KR20070051928A - 마이크로스트립 안테나 및 마이크로스트립 안테나를 사용한고주파 센서 - Google Patents

마이크로스트립 안테나 및 마이크로스트립 안테나를 사용한고주파 센서 Download PDF

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KR20070051928A
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Abstract

본 발명은, 간단한 구성이며 전파빔의 방사(放射) 방향이 가변인 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로서, 본 발명의 마이크로스트립 안테나는, 기판(1)의 앞면 상에 배치된 급전(給電) 소자(102)와 무급전(無給電) 소자(104, 106)를 가진다. 급전 소자(102)에는 마이크로파 전력이 인가된다. 무급전 소자(104, 106)는 각각, 기판(1) 내를 지나는 스루홀식의 제어선을 통해 기판(1)의 배면 상에 설치된 스위치에 각각 접속된다. 이들 스위치의 개별 조작에 의해, 무급전 소자(104, 106)는 개별적으로 접지 상태 또는 플로트(float) 상태로 전환된다. 어느 무급전 소자(104,106)를 접지하거나 또 플로트 상태로 하거나를 선택함으로써, 마이크로스트립 안테나로부터 방사되는 전파빔의 방향이 바뀐다. 급전 소자(102)에는 파장보다 극단적으로 짧은 급전선(108)을 통하여 마이크로파 신호원(114)을 접속할 수 있으므로 전송 손실이 적어 효율이 우수하다.
마이크로스트립 안테나, 급전 소자, 무급전 소자, 전파빔, 전송 손실

Description

마이크로스트립 안테나 및 마이크로스트립 안테나를 사용한 고주파 센서 {MICROSTRIP ANTENNA AND HIGH FREQUENCY SENSOR USING MICROSTRIP ANTENNA}
본 발명은, 마이크로파 또는 그보다 높은 주파수의 전파를 송신하는 마이크로스트립(microstrip) 안테나에 관한 것이며, 특히, 마이크로스트립 안테나로부터 발신되는 통합적인 전파빔의 방사(放射) 방향을 제어하기 위한 기술에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 마이크로스트립 안테나를 사용한 고주파 센서에 관한 것이다.
종래부터, 기판의 표면과 배면에 각각 안테나 전극과 어스 전극을 배치하고, 안테나 전극과 어스 전극 사이에 마이크로파의 고주파 신호를 인가함으로써, 안테나 전극으로부터 수직 방향으로 전파를 발신하게 하는 마이크로스트립 안테나가 알려져 있다. 마이크로스트립 안테나로부터 발신되는 통합적인 전파빔의 방사 방향을 제어하기 위한 기술로서, 다음과 같은 것이 알려져 있다. 예를 들면, 일본국 특개 평7(1995)-12845호(특허 문헌 1)에 기재된 것은, 기판의 표면에 복수개의 안테나 전극을 배치하고, 고주파 스위치를 전환하여 각 안테나 전극으로의 고주파 신호의 급전선로의 길이를 변경함으로써, 통합적인 전파빔의 방사 방향을 변화시킨다. 즉, 복수개의 안테나 전극으로의 급전선로의 길이를 달리함으로써, 복수개의 안테나 전극으로부터 각각 발신되는 전파 사이에 위상차를 생기게 하여, 위상이 지연되는 안테나 쪽으로 통합된 통합적인 전파빔의 방사 방향을 경사지게 한다. 또, 예를 들면, 일본국 특개평 9(1997)-214238호(특허 문헌 2)에 기재된 것은, 통합적인 전파빔의 방사 방향이 상이한 안테나 전극을 복수개 배치하고, 고주파 스위치에 의해, 고주파 신호가 인가되는 안테나 전극을 전환함으로써, 통합적인 전파빔의 방사 방향을 변화시킨다. 또, 일본국 특개 2003-142919호(특허 문헌 3)에는, 복수개 의 급전 소자와 복수개의 무급전 소자를 기판 표면 상에 구비한 급전점 전환형의 멀티빔 안테나가 기재되어 있다. 이 멀티빔 안테나에서는, 복수개의 급전 소자의 전부 또는 일부가, 스위치를 통하여 급전 단자에 접속·개방 가능하게 되어 었고, 스위치에 의해 급전되는 급전 소자를 전환함으로써, 방사 방향이 다른 전파빔을 선택할 수 있도록 되어 있다.
마이크로스트립 안테나로부터 발신되는 전파를 이용한 물체 검지 장치가 알려져 있다. 이 물체 검지 장치에 있어서는, 상기와 같이 하여 마이크로스트립 안테나로부터의 통합적인 전파빔의 방사 방향을 변화시킴으로써, 통합적인 전파빔의 방사 방향이 고정되어 있는 경우와 비교하여, 물체의 위치나 상태를 보다 정확하게 검지할 수 있게 된다. 예를 들면, 마이크로스트립 안테나로부터 송신되는 통합적인 전파빔의 방사 방향을 XY 방향으로 바꾸어 2차원 범위를 스캔하게 함으로써, 2차원 범위에 걸친 물체의 유무나 상태를 파악할 수 있다. 물체 검지 장치의 용도에는, 예를 들면, 자동 추적 미사일에 있어서의 목표 검지나, 변기 장치에서의 사용자 검지 등 다방면에 걸친다. 어느 용도에 있어서도, 마이크로스트립 안테나로 부터 송신되는 통합적인 전파빔의 방사 방향을 변화시킬 수 있는 것은, 매우 유용하다. 예를 들면, 변기 장치에서의 사용자 검지 장치의 경우에 대하여 말하면, 사용자의 위치나 상태가 보다 정확하게 검지되고, 변기의 세정 장치나 탈취 장치 등을 보다 적절하게 제어할 수 있다. 그런데, 사용자 상태를 정확하게 파악하는 목적만으로부터는, 오히려 카메라 쪽이 적합할 지도 모르지만, 변기 장치에 있어서 카메라는 당연히 사용할 수 없다. 따라서, 전파를 사용한 물체 검지 장치로, 통합적인 전파빔의 방사 방향을 제어하여 사용자의 상태를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 하는 것은 매우 중요하다. 또한, 일본국에 있어서는, 인체를 검지할 목적으로는 10.525GHz 또는 24.15GHz, 또, 차량탑재용 충돌 방지의 목적으로는 76GHz의 주파수가 사용 가능하다.
특허 문헌 1: 일본국 특개평 7-128435호 공보
특허 문헌 2: 일본국 특개평 9-214238호 공보
특허 문헌 3: 일본국 특개 2003-142919호
상기 3개의 특허 공보에 개시되어 있는 종래 기술에 의하면, 전파빔의 방사 방향을 변화시키기 위하여, 마이크로파 신호를 전송하는 급전선로의 도중에, 마이크로파 신호의 통과와 차단이 선택 가능하고, 또한 특정 주파수의 마이크로파 신호에 대한 임피던스가 소정의 적정값으로 엄밀하게 조정된 고주파 스위치를 접속하여, 스위칭을 행할 필요가 있다. 그러나, 주파수가 높아지는만큼 급전선로와 고주파 스위치의 특성이나 접속 상태의 불균일(예를 들면, 기판의 비율 유전율, 고주파 스위치의 성능, 급전선로 패턴의 에칭 정밀도, 및 스위치의 탑재 위치 등의 불균일)이 안테나 성능에 크게 영향을 준다. 접속 상태가 나쁘면 고주파 스위치의 접속부에 의해 마이크로파 신호의 반사량이 증대하여, 고주파 스위치를 통과하고 안테나에 공급되는 전력량이 감소하거나 위상의 양이 변화되어 원하는 방향으로 전파빔을 방사할 수 없게 된다.
또, 일본국 특개평 7-128435호나 일본국 특개평 9-214238호에 기재된 안테나의 경우, 위상을 변화시키기 위해 급전선로의 일부를 분기시키고, 그 양단에 고주파 스위치를 접속하여, 스위칭을 행할 필요가 있다. 그러므로, 전파빔의 방사 방향을 변화시키려면, 적어도 2개 이상의 고주파 스위치가 필요하다. 또한, 분기시킨 급전선로의 길이나 형상이 전송 손실의 증가에 기여하므로, 효율의 저하는 피할 수 없다. 또, 사용되는 부품수나 급전선로 형상을 위하여, 기판 사이즈의 소형화나 제조의 저비용화에는 적합하지 않다.
일본국 특개 2003-142919호에 기재된 복수개의 급전 소자끼리가 대향하여 배치된 안테나의 경우, 수평 방향과 수직 방향으로 배치된 급전 소자의 여진(勵振) 방향이 상이하므로, 90도 간격으로 밖에 전파빔의 방사 방향을 바꿀 수가 없다. 또, 전파빔의 방사 방향은 급전하는 소자를 선택함으로써 결정되지만, 그 방사 각도는 일정하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 마이크로스트립 안테나에 있어서, 간단한 구성으로 전파빔의 방사 방향을 가변으로 하는 것에 있다.
본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나는, 기판과, 상기 기판의 앞면 상에 배치된 급전 소자와, 상기 기판의 앞면 상에 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된 무급전 소자와, 상기 무급전 소자를 접지하거나 플로트(float) 상태로 하거나 하여 전환하는 접지 수단을 구비한다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 상기 접지 수단은, 어스 전극과, 상기 무급전 소자를 상기 어스 전극에 접속하거나 또는 분리하는 스위치를 가진다. 이 스위치로서, 상기 무급전 소자와 상기 어스 전극에 각각 접속된 2개의 전기 접점을 가지고, 그 2개의 전기 접점이, ON 상태에서는 제1 갭을 사이에 두고 이격되고, OFF 상태에서는 제1 갭 보다 큰 제2 갭을 가지고 이격되도록 된 스위치를 사용할 수 있다. 또는, 상기 스위치로서, 상기 무급전 소자와 상기 어스 전극에 각각 접속된 2개의 전기 접점 사이에 절연막을 가지는 스위치를 사용할 수도 있다. 어쨋든, 이와 같은 구조의 스위치로서, MEMS 스위치를 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 무급전 소자가, 급전 소자로부터 여진 방향으로 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치되고, 그리고, 급전 소자의 공진 주파수에 있어서의 전파의 공기 중의 파장을 λ라고 했을 때, 상기 소자 간 스페이스가 λ/4 ~ λ/30이다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 무급전 소자가, 급전 소자로부터 여진 방향으로 수직인 방향으로 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치되고, 그리고, 상기 소자 간 스페이스가 λ/4 ~ λ/9이다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 상기 급전 소자와 함께직선 상태로 정렬되도록 하여 상기 급전 소자의 일측에 배열된 복수개의 상기 무급전 소자와, 복수개의 상기 무급전 소자에 각각 대응한 복수개의 상기 스위치 수단을 가지고, 복수개의 상기 무급전 소자의 상기 소자 간 스페이스가 각각 상이하게 되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 상기 급전 소자의 다른 쪽에 각각 배치된 복수개의 상기 무급전 소자와, 복수개의 상기 무급전 소자에 각각 대응한 복수개의 상기 스위치 수단을 가진다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 상기 급전 소자와 함께 직선 상태로 정렬되도록 하여 상기 급전 소자의 양측에 배열된 복수개의 상기 무급전 소자와, 복수개의 상기 무급전 소자에 각각 대응한 복수개의 상기 스위치 수단을 가지고, 상기 급전 소자의 일측에 배치된 상기 무급전 소자와, 타측에 배치된 상기 무급전 소자의 전자빔에 대한 영향이 균형잡히도록, 상기 무급전 소자 각각의 사이즈 또는 상기 소자 간 스페이스가 상이하게 되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 상기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 표면을 포함하는 상기 기판의 앞면을 피복하는 유전체층을 추가로 구비한다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 서로 인접하는 상기 급전 소자와 다른 상기 급전 소자의 대향하는 단면, 또는 서로 인접하는 상기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 대향하는 단면, 또는 서로 인접하는 상기 무급전 소자와 다른 상기 무급전 소자의 대향하는 단면을 피복하는 유전체 마스크를 추가로 구비한다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 상기 기판의 앞면 상에, 전기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 세트로 이루어지는 서브 안테나를 복수개 가지고, 복수개의 상기 서브 안테나의 경계에 상당하는 상기 기판의 부분에 슬릿을 가진다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 상기 기판의 앞면 상에, 전기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 세트로 이루어지는 서브 안테나를 복수개 가지고, 복수개의 상기 서브 안테나의 경계에 상당하는 상기 기판의 부분에, 항상 일정 전위로 유지된 차폐체(遮幣體)를 가진다.
본 발명의 일실시예에 관한 안테나는, 상기 무급전 소자가 복수개의 개소에서 접지 가능하도록 되어 있다.
일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 무급전 소자가, 급전 소자에 대하여, 급전 소자의 여진 방향에 대하여 경사진 방향으로 배치되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 기판의 앞면 상에, 급전 소자와 무급전 소자의 세트로 각각 이루어지는 제1 종류의 1이상의 서브 안테나와 제2 종류의 1이상의 서브 안테나를 가지고, 제1 및 제2 종류의 서브 안테나는, 무급전 소자의 급전 소자에 대한 위치 관계에 있어서 상위하다. 예를 들면, 제1 종류의 서브 안테나에서는, 무급전 소자가 급전 소자에 대하여, 여진 방향에 대하여 경사진 방향으로 배치되고, 다른 한편, 제2 종류의 서브 안테나에서는, 무급전 소자가 급전 소자에 대하여, 여진 방향과 평행 또는 수직인 방향으로 배치된다. 그리고, 제1 및 제2 종류의 서브 안테나가 상보적인 위치에 배치된다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 무급전 소자가, 플로트 상태일 때의 여진 방향과 직교하는 1이상의 외측둘레의 중앙부 근방의 위치에, 항상 접지되는 상시(常時) 접지점을 가진다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 급전 소자가, 그것을 상이한 방향으로 여진하기 위한 복수개의 급전점과, 그 복수개의 급전점에 의한 여진 중 어느 하나를 선택적으로 유효로 하고 다른 것을 실질적으로 무효로 하기 위해 선택적으로 접지되는 복수개의 접지점을 가진다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 기판 상에, 복수개의 급전 소자가, 이들 사이에 무급전 소자를 두지 않고 인접하여 배치되고, 이들 복수개의 급전 소자를 이차원적으로 에워싸도록 하여 복수개의 무급전 소자가 배치된다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 기판 상에, 복수개의 급전 소자가, 이들 사이에 무급전 소자를 두지 않고 인접하여 배치된다. 그리고, 이들 복수개의 급전 소자 중 적어도 1개의 소정점을 접지하거나 플로트 상태로 하거나 하도록 전환 가능하게 되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 급전 소자 및 무급전 소자의 정면에 유전체 렌즈가 배치된다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 접지 수단은, 무급전 소자로부터 고주파를 그라운드 레벨로 도피하기 위한 개폐 가능한 선로를 가지고, 그 선로의 길이가, 그 고주파의 파장의 2분의 1의 m배(m은 1이상의 정수(整數))로 되어 있다. 다른 실시예에서는 그 선로가 개방 상태에 있을 때의 그 선로의 무급전 소자에 접속된 부분의 흐름이, 상기 파장의 2분의 1의 m배(m은 1이상의 정수)로 되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 상기 선로의 길이가, 고주파 파장의 2분의 1의 m배(m은 1이상의 정수)와 그렇지 않은 길이 사이에서 선택 가능하게 되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 상기 선로가, 임피던스를 조정하기 위한 수단(예를 들면, 선로에 접속된 스터브(stub), 혹은 선로의 표면을 커버하는 유전체층 등)을 가진다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 급전 소자 상의 n차 고조파(n은 2이상의 정수)의 전류 진폭값이 최소가 되는 개소 또는 그 근방에서, 또한 기본파의 전류 진폭값이 최대가 되는 개소 또는 그 근방의 영역 중의 소정점이, 접지되도록 되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나는, 접지 수단을 제어하는 제어 회로를 가지는 대략 평판형의 제1 회로 유닛과, 급전 소자에 인가되게 되는 고주파 전력을 발생하는 고주파 발진 회로를 가지는 대략 평판형의 제2 회로 유닛을 추가로 포함하고, 제1 및 제2 회로 유닛이, 기판의 배면 상에 적층된 형태로 일체적으로 결합되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 상기 기판과 상기 제1 회로 유닛과의 사이, 및/또는, 상기 제1 회로 유닛과 상기 제2 회로 유닛과의 사이에, 대략 평판형의 스페이서가 개재되어 있다. 그리고, 기판과 제1 및 제2 회로 유닛과 스페이서이 적층된 형태로 일체적으로 결합되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 제2 회로 유닛 상의 고주파 발진 회로로부터 기판 상의 급전 소자로 급전 라인이 연장되어 있다. 급전 라인은, 상기 스페이서의 내측을 통하고 있으므로, 스페이서에 의해 포위되어 있다.
본 발명의 일실시예에 관한 마이크로스트립 안테나에서는, 제1 및 제2 회로 유닛이, 이들 회로 유닛의 사이에 끼워진 동일한 어스 전극을 공유하고 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 마이크로스트립 안테나는, 기판과, 상기 기판의 앞면 상에 배치되고, 제1 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 급전 소자와, 상기 급전 소자의 주위를 에워싸도록 배치되고, 제2 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 루프형 소자와, 상기 기판의 앞면 상에, 상기 루프형 소자 또는 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된 제1 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 제1 무급전 소자와, 상기 기판의 앞면 상에, 상기 루프형 소자 또는 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된 제2 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 제2 무급전 소자와, 상기 제1 무급전 소자 및 상기 제2 무급전 소자를 접지하거나 플로트 상태로 하거나 하여 전환하는 접지 수단을 구비한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 마이크로스트립 안테나를 사용한 고주파 센서는, 그 마이크로스트립 안테나가, 기판과, 상기 기판의 앞면 상에 배치된 급전 소자와, 상기 기판의 앞면 상에 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된 무급전 소자와, 상기 무급전 소자를 접지하거나 플로트 상태로 하거나 하여 전환하는 접지 수단을 구비한다.
본 발명에 의하면, 마이크로스트립 안테나에 있어서, 간단한 구성으로 전파빔의 방사 방향을 가변할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 스위치(120, 124)의 조작에 의한 전파빔의 방사 방향이 변화하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 전파빔의 방사 방향이 변경되는 원리를 설명하기 위한, 급전 소자와 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 소자 간 스페이스 S와 위상차 Δθ와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 위상차 Δθ와 전파빔의 방사 각도와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 무급전 소자의 접지점의 여진 방향에서의 위치와 전파빔의 방사 각도와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 접지점의 위치가 중심으로부터 O.25L 보다 큰 경우에 있어서, 무급전 소자의 중심에 대하여 여진 방향과는 수직 방향으로 접지점을 이동시킨 경우의 방 사 각도의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 11은 도 10에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서, 스위치 조작에 의해 전파빔의 방사 각도가 변화하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 제3 실시예의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 14는 도 13에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서, 스위치 조작에 의해 전파빔의 방사 방향이 변화하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 제4 실시예의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 16은 제4 실시예의 다른 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 18은 도 17에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서, 각 무급전 소자의 유효/무효를 전환하는 것에 의한 전파빔의 방사 각도의 변화의 상태를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도와 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 21은 제7 실시예의 변형예의 평면도와 단면도이다.
도 22는 제7 실시예의 다른 변형예의 평면도와 단면도이다.
도 23은 제7 실시예의 또 다른 변형예의 평면도와 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제8 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도와 단면도이다.
도 25는 본 발명의 제9 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도와 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제10 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 27은 제10 실시예에 있어서의 급전 소자와 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 파형을 나타낸 도면이다.
도 28은 도 26에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서 전파빔의 방사 방향이 변화하는 상태를 나타낸다.
도 29은 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나에 적용 가능한 급전 소자와 무급전 소자의 사이즈의 관계의 변형예 나타낸 도면이다.
도 30은 무급전 소자의 배치에 관한 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 31은 급전 소자에 관한 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 32는 본 발명의 제11 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 33은 본 발명의 제12 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 34는 본 발명의 제13 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이 다.
도 35는 제1, 11, 12 및 13 실시예에 있어서의 전파의 경사 상태를 대비하여 나타낸 도면이다.
도 36은 급전 소자와 무급전 소자의 폭의 관계에 대한 2개의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 37은 도 36 (A), (B)에 나타낸 2개의 변형예에 있어서의 전파의 경사 상태를 대비하여 나타낸 도면이다.
도 38은 도 36 (B)에 나타낸 2개의 변형예에 있어서의 무급전 소자의 폭과 전파의 경사 상태 및 강도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 39는 본 발명의 제14 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도 및 단면도이다.
도 4O은 제14 실시예에 있어서, 스위치(322)가 오프일 때와 온일 때의 급전 소자와 무급전 소자에 흐르는 전류의 파형을 나타낸 도면이다.
