KR20090061585A - 안테나 장치 - Google Patents

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KR20090061585A
KR20090061585A KR1020080123857A KR20080123857A KR20090061585A KR 20090061585 A KR20090061585 A KR 20090061585A KR 1020080123857 A KR1020080123857 A KR 1020080123857A KR 20080123857 A KR20080123857 A KR 20080123857A KR 20090061585 A KR20090061585 A KR 20090061585A
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antenna
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ground
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마사히로 요시오까
마사또 기꾸찌
šœ스께 모찌즈끼
료스께 아라끼
마사끼 한다
다까시 나까니시
히로또 기무라
세이지 와다
히로시 이찌끼
데쯔지로 곤도
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소니 가부시끼 가이샤
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
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Abstract

평면 안테나 장치는, 유전체층과, 상기 유전체층을 수직 방향으로 샌드위칭하는 2매의 도체층을 포함하는 기판 위에 실장된다. 상측의 도체층은, 선단 부분이 비아를 통해 하측의 도체층에 의해 형성되는 그라운드에 접지되는 제1 방사 소자와, 선단 부분이 개방된 제2 방사 소자와, 상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자의 각 근원 부분에 저항을 통해서 접속되는 제1 그라운드 도체 및 제2 그라운드 도체와, 상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자에 전력을 공급하는 급전선을 포함한다.
급전선, 도체, 저항, 방사 소자, 방사 소자,그라운드에의 비아, 유전체

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}
관련 출원의 상호 참조
본 발명은 2007년 12월 11일자로 일본 특허청에 제출된 일본 특허 출원 JP 2007-319568과 관련된 기술 내용을 포함하며, 그 전체 내용은 본 명에서에 참조된다.
본 발명은, 무선 신호의 송수신에 이용되는 안테나 장치에 관한 것으로, 특히, 절연성 물질을 개재물로서 방사 도체와 그라운드 도체를 대향해서 배치한다고 하는 단순한 평면 도체의 조합으로 이루어지는 안테나 장치에 관한 것이다.
더 상세히 설명하면, 본 발명은, 예를 들면 도체, 유전체, 도체의 다층 구조로 이루어지는 일반적인 프린트 기판 재료 등 위에서 실장 가능한 평면 구조의 안테나 장치에 관한 것으로, 특히, 방사 도체의 면적을 삭감하고 또한 광대역 특성을 나타내는 평면 구조의 안테나 장치에 관한 것이다.
전파 통신 방식을 이용한 무선 통신에서는, 공중선(안테나)에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 방사 전계를 이용해서 신호를 전파시키는 것이다. 안테나에는 다양한 형식이 있다. 광대역 특성을 갖는 안테나는, UWB(Ultra Wide Band)와 같은 초 광대역의 주파수 대역을 통해 신호들을 확산시킴으로써 신호들을 송수신하는 통신에 이용할 수 있다. 또한, 소형의 안테나는, 무선 기기의 소형 경량화에 공헌한다.
특히 박형의 요구에 따른 안테나 구성으로서, 절연성 물질을 개재물로서 방사 도체와 그라운드 도체판을 대향해서 배치함으로써 구성한 안테나 장치, 즉 마이크로스트립 패치 안테나(이하, 간단히 "패치 안테나"라고 약기함)를 들 수 있다. 방사 도체의 형상은, 특별히 정해지지는 않았지만, 대체로 사각형 혹은 원형이 이용되고 있다. 방사 도체와 그라운드 도체판 사이에 개재시키는 절연성 물질의 두께는 대략, 무선 주파수의 파장의 1/10 이하로 된다. 따라서, 상기 패치 안테나는 매우 박형으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 패치 안테나는, 양면 동박의 절연성 물질 기판을 에칭 가공해서 제조할 수 있는 등, 비교적으로 간단히 제조할 수 있다. 즉, 상기 패치 안테나는 제조가 비교적으로 용이하다.
예를 들면, 방사 도체와 그라운드 도체를 도통하는 단락 도체판을 원하는 다른 모드의 여진을 억제하는 위치에 적절히 배설해서 대역단(end of a band)에서의 방사 패턴의 흐트러짐을 억제함과 함께, 방사 도체판과 그라운드 도체판과의 간극을 자성체층과 공층(air layer)을 교대로 사이에 배치한 복층 구조로서 비유전률이 1 이상의 자성체의 적용을 가능하게 하고, 광대역 폭에서 단일 지향성을 갖는 자성체 마이크로스트립 패치 안테나에 대해서 제안이 이루어져 있다(예를 들면, US 특허 출원 제2005/253756호 참조).
