JP5422587B2

JP5422587B2 - Antenna device

Info

Publication number: JP5422587B2
Application number: JP2011046899A
Authority: JP
Inventors: 一平柏木; 真貴西尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: JP2012186562A

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an antenna device.

アンテナを設置するスペースが限られている小型無線端末において通信品質を向上させるためには、１つのアンテナで放射パターンを切り替え、ダイバーシチ利得が得られることが望ましい。また、電池駆動などの理由から低消費電力での動作が求められる無線端末が増えており、スイッチなどのアクティブ素子は、可能な限り少数の使用でダイバーシチ効果を実現することが望ましい。 In order to improve communication quality in a small wireless terminal in which a space for installing an antenna is limited, it is desirable that a diversity gain can be obtained by switching a radiation pattern with one antenna. In addition, an increasing number of wireless terminals are required to operate with low power consumption for reasons such as battery drive, and it is desirable that active elements such as switches achieve a diversity effect with as few uses as possible.

従来、スイッチを用いてアンテナとグランドとの短絡位置を切り替え、主偏波を切り替えることが出来るアンテナが知られている。 Conventionally, there is known an antenna that can switch a main polarized wave by switching a short circuit position between the antenna and the ground using a switch.

特開２０００−７７９３４号公報JP 2000-77934 A

しかしながら、アンテナの放射パターンの主方向を切り替えることが出来ず、パターンダイバーシチの効果を得ることができないという課題がある。またスイッチを２つ以上使用する必要があり、消費電力ならびにコストの観点から課題がある。 However, there is a problem that the main direction of the radiation pattern of the antenna cannot be switched and the effect of pattern diversity cannot be obtained. Moreover, it is necessary to use two or more switches, and there is a problem from the viewpoint of power consumption and cost.

本発明が解決しようとする課題は、小型無線端末においてパターンダイバーシチ効果を得ることができるアンテナ装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an antenna device capable of obtaining a pattern diversity effect in a small wireless terminal.

実施形態によれば、アンテナ装置は、第１導体と、第２導体と、給電部と、スイッチとを含む。第１導体は面状であり開口部を有する。第２導体は第１導体の面を前記開口部に仮想的に延長した延長面と交わる。給電部は第２導体に電力を供給する。スイッチは、第２導体に流れる電流の向きを変化させる。第２導体に流れる電流と第１導体に誘起される電流とのベクトル和が、スイッチの切り替えによって異なるように配置される。 According to the embodiment, the antenna device includes a first conductor, a second conductor, a power feeding unit, and a switch. The first conductor is planar and has an opening. The second conductor intersects with an extended surface virtually extending the surface of the first conductor to the opening. The power feeding unit supplies power to the second conductor. The switch changes the direction of the current flowing through the second conductor. The vector sum of the current flowing through the second conductor and the current induced in the first conductor is arranged to be different depending on the switching of the switch.

第１の実施形態に係わるアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus concerning 1st Embodiment. アンテナ装置の電流分布を説明するための図。The figure for demonstrating the electric current distribution of an antenna apparatus. アンテナ装置の電流分布を説明するための図。The figure for demonstrating the electric current distribution of an antenna apparatus. 図１のアンテナ装置の放射パターンの解析結果を示す図（（ａ）と（ｂ）で給電部の接続先が異なる）。The figure which shows the analysis result of the radiation pattern of the antenna apparatus of FIG. 1 ((a) and (b) differ in the connecting point of a feed part). 第１の実施形態に係わるアンテナ装置の第１の変形例を示す図。The figure which shows the 1st modification of the antenna device concerning 1st Embodiment. 第１の実施形態に係わるアンテナ装置の第２の変形例を示す図。The figure which shows the 2nd modification of the antenna device concerning 1st Embodiment. 第１の実施形態に係わるアンテナ装置において不要な共振が生じる場合を説明するための図。The figure for demonstrating the case where unnecessary resonance arises in the antenna device concerning a 1st embodiment. 第１の実施形態に係わるアンテナ装置において放射パターンの変化が失われる場合を説明するための図。The figure for demonstrating the case where the change of a radiation pattern is lost in the antenna device concerning 1st Embodiment. 第２の実施形態に係わるアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus concerning 2nd Embodiment. 第１の実施形態および第２の実施形態に係わるアンテナ装置のＶＳＷＲを示す図。The figure which shows VSWR of the antenna apparatus concerning 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係わるアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus concerning 3rd Embodiment. 第２の実施形態および第３の実施形態に係わるアンテナ装置のＶＳＷＲを示す図。The figure which shows VSWR of the antenna apparatus concerning 2nd Embodiment and 3rd Embodiment. 第３の実施形態に係わるアンテナ装置を示す図。The figure which shows the antenna apparatus concerning 3rd Embodiment. 電池駆動する小型無線通信端末に実施形態に係わるアンテナ装置を設置した態様を示す図。The figure which shows the aspect which installed the antenna apparatus concerning embodiment in the small radio | wireless communication terminal which drives a battery.

