KR20130010890A - 코브라 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형이며 안테나 게인으로서의 성능이 우수하며, 또한 동축선의 길이의 영향을 최소한으로 한 코브라 안테나에 관한 것이다. 급전점이 되는 중계부에, 수신하는 방송파의 주파수에 따른 길이를 갖는 안테나 엘리먼트와 동축선이 접속된다. 그리고, 중계부로부터 안테나 엘리먼트와 동일한 길이만큼 이격된 동축선의 위치에, 동축선이 1 내지 3회 정도 감긴 페라이트 코어가 배치되고, 동축선의 타단부가 접속되는 수신기기의 커넥터의 전방측에 동축선으로부터의 고주파 전류를 차단하기 위한 고주파 차단부가 설치된다.

Description

코브라 안테나{COBRA ANTENNA}

본 발명은 FM대로부터 UHF대의 폭넓은 주파수대의 안테나로서 사용할 수 있으며, 간이한 구성으로 실현 가능한 코브라 안테나에 관한 것이다.

종래, 텔레비전 방송이나 FM 방송 등의 다양한 방송파를 수신하는 안테나로서 다양한 형태의 안테나가 사용되고 있다. 예를 들어, 텔레비전 방송이나 FM 방송의 수신용으로는 다이폴 안테나나 야기-우다 안테나 등이 자주 사용된다.

한편으로, 이들 다양한 방송파를 실내나 차내, 혹은 도보로 이동 중에 수신하는 기회도 증가되고 있어, 이러한 경우에 사용하는 안테나로서는 조립이나 설치 등의 취급이 용이한 안테나가 요구되고 있다.

이러한 조립이나 취급이 간단한 안테나의 대표로서는 안테나 엘리먼트를 단순한 구조로 실현한 다이폴 안테나가 있다. 이 다이폴 안테나의 일 형태로서, 동축선을 페라이트 코어에 수회 감아 사용하는 코브라 안테나가 알려져 있다(예를 들어 비특허문헌 1).

도 5는 다이폴 안테나를 변형해서 제작한 코브라 안테나의 일례를 도시한 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 코브라 안테나(100)는 수신되는 전파의 파장을 λ로 하고, 급전점(200)으로부터 상측에 λ/4의 길이의 중심 도체(코어선)(300)가 상측 엘리먼트로서 접속되어 있다. 또한, 급전점(200)으로부터 하측에 동일하게 λ/4 이격된 곳에 설치된 페라이트 코어(400)가 설치되어 있다. 그리고, 이 페라이트 코어(400)에 동축 케이블(동축선)(500)을 감고 있다. 도 5에서는, 동축 케이블(500)의 감기 횟수(권회수)는 3회이지만, 이 권회수는 3회일 필요는 없고, 1회이어도 2회이어도 상관없다.

이 페라이트 코어(400)로의 동축선의 권회수가 3회 이상이 되면, 페라이트의 크기에 관계없이, 100MHz 부근에서부터 임피던스가 급격하게 저하되는 경향이 있다. 예를 들어, 권회수 1회의 경우, 100MHz를 초과해도 안테나의 임피던스는 증가하는 경향이 있지만, 권회수가 3회의 경우에는 급격하게 저하되는 것이 보고되고 있다.

도 5에 도시하는 코브라 안테나에서는 페라이트 코어(300)와 이에 감는 동축 케이블(500)에 의해 초크 코일이 형성되고, 페라이트 코어(400)로부터 하부의 피더 부분이 분리되기 때문에, 간단하게 λ/4의 다이폴 안테나가 만들어진다. 이 다이폴 안테나의 상측의 코어선(300)의 부분에 달걀 형상의 유리 등을 설치해서 절연하고, 이것을 나무가지나 나무 프레임에 매다는 것으로, 간단하게 안테나의 설치를 하는 것이 가능해진다. 또한, 이와 같이 구성한 코브라 안테나는 자동차 등의 모바일 기기의 안테나로 할 수도 있다.

CQ ham radio 편집부 편 「와이어 안테나」 제1장: 안테나의 기초 84 페이지

그러나, 도 5에 도시한 코브라 안테나를 FM대로부터 UHF대까지 폭넓은 주파수대의 안테나로서 사용하는 경우에는, 페라이트 코어(400)로부터 수신기까지의 동축 케이블(500)의 길이에 의해, 전파의 간섭이 발생하는 경우가 있다. 즉, 페라이트 코어(400)로부터 급전점(200)으로 연장된 상측의 부분의 동축 케이블(500)에서 수신하는 고주파 전류가 페라이트 코어(400)로부터 수신기에 접속되는 하측의 동축 케이블(500)에 누설된다고 하는 전파 간섭의 문제가 발생한다. 고주파 전류의 누설은 페라이트 코어(400)의 상측과 하측의 임피던스 부정합에 의해 발생하는 것으로 생각되지만, 이 누설에 의해 안테나로서의 게인 특성이 나빠지게 된다고 하는 문제가 발생한다.

