JP2003332927A - イメージ信号除去アンテナ - Google Patents

イメージ信号除去アンテナ

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JP2003332927A
JP2003332927A JP2003086833A JP2003086833A JP2003332927A JP 2003332927 A JP2003332927 A JP 2003332927A JP 2003086833 A JP2003086833 A JP 2003086833A JP 2003086833 A JP2003086833 A JP 2003086833A JP 2003332927 A JP2003332927 A JP 2003332927A
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Do-Hoon Kwon
度 ▲薫▼ 權
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナで受信する信号からイメージ信号の
周波数の信号を除去する機能を有するイメージ信号除去
アンテナを提供する。 【解決手段】 無線信号を受信するアンテナと、前記ア
ンテナが受信する前記無線信号から所定の周波数のイメ
ージ信号を除去するイメージ信号除去部とを備えるイメ
ージ信号除去アンテナ及び前記アンテナと、高周波受信
回路とのインピーダンス整合を行い、そして前記アンテ
ナで受信した前記無線信号から前記イメージ信号を除去
した信号を前記高周波受信回路に供給する整合回路とを
さらに備えるイメージ信号除去アンテナを提供する。ア
ンテナ及び整合回路の設計において、イメージ信号除去
機能を付加することにより、次の回路部分に伝わるイメ
ージ信号の周波数の雑音成分を最小化又は除去すること
が可能になり、無線受信機全体のイメージ信号除去性能
をより高くするという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアンテナで受信する
無線信号のうちイメージ信号を除去する機能を有するイ
メージ信号除去アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、無線通信用受信機のアナログ部分
は、アンテナと、このアンテナから受信された電気信号
を低周波あるいは直流（ＤＣ）に近いベースバンドに変
える機能とにより構成される。受信機の構成の中でイメ
ージ信号が存在する構成部分においては（例えば、ヘテ
ロダインシステム）、イメージ信号の周波数帯域の雑音
信号を抑制する機能が受信機の受信性能を決定するため
の重要な要素の一つである。イメージ信号を抑制する方
法には、イメージ信号除去フィルタによる方法、イメー
ジ信号除去ミキサーによる方法、またはウィーバ方式
（Ｗｅａｖｅｒ）による方法などがあり、これらの方法
は長期間に亘って研究されてきている。従来のイメージ
信号を除去する方法は、アンテナで受信された高周波信
号が整合回路を経た後、次の帯域通過フィルタ（ＢＰ
Ｆ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を含む回路で
イメージ信号成分を抑制するものであった。
【０００３】図１は、受信信号にイメージ信号の周波数
成分を有する受信機の代表例として、ヘテロダイン受信
機のブロック図を示す。また、図２は、受信しようとす
る信号及びイメージ信号が、図１に示すヘテロダイン受
信機におけるイメージ信号除去フィルタ及びダウンコン
バージョンミキサーを通過する時の、イメージ信号除去
フィルタへの無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑ
ｕｅｎｃｙ）の入力信号、及び前記ダウンコンバージョ
ンミキサーの出力信号の周波数領域スペクトルを示す図
面である。この時、アンテナにより受信される信号のイ
メージ信号の周波数帯域には大きな干渉信号が存在し、
それが整合回路を通過すると仮定されている。