도 41은 본 발명의 제15 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 42는 제15 실시예에 있어서의 무급전 소자의 개수가 증가하면 전파빔이 보다 좁게 좁혀지는 상태를 나타낸 평면도이다.
도 43 (A)는 전파빔의 경사를 제어하는 용도에 적합한 MEMS 스위치의 OFF 상태를 나타낸 단면도, 도 43 (B)는 동 MEMS 스위치의 ON 상태를 나타낸 단면도이다.
도 44 (A)는 종래형의 MEMS 스위치의 전기 접점의 OFF 상태를 나타낸 단면 도, 도 44 (B)는 동 전기 접점의 ON 상태를 나타낸 단면도이다.
도 45 (A)는 도 43에 나타낸 MEMS 스위치의 전기 접점의 OFF 상태를 나타낸 단면도, 도 45 (B)는 동 전기 접점의 ON 상태를 나타낸 단면도이다.
도 46 (A)는 전파빔의 경사를 제어하는 용도에 적합한 스위치의 변형예의 전기 접점의 OFF 상태를 나타낸 단면도, 도 46 (B)는 동 전기 접점의 ON 상태를 나타낸 단면도이다.
도 47은 본 발명의 제16 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 48은 본 발명의 제17 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 49은 도 48의 A-A 단면도이다.
도 50은 본 발명의 제18 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 51은 본 발명의 제19 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 52는 도 51의 A-A 단면도이다.
도 53은 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 채용 가능한 급전 소자의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 54는 도 53에 나타낸 급전 소자를 가지는 마이크로스트립 안테나에 바람직한 용도 중 하나를 나타낸 측면도이다.
도 55는 도 54에 나타낸 물체 센서(22)의 여진 방향이 가로 방향일 때의 검지 특성을 나타낸 평면도이다.
도 56은 도 54에 나타낸 물체 센서(22)의 여진 방향이 세로 방향일 때의 검지 특성을 나타낸 평면도이다.
도 57은 본 발명의 제20 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 58은 제2O 실시예의 변형예의 평면도이다.
도 59는 제20 실시예의 다른 변형예의 평면도이다.
도 60은 제20 실시예의 또 다른 변형예의 평면도이다.
도 61은 제20 실시예의 또다른 변형예의 평면도이다.
도 62는 본 발명의 제21 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도이다.
도 63은 본 발명의 제22 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도이다.
도 64는 제22 실시예에 있어서, 무급전 소자(610)로부터 어스 전극(614)까지의 선로의 길이 T와, 스위치(616)가 온 상태일 때의 무급전 소자(610)에 흐르는 전류량과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 65는 제22 실시예의 변형예의 배면의 평면도이다.
도 66은 도 65에 나타낸 안테나에 있어서의, 선로 길이 T의 변화와 무급전 소자에 흐르는 전류의 변화를 나타낸 도면이다.
도 67은 도 65에 나타낸 안테나에 있어서의, 스위치(616)의 조작에 의해 얻어지는 전파빔의 방사 방향으로의 변화를 나타낸 도면이다.
도 68은 본 발명의 제23 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도이다.
도 69는 도 68의 A-A선에 따른 단면도를 나타낸 도면이다.
도 70은 스프리아스 저감을 위한 접지점(648)이 배치될 수록 바람직한 영역의 예를 나타낸 급전 소자(640)의 평면도이다.
도 71은 본 발명의 제24 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도(1개의 무급전 소자(610)에 대응하는 부분만 발췌)이다.
도 72 (A)와 도 72 (B)는, 각각, 도 71과 도 63에 나타낸 안테나에 있어서의, 스위치(616)의 온/오프 전환에 의한 무급전 소자(610)의 접지점(610A)에서의 임피던스 Z의 변화와 안테나로부터 방사되는 전파의 방향을 나타낸 도면이다.
도 73은 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나에 적용할 수 있는, 무급전 소자(610)와 관련된 임피던스를 조정하기 위한 방법을 나타내는, 안테나의 배면의 평면도(1개의 무급전 소자(610)에 대응하는 부분만 발췌)이다.
도 74는 본 발명의 제24 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도이다.
도 75는 제24 실시예의 분해도이다.
도 76은 제24 실시예에 있어서의 스페이서(688, 682)의 평면도이다.
도 77은 도 76에 나타낸 스페이서(688, 682)의 변형예의 평면도이다.
도 78은 제24 실시예에 있어서의 아날로그 회로 유닛(606)의 배면도이다.
도 79는 제24 실시예의 변형예의 단면도이다.
도 80 (A)~도 80 (C)는 본 발명의 마이크로스트립 안테나에 적용 가능한 유전체 렌즈의 변화의 사시도이다.
도 81 (A)와 도 81 (B)는 본 발명의 제25 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도와 단면도이다.
도 82는 제25 실시예의 변형예의 평면도이다.
[부호의 설명]
(100) 기판
(102, 202, 560, 570) 급전 소자
(108) 급전선(스루홀)
(104, 106, 130, 132, 140, 142, 150, 152, 160, 162, 154, 166, 180, 204, 240, 242, 562, 564, 566, 572, 574, 576, 590, 592, 594, 596) 무급전 소자
(110, 112, 134, 136, 144, 146, 114, 154, 156) 마이크로파 신호원
(116) 어스 전극
(118, 122) 접지선
(120, 124), SW1~SW4 스위치
(190) 유전체층
(206, 208, 210, 212, 214, 216) 유전체 마스크
(230, 232, 234, 236) 슬릿
(250) 차폐체
(300) 유전체층
(302) 유전체층의 슬릿(요부)
(304) 유전체층의 철부
(320) 스루홀
(322) 스위치
(324) 접지선
(602) 유전체 렌즈
(616) MEMS 스위치 또는 반도체 스위치
(648) 접지점
도 1은, 본 발명의 일실시예에 의한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다. 도 2는, 도 1의 A-A 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전기 절연 재료(예를 들면, 절연성 합성 수지)제의 평평한 기판(100)의 앞면 상에, 모두 직사각형의 도전체 박막인 3개의 안테나 소자가(104, 102, 106)가 일직선 상에 나란히 배치된다. 중앙의 안테나 소자(102)는, 마이크로파 신호원으로부터 직접적으로(즉, 전선을 통해) 마이크로파 전력의 급전을 받는 급전 소자이다. 급전 소자(102)의 양쪽의 2개의 안테나 소자(104, 106)는, 직접적인 급전은 받지 않는 무급전 소자이다. 급전 소자(102)의 여진 방향은 도면 중의 상하 방향이며, 3개의 안테나 소자(104, 102, 106)의 배열 방향은 여진 방향과 직교하는 방향이다. 이 실시예에서는, 일례예로서, 좌우의 무급전 소자(104)와 (106)은, 중앙의 급전 소자(102)에 대하여 선대상(線對象)의 위치, 즉 급전 소자(102)로부터 등거리의 위치에 배치되어 있고, 치수도 같다. 무급전 소자(104, 106)의 치수는, 급전 소자(102)의 그것과 대략 같은 것으로 할 수 있지만, 달리할 수도 있다(여진 방향의 길이는, 사용하는 마이크로파의 파장에 따라 최적의값이 있으므로, 어레인지할 수 있는 범위로는 좁지만, 여진 방향과 직교하는 방향의 폭은, 보다 넓은 범위에서 어레인지할 수 있다).
급전 소자(102)의 배면의 소정 개소(이하, 급전점이라고 함)에 급전선(108)의 일단이 접속되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 급전선(108)은, 기판(100)을 관통하는 도전선(이하, 이와 같은 도전선을 「스루홀」이라고 함)이며, 급전선(108)의 타단은, 기판(100)의 배면 상에 배치된 원칩 IC인 마이크로파 신호원(114)의 마이크로파 출력 단자에 접속되어 있다. 급전 소자(102)는, 마이크로파 신호원(114)으로부터 출력되는 특정 주파수(예를 들면, 10.525GHz, 24.15GHz, 또는 76GHz 등)의 마이크로파 전력을 상기 급전점에 의해 받아 여진된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(100)은 다층 기판으로서, 그 내부에는 1개의 층으로서, 박막형의 어스 전극(116)이, 기판(100)의 전체 평면 범위에 걸쳐서 형성되어 있다. 어스 전극(116)은, 고주파 신호원(114)의 그라운드 단자에, 스루홀인 접지선(115)을 통해 접속되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 무급전 소자(104, 106)의 각각의 배면의 소정 개소(이하, 접지점이라고 함)에도, 스루홀인 제어선(110, 112)의 일단이 각각 접속되어 있다. 제어선(110, 112)의 타단은, 기판(100)의 배면 상에 배치된 원칩 IC인 스위치(120, 124)의 일측 단자에 각각 접속되어 있다. 스위치(120, 124)의 ㅌ타측 단자는, 스루홀인 접지선(118, 122)을 각각 통하여, 어스 전극(116)에 접속되어 있다. 스위치(120, 124)는 개별적으로 온/오프 조작된다. 좌측의 스위치(120)의 온/오프 조작에 의해, 좌측의 무급전 소자(104)가 어스 전극(116)에 접속되거나, 플로트 상태로 전환된다. 우측의 스위치(124)의 온/오프 조작에 의해, 우측의 무급전 소자(106)가 어스 전극(116)에 접속되거나, 플로트 상태로 전환된다.
스위치(120, 124)에는, 바람직하게는 고주파 스위치가 사용되지만, 사용 마이크로파 주파수에 대한 임피던스가 소정의 적정값으로 엄밀하게 조정되어 있을 필요는 특히 없고, 고주파 신호를 차단하는 스위치의 OFF 성능(분리)이 양호하면 된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 급전 소자(102)의 급전점의 위치는, 일례로서, 급전 소자(102)의 여진 방향(상하 방향)에 있어서, 사용 마이크로파의 기판(100) 상에서의 파장(λg)에 따른 최적 안테나 길이(대략 λg/2)만큼 급전 소자(102)의 아래쪽 에지(또는 위쪽 에지)로부터 위쪽(또는 아래쪽)으로 이격된 위치로서, 여진 방향(도면 중 상하 방향)과 직교하는 방향(도면 중 좌우 방향)에 있어서, 급전 소자(102)의 중앙 위치로 선택되어 있다. 한편, 무급전 소자(104, 106)의 각각의 접지점의 위치는, 일례로서, 상기 여진 방향(도면 중 상하 방향)에 있어서, 각 무급전 소자(104, 106)의 중앙을 중심으로 한 폭 L/2의 범위로부터 외측의 위치로서, 상기 직교 방향(도면 중 좌우 방향)에 있어서, 각 무급전 소자(104, 106)의 중앙의 위치로 선택되어 있다. 여기서, L은, 각 무급전 소자(104, 106)의 여진 방향의 길이이다.
이상과 같이 구성된 마이크로스트립 안테나에 있어서, 스위치(120, 124)를 조작하여 무급전 소자(104, 106)의 어떤 것을 어스 전극(116)에 접속(접지)하거나 전환함으로써, 이 마이크로스트립 안테나로부터 출력되는 전파빔의 방사 방향이 복수 방향으로 바뀐다. 급전 소자(102)와 무급전 소자(104, 106)의 위치 관계에 의해 방사 방향이 결정되므로, 파장보다 극단으로 짧은 급전선(108)을 통하여 급전 소자(102)와 마이크로파 신호원(114)을 접속하는 것이 가능하며, 따라서, 전송 손실이 적게 효율이 양호해진다. 또, 제어선에 접속되는 스위치가 1개이며 전파빔의 방사 방향을 변화시킬 수 있으므로 이 마이크로스트립 안테나는 기판 사이즈의 소형화나 제조의 저비용화에 적합하다.
도 3은, 스위치(120, 124)의 조작에 의한 전파빔의 방사 방향이 변화하는 상태를 나타낸다.
도 3에 있어서, 타원은 방사되는 전파빔을 모식적으로 나타내고, 가로축으로 나타낸 각도는 기판(100)에 수직인 방향에 대한 전파빔의 방사 방향의 각도(방사 각도)를 가리키고, 플러스의 각도는 방사 방향이 도 1의 우측으로 경사져 있는 것을, 마이너스의 각도는 좌측으로 경사져 있는 것을 의미한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 양쪽의 스위치(120, 124)가 온인(즉, 양쪽의 무급전 소자(104, 106)가 접지되어 있는) 경우, 전파빔은 점선으로 나타낸 바와 같이, 기판(100)에 수직인 방향으로 방사된다. 양쪽의 스위치(120, 124)가 오프인(즉, 양쪽의 무급전 소자(104, 106)가 접지되어 있지 않은) 경우에도, 전파빔은, 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 기판(100)에 수직인 방향으로 방사된다.
좌측 스위치(120)가 온이며 우측 스위치(124)가 오프인(즉, 좌측의 무급전 소자(104)만이 접지되어 있는) 경우, 전파빔은 파선으로 나타낸 바와 같이, 좌측(조건에 따라서는 우측)으로 기운 방향으로 방사된다. 다른 한편, 좌측 스위치(120)가 오프이며 우측 스위치(124)가 온인(즉, 우측의 무급전 소자(104)만이 접지되어 있는) 경우, 전파빔은 다른 파선으로 나타낸 바와 같이, 상기와는 반대측 즉 우측(조건에 따라는 좌측)으로 기운 방향으로 방사된다.
이와 같이, 접지되는 무급전 소자(104, 106)를 선택함으로써, 전파빔의 방사 방향이 바뀐다.
도 4는, 전파빔의 방사 방향이 변경되는 원리를 설명하기 위한, 급전 소자와 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 파형을 나타낸 도면이다. 이 원리는, 도 1에 나타낸 실시예만 아니고, 본 발명의 다른 실시예에도 공통으로 적용되는 것이다.
도 4에 있어서, 실선의 곡선은, 급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 파형을 나타내고 있다. 파선(破線)의 곡선은, 무급전 소자가 플로트 상태인 경우에 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 파형을 나타내고 있다. 양 전류 파형 사이에는, 어떤 위상차 Δθ가 존재한다. 이 위상차를 위하여, 급전 소자와 무급전 소자의 마이크로파 전류의 작용으로 형성되는 전파빔의 방사 방향이, 기판에 수직인 방향으로부터, 위상이 지연되고 있는 소자 측으로 경사지게 된다. 그 경사 각도(방사 각도)는, 위상차 Δθ에 의해 바뀐다.
도 4에 나타낸 예에서는, 무급전 소자의 마이크로파 전류(파선)는, 급전 소자의 마이크로파 전류(실선)보다도, 위상차 Δθ만큼 지연되어 있다. 단, 이 지연 위상차 Δθ는 180도보다 크므로, 오히려 실질적으로는, 360도로부터 Δθ를 뺀 위상차분만 진행되고 있게 된다. 환언하면, 360도로부터 Δθ를 뺀 위상차 분만큼, 급전 소자 쪽이 위상이 지연되고 있다. 따라서, 토탈의 전파빔의 방사 방향은, 기판에 수직인 방향으로부터, 위상이 지연되고 있는 급전 소자 측으로 경사지게 된다. 또, 조건에 따라는, 상기의 지연 위상차 Δθ가 보다 커져 360도를 초과하는 경우가 있다. 이 경우에는, 실질적으로 Δθ로부터 360도를 뺀 위상차 분만큼, 무급전 소자 쪽이 위상이 늦어지므로, 전파빔의 방사 방향은, 무급전 소자 측으로 경사지게 된다.
도 4에 있어서, 점선의 곡선은, 무급전 소자가 접지되어 있는 경우에 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 파형을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 접지된 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 값은 매우 작다. 즉, 무급전 소자가 접지됨으로써, 무급전 소자는, 대략적으로 말하여, 실질적으로 없는 것 같은 상태로 된다(이하, 「무효」로 된다고 함). 그 결과, 전파빔은, 무급전 소자의 영향을 약간 밖에 받지 않게 되어, 전술한 위상차 Δθ에 기인하는 경사가 대략 없어진다. 따라서, 무급전 소자를 플로트 상태로 하거나 접지하는 등 전환함으로써, 전술한 위상차 Δθ에 기인하는 방사 방향의 경사가 생기거나, 대략 없어지게 된다.
이상의 원리에 의해, 도 3에 설명한 바와 같은 전파빔의 방사 방향의 변화가 생기는 것이다.
전술한 급전 소자와 무급전 소자 사이의 마이크로파 전류의 위상차 Δθ는, 각종의 요인에 의해 정해지지만, 그 하나의 요인으로서 도 1에 나타낸 바와 같은 급전 소자와 무급전 소자 사이의 스페이스의 길이(소자 간 스페이스 S)가 있다.
도 5는, 발명자들이 행한 컴퓨터 시뮬레이션의 결과에 따른, 소자 간 스페이스 S와 위상차 Δθ와의 관계의 일례를 나타낸다. 도 5에 나타낸 예는, 도 1에 나타낸 실시예에 관한 하나의 구체적인 설계예에 있어서의 소자 간 스페이스 S와 위상차 Δθ(무급전 소자의 급전 소자에 대한 지연 위상차)와의 관계를 예시하는 것이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 소자 간 스페이스 S를 0으로부터 확대하는 경우, 소자 간 스페이스 S가 2λg(λg는 마이크로파의 기판 상에서 파장)에 이를 때까지, 소자 간 스페이스 S에 대략 비례하여, 위상차 Δθ(무급전 소자의 급전 소자에 대한 지연 위상차)가 180도로부터 360도까지 증가해 간다. 이것은, 실질적으로는, 무급전 소자 쪽이 급전 소자보다, 36O도로부터 Δθ를 제한 값만큼 위상이 진행되고 있는 것을 의미한다. 그 진행 위상차(360-Δθ)는, 소자 간 스페이스 S의 확대에 따라 180도로부터 O도까지 감소되어 간다.
다른 한편, 소자 간 스페이스 S가 2λg를 넘으면, 무급전 소자의 급전 소자에 대한 지연 위상차 Δθ는 360도를 초과한다. 단, 도 5에서는, Δθ로부터 360을 뺀 위상차(Δθ-360)가 나타나 있다. 도 5에 나타낸 위상차(Δθ-360)만큼, 무 급전 소자 쪽이 급전 소자보다 위상이 지연되고 있다.
도 6은, 도 5의 경우와 같은 구체적인 설계예에 있어서의, 발명자들이 행한 컴퓨터 시뮬레이션의 결과에 따른, 위상차 Δθ(무급전 소자의 급전 소자에 대한 지연 위상차)와, 무급전 소자가 플로트 상태(유효)일 때의 전파빔의 방사 각도(기판에 수직인 방향으로부터의 경사 각도)와의 관계를 예시한다. 도 6에 있어서, 방사 각도의 마이너스는, 급전 소자를 중심으로 하여 무급전 소자는 역의 측으로 전파빔이 경사져 있는 것을 의미한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 위상차 Δθ(무급전 소자의 급전 소자에 대한 지연 위상차가 180도로부터 360도까지 증가해 가면(실질적으로는, 무급전 소자의 급전 소자에 대한 진행 위상차가 180도로부터 0도까지 감소되어 가면), 이것에 대략 비례하여, 방사 각도는 마이너스(무급전 소자와는 반대측으로 전파빔이 경사지는)의 범위에서 약 30도 내지 0도까지 변화하는 것을 알 수 있다. 또, 위상차 Δθ이 360도를 넘은 경우(도 6 중에서는, 180도 미만의 범위에 나타나 있는)에서는, 방사 각도는 플러스로 된다. 즉 전파빔은 무급전 소자의 측으로 경사진다.
도 5 및 도 6으로부터, 소자 간 스페이스 S에 의해, 전파빔이 무급전 소자의 측으로 경사지거나, 반대측으로 경사지거나, 및 그 방사 각도의 크기가 변화하는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 소자 간 스페이스 S가 0에서 2λg의 범위 내에서는, 전파빔은 무급전 소자와는 반대측으로 경사지고, 소자 간 스페이스 S가 2λg를 넘으면 무급전 소자 측으로 경사진다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 급전 소자와 무급전 소자 간의 소자 간 스페이스 S를 선택함으로써, 무급전 소자를 접지하거나 플로트로 하거나(즉, 무급전 소자를 실질적으로 무효로 할 것인지 유효로 할 것인지)의 전환에 의한 전파빔의 방사 각도의 변화량을 선정할 수 있다.
무급전 소자의 유효/무효의 전환에 의한 방사 각도의 변화량(즉, 무급전 소자가 유효할 때의 방사 각도)는, 또, 무급전 소자에 있어서의 접지점(스루홀의 위치)에 의해서도 상이하다.