통상의 프린트 기판은, 얇은 유전체판을 상하 2매의 도체판으로 사이에 배치 한 구조를 하고 있지만, 하측의 도체판을 그라운드(GND)로서 사용함과 함께 상측의 도체판을 사각형 또는 원형으로 형성하고, 상측의 도체판에 급전하는 구조를 취함으로써, 패치 안테나를 구성할 수 있어, 회로 기판과의 일체화가 용이하다.
도 10 및 도 11에는, 프린트 기판 위에 형성된 패치 안테나의 대표적인 구성예를 도시하고 있다(단, 도 10은 패치 안테나를 측면에서 본 단면도이며, 도 11은 비스듬하게 위쪽으로부터 바라본 도면임). 프린트 기판의 도체층에는 예를 들면 동이나 은 등이 이용되고, 유전체층에는 예를 들면 글래스 에폭시 수지나 Teflon(등록상표) 등이 이용된다. 도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이 도체층에 유전체층을 사이에 배치한 기판 구성에서는 양면 기판이 사용된다. 대안적으로, 다층 기판(도체, 유전체, 도체, 유전체 등)을 이용할 수도 있다.
도면에 도시한 바와 같이, 패치 안테나는, 불평형 급전형의 평면 안테나라고 할 수 있고, 통상은 상측의 도체판으로 이루어지는 안테나(방사 소자)를 공진기로서 파악해서 설계된다. 또한, 도체판의 엔드 에지(end edge)를 따라 흐르는 전류는 유전체를 사이에 배치한 평행 전송 선로의 전류와 동일하다고 생각되기 때문에, 유전체의 비유전률에 따른 파장 단축 효과가 있다. 만약, 방사 소자의 길이 L과 방사 소자의 폭 W가 동일하다고 하면, 패치 안테나는 다음 수학식 1로 설계된다.
Figure 112008084306485-PAT00001
여기에서, εeff는 유전체 기판의 실효 유전율이며, λg는 실효 파장이다. 실효 유전율 εeff는, 유전체 기반의 유전율 및 두께 h와, 안테나의 폭 W(=안테나의 길이 L)의 값으로부터 결정할 수 있다. 상기 수학식 1로부터, 안테나(방사 소자)의 길이나 폭을 실효 파장 λg의 반으로 저감함으로써 공진시키면, 공진 주파수의 전파가 방사된다는 것을 알 수 있다. 또한, W×L의 방사 소자의 중심으로부터 오프셋한 위치에 급전점을 배설함으로써, 임피던스의 정합을 취할 수 있다.
유전체 기판의 실효 유전율 εeff는, 기판의 유전율과 두께 h와 방사 소자의 폭 W의 값으로부터 결정할 수 있다. 따라서, 유전체 기판의 유전율을 크게 함으로써, 파장단축 효과에 의해 패치 안테나를 소형화할 수 있다.
그러나, 유전율에는 한계가 있다. 실제적으로, 패치 안테나는 실질적으로는 W×L의 점유 면적이 프린트 기판상에 필요해진다. 이는, 패치 안테나의 경우, W를 크게 채용함으로써 안테나의 임피던스를 저하시켜서 광대역화를 도모하기 때문이다. 그러므로, 안테나의 영역은 증가된다.
또한, 유전체 다층 기판 위에서 안테나 배면에 그라운드를 갖는 평면 패치 안테나는, 일반적으로 협대역으로 된다(방사 소자를 이루는 도체판의 엔드 에지를 따라 흐르는 전류는, 유전체층을 사이에 배치한 평행 전송 선로의 전류와 동일하다고 생각된다. 또한, 전류의 파장은 유전체의 비유전률에 지배된다. 즉, 송수신 가능의 전파 주파수 대역이, 그 유전 물질의 소정의 유전율에 지배되는 좁은 범위의 것에 한정됨). 패치 안테나에서 방사할 수 있는 주파수 성분은, 상기 수학식 1로 나타낸 실효 파장 λg로부터 하기 수학식 2에 의해 결정되는 주파수 f와 그 고조파 성분을 포함한다. 주파수 성분이 광대역을 나타내는 것은 아니다.
