KR20090063139A

KR20090063139A - 안테나, 통신 장치 및 안테나 제조 방법

Info

Publication number: KR20090063139A
Application number: KR1020080125944A
Authority: KR
Inventors: 다까노리 와시로
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2009-06-17
Also published as: CN101459280A; EP2071664A1; JP2009147556A; US8599092B2; US20090231227A1

Abstract

안테나는, 코일의 일단이 그라운드에 대하여 단락되거나 또는 개방되고, 코일의 타단에 고주파 신호가 인가되었을 때 전류 정재파가 발생하도록 형성된 코일을 포함한다. 코일은, 고주파 신호에 대응하는 주파수를 갖는 자계 정재파를 발생시킴으로써, 상기 주파수를 갖는 전자파를 검출 또는 방사한다.

자류 안테나, 노이즈, 콘덴서, 매칭 회로, 인공 위성, 전류 안테나, 다이폴 안테나, 임피던스

Description

안테나, 통신 장치 및 안테나 제조 방법{ANTENNA, COMMUNICATION DEVICE, ANTENNA MANUFACTURING METHOD}

관련 기술에 따른 안테나

관련 기술에 따른 안테나에 대해서 설명하기 위해서, 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나가 적용되는 통신 시스템의 일례로서, GPS(Global Positioning System)를 예로 들어 이하에서는 설명한다. 그러나, 이 예는, 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 적용처를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나는, 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 적용예인 GPS에 대해서 설명하는 설명도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, GPS에서는, 인공 위성(10)이 신호(전자파)를 송 신한다. 전자파는, 원방계(far field)에서는 전계 E와 자계 H의 파로서 간주할 수 있다. 한편, 안테나는, 수신 원리에 기초하여, 전계 E를 검출하는 전류 안테나(11)(예를 들면, 다이폴 안테나 등)와, 자계 H를 검출하는 자류 안테나(12)(예를 들면, 매우 작은 루프 안테나 등)로 대략 분류된다.

전류 안테나(11)는, 전자파의 전계 E를 수신함과 함께, 그 전류 안테나(11) 자신이 조립되는 통신 장치의 내부 회로(13)로부터의 전기 노이즈 N도 수신하게 된다. 한편, 자류 안테나(12)는, 전자파의 자계 H를 수신하지만, 전기 노이즈 N은 수신하기 어렵다.

이 이유에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 전기 노이즈 N은, 내부 회로(13)를 흐르는 전류에 기인한다. 따라서, 전기 노이즈 N은 주로 전계 노이즈이며, 자류 노이즈는 적게 포함한다.

한편, 전류 안테나(11)가 발생하는 전자계를, 미소한 전기 다이폴로서 근사하면, 이 전자계는, 하기 수학식 1a 내지 수학식 1c로 표현된다.

또한, 수학식 1a 내지 수학식 1c에서, r은 다이폴로부터의 거리, θ는 다이폴의 축 방향으로부터의 각도, φ는 다이폴의 축을 중심으로 한 회전각, ε는 유전율, l은 다이폴의 길이, Q는 전류 다이폴의 전하의 진폭, ω는 각 주파수, k는 파수(wave number)를 각각 나타낸다.

또한, 전계 E_r은 다이폴로부터 발생되는 종파(longitudinal wave)의 전계를 나타내고 , 전계 E_θ는 다이폴로부터 발생되는 횡파(transverse wave)의 전계를 나 타내며, 자계 H_φ는 다이폴 주위에서 발생하는 횡파의 자계를 각각 나타낸다.

수학식 1a 내지 수학식 1c가 표현하는 바와 같이, 전계 E_r 및 전계 E_θ는 거리 r의 3승에 의해 감쇠하는 항을 갖지만, 자계 H_φ는 거리 r의 3승에 의해 감쇠하는 항을 갖지 않는다. 미소한 전기 다이폴이 발생하는 전자계는, 그대로 미소한 전기 다이폴의 전자파의 수신 감도(reception sensitivity)를 나타낸다고도 생각된다. 따라서, 수학식 1a 내지 수학식 1c로부터는, 전류 안테나(11)는, 전계 E_r 및 전계 E_θ에 대하여 근방계(near field)에서의 수신 감도가 높고, 자계 H_φ에 대해서는 근방계에서의 수신 감도가 낮은 것을 알 수 있다.

마찬가지로, 자류 안테나(12)가 발생하는 전자계를 미소한 자기 다이폴로서 근사하면, 이 전자계는 하기 수학식 2a 내지 수학식 2c로 표현된다.

또한, 수학식 2a 내지 수학식 2c에서, r은 다이폴로부터의 거리, θ는 다이폴의 축(코일축) 방향으로부터의 각도, φ는 다이폴의 축을 중심으로 한 회전 각, μ는 투자율(permeability), S는 코일의 단면적, I는 코일에 흐르는 전류, ω는 각 주파수, k는 파수를 나타냄을 주지하자.

또한, 자계 H_r은 다이폴로부터 발생되는 종파의 자계를 나타내고, 자계 H_θ는 다이폴로부터 발생되는 횡파의 자계를 나타내며, 전계 E_φ는 다이폴 주위에서 발생하는 횡파의 전계를 나타낸다.

수학식 2a 내지 수학식 2c가 표현하는 바와 같이, 자계 H_r 및 자계 H_θ는, 거리 r의 3승에 의해 감쇠하는 항을 갖지만, 전계 E_φ는 거리 r의 3승에 의해 감쇠하는 항을 갖지 않는다. 미소한 전기 다이폴이 발생하는 전자계는, 그대로 미소한 전기 다이폴의 전자파의 수신 감도를 나타낸다고도 생각된다. 따라서, 수학식 2a 내지 수학식 2c로부터는, 자류 안테나(12)는, 자계 H_r 및 자계 H_θ에 대하여 근방계에서의 수신 감도가 높고, 전계 E_φ에 대해서는 근방계에서의 수신 감도가 낮은 것을 알 수 있다.

이상의 미소한 다이폴에 의한 근사(approximation)에서 알 수 있는 바와 같이, 자류 안테나(12)는, 전류 안테나(11)에 비해서 전계에 대한 근방계에서의 수신 감도가 낮다. 따라서, 자류 안테나(12)는, 원방계의 전파를 수신하지만, 근방계의 전기 노이즈(전계)에 대해서는 감도가 낮은 것이 예상된다.

그러나, 자류 안테나(12)의 일례인 매우 작은 루프 안테나에서는, 방사 소자가 파장에 비해서 매우 작고, 입력 저항에 대한 방사 저항의 비율이 낮다. 따라서, 매우 작은 루프 안테나의 안테나계 전체의 효율은 낮다.

