KR20090038465A - 안테나 장치 - Google Patents

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KR20090038465A
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세이켄 후지타
히사마츠 나카노
이이치 와코
겐 다나카
도시히토 우메가키
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
야기안테나 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 안테나 장치의 한 관점은, 도체판(11)과, 도체판(11)에 대향하여 배치되고, 도체판(11)에 부분적으로 단락되는 방사 소자(16a~16d)와, 도체판(11)에 마련되는 급전 단자와, 급전 단자와 방사 소자의 급전부(18)를 접속하는 급전로를 구비한다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}
본 발명은 중계 장치 등에 사용되는 안테나 장치에 관한 것이다.
휴대전화나 텔레비젼 방송 등의 지상파를 지하상가 등의 불감지대에 재송신하는 중계용의 안테나는, 설치 장소나 미관 등의 문제로부터 소형 경량의 안테나가 요구된다. 또한, 중계용 안테나로서는, 수직 편파 수평면 무지향성인 것이 사용되는 경우가 많다.
또한, 본 발명에 관련되는 공지 기술로서, 선형상 또는 면형상의 임피던스 정합 소자부에 대하여 그 배면으로부터 1점 급전으로 여진(勵振)을 행하도록 하고, 또한 상기 정합 소자부에 수직으로 마련되어 선단을 접지하도록 된 복수의 선상 방사 소자부를 가진 수평 편파용 쌍지향성 안테나 및 접지판을 구비하고, 상기 접지판 상에 수평 편파용 쌍지향성 안테나를 배치하여 이루어지는 쌍지향성 편파 안테나 장치가 알려져 있다(예컨대, 일본 특허 공개 평성 제11-205036호 공보 참조).
지하상가 등에 마련되는 중계용 안테나는, 일반적으로 천장 등에 마련되기 때문에, 소형이고 저자세(전체 높이가 낮은)인 것이 요구된다.
그러나, 상기 종래의 모노폴 안테나는, 높이가 약 1/4 파장 이상 필요하고, 그 이상의 저자세화가 곤란하기 때문에, 지하상가 등에 설치하는 중계용 안테나로서는 바람직하지 못하다. 또한, 모노폴 안테나는, 단일 주파수대에서는 양호한 특성을 얻는 것이 가능하지만, 기본적으로 협대역이며, 전압 정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)가 낮은 영역, 예컨대, 2 이하에서의 비대역(比帶域)은 일반적으로 십수% 정도이고, 광대역 통신에 의해 대용량 전송을 행하는 것에는 적용이 곤란하다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 소형, 저자세 또한 광대역화를 실현하는 안테나 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 관점은, 도체판과, 상기 도체판에 대향하여 배치되고, 상기 도체판에 부분적으로 단락되는 방사 소자와, 상기 도체판에 마련되는 급전 단자와, 상기 급전 단자와 상기 방사 소자의 급전부를 접속하는 급전로를 구비한다. 또한, 제 1 관점에 있어서, 상기 방사 소자의 단락 개소와 상기 급전로를 연결하는 선로에 용량 결합되는 적어도 1개의 무급전 소자를 구비한다.
본 발명의 제 2 관점은, 도체판과, 상기 도체판에 대향하여 배치되고, 상기 도체판에 부분적으로 단락되는 방사 소자와, 상기 도체판에 마련되는 급전 단자와, 상기 급전 단자와 상기 방사 소자의 급전부를 접속하는 급전로를 구비하고, 상기 급전로는, 상기 급전 단자측으로부터 상기 급전부측을 향하여 폭을 넓힌 형상으로 한다.
본 발명의 제 3 관점은, 도체판과, 상기 도체판에 대향하여 배치되고, 상기 도체판에 부분적으로 단락되는 방사 소자와, 상기 도체판의 중앙부에 마련되는 급전 단자와, 일단이 상기 급전 단자와 접속되고, 타단이 상기 방사 소자의 급전부와 용량 결합되는 급전로를 구비하고, 상기 급전로는, 상기 급전 단자측으로부터 상기 급전부측을 향하여 폭을 넓힌 형상으로 한다. 또한, 제 3 관점에서, 상기 타단이 상기 급전부에 부분적으로 접속된다.
또한, 상기 각 관점에서, 다음과 같은 특징을 갖는다.
상기 방사 소자는, 상기 급전부를 중심으로 하여 등간격으로 방사상으로 넓어지는 복수의 선로에 의해 형성되고, 상기 복수의 선로 각각이 상기 도체판에 단락된다.
상기 방사 소자는 상기 복수의 선로 각각의 인접하는 단부 사이를 접속하는 선로를 더 구비한다.
상기 도체판은 상기 방사 소자의 단락 개소 근방에 정합부를 더 구비한다.
상기 방사 소자의 단락 개소는 상기 급전로를 중심으로 하는 원주 상에 등간격으로 마련된다.
상기 방사 소자를 제 1 방사 소자로 하고, 상기 도체판과 상기 제 1 방사 소자와의 사이에, 상기 제 1 방사 소자보다 상기 도체판과의 대향 거리가 작은 제 2 방사 소자를 더 배치한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 안테나 장치의 기본 구성을 나타내는 사시도,
도 2는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 측면도,
도 3(a)는 본 발명의 실시예 2에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 3(b)는 동 안테나 장치의 무급전 소자 부분의 배치 구성을 나타내는 사시도,
도 4는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 측면도,
도 5는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 실수부 임피던스 특성도,
도 6은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 허수부 임피던스 특성도,
도 7은 무급전 소자를 마련하지 않은 경우의 안테나 장치의 사시도,
도 8은 도 7에 나타내는 안테나 장치의 임피던스 특성도,
도 9는 도 7에 나타내는 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 10은 무급전 소자를 마련한 경우의 안테나 장치의 사시도,
도 11은 도 10에 나타내는 안테나 장치의 임피던스 특성도,
도 12는 도 10에 나타내는 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 13은 본 발명의 실시예 3에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 14는 도 13에 나타낸 안테나 장치의 등가 회로를 나타내는 도면,
도 15는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 실수부 임피던스 특성도,
도 16은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 허수부 임피던스 특성도,
도 17은 동 실시예에서의 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 18은, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 무급전 소자를 마련하지 않은 경우의 실수부 임피던스 특성도,
도 19는, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 무급전 소자를 마련하지 않은 경우의 허수부 임피던스 특성도,
도 20은, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 무급전 소자를 마련하지 않은 경우의 VSWR 특성도,
도 21은 원판 형상의 안테나 소자를 갖는 안테나 장치의 사시도,
도 22는 도 21의 안테나 장치의 실수부 임피던스 특성도,
도 23은 도 21의 안테나 장치의 허수부 임피던스 특성도,
도 24는 도 21의 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 25는 본 발명의 실시예 4에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 26은, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 정합판을 마련하지 않은 경우의 VSWR 특성도,
도 27은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 28은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 470MHz의 주파수에서의 수직 편파 수평면 지향성을 나타내는 도면,
도 29는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 590MHz의 주파수에서의 수직 편파 수평면 지향성을 나타내는 도면,
도 30은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 710MHz의 주파수에서의 수직 편파 수평면 지향성을 나타내는 도면,
도 31은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 470MHz의 주파수에서의 수직 편파 수직면 지향성을 나타내는 도면,
도 32는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 590MHz의 주파수에서의 수직 편파 수직면 지향성을 나타내는 도면,
도 33은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 710MHz의 주파수에서의 수직 편파 수직면 지향성을 나타내는 도면,
도 34는 본 발명의 실시예 5에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 35는 본 발명의 실시예 6에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 36은 동 실시예에서의 급전로 부분의 상세를 나타내는 측면도,
도 37은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 급전부에서의 실수부 임피던스 특성도,
도 38은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 허수부 임피던스 특성도,
도 39는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 40은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 500MHz의 주파수에서의 수직 편파 수평면 지향성(X-Y면)을 나타내는 도면,
도 41은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 1GHz의 주파수에서의 수직 편파 수평면 지향성(X-Y면)을 나타내는 도면,
도 42는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 1.6GHz의 주파수에서의 수직 편파 수평면 지향성(X-Y면)을 나타내는 도면,
도 43은 본 발명의 실시예 7에 따른 안테나 장치의 급전로 부분의 상세를 나타내는 측면도,
도 44는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 45(a)는 동 실시예에서의 급전로의 다른 구성예를 나타내는 사시도,
도 45(b)는 동 실시예에서의 급전로의 다른 구성예를 나타내는 측면도,
도 46은 본 발명의 실시예 8에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 47은 동 실시예에서의 급전로 부분의 상세를 나타내는 사시도,
도 48은 본 발명의 실시예 9에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 49는 본 발명의 실시예 10에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 50은 본 발명의 실시예 11에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 51은 본 발명의 실시예 12에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 52는 방사 소자의 길이를 길게 하여 동작 주파수를 낮게 설정한 경우의 VSWR 특성도,
도 53(a)는 본 발명의 실시예 13에 따른 안테나 장치에서의 단락 소자의 구성예를 나타내는 사시도,
도 53(b)는 동 실시예에 따른 안테나 장치에서의 단락 소자의 다른 구성예를 나타내는 사시도,
도 54는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 55는 본 발명의 실시예 16에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 56은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 방사 소자의 평면도,
