KR100394422B1

KR100394422B1 - 안테나 장치 및 이를 사용하는 무선장치

Info

Publication number: KR100394422B1
Application number: KR10-2000-0009573A
Authority: KR
Inventors: 오다치노리아키; 세키네슈이치
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-26
Publication date: 2003-08-09
Anticipated expiration: 2020-02-26
Also published as: KR20000062653A; DE60027939T2; JP3655483B2; JP2000252737A; EP1032076A2; US6346916B1; EP1032076A3; EP1032076B1; DE60027939D1

Abstract

본 발명은 휴대용 무선장치 등에 사용되는 안테나 장치에 관한 것으로서, 이 안테나 장치는 무선장치회로를 내장한 금속 하우징의 표면 근방에 배치되고, 급전점이 되는 대향하는 단부를 갖는 2개의 ¼파장 요소를 갖는 다이폴 안테나, 상기 ¼파장 요소를 단락하는 단락 요소, 및 급전점에 한쪽 끝이 각각 접속되는 외부 도체와 중심 도체를 갖고 무선장치회로에 급전점을 접속하는 동축 급전선으로 구성되고, 상기 동축 급전선은 ¼파장 요소의 일부분 및 단락 요소의 일부분을 따라 배치되고, 또한 단락 요소의 중심 부분으로부터 분기된다. 외부 도체는 ¼파장 요소의 일부분 및 단락 요소의 일부분에 전기적으로 접속된다. 급전선으로 누설되어 2개의 ¼파장 요소를 통해 흐르는 전류는 또한 단락 요소로 분기된다. 전류는 동축 급전선이 분기되는 위치에서 혼합되어, 다이폴 안테나로부터의 누설 전류로서 동축 급전선의 외부 도체로 흐른다. 2개의 ¼파장 요소로부터 단락 요소로 분기된 전류는 서로 위상이 거의 반대이다. 따라서 전류는 서로 상쇄되어, 누설 전류는 0이 되는 것을 특징으로 한다.

Description

안테나 장치 및 이를 사용하는 무선장치{ANTENNA APPARATUS AND RADIO DEVICE USING ANTENNA APPARATUS}

본 발명은 휴대용 무선장치에 주로 사용되는 안테나 장치 및 이를 사용하는 무선장치에 관한 것이다.

휴대용 전화, PHS 단말 및 소형 무선 기지국 등과 같은 휴대용 무선장치는 종종 안테나와 일체화되어 있다(또는 급전점이 하우징에 가까이 있음). 휴대용 전화 또는 PHS 단말의 안테나의 경우에는 떨어질 때의 파손을 방지하기 위해, 또는 무선 기지국의 안테나의 경우에는 날씨에 기인한 파손에 내성을 갖기 위해 플라스틱 커버 등과 같은 무선장치의 주 본체 내에 안테나를 내장할 필요가 있다.

종래, 역 F형 안테나가 휴대용 무선장치 내에 내장된 안테나로서 종종 사용되고 있다. 도 1은 종래의 역 F형 안테나를 채용한 휴대용 무선장치의 구성을 도시한다. 무선회로와 신호 처리회로로 이루어지는 무선장치회로(102)를 포함하고 또한 차폐 구실을 하는 금속 하우징(101) 상에 역 F형 안테나(103)가 배치된다(돌출된다). 금속 하우징(101)은 도 1에는 도시되지 않은 플라스틱 커버 내에 배치되어 있다. 급전점(103a)은 금속 하우징(101)에 제공되어 있다. 이 예에서 알 수 있는 바와 같이, 역 F형 안테나(103a)는 측면이 낮고 크기가 작다. 이는 안테나가 하우징(101)에 가까이 배치됨에도 불구하고 양호한 방사 특성을 얻을 수 있다는 이점이 있다.

보통, 안테나는 소형화 및 박형화가 요구되기 때문에 내장 안테나 자체의 성능이 열화되는 경향이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 역 F형 안테나(103)가 채용되면, 금속 하우징(101)이 안테나의 일부분으로서 사용되고, 이에 의해 안테나 성능의 열화를 보상하여 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.

이 방식으로, 역 F형 안테나(103)가 양호한 안테나 성능을 가지는 반면, 무선장치 회로(102)의 무선 회로부 또는 신호 처리회로로부터 누설된 고주파 잡음을 수신하기 쉽다는 결점을 가지고 있다. 도 1에 도시된 구성으로, 금속 하우징(101)에 의해 무선장치 회로(102)를 완벽하게 차폐하는 것이 실질적으로 어려우며, 누설 잡음이 하우징(101) 상에 불가피하게 존재한다. 또한, 도 1의 경우 금속 하우징(101)을 안테나의 일부로서 채용하기 때문에, 누설된 잡음은 역 F형 안테나(103)에 의해 직접 수신되어 통신 품질의 큰 열화를 가져온다. 최근, 특히 신호 처리회로의 처리속도가 증가되고, 무선통신 주파수와 누설된 잡음의 주파수 사이의 차가 감소되어, 신호 처리회로로부터 누설된 잡음에 의한 통신 품질의 열화는 심각한 문제점이 되고 있다.

이와 같은 누설된 잡음의 영향을 감소시키기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 휴대용 무선장치에 대한 다이폴 안테나의 채용이 제안되고 있다. 이미 알려진 바와 같이, 다이폴 안테나는 접지를 필요로 하지 않는다. 따라서, 접지 역할을 하는 금속 하우징(101)에 다이폴 안테나를 직접 연결할 필요가 없다. 이 때문에 누설된 잡음이 금속 하우징(101) 상에 존재하더라도, 잡음이 다이폴 안테나(104)로 직접 흐르는 것을 방지할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 다이폴 안테나에서도 휴대용 무선장치에 내장된 안테나로서 실제 사용되는 경우 피할 수 없는 문제점이 발생한다. 다이폴 안테나가 휴대용 무선장치의 플라스틱 커버 내에 포함되는 경우, 안테나는 금속 하우징(101)에 가까이 배치되고, 이에 의해 안테나 성능을 열화시키는 문제가 생긴다. 일반적으로, 다이폴 안테나는 안테나 주위에 어떠한 것도 존재하지 않는 자유 공간에 배치되는 경우 최상의 성능을 발휘한다. 따라서, 금속 하우징(101)이 안테나 가까이에 제공되어 있으면, 안테나 성능이 열화된다. 이는 안테나의 방사 전력이 감소하기 때문, 즉, 다이폴 안테나(104)가 금속 하우징(101)에 보다 가까이 놓이는 경우 정합 손실이 발생하기 때문이다.

도 3은 본 발명의 발명자들에 의해 제조된 다이폴 안테나의 정합 손실의 계산결과를 도시한다. 도 3에 있어서, 수평축은 안테나가 놓여진 상태를 나타내며, 수직축은 정합 손실을 나타낸다. 정합 손실은 급전선이 안테나와 임피던스가 정합되지 않을 때 발생하는 것이다. 만일 그렇다면, 안테나로부터의 방사 전력이 감소하여 통신 품질이 열화된다. 도 3은 다이폴 안테나가 금속 하우징이 없는 자유 공간에 존재하는 경우 및 금속 하우징이 다이폴 안테나 부근에 제공되는 경우의 계산 결과를 나타낸다. 다이폴 안테나가 자유 공간에 존재하는 경우, 정합 손실은 0.2dB 정도로 작고, 안테나는 우수한 특성을 나타낸다. 금속 하우징이 다이폴 안테나 근방에 제공되는 경우, 정합 손실은 약 8.5dB로 증가하고, 안테나 특성은 분명히 크게 열화된다.

이와 같은 다이폴 안테나의 입력 특성을 개선하기 위한 방법은 이미 고안되어 있으며, T-정합 안테나로서 알려진 안테나가 고안되어 있다("Antenna Engineering Handbook", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers edition, pp. 114-115, 1980 참조). 도 4는 T-정합 안테나를 도시한다. T-정합 안테나는 2개의 1/4파장 요소(111, 112)사이의 단락 회로의 원인이 되는 단락 회로 요소(113)가 2개의 1/4파장 요소(111, 112)로 구성되는 다이폴 안테나(110)에 부가되는 구조를 갖는다. 단락 회로 요소(113)는 안테나 임피던스 정합 요소로서 기능함으로써 도 5에 도시된 바와 같이 다이폴 안테나(110)가 금속 하우징(101)에 근접하여 배치되는 경우에도 양호한 안테나 특성이 얻어질 수 있다.