以下、図面を参照しながら実施形態に係るアンテナ装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
実施形態では特に放射パターンを変化させるダイバーシチアンテナに関して説明する。 Hereinafter, an antenna device according to an embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the following embodiments, the same numbered portions are assumed to perform the same operation, and repeated description is omitted.
In the embodiment, a diversity antenna that changes a radiation pattern will be described in particular.

（第１の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は図１に示すように、給電部１０１、開口部１０３を有する導体１０２、導体１０４、およびスイッチ１０５を含む。図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図である。
給電部１０１はスイッチ１０５を介して導体１０４に電力を供給する。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, the antenna device of the present embodiment includes a power feeding unit 101, a conductor 102 having an opening 103, a conductor 104, and a switch 105. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of the antenna device according to the first embodiment.
The power supply unit 101 supplies power to the conductor 104 via the switch 105.

導体１０２は、開口部１０３を有している導体であるが、その他の形状、大きさに制限はないが、例えば面状の形状を有する。導体１０２は通常接地されている。 The conductor 102 is a conductor having the opening 103, but is not limited in other shapes and sizes, but has, for example, a planar shape. The conductor 102 is normally grounded.

導体１０４は有限の大きさを持つ導体であり、通常、開口部１０３の内部に配置する。導体１０４は２つの端点を有していて通常屈曲している。導体１０４の形状は通常、線状または板状であるが、任意の形状でも構わない。導体１０４は例えばフィルム状の導体を用いたフレキシブルな導体でもよい。導体１０４は導体１０２の面を開口部１０３に仮想的に延長した延長面と交わる。例えば導体１０２が平面状の板状導体である場合、導体１０４はこの平面に垂直に交わるように配置する。このように導体１０４を配置することで、導体１０４は導体１０２から離れる部分が多くなり、導体１０４がアンテナとして放射効率を向上させることができる。 The conductor 104 is a conductor having a finite size, and is usually disposed inside the opening 103. The conductor 104 has two end points and is normally bent. The shape of the conductor 104 is usually linear or plate-like, but any shape may be used. The conductor 104 may be a flexible conductor using a film-like conductor, for example. The conductor 104 intersects with an extended surface obtained by virtually extending the surface of the conductor 102 to the opening 103. For example, when the conductor 102 is a planar plate-like conductor, the conductor 104 is disposed so as to intersect perpendicularly to this plane. By disposing the conductor 104 in this way, the conductor 104 has many portions away from the conductor 102, and the conductor 104 can improve the radiation efficiency as an antenna.

スイッチ１０５は導体１０４に流れる電流の向きを変化させる。スイッチ１０５は、給電部１０１と導体１０４の２つの端点のいずれか一方とを接続し、給電部１０１から導体１０４に電力を供給する。スイッチ１０５は給電部１０１から電力を供給する端点を切り替える。スイッチ１０５は、例えば半導体スイッチやＣＭＯＳスイッチなどを利用することができ、１つの入力ポートと２つの出力ポートを有するＳＰＤＴ（single-pole double-throw）構成のスイッチで十分であり、低消費電力で動作させることができる。スイッチ１０５と接続する導体１０４の２つの端点の距離がいずれであっても、放射パターンの主方向を切り替えることはできる。しかしながら、これら端点の距離が大きいほど切り替え前後の放射パターンの主方向の変化度合いが大きくなる。
導体１０４は、導体１０４に流れる電流と導体１０２に誘起される電流とのベクトル和が、スイッチ１０５の切り替えによって異なるように配置される。 The switch 105 changes the direction of the current flowing through the conductor 104. The switch 105 connects the power feeding unit 101 and one of the two end points of the conductor 104, and supplies power from the power feeding unit 101 to the conductor 104. The switch 105 switches an end point for supplying power from the power supply unit 101. As the switch 105, for example, a semiconductor switch or a CMOS switch can be used. A switch having an SPDT (single-pole double-throw) configuration having one input port and two output ports is sufficient, and has low power consumption. It can be operated. The main direction of the radiation pattern can be switched regardless of the distance between the two end points of the conductor 104 connected to the switch 105. However, the greater the distance between these end points, the greater the degree of change in the main direction of the radiation pattern before and after switching.
The conductor 104 is arranged such that the vector sum of the current flowing through the conductor 104 and the current induced in the conductor 102 varies depending on the switching of the switch 105.