【０００４】アンテナは、電気的特性を考慮すると、周
波数に依存して異なった特性を持つ。従来のアンテナ及
び整合回路の設計原理に基づいて、アンテナは、受信し
ようとする周波数帯域の放送信号を効率良く電気信号に
変換するように設計され、また、このために用いられる
整合回路は、受信しようとする周波数で、アンテナの入
力インピーダンスを規定インピーダンス（通常、５０
Ω）に損失無しに変換するように設計される。すなわ
ち、アンテナ及び整合回路の設計は、受信しようとする
周波数帯域に限られており、それ以外の周波数帯域での
アンテナ及び整合回路の特性は充分に考慮されていな
い。
【０００５】従って、受信しようとする周波数帯域の信
号は効率良く受信し、かつ、アンテナ及びそのアンテナ
を前記規定インピーダンスの線路（ｌｉｎｅ）と整合さ
せる整合回路におけるイメージ信号の抑制方法は、今の
ところ知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は前記
事情に鑑み、無線信号を受信するアンテナと、無線信号
からイメージ信号を除去する機能と、アンテナの入力イ
ンピーダンスを所定インピーダンスの線路に整合させる
ための整合回路と、を備えたイメージ信号除去アンテナ
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために創案されたものであり、まず、請求項１に
記載のイメージ信号除去アンテナは、空間から無線信号
を受信するアンテナと、前記アンテナが受信する前記無
線信号から所定の周波数のイメージ信号を除去するイメ
ージ信号除去部とを備える構成とした。
【０００８】請求項２に記載のイメージ信号除去アンテ
ナは、請求項１に記載のイメージ信号除去アンテナにお
いて、前記イメージ信号除去部が、前記アンテナ及び接
地点と接続され、前記イメージ信号の周波数で短絡され
る構成とした。
【０００９】請求項３に記載のイメージ信号除去アンテ
ナは、請求項１に記載のイメージ信号除去アンテナにお
いて、前記イメージ信号除去部を、前記イメージ信号の
１／４波長の長さのオープンスタブで構成した。
【００１０】請求項４に記載のイメージ信号除去部は、
請求項２に記載のイメージ信号除去アンテナにおいて、
前記イメージ信号の１／４波長の長さのオープンスタブ
で構成した。
【００１１】請求項５に記載のイメージ信号除去部は、
請求項１に記載のイメージ信号除去アンテナにおいて、
前記アンテナで受信する前記イメージ信号の周波数で共
振するノッチフィルタを、前記アンテナの給電点から、
前記イメージ信号の波長より短い距離に設置する構成と
した。
【００１２】請求項６に記載のイメージ信号除去アンテ
ナは、所定の高周波受信回路に高周波信号を供給するイ
メージ信号除去アンテナであって、空間から無線信号を
受信するアンテナと、前記アンテナで受信した前記無線
信号から所定の周波数のイメージ信号を除去するイメー
ジ信号除去部と、前記アンテナと、前記高周波受信回路
とのインピーダンス整合を行い、そして前記アンテナで
受信した前記無線信号から前記イメージ信号を除去した
信号を前記高周波受信回路に供給する整合回路とを備え
る構成とした。
【００１３】請求項７に記載のイメージ信号除去部は、
請求項６に記載のイメージ信号除去アンテナにおいて、
前記整合回路の前方または後方に並列に設けられ、前記
アンテナで受信した前記無線信号のうちイメージ信号の
周波数の信号のみを通過させる帯域通過フィルタで構成
した。
【００１４】請求項８に記載のイメージ信号除去機能
は、請求項６に記載のイメージ信号除去アンテナにおい
て、前記整合回路の前方または後方に直列に設けられ、
前記アンテナ部で受信した無線信号からイメージ信号を
除去した信号を通過させるノッチフィルタで構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００１６】まず、イメージ信号の存在を調べる方法
が、受信機の設計に採択される時に、前記イメージ信号
の周波数帯域が正確に分からないこともある。従って、