도 3의 우측에는 금속 하우징의 근방에 상기한 바와 같은 T-정합을 실시한 다이폴 안테나를 배치한 경우의 정합 손실을 도시한다. 비록 금속 하우징이 안테나 부근에 있지만, 정합 손실은 0.5dB 정도로 작고, 안테나는 양호한 특성을 나타낸다.

무선장치 회로와 안테나를 접속하는 급전선의 영향에 관계없이 T-정합된 다이폴 안테나의 특성이 위에서 고려되었다. 그러나 실제로 급전선의 존재를 고려할 필요가 있다. 급전선이 존재하면, 누설된 잡음은 무선장치 회로로부터 급전선으로 전달되고 최종적으로는 안테나에 전달되어, 통신 품질을 손상시킨다. 이를 방지하기 위해, 표시장치에 개인용 컴퓨터(PC)를 접속하기 위한 페라이트 코어가 제안되고 있다. 그러나, 페라이트 코어는 비교적 큰 용량을 가져서 내장 안테나의 급전선으로서 사용하는데 적합하지 않다.

이와 같은 페라이트 코어를 사용하지 않고 무선장치 회로로부터 안테나로 전달되는 누설 잡음을 방지하기 위해, 금속 하우징(101) 부근에 T-정합된 다이폴 안테나(110)를 배치하고, 금속 하우징(101)의 표면으로부터 급전선(114)을 인출하여, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 급전선(114)을 전기적으로 비접촉 상태로 금속 하우징(101)에 평행하게 놓는 것이 제안되어 있다.

이와 같이 구성하면, 금속 하우징(101)으로부터 분기된 급전선(114)의 길이가 1/4파장으로 설정되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 2개의 단락 평행선이 금속 하우징(101) 상의 급전선(114) 및 급전선(114)의 이미지에 의해 형성된다. 급전점으로부터 보이는 1/4파장의 2개의 단락 평행선의 임피던스는 대단히 높다. 따라서, 누설 잡음의 전류가 급전선(특히, 동축 급전선의 외부 도체) 상을 흐르는 경우에도, 누설 잡음 전류는 높은 임피던스 부분에서 차단되어 안테나로 전달되지 않는다.

이 방법에서, 급전선의 길이는 ¼파장으로 제한된다. 일반적으로, 급전선의 길이의 자유도는 반드시 보장되지 않는다. 실제, 휴대용 무선장치의 무선장치 회로는 무선 회로부뿐만 아니라 신호처리회로, 정보처리회로, 전력 회로 및 외부 인터페이스부를 포함한다. 이들 구성요소의 전체의 최적의 레이아웃을 고려하면, 급전선의 길이는 항상 최적화될 수 없다. 이 점에서, 전술한 방법은 보편적이지 않다.

본 발명의 발명자들은, 일부분이 금속 하우징 표면 상에 분기된 무선 장치 회로에 안테나를 결합하는 급전선 부분의 길이가 변경된 경우의 잡음에 대한 안테나 특성의 열화를 평가하기 위해서, 전류가 안테나의 급전선에 공급되어 안테나를 송신 상태로 변경시킬 때 안테나로부터 급전선으로 누설된 전류의 크기를 계산하였다. 이것은 금속 하우징으로부터 급전선으로 누설된 잡음이 수신 상태에서 안테나로 흐르는지 여부에 대한 평가와 등가가 된다.

안테나로부터 급전선으로 누설된 전류가 송신하는 동안에 낮은 경우, 이것은 안테나의 급전점과 급전선 상의 각 점 사이의 전자기적 결합이 약하다는 것을 의미한다. 이것은 누설된 잡음의 전류가 수신하는 동안 급전선 상에 분포하여도 잡음이 급전점에서 전류에 보다 작은 영향을 미친다는 것을 나타낸다.

도 6의 그래프에서 수평축은 급전선의 길이를 나타내며, 수직축은 안테나 상의 최대 전류값으로 규격화된 급전선 상의 최대 전류값을 나타낸다. 급전선의 길이가 ¼파장인 경우, 급전선 상의 최대 전류는 최소(약 -25dB)이다. 급전선의 길이가 ¼파장이 아니면, 급전선의 전류는 10dB까지 증가한다. 이 결과로부터 명백한 바와 같이, 누설 잡음의 영향은 급전선의 길이에 따라 크게 변화한다.

전술한 방법에 있어서, 실례로서 금속 하우징 부근에 다이폴 안테나를 위치시킨 동안의 급전선 상의 누설 잡음의 영향에 대해 기술하였다. 이제, 실례로서 금속 하우징 상에 단극 안테나를 배치한 동안의 하우징에 대한 영향에 대해 기술한다.

나선형 안테나는 단극 안테나의 선형 요소를 감아서 구성되고, 이에 의해 안테나의 크기가 작아진다. 나선형 안테나는 PHS 단말용으로 사용되고 있다. 도 7a 및 도 7b는 이 나선형 안테나를 채용한 무선장치 모델의 방사 패턴을 도시한다. 특히, 도 7a는 지면에 대한 수직 평면(XZ 평면)상의 무선장치 모델의 방사 패턴을 도시한다. 도 7b는 지면에 대한 수평 평면(XY 평면)상의 방사 패턴을 도시한다. 또한, 도 7c는 무선장치 모델을 도시한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 수직 평면 상의 방사 패턴은 수평 방향(X방향)에 대해 -45°및 +30°에서 피크를 갖는다. 도 7b에 도시된 수평 평면 상의 방사 패턴은 무지향성에 가까운 형상을 하고 있지만 패턴 레벨은 낮다. 이 때문에, 이것은 양호한 통신을 확립하는데 적절하지 않다. 이와 같은 방사 패턴으로 하는 이유는 휴대용 무선장치가 안테나로부터뿐만 아니라 금속 하우징으로 누설된 고주파수 전류로부터도 방사가 일어나기 때문이다.

Z축 방향으로의 금속 하우징의 길이가 반파장보다 더 긴 경우, 안테나 상의 고주파수 전류와 금속 하우징 상의 고주파수 전류 사이의 위상차는 반전되어 수평 평면에서의 방사는 서로 상쇄된다. 이 방식에 있어서, 안테나의 방사 특성은 금속 하우징으로부터의 방사에 의해 변화되어, 수평 평면 내의 레벨은 현저하게 낮아진다.

상기한 열화를 방지하고 수평 평면 내의 이득을 향상시키기 위하여, 상기한 바와 같이 다이폴 안테나를 채용하는 방법이 알려져 있다. 또한, 안테나로부터 방사를 증가시키는 또 다른 방법이 알려져 있다.

나선형 안테나는 약 ¼파장의 선형 요소를 나선형으로 감아서 형성된다. 이러한 이유 때문에, 세로 방향의 나선형 안테나의 실제 치수는 약 1/10 파장이 되어, 안테나의 방사량은 매우 작아진다. 따라서 무선장치의 금속 하우징으로부터의 방사는 무선장치의 안테나 자체의 방사보다 우세하여, 안테나의 방사 특성은 이미 상기한 바와 같이 금속 하우징에 의해 점점 열화된다.

이것을 방지하기 위해서, 반파장의 선형 요소를 나선형 안테나의 선단에 연결함으로써 안테나로부터의 방사를 증가시키는 방법이 제안되고 있다. 만약 이렇게 한다면, 안테나의 전체 길이는 나선형 안테나의 길이와 반파장 요소의 길이의 총합이 된다. 그러므로 안테나가 실제적으로 더 길어져서 안테나의 방사량은 증가한다. 또한, 반파장 요소가 나선형 안테나에 연결되기 때문에, 나선형 안테나만을 사용한 경우와 같이 급전선과 안테나 사이에 양호한 정합이 확보된다.

도 8a 및 8b는 상기한 바와 같이 나선형 안테나의 선단에 반파장 요소가 연결되는 경우의 방사 패턴을 도시한다. 도 7a 및 도 7b의 경우처럼, 도 8a는 지면에 대한 수직 평면(XZ 평면)에서의 방사 패턴을 도시하고, 도 8b는 지면에 대한 수평 평면(XY 평면)에서의 방사 패턴을 도시한다. 도 8c는 무선장치 모델을 도시한다. 도 8b에 도시된 수평 평면 상의 방사 패턴으로부터 분명한 바와 같이, 방사량이 수평 평면 상에서 증가하는 반면, 도 8a에 도시된 수직 평면 상의 방사 패턴은 수평 방향(X 방향)에 대하여 +30°및 -50°에서 크게 증가한다.

