(X1)」로 생략함)의 구성의 개략에 대해 설명한다. 또한, 상기 안테나(X1)는 다른 방향으로 강한 지향 특성을 갖는 쌍지향성 안테나 장치의 일예이다.
도시된 바와 같이, 상기 안테나(X1)는 적층 구조화된 프린트 기판(10)과, 이 프린트 기판(10)(적층 기판에 상당)의 표면 및 이면 각각에 설치된 표면측 안테나부(11) 및 이면측 안테나부(11')를 구비하여 대략 구성되어 있다.
여기서, 우선, 상기 프린트 기판(10)에 대해 설명한다. 정면도인 도1의 (a)의 측면도[도1의 (b)] 및 도1의 (b)의 단면도[도1의 (c)]에 도시한 바와 같이, 상기 프린트 기판(10)은 유전체층(14, 14')과 도전체층(13, 13')에 의해 적층 구조화되어 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 프린트 기판(10)은 표면측 프린트 기판(10a)과 이면측 프린트 기판(10b)이 서로 후술하는 급전 선로(15a)를 협지하도록 접합되어 구성되어 있다.
상기 프린트 기판(10)의 구성에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 상기 표면측 프린트 기판(10a)은, 상기 프린트 기판(10)의 표면을 형성하는 상기 표면측 안테나부(11)가 부착된 유전체층(12)과, 상기 유전체층(12)의 내층측에 적층되고 접지(어스)된 도전체층(13)과, 상기 도전체층(13)의 더욱 내층측에 적층된 유전체층(14)이 서로 점착되어 적층 구조화되어 있다. 또한, 상기 이면측 프린트 기판(10b)은 상 기 프린트 기판(10)의 이면을 형성하는 상기 이면측 안테나부(11')가 부착된 유전체층(12')과, 상기 유전체층(12')의 내층측에 적층되고 접지(어스)된 도전체층(13')과, 상기 도전체층(13')의 더욱 내층측에 적층된 유전체층(14')이 서로 점착되어 적층 구조화되어 있다. 이와 같이 구성된 상기 표면측 프린트 기판(10a)과 상기 이면측 프린트 기판(10b)이 상기 유전체층(14와 14')과의 사이에 급전 선로(15a)를 협지하도록 서로 접합됨으로써, 적층 구조화된 프린트 기판(10)이 형성된다.
상기 급전 선로(15a)는 상기 프린트 기판(10)의 외부, 즉 안테나(X1)의 외부로부터 공급된 전력을 상기 프린트 기판(10)의 표리면에 설치된 상기 표면측 안테나부(11) 및 이면측 안테나부(11') 각각에 급전하는 급전 선로(15)의 일부를 구성하는 선로이다. 도1의 (c)의 단면도에 도시한 바와 같이, 상기 급전 선로(15a)는 상기 프린트 기판(10)의 단부 근방에 설치된 도시하지 않은 외부 단자와 후술하는 관통 홀(15b') 내의 급전 선로(15b)와의 사이를 전기적으로 접속하는 것이며, 상기 유전체층(14와 14')과의 사이에 협지됨으로써 상기 프린트 기판(10)의 내층부에 매설된다. 따라서, 상기 급전 선로(15a)는 상술한 바와 같이 프린트 기판(10)에 매설되기 때문에, 프린트 기판(10)의 두께를 크게 하지 않기 위해서도 마이크로 스트립 라인형, 스트립 라인형 혹은 이들에 준하는 필름 패턴으로 형성된 것이 바람직하다.
상기 급전 선로(15b)는 상기 급전 선로(15)의 일부를 구성하는 선로이며, 상기 급전 선로(15a)와 상기 프린트 기판의 표리면에 설치된 안테나부(11, 11')를 접 속하여 상기 급전 선로(15a)로부터 공급되는 전력을 상기 안테나부(11, 11') 각각에 공급하는 선로이다. 구체적으로는, 상기 급전 선로(15b)는 상기 표면측 안테나부(11)측의 유전체층(14)과, 상기 이면측 안테나부(11')측의 유전체층(14')과의 다른 층간을 도통 가능하게 접속하는 관통 홀(15b')의 내면에 형성되는 도전성 금속박이나, 혹은 상기 관통 홀(15b')의 내부에 매설된 도전체가 해당된다.