도 57은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 측면도,
도 58은, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 방사 소자와 급전로를 직접 접속한 경우의 실수부 임피던스 특성도,
도 59는, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 방사 소자와 급전로를 직접 접속한 경우의 허수부 임피던스 특성도,
도 60은, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 방사 소자와 급전로를 직접 접속한 경우의 VSWR 특성도,
도 61은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 실수부 임피던스 특성도,
도 62는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 허수부 임피던스 특성도,
도 63은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 64는 본 발명의 실시예 15에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 65는, 상기 실시예 14에 따른 안테나 장치에서, 도체판을 410㎜으로 하여, 직접 접속한 경우의 실수부 임피던스 특성도,
도 66은, 상기 실시예 14에 따른 안테나 장치에서, 도체판을 410㎜으로 하 여, 직접 접속한 경우의 허수부 임피던스 특성도,
도 67은, 상기 실시예 14에 따른 안테나 장치에서, 도체판을 410㎜으로 하여, 직접 접속한 경우의 VSWR 특성도,
도 68은, 상기 실시예 14에 따른 안테나 장치에서, 도체판을 410㎜으로 하여, 용량 결합시킨 경우의 실수부 임피던스 특성도,
도 69는, 상기 실시예 14에 따른 안테나 장치에서, 도체판을 410㎜으로 하여, 용량 결합시킨 경우의 허수부 임피던스 특성도,
도 70은, 상기 실시예 14에 따른 안테나 장치에서, 도체판을 410㎜으로 하여, 용량 결합시킨 경우의 VSWR 특성도,
도 71은, 실시예 15에 따른 안테나 장치에서, 직접 접속시킨 경우의 실수부 임피던스 특성도,
도 72는, 실시예 15에 따른 안테나 장치에서, 직접 접속시킨 경우의 허수부 임피던스 특성도,
도 73은, 실시예 15에 따른 안테나 장치에서, 직접 접속시킨 경우의 VSWR 특성도,
도 74는, 실시예 15에 따른 안테나 장치에서, 용량 결합시킨 경우의 실수부 임피던스 특성도,
도 75는, 실시예 15에 따른 안테나 장치에서, 용량 결합시킨 경우의 허수부 임피던스 특성도,
도 76은, 실시예 15에 따른 안테나 장치에서, 용량 결합시킨 경우의 VSWR 특 성도,
도 77은 본 발명의 실시예 16에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 78은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 측면도,
도 79는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성도,
도 80은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 0.7GHz에서의 수직 편파 수평면 지향성(도 17의 좌표축 θ=45° X-Y면)을 나타내는 도면,
도 81은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 1.7GHz에서의 수직 편파 수평면 지향성(도 17의 좌표축 θ=45° X-Y면)을 나타내는 도면,
도 82는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 2.7GHz에서의 수직 편파 수평면 지향성(도 17의 좌표축 θ=45° X-Y면)을 나타내는 도면,
도 83은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 0.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 17의 좌표축 Z-X면)을 나타내는 도면,
도 84는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 0.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 17의 좌표축 Z-Y면)을 나타내는 도면,
도 85는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 1.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 17의 좌표축 Z-X면)을 나타내는 도면,
도 86은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 1.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 17의 좌표축 Z-Y면)을 나타내는 도면,
도 87은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 2.7GHz에서의 수직 편파 수 직면 지향성(도 17의 좌표축 Z-X면)을 나타내는 도면,
도 88은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 2.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 17의 좌표축 Z-Y면)을 나타내는 도면,
도 89(a)는 본 발명의 실시예 17에 따른 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 89(b)는 동 실시예에 따른 동 안테나 장치의 무급전 소자 부분의 배치 구성을 나타내는 사시도,
도 90은 동 실시예에 따른 동 안테나 장치의 측면도,
도 91(a)는 본 발명에서의 급전로의 형상예를 나타내는 사시도,
도 91(b)는 본 발명에서의 급전로의 형상예를 나타내는 사시도,
도 91(c)는 본 발명에서의 급전로의 형상예를 나타내는 사시도,
도 92(a)는 본 발명에서의 급전로의 다른 형상예를 나타내는 사시도,
도 92(b)는 본 발명에서의 급전로의 다른 형상예를 나타내는 사시도이다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명에 따른 안테나 장치의 기본 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A선 화살표 단면도이다.
도 1 및 도 2에서, 도체판(11)은 예컨대, 정사각형의 접지판으로 형성되고, 그 한 변의 길이 W1은 약 0.5λL 이상(λL은 사용 주파수대에서의 최저 주파수의 파장)으로 설정된다.
상기 도체판(11)의 하면 중앙부에는, 급전 단자로서 예컨대, NJ형의 동축 커넥터(12)가 장착된다. 이 동축 커넥터(12)에는, 도시하지 않지만 무선 장치의 안테나 입력 회로에서의 급전용 동축 케이블이 접속된다. 상기 동축 커넥터(12)는 외도체(13) 및 중심 도체(14)를 구비한다. 외도체(13)는 도체판(11)에 전기적으로 접속된다. 중심 도체(14)는, 도체판(11)의 중앙부에 마련된 설치된 투공(透孔) 내를 통해, 도체판(11)과 절연한 상태에서 위쪽으로 소정 길이 돌출하여 마련되고, 급전로로서 사용된다.
그리고, 상기 도체판(11)의 위쪽에는 안테나 소자(15)가 마련된다. 이 안테나 소자(15)는, 2개 이상, 예컨대, 4개의 방사 소자(16a~16d)를 갖는다. 방사 소자(16a~16d)는 등각도 또는 대략 등각도로 방사상으로 마련되고, 방사상 중심부, 즉, 방사 소자(16a~16d)의 시단(始端)측에 급전점(18)이 마련된다. 안테나 소자(15)가 4개의 방사 소자(16a~16d)를 갖는 경우, 각 소자의 배치 각도는 90°로 되어, 십자형상으로 형성된다. 상기 방사 소자(16a~16d)는, 예컨대, 폭 W2, 길이 L의 판형상 소자를 이용하여 형성한 것으로, 폭 W2는 약 0.055λL로 설정된다. 또한, 방사 소자(16a~16d)의 길이 L은, 기본적으로는 약 λL/4로 설정되지만, 바람직하게는 약 λL/4보다 10% 정도 긴 0.275λL 정도로 설정된다.
또한, 방사 소자(16a~16d)의 각 종단에는, 예컨대, 판 형상의 단락 소 자(17a~17d)가 도체판(11)에 대하여 수직이 되도록 마련된다. 상기 단락 소자(17a~17d)는, 예컨대, 방사 소자(16a~16d)의 종단을 아래쪽으로 직각으로 구부리는 등의 수단에 의해 형성한 것으로, 도면에서는 방사 소자(16a~16d)의 폭 W2와 같은 폭을 갖고 있다. 단, 이들의 폭은 반드시 동일하게 설정할 필요는 없다. 상기 단락 소자(17a~17d)는, 선단이 도체판(11)에 용착 또는 나사고정 등에 의해 접속되고, 그 높이 H는 약 λL/10~λL/16 정도로 설정된다.
상기한 바와 같이 방사 소자(16a~16d)는, 도체판(11)과 대향하여, 보다 자세히는 평행하게 마련되고, 급전점(18)에 상기 동축 커넥터(12)의 중심 도체(14)가 나사고정, 또는 납땜 등에 의해 접속된다. 이 경우, 방사 소자(16a~16d)는, 단락 소자(17a~17d) 측의 선단부를 예컨대, 도체판(11)의 각부(角部)(네 코너)에 대응하여 마련하여, 도체판(11)을 되도록이면 작게 형성할 수 있도록 하고 있다.
상기 안테나 소자(15)의 구체적인 치수예로서는, 예컨대, 사용 주파수대에서의 최저 주파수가 UHF대의 470MHz의 경우, 도체판(11)의 1변의 길이 W1이 300~400㎜, 방사 소자(16a~16d)의 폭 W2가 약 35㎜, 높이 H가 약 40㎜로 설정된다.
상기한 바와 같이 구성된 안테나 장치는, 예컨대, 지하상가의 천장에 설치하는 경우에는, 안테나 소자(15)를 아래쪽, 동축 커넥터(12)를 위쪽으로 하여 수십 m의 간격으로 복수 마련된다. 이 경우, 안테나 장치에는, 안테나 소자(15)를 보호하는 보호 커버(레이돔:radome)가 필요에 따라 마련된다.
그리고, 지상에 예컨대, 지상파(텔레비젼, 휴대전화) 수신용의 대형의 옥외 안테나를 설치하고, 이 옥외 안테나에서 수신한 지상파를 중계용 수신 장치로 수신·증폭하여, 동축 케이블에 의해 상기 안테나 장치의 급전점(18)에 급전한다. 안테나 장치는, 급전점(18)에 급전되면, 급전점(18)으로부터 단락 소자(17a~17d)의 방향으로 급전 전류가 흘러, 각 방사 소자(16a~16d)에서 아래쪽을 향해서 수직 편파의 전파가 방사된다. 또, 각 방사 소자(16a~16d)는 등각도(또는 대략 등각도)로 마련되기 때문에, 수평면 지향성을 무지향화할 수 있다.
따라서, 지상파가 직접 도달하지 않는 지하상가 등에서도, 상기 지하상가에 설치된 안테나 장치로부터 재송신되는 전파를, 휴대전화, 텔레비젼 수신기, 또는 텔레비젼 수신 기능을 구비한 모바일 기기에 의해 수신하는 것이 가능해진다.
상기 실시예 1에 나타낸 안테나 장치는, 안테나 소자(15)의 높이가 40㎜ 정도이고, 보호 커버를 포함해서도 45㎜~50㎜ 정도이며, 소형이고 저자세이다. 따라서, 지하상가 등의 설치 공간이 좁은 장소이더라도 용이하게 설치할 수 있고, 또한 미관을 유지할 수 있다.
또, 상기 실시예 1에서는, 안테나 소자(15)로서 4개의 방사 소자(16a~16d)를 마련한 경우에 대하여 나타내었지만, 2개 이상이면 임의의 수로 설정하는 것이 가능하다. 또한, 방사 소자(16a~16d)는, 판형상 소자에 한하는 것이 아니라, 선형상 소자를 이용하더라도 좋다. 또한, 방사 소자(16a~16d)의 종단은, 판 형상의 단락 소자(17a~17d)의 대신에 숏핀 등의 핀 형상의 단락 소자를 사용하여 단락하더라도 좋다.
또한, 상기 실시예 1에서는, 도체판(11)의 네 코너에 근접하여 단락 소 자(17a~17d)를 마련한(즉, 방사 소자(16a~16d)를 도체판(11)의 대각선 상에 배치한) 경우에 대하여 나타내었지만, 그 밖의 위치, 예컨대, 도체판(11)의 각 변부에 대응시켜 단락 소자(17a~17d)를 마련해도 좋다.
또한, 상기 실시예 1에서는, 각 방사 소자(16a~16d) 사이에 공극을 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 공극을 없애고, 1장의 금속판에 의해 방사 소자를 형성하더라도 좋다. 이 경우, 방사 소자의 급전점을 중심으로 하는 원주 상에 등간격으로 단락 소자(17a~17d)를 설치하도록 한다. 이것에 의해, 방사 소자에는 급전점(18)으로부터 단락 소자(17a~17d)의 방향으로 급전 전류가 흐르기 때문에, 복수의 방사 소자(16a~16d)를 마련한 경우와 동등하게 작용하여, 수평면 무지향성화를 꾀할 수 있다.