Figure 112008084306485-PAT00002
종래의 무선 통신 기술의 대부분은 먼 곳과 통신하는 것을 전제로 하고 있었기 때문에, 안테나는 원방계(far field)의 동작만을 고려하면 충분했다. 그런데, 최근에는 지근 거리 통신이 전제로 되는 경우도 많아졌다. 따라서, 통신 거리가 파장 이하로 되는 안테나의 근방계(near field)에서의 현상을 파악할 필요가 있다.
이제, 최근의 통신 시스템을 협대역 통신과 광대역 통신으로 나누는 것으로 가정한다. 패치 안테나는, 일반적으로 협대역화하기 쉽기 때문에, 동작 가능 대역이 광대역일 필요한 있는 PAN(Personal Area Network) 시스템 등에는 부적합한 것으로 되어 있다. 설계 파라미터에도 따르지만, VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 2 이하의 대역폭은, 대략 수 %의 오더로 된다. 이러한 결점 때문에, 패치 안테나는 광대역 통신에서는 상용할 수 없다.
유전체 다층 기판 위에서 안테나 배면에 그라운드를 가지면, 안테나 대역은 협대역으로 된다. 따라서, 종래의 패치 안테나에서 광대역성을 확보하기 위해서는, 그라운드를 안테나 배면에 갖지 않는 구조가 일반적으로 채용된다. 그러나, 이와 같은 경우, 전자 기기의 하우징의 구조는 설계가 복잡화한다.
본 발명의 목적은, 도체, 유전체, 도체의 다층 구조로 이루어지는 일반적인 프린트 기판 재료 위에 실장 가능한, 평면 구조의 우수한 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 방사 도체의 면적을 삭감하고 또한 광대역 특성을 나타낼 수 있는, 평면 구조의 우수한 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 상기 과제를 참작해서 이루어졌다. 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 안테나 장치는, 유전체층과 상기 유전체층을 수직 방향으로 샌드위칭하는 2매의 도체층을 포함하는 기판 위에 실장된다. 상측의 도체층은 비아 홀을 통해서 하측의 도체층에 의해 형성되는 그라운드에 접지된 선단 부분을 갖는 제1 방사 소자와, 개방된 선단 부분을 갖는 제2 방사 소자와, 상기 제1 및 제2 방사 소자를 각각 근원 부분(base portion)에서 저항을 통해서 접속하는 제1 및 제2 그라운드 도체와, 상기 제1 및 제2 방사 소자로 급전하는 급전선을 포함한다. 단, 상기 제1 및 제2 방사 소자는, 급전선의 임피던스를 고려한 적당한 저항값으로 이루어지는 저항을 통해서 상기 급전선에 접속되는 것으로 한다.
박형의 안테나에 대한 요구를 충족하는 안테나 장치로서, 패치 안테나가 알려져 있다. 얇은 유전체판이 2매의 도체판에 의해 수직 방향으로 샌드위칭된 구조를 갖는 통상의 프린트 기판에서, 하측의 도체판이 그라운드로서 사용되는 경우와, 상측의 도체판에 에칭 등의 가공을 실시해서 방사 소자가 형성되는 경우, 패치 안테나가 제작될 수 있다.
그러나, 패치 안테나는 그 실효 파장 λg가 방사 도체의 폭 W 및 길이 L론 하는 도체 사이즈로 결정된다. 따라서, 패치 안테나는, 일반적으로 협대역화하기 쉽고, 광대역 통신에는 부적합한 것으로 되어 있다. 또한, 최근에는 지근 거리 통신을 행할 기회가 증가하고 있다. 그러므로, 통신 거리가 파장 이하로 되는 안테나의 근방계에서의 현상을 파악할 필요가 있다.
이에 대하여, 본 발명에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나와 마찬가지로 유전체층과 이 유전체층을 수직방향으로 샌드위칭하는 2매의 도체층으로 구성되지만, 하측의 도체층을 그라운드로서 사용하는 한편, 상측의 도체층에서는, 오픈단과 그라운드단으로 기능하며 하는 주파수 변화에 따라서 반대의 동작을 각각 행하는 제1 및 제2 방사 소자가 형성되어 있다.