계속해서, 상기 프린트 기판(10)의 표면에 설치된 표면측 안테나부(11)에 대해 설명한다. 또한, 상기 프린트 기판(10)의 이면에 설치된 이면측 안테나부(11')는 상기 표면측 안테나부(11)와 경면 대상으로 형성된 구조를 가지므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 표면측 안테나부(11)는, 4개의 패치 안테나(1a, 1b, 1c, 1d)(공진 소자의 일예)와, 상기 급전 선로(15)와 결합하는 급전 단자(4)(선로 결합부에 상당)와, 상기 급전 단자(4)를 기점으로 하여 상기 4개의 패치 안테나(1a, 1b, 1c, 1d) 각각에 급전하는 각각의 급전 선로(3a, 3b, 3c, 3d)(소자 급전 선로에 상당)를 구비하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성됨으로써, 외부로부터 공급되고 상기 급전 선로(15) 및 상기 급전 단자(4)를 거쳐서 상기 표면측 안테나부(11)에 공급된 전력이 상기 각 패치 안테나에 공급된다. 또한 본 발명은, 2개 이상의 패치 안테나가 구비되어 있으면 적용 가능하지만, 보다 강한 지향 특성, 보다 높은 이득을 얻기 위해 몇 십 및 몇 백의 다수의 패치 안테나를 구비하는 경우가 있다. 단, 본 실시 형태예에서는 설명을 간략화하기 위해, 4개의 패치 안테나를 이용하여 설명한다.
상기 패치 안테나(1a, 1b, 1c, 1d)는 동박 등의 도전성 금속박에 의해 형성 된 직사각형 혹은 원형의 패치 혹은 마이크로 스트립 패치이다. 각 패치 안테나는, 도1의 (a) 내지 도1의 (c) 등에 도시한 바와 같이 상기 유전체층(12)의 표면측에 등간격으로 2 × 2의 대략 격자 형상으로 부착되어 있다. 즉, 2 × 2의 격자 형상으로 상기 각 패치 안테나가 어레이화되어 있다. 이에 의해, 상기 표면측 안테나부(11)가 2 × 2의 패치 어레이 안테나로서 기능하게 된다. 또한, 본 제1 실시 형태예에서는 공진 소자의 일예로서 상기 패치 안테나(1a, 1b, 1c, 1d)를 이용한 예에 대해 설명하지만, 물론 상기 패치 안테나를 다른 안테나 소자(여진 소자)로 치환해도 본 발명을 적용하는 것은 가능하다.
상기 급전 선로(3a, 3b, 3c, 3d)는 상기한 바와 같이 상기 패치 안테나(1a, 1b, 1c, 1d) 각각에 상기 급전 선로(15)를 거쳐서 공급된 전력을 전송하는 선로이다. 이 급전 선로(3a, 3b, 3c, 3d)도 상기 급전 선로(15a)와 마찬가지로 프린트 기판(10)의 두께를 크게 하지 않기 위해 마이크로 스트립 라인형, 스트립 라인형 혹은 이들에 준하는 필름 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 표면측 안테나부(11)와, 상기 표면측 안테나부(11)와 마찬가지로 구성된 이면측 안테나부(11')가 각각 상기 프린트 기판(10)의 표면과 이면에 설치됨으로써, 본 발명의 실시 형태에 관한 안테나(X1)가 실현된다. 여기서, 도4에 상기 안테나(X1)의 지향 특성을 나타낸다. 또한, 도면 중 Da는 표면측 안테나부(11)로부터 프린트 기판(10)의 표면에 수직 외 방향(270 °)으로 방사된 전파의 지향 특성 및 이득을 나타내고, Db는 이면측 안테나부(11)로부터 프린트 기판(10)의 이면에 수직 외 방향(90 °)으로 방사된 전파의 지향 특성 및 이득을 나타 낸다. 도4에 도시된 바와 같이, 상기 안테나(X1)는 180 ° 방향이 다른 지향 특성을 갖는 쌍지향성 안테나로, 비교적 높은 이득과 강한 지향 특성을 갖는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 상기 안테나(X1)는 철도나 도로 등의 가늘고 긴 이동 경로를 따르는 방향으로 무선 통신 영역을 구축하는 경우에 적합하게 이용할 수 있다.