アンテナ及び整合回路の設計時に、イメージ信号の存在
する周波数帯域内の雑音成分を回路において抑制すべき
である。このため、前記アンテナ及び整合回路は、受信
しようとする周波数帯域の信号は効率良く受信するが、
前記イメージ信号周波数の帯域の信号は受信しないよう
に設計される。
【００１７】また、前記整合回路の設計にあたり、受信
しようとする信号の周波数帯域の信号を通過させ、前記
イメージ信号の周波数帯域の信号を通過させないように
設計することができる。このように設計した前記アンテ
ナ及び整合回路を、各々独立に構成し、あるいは互いに
結合して構成すれば、放送信号のように大きなイメージ
信号による雑音信号が存在しても、その雑音信号は少し
しか受信されなくなり、さらにそのごく僅かが次の回路
部に伝送されるに過ぎない。
【００１８】図３は、本実施の形態に係るイメージ信号
除去アンテナにおけるダイポール型及びモノポール型の
アンテナを模式的に示す図面である。図３に示すよう
に、前記アンテナの長さはＬRFであり、前記イメージ信
号除去部としてノッチ（又は、バンド・ストップ）フィ
ルタが給電点から長さＬIMとなる所に設置されている。
ここで設置された前記ノッチフィルタで除去する周波数
帯域は、イメージ信号の周波数帯域と一致させておく。
従って、電気的特性から見て、図３の前記イメージ信号
除去アンテナは、イメージ信号の周波数帯域においては
長さＬIMを有し、また、他に受信しようとする周波数を
含む周波数帯域においては長さＬRFを有するものとみな
せる。
【００１９】アンテナ工学理論に基づくと、前記アンテ
ナの長さが動作周波数に対応する波長よりはるかに短け
れば、前記アンテナの入力インピーダンスの実数部分は
０（ゼロ）に近くなり、その虚数部分が極めて大きくな
ることがわかる。
【００２０】例えば、前記アンテナが、規定インピーダ
ンス（通常、５０Ω）を有する給電線に連結される時に
は、前記アンテナは、前記動作周波数で送信及び受信の
機能をほとんど発揮できなくなる。また、前記ノッチフ
ィルタを前記アンテナの給電点の近くに設置し、前記ア
ンテナの長さをイメージ信号の周波数帯域の周波数に対
応する波長よりはるかに短くすると、前記アンテナは、
イメージ信号の周波数帯域の信号をほとんど受信しなく
なる。
【００２１】ここで、イメージ信号の周波数をｆIMと
し、それと対応する波長をλIMとし、さらに、ＬIM＜＜
λIM／４の関係を満足するものとする。そして、受信し
ようとする周波数をｆRFとし、それに対応する波長をλ
RFとする。前記ノッチフィルタを設けられた状態で前記
アンテナの長さＬRFを調整することにより、周波数ｆRF
での受信が効率的に行われるようにすることができる。
すなわち、前記アンテナの入力インピーダンスが、使用
されている前記規定インピーダンスに近くなるように設
計できる。
【００２２】このように構成された前記アンテナは、周
波数ｆRFでは送受信が可能であるが、イメージ信号の周
波数ｆIMでは送受信がほとんどできなくなる。一方、従
来方式のアンテナは、周波数ｆRFでの円滑な送受信のみ
を考慮して設計されたため、本発明のアンテナに比べ
て、イメージ信号の周波数ｆIMでのイメージ信号による
雑音信号を、より多く受信するという問題点があった。
【００２３】図４及び図５は、本実施の形態に係るイメ
ージ信号除去アンテナを、韓国の個人通信サービス（Ｐ
ＣＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
Ｓｅｒｖｉｃｅ）無線端末向けのダイポール型のアン
テナに適用した場合のアンテナ特性のシミュレーション
結果を示すグラフである。
【００２４】図４は、アンテナ設計者が関心をもって測
定するアンテナ入力端子における反射損失係数Ｓ11をｄ
Ｂ単位で周波数の関数として示したものである。一方、
図５は、インピーダンス不整合係数ｑ（ｑ＝１−｜Ｓ11
｜2）をｄＢ単位で周波数の関数として示したものであ
る。ここで、Ｓ11の値が小さいほど当該周波数で送受信
が効果的に行われ、Ｓ11の値が大きいほどインピーダン
ス不整合により送受信が行われなくなる。