(실시예 2)
다음으로, 본 발명의 실시예 2에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 3(a)는 본 발명의 실시예 2에 따른 안테나 장치의 사시도, 도 3(b)는 주요부(무급전 소자 부분)를 나타내는 사시도, 도 4는 동 측면도이다. 또, 실시예 1과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예 2는, 상기 실시예 1에 따른 안테나 장치에서, 급전부, 즉, 도체판(11) 상에 돌출시킨 동축 커넥터(12)의 중심 도체(14)를 중심으로 하여, 그 동심원 상에 1개 이상 예컨대, 4개의 정합용의 무급전 소자(21a~21d)를 등간격(등각도)으로 마련한 것이다.
무급전 소자(21a~21d)를 중심 도체(14)의 근방에 배치함으로써, 무급전 소자(21a~21d)의 수직 부분과 중심 도체(14)와의 사이가 전자 결합된다. 또한, 상기 무급전 소자(21a~21d)는 수평부(22a~22d)를 구비하고 있다. 수평부(22a~22d)는, 방사 소자(16a~16d) 각각의 단락 개소와 급전점(18)을 연결하는 선로에 용량 결합되도록, 각 선로상 또는 그 근방에 형성된다. 예컨대, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 수평부(22a~22d)는, 금속판을 사용하여 상부를 바깥쪽 방향, 즉, 중심 도체(14)와는 반대 방향으로 약 90° 접어 역 L자 형상으로 형성한 것이다.
이 무급전 소자(21a~21d)는, 예컨대 중심으로부터의 간격 SD가 약 0.026λL, 폭 SW가 0.019λL, 높이 SH가 약 0.055λL, 수평부(22a~22d)의 길이 SL이 약 0.023λL로 설정된다. 상기 무급전 소자(21a~21d)는, 동심원 상이면 회전한 위치에 마련해도 문제는 없고, 임의의 위치에 설치할 수 있다. 무급전 소자(21a~21d)는 그 설치 위치에 따라 특성을 미세 조정하는 것이 가능하다.
상기 무급전 소자(21a~21d)의 구체적인 치수예로서는, 예컨대, 사용 주파수대에서의 최저 주파수가 470MHz인 경우, 중심에서의 간격 SD가 약 17㎜, 폭 SW가 12㎜, 높이 SH가 약 36㎜, 수평부의 길이 SL이 약 15㎜로 설정된다.
상기 실시예 2에 따른 안테나 장치에서는, 무급전 소자(21a~21d)가 돌출부(stub)로서 작용한다. 즉, 무급전 소자(21a~21d)를 마련함으로써 수평부(22a~22d)와 방사 소자를 흐르는 전류 선로와 용량 결합시킬 수 있다. 또한, 무급전 소자(21a~21d)를 중심 도체(14)의 근방에 배치함으로써, 무급전 소 자(21a~21d)의 수직 부분과 중심 도체(14)를 전자 결합시킬 수 있다. 이것에 의해, 임피던스 특성을 결정하는 설정 파라미터의 수가 증가하는 것으로 되어, 광대역에 걸쳐 안정한 상태로 유지하는 것이 가능해진다.
도 5는 실시예 2에 따른 안테나 장치의 급전점(18)에서의 실수부 임피던스 특성을 나타낸 것으로, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 임피던스 실수부[Ω]를 취해 나타내었다. 이 실수부 임피던스 특성은, 도 5로부터 분명하듯이, 400~800MHz까지 대략 일정한 임피던스(저항값)가 얻어지고 있다.
도 6은 상기 안테나 장치의 급전점(18)에서의 허수부 임피던스 특성을 나타낸 것으로, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 리액턴스[Ω]를 취해 나타내었다. 이 허수부 임피던스 특성은, 도 6으로부터 분명하듯이, 500~800MHz까지 넓은 대역에 걸쳐, 0±50Ω의 리액턴스값이 얻어지고 있다.
상기 실시예 2에 따른 안테나 장치에는, 실수부 임피던스 특성에 있어서 400~800MHz까지 대략 일정한 임피던스가 얻어지지만, 그 값이 약 10Ω 정도이며, 일반적으로 사용되는 50Ω(급전용 동축 케이블의 특성 임피던스)보다 조금 낮은 값으로 되어 있다. 따라서, 임피던스 변환기를 조합시켜 임피던스를 50Ω 정도로 변환함으로써 400~800MHz의 광대역 특성을 갖는 안테나로서 사용할 수 있다.
여기서, 실시예 2에 따른 안테나 장치의 효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 7은 무급전 소자를 마련하지 않은 경우의 안테나 장치의 사시도이다. 도 8은 도 7에 나타내는 안테나 장치의 임피던스 특성도, 도 9는 동 안테나 장치의 VSWR 특성도이다. 도 10은 도 7에 나타내는 안테나 장치에 무급전 소자 를 마련한 경우의 안테나 장치의 사시도이다. 도 11은 도 10에 나타내는 안테나 장치의 임피던스 특성도, 도 12는 동 안테나 장치의 VSWR 특성도이다.
또, 도 7 및 도 10에서, 방사 소자(16a~16d)의 높이는 45㎜이다. 또한, 단락 소자(17a~17d)의 폭은, 방사 소자(16a~16d)의 폭 W2보다 좁게 설정되어 있지만, 폭 W2로 해도 동등한 작용을 갖기 때문에, 어느 것을 이용하더라도 좋다. 도 10에서, 무급전 소자(21a~21d)는, 주파수 λL이 470MHz의 자유 공간 파장인 경우, 중심 도체(14)로부터의 거리가 19㎜(≒0.03λL), 높이가 35㎜(=0.55λL)로 설정된다.
도 8과 도 11의 임피던스 특성을 비교하면, 도 11에서는, 도 8보다 넓은 대역에 걸쳐 실수부가 50Ω 부근에서 대략 일정한 값을 나타내는 동시에, 허수부가 0±50Ω의 값을 나타내고 있다. 또한, 도 9와 도 12의 VSWR 특성을 비교하면, 도 12에서는, 특히 고주파 영역에서 VSWR가 저하하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 무급전 소자를 마련함으로써 광대역화를 도모하는 것이 가능하다고 말할 수 있다.
또, 상기 실시예 2에서는, 무급전 소자(21a~21d)의 수평부(22a~22d)를 사각형으로 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 예컨대, 삼각형, 부채형 등, 다른 형상으로 형성하더라도 좋다. 또한, 무급전 소자(21a~21d)는, 예컨대, T자 형상으로 형성하더라도 좋다.
(실시예 3)
다음으로, 본 발명의 실시예 3에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 실시예 3에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
본 실시예 3은, 상기 실시예 2에 따른 안테나 장치에서, 방사 소자(16a~16d) 각각의 인접하는 단부 사이를 접속하는 선로를 더 구비한다. 방사 소자(16a~16d)의 상부에 예컨대, 원형의 링형 소자(25)를 도체판(11)과 평행하게 마련하여, 보다 광대역에 걸쳐 양호한 임피던스 특성을 얻을 수 있도록 한 것이다.
또, 실시예 3에서는, 실시예 2에서 나타낸 단락 소자(17a~17d) 대신에 숏핀(19a~19d)을 사용하고 있다. 이 숏핀(19a~19d)의 직경은, 예컨대 방사 소자(16a~16d)의 폭 W2의 약 1/2로 설정된다. 상기 숏핀(19a~19d)은, 나사고정 또는 용착 등에 의해 방사 소자(16a~16d)와 도체판(11)과의 사이에 마련된다. 상기 단락 소자(17a~17d)와 숏핀(19a~19d)은 동등한 작용을 갖고 있기 때문에, 어느 것을 사용하더라도 좋다.
상기 링형 소자(25)는 방사 소자(16a~16d)의 위쪽에 배치되고, 예컨대, 숏핀(19a~19d)의 상단 부분에서, 나사고정 또는 용착 등에 의해 고착된다. 그 밖의 구성은 실시예 2와 같은 구성이기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
상기 링형 소자(25)는, 금속판을 사용하여 링 형상으로 형성한 것으로, 그 치수는 예컨대, 내경이 약 0.303λL, 외경이 약 0.359λL로 설정된다. 링형 소자(25)의 폭은 방사 소자(16a~16d)의 폭 W2와 동일하거나, 또는 대략 동일한 값으로 설정된다.
도 14는 실시예 3에 따른 안테나 장치의 등가 회로를 나타내는 도면이다. 도 14에서, 중심 도체(14)는 불균일 선로(1), 방사 소자(16a~16d)는 균일 선로(1), 무급전 소자(21a~21d)는 불균일 선로(3), 단락 소자(17a~17d)는 불균일 선로(2), 링형 소자(25)는 균일 선로(2)로 모델화할 수 있다. 무급전 소자(21a~21d)는 L, C의 직렬 공진 회로로서 작용하고, 링형 소자(25)는 오픈된 돌출부로서 작용한다. 오픈된 돌출부의 선단에서는 전압 진폭이 최대로 되고, 아랫부분에서는 전압 진폭은 0으로 된다. 오픈된 돌출부의 길이를 조절하는 것으로 임피던스 특성을 용이하게 조정할 수 있다.
도 15는, 상기 실시예 3에 따른 안테나 장치의 급전점(18)에서의 실수부 임피던스 특성이고, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 임피던스 실수부[Ω]를 취해 나타내었다. 링형 소자(25)를 마련함으로써 실수부 임피던스 특성은, 400~800MHz까지의 넓은 대역에 걸쳐 50±(20~30)Ω로 유지된다.
도 16은, 상기 안테나 장치의 급전점(18)에서의 허수부 임피던스 특성이고, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 리액턴스[Ω]를 취해 나타내었다. 허수부 임피던스 특성은, 450~900MHz까지의 넓은 대역에 걸쳐 0±20Ω의 리액턴스값이 얻어지고 있다.
도 17은, 상기 안테나 장치에서, 도체판(11)의 1변의 길이 W1을 400㎜로 설정한 경우의 VSWR 특성이며, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 VSWR를 취해 나타내었다. 이 VSWR 특성은, 480~820MHz의 넓은 대역에서 VSWR≤2로 되고, 그 비대역은 약 57%였다.