<제2 실시 형태>
다음에, 도5의 (a) 및 도5의 (b)를 이용하여 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 쌍지향성 프린트 안테나(X2)(이하, 단순히「안테나(X2)」로 생략함)의 구성의 개략에 대해 설명한다. 또한, 상기 안테나(X2)는 상술한 제1 실시 형태에 있어서의 안테나(X1)와 대략 동일하게 구성되어 있다. 그로 인해, 상기 안테나(X1)의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 표시하여 그 설명을 생략한다. 또한, 표면측 안테나부(11)의 구성에 대해서만 설명하지만, 이면측 안테나부(11')도 상기 표면측 안테나부(11)와 마찬가지로 구성된다.
상기 안테나(X2)가 상기 안테나(X1)와 다른 부분은, 도5의 (a) 및 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 패치 안테나(1b, 1d)로 급전되는 전력의 위상을 조정하는 크랭크 선로(2b, 2d)(위상 조정 수단의 일예)가 상기 표면측 안테나부(11)에 설치되어 있는 점에 있다. 이 크랭크 선로(2b, 2d)는 상기 급전 단자(4)를 기점으로 하여 패치 안테나(1b, 1d) 각각에 급전하는 급전 선로(3b, 3d)의 경로 길이와, 패치 안테나(1a, 1c) 각각에 급전하는 급전 선로(3a, 3c)와의 경로 길이를 다르게 하고, 상기 패치 안테나(1a, 1c)와 상기 패치 안테나(1b, 1d)에 급전되는 전력의 위상을 다르게 하기 위해 설치되어 있다. 이와 같이, 상기 크랭크 선로(2b, 2d)를 설치함으로써 상기 패치 안테나(1a, 1c)와 상기 패치 안테나(1b, 1d)로 급전되는 전력에 위상차가 발생하여, 그 결과 상기 안테나(X2)의 지향 특성을 편향시킬 수 있다.
여기서, 도5의 (a) 및 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 급전 선로(3b, 3d)가 상기 급전 선로(3a, 3c)보다도 경로 길이가 Δd'(= 2a)만큼 길어지도록 설정되고, 또한 패치 안테나(1a, 1b, 1c, 1d)가 표면측 안테나부(11)의 연직 중심선을 기준으로 좌우 대칭으로 거리 x 만큼 이격되어 배열되어 있는 경우에, 상기 안테나(X2)의 지향 특성이 편향되는 편향각(θ)[도5의 (b) 참조]은 이하와 같이 하여 유도할 수 있다. 단, 상기 급전 선로(3a, 3b, 3c, 3d)는 마이크로 스트립 라인형으로 한다.
즉, 급전 선로를 타는 전력의 파장을 λ', 패치 안테나로부터 방사되어 자유 공간(즉 대기 중)으로 방사된 전파의 파장을 λ, 자유 공간에 있어서의 패치 안테나(1a, 1c)로부터 방사된 전파와 패치 안테나(1b, 1d)로부터 방사된 전파의 경로 차를 Δd[도5의 (b) 참조], 패치 안테나(1a, 1c)로부터 방사된 전파와 패치 안테나(1b, 1d)로부터 방사된 전파의 위상차를 α[rad]라 하면, 상기 경로차(Δd' 및 Δd)는 각각 이하의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 표시된다.
Figure 112005032378327-PAT00001
Figure 112005032378327-PAT00002
상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]로부터 이하의 [수학식 3]이 도출된다.
