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KR20120092663A - 주파수 가변 안테나 회로, 이를 구성하는 안테나 부품, 및 이들을 사용한 무선 통신 장치 - Google Patents

주파수 가변 안테나 회로, 이를 구성하는 안테나 부품, 및 이들을 사용한 무선 통신 장치 Download PDF

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KR20120092663A
KR20120092663A KR1020127015156A KR20127015156A KR20120092663A KR 20120092663 A KR20120092663 A KR 20120092663A KR 1020127015156 A KR1020127015156 A KR 1020127015156A KR 20127015156 A KR20127015156 A KR 20127015156A KR 20120092663 A KR20120092663 A KR 20120092663A
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KR
South Korea
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antenna element
antenna
frequency
circuit
variable
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KR1020127015156A
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KR101705741B1 (ko
Inventor
겐지 하야시
히로시 오카모토
히로토 이데노
Original Assignee
히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

주회로 기판과 분리된 실장 기판에 설치된 안테나 요소, 상기 안테나 요소에 전자기적으로 결합하도록 상기 실장 기판에 설치된 결합 수단, 및 상기 결합 수단에 접속하도록 실장 기판에 설치된 주파수 조정 수단을 포함하고, 상기 안테나 요소는, 급전점을 공유하도록 일체적으로 접속한 스트립형의 제1 안테나 요소 및 제2 안테나 요소를 포함하고, 상기 제2 안테나 요소는 상기 제1 안테나 요소보다 짧고, 상기 결합 수단은, 상기 실장 기판에 장착된 유전체 칩 상에 형성되고, 상기 제1 안테나 요소의 일부와 전자기적으로 결합하는 결합 전극을 가지는 안테나 부품이다. 상기 주파수 조정 수단은, 가변 용량 회로와 제1 인덕턴스 소자를 포함하는 병렬 공진 회로와, 상기 병렬 공진 회로에 직렬로 접속된 제2 인덕턴스 소자를 포함한다.

Description

주파수 가변 안테나 회로, 이를 구성하는 안테나 부품, 및 이들을 사용한 무선 통신 장치 {FREQUENCY VARIABLE ANTENNA CIRCUIT, ANTENNA COMPONENT CONSTITUTING THE SAME, AND WIRELESS COMMUNICATION DEVICE USING THOSE}
본 발명은, 공진 주파수를 변화시키는 것이 가능한 주파수 가변 안테나 회로, 적어도 그 일부를 구성하는 안테나 부품, 및 이러한 안테나 부품을 구비하여 복수의 주파수대에 대응하는 무선 통신 장치에 관한 것이다.
휴대 전화 등의 무선 통신 장치의 급속한 보급에 따라 통신 시스템이 사용하는 주파수 대역도 광범위하게 되어, 특히 최근에는, 듀얼 밴드(dual-band) 방식, 트리플 밴드(triple-band) 방식, 쿼드 밴드(quad-band) 방식과 같이 복수의 송수신 대역에 대응한 휴대 전화가 많아졌다. 예를 들면, GSM(등록상표) 850/900대, DCS대, PCS대, UMTS대의 통신 시스템에 대응한 쿼드 밴드 방식의 휴대 전화에서는, GSM(등록상표) 850/900대가 824?960MHz, DCS대가 1710?1850MHz, PCS대가 1850?1990MHz, 및 UMTS대가 1920?2170MHz의 주파수대를 사용하므로, 이들 복수의 주파수 대역에 대응 가능한 안테나(멀티밴드 안테나)가 필요하다.
안테나를 구성하는 안테나 요소[방사 소자, 방사 전극, 방사 선로(단지 선로 라고도 함)]는 통상 기본 주파수에서의 공진(기본 모드)과, 고차의 주파수에서의 공진(고차 모드)을 가진다. 예를 들면, 기본 모드는 1/4 파장이며, 고차 모드는 3/4 파장이다. 하나의 안테나 요소로 멀티밴드 안테나를 구성하는 경우, 기본 모드의 공진을 예를 들면, GSM(등록상표) 850/900대에서 얻는다고 하면, DCS대 등은 고차 모드의 공진에 대응하게 된다. 그러나, DCS대, PCS대 및 UMTS대는 GSM(등록상표)대의 약 2?2.5배의 주파수이며, 복수의 주파수 대역이 1:3의 관계가 없으므로, 단순하게는 고차 모드의 공진에 대응할 수 없다. 또 고차 모드의 공진에서는 VSWR(전압 정재파 비)를 얻을 수 있는 대역폭이 좁다.
GSM(등록상표) 850/900대의 주파수 대역폭은 136MHz이며, 중심 주파수는 892MHz이므로, 비(比) 대역폭은 약 15.3%〔136MHz/892MHz〕이다. 또 DCS대, PCS대, 및 UMTS Band 1대의 주파수 대역폭은 460MHz이며, 중심 주파수는 1940MHz이므로, 비 대역폭은 약 23.7% 〔460MHz/1940MHz〕이다. 이러한 주파수대에서는, 하나의 안테나 요소에 의한 공진에 의해 임피던스 정합을 얻는 것은 어렵고, 그 대역폭도 충분히 확보할 수 없다.
이러한 문제에 대하여, 일본 특허공개공보 평 10-107671호는 도 35에 나타낸 안테나를 제안하였다. 이 안테나는, 급전 케이블(7), 접지 전극(GND)과 평행하게 배치되고, 급전점(A)에서 급전 케이블(7)에 접속되는 동시에 단락 핀(8)으로 접지된 방사 평판(4)(안테나 요소), 및 방사 평판(4)의 개방 단부와 접지 전극(GND) 사이에 설치된 주파수 조정 수단(30)을 구비한다. 도 36의 등가 회로가 나타내는 바와 같이, 주파수 조정 수단(30)은 가변 용량 다이오드(CR1)를 포함하고, 가변 용량 다이오드(CR1)로의 바이어스 전류를 제어함으로써, 안테나의 공진 주파수를 상이한 주파수 대역으로 조정할 수 있다. 가변 용량 다이오드는 배리캡 다이오드(varicap diode) 또는 버랙터 다이오드(varactor diode)라고도 한다.
일본 특허공개공보 제2002-232232호는, 도 37 및 도 38에 나타낸 바와 같이, 급전점(A)을 공유하고 일단 측이 단락 경로(8)로 접지된 제1 주파수대용의 제1 안테나 요소(3) 및 제2 주파수대용의 제2 안테나 요소(4)를 구비하고, 제1 및 제2 안테나 요소(3, 4)와 접지 전극(GND) 사이에, 절연체(6)를 통하여 안테나 요소(3, 4)에 대향하는 금속판(2)과, 금속판(2)과 접속된 가변 용량 다이오드(CR1)가 배치된 멀티밴드 안테나를 개시하고 있다. 가변 용량 다이오드(CR1)에 공급되는 바이어스 전류를 제어함으로써 접지 용량의 값을 바꿀 수 있으므로, 이 멀티밴드 안테나는 복수의 주파수대에 사용 가능하다.
일본 특허공개공보 평 10-107671호 및 일본 특허공개공보 제2002-232232호에 개시된 안테나는, 안테나 요소와 접지 전극 사이에 직렬로 배치된 가변 용량 다이오드에 의해 접지 용량의 값을 바꾸어 복수의 주파수대에서의 사용을 가능하게 하고 있다. 가변 용량 다이오드는, 역바이어스 전압의 인가에 의해 정전 용량을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 그러나, 휴대 전화 등의 이동체 통신 장치에서는 저소비 전력화 및 배터리의 저전압화가 진행되어, 가변 용량 다이오드에 인가할 수 있는 전압의 변화폭도 작아졌다. 이 때문에, 단지 가변 용량 다이오드를 안테나 요소와 접지 전극 사이에 배치하는 것만으로는, 정전 용량의 변화 범위가 제한되어 원하는 범위에서 동조시키는 것이 어려운 경우가 있다. 또 정전 용량의 변화도 인가 전압에 대하여 단순히 반비례 되는 것은 아니기 때문에, 공진 주파수의 조정도 어렵다.
또한, 일본 특허공개공보 제2002-232232호에 개시된 안테나는 일면 상에 배열된 복수의 안테나 요소를 가지고, 안테나 요소와 면하도록 절연체(6)를 통하여 금속판(2)이 대향하고 있으므로, 대형화의 문제가 있다.