그래서, 자류를 이용함으로써 전기 노이즈의 영향을 감소시키면서, 통상의 전류 다이폴 안테나와 마찬가지로, 반파장의 방사 소자를 갖는 자류 안테나를 제조할 수 있으면, 이득을 높여서 안테나계 전체의 효율을 높일 수 있다. 통상의 전류 다이폴 안테나에서는, "전류를 만드는 전하(전자)"와 "전류가 흐르는 전기 도체"가 실재하는 사실을 이용하여, 전계나 전류의 파장을 결정하고, 이러한 파장을 기초로 방사 소자가 형성된다. 그러나, "전류를 만드는 전하(전자)"에 상당하는 "자류를 만드는 자하(magnetic charge)"는 물리적으로 실재하지는 않으며(적어도 알려져 있지 않음), 또한, "전류가 흐르는 전기 도체"에 상당하는 "자류가 흐르는 자기 도 체"도 물리적으로는 실재하지 않는다. 따라서, 어떠한 물질로 방사 소자를 형성하고, 어떻게 파장을 결정하면 되는지가 불분명하다.

본 발명자들은, 상기 관련 기술에 따른 안테나가 갖는 문제점등을 해명하여, 상기한 바와 같은 특성이 얻어지는 안테나에 대해서 힘든 연구를 행했다. 그 결과, 본 발명자들은 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나에 상도했다. 다음으로, 본 발명자들이 힘든 연구를 행하여 완성시킨 안테나에 대해서 설명한다.

본 발명의 각 실시예에 따른 안테나

우선, 도 2a 및 도 2b를 참조하면서, 상술한 바와 같이 "자류를 만드는 자하"나 "자류가 흐르는 자기 도체"가 실재하지 않는다라는 사실에 대해서, 본 발명자들이 행한 연구의 결과에 대해서 설명한다.

도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 사용하는 변위 자류에 대해서 각각 설명하는 설명도이다.

도 2a에 도시하는 바와 같이, 컨덴서(21)에 교류 전원(22)으로부터 교류 전압을 인가하면, 교류 전류가 흐fms다 그러나, 실제로는 컨덴서(21) 전극간에 전하의 주고 받음은 발생하지 않는다. 그래서, 교류 전류에 대해서 설명하기 위해서, 컨덴서(21)의 전극간에는, 변위 전류 I_E가 흐른다고 가정할 수 있다. 단, 실제로 전하가 이동하고 있지는 않으며, 변위 전류 I_E는 전계 D_n 및 전극의 면적 S로부터 하기 수학식 3과 같이 정의된다.

한편, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 코일(23)에 교류 전원(22)으로부터 교류 전압을 인가하면, 교류 전류가 흐르고, 코일(23)에는 자계가 발생해서, 자류가 흐른다고 가정할 수 있다. 그래서, 상기 변위 전류 I_E와 유사한 방식으로 자류를 설명하기 위해서, 코일(23)의 내부에는 변위 자류 I_H가 흐른다고 가정한다. 그리고, 자장 B_n을 기초로, 변위 자류 I_H를 하기 수학식 4a와 같이 정의한다. 그러면, 변위 자류 I_H는 하기 수학식 4b와 같이 계산할 수 있다. 또한, 수학식 4b에서, N은 코일(23)의 회전 수를 나타내고, R은 코일(23)의 반경을 나타낸다.

수학식 4로부터는, 코일(23)에 고주파 전압을 인가해서 고주파 전류를 입력하면, 코일(23)의 내부에 전류 I의 변화율에 비례하는 변위 자류 I_H가 발생하는 것을 알 수 있다.

그래서, 도 3a에 도시하는 바와 같은 코일(23)을 준비하여, 상기 코일(23)의 특성을 측정했다. 그 측정 결과를, 도 3b 내지 도 3d에 도시한다.

도 3a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 특성을 측정한 코일에 대해서 설명하는 설명도이다. 도 3b 내지 도 3d는 도 3a에 도시하는 코일의 특성의 측정 결과를 도시하는 도면이다.

도 3a에 도시하는 코일(23)은, 코일 내경 φ를 1㎜로 하고, 회전 수를 36회로 하고, 코일 길이를 5㎜로 해서 형성했다. 코일(23)을, 하면에 평판 형상의 그라운드(24)가 형성된 기판(25)의 상면에 배치했다. 기판(25)의 두께는 0.8㎜로 설정했다. 코일(23)의 입력 단자(피딩 포인트) 및 출력 단자로서, 포트 P1, P2를 마이크로 스트립 라인을 사용하여 각각 형성했다. 코일(23)의 특성을 측정하기 위해서, 포트 P1, P2를 기준면으로 해서 S 파라미터를 측정했다. 또한, 도 3a에서, x1은 포트 P1 측의 코일(23)의 단부를 나타내고, x2는 포트 P2 측의 코일(23)의 단부를 나타낸다.

유한 길이의 코일(23)은 집중 상수 회로가 아니라 분배 상수 회로와 같이 행동하고, 포트 P1과 포트 P2는 위상이 상이하다. 도 3b 및 도 3c에 도시하는 바와 같이, S 파라미터의 측정 결과로부터, 주파수 f0에서, 코일(23)의 포트 P1과 포트 P2의 위상이, 반파장분(180°) 회전하고 있는 것을 알 수 있다.

포트 P2, 즉 코일의 단부 x2를 그라운드에 단락했을 때, 주파수 f0에서는, x1 및 x2를 고정단으로 하는 전압 V의 2분의 1 파장의 정재파가 발생한다. 코 일(23) 중에 발생하는 전압 V, 전류 I, 전류의 변화율 dI/dt, 변위 자류 I_H를 개념적으로 도 3a에 도시했다. 또한, 각 파형은 소정의 시점에서의 파형을 나타내고, 각 파형의 시점은 동일하지 않음(이하에서 설명하는 특성의 측정 결과도 마찬가지임)을 주지하라. 정재파로 인해, 전류 I도 2분의 1 파장의 정재파를 형성한다. 단, 전류 I의 정재파의 x1 및 x2는 자유단이다. 또한, x1에서의 전류 I1과, x2에서의 전류 I2는, 위상이 반전하고 있다. 전류의 변화율 dI/dt는, 전류 I의 정재파의 안티-노드(anti-node)에서 가장 커지고, 노드에서는 0으로 된다. 따라서, 전류의 변화율 dI/dt는, 전류 I와 마찬가지로, x1 및 x2가 자유단인 2분의 1 파장의 정재파를 형성한다. 상술한 바와 같이, 변위 자류 I_H는 전류의 변화율 dI/dt에 비례한다. 따라서, 변위 자류 I_H도, x1 및 x2가 자유단인 2분의 1 파장의 정재파를 형성한다고 생각된다.