Figure 112005032378327-PAT00003
도5의 (b)로부터,
Figure 112005032378327-PAT00004
로 나타내므로, 상기 [수학식 4]에 상기 [수학식 3]을 대입함으로써 이하의 [수학식 5]를 도출할 수 있다.
Figure 112005032378327-PAT00005
여기에, √εre는 상기 급전 선로(3a, 3b, 3c, 3d)의 재질에 따라 정해지는 실효 비유전율이다. 상기 [수학식 5]로부터도 이해할 수 있는 바와 같이 급전 선로에 경로차(Δd')를 설정함으로써 상기 안테나(X2)의 지향 특성을 편향시킬 수 있다.
본 제2 실시 형태예에서는 상기 크랭크 선로(2b, 2d) 각각의 길이는, 상기 패치 안테나(1b, 1d)에 공급되는 전력의 위상을 상기 패치 안테나(1a, 1c)에 공급 되는 전력의 위상보다 3/8 파장 지연시키는 길이로 설정되어 있다. 이와 같이 설정된 안테나(X2)의 지향 특성을 도7에 도시한다. 도면에 도시한 지향 특성(Da')과 같이, 패치 안테나(1a 및 1c)와 이보다 3/8 파장 위상 지연된 전력이 된 패치 안테나(1b 및 1d)에 의해 합성된 전파는 표면측 안테나부(11)로부터 프린트 기판(10)의 표면에 수직 외 방향으로부터 약 30 °연직 방향으로 어긋난 방향(300 °)으로의 지향 특성 및 이득을 갖고 있다. 한편, Db는 이면측 안테나부(11')로부터 프린트 기판(10)의 이면에 연직 상부 방향(90 °)으로 방사된 전파의 지향 특성 및 이득을 나타낸다. 이와 같이, 상기 안테나(X2)는 표면측 안테나부(11)의 연직 중심선을 중심으로 좌우 대칭이 되는 패치 안테나(1b, 1d)로의 급전 선로(3b, 3d)와 패치 안테나(1a, 1c)로의 급전 선로(3a, 3c)와의 경로 길이를 다르게 함으로써, 높은 이득과 강한 지향 특성을 유지한 상태로 표면측 안테나부(11) 및 이면측 안테나부(11')각각의 지향 특성을 편향하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 예를 들어 상기 표면측 안테나부(11)의 지향 특성과 상기 이면측 안테나부(11')의 지향 특성을 각각 약 30 °씩 편향시키고, 상기 표면측 안테나부(11)의 지향 특성과 상기 이면측 안테나부(11')의 지향 특성이 이루는 각도가 약 120 °가 되도록 상기 크랭크(2b, 2d)의 경로 길이를 변화시켜, 상기 표면측 안테나부(11)에 공급되는 전력의 위상과 상기 이면측 안테나부(11')에 공급되는 전력의 위상을 조정함으로써 도8에 도시한 바와 같은 약 60 °굴곡하는 이동 경로(L3)[약 120 °로 만곡된 이동 경로(L3)]의 굴곡점에 있어서의 무선 통신 영역을 구축하는 경우에 적합하고 또한 유연하게 적용하는 것이 가능한 안테나(X2)를 실현할 수 있다. 또한, 물론 상기 급전 선로를 여러 가지 경로 길이로 설정함으로써, 각 안테나부의 지향 특성의 방향(각도)을 상기 설정한 경로 길이에 따른 방향(각도)으로 편향할 수 있다. 또한, 상기 표면측 안테나부(11)의 연직 중심선을 중심으로 좌우 대칭이 되는 패치 안테나로의 급전 선로에 한정하지 않고, 적어도 어느 하나의 패치 안테나의 급전 선로의 경로 길이를 변경할 수 있는 구성이면, 상기 표리면에 설치된 안테나부의 지향 특성을 편향하는 것이 가능하다.
계속해서, 도6의 (a) 및 도6의 (b)를 이용하여 상기 표면측 안테나부(11)에 설치된 크랭크 선로(2b, 2d)[도5의 (a) 및 도5의 (b) 참조]의 변형예에 대해 설명한다.