여기서, 실시예 3에 따른 안테나 장치에서의 무급전 소자(21a~21d)의 효과를 확인한다. 도 18은, 도 13의 구성으로부터 무급전 소자(21a~21d)를 뺀 모델의 실수부 임피던스 특성도이다. 또한, 도 19는 동 모델의 허수부 임피던스 특성도, 도 20은 동 모델의 VSWR 특성도이다.
도 15와 도 18의 실수부 임피던스 특성을 비교하면, 도 15에서는 50Ω 부근을 보지(保持)하는 주파수 영역이 광대역에 걸쳐 있다. 도 16과 도 19의 허수부 임피던스 특성을 비교하면, 도 16에서는 광대역에 걸쳐 0Ω 부근의 리액턴스값이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 17과 도 20의 VSWR 특성을 비교하면, 도 17에서는 VSWR≤2을 만족시키는 영역은 광대역화하고 있는 것을 알 수 있다. 실시예 3에 따른 안테나 장치의 구성에 있어서도, 무급전 소자(21a~21d)를 구비하는 것에 의해 광대역화를 도모하는 것이 가능한 것이 확인할 수 있다.
상기 실시예 3에 따른 안테나 장치에서는, 넓은 주파수 대역에 걸쳐 50Ω 전후의 임피던스로 보지되기 때문에, 임피던스 변환기를 이용하지 않고, 광대역 안테나로서 사용할 수 있다.
또, 상기 실시예 3에서는, 링형 소자(25)를 원형으로 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 기타, 사각형이나 다각형 등, 임의의 형상으로 형성할 수 있는 것이다.
또한, 상기 실시예 3에서는, 각 방사 소자(16a~16d)와 링형 소자(25)와 사이에 공극이 형성된 경우에 대하여 나타내었지만, 공극을 없애고, 1장의 금속판에 의해 원판 형상의 방사 소자를 형성하더라도 좋다. 도 21은 원판 형상의 안테나 소자 를 갖는 안테나 장치의 사시도이다. 도 22는 도 21에 나타내는 안테나 장치의 실수부 임피던스 특성도, 도 23는 동 안테나 장치의 허수부 임피던스 특성도, 도 24는 동 안테나 장치의 VSWR 특성도이다.
도 21에서, 원판형상 소자(25a)의 원주 상에 등간격으로 숏핀(19a~19d)을 마련하는 것에 의해, 원판형상 소자(25a)에는 급전점(18)으로부터 숏핀(19a~19d)의 방향으로 급전 전류가 흐르고, 또한 그 일부는 원판형상 소자(25a)의 외주를 흐른다.
도 22, 23이 나타낸 바와 같이, 도 13의 구성의 경우와 마찬가지로 양호한 임피던스 특성이 얻어지고 있다. 도 24로부터 분명하듯이, 이렇게 하여도, 570MHz~840MHz의 넓은 대역에서 VSWR를 2 이하로 할 수 있다. 또, 원판형상 소자(25a)의 형상은 원판형상에 한정되지 않고, 사각형 또는 다각형 등으로 해도 좋다.
(실시예 4)
다음으로, 본 발명의 실시예 4에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 25는 본 발명의 실시예 4에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
본 실시예 4는, 상기 실시예 3에 따른 안테나 장치에서, 방사 소자(16a~16d)의 숏핀(19a~19d)의 근방의 도체판(11)에 정합판(31a~31d)을 더 구비한 것이다. 정합판(31a~31d)은, 예컨대, 도 25에 나타낸 바와 같이, 도체판(11)의 네 코너(즉, 방사 소자(16a~16d)의 연장선 상에 위치하는 부위)를 다른 부분보다 넓게 형성하 고, 이 넓힌 부분을 위쪽으로 90° 구부려 형성된다. 상기 정합판(31a~31d)의 1변의 길이는 도체판(11)의 길이의 약 15±5%로 설정한다.
또한, 링형 소자(25)에는, 예컨대, 각 숏핀(19a~19d)의 대략 중앙의 위치에 있어서, 도체판(11)과의 사이에 합성 수지 등의 절연재에 의한 스페이서(32a~32d)를 마련하고, 링형 소자(25)가 도체판(11)과 평행하게 유지되도록 보지하고 있다. 상기 스페이서(32a~32d)는, 예컨대, 원주 형상이나 각기둥 형상 등 임의의 형상으로 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 숏핀(19a~19d)에 가까운 도체판(11)의 부분은, 방사 소자(16a~16d)로부터 숏핀(19a~19d)을 통해 전류가 흐르는 부분이다. 즉, 급전점(18)과 방사 소자(16a~16d)의 단락 개소를 연결하는 직선의 연장선 상에 정합부(31a~31d)를 각각 마련함으로써, 도체판(11)에 흐르는 전류 선로를 연장할 수 있다. 이것에 의해, 도체판(11)의 평면적을 좁히는 것이 가능해진다. 따라서, 이 부분에 정합판(31a~31d)을 마련함으로써, 도체판(11)을 효율적으로 작용시킬 수 있어, 도체판(11)을 작게 형성하더라도, 양호한 VSWR 특성을 보지하는 것이 가능해진다. 또한, 방사 소자(16a~16d)의 단락 개소와 정합판(31a~31d)의 간격을 조정함으로써 전자 결합시킬 수 있기 때문에, 설정 파라미터의 수를 증가시킬 수 있어, 한층더 광대역화를 도모하는 것이 가능해진다.
또, 정합판(31a~31d)을 도체판(11)의 네 코너뿐만 아니라, 도체판(11)의 전주변에 걸쳐 정합판을 형성하는 것도 생각되지만, 도체판(11)을 작게 형성하고 있는 상태에서는, 도체판(11)의 전주변에 걸쳐 정합판을 형성하면 원하는 특성이 얻 어지지 않는 경우가 있으므로, 숏핀(19a~19d)의 가장 가까운 부분에 대하여 정합판(31a~31d)을 마련한 쪽이 양호한 결과가 얻어지고 있다.
도 26은, 도체판(11)의 1변의 길이 W1을 350㎜(350×350㎜)로 하고, 정합판(31a~31d)을 마련하지 않은 경우의 VSWR 특성이며, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 VSWR를 취해 나타내었다. 이 때 VSWR 특성은, 520~830MHz의 대역으로 VSWR≤2로 되고, 그 비대역은 약 47%였다.
도 27은, 상기 도 25에 나타낸 안테나 장치에서 도체판(11)의 크기를 350×350㎜로 하고, 도체판(11)의 네 코너에 정합판(31a~31d)을 마련한 경우의 VSWR 특성이다. 이 때의 VSWR 특성은, 470~790MHz의 대역으로 VSWR≤2로 되어, 약 51%의 비대역이 얻어졌다.
정합판(31a~31d)을 마련함으로써, VSWR≤2의 비대역이 향상하고, 또한, 동작하는 최저 주파수는 520MHz로부터 470MHz까지 낮게 되어, VSWR값도 전체적으로 1에 가깝게 되어 정합된다.
도 28~도 30은, 상기 실시예 4에서의 안테나 장치의 수직 편파 수평면(X-Y면) 지향성을 나타낸 것으로, 도 28는 470MHz의 주파수, 도 29는 590MHz의 주파수, 도 30은 710MHz의 주파수에서의 특성이다.
상기 실시예 4에서의 안테나 장치의 수평면 지향성은, 도 28~도 30로부터도 분명하듯이 각 주파수대에서 2dB 이하의 편차로 억제된 무지향성으로 되어 있다.
도 31~도 33은, 상기 실시예 4에서의 안테나 장치의 수직 편파 수직면(Y-Z 면) 지향성을 나타낸 것으로, 도 31은 470MHz의 주파수, 도 32는 590MHz의 주파수, 도 33은 710MHz의 주파수에서의 특성이다. 안테나 구성을 좌우 대칭 구조로 하고 있기 때문에, 지향성도 대칭형으로 되어 있다.
상기 실시예 4에 의하면, 정합판(31a~31d)을 마련함으로써 VSWR 특성을 개선할 수 있고, 도체판(11)을 작게 하여 안테나의 소형화를 꾀할 수 있다. 또한, 정합판(31a~31d)을 마련한 경우에도, 방사 소자(16a~16d)의 높이를 더 높게 할 필요는 없고, 실시예 1에 나타낸 높이대로 원하는 방사 특성을 얻을 수 있다.
또한, 링형 소자(25)와 도체판(11)과의 사이에 스페이서(32a~32d)를 마련함으로써, 링형 소자(25) 전체를 도체판(11)에 대하여 평행하게 유지할 수 있어, 항상 안정한 특성을 보지할 수 있다.
또, 상기 실시예 4에서는, 도체판(11)의 일부를 넓혀, 그 넓힌 부분을 접어 구부려 정합판(31a~31d)을 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 별체의 부재를 도체판(11)에 부착하여 정합판(31a~31d)을 형성하더라도 좋다. 또한, 이 별체의 부재의 부착 부분은, 도체판(11)의 네 코너에 한정되지 않는다. 급전점(18)과 방사 소자(16a~16d)의 단락 개소를 연결하는 직선의 연장선 상이면, 이 부재를 단락 개소 근방에 부착하여 정합판(31a~31d)을 형성하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 실시예 4에서는, 도체판(11)이 넓힌 부분을 90° 접어 구부려 정합판(31a~31d)을 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 넓힌 부분을 구부리지 않고, 그대로의 상태에서 정합판(31a~31d)으로 해도, 접어 구부린 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 4에서는, 도체판(11)의 네 코너에 정합판(31a~31d)을 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 방사 소자(16a~16d)의 숏핀(19a~19d)을 도체판(11)의 변부에 대응하여 마련한 경우에는, 숏핀(19a~19d)에 가까운 도체판(11)의 변부에 정합판(31a~31d)을 마련하면 좋다.