続いて、アンテナ装置の動作原理について図２Ａ、図２Ｂ、図３を参照して説明する。
アンテナ装置は、導体１０４の電気長Ｌ（スイッチ１０５を介して給電部１０１と接続された位置から、導体１０４の他端までの電気長）が略４分の１波長となる周波数ｆで共振して電磁波を放射するアンテナ素子である。 Next, the operation principle of the antenna device will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, and 3. FIG.
The antenna device resonates at a frequency f at which the electrical length L of the conductor 104 (the electrical length from the position connected to the power supply unit 101 via the switch 105 to the other end of the conductor 104) is approximately a quarter wavelength. Antenna element that radiates electromagnetic waves.

導体１０４上の電流は、開口部１０３の周囲の導体と電気的に結合し周囲の導体に電流を誘起する。図２Ａ、図２Ｂは、導体１０４上の電流の向きと開口部１０３の周囲の電流の向きの関係を模式的に示す図である。図２Ａのように、スイッチ１０５を介して導体１０４の始点２０３に給電したとき、電流２０１との間に強い結合が生じる。一方、図２Ｂのように、導体１０４の終点２０４に給電したとき、電流２０２との間に強い結合が生じることになる。 The current on the conductor 104 is electrically coupled to the surrounding conductor of the opening 103 and induces a current in the surrounding conductor. 2A and 2B are diagrams schematically showing the relationship between the direction of current on the conductor 104 and the direction of current around the opening 103. FIG. As shown in FIG. 2A, when power is supplied to the starting point 203 of the conductor 104 via the switch 105, a strong coupling with the current 201 is generated. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when power is supplied to the end point 204 of the conductor 104, a strong coupling with the current 202 occurs.

図２Ａ、図２Ｂを比較すると、給電位置をスイッチ１０５によって切り替えることにより、導体１０４上の電流の向きは反転している。しかしながら、開口部１０３の周囲の導体に誘起される電流の向きは変化していない。放射パターンは導体１０２ならびに１０４の電流分布のベクトル的な足し合わせであり、電流の向きの関係が給電位置の切り替えにより変化すると、放射パターンが変化することになる。 Comparing FIG. 2A and FIG. 2B, the direction of the current on the conductor 104 is reversed by switching the power feeding position by the switch 105. However, the direction of the current induced in the conductor around the opening 103 is not changed. The radiation pattern is a vector addition of the current distributions of the conductors 102 and 104, and the radiation pattern changes when the relationship of the current direction changes by switching the feeding position.

図３は第１の実施形態における放射パターンの電磁界解析結果の一例である。図３の（ａ）は図２Ａに対応する放射パターン、図３の（ｂ）は図２Ｂに対応する放射パターンの解析結果である。これらの解析結果から、放射パターンの主方向がスイッチ１０５による給電位置の切り替えによって変わっていることが確認できる。図３の放射パターンの解析結果から、以下の式（１）に示す相関係数ρを求めると、０．４９であった。これは、理論上十分なダイバーシチ利得が得られる値であり、本実施形態のアンテナ装置の有効性が実証された。ただし、式（１）において、Ｅ_ｉ（Ω）はｉ番目のアンテナの複素電界指向性であり、＊は複素共役を意味している。また、Ωは全立体角を示しており、式（１）は球面Ωの積分演算である。

FIG. 3 is an example of the electromagnetic field analysis result of the radiation pattern in the first embodiment. 3A shows the radiation pattern corresponding to FIG. 2A, and FIG. 3B shows the radiation pattern analysis result corresponding to FIG. 2B. From these analysis results, it can be confirmed that the main direction of the radiation pattern is changed by the switching of the feeding position by the switch 105. From the analysis result of the radiation pattern in FIG. 3, the correlation coefficient ρ shown in the following formula (1) was found to be 0.49. This is a value at which a theoretically sufficient diversity gain can be obtained, and the effectiveness of the antenna device of this embodiment has been demonstrated. However, in Formula (1), E _i (Ω) is the complex electric field directivity of the i-th antenna, and * means a complex conjugate. Further, Ω represents the total solid angle, and the expression (1) is an integral operation of the spherical Ω.