복수의 안테나 요소를 구비한 멀티밴드 안테나의 다른 예로서, 일본 특허공개공보 제2005-150937호는, 도 39에 나타낸 바와 같이, 급전점과 접속된 안테나 요소(4), 안테나 요소(4)와 전자(電磁) 결합하는 무급전 안테나 요소(5), 안테나 요소(4)의 개방 단부(K)와 접지 전극(GND) 사이의 접지 측 전극(21), 및 접지 측 전극(21)과 접지 전극(GND)의 접속을 전환하는 스위치 수단(22)을 가지는 안테나를 개시하고 있다. 접지 측 전극(21)과 안테나 요소(4)의 개방 단부(K) 사이의 정전 용량에 따라 안테나 요소(4)의 안테나 동작에 기초한 기본 주파수대의 공진 주파수를 가변으로 하고, 무급전 안테나 요소(5)와의 복공진(multi-resonance) 상태에 따라 고차의 주파수대의 광대역화를 도모하고 있다. 또 안테나 요소(4)의 개방 단부(K)와 접지 전극(GND) 사이에 가변 용량 다이오드를 설치하고, 그 용량값을 변화시킴으로써 이용 주파수에 맞추어 공진 주파수를 조정하는 것도 제안하고 있다. 이와 같이, 이 안테나는, 안테나 요소 및 이것과 전자(電磁) 결합하는 무급전 안테나 요소에 의해 멀티밴드화되는 동시에, 안테나 요소의 개방 단부와 접지 전극 사이의 정전 용량을 변경함으로써 공진 주파수를 가변하고 있다. 그러나, 안테나 요소와 무급전 안테나 요소가 전자(電磁) 결합하는 구성을 가지는 이 안테나에는, 저주파수대에서의 공진 주파수의 변화에 따라 고차의 주파수대의 공진 주파수도 변화해 VSWR 특성이 열화되기 쉽다는 문제가 있다. 또 안테나 요소와 무급전 안테나 요소를 평면적으로 배열하고 있으므로, 안테나가 대형화되는 문제도 있다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은, 원하는 범위에서 공진 주파수를 조정 가능하며, 휴대 전화 등의 무선 통신 장치에 사용하는 데 바람직한 주파수 가변 안테나 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은, 저주파수대에서 고주파수대에 걸친 광범위한 주파수대에 대응 가능하며, 고주파수대에서의 공진 상태에의 영향이 적으면서 저주파수대의 공진 주파수를 가변으로 한 소형의 주파수 가변 안테나 회로와, 이에 사용하는 안테나 부품, 또한 이들을 사용한 무선 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은, 이러한 주파수 가변 안테나 회로(부품)를 사용한 무선 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 주파수 가변 안테나 회로는, 급전점이 되는 일단과 개방단이 되는 타단을 가지는 제1 안테나 요소와, 상기 제1 안테나 요소에 결합 수단을 통하여 결합된 주파수 조정 수단을 포함하고, 상기 주파수 조정 수단이, 가변 용량 회로와 제1 인덕턴스 소자를 포함하는 병렬 공진 회로와, 상기 병렬 공진 회로에 직렬로 접속된 제2 인덕턴스 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 결합 수단은 접속 선로, 커패시턴스 소자, 인덕턴스 소자, 및 상기 제1 안테나 요소에 전자기적으로 결합하는 전극 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 주파수 가변 안테나 회로는, 상기 가변 용량 회로의 용량값을 변화시키는 제어 회로를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 주파수 가변 안테나 회로는, 제1 안테나 요소의 공진 주파수의 변화를 검출하는 검출 수단을 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 검출 수단의 출력에 따라 용량값을 변화시키는 제어 신호를 상기 가변 용량 회로에 피드백하는 것이 바람직하다. 송신 신호의 반사파의 변화에 따라 동조해야 할 공진 주파수의 변화를 검출하는 수단으로서, 방향성 결합기 등을 사용할 수 있다. 또 수신 신호에 기초하여 공진 주파수의 변화를 검출하기 위하여, 수신 신호의 이득의 변화를 검출해도 된다.
본 발명의 주파수 가변 안테나 회로는, 상기 제1 안테나 요소와 일체적이어서 상기 급전점을 공유하고, 상기 제1 안테나 요소보다 짧은 제2 안테나 요소를 더 포함하고, 상기 제1 안테나 요소의 공진과 상기 제2 안테나 요소의 공진의 복공진에 의해 멀티밴드화하는 것이 바람직하다. 3개 이상의 안테나 요소를 포함하는 구성이라도 된다.
상기 제1 안테나 요소 및 상기 제2 안테나 요소는 상기 급전점으로부터의 경로의 일부를 공유하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 안테나 부품은, 스트립형(strip-shaped)의 제1 안테나 요소와, 상기 제1 안테나 요소에 결합 수단을 통하여 결합된 주파수 조정 수단을 포함하고, 상기 주파수 조정 수단은, 가변 용량 회로와 제1 인덕턴스 소자를 포함하는 병렬 공진 회로와, 상기 병렬 공진 회로에 직렬로 접속된 제2 인덕턴스 소자를 포함하는 주파수 가변 안테나 회로를 구성하고, 상기 제1 안테나 요소는 급전점이 되는 일단과 개방단이 되는 타단을 가지고, 상기 제1 안테나 요소의 일부가 상기 결합 수단과 전자기적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 안테나 부품은 또한, 상기 급전점을 공유하고, 상기 제1 안테나 요소보다 짧은 스트립형의 제2 안테나 요소를 포함하고, 상기 제1 안테나 요소의 공진과 상기 제2 안테나 요소의 공진의 복공진에 의해 상기 주파수 가변 안테나 회로를 멀티밴드화하는 것이 바람직하다. 상기 제1 안테나 요소의 일부는 상기 제2 안테나 요소에 미리 정해진(소정) 간격으로 대향하고 있는 것이 바람직하다.
상기 결합 수단은 유전체 또는 연자성체로 이루어지는 지지체 상에 형성된 결합 전극을 가지는 것이 바람직하다. 상기 지지체 상에 상기 결합 전극과 소정 간격으로 접속 전극이 형성되고, 상기 제1 안테나 요소에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
상기 안테나 요소 및 상기 결합 수단은, 주회로 기판과 분리된 실장 기판에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 주파수 조정 수단의 가변 용량 회로는 상기 실장 기판에 배치되고, 상기 결합 수단과 접속 선로를 통하여 접속되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 안테나 부품은, 주회로 기판과 분리된 실장 기판에 설치된 안테나 요소, 상기 안테나 요소에 전자기적으로 결합하도록 상기 실장 기판에 설치된 결합 수단, 및 상기 결합 수단에 접속하도록 실장 기판에 설치된 주파수 조정 수단을 포함하고,
상기 안테나 요소는, 급전점을 공유하도록 일체적으로 접속한 스트립형의 제1 안테나 요소 및 제2 안테나 요소를 포함하고, 상기 제2 안테나 요소는 상기 제1 안테나 요소보다 짧으며,
상기 결합 수단은, 상기 실장 기판에 장착된 유전체 칩 상에 형성되고, 상기 제1 안테나 요소의 일부와 전자기적으로 결합하는 결합 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 결합 전극과 상기 제1 안테나 요소와의 전자기적인 결합 위치는 특히 한정되지 않으며, 상기 제1 안테나 요소의 전류 분포를 고려하여 적당히 설정하면 된다. 상기 제1 안테나 요소의 개방단 측에 설치하면 공진 주파수의 변화량이 크고, 급전점 측에 설치하면 이득이 크다.
상기 유전체 칩은, 상기 결합 전극과 상기 주파수 조정 수단과의 접속 선로를 가지는 것이 바람직하다. 상기 결합 전극은 제1 안테나 요소와 실질적으로 평행하게 연장되는 스트립형 전극이며, 상기 접속 선로의 일부는 상기 결합 전극과 실질적으로 평행하게 연장되어 있는 것이 바람직하다. 상기 접속 선로는 미앤더형 선로(meandering line)인 것이 바람직하다.
상기 제1 안테나 요소는 반환 부분(turned portion)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 안테나 요소는 반환 부분으로부터 상기 제2 안테나 요소와 같은 방향으로 연장되는 부분과 역방향으로 연장되는 부분을 포함하고, 상기 유전체 칩은 상기 제1 안테나 요소와 같은 방향으로 연장되는 부분의 일부와 접하지만, 역방향으로 연장되는 부분으로부터 이격되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 무선 통신 장치는, 상기 주파수 가변 안테나 회로(부품)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 주파수 가변 안테나 회로(부품)는, 제1 안테나 요소와 제1 안테나 요소에 결합 수단을 통하여 결합된 주파수 조정 수단을 포함하고, 상기 주파수 조정 수단이, 가변 용량 회로와 제1 인덕턴스 소자를 포함하는 병렬 공진 회로와, 상기 병렬 공진 회로에 직렬로 접속된 제2 인덕턴스 소자를 포함하므로, 소형이면서 원하는 범위에서 공진 주파수를 조정할 수 있다. 또 급전점을 공유하는 제1 및 제2 안테나 요소를 포함함으로써, 저주파수대 및 고주파수대에 대응 가능하며, 따라서, 광범위한 주파수대에서 수신할 수 있도록 공진 주파수를 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로에 사용하는 주파수 조정 수단의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로에 사용하는 안테나 요소의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로의 VSWR 특성을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 주파수 조정 수단에 의한 VSWR 특성의 변화를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 6은 주파수 조정 수단에 의한 VSWR 특성의 변화를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로에 사용하는 주파수 조정 수단의 일례의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 주파수 조정 수단을 구성하는 커패시턴스 유닛의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로에 사용하는 주파수 조정 수단의 다른 예의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로에 사용하는 주파수 조정 수단의 또 다른 예의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로에 사용하는 주파수 조정 수단의 또 다른 예의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로를 사용한 동조 회로의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 13은 사용 상태 및 자유 상태에서의 VSWR 특성의 차를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 안테나 부품의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 17은 본 발명의 안테나 부품의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 18은 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 19는 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 20은 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 21은 본 발명의 안테나 부품에 사용하는 결합 수단의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 22는 본 발명의 안테나 부품에 사용하는 결합 수단의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 23은 본 발명의 안테나 부품에 사용하는 결합 수단의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 24는 본 발명의 안테나 부품에 사용하는 결합 수단의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 25는 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로를 사용한 무선 통신 장치의 회로 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 26은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 27은 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 28은 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 29는 본 발명의 안테나 부품의 VSWR 특성을 나타내는 그래프이다.
도 30은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 31은 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 32는 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 33은 본 발명의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 34는 본 발명의 안테나 부품의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 35는 종래의 안테나 부품의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 36은 종래의 안테나 부품에 사용하는 주파수 조정 수단을 나타낸 도면이다.
도 37은 종래의 안테나 부품의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 38은 도 37의 안테나 부품을 나타내는 단면도이다.