도 7은, 도 5, 6의 경우와 같은 구체적인 설계예에 있어서의, 무급전 소자 상의 접지점의 위치와, 무급전 소자가 유효할 때의 방사 각도(기판에 수직인 방향으로부터의 경사 각도)와의 관계를 예시한다. 도 7에 나타낸 접지점의 위치란, 여진 방향(도 1에 나타낸 길이 L의 방향)에 있어서의 위치를 의미한다(도 1에 나타낸 무급전 소자의 여진 방향의 길이 L의 배수로 나타내고 있다). 도 7에 나타낸 어떤 위치도, 여진 방향과 직교하는 방향에서는 무급전 소자의 중심에 있다. 또, L은, 도 1에 나타낸 무급전 소자의 여진 방향의 길이 L의 배수로 나타내고 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 접지점의 위치가, 무급전 소자의 중심으로부터 O.25L)보다 작을(도 1에 나타낸 L/2의 범위 내일) 때는, 방사 각도는 최대값이 되는 경우가 있다. 그러나, 접지점의 위치가 약간 변화하는 것만으로, 방사 각도는 크게 변화하고, 안정적이 아니다. 다른 한편, 접지점의 위치가 중심으로부터 O.25L보다 클(도 1에 나타낸 L/2의 범위 밖일) 때는, 방사 각도는 일정값으로 안정된다. 따라서, 이 안정 범위에 접지점의 위치를 두는 것이 안테나의 설계를 용이하게 한다. 또한, 전술한 도 5, 6에 나타낸 예는, 접지점을 상기 안정 범위에 배 치한 경우의 것이다.
도 8은, 접지점의 위치가 중심으로부터 0.25L보다 큰 경우에 있어서, 무급전 소자의 중심에 대하여 여진 방향과는 수직 방향으로 접지점을 이동시킨 경우의 방사 각도의 관계를 예시한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 무급전 소자의 여진 방향과는 수직 방향의 길이를 W라고 하면, ± 0.1W의 범위에서 접지점을 설치함으로써, 상단(도면 중 실선 그래프) 또는 하단 (파선 그래프) 중 어느 하나에 접지점을 배치해도 마찬가지의 방사 상태를 얻을 수 있다. 그리고, 도 8에 나타낸 예는, 무급전 소자의 여진 방향의 길이 L과, 여진 방향으로 수직인 방향의 길이 W가 같은(L= W) 경우의 예이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다. 도 9 및 후속의 도면에 있어서, 전술한 실시예와 실질적으로 같은 기능의 요소에는, 같은 참조 번호가 부여되어 있고, 이하에서는 중복된 설명은 생략한다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 급전 소자(102)의 도면 중 위쪽과 아래쪽에 각각 무급전 소자(130),(132)가 배치되어 있다. 즉, 이들 3개의 안테나 소자(130, 102, 132)는, 급전 소자(102)의 여진 방향(도면 중 상하 방향)으로 일직선 상에 배열되어 있다. 무급전 소자(130,132)의 접지점은, 무급전 소자(130, 132)의 여진 방향에서의 중앙으로부터 O.25L보다 외측의 위치에 있고, 거기에 스루홀인 제어선(134, 136)이 접속되어 있다. 도시하지 않지만, 기판(100)의 배면에는, 급전 소자(102)에 급전하는 마이크로파 신호원과, 무급전 소자(130, 132)를 각각 접지하거나 플로트로 하는 전환 스위치가 설치되어 있다.
급전 소자(102)의 급전점(급전선(108))은, 급전 소자(102)의 아래쪽 둘레 측으로 편의된 위치에 있다. 2개의 무급전 소자(130, 132) 중, 급전점으로부터 먼 쪽에 있는(즉, 위쪽의) 무급전 소자(130)의 치수(특히, 여진 방향과 직교하는 방향의 폭 Wc)는, 급전점에 가까운 쪽에 있는(즉, 아래쪽의) 무급전 소자(136)의 치수(특히, 여진 방향과 직교하는 방향의 폭 Wd)보다 크다. 또, 전자의 급전 소자(102)에 대한 소자 간 스페이스 Sc는, 후자의 그것 Sd보다 짧다. 소자폭 Wc와 Wd는, 무급전 소자(130, 132)의 전류 진폭이 동일하게 되도록 조정되어 있다. 소자 간 스페이스 Sc와 Sd는, 무급전 소자(130, 132)의 전류 위상이 동일하게 되도록 조정되어 있다. 이와 같은 조정에 의해, 무급전 소자(130, 132)의 전파빔에 미치는 작용이 균형잡히게 된다. 그리고, 소자 간 스페이스 Sc와 Sd가 소자의 길이의 1.5배 정도 이상으로 크게 설정되어 있는 경우에는, 무급전 소자(130, 132) 사이즈가 같으며 스페이스 Sc, Sd도 같더라도, 무급전 소자(130, 132) 사이의 밸런스가 취해진다(단, 전파빔의 방사 방향의 변화폭은 예를 들면 10도 정도 이하로 되도록 작아진다).
상하의 무급전 소자(130, 132)의 어떤 것을 플로트 상태(유효)로 할것인지, 접지(무효로)할 것인지를 스위치 조작으로 선택함으로써, 도 1에 나타낸 실시예의 경우와 마찬가지의 원리에 의해, 이 마이크로스트립 안테나로부터의 전파빔의 방사 방향을, 기판(100)에 수직 방향, 위쪽으로 소정 각도 기운 방향, 및 아래쪽으로 소정 각도 기운 방향으로 전환할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이 다.
도 10에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 도 1에 나타낸 바와 같은 구성에 더하여, 그 다른 외측의 좌우단에 무급전 소자(140, 142)가 추가되어 있다. 이들 외측의 무급전 소자(140, 142)에도, 각각, 스루홀인 제어선(144, 146)이 접속되어 있다. 그리고, 도시하지 않은 기판 배면의 스위치의 조작에 의해, 외측의 무급전 소자(140, 142)를 각각 플로트 상태로 할 것인지 접지할 것인지가 전환되도록 되어 있다. 도면 중, 각 무급전 소자의 근방에 나타낸 부호 SW1, SW2, SW3, SW4는, 각 무급전 소자의 유효/무효를 전환하기 위한 스위치의 명칭(다음의 도 11 참조)이다.
도 11은, 도 10에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서, 스위치 조작에 의해 전파빔의 방사 각도가 변화하는 상태를 나타낸다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 내측(즉, 급전 소자(102)에 가까운 쪽)의 무급전 소자(104, 106)의 각각의 유효/무효를 전환함으로써, 전파빔의 방사 각도를 큰 변화폭으로 우측/좌측으로 전환할 수 있다. 또, 외측(즉, 급전 소자(102)로부터 멀어진 쪽)의 무급전 소자(140, 142)의 각각의 유효/무효를 전환함으로써, 전파빔의 방사 각도를 작은 변화폭으로 우측/좌측으로 전환할 수 있다.
이와 같이, 도 10에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 급전 소자의 우측과 좌측에 각각, 복수개의 무급전 소자가 직선형으로 배열되어 있으므로, 전파빔의 방사 방향을, 기판 수직 방향의 우측과 좌측 각각의 측에서, 복수 단계로 정밀하게 변화시킬 수 있다.
도 12는, 전술한 제3 실시예의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 12에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 도 10에 나타낸 구성에 더하고, 보다 그 외측에 무급전 소자(140, 142)가 추가되어 있다. 즉, 급전 소자(102)의 우측과 좌측의 각 측에, 3개의 무급전 소자가 직선 상에 배열되어 있다. 이들 6개의 무급전 소자(104, 106, 140, 142, 150, 152)의 각각 유효/무효의 전환을 행하기 위한 스위치에 대하여는, 이미 설명한 실시예의 각 무급전 소자의 그것과 같다. 스루홀(108, 110, 112, 144, 146, 154, 156)의 위치는, 기판 배면에서의 마이크로파 신호원과 스위치의 배치를 용이하게 하기 위하여, 물떼새 배치가 되어 있다.
우측의 무급전 소자(106, 142, 153)와 급전 소자(102) 사이의 소자 간 스페이스 Se, Sf, Sg는, 각각의 무급전 소자(106, 142, 153)의 유효/무효의 전환에 의해 변화하는 전파빔의 방사 방향의 변화폭이, 각각 상이한 원하는 값(예를 들면, 30도, 20도, 10도)으로 되도록 조정되어 있다. 좌측의 무급전 소자(104, 140, 150)에 대해서도 마찬가지이다. 이 변형예에 의하면, 전파빔의 방사 방향의 분해능(分解能)이, 도 10의 것보다 보다 정밀하게 된다.
도 13은, 본 발명의 제4 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 13의 마이크로스트립 안테나에서는, 도 1에 나타낸 구성과 마찬가지로 급전 소자(102)의 좌우(즉, 급전 소자(102)의 여진 방향과 직교하는 방향에서의 급전 소자(102)의 양쪽)에 무급전 소자(104, 106)가 배치되는 동시에, 도 9에 나타낸 구 성과 마찬가지로 급전 소자(102)의 상하(즉, 급전 소자(102)의 여진 방향에 따른 방향에서의 급전 소자(102)의 양쪽)에도 무급전 소자(130, 132)가 배치된다. 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 유효/무효를 전환하기 위한 스위치 구성에 대하여는, 전술한 실시예와 마찬가지이다. 도면 중, 각 무급전 소자의 근방에 나타낸 부호 SW1, SW2, SW3, SW4는, 각 무급전 소자의 유효/무효를 전환하기 위한 스위치의 명칭(다음의 도 14 참조)이다.
도 14는, 도 13에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서, 스위치 조작에 의해 전파빔의 방사 방향이 변화하는 상태를 나타낸다. 도 14에 있어서, 세로축은 상하 방향의 경사를 의미하고, 가로축은 좌우 방향의 경사를 의미한다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 상하 좌우의 무급전 소자(104, 106, 130, 132)로부터 1개만을 선택적으로 유효하게 함으로써, 전파빔의 방사 방향을 상하 좌우로 기울게 할 수 있다. 또, 무급전 소자(104, 106, 130, 132)는 급전 소자(102)에 의해 여기되어 동일 방향으로 여진되므로, 좌우의 무급전 소자(104, 106) 중 1개와 상하의 무급전 소자(130,132) 중 1개를 선택하여 유효하게 함으로써, 전파빔의 방사 방향을 평면에서 볼 때 45도 정도의 방향으로 기울게 할 수 있다. 이와 같이 유효하게 되는 무급전 소자(104, 106, 130, 132)를 선택함으로써, 45도 정도의 간격으로 전파빔의 방사 방향을 바꿀 수가 있다. 또, 무급전 소자(104, 106)와 무급전 소자(130, 132)의 형상이나 위치를 조정함으로써, 전파빔의 방사 방향을 평면에서 볼 때 1도~ 89도의 방향으로 경사지게 할 수 있다.
도 15는, 도 13에 나타낸 제4 실시예의 변형예를 나타낸다.
도 15에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 좌우의 무급전 소자(104, 106)와 급전 소자(102) 사이의 소자 간 스페이스 Sh와, 상하의 무급전 소자(130, 132)로 급전 소자(102) 사이의 소자 간 스페이스 Si가 상이하다. 이와 같이, 좌우의 소자 간 스페이스 Sh와 상하의 소자 간 스페이스 Si를 조정함으로써, 좌우의 무급전 소자(104, 106)의 급전 소자(102)에 대한 위상차와, 상하의 무급전 소자(130, 132)의 그것을 조정할 수 있고, 이로써, 평면에서 볼 때 임의의 경사 방향으로 전파빔의 방사 방향을 경사지게 할 수 있다. 그리고, 도 13의 마이크로스트립 안테나에서는, 아래쪽의 무급전 소자(132)의 접지점(136)이, 그 무급전 소자(132)의 위쪽(급전 소자(102)에 가까운 측)의 종단 둘레의 근방에 배치되어 있는 곳에, 도 15의 마이크로스트립 안테나에서는, 아래쪽의 무급전 소자(132)의 접지점(136)이, 그 무급전 소자(132)의 아래쪽(급전 소자(102)로부터 먼 쪽)의 종단 둘레의 근방에 배치되어 있다. 이것은, 급전 소자(102)의 급전점(108)의 배면측에 배치되는 고주파 발진 회로(전원 회로)와 아래쪽의 무급전 소자(132)의 접지점(136)의 배면측에 배치되는 스위치와의 사이에 충분히 거리를 취하여, 발진 회로와 스위치가 서로 간섭되지 않게 배치할 수 있도록 하기 위해서이다. 그러나, 발진 회로와 스위치의 배치에 문제가 없으면, 도 15의 마이크로스트립 안테나에서도, 도 13의 마이크로스트립 안테나와 마찬가지로 아래쪽의 무급전 소자(132)의 접지점(136)을, 위쪽의 종단 둘레의 근방에 배치해도 된다.
본원 발명자들은, 도 15에 나타낸 마이크로스트립 안테나의 특성을 실험에 의해 조사하였다. 그 결과, 공진 주파수에 있어서 전파빔의 방사 방향을 경사지게 하기 위해서는, 소자 간 스페이스 Si 및 Sh는, 모두 λ/2 이하여야 한다는 것을 알 수 있었다. 여기서, λ은, 공진 주파수의 전파의 공기 중 파장이다. 도 5를 참조하여 이미 설명한 컴퓨터 시뮬레이션의 결과에 의하면, 소자 간 스페이스 Si 및 Sh가 λ/2보다 커도, 전파빔의 방사 방향이 경사지는 것이 예상된다. 그러나, 이 실험에 의하면, 소자 간 스페이스 Si 및 Sh가 λ/2보다 크면, 공진 주파수에서는 전파빔은 대략 경사지지 않고, 공진 주파수 보다 높은 주파수로 경사지는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 실험에 의하면, 공진 주파수에서의 전파빔의 방사 방향의 경사 각도를 크게 하기 위해서는, 상하(여진 방향에 따른 방향)의 소자 간 스페이스 Si는, 약 λ/4 ~ λ/30의 범위 내인 것이 바람직하고, 그 중 특히 약 λ/9 ~ 약 λ/30의 범위 내가 보다 바람직하고, 또, 좌우(여진 방향으로 수직인 방향)의 소자 간 스페이스 Sh는, 약 λ/4 ~ 약 λ/9의 범위 내인 것이 바람직하고, 그 중 특히 약 λ/5 ~ 약 λ/9의 범위 내가 보다 바람직한 것을 알았다. 예를 들면, 급전 소자(102) 및 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 각각의 치수가 7.5mm×7.5mm로서, 공진 주파수가 10.52GHz인 도 15에 나타낸 구조의 마이크로스트립 안테나의 경우, 상하의 소자 간 스페이스 Si는 7.1mm(=λ/4) ~ 0.95mm(=λ/30)가 바람직하고, 3.17mm(=λ/9) ~ 0.95mm(=λ/30)가 보다 바람직하고, 또, 좌우의 소자 간 스페이스 Sh는, 7.1mm(=λ/4) ~ 3.17mm(=λ/9)가 바람직하고, 5.71mm(=λ/5) ~ 3.17mm(=λ/9)가 보다 바람직하다. 이들 바람직한 범위는, 기판(100)의 유전율에는 그다지 좌우되지 않는다.
도 16은, 도 13에 나타낸 제4 실시예의 다른 변형예를 나타낸다.
도 16에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 도 13의 구성에 더하여, 또한 급전 소자(102)의 경사 45도의 방향으로도 무급전 소자(160, 162, 164, 166)가 배치되어 있다. 이로써, 평면에서 볼 때의 전파빔의 방사 방향의 분해능이, 도 13에 나타낸 제4 실시예보다 보다 정밀하게 된다. 또, 게인도 향상시키는 것이 가능하다.
도 17은, 본 발명의 제5 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 17에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 급전 소자(102)의 한쪽(예를 들면, 도면 중 우측)에 복수개의 무급전 소자(104, 140, 150, 170)가 직선형으로 배열되어 있다. 무급전 소자(104, 140, 150, 170)의 유효/무효를 전환하기 위한 구성은 다른 실시예와 같다. 도면 중, 각 무급전 소자의 근방에 나타낸 부호 SW1, SW2, SW3, SW4는, 각 무급전 소자의 유효/무효를 전환하기 위한 스위치의 명칭(다음의 도 18 참조)이다. 이들 무급전 소자(104, 140, 150, 170) 중 적어도 1개의, 예를 들면, 최단부에 배치된 무급전 소자(170)는, 급전 소자(102)에 대한 지연 위상차 Δθ(도 5, 도 6 참조)가 360도 이상(실질적으로는, 0 내지 180도의 범위 내)으로 되도록 배치되어 있다(즉, 도 5, 도 6에 의하면, 소자 간 스페이스가 2λg 이상의 위치에 배치되어 있다). 다른 내측의 무급전 소자(104, 140, 150)는, 급전 소자(102)에 대한 지연 위상차 Δθ(도 5, 6 참조)가 180도~360도의 범위 내(실질적으로는, 진행 위상차가 0 내지 180도의 범위 내)로 되도록 배치되어 있다(즉, 도 5, 6에 의하면, 소자 간 스페이스가 2λg 미만의 위치에 배치되어 있다).
도 18은, 도 17에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서, 각 무급전 소자의 유효/무효를 전환하는 것에 의한 전파빔의 방사 각도의 변화의 상태를 나타낸다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 무급전 소자(104, 140, 150, 170) 중 최단부의 무급전 소자(170)만을 유효하게 하면, 전파빔은 무급전 소자(170) 측으로 경사진다. 다른 한편, 최단부의 무급전 소자(170)는 무효로 하고, 다른 무급전 소자(104, 140, 150) 중 어느 하나를 유효하게 하면, 전파빔은 반대측 측으로 경사진다. 이 경우, 무급전 소자(104, 140, 150)의 어떤 것을 유효로 할 것인지를 선택함으로써, 방사 각도의 크기를 바꿀 수 있다.
이와 같이, 급전 소자의 한쪽에 복수개의 무급전 소자를 배열한 경우라도, 어떤 무급전 소자는 급전 소자에 대하여 위상차가 지연되고, 다른 무급전 소자는 급전 소자에 대하여 위상차가 진행하도록 무급전 소자의 배치를 선택함으로써, 전파빔을 기판에 수직인 방향의 양측으로 경사지게 할 수 있다.
도 19 (A)는, 본 발명의 제6 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이며, 도 19 (B)는 동 마이크로스트립 안테의 단면도이다.
도 19 (A), (B)에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 기판 (100) 상에, 급전 소자(1O2) 및 복수개의 무급전 소자(180, 180), …이 배열되어 있고, 이들 급전 소자(102) 및 무급전 소자(180, 180), …의 표면을 포함하는 기판(100)의 대략 전표면(全表面) 영역이, 유전체의 층(190)에 의해 피복되어 있다. 무급전 소 자(180, 180), …의 유효/무효를 전환하기 위한 구성이나 마이크로파 스위치 등의 구성에 대하여는, 전술한 다른 실시예와 같다.
이 마이크로스트립 안테나의 앞면을 덮는 유전체층(190)의 작용에 의해, 기판(100) 상에서의 마이크로파의 파장 λg가, 유전체층(190)이 없는(안테나 앞면이 공기에 접촉되어 있는) 경우보다 짧아진다. 그 결과, 안테나 소자의 소형화 및 소자 간 스페이스의 축소가 도모되어, 안테나의 소형화가 도모된다. 이것은, 특히, 전파빔의 방사 방향 변화의 분해능을 향상시키기 위해 무급전 소자의 개수를 증가시키고자 할 때 유리하다.
전술한 이점을 얻는데 있어서, 유전체층(190)의 유전율은, 가능한 한 높은 것이 바람직하고, 예를 들면, 100~200 정도가, 현실에 이용할 수 있는 유전재료의 종류로부터 볼 때 바람직하다. 또, 유전체층(190)의 두께는, 전술한 이점을 상주하는 동시에 전파빔의 파워를 과도하게 저하시키지 않게 하기 위하여, 예를 들면, 0.1~ 0.2mm 정도가 바람직하다.
도 20은, 본 발명의 제7 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 20에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 복수개의 급전 소자(102, 202)가 동일 기판(100) 상에 배치되어 있다. 그리고, 각각의 급전 소자(102, 202)로부터 소정의 소자 간 스페이스 S만큼 이격된 위치에 무급전 소자(104, 202)가 배치되어 있다. 급전 소자(102)와 (202)는, 서로 간섭하지 않는 거리 D만큼 이격되어 있다. 비간섭 거리 D는, 예를 들면, 각 급전 소자의 치수의 3배 이상이다.