（変形例）
第１の実施形態の第１の変形例について図４を参照して説明する。開口部１０３は、図４のように導体１０２の一部に切り込みが入ったスリット形状であってもよい。このときの動作原理は上述した第１の実施形態と同様である。すなわち、開口部１０３の周囲に誘起される電流の向きは給電位置の切り替えによって変わらないのに対し、導体１０４上の電流の向きは反転するため、ベクトルの合成である放射パターンが変化するのである。 (Modification)
A first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. The opening 103 may have a slit shape in which a part of the conductor 102 is cut as shown in FIG. The operation principle at this time is the same as that of the first embodiment described above. In other words, the direction of the current induced around the opening 103 is not changed by switching the feeding position, but the direction of the current on the conductor 104 is reversed, so that the radiation pattern, which is a vector combination, changes. .

第１の変形例では、導体１０２は一部に切り込みが入ったスリット形状であるが、この開口部１０３の形状は円形に限定されない。スイッチの切り替えによって放射パターンが変化すれば開口部１０３はどんな形状でも構わない。導体１０４の周囲の一部に導体１０２があればよい。この切り込みが入ったとしても切り込みが無い場合と同様な効果を得ることができる。 In the first modification, the conductor 102 has a slit shape with a cut in part, but the shape of the opening 103 is not limited to a circle. The opening 103 may have any shape as long as the radiation pattern is changed by switching the switch. It suffices if the conductor 102 is provided in a part of the periphery of the conductor 104. Even if this notch is made, the same effect as when no notch can be obtained.

次に、第１の実施形態の第２の変形例について図５を参照して説明する。図５のように、アンテナ装置の背面に別の導体５０１が近接しても、上述した動作原理は変わらない。導体５０１が近接していて電流が流れていても、この電流がアンテナの放射パターンに及ぼす影響は、スイッチを切り替えても変わらない。そのため、スイッチ切り替えによりアンテナの放射パターンが変化し、パターンダイバーシチが得られる。そのため、例えば２層以上の層を有する基板上に実施形態のアンテナ装置を実装する際、導体１０４が実装される層以外の下層には導体が存在していてもよく、基板上の配線等の自由度を落とすことなく、パターンダイバーシチが得られる。 Next, a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, even if another conductor 501 comes close to the back surface of the antenna device, the operation principle described above does not change. Even if the conductor 501 is close and a current flows, the effect of this current on the radiation pattern of the antenna does not change even if the switch is switched. Therefore, the radiation pattern of the antenna is changed by switching, and pattern diversity is obtained. Therefore, for example, when the antenna device of the embodiment is mounted on a substrate having two or more layers, a conductor may exist in a lower layer other than the layer on which the conductor 104 is mounted. Pattern diversity can be obtained without reducing the degree of freedom.

再び、図１のアンテナ装置の説明に戻る。開口部１０３の周囲長が、本アンテナ装置の所望周波数ｆに対応する略１波長となると、開口部１０３の周囲の電流分布が共振状態となる。このときの電流分布の解析結果の一例を図６に示す。 Returning to the description of the antenna device of FIG. When the perimeter of the opening 103 becomes approximately one wavelength corresponding to the desired frequency f of the antenna device, the current distribution around the opening 103 is in a resonance state. An example of the analysis result of the current distribution at this time is shown in FIG.

このとき、開口部１０３はそれ自体が共振するスロットアンテナとして動作し、導体１０４によって設計した所望のアンテナ装置として動作しなくなる。すなわち、開口部１０３の周囲長は、所望周波数ｆに対応する１波長以下であることが望ましい。換言すれば、開口部１０３の周囲長が１波長以上になると、開口部１０３での共振がアンテナの共振周波数と同等となり、不要な共振が生じて所望の動作が得られなくなるため、周囲長は１波長以下であることが望ましい。 At this time, the opening 103 operates as a slot antenna that itself resonates, and does not operate as a desired antenna device designed by the conductor 104. That is, it is desirable that the perimeter of the opening 103 is not more than one wavelength corresponding to the desired frequency f. In other words, when the perimeter of the opening 103 becomes one wavelength or more, the resonance at the opening 103 becomes equal to the resonance frequency of the antenna, and unnecessary resonance occurs and a desired operation cannot be obtained. It is desirable that it is 1 wavelength or less.