고주파 전류의 누설의 발생은 페라이트 코어(400)로부터 수신기에 연결하는 동축 케이블(500)의 길이에 의존하기 때문에, 이 사이의 동축 케이블(500)의 길이를 결정하는 면에서 큰 제약이 되고 있었다. 즉, 종래의 코브라 안테나(100)에서는 페라이트(400)로부터 수신기까지의 동축 케이블(500)의 길이를 자유롭게 결정할 수 없었다. 고주파 전류의 간섭은 코브라 안테나(100)가 동축 케이블(500)의 외피를 안테나로서 이용하기 때문에 발생한다고 생각된다. 이로 인해, 코브라 안테나(100)를 수신기의 커넥터에 그대로 접속해도, 요구되는 성능이 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, FM대로부터 UHF대의 폭넓은 주파수대의 안테나로서 사용할 수 있는 동시에, 소형이며 안테나의 성능이 우수하고, 또한 동축선의 길이의 제약을 최소한으로 한 코브라 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하고 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 코브라 안테나는 급전점을 구성하는 중계부가 설치되고, 이 중계부의 하나의 단자에 수신하는 방송파의 주파수에 따른 길이를 갖는 안테나 엘리먼트가 전기적으로 접속된다. 그리고, 중계부의 다른 단자에는 동축선이 접속되고, 동축선이 접속된 중계부의 다른 단자로부터 안테나 엘리먼트와 동일한 길이만큼 이격된 위치에, 동축선이 1 내지 3회 정도 감긴 페라이트 코어가 배치되어 있다. 또한, 동축선의 타단부가 접속되는 수신기기의 커넥터의 전방측에, 동축선으로부터의 고주파 전류를 차단하기 위한 고주파 차단부가 설치되어 있다.

또한, 고주파 차단부는 고주파적으로 높은 임피던스를 갖고, 내부에 상기 동축선이 관통 또는 감기는 제2 페라이트 코어이다. 또한, 안테나 엘리먼트의 길이 및 동축선의 중계부로부터 페라이트 코어까지의 길이는 수신하는 주파수의 파장을 λ라 했을 때, λ/4의 길이이다.

본 발명의 코브라 안테나에서는 수신기기의 커넥터 앞에 고주파에 대하여 높은 임피던스를 갖는 제2 페라이트 코어를 설치함으로써, 동축선이 받아들이는 고주파가 수신기기에 침입하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 안테나선 이외의 부분의 동축선의 길이를 자유롭게 결정할 수 있으므로, 안테나를 배치하는 경우의 제약을 적게 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 코브라 안테나는 연결하는 기기와는 무관하게, 또한 안테나의 동축선의 길이에 관계없이 안테나로서의 성능을 충분히 발휘하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 코브라 안테나의 실시 형태예(B)를 종래의 코브라 안테나(A)와 비교해서 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태예의 코브라 안테나(B)와 종래의 코브라 안테나(A)의 주파수-게인 특성을 비교해서 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태예의 코브라 안테나를 차량 탑재용의 안테나로서 설치한 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태예의 코브라 안테나를 탑재한 차량으로 테스트한 필드 테스트 루트를 도시하는 도면이다.
도 5는 종래의 코브라 안테나를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 4에 기초하여 본 발명의 실시 형태예(이하, 「본예」라고도 함)를 설명하지만, 설명은 이하의 순서로 행하기로 한다.

1. 코브라 안테나의 기본 구성 및 기본 원리의 설명

2. 본 발명의 실시 형태예의 코브라 안테나의 구조와 그 특성

3. 본 발명의 실시 형태예의 코브라 안테나를 사용한 필드 테스트

<코브라 안테나의 기본 구성 및 기본 원리의 설명>

도 1의 A는 도 5에서 설명한 종래의 코브라 안테나와 동일한 것이며, 도 1의B는 본 예의 코브라 안테나를 도시한 것이다. 우선, 도 1의 A와 도 1의 B의 공통 부분에 대해서 설명한다.