【００２５】また、ｑの値が０ｄＢに近いほど送受信の
性能が良くなる。韓国のＰＣＳ通信では、送信周波数
は、１７５０〜１７８０ＭＨｚを使用し、そして受信周
波数（ｆRF）は１８４０〜１８７０ＭＨｚを使用してい
る。ＰＣＳ端末は、ヘテロダイン方式の受信法を採用し
ており、その中間周波数（ｆIF）は２２０．３８ＭＨｚ
である。これらの標準的条件から、イメージ信号
（ｆIM）の周波数帯域は、１３９９．２〜１４２９．２
ＭＨｚと確定する。
【００２６】図４において、点線は従来方式により設計
されたダイポール型のアンテナのＳ 11を示し、実線は本
発明を適用して設計されたダイポール型のイメージ信号
除去アンテナのＳ11を示す。なお、ここでは、インダク
タ−キャパシタ（ＬＣ）並列共振フィルタが帯域通過フ
ィルタとして用いられ、その共振周波数は、イメージ信
号の周波数帯域の中間点である１４１４ＭＨｚとした。
本発明では、Ｓ11は、ＰＣＳの送受信帯域（１７５０〜
１８７０ＭＨｚ）ではやや高くなり、結果的に帯域幅が
僅かに狭くなる。また、図５に示すように、前記送受信
帯域において、Ｓ11の増加は、ｑの値に対し、１ｄＢ程
度しか影響を及ぼさないということが分かる。
【００２７】そして、図５に示すように、本発明のイメ
ージ信号除去アンテナの場合には、送受信でのイメージ
信号の周波数帯域において、従来方式のアンテナに比
べ、ｑの値が少なくとも１０ｄＢ程度低くなるというこ
とが分かる。従って、本発明が適用されたアンテナの場
合には、放送電波中のイメージ信号による雑音信号を最
小でも１０ｄＢ少なく受信するということが分かる。
【００２８】一方、整合回路にもイメージ信号除去機能
を持たせることができる。また、前記イメージ信号除去
機能付きの整合回路は、前記イメージ信号除去アンテ
ナ、又は前記従来方式のアンテナと組み合わせることも
できる。
【００２９】受信しようとする周波数帯域で、アンテナ
の入力インピーダンスが前記規定インピーダンスと大き
な差を示す時、整合回路は、その整合回路内における損
失を最小化しながら、前記アンテナの入力インピーダン
スを前記規定インピーダンスに変えることができる。従
来の整合回路の設計法においては、受信を希望する周波
数帯域では、所定のインピーダンス変換を行うことがで
きたが、他の周波数帯域におけるインピーダンス変換特
性は重要視されていなかった。もし、前記整合回路の設
計において、受信を希望する周波数帯域のインピーダン
ス変換だけではなく、除去したいイメージ信号の周波数
帯域ではインピーダンス不整合を起こすように設計する
ならば、前記整合回路でイメージ信号除去効果を得るこ
とができる。
【００３０】回路全体からアンテナ及び整合回路を見
て、反射係数Ｓ11を「１」とすることが目標となる。損
失のない整合回路を用いて、反射係数Ｓ11を「１」にす
るためには、前記アンテナ及び整合回路の入力インピー
ダンスに、純粋な虚数成分を持たせるか、あるいは無限
大の抵抗成分を持たせる必要がある。従って、整合回路
を、イメージ信号の周波数帯域で、「短絡」又は「断
線」の電気的特性を持つように設計すれば良い。
【００３１】図６は、本実施の形態に係るイメージ信号
除去アンテナにおいて、「短絡」の電気的特性を達成す
るための新しい整合回路の構成を表すブロック図であ
る。図６に示すように、「短絡」の電気的特性は、イメ
ージ信号の周波数帯域の信号だけを通過する帯域通過フ
ィルタを前記イメージ信号除去部として従来の整合回路
の前方または後方に並列に設置することにより達成され
る。Ｓ11の値は、前記帯域通過フィルタを備えているた
めに、イメージ信号の周波数においてアンテナ及び新し
い整合回路を見ると、「１」となる。図６に示す従来の
整合回路は、従来の方法により設計することができ、周
波数ｆRFで、アンテナのインピーダンスを、帯域通過フ
ィルタの周波数ｆRFで機能する前記規定インピーダンス
に変換すれば良い。
【００３２】図７は、本実施の形態に係るイメージ信号
除去アンテナにおいて、「短絡」の電気的特性を達成す
るための新しい整合回路の構成を表すブロック図であ