次に、図１のアンテナ装置において導体１０４が１つの折返しアンテナとして動作するときの条件について図７を参照して説明する。図７は、第１の実施形態において、導体１０４が１つの折返しアンテナとして動作するときの条件を模式的に表した図である。
導体１０４の近接する２つの部分が、所望周波数ｆに対応する波長の略４０分の１以下となると、導体１０４上には、電流７０１のように同じ向きの電流が誘起される。すなわち、１つの折返しアンテナとして動作する。実施形態のアンテナ装置の目的は、給電位置の切り替えによって放射パターンを変化させることである。アンテナ装置が１つの折返しアンテナとして動作するとき、上述した動作原理による放射パターン変化は生じず、この目的を達成することが出来なくなる。すなわち、導体１０４の近接する２つの部位は、所望周波数に対応する波長の４０分の１波長以上離して形成されることが望ましい。 Next, conditions when the conductor 104 operates as one folded antenna in the antenna apparatus of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram schematically showing conditions when the conductor 104 operates as one folded antenna in the first embodiment.
When two adjacent portions of the conductor 104 become approximately one-fourth or less of the wavelength corresponding to the desired frequency f, a current in the same direction as the current 701 is induced on the conductor 104. That is, it operates as one folded antenna. The purpose of the antenna device of the embodiment is to change the radiation pattern by switching the feeding position. When the antenna device operates as a single folded antenna, the radiation pattern change due to the above-described operation principle does not occur, and this object cannot be achieved. That is, it is desirable that the two adjacent portions of the conductor 104 be formed at a distance of 1/40 wavelength or more of the wavelength corresponding to the desired frequency.

第１の実施形態のアンテナ装置によれば、開口部の中にアンテナの始点と終点が存在することで、開口部周囲の導体とアンテナとが電気的に結合し、給電位置の切り替えによりアンテナの放射パターンを変えることができる。この結果、１つのアンテナと１つのスイッチを使用して放射パターンの主方向を切り替え、パターンダイバーシチ効果を得ることができる。 According to the antenna device of the first embodiment, since the start point and end point of the antenna exist in the opening, the conductor around the opening and the antenna are electrically coupled, and switching of the feeding position changes the antenna. The radiation pattern can be changed. As a result, the main direction of the radiation pattern can be switched using one antenna and one switch, and a pattern diversity effect can be obtained.

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、導体１０４と導体１０２との空間的距離が十分でないとき、アンテナの入力インピーダンスが低くなり、通常５０Ωの給電部１０１との間でインピーダンス不整合が生じる場合がある。そこで、第２の実施形態に係わるアンテナ装置では、給電部１０１と接続された導体８０１をさらに有することを特徴とする。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, when the spatial distance between the conductor 104 and the conductor 102 is not sufficient, the input impedance of the antenna is low, and impedance mismatching may occur between the power supply unit 101 that is normally 50Ω. Therefore, the antenna device according to the second embodiment further includes a conductor 801 connected to the power feeding unit 101.

本実施形態のアンテナ装置は図８に示すように、第１の実施形態のアンテナ装置に加え、導体８０１を含んでいる。図８は、本発明の第２の実施形態に係わるアンテナ装置の概略構成を示す図である。 As shown in FIG. 8, the antenna device of this embodiment includes a conductor 801 in addition to the antenna device of the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an antenna apparatus according to the second embodiment of the present invention.

第２の実施形態では、スイッチ１０５は、給電位置を切り替えるのではなく、導体１０４と導体１０２との短絡位置を切り替えるために用いられる。導体８０１は、線上または板状の導体で構成され、給電部１０１から電力を給電される。導体８０１は、導体１０４と電気的に結合し、導体１０４へさらに電力を給電する。導体８０１は、導体１０４に電気的に結合し電力を供給できればどの場所に配置されてもよい。 In the second embodiment, the switch 105 is used to switch the short-circuit position between the conductor 104 and the conductor 102 instead of switching the power feeding position. The conductor 801 is configured by a line or plate-like conductor, and is supplied with electric power from the power supply unit 101. The conductor 801 is electrically coupled to the conductor 104 and further supplies power to the conductor 104. The conductor 801 may be disposed at any location as long as it can be electrically coupled to the conductor 104 to supply power.

次に、第１の実施形態および第２の実施形態それぞれでのＶＳＷＲ（voltage standing wave ratio）について図９を参照して説明する。ＶＳＷＲは最小値が１であり、値が小さいほどインピーダンス不整合が小さく、損失が小さいことを意味する。 Next, VSWR (voltage standing wave ratio) in each of the first embodiment and the second embodiment will be described with reference to FIG. The minimum value of VSWR is 1, and the smaller the value, the smaller the impedance mismatch and the smaller the loss.