도6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 크랭크 선로(2b 및 2d)는 상기 패치 안테나(1b)와 상기 선로 단자(4)와의 사이에 경로 길이가 다른 복수의 급전 선로를 설치하기 위해, 경로 길이가 다른 복수의 병렬 선로(R1, R2, R3)(분기 회로의 일예)를 단차 형상으로 형성하여 구성되어 있다. 상기 각 크랭크 선로(2b 및 2d)는, 예를 들어 상기 병렬 선로(R1)가 이면측 안테나부(11')의 지향 특성의 방향과 180°다른 지향 특성이 되는 선로[즉 경로차(Δd) = 0이 되는 선로], 상기 병렬 선로(R2)가 마찬가지로 150 °다른 지향 특성이 되는 선로[즉, 경로차(Δd')가 2a가 되는 선로), 상기 병렬 선로(R3)가 마찬가지로 120 °다른 지향 특성이 되는 선로[즉, 경로차(Δd')가 4a가 되는 선로]로 설정되어 있다. 상기 각 병렬 선로(R1 내지 R3)는 상술한 제1 실시 형태에서도 설명한 바와 같이, 마이크로 스트립 라인형 또는 스트립 라인형 혹은 이들에 준하는 필름 패턴으로 형성되어 있다. 그로 인 해, 패턴 절단기 등에 의해 상기 각 병렬 선로를 용이하게 절단하는 것이 가능하다. 이와 같이 구성된 크랭크 선로이면, 예를 들어 안테나 설치 상황이나, 구축하는 무선 통신 영역의 범위 등에 따른 지향 특성을 얻을 수 있는 선로를 제외한 다른 선로를 절단한다고 하는 간단한 조정 작업을 행하는 것만으로, 원하는 지향 특성을 갖는 쌍지향성 안테나 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
선로의 절단 부위는 고주파 신호나 노이즈의 침입을 방지하는 관점으로부터, 예를 들어 이면측 안테나부(11')의 지향 특성과 180 °다르도록 표면측 안테나부(11)의 지향 특성을 조정하는 경우에는, 도6의 (a-1)에 도시한 P2부의 선로를 절단하여 병렬 선로(R1)만의 접속을 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 마찬가지로 150 °다른 지향 특성을 얻기 위해서는 도6의 (a-2)에 도시한 P1 및 P4부의 선로를 절단하여 병렬 선로(R2)만의 접속을 확보하고, 120°다른 지향 특성을 얻기 위해서는 도6의 (a-3)에 도시한 P1 및 P3부의 선로를 절단하여 병렬 선로(R3)만의 접속을 확보하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 분기 선로의 일예로서 상기 병렬 선로(R1, R2, R3)를 이용하여 설명하였지만, 상기 분기 선로는 상기 병렬 선로(R1, R2, R3)와 같은 것에 한정되지 않으며, 여러 병렬 선로 및 직렬 선로가 조합된 선로라도 좋다. 또한, 물론 복수의 선로를 남김으로써 복수의 선로에 의해 합성된 전력의 위상차에 의해 지향 특성이 편향되도록 해도 상관없다.
또한, 도6의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 크랭크 선로(2b 및 2d)가 도면 중 P1, P2, P3, P4부에서 절단된 상태로 구성되어 있어도 안테나의 지향 특성을 원하 는 방향으로 용이하게 조정할 수 있다.
이와 같이 미리 상기 병렬 선로(R1, R2, R3)가 상기 P1, P2, P3, P4부에서 절단되어 구성된 안테나(X2)이면, 안테나 설치 상황이나 구축하는 무선 통신 영역의 범위 등에 따른 지향 특성을 얻을 수 있는 하나의 병렬 선로의 절단 부위만을 도전성 밀봉이나 납땜 장치 등에 의해 단락시킨다고 하는 간단한 조정 작업을 행하는 것만으로 원하는 지향 특성을 갖는 쌍지향성 안테나 장치를 실현하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 병렬 선로(R1)에 설정하는 경우에는 P1부를 단락하고[도6의 (b-1) 참조], 병렬 선로(R2)에 설정하는 경우에는 P2 및 P3부를 단락하고[도6의 (b-2) 참조], 병렬 선로(R3)에 설정하는 경우에는 P2 및 P4부를 단락함으로써[도6의 (b-3) 참조], 안테나의 지향 특성을 원하는 지향 특성으로 조정할 수 있다.