즉, 상기한 바와 같이 형성되어 배치된 코일(23)은, 주파수 f0에서의 변위 자류 I_H에 대해서, 2분의 1 파장에 상당하는 소자 길이를 갖는다고 가정할 수 있다. 주파수 f0을, 자류에 관한 공진 주파수라고 정의한다.

코일 사이즈와 공진 주파수의 관계

상술한 바와 같이 자류의 공진 주파수 f0을 정의하지만, 다음으로, 공진 주파수 f0을 원하는 주파수로 조정하기 위해서, 코일(23)의 사이즈를 어떻게 결정하면 되는지가 문제이다. 코일(23)의 사이즈를 결정하기 위해서 행한 측정 결과를 도 4a 및 도 4b에 도시한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 공진 주파수에 대해서 설명하는 설명도이다.

공진 주파수 f0은, 예를 들면, 코일(23)의 권선의 재질이나 굵기에 의존하는 것이 예상된다. 그러나, 여기서는, 코일(23)의 사이즈가 공진 주파수 f0에 어떠한 영향을 주는지를 측정했다. 코일(23)의 권선(26)으로서, 굵기 0.3㎜의 구리선을 사용했다. 권선(26)을 원통에 감아, 코일(23)을 형성했다. 코일(23)의 내경을 φ로 표시함을 주지하자. 내경 φ=1.0, 1.5, 2.0㎜의 코일(23) 각각에 대하여 공진 주파수 f0을 상술한 측정 방법을 사용하여 측정했다. 여기서, 코일(23)의 내경 φ란, 권선(26)을 감은 원통의 직경을 나타낸다. 또한, 코일의 피치는 0.4㎜로 설정했다. 또한, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 권선(26)의 전체 길이 L을 변경하면서, 공진 주파수 f0을 측정했다. 공진 주파수 f0의 측정 결과를 도 4b에 도시한다. 도 4b로부터 알 수 있는 바와 같이, 공진 주파수 f0은, 코일(23)의 내경 φ에는 그다지 의존하지 않는 한편, 권선(26)의 전체 길이 L에 크게 의존하는 것을 알 수 있다. 측정 결과로부터는, 원하는 공진 주파수에 대응하는 실효 길이를 갖는 코일(23)을 형성하기 위해서, 하기 수학식 5를 만족시키도록, 권선(26)의 전체 길이 L을 조정해서 결정하면 되는 것을 알 수 있다.

이하에서는, 원하는 공진 주파수 f0, 즉, 무선 통신에 사용하고자 하는 공진 주파수는, GPS 등에서 사용되는 1575 ㎒인 것으로 가정한다. 공진 주파수 f0이 1575 ㎒인 경우, 도 4b로부터는, 권선(26)의 전체 길이 L은 약 137㎜ 정도인 것을 알 수 있다. 이 길이는 자유 공간에서의 1575 ㎒의 전자파의 반파장 95㎜의 1.4배이다. 또한, 공진 주파수 f0은 물론 1575 ㎒에 한정되는 것이 아님을 주지하라. 물론, 공진 주파수 f0은, 예를 들면, 안테나가 적용되는 무선 통신에서 사용되는 주파수로 설정될 수도 있다.

또한, 수학식 5의 분모의 상수(216)의 값은 권선의 재질 및 두께와 코일의 피치에도 의존한다. 따라서, 코일(23)의 사이즈(권선(26)의 전체 길이 L)는, 상기한 예에 한정되는 것이 아니라, 이러한 측정 결과로부터 적절히 결정된다.

4분의 1 파장의 자류 안테나

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명자들의 연구 성과에 의해, 원하는 공진 주파수 f0에 대응하는 실효 길이를 갖는 코일(23)을 형성하는 것이 가능하게 되었다. 그래서, 이 연구 성과에 기초하여, 4분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 자류 안테나와, 2분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 자류 안테나의 제조에 대해서 설명한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 각 실시예에 따른 4분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도이다.

도 5a에 도시하는 바와 같이, 코일(23)의 일단(포트 P2)을 그라운드(24)에 대하여 개방(Open)하고, 타단(포트 P1)으로부터 고주파 신호를 입출력했다. 선단 x2가 개방된 경우, x2는 전압 V에 대하여 자유단으로 작용하고, 전류 I에 대하여 고정단으로 작용한다. 따라서, 전류의 변화율 dI/dt 및 자류 I_H에 대해서도, x2는, 고정단으로 작용한다. 한편, 입출력 포트 x1은, 공진 주파수 f0에서, 전압 V에 대하여 고정단으로 작용하고, 다른 요인, 즉, 전류 I, 전류의 변화율 dI/dt 및 자류 I_H에 대해서는 자유단으로 작용한다. 따라서, 코일(23)에 서 발생하는 정재파는 4분의 1 파장의 홀수배의 모드로 된다. 공진 주파수 f0의 측정 결과를 도 5b 및 도 5c에 도시한다. 도 5b 및 도 5c에는, 입출력 포트 P1을 기준면으로 사용하여, S 파라미터의 S11(LogMag와 Phase)을 측정한 결과를 도시한다.

도 5b 및 도 5c로부터는, 선단 x2가 개방된 경우, 기본파(주파수 fA의 파)의 주파수의 홀수배인 고 주파수에서 공진이 발생함을 알 수 있다. 또한, 코일(23)은, 안테나의 방사 소자로서 동작하여, 공진 주파수 fA 등의 전자파를 외부에 방사하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 4분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 자류 안테나를 제조하기 위해서는, 선단을 개방해서, 기본파의 공진을 이용할 필요가 있음을 알 수 있다.

2분의 1 파장의 자류 안테나

한편, 이번에는, 2분의 1 파장의 자류 안테나를 제조하는 것을 설명한다.

도 6a 내지 도 6c는, 본 발명의 각 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도이다.

도 6a에 도시하는 바와 같이, 코일(23)의 일단(포트 P2)을 그라운드(24)에 대하여 단락시키고(Short), 타단(포트 P1)으로부터 고주파 신호를 입출력했다. 선 단 x2가 쇼트하고 있는 경우, x2는 전압 V에 대하여 고정단으로 작용하고(항상 0V), 전류 I에 대하여 자유단으로 작용한다. 따라서, 전류의 변화율 dI/dt 및 자류 I_H에 대해서도, x2는 자유단으로 작용한다. 또한, 입출력 포트 x1은, 공진 주파수 f0에서, 전압 V에 대하여 고정단으로 작용하고, 다른 요인, 즉, 전류 I, 전류의 변화율 dI/dt 및 자류 I_H에 대해서는 자유단으로 작용한다. 따라서, 이러한 코일(23)에서 발생하는 정재파는 2분의 1 파장의 정수배의 모드로 된다. 공진 주파수 f0의 측정 결과를 도 5b 및 도 5c에 도시한다. 도 5b 및 도 5c에는, 입출력 포트 P1을 기준면으로 사용하여, S 파라미터의 S11(LogMag와 Phase)을 측정한 결과를 도시한다.

