KR20060050282A

KR20060050282A - 멀티 빔 안테나

Info

Publication number: KR20060050282A
Application number: KR1020050071896A
Authority: KR
Inventors: 고헤이 모리
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2006-05-19
Also published as: US7388552B2; CN1747232B; JP2006066993A; US20060044200A1; CN1747232A; TW200625722A; TWI278144B

Abstract

복수의 방향으로 지향성을 바꾸는 것이 가능한 멀티 빔 안테나의 소형화 및 박형화를 도모한다.

1소자의 급전소자 (11)과 이 급전소자 (11)의 전후에 배치된 N소자(

N：자연수)의 무급전소자(12, 13)로 구성되는 안테나 소자열을 구비하며, 상기 N소자의 무급전소자(12, 13)의 적어도 1소자의 전기장을 전환 소자(20)에 의해 가변 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 빔 안테나{Multi beam antenna}

도 1은, 본 발명과 관련되는 멀티 빔 안테나의 기본 구성을 도시한 모식적인 평면도이다.

도 2는, 프린트 기판의 패턴에 의해서, 도파기와 반사기의 길이를 변경한 슬롯 야기우다(Yagi-Uda) 안테나를 도시한 모식적인 평면도(a), 및, 그 입력 특성을 나타내는 특성도(b)이다.

도 3은, 도 2에 도시한 슬롯 야기우다 안테나의 지향 특성을 나타내는 특성도(a), (b), (c)이다.

도 4는, 도파기와 반사기를 반대로 배치한 슬롯 야기우다 안테나를 나타내는 모식적인 평면도(a), 및, 그 입력 특성 가리키는 특성도(b)이다.

도 5는, 도 4에 도시한 슬롯 야기우다 안테나의 지향 특성을 나타내는 특성도(a), (b), (c)이다.

도 6은, 무급전슬롯에 쇼트 PIN을 설치한 슬롯 야기우다 안테나의 구성을 도시한 모식적인 평면도(a), 및, 그 무급전슬롯 부분의 확대도(b)이다.

도 7은, 도 6에 도시한 슬롯 야기우다 안테나의 지향 특성을 나타내는 특성도이다.

도 8은, 무급전슬롯에 리액턴스 소자를 설치함으로써 도파기와 반사기의 기 능을 전환하도록 한 멀티 빔 안테나의 구성을 나타내는 모식적인 평면도(a), 및 그 무급전슬롯 부분의 확대도(b)이다.

도 9는, 도 8에 도시한 멀티 빔 안테나에 있어서의 XZ평면의 지향성의 변화의 해석결과를 나타내는 특성도이며, 상기 리액턴스 소자로서 캐패시터를 이용했을 경우의 최대방사 방향의 변화를 (a)에 나타내며, 또, 상기 리액턴스 소자로서 인덕터를 이용했을 경우의 최대 방사 방향의 변화를 (b)에 도시하고 있다.

도 10은, 상기 리액턴스 소자로서 캐패시터를 이용한 멀티 빔 안테나의지향 특성을 나타내는 특성도이다.

도 11은, 무급전슬롯에 임피던스 변환기를 설치함으로써 도파기와 반사기의 기능을 전환하도록 한 멀티 빔 안테나의 구성을 나타내는 모식적인 평면도(a), 및 그 무급전슬롯 부분의 확대도(b)이다.

도 12는, 도 11에 도시한 멀티 빔 안테나의 지향 특성을 나타내는 특성도이다.

도 13은, 지향성을 4방향으로 전환가능하게 하는 멀티 빔 안테나의 구성을 나타내는 모식적인 평면도이다.

도 14는, 도 13에 도시한 멀티 빔 안테나에 있어서, 각 무급전소자의 전기 길이를 리액턴스 소자에 의해서 바꾸고, 도파기와 반사기로서 기능시키도록 했을 경우의 입력 특성을 나타내는 특성도이다.

도 15는, 각 무급전소자의 전기 길이를 리액턴스 소자에 의해서 바꾸어 도파기와 반사기로서 기능시키도록 한 멀티 빔 안테나에 있어서의 4방향의 지향 특성을 나타내는 특성도(a), (b), (c), (d)이다.