또한, 상기 절단 위치(P1, P2, P3, P4)의 절단 폭은 납땜 등에 의해 용이하게 단락 가능한 정도의 폭으로 하는 것으로 배려할 필요가 있다. 또한, 상기 절단 위치(P1, P2, P3, P4)를 단락하는 방법은 상기 납땜 장치 등에 한정되지 않으며, 예를 들어 절단된 패턴끼리를 단락하기 위한 딥 스위치나 단락 핀 등의 단락 수단인 것도 생각할 수 있다. 이에 의해, 상기 납땜 장치 등의 기기를 이용하지 않고 용이하게 단락 작업을 행할 수 있다. 또한, 물론 복수의 절단 부위를 접속함으로써 합성된 전력의 위상차에 의해 지향 특성이 편향되도록 해도 상관없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 유전체층과 도전체층에 의해 적층 구조화된 적층 기판의 표리면 각각에 2개 이상의 공진 소자와, 안테나 급전 선로와 결합 하는 선로 결합부와, 상기 선로 결합부를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로를 갖는 안테나부가 설치되어 있으므로, 철도나 도로 등의 가늘고 긴 이동 경로에 적합한 높은 이득 및 강한 지향 특성을 갖고, 또한 파라보라 안테나나 야기 안테나 등과 비교하여 제조가 용이하고, 소형화된 쌍지향성 안테나 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 안테나부에 적어도 1개의 상기 공진 소자로 급전되는 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 마련함으로써, 상기 공진 소자에 공급되는 전력의 위상을 변경하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각으로부터 방사되는 전파의 위상을 불균등하게 함으로써 안테나부 전체의 지향 특성을 편향하는 것이 가능해진다. 이 경우, 상기 위상 조정 수단이 적어도 1개의 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에 설치된 경로 길이가 다른 복수의 소자 급전 선로이면, 상기 안테나부의 지향 특성을 용이하게 편향하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 복수의 소자 급전 선로가 단일 형상으로 형성된 병렬 선로라도 상기 안테나부의 지향 특성을 용이하게 편향하는 것이 가능하다.
또한, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에서 전기적으로 접속된 상태인 경우에는, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 절단됨으로써 그 선로에 접속된 공진 소자 1개의 급전 위상이 조정 가능하게 형성된 분기 선로를 포함하여 이루어지는 것이면, 안테나의 설치 상황에 따른 지향 특성을 얻을 수 있는 선로 이외의 선로를 절단한다고 하는 간단한 작업을 행하는 것만으로, 원하는 지향 특성을 갖는 쌍지향 성 안테나 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 전기적으로 절단된 급전 선로를 포함하여 구성되어 있는 경우에는, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 절단된 소정의 위치에서 단락 가능하게 형성된 것이라도 안테나의 설치 현장의 상황에 따른 지향 특성을 얻을 수 있는 선로만을 접속한다고 하는 간단한 작업을 행하는 것만으로, 원하는 지향 특성을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 상기 소자 급전 선로가 스트립 라인형 또는 마이크로 스트립 라인형 혹은 이들에 준하는 필름 패턴으로 이루어지는 것이므로, 상기 적층 기판에 안테나부를 설치하는 것이 용이해지고, 또한 상기 소자 급전 선로의 절단 혹은 단락(접속)을 용이하게 행할 수 있다. 이에 의해, 상기 쌍지향성 안테나 장치의 설치 작업을 간이하게 행하는 것이 가능해진다.