안테나를 전송 선로로서 파악하면, 광대역화를 도모하기 위해서는, 전력 전송이라고 하는 관점으로부터는, 광대역에 걸쳐 임피던스 정합을 취하고, 반사를 방지할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 경우, 제1 및 제2 방사 소자는 LC(inductance-capacitance) 회로를 구성하기 때문에, 임피던스 변환기로서 적용할 수 있다. 오픈단으로서 기능하는 제1 방사 소자만을 포함하는 구성에서는, 사용 대역의 변화가 임피던스의 변화를 야기한다. 그 결과, 임피던스 부정합이 발생된다. 이에 대하여, 제1 방사 소자가 그라운드단으로서 기능하는 제2 방사 소자와 조합되는 경우, 임피던스의 변화가 상쇄된다. 따라서, 광대역에 걸쳐 임피던스 정합을 유지하는 효과가 기대된다.
여기에서, 제1 및 제2 방사 소자가 LC 공진 회로로서 동작하기 위한 일반적인 길이 L은, 실효 파장 λg의 4분의 1이다. 또한, 제1 및 제2 방사 소자의 폭 W는, 방사 소자가 LC 회로로서 임피던스 정합을 실현할 때의 선로 폭 이상이면 충분하다.
일반적인 안테나는, 방사 소자로 임피던스 정합을 취하면 광대역에서 동작하기가 어렵다. 또한, 종래의 패치 안테나는, 방사 소자의 선로 폭 W를 크게 취하고 방사 소자에서의 임피던스를 저하시킴으로써 광대역화를 실현한다. 그러므로, 안테나의 면적이 증대된다. 이에 대하여, 본 발명에 따른 평면 안테나는, 각각 오픈단과 그라운드단으로서 기능하고 주파수 변화에 응답하여 서로 반대의 동작을 행하는 2개의 방사 소자가 조합되어 LC 회로를 구성한다. 또한, 이렇게 구성되는 LC 회로의 임피던스 Ztrans에 의해 임피던스가 정합하도록 선로 폭 W가 결정된다. 즉, 안테나의 광대역화를 위해서 방사 소자의 선로 폭 W를 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 평면 안테나는 방사 도체의 면적을 삭감하고 또한 광대역 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 도체, 유전체, 도체의 다층 구조로 이루어지는 일반적인 프린트 기판 재료 등 위에서 실장 가능하게 되는, 평면 구조의 우수한 안테나 장치 를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 방사 도체의 면적을 삭감하고 또한 광대역 특성을 나타낼 수 있는, 평면 구조의 우수한 안테나 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 장치는, 프린트 기판 재료 위에 실장되는 평면 안테나이다. 안테나 장치는, 각각이 전송 대역의 최저 주파수로 결정되는 파장의 4분의 1 보다도 짧은 길이로 이루어지는 2개의 방사 소자를 포함한다. 그러므로, 실효 파장 λg로 정해지는 W×L의 사이즈를 갖는 종래의 패치 안테나에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서는 안테나에 의해 점유되는 면적이 삭감될 수 있다.
여기에서, 한쪽의 방사 소자의 선단은 접지되고, 다른 쪽의 방사 소자의 선단은 개방되어 있다. 만약, 각 방사 소자의 폭을 급전하는 선로 폭의 2분의 1보다도 좁게 설정되는 경우, 안테나 점유 면적 축소의 효과를 더욱 높일 수 있다.
만약, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치가 무선 통신 장치에 사용되는 경우, 무선 통신 장치는 근접 거리에서의 광대역 통신을 수행하도록 요구되는 최근의 통신 시스템에서, 고속 및 대용량의 통신을 수행하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적, 특징이나 이점은, 후술하는 본 발명의 실시 형태나 첨부하는 도면에 기초하는 보다 상세한 설명에 의해 밝혀질 것이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 자세히 해석한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 안테나 장치를 위로부터 바라 본 모습을 나타내고 있다. 도면에 도시된 안테나 장치는, 2개의 방사 소자(307 및 308)와, 한 쪽의 방사 도체(308)의 선단을 하층의 그라운드(도시 생략)에 접지하는 비아홀(309)과, 각 방사 소자(307 및 308)를 그 근원 부분에서 저항(306 및 305)을 통해서 각각 접속하는 그라운드 도체(303 및 302)와, 각 방사 소자(307 및 308)에 급전하는 급전선(301)으로 구성된다. 이 안테나 장치는, 패치 안테나와 마찬가지로, 2매의 도체층에 의해 수직 방향으로 샌드위칭되는 얇은 유전체층을 포함하는 프린트 기판 위에 실장할 수 있는 평면 안테나이다. 도체층에는 예를 들면 구리나 은 등이 이용되고, 유전체층에는 예를 들면 글래스 에폭시 수지나 Teflon(등록상표) 등이 이용된다. 또한, 급전선(301)은, 예를 들면, 마이크로스트립 라인, 코플러너(coplanar) 라인 또는 동축 케이블 등이다.
