JP2004266526A - アンテナ装置、携帯無線機器および携帯テレビ - Google Patents

Abstract

【課題】携帯無線機器に組み込むに好適な広帯域の小型で安価なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する放射導体と、前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さの線路長を有し、互いに平行に対向配置された一対の線路導体からなり、その一方を前記放射導体に接続すると共に他方を給電線に接続した平行導体（同軸ケーブルまたはマイクロストリップライン）とを備える。特に平行導体を先端短絡型のものとして宝珠導体に対するインダクタンス成分として機能させ、または先端開放型のものとして放射導体に対するキャパシタ成分として機能させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯無線機器に組み込むに好適な小型で安価なアンテナ装置、このアンテナ装置を搭載した携帯無線機器および携帯テレビに関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
携帯電話機やポータブルテレビ（携帯テレビ）、更には無線ＬＡＮ端末等の携帯無線機器に組み込まれるアンテナ装置としては、小型で高利得であることが要求される。しかしアンテナ本体である放射導体を小型化した場合、これに伴ってアンテナ利得が低下することが否めない。即ち、アンテナ利得を高くするには放射導体の長さを１／２波長程度とすれば良いが、放射導体自体が大型化することが否めない。これに対して放射導体の長さを１／４波長程度と短くしてその小型化を図ると、給電点でのインピーダンスが高くなるので、放射導体の給電部とアンテナ駆動回路との間にインピーダンス整合回路を設けることが必要となる。
【０００３】
ちなみにインピーダンス整合回路は、通常、コンデンサ（キャパシタ成分）やコイル（インダクタンス成分）を用いて構成される（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１４５７２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述したインピーダンス整合回路を、チップコンデンサ等のチップ部品を用いてコンパクトに構成しても、このインピーダンス整合回路を搭載したプリント回路基板を組み込むための専用スペースが必要となり、アンテナ装置としての全体形状が大型化することが否めない。しかもインピーダンス整合回路を必要とする分、その部品点数が増大し、その製造・組立コストが増大する。従ってアンテナ装置の小型化と低価格化を図るには、チップ部品等を用いて構築されるインピーダンス整合回路を省略することが望ましい。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、チップコンデンサ等のチップ部品を用いることなく放射導体の給電部とアンテナ駆動回路とインピーダンスを整合させることができ、その小型化と構造の簡素化を図ることで、携帯無線機器等に組み込むに好適な安価なアンテナ装置、更にはこのアンテナ装置を搭載した携帯無線機器および携帯テレビを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係るアンテナ装置は、共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さの線路長を有する同軸ケーブルやマイクロストリップライン等の伝送線路が、先端開放状態においてはコンデンサ（キャパシタ成分）として機能し、また先端短絡状態においてはコイル（インダクタンス成分）として機能することに着目し、この伝送線路を放射導体に組み込むことで、好ましくは放射導体と一体化することで、その小型化と低コスト化を図ったことを特徴としている。
【０００８】
即ち、本発明に係るアンテナ装置は、請求項１に記載するように
▲１▼ 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する放射導体と、
▲２▼ 前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さの線路長を有し、互いに平行に対向配置された一対の線路導体からなり、その一方を前記放射導体に接続すると共に他方を給電線に接続した平行導体と
を具備したことを特徴としている。
【０００９】
ちなみに前記平行導体は、請求項２に記載にするように前記給電線に接続されていない側の端部において前記一対の線路導体を電気的に接続することでインダクタンス成分として機能する先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部において前記一対の線路導体を絶縁することでキャパシタ成分として機能する先端開放型のものからなる。具体的には前記平行導体は、請求項３に記載するように前記放射導体に外部導体を接続し、且つ内部導体を給電線に接続した同軸ケーブル、或いは請求項４に記載するように板状の誘電体の両面に前記一対の線路導体をそれぞれ形成したマイクロストリップラインからなる。
【００１０】
また本発明に係るアンテナ装置は、請求項５に記載するように