도 5b 및 도 5c로부터는, 선단 x2가 쇼트하고 있는 경우, 기본파(주파수 fD의 파)의 주파수의 정수배인 고 주파수에서 공진이 발생함을 알 수 있다. 또한, 코일(23)은, 안테나의 방사 소자로서 동작하여, 공진 주파수 fD 등의 전자파를 외부에 방사하고 있는 것을 알 수 있다. 요약하면, 2분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 자류 안테나를 제조하기 위해서는, 선단을 쇼트시켜, 기본파의 공진을 이용할 필요가 있음을 알 수 있다.

2분의 1 파장의 자류 안테나의 입력 임피던스

따라서, 도 7a에 도시하는 바와 같이, 1575 ㎒로 공진하는 2분의 1 파장의 자류 안테나(코일(23))를 제조하여, 코일(23)의 특성을 측정했다. 코일(23)은, 전체 길이 L이 137㎜인 구리선을 감아 형성했다. 또한, 내경 φ = 0.1, 1.5, 2.0㎜ 의 코일(23)에 대해서, 각각 특성을 측정했다. 코일(23)의 일단(포트 P2)을 단락하고, 타단을 피딩 포인트로 설정해서, 1575 ㎒의 고주파 신호를 입력했을 때, 코일(23)에는 정재파가 발생한다(도 6a 참조). 따라서, 코일(23)은, 반파장 길이(2분의 1 파장의 정수배)에서 공진하는 자류 소자로 작용한다. 이 때의 피딩 포인트로부터 본 입력 임피던스와 정재파비의 측정 결과를, 도 7b 및 도 7c에 도시한다.

도 7c로부터 알 수 있는 바와 같이, 공진 주파수 f0인 1575 ㎒ 근방에서, VSWR(정재파비, Voltage Standing Wave Ratio)이 작아지지만, 코일(23)이 일반적으로 안테나로서 동작하는 값, VSWR = 2 보다는 크다. 도 7b로부터는, 피딩 포인트(포트 P1)로부터 본 입력 임피던스는, 1575 ㎒에서 50Ω 보다도 훨씬 작음을 알 수 있다.

또한, 코일(23)을 자류 안테나의 방사 소자로서 사용하기 위해서는, 피딩 포인트(포트1)에 고주파 신호선을 접속할 필요가 있다. 예를 들면, 동축 케이블 등과 같은 고주파 신호선은, 임피던스가 약 50Ω 정도이다. 그래서, 코일(23)과 신호선 사이에서 매칭을 행하여, 리턴 손실(return loss)을 감소시킬 필요가 있다. 이러한 임피던스 매칭을 행하기 위해, 도 8a에 도시하는 매칭 회로(27)를 피딩 포인트에 접속했다. 매칭 회로(27)를 접속한 후의 피딩 포인트로부터 본 입력 임피던스와 정재파비의 측정 결과를, 도 8b 및 도 8c에 각각 도시한다. 또한, 이 때, 코일(23)의 직경 φ는 2.6㎜을 사용하고, 코일(23)의 길이는 8㎜(18회 감기)로 설정했다. 또한, 그라운드 기판의 사이즈는, 20㎜×20㎜로 설정하고, 기판의 두께를 0.8㎜로 설정했다.

도 8c로부터 알 수 있는 바와 같이, 공진 주파수 f0인 1575 ㎒ 근방에서의 VSWR이 매칭 전에 비해서 더욱 작아지고, 방사 효율은 향상한다. 그리고, 도 8b로부터는, 피딩 포인트(포트 P1)로부터 본 입력 임피던스를, 1575 ㎒에서 거의 50Ω으로 설정할 수 있었던 것을 알 수 있다. 또한, 상기 코일(23)의 사이즈 등으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 자류 안테나는, 통상의 전류 안테나(반파장 다이폴 안테나, 자유 공간 중에서 95㎜의 반파장을 가짐)에 비하면, 매우 작게 형성할 수 있다.

또한, 여기서 설명한 매칭 회로(27)(도 8a 참조)는 어디까지나 일례이며, 매칭을 행할 수 있는 어떠한 회로도 사용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 매칭 회로(27)는, 이하에서는 설명의 편의상, 도시하지 않지만, 이하에서 설명하는 측정 시에는 매칭 회로(27)가 피딩 포인트에 접속되어 있는 것으로 가정한다.

2분의 1 파장의 자류 안테나의 방사 이득

다음으로, 상기한 바와 같이 제조한 자류 안테나의 방사 이득에 대해서 설명한다.

도 9a는, 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 방사 이득을 측정한 코일에 대해서 설명하는 설명도이다. 도 9b 내지 도 9e는, 도 9a에 도시하는 코일의 방사 이득의 측정 결과를 각각 도시하는 도면이다.

도 9a에 도시하는 바와 같이, 상기한 바와 같이 제조한 코일(23)의 코일축을 수직으로 해서 Z축으로 하고, 기판(25)으로부터 수직으로 코일(23)을 향하는 방향을 X축으로 하고, Z축 및 X축에 수직인 방향을 Y축으로 해서 방사 효율을 측정했 다. 그 결과, 코일(23)은, 방사 소자해서 동작하여, 도 9b 내지 도 9e에 도시하는 바와 같이 공진 주파수 f0(1575 ㎒)의 전자파를 방사할 수 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명자들은, 방사 효율(도 9c 내지 도 9e에 도시하는, XY, YZ, ZX의 3면의 평균 이득)을 더욱 향상시키는 것을 생각했다.

도 10은, 본 발명의 각 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나의 자류 방향을 설명하는 설명도이다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 선단이 단락한 2분의 1 파장의 코일에서 정재파가 발생한 경우, 코일(23)이 발생하는 자류 I_H는, 2분의 1 파장의 파형을 갖는다. 그리고, 코일(23)의 선단 x1, x2는 자류 I_H의 안티-노드로 되고, 코일(23)의 중심 0은 자류 I_H의 노드로 된다. 자류 I_H의 방향은 노드를 경계로 반전하고 있다. 따라서, 자류 I_H는, 코일(23)의 중심 O를 경계로 상반분과 하반분에서 상쇄(cancel each other out)하고 있는 것으로 생각된다.