도 39는 종래의 안테나 부품의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
[1] 주파수 가변 안테나 회로
도 1은 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로의 일례를 나타낸다. 이 주파수 가변 안테나 회로(1)는, 안테나 요소(10), 안테나 요소(10)와 전자기적으로 결합하는 결합 수단(20), 그리고 결합 수단(20) 및 접지 전극(GND)에 접속된 주파수 조정 수단(30)을 포함하고 있다. 주파수 조정 수단(30)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 가변 용량 회로(Cv)와 제1 인덕턴스 소자(L1)로 이루어지는 병렬 회로, 및 상기 병렬 회로에 접속된 제2 인덕턴스 소자(L2)를 포함하고 있다. 병렬 회로는 단자(T1) 측에 있고, 제2 인덕턴스 소자(L2)는 단자(T2)를 거쳐 접지 전극(GND)에 접속되어 있지만, 제2 인덕턴스 소자(L2)가 단자(T1) 측에 있어도 된다. 결합 수단(20)은, 접속 선로, 커패시턴스 소자, 인덕턴스 소자, 또는 안테나 요소(10)에 전자기적으로 결합하는 전극 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
도 3은, 도 1의 주파수 가변 안테나 회로를 구성하는 안테나 요소(10)의 일례를 나타낸다. 여기서는 역F자형(inverted-F) 안테나를 예로 들어 안테나 요소(10)를 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 자기 단극자 안테나, 역L자형 안테나, T자형 안테나 등이라도 된다. 안테나 요소(10)는 일단이 급전점(A)이고 타단이 개방단(C)이며, 급전점(A)과 굴곡점(B) 사이의 구간(10a)과, 굴곡점(B)과 개방단(C) 사이의 구간(10b)으로 이루어진다. 구간(10b)은 접지 전극(GND)과 실질적으로 평행하게 연장된다. 안테나 요소(10)의 굴곡점(B)에서 접지 전극(GND) 사이는 접지 선로(15)이다. 안테나 요소(10)의 구간(10b)과 결합 수단(20) 사이에는 전자기적인 결합(M)이 있다. 안테나 요소(10)는, 기본 주파수 대역 내의 공진 주파수(f1r)의 파장(λ1)의 약 1/4과 같은 길이(구간(10a) + 구간(10b)의 합계 길이)를 가지고, 직렬 공진 모드로 동작한다. 기본 주파수대가 저주파수대에 있는 경우를 예로 들어, 이하에 설명한다.
역F자 안테나 형태의 안테나 요소(10)가 직렬 공진할 때의 전류 분포는 개방단(C)에서는 0이고, 접지 선로(15)와의 접속점(굴곡점(B)) 근방에서 최대이므로, 구간(10b)의 길이가 안테나 요소(10)의 입사?방사 거동을 지배한다. 그리고, 접지 선로(15)와의 접속점에서는 전압은 실질적으로 0이며, 임피던스는 단락 상태이므로, 접지 선로(15)와의 접속점의 위치를 조정함으로써 안테나 요소(10)의 임피던스를 조정할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 주파수 가변 안테나 회로(1)의 급전점(A) 측에서 본 VSWR 특성에서는 복수의 주파수로 공진이 발현하고 있다. 주파수 조정 수단(30)에서의 제1 인덕턴스 소자(L1)와 가변 용량 회로(Cv)으로 이루어지는 병렬 회로의 공진 주파수(f2r)는 안테나 요소(10)의 공진 주파수(f1r)보다 낮고, 가변 용량 회로(Cv)와 제2 인덕턴스 소자(L2)로 이루어지는 직렬 공진 회로의 공진 주파수(f3r)는 안테나 요소(10)의 공진 주파수(f1r)보다 높고, 또한 공진 주파수 f2r, f3r가 저주파수대에 생기지 않도록 가변 용량 회로(Cv)의 커패시턴스, 및 제1 및 제2 인덕턴스 소자(L1, L2)의 인덕턴스를 설정하고 있다.
가변 용량 회로(Cv)로 커패시턴스를 변화시키면, 공진 주파수 f2r, f3r는 변화한다. 공진 주파수 f2r, f3r은, 상기 커패시턴스가 커지면 저주파 측으로 이동하고(f2r→f2＇r, f3r→f3＇r), 반대로 작아지면 고주파 측으로 이동한다(f2＇r→f2r, f3＇r→f3r). 이에 따라 안테나 요소(10)의 공진 주파수(f1r)도 저주파 측(f1r→f1＇r) 또는 고주파 측(f1＇r→f1r)으로 이동한다.
상기 병렬 회로 및 직렬 회로의 한쪽만으로도 안테나 요소(10)의 공진 주파수(f1r)를 변화시킬 수 있지만, 직렬 회로만으로는 가변 용량 회로(Cv)의 커패시턴스 가변 범위 내에서의 공진 주파수 변화량이 적어, 원하는 주파수대에서의 동 조가 어려운 경우가 있다. 또 병렬 회로만으로는 공진 주파수의 변화량이 크고, 안테나 요소(10)의 공진 주파수(f1r)를 양호한 정밀도로 제어하는 것이 어렵다.
도 5 및 도 6은 조건이 상이한 안테나의 VSWR 특성을 나타낸다. 실선으로 나타낸 곡선(st0)은, 안테나 요소(10)만으로 이루어지는 구성 A(도 3에 나타낸 주파수 가변 안테나 회로(1)에서 주파수 조정 수단(30) 및 결합 수단(20)을 제외한 구성)의 VSWR 특성을 나타낸다. 파선으로 나타내는 곡선(st1)은 안테나 요소(10) 및 결합 수단(20)으로 이루어지는 구성 B(주파수 가변 안테나 회로(1)에서 주파수 조정 수단(30)을 제외한 구성)의 VSWR 특성을 나타낸다.
일점 쇄선으로 나타낸 곡선(st2)은, 안테나 요소(10) 및 결합 수단(20)으로 이루어지고 결합 수단(20)이 인덕턴스 소자(L2)를 통하여 접지된 구성 C의 VSWR 특성을 나타낸다. 도 6에서 일점 쇄선으로 나타낸 곡선(st3)은, 주파수 조정 수단(30) 내의 가변 용량 회로(Cv)를 일정한 용량값을 가지는 커패시턴스 소자로 치환한 이외는 도 3에 나타낸 주파수 가변 안테나 회로(1)와 같은 구성 D의 VSWR 특성을 나타낸다. 구성 A의 공진 주파수(fst0)가 900MHz인 경우를 예로 들어, 이하에 설명한다. 그리고, 안테나의 구성 등에 의해 공진 주파수의 변화량은 변하지만, 공진 주파수의 변화의 경향 자체는 변하지 않는다.
구성 B에서는, 유전체로 이루어지는 지지체 상에 형성된 결합 전극을 가지는 결합 수단(20)이 안테나 요소(10)와 소정 간격으로 배치되어 있으므로, 결합 전극에 의해 수pF 이하의 결합 용량이 생기고, 또 안테나 요소(10)의 근방에 배치된 유전체에 의해 공진 주파수는 저주파 측으로 이동한다(fst0→fst1). 공진 주파수의 변화량은 결합 용량에도 좌우되지만 50?300MHz 정도이다. 결합 용량이 작으면 공진 주파수의 변화량은 작고, 결합 용량이 크면 공진 주파수의 변화량은 크다. 그리고, 결합 수단(20)과 접지 전극 사이에 가변 용량 회로(Cv) 대신에 수pF의 커패시턴스 소자를 직렬로 접속해도, 공진 주파수(fst1)에 변화는 없었다.
구성 C에서는, 결합 용량과 인덕턴스 소자(L2)로 이루어지는 직렬 회로에 의해 또 하나의 공진 α가 나타난다. 안테나 요소(10)의 공진 주파수(fst2)는 공진 α에 영향을 받아 구성 B보다 고주파 측으로 이동한다. 그리고, 인덕턴스 소자(L2)의 인덕턴스는 수nH?50nH 정도로 설정되지만, 인덕턴스가 작을수록 공진 α는 고주파 측에 나타나고(도 5에서 "L소"로 나타냄), 인덕턴스가 클수록 저주파 측에 나타난다(도 5에서 "L대"로 나타냄). 여기서는 결합 용량만 고려하였으나, 본 발명에서는 가변 용량 회로(Cv)가 인덕턴스 소자(L2)에 직렬로 접속되므로, 공진 α을 얻는데 결합 수단(20)으로서 커패시턴스 소자를 사용하는 것을 당연시하여, 인덕턴스 소자 또는 접속 선로를 사용해도 된다.
구성 D에서는, 공진 α 외에, 커패시턴스 소자와 이에 병렬로 접속된 인덕턴스 소자(L1)에 의해 또 하나의 공진 β가 더 나타난다. 안테나 요소(10)에 의한 공진 주파수(fst3)는 공진β에도 영향을 받아 구성 C보다 더 저주파 측으로 이동한다.
본 발명에서는, 안테나 요소(10)에 결합하는 결합 수단(20)을, 병렬 회로 및 직렬 회로의 조합인 주파수 조정 수단(30)을 통하여 접지한다. 가변 용량 회로(Cv)의 커패시턴스를 변화시킴으로써, 병렬 회로 및 직렬 회로에 의한 2개의 공진에 의해, 안테나 요소의 공진 주파수를 원하는 주파수로 조정한다.
가변 용량 회로(Cv)으로서 SPnT(Single-Pole, n-Throw) 스위치 및 커패시턴스 소자의 조합, 가변 용량 다이오드(배리캡 다이오드, 버랙터 다이오드), 디지털 가변 용량 소자, MEMS(Micro-Electromechanical Systems) 등을 사용할 수 있다. SPnT 스위치로서, GaAs 스위치 또는 CMOS 스위치를 단독으로 사용해도 되고, 하나 또는 복수의 PIN 다이오드를 사용해도 된다.