도 1의 A, B에 도시한 코브라 안테나(10)는 수신하는 전파의 파장을 λ로 하고, 길이가 λ/4의 안테나 엘리먼트(2)와, 급전점으로서의 중계부(3)와, 동축선(5)과, 페라이트 코어(4)를 구비한다. 중계부(3)로부터 페라이트 코어(4)까지의 동축선의 길이는 안테나 엘리먼트(2)와 동일한 λ/4이다.

동축선(5)의 일단부는 중계부(3)에 의해 안테나 엘리먼트(2)에 접속되어 있다. 또한, 동축선(5)은 페라이트 코어(4)에 1 내지 3회 정도 감기고, 그 타단부는 수신기(8)의 커넥터(6)에 접속된다. 여기에서 커넥터(6)로서는 고주파 신호의 손실이 적은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 안테나 엘리먼트(2)는 동축선(5)의 외피(보호 피복)(5a) 및 실드선(외부 도체)(5b)을 제거한 것이다.

중계부(3)에서는, 동축선(5)의 외피(5a) 및 실드선(5b)이 제거되어서, 코어재(2c)(유도체)가 노출된 상태로 되어 있다. 그리고, 동축선(5)의 코어선(5d)은 안테나 엘리먼트(2)의 코어선과 납땜 등으로 접속되고, 중계부(3)는 기판(7) 상에 몰드 성형되어 있다. 이 중계부(3)가 코브라 안테나(10)의 급전점(Fp)이 된다.

이와 같이 구성함으로써, 중계부(3)(급전점)로부터 페라이트 코어(4)까지의 동축선(5)(길이 λ/4)과 안테나 엘리먼트(2)(길이 λ/4)로 λ/2의 다이폴 안테나가 구성되게 된다.

<본 발명의 실시 형태예의 안테나 구조와 그 특성>

이상에서, 도 1의 A와 도 1의 B의 코브라 안테나의 공통 부분에 대해서 설명하였지만, 도 1의 B에 도시하는 본 예의 코브라 안테나는 수신기(8)의 커넥터(6) 앞에 제2 페라이트 코어(4a)를 설치한 점에서, 도 1의 A에 도시하는 종래의 케이블 안테나와 상이하다.

이하에서, 도 1의 A에 도시하는 종래형의 코브라 안테나를 코브라 안테나(코어 1개품)라고 하고, 본 발명의 코브라 안테나를 코브라 안테나(코어 2개품)라고 하기로 한다.

종래형의 코브라 안테나(코어 1개품)에서는 이미 설명한 바와 같이, 페라이트 코어(4)로부터 중계부(3)까지의 동축선(5)과 페라이트 코어(4)로부터 커넥터(6)까지의 동축선(5)의 고주파 결합이 발생하여 안테나의 성능이 열화된다. 이것은 페라이트 코어(4)로부터 커넥터(6)까지의 동축선(5)까지의 길이에 의존하기 때문에, 이러한 종류의 코브라 안테나를 차량 탑재 안테나로서 이용하는 경우에는 이 부분의 길이의 제약을 받게 된다.

도 1의 B에 도시하는 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)에서는 수신기(8)에 가까운 위치에 제2 페라이트 코어(4a)가 설치되어 있으며, 이 페라이트 코어(4a)가 고주파에 대하여 높은 임피던스를 나타내기 때문에, 안테나로부터 누설되어 오는 고주파 전류가 수신기 측으로 전파되지 않게 된다.

도 2의 A와 표 1은 도 1의 A에 도시한 종래형 코브라 안테나(코어 1개품)의 수직 편파(V) 및 수평 편파(H)에서의 피크 게인을 나타낸 그래프이다. 도 2의 A의 횡축은 주파수(MHz)를 나타내고, 종축은 피크 게인(dBd)을 나타낸다.

측정 대상의 주파수대는 FM/VHF대(70MHz 내지 220MHz)로 하고, 수직 편파(V)는 파선으로 나타내고, 수평 편파(H)는 실선으로 나타내고 있다.

표 1은 도 2의 A에 나타낸 그래프 중의 각 측정점에서의 수직 편파(V)에서의 피크 게인의 값과, 수평 편파(H)에서의 피크 게인의 값을 나타내고 있다. 또한, 표 1에서는 도 2의 A의 횡축에 나타낸 주파수 중, 76MHz 내지 107MHz까지의 사이의 주파수에서의 측정값만을 나타내고 있다.