통상의 전류 안테나(예를 들면, 다이폴 안테나)에서는, 상호 상쇄(mutual cancellation)하지 않도록, 일부의 전류가 흐르는 방향을 반전시키는 것은 어렵다. 그러나, 본 발명자들은, 코일(23)의 회전 방향(권선(26)의 감기 방향)을 변경하여 자류 I_H의 방향을 제어할 수 있다는 아이디어를 생각하여, 코일(23)을 더 개선하였다. 따라서, 본 발명자들은, 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나(100)를 제조했다. 다음으로, 안테나(100)에 대해서 설명한다.

제1 실시예에 따른 안테나(100)

도 11a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나(100)에 대해서 설명하는 설명도이다. 도 11b는 도 11a에 도시하는 안테나(100)의 정재파비의 측정 결과를 도시하는 도면이다.

도 11a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나(100)는 코일(31)과 매칭 회로(32)를 갖는다.

상술한 코일(23)과 마찬가지로, 코일(31)이 2분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖도록, 일단(포트 P2 측)이 단락되어, 권선(26)의 전체 길이 L이 결정된다. 또한, 코일(31)의 타단에는 매칭 회로(32)가 접속된다. 매칭 회로(32)는 상술한 매칭 회로(27)와 마찬가지로 코일(31)의 입력 임피던스를 조정하도록 형성된다.

상기 코일(23)과 마찬가지로, 코일(31)은, 그라운드(24)를 하면에 구비하는 기판(25) 상에 배치되고, 일단이 마이크로 스트립 라인으로 형성된 포트 P1에 접속된다(도시하지 않음)．

또한, 코일(31)은, 방사 효율을 상기 코일(23)보다도 더 높이기 위해서, 상기 코일(23)과는 달리, 코일(31)의 중앙 O, 즉, 권선(26)의 절반의 점을 경계로 사용해서 반전한 회전 방향으로 권선(26)을 감음으로써 형성된다. 즉, 코일(31)은, 회전 방향이 코일(31)의 중앙에서 반전해서 형성된다. 즉, 도 10에 도시된 상기 코일(23)에서, 회전 수는 18회이며, 또한, 권선(26)의 회전 방향은 모두 동일했다. 한편, 본 실시예에 따른 코일(31)은, 코일(31)의 회전 수를 18회로 한 경우, 회전 방향을, 예를 들면, 절반의 9회는 시계 방향, 나머지 절반의 9회는 반시계 방향으로 해서, 권선(26)을 감아서 형성된다. 바꾸어 말하면, 도 10에 도시하는 코일(23)에서, 자류 I_H의 정재파의 노드 위치를 경계로 사용해서, 코일(23)의 감기 방향을 반전시킴으로써, 코일(31)은 형성된다. 또한, 이 때, 코일(31)은, 회전 방향이 반전된 2개의 코일을 직렬로 접속함으로써도 형성 가능하다. 단, 접속할 때, 2개의 코일은, 각 코일축이 동일 직선상으로 되도록 접속하는 것이 바람직하다.

피딩 포인트로부터 공진 주파수 f0(예를 들면, 1575 ㎒)의 고주파 신호를 입력한 경우, 상기 코일(23)과 마찬가지로, 자류 I_H의 정재파가 코일(31)에서 발생한다. 도 11a에 도시하는 바와 같이, 코일(31)의 회전 방향이 반전되어 있기 때문에, 정재파에서의 자류 I_H의 방향(즉, 자계 H의 방향)은 코일(31)의 내부에서 동일하게 된다. 즉, 코일(31)의 회전 방향을 자류 I_H의 노드 위치를 경계로 사용해서 반전시킴으로써, 자류 I_H의 방향을 일치시킬 수 있다. 따라서, 코일(31)에 따르면, 코일(31)의 내부의 자류 I_H가 상쇄되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 방사 효율을 더욱 높일 수 있다.

또한, 도 11b로부터 알 수 있는 바와 같이, 공진 주파수 f0(1575 ㎒)에서, VSWR이 작아지는 것은 변화하지 않는다. 즉, 코일의 회전 방향을 반전시켜도, 공진 주파수 f0은 변화하지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 통상적으로, 전류 안테나를, 전류의 방향이 금속판과 평행하게 되도록 금속판(예를 들면, 그라운드(24))에 근접해서 배치하면, 금속판 상에 전류 안테나의 동작을 방해하는 전류가 흘러, 특성이 악화됨을 주지하라. 한편, 안테나(100)는 자류 I_H를 이용한다. 따라서, 안테나(100)는, 자류 I_H의 방향이 금속판과 평행하게 되도록, 금속판에 근접해서 배치해도, 금속판 상에 자류는 흐르지 않는다. 따라서, 안테나의 동작을 방해하는 일은 없다. 따라서, 안테나(100)는 평행하게 그라운드(24)에 근접해서 배치할 수 있다. 따라서, 안테나(100)는 장치 전체의 사이즈를 감소시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나(100)의 방사 이득

다음으로, 본 실시예에 따른 안테나(100)의 방사 이득에 대해서 설명한다.

도 12a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나(100)의 방사 이득 측정 시의 배치에 대해서 설명하는 설명도이다. 도 12b 내지 도 12e는 도 12a에 도시하는 안테나(100)의 방사 이득의 측정 결과를 각각 도시하는 도면이다.

도 9a에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 안테나(100)가 갖는 코일(31)의 코일축을 수직으로 해서 Z축으로 하고, 기판(25)으로부터 수직으로 코일(31)을 향하는 방향을 X축으로 하고, Z축 및 X축에 수직인 방향을 Y축으로 해서 방사 효율을 측정했다. 그 결과, 코일(31)도, 방사 소자해서 동작하여, 도 12b 내지 도 12e에 도시하는 바와 같이 공진 주파수 f0(1575 ㎒)의 전자파를 방사할 수 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 12b나, 도 12c 내지 도 12e를 도 9c 내지 도 9e와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 코일(31)은, 코일(31)의 회전 방향을 중심에 서 반전함으로써, 코일(23)에 비해서 방사 이득을 4 내지 5㏈나 향상시킬 수 있다.

본 발명자들은, 본 실시예에 따른 안테나(100)의 방사 이득을 더욱 향상시키기 위해, 더욱 힘든 연구를 행했다. 그 결과, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나(200)를 제조했다. 다음으로, 이 안테나(200)에 대해서 설명한다.

제2 실시예에 따른 안테나(200)

도 13a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나(200)에 대해서 설명하는 설명도이다. 도 13b는 도 13a에 도시하는 안테나(200)의 정재파비의 측정 결과를 도시하는 도면이다.