즉, 비록 이 방법이 수평 평면 상의 방사량을 증가시킬 수 있지만, 수평 방향 이외의 방향에서 최대 방사가 존재하기 때문에 양호한 통신을 확보하기 위한 최적 조건이 아니다. 이러한 방사 패턴의 원인은 나선형 안테나 및 반파장 요소가 서로 방사를 열화시키는데 있다. 다시 말하면, 나선형 안테나 상의 높은 주파수 전류의 위상과 반파장 요소 상의 높은 주파수 전류 위상이 서로 반대가 되어, 나선형 안테나로부터의 방사와 반파장 요소로부터의 방사가 수평방향에서 서로 상쇄된다.

반면에, 휴대용 무선장치 또는 그와 유사한 것에서, 안테나를 무지향성으로 만드는 것이 바람직하다. 이 경우, 급전선의 영향이 더욱 커지게 된다. 도 9에는 도 8c에서 도시된 수평면으로 지향성을 갖도록 의도된 안테나의 특정한 실시예가 도시된다. 다이폴 안테나는 무선장치회로(132)를 포함하는 금속 하우징(131)의 상부 표면에 근접하여 제공된 선형 요소(136), 나선형 요소(137), 상기 나선형 요소(137)의 선단에 제공된 반파장 요소(138) 및 동축 급전선(133)으로 구성된다.

동축 급전선(133)은 안테나를 무선장치회로(132)에 연결한다. 외부 도체(134)의 한쪽 끝은 선형 요소(136)의 한쪽 끝인 제 1 급전점에 연결된다. 중심 도체(135)의 한쪽 끝은 나선형 요소(137)의 한쪽 끝인 제 2 급전점에 연결된다. 반파장 요소(138)는 나선형 요소(137)의 다른 쪽 끝에 연결된다.

도 9에 도시된 안테나에서, 반파장 요소(138)가 주 방사원으로서의 역할을 하고, 이것에 의해 수직으로 편광된 파는 수평 평면에서 무지향성의 방사 패턴을 실현한다. 이 경우, 나선형 요소(137)는 반파장 요소(137)보다 작은 방사량을 가지고, 단지 정합 회로로서의 기능을 한다. ZX, ZY 및 YX 평면에서의 안테나의 방사 패턴의 계산 결과가 각각 도 10a, 10b 및 10c에서 도시되어 있다. 이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 수직으로 편광된 파의 방사 패턴이 수평 평면(XY 평면)에서 무지향성이 되지만, 2dB 이상의 리플을 생성한다.

가까운 미래에 휴대용 무선장치용 통신 시스템으로서 실질적으로 사용될 것으로 예상되는 IMT-2000 시스템에서, 단말로서의 무선장치의 안테나는 고속도 데이터 통신을 실현하고 가능한 한 지향성 패턴의 리플을 방지하기 위해서 수평 평면에서 무지향성이 될 필요가 있다. 이러한 유형의 IMT-2000 단말에서, 도 10a, 도 10b 및 도 10c에 도시된 리플의 발생이 허용되는 제한을 초과할 수 있다. 그러므로 리플을 더욱 감소시킬 필요가 있다.

지금부터, 리플의 발생 이유를 간략히 설명한다. 리플은 동축 급전선(133)의 외부 도체(134)의 표면 상으로 누설되는 불필요한 전류로부터의 방사에 의해 발생되는 것으로 생각된다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c로부터 명백해지는 바와 같이, 교차 편파인 수평 편파가 ZX, ZY 및 YX 평면 상의 각각의 방사 패턴으로 각각 발생된다. 이들은 수평 평면에 평행한 동축 급전선(133)의 외부 도체(134)로부터 방사된다. 게다가, 도 10b에 도시된 ZY 평면 상의 방사 패턴은 수직축에 대해 비대칭이다. 또한, 이것은 동축 급전선(133)의 외부 도체(134)로부터의 방사로 인한 반파장 요소(138)의 방사 패턴의 왜곡 때문이다.

상기한 바와 같이, 휴대용 무선장치와 일체화되거나 무선장치에 내장될 안테나에서, 무선장치회로로부터 누설된 잡음을 수신하지 않도록 안테나를 구성하는 것이 어렵다. T-정합된 다이폴 안테나를 채용하고, 급전선의 길이를 최적화함으로써 누설된 잡음 수신량을 감소시키는 것이 가능하다. 그러나, 만일 그렇다면 급전선의 길이는 더 작은 자유도를 갖는다. 이것은 급전선의 길이의 자유도를 유지하고, 누설된 잡음의 영향을 억제하기 위한 억제 특성 및 안테나 특성의 모두를 유지하면서 양호한 통신 품질을 확보하는 것을 매우 어렵게 한다.

또한, 수평 평면 무지향성으로 방사 패턴을 만들기 위하여 다이폴 안테나의 한쪽의 요소를 나선형 요소로 한 다이폴 안테나에서는 급전선으로부터의 불필요한 방사 때문에 리플 또는 왜곡이 안테나의 방사 패턴에 발생되고, 이것에 의해 통화 품질이 열화된다.

또한, 수평 평면에서의 이득을 향상시키기 위하여, 무선장치의 금속 하우징과 통합되고 보다 작은 크기로 만들어진 단극 안테나인 나선형 안테나의 선단에 반파장 요소가 부착되는 경우, 수평 평면에서의 이득의 증가는 나선형 안테나 상의 전류와 반파장 요소 상의 전류 사이의 위상 차이로 인해 불리하게 제한된다.

따라서, 본 발명의 목적은 무선 장치가 안테나와 일체화되는 구성으로 무선 장치 회로로부터의 잡음 누설 및 급전선으로부터의 불필요한 방사의 영향을 감소시켜서 우수한 통신 품질을 얻을 수 있는 안테나 장치 및 이것을 이용한 무선장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 관련 목적은 무선장치가 안테나와 일체화되는 구성으로 수평 평면에서의 이득을 증가시켜서 우수한 통신 품질을 얻을 수 있는 안테나 장치 및 이것을 이용한 무선장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 내장 역 F형 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 사시도,

도 2는 종래의 내장 다이폴 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 사시도,

도 3은 다이폴 안테나의 여러 가지 상태에서의 정합 손실(matching loss)을 나타내는 도면,

도 4는 T-정합된 다이폴 안테나의 설명도,

도 5는 종래의 T-정합된 다이폴 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 사시도,

도 6은 도 5의 구성에서 동축 급전선의 길이가 변경된 경우의 급전선 상의 누설된 잡음 전류의 변화를 나타내는 그래프,

도 7a 및 도 7b는 종래의 나선형 안테나의 각 평면 상의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 7c는 무선장치 모델을 나타내는 도면,

도 8a 및 도 8b는 반파장 요소가 부착된 종래의 나선형 안테나의 각 평면상의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 8c는 무선장치 모델을 나타내는 도면,

도 9는 반파장 요소가 부착된 나선형 안테나를 사용하는 휴대용 무선장치의 사시도,

도 10a 내지 도 10c는 도 9에 도시된 안테나의 각 평면 상의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 11은 본 발명에 따른 실시예 1에서의 무선장치 및 안테나 장치의 개략도를 나타내는 사시도,

도 12a는 실시예 1의 확대된 주요부를 나타내는 평면도,

도 12b는 도 12a의 A-A'선을 따라 취한 단면도,

도 13은 실시예 1에서 동축 급전선의 길이가 변경되는 경우에 급전선 상의 누설된 잡음 전류의 변화를 나타내는 그래프,

도 14는 실시예 1에서 동축 급전선 상에 누설된 고주파 잡음을 수신하지 않는 원리를 설명하기 위해 안테나부의 각 부분을 통해 흐르는 전류를 나타내는 도면,

도 15는 본 발명에 따른 실시예 2의 안테나 장치의 주요부의 구성을 나타내는 평면도,

도 16은 본 발명에 따른 실시예 3의 무선장치 및 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,

도 17a 내지 도 17c는 실시예 3에서의 안테나의 각 평면에서의 방사 패턴을 나타내는 도면,

도 18은 실시예 3의 주요부를 나타내는 평면도,

도 19는 도 18에서의 방사 패턴의 리플(ripple)과 나선형 요소의 부착각(θ) 사이의 관계를 나타내는 그래프,

도 20a 내지 도 20c는 실시예 3에서의 방사 패턴의 리플을 감소시키는 효과에 대한 설명도,

도 21은 본 발명에 따른 실시예 4에서의 무선장치 및 안테나 장치의 구성을 나타내는 사시도,

도 22는 실시예 4의 주요부를 확대한 사시도,

도 23a 및 도 23b는 실시예 4에서의 안테나의 각 평면에서의 방사 패턴을 나타내는 도면, 및

도 24는 실시예 4에서의 안테나의 수평 평면에서의 평균 이득의 계산 결과를 나타내는 도면이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