또한, 실시예 4에서는, 링형 소자(25)를 구비한 안테나에 실시한 경우에 대하여 나타내었지만, 링형 소자(25)를 구비하고 있지 않은 안테나에 대하여 정합판(31a~31d)을 마련한 경우에도, 정합의 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 5)
다음으로, 본 발명의 실시예 5에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 34는 본 발명의 실시예 5에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
본 실시예 5에 따른 안테나 장치는, 하나의 도체판(11) 상에 복수, 예컨대, 제 1 안테나 소자(15a) 및 제 2 안테나 소자(15b)를 마련한 것이다. 본 실시예에서는, 선형상 소자를 이용하여 안테나 소자(15a, 15b)를 구성한 경우에 대하여 나타내고 있다. 제 1 안테나 소자(15a)는 낮은 주파수대의 신호에 공진하도록 각부의 길이가 설정되고, 제 2 안테나 소자(15b)는 제 1 안테나 소자(15a)보다 높은 주파수대의 신호에 공진하도록 각부의 길이가 설정된다.
상기 제 1 안테나 소자(15a) 및 제 2 안테나 소자(15b)는, 각 실시예에서 나타낸 안테나 소자(15)와 같은 구성이기 때문에 상세한 설명은 생략하지만, 3개 이상의 방사 소자(41a~41d, 51a~51d) 및 각 방사 소자의 외측단을 도체판(11)에 접속하는 숏핀(또는 숏판)(42a~42d)에 의해 형성되고, 각 방사 소자의 중앙부에 마련되 는 급전점(18a, 18b)에 동축 커넥터의 중심 도체(14a, 14b)에 의해 급전된다. 또한, 급전 선로의 주위에 무급전 소자를 마련해도 좋다. 또한, 각 안테나 소자(15a, 15b)의 상부에 실시예 3에서 설명한 링형 소자를 마련해도 좋다.
제 1 안테나 소자(15a)는 낮은 주파수대의 신호에 공진하도록 설정된다. 또, 제 2 안테나 소자(15b)는, 제 1 안테나 소자(15a)의 공진 주파수보다 높은 주파수대의 신호에 공진하도록 각부의 길이가 설정되기 때문에, 각부의 치수가 제 1 안테나 소자(15a)보다 짧고, 제 1 안테나 소자(15a)의 각 방사 소자(41a~41d)의 사이 및 아래쪽에 생긴 공간을 이용하여 설치할 수 있다. 이것 때문에 도체판(11)을 특별히 크게 형성하지 않고, 2개의 안테나 소자(15a, 15b)를 배치할 수 있다.
상기한 바와 같이 하나의 도체판(11) 상에 2개의 안테나 소자(15a, 15b)를 배치함으로써 소형, 저자세이면서 다른 주파수대에 대응시킬 수 있다.
또, 상기 실시예 5에서는, 하나의 도체판(11) 상에 2개의 안테나 소자(15a, 15b)를 마련한 경우에 대하여 나타내었지만, 또한 그 이상의 안테나 소자를 마련해도 좋다.
본 발명에 따른 안테나 장치는, 이상 설명한 바와 같이 광대역이며, 또한 소형, 저자세이고 수평면 무지향성이기 때문에, 원세그먼트 방송(one-segment broadcasting)의 중계 장치 외에, 이동체 통신에서의 중계국이나 무선 LAN 등에 사용하여 큰 효과를 발휘할 수 있다. 또한, GHz대 등의 높은 주파수대에서는, 안테나를 더 소형화할 수 있기 때문에, 모바일 기기에서도 사용하는 것이 가능하다.
(실시예 6)
다음으로, 본 발명의 실시예 6에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 35는 본 발명의 실시예 6에 따른 안테나 장치의 사시도, 도 36은 급전로(61) 부분의 상세를 나타내는 측면도이다.
본 실시예 6은, 상기 실시예 1에 나타낸 안테나 장치에서, 방사 소자(16a~16d)의 중심부에 형성되는 급전부(18c)의 아래쪽에, 반구상의 외주면을 지수함수의 곡선을 이루도록 형성한 급전로(61)를 마련하고 있다. 이 급전로(61)는, 원형부를 위쪽에 위치시켜 상기 급전부(18c)에 접속하고, 아래쪽에 위치하는 지수 함수 곡선의 정부(頂部)를 도체판(11)의 상부에 도출한 동축 커넥터(12)의 중심 도체(14)에 납땜 등에 의해 접속한다. 상기 도체판(11)의 상부에 도출한 동축 커넥터(12)의 중심 도체(14)의 높이는 O~수 ㎜ 정도로 설정된다.
도시한 바와 같이 급전로(61)는, 급전 단자(동축 커넥터(12))측의 단부(하단)(61a)에 비하여, 급전부(18c) 측의 단부(상단)(61b)가 광폭(넓은 폭)으로 형성된다. 또한, 상기 급전로(61)의 위쪽 원형부는, 방사 소자(16a~16d)의 급전부(18c)에 수 개소에서 나사고정 등에 의해 고정되어, 전기적으로 접속된다. 이 경우, 급전부(18c)는, 방사 소자(16a~16d)의 교차 중앙부에서, 급전로(61)의 위쪽 원형부에 대응하도록 형상 및 크기가 설정된다. 상기 급전로(61)는, 예컨대, 높이 H(도 36에 나타냄)가 약 λL/10, 위쪽 원형부의 직경 D가 약 λL/13이 되도록 그 형상이 설정된다. 또, 급전로(61)의 위쪽 원형부의 직경 D는, λL/13 정도가 바람직하지만, λ L/13±50%의 범위로 설정하는 것이 가능하다. 또한, 급전로(61)의 높이 H는, 약 λL/10의 값이 바람직하지만, 그 이하 예컨대, 약 λL/16 정도까지 낮게 하는 것이 가능하다.
상기 급전로(61)의 외주면은 아래 식에 의해 구해지는 모선을 연직축 주위에 회전시키는 것에 의해 얻어진다.
x=-[exp{-a(z-z1)}-1]+x1
단, 도 36에 나타낸 바와 같이 급전로(61)의 위쪽에서의 (x, z) 좌표 위치를 (x1, z1), 아래쪽 정점의 (x, z) 좌표 위치를 (O, z2)로 한다. 또한, a는 정수이다.
또, 실시예 6에서는, 단락 소자(17a~17d)의 폭을 좁게, 예컨대, 약 λL/120로 설정하고 있지만, 실시예 1에서 나타낸 바와 같이 방사 소자(16a~16d)의 폭 W2와 같더라도 좋다. 그 밖의 구성은, 실시예 1와 같은 구성이기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
도 37은, 상기 실시예 6에 따른 안테나 장치의 급전부(18c)에서의 입력 저항의 주파수 특성을 나타낸 것으로, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 저항[Ω]을 취해 나타내었다. 이 입력 저항의 주파수 특성은, 450~1850MHz의 사이에서 50(급전용 동축 케이블의 특성 임피던스)±(20~30)Ω의 임피던스로 보지되어 있다.
도 38은 상기 안테나 장치의 급전부(18c)에서의 허수부 임피던스 특성을 나타낸 것으로, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 리액턴스[Ω]를 취해 나타 내었다. 이 허수부 임피던스 특성은, 도 38로부터 분명하듯이, 450~1750MHz까지 넓은 대역에 걸쳐, 0±50Ω의 리액턴스값이 얻어지고 있다.
도 39는, 상기 안테나 장치에서, 도체판(11)의 1변의 길이 W1을 400㎜로 설정한 경우의 VSWR 특성이며, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 VSWR를 취해 나타내었다. 이 VSWR 특성은, 470~1600MHz의 넓은 대역에서 VSWR≤2로 되고, 약 110%의 비대역이 얻어졌다.
도 40~도 42는, 상기 실시예 6에서의 안테나 장치의 수직 편파 수평면 지향성(X-Y면)을 나타낸 것으로, 도 40은 500MHz의 주파수, 도 41은 1GHz의 주파수, 도 42는 1.6GHz의 주파수에서의 특성이다.
상기 실시예 6에서의 안테나 장치의 수평면 지향성은, 도 40~도 42로부터도 분명하듯이 각 주파수대에서 2dB 이하의 편차로 억제된 무지향성으로 되어 있다.
상기 실시예 6에 의하면, 소형, 저자세화가 가능해져, 지하상가 등의 설치 공간이 좁은 장소이더라도 용이하게 설치할 수 있고, 또한 미관을 유지할 수 있다.
또한, 급전로(61)의 외주면을 지수함수에 의해 나타낼 수 있는 곡선, 즉, 지수(exponential)를 이용한 곡선을 이루도록 형성함으로써 넓은 주파수 대역에 걸쳐 입력 저항을 급전 동축 케이블의 특성 임피던스와 같은 정도의 50Ω 전후로 유지할 수 있어, 임피던스 변환기를 이용하지 않고, 광대역 안테나로서 사용할 수 있다. 이것 때문에 부품수를 감소할 수 있는 동시에 안테나 전체의 치수를 작게 할 수 있고, 또한 안테나의 부착 작업을 간이화할 수 있다.
또, 실시예 6에서, 각 방사 소자(16a, 16b, …)의 길이 L은, 급전로(61)의 중심선 상, 즉, 중심 도체(14)의 연장선 상을 시단으로서 설정된다. 이것은 이하의 실시예에서도 마찬가지다.
(실시예 7)
다음으로, 본 발명의 실시예 7에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
본 실시예 7에 따른 안테나 장치는, 실시예 6에서의 지수함수의 곡선을 가지는 급전로(61) 대신에, 도 43에 나타낸 바와 같이 반구 형상의 외주면이 대략 반타원 형상으로 형성된 급전로(61A)를 사용한 것이다. 도시한 바와 같이, 급전로(61A)는, 그 하단(61Aa)보다 상단(61Ab)이 폭이 넓게 된다. 그 밖의 구성은, 실시예 6과 같기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 상기 급전로(61A)의 타원 편평율은, 예컨대, 약 60%이다.
도 44는 실시예 7에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성이며, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 VSWR를 취해 나타내었다. 이 VSWR 특성은, 500~1450MHz의 넓은 대역에서 VSWR≤2로 되어, 약 103%의 비대역이 얻어졌다.
상기 실시예 7에 따른 안테나 장치에서도, 실시예 6에 따른 안테나 장치와 마찬가지로 넓은 주파수 대역에 걸쳐 입력 저항을 50Ω 전후의 값으로 유지할 수 있어, 임피던스 변환기를 이용하지 않고, 광대역 안테나로서 사용할 수 있다.