도 16은, 도 13에 도시한 멀티 빔 안테나에 있어서, 각 무급전소자의 전기 길이를 임피던스 변환기에 의해 바꾸어 도파기와 반사기로서 기능시키도록 했을 경우의 입력 특성을 나타내는 특성도이다.

도 17은, 각 무급전소자의 전기 길이를 임피던스 변환기에 의해 바꾸어 도파기와 반사기로서 기능시키도록 한 멀티 빔 안테나에 있어서의 지향 특성을 나타내는 특성도(a), (b)이다.

도 18은, 본 발명과 관련되는 멀티 빔 안테나의 실장예를 모식적으로 나타내는 도(a), (b), (c)이다.

도 19는, 본 발명과 관련되는 멀티 빔 안테나의 다른 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도 20은, 지향성 안테나로서 텔레비젼 수신등에 사용되는 야기우다 안테나의구성을 나타내는 모식적인 사시도이다.

도 21은, 상기 야기우다 안테나의 지향성을 나타내는 특성도이다.

본 발명은, 정보 통신 기능이나 스토리지 기능등을 탑재해, 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화기 혹은 오디오 기기등의 각종 전자기기에 장착해서 이용되는 초소형 통신 모듈에 이용하여 매우 적합한 복수의 방향으로 지향성을 바꿀 수 있는 멀티 빔 안 테나에 관한 것이다.

예를 들면, 음악, 음성 혹은 각종 데이터나 화상등의 정보는, 근년 데이터의 디지털화에 따라 퍼스널 컴퓨터나 모바일 기기등에 의해서도 간편하게 취급할 수 있게 되어 있다.

또한, 이러한 정보는, 음성 코딩 기술이나 화상 코딩 기술에 의해 대역 압축이 도모되며, 디지털 통신이나 디지털 방송에 의해 각종의 통신 단말 기기에 대해서 용이하고 효율적으로 전달되는 환경이 계속 갖추어지고 있다. 예를 들면, 오디오·비디오 데이터(AV데이터)는, 휴대 전화기에 의해서도 수신이 가능해지고 있다.

한편, 데이터등의 송수신 시스템은, 소규모의 지역내에 있어서도 적용 가능한 간단하고 쉬운 무선 네트워크 시스템의 제안에 의해서, 가정을 시작으로 하여 여러가지 장소에서 활용되어지고 있다. 무선 네트워크 시스템으로서는, 예를 들면 IEEE802.1a에서 제안되고 있는 5GHz 대역의 협역라디오 커뮤니케이션 시스템이나 IEEE802.1b에서 제안되고 있는 2.45GHz대역의 무선 LAN 시스템 혹은 블루투스(Bluetooth)라고 칭해지는 근거리 라디오 커뮤니케이션 시스템등의 차세대 라디오 커뮤니케이션 시스템이 주목받고 있다.

그런데, 특성 방향으로 지향성을 가지지 않는 안테나를 사용했을 경우, 많은 전파가 존재하는 다중파 전반환경에 있어서는, 건물벽 등에 반사에 의해서 생긴 간섭파에 의해서, 통신품질이 열화한다는 문제가 있다.

그러므로, 지향성을 특정 방향으로 향하게 하는 안테나가 주목받고 있다.

그 중에, 복수의 위상기를 사용한 페이즈 어레이 안테나(phase array antenna)나 복수의 송수신계를 사용하여 적응 신호 처리를 이용하는 적응 어레이 안테나(adaptive array antanna)가 제안되고 있다.

또, 지향성 안테나로서 텔레비젼 수신등에 사용되는 야기우다 안테나가 있다. 야기우다 안테나(100)에서는, 도 20에 도시한 바와같이, 전파를 방사하는 방사기(111)외에, 방사기(111)보다 조금 긴 반사기(112), 방사기(111)보다 짧은 도파기(113)를 전후에 배치하여, 도 21에 도시한 지향성을 나타낸다(예를 들면, 특허 문헌1 참조).

또, 이 야기우다 안테나를 복수개 배치하여 전환함으로써, 지향성을 특성 방향으로 향하는(지향성 제어 안테나)것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

[특허 문헌 1] 특개 평10－123142호 공보

[특허 문헌 2] 특개 2003－142919호 공보

그런데, 적응 어레이 안테나는, 복수의 계통이 필요하기 때문에, 시스템이 복잡하고 고가로 되어, 민생용으로 사용되기는 어렵다.