▲１▼ 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する管状の放射導体と、
▲２▼ 前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さを有し、上記管状の放射導体の内部に配置されて前記放射導体に外部導体が接続され、且つ内部導体が給電線に接続される同軸ケーブルと
を具備したことを特徴としている。
【００１１】
即ち、このアンテナ装置は、放射導体を管状（筒状）の形状を有するものとして実現し、この放射導体の内部に前記同軸ケーブルを配置することで、その全体形状の小型化を図ったことを特徴としている。このようにして放射導体の内部に配置される前記同軸ケーブルについても、請求項６に記載するように前記給電線が接続されていない端部においてその内部導体と外部導体とを電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線が接続されていない端部においてその内部導体と外部導体とを絶縁した先端開放型のものであれば良い。
【００１２】
また本発明に係るアンテナ装置は請求項７に記載するように
▲１▼ 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する管状の放射導体と、
▲２▼ 前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さを有し、上記管状の放射導体の内側に配置されて給電線に接続された内側導体と
を具備したことを特徴としている。
【００１３】
即ち、このアンテナ装置は管状の放射導体とインダクタンス成分またはキャパシタンス成分として機能する平行線路の一方の導体を一体化することで小型化、部品点数の削減を図り、平行線路の他方の導体を管状の放射導体の内側に配置することでさらに小型化を図ったことを特徴としている。このようにして管状の放射導体の内側に配置される内側導体については、請求項８に記載するように前記給電線に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体に電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体から電気的に絶縁した先端開放型のものであれば良い。
【００１４】
また本発明に係るアンテナ装置は、請求項９に記載するように
▲１▼ 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する放射導体と、
▲２▼ 前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さを有し、上記放射導体に対向して配置されて給電線に接続された対向導体と
を具備したことを特徴としている。
【００１５】
即ち、このアンテナ装置は、放射導体とインダクタンス成分またはキャパシタンス成分として機能する平行線路の一方の導体を一体化することで小型化、部品点数の削減を図ったことを特徴としている。このようにして放射導体と対向して配置される対向導体については、請求項１０に記載するように前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体に電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体から電気的に絶縁した先端開放型のものであれば良い。特に請求項１１に記載するように、前記放射導体および前記対向導体については、板状の誘電体の両面にそれぞれ形成されたマイクロストリップ線路として実現することが好ましい。
【００１６】
尚、前記放射導体については、請求項１２に記載するように対向導体よりも幅広形状を有するものとして実現し、これによってその広帯域化を図ることが好ましい。
また本発明は、請求項１３，１４にそれぞれ記載するように、これらのアンテナ装置を用いた携帯無線機器、特に携帯テレビを提供することにある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るアンテナ装置について説明する。
図１は第１の実施形態を示すもので、１は共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する棒状の放射導体であり、２は前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さの線路長を有し、平行に対向配置された一対の線路導体を備えた平行導体としての同軸ケーブルである。この同軸ケーブル２の外部導体２ａは、その一端部が前記放射導体１に接続され、またこの同軸ケーブル２の内部導体（芯線）２ｂは、その一端部がアンテナ駆動回路（図示せず）から導かれた給電線３に接続される。
【００１８】
尚、同軸ケーブル２は、前記給電線３に接続されていない側の他端部において前記外部導体２ａと内部導体（芯線）２ｂとを電気的に接続した先端短絡型のもの、或いは外部導体２ａと内部導体（芯線）２ｂとを切り離して絶縁した状態にした先端開放型のものからなる。１／４波長よりも短い先端短絡型の同軸ケーブル２は、図２（ａ）に示すように放射導体１に対してコイル（インダクタンス成分）Ｌとして機能し、また１／４波長よりも短い先端開放型の同軸ケーブル２は、図２（ｂ）に示すように放射導体１に対してコンデンサ（キャパシタ成分）Ｃとして機能する。