도 2에는, 전송 선로를 추상화해서 나타내고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 전송 선로는, 신호원 Vcc와 부하 임피던스 Z로 이루어진다. 신호 전류 I는 임피던스 Z를 통해서 그라운드에 유입된다. 그리고, 부하 임피던스 Z를 신호원의 임피던스 Zcc와 동일하게 함으로써, 이상적인 전력 전송이 실현되는 것이 알려져 있다. 안테나를 1개의 전송 선로로서 파악하면, 부하 임피던스는 진공의 임피던스(120π[Ω])로 간주된다.
도 1에 도시한 평면 안테나의 경우, 한 쪽의 방사 소자(307)는 개방단으로 되는 스터브(stub)로 이루어지고, 하측의 그라운드 도체와의 사이에서 캐패시턴스 C로서 동작한다고 생각된다. 한편, 다른 쪽의 방사 소자(308)는 그라운드단으로 되는 스터브로 이루어지고, 인덕턴스 L로서 동작한다고 생각된다. 각 방사 소자(307 및 308)에 발생하는 전압파의 모습을, 도 3에 나타내 둔다. 즉, 도 1에 도시한 평면 안테나의 등가 회로는 도 4에 도시하는 바와 같이 되어, 2개의 방사 소자(307 및 308)는 LC 공진 회로를 구성하게 된다.
여기에서, 이 LC 회로로서 간주할 수 있는 안테나의 임피던스를 Ztrans로 해두면, 도 1에 도시한 평면 안테나는, 도 5에 도시하는 바와 같은 전송 선로로서 파악할 수 있다. 단, Zline는 코플러너 라인 등으로 이루어지는 급전선(301)의 임피던스(=50[Ω])이며, ZL은 진공의 임피던스(=120π[Ω])인 것으로 한다.
도 5에 나타낸 전송 선로에서는, 전력 전송이라고 하는 관점으로부터는, 광대역에 걸쳐 임피던스 정합을 취하고, 반사를 방지할 필요가 있다. 2개의 방사 소자(307 및 308)는 LC 회로를 구성하기 때문에, 임피던스 변환기로서 적용할 수 있다. 즉, 하기 수학식 3이 성립한다.
Figure 112008084306485-PAT00003
상기 수학식 3에서, Zline=50[Ω], 및 ZL=120π[Ω]을 대입하면, 이하에 나타내는 바와 같이, 안테나의 임피던스 Ztrans는, 광대역에서 거의 137[Ω]로 되는 것이 바람직하게 된다.
Figure 112008084306485-PAT00004
2개의 방사 소자(307 및 308)는 임피던스 변환기를 구성한다. 다시 도 1을 참조하면, 한 쪽의 방사 소자(307)는 오픈단으로서 기능한다. 방사 소자(307)만을 포함하는 구성에서는, 사용 대역의 변화가 임피던스 변화를 야기한다. 한편, 방사 소자(307)가 그라운드단으로 되는 방사 소자(308)와 조합되면, 주파수의 변화에 응답하여 방사 소자(307)와 반대의 동작을 하는 방사 소자(308)의 동작으로 인해 임피던스의 변화가 상쇄된다. 따라서, 광대역광대역테나의 임피던스 Ztrans를 거의 일정하게 유지하는 효과가 기대된다.
2개의 방사 소자(307 및 308)가 LC 공진 회로로서 동작하기 위한 일반적인 길이 L은, 실효 파장 λg의 4분의 1이다. 또한, 2개의 방사 소자(307 및 308)의 폭 W는, LC 공진 회로로서의 임피던스 Ztrans가 거의 137[Ω]로 되는 선로 폭 w137로 하면 된다.