図９のＶＳＷＲ９０１は第１の実施形態での導体８０１を用いずに導体１０４に給電する場合を示し、ＶＳＷＲ９０２は第２の実施形態での導体８０１を用いて給電する場合を示す。図９に示すように、第２の実施形態での導体８０１を用いたアンテナ装置では、動作帯域は狭帯域化するものの、所望周波数ｆ周辺でＶＳＷＲが小さくなっており、インピーダンス不整合による損失を大きく改善することができる。給電部１０１からより大きな電力をアンテナに給電することができ、より良い放射特性を得ることが可能となる。このように、アンテナに、別の導体との容量結合によって給電することで、アンテナの入力インピーダンスを高くすることが出来、インピーダンス不整合を大幅に改善することが可能となる。 VSWR 901 in FIG. 9 shows a case where power is supplied to the conductor 104 without using the conductor 801 in the first embodiment, and VSWR 902 shows a case where power is supplied using the conductor 801 in the second embodiment. As shown in FIG. 9, in the antenna device using the conductor 801 in the second embodiment, the operating band is narrowed, but the VSWR is small around the desired frequency f, and the loss due to impedance mismatch is reduced. It can be greatly improved. More power can be supplied to the antenna from the power supply unit 101, and better radiation characteristics can be obtained. In this way, by feeding power to the antenna by capacitive coupling with another conductor, the input impedance of the antenna can be increased, and impedance mismatch can be greatly improved.

図８に示す第２の実施形態のアンテナ装置では、給電部１０１を開口部１０３の奥側に、スイッチ１０５を開口部１０３の手前側に設けている。給電部１０１とスイッチ１０５は、例えば開口部１０３の手前側に並べて設けてもよく、この場合にもパターンダイバーシチが得られる。しかしながら、図８のように、給電部１０１とスイッチ１０５とを開口部１０３の別々の側に設けることにより、開口部１０３の周囲の導体に誘起される電流は強められ、放射パターンの変化量を大きくすることが出来、より大きなパターンダイバーシチ効果が期待できる。 In the antenna device of the second embodiment shown in FIG. 8, the power feeding unit 101 is provided on the back side of the opening 103 and the switch 105 is provided on the front side of the opening 103. For example, the power feeding unit 101 and the switch 105 may be provided side by side on the front side of the opening 103, and in this case, pattern diversity can be obtained. However, as shown in FIG. 8, by providing the power feeding unit 101 and the switch 105 on different sides of the opening 103, the current induced in the conductor around the opening 103 is strengthened, and the amount of change in the radiation pattern is reduced. It can be increased and a greater pattern diversity effect can be expected.

第２の実施形態のアンテナ装置によれば、導体８０１を介して電気的に結合した導体１０４に給電することで、入力インピーダンスを高めることができ、インピーダンス不整合損失を改善できる。 According to the antenna device of the second embodiment, by supplying power to the conductor 104 that is electrically coupled via the conductor 801, the input impedance can be increased, and the impedance mismatch loss can be improved.

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係わるアンテナ装置について図１０を参照して説明する。本実施形態のアンテナ装置は、インピーダンス素子１００１をスイッチの一端に設けることを特徴とする。 (Third embodiment)
An antenna apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The antenna device of this embodiment is characterized in that an impedance element 1001 is provided at one end of a switch.

インピーダンス素子１００１は、例えばチップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗など、半田付け可能なチップ素子を使用することができる。また、バリキャップダイオードやＭＥＭＳ可変キャパシタなどのアクティブ素子を用いてもよい。 As the impedance element 1001, a solderable chip element such as a chip capacitor, a chip inductor, or a chip resistor can be used. Also, active elements such as varicap diodes and MEMS variable capacitors may be used.

スイッチ１０５は、例えばＤＰＤＴ（double-pole double-throw）スイッチで構成され、２つ以上の入力ポートと２つ以上の出力ポートを持っている。スイッチ１０５の入力ポートのうち一つは給電部に接続され、他方の入力ポートはインピーダンス素子に接続される。スイッチ１０５の出力ポートのうちの一つは導体１０４の始点２０３に接続し、他方の出力ポートは導体１０４の終点２０４に接続される。 The switch 105 is composed of, for example, a DPDT (double-pole double-throw) switch, and has two or more input ports and two or more output ports. One of the input ports of the switch 105 is connected to the power supply unit, and the other input port is connected to the impedance element. One of the output ports of the switch 105 is connected to the start point 203 of the conductor 104, and the other output port is connected to the end point 204 of the conductor 104.