도 2의 A와 표 1에 나타내는 바와 같이, 수직 편파(V)에서의 피크 게인은 86MHz에서 -11.50dBd가 되고, 95MHz에서는 -10.85dBd가 되어 있다. 수평 편파(H)에서의 피크 게인도 86MHz에서 -16.70dBd가 되고, 95MHz에서는 -14.85dBd가 되어 있다. 즉, 종래형 코브라 안테나(코어 1개품)에서도 FM/VHF대에서 수직 편파와 수평 편파의 양쪽을 수신할 수 있는 것을 알 수 있다.

한편, 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)의 주파수 게인 특성은 도 2의 B와 표 2에 나타내는 바와 같다. 도 2의 B와 표 2로부터 명백한 바와 같이, 수직 편파(V), 수평 편파(H) 모두 95MHz 부근에서 극대값을 나타내고, 수직 편파(V)에서 -8.25dBd, 수평 편파(H)에서 -13.65dBd가 되어 있다. 도 2의 A와 표 1에 나타낸 종래형(코어 1개품)과 비교하면, 95MHz에서의 피크 게인이 높아져 있으며, 명백하게 주파수-게인 특성을 개선하고 있다. 즉, 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품) 쪽이 종래의 코브라 안테나(코어 1개품)에 비하여 성능이 좋아져 있는 것을 알 수 있다.

도 2의 A, B에서는, 약 130MHz 부근에서 극소값을 나타내고 있다. 이것은 공진 주파수를 100MHz에 맞추고 있기 때문에, 130MHz 부근에서는 안테나의 Q값이 높아져서 반공진(부정합)이 되어 수신되고 있지 않은 것을 나타내고 있다. 또한, 공진 주파수를 100MHz에 맞추면 고조파에 공진하므로, 특히 홀수배는 즉 기본 공진 파장의 3배, 5배이어도 수신 가능하게 된다. 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)는 200MHz에서도 공진하게 되어 있다.

<본 예의 코브라 안테나를 사용한 필드 테스트>

도 3은 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)의 필드 테스트를 하기 위해서 발명자 소유의 차량에 코브라 안테나(코어 2개품)를 탑재한 예를 도시하는 도면이다. 말할 필요도 없이, 비교를 위해서 종래형의 코브라 안테나(코어 1개품)를 탑재해서 마찬가지 측정을 행하고 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 코브라 안테나(10)의 중계부(3)로부터 앞의 안테나 엘리먼트(2)를 백미러로부터 수평으로 앞유리에 설치하고, 중계부(3)로부터 페라이트 코어(4)까지의 동축선(5)을 좌측 사이드에 세로 방향으로 설치하였다. 이에 의해, 코브라 안테나(10)는 급전점인 중계부(3)를 중심(기점)으로 해서 V자 안테나가 구성되게 된다.

본 예의 코브라 안테나(코어 2개품) 및 종래의 코브라 안테나(코어 1개품) 모두 FM대의 90MHz의 파장 λ는 3.33m이므로, 안테나 엘리먼트(2)의 길이를 λ/4의 0.83m로 하고, 중계부(3)로부터 페라이트 코어(4)까지의 동축선(5)의 길이를 동일하게 λ/4의 0.83m로 하고, 안테나의 길이를 λ/2(1.66m)로 하고 있다.

페라이트 코어(4)로부터 수신기(8)의 커넥터(6)까지의 동축선(5)은 차량의 대시보드 상에 수평하게 배선하게 된다. 단, 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)(10)에서는 제2 페라이트 코어(4a)를 수신기(8)의 커넥터(6) 전방(근방)에 삽입하고 있다.

동축선(5)은 제2 페라이트 코어(4a)의 구멍을 통과시키기만 해도 되지만, 동축선(5)을 1회 내지 3회 정도 페라이트 코어(4a)에 감고나서 커넥터(6)에 접속하도록 해도 좋다. 이와 같이, 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)(10)에서는 페라이트 코어(4a)를 커넥터(6)의 전방에 배치함으로써, 페라이트 코어(4)와 커넥터(6)를 연결하는 동축선(5)이 받아들이는 고주파 전류에 대하여 수신기(8) 측이 고 임피던스가 되도록 하고 있다. 이로 인해, 제1 페라이트 코어(4)로부터 커넥터(6)에 이르는 동축선(5)이 누설된 고주파 전류를 받아들였다고 하더라도, 그 누설된 고주파 전류가 수신기(8) 측으로 악영향을 미치는 일이 없다.