가변 용량 다이오드나, 디지털 가변 용량 소자 등의 스위치로서 사용하는 트랜지스터 등의 반도체는, 내(耐) 전력이 낮고, 용량의 비선형성에 따른 변형이 크기 때문에, 신호 왜곡에 의해 발생한 고조파 성분이 안테나 요소로부터 방사되는 등, 대전력의 고주파를 취급하는 경우에 문제가 있지만, 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로(1)에서는 가변 용량 회로(Cv)가 결합 수단(20)을 통하여 안테나 요소(10)에 접속하므로, 반도체에 대전력의 고주파 신호가 투입되지 않아, 신호 왜곡을 억제할 수 있다.
가변 용량 회로(Cv)로서 디지털 가변 용량 회로를 사용한 경우를 예로 들어, 주파수 조정 수단(30)의 기본 동작을 이하 상세하게 설명한다. 도 7은 디지털 가변 용량 회로를 사용한 주파수 조정 수단의 등가 회로를 나타낸다. 이 디지털 가변 용량 회로는, 예를 들면, 일본 특허공개공보 제2008-166877호에 개시된 것과 같아도 된다. 가변 용량 회로(Cv)는, 단자(T1)와 단자(T2) 사이에 병렬로 접속된 커패시턴스 소자(C1?Cn)와, 단자(T2)와 커패시턴스 소자(C1?Cn-1) 사이에 직렬로 접속된 스위치 회로(SW1?SWn-1)를 포함하고, 각 커패시턴스 소자(C1?Cn-1)와 각 스위치 회로(SW1?SWn-1)는 커패시턴스 유닛(CU1?CUn-1)을 구성하고 있다. 각 스위치 회로(SW1?SWn-1)는 MOS-FET로 구성할 수 있다. 도 8은 각 커패시턴스 유닛의 일례를 나타낸다. 각 커패시턴스 유닛(CU1?CUn-1)은, 커패시턴스 소자와 다단 접속된 MOS-FET의 드레인-소스 사이의 직렬 회로로 이루어진다. 접지 전극(GND)에 가까운 측에 FET를 배치하는 편이 내 전력이 우수하므로, 도시한 예에서는 단자(T1)가 결합 수단(20) 측, 단자(T2)가 접지 전극(GND) 측이 되도록 가변 용량 회로(Cv)를 접속하고 있지만, 접속을 역으로 해도 된다.
각 커패시턴스 유닛(CU1?CUn-1)에 있어 다단 접속된 FET의 게이트 단자로의 전압 공급은 공통 신호선(61?6n-1)으로 이루어지고, 각 공통 신호선(61?6n-1)의 입력 포트(P1?Pn-1)에는 FET를 ON/OFF 제어하기 위한 데이터의 비트가 제어 회로(205)로부터 공급된다.
단자(T1)와 단자(T2) 사이에는, 커패시턴스 소자(Cn)와 커패시턴스 유닛(CU1?CUn-1)이 병렬로 접속되어 있지만, 각 커패시턴스(CU1?CUn-1) 중의 커패시턴스 소자(C1?Cn-1)의 용량값은, 각 데이터의 비트에 대응하여 2진 가중치 부여 용량 어레이로서 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 커패시턴스 유닛이 CU1에서 CUn-1의 순서로 하위 비트로부터 상위 비트에 대응하는 경우, 커패시턴스 유닛 CU1의 커패시턴스 소자 C1의 용량값이 e pF이면, 커패시턴스 유닛 CU2의 커패시턴스 소자 C2의 용량값은 21×e pF이며, 커패시턴스 유닛 CU3의 커패시턴스 소자 C3의 용량값은 22×e pF이며, 커패시턴스 유닛 CUn-2의 커패시턴스 소자 Cn-2의 용량값은 2n-3×e pF이며, 커패시턴스 유닛 CUn-1의 커패시턴스 소자 Cn-1의 용량값은 2n-2×e pF이다. 따라서, 예를 들면, 가변 용량 회로(Cv) 전체의 용량값이 n=6의 경우, FET를 ON/OFF 제어하기 위한 데이터의 비트가 "00000"이면, 커패시턴스 소자 C6의 용량값이 되고, 비트가 "11111"이면, 커패시턴스 소자 C6과 커패시턴스 소자 C1?C5의 합성 용량이 된다. 이 예에서는 용량 조정 분해능이 5비트이므로, 32 단계(state라고도 함)로 용량값을 조정할 수 있다.
가변 용량 회로(Cv)의 용량값 C(합성 용량)는 Cmin("00000"의 비트열에 대응)에서 Cmax("11111"의 비트열에 대응)까지 직선형으로 변화한다. 예를 들면, 기본 주파수대로 공진 주파수를 가변으로 하는 경우, 가변 용량 범위의 중심값인 실질적으로 (Cmax-Cmin)/2의 용량값으로, 실질적으로 기본 주파수대의 중심 주파수에 대응하는 주파수(f1)로 공진하도록, 인덕턴스 소자(L1, L2) 등의 주파수 가변 안테나 회로의 회로 정수를 설정한다. 당연히 비트 수에 따라 용량의 단계 수 및 가변 범위가 상이하고, 공진 주파수의 변화폭도 상이하다.
도 9 및 도 10은 가변 용량 회로(Cv)로서 SPnT(Single-Pole, n-Throw) 스위치와 커패시턴스 소자를 사용한 주파수 조정 수단의 일례를 나타낸다. 도 9에서는 SP3T 스위치를 사용하고, 도 10에서는 SP2T 스위치를 사용하고 있다. 스위치의 공통 포트(P1) 측을 단자(T1) 측(결합 전극(20) 측)으로 하고, 단독 포트(P2, P3, P4) 측을 단자(T2) 측(접지 측)으로 하고, 단독 포트(P2, P3, P4)의 각각에 용량값이 상이한 커패시턴스 소자(C1, C2, C3)가 직렬 접속되어 있다. 스위치의 전환에 의해, 접속의 경로가 바뀌므로, 그에 따른 용량값이 선택되고, 공진 주파수가 변화한다.
도 9의 가변 용량 회로(Cv)에서는, 인덕턴스 소자(L1)와 커패시턴스 소자(Cp1)의 직렬 회로가 병렬 접속되고, 단자(T1) 측에 병렬 회로와 직렬로 인덕턴스 소자(L3)가 접속되어 있다. 또 도 10의 가변 용량 회로(Cv)에서는, 단자(T1) 측에 병렬 회로와 직렬로 인덕턴스 소자(L3)와 커패시턴스 소자(Cse1)가 접속하고, 인덕턴스 소자(L3)와 커패시턴스 소자(Cse1)의 접속점에 인덕턴스 소자(L1)가 병렬 접속되어 있다. 커패시턴스 소자(Cp1, Cse1)는 DC 차단 커패시터(DC-cutting capacitor)이며, 스위치 동작의 안정화를 도모한다. 인덕턴스 소자(L3)는 인덕턴스를 미세 조정하는 목적으로 설치되어 있다. 도 9 및 도 10에 나타낸 가변 용량 회로(Cv)의 스위치 회로(SW)로의 접속 방향을 반전해도(스위치 회로(SW)를 단자(T2) 측으로 하고, 커패시턴스 소자를 단자(T1) 측으로 해도), 마찬가지의 가변 용량 기능을 얻을 수 있고, 또한 DC 차단 커패시터(Cp1, Cse1)가 불필요해진다.
도 11은 가변 용량 다이오드를 사용한 가변 용량 회로(Cv)의 일례를 나타낸다. 단자(T1) 측에 DC 차단 커패시터(Cc)를 통하여 가변 용량 다이오드(Dv)의 음극 측이 접속되어 있다. 가변 용량 다이오드(Dv)에 역바이어스 전압을 인가하면 내부의 공핍층의 폭이 변화되고, 정전 용량이 연속적으로 변화한다. 가변 용량 다이오드(Dv)의 음극 측에 인가하는 역방향 전압이 커지면 정전 용량은 감소하므로, 가변 용량 다이오드에 인가할 수 있는 전압의 변화폭에 따라 공진 주파수를 바꿀 수가 있다. 그리고, 가변 용량 다이오드를 사용하는 경우, 역바이어스 전압을 임의로 변화시키기 위한 바이어스 공급 회로가 필요로 한다.
가변 용량 다이오드(Dv)에 큰 전압 진폭을 입력하면, 그 전압 진폭에 의해 순방향으로도 바이어스가 걸려, 역방향 동작을 해야 할 때 순방향 동작을 하고, 그 때문에 용량의 변화량이 있어도 적은 경우가 있다. 이 대책으로서, 음극을 공통 단자로 하여 또 하나의 가변 용량 다이오드를 추가하면, 큰 진폭의 제어 전압이 순방향으로 들어가는 것을 방지할 수 있다.
안테나 요소의 공진 주파수는 인체 등의 외란(外亂, disturbance)의 영향에 의해 어긋나는 경우가 있다. 공진 주파수의 어긋남이 발생하면 임피던스의 정합 상태가 변화하지만, 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로에 의하면, 안테나 요소의 공진 주파수를 용이하게 조정할 수 있다. 도 12는 주파수 가변 안테나 회로를 사용한 피드백 회로의 일례를 나타낸다. 송신 신호의 반사파를 검출하는 방향성 결합기(35), 검파 회로(Di), 외부 기준 신호와 검파 회로(Di)로부터의 검파 신호를 비교하여 신호 레벨을 검출하는 신호 레벨 검출기(33), 및 검출 결과에 따라 가변 용량 회로의 용량값을 변화시켜 반사파가 커지면 공진 주파수의 어긋남을 보정하는 제어 회로(32)를 포함한다. 그리고, 결합 수단 등은 도시되어 있지 않다. 이 피드백 회로는 수신 신호의 강도 변화에 따른 피드백을 행한다.