11, 31, 41 : 금속 하우징 12, 32, 42 : 무선장치회로

13 : 안테나 보드 14 : 다이폴 안테나

15 : 단락 요소 16, 18, 33 : 동축 급전선

17 : 동축 커넥터 21, 22 : ¼파장 요소

23, 24 : 급전점 26, 35 : 중심 도체

25, 34 : 외부 도체 36 : 선형 요소

37 : 나선형 요소 38 : 반파장 요소

43 : 선형 안테나

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 안테나 장치는 무선장치회로를 내장한 금속 하우징의 표면에 근접하여 선형으로 제공된 제 1 및 제 2의 ¼파장 요소를 가지고 있고 상기 제 1 및 제 2의 ¼파장 요소의 서로 대향하는 선단부를 각각 제 1 및 제 2 급전점으로 하는 다이폴 안테나, 상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소를 단락하는 단락 요소, 및 상기 제 1 및 제 2 급전점을 무선장치회로에 연결하는 동축 급전선으로 된다. 동축 급전선은 제 1 및 제 2의 ¼파장 요소의 일부 및 단락 요소를 통해 제 1 및 제 2 급전점으로부터 동축 급전선으로 흐르는 전류가 서로 역상(逆相)이 되도록 배치된다.

보다 구체적으로, 동축 급전선은 제 2 급전점에 한쪽 끝이 연결된 중심 도체, 및 제 1 급전점에 한쪽 끝이 연결된 외부 도체를 갖는다. 외부 도체는 단락 요소 및 제 1의 ¼파장 요소의 일부를 따라 배치되고, 단락 요소의 다이폴 안테나의 세로 방향 중간 위치로부터 분기된다. 외부 도체는 단락 요소 및 제 1의 ¼파장 요소의 일부에 전기적으로 연결된다.

상기한 바와 같이 구성된 안테나 장치에서, 2개의 급전점으로부터 다이폴 안테나의 2개의 ¼파장 요소로 흐르는 전류는 각각 단락 요소와의 접속점으로부터 ¼파장 요소와 단락 요소로 분기된다. 단락 요소로 흐르는 전류는 동축 급전선이 분기되는 위치에서 합성되어, 누설 전류로서 동축 급전선의 외부 도체로 흐른다. 2개의 ¼파장 요소를 통해 단락 요소로 각각 흐르는 전류가 서로 위상이 거의 반대이기 때문에, 동축 급전선의 외부 도체 상의 누설 전류는 거의 0이 된다. 따라서, 무선장치회로로부터 누설된 잡음의 영향이 상당히 개선되어, 종래의 안테나 장치와 비교할 때 우수한 통신 품질이 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 안테나 장치는 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징의 표면에 근접하여 선형으로 제공된 제 1 및 제 2의 ¼파장 요소를 갖는 다이폴 안테나, 상기 제 1 및 제 2의 ¼파장 요소를 단락하고 제 1 및 제 2 세그먼트로 분할되는 단락 요소, 및 제 1 및 제 2 급전점을 무선장치회로에 연결하는 동축 급전선으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 세그먼트의 말단은 각각 제 1 및 제 2 급전점으로서의 역할을 한다. 동축 급전선은 제 1 및 제 2 급전점으로부터 단락 요소, 및 제 1 및 제 2의 ¼파장 요소의 일부를 통해 동축 급전선으로 흐르는 전류가 서로 위상이 거의 반대가 되도록 배치된다.

보다 구체적으로, 동축 급전선은 한쪽 끝이 제 1 급전점에 연결되는 외부 도체 및 한쪽 끝이 제 2 급전점에 연결되는 중심 도체를 갖는다. 외부 도체는 제 1의 ¼파장 요소 및 단락 요소의 제 1 세그먼트를 따라 배치되고, 제 1 및 제 2의 ¼파장 요소 사이의 중간 위치로부터 분기된다. 외부 도체는 제 1의 1/4 파장 요소 및 단락 요소의 제 1 세그먼트에 전기적으로 연결된다.

상기한 바와 같이 구성된 안테나 장치에서, 2개의 급전점으로부터 단락 요소의 제 1 및 제 2 세그먼트로 각각 흐르는 전류는 ¼파장 요소와의 접속점으로부터 단락 요소 및 ¼파장 요소로 각각 분기된다. ¼파장 요소로 흐르는 전류는 동축 급전선이 분기되는 위치에서 합성되어, 누설 전류로서 동축 급전선의 외부 도체로 흐른다. 단락 요소의 제 1 및 제 2 세그먼트를 통해 ¼파장 요소로 흐르는 전류는 서로 위상이 거의 반대가 되기 때문에, 동축 급전선의 외부 도체 상의 누설 전류는 거의 0이 된다. 따라서, 무선장치회로로부터 누설된 잡음의 영향이 상당히 개선되고, 종래의 안테나 장치와 비교하여 우수한 통신 품질이 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 안테나 장치는, 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징의 표면에 근접하게 제공되고 한쪽 끝이 제 1 급전점으로서의 역할을 하는 선형 요소, 선형 요소의 제 1 급전점 근방에 제 2 급전점으로서의 역할을 하는 한쪽 끝을 갖고 있는 나선형 요소, 나선형 요소의 다른 쪽 끝에 연결된 반파장 요소, 및 금속 하우징의 표면 근방에 선형 요소와 평행하게 제공되고 제 1 및 제 2 급전점을 무선장치회로에 연결하는 급전선으로 구성된다. 나선형 요소는 나선형 요소의 적어도 일부가 급전선과 겹쳐지도록 배치된다.

예를 들어, 제 2 급전점에 연결된 한쪽 끝을 갖는 중심 도체, 및 제 1 급전점에 연결된 한쪽 끝을 갖는 외부 도체를 갖는 동축 급전선이 급전선으로서 사용된다. 나선형 요소는 동축 급전선 위에 나선형으로 배치되어, 외부 도체의 표면을 통해 흐르는 전류와 위상이 거의 반대인 전류가 나선형 요소를 통해 흐르게 한다. 즉, 나선형 요소는 외부 도체의 표면을 통해 흐르는 전류로부터 발생되는 불필요한 방사를 상쇄하는 방사계(radiation field)을 형성하도록 배치된다.

이 안테나 장치에서, 나선형 요소는 급전점 근방에서 서로 거의 평행하게 급전선에 근접한다. 급전선 상의 전류에 의해 발생된 불필요한 방사가 나선형 요소를 통해 흐르는 전류에 의해 상쇄되어, 수평 평면 내의 방사 패턴의 리플(ripple)이 감소되어, 우수한 수평 평면의 무지향성이 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 안테나 장치는, 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징 근방에 제공되고 반파장의 길이를 갖는 선형 안테나, 한쪽 끝이 상기 선형 안테나의 기단(基端)에 연결되는 ¼파장 요소, 및 상기 ¼파장 요소의 다른 쪽 끝을 무선장치회로에 접속하는 급전선으로 구성된다. ¼파장 요소의 한쪽 끝은 금속 하우징의 상단(上端) 아래의 위치에서 선형 안테나의 기단에 접속되고, ¼파장 요소의 다른 쪽 끝은 금속 하우징의 상단의 급전선에 접속된다.

이 안테나 장치에서, 반파장 길이를 가지는 선형 안테나 상의 전류는 ¼파장의 길이를 가지는 ¼파장 요소 상의 전류와 위상이 반대된다. 만일 급전점인 ¼파장 요소의 다른 쪽 끝에서 본다면, 선형 안테나는 위쪽으로 향하고, ¼파장 요소는 아래쪽으로 향한다. 따라서, 선형 안테나로부터 방사된 전자기장 및 ¼파장 요소로부터 방사된 전자기장은 동일한 위상을 가져서, 방사 레벨, 즉 수평 평면 상의 이득이 증가한다.

또한, 본 발명은 상기한 안테나 장치, 무선장치회로 및 금속 하우징을 갖는 무선장치를 제공한다.