일반적인 안테나는, 임피던스 정합이 Ztrans에서 이루어진다. 따라서,일반적인 안테나는 광대역으로 동작하기에 부적합하다. 또한, 종래의 패치 안테나(도 10 및 도 11을 참조)는, 방사 소자의 선로 폭 W를 크게 취함으로써, 임피던스 Ztrans를 저하시키고, 이에 의해 광대역화를 실현할 수 있다. 그러나, 이 구성은 패치 안테나의 대면적화를 초래한다. 이에 대하여, 본 발명의 실시예에 따른 평면 안테나 는, 오픈단과 그라운드단이라고 하는 주파수 변화에 대하여 반대의 동작을 행하는 2개의 방사 소자(307 및 308)를 조합되어, LC 회로를 형성한다. 이처럼 형성된 LC 회로의 임피던스 Ztrans에서 임피던스가 정합되도록 선로 폭 W이 결정된다. 즉, 광대역화를 도모하기 위해서 방사 소자의 선로 폭 W를 크게 할 필요가 없다. 바꿔 말하면, 평면 안테나는 방사 도체의 면적을 삭감하고 또한 광대역 특성을 나타낼 수 있는 것이다.
도 1에 도시한 평면 안테나의 각 부의 치수를 도 6을 참조하여, 상기에 부가하여 이하 구체적으로 설명한다.
그라운드단으로 되는 방사 소자(308)의 길이 L1 및 폭 W9를, 오픈단으로 되는 방사 소자(307)의 길이 L2 및 폭 W7과 각각 동일한 값으로 한다. 그리고, 2개의 방사 소자(307 및 308)를 w5의 폭만큼 이격해서 배치하고, 각각 저항(305 및 306)을 통해서 급전선(301)에 접속하도록 한다.
방사 소자(307 및 308)의 길이 L1, L2(=L)는, 하기 수학식 5로 되도록 선택한다.
Figure 112008084306485-PAT00005
λg/4는, 전송하고자 하는 주파수의 최저 주파수로 한다.
또한, 방사 소자(307 및 308)의 폭 W7, W9(=W)는, 하기 수학식 6으로 되도록 선택하면 된다.
Figure 112008084306485-PAT00006
상기 수학식 6에서, w137은, 평면 안테나가 전송 선로로서 임피던스 정합이 취해진 상태인, 안테나의 임피던스 Ztrans의 값이 (전술한 바와 같이) 약 137[Ω]로 될 때의 선로 폭이다.
따라서, 도 1에 도시한 평면 안테나에 따르면, 방사 소자의 면적은 최대로 w5×L1이다. 이 값은 도 10 및 도 11에 도시한 종래의 패치 안테나에서의 방사 소자의 면적 W×L보다도 충분히 작은 값인 것을 이해하기 바란다.
도 7에는, 도 1에 도시한 평면 안테나에서의 전파의 방사의 방법을 시뮤레이션한 결과를 나타내고 있다. 단, 유전체(310)의 표면상에서, 방사 소자(307)를 따른 급전 방향으로 y축을, 그 수직 방향으로 x축을 설정함과 함께, 해당 표면의 상방을 향하는 법선 방향으로 z축을 설정했다.
도 7로부터, 도 1에 도시한 평면 안테나는, 방사 방향이 방사 소자로의 입사 방향에 대하여 역 방향이고, 입사 방향에 대하여 후방의 지향성이 있는 것을 알 숭 있다.
또한, 도 8에는, 도 1에 도시한 평면 안테나의 통과 특성 S21을 나타내고 있다. 통과 특성은, (주지된 바와 같이) 2개의 안테나를 배치해서 그 동안을 얼마만큼의 전력이 통과하는지를 나타내는 양이다.
도 8에 도시된 그래프로부터, 해당 평면 안테나는, 7GHz부터 8GHz, 9.5GHz부터 12GHz, 및, 16GHz부터 20GHz로 전송이 가능해서 매우 광대역한 특성을 갖는 것을 알았다. 통상의 패치 안테나의 비대역폭(fractional bandwidth)이 10% 정도다. 대조적으로, 도 1에 도시한 평면 안테나는 7GHz부터 8GHz, 9.5GHz부터 12GHz, 16GHz부터 20GHz의 대역에서 각각 13%, 23%, 22%의 비대역폭을 가진다. 따라서, 평면 안테나는 매우 광대역이라고 말할 수 있다.