제1 급전 소자(102)와 무급전 소자(104)의 세트로부터 방사되는 전파빔과 제2 급전 소자(202)와 무급전 소자(204)의 세트로부터 방사되는 전파빔이 통합됨으로써, 급전 소자와 무급전 소자 세트가 1세트만 있는 경우보다, 토탈의 전파빔이 보다 예리하게 좁혀진다. 즉, 전파빔의 디렉티비티(directivity)(안테나로부터 출력되는 총파워(W)에 대한 특정 방향의 최대 방사 강도(W/Sr)) 및 게논이 향상된다. 도 20의 예에서는, 급전 소자와 무급전 소자 세트수는 2세트이지만, 보다 많이 함으로써, 디렉티비티와 게인을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 21 (A)는, 도 20에 나타낸 제7 실시예의 변형예의 평면도를 나타낸다. 도 21 (B)는, 동 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 21 (A), (B)에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 인접하는 급전 소자(102)와 (202)의 서로 대향하는 단면(102A)과 (202A)이, 유전체 마스크(206)에 의해 피복되어 있다. 유전체 마스크(206)의 작용에 의해, 단면(102A, 202A)으로부터 방사되는 전파의 파장 λg가 단축되므로, 급전 소자(102, 202)가 서로 간섭하지 않게 하기 위한 비간섭 거리 D가 도 20의 경우보다 단축될 수 있다. 그 결과, 안테나 전체의 소형화가 도모되고, 그에 따라 토탈의 전파빔을 보다 좁힐 수 있으므로, 디렉티비티 및 게인의 향상이 도모된다.
도 22 (A), (B)는, 도 20에 나타낸 제7 실시예의 다른 변형예의 평면도 단면도를 각각 나타낸다.
도 20 (A), (B)에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 인접하는 급전 소자(102)와 (202)의 서로 대향하는 단면(102A)와 (202A)이, 연속적인 1개의 유전체 마스크(208)에 의해 피복되어 있다. 도 21에 나타낸 마이크로스트립 안테나와 동등한 작용 효과가 얻어진다.
도 23 (A), (B)는, 도 20에 나타낸 제7 실시예의 또 다른 변형예의 평면도와 단면도를 각각 나타낸다.
도 23 (A), (B)에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 급전 소자(102)에 인접하는 양쪽의 급전 소자(104, 106)의 서로 대향하는 단면이, 유전체 마스크(210, 212)에 의해 피복되어 있다. 또한, 내측의 무급전 소자(104, 106)와 그 외측의 무급전 소자(130, 132)의 서로 대향하는 단면도, 유전체 마스크(214, 216)에 의해 피복되어 있다. 이와 같이, 서로 인접하는 모든 안테나 소자의 서로 대향하는 단면이 유전체 마스크 s로 피복된다. 이로써, 이들 단면으로부터 방사되는 전파의 파장 λg가 단축되므로, 원하는 위상차를 얻기 위한 소자 간 스페이스를 단축할 수 있다. 그 결과, 안테나 전체의 소형화가 도모된다.
또, 유전체 마스크(210, 212, 214, 216)의 두께는, 장소에 따라 달리해도 된다. 유전체 마스크(210, 212, 214, 216)의 두께를 조정함으로써, 원하는 위상차를 얻기 위한 소자 간 스페이스의 크기를 조정하는 것, 또는 소정의 소자 간 스페이스로부터 얻어지는 위상차를 조정할 수 있다.
도 24 (A)는, 본 발명의 제8 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다. 도 24 (B)는, 동 마이크로스트립 안테나의 도 24 (A)에서 점선의 원으로 둘러싼 부분의 단면도이다.
도 24 (A), (B)에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 동일 기판(100)에, 도 13에 나타낸 것과 동일한 구조를 각각 가지는 복수개(예를 들면, 4개)의 서브 안테나(220, 222, 224, 226)가 구성되어 있다. 이들 서브 안테나(220, 222, 224, 226)의 상호 간의 경계에 상당하는 기판(100)의 부분에, 슬릿(즉, 공기층)(230, 232, 234, 236)이 설치되어 있다. 따라서, 서브 안테나(220, 222, 224, 226)는, 실질적으로, 공기층을 통하여 이격되어 있는 것으로 된다.
복수개의 서브 안테나(220, 222, 224, 226)로부터의 전파빔이 통합되어, 강하게 좁혀진 즉 높은 디렉티비티를 가진 전파빔을 얻을 수 있다. 이들 복수개의 서브 안테나(220, 222, 224, 226) 중의 상대적 위치가 동일 위치인 무급전 소자의 유효/무효로 일제히 동시에 전환함으로써, 그 강하게 좁혀진 전파빔의 방사 방향을 상하 좌우로 전환할 수 있다.
서브 안테나(220, 222, 224, 226) 상호 간의 거리는, 상이한 서브 안테나의 무급전 소자끼리(예를 들면, 도 24 (B)에 나타낸 무급전 소자(240, 242)끼리)의 상호 간섭에 의한 영향을 문제가 되지 않는 정도로 작아지도록 한 거리로 선택되어 있다. 그와 같은 거리란, 전형적으로는, 사용 마이크로파의 공기 중에서의 1파장 이상의 거리이다.
그런데, 전술한 서브 안테나(220, 222, 224, 226) 사이의 상호 간섭에는, 안테나 소자 간에 의해 기판(100)을 통해 마이크로파가 전파하여 생기는 것과, 공중을 마이크로파가 전파하여 생기는 것이 있다. 기판(100) 중의 슬릿(공기층)(230, 232, 234, 236)에 의해, 기판(100)의 표면 및 내부를 통하여 마이크로파가 전달하는 것이 곤란해지므로, 서브 안테나(220, 222, 224, 226) 간의 상호 간섭이 억제된 다. 그 결과, 서브 안테나(220, 222, 224, 226)를 보다 고밀도로 배치하는 것이 가능해져, 마이크로스트립 안테나 전체의 소형화가 도모된다.
도 25 (A)는, 본 발명의 제9 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다. 도 25 (B)는, 동 마이크로스트립 안테나의 도 25 (A)에서 점선의 원으로 둘러싼 부분의 단면도이다.
도 24 (A), (B)에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 도 24에 나타낸 것과 기본적으로 동일한 구성에 있어서, 서브 안테나(220, 222, 224, 226) 사이의 경계에 상당하는 기판(100)의 부분에, 슬릿이 아니고, 어스 전극(216)에 접속된(즉, 항상 일정 전위(어스 전위)에 유지된) 차폐체(260)가 설치되어 있다. 서브 안테나(220, 222, 224, 226)의 경계 가까이에 위치하는 무급전 소자의 차폐체(260)를 향한 단면과, 차폐체(260) 사이에서, 전자계 결합도가 강해지기 때문에, 무급전 소자로부터 공기 중에 방사되는 방사 강도가 경계 측에서 작아진다. 그러므로, 공기를 통하여, 인접하는 서브 안테나의 무급전 소자에 마이크로파가 전달되기 어려워져, 서브 안테나 사이의 상호 간섭이 억제된다. 그 결과, 복수개의 서브 안테나를 고밀도로 배치할 수 있어, 기판의 소형화가 도모된다.
도 26은, 본 발명의 제10 실시예에 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 26에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 도 1에 나타낸 구성에 더하여, 각각의 무급전 소자(104, 106)에 추가의 제어선(260, 262)이 접속되어 있고, 이들 제어선(260, 262)은, 도시하지 않지만, 다른 제어선(110, 112)과 마찬가지로, 기판(100)의 배면 상의 스위치에 의해 개별적으로 어스 전극에 접속/분리할 수 있 도록 되어 있다. 즉, 무급전 소자(104, 106)의 각각은, 복수개(예를 들면, 2개)의 접지점을 가지고 있다. 어느 접지점도, 도 1에서 설명한 바와 같이, 각 무급전 소자(104, 106)의 중앙을 중심으로 한 여진 방향의 폭 L/2의 범위의 외측에 배치된다. 그리고, 각각의 접지점의 참조 번호의 근방에 교부한 부호 SW1, SW2, SW3, SW4는, 각각의 접지점을 접지하기 위한 스위치의 명칭이다(도 28 참조).
도 27은, 도 26에 나타낸 제10 실시예에 있어서의 급전 소자와 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 파형을 나타낸다.
도 27에 있어서, 일점 쇄선으로 나타낸 파형이, 무급전 소자의 하나의 접지점만을 접지한 경우에 대응하고, 점선으로 나타낸 파형이, 무급전 소자의 2개의 접지점의 양쪽을 접지한 경우에 대응한다. 1개의 접지점만을 접지한 경우보다 2개의 접지점의 양쪽을 접지한 경우 쪽이, 무급전 소자에 흐르는 마이크로파 전류의 진폭이 보다 작아져, 무급전 소자가 보다 효과적으로 무효로 된다.
도 28은, 도 26에 나타낸 마이크로스트립 안테나에 있어서 전파빔의 방사 방향이 변화하는 상태를 나타낸다.
도 28에 나타낸 바와 같이, 무급전 소자를 접지하거나 플로트로 하는 2단계의 전환이 아니고, 1개의 접지점만을 접지할 것인지, 2개의 접지점의 양쪽을 접지할 것인지로 되도록, 접지의 정도(무효의 정도)를 복수 단계로 전환함으로써, 전파빔의 방사 방향을 보다 한층 정밀하게 제어할 수 있다.
도 29 (A)~(C)는, 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나에 적용 가능한 급전 소자와 무급전 소자의 사이즈 관계의 변형예를 나타낸다.
전술한 어느 실시예에서도, 급전 소자와 무급전 소자는 대략 같은 사이즈였다
그러나, 도 29 (A)에 나타낸 바와 같이 급전 소자(102)로부터 무급전 소자(104, 106) 쪽을 크게 하도록 하거나, 또는 도 29 (B)에 나타낸 바와 같이 급전 소자(102)로부터 무급전 소자(104, 106) 쪽을 작게 할 수도 있다. 또, 도 29 (C)에 나타낸 바와 같이, 무급전 소자(104, 106)의 형상을, 급전 소자(102)와는 상이한 형상으로(예를 들면, 보다 가늘게 함) 할 수도 있다.
도 30은, 무급전 소자의 배치에 관한 변형예를 나타내고 있다. 도 3O에 나타낸 바와 같이, 급전 소자(102)에 대하여 상이한 방향(예를 들면, 위쪽과 우측과 같이 90도 상이한 방향)으로 비대칭으로 복수개의 무급전 소자(106, 13O)를 배치할 수도 있다.
도 31은, 급전 소자에 관한 변형예를 나타내고 있다. 도 31에 나타낸 바와 같이, 급전 소자(102)에 여진 방향과 평행한 가는 슬릿(270, 272)를 넣어, 급전 소자(102)를, 여진 방향과 평행한 복수개의 스트라이프 전극(280A, 280B, 280C)으로 분리해도, 전파의 방사 상태를 마찬가지로 변화시킬 수 있다. 또, 급전 소자에 넣는 슬릿의 폭을 바꿈으로써 공진 주파수의 조정이 가능하며, 기판에 형성된 급전 소자에 레이저 등으로 슬릿을 넣어 주면, 기판의 비유전률이나 두께, 급전 소자 형상의 제조 불균일에 관계없이, 공진 주파수를 소정 범위 내로 용이하게 제조할 수 있다.
도 32 (A), (B)는 본 발명의 제11 실시예의 단면도와 평면도를, 도 33 (A), (B)는 제12 실시예형태의 단면도와 평면도를, 도 33 (A), (B)는 제13 실시예의 단면도와 평면도를 나타내고 있다.
도 32 (A), (B)~도 34 (A), (B)에 나타낸 어떠한 실시예에 있어서도, 급전 소자(102)가 형성된 기판(100)의 표면이, 유전체층(300)에 의해 피복된다. 유전체층(300)의 표면 상에, 무급전 소자(104, 106)가 형성된다. 유전체층(300)을 위한 유전체 재료로서는, 예를 들면, 알루미나나 산화이트륨 등의 세라믹 재료를 채용할 수 있고, 또는 비교적 유전율이 높은 Ti(티탄)를 함유한 금속 산화물이나 비교적 유전률이 낮은 SiO2(실리카)를 함유한 금속 산화물이라도 된다. 유전체층(300)의 εr(비유전률)의 값은, 예를 들면, 10정도이다. 유전체층(300)의 막두께는, 유전체 재료에 따라 적절한 값을 설정할 수 있지만, 예를 들면, εr(비유전률)이 10정도의 재료를 사용한 경우의 두께는 예를 들면, 10㎛ 전후이다.
도 32 (A), (B)에 나타낸 제11 실시예에서는, 급전 소자(102)의 표면이 유전체층(300)으로 완전하게 덮혀져 있다. 이에 대하여, 도 33 (A), (B)에 나타낸 제12 실시예에서는, 유전체층(300) 중 급전 소자(102)의 표면 상의 영역의 부분에는, 복수개의 슬릿(3O2)이 형성되어 있다. 도 33 (A), (B)에 나타낸 예에서는, 슬릿(302)은 유전체층(3bO)의 두께를 완전히 관통해 그 아래의 급전 소자(102)가 노출되고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 유전체층(300)의 두께의 도중까지 오목한 홈라도 된다. 요컨대, 제12 실시예에서는, 유전체층(300) 중 급전 소자(102)의 표면 상의 영역 부분에, 요부(302)와 철부(304)가 형성되어 있다. 환언하면, 급전 소자(102) 상의 유전체층(300)에 두께의 변화가 주어져 있다. 도시한 예에서는, 요부(302)로 철부(304)가, 여진 방향(306)과 평행으로 스트라이프형으로 형성되어 있다. 또, 도 34 (A), (B)에 나타낸 제13 실시예에서는, 급전 소자(102)의 전표면은, 유전체층(300)에 덮혀 있지 않고 노출되어 있다.
도 1, 2에 나타낸 제1 실시예(기판(100) 상에 직접, 무급전 소자(104, 106)가 배치되는 구성)와 비교한 경우, 도 32 (A),(B)~도 34 (A),(B)에 나타낸 제11 ~ 제13 실시예에 의한으로 무급전 소자(104, 106)가 유전체층(300)의 표면 상에 배치됨으로써, 급전 소자(102)와 무급전 소자(104, 106) 사이의 위상차가 180도(즉, λg/2)에 의해 한층 가까워진다. 그러므로, 무급전 소자(104, 106) 중 한쪽만을 무효로 스위칭했을 때, 전파의 방사 방향은, 보다 광각으로 경사지게 된다.
도 35는, 도 1, 2에 나타낸 제1 실시예와, 도 32 (A),(B) ~ 도 34 (A), (B)에 나타낸 제11 ~ 제13 실시예에 있어서, 무급전 소자(104, 106) 중 한쪽만을 무효로 했을 때의 전파의 강도의 분포의 시뮬레이션 계산 결과를 나타내고 있다. 도 35에 있어서, 가로축은, 기판(100)의 표면에 직각인 방향을 0도로 하여, 무급전 소자(104, 106) 측으로의 경사 각도를 나타내고, 세로축은, 전파의 각 각도 방향의 성분의 강도를 나타낸다. 그리고, 굵은 실선의 그래프는 도 1, 2에 나타낸 제1 실시예의 전파 분포를, 가는 실선의 그래프는 도 32 (A), (B)에 나타낸 제11 실시예의 그것을, 굵은 점선의 그래프는 도 33 (A), (B)에 나타낸 제12 실시예의 그것을, 가는 점선의 그래프는 도 34 (A),(B)에 나타낸 제13 실시예의 그것을 나타낸다.
도 35에 있어서, 각 그래프가 나타내는 전파의 방향 성분의 강도가 최대인 경사 각도가, 각 실시예에 있어서의 전파의 방사 방향의 경사 각도에 상당한다. 도 35로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 실시예(굵은 실선의 그래프)보다도, 제11 ~ 제13 실시예 쪽이, 전파의 방사 방향의 경사 각도가 크다. 그리고, 제11 ~ 제13 실시예 중에서도, 특히, 급전 소자(102)의 표면 상을 제외한 기판(100)의 영역 상에 유전체층(300)이 적층된 제13 실시예(가는 점선의 그래프)에 있어서, 전파가 최대로 경사진다. 또, 급전 소자(102) 상의 유전체층(300)의 두께에 변화를 줄 수 있었던 제12 실시예에서는, 그 두께를 변화시키는 방법을 조정함으로써, 전파의 경사 각도를 조정할 수 있다.
도 36 (A), (B)는, 급전 소자와 무급전 소자의 폭의 관계에 대한 2개의 변형예를 나타내고 있다.
도 36 (A)에 나타낸 변형예에서는, 급전 소자(102)에 대하여 여진 방향(310)의 방향으로 존재하는 무급전 소자(130, 132)의 폭(여진 방향(310)과 직교하는 방향에서의 치수) Wc, Wd가, 급전 소자(102)의 폭 Wa와 동일하다. 이에 대하여, 도 36 (B)에 나타낸 변형예에서는, 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd가, 급전 소자(102)의 폭 Wa보다 약간 좁다.
일반적으로, 급전 소자의 주위에 무급전 소자를 배치한 경우, 급전 소자와 무급전 소자와의 스페이스가 너무 좁아지면, 전파의 방사 방향이 스프릿트하는(즉, 전파의 분포 형상이 하트형으로 갈라진 상태로 되는) 동시에, 그 방사 강도가 저하된다. 이것을 방지하는 데는, 급전 소자와 무급전 소자 사이에 있는 정도의 거리의 스페이스(예를 들면, 사용 주파수의 파장의 0.3배 정도 이상의 거리)가 필요하 다. 특히, 도 36 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 급전 소자(102)의 여진 방향으로 무급전 소자(130,132)를 배치한 경우, 도 36 (A)에 나타낸 바와 같이 급전 소자(102)의 폭 Wa와 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd가 같은 정도이면 무급전 소자(130, 132)에 여기되는 전류 밀도가 낮아진다. 그 결과, 무급전 소자(130, 132)의 한쪽을 무효로 스위칭해도, 전파의 방사 방향은 현저하게는 기울지 않는다. 이에 대하여, 도 36 (B)에 나타낸 바와 같이, 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd를 좁히면, 무급전 소자(130, 132)에 여기되는 전류 밀도가 증가한다. 그 결과, 무급전 소자(130,132)의 한쪽을 무효로 스위칭했을 때, 전파의 방사 방향은 현저하게 경사지게 된다.
도 37은, 도 36 (A),(B)에 나타낸 2개의 변형예에 있어서, 무급전 소자(130, 132) 중 한쪽만을 무효로 했을 때의 전파 강도 분포의 시뮬레이션 계산 결과를 나타내고 있다. 도 37에 있어서, 가로축은, 기판(100)의 표면에 직각인 방향을 0도로 하여, 무급전 소자(130, 132) 측으로의 경사 각도를 나타내고, 세로축은, 전파의 각 각도 방향의 성분의 강도를 나타낸다. 그리고, 굵은 실선과 점선의 그래프는 도 36 (B)에 나타낸 변형예의 전파 분포를, 가는 실선과 점선의 그래프는 도 36 (A)에 나타낸 변형예의 그것을 나타낸다(실선 그래프와 점선 그래프는, 무효로 된 무급전 소자가 상이한 경우를 각각 나타낸다). 시뮬레이션 계산에서 사용한 설계 조건은, 기판(100)의 비유전률이 3.26, 기판(100)의 두께가 0.4mm, 여진 주파수가 11GHz, 급전 소자(102) 사이즈가 7.3mm×7.3mm(도 36 (A)에서는, 무급전 소자의 사이즈도 같음), 급전 소자(102)와 무급전 소자(130, 132) 사이의 스페이스 거리가 7.3nm, 및 도 36 (B)에서의 무급전 소자(130, 132) 사이즈가 7.3mm(여진 방향 길이)×5.0mm(폭)이다.
도 38은, 도 36 (B)에 나타낸 변형예에 있어서, 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd(가로축)을 변화시켰을 때 전파의 방사 방향의 경사각(실선 그래프)과 전파의 방사 강도(점선 그래프)가 어떻게 변화하는지를 시뮬레이션한 계산 결과를 나타내고 있다. 시뮬레이션 계산에서 사용한 조건은, 상기와 마찬가지이지만, 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd는 7.3mm에서 4.0mm의 사이에서 여러 가지로 변경하고 있다.
도 37로부터, 전술한 바와 같이, 도 36 (A)의 변형예에서는 전파의 방사 방향의 경사는 매우 작은 데 대하여, 도 36 (B)의 변형예에서는, 큰 경사를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 그런데, 도 38로부터 알 수 있는 바와 같이, 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd를 좁게 하는만큼, 한쪽의 무급전 소자를 무효로 했을 때의 방사 각도는 보다 광각으로 되지만, 반면, 방사 강도가 저하되는 경향이 있다. 그러므로, 방사 강도의 저하가 문제 없을 정도로 작은 범위 내에서, 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd를 좁히는 것이 바람직하다. 이 관점으로부터, 상기 시뮤레이션 계산에서 사용한 설계 조건 하에서는, 무급전 소자(130, 132)의 폭 Wc, Wd는 5mm 전후가 바람직하다. 그러나, 이것은 하나의 예시에 지나지 않고, 사용 주파수, 기판의 유전율이나 두께, 무급전 소자나 급전 소자의 배치 등의 제조건에 따라 방사 각도나 방사 강도의 관계가 변화되므로, 구체적인 조건에 따라 최적값이 상이하다.