디지털 가변 용량 회로를 사용한 주파수 가변 안테나 회로를, 824?849MHz의 송신 주파수대 및 869?894MHz의 수신 주파수대를 가지는 무선 통신 장치에 사용하는 예를 이하 상세하게 설명한다. 인체는 저유전율의 유전체로 간주할 수 있으므로, 사용 상태(인체가 근접하고 있음)의 안테나 요소의 공진 주파수는 자유 상태(인체의 영향을 받지 않음)일 때보다 저주파수 측으로 이동되어 있다. 도 13은 자유 상태 및 실사용 상태에서의 VSWR 특성을 나타낸다. 주파수 조정 수단(30)의 가변 용량 회로는, 자유 상태에 있어 송신 주파수대(예를 들면, 836.5MHz의 중간 주파수) 및 수신 주파수대(예를 들면, 881.5MHz의 중간 주파수)에서 VSWR가 최적이 되는 합성 용량을 가지도록 프로그램되어 있다. 외란에 의한 주파수의 어긋남이 비교적 작으면, 송신 주파수대 및 수신 주파수대에서 소정의 레벨 이하의 VSWR를 유지할 수 있다.
인체의 VSWR 특성에의 영향은, 10?30MHz 정도의 공진 주파수의 어긋남으로 나타난다. 이 공진 주파수의 어긋남은 송신 주파수대와 수신 주파수대에서 크게 상위하지 않고, 같은 정도이므로, 송신 주파수대 및 수신 주파수대 중 어느 한쪽에서의 제어 결과를 다른 쪽의 주파수대에서의 제어에 사용할 수 있다.
검출된 신호 레벨로부터 구해지는 반사파의 크기가 소정 기간 미리 설정된 임계값을 넘는 경우, 공진 주파수의 피드백 제어를 행한다. 디지털 가변 용량 회로의 합성 용량이 커지도록(또는 작아지도록), 제어 회로에 의해 디지털 가변 용량 회로의 단계(State)를 한 단계 바꾼다. 반사파가 임계값과 크게 상이한 경우에는, 변화시키는 단계를 2 단계 이상으로 해도 된다. 새롭게 검출된 신호 레벨을, 직전에 검출된 신호 레벨(예를 들면, 메모리 등에 보존되어 있음)과 비교함으로써, 반사파가 증가한 것인지 감소한 것인지를 판정하고, 판정 결과에 따라 디지털 가변 용량 회로의 합성 용량을 증감시킨다.
반사파가 임계값보다 작아질 때까지 피드백 제어를 계속하고, 임계값보다 작아진 단계에서 피드백 제어를 종료한다. 그리고, 반사파가 임계값보다 작아지지 않는 경우나, 역으로 증가하는 경우에는, 피드백 제어를 종료함과 동시에, 검출된 신호 레벨에 따라 반사파가 가장 작은 단계(State)가 되도록 디지털 가변 용량 회로를 제어하면 된다.
[2] 안테나 부품
도 3에 나타낸 안테나 요소(10)는 접지 전극(GND)에 대하여 수평으로 연장되는 선로로 이루어지지만, 도 14에 나타낸 바와 같이 반환 부분을 설치하여 소형화하는 것이 바람직하다. 반환 부분은 복수 개 있어도 된다. 도 14에 나타내는 안테나 요소(10)는, 급전점(A)과 굴곡점(B) 사이의 구간(10a), 굴곡점(B)과 굴곡점(C) 사이의 구간(10b), 굴곡점(C)과 굴곡점(D) 사이의 구간(10c), 및 굴곡점(D)과 개방단(E) 사이의 구간(10d)을 가지고, 구간(10c)은 반환 부분이며, 구간(10d)은 구간(10b)과 역방향으로 연장된다. 급전점(A)에서 개방단(E)까지의 길이는, 도 3에 나타낸 안테나 요소(10)와 마찬가지로 실질적으로 저주파수 대역 내의 공진 주파수(f1r)에 대응하는 길이이므로, 도 14에 나타낸 안테나 요소(10)는 직렬 공진 모드로 동작한다. 반환 부분을 가지는 안테나 요소(10)는, 도 3의 경우보다 복잡한 공진 전류 분포를 가지므로, 짧게 할 수 있다. 또 급전점(A)에서 굴곡점(C)까지의 길이를 실질적으로 고주파수 대역 내의 공진 주파수에 대응하는 파장(λ2)의 약 1/4로 하면, 직렬 공진 모드로 동작하는 복공진 안테나가 되고, 멀티밴드화를 용이하게 실현할 수 있다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 안테나 요소(10)는, 급전점(A)과 굴곡점(B) 사이의 구간(10a) 중의 분기점(D)으로부터 연장되는 안테나 요소(12)를 가져도 된다. 안테나 요소(12)는, 급전점(A)과 분기점(D) 사이의 구간(12a)과, 분기점(D)와 개방단(E) 사이의 구간(12b)으로 이루어진다. 안테나 요소(12)의 구간(12a)은 안테나 요소(10)의 구간(10a)의 일부와 공통이며, 구간(12b)은 안테나 요소(10)의 구간(10b)과 같은 방향으로 평행하게 연장된다. 안테나 요소(10)가 저주파수대의 공진 주파수를 가지고, 안테나 요소(12)가 고주파수대의 공진 주파수를 가지도록 하면, 복공진 안테나가 된다.
안테나 요소(10)는 유리 섬유 강화 에폭시 수지 기판 등의 강성 기판(rigid board)이나, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드 등의 폴리이미드류, 나일론 등의 폴리아미드류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류 등으로 이루어지는 가요성(flexible) 기판 등의 이른바 인쇄 기판에 대하여, 에칭이나 포토리소그래피 등의 공지의 방법을 행함으로써 형성할 수 있다. 또 인쇄법이나 에칭법 등의 공지의 방법을 이용하여, 알루미나 등의 유전체 세라믹스로 이루어지는 기판에 Au, Ag, Cu 등의 저저항 도전체로 형성해도 된다. 변형 가능한 가요성 기판에 형성한 안테나 요소는, 하우징 내의 한정된 공간에 효율적으로 배치될 수 있다.
도 16은, 기판 상에 안테나 요소 및 결합 수단을 형성한 예를 나타낸다. 예를 들면, 유리 섬유 강화 에폭시 수지 기판 상의 동박을 에칭 처리하고, 안테나 요소(10), 결합 수단(20)의 전극 패턴, 접지 전극(GND), 접속 선로(21, 22) 등을 형성한다. 기판의 이면(裏面)에는 접지 전극(GND)이 형성되어 있지 않다. 이 방법에 의하면, 각 전극 패턴을 용이하게 양호한 정밀도로 형성할 수 있을 뿐 아니라, 외력 등의 영향에 강한 안테나 부품으로 할 수 있다. 또 주파수 조정 수단(30)을 구성하는 부품을 탑재하는 것만으로, 주파수 가변 안테나 회로를 용이하게 제작할 수 있다.
안테나 요소를 Cu나 인청동(phosphor bronze)으로 이루어지는 도체 박판으로 구성해도 된다. 도체 박판은 그 자체가 가공이 용이하고, 외력에 대하여 쉽게 변형되지 않는 특성을 가지므로, 지지체에 의존하지 않고 자유로운 형상으로 안테나 요소를 형성할 수 있다. 사출 성형에 의해 액정 폴리머 등의 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)에 도체 박판을 일체화하면, 더욱 외력에 의한 변형에 강한 안테나 부품이 된다.
도 17은, 표면에 동박으로 이루어지는 접지 전극(GND), 접속 선로(21, 22) 등이 형성된 유리 섬유 강화 에폭시 수지 기판 상에, 인청동 등의 도체 박판에 의해 형성한 안테나 요소를 세워 설치한 예를 나타낸다. 안테나 요소(10)의 개방 단부는, 기판 상에 배치된 유전체 칩으로 이루어지는 지지체(27)에 고정되어 있다. 지지체(27)의 표면에는, 안테나 요소(10)와 전자기적으로 결합하는 결합 수단(20)으로서 L자형의 전극 패턴이 형성되어 있다. 결합 수단(20)은 기판에 형성된 접속 선로(21, 22) 및 주파수 조정 수단(30)을 통하여 접지 전극(GND)에 접속된다. 일반적으로 안테나 요소를 접지 전극으로부터 이격시키는 만큼 방사 이득이 향상된다. 따라서, 안테나 요소(10)를 높게 하면, 안테나 부품을 3차원적으로 구성할 수 있을 뿐 아니라, 작은 형성 면적으로 안테나 요소와 접지 전극과의 간격을 확보할 수 있다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 큰 유전체 칩(27)에, 결합 수단(20) 및 접속 선로(21)와 함께, 제1 안테나 요소(10), 및 제1 안테나 요소(10)보다 짧은 제2 안테나 요소(12)를 형성해도 된다.
도 19 및 도 20은, 추가의 지지체(29)에 형성한 결합 수단(20)을 안테나 요소(10)에 근접하여 배치하여 이루어지는 안테나 부품의 다른 예를 나타낸다. 도 20에 나타낸 안테나 부품에서는, U자형 단면을 가지는 지지체(29)의 요부(凹部) 공간에 결합 수단(20)을 배치하고 있다. 지지체(29)의 재료는 폴리카보네이트 등이라도 된다.
그 외에, 안테나 요소와 다른 부품을 상이한 기판에 설치해도 되고, 세라믹 소체(ceramic substrate)에 형성한 안테나 요소를 인쇄 기판에 실장해도 된다. 또 안테나 요소(10)의 일부를 인청동 등의 도체 박판으로 형성하고, 다른 부분을 인쇄 기판 상의 전극 패턴으로 형성해도 된다. 또한, 결합 수단(20)과의 전자(電磁) 결합을 조정하기 위하여, 안테나 요소(10) 중 결합 수단(20)과 대향하는 부분의 형상(폭 및 두께)을 다른 부분과 상이하게 해도 된다. 주파수 가변 범위를 충분히 확보하면서 안테나 요소(10)와 결합 수단(20)과의 최적인 결합을 얻을 수 있도록, 지지체의 재료, 결합 수단(20)의 형상, 치수, 안테나 요소(10)와의 간격 등을 조정한다.