또한, 특허 문헌 1에 나타난 안테나 장치에서는, 야기우다 안테나를 복수 배열하는 구조를 하고 있기 때문에, 반사기와 복수개의 도파기가 필요하므로 소형화를 할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 게다가 이 안테나 장치에서는, 그랜드판으로부터, 모노폴(monopole) 안테나가 기판의 수직 방향으로 돌출하게 된다. 박형화를 할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 또, 이 안테나 장치의 구조를 모노폴 안 테나로부터 다이 폴 안테나로 변경한 프린트판에 형성한 경우, 그랜드판을 근방에 배치하는 것은 어렵기 때문에, 전환 스윗치등을 실장하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.

게다가 특허 문헌 2에 나타난 멀티 빔 안테나에서는, 도파기와 반사기의 스페이스의 공용화를 도모하며, 급전의 위치를 바꾸어 멀티 빔화를 실시하고 있지만, 소형화에는 한계가 있다. 게다가 이러한 안테나에서는, 복수의 방향으로 빔을 방사하므로, 그 빔마다, 송수신계의 사이에 전환 스윗치가 필요하다는 문제가 있다. 이러한 안테나는, 송수신계가 하나가 되는 것이 기본이기 때문에, 그 스윗치는 한 쌍의 복수전환이 필요하며, 라디오 커뮤니케이션의 이용 주파수대에서의 제조는 어렵다고 하는 문제가 있다.

그러므로, 본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, , 그 목적으로 하는 것은, 복수의 방향으로 지향성을 바꿀 수 있는 멀티 빔 안테나의 소형화 및 박형화를 도모하는 것에 있다.

본 발명의 더욱 다른 목적, 본 발명에 의해서 얻을 수 있는 구체적인 이점은, 이하에 설명되는 실시의 형태의 설명으로부터 한층 더 명백해진다.

본 발명과 관련되는 멀티 빔 안테나는, 적어도 1소자의 급전소자와 N소자(N：자연수)의 무급전소자로 구성되는 안테나 소자열을 구비하며, 상기 N소자의 무급전소자의 적어도 1소자의 전기장을 가변으로 한 것을 특징으로 한다.

이 멀티 빔 안테나에서는, 예를 들면, 상기 N소자의 무급전소자의 적어도 1 소자에 임피던스 변환기를 설치하여 전기장을 가변할 수 있다.

또한, 이 멀티 빔 안테나에서는, 예를 들면, 상기 N소자의 무급전소자의 적어도 1소자에 리액턴스 가변 소자를 설치하여 전기장을 가변할 수 있다.

또한, 이 멀티 빔 안테나에서는, 상기 급전소자와 N소자의 무급전소자는, 예를 들면, 슬롯 안테나로 구성할 수 있다.

게다가, 이 멀티 빔 안테나에서는, 상기 안테나 소자열을 복수 구비하는 것으로 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

본 발명과 관련되는 멀티 빔 안테나의 기본 구조를 도 1에 나타낸다.

이 멀티 빔 안테나(10)는, 도 1의 (a)에 도시한 바와같이, 야기우다 안테나를 슬롯구조로 한 것으로서, 1소자의 급전소자(11)와 2소자의 무급전소자(12, 13)로 구성되는 안테나 소자열을 구비하며, 도 1의 (b), (c)에 도시한 바와같이, 상기 무급전소자(12, 13)의 각 전기 길이를 바꾸는 전환 소자(20)를 설치하여, 상기 무급전소자(12, 13)의 각 전기길이를 가변함으로써 지향성을 2방향으로 전환가능하게 한 것이다.

여기서, 슬롯 안테나는, 도체(그랜드면)상에 약 1／2파장의 슬릿을 열게 함으로써 형성된다.

도 1의 (a)에 도시한 바와같이, 양면 프린트 기판(15)의 그랜드면(15 A)에 형성된 슬롯 안테나는, 상기 그랜드면(15A)과 대응하는 면에 형성된 마이크로 스트 립선로(14)에 의해서 전자 결합급전 되어, 전파를 방사하는 방사 슬롯 즉 상기 급전소자(11)로서 기능한다.