본 발명의 추가적인 목적 및 이점이 하기의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 상세한 설명으로부터 부분적으로 명백해지거나, 본 발명의 실행에 의해 학습될 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 특히 지금부터 설명되는 실시예 및 결합예에 의해 실현되어 얻어질 수 있다.

본 명세서에 설명되고 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고, 상기한 전반적인 설명 및 후술하는 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명한다.

지금부터 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 안테나 장치의 적절한 실시예를 설명한다.

실시예 1

도 11은 본 실시예에서 안테나 장치를 포함하는 휴대용 무선장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다. 하우징(11)은 실드 부재를 겸하는 금속 하우징으로, 그 안에 무선장치회로(12)를 내장하고 있다. 무선장치회로(12)는 무선회로부, 신호처리부, 정보처리부, 전원회로부, 및 외부 인터페이스부 등을 포함한다.

도 12a 및 도 12b는 각각 안테나 장치의 상세한 구성을 나타내는 평면도 및 A-A'선을 따라 취해진 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 안테나 보드(13)는 직사각형의 평행 육면체 형상의 금속 하우징(11)의 한 표면의 근방에 배치되고, 다이폴 안테나(14), 단락 요소(15) 및 동축 급전선(16)이 싱기 안테나 보드(13) 상에 형성된다.

다이폴 안테나(14)는, 선형으로 제공되고 각각이 ¼파장의 길이를 가지는 2개의 선형 요소(¼파장 요소)(21, 22)로 구성된다. ¼파장 요소(21, 22)의 대향하는 단부(端部)는 각각 급전점(23, 24)이다. 단락 요소(15)는 적절한 위치에서 ¼파장 요소(21, 22) 사이에서 단락을 일으키도록 형성되어, 다이폴 안테나(14)를 T-정합한다. T-정합의 정합 특성은 접속점에 따라 달라진다. T-정합의 정합 특성에 기초하여 적절한 위치가 결정된다. 동축 급전선(16)이 분기되는 단락 요소(15)의 위치, 및 단락 요소(15)의 모양 및 단락 위치에 대해서는 어떠한 제한도 없다.

동축 급전선(16)은 다이폴 안테나(14)의 2개의 급전점(23, 24)을 무선장치회로(12)의 무선회로부에 접속하는 것으로, 외부 도체(25) 및 중심 도체(26)로 구성된다. 외부 도체(25)의 한쪽 끝은 ¼파장 요소(21)의 급전점(23)에 접속되고, 중심 도체(26)의 한쪽 끝은 외부 도체(25)의 한쪽 끝으로부터 노출되어, 다른 ¼파장 요소(22)의 급전점(24)에 연결된다.

동축 급전선(16)은 ¼파장 요소(21)의 일부(급전점(23)으로부터 단락 요소(15)의 일단측(一端側)까지의 영역)를 따라서, 그리고 단락 요소(15)의 일부를 따라서 배치된다. 동축 급전선(16)은 단락 요소(15)의 중심부(단락 요소(15)의 다이폴 안테나(14)의 세로 방향 중심 위치)로부터 분기되어, 무선회로(12)에 연결된다. 외부 도체(25)는 급전점(23)에서 시작하여, ¼파장 요소(21) 및 단락 요소(15)에 전기적으로 접속된다. 중심 도체(26)는 외부 도체(25)로부터 노출된 부분을 제외하고 외부 도체(25)의 루트와 동일한 루트를 취한다.

단락 요소(15)의 중심 부분으로부터 분기된 동축 급전선(16)은 안테나 보드(13) 상의 도 12a의 우측 단을 향해 연장되어, 동축 커넥터(17)를 통해 동축 급전선(18)에 접속된다.

도 12a의 A-A'선을 따라 취해진 단면도를 도 12b에 도시한 바와 같이, 다이폴 안테나(14), 단락 요소(15) 및 동축 급전선(16)은 본 실시예에서 다층 인쇄 기술에 의해 형성된다.

즉, 먼저, 다이폴 안테나(14)(¼파장 요소(21,22)) 및 단락 요소(15)가 제 1 도전층으로서 안테나 보드(13)상에 형성된다. 동축 급전선(16)의 외부 도체(25)의 하부 도체(25-1)가 제 1 도전층 상에 제 2 도전층으로서 형성된다. 중심 도체(26)는 하부 절연층(27-1)을 통해 하부 도체(25-1)위에 형성된다. 상부 절연층(27-2)은 중심 도체(26)상에 형성된다. 절연층(27-1, 27-2)은 중심 도체(26)로부터 동축 급전선(16)의 외부 도체(25(25-1, 25-2))를 절연하고, 하부 도체(25-1)보다 더 좁게 형성된다. 외부 도체(25)의 상부 도체(25-2)는 제 3 전도체로서 상부 절연층(27-2) 상에 형성되어, 상부 도체(25-2)의 너비 방향의 양측에서 하부 도체(25-1)에 전기적으로 접속된다.

상기 실시예에서, 다이폴 안테나(14)가 우수한 입력 특성을 유지하면서 상기 다이폴 안테나(14)가 누설된 잡음을 수신하지 않도록 할 수 있다. 이하, 이 안테나 장치의 특성의 결과에 대해 설명하고, 이후 상기 특성의 개선 원리를 설명한다.

본 발명의 발명자는 본 실시예에 따라 구성된 무선장치용 안테나 모델을 사용함으로써 정합 손실을 계산했다. 동축 급전선(16)의 길이는 3개의 길이, 즉 1/12 파장, ¼파장 및 반파장의 길이가 선택되었다. 계산 결과, 임의의 길이에서의 정합 손실은 많아야 0.5㏈이었고, 안테나는 급전선(16)의 길이에 상관 없이 매우 우수한 입력 특성을 나타냈다.

도 13은 무선장치 안테나 모델을 사용하면서 동축 급전선(16)으로 누설된 잡음에 대한 다이폴 안테나(14)의 성능의 평가 결과를 나타낸다. 동축 급전선(16)의 길이는 1/12 파장, ¼파장 및 반파장이 되도록 선택되었다. 상기한 도 6의 경우에서와 같이, 전류가 급전점(23,24)으로 공급되어 안테나를 송신 상태로 전환했을 때에, 다이폴 안테나(14)로부터 동축 급전선(16)으로 누설된 전류를 계산함으로써 평가가 실행되었다.

도 13으로부터 명백한 바와 같이, 도 4 및 도 5에 도시된 종래의 T-정합 다이폴 안테나의 경우에서와 같이 누설된 전류의 양이 동축 급전선(16)의 길이에 따라 변화되지만, 종래의 안테나와 비교하여, 30㏈ 이상의 작은 전류만이 임의의 길이, 즉 1/12 파장, ¼파장 및 반파장에서 급전선(16)으로 누설되었다.

이제, 본 실시예의 구성에 의해 안테나 특성을 개선하는 원리를 간략하게 설명한다.

먼저, 안테나가 우수한 입력 특성을 가지는 이유를 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 만일 다이폴 안테나가 T-정합되는 경우, 안테나의 입력 특성이 개선된다. 이러한 실시예에서, 다이폴 안테나(14)의 2개의 ¼파장 요소(21, 22)를 단락하기 위해 단락 요소(15)가 사용되고, 이것은 T-정합 효과에 의해 안테나의 입력 특성을 개선할 수 있다.

다음, 도 14를 참조하여, 급전선으로 누설된 잡음에 대한 우수한 안테나 특성의 이유를 설명한다.

도 13 및 도 6에 도시된 평가 방법의 경우에서와 같이, 다이폴 안테나(14)가 송신 상태에 있다고 가정하고 설명한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 전류(I1, I2)는 급전점(23, 24)으로부터 각각 다이폴 안테나(14)의 ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐른다. 이들 전류(I1, I2)는 단락 요소(15)의 접속점에서 ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐르는 전류와 단락 요소(15)를 통해 흐르는 전류로 분기된다. ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐르는 전류는 "I1a, I2a"로 표시되고, 단락 요소(15)를 통해 흐르는 전류는 "I1s, I2s"로 표시된다. ¼파장 요소(21, 22)를 통해 흐르는 전류(I1a, I2a)는 각각 방사 파원(radiation wave source)으로서 공간으로 방사된다.

한편, 단락 요소(15)를 통해 흐르는 전류(I1s, I2s)는 동축 급전선(16)이 분기되는 위치에서 합성되어, 다이폴 안테나(14)로부터 Iline = I1s + I2s의 누설 전류로서 동축 급전선(16)의 외부 도체(25)를 통해 흐른다.