도 13a에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나(200)는 코일(41)과 매칭 회로(42)를 갖는다.

코일(41)은, 상기 제1 실시예에 따른 안테나(100)가 갖는 코일(31)의 코일 길이 L(즉, 소자 길이, 도 4a 참조)을 연장시킴으로써 형성된다. 즉, 코일(41)은, 코일의 내경 φ을 변경하지 않고, 코일(31)의 피치를 넓혀서 방사 소자를 길게 해서 형성된다. 따라서, 코일(41)의 회전 수는 16회로 했다(코일(31)은 18회). 즉, 코일(41)은, 회전 방향을, 예를 들면, 절반의 8회는 시계 방향, 나머지 절반의 8회는 반시계 방향으로 해서, 권선(26)을 감아서 형성된다. 또한, 매칭 회로(42)는, 상기한 매칭 회로(27)와 마찬가지로, 코일(41)의 입력 임피던스를 조정하도록 형성된다.

본 실시예에 따른 안테나(200)의 다른 구성 요소는 상기 제1 실시예에 따른 안테나(100)의 구성 요소와 동일하다. 따라서, 자세한 설명은 생략한다.

또한, 도 13b로부터 알 수 있는 바와 같이, 공진 주파수 f0(1575 ㎒)에서, VSWR이 작아지는 것은 변하지 않는다.

본 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나(200)의 방사 이득

다음으로, 본 실시예에 따른 안테나(200)의 방사 이득에 대해서 설명한다.

도 14a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나(200)의 방사 이득 측정 시의 배치에 대해서 설명하는 설명도이다. 도 14b 내지 도 14e는 도 14a에 도시하는 안테나(200)의 방사 이득의 측정 결과를 각각 도시하는 도면이다.

도 14a에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 따른 안테나(200)가 갖는 코일(41)의 코일축을 수직으로 해서 Z축으로 하고, 기판(25)으로부터 수직으로 코일(41)을 향하는 방향을 X축으로 하고, Z축 및 X축에 수직인 방향을 Y축으로 해서 방사 효율을 측정했다. 그 결과, 코일(41)도, 방사 소자로서 동작하여, 도 14b 내지 도 14e에 도시하는 바와 같이 공진 주파수 f0(1575 ㎒)의 전자파를 방사할 수 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 14b로부터, 또한 도 14c 내지 도 14e를 도 12c 내지 도 12e와 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 코일(41)은, 코일(31)의 코일 길이 L을 1.5배로 함으로써, 코일(31)에 비해서 방사 이득을 2 내지 3㏈나 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 안테나(200)의 성능

이와 같이 제조한 본 실시예에 따른 안테나(200)의 성능을 측정하기 위해, 실제의 시판의 GPS 수신기에 안테나(200)를 탑재하고, GPS 수신기가 원래 갖고 있던 관련 기술에 따른 패치 안테나와의 성능과 비교하는 실험을 행했다.

GPS 수신기에 안테나(200)를 탑재한 경우, GPS 수신기가 차폐물로서 작용하는 등의 영향에 의해, 방사 이득은 변화했다. 이 때의 방사 이득을, 도 15a 및 도 15b에 도시한다. 또한, 안테나(200)는, GPS 수신기에 탑재하기 위해서, 코일(41)을 가로로 쓰러뜨리고, 코일축 방향이 수평 방향(X축 방향)으로 되도록 배치했다. 한편, GPS 수신기가 원래 갖고 있던 패치 안테나의 방사 이득을, 도 16a 및 도 16b에 각각 도시한다.

도 15a 및 도 15b와, 도 16a 및 도 16b를 비교하면, 안테나(200)는, 패치 안테나에 대하여 피크 이득 및 평균 이득 모두 동등한 성능을 유지하고 있으며, 안테나(200)의 방사 효율은 저하하고 있지 않은 것을 알 수 있다.

다음으로, 안테나(200)의 노이즈 플로어를 측정했다.

우선, 안테나를 접속하지 않고, 50Ω의 종단과, 이득이 23.7 ㏈이고 NF(Noise Figure)가 1.4 ㏈인 LNA(Low Noise Amplifier)와, 스펙트럼 분석기를 직렬로 접속하고, 1575.4 ㎒에서의 스펙트럼 분석기의 노이즈 플로어(noise floor)를 측정했다. 그 결과, 노이즈 플로어는, -117 ㏈m이었다. 이 구성에서, 50Ω의 종단 대신에, 안테나(200) 또는 패치 안테나를 접속하여, 마찬가지로 스펙트럼 분석기의 노이즈 플로어를 측정했다. 그 결과, 패치 안테나의 경우, -114 ㏈m이었던 노이즈 플로어가, 안테나(200)의 경우에서는, -116 ㏈m으로 되었다. 이 결과로부터, 안테나(200)는, 배경 노이즈의 감도를 패치 안테나보다도 2㏈ 개선할 수 있었던 것을 알 수 있다.

또한, 더욱 안테나(200) 또는 패치 안테나에 GPS 수신기 본체를 접속하거나 또한, GPS 수신기 본체의 전원을 ON한 상태에서, 마찬가지로 스펙트럼 분석기의 노이즈 플로어를 측정했다. 그 결과, 패치 안테나의 경우, -109 ㏈m이었던 노이즈 플로어가, 안테나(200)의 경우에서는, -115㏈m으로 되었다. 이 결과로부터, 안테나(200)는, 기기 내의 전기 노이즈를 포함하는 배경 노이즈의 감도를 패치 안테나보다도 6㏈ 개선할 수 있었던 것을 알 수 있다.

노이즈 플로어의 측정으로부터, 안테나(200)는, 패치 안테나에 비해서 노이즈 플로어의 상승이 적은 것을 알 수 있다. 바꾸어 말하면, 안테나(200)는 전기 노이즈에 의한 영향을 덜 받는다.

또한, 전기 노이즈를 정량적으로 측정하는 것은 어렵다. 따라서, GPS 수신기에 안테나(200)를 연결한 경우와, 동일한 GPS 수신기에 관련 기술에 따른 패치 안테나를 연결한 경우에, 현재 위치의 측위(positioning)에 필요한 시간을 측정했다. 따라서, 인공 위성(10)으로부터의 신호의 수신 성능을 평가했다. 그 결과를 도 17에 도시한다.

도 17의 (5) 좁은 교차점, (6) 고압선 아래 등에서의 측정 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 안테나(200)는, 패치 안테나에 비해서 현재 위치의 측위에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 또한, 도 17의 (1) 교차점으로부터 알 수 있는 바와 같이, 안테나(200)는, 패치 안테나에서는 인공 위성(10)을 포착할 수 없는 위치에서도, 인공 위성(10)을 포착할 수 있다.