여기서, 슬롯 안테나 즉 상기급전소자(11)는, 프린트 기판(15)의 기재의 유전율에 의해 그 공진 주파수가 변화한다. 그 방사 슬롯 즉 상기급전소자(11)보다 약 1／4파장(0.25λ0)떨어지며, 급전하지 않는 슬롯 즉 무급전소자(12, 13)를 배치하고, 그 길이 L1, L2를, 방사 슬롯의 길이 L0( 약 1／2 파장(0.5λg))와 비교해서, 짧게하면 도파기로서 기능하고, 상기 방사 슬롯의 길이 L0(약 1／2 파장(0.5λg))보다 길게 하면 반사기로서 기능하고, 일반적인 야기우다 안테나와 동등하게 기능할 수 있다. 따라서, 반사기와 도파기를 상기 급전소자(11)의 전후에 배치하는 것에 의해서, 지향성을 특정 방향으로 갖게 할 수 있다.

이러한 구조의 슬롯 야기우다 안테나에 있어서, 프린트 기판(15)의 패턴에 따라서, 도파기와 반사기의 길이를 변경했을 경우의 특성을 도 2 ~ 도 5에 나타낸다.

프린트 기판에는, 크기 40mm각, 두께 1mm의 FR－4 기판을 이용하고, 도 2의 (a)에 도시한 바와같이, 슬롯의 폭은 2mm, 길이는, 도파기(무급전소자 : 12), 방사기(급전소자 (11)), 반사기(무급전소자 13)의 순서대로, L₁=18 mm, L₀=17mm, L₂=20.5mm로 한 슬롯 야기우다 안테나에서는, 도 2의 (b)에 도시한 바와같이, 입력특성을 나타내며, 방사기(급전소자 (11))의 길이가 관내 파장(λg)의 약 1/2 파장으로 공진하는 것을 알 수 있다. 또, 이 슬롯 야기우다 안테나의 지향성 특성을 도 3의(a), (b), (c)에 도시하고 있다.

또한, 도 4의 (a)에 도시한 바와같이, 도파기와 반사기를 반대로 한 슬롯 야기우다 안테나에서는, 도 4의 (b)에 도시한 바와같은 입력 특성을 나타내며, 도 5의 (a), (b), (c)에 도시한 바와같은 지향성 특성을 나타낸다.

도 3의 (c) 및 도 5(c)에 도시한 YZ면의 특성보다, 도파기와 반사기에 의해서 지향성이 제어되는 것을 확인할 수 있다.

덧붙여 도 3의(a), (b), (c) 및 도 5의(a), (b), (c)는, 상기 슬롯의 긴 방향을 X방향, 각 슬롯의 배열 방향을 Y방향, X방향 및 Y방향과 직교하는 방향을 Z방향으로 하면, XY면, XZ면 및 YZ면에 있어서의 이득의 해석치 및 실측치를 나타내는 각 지향성 특성을 나타내고 있다.

이와 같이, 슬롯 야기우다 안테나에서는, 도파기 슬롯과 반사기 슬롯을 배치하면, 지향성을 갖게할 수 있으므로, 도파기 슬롯과 반사기 슬롯의 위치를 교환하는 것에 의해서, 대칭인 지향성을 얻을 수 있다. 따라서, 프린 슬롯 안테나에 있어서, 복사 슬롯의 전후에 무급전슬롯을 배치해 그 길이를 전환함으로써, 도파기 슬롯과 반사기 슬롯으로서 동작시킬 수 있으며, 지향성을 바꿀 수 있다.

예를 들면 도 6의(a), (b)에 도시한 바와같이, 슬롯길이 LS가 17mm의 복사 슬롯(급전소자 (11))의 전후에, 반사기로서 동작하는 슬롯길이(LP1＋LP2＋GP=20.5 mm)의 무급전슬롯(무급전소자 12, 13)을 배치하고, 한편의 무급전 슬롯의 도파기로서 동작하는 슬롯길이LP1=18.5 mm)의 위치에, 쇼트 PIN(30)을 배치하면, 이 무급전슬롯은 도파기로서 동작하고, 슬롯 야기 우다 안테나로서 동작한다. 무급전슬롯 의 한편에 쇼트 PIN(30)을 배치했을 경우의 YZ평면의 지향성의 해석치를 도 7에 나타낸다. 이 도 7에 있어서, 지향 특성(a)은, 무급전 슬롯 ＃1, 즉 무급전소자(12)에 쇼트 PIN(30)을 배치했을 경우, 지향 특성(b)은, 무급전 슬롯 ＃2 즉, 무급전소자(13)에 쇼트 PIN(30)을 배치했을 경우를 나타내고 있다. 이 도 7에 의해 지향성이 바뀌고 있는 것을 확인할 수 있다.