도 3 에 도시하는 바와 같이, 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)와 종래의 코브라 안테나(코어 1개품)를 차량에 탑재해서 필드 테스트를 행하였다.

도 4는 실제로 발명자가 자가용 차량에 코브라 안테나를 탑재해서 그 수신 성능을 테스트한 코스를 도시한 것이다. 사용 차종은 도요타 카롤라(등록 상표), 수신기(8)로서 사용한 기자재는 산요 덴끼 가부시끼가이샤제의 PND(퍼스널 네비게이션 디바이스)(GORILLA NV-SD750FT)(GORILLA는 등록 상표)이다. 수신한 주파수는 VICS 요코하마의 81.9MHz, 출력 5kW이다.

코브라 안테나(10)의 샘플은 중계부(3)로부터 안테나 엘리먼트(2)의 선단부까지의 거리가 83cm, 중계부(3)로부터 페라이트 코어(4)까지의 거리도 83cm로 하였다. 또한, 이 테스트에서는 제2 페라이트 코어(4a)를 수신기(8)의 커넥터(6)에 삽입하는 플러그로부터 5cm 정도 이격된 위치에 설치하였지만, 이 거리는 적절히 결정할 수 있는 것이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 필드 테스트는 처음에 종래형의 코브라 안테나(코어 1개품)를 탑재하고, 도면에 도시하는 나카하라가이도우를 주행하여, 주행 구간에 5분마다 갱신되는 VICS 보충을 행하였다. 계속해서, 동일한 코스를 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)를 탑재하여, 마찬가지로 5분마다 주행 구간의 VICS 보충을 행하였다.

테스트 결과는 이하와 같았다.

종래의 코브라 안테나(코어 1개품) 6/11회 수신율 54％

본 예의 코브라 안테나(코어 2개품) 12/14회 수신율 78％

이 결과를 보면 명백한 바와 같이, 본 예의 코브라 안테나(코어 2개품)에 의하면, 종래형(코어 1개품)에 비하여 5분마다 거의 확실하게 데이터가 갱신되는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 실시 형태예로서의 코브라 안테나(코어 2개품)를 종래형 코브라 안테나(코어 1개품)와 비교해서 설명하였다. 이상의 설명에서는, 동축선(선재)을 사용한 안테나에 대해서 설명하였지만, 안테나 엘리먼트부에 기판이나 필름, 금속선으로 구성된 안테나를 사용해도 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 본 예에서는 차량에 탑재한 예로 설명하였지만, 차량 이외의 실내용의 기기에서도 사용 가능한 것은 물론이다.

10, 100 코브라 안테나
2, 300 안테나 엘리먼트
3 중계부
4, 4a, 400 페라이트 코어
5, 500 동축선
5a 보호 피복
5b 실드선
5c 코어재
5d 코어선
Fp, 200 급전점
6 커넥터
7 기판
8 수신기

Claims (4)

1. 코브라 안테나로서,
   급전점을 구성하는 중계부와,
   상기 중계부의 하나의 단자에 전기적으로 접속되고, 수신하는 방송파의 주파수에 따른 길이를 갖는 안테나 엘리먼트와,
   상기 중계부의 다른 단자에 일단부가 전기적으로 접속되는 동축선과,
   상기 동축선의 일단부가 접속되는 상기 중계부의 다른 단자로부터 상기 안테나 엘리먼트와 동일한 길이만큼 이격된 위치에 설치되고, 상기 동축선이 감기는 제1 페라이트 코어와,
   상기 동축선의 타단부가 접속되는 수신기기의 커넥터의 전단에, 상기 동축선으로부터의 고주파 전류를 차단하기 위한 고주파 차단부를 구비한, 코브라 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고주파 차단부는, 고주파적으로 높은 임피던스를 갖고, 내부에 상기 동축선이 관통 또는 감기는 제2 페라이트 코어인, 코브라 안테나.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 안테나 엘리먼트의 길이 및 상기 동축선의 상기 중계부로부터 상기 제1 페라이트 코어까지의 길이는, 수신하는 주파수의 파장을 λ라 했을 때, λ/4의 길이인, 코브라 안테나.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중계부의 하나의 단자에 접속되는 안테나 엘리먼트는, 동축선의 외피와 실드선을 제외한, 코어선을 포함하는 코어 부분으로 형성되고,
   상기 중계부에서, 상기 안테나 엘리먼트의 상기 코어선이 상기 동축선의 코어선과 전기적으로 접속되어 있는, 코브라 안테나.

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