한편, 안테나(200)는, 패치 안테나와 방사 이득이 거의 동등했다. 따라서, 도 17에 도시하는 측정 결과로부터도, 안테나(200)가 패치 안테나에 비해서 전기 노이즈에 의한 영향이 적은 것을 알 수 있다.

본 발명이 속하는 기술의 분야에서의 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구 범위 또는 그 등가물에 속하는 한 설계 요구 사항 및 다른 요인들에 따라 다양한 변경, 조합, 부조합 및 변형이 발생할 수 있음을 알 것이다.

제1 변경예

예를 들면, 2분의 1 파장의 실효 길이를 갖는 자류 안테나로서, 예를 들면, 도 18에 도시하는 바와 같은 안테나(300)를 제조하는 것도 가능하다. 안테나(300)는 2개의 코일(51a , 51b)을 갖는다. 코일(51a , 51b)은 각각 공진 주파수 f0에 대하여 4분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는다. 각 코일(51a , 51b)은 상기 코일(23)에서 설명한 방법에 의해 형성된다. 코일(51a, 51b)은 피딩 포인트 측에서 보아 상호 회전 방향이 반전되어 있고, 코일축이 동일 직선상으로 되도록 접속된다. 안테나(300)의 피딩 포인트는 코일(51a , 51b) 간의 접속 포인트로 설정된다. 또한, 피딩 포인트와는 반대인 코일(51a , 51b)의 단부는 그라운드(24)에 대하여 개방된다.

이러한 구성에 의해서도, 자류 I_H의 2분의 1 파장의 정재파가 발생할 수 있다. 따라서, 코일(51a , 51b)은 자류 I_H의 2분의 1 파장의 실효 길이를 갖는 방사 소자로서 동작할 수 있다. 또한, 코일(51a , 51b)은, 여기서는, 별개로 형성되어 접속된다. 그러나, 일체로 형성될 수도 있음이 명백하다.

제2 변경예

상기 실시예에서, 2분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 안테나(100, 200)에 대해서 설명했다. 그러나, 예를 들면, 도 19에 도시하는 바와 같은 4분의 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 안테나(400)를 제조하는 것도 가능하다. 안테나(400)는 코일(51a)을 갖는다. 코일(51a)은 공진 주파수 f0에 대하여 4분의 1 파장의 실효 길이를 갖는다. 이 경우, 자류 I_H의 방향은 코일(51a) 내에서 일정하기 때문에, 코일의 회전 방향을 반전시킬 필요는 없다.

이러한 구성에 따르면, 자류 I_H의 4분의 1 파장의 정재파를 발생시킬 수 있다. 따라서, 코일(51a)은 자류 I_H의 4분의 1 파장의 실효 길이를 갖는 방사 소자로서 동작할 수 있다.

제3 변경예

도 20a에 도시하는 바와 같이, 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 안테나(500)를 제조하는 것도 가능하다. 안테나(500)는 코일(61)을 갖는다. 코일(61)은, 상기 코일(23)에서 설명한 방법을 사용하여, 공진 주파수 f0에서 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖도록 형성된다. 그리고, 코일(61)은 회전 방향마다 참조 부호 61a 내지 61c로 나눌 수 있다. 즉, 코일(61b)이 하나의 회전 방향(예를 들면, 시계 방향)을 갖는 경우, 다른 코일(61a, 61c)은 다른 회전 방향(예를 들면, 반시계 방향)을 갖는다. 바꾸어 말하면, 코일(61)의 회전 방향은, 자류 I_H의 노드를 경계로 사용해서 반전된다. 또한, 코일(61a 내지 61c)을 각각 별개로 형성하여, 직렬로 접속함으로써, 코일(61)을 형성하는 것도 가능하다.

이러한 구성에 따르면, 자류 I_H의 1 파장의 정재파를 발생시킬 수 있다. 따라서, 코일(61)은, 자류 I_H의 1 파장의 실효 길이를 갖는 방사 소자로서 동작할 수 있다. 이 때, 또한, 자류 I_H가 상쇄되는 것도 방지할 수 있다.

또한, 통상의 전류 안테나의 경우, 도 20b에 도시하는 바와 같이 1 파장의 방사 소자(71)를 형성하여 사용하면, 전류 I가 상쇄되고, 방사 이득이 저하한다. 전류 I의 방향을, 상쇄되지 않도록, 부분적으로 반전시키는 것은 곤란하다. 상기 제3 변경예에 따른 안테나(500)는, 자류 I_H가 상쇄되는 것을 방지함과 함께, 방사 소자를 길게 하는 것이 가능하기 때문에, 더욱 방사 이득을 향상시킬 수 있다.

제4 변경예

상기 실시예에서, 에어 코어 코일(air core coil)이 일례로서 사용된다. 그러나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 21a에 도시하는 바와 같이, 투자율이 높은 재질로 형성된 코어(33)에 권선(26)을 감음으로써 코일(41)을 형성해도 된다. 대안으로, 도 21b에 도시하는 바와 같이, 투자율이 높은 재질로 형성된 코어(34)에 권선(26)을 매립함으로써 코일(41)을 형성해도 된다. 코일(41)에서 발생하는 변위 자류 I_H의 크기는 코어의 투자율에 비례한다. 따라서, 이러한 구성에 의해, 안테나(200)의 이득을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 도 21a 및 도 21b에서는, 제2 실시예에 따른 코일(41)을 예로 설명했지만, 다른 실시예 또는 변경예의 코일도 마찬가지로 안테나 형성에 사용될 수 있다.

또한, 상기 각 실시예 및 상기 각 변경예에서, 안테나는 수신 장치(통신 장치의 일례)에 주로 사용된다. 그러나, 이들 안테나는 송신 장치(통신 장치의 일례)에도 사용될 수 있음이 명백하다.

또한, 상기 각 실시예 및 상기 각 변경예에서, 권선(26)은, 구리선이다. 그러나, 권선(26)의 표면을 절연체로 피복하여, 코일을 형성해도 된다. 이와 같이 권선(26)을 피복함으로써, 방사 소자(코일)의 도중 단락으로 인해 공진 주파수가 변화하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 각 실시예 및 상기 각 변경예에서는, 코일은, 그라운드(24)가 하면에 형성된 기판(25) 상에 배치된다. 그러나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 코일을, 기판(25)을 거치지 않고 직접 그라운드(24) 상에 배치하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 적용예인 GPS에 대해서 설명하는 설명도.

도 2a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 사용하는 변위 자류에 대해서 설명하는 설명도.

도 2b는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 사용하는 변위 자류에 대해서 설명하는 설명도.