【００１９】
即ち、同軸ケーブル２等の平行導体のリアクタンスは、その線路長によって変化する。特に先端短絡型の線路のリアクタンスは、図３（ａ）に示すようにその線路長が１／４波長よりも短い場合には、コイルとしてのインダクタンス成分を持ち、１／４波長から１／２波長に掛けて長くなった場合には、コンデンサとしてのキャパシタ成分を持つ。また逆に先端開放型の線路のリアクタンスは、図３（ｂ）に示すようにその線路長が１／４波長よりも短い場合には、コンデンサとしてのキャパシタ成分を持ち、１／４波長から１／２波長に掛けて長くなった場合にはコイルとしてのインダクタンス成分を持つ。
【００２０】
従って同軸ケーブル（平行線路）２の線路長を１／４波長よりも短い範囲で調整すると共に、その他端部を短絡するか、或いは開放するかを選択すれば、略１／４波長の長さに設定された放射導体１よりも短い同軸ケーブル２を用いて該同軸ケーブル２に所定のリアクタンス（インダクタンス成分またはキャパシタ成分）を持たせ、放射導体１とのマッチングをとることが可能となる。
【００２１】
図４は放射導体１の給電部に接続した先端開放型の同軸ケーブル２の線路長を可変したときの共振周波数と比帯域の変化について調べた実験結果を示している。尚、この実験は、比誘電率εが［３．５］、厚みが１．６ｍｍのＰＰＥ（ポリフェニレン・エーテル樹脂）基板上に、２０ｍｍ×８０ｍｍなる大きさの導体を形成した放射導体１を用いて行った。そしてＶＳＷＲ（定在波比）が［３］以下である周波数範囲をその帯域として、共振周波数（ＭＨｚ）と、共振周波数に対する帯域の比を比帯域（％）として求めたものである。また同軸ケーブル２の線路長については、共振周波数が７５０ＭＨｚであると見なしたときの波長に対する比として示してある。
【００２２】
この図４に示す実験結果においては、同軸ケーブル（平行線路）２の線路長が長くなるに従ってその共振周波数が９００ＭＨｚから次第に低下し、略１／４波長において６５０ＭＨｚまで低下することが確認された。同時にその比帯域は同軸ケーブル（平行線路）２の線路長が略１／１６波長以上となるに従って次第に高まり、略１／８波長にて３５％程度まで広帯域化される。そして更に同軸ケーブル（平行線路）２の線路長を長くした場合には、比帯域が一端大きくなった後、略１／２波長にて５０％程度となることが確認された。
【００２３】
一方、先端短絡型の同軸ケーブル２の線路長を可変したときの共振周波数と比帯域の変化について調べてみたところ、図５に示すような実験結果が求められた。この実験においては、同軸ケーブル（平行線路）２の線路長を長くするに従って、その共振周波数が７００ＭＨｚから４５０ＭＨｚへと次第に低下し、またその比帯域が４０％から５％へと次第に低下することが確認された。
【００２４】
これらの実験結果から、放射導体１に１／４波長以下の先端開放型のキャパシタ成分として機能する同軸ケーブル２を設けることにより、その帯域を拡げ得ることが明らかとなった。また一般に、放射導体（アンテナ）１にコンデンサを付けるとその帯域が拡がり、またコイルを付けるとその共振周波数が低下すると言う事実と良く一致しており、上述した如く線路長を１／４波長よりも短く設定した同軸ケーブル２を用いることでコンデンサやコイルを用いる場合と同様な効果を発揮させ得ることが確認できた。
【００２５】
かくしてこのような同軸ケーブル２を、前述したように放射導体１の給電部に接続し、該同軸ケーブル２の内部導体（芯線）２ｂに給電線３を接続して構成されるアンテナ装置によれば、その広帯域化を容易に図ることができる。しかもコンデンサやコイル等のチップ部品を用いることなく、例えば放射導体１に沿って配設可能な同軸ケーブル２を用いるだけで良いので、容易にその小型化を図ると共に、その構造自体の簡素化を図ることができる。更には従来のようなインピーダンス整合回路を必要としない分、その部品点数の低減を図ることができ、インピーダンス整合回路を搭載したプリント回路基板の設置スペースも不要となる等の効果が奏せられる。この結果、二次的にはアンテナ装置の製造の容易化とその製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００２６】
尚、図６（ａ）に本発明に係るアンテナ装置の第２の実施形態を示すように、放射導体１を管状（筒状）のものとして構成し、この管状（筒状）の放射導体１の内部に前述した同軸ケーブル２を設けるようにしても良い。また図６（ｂ）に第３の実施形態を示すように、管状の放射導体１とインダクタンス成分またはキャパシタンス成分として機能する平行線路の一方の導体（同軸ケーブルの外部導体２ａに相当）を一体化することで小型化、部品点数の削減を図り、平行線路の他方の導体（同軸ケーブルの内部導体２ｂに相当）を管状の放射導体１の内側に内側導体５として配置しても良い。
【００２７】
このようにして管状の放射導体１の内側に配置される内側導体５についても、その給電線３に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体１に電気的に接続した先端短絡型のものとして、或いは前記給電線に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体１から電気的に絶縁した先端開放型のものとして実現すれば良い。