또한, 도 8에는, 지향성의 방향(즉 -y의 방향)에 안테나를 배치한 경우와, 지향성의 방향으로부터 어긋나게 한 배치(즉 -y의 방향이고 또한 z방향으로 오프셋을 부여한 곳)의 경우 각각의 특성을 나타내고 있다. 예를 들면, 10GHz의 부근에서, 지향성의 방향의 경우와 지향성의 방향이 아닌 경우에서 값에 차가 있는 것을 알았다. 이 결과로부터도, 지향성의 방향이 있는 것과, 지향성이 통과 특성에 영향을 갖는 것을 알았다.
또한, 도 9a에는, 도 1에 도시한 평면 안테나의 안테나 배치도를 나타내고, 도 9b는 도 9a에 도시한 안테나 배치에서의 평면 안테나의 지향성의 그래프를 나타낸다.
도 9a에 도시된 x'-y'축으로 구성되고, 또한, z'축이 수선인 면(안테나 배치도 참조)에서, +x'를 0으로 했을 때에 Phi의 방향으로 회전하고, +y'가 90도, -x'가 180도, -y'이 270도로 한다. 도 9의 좌측의 지향성 그래프를 보면, 매인 로브가 185도에 있고, 반값각(half-value angle)(angular width 3dB)이 85도에 있는 것을 안다.
첨부된 청구항 및 그 균등물이 본 발명의 범주에 포함되는 한, 디자인 요인 및 다른 요인에 따라, 다양한 변경, 조합, 하위-조합 및 대체가 이루어질 수 있음이 당업자에게는 이해될 것이다.
도 1은 정전계 혹은 유도 전계에 의한 전계 결합을 이용한 비접촉 통신 시스템의 구성예를 도시한 도면.
도 2는 전송 선로를 추상화해서 도시한 도면.
도 3은 각 방사 소자(307 및 308)에 발생하는 전압파의 모습을 나타낸 도면.
도 4는 도 1에 도시한 평면 안테나의 등가 회로를 도시한 도면.
도 5는 도 1에 도시한 평면 안테나를 전송 선로로서 파악한 도면.
도 6은 도 1에 도시한 평면 안테나의 각 부에 치수를 부여한 도면.
도 7은 도 1에 도시한 평면 안테나에서의 전파의 방사의 방법을 시뮤레이션한 결과를 나타낸 도면.
도 8은 도 1에 도시한 평면 안테나의 통과 특성(transmission characteristic)을 나타낸 도면.
도 9a 및 도 9b는 도 1에 나타낸 평면 안테나의 지향성의 그래프를 나타낸 도면.
도 10은 프린트 기판 위에 형성된 패치 안테나의 대표적인 구성예(종래 기술)를 도시한 도면.
도 11은 프린트 기판 위에 형성된 패치 안테나의 대표적인 구성예(종래 기술)를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
301: 급전선
302, 303: 도체(그라운드)
305, 306: 저항
307: 방사 소자(오픈단)
308: 방사 소자(그라운드단)
309: 그라운드에의 비아
310: 유전체(기판)

Claims (3)

  1. 유전체층과, 상기 유전체층을 수직 방향으로 샌드위칭하는 2매의 도체층을 포함하는 기판 위에 실장된 평면형의 안테나 장치로서,
    상측의 도체층은,
    선단 부분이 비아홀을 통해 하측의 도체층에 의해 형성되는 그라운드에 접지되는 제1 방사 소자와,
    선단 부분이 개방된 제2 방사 소자와,
    상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자의 각 근원 부분(base portion)에 저항을 통해서 접속되는 제1 그라운드 도체 및 제2 그라운드 도체와,
    상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자에 급전하는 급전선
    을 포함하는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자 각각의 길이 L이 실효 파장 λg의 4분의 1 미만이고,
    상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자 각각의 선로 폭 W이, 상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자에 의해 형성되는 LC 공진 회로(inductance-capacitance resonance circuit)의 임피던스가 거의 137[Ω]인 선로 폭 w137 이상인 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자는, 각각이 상기 급전선의 임피던스를 고려한 적당한 저항값을 갖는 저항들을 통해서 상기 급전선에 접속되는 안테나 장치.
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