여기서, 상술의 슬롯 야기우다 안테나에서는, 프린트 기판(15)에 형성한 무급전 소자(12, 13)의 패턴에 의해서, 도파기와 반사기의 길이를 변경하고 있었지만, 예를 들면, 무급전 슬롯에 리액턴스 소자를 설치하는 것에 의해서 도파기와 반사기의 기능을 전환하는 것이 가능하다. 즉, 상기 쇼트 PIN(30)대신에, 무급전 슬롯의 슬롯 길이를 LP1와 LP2로 분리하는 위치에 리액턴스 소자를 배치하여, 슬롯 야기우다 안테나의 지향성을 바꿀 수 있다.

구체적으로는, 예를 들면 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와같이, 미리 반사기와 동등한 길이의 슬롯에 의해서 무급전소자(12, 13)를 형성하고, 도파기 길이 위치에, 상기 전환 소자(20)로서 예를 들면 리액턴스 소자(21)를 배치하는 것에 의해서, 도파기와 반사기의 기능을 바꿀 수 있다.

무급전 슬롯(무급전소자 : 12, 13)의 슬롯 길이를 LP1(L₁＇, L₂＇)과

LP2로 분리하는 위치에, 상기 전환 소자(20)로서 리액턴스 소자(21)를 설치했을 경우의 XZ평면의 지향성의 변화의 해석 결과를 도 9의(a, b)에 나타낸다. 상기 리액턴스 소자(21)로서 캐패시터를 이용했을 경우의 최대 방사 방향의 변화를 도 9의 (a)에 나타내며, 또, 상기 리액턴스 소자(21)로서 인덕터를 이용했을 경우의 최대 방사 방향의 변화를 도 9의 (b)에 나타낸다. 도 9의(a), (b)에 나타나는 정수에 의해서, 지향성이 변화하고 있다는 것을 알 수 있다.

어느 부품에 경우에서도, 설계 주파수에 대해 낮은 임피던스의 정수의 부품을 배치 했을 경우는, 무급전슬롯에 여진되는 자류가 방해되지 않고, 슬롯이 개방되는 것과 등가가 되어 반사기로서 동작한다. 한편, 높은 임피던스 정수의 소자를 배치했을 경우는, 무급전슬롯의 자류의 경로가 그 위치에서 절단되어, 슬롯이 부품에 의해 단락되는 것과 등가가 되어, LP2 측에 자류가 분포하지 않게 되어 도파기로 동작한다. 모든 경우에, 설계 주파수에 있어서, 낮은 임피던스일 때는, 반사기로 동작하고, 높은 임피던스일 경우는, 도파기로서 동작하는 것을 알 수 있다.

무급전슬롯의 슬롯 길이를 LP1(L₁＇, L₂＇)과 LP2로 분리하는 위치에, 리액턴스 소자를 이용했을 경우의 YZ평면의 지향성의 일례를 도 10에 나타낸다. 이와 같이, 정수를 적절히 선택하여, 무급전슬롯을 도파기 및 반사기로서 동작시켜, 슬롯 야기우다 안테나를 구성할 수 있다. 이 도 10에 있어서, 지향 특성 (a)는, 무급전슬롯 ＃1 즉 무급전소자(12)에 0.5pF의 캐패시터를 배치하고, 무급전슬롯 ＃2 즉 무급전소자(13)에 18pF의 캐패시터를 배치했을 경우를 나타내며, 또한, 지향 특성(b)은, 무급전슬롯 ＃1 즉 무급전소자(12)에 18pF의 캐패시터를 배치하고, 무급전슬롯＃2 즉 무급전소자(13)에 0.5pF의 캐패시터를 배치했을 경우를 나타내고 있 다. 이 도 10에 의해 지향성이 바뀌고 있는 것을 확인할 수 있다.