또, 상기 실시예 6에서는 급전로(61)의 외주면을 지수 함수 곡선으로 형성하고, 실시예 7에서는 급전로(61A)의 외주면을 반타원 형상으로 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 그 외에, 예컨대, 도 45(a), 45(b)에 나타낸 바와 같이 직경이 다른 원형의 금속판(60a, 60b, …)을 복수개 겹쳐 외주면이 지수 함수 곡선 또는 반타원 형상에 근사한(하단(61Ba)보다 상단(61Bb)의 폭을 넓게 함) 형상의 급전로(61B)를 형성하더라도, 상기 실시예 6이나 실시예 7에 나타낸 안테나 장치와 대략 동일한 특성을 얻을 수 있다. 상기 도 45(a)는 급전로(61B)의 사시도, 도 45(b)는 동 측면도이다.
(실시예 8)
다음으로, 본 발명의 실시예 8에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 46은 본 발명의 실시예 8에 따른 안테나 장치의 사시도, 도 47은 급전로 부분의 상세를 나타내는 사시도이다.
본 실시예 8에 따른 안테나 장치는, 실시예 6에서의 지수 함수 곡선을 가지는 급전로(61) 대신, 도 46, 도 47에 나타낸 바와 같이 외주면을 지수함수의 곡선으로 형성한, 즉, 하단(61Ca)보다 상단(61Cb)의 폭을 넓힌 복수개, 예컨대, 4개의 금속판(62a~62d)으로 이루어지는 급전로(61C)를 사용한 것이다. 이 경우, 급전로(61C)를 구성하는 금속판(62a~62d)은, 방사 소자(16a~16d)의 아래쪽에 위치하도록 배치한다. 그 밖의 구성은, 실시예 6과 같기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 외주면을 지수함수의 곡선으로 형성한 복수개의 금속판(62a, 62b, …)에 의해 구성한 급전로(61C)를 사용한 경우에 있어서도, 실시예 6과 마찬가지로 넓은 주파수 대역에 걸쳐 입력 저항을 50Ω 전후의 값으로 유지할 수 있고, 임피던스 변환기를 이용하지 않고 광대역 특성을 얻을 수 있다.
또, 상기 실시예 8에서는, 4개의 금속판(62a~62d)에 의해 급전로(61C)를 구성한 경우에 대하여 나타내었지만, 방사 소자(16)의 개수가 변경된 경우에는 그와 같은 수의 금속판(62a, 62b, …)을 이용하여 구성하고, 금속판(62a, 62b, …)을 각 방사 소자(16a, 16b, …)의 아래쪽에 위치하도록 배치한다.
또한, 상기 실시예 8에서는, 급전로(61C)를 구성하는 금속판(62a~62d)의 외주면을 지수함수의 곡선으로 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 금속판(62a~62d)의 외주면을 반타원 형상으로 형성하더라도, 대략 동일한 특성을 얻을 수 있다. 즉, 각 금속판으로 구성되는 급전로(61C)의 폭이, 하단에 비하여 상단이 넓게 되어 있으면, 광대역 특성을 실현할 수 있다.
(실시예 9)
다음으로, 본 발명의 실시예 9에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 48은 본 발명의 실시예 9에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
본 실시예 9에 따른 안테나 장치는, 실시예 6에서의 지수함수의 곡선을 가지는 급전로(61)의 내부를 중공(中空)으로 형성한 것이다. 이 경우, 급전로(61)는, 도시하지 않지만, 예컨대, 위쪽 원형부의 주위에 각 방사 소자(16a~16d)에 대응시켜 복수의 지지편을 형성하고, 이 지지편을 이용하여 방사 소자(16a~16d)에 나사고정 등에 의해 고정한다. 그 밖의 구성은, 실시예 6과 같기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 급전로(61)의 내부를 중공으로 형성하더라도, 실시예 6에 따른 안테나 장치와 대략 동일한 특성을 얻을 수 있다.
또, 상기 도 48에서는, 급전로(61)의 중공으로 되어 있는 부분에 대하여 방사 소자(16a~16d)를 마련하지 않은 경우에 대하여 나타내었지만, 급전로(61)의 상부 개구 부분에 방사 소자(16a~16d)를 위치시키더라도 좋다.
또한, 상기 실시예 9에서는, 지수함수의 곡선을 가지는 급전로(61)의 내부를 중공으로 형성한 경우에 대하여 나타내었지만, 실시예 7에 나타낸 외주면이 반타원 형상으로 형성된 급전로(61A)의 내부를 중공으로 형성하더라도 좋다.
또한, 도 45(a), 45(b)에 나타낸 바와 같이 직경이 다른 원형의 금속판(60a, 60b, …)을 복수개 겹쳐 지수함수의 곡선 또는 반타원 형상에 근사한 형상의 급전로(61B)에 대하여 내부를 중공으로 형성하더라도 좋다.
(실시예 10)
다음으로, 본 발명의 실시예 10에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 49는 본 발명의 실시예 11에 따른 안테나 장치의 사시도이다. 본 실시예 10은, 상기 각 실시예, 예컨대, 실시예 6에 따른 안테나 장치에서, 각 방사 소자(16a~16d)를 직사각형 이외의 형상, 예컨대, 단락 소자(17a~17d) 쪽이 가늘게 되도록, 즉, 상면으로부터 보아 대략 삼각형이 되도록 형성한 것이다. 그 밖의 구성은 실시예 6에 따른 안테나 장치와 같은 구성이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 각 방사 소자(16a~16d)를 대략 삼각형 형상으로 형성하더라도, 실시예 6과 대략 동등한 특성을 얻을 수 있다.
(실시예 11)
다음으로, 본 발명의 실시예 11에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 50은 본 발명의 실시예 11에 따른 안테나 장치의 사시도이다. 본 실시예 11은, 상기 각 실시예, 예컨대, 실시예 6에 따른 안테나 장치에서, 각 방사 소자(16a~16d)를 도체판(11)측에 경사지게 하여 배치하고, 그 선단을 도체판(11)에 직접 접속하여 단락 소자(17a~17d)를 생략하도록 한 것이다. 그 밖의 구성은 실시예 6에 따른 안테나 장치와 같은 구성이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 각 방사 소자(16a~16d)를 경사지게 하여 배치하고, 그 선단을 도체판(11)에 직접 접속하더라도, 실시예 6과 대략 동등한 특성을 얻을 수 있다.
(실시예 12)
다음으로, 본 발명의 실시예 12에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 51은 본 발명의 실시예 13에 따른 안테나 장치의 사시도이다. 본 실시예 12는, 상기 각 실시예, 예컨대, 도 46, 도 47에 나타낸 실시예 8에 따른 안테나 장치에서, 각 방사 소자(16a~16d)의 면을 도체판(11)에 대하여 수직으로 위치하도록 배치한 것이다. 이 경우, 급전로로서는, 실시예 8에서 나타낸 바와 같이 방사 소 자(16a~16d)와 동수(同數)의 금속판(62a~62d)으로 이루어지는 급전로(61C)를 사용하여, 각 금속판(62a~62d)을 방사 소자(16a~16d)의 아래쪽에 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다. 그 밖의 구성은 실시예 8에 따른 안테나 장치와 같은 구성이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 각 방사 소자(16a~16d)의 면을 도체판(11)에 대하여 수직으로 위치하도록 배치하더라도, 실시예 6과 대략 동등한 특성을 얻을 수 있다.
(실시예 13)
다음으로, 본 발명의 실시예 13에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
상기 각 실시예에서, 방사 소자(16a~16d)의 길이나 급전로의 형상 등을 조정함으로써 주파수 대역을 조정하는 것이 가능하다. 그러나, 주파수 대역을 넓히면, 도 52의 VSWR 특성에 나타낸 바와 같이 특정한 주파수대(도면에서는 1.1GHz 부근)에서의 VSWR의 값이 악화하여 버리는 경우가 있다. 또한, 방사 소자의 길이를 바꾸지 않고 안테나 높이를 낮게 한 경우도, 임피던스 실수부가 높아져, 같은 현상이 일어날 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 실시예 13에서는, 도 53(a), 53(b)에 나타낸 바와 같이 방사 소자(16a~16d)의 단부보다 소정 거리 d만큼 안쪽에 단락 소자(17a~17d)를 마련하고 있다. 상기 소정 거리 d는, λL과 VSWR가 악화한 주파수에 따라 적당한 값으로 설정된다. 이 소정 거리 d를 마련함으로써 VSWR의 악화한 주파 수 부근의 임피던스 실수부를 저하시킬 수 있고, 또한, 임피던스 허수부의 변동을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, VSWR를 개선할 수 있다.
도 53(a)는, 단락 소자(17a~17d)의 상단과 하단에 플랜지를 형성하고, 각각의 플랜지를, 나사(72a, 72b)에 의해 방사 소자(16a~16d) 및 도체판(11)에 고정하여 방사 소자(16a~16d)와 도체판(11) 사이를 단락한 경우의 예를 나타내고 있다.
또한, 도 53(b)는, 방사 소자(16a~16d)의 단부에 길이 d의 절결(cut)(73)을 마련하고, 이 절결 부분을 도체판(11)측에 구부려 단락 소자(17a~17d)를 형성하고, 그 선단을 도체판(11)에 접속하여 방사 소자(16a~16d)와 도체판(11) 사이를 단락시킨 경우의 예를 나타내고 있다.
도 54는, 도 52의 VSWR 특성을 나타내는 안테나 장치에서, 약 λL/55~λL/25의 범위에서 소정 거리 d를 설정하여 임피던스 정합했을 때의 VSWR 특성도이다. 상기한 바와 같이 방사 소자(16a~16d)의 단부보다 소정 거리 d만큼 안쪽에 단락 소자(17a~17d)를 마련함으로써, 도 54에 나타낸 바와 같이 1.1GHz 부근에서의 VSWR의 값을 2 이하로 할 수 있다. 또, 도 54의 VSWR 특성은, 방사 소자(16a~16d)의 길이나 급전로의 형상 등을 조정하고, 470MHz~2.1GHz를 사용 대역으로서 설정한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 54에 나타내는 VSWR 특성은, 470MHz~2.1GHz의 대역에서 VSWR≤2로 되고, 약 130%의 비대역이 얻어졌다.