도 39 (A)는, 본 발명의 제14 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면 구성을 나타내고, 도 39 (B)는, 도 39 (A)의 A-A선에 따른 단면 구성을 나타낸다.
도 39 (A), (B)는, 본 발명의 제14 실시예에 관한 마이크로 스트립 안테나의 평면도 및 단면도이다.
도 39 (A), (B)에 나타낸 제14 실시예는, 도 13에 나타낸 제4 실시예와 동일한 구성에 더하여, 다음의 추가적 구성을 가진다. 즉, 급전 소자(102)에는, 급전선(108) 외에, 다른 스루홀(320)이 접속되어 있고, 이 스루홀(320)은, 기판(110)의 배면에 의해, 스위치(322)와 접속된다. 스위치(322)는, 급전 소자(102)로부터의 스루홀(320)과, 기판(100) 내의 어스 전극(116)에 접속된 접지선(324) 사이를 접속하거나, 분리하거나 한다. 즉, 스위치(322)는, 온일 때, 급전 소자(102)를 접지한다. 급전 소자(102)의 접지점(스루홀(320))이 형성된 점)의 장소는, 예를 들면, 도시한 바와 같이, 급전 소자(102)의 여진 방향(326)으로 급전선(108)으로부터 가장 먼 쪽의 변둘레의 근방이다.
도 40 (A)는, 상기의 제14 실시예에 있어서, 스위치(322)가 오프일 때, 도 40 (B)는, 스위치(322)가 온일 때에 있어서의, 급전 소자(102)(실선 그래프)와 유효 상태에 있는 무급전 소자(104, 106, 130, 132)(점선그래프)에 각각 흐르는 전류의 파형을 나타내고 있다.
도 40 (A),(B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 스위치(322)가 온으로 급전 소자(102)가 어스 전극(116)에 접속되어 있는 경우, 무급전 소자의 (104, 106, 130, 132)가 유효해도, 안테나로부터 방사되는 전력량이 극단으로 작아진다. 마이크로 파 신호원으로부터 급전 소자(102)에 고주파 신호를 가하여 계속되고 있는 상태에서, 스위치(322)를 온과 오프로 전환함으로써, 안테나로부터의 방사 전력량을 변화시킬 수 있다. 방사 전력량을 변화시키는 목적에서는, 마이크로파 신호원을 온과 오프로 전환하는 방법도 채용할 수 있지만, 그 방법에 의하면, 전환 직후에 마이크로파 신호원의 출력이 안정되지 않는다는 문제점이 있다. 이에 대하여, 급전 소자(102)에 접속된 스위치(322)를 전환하는 방법에 의하면, 마이크로파 신호원의 출력은 안정 상태로 유지되고 있으므로, 전파 출력의 안정성이 우수하다. 따라서, 스위치(322)를 전환하는 방법은, 예를 들면, 송신 안테나로부터 출력된 펄스 전파와 피측정물에 충돌해 반사하여 수신 안테나로 수신한 펄스 전파 사이의 시간차에 따라 거리를 측정하도록 한 용도에 적절하다.
도 41은, 본 발명의 제15 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 41에 나타낸 바와 같이, 급전 소자(102)의 여진 방향(326)과 직교하는 방향에서의 한쪽 측에, 1 또는 2 이상의 무급전 소자(330)가 배치되고, 다른 쪽 측에도, 1 또는 2 이상의 무급전 소자(340)가 배치된다. 이들 여진 방향(326)과 직교하는 방향으로 정렬된 무급전 소자(330, 340)는, 그 각각을 무효로 하기 위한 스루홀(332, 342)을 가지고, 따라서, 유효인지 무효인지의 전환에 의해, 전파의 방사 방향을 변화시키는데 기여한다. 또, 급전 소자(102)의 여진 방향(326)에 있어서의 한쪽 측에, 1 또는 2 이상의 무급전 소자(350)가 배치되고, 다른 쪽 측에도, 1 또는 2 이상의 무급전 소자(360)가 배치된다. 이들 여진 방향(326)으로 정렬된 무급 전 소자(330, 340)는, 스루홀을 가지지 않고, 항상 플로트 상태이며, 따라서, 전파의 방사 방향을 변화시키는 데는 거의 기여하지 않는다.
도 42 (A)는, 상기 제15 실시예에 있어서, 전파 방사 방향의 변화에는 기여하지 않는 편측의 무급전 소자(330)와 타측의 무급전 소자(340)의 개수를 각 측 1개로 한 경우에서의 이 안테나로부터 방사되는 전파빔의 평면 형상을 나타내고, 도 42 (B)는, 한쪽의 무급전 소자(330)와 타측의 무급전 소자(340)의 개수를 각 측 3개로 한 경우에서의 방사 전파의 평면 형상을 나타낸다.
도 42 (A)에 나타낸 전파 형상(370)과 비교하여, 도 42 (B)에 나타낸 전파 형상(372)은, 여진 방향(326)(즉, 무급전 소자(330, 340)의 배열 방향)에 있어서, 보다 가늘게 좁혀지는 것을 알 수 있다. 즉, 무급전 소자(330, 340)는, 전파 방사 방향의 변화에는 거의 기여하지 않지만, 전파의 퍼짐 또는 확산을 방지하여, 보다 가늘게 좁혀진 지향성이 양호한 전파빔을 형성하는 것에 기여한다.
도 43 (A)와 도 43 (B)는, 전술한 각종의 구조의 마이크로 스트립 안테나에 있어서 스루홀을 온 오프하기 위해 채용 가능한 스위치의 구조예를 나타낸다.
도 43 (A)와 도 43 (B)에 나타낸 스위치(406)는, 안테나 소자(예를 들면, 무급전 소자)(402)와 어스 전극(404) 사이의 접속 라인을 개폐하기 위한 MEMS(Micro Electro Mechanical system) 기술에 의한 스위치(이하, MEMS 스위치라고 함)이다. 도 43 (A)는, MEMS 스위치(406)의 OFF 상태를 나타내고, 도 43 (B)는, ON 상태를 나타내고 있다. MEMS 스위치(406)는, 가동 전기 접점(408)과 고정 전기 접점(410)을 가지고, 그 한편, 예를 들면, 고정 전기 접점(410)은 스루홀(412)을 통하여 안 테나 소자(402)에 접속되고, 다른 한편, 예를 들면, 가동 전기 접점(408)은 스루홀(414)을 통하여 어스 전극(404)에 접속된다. 주목해야 할 점은, 도 43 (A)에 나타낸 OFF 상태에서는 물론이지만, 도 43 (B)에 나타낸 ON 상태에 있어서조차, MEMS 스위치(406) 내의 고정 전기 접점(410)과 가동 전기 접점(408) 사이가 기계적으로 열려 있고 접촉하고 있지 않은 점이다. 즉, 도 43 (B)에 나타낸 ON 상태에서는, 2개의 전기 접점(408)과 (410) 사이에는 작은 갭이 있으므로, 도 43 (A)에 나타낸 OFF 상태에서는, 그 갭이 보다 커지게 된다. 이와 같은 구조의 MEMS 스위치(406)의 채용에 의해, 1G~수백 GHz 라는 고주파대에 있어서 양호한 ON 상태와 OFF 상태를 만들어 낼 수 있다.
이 원리를 도 44~도 46을 참조하여 설명한다.
도 44 (A)와 도 44 (B)는 각각, 종래형의 MEMS 스위치의 전기 접점(420, 432)의 명목 상의 OFF 상태와 ON 상태를 나타낸다. 또, 도 45 (A)와 도 45 (B)는 각각, 도 43 (A), (B)에 나타낸 MEMS 스위치(406)의 전기 접점(408, 410)의 명목 상의 OFF 상태와 ON 상태를 나타낸다.
도 44 (A)와 도 44 (B)에 나타낸 바와 같이, 종래형의 MEMS 스위치에서는, 전기 접점(420, 422)은, 명목 상의 OFF 상태에서는 이격되어 양자 사이에 근소한 갭 G가 열려, 명목 상의 ON 상태에서 기계적으로 접촉한다. 그러나, 도 44 (A)에 나타낸 근소한 갭 G1은, 저주파대에서는 실질적으로 OFF 상태이지만, 고주파대에서는 실질적으로 ON 상태이다. 이에 대하여, 도 45 (A)와 도 45 (B)에 나타낸 MEMS 스위치(406)에서는, 전기 접점(408, 410)은, 명목 상의 OFF 상태에서는, 충분히 큰 갭 G2를 가지고 이격되어 있고, 명목 상의 ON 상태에서는, 근소한 갭 G3를 사이에 두고 이격되어 있다. 도 45 (A)에 나타낸 바와 같이 전기 접점(408, 410) 사이에 있는 충분히 큰 갭 G2가, 고주파대에 있어서도 실질적인 OFF 상태를 형성한다. 또, 도 45 (B)에 나타낸 바와 같이 전기 접점(408, 410) 사이에 근소한 갭 G3가 있어도, 이것은 고주파대에 있어서는 실질적인 ON 상태이다.
전파빔의 경사를 제어한다는 목적을 위해서는, 스위칭이 취해지는만큼 진정한 ON 상태에 가까운 상태를 만드는가 보다도, 오히려, 스위칭이 얼마나 진정한 OFF 상태에 가까운 상태를 만들어 낼 수 있는가가 중요하다. 그 이유는, 스루홀을 통과하는 고주파의 전달량의 변화에 대한 전파빔의 경사 각도의 변화의 감도는, 스루홀을 통과하는 고주파의 전달량이 작을 수록 크기 때문이다. 따라서, 고주파에 대하여 실질적인 OFF 상태를 만들어 낼 수 있는 전술한 스위치(406)는, 전파빔의 경사를 제어하는 용도에 적합하다.
도 46 (A)와 도 46 (B)는, 전파빔의 경사를 제어하는 용도에 적절한 스위치의 전기 접점의 변형예를 나타낸다. 도 46 (A)는 OFF 상태를 나타내고, 도 46 (B)는 ON 상태를 나타낸다.
도 46 (A)와 도 46 (B)에 나타낸 바와 같이, 전기 접점(408, 410) 사이에, 실리콘 산화막과 같은 유전 재료 또는 절연재량의 박막(424)이 형성된다. 도 46 (A)에 나타낸 바와 같이, 이 절연 박막(424)에 의해, 전기 접점(408, 410) 사이에 작은 갭 G4가 있는 것만으로도, 고주파에 대하여 실질적인 OFF 상태가 만들어 내진다. 도 46 (B)에 나타낸 상태에서는, 전기 접점(408, 410) 사이의 갭 G4가 없어지 는 것에 의해, 절연 박막(424)이 있어도, 고주파에 대하여 실질적인 ON 상태가 만들어 내진다.
도 47은, 본 발명의 제16 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 47에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 도 13에 나타낸 것과 비교하여, 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 배치가 상이하다. 즉, 도 13에 나타낸 것에서는, 무급전 소자(104, 106, 130, 132)가, 급전 소자(102)에 대하여, 그 여진 방향(도면의 상하 방향)에 평행과 직각 방향으로 배치되는 것에 대하여, 도 47에 나타낸 것에서는, 무급전 소자(104, 106, 130, 132)가, 급전 소자(102)에 대하여, 그 여진 방향으로 경사지게, 예를 들면 45도, 기운 방향으로 배치되어 있다. 도 47에 나타낸 전극 배치에 의하면, 전파빔이 그 방사 방향으로 진행됨에 따라 보다 좁게 좁혀져 간다. 또한, 도 13에 나타낸 전극 배치에 의하면, 전파빔은 그 방사 방향으로 진행됨에 따라 퍼져 간다. 따라서, 도 47에 나타낸 전극 배치는, 좁은 범위에 대하여 정확하게 인체나 물체를 검지하는 용도에 비교적 적합하고, 이에 대하여, 도 13에 나타낸 전극 배치는, 광범위에 있어서 인체나 물체를 검지하는 용도에 비교적 적합하다.
도 48은, 본 발명의 제17 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이며, 도 49는, 도 48의 A-A 단면도이다. 도 49의 실시예와의 대비를 위하여, 도 50에, 본 발명의 제18 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도를 나타낸다.
도 48에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 도 13에 나타낸 전극 배치를 가지는 2개의 서브 안테나(429, 439)와, 도 47에 나타낸 전극 배치를 가지는 2개의 서브 안테나(449, 459)가, 2×2 매트릭스형으로 배치된다. 즉, 제1 서브 안테나(429)에서는, 무급전 소자(422, 424, 426, 428)가 급전 소자(420)에 대하여, 도 13에 나타낸 바와 같은 위치 관계로 배치된다. 마찬가지로, 제2 서브 안테나(439)에서도, 무급전 소자(432, 434, 436, 438)가 급전 소자(430)에 대하여, 도 13에 나타낸 바와 같은 위치 관계로 배치된다. 다른 한편, 제3 서브 안테나(449)에서는, 무급전 소자(442, 444, 446, 448)가 급전 소자(440)에 대하여, 도 47에 나타낸 바와 같은 위치 관계로 배치된다. 마찬가지로, 제4 서브 안테나(459)에서도, 무급전 소자(452, 454, 456, 458)이 급전 소자(450)에 대하여, 도 47에 나타낸 바와 같은 위치 관계로 배치된다. 그리고, 도 13에 나타낸 전극 배치도 2개의 서브 안테나(429, 439)와, 도 47에 나타낸 전극 배치를 가지는 2개의 서브 안테나(449, 459)가, 2×2 매트릭스의 상보적(相補的)인 위치에 배치된다. 즉, 도 13에 나타낸 전극 배치를 가지는 2개의 서브 안테나(429, 439)는, 도 48 중 좌측 위와 우측 아래의 위치에, 도 47에 나타낸 전극 배치를 가지는 2개의 서브 안테나(449, 459)는, 우측 위와 좌측 아래의 위치에 배치된다. 이들 서브 안테나(429, 439, 449, 459)의 모든 급전 소자와 무급전 소자는, 기판(100)의 앞면에 배치되어 있다. 이에 대하여, 급전 전극(420, 430, 440, 450)에 고주파 전력을 공급하기 위한 급전 라인(460)은, 도 49에 나타낸 바와 같이 기판(100)의 배면에 배치되고, 스루홀(460, 460), …을 통해 급전 전극(420, 430, 440, 450)에 접속된다. 도 49 중의 참조 번호(470)는, 그라운드 전위에 있는 어스 전극을 나타내고, 거기에는, 전술한 무급전 소자의 각각이 스루홀과 스위치(도시하지 않음)를 통하여 접속된다.
이와 같이, 동일한 기판 상에, 각각이 급전 소자를 가지는 복수개의 서브 안테나를 배치한다는 심플한 구조에 의해, 전파의 주빔을 효과적으로 좁게 좁힐 수 있다. 전파의 주빔의 형상은, 급전 소자 간의 거리에 영향을 받는다. 급전 소자 간의 간격이 너무 넓어지면, 주빔은 좁게 좁혀지지만, 불필요한 사이드 로브(side lobe)가 발생한다. 사이드 로브를 억제하기 위해서는, 급전 소자 간의 간격이 λ/2 ~ 2λ/3 정도인 것이 바람직하다. 여기서, λ은, 공기 중의 전파의 파장을 나타낸다. 이 정도의 급전 소자 간의 간격을 가지고, 복수개의 서브 안테나를 동일 기판 상에 배치하는 경우, 도 50에 예시한 마이크로스트립 안테나와 같이 모든 서브 안테나(480, 482, 484, 486)가 같은 전극 배치를 가지는 경우에는, 인접하는 서브 안테나의 무급전 소자 간의 간격이 너무 작아져, 이들 무급전 소자 간에서 간섭이 생길 우려가 있다. 예를 들면, 도 50에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 무급전 소자(424)와 (452) 간, 무급전 소자(444)와 (432) 간, 무급전 소자(428)와 (446) 간, 및 무급전 소자(458)와 (436) 간에서, 간섭이 발생할 우려가 있다. 다른 한편, 도 48에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 상이한 전극 배치도 서브 안테나(429, 439, 449, 459)가 상보적으로 배치되므로, 급전 소자 간의 간격이 전술한 정도로 작아도, 인접하는 서브 안테나의 무급전 소자 간의 간격은 어느 정도 크고, 따라서, 무급전 소자 간의 간섭이 작다.
도 51은, 본 발명의 제19 실시예에 마이크로스트립 안테나의 평면도이다. 도 52는, 도 51의 A-A 단면도이다.
도 51 및 도 52에 나타낸 마이크로스트립 안테나는, 도 15에 나타낸 마이크로스트립 안테나와 동일한 구성을 가지는 동시에, 또한 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 각각에 1이상(도시한 예에서는 2개)의 상시 접지점(502, 504, 506, 508)이 추가되어 있다. 상시 접지점(502, 504, 506, 508)은, 각각, 도 52에 나타낸 바와 같이, 그라운드 레벨을 제공하는 어스 전극(514)에, 스루홀(510, 512)을 통해 항상 접속된다(도 52에서는, 접지점(502, 504)의 스루홀(510, 512)밖에 도시하지 않지만, 다른 접지점(506, 508)에 대해서도 마찬가지이다). 상시 접지점(502, 504, 506, 508)은, 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)가 플로트 상태일(즉, 어스 전극(514)에 접속되어 있지 않음) 때의 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 여진 방향(500)(이것은, 통상, 급전 소자(102)의 여진 방향(500)과 같고, 예를 들면, 도 51에 있어서의 세로 방향임)과 직교하는 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 외측둘레(예를 들면, 도 51에 있어서의 좌측의 외측둘레 또는/ 및 우측의 외측둘레)의 중앙부 근방의 위치에 배치된다. 그리고, 도 52에 있어서, 참조 번호(520)는, 급전 소자(102)의 급전점(108)에 고주파 전력을 공급하는 발진 회로를 가리키고, 참조 번호(522, 524)는, 무급전 소자(104, 106)의 전파 방사 방향 제어용의 접지점(110, 112)과 어스 전극(514) 사이를 접속 및 분리하기 위한 스위치를 가리킨다.
상기와 같은 상시 접지점(502, 504, 506, 508)을 추가함으로써, 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다. 즉, 급전 소자(102)와 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 간격이 매우 좁은 경우, 급전 소자와 무급전 소자의 전자적인 결합력(즉, 급전 소자가 각 급전 소자를 여진시키는 힘)이 매우 크고, 그러므로, 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 전파 방사 방향 제어용의 접지점(110, 112, 134, 136)을 그라운드 레벨에 접속해도, 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 여진 방향이 원래의 여진 방향(500)과 직교하는 방향으로 변화하는 것만으로, 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)는 여전히 여진된 상태에 있는 경우가 있다. 이 경우, 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 고주파 전류(전압)의 진폭은 저하하지 않기 때문에, 전파의 방사 방향은 기울지 않는다는 문제가 생긴다. 이에 대하여, 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 상기 위치에 배치된 상시 접지점(502, 504, 506, 508)은, 전술한 원래의 여진 방향(500)과 직교하는 방향에서의 여진을 억제하는 작용을 한다. 이것은, 정확히, 전파 방사 방향 제어용의 접지점(110, 112, 134, 136)이, 그라운드 레벨에 접속되었을 때, 원래의 여진 방향(500)에서의 여진을 억제하는 작용을 하므로, 같은 원리에 따른 것이다. 따라서, 도 51 및 도 52에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 급전 소자(102)와 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 간격이 매우 좁은 경우라도, 전파 방사 방향 제어용의 접지점(110, 112, 134, 136)이 그라운드 레벨에 접속되면, 각 무급전 소자(104, 106, 130, 132)의 전류(전압)의 진폭이 저하되고, 전파의 방사 방향이 경사지게 된다.
도 53은, 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나로 채용 가능한 급전 소자의 변형예를 나타낸다.
도 53에 나타낸 바와 같이, 급전 소자(530)(기판(도면 중의 배경) 상에 형성된 정사각형 또는 직사각형의 금속 박막)의 직교하는 2개의 외측둘레, 예를 들면, 도면 중 아래쪽과 우측의 외측 둘레의 각각의 중앙부의 근방에 2개의 급전점(532A, 532B)을 가지고, 급전점(532A, 532B)에는 각각 급전선(534A, 534B)이 접속된다. 여기서, 급전선(534A, 534B)은, 도시한 예에서는, 기판의 급전 소자(530)와 같은 측의 면에 형성된 마이크로스트립 라인이지만, 이에 대신하여, 기판의 반대측의 면에 형성되고, 스루홀을 통해 급전점(532A, 532B)에 접속되는 마이크로스트립 라인ㅇ이라도 된다. 급전선(534A, 534B)은, 서로 동일한 또는 상이한 주파수를 가지는 고주파 전력을 급전점(532A, 532B)에 인가한다. 급전 소자(530)의 가로 방향의 길이는, 우측의 급전점(532A)에 인가되는 고주파의 주파수로 여진되므로 적절한 길이, 즉 그 주파수의 전파의 기판 상에서의 파장 λg A의 약 1/2로 선택되어 있다. 마찬가지로, 급전 소자(530)의 세로 방향의 길이는, 아래쪽의 급전점(532B)에 인가되는 고주파의 주파수로 여진되는데 적합한 길이, 즉 그 주파수의 전파의 기판 상에서의 파장 λg B의 약 1/2로 선택되어 있다. 따라서, 우측의 급전점(532A)으로의 급전은, 이 급전 소자(530)를 도면 중 가로 방향(538A)으로 여진하고, 이에 대하여, 아래쪽의 급전점(532B)으로의 급전은, 이 급전 소자(530)를 도면 중 세로 방향(538B)으로 여진한다.