상기한 바와 같이, 결합 수단(20)은 기판 상에 안테나 요소(10)와 함께 직접 형성해도 되고, 지지체 상에 형성한 다음에 기판에 탑재해도 된다. 강성을 가지는 도체(금속) 박판으로 형성한 결합 수단(20)을 안테나 요소(10)와 조합시켜도 되지만, 안테나 요소(10)와의 간격을 양호한 정밀도로 배치하는 것이 어렵기 때문에, 지지체(27) 상에 형성하는 것이 바람직하다. 지지체(27) 상에 형성한 결합 수단(20)은, 외력을 받아도 변형되지 않으므로 안테나 요소(10)와의 간격이 변화하지 않고, 또 안테나 요소(10)에 대하여 소정 간격으로 위치 결정하는 것이 용이하다. 안테나 요소(10)와 근접하여 배치되는 결합 수단(20)의 지지체(27)는 파장 단축 효과를 발휘하고, 안테나 요소(10)의 선로 길이를 단축한다.
지지체(27)의 표면에 형성된 전극 패턴에 따라 결합 수단(20)을 형성하는 것이 바람직하다. 전극 패턴의 재질은 Cu, Ag, Au, 또는 이들을 포함하는 합금이 바람직하다. 지지체(27)는, 알루미나, Al-Si-Sr계 세라믹, Mg-Ca-Ti계 세라믹, Ca-Si-Bi계 세라믹 등의 유전체 세라믹, 또는 Ni-Zn 페라이트, Ni-Cu-Zn 페라이트 등의 연자성체 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다. 유리 섬유 강화 에폭시 수지도 사용 가능하다. 고주파수 대역에서 사용하므로, 지지체(27)는 고주파 특성이 우수한 것이 바람직하다. 유전체 세라믹이면, 우수한 고주파에서의 유전특성(예를 들면, 작은 유전 손실 등)을 가지는 것이 바람직하다. 비유전율이 너무 크면 유전손실이 크고, 역으로 너무 작으면 파장 단축 효과가 충분히 얻을 수 없으므로, 지지체(27)를 형성하는 유전재는 5?30의 비유전율을 가지는 것이 바람직하다. 지지체(27)를 형성하는 재료의 온도 특성에 대하여는, 공진 회로에 사용하는 리액턴스 소자의 특성과 함께 결정하면 된다.
도 21?도 24는 지지체(27)에 형성된 결합 수단(20)의 예를 나타낸다. 각 지지체(27)에는 안테나 요소(10)에 납땜되는 접속 전극 패턴(42)이 형성되어 있다. 안테나 요소(10)와 전기적으로 접속되는 전극 패턴(42)은 연장 전극으로서 기능해도 된다. 안테나 요소(10)와 결합 수단(20)의 결합은, 지지체(27)에 형성된 전극 패턴(42)과 결합 수단(20)의 간격으로부터 정해진다. 지지체(27)를 안테나 요소(10)에 접착하는 경우에는 전극 패턴(42)은 필요 없지만, 안테나 요소(10)에 대한 지지체(27)의 위치 결정이 어렵다. 물론 기판에의 실장 단자 전극으로서, 전극 패턴(42)을 지지체(27)의 하면에 형성해도 된다.
도 21에 나타낸 예에서는, 결합 수단(20)을 형성하는 스트립형의 전극 패턴이 지지체(27)의 측면에 형성되어 있고, 같은 측면 상에 접속 선로(21)가 결합 수단(20)의 전극 패턴과 일체의 전극 패턴으로 형성되고, L자형의 전극 패턴이 되어 있다. 도 22?도 24에 나타낸 예에서는, 지지체(27)의 상면에 전극 패턴(42)과 함께 결합 수단(20)을 형성하는 스트립형의 전극 패턴이 형성되고, 측면에 형성된 접속 선로(21)와 접속되어 있다. 접속 선로(21)는 직선형이어도 되지만, 도 23에 나타낸 바와 같이 L자형이나, 도 24에 나타낸 바와 같이 미앤더형으로 해도 된다. 접속 선로(21)를, 결합 수단(20)의 전극 패턴과 실질적으로 평행인 선로 부분을 구비하도록 하면, 기본 주파수대에서의 평균 이득이 향상되므로 바람직하다. 도시한 결합 수단(20)의 전극 패턴은 일정한 폭의 스트립형 전극이지만 한정적인 것은 아니며, 예를 들면, 테이퍼 형상(tapered shape)의 전극과 같이 원하는 전자기적 결합에 따라 적당히 선택할 수 있다.
결합 수단(20)과 접지 전극 사이의 거리가 길면 주파수 조정 수단(30)의 용량 변화에 의한 안테나 요소(10)의 공진 주파수의 가변 범위가 현저하게 좁은 경우가 있다. 따라서, 주파수 조정 수단(30)을 안테나 요소(10)의 근방에 배치하고, 또한 짧은 거리(예를 들면, 조정해야 할 주파수대의 1/4 파장 이하)로 접지하는 것이 바람직하다.
[3] 무선 통신 장치
도 25는, 본 발명의 주파수 가변 안테나 회로(안테나 부품)(1)를 구비하고, 복수의 통신 시스템에 대응한 무선 통신 장치의 회로의 일례를 나타낸다. 주파수 가변 안테나 회로(1)는, 도 29에 나타낸 바와 같이 저주파수대와 고주파수대에서 원하는 VSWR 특성을 얻을 수 있는 것으로, 저주파수대에서 공진 주파수를 가변으로 한다. 복수의 통신 시스템 중, 예를 들면, GSM(등록상표) 850/900 등을 저주파수대에 사용하고, DCS, PCS, UMTS 등을 고주파수대에 사용할 수 있다.
도시한 무선 통신 장치는, GSM(등록상표) 850/900대(824?960MHz), UMTS대(Band 1: 1920?2170MHz, Band 5: 824?894MHz)의 4개의 통신 시스템에 대응한다. 본 예에서는, 주파수 가변 안테나 회로(1)는 단극 쿼드러플 스로우(single-pole, quadruple-throw)의 스위치 회로(SW)와 접속되어 있다. 스위치 회로(SW)는, 예를 들면, FET 스위치를 주된 구성 요소로 하는 전기적 스위치이며, 게이트에 인가하는 제어 전압에 의해 접속 상태를 바꾼다. 스위치 회로(SW)는, 주파수 가변 안테나 회로(1)와, CDMA 방식의 제1 통신 시스템(UMTS Band 5)용의 송수신 프론트 엔드(front end)인 고주파 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(low-noise amplifier, LNA)와, CDMA 방식의 제2 통신 시스템(UMTS Band 1)용의 송수신 프론트 엔드인 고주파 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA)와, TDMA 방식의 제1 통신 시스템(GSM900)용의 송수신 프론트 엔드인 고주파 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA)와, TDMA 방식의 제2 통신 시스템(GSM850)용의 송수신 프론트 엔드인 고주파 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA) 사이에 설치되고, 각 통신 시스템의 송수신 신호의 전환을 행한다.
고주파 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA) 중 적어도 저잡음 증폭기(LNA)는, RFIC(Radio-Frequency Integrated Circuit)에 내장되어 있다. RFIC는, 주파수 합성기(frequency synthesizer)(도시하지 않음) 등과 함께 베이스밴드부 BBIC로부터의 신호를 송신 주파수로 변환하고, 수신 신호를 베이스밴드부 BBIC로 처리할 수 있는 주파수로 변환하는 IC이다. 도시한 구성에서는, CDMA 방식의 제1 통신 시스템(UMTS Band 5)용의 저잡음 증폭기(LNA)와, TDMA 방식의 제2 통신 시스템(GSM850)용의 저잡음 증폭기(LNA)는 공통화되어 있다.
각 신호 경로에는, 저역 통과 필터(lowpass filter), 대역 통과 필터(bandpass filter) 등의 필터나, 통과 대역이 상이한 필터를 병렬로 접속하여 이루어지는 듀플렉서(duplexer)가 배치되어 있다. 본 예에서는, 대역 통과 필터 및 듀플렉서로서 불평형 입력-평형출력형(unbalanced-input, balanced-output)의 SAW 필터나 BAW 필터 또는 BPAW 필터를 사용하고, 평형 출력 단자 사이에 임피던스 조정용의 인덕턴스 소자(L)를 배치하고 있다. 정합용의 다른 구성으로서, 커패시턴스 소자를 평형 출력 단자 사이에 배치해도 되고, 리액턴스 소자를 각 평형 출력 단자와 접지 사이에 배치해도 된다.
무선 통신 장치는, 주파수 합성기에 의해 논리 회로부(도시하지 않음)에 포함되는 중앙 연산 회로로부터의 제어 신호로 국부 발진 주파수 신호를 생성하고, 이로써, 정해지는 주파수로 송수신을 행한다. 주파수 가변 안테나 회로(1) 내의 가변 용량 회로는, 도 12에 나타낸 제어 회로(32)가 출력하는 상기 제어 신호에 의해, 각 통신 시스템의 저주파수대에서의 송신 주파수대 및 수신 주파수대에서 바람직한 VSWR가 되도록 제어된다.
본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 26은 본 발명의 주파수 가변 안테나 부품의 일례(저주파수대 및 고주파수대에 대응함)를 나타내고, 도 27 및 도 28은 그 외관을 나타낸다. 도면에서, 주파수 조정 수단(30)의 가변 용량 회로(Cv)로의 전원 경로는 생략되어 있다.