게다가 디스크리트(discrete) 부품 대신에, 바리캡나 MEMS 스윗치를 배치했을 경우도, 그 전압에 의한 임피던스의 가변에 의해서, 무급전슬롯을 도파기 및 반사기로서의 동작을 바꾸는 것이 가능하다. 즉, 지향성을 바꾸는 것이 가능하다. 이에 의해서, 도파기와 반사기를 완전하게 공용할 수 있어 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명과 관련되는 슬롯 야기우다 안테나에서는, 도 11의 (a), (b)에 도시한 바와같이, 무급전슬롯(무급전소자 12, 13)의 슬롯 길이를 LP1(L₁＇, L₂＇)과 LP2로 분리하는 위치에, 상기 리액턴스 소자(21)대신해 예를 들면 임피던스 변환기(22)를 설치하도록 해도, 무급전슬롯(무급전소자 12, 13)을 도파기 및 반사기로서의 동작을 바꾸는 것이 가능하다.

임피던스 변환기(22)로서 예를 들면 MMIC(MMIC:monolithic microwave integrated circuits)　SPDT(SPDT:single pole double throw switch) 스윗치(이하 단에 MMIC 스윗치라고 한다)를 실장한다.

여기서, MMIC 스윗치의 경우는, 내부의 FET이외에 리액턴스 소자가 포함되며, 단순하게 전환 스윗치로서 동작할 수 없다. 슬롯 야기 우다 안테나의 경우, 무급전슬롯(무급전소자 12, 13)의 리액턴스 성분이 용량성의 경우는, 도파기로서 동작하고, 유도성의 경우는, 반사기로서 동작한다. 따라서, 슬롯과 MMIC 스윗치의 합성 리액턴스 성분이, 용량성이나 유도성 등에 의해서, 도파기와 반사기의 동 작을 바꿀 수 있다.

무급전소자(12, 13)에 MMIC 스윗치를 실장하는 경우, 스윗치의 ＃A포트는, 슬롯 선로에 단락시키고, ＃B포트는 개방시킨다. 여기서, MMIC 스윗치가 부착된 무급전슬롯(무급전소자 :12, 13)의 임피던스는 이하의(1) 식~(5) 식에 의해 표현된다.

[식 1]

[식 2]

[식 3]

[식 4]

[식 5]

여기에서,

Z_P：무급전슬롯 임피던스

Z_LPn：무급전슬롯 임피던스(길이：n)

Z_SW：MMIC 스윗치 임피던스

Z_SWLP2：합성 임피던스(SW＋LP2)이다.

MMIC 스윗치의 임피던스의 변환(오픈 및 쇼트)에 의해, (4)식 및 (5) 식의 조건을 채우도록 LP1(L₁＇, L₂＇) 및 L2의 길이를 결정하면, 무급전소자(12, 13)에 의한 도파기와 반사기의 동작을 바꾸는 것이 가능하다.

두 개의 무급전슬롯(무급전소자 : 12, 13)에 상기 전환 소자(20)으로서 MMIC스윗치(NEC　uPG2022TB, Open：10－j100Ω, Short：47＋5jΩ)를 실장했을 경우의 YZ평면 지향성의 측정치를 도 12에 나타낸다. 이 도 12에 있어서 지향 특성(a)은, 무급전슬롯 ＃1 즉 무급전소자(12)에 설치한 스윗치를 개방하고, 무급전슬롯 ＃2 즉 무급전소자(13)에 설치한 스윗치를 단락했을 경우를 나타내며, 지향 특성(b)은, 무급전슬롯 ＃1 즉 무급전소자(12)에 설치한 스윗치를 단락하고, 무급전슬롯 ＃2 즉 무급전소자 (13)에 설치한 스윗치를 개방했을 경우를 나타내고 있다. 이 도 12로부터 MMIC 스윗치의 임피던스의 변환에 의해서, 지향성이 바뀌고 있는 것을 알 수 있다. 즉, MMIC 스윗치에 의해 도파기와 반사기의 기능을 바꾸어 무급전슬롯(무급전소자 : 12, 13)을 공유하여, 소형화를 도모할 수 있다. 또, 방사 슬 롯(급전소자: 11)에는, 스윗치가 들어가 있지 않고, 또, 페이즈 어레이 안테나와 같은 이상기가 부가되어 있지 않기 때문에, 방사소자로서의 기능은 손상되지 않으며, 게다가 급전소자(11)나 무급전소자(12, 13)는, 그랜드면(15A)에 형성되어 있기 때문에, 소자 자체의 두께가 프린트 기판(15)의 두께로 되어 박형화를 도모할 수 있어, 안테나 소자에 대한 전환 동작의 영향이 작으므로 실장하기 쉽다고 하는 이점이 있다.