또, 급전 소자(530)의 급전점(532A, 532B)의 근방의 외측둘레와는 여진 방향으로 반대측에 위치하는 외측둘레(종단 둘레), 예를 들면, 도면 중 위쪽과 좌측의 종단 둘레의 각각의 중앙부의 근방에, 2개의 접지점(536A, 536B)이 설치되고, 접지점(536A, 536B)에는 각각 기판을 관통하는 도시하지 않은 스루홀이 접속된다. 전술한 각종 실시예와 마찬가지로, 접지점(536A, 536B)은, 각각의 스루홀에 접속된 도시하지 않은 스위치의 온 오프 조작에 의해, 그라운드 전위의 어스 전극(도시하지 않음)(예를 들면, 기판의 반대측에 설치되는)에 임의의 때에 접속될 수 있다. 이 스위치 조작에 의해 2개의 접지점(536A, 536B)의 한쪽만이 어스 전극에 접속되면, 그 한쪽의 접지점과 반대측에 있는 급전점에 의한 여진이 실질적으로 무효로 되어, 다른 쪽의 여진만이 유효하게 된다. 예를 들면, 도면 중 위쪽의 접지점(536B)이 어스 전극에 접속되면, 아래쪽의 급전점(532B)에 의한 세로 방향(538B)의 여진이 실질적으로 무효로 되고, 우측의 급전점(532A)에 의한 가로 방향(538A)의 여진만이 유효하게 된다. 그러므로, 여진 방향(538A)과 같은 가로 방향으로 전자계 강도의 진동 파형을 가지는 전파(22A)가 안테나로부터 발사되게 된다. 다른 한편, 도면 중 좌측의 접지점(536A)이 어스 전극에 접속되면, 우측의 급전점(532A)에 의한 가로 방향(538A)의 여진이 실질적으로 무효로 되고, 아래쪽의 급전점(532B)에 의한 세로 방향(538B)의 여진만이 유효하게 된다. 그러므로, 여진 방향(538B)과 같은 세로 방향으로 전자계 강도의 진동 파형을 가지는 전파(22B)가 안테나로부터 발사되게 된다. 또, 급전점(532A, 532B)에 공급되는 고주파의 주파수가 상이한 경우, 스위치 조작으로 접지점(536A,536B)를 선택적으로 어스 전극에 접속함으로써, 방사되는 전파의 주파수를 전환할 수 있다.
이와 같이, 급전 소자(530)에, 이것을 상이한 방향으로 여진하는 복수개의 급전점(532A, 532B)과, 그것을 무효로 하는 접지점(536A, 536B)을 설치하여, 접지점(536A, 536B)의 조작으로 어느 하나의 급전점(532A, 532B)을 선택적으로 유효하게 함으로써, 진동 파형의 방향이 다른 전파를 선택적으로 발사할 수 있다. 이 방 법은, 수직 편파형의 안테나에 있어서 유효하다.
도 54는, 도 53에 나타낸 급전 소자를 가지는 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나에 바람직한 용도 중 하나를 나타낸다.
도 54에 나타낸 용도는, 사람 등의 물체(548)의 모션을 전파의 도플러(Doppler) 효과를 이용하여 검지하기 위한 물체 센서(544)이다. 이 물체 센서(544)는, 예를 들면, 방의 천정면 또는 벽면(542) 등에 장착되고, 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나(도시하지 않음)와, 그 마이크로스트립 안테나에 접속된 도플러 신호 처리 회로(도시하지 않음)를 내장한다. 마이크로스트립 안테나는, 전파를 발하기 위한 송신 안테나로서 사용된다. 송신 안테나인 마이크로스트립 안테나가 수신 안테나로서도 이용되어도 되고, 또는 수신 안테나가 송신 안테나와는 별도로 설치되어도 된다. 그 마이크로스트립 안테나는, 전술한 어느 하나의 실시예와 같은 구성을 가지고, 상이한 방향(34A, 34B, 34C)으로 전파를 발사할 수 있다. 또한, 그 마이크로스트립 안테나의 급전 소자는, 도 53에 나타낸 바와 같은 구성을 가지고, 그 여진 방향을 바꿈으로써, 그 마이크로스트립 안테나로부터 발사되는 전파의 진동 파형의 방향이 바뀌게 되어 있다.
도 55와 도 56은, 이 물체 센서(544)의 마이크로스트립 안테나의 여진 방향을 변경함으로써 생기는 검지 특성의 차이를 나타내고 있다.
도 55에 나타낸 바와 같이, 물체 센서(544)의 마이크로스트립 안테나의 여진 방향이 도면 중 가로 방향일 때는, 전파(550)의 발사 방향이 어느 방향이라도, 전파(550)의 진동 파형의 방향은 가로 방향이다. 이 경우, 물체 센서(544)의 검출 감도는, 전파(550)의 진동 파형 방향과 같은 가로 방향으로의 물체(548)의 이동에 대하여 가장 양호하다. 다른 한편, 도 56에 나타낸 바와 같이, 마이크로스트립 안테나의 여진 방향이 세로 방향일 때는, 전파(550)의 전자계의 진동 파형의 방향은, 그 발사 방향에 관계없이, 세로 방향이다. 이 경우, 물체 센서(544)의 검출 감도는, 세로 방향으로의 물체(548)의 이동에 대하여 가장 양호하다. 이와 같이, 여진 방향을 전환함으로써, 검출 감도가 양호한 물체의 이동 방향 성분을 바꿀 수가 있다. 그러므로, 이 상이한 여진 방향을 예를 들면, 고속으로 교대로 전환하도록 조합시켜 사용함으로써, 상이한 여진 방향에서 검출된 도플러 신호의 레벨을 비교하여 물체(548)의 이동 방향을 추정하거나, 또는 상이한 여진 방향에서 물체가 검출되었는지 여부의 판단 결과를 논리적으로 조합시켜 물체(548)가 어느 방향으로 이동해도 그것을 양호한 감도로 검출 가능하도록 하거나 할 수 있다.
도 57은, 본 발명의 제20 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도이다. 도 58 및 도 59는 각각, 도 57에 나타낸 제20 실시예의 변형예를 나타낸다.
도 57에 나타낸 마이크로스트립 안테나에서는, 기판(100) 상에 복수개의 급전 소자(예를들면 2개)(560, 570)이 인접하여(즉, 이들 사이에 무급전 소자를 두지 않고) 배치되고, 이들 급전 소자(560, 570)를 이차원적으로(예를 들면, 도면 중 세로와 가로의 2방향으로부터) 에워싸도록, 복수개의 무급전 소자(562, 564, 566, 572, 574, 576)가 배치된다. 이 마이크로스트립 안테나는, 도 13에 나타낸 1개의 급전 소자와 이것을 2차원적으로 포위하는 복수개의 무급전 소자로 이루어지는 안테나를 복수개 배열된 안테나 어레이를 닮은 구조를 가지고, 도 13에 나타낸 안테 나보다 전파빔을 보다 좁게 좁혀서 전파빔의 도달 거리를 보다 길게 늘릴 수가 있다(전파빔을 사용한 물체 센서에 응용한 경우에는, 물체 검지 범위를 보다 좁게 좁혀서 검지 거리를 보다 길게 늘리는 것이 가능하다). 전파빔의 방향을 변화시키기 위하여, 무급전 소자(562, 564, 566, 572, 574, 576) 중의 치우친 위치에 배치된 1 또는 복수개의 소자 상태를 접지인가 플로트하거나 하여 제어할 수 있다. 특히, 대칭으로 배치된 무급전 소자의 그룹, 예를 들면, 우측의 무급전 소자(562, 564, 566)의 그룹과, 좌측의 무급전 소자(572, 574, 576)의 그룹 상태를, 각각 제어함으로써, 전파빔의 방향을 예를 들면, 좌우로 효과적으로 변화시킬 수 있다.
도 58에 나타낸 변형예는, 확실히 도 13에 나타낸 구조의 2개의 안테나를 단순하게 배열한 안테나 어레이이다. 이 변형예에서는, 급전 소자(560, 570) 사이에 무급전 소자(568, 578)가 존재하고, 그러므로, 급전 소자(560, 570) 사이의 거리는 길게 되지 않을 수 없다. 급전 소자(560, 570) 사이의 거리가 긴 것이 원인으로 되어 불필요한 사이드 로브가 발생하는 경우가 있다. 이에 대하여, 도 57에 나타낸 안테나에서는, 급전 소자(560, 570)가 인접하여 배치되어 있으므로, 양자의 거리를 적당히 짧게 하여 사이드 로브의 발생을 방지하는 것이 용이하다.
도 59에 나타낸 변형예는, 무급전 소자(564, 574)가, 급전 소자(560, 570)를, 2차원적이지 않고, 1차원적으로(예를 들면, 가로 방향으로) 양쪽으로부터 협지하고 있다. 이 변형예에서는, 무급전 소자(564, 574)로부터 발사되는 전파의 파워가, 급전 소자(560, 570)로부터의 전파 파워에 비해 매우 작으므로, 무급전 소자(564, 574) 상태를 제어함으로써 얻어지는 전파빔의 방향 변화량이 너무 작은 경 우가 있다. 이에 대하여, 도 57에 나타낸 안테나에서는, 도 59에 나타낸 변형예보다 큰 전파빔의 방향 변화폭을 얻는 것이 용이하다.
도 60은, 도 57에 나타낸 마이크로스트립 안테나의 또 다른 변형예를 나타낸다.
도 60에 나타낸 안테나에서는, 도 57에 나타낸 구성에 대하여, 급전 소자(560, 570)의 소정 개소(예를 들면, 각 소자의 중앙)에 접지점(580, 582)이 설치된다. 각 급전 소자(560, 570)의 접지점(580, 582)은, 각 무급전 소자(562, 564, 566, 572, 574, 576)의 접지점과 마찬가지로, 스루홀과 스위치(도시하지 않음)를 통하여 어스 전극에 접속된, 어스 전극으로부터 분리되거나 하도록 되어 있다. 급전 소자(560, 570)의 한쪽을 그 접지점에 의해 접지하면, 급전 소자(560, 570) 사이에 고주파 전류의 위상차가 생기고, 또한, 그 영향으로 무급전 소자(562, 564, 566, 572, 574, 576) 사이에도 고주파 전류의 위상차가 생기고, 그 결과, 전파빔의 방향이 변화한다. 많은 경우, 접지된 급전 전극 측과 반대의 방향으로 전파빔이 경사진다. 예를 들면, 우측의 급전 전극(580)을 접지하면, 전파빔은 좌측으로 경사진다. 이와 같은 급전 소자(560, 570)의 접지 상태의 제어에 더하여, 이미 설명한 바와 같은 무급전 소자(562, 564, 566, 572, 574, 576)의 접지 상태의 제어를 행하면, 전파빔의 방향을 보다 크게 또는 정밀하게 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 전파빔을 좌측로 큰 각도로 경사져 있는 경우, 우측의 급전 전극(580)을 접지하는 동시에 좌측의 무급전 소자(572, 574, 576)를 접지할 수 있다. 혹은, 전파빔을 좌측으로 전례보다터는 약간 작은 각도로 경사져 있는 경우, 우측의 급전 전극(580) 을 접지하는 동시에 우측의 무급전 소자(562, 564, 566)를 접지할 수 있다.
도 61은, 도 57에 나타낸 마이크로스트립 안테나의 또다른 변형예를 나타낸다. 도 61에 나타낸 안테나에서는, 도 60에 나타낸 안테나보다 많은 무급전 소자(562, 564, 566, 572, 574, 576, 590, 592, 594, 596)가 급전 소자(560, 570)를 포위하고 있다. 이로써, 전파빔을 보다 가늘게 좁혀 전파빔의 도달 거리를 늘리는 효과나, 전파빔의 방향을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
그런데, 전술한 본 발명에 의한 모든 마이크로스트립 안테나를 제조하는 경우, 급전점의 위치를 조정하는 등하여 안테나의 급전부의 임피던스 정합을 취하려면, 접지점을 가지는 무급전 소자 모두를 접지한 상태에서, 이 작업을 행하는 것이 바람직하다. 그러면, 무급전 소자의 모두를 플로트 상태로 하기까지 이 작업을 행한 경우와 비교하여, 무급전 소자 상태를 접지/플로트로 전환했을 때 생기는 정합의 어긋남을, 보다 작게 할 수 있다.
도 62는, 본 발명의 제21 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도를 나타낸다.
도 62에 나타낸 안테나에서는, 예를 들면, 도 13에 나타낸 바와 같은 구조를 가지는 안테나 본체(6O0)의 정면(즉, 급전 소자 및 무급전 소자 세트로부터 전파빔이 발사되는 방향)으로, 예를 들면, 볼록 렌즈형의 유전체 렌즈(602)가 배치된다. 이 실시예에서는, 유전체 렌즈(602)는 유전체제의 케이싱(604)과 일체로 설치되어 있다. 케이싱(604) 내에, 안테나 본체(600)와, 발진 회로나 검파 회로 등을 포함하는 아날로그 회로 유닛(606)과, 스위치 제어 회로나 검지 회로(즉, 물체 검지 장 치에 응용되었을 경우에, 검파 결과를 받아 물체의 유무를 판단하는 회로) 등을 포함하는 디지털 회로 유닛(608) 등이 수용된다. 유전체 렌즈(602)의 재료는, 비유전률이 비교적 작은 재료, 예를 들면, 폴리에틸렌이나 나일론, 폴리프로필렌 또는 불소계 수지 재료 등으로 형성하는 것이 바람직하다. 난연성(難燃性)이나 내약품성이 요구되는 경우, 예를 들면, 나일론 또는 폴리프로필렌 등이 바람직하고, 또한 내열성이나 내수성도 요구되는 경우, 예를 들면, PPS(Polyphenylene Sulfide) 수지가 바람직하다. 또, 유전체 렌즈(602)를 소형, 박형화하고 싶은 경우에는, 비교적 유전율이 높은 알루미나나 지루코니아 등의 세라믹 재료를 렌즈 본체에 사용하고, 그리고, 렌즈 내에서의 반사를 억제하기 위하여, 렌즈의 표면을 상기한 비유전률이 비교적 작은 재료로 피복하도록 해도 된다.
이 안테나에서는, 유전체 렌즈(602)의 작용에 의해 전파빔이 가늘게 좁혀지고 게인이 증가한다. 물체 검지 장치에 응용되었을 경우, 검지하고 싶은 거리 범위에 따라 유전체 렌즈(602)의 초점 거리를 선택할 수 있다. 예를 들면, 그 물체 검지 장치를 실내의 천정에 설치하여 실내의 물체나 사람을 검지하고 싶은 경우, 검지 거리 범위는 2.5m~ 3m이내로부터, 유전체 렌즈(602)의 초점 거리는 검지 거리 범위의 최대 길이 2.5m~ 3m 가까이로 설정할 수 있다.
그런데, 게인을 증가시키는 목적에서는, 전술한 유전체 렌즈를 사용하는 방법에 대신하여, 또는 그것과 병용하여, 복수개의 안테나를 어레이화하는 방법도 채용할 수 있다. 이 방법에 의하면, 전파의 방사 각도를 다단계로 전환할 수 있다는 다른 이점도 얻어진다. 기판 면적에 제약이 있는 경우에는, 유전체 렌즈를 병용 하면 된다.
도 63은, 본 발명의 제22 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도를 나타낸다.
도 63에 나타낸 안테나는, 예를 들면, 도 13에 나타낸 바와 같은 평면 구조를 가지고, 각 무급전 소자(610)를 접지하기 위한 스위치(616)로는, 반도체 스위치 또는 MEMS 스위치가 사용되고 있다. 각 무급전 소자(610) 상의 고주파를 어스 전극(614)에 퇴피하기 위한 선로(線路)는, 스루홀(612)과 스위치(616) 내부의 전류 로를 포함하지만, 이 선로는 가늘고, 스위치(616)를 온했을 때, 그 선로의 길이 T에 따라 고주파에 대한 선로의 임피던스가 상이하다. 그러므로, 스위치(614)가 온 상태라도, 선로의 길이 T에 따른 크기의 고주파 전류가 무급전 소자(610)에 흐른다.
도 64는, 상기 선로의 길이 T와 스위치(614)가 온 상태일 때의 무급전 소자(610)에 흐르는 전류량 I와의 관계를 나타내고 있다.
스위치(616)의 온 오프에 의해 전파빔의 방향을 효과적으로 변화시키는 데는, 스위치(614)가 온 상태일 때 무급전 소자(610)에 흐르는 전류량은 제로인 것이 이상적이다. 도 64로부터 알 수 있는 바와 같이, 무급전 소자(610)에 흐르는 전류량을 제로로 하기 위해서는, 참조 번호(620)으로 나타낸 바와 같이, 선로 길이 T를 고주파의 기판 상에서의 파장 λg의 2분의 1의 정수배로 하면 된다. 즉, 선로 길이 T가 λg/2의 m배(m은 1이상의 정수(整數))라면, 임피던스의 정합이 취해지고, 무급전 소자(610)로 고주파의 반사가 최소화되는 것이다. 다른 한편, 참조 번 호(618)로 나타낸 바와 같이, 선로 길이 T가 λg/2의 n배와는 상이한 길이인 것이면, 고주파가 반사하여 무급전 소자(610)에 흐르는 것이다. 따라서, 스위치(616)로서 반도체 스위치 또는 MEMS 스위치를 사용하는 경우에는, 각 무급전 소자(610)로부터 어스 전극(614)까지의 선로의 길이 T를 λg/2×n(n은 1이상의 정수)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 스위치로서 기계적인 스위치를 사용하여, 매우 넓은 도체 면적을 가지고 각 무급전 소자(610)와 어스 전극(614)을 접속하는 경우에는, 반도체 스위치 또는 MEMS 스위치의 경우와 비교하여, 상기 위상 어긋남의 문제는 적다.
도 65는, 도 63에 나타낸 제22 실시예의 변형예의 배면(무급전 소자(610)가 존재하는 면과는 반대측, 즉 전극 스위치(616)가 배치되어 있는 측의 면)의 평면도(1개의 무급전 소자(610)에 대응하는 부분만 발췌)를 나타낸다.
도 65에 나타낸 안테나에서는, 각 무급전 소자(610)를 어스 전극(614)에 접속할 것인지 여부를 전환하기 위한 스위치(616)로서 SPDT식(Single Pole Double Throw: 쌍투식)의 MEMS 스위치 또는 반도체 스위치가 채용된다. 각 무급전 소자(610)로부터의 스루홀(612)의 배면 측의 단부에는, 가늘고 긴 중계 선로(628)의 일단이 접속되고, 그 중계 선로(628)에 있어서의 무급전 소자(610)로부터의 선로 길이가 상이한 2개의 개소에, 스위치(616)의 2개의 선택 단자(622, 624)가 각각 접속되고, 그리고, 스위치(616)의 1개의 공통 단자(626)가 어스 전극(614)에 접속된다. 한쪽의 선택 단자(624)가 온일 때는, 무급전 소자(610)로부터 어스 전극(614)까지의 스루홀(612)이나 스위치(616)를 통과하는 선로 길이 T가 λg/2의 소정 정수배(예를 들면, 2배, 즉 λg)이며, 선택 단자(622)가 온일 때는 상기 선로 길이 T는 λg/2의 소정 정수배는 아니도록(예를 들면 λg보다 짧고, 3λg/4 보다는 길게), 2개의 선택 단자(622, 624)의 중계 선로(628) 상에서의 위치가 선택되어 있다.
도 66은, 도 65에 나타낸 안테나에 있어서의, 선로 길이 T의 변화와 무급전 소자에 흐르는 전류의 변화를 나타낸다. 도 67은, 도 65에 나타낸 안테나에 있어서의, 스위치(616)의 조작에 의해 얻어지는 전파빔의 방사 방향으로 변화를 나타낸다.