る。図７に示すように、「断線」の電気的特性はイメー
ジ信号の周波数帯域だけを除去するノッチフィルタを前
記イメージ信号除去部として従来の整合回路と直列に設
けて達成される。新しい整合回路でノッチフィルタを除
いた残りの部分、すなわち従来の整合回路は、周波数ｆ
RFでアンテナのインピーダンスを前記規定インピーダン
スに変換するように設計される。
【００３３】新しい整合回路を、無損失で、インダクタ
ンスやキャパシタンスをもつ素子の組み合わせで構成す
る場合、イメージ信号の周波数帯域の帯域通過フィルタ
またはノッチフィルタを用いれば、周波数ｆIMでＳ11が
１になることが保障される。整合回路の残りの部分、す
なわち、従来の整合回路は、このような帯域通過フィル
タ及びノッチフィルタの周波数特性を考慮に入れて設計
することにより、周波数ｆRFでＳ11を最小化できるが、
その方法はよく知られているので詳細な説明は省略す
る。
【００３４】さらに、図６及び図７に示すように前記イ
メージ信号除去部として帯域通過フィルタ又はノッチフ
ィルタを用いる時、これらのフィルタは、必ずしも従来
の整合回路のアンテナ側の端部、あるいは従来の整合回
路の高周波受信回路側の端部に配置しなくても良い。こ
れらのフィルタに含まれる素子あるいは機能する部分
を、従来の整合回路の端部ではなくその中間部分に配置
しても、前記従来の整合回路は、イメージ信号除去機能
を発揮する。図６及び図７では、前記帯域通過フィルタ
又は前記ノッチフィルタを従来の整合回路の端部に配置
した場合の実施の形態を示している。
【００３５】図８は、本実施の形態に係るイメージ信号
除去アンテナにおいて、前記イメージ信号除去部として
オープンスタブを用いてイメージ信号の周波数で入力イ
ンピーダンスが「０」（短絡）となる構成を示す図であ
る。図８に示すように、オープンスタブの長さをλg／
４にしてオープンスタブの入力端子からみたインピーダ
ンスを「０」にする構成となっている。これは、プリン
ト回路技術により容易に実現できる。ここで、λgは、
プリント回路基板に形成された伝送線路の導波信号波長
を意味する。
【００３６】以上、本発明に係る一実施の形態を説明し
たが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有
する者であれば、本発明の意図と目的から逸脱すること
なく、種々の実施の形態へと変更できるということが理
解できるであろう。従って、開示された実施の形態は、
それを限定するという観点ではなく、それを説明すると
いう観点から考慮されるべきである。本発明の目的は、
これまでに記した説明だけではなく、特許請求の範囲に
開示されており、それと等価であれば、たとえ差異があ
っても、本発明に含まれるものとして解釈すべきであ
る。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係るイメ
ージ信号除去アンテナは、以下に示すような優れた効果
を奏する。
【００３８】アンテナ及び整合回路の設計において、イ
メージ信号除去機能を付加することにより、次の回路部
分に伝わるイメージ信号の周波数の雑音成分を最小化又
は除去することが可能になり、無線受信機全体のイメー
ジ信号除去性能をより高くするという効果がある。
【００３９】また、もし、要求されるイメージ信号除去
機能に関するシステム規格が決定されるならば、そのシ
ステム規格の一部はアンテナ及び整合回路で解決し、他
の部分は他の回路の設計で解決するようにできるので、
全体の回路設計に付加されるイメージ信号除去機能の規
格を緩和できる。そして、本発明のイメージ信号除去効
果は、アンテナ又は整合回路に別々に適用できる、既に
生産中の無線通信機器のアンテナ又は整合回路のうちど
ちらか一方、あるいは両方を同時に修正することによ
り、さらに優れたイメージ信号除去性能が得られるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】イメージ信号の周波数成分を有する受信機の代
表例であるヘテロダイン受信機のブロック図である。