만일, 단락 요소(15)가 다이폴 안테나(14)에 대해 거의 대칭으로 제공된다면, 즉 단락 요소(15)의 양 말단이 ¼파장 요소(21, 22)의 급전점(23, 24)으로부터 거의 등거리 위치에서 접속된다면, 단락 요소(15)를 통해 흐르는 전류(I1s, I2s)는 서로 위상이 거의 반대(I1s ≒ -I2s)가 된다. 다이폴 안테나가 T-정합될 때, 안테나에 대해 대칭이 되도록 단락 요소(15)를 접속하는 것이 실제로 일반적이므로, I1s ≒ -I2s의 관계가 얻어질 수 있다.

이러한 방법에서, 단락 요소(15)상의 전류의 위상이 서로 반대(I1s ≒ -I2s)가 되어, 동축 급전선(16)의 외부 도체 상의 누설 전류가 Iline = I1s + I2s ≒ I1s - I1s = 0이 된다.

또한, 만일 송신하는 동안 다이폴 안테나(14)로부터 동축 급전선(16)의 외부 도체(25)로 누설된 전류가 적은 경우, 이것은 동축 급전선(16) 상의 각각의 점과 다이폴 안테나(14)의 급전점(23, 24) 사이의 전자계적 결합이 작다는 것을 의미한다. 결국, 수신하는 동안 무선장치회로(12)로부터 누설된 잡음으로 인해 발생하는 전류가 동축 급전선(16)의 외부 도체(25)상에 분포하여도, 급전점(23, 24)에서의 전류에 대한 누설된 잡음의 영향은 적다. 즉, 동축 급전선(16) 길이에 의존하지 않는 구성은 다이폴 안테나(14)가 급전선(16)으로 누설된 잡음을 수신하지 않도록 하여, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에서, 2개의 ¼파장 요소를 통해 흐르는 전류가 서로 상쇄되어, 외부 도체 상의 누설 전류가 0이 되도록 동축 급전선은 T-정합된 다이폴 안테나에 접속된다. 이로 인해, 급전선 길이에 상관 없이 누설된 잡음의 영향을 제거하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명에 따른 다른 실시예를 기술한다. 실시예 1의 구성 요소에 대응하는 다음의 실시예의 동일한 구성 요소들은 동일한 도면 부호로 표시되고, 이에 대한 상세한 설명은 제공하지 않는다.

실시예 2

도 15는 본 발명에 따른 실시예 2의 안테나 장치의 중요 부분에 대한 평면도이다. 이 실시예에서, 단락 요소(15)의 중심 부분은 분단되어 있고, 이 분단 부분에서의 단락 요소(15)의 대향하는 단부는 급전점(23, 24)으로 설정되어 있다. 실시예 2는 단락 요소(15)가 다이폴 안테나의 ¼파장 요소(21, 22) 사이를 적절한 위치에서 단락하도록 형성된다는 점에서 실시예 1과 동일하다.

동축 급전선(16)은 단락 요소(15)의 2개의 급전점(23, 24)을 무선장치회로(12)의 무선회로부와 접속시킨다. 급전선(16)의 외부 도체(25)의 한쪽 끝이 급전점(23)에 접속되고, 급전선(16)의 중심 도체(26)의 한쪽 끝이 외부 도체(25)의 한쪽 끝으로부터 노출되어 다른 급전점(24)에 접속된다.

동축 급전선(16)은 단락 요소(15)의 일부분(급전점(23)으로부터 ¼파장 요소(21)까지의 영역)과 ¼파장 요소(21)의 일부분을 따라 배치되고, ¼파장 요소(21, 22) 사이의 중간 위치에서 분기된다(이 분기점에서 급전선(16)은 또한 ¼파장 요소(22)에 접속된다). 또한, 외부 도체(25)는 급전점(23)에서 시작하여, 단락 요소(15)와 ¼파장 요소(21)에 전기적으로 접속된다. 중심 도체(26)는 외부 도체(25)로부터 노출된 부분을 제외하고 외부 도체(25)의 경로와 거의 동일한 경로를 갖는다.

¼파장 요소(21, 22) 사이의 중간 위치로부터 분기된 동축 급전선(16)은 도 15에 도시되어 있지 않은 안테나 보드의 단부를 향하여 연장되고, 도면에 도시되어 있지 않은 동축 커넥터를 통해 무선장치에 도달하는 다른 동축 급전선에 접속된다.

본 실시예에서도 실시예 1의 효과와 동일한 효과가 얻어질 수 있다는 것은 명백하다.

실시예 3

도 16은 본 발명에 따른 실시예 3의 안테나 장치를 포함하는 휴대용 무선장치의 구성을 나타내는 사시도이다. 본 실시예의 안테나 장치는, 나선형 요소와 반파장 요소를 갖는 안테나를 사용함으로써 수평 평면에서의 방사 패턴이 무지향성이 되도록 구성된다.

무선장치회로(32)를 내장한 금속 하우징(31)의 표면에 근접하여, 외부 도체(34) 및 중심 도체(35)로 구성되는 동축 급전선(33)과, 선형 요소(36)가 서로 평행으로 제공된다. 선형 요소(36) 중 한쪽 끝은 제 1 급전점으로, 동축 급전선(33)의 외부 도체(34)의 한쪽 끝에 전기적으로 접속된다. 동축 급전선(33)의 다른 쪽 끝은 무선장치회로(32)에 접속된다.

선형 요소(36)의 급전점의 근방의 나선형 요소(37)의 한쪽 끝이 제 2 급전점으로 설정되어 있고, 동축 급전선(33)의 중심 도체(35)에 접속된다. 반파장 요소(38)의 한쪽 끝은 나선형 요소(37)의 다른 쪽 끝에 접속된다.

동축 급전선(33) 위에 나선형 요소(37)가 급전선(33)에 거의 평행한 나선형이 되도록 배치 및 구성된다. 즉, 나선형 요소(37)는 제 2 급전점으로부터 동축 급전선(33)에 대하여 직각으로 위쪽으로 연장되고, 급전선(33)에 평행한 방향으로 구부러져, 급전선(33) 위에서 나선형으로 감겨있다. 그 결과, 동축 급전선(33)의 외부 도체(34)의 표면을 통해 흐르는 전류와 거의 반대의 위상을 갖는 전류가 나선형 요소(37)를 통해 흘러서, 외부 도체(34) 상에 흐르는 불필요한 전류를 상쇄한다.

도 17a, 도 17b 및 도 17c는 도 16에 도시된 안테나 장치의 ZX 평면, ZY 평면 및 YX 평면 상에서의 방사 패턴의 계산 결과를 각각 나타낸다. 이들 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 방사 패턴의 교차 편파 성분(수평 편파 성분)은 도 9에 도시된 종래의 안테나 장치의 방사 패턴(도 10a, 도 10b 및 도 10c)의 교차 편파 성분에 비해 감소되고, ZY 평면에서의 방사 패턴의 대칭성이 개선되어, 결과적으로 수평 평면(XY 평면)에서의 수직 편파의 리플이 상당히 감소된다.

도 18은 도 16에 도시된 휴대용 무선장치의 안테나부의 평면도이다. 수평 평면에서의 나선형 요소(17)의 최초 굴곡 부분에 대하여 동축 급전선(33)과 선형 요소(36)의 각이 θ라고 가정한다. 도 9에 도시된 종래의 안테나 장치에서, 각 θ는 180°이다. 도 16에서 각 θ는 0°이다.

도 19는 각 θ의 변화에 대한 수평 평면에서의 방사 패턴의 리플의 변화를 나타낸다. 각 θ=0°에서, 각 θ=180°에 비해 리플은 1㏈ 이상 감소될 수 있고, 이것은 본 발명의 효과를 증명한다. 또한, 이 결과는, 각이 반드시 θ=0°일 필요는 없고, 각이 θ=90°이하이면 양호한 리플 감소 효과가 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다.

다음으로, 도 20a, 도 20b 및 도 20c를 참조하여 수평 평면에서의 방사 패턴이 본 실시예의 구성에 의해 개선되는 이유에 대한 설명이 제공된다.

도 20a는 수신하는 동안 동축 급전선(33)(외부 도체(34)와 중심 도체(35)), 선형 요소(36) 및 나선형 요소(37)를 통해 흐르는 전류를 정성(定性)적으로 나타낸다. 동축 급전선(33) 내부에서, 중심 도체(35)의 표면과 외부 도체(34)의 내부 표면이 서로 쌍을 이루고, 이를 통해 고주파 전류(i1, i2)가 각각 흐른다. 전류(i1, i2)는 서로 위상이 반대이다.