도 66에 있어서, 참조 번호(630)은, 스위치(616)의 한쪽의 선택 단자(624)가 온일 때의 선로 길이 T를 나타내고, 이것은 λg/2의 정수배(예를 들면 λg)이며, 이 때 무급전 소자(610)에 흐르는 전류는 제로이다. 참조 번호(632)는, 다른 쪽의 선택 단자(622)가 온일 때의 선로 길이 T를 나타내고, 이것은 λg/2의 정수배가 아니고(예를 들면 λg보다 짧고, 3λg/4보다는 길고), 이 때 무급전 소자(610)에 흐르는 전류는 제로는 아니지만, 스위치(616)가 오프일 때보다는 작다. 따라서, 도 67에 나타낸 바와 같이, 스위치(616)를 오프로 할 것인지, 어느 한쪽의 선택 단자(622) 또는 (624)를 온으로 할 것인지를 선택하는 2개의 선택을 함으로써, 무급전 소자에 흐르는 전류의 양을 3단계로 변화시킬 수 있으므로, 안테나로부터 방사되는 전파빔의 각도를 3단계(634, 636, 638)로 변화시킬 수 있다. 이 원리를 이용하여, 보다 많은 상이한 길이로 선로 길이 T를 전환하도록 하여, 보다 정밀하게 전파빔의 각도를 변화시키도록 할 수도 있다.
도 68은, 본 발명의 제23 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도를 나타낸다. 도 69는, 도 68의 A-A선에 따른 단면도를 나타낸다.
도 68 및 도 69에 나타낸 안테나는, 도 13에 나타낸 안테나와 동일한 구조를 가지고, 그에 더하여, 급전 소자(640)의 급전점(646)과는 상이한 소정의 2점(또는 1점이라도 됨)(648, 648)이, 각각 스루홀(649, 649)을 통해 어스 전극(652)에 항상 접속 연결되어 있다. 이들 접지점(648, 648)의 위치는, 안테나로부터 방사되는 기본 주파수의 전파(기본파)의 파워를 저감시키지 않고, 또한 그 기본파의 방사 각도를 유지한 상태로, 안테나로부터 방사되는 불필요한 스프리아스(spurious)(특히, 2차나 3차의 고조파)를 저감시킬 수 있도록 한 특별한 위치에 선택되어 있다.
도 70은, 상기와 같은 스프리아스 저감을 위한 접지점(648)이 배치될 영역의 예를 나타낸다. 이 예는, 급전 소자(640)가, 정사각형이며, 그 변의 치수가 기본파의 파장 λg1의 약 반인 경우의 예이다. 급전 소자(640)의 형상이나 치수가 상이하면, 기본파나 고조파의 분포의 방법이 상이하므로, 바람직한 영역도 도 70의 예와는 상이하게 된다.
도 70에 있어서, 해칭으로 나타낸 영역(660, 660)이, 각 영역 내에 접지점(648)을 배치함으로써, 기본파의 방사 파워를 크게 한 채 유지하면서 2차와 3차 양쪽의 고조파의 방사 파워를 저감시킬 수 있는 영역이다. 여기서, 기본적인 원리는, 기본파 및 n차 고조파의 어느 것에 대해서도, 급전 소자 상의 접지점에서의 상기 파(波)의 전류 진폭값이 보다 작을 수록, 급전 소자 상에서의 상기 파의 방사 파워가 보다 효과적으로 저감된다는 것이다. 그리고, 급전 소자 상에서의 파의 전류와 전압의 분포는 약 90도 위상이 상이하게 되어 있으므로, 상기 기본 원리는, 접지점에서의 상기 파의 전압 진폭값이 보다 클 수록, 급전 소자 상에서의 상기 파의 방사 파워가 보다 효과적으로 저감되는 것이라고 환언할 수도 있다. 따라서, 급전 소자 상의 n차 고조파(n은 2이상의 정수)의 전류 진폭값이 최소인 위치(즉, 전압 진폭값이 최대인 위치) 또는 그 근방에 접지점을 설치하면, n차 고조파의 방사 파워가 효과적으로 저감된다. 동시에, 그 접지점이 기본파의 전류 진폭값이 최대인 위치(즉, 전압 진폭값이 최소인 위치) 또는 그 근방에 존재하면, 기본파의 방사 파워를 해칠 우려가 최소화된다.
도 7O에 나타낸 예에서는, 기본파의 여진 방향은 y 방향(도면 중 세로 방향)이며, 전류 분포는 도면 중의 좌측의 그래프와 같다. 2차 고조파의 여진 방향은 x 방향(도면 중 가로 방향)이며, 전류 분포는 도면 중 위쪽의 그래프와 같다. 3차 고조파의 여진 방향은 y 방향(도면 중 세로 방향)이며, 전류 분포는 도면 중의 우측의 그래프와 같다. 참조 부호 λg1, λg2, λg3는 각각 기본파, 2차 고조파, 3차 고조파의 기판 상에서의 파장을 나타낸다.
해칭으로 나타낸 영역(660, 660)은, 기본파의 여진 방향에서의 종단 둘레(위쪽 또는 아래쪽의 종단 둘레)로부터 λg1/6 이상, λg1/2 - λg1/6 이하의 거리 범위에 있으며, 거기에서는 기본파의 전류 진폭 i1는 최대 또는 그 근방이므로, 거기에 접지점을 설치해도, 기본파의 방사 파워를 크게 한 채 유지할 수 있다. 한편, 영역(660, 660)은, 2차 고조파의 여진 방향에서의 종단 둘레(좌측 또는 우측의 종단 둘레)로부터 λg2/2 이상, λg2/2 + λg2/6 이하의 거리 범위이며, 3차 고조파의 여진 방향에서의 종단 둘레(위쪽 또는 아래쪽의 종단 둘레)로부터 λg3/2 - λg3/6 이상, λg3/2 + λg3/6 이하의 거리 범위이며, 거기서는 2차 및 3차 고조파의 전류 진폭 i2와 i1은 최소 또는 그 근방이므로, 2차 및 3차 고조파의 방사 파워를 저감시킬 수 있다.
또, 도 70에 있어서, 보다 세밀한 해칭으로 나타낸 영역(662, 662)은 한층 바람직한 영역이다. 즉, 이 영역(662, 662)은, 2차 고조파의 여진 방향의 종단 둘레(좌측 또는 우측의 종단 둘레)로부터 λg2/2 이상, λg2/2 + λg2/12 이하의 거리 범위이며, 3차 고조파의 여진 방향에서의 종단 둘레(위쪽 또는 아래쪽의 종단 둘레)로부터 λg3/2 - λg3/12 이상, λg3/2 + λg3/12 이하의 거리 범위이다. 이 영역(662, 662, 52A, 52B)에서는, 기본파의 전류 진폭값 i1은 대략 최대이며, 또한 2차와 3차의 고조파의 전류 진폭값 i2와 i3가 대략 최소이다. 그러므로, 2차와 3차의 양쪽의 고조파의 방사 파워가 한층 효과적으로 저감된다.
도 71은, 본 발명의 제24 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도(1개의 무급전 소자(610)에 대응하는 부분만 발췌)를 나타낸다.
도 71에 나타낸 안테나는, 도 63에 나타낸 제22 실시예에 관한 안테나와, 그 기본적인 구조에 있어서는 공통된다. 그러나, 도 63에 나타낸 안테나에서는, 스위치(616)가 온 상태일 때의 무급전 소자(610)로부터 어스 전극(614)까지의 선로의 길이 T가 λg/2×n(n은 1이상의 정수)이다. 이에 대하여, 도 71에 나타낸 안테나 에서는, 스위치(616)가 오프 상태일 때의 무급전 소자(610)에 접속된 상기 전송 선로의 부분, 즉 무급전 소자(610)의 접지점으로부터 기판(100)의 배면의 스위치 내의 선로의 종단에 이를 때까지의 전송 선로 길이 U(보다 구체적으로는, 스루홀(612), 기판(100) 배면 상의 스루홀(612)로부터 스위치(616)까지의 중계 선로(670), 및 스위치(616) 내부의 전송 선로(673)의 합계의 선로 길이)가, λg/2×n(n은 1이상의 정수)로 되어 있다(예를 들면, U= λg/2). 또, 무급전 소자(610)의 길이 V도 λg/2×n(n은 1이상의 정수)로 되어 있다(예를 들면, V= λg/2). 스위치(616)로서, 반도체 스위치나 기계 스위치(예를 들면, MEMS)와 같이, 그 내부에 전송 선로를 가지고, 온일 때의 접점의 손실을 무시할 수 있는 정도로 작은 스위치가 채용되는 경우, 안테나로부터 방사되는 전파의 방향 제어에 크게 영향을 주는 요인은, 스위치(616)가 온 상태일 때보다, 오히려 오프 상태일 때 있어서의 무급전 소자(610)와 관련된 고주파 특성, 예를 들면, 임피던스 또는 위상 등이다. 스위치(616)가 오프 상태일 때의 전송 선로 길이 U가 고주파 신호의 2분의 1 파장 λg/2의 정수배이다면, 무급전 소자(610)의 접지점(610A)에서의 임피던스 Z는 무한대에 가깝게 된다. 즉, 무급전 소자(610)의 위상이 전송 선로의 접속에 의해 크게 변화하는 것을 억제할 수 있다.
도 72 (A)와 도 72 (A)는, 각각, 도 71 및 도 63에 나타낸 안테나에 있어서의, 스위치(616)의 온/오프 전환에 의한 무급전 소자(610)의 접지점(610A)에서의 임피던스 Z의 변화와 안테나로부터 방사되는 전파의 방향을 나타낸다.
도 72 (A)와 도 72 (B)의 좌측에는, 스위치(616)가 오프시의 상태가 나타나 있다. 도 72 (A)에 나타낸 바와 같이, 도 71의 안테나에 있어서, 전송 선로 길이 U가 고주파 신호의 2분의 1 파장 λg/2의 정수배인 경우, 접지점(610A)의 임피던스는 거의 무한대이며, 전파의 방향은 기판에 수직이다. 이에 대하여, 도 72 (B)에 나타낸 바와 같이, 도 71의 안테나에 있어서, 전송 선로 길이 U가 고주파 신호의 2분의 1 파장 λg/2의 정수배가 아닌 경우, 접지점(610A)의 임피던스는 보다 낮고, 전파의 방향은 어느 각도 θ1만큼 경사진다. 도 72 (A)와 도 72 (B)의 우측에는, 스위치(616)가 온일 때의 상태가 나타나 있다. 스위치(616)가 온일 때는, 어느 안테나에서도 전파는, 보다 큰 각도 θ2로 경사지지만, 이 경사 각도 θ2는 양쪽의 안테나 사이에서 그다지 다르지 않다. 따라서, 도 71의 안테나에 있어서 전송 선로 길이 U가 고주파 신호의 2분의 1파장 λg/2의 정수배인 쪽이, 스위치(616)의 온/오프 전환에 의해 얻어지는 전파 방향의 변화폭이 크다.
전송 선로 길이 U를 최적화하는 데는, 무급전 소자(610)에 스루홀(612)을 통하여 접속되는 중계선(670)의 길이를 변화시키면 된다. 급전 소자와 무급전 소자의 상호 간섭에 의해 안테나의 공진 주파수가 결정되므로, 무급전 소자(610)에 스루홀(612)이나 중계선(670), 스위치(616)를 접속한 안테나와, 무급전 소자(610)에 스루홀(612)이나 중계선(670), 스위치(616)를 접속하지 않은 안테나의 2종류의 안테나를 준비하고, 전자의 안테나의 공진 주파수가 후자의 안테나의 공진 주파수와 마찬가지로 되도록, 전자의 안테나의 중계선(670)의 길이를 조정함으로써, 전송 선로 길이 U의 최적화를 도모한다.
도 73은, 본 발명에 의한 마이크로스트립 안테나에 적용할 수 있는, 무급전 소자(610)와 관련된 임피던스를 조정하기 위한 방법을 나타내는, 안테나의 배면의 평면도(1개의 무급전 소자(610)에 대응하는 부분만 발췌)를 나타낸다.
도 73에 나타낸 바와 같이, 스루홀(612)과 스위치(616) 사이의 중계 선로(674)에 스터브(676)가 설치된다. 무급전 소자(610)와 관련된 임피던스가 적정하지 않은 경우, 스터브(677)에 절삭 즉 커트인(cut-in)을 형성함으로써, 임피던스를 최적값으로 조정할 수 있다.
역으로, 스터브(677)에 커트인을 형성하여 무급전 소자(610)와 관련된 임피던스를 최적값으로부터 변화시킴으로써, 전파빔의 방사 각도를 용이하게 변경할 수 있다. 혹은, 다른 방법으로서 중계 선로(674) 상에 유전체의 막 또는 층을 형성하고, 그 유전체막의 유전율, 막두께 또는 면적을 조절함으로써, 임피던스를 최적값으로 조정할 수 있다. 또는, 중계 선로(674) 그 자체에 커트인을 형성하여, 그 길이 또는 굵기를 바꾸는 것에 의해서도, 임피던스를 최적값으로 조정할 수 있다.
도 74는, 본 발명의 제24 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 단면도를 나타낸다. 도 75는, 마이크로스트립 안테나의 분해도를 나타낸다.
도 74 및 도 75에 나타낸 마이크로스트립 안테나는, 도 62에 나타낸 마이크로스트립 안테나와 마찬가지로, 안테나 본체(600)의 정면에 배치된 유전체 렌즈(602)와, 안테나 본체(600)의 배면측에 배치된 아날로그 회로 유닛(606) 및 디지털 회로 유닛(608)을 가진다. 그러나, 이 마이크로스트립 안테나는, 다음과 같은 유닉한 구조를 가진다. 즉, 도 74 및 75에 나타낸 바와 같이, 유전체 렌즈(602), 안테나 본체(600), 스페이서(680), 디지털 회로 유닛(608), 스페이서(682), 및 아 날로그 회로 유닛(606)이, 이 순서(아날로그 회로 유닛(606)과 디지털 회로 유닛(608)의 순서는 도 62의 그것과 역임)로 적층되고, 이들이 수개의 나사(684)에 의해 일체로 고정되어 있다. 안테나 본체(600) 배면의 거의 전역을 덮는 어스 전극(700)과, 아날로그 회로 유닛(606)의 앞면의 거의 전역을 덮는 어스 전극(704)ㅇ은 대향하고 있다. 안테나 본체(600), 스페이서(680), 아날로그 회로 유닛(606), 스페이서(682) 및 디지털 회로 유닛(608)은, 각각 대략 평판형의 형상을 가지고, 따라서, 이 안테나는 전체적으로 직육면체의 형상을 가진다. 이 안테나의 맨 앞부에는 유전체 렌즈(602)가 배치되고, 최후부에는 아날로그 회로 유닛(606)이 배치되게 된다. 나사(684)의 안테나 본체(600)로부터 전방으로 나오는 부분은, 유전체 렌즈(602)의 베이스부의 내부에 매립되어 유전체에 포위되고, 안테나 본체(600)의 앞면 상에는 노출되지 않는다. 유전체 렌즈(602)에 대신하여, 안테나 보호용으로 대략 평판형으로 얇은 유전체 커버(706)를 사용해도 된다. 유전체 렌즈(602)와 유전체 커버(706)는, 이 안테나의 용도(예를 들면, 검지 거리가 원근)에 따라 선택할 수 있다.
아날로그 회로 유닛(606)의 배면의 중앙부 부근에 고주파 발진 회로(685)가 설치되고, 이 고주파 발진 회로(685)로부터, 안테나 본체(600)의 표면의 중앙부 부근에 배치된 급전 소자(687)까지, 급전 라인(686)이 직선적으로 연장된다. 급전 라인(686)은, 아날로그 회로 유닛(606), 스페이서(682), 디지털 회로 유닛(608), 및 스페이서(680), 및 안테나 본체(600)의 내부를 관통하여, 안테나 본체(600) 상의 급전 소자에 접속한다. 급전 라인(686)에는, 전송 손실을 줄이는 관점으로부 터, 동축 케이블을 사용해도 된다. 이 경우, 동축 케이블의 심선(芯線)이 급전 라인(686)으로서 사용되고, 동축 케이블의 심선을 포위하는 동축(同軸) 금속 튜브가, 안테나 본체(600) 배면의 거의 전역을 덮는 어스 전극(700)과 아날로그 회로 유닛(606)의 앞면의 거의 전역을 덮는 어스 전극(704)에 각각 접속된다. 상자형의 차폐 커버(690)가, 아날로그 회로 유닛(606)의 배면 상에 수개의 나사(692)에 의해 장착된다. 차폐 커버(690)는, 아날로그 회로 유닛(606)의 배면 상의 고주파 발진 회로(685)의 외주를 덮는다. 차폐 커버(690)에는 주파수 조정 나사(694)가 설치되어 있다. 주파수 조정 나사(694)를 회전시킴으로써, 고주파 발진 회로(685)의 회로 정수(定數)가 바뀌고(예를 들면, 고주파 발진 회로(685)와 차폐 커버(690) 사이의 공극(空隙) 거리가 바뀌어, 공진 회로의 커패시턴스가 변화됨), 이로써, 고주파 발진 회로(685)의 발진 주파수가 조정된다.
스페이서(680, 682)는 모두, 금속과 같은 도전체제이거나, 또는 그 외면이 도전체막으로 덮혀져 있다. 도 75에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 스페이서(680)는 안테나 본체(600)의 배면 전역을 덮는 어스 전극(702)과, 디지털 회로 유닛(608)의 앞면의 거의 전역을 덮는 어스 전극(702)에 접촉하여, 그라운드 레벨로 유지된다. 다른 쪽의 스페이서(682)는, 디지털 회로 유닛(608)의 배면의 외주부에 형성된 어스 전극(703)과, 아날로그 회로 유닛(606)의 앞면 거의 전역을 덮는 어스 전극(702)과 접촉하여, 그라운드 레벨로 유지된다. 스페이서(680, 682)는 모두, 도 76에 나타낸 바와 같은 루프형의 형상을 가지고, 급전 라인(686)을 포위한다. 혹은, 스페이서(680, 682)는 모두, 도 77에 나타낸 바와 같이, 그 중앙부에, 그라운 드 레벨로 유지되는 차폐 튜브(683)를 가지고, 그리고, 이 차폐 튜브(683) 내의 급전 라인(686)이 삽입되고, 차폐 튜브(683)와 급전 라인(686)은 동축에 배치된다.
디지털 회로 유닛(608)에는, 안테나 본체(600)의 제어나 센서 회로의 제어 등을 행하는 마이크로 컴퓨터 등이 탑재된다. 또, 디지털 회로 유닛(608)의 배면 상에는, 몇개의 외부 포트(710)가 배치된다. 이들 외부 보트(710)로서는, 센서 신호나 전원 전압이나 모니터 신호 등의 각종 신호의 외부 입출력을 위한 신호 입출력 포트, 전술한 마이크로 컴퓨터에 내장된 플래시 ROM으로의 프로그램이나 데이터의 기록을 행하기 위한 데이터 기록 포트, 상기 마이크로 컴퓨터에 대하여 제어 동작에 관한 각종의 설정(예를 들면, 무급전 소자의 스위치를 온/오프하는 순서나 주기 등)을 행하기 위한 설정 포트 등이 있다. 이들 외부 포트(710)는, 디지털 회로 유닛(608)의 배면으로부터 후방으로 돌출하고, 스페이서(682) 및 아날로그 회로 유닛(606)의 내부를 관통한다. 따라서, 도 78에 예시한 바와 같이, 외부 포트(710)의 상단의 개구부가, 아날로그 회로 유닛(606)의 배면 상에 노출되어, 디지털 회로 유닛(608)으로의 액세스를 가능하게 한다. 외부 포트(710) 중, 특히, 데이터 기록 포트는, 제조 단계에서 데이터가 기록된 후, 사용자에 의한 제멋대로의 데이터 재기록을 불가능하게 하기 위해 합성 수지 등으로 폐색(閉塞)되어도 된다.