【図２】受信しようとする信号及びイメージ信号が、図
１に示すヘテロダイン受信機におけるイメージ信号除去
フィルタ及びダウンコンバージョンミキサーを通過する
時の、イメージ信号除去フィルタへの無線周波数の入力
信号、及びダウンコンバージョンミキサーの出力信号の
周波数領域スペクトルを示す図面である。
【図３】本実施の形態に係るイメージ信号除去アンテナ
におけるダイポール型及びモノポール型ワイヤーアンテ
ナを模式的に示す図面である。
【図４】韓国のＰＣＳ通信帯域用のイメージ信号除去ダ
イポール型アンテナ及び従来のアンテナの規定インピー
ダンス（５０Ω）での反射損失係数を示すグラフであ
る。
【図５】図４の反射損失係数をインピーダンス不整合係
数に変換したグラフであり、イメージ信号除去アンテナ
がいかに効果的に送受信を行えるかを表す。
【図６】イメージ信号の周波数の信号を通過する帯域通
過フィルタが整合回路の端部に並列に配置された構成を
示す図面である。
【図７】イメージ信号の周波数の信号を除去するノッチ
フィルタが整合回路の端部に直列に配置された構成を示
す図面である。
【図８】オープンスタブチューナを用い、イメージ信号
の周波数で入力インピーダンスを０にする構成を示す図
面である。
【符号の説明】
ＬIM 給電点からの長さ ＬRF アンテナの長さ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空間から無線信号を受信するアンテナ
    と、前記アンテナが受信する前記無線信号から所定の周
    波数のイメージ信号を除去するイメージ信号除去部と、
    を備えることを特徴とするイメージ信号除去アンテナ。
  2. 【請求項２】 前記イメージ信号除去部は、前記アンテ
    ナ及び接地点と接続され、前記イメージ信号の周波数で
    短絡されることを特徴とする請求項１に記載のイメージ
    信号除去アンテナ。
  3. 【請求項３】 前記イメージ信号除去部は、前記イメー
    ジ信号の１／４波長の長さのオープンスタブで構成され
    ることを特徴とする請求項１に記載のイメージ信号除去
    アンテナ。
  4. 【請求項４】 前記イメージ信号除去部は、前記イメー
    ジ信号の１／４波長の長さのオープンスタブで構成され
    ることを特徴とする請求項２に記載のイメージ信号除去
    アンテナ。
  5. 【請求項５】 前記イメージ信号除去部は、前記アンテ
    ナで受信する前記イメージ信号の周波数で共振するノッ
    チフィルタを、前記アンテナの給電点から、前記イメー
    ジ信号の波長より短い距離に、設置することを特徴とす
    る請求項１に記載のイメージ信号除去アンテナ。
  6. 【請求項６】 所定の高周波受信回路に高周波信号を供
    給するイメージ信号除去アンテナであって、空間から無
    線信号を受信するアンテナと、前記アンテナで受信した
    前記無線信号から所定の周波数のイメージ信号を除去す
    るイメージ信号除去部と、前記アンテナと、前記高周波
    受信回路とのインピーダンス整合を行い、そして前記ア
    ンテナで受信した前記無線信号から前記イメージ信号を
    除去した信号を前記高周波受信回路に供給する整合回路
    と、を備えることを特徴とするイメージ信号除去アンテ
    ナ。
  7. 【請求項７】 前記イメージ信号除去部は、前記整合回
    路の前方または後方に並列に設けられ、前記アンテナで
    受信した前記無線信号のうちイメージ信号の周波数の信
    号のみを通過させる帯域通過フィルタであることを特徴
    とする請求項６に記載のアンテナ装置。
  8. 【請求項８】 前記イメージ信号除去機能は、前記整合
    回路の前方または後方に直列に設けられ、前記アンテナ
    部で受信した無線信号からイメージ信号を除去した信号
    を通過させるノッチフィルタであることを特徴とする請
    求項６に記載のアンテナ装置。
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