중심 도체(35)의 표면을 통해 흐르는 전류(i1)는 전류(i1')로서 나선형 요소(37)를 통해 흐른다. 외부 도체(34)의 내부 표면을 통해 흐르는 전류(i2)는 전류(i2')로서 선형 요소(36)를 통해 흐를 뿐만 아니라 전류(i2")로서 동축 급전선의 표면(외부 도체(34)의 외부 표면)을 통해 흐른다. 후자의 전류(i2")는 동축 급전선(33)으로부터의 불필요한 방사의 원인 중 하나인 것으로 생각된다.

이제, 도 16에 도시된 본 실시예의 구성에 따라 나선형 요소(37)가 동축 급전선(33) 위에 나선형으로 배치되면, 문제의 전류(i2")에 의해 야기된 불필요한 방사는 감소된다. 다시 말해서, 도 20b로부터 명백한 바와 같이, 이 경우에 나선형 요소(37)를 통해 흐르는 전류(i1')는 동축 급전선(33)의 외부 도체(34)의 표면을 통해 흐르는 전류(i2")와 위상이 반대이므로, 이들 전류는 서로 상쇄된다. 전류(i1')와 전류(i2")의 조합에 의해 발생된 방사계 "A"는 전류(i1', i2")의 차이에 비례한다(A ∝ i1' - i2").

반면, 도 9에 도시된 종래의 구성에 따라 도 20c에 도시된 바와 같이 나선형 요소(37)가 동축 급전선(33) 위의 다른 위치에 나선형으로 배치되면, 전류(i1')는 전류(i2")와 위상이 같아서, 전류(i1', i2")에 의해 발생되는 방사계는 서로 더해진다. 따라서, 전류(i1', i2")의 조합에 의해 발생된 방사계 "B"는 전류(i1', i2")의 전류의 합에 비례한다(B ∝ i1' + i2"). 명백하게, 방사계 "A"와 "B" 사이의 관계는 "A" < "B"이다.

도 20b는 θ=0°의 각에서 도 19에 도시된 수평 평면에서의 방사 패턴의 리플 특성에 상응한다. 도 20c는 θ=180°의 각에서의 방사 패턴의 리플 특성에 상응한다. 도 20c보다 도 20b에서 리플이 더 억제되는 이유는 나선형 요소(37)에 의한 불필요한 방사를 상쇄하는 효과에 의한 것으로 생각된다.

도 19를 참조하여 앞에서 기술한 바와 같이, 90°이하의 각 θ은 0°가 아닐지라도 유효하다. 즉, 나선형 요소(37)가 도 16에 도시된 바와 같이 완전히 동축 급전선(33) 위에 배치되고, 도 16에 도시된 상태로부터 약간 회전되는 것은 항상 필요하지는 않다. 결국, 나선형 요소(37)의 적어도 일부가 동축 급전선(33) 위에 위치되도록 나선형 요소(37)가 배치됨으로써, 전류(i1', i2")가 다소 서로 상쇄되는 효과가 발휘되면 충분하다.

실시예 4

도 21은 본 발명에 따른 실시예 4의 안테나 장치를 포함하는 휴대용 무선장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다. 본 실시예의 안테나 장치에서, 반파장의 길이를 갖는 선형 안테나(반파장 요소)(43)는 무선장치회로(42)를 포함하는 금속 하우징(41)의 근방에 제공되어, 도 21에는 도시되어 있지 않은 안테나 지지체에 의해 지지된다.

¼파장의 길이를 갖는 요소(44)의 한쪽 끝은 선형 안테나(43)의 기단에 접속된다. 이 요소(44)의 다른 쪽 끝은 급전선(45)을 통해 무선장치회로(42)에 접속된다. 요소(44)는 이것에 제한되는 것은 아니지만 본 실시예에서 나선형으로 형성되어 있고, 선형 안테나(43)는 요소(44)의 나선의 내면 측을 통과하도록 배치된다.

도 22는 요소(44) 및 상기 요소(44)의 주변을 나타내는 확대도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 요소(44)의 한쪽 끝(접속점(44B))은 금속 하우징(41)의 상단 표면 아래의 위치에서 선형 안테나(43)의 기단에 접속된다. 다시 말해서, 선형 안테나(43)의 기단이 금속 하우징(41)의 상단 표면 아래에 배치된다. 한편, 요소(44)의 다른 쪽 끝은 급전점(44A)으로, 금속 하우징(41)의 상단 표면의 급전선(45)에 접속된다.

즉, 급전점(44A)에서 보면, ¼파장 요소인 요소(44)는 하향(下向)의 요소로서 형성되고, 반파장 요소인 선형 안테나(43)는 상향(上向)의 요소이다. 이와 같은 구성에 의해, 본 실시예의 안테나 장치는 수평 평면에서의 안테나의 방사 레벨(방사량)를 효율적으로 증가시키는 이점을 갖는다. 방사량의 증가 원인은 다음과 같다.

선형 안테나(43)의 길이가 반파장인 반면에, 요소(44)의 길이는 ¼파장이다. 선형 안테나(43) 상의 고주파 전류는 요소(44) 상의 전류와 위상이 반대이다. 안테나 요소의 기계적인 방향의 관점에서, 이미 앞에서 기술한 바와 같이 선형 안테나(43)는 위쪽으로 향하고, 요소(44)는 아래쪽으로 향한다. 선형 안테나(43)로부터 방사된 전자계와 요소(44)로부터 방사된 전자계는 위상이 동일하고, 그 결과 방사량이 증가한다.

도 23a 및 도 23b는 본 실시예에 따른 무선장치 모델을 사용하여 방사 패턴을 계산한 결과를 나타낸다. 특히, 도 23a는 지면에 대하여 수직인 평면(XZ 평면)에서의 방사 패턴을 나타내고, 도 23b는 지면에 대하여 수평인 평면(XY 평면)에서의 방사 패턴을 나타낸다. 이 모델에서, 요소(44)는 나선형으로 형성되고, 선형 안테나(43)는 도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이 요소(44)의 나선의 내면을 통과하도록 구성된다.

도 23b에 도시된 수평 평면에서의 방사 패턴으로부터 명백한 바와 같이, 방사량은 큰 증가를 나타내고, 수평 평면에서의 무지향성이 실현된다. 도 23a에 도시된 수직 평면에서의 방사 패턴은 최대 방사 방향이 수평이라는 것을 나타낸다.

도 24는 실시예 4의 수평 평면에서의 평균 이득의 계산 결과를 나타낸다. 가로 좌표는 요소(44)의 하단(B)과 금속 하우징(41)의 상단 표면 사이의 거리를 나타낸다. 세로 좌표는 수평 평면에서의 평균 이득을 나타낸다. 요소(44)의 하단(B)과 금속 하우징(41)의 상단 표면이 실질적으로 동일한 높이일 때, 이득은 0 dBi 이하이다. 요소(44)의 하단(B)이 금속 하우징(41)의 상단 표면보다 ¼파장만큼 낮게 위치하면, 이득은 2dBi 만큼 개선된다. 따라서, 요소(44)의 하단(B)이 금속 하우징(41)의 상단 표면보다 ¼파장만큼 낮게 위치할 때 최대 이득이 얻어진다. 그러나, 요소(44)의 하단(B)이 무선장치의 다른 요소와의 간섭 때문에 자유롭게 위치할 수 있는 경우도 있다. 최대 이득은 얻어지지 않지만, 1 dBi만큼 이득을 개선하는 것이 충분하다면, 요소(44)의 하단(B)이 금속 하우징(41)의 상단 표면보다 0.06λ만큼 낮게 위치하는 것이 바람직하다.