도 74 및 도 75에 나타낸 안테나는, 모든 부품이 적층되어 일체적으로 결합되어 있는 동시에, 디지털 회로 유닛(608) 상의 돌출된 외부 포트가 스페이서(682) 및 아날로그 회로 유닛(606) 내에 수용되므로, 컴팩트하다. 그리고, 급전선(686)이, 이 컴팩트한 적층 구조의 안테나의 두께에 상당하는 짧은 선로로 되므로, 급전 선(686)에서의 전력 손실을 작게 할 수 있다. 또, 주파수 조정 나사(694)를 사용하여, 발진 주파수를 변화시킬 수 있다. 또한, 안테나 본체(600), 디지털 회로 유닛(608) 및 아날로그 회로 유닛(606) 사이에, 어스 전극(700, 702, 703, 704)에 밀착되는 도전체제의 스페이서(680, 682)가 존재함으로써, 안테나 본체(600)와 아날로그 회로 유닛(606)의 그라운드 레벨을 동일하게 하여, 양호한 안테나 성능을 확보할 수 있다. 또, 도 77에 나타낸 바와 같은 구조의 스페이서(680, 682)를 채용한 경우, 안테나 본체(600)와 고주파 발진 회로(685) 사이의 급전 라인(686)의 주위를 그라운드 레벨로 유지할 수 있으므로, 전력 손실이 작아진다. 또, 안테나 본체(600), 디지털 회로 유닛(608) 및 아날로그 회로 유닛(606)을 적층하여 일체적으로 결합함으로써, 안테나 본체(600)의 배면(그라운드면)으로부터 방사되는 전파나, 고주파 발진 회로(685)로부터 방사되는 불필요한 고조파가, 외부로 방사되는 것이 억제되고, 따라서, 안테나 본체(600)의 앞면으로부터 전파를 양호한 효율로 원하는 방향으로 방사시킬 수 있다. 또한, 나사(684)가, 유전체 렌즈(602)의 내부에 매립되고, 유전체로 덮혀 안테나 본체(600)의 앞면 상에 노출되지 않으므로, 나사(684)가 금속제 또는 금도금과 같은 도전성을 가지고 있어도, 안테나 본체(600)의 앞면으로부터 방사되는 전파가 나사(684)와 간섭하는 것이 억제되어, 전파를 효율적으로 유전체 렌즈(602)를 통해 전방으로 방사시킬 수 있다.
도 79는, 도 74 및 도 75에 나타낸 마이크로스트립 안테나의 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 79에 나타낸 안테나에 있어서의, 도 74 및 도 75에 나타낸 안테나와의 상 위는, 디지털 회로 유닛(608)과 어스 전극(704)과 아날로그 회로 유닛(606)이 적층되어 일체로 결합된 3층 구조체가 사용되고 있는 점이다. 디지털 회로 유닛(608)과 아날로그 회로 유닛(606)은, 양자 사이에 협지된 같은 어스 전극(704)을 공유하고 있다. 도 74 및 도 75에 나타낸 스페이서(682)는 존재하지 않는다. 도 79에 나타낸 안테나는, 보다 컴팩트하다.
본 실시예에서는, 나사(684)가 아날로그 회로 유닛(606) 측으로부터 삽입되어 고정되어 있다. 그러나, 유전체 렌즈(602)나 유전체 커버(706)를 사용하지 않는 구조(예를 들면, 안테나 소자의 표면 상에 직접적으로 보호용의 수지 피막을 형성한 구조)를 채용하는 경우, 안테나 본체(600) 측으로부터 나사(684)를 삽입하여 전부품을 고정할 수도 있다. 또, 스페이서(680, 682)의 네 코너에 설치된 나사를 통하기 위한 관통공에, 나사 대신에 금속봉을 삽입하고, 이 금속봉과 안테나 본체(600), 디지털 회로 유닛(608) 및 아날로그 회로 유닛(606)의 어스 전극을 납땜 등으로 접속함으로써, 전부품을 고정할 수도 있다.
도 80 (A)~도 80 (C)는, 도 74 및 75, 및 도 79에 나타낸 안테나나 그 외의 본 발명에 따르는 마이크로스트립 안테나에 적용 가능한 유전체 렌즈의 변화를 나타낸다.
유전체 렌즈는 반드시 구면 렌즈일 필요는 없고, 안테나 표면의 법선 방향으로 돌출된 각종의 형상의 것, 예를 들면, 도 80 (A)에 나타낸 삼각뿔형이나 도 80 (B)에 나타낸 사다리꼴추형의 렌즈라도 된다. 혹은, 도 80 (C)에 나타낸 바와 같은 평평한 유전체판 또는 막을 렌즈로서 사용한 경우라도, 안테나 게인을 향상시키 는 것이 가능하다. 또, 유전체 렌즈의 외표면에 광 촉매 재료막을 코팅함으로써, 습기나 비바람에 의한 오염 등이 렌즈에 부착되는 것을 방지할 수 있어 장기간에 걸쳐 양호한 효율로 전파를 방사시키는 것이 가능하다.
도 81 (A)와 도 81 (B)는, 본 발명의 제25 실시예에 관한 마이크로스트립 안테나의 평면도와 단면도를 각각 나타낸다.
도 81 (A)와 도 81 (B)에 나타낸 바와 같이, 기판(700) 내부에 그라운드 레벨을 제공하는 어스 전극(705)이 형성된다. 기판(700) 앞면 상의 대략 중앙에 급전 소자(701)가 배치된다. 그리고, 직사각형의 루프형 소자(702)가, 급전 소자(701)로부터 근소한 거리만큼 이격되어 급전 소자(701)의 주위를 에워싸도록 배치된다. 후술하는 바와 같이, 루프형 소자(702)는, 급전 소자(701)보다 사이즈가 큰 제2 급전 소자와 유사한 기능을 가진다. 루프형 소자(702)(또는 급전 소자(701)의 각 코너부로부터 대각선 외측 방향으로 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격된 위치에, 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)가 배치된다. 또한, 루프형 소자(702)(또는 급전 소자(701)의 각 변 둘레로부터 그 법선 외측 방향으로 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격된 위치에, 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)가 배치되어 있다. 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)에는, 각각, 그것을 접지하거나, 플로트 상태로 전환하기 위한 스위치(4개의 스위치 모두가 도시하지 않음)가, 제어선(스루홀)(731, 732, 733, 734)을 각각 통하여 접속되고, 이들 스위치는 기판(700)의 배면에 배치된다. 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)에는, 각각, 그것을 접지하거나 플로트 상태로 하거나 하여 전환하는 스위치(762, 764)(다른 2개의 스위치는 도 시하지 않음)가, 제어선(스루홀)(741, 742, 743, 744)을 각각 통하여 접속되고, 이들 스위치(762, 764)도 기판(700)의 배면에 배치된다.
이 마이크로스트립 안테나는, 제1 공진 주파수 대역과 제2 공진 주파수 대역을 가지는 2주파 공용 안테나이다. 제1 공진 주파수 대역은, 급전 소자(701)의 1변의 길이에 의해 결정된다. 급전선(703)으로부터 제1 공진 주파수 대역의 고주파 신호가 급전 소자(701)에 인가되면, 급전 소자(701)를 도면 중 세로 방향으로 여진한다. 제2 공진 주파수 대역은, 급전 소자(701)를 둘러싸는 루프형 소자(702)의 윤곽 사이즈(특히, 외변의 길이와 라인폭)에 의해 결정된다. 급전선(703)으로부터 제2 공진 주파수 대역의 고주파 신호가 급전 소자(701)에 인가되면, 루프형 소자(702)에 전류가 여기되어, 루프형 소자(702)를 도면 중 세로 방향으로 여진한다. 이와 같이 여진 방향은 모두 같지만, 반파장(λg/2)의 길이가 상이한 2종류의 주파수에 의해 공진을 얻을 수 있다.
제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)는, 각각, 1변의 길이가 제1 공진 주파수 대역의 반파장 λg/2 정도인 직사각형의 전극이며, 제1 공진 주파수 대역에 의해 공진할 수 있다. 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724), 각각, 1변의 길이 제2 공진 주파수 대역의 반파장 λg/2정도인 직사각형의 전극이며, 제2 공진 주파수 대역에 의해 공진할 수 있다.
급전선(703)으로부터 제1 공진 주파수 대역의 고주파 신호가 급전 소자(701)에 인가되어 있을 때는, 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)에 접속된 스위치(762, 764) 모두는 ON(통과)으로 되어, 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724) 모두는 접지된다. 이 때, 이 마이크로스트립 안테나로부터는, 제1 공진 주파수 대역의 전파빔이 방사된다. 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)의 각각에 접속된 스위치를 ON(통과)와 OFF(차단) 사이로 전환함으로써, 제1 공진 주파수 대역의 전파빔의 방사 방향을 변화시킬 수 있다.
마찬가지로 하여, 급전선(703)으로부터 제2 공진 주파수 대역의 고주파 신호가 급전 소자(701)에 인가되어 있을 때는, 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)에 접속된 스위치 모두는 ON(통과)으로 되어, 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714) 모두는 접지된다. 이 때, 이 마이크로스트립 안테나로부터는, 제2 공진 주파수 대역의 전파빔이 방사된다. 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)에 접속된 스위치(762, 764)의 각각을 ON(통과)과 OFF(차단) 사이로 전환함으로써, 제2 공진 주파수 대역의 전파빔의 방사 방향을 변화시킬 수 있다.
이 마이크로스트립 안테나는, 컴팩트하고, 또한 박형으로 구성되는 것이 용이하며, 또한 2종류의 주파수의 고주파 전파빔을 송수신할 수 있다. 일본에서는 현재, 이동체 검지 센서를 위한 주파수대로서 옥내용으로 10GHz대가, 옥외용으로 24GHz대의 사용이 인정되고 있다. 그래서, 이 마이크로스트립 안테나에 있어서, 제1 공진 주파수 대역이 24GHz에, 제2 공진 주파수 대역이 10GHz로 되도록 소자의 형상과 사이즈를 결정하면, 이 같은 마이크로스트립 안테나를 옥내와 옥외 관계없이 어떤 장소에서도 사용할 수 있다.
도 82는, 도 81 (A)에 나타낸 마이크로스트립 안테나의 변형예의 평면도를 나타낸다.
도 82에 나타낸 바와 같이, 루프형 소자(702)(또는 급전 소자(701))로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격된 위치에, 급전 소자(701)와 같은 형상과 같은 사이즈의 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)가 배치된다. 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)의 각각의 주위를 에워싸도록, 급전 소자(701)를 둘러싸는 루프형 소자(702)와 같은 형상과 같은 사이즈의 직사각형 루프형의 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)가 배치된다. 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)에는, 각각, 제어선(스루홀)(741, 742, 743, 744)을 통하여 스위치(도시하지 않음)가 접속되고, 이들 스위치는 기판(700)의 배면에 배치된다. 각 스위치의 전환에 의해, 루프형의 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)의 각각을 플로트 상태로 하거나 접지하거나 전환할 수 있다.
급전선(703)으로부터 제1 공진 주파수 대역의 고주파 신호가 급전 소자(701)에 인가되어 있을 때는, 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)에 접속된 스위치의 모두는 ON으로 되어, 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724) 모두는 접지된다. 이 때, 이 마이크로스트립 안테나로부터는, 제1 공진 주파수 대역의 전파빔이 방사된다. 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)의 각각에 접속된 스위치를 ON과 OFF의 사이에서 전환함으로써, 제1 공진 주파수 대역의 전파빔의 방사 방향을 변화시킬 수 있다.
마찬가지로 하여, 급전선(703)으로부터 제2 공진 주파수 대역의 고주파 신호가 급전 소자(701)에 인가되어 있을 때는, 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714)에 접속된 스위치의 모두는 ON으로 되어, 제1 무급전 소자(711, 712, 713, 714) 모두 는 접지된다. 이 때, 이 마이크로스트립 안테나로부터는, 제2 공진 주파수 대역의 전파빔이 방사된다. 제2 무급전 소자(721, 722, 723, 724)에 접속된 스위치(762, 764)의 각각을 ON와 OFF의 사이에서 전환함으로써, 제2 공진 주파수 대역의 전파빔의 방사 방향을 변화시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 이 실시예는 본 발명의 설명을 위한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위를 이 실시예에만 한정하는 취지는 아니다. 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않고, 그 외의 다양한 태양에서도 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 마이크로스트립 안테나에 있어서, 간단한 구성으로 전파빔의 방사 방향을 가변할 수 있다.

Claims (33)

  1. 기판과,
    상기 기판의 앞면 상에 배치된 급전(給電) 소자와,
    상기 기판의 앞면 상에 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된 무급전(無給電) 소자와,
    상기 무급전 소자를 접지하거나 플로트(float) 상태로 하거나 하여 전환하는 접지 수단
    을 구비한 마이크로스트립(microstrip) 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접지 수단은, 어스 전극과 상기 무급전 소자를 상기 어스 전극에 접속하거나 또는 분리하는 스위치를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 무급전 소자와 상기 어스 전극에 각각 접속된 2개의 전기 접점을 가지고, 상기 2개의 전기 접점은, ON 상태에서는 제1 갭을 사이에 두고 이격되고, OFF 상태에서는 상기 제1 갭 보다 큰 제2 갭을 가지고 이격되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 무급전 소자와 상기 어스 전극에 각각 접속되고, 상호 간의 거리가 가변인 2개의 전기 접점과, 상기 2개의 전기 접점 사이에 설치된 절연막을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무급전 소자는, 상기 급전 소자로부터 여진(勵振) 방향으로 상기 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치되고,
    상기 급전 소자의 공진 주파수에 있어서의 전파의 공기 중에서의 파장을 λ라고 했을 때, 상기 소자 간 스페이스가 λ/4 ~ λ/30인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무급전 소자는, 상기 급전 소자로부터 여진 방향과 수직인 방향으로 상기 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치되고,
    상기 급전 소자의 공진 주파수에 있어서의 전파의 공기 중의 파장을 λ라고 했을 때, 상기 소자 간 스페이스가 λ/4 ~ λ/9인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 급전 소자와 함께 직선형으로 정렬되도록 하여 상기 급전 소자의 일측에 배열된 복수개의 상기 무급전 소자와,
    복수개의 상기 무급전 소자에 각각 대응한 복수개의 상기 스위치 수단을 가지고,
    복수개의 상기 무급전 소자의 상기 소자 간 스페이스가 각각 상이하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 급전 소자의 상이한 측에 각각 배치된 복수개의 상기 무급전 소자와,
    복수개의 상기 무급전 소자에 각각 대응한 복수개의 상기 스위치 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 급전 소자와 함께 직선형으로 정렬되어 상기 급전 소자의 양측에 배열된 복수개의 상기 무급전 소자와,
    복수개의 상기 무급전 소자에 각각 대응한 복수개의 상기 스위치 수단을 가지고,
    상기 급전 소자의 일측에 배치된 상기 무급전 소자와, 타측에 배치된 상기 무급전 소자의 전자빔에 대한 영향이 균형잡히도록, 상기 무급전 소자 각각의 사이 즈 또는 상기 소자 간 스페이스가 상이하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 표면을 포함하는 상기 기판의 앞면을 피복하는 유전체층을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 급전 소자와 다른 상기 급전 소자의 대향하는 단면, 또는 서로 인접하는 상기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 대향하는 단면, 또는 서로 인접하는 상기 무급전 소자와 다른 상기 무급전 소자의 대향하는 단면을 피복하는 유전체 마스크를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 앞면 상에, 상기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 세트로 이루어지는 서브 안테나를 복수개 가지고,
    복수개의 상기 서브 안테나의 경계에 상당하는 상기 기판의 부분에 슬릿을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 앞면 상에, 상기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 세트로 이루어지는 서브 안테나를 복수개 가지고,
    복수개의 상기 서브 안테나의 경계에 상당하는 상기 기판 부분에 항상 일정 전위로 유지되는 차폐체(遮幣體)를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 무급전 소자는, 복수개의 개소에서 접지 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 무급전 소자는, 상기 급전 소자에 대하여 상기 급전 소자의 여진 방향에 대하여 경사진 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 앞면 상에, 상기 급전 소자와 상기 무급전 소자의 세트로 각각 이루어지는 제1 종류의 1개 이상의 서브 안테나와 제2 종류의 1개 이상의 서브 안테나를 가지고,
    상기 제1 및 제2 종류의 서브 안테나는 상기 무급전 소자의 상기 급전 소자 에 대한 위치 관계에 있어서 상위(相違)하고,
    상기 제1 및 제2 종류의 서브 안테나는 상보적(相補的)인 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 종류의 서브 안테나에서는, 상기 무급전 소자가 상기 급전 소자에 대하여 상기 급전 소자의 여진 방향에 대하여 경사진 방향으로 배치되고,
    상기 제2 종류의 서브 안테나에서는, 상기 무급전 소자가 상기 급전 소자에 대하여 상기 급전 소자의 여진 방향과 평행 또는 수직인 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 무급전 소자가, 플로트 상태일 때의 여진 방향과 직교하는 상기 무급전 소자의 1개 이상의 외측둘레의 중앙부 근방의 위치에, 항상 접지되는 상시 접지점을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 급전 소자는, 상기 급전 소자를 상이한 방향으로 여진하기 위한 복수개의 급전점과, 상기 복수개의 급전점에 의한 여진 중 어느 하나를 선택적으로 유효로 하고, 다른 것을 실질적으로 무효로 하기 위해 선택적으로 접지되는 복수개의 접지점을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 복수개의 급전 소자가 이들 사이에 무급전 소자를 두지 않고 인접하여 배치되고, 상기 복수개의 급전 소자를 이차원적으로 에워싸도록 하여 복수개의 무급전 소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 복수개의 급전 소자가 이들 사이에 무급전 소자를 두지 않고 인접하여 배치되고,
    상기 복수개의 급전 소자 중 적어도 1개의 소정점을 접지하거나 플로트 상태로 하여 전환하는 제2 접지 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 급전 소자 및 상기 무급전 소자의 정면에 유전체(誘電體) 렌즈가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 접지 수단은 상기 무급전 소자로부터 고주파를 그라운드 레벨로 도피시 키기 위한 개폐 가능한 선로(線路)를 가지고,
    상기 선로의 길이는 상기 고주파의 파장의 2분의 1의 m배(m은 1이상의 정수)인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 무급전 소자 상의 고주파를 그라운드 레벨로 도피시키기 위한 상기 접지 수단의 선로의 길이는, 상기 고주파의 파장의 2분의 1의 m배(m은 1이상의 정수)와 그렇지 않은 길이 사이에서 선택 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 급전 소자 상의 n차 고조파(n은 2이상의 정수)의 전류 진폭값이 최소로 되는 개소 또는 그 근방의 영역으로서, 또한 기본파의 전류 진폭값이 최대로 되는 개소 또는 그 근방의 영역 중의 소정점을 접지하기 위한 제2 접지 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 접지 수단은, 상기 무급전 소자로부터 고주파를 그라운드 레벨로 도피시키기 위한 개폐 가능한 선로를 가지고,
    상기 선로가 개방 상태에 있을 때에 있어서의 상기 선로의 상기 무급전 소자 에 연결되어 있는 부분의 길이가 상기 고주파 파장의 2분의 1의 m배(m은 1이상의 정수)인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 접지 수단은 상기 무급전 소자 상의 고주파를 그라운드 레벨로 도피시키기 위한 개폐 가능한 선로를 가지고,
    상기 선로는 임피던스를 조정하기 위한 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 접지 수단을 제어하는 제어 회로를 가지는 대략 평판형의 제1 회로 유닛과,
    상기 급전 소자에 인가되게 되는 고주파 전력을 발생하는 고주파 발진 회로를 가지는 대략 평판형의 제2 회로 유닛을 추가로 구비하고,
    상기 제1 및 제2 회로 유닛은 상기 기판의 배면 상에 적층된 형태로 일체적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 회로 유닛 사이 및/또는 상기 제1 회로 유닛과 상기 제2 회로 유닛 사이에 개재되고, 어스 전위로 유지되는 대략 평판형의 스페이서를 추가로 구비하고,
    상기 기판과 상기 제1 및 제2 회로 유닛과 상기 스페이서가 적층된 형태로 일체적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제2 회로 유닛 상의 상기 고주파 발진 회로와 상기 기판 상의 상기 급전 소자에 접속되는 급전 라인을 구비하고, 상기 급전 라인은 상기 스페이서의 내측을 통하고 있어 상기 스페이서에 의해 포위되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 회로 유닛은 상기 제1 회로 유닛과 제2 회로 유닛 사이에 끼워진 동일한 어스 전극을 공유하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
  32. 기판과,
    상기 기판의 앞면 상에 배치되고, 제1 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 급전 소자와,
    상기 급전 소자의 주위를 에워싸도록 배치되고, 제2 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 루프(loop)형 소자와,
    상기 기판의 앞면 상에 상기 루프형 소자 또는 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된, 제1 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 제1 무급전 소자와,
    상기 기판의 앞면 상에 상기 루프형 소자 또는 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된, 제2 공진 주파수 대역에 의해 공진하는 제2 무급전 소자와,
    상기 제1 무급전 소자 및 상기 제2 무급전 소자를 접지하거나 플로트 상태로 하여 전환하는 접지 수단
    을 구비한 마이크로스트립 안테나.
  33. 마이크로스트립 안테나를 사용한 고주파 센서에 있어서, 상기 마이크로스트립 안테나는,
    기판과,
    상기 기판의 앞면 상에 배치된 급전 소자와,
    상기 기판의 앞면 상에 상기 급전 소자로부터 소정의 소자 간 스페이스만큼 이격되어 배치된 무급전 소자와,
    상기 무급전 소자를 접지하거나 플로트 상태로 하여 전환하는 접지 수단
    을 구비한 고주파 센서.
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