상술의 슬롯 야기우다 안테나는, 전후방향에만 지향성을 향할 수 있는 지향성을 2방향으로 전환가능하게 한 멀티 빔 안테나(10)을 구성한 것이지만, 도 13에 도시한 바와같이, 도 1의 (a)에 도시한 안테나 소자열을 서로 직교하도록 배치하여, 지향성을 4방향으로 전환가능하게 한 멀티 빔 안테나(110)를 구성할 수 있다.

이 도 13에 도시한 멀티 빔 안테나(110)는, 1소자의 급전소자(11A)와 2소자의 무급전소자(12A, 13A)로 구성되는 안테나 소자열(10A)과, 이 안테나 소자열(10A)에 직교하도록 배치된 1소자의 급전소자(11B)와 2소자의 무급전소자(12B, 13B)로 구성되는 안테나 소자열(10B)을 구비하며, 상기 급전소자(11A, 11B)로서 기능하는 방사 슬롯을 크로스 슬롯에 의해 형성하고, 마이크로 스트립 선로(14)에 의한 크로스 슬롯 즉 급전소자(11A, 11B)에 대한 급전을 스윗치에 의해서 바꾸어, 방사 방향 즉 지향성을 전후(＃1,＃2), 좌우(＃3,＃4)로 전환도록 한 크로스 슬롯 야기우다 안테나를 구성한 것이다.

이 멀티 빔 안테나(110)에 있어서, 각 무급전소자(12A, 13A, 12B, 13 B)의 전기 길이를 리액턴스 소자(21)에 의해 바꾸어, 도파기와 반사기로서 기능하도록 하는 경우의 입력 특성을 도 14에 나타내는 것과 동시에, 각 방향 ＃1,＃2,＃3,＃4의 지향성 특성을 도 15의 (a), (b), (c), (d)에 도시하고 있다.

도 14에 도시한 입력 특성으로부터 알 수 있듯이, 이 멀티 빔 안테나 (110)의 비대역(fractional bandwidth)은 약 5％정도가 되고 있다. 또, 도 15에 도시한 지향성 특성으로부터 알 수 있듯이, 멀티 빔 안테나(110)에서는, 4방향으로 지향성을 제어할 수 있다.

한편, 이 멀티 빔 안테나(110)의 평균 이득을 표 1에 나타낸다. 방사 방향 이외의 방향보다 적어도 3dB이상으로 평균 이득차이가 있으므로, 수신 검파했을 경우의 최대 이득이 방사방향이 되어, 그 방사 방향으로 송신하는 것에 의해서, 불필요한 파를 억제할 수 있다.

또한, 상기 도 13에 도시한 멀티 빔 안테나(110)에 있어서, 각 무급전소자(12A, 13A, 12B, 13B)의 전기 길이를 임피던스 변환기(MMIC 스윗치) (22)에 따라서 바꾸어 도파기와 반사기로서 기능시키도록 했을 경우의 입력 특성을 도 16에 도시한 동시에, 지향성 특성을 도 17의 (a), (b)에 도시하고 있다.

무급전슬롯에 MMIC 스윗치를 실장한 크로스 슬롯 야기 우다 안테나 에서는, MMIC 스윗치를 전환함으로써, 도파기 및 반사기를 구성하고, 지향성을 변화시킬 수 있어 예를 들면, 방향＃1(＋Y방향)로 지향성을 기울이고 싶은 경우는, 무급전소자(12A)를 도파기, 그 이외의 무급전소자(13A, 12B, 13B)를 반사기가 되도록 MMIC 스윗치를 설정한다.