주파수 가변 안테나 회로(1)는, 급전 회로(200)가 형성되는 주회로 기판(도시하지 않음)과 분리된 안테나용 기판(80)에 형성되어 있고, 안테나용 기판(80)과 주회로 기판의 접속은 동축 케이블에 의해 행해진다. 다른 접속 방법으로서, 예를 들면, 주회로 기판에 설치된 접지된 판스프링(plate spring) 단자에 의한 누름 접속(C-clip라고 함)을 이용한다. 이 경우, 안테나용 기판의 접속부는 접속용 전극 단자뿐이다.
Cu로 이루어지는 도체 박판에 의해 형성된 안테나 요소(10)는, 저주파수대용의 제1 안테나 요소(10)(구간 10a, 10b, 10c 및 10d로 이루어짐), 제1 안테나 요소(10)로부터 분기하는 보조 선로(25), 및 일부가 제1 안테나 요소(10)와 대향하고, 제1 안테나 요소(10)보다 짧은 고주파수대용의 제2 안테나 요소(12)에 의해 구성되어 있다. 제1 안테나 요소(10)로부터 분기하는 보조 선로(25)는, 제1 안테나 요소(10)와 함께 저주파수대의 고주파 신호의 입사 및 방사(input and radiate)에 기여한다. 따라서, 보조 선로(25)를 제1 안테나 요소(10)의 일부로 간주해도 된다.
안테나 요소 전체는, 몇 겹으로 굴곡된 두께 0.2mm 및 폭 1?1.5mm의 일체적인 스트립 도체로 이루어지고, 제1 안테나 요소(10) 및 제2 안테나 요소(12)에 의해 저주파수 대역과 고주파수대 내의 주파수로 공진하는 역F자형 안테나를 구성하고 있다. 안테나 요소는, 안테나 기판(양면에 동층을 형성한 유리 섬유 강화 에폭시 기판)(80)의 양면에 세워 설치된다. 제1 안테나 요소(10)의 일부, 제2 안테나 요소(12) 및 보조 선로(25)는 안테나 기판(80)의 제1 주면 상에 위치하고, 제1 안테나 요소(10)는 굴곡되어, 구간(10c)은 반대 측의 제2 주면까지 연장하고, 거기에서 구간(10d)은 구간(10b)과 평행하게 또한 역방향으로 급전점(A)을 향해 연장되어 있다.
제1 안테나 요소(10)는 복수의 구간을 가지지만, 제2 주면 상의 구간(10d)은, 제1 주면상의 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b)과 안테나 기판(80)을 통해 대향한다. 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b)의 일부 아래에는, 표면에 전극 패턴이 형성된 유전체 칩(18)이 배치되어 있다. 유전체 칩(18)은 구간(10b) 및 구간(10d)의 근처까지 연장되어 있으므로, 구간(10b)과 구간(12b) 사이, 및 구간(10d)과 구간(12b) 사이에는, 다른 부분보다 강한 전자기적인 결합이 있다. 또 유전체 칩(18)의 표면에 형성된 전극 패턴이 제2 안테나 요소(12)와 접속하므로, 제2 안테나 요소(12)는 파장 단축 효과에 의해 그 선로 길이를 단축한다. 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b)에 평행하게 연장되는 제1 안테나 요소(10)의 구간(10b)의 길이를 고주파수대에서의 공진 주파수의 파장에 따라 조정하면, 고주파수대에서 원하는 VSWR를 얻을 수 있는 대역을 넓힐 수가 있다.
안테나용 기판(80)에는, 안테나 요소 외에, 보조 선로(25)와 전자기적으로 결합하는 결합 수단(20)이 표면에 형성된 지지체(27), 결합 수단(20)과 접속되는 주파수 조정 수단(30)을 구성하는 디지털 가변 용량 회로 소자(Cv), 제1 및 제2 인덕턴스 소자(L1, L2), 제1 안테나 요소(10)와 제2 안테나 요소(12)의 전자기적 결합을 조정하는 유전체 칩(18), 정합용의 인덕턴스 소자(Lp) 및 커패시턴스 소자(Cp)가 실장되어 있다. 물론, 안테나용 기판(80)의 동일면 상에 배치되는 정합용의 인덕턴스 소자(Lp) 및 커패시턴스 소자(Cp), 및 주파수 조정 수단(30) 중 적어도 일부를 이면에 설치해도 된다.
본 예에서는, 결합 수단(20)은 유전체 세라믹으로 이루어지는 지지체(27)의 표면에 형성된 Ag의 전극 패턴으로 구성되어 있다. 지지체(27)에는 보조 선로(25)와 납땜하기 위한 전극 패턴이 형성되어 있다. 안테나 요소에는 복수의 전극 연장부가 설치되어 있고, 안테나 요소는 전극 연장부에 의해 안테나용 기판(80)에 고정되고, 또한 보조 선로(25)로 지지체(27)의 상면 상의 전극 패턴에 접속되어 있다. 전극 연장부로부터는 안테나용 기판(80) 측을 향해 전자파가 방사되지 않는다. 유전체 칩(18) 및 지지체(27)에, 비유전률이 10인 유전체 세라믹을 사용하였다.
본 예에서는, 제1 주면 상의 제1 안테나 요소(10)의 구간(10b)은 길이 약 25mm이며, 보조 선로(25)는 길이 약 15mm이며, 제2 주면 상의 제1 안테나 요소(10)의 구간(10d)은 길이 약 20mm이며, 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b)은 길이 약 20mm였다. 이 구성에 의해, 안테나 부품은, 안테나용 기판(80)으로 정해지는 45mm×8mm의 평면 치수 내에 들어가고, 두께는 5mm 이하였다.
디지털 가변 용량 회로 소자(Cv)는, 제1 커패시턴스 소자 C6(1.50pF), 및 커패시턴스 유닛(CU1, CU2, CU3, CU4, CU5)의 커패시턴스 소자 C1(0.15pF), C2(0.30pF), C3(0.60pF), C4(1.20pF), C5(2.40pF)를 가지므로, 용량 가변 범위는 1.50?6.15pF이었다. 또 제1 인덕턴스 소자(L1)의 인덕턴스는 15nH이고, 제2 인덕턴스 소자(L2)의 인덕턴스는 18nH이고, 정합용 인덕턴스 소자(Lp)의 인덕턴스는 3.9nH이고, 정합용 커패시턴스 소자(Cp)의 용량값은 1pF였다.
이 안테나 부품에 대하여, 주파수 조정 수단(30)에 의해 저주파수대에서의 공진 주파수(f1r)를 변화시켜 VSWR의 주파수 특성을 평가했다. 표 1은 제어 데이터를 변화시킨 경우의 공진 주파수의 변화를 나타낸다. 표에서 "-"는, 공진 주파수가 측정 주파수보다 낮은 것을 나타낸다. 또 도 29는, 디지털 가변 용량 회로 소자(Cv)에 공급되는 제어 데이터에 따라 안테나의 공진 주파수가 변화하는 VSWR 특성을 나타낸다. 도 29에 나타낸 제어 데이터는 "00000", "01000", 및 "11111"이다.
[표 1]
Figure pct00001
표 1 및 도 29로부터 명백한 바와 같이, 제어 데이터를 "00000"에서 "11111"로 변화시킴으로써, VSWR가 3 이하인 특성을 유지하면서, 안테나의 공진 주파수를 저주파수대의 사이에서 이동시킬 수 있음을 알 수 있다. 본 실시예에 의해, 안테나의 공진 주파수를 광범위하게 변화시킬 수 있고, 광범위한 주파수대에 대응 가능한 멀티밴드 대응의 안테나를 얻을 수 있었다.
실시예 2
도 30은 실시예 2의 주파수 가변 안테나 회로의 구성을 나타내고, 도 31 및 도 32는 그 외관을 나타낸다. 이 주파수 가변 안테나 회로 중 실시예 1과 공유하는 부분의 설명은 생략한다.
안테나 요소의 구성은, 제1 안테나 요소로서 구간(10f)을 추가한 이외 실시예 1과 실질적으로 동일하다. 휴대 전화의 하우징 내의 한정된 공간 내에서는 안테나 요소를 충분히 길게 할 수 없기 때문에, 구간(10f)으로 기본 모드의 공진 주파수를 미세 조정함으로써 공진 주파수를 원하는 주파수에 도달하게 한다. 접지 전극으로부터 거리를 두는 쪽이 방사 이득의 향상에 바람직하므로, 구간(10a)을 안테나용 기판(80)의 주면으로부터 약 4.5mm의 높이로 했다.
제1 안테나 요소(10)의 구간(10b)의 광폭 면은 안테나용 기판(80)의 주면에 평행하게 개방단(F)의 방향으로 연장되고, 구간(10b)과 구간(10a)의 접합점(굴곡점(B))에서 제1 안테나 요소(10)은 절곡(折曲)되고, 구간(10a)는 수직으로 연장된다. 안테나용 기판(80)은 세로 12mm×가로 52mm×두께 0.6mm의 실질적으로 직사각형이며, 구간(10b)은 그 긴 변에 따라 배치되어 있다. 구간(10b)의 길이는 약 30mm이다. 구간(10b)의 하부에는, 제2 안테나 요소(12)가 실질적으로 평행하게 같은 방향으로 연장되어 있다. 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b)의 길이는 약 25mm이다.
제1 안테나 요소(10)의 구간(10e)(보조 선로(25))는 안테나용 기판(80)의 길이 방향 단부를 넘지 않는 길이로, 구간(10b)과 같은 높이 및 방향으로 개방단(F)까지 연장된다. 구간(10c)는, 안테나용 기판(80)에 설치된 노치(notch)를 통하여 수직으로 반대면까지 연장된다. 구간(10c)의 단부는 2개의 구간(10d, 10f)으로 갈라진다.