【００２８】
また図７に第４の実施形態を示すように、同軸ケーブル２に代えてマイクロストリップライン４を用いることも可能である。このマイクロストリップライン４は、所定の誘電体基板４ａの両面に、導体膜からなる一対の線路導体４ｂ，４ｃを平行に配設したもので、接地線路（グランドライン）をなす幅広の線路導体４ｂの一端を放射導体１に接続すると共に、ストリップ線路をなす幅狭の線路導体４ｃの一端に給電線３を接続して用いられる。特に給電線３に接続される線路導体（ストリップ線路）４ｃの線路長を１／４波長よりも短くした構造を有する。尚、誘電体基板４ａの長さを１／４波長よりも短くし、その両面に誘電体基板４ａと同じ長さの一対の線路導体４ｂ，４ｃを平行に設けた構造のマイクロストリップライン４を用いることも勿論可能である。
【００２９】
このようなマイクロストリップライン４を用いる場合であっても、給電線３に接続される線路導体（ストリップ線路）４ｃの他端を、その反対側の接地線路（グランドライン）として機能する線路導体４ｂに電気的に接続すれば、これを先端短絡型の平行線路として用いることができる。またこれらの線路導体４ｂ，４ｃの他端を切り離したままの状態（絶縁状態）としておけば、これを先端開放型の平行線路導体として用いることができるので、前述した同軸ケーブル２を用いる場合と同様な効果が奏せられる。
【００３０】
ところで図８に本発明の第５の実施形態を示すように、放射導体１をマイクロストリップライン４の接地線路（グランドライン）と共用するようにしても良い。具体的には誘電体基板４ａの一面に放射導体１を設け、また誘電体基板４ａの他面にキャパシタ成分として機能させる線路導体（ストリップ線路）４ｃを設けた構造としてアンテナ装置を実現することもできる。従ってこの場合には、上記放射導体１は線路導体（ストリップ線路）４ｃに対向する設置線路としても機能することになる。
【００３１】
ちなみに線路導体（ストリップ線路）４ｃの他端を放射導体１（接地線路をなす路導体４ｂ）に電気的に接続して先端短絡型の平行導体を実現する場合には、例えば線路導体（ストリップ線路）４ｃの他端位置において前記誘電体基板４ａにスルーホールを設け、このスルーホールを介して線路導体４ｃと放射導体１とを電気的に接続するようにすれば良い。尚、本実施形態においては放射導体１とその対向導体である線路導体（ストリップ線路）４ｃとを誘電体４ａを介して一体的に構成したが、これらの導体をそれぞれ別体として構成しても良い。
【００３２】
また上述した構造のアンテナ装置を実現する場合には、略１／４波長の放射導体１の幅を広くし、その広帯域化を図ることが有効である。ちなみに放射導体１の幅を広くした場合、図９にその実験データを示すように、放射導体１の幅を広くするに従ってその比帯域を３０％から５５％程度へと高くすることができる。尚、この実験は、比誘電率εが［３．５］、厚みが１．６ｍｍ、大きさが１００ｍｍ×５０ｍｍのＰＰＥ（ポリフェニレン・エーテル樹脂）基板上に、線路長が８０ｍｍで、その幅を２ｍｍから３０ｍｍに亘って変化させた放射導体１をそれぞれ形成した図８に示すような構造の複数のアンテナ装置を準備し、これらの各アンテナ装置の共振周波数とその比帯域とをそれぞれ調べたものである。
【００３３】
このような幅広の板状の放射導体１を用いた場合、その幅を広くするに従って共振周波数が下がり、小型のアンテナ装置を実現し得ることが確認できた。また同時に板状の放射導体１の幅を広くするに従ってその比帯域を拡げることができ、広帯域化を図り得ることが確認できた。従ってこのような構造のアンテナ装置とした場合、その製作の容易化を図り、製造コストを大幅に低減することが可能となる。
【００３４】
かくしてこのような構造のアンテナ装置によれば、放射導体１とマイクロストリップライン４（線路導体４ｃ）とを、誘電体基板４ａの両面に一体に形成することができるので、その小型化と構造の簡素化を図ることが可能となる。特に幅広の放射導体１による広帯域化と、コンデンサとして機能するマイクロストリップライン４（線路導体４ｃ）による広帯域化とが相乗的に作用するので、その周波数帯域を十分に広いものとすることができる。特にこのようなアンテナ装置によれば、携帯テレビ等の携帯無線機器にコンパクトに組み込むことができ、携帯無線機器の小型化を図るに好適である。
【００３５】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば放射導体１の大きさ（アンテナ長）については、所要とする共振周波数に応じてその波長の略１／４に設定すれば良い。また同軸ケーブル２やマイクロストリップライン４からなる平行導体の線路長についても、所要とする周波数帯域を確保し得るように１／４波長以下に設定すれば十分である。また平行線路を先端開放型の構造とするか、先端短絡型の構造とするかについても、アンテナ仕様に応じて定めれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、構造が簡単で容易に小型化を図ることのできるアンテナ装置を実現することができ、その製造コストについても十分に安価にすることができる。従って各種の携帯無線機器に組み込むに好適な広帯域のアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図。