Claims (9)

  1. 유전체층과 도전체층에 의해 적층 구조화된 적층 기판과, 상기 적층 기판의 표리면 각각에 설치된 안테나부를 구비하여 구성된 쌍지향성 안테나 장치에 있어서,
    상기 적층 기판의 외부로부터 공급된 전력을 상기 적층 기판의 표리면에 설치된 상기 안테나부 각각에 급전하는 안테나 급전 선로를 구비하고,
    상기 안테나부가, 2개 이상의 공진 소자와, 상기 안테나 급전 선로와 결합하는 선로 결합부와, 상기 선로 결합부를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 쌍지향성 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나부가 적어도 1개의 상기 공진 소자로 급전되는 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 포함하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위상 조정 수단이 적어도 1개의 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에 설치된 경로 길이가 다른 복수의 소자 급전 선로인 쌍지향성 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 소자 급전 선로가 단차 형상으로 형성된 병렬 선로인 쌍지향성 안테나 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에서 전기적으로 접속되어 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치에 있어서,
    상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 절단됨으로써 그 선로에 접속된 공진 소자로의 급전 위상이 조정 가능하게 형성된 분기 선로를 포함하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 전기적으로 절단된 급전 선로를 포함하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치에 있어서,
    상기 복수의 소자 급전 선로가 상기 절단된 소정의 위치에서 단락 가능하게 형성되어 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소자 급전 선로가 스트립 라인형 또는 마이크로 스트립 라인형 혹은 이들에 준하는 필름 패턴으로 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치.
  8. 유전체층과 도전체층에 의해 적층 구조화된 적층 기판과, 상기 적층 기판의 표리면 각각에 설치된 안테나부를 구비하여 구성된 쌍지향성 안테나 장치이며,
    상기 적층 기판의 외부로부터 공급된 전력을 상기 적층 기판의 표리면에 설치된 상기 안테나부 각각에 급전하는 안테나 급전 선로를 구비하고, 상기 안테나부가 2개 이상인 공진 소자와, 상기 안테나 급전 선로와 결합하는 선로 결합부와, 상기 선로 결합부를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로와, 적어도 1개의 상기 공진 소자로 급전되는 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 구비하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치에 이용되는 상기 안테나부의 지향 특성 조정 방법에 있어서,
    상기 복수의 소자 급전 선로 각각이 상기 공진 소자와 상기 선로 결합부와의 사이에서 전기적으로 접속된 상태인 경우에, 상기 복수의 소자 급전 선로 중 1개 또는 복수의 소자 급전 선로를 제외한 다른 소자 급전 선로를 절단함으로써 상기 안테나부의 지향 특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 지향 특성 조정 방법.
  9. 유전체층과 도전체층에 의해 적층 구조화된 적층 기판과, 상기 적층 기판의 표리면 각각에 설치된 안테나부를 구비하여 구성된 쌍지향성 안테나 장치이며,
    상기 적층 기판의 외부로부터 공급된 전력을 상기 적층 기판의 표리면에 설치된 상기 안테나부 각각에 급전하는 안테나 급전 선로를 구비하고, 상기 안테나부가 2개 이상인 공진 소자와, 상기 안테나 급전 선로와 결합하는 선로 결합부와, 상기 선로 결합부를 기점으로 하여 상기 2개 이상의 공진 소자 각각에 급전하는 각각의 소자 급전 선로와, 적어도 1개의 상기 공진 소자로 급전되는 전력의 위상을 조 정하는 위상 조정 수단을 구비하여 이루어지는 쌍지향성 안테나 장치에 이용되는 상기 안테나부의 지향 특성 조정 방법에 있어서,
    상기 복수의 소자 급전 선로 각각이 상기 소자 급전 선로 상의 소정의 위치에서 전기적으로 절단된 상태인 경우에, 상기 복수의 소자 급전 선로 중 1개 또는 복수의 소자 급전 선로를 상기 소정의 위치에서 단락시킴으로써 상기 안테나부의 지향 특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 지향 특성 조정 방법.
KR1020050052769A 2004-06-21 2005-06-20 쌍지향성 안테나 장치 및 지향 특성 조정 방법 KR100660492B1 (ko)

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