次に、インピーダンス素子１００１としてキャパシタ及びインダクタを用いたときの、それぞれのＶＳＷＲの変化について図１１を参照して説明する。
インピーダンス素子１００１としてキャパシタを取り付けると、ＶＳＷＲ１１０１のように、ＶＳＷＲは周波数の高い側へシフトする。また、チップ素子の内部抵抗のためにアンテナの損失が増加しＶＳＷＲの幅は広くなる。キャパシタとして可変キャパシタ素子を使用すると、可変キャパシタの可変範囲に対応する周波数ｆからｆ’までの範囲で、動作周波数を調整するチューナブルアンテナとして動作させることが可能になる。一方、インピーダンス素子１００１としてインダクタを取り付けると、ＶＳＷＲ１１０２のように、ＶＳＷＲは周波数の低い側へシフトすることになる。
このように、インピーダンス素子をスイッチ１０５と導体１０２との間に設けることで、整合のとれる周波数を容易に調整することができる。ただし、素子の内部抵抗が大きくなると、アンテナの放射効率を劣化させることにもつながるので、必要な放射効率を達成することができる程度に素子の内部抵抗を設定する。 Next, changes in VSWR when a capacitor and an inductor are used as the impedance element 1001 will be described with reference to FIG.
When a capacitor is attached as the impedance element 1001, the VSWR shifts to a higher frequency side like the VSWR 1101. Further, the loss of the antenna increases due to the internal resistance of the chip element, and the width of the VSWR becomes wider. When a variable capacitor element is used as a capacitor, it can be operated as a tunable antenna that adjusts the operating frequency in a frequency range from f to f ′ corresponding to the variable range of the variable capacitor. On the other hand, when an inductor is attached as the impedance element 1001, the VSWR is shifted to a lower frequency side like the VSWR1102.
In this way, by providing the impedance element between the switch 105 and the conductor 102, it is possible to easily adjust the matching frequency. However, an increase in the internal resistance of the element also leads to deterioration of the radiation efficiency of the antenna. Therefore, the internal resistance of the element is set to such an extent that the necessary radiation efficiency can be achieved.

次に、図１０のアンテナ装置の変形例について図１２を参照して説明する。
本変形例のアンテナ装置は図８のアンテナ装置に加え、スイッチ１０５と導体１０２との間に、インピーダンス素子１００１をさらに設けることを特徴とする。インピーダンス素子をスイッチ１０５と導体１０２との間に設けることで、図１２に示すように整合のとれる周波数を容易に調整することができる。
第３の実施形態のアンテナ装置によれば、インピーダンス素子を装荷することで、共振周波数を容易に設計出来るほか、アンテナ自体のＱ値を下げて、動作帯域を広帯域化させることが出来る。したがって、所望周波数でアンテナ装置を動作させることが容易になる。 Next, a modification of the antenna device of FIG. 10 will be described with reference to FIG.
The antenna device according to this modification is characterized in that an impedance element 1001 is further provided between the switch 105 and the conductor 102 in addition to the antenna device of FIG. By providing the impedance element between the switch 105 and the conductor 102, the matching frequency can be easily adjusted as shown in FIG.
According to the antenna device of the third embodiment, by loading an impedance element, the resonance frequency can be easily designed, and the Q value of the antenna itself can be lowered to widen the operating band. Therefore, it becomes easy to operate the antenna device at a desired frequency.

例えば、図１２の変形例を、９５０ＭＨｚ帯で動作する小型無線通信端末に設置する場合、導体１０４の経路長は略８０ｍｍ程度必要となる。また、開口部１０３の長手方向の長さは略３５ｍｍ以上あることが望ましい。しかしながら、基板設計の各種制約により、前記の長さを確保できないことや、開口部１０３と導体１０４の距離が離れすぎてパターンダイバーシチ効果を十分得られない可能性がある。このとき、図１２の変形例のように、インピーダンス素子１００１として１ｐＦ程度のキャパシタや数ｎＨのインダクタを使用することで、アンテナの共振周波数を容易に調整することができ、パターンダイバーシチ効果を高める設計が可能となる。以下に、上述した実施形態のアンテナ装置を電池駆動の小型無線通信端末に設置したときの概略構成を説明する。
図１３は、アンテナ装置を電池駆動の小型無線通信端末に設置するときの概略を示す図である。電池１３０１の実装および無線機等を実装することを想定すると、基板上にアンテナを２つ以上配置してパターンダイバーシチを得ることは難しい。しかしながら、上述した実施形態のアンテナ装置を使用することで、アンテナ１つのスペースでパターンダイバーシチ効果を得ることができ、通信品質の向上が見込まれる。 For example, when the modification of FIG. 12 is installed in a small wireless communication terminal operating in the 950 MHz band, the path length of the conductor 104 needs to be approximately 80 mm. Further, it is desirable that the length of the opening 103 in the longitudinal direction is approximately 35 mm or more. However, due to various restrictions in substrate design, the above-mentioned length cannot be ensured, and the distance between the opening 103 and the conductor 104 may be too far to obtain a sufficient pattern diversity effect. At this time, as in the modification of FIG. 12, by using a capacitor of about 1 pF or an inductor of several nH as the impedance element 1001, the resonance frequency of the antenna can be easily adjusted, and the design that enhances the pattern diversity effect Is possible. A schematic configuration when the antenna device of the above-described embodiment is installed in a battery-driven small wireless communication terminal will be described below.
FIG. 13 is a diagram showing an outline when the antenna device is installed in a battery-driven small wireless communication terminal. Assuming mounting of the battery 1301 and mounting of a wireless device or the like, it is difficult to obtain pattern diversity by arranging two or more antennas on a substrate. However, by using the antenna device of the above-described embodiment, a pattern diversity effect can be obtained in one antenna space, and an improvement in communication quality is expected.