구간(10f)은 안테나용 기판(80)의 이면과 실질적으로 평행하게, 또한 구간(10e)과 같은 방향으로 연장되고, 길이는 그 반 정도이다. 기본 주파수의 조정용으로서 기능하는 구간(10f)의 길이는 필요에 따라 0mm에서 상당한 정도까지 설정 가능하다. 구간(10d)은 안테나용 기판(80)의 이면과 실질적으로 평행하게 또한 급전점(A)을 향해 구간(10b)과 같은 방향으로 연장되고, 그 길이는 약 20mm이다.
안테나용 기판(80)에는, 제1 안테나 요소(10)의 구간(10b)과, 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b)과 맞닿도록 유전체 칩(지지체)(27)이 실장된다. 이 구성에 의해, 제1 안테나 요소(10)의 구간(10b)과 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b) 사이의 결합이 강해져, 고주파수대에서의 공진 주파수의 조정 및 광대역화를 행할 수 있다. 유전체 칩(27)의 탑재 위치는 급전점(A)의 근처가 바람직하고, 급전점(A) 측의 측면과 급전점(A)과의 거리는 4mm이다.
유전체 칩(27)은 세로 3mm×가로 6mm×높이 4mm로, 대략 그 상면 전체에 전극 패턴(42)이 형성되어 있고, 제1 안테나 요소(10)의 구간(10b)에 납땜되어 있다. 유전체 칩(27)의 측면(제2 안테나 요소(12)와의 접촉면의 반대 측)에, 결합 수단(20)을 형성하는 길이 5mm×폭 1mm의 스트립형의 전극 패턴이 형성되어 있다. 전극 패턴의 긴 변은 바닥면으로부터 3.5mm의 위치에 있고, 전극 패턴(22)과 소정 간격으로 직류적으로 절연되어 있다. 결합 수단(20)의 전극 패턴은, 동일면 상의 접속 선로(21)를 통하여, 안테나용 기판(80)에 설치된 주파수 조정 수단(30)에 접속되어 있다.
주파수 조정 수단(30)은 실질적으로 도 10에 나타내는 등가 회로를 가지고, SP2T의 FET 스위치(SW)와 커패시턴스 소자(C1, C2)로 이루어지는 가변 용량 회로(Cv)와, 인덕턴스 소자(L1?L3)에 의해 구성되어 있다. 각 인덕턴스 소자(L1, L2)의 정수는 L1=15nH, 및 L2=12nH이며, L3는 인덕턴스 소자를 이용하지 않고 점퍼 접속되어 있다. 또 커패시턴스 소자(C1, C2)의 커패시턴스는 C1=1pF, C2=6pF이다. 이렇게 하여, 세로 12mm×가로 52mm×높이 6mm의 멀티밴드 안테나를 얻을 수 있었다.
실시예 3
도 33은 결합 수단(20)의 위치가 상이한 안테나 부품의 일례를 나타낸다. 결합 수단(20)은 제1 안테나 요소(10)의 구간(10e)과 전자기적으로 결합하므로, 주파수 조정 수단(30)은 급전점(A)으로부터 이격되어 있다. 제1 안테나 요소(10)의 구간(10b)과 제2 안테나 요소(12)의 구간(12b)에 접하도록 다른 유전체 칩(115)이 배치되어 있다. 안테나 요소 및 주파수 조정 수단(30)의 구성 등은 실시예 2와 마찬가지이므로, 이들에 대한 설명을 생략한다.
도 34는, 실시예 2 및 3에서 주파수 조정 수단(30)을 구성하는 가변 용량 회로(Cv)의 스위치(SW)의 접속 경로를 바꾸었을 때의 평균 이득의 공진 주파수 의존성을 나타낸다. 각 실시예의 안테나 부품 모두, 도 10에 나타내는 스위치(SW)의 접속을 포트 P1-P2간(C1이 접속)에서 P1-P3간(C2가 접속)으로 전환하면, 평균 이득의 피크 위치는 저역 측으로 이동하였다. 도 6에서, C2＞C1이면 저역 측으로 변화한다. 도시되어 있지 않지만, 저주파수대에서는 공진 주파수 f1r이 변화하고, VSWR의 피크 위치도 마찬가지로 변화하였지만, 고주파수대의 공진 주파수는 실질적으로 변화하지 않고, 평균 이득도 접속 경로에 의해 변화하지 않았다. 그리고, 실시예 2의 안테나 부품은 실시예 3의 안테나 부품보다 0.5dB 이상이나 높은 이득을 얻을 수 있었다.

Claims (21)

  1. 급전점이 되는 일단과 개방단이 되는 타단을 가지는 제1 안테나 요소와, 상기 제1 안테나 요소에 결합 수단을 통하여 결합된 주파수 조정 수단을 포함하는 주파수 가변 안테나 회로로서,
    상기 주파수 조정 수단이, 가변 용량 회로와 제1 인덕턴스 소자를 포함하는 병렬 공진 회로와, 상기 병렬 공진 회로에 직렬로 접속된 제2 인덕턴스 소자를 포함하는, 주파수 가변 안테나 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합 수단이, 접속 선로, 커패시턴스 소자, 인덕턴스 소자, 및 상기 제1 안테나 요소에 전자기적으로 결합하는 전극 중 어느 하나인, 주파수 가변 안테나 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가변 용량 회로의 용량값을 변화시키는 제어 회로를 포함하는, 주파수 가변 안테나 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 안테나 요소의 공진 주파수의 변화를 검출하는 검출 수단을 포함하고,
    상기 제어 회로는 상기 검출 수단의 출력에 따라 용량값을 변화시키는 제어 신호를 상기 가변 용량 회로에 출력하는, 주파수 가변 안테나 회로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 요소와 일체적이어서 상기 급전점을 공유하고, 상기 제1 안테나 요소보다 짧은 제2 안테나 요소를 더 포함하고, 상기 제1 안테나 요소의 공진과 상기 제2 안테나 요소의 공진의 복공진에 의해 멀티밴드화한, 주파수 가변 안테나 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 안테나 요소 및 상기 제2 안테나 요소는 상기 급전점으로부터의 경로의 일부를 공유하고 있는, 주파수 가변 안테나 회로.
  7. 스트립형의 제1 안테나 요소와, 상기 제1 안테나 요소에 결합 수단을 통하여 결합된 주파수 조정 수단을 포함하고, 상기 주파수 조정 수단이, 가변 용량 회로와 제1 인덕턴스 소자를 포함하는 병렬 공진 회로와, 상기 병렬 공진 회로에 직렬로 접속된 제2 인덕턴스 소자를 포함하는 주파수 가변 안테나 회로를 구성하는 안테나 부품으로서,
    상기 제1 안테나 요소는 급전점이 되는 일단과 개방단이 되는 타단을 가지고, 상기 제1 안테나 요소의 일부가 상기 결합 수단과 전자기적으로 결합되어 있는, 안테나 부품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 급전점을 공유하고, 상기 제1 안테나 요소보다 짧은 스트립형의 제2 안테나 요소를 더 포함하고, 상기 제1 안테나 요소의 공진과 상기 제2 안테나 요소의 공진의 복공진에 의해 상기 주파수 가변 안테나 회로를 멀티밴드화하는, 안테나 부품.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 안테나 요소의 일부가 상기 제2 안테나 요소에 소정의 간격으로 대향하고 있는, 안테나 부품.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합 수단은 유전체 또는 연자성체로 이루어지는 지지체 상에 형성된 결합 전극을 포함하는, 안테나 부품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지체 상에 상기 결합 전극과 소정 간격으로 접속 전극이 형성되어 있고, 상기 접속 전극은 상기 제1 안테나 요소에 접속되는, 안테나 부품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 안테나 요소 및 상기 결합 수단이 주회로 기판과 분리된 실장 기판에 배치되어 있는, 안테나 부품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가변 용량 회로는 상기 실장 기판에 배치되고, 상기 결합 수단과 접속 선로를 통하여 접속되어 있는, 안테나 부품.
  14. 주회로 기판과 분리된 실장 기판에 설치된 안테나 요소, 상기 안테나 요소에 전자기적으로 결합하도록 상기 실장 기판에 설치된 결합 수단, 및 상기 결합 수단에 접속하도록 실장 기판에 설치된 주파수 조정 수단을 포함하고,
    상기 안테나 요소는, 급전점을 공유하도록 일체적으로 접속된 스트립형의 제1 안테나 요소 및 제2 안테나 요소를 포함하고, 상기 제2 안테나 요소는 상기 제1 안테나 요소보다 짧고,
    상기 결합 수단은, 상기 실장 기판에 장착된 유전체 칩 상에 형성되고, 상기 제1 안테나 요소의 일부와 전자기적으로 결합하는 결합 전극을 포함하는, 안테나 부품.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유전체 칩은, 상기 결합 전극과 상기 주파수 조정 수단과의 접속 선로를 포함하는, 안테나 부품.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 결합 전극은 제1 안테나 요소와 실질적으로 평행하게 연장되는 스트립형 전극이며, 상기 접속 선로의 일부는 상기 결합 전극과 실질적으로 평행하게 연장되는, 안테나 부품.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 접속 선로가 미앤더형 선로인, 안테나 부품.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 요소는 반환 부분을 포함하는, 안테나 부품.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 안테나 요소는, 상기 반환 부분으로부터 상기 제2 안테나 요소와 같은 방향으로 연장되는 부분과 역방향으로 연장되는 부분을 포함하고,
    상기 유전체 칩은 상기 제1 안테나 요소와 같은 방향으로 연장되는 부분의 일부와 접하지만, 역방향으로 연장되는 부분으로부터 이격되어 있는, 안테나 부품.
  20. 제1항 내지 제6항에 기재된 주파수 가변 안테나 회로를 사용한 무선 통신 장치.
  21. 제7항 내지 제19항에 기재된 안테나 부품을 사용한 통신 장치.
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