(실시예 14)
다음으로, 본 발명의 실시예 14에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 55는 본 발명의 실시예 14에 따른 안테나 장치의 사시도, 도 56은 안테나 소자(15)의 평면도, 도 57은 동 측면도이다. 본 실시예 14에 따른 안테나 장치는, 상기 도 45(a), 45(b)에 나타낸 급전로(61B)를 4개의 방사 소자(16a~16d)와 용량 결합시키는 것이다. 또, 상기 각 실시예에서 나타낸 구성과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여, 자세한 설명은 생략한다.
방사 소자(16a~16d)는, 상기 실시예 1에서의 폭 W2보다 넓게 폭 W로 하고, 단부에 돌출부가 형성된다. 이 돌출부는, 예컨대, 평판 십자형 소자의 선단의 각부를 정사각형으로 잘라내어 형성한다. 방사 소자(16a~16d)는, 도체판(11) 상에 높이 H의 간격으로 배치되어 있다. 높이 H는, 예컨대, 사용 주파수대에서의 최저 주파수가 470MHz인 경우, 약 λ/18로 설정된다.
급전로(61B)는, 아래쪽에 위치하는 지수 함수 곡선의 정부를 도체판(11)의 상부에 도출한 중심 도체(14)에 납땜 등에 의해 접속한다. 급전로(61B)의 위쪽 원형부와 방사 소자(16a~16d)는, 용량 결합하도록, 0.1H의 간격이 되도록 떨어져 배치된다.
구체적인 치수예로서는, 도 56에서, 방사 소자의 단부(종단) 사이의 길이 L은 315㎜, 단락 소자 사이의 길이 LSW는 238㎜, 단락 소자의 폭 SW는 9㎜로 설정된다. 또한, 도 57에서, 방사 소자(16a~16d)의 높이 H는 35㎜로 설정된다. 급전로(61B)는, 위쪽 원형부의 직경 A는 60㎜, 중심 도체(14)의 직경은 3㎜, 그 높이 FPH는 6㎜로 형성된다. 또한, 방사 소자(16a~16d)와 급전로(61B)의 위쪽 원형부와의 간격 SL은 3.5㎜로 설정된다. 또, 도체판(11)의 1변의 길이 W1은 460㎜로 설정된다.
또한, 도 55에 나타낸 바와 같이, 도체판(11)에는, 정합판(31a~31d)이 형성된다. 정합판(31a~31d)은 방사 소자(16a~16d)의 중앙부와 단락 개소를 연결하는 직선의 연장선 상에 마련된다. 예컨대, 정합판(31a~31d)은, 도체판(11)의 네 코너(즉, 방사 소자(16a~16d)의 연장선 상에 위치하는 부위)를 다른 부분보다 넓게 형성하고, 이 넓힌 부분을 위쪽으로 약 90° 구부려 형성된다. 상기 정합판(31a~31d)의 1변의 길이는, 도체판(11)의 길이의 약 15±5%로 설정한다. 구체적인 치수예로서는, 정합판(31a~31d)의 1변의 길이는 70㎜, 높이는 28㎜로 형성된다.
여기서, 동 실시예에 따른 안테나 장치와, 급전로(61B)를 방사 소자(16a~16d)에 직접 접속한 경우와의 특성을 비교한다. 도 58은, 동 실시예에 따른 안테나 장치에서, 방사 소자와 급전로를 직접 접속한 경우의 실수부 임피던스 특성도이며, 도 59는 허수부 임피던스 특성도, 도 60는 VSWR 특성도이다. 도 61은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 실수부 임피던스 특성도이며, 도 62는 허수부 임피던스 특성도, 도 63은 VSWR 특성도이다.
도 58, 59와, 도 61, 62를 비교하면, 용량 결합의 경우에는, 직접 접속의 경우보다 국소적인 악화가 억제되어, 한층 양호한 임피던스 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 도 60에 의하면, 직접 접속의 경우는 임피던스 특성의 국소적인 악화에 의해 VSWR값이 2를 넘는 주파수대가 존재하고 있었다. 또, 용량 결합의 경우에 는 상기한 바와 같이 국소적인 악화가 억제되기 때문에, 도 63으로부터 분명하듯이, 450MHz로부터 2.3GHz에 걸쳐 VSWR≤2로 되고 있어, 보다 한층 양호한 결과가 얻어졌다.
상기 실시예 14에서는, 급전로(61B)와 방사 소자(16a~16d)를 용량 결합 방식에 의해 접속하고 있다. 이와 같이 하는 것으로, 직접 접속한 경우보다 설정 파라미터를 증가시켜, 한층더 광대역화를 실현할 수 있다. 또한, 용량 결합 방식의 실현에 의해, 조립, 구성을 간이하게 할 수 있다.
또, 도 56 및 도 57 중의 파선으로 나타낸 바와 같이, 급전로(61B)의 상부 원형부의 원주 형상 또는 중심부 등의 일부를 볼트 등에 의해 급전부(18c)에 직접 접속하도록 할 수도 있다. 이와 같이 함으로써 용량 결합에 의한 특성의 향상을 도모하면서, 급전로(61B)의 내진성(耐震性)을 향상시킬 수 있다.
(실시예 15)
다음으로, 본 발명의 실시예 15에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 64는 본 발명의 실시예 15에 따른 안테나 장치의 사시도이다. 본 실시예 15에 따른 안테나 장치는, 상기 실시예 14에 따른 안테나 장치에서, 도체판(11)의 한 변을 작게 하고, 또한, 단락 소자(17a~17d)의 근방에 정합판(81a~81d)을 더 마련한 것이다. 그 외에는, 실시예 14에서 나타낸 구성과 마찬가지기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 자세한 설명은 생략한다.
도 64에 나타낸 바와 같이, 정합판(81a~81d)은, 정합판(31a~31d)과 단락 소 자(17a~17d) 사이에 마련되고, 상면에 정사각형의 부재가 부착된 형상이다. 정합판(81a~81d)은, 도체판(11)과는 별개의 부재를 구부리는 등하여 형성되고, 단락 소자(17a~17d)와 소정 거리 이간하여 도체판(11)에 부착된다. 구체적인 치수예로서는, 정합판(81a~81d)의 1변의 길이는 50㎜, 높이는 28㎜로 형성된다. 또, 도체판(11)의 한 변의 길이 W1을 410㎜(410×410㎜)로 한다.
도 65는, 급전로(61B)와 방사 소자(16a~16d)를 직접 접속하여, 정합판(81a~81d)을 마련하지 않은 경우의 실수부 임피던스 특성도이다. 도 66은 이 경우의 실수부 임피던스 특성도, 도 67은 VSWR 특성도이다.
도 68은, 급전로(61B)와 방사 소자(16a~16d)를 용량 결합시켜, 정합판(81a~81d)을 마련하지 않은 경우의 실수부 임피던스 특성도이다. 도 69는 이 경우의 실수부 임피던스 특성도, 도 70은 VSWR 특성도이다.
도 65~70과 상기 도 58~63을 비교하면, 도체판(11)을 460㎜에서 410㎜으로 한 것으로, 직접 접속, 용량 결합 중 어느 경우도 임피던스의 정합에 어긋남이 생겨, 800MHz~1GHz당 VSWR>2로 되어 특성이 악화하고 있다.
도 71은, 급전로(61B)와 방사 소자(16a~16d)를 직접 접속하고, 정합판(81a~81d)을 마련한 경우의 실수부 임피던스 특성도이다. 도 72는 이 경우의 실수부 임피던스 특성도, 도 73은 VSWR 특성도이다.
도 74는, 급전로(61B)와 방사 소자(16a~16d)를 용량 결합하고, 정합판(81a~81d)을 마련한 경우의 실수부 임피던스 특성도이다. 도 75는 이 경우의 실수부 임피던스 특성도, 도 76은 VSWR 특성도이다.
도 71~76과 상기 도 58~63을 비교하면, 도체판(11)이 460㎜인 경우와 거의 동등한 임피던스 정합이 얻어지고, 450MHz에서 2.3GHz에 걸쳐 VSWR≤2로 되어 있고, 넓은 대역에서 양호한 결과가 얻어졌다. 따라서, 도체판(11)을 460㎜에서 410㎜로 작게 하더라도, 정합판(81a~81d)을 부착하는 것에 의해, 직접 접속, 용량 결합 중 어느 경우에도 광대역으로 원하는 특성을 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 정합판(31a~31d)에 부가하여, 정합판(81a~81d)을 더 부착하는 것에 의해, 원하는 특성을 유지하면서 안테나 장치를 소형화하는 것이 가능해진다.
(실시예 16)
다음으로, 본 발명의 실시예 16에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 77은 본 발명의 실시예 16에 따른 안테나 장치의 사시도, 도 78은 동 측면도이다. 본 실시예 16에 따른 안테나 장치는, 실시예 6에 따른 안테나 장치에서, 2개의 방사 소자를 직선형상으로 배치, 예컨대, 4개의 방사 소자(16a~16d) 중 직선형상으로 위치하는 2개의 방사 소자(16a, 16c)를 사용하고, 또한, 급전로(61) 대신에, 상기 도 45(a) 및 도 45(b)에 나타낸 급전로(61B)를 사용하고 있다. 또, 실시예 16에서는, 방사 소자(16a, 16c)는, 도체판(11)의 변에 평행하게 배치하고 있다. 그 밖의 구성은 실시예 6과 같기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 2개의 방사 소자(16a, 16c)를 직선형상으로 배치함으로써방사 소자(16a, 16c)에 대하여 수직으로 되는 좌표축 Z-X면의 지향성을 강하게 하 고, 좌표축 Z-Y면의 지향성을 약하게 할 수 있다. 이것 때문에 상기 안테나 장치를 예컨대, 터널 등의 가늘고 긴 통신 영역에 설치함으로써, 짧은 쪽 방향으로의 쓸데없는 전파의 방사를 적게 하고, 긴 방향에 대하여 전파를 효율적으로 방사할 수 있게 된다.
도 79는, 상기 실시예 16에 따른 안테나 장치의 VSWR 특성도이며, 가로축에 주파수[GHz]를 취하고, 세로축에 VSWR를 취해 나타내었다. 이 VSWR 특성은, 650~2750MHz의 넓은 대역에서 VSWR≤2로 되어, 약 117%의 비대역이 얻어졌다.
도 80은, 상기 실시예 16에 따른 안테나 장치의 주파수 0.7GHz에서의 수직 편파 수평면 지향성(도 77의 좌표축 θ=45° X-Y면)을 나타내고, X축 방향과 Y축 방향의 지향성 편차는 약 3dB의 고치형(cocoon-shaped) 지향성으로 되어 있다.