이 크로스 슬롯 야기우다 안테나에서는, 입력 특성을 도 16에 도시한 바와같이, 주파수 대역은 약 200 MHz(5.1~5.3 GHz)가 되며, MMIC 스윗치를 실장하지 않는 경우와 거의 같은 경향을 나타내고 있다.

또한, 이 크로스 슬롯 야기우다 안테나의 지향성을 도 17의 (a), (b)에 도시한 바와같이, 어느 방향에 대해도 도파기측으로 기울고 있어 야기 우다 안테나로서 동작하고 있다는 것을 알 수 있다. 도 17의 (a)에 있어서, 지향 특성(a)은, 무급전소자(12A)를 도파기로서 기능시키고, 무급전소자(13A, 12B, 13B)를 반사기로서 기능시키는 경우를 나타내며, 또한, 지향 특성(b)은, 무급전소자(13A)를 도파기로서 기능시키고, 무급전소자(12A, 12 B, 13B)를 반사기로서 기능시켰을 경우를 나타내고 있다. 도 17의 (b)에 있어서, 지향 특성(a)은, 무급전소자(12B)를 도파기로서 기능시키고, 무급전소자(13B, 12A, 13A)를 반사기로서 기능시켰을 경우를 나타내며, 또한, 지향 특성(b)는, 무급전소자(13B)를 도파기로서 기능시키고, 무급전소자(12 B, 12A, 13A)를 반사기로서 기능시켰을 경우를 나타내고 있다.

게다가 이 크로스 슬롯 야기우다 안테나의 안테나 이득을 표 2에 나타낸다. MMIC 스윗치의 실장에 의해서 약간 이득이 저하되고 있지만, 희망하는 방향의 평균 이득은, 다른 방향보다 약 6dB이상 향상하고 있으며, 빔 스윗치 안테나로서 충분히 동작하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이상으로부터, 4방향에 대해 빔 스윗치 안테나가 실현될 수 있었다.

이러한 구성의 멀티 빔 안테나(110)는, 도 18의 (a)에 도시한 바와같이, 무선 LAN의 기지국(131), 도 18의 (b)에 도시한 바와같이, 노트 PC(정보 단말)(132), 도 18의 (c)에 도시한 바와같이, 무선 TV(AV기기)(133)등에 실장하여, 벽등에 반사해서 생긴 간섭파를, 송수신 계통을 늘리는 일없이 억제할 수 있다.

한편 본 발명은 슬롯 안테나 이외에도 적용할 수 있어 예를 들면, 도 19에 도시한 멀티 빔 안테나(210)와 같이, 방사 소자(11)에 선상 안테나를 이용했을 경우도, 마찬가지로, 무급전소자(12a, 12b, 13a, 13b)와 전환 소자(20)를 조합하여 선상 안테나에 대해서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명과 관련되는 멀티 빔 안테나에서는, 무급전소자를 도파기와 반사기로서 공용화하는 것이 가능하며, 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 지향성을 제어할 때에 필요한 스윗치가, 기본적으로는, 무급전소자에 실장되기 위해, 방사 소자와 급전회로의 사이에 삽입된 스윗치 수를 삭감할 수 있으므로 안테나 소자로서의 효율을 손상시키는 일이 없다. 또한, 상기 급전소자와 N소자의 무급전소자에 슬롯 안테나를 채용했을 경우는, 게다가 박형화를 도모하는 하는 것이 가능하다. 게다가 유전체 기판을 사용했을 경우는, 파장 단축 효과에 의해 소형화를 도모하는 일이 가능하며, 또한, 그랜드판을 갖추기 위해 변환을 위한 스윗치등을 실장하기 쉽다는 이점이 있다.

Claims

적어도 1소자의 급전소자와 N소자(N：자연수)의 무급전소자로 구성되는 안테나 소자열을 구비하며,

상기 N소자의 무급전소자의 적어도 1소자의 전기장을 가변으로 한 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 N소자의 무급전소자의 적어도 1 소자에 임피던스 변환기를 설치하여 전기장을 가변으로 한 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 N소자의 무급전소자의 적어도 1소자에 리액턴스 가변 소자를 설치하여 전기장을 가변으로 한 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 급전소자와 N소자의 무급전소자는, 슬롯 안테나로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 안테나 소자열을 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안

테나.