상기한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 안테나 장치는 수평 평면에서 무지향성을 갖는 매우 높은 레벨의 방사 패턴을 얻을 수 있다. 이 때문에, 상기 안테나 장치는 휴대전화 및 PHS 단말기와 같은 휴대용 무선장치 단말기에 매우 적합하고, 안테나 장치는 양호한 통신을 달성하는 것을 보장한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 한 태양에 따르면, T-정합 다이폴 안테나를 사용하는 안테나 장치에서, 동축 급전선은 다이폴 안테나의 급전점으로부터 다이폴 안테나의 ¼파장 요소 중 하나와 단락 요소를 따라 배치되고, 단락 요소의 중심에서 분기됨으로써 종래의 장치에 비해 30㏈ 이상 정도의 누설 잡음의 영향을 감소시키고, 양호한 통신 품질을 실현하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 태양에 따르면, 다이폴 안테나의 요소 중 하나로서 사용된 나선형 요소를 갖는 안테나 장치에서, 나선형 요소는 급전점 근방에서 서로 거의 평행하게 급전선에 근접하여 위치하고, 급전선 상의 전류에 의해 발생하는 불필요한 방사가 나선형 요소를 통해 흐르는 전류에 의해 상쇄됨으로써 수평 평면에서의 방사 패턴의 리플을 감소시키고, 수평 평면에서의 양호한 무지향성을 실현하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 또 다른 태양에 따르면, ¼파장의 길이를 갖는 정합 요소는 금속 하우징의 상단에서 급전선에 접속되고, 금속 하우징의 상단 아래의 위치에서 반파장의 길이를 갖는 선형 안테나에 접속됨으로써 종래의 안테나 장치에 비해 방사량, 즉 수평 평면에서의 이득을 크게 증가시키는 것이 가능하다.

부가적인 이점 및 변형들은 해당 분야의 숙련자로부터 용이하게 발생될 수 있을 것이다. 따라서, 보다 광범위한 태양에서의 본 발명은 명세서에 도시되고 기술된 상세한 설명, 대표적인 장치 및 도시된 실례들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 등에 의해 한정된 바와 같은 일반적인 발명의 개념의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변형예가 실행될 수 있다. 예를 들어, 각 실시예는 독립적으로 기술되어 있지만, 복수의 실시예를 적절히 조합하는 것도 가능하다.

본 발명에 의하면, 무선장치회로로부터 누설된 잡음의 영향이 상당히 개선되고, 우수한 통신 품질이 실현될 수 있으며, 급전선의 전류에 의해 발생된 불필요한 방사가 나선형 요소를 통해 흐르는 전류에 의해 상쇄되어, 수평 평면에서의 방사 패턴의 리플이 감소되고, 수평 평면에서 우수한 무지향성이 얻어질 수 있다.

Claims

제 1 및 제 2의 1/4파장 요소를 갖고, 상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소의 단부(端部)를 제 1 및 제 2 급전점으로 하는 다이폴 안테나,

상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소 사이에 접속되어 상기 다이폴 안테나를 T 정합시키는 단락 요소, 및

상기 제 1 및 제 2 급전점에 접속된 급전선을 포함하고,

상기 급전선은, 상기 제 1의 1/4파장 요소와 상기 단락 요소의 일부분을 통해 상기 제 1 급전점으로부터 상기 급전선으로 흐르는 제 1 전류와, 상기 제 2의 1/4파장 요소와 상기 단락 요소의 나머지 부분을 통해 상기 제 2 급전점으로부터 상기 급전선으로 흐르는 제 2 전류의 위상이 거의 반대가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 급전선의 일부는 상기 단락 요소의 일부와 겹치는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 급전선의 일부는 상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소 중 하나 및 상기 단락 요소의 일부와 겹치고, 상기 단락 요소의 중심 부분에서 분기되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소는 선형으로 제공되고, 서로 대향하는 단부는 제 1 및 제 2 급전점이며,

상기 급전선은 동축 급전선이고, 상기 급전선의 외부 도체는 상기 제 1의 1/4파장 요소 및 상기 단락 요소에 접속되고, 상기 급전선의 중심 도체는 상기 제 2 급전점에 접속되며, 상기 외부 도체의 선단은 상기 제 1 급전점에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 1 항에 따른 안테나 장치,

상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 접속되는 무선장치회로, 및

상기 무선장치회로를 내장하는 금속 하우징을 포함하고,

상기 다이폴 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
제 1 및 제 2의 1/4파장 요소를 갖는 다이폴 안테나,

제 1 및 제 2 급전점이 되는 단부를 갖는 제 1 및 제 2 세그먼트로 분기되고, 상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소 사이에 접속되어, 상기 다이폴 안테나를 T 정합하는 단락 요소, 및

상기 제 1 및 제 2 급전점에 접속되는 급전선을 포함하고,

상기 급전선은, 상기 단락 요소의 상기 제 1 세그먼트 및 상기 제 1의 1/4파장 요소를 통해 상기 제 1 급전점으로부터 상기 급전선으로 흐르는 제 1 전류와, 상기 단락 요소의 상기 제 2 세그먼트 및 상기 제 2의 1/4파장 요소를 통해 상기 제 2 급전점으로부터 상기 급전선으로 흐르는 제 2 전류의 위상이 거의 반대가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 급전선의 일부는 상기 단락 요소의 상기 제 1 세그먼트와 겹치는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 급전선은 상기 단락 요소의 상기 제 1 및 제 2 세그먼트 중 하나 및 상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소 중 하나와 겹치고, 상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소의 중심 부분에서 분기되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2의 1/4파장 요소는 무선장치회로를 포함하는 금속 하우징의 표면에 근접하여 선형으로 제공되고,

상기 급전선은 동축 급전선이고, 상기 급전선의 외부 도체는 상기 제 1의 1/4파장 요소 및 상기 단락 요소의 상기 제 1 세그먼트에 접속되고, 상기 급전선의 중심 도체의 선단은 상기 제 2 급전점에 접속되며, 상기 외부 도체의 선단은 상기 제 1 급전점에 접속되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 6 항에 따른 안테나 장치,

상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 접속된 무선장치회로, 및

상기 무선장치회로를 내장하는 금속 하우징을 포함하고,

상기 다이폴 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
한쪽 끝을 제 1 급전점으로 하는 선형 요소,

상기 선형 요소의 상기 제 1 급전점 근방의 한쪽 끝을 제 2 급전점으로 하고, 상기 선형 요소와 교차하는 축 방향을 갖는 나선형 요소,

상기 나선형 요소의 다른 쪽 끝에 접속되고, 상기 나선형 요소의 축 방향과 일치하는 방향을 갖는 반파장 요소, 및

상기 선형 요소와 평행하게 설치되고, 상기 제 1 및 제 2 급전점과 무선장치회로를 접속하며, 상기 제 1 급전점에 접속되는 외부 도체 및 상기 제 2 급전점에 접속되는 중심 도체로 이루어진 동축 급전선을 포함하고,

상기 나선형 요소는 상기 동축 급전선의 상기 외부 도체를 통해 흐르는 전류를 상쇄하기 위한 전류가 흐르는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 나선형 요소의 최초로 감겨진 부분과 상기 선형 요소 사이의 각은 0 내지 90°인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 외부 도체의 표면을 통해 흐르는 전류의 위상과 거의 반대의 위상을 갖는 전류가 상기 나선형 요소를 통해 흐르도록 상기 나선형 요소가 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 나선형 요소는 상기 외부 도체의 표면을 통해 흐르는 전류에 의해 야기된 불필요한 방사를 상쇄하는 방사계(radiation field)를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 11 항에 따른 안테나 장치,

상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 접속되는 무선장치회로, 및

상기 무선장치회로를 내장하도록 구성된 금속 하우징을 포함하고,

상기 다이폴 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
한쪽 끝에 급전점을 갖는 급전선,

반파장의 길이를 갖는 선형 안테나, 및

상기 선형 안테나의 기단(基端)과 급전점 사이에 접속되고, 상기 선형 안테나를 통해 흐르는 전류를 상쇄하기 위한 전류가 흐르는 부분을 갖는 1/4파장 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 선형 안테나를 통해 흐르는 전류는 상기 1/4파장 요소를 통해 흐르는 전류와 위상이 거의 반대인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 16 항에 따른 안테나 장치,

상기 급전선을 통해 상기 제 1 및 제 2 급전점에 접속된 무선장치회로, 및

상기 무선장치회로를 내장하도록 구성된 금속 하우징을 포함하고,

상기 다이폴 안테나는 상기 금속 하우징의 표면 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선장치.
금속 하우징,

상기 금속 하우징에 내장되고, 상기 금속 하우징의 표면에 급전점을 갖는 급전선,

상기 금속 하우징의 외부에 위치하고, 반파장의 길이를 가지며, 제 1 말단이 상기 급전점보다 높게 위치되고 제 2 말단이 상기 급전점보다 낮게 위치되는 선형 안테나, 및

상기 선형 안테나의 제 2 말단과 상기 급전점 사이에 접속된 1/4 파장 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 급전점은 상기 금속 하우징의 상부 표면에 위치하고, 상기 선형 안테나의 제 2 말단은 상기 금속 하우징의 상부 표면 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.