도 3a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 특성을 측정한 코일에 대해서 설명하는 설명도.

도 3b는 도 3a에 도시하는 코일의 특성의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 3c는 도 3a에 도시하는 코일의 특성의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 3d는 도 3a에 도시하는 코일의 특성의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 4a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 공진 주파수에 대해서 설명하는 설명도.

도 4b는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 공진 주파수에 대해서 설명하는 설명도.

도 5a는 본 발명의 각 실시예에 따른 4분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도.

도 5b는 본 발명의 각 실시예에 따른 4분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도.

도 5c는 본 발명의 각 실시예에 따른 4분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도.

도 6a는 본 발명의 각 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도.

도 6b는 본 발명의 각 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도.

도 6c는 본 발명의 각 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나의 공진 상태를 설명하는 설명도.

도 7a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 입력 임피던스를 측정한 코일에 대해서 설명하는 설명도.

도 7b는 도 7a에 도시하는 코일의 입력 임피던스의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 7c는 도 7a에 도시하는 코일의 정재파비의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 8a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 입력 임피던스를 측정한, 매칭 후의 코일에 대해서 설명하는 설명도.

도 8b는 도 8a에 도시하는 매칭 후의 코일의 입력 임피던스의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 8c는 도 8a에 도시하는 매칭 후의 코일의 정재파비의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 9a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나를 제조할 때에 방사 이득을 측 정한 코일에 대해서 설명하는 설명도.

도 9b는 도 9a에 도시하는 코일의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 9c는 도 9a에 도시하는 코일의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 9d는 도 9a에 도시하는 코일의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 9e는 도 9a에 도시하는 코일의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 10은 본 발명의 각 실시예에 따른 2분의 1 파장의 안테나의 자류 방향을 설명하는 설명도.

도 11a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나에 대해서 설명하는 설명도.

도 11b는 도 11a에 도시하는 안테나의 정재파비의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 12a는 제1 실시예에 따른 안테나의 방사 이득 측정 시의 배치에 대해서 설명하는 설명도.

도 12b는 도 12a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 12c는 도 12a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 12d는 도 12a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 12e는 도 12a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 13a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나에 대해서 설명하는 설명도.

도 13b는 도 13a에 도시하는 안테나의 정재파비의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 14a는 제2 실시예에 따른 안테나의 방사 이득 측정 시의 배치에 대해서 설명하는 설명도.

도 14b는 도 14a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 14c는 도 14a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 14d는 도 14a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 14e는 도 14a에 도시하는 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 15a는 제2 실시예에 따른 안테나를 GPS 수신 기기에 탑재한 경우의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 15b는 제2 실시예에 따른 안테나를 GPS 수신 기기에 탑재한 경우의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 16a는 관련 기술에 따른 GPS 수신기가 제공하는 패치 안테나의 방사 이득의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 16b는 관련 기술에 따른 GPS 수신기가 제공하는 패치 안테나의 방사 이득 의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 17은 제2 실시예에 따른 안테나를 GPS 수신 기기에 탑재한 경우의 수신 성능의 측정 결과를 설명하는 설명도.

도 18은 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 제1 변경예에 대해서 설명하는 설명도.

도 19는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 제2 변경예에 대해서 설명하는 설명도.

도 20a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 제3 변경예에 대해서 설명하는 설명도.

도 20b는 1 파장에 대응하는 실효 길이를 갖는 다이폴 안테나를 설명하는 설명도.

도 21a는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 제4 변경예를 도시하는 설명도.

도 21b는 본 발명의 각 실시예에 따른 안테나의 제4 변경예를 도시하는 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 인공 위성

11 : 전류 안테나

12 : 자류 안테나

13 : 내부 회로

N : 노이즈

E : 전계

H : 자계

21 : 컨덴서

22 : 교류 전원

23 : 코일

24 : 그라운드

25 : 기판

26 : 권선

27 : 매칭 회로

31, 41 : 코일

33 : 코어

34 : 코어

51a, 51b : 코일

61, 61a, 61b, 61c : 코일

32, 42 : 매칭 회로

100, 200, 300, 400, 500 : 안테나

Claims

코일의 일단(one end)이 그라운드에 대하여 단락되거나 또는 개방되고, 코일의 타단(another end)에 고주파 신호가 인가되었을 때에 전류 정재파(current standing wave)가 발생하도록 형성된 코일을 구비하고,

상기 코일은, 상기 고주파 신호에 대응하는 주파수를 갖는 자계 정재파(magnetic field standing wave)를 발생시킴으로써, 상기 주파수를 갖는 전자파를 검출 또는 방사하는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 코일은 상기 전류 정재파의 4분의 1 파장의 정수배의 실효 길이를 갖는 안테나.
제2항에 있어서,

상기 코일의 권선(winding wire)은, 상기 전류 정재파가 발생할 때 상기 코일 내부에서 발생하는 자계의 방향이 동일하게 되는 회전 방향으로 감겨지는 안테나.
제3항에 있어서,

상기 코일의 권선은, 상기 자계 정재파에서의 노드를 경계로 설정해서 반전 한 회전 방향으로 감겨지는 안테나.
제4항에 있어서,

상기 코일의 일단은 그라운드에 대하여 단락되고,

상기 코일은 상기 전류 정재파의 2분의 1 파장의 실효 길이를 갖고,

상기 코일의 권선은, 상기 권선의 전체 길이의 절반의 포인트를 경계로 설정해서 반전한 회전 방향으로 감겨지는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 코일의 권선은, 고투자율(high permeability)을 갖는 코어의 표면에 감겨지거나, 또는, 상기 코어의 내부에 매립되는 안테나.
제1항에 있어서,

상기 코일의 권선의 길이는, 상기 고주파 신호가 인가되었을 때 상기 전류 정재파가 발생하는 길이로 조정되는 안테나.
코일의 일단이 그라운드에 대하여 단락되거나 또는 개방되고, 코일의 타단에 고주파 신호가 인가되었을 때 전류 정재파가 발생하도록 형성된 코일을 구비하고,

상기 코일은, 상기 고주파 신호에 대응하는 주파수를 갖는 자계 정재파를 발생시킴으로써, 상기 주파수를 갖는 전자파를 검출 또는 방사하는 통신 장치.
방사 소자로서 작용하는 코일의 일단을 그라운드에 대하여 단락시키거나 또는 개방시키는 단계와,

상기 코일의 타단에 고주파 신호를 인가하는 단계와,

상기 고주파 신호에 의해 상기 코일에 전류 정재파가 발생하도록, 상기 코일의 권선의 길이를 조정하는 단계

를 포함하는 안테나 제조 방법.