【図２】図１に示すアンテナ装置における同軸ケーブルの機能を等価的に示す図。
【図３】図１に示すアンテナ装置における同軸ケーブルの線路長に対するリアクタンス成分の変化特性を示す図。
【図４】図１に示すアンテナ装置における先端開放型の同軸ケーブルの線路長を変化させたときの共振周期数と比帯域の変化特性を示す図。
【図５】図１に示すアンテナ装置における先端短絡型の同軸ケーブルの線路長を変化させたときの共振周期数と比帯域の変化特性を示す図。
【図６】本発明の第２および第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図。
【図９】図４に示すアンテナ装置における放射導体の幅を変化させたときの共振周期数と比帯域の変化特性を示す図。
【符号の説明】
１ 放射導体（アンテナ素子）
２ 同軸ケーブル（平行導体）
３ 給電線
４ マイクロストリップライン（平行導体）
５ 内側導体

Claims (14)

1. 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する放射導体と、
   前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さの線路長を有し、互いに平行に対向配置された一対の線路導体からなり、その一方を前記放射導体に接続すると共に他方を給電線に接続した平行導体と
   を具備したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記平行導体は、前記給電線に接続されていない側の端部において前記一対の線路導体を接続した先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部において前記一対の線路導体を絶縁した先端開放型のものからなる請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記平行導体は、前記放射導体に外部導体を接続し、且つ内部導体を給電線に接続した同軸ケーブルからなる請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記平行導体は、板状の誘電体の両面に前記一対の線路導体をそれぞれ形成したマイクロストリップラインからなる請求項１または２に記載のアンテナ装置。
5. 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する管状の放射導体と、
   前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さを有し、上記管状の放射導体の内部に配置されて前記放射導体に外部導体が接続され、且つ内部導体が給電線に接続される同軸ケーブルと
   を具備したことを特徴とするアンテナ装置。
6. 前記同軸ケーブルは、前記給電線が接続されていない端部においてその内部導体と外部導体とを電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線が接続されていない端部においてその内部導体と外部導体とを絶縁した先端開放型のものからなる請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する管状の放射導体と、
   前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さを有し、上記管状の放射導体の内側に配置されて給電線に接続された内側導体とを具備したことを特徴とするアンテナ装置。
8. 前記内側導体は、前記給電線に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体に電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体から電気的に絶縁した先端開放型のものからなる請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 共振周波数に対して略１／４波長の長さを有する放射導体と、
   前記共振周波数に対して略１／４波長よりも短い長さを有し、上記放射導体に対向して配置されて給電線に接続された対向導体と
   を具備したことを特徴とするアンテナ装置。
10. 前記対向導体は、前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体に電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体から電気的に絶縁した先端開放型のものからなる請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記放射導体および前記対向導体は、板状の誘電体の両面にそれぞれ形成されたマイクロストリップ線路からなる請求項９または１０に記載のアンテナ装置。
12. 前記放射導体は、対向導体よりも幅広形状を有する請求項９〜１１のいずれかに記載のアンテナ装置。
13. 請求項１〜１２に記載のアンテナ装置を搭載した携帯無線機器。
14. 請求項１〜１２に記載のアンテナ装置を搭載した携帯テレビ。

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