アンテナ装置では、例えば導体８０１は基板の上面に設置され、スルーホール１３０２と基板の下面に設置されるスイッチ１０５を介して基板の下面にある給電部（図１３では図示せず）に接続している。図１３の例では基板の下面に導体１０４も設置されている。 In the antenna device, for example, the conductor 801 is installed on the upper surface of the substrate, and is connected to a power feeding unit (not shown in FIG. 13) on the lower surface of the substrate via a through hole 1302 and a switch 105 installed on the lower surface of the substrate. Yes. In the example of FIG. 13, the conductor 104 is also installed on the lower surface of the substrate.

また、電池１３０１が実装されない小型無線通信端末でも、アンテナ１つのスペースでパターンダイバーシチ効果を得ることができるため、筐体サイズを小さくすることができる。例えば、９５０ＭＨｚ帯で動作する小型無線端末であれば、５０ｍｍ×６５ｍｍ程度にまで筐体サイズを小さくしてもパターンダイバーシチ効果が期待できる。 Further, even in a small wireless communication terminal in which the battery 1301 is not mounted, the pattern diversity effect can be obtained in a single antenna space, so that the housing size can be reduced. For example, in the case of a small wireless terminal operating in the 950 MHz band, the pattern diversity effect can be expected even if the housing size is reduced to about 50 mm × 65 mm.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０１…給電部、１０２、１０４、５０１、８０１…導体、１０３…開口部、１０５…スイッチ、２０１、２０２、７０１…電流、２０３…始点、２０４…終点、１００１…インピーダンス素子、１３０１…電池、１３０２…スルーホール。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Feed part, 102, 104, 501, 801 ... Conductor, 103 ... Opening, 105 ... Switch, 201, 202, 701 ... Current, 203 ... Start point, 204 ... End point, 1001 ... Impedance element, 1301 ... Battery, 1302 ... through hole.

Claims

A planar first conductor having an opening;
A second conductor that intersects the opening at two locations and has a bent shape;
A power feeding unit that is connected to one of the two ends of the second conductor and supplies power;
A switch that connects the power feeding unit and one of the two ends of the second conductor, and changes a connection position to change a direction of a current flowing through the second conductor;
The second conductor is arranged such that a vector sum of a current flowing in the second conductor and a current induced in the first conductor is different depending on switching of the switch,
The length of the opening in the direction connecting the two locations is longer than the distance between the two locations.

The antenna device according to claim 1, wherein the first conductor has a notch connecting the opening and the outside of the first conductor .

3. The antenna device according to claim 1, wherein the first conductor is a planar plate-like conductor, and the second conductor intersects the opening perpendicularly.

4. The antenna device according to claim 1, wherein a peripheral length of the opening is equal to or less than a wavelength corresponding to a desired frequency f.

5. The antenna device according to claim 1, wherein a distance between the two locations is equal to or more than 1/40 of a wavelength corresponding to the frequency f.

A planar first conductor having an opening;
A second conductor that intersects the opening at two locations and has a bent shape;
A planar third conductor parallel to the first conductor ;
A power supply unit disposed on the first conductor, connected to the third conductor via a conductor, supplies power, and supplies power to the second conductor by capacitive coupling;
Anda switch or switches for which it is changed the direction of the current by electrically short-circuiting the one and the first conductor of the two ends of the front Stories second conductor,
The second conductor is arranged such that a vector sum of a current flowing in the second conductor and a current induced in the first conductor is different depending on switching of the switch,
Features and to luer antenna device is longer than the distance between the two locations is the length of the opening in a direction connecting the two places.

The antenna device according to claim 6, wherein the power feeding unit and the switch are installed on the first conductor across the opening.

The antenna device according to claim 7, further comprising an impedance element that is installed between the switch and the first conductor and connects the switch and the first conductor.

The antenna device according to claim 1, wherein the first conductor operates as a slot antenna.