도 81은, 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 1.7GHz에서의 수직 편파 수평면 지향성(도 77의 좌표축 θ=45° X-Y면)을 나타내고, X축 방향과 Y축 방향의 지향성 편차는 약 4dB의 고치형 지향성으로 되어 있다.
도 82는, 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 2.7GHz에서의 수직 편파 수평면 지향성(도 77의 좌표축 θ=45° X-Y면)을 나타내고, X축 방향과 Y축 방향의 지향성 편차는 약 6dB의 고치형 지향성으로 되어 있다.
상기 θ=45°의 방향으로 최대 방사 각도를 설정하는 이유로서는, 예컨대, 지하상가 등보다 높이가 있는 터널의 천장에 안테나를 설치했을 때, 수평 방향(90°)으로 최대 방사 각도를 설정했다면 터널 상부에서의 레벨은 강하지만 하부에서는 레벨이 약해져, 통신 영역을 확보할 수 없기 때문이다.
도 83은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 0.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 77의 좌표축 Z-X면)을 나타내는 도면이다.
도 84는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 0.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 77의 좌표축 Z-Y면)을 나타내는 도면이다.
도 85는 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 1.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 77의 좌표축 Z-X면)을 나타내는 도면이다.
도 86은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 1.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 77의 좌표축 Z-Y면)을 나타내는 도면이다.
도 87은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 2.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 77의 좌표축 Z-X면)을 나타내는 도면이다.
도 88은 동 실시예에 따른 안테나 장치의 주파수 2.7GHz에서의 수직 편파 수직면 지향성(도 77의 좌표축 Z-Y면)을 나타내는 도면이다.
상기 도 83~도 88은, 상기 도 77에 나타낸 안테나 장치의 좌표축 Z-X면 및 Z-Y면의 지향성을 나타내고 있고, 레벨이 강한 좌표축 Z-X면의 최대 방사 각도는 각 주파수에서 θ=45°로 되어 있다. 이것은, 도체판 부착 안테나의 경우, 도체판이 반사판의 역할을 하여 빔이 뛰어오르기 때문이다.
따라서, 상기 안테나 장치를 예컨대, 터널에 설치하는 경우, 터널내의 긴 방향으로 레벨이 높은 좌표축 Z-X면, 짧은 쪽 방향으로 레벨이 낮은 좌표축 Z-Y면이 되도록 설치하면, 천장이 높고, 또한 가늘고 긴 통신 영역에서도 양호한 통신을 할 수 있다.
(실시예 17)
다음으로, 본 발명의 실시예 17에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 89(a)는 본 발명의 실시예 17에 따른 안테나 장치의 사시도, 도 89(b)는 주요부(무급전 소자 부분)를 나타내는 사시도, 도 90은 동 측면도이다. 본 실시예 17에 따른 안테나 장치는, 상기 실시예 16에 따른 안테나 장치에서, 급전부, 즉, 도체판(11) 상에 돌출시킨 동축 커넥터(12)의 중심 도체(14)를 중심으로 하여, 그 동심원 상에 1개 이상 예컨대, 4개의 정합용 무급전 소자(21a~21d)를 거의 등간격으로 마련한 것이다.
상기 무급전 소자(21a~21d)는, 예컨대, 금속판을 사용하여 상부를 바깥쪽 방향, 즉, 중심 도체(14)와는 반대 방향으로 약 90° 구부려 역 L자 형상으로 형성한 것으로, 수평부(22a~22d)를 구비하고 있다. 이 무급전 소자(21a~21d)는, 예컨대, 중심 도체(14)로부터의 간격이 약 0.026λL, 폭이 0.019λL, 높이가 약 0.055λL, 수평부(22a~22d)의 길이가 약 0.023λL로 설정된다. 상기 무급전 소자(21a~21d)는, 동심원 상이면 회전한 위치에 마련해도 문제는 없고, 임의의 위치에 설치할 수 있다. 무급전 소자(21a~21d)는, 그 설치 위치에 따라 특성을 미세 조정하는 것이 가능하다.
상기 무급전 소자(21a~21d)의 구체적인 치수예로서는, 예컨대, 사용 주파수대에서의 최저 주파수가 470MHz인 경우, 중심 도체(14)로부터의 간격이 약 17㎜, 폭이 12㎜, 높이가 약 36㎜, 수평부의 길이가 약 15㎜로 설정된다.
상기 실시예 17에 따른 안테나 장치에서는, 무급전 소자(21a~21d)가 돌출부로서 작용하고, 임피던스 특성을 광대역에 걸쳐 안정한 상태로 보지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 안테나 장치는 매우 광대역이며, 또한 소형, 저자세이기 때문에, UHF대에서의 지상파 디지털 방송의 중계 장치에 사용할 수 있는 것 외에, 예컨대, 800MHz, 1.5GHz, 1.9GHz, 2.0GHz의 전파를 이용하는 휴대전화의 중계 장치에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 안테나 장치는, 사용 주파수대에 맞춘 치수로 하는 것에 의해, 이동체 통신에서의 중계국이나 무선 LAN(2.4GHz대, 5GHz대), 또한 UWB(Ultra Wide Band) 등에 사용하여 큰 효과를 발휘할 수 있다. 이 경우, 방사 소자(16a~16d)의 하부에 형성되는 공간에 IC 등의 회로소자를 배치하는 것이 가능하기 때문에, 실장상 유리하다. 또한, GHz대 등의 높은 주파수대에서는, 안테나를 더 소형화할 수 있기 때문에, 모바일 기기에서도 사용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 안테나 장치는, 유전체나 세라믹에 도전제를 도포하여 제작하는 것도 가능하다.
또, 상기 실시예 14, 15, 16에서는 급전로(61B)를 나타내었지만, 상기 실시예 6 내지 실시예 9에서 나타낸 형상의 급전로를 이용하더라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서 나타낸 급전로(61, 61A, 61B, 61C)는, 외주면을 지수 함수 곡선이나 반타원 형상, 또는 그들에 근사시킨 형상으로 했지만, 급전 단자(동축 커넥터(12))측의 단부에 비하여 급전부(18c) 측의 단부가 폭이 넓은 형상이면, 그 밖의 형상이더라도 좋다.
예컨대, 도 91~92에 나타낸 바와 같이, 급전로를 원추 형상(측면에서 보아 삼각형상)이나 반구 형상(측면에서 보아 반원 형상), 확폭부와 수직부를 조합시킨 형상, 삼각추 형상, 사각추 형상 등으로 할 수도 있다. 또한, 급전로는, 급전 단자측의 단부에 비하여 급전부(18c) 측의 단부가 확폭된 형상으로 형성하지만, 예컨대, 하단으로부터 상단까지의 사이의 일부의 폭이 좁게 되어 있더라도 좋다.
상기 도 92(a), 92(b)에 나타낸 급전로를 이용한 경우, 3개 또는 4개의 방사 소자를 사용한다. 이 때 수평면 지향성의 대칭성이 좋은 것은, 도 92(a)의 삼각추 형상의 급전로를 이용한 경우는 3개의 방사 소자를 마련한 경우이며, 도 92(b)의 사각추 형상의 급전로를 이용한 경우는 4개의 방사 소자를 마련한 경우이다. 그 때, 방사 소자의 폭방향의 중점이, 도 92(a), 92(b)에 나타내는 급전로의 상단의 각(角) 또는 변의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 단, 방사 소자의 개수와 급전로의 각수는 반드시 일치시킬 필요는 없다.
즉, 본 발명은, 상기 각 실시예 그대로에 한정되는 것이 아니라, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있는 것이다. 또한, 상기 각 실시예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적당한 조합에 의해 여러가지의 발명을 형성할 수 있다. 예컨대, 각 실시예에 도시되는 전 구성 요소 중에서 몇 개의 구성 요소를 삭제할 수도 있다. 또한, 다른 실시예의 구성 요소를 적당히 조합해도 좋다.
본 발명에 따른 안테나 장치는, 휴대전화나 텔레비젼 방송 등의 지상파를 지 하상가 등의 불감지대에 재송신하는 중계용 안테나에 적합하다.

Claims (10)

  1. 도체판과,
    상기 도체판에 대향하여 배치되고, 상기 도체판에 부분적으로 단락되는 방사 소자와,
    상기 도체판에 마련되는 급전 단자와,
    상기 급전 단자와 상기 방사 소자의 급전부를 접속하는 급전로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 소자의 단락 개소와 상기 급전로를 연결하는 선로에 용량 결합되는 적어도 1개의 무급전 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 도체판과,
    상기 도체판에 대향하여 배치되고, 상기 도체판에 부분적으로 단락되는 방사 소자와,
    상기 도체판에 마련되는 급전 단자와,
    상기 급전 단자와 상기 방사 소자의 급전부를 접속하는 급전로
    를 구비하고,
    상기 급전로는, 상기 급전 단자측으로부터 상기 급전부측을 향하여 폭이 넓어지는 형상으로 하는
    것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 도체판과,
    상기 도체판에 대향하여 배치되고, 상기 도체판에 부분적으로 단락되는 방사 소자와,
    상기 도체판의 중앙부에 마련되는 급전 단자와,
    일단이 상기 급전 단자와 접속되고, 타단이 상기 방사 소자의 급전부와 용량 결합되는 급전로
    를 구비하고,
    상기 급전로는, 상기 급전 단자측으로부터 상기 급전부측을 향하여 폭이 넓어지는 형상으로 하는
    것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타단이 상기 급전부에 부분적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 소자는, 상기 급전부를 중심으로 하여 등간격으로 방사상으로 연장되는 복수의 선로에 의해 형성되고, 상기 복수의 선로 각각이 상기 도체판에 단락되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방사 소자는 상기 복수의 선로 각각의 인접하는 단부 사이를 접속하는 선로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체판은 상기 방사 소자의 단락 개소 근방에 정합부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 소자의 단락 개소는 상기 급전로를 중심으로 하는 원주 상에 등간격으로 마련되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 소자를 제 1 방사 소자로 하고, 상기 도체판과 상기 제 1 방사 소자 사이에, 상기 제 1 방사 소자보다 상기 도체판과의 대향 거리가 작은 제 2 방사 소자를 더 배치하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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