JP2006074627A - Bar antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、UHF帯を使用する小型機器への搭載に最適であって、小型な構成と良好な放射特性とが両立可能なバーアンテナに関する。 The present invention relates to a bar antenna that is most suitable for mounting on a small device using the UHF band, and is compatible with both a small configuration and good radiation characteristics.
315MHz帯で代表されるUHF帯微弱無線は、無線局の免許を必要としないため近距離でのデータ通信を主な用途として広く行われれている。例えば、自動車のキーレスエントリシステム、住宅の電子キーシステム、携帯電話のテレビジョン放送受信システム、ワイヤレステレメータシステムなどの分野で利用されている。これらの分野での機器は集積回路技術の発展によって小型化が進んでおり、これに伴って、搭載されるアンテナの小型化に対する要望が高い。 The UHF band weak radio represented by the 315 MHz band does not require a license for a radio station, and is widely used mainly for data communication at a short distance. For example, it is used in fields such as a keyless entry system for automobiles, an electronic key system for houses, a television broadcast receiving system for mobile phones, and a wireless telemeter system. Devices in these fields have been downsized due to the development of integrated circuit technology, and accordingly, there is a high demand for downsizing of mounted antennas.
従来、微弱電磁波を用いた機器におけるアンテナとしては、λ/4ホイップアンテナまたはプリント基板に直接形成したループアンテナなどが使用されてきている。しかしながら、これらのアンテナの設置には、例えば315MHz帯の場合、λ/4ホイップアンテナで20cm程度、ループアンテナで50×30mm程度の設置面積が必要であり、この種のアンテナを小型機器へ搭載することは困難である。 Conventionally, a λ / 4 whip antenna or a loop antenna directly formed on a printed circuit board has been used as an antenna in equipment using weak electromagnetic waves. However, for installation of these antennas, for example, in the case of the 315 MHz band, an installation area of about 20 cm for the λ / 4 whip antenna and about 50 × 30 mm for the loop antenna is required, and this type of antenna is mounted on a small device. It is difficult.
小型化を図るアンテナとして、誘電体の波長短縮効果(比誘電率の−1/2乗に比例して波長が短縮)を利用して短縮化したセラミックアンテナ、または、λ/4エレメントを螺旋状に巻いて短縮化したヘリカルアンテナなどが用いられている。しかしながら、これらのアンテナでは、小型化した場合に、利得が著しく低下するという問題がある。 As a miniaturized antenna, a ceramic antenna shortened by utilizing the wavelength shortening effect of the dielectric (the wavelength is shortened in proportion to the -1/2 power of the relative dielectric constant), or a λ / 4 element in a spiral shape A helical antenna shortened by winding it around is used. However, these antennas have a problem that the gain is remarkably lowered when the antenna is downsized.
コアにコイルを巻回させた構成をなすバーアンテナについても多数の提案がなされているが(例えば、特許文献1,2参照)、十分に小型化を図れたものは見られない。
上述したような携帯型の小型通信機器においては、その全体構成を小型にするために、送受信用のアンテナを、筐体に組み込んだり、回路基板に埋め込んだりすることが多い。よって、このような小型機器に搭載されるアンテナには、特に低背化(薄型化)が要求される。 In the portable small-sized communication device as described above, a transmission / reception antenna is often incorporated in a casing or embedded in a circuit board in order to reduce the overall configuration. Therefore, an antenna mounted on such a small device is particularly required to have a low profile (thinner).
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、良好な放射特性を発揮できて高い利得を実現できることに加えて、小型化、特に低背化を図れるバーアンテナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a bar antenna that can achieve a good radiation characteristic and achieve a high gain, and that can be downsized, in particular, a low profile. To do.
本発明に係るバーアンテナは、使用する電波帯での損失係数μ″が3×10-2以下であるフェライトからなるコアと、該コアに巻回されており、該コアに巻回した状態での長さがλ/4以下であるコイルと、インピーダンスを整合させるためのコンデンサとを備えることを特徴とする。 The bar antenna according to the present invention includes a core made of ferrite having a loss coefficient μ ″ of 3 × 10 −2 or less in a radio wave band to be used, and wound around the core. A coil having a length of λ / 4 or less and a capacitor for matching impedance.
本発明のバーアンテナにあっては、損失係数μ″が3×10-2以下であるフェライトからなるコアに、巻回した状態での長さ、つまり波長短縮効果を考慮した長さがλ/4以下であるコイルを巻回し、外付けのコンデンサにてインピーダンス整合をとる構成としている。これにより、小型・低背の構成であっても、大きい共振電流を流せて大きな起磁力を発生して、良好な放射特性を得る。 In the bar antenna of the present invention, the length in the state of being wound around the core made of ferrite having a loss coefficient μ ″ of 3 × 10 −2 or less, that is, the length considering the wavelength shortening effect is λ / 4 or less coil is wound and impedance matching is achieved with an external capacitor, so that even a small and low profile configuration can generate a large magnetomotive force by flowing a large resonance current. , Get good radiation characteristics.
本発明に係るバーアンテナは、上記構成にあって、前記コアと前記コイルとの間にスペーサを設けてあることを特徴とする。 The bar antenna according to the present invention has the above-described configuration, and is characterized in that a spacer is provided between the core and the coil.
本発明のバーアンテナにあっては、コアとコイルとの間にスペーサを設けて、コアに密着させずにコイルを巻回している。よって、波長短縮効果を低減して、コイルの巻回数を多くしてコアへ印加する起磁力を大きくする。 In the bar antenna of the present invention, a spacer is provided between the core and the coil, and the coil is wound without being in close contact with the core. Therefore, the wavelength shortening effect is reduced, the number of turns of the coil is increased, and the magnetomotive force applied to the core is increased.
本発明に係るバーアンテナは、上記構成にあって、前記コアの断面形状が矩形状をなしていることを特徴とする。 The bar antenna according to the present invention has the above-described configuration, wherein the cross-sectional shape of the core is rectangular.
本発明のバーアンテナにあっては、コアの断面形状を矩形状としている。よって、更なる低背化を図れる。 In the bar antenna of the present invention, the cross-sectional shape of the core is rectangular. Therefore, the height can be further reduced.
本発明に係るバーアンテナは、上記構成にあって、前記コアの材料は、CoOを0.2〜10重量%添加したNi−Cu−Zn系フェライト材であることを特徴とする。 The bar antenna according to the present invention has the above-described configuration, and the core material is a Ni—Cu—Zn-based ferrite material to which CoO is added in an amount of 0.2 to 10 wt%.
本発明のバーアンテナにあっては、CoOを0.2〜10重量%添加したNi−Cu−Zn系フェライト材をコアに使用している。よって、3×10-2以下の低損失を容易に実現する。 In the bar antenna of the present invention, a Ni—Cu—Zn based ferrite material added with 0.2 to 10% by weight of CoO is used for the core. Therefore, a low loss of 3 × 10 −2 or less can be easily realized.
本発明のバーアンテナでは、損失係数μ″が3×10-2以下であるフェライトからなるコアと、コアに螺旋状に巻回される、巻回した状態での長さがλ/4以下であるコイルと、インピーダンス整合用のコンデンサとを備えるようにしたので、良好な特性を有しながら、小型化、特に低背化を実現することができる。 In the bar antenna of the present invention, a core made of ferrite having a loss coefficient μ ″ of 3 × 10 −2 or less, and a length wound in a spiral state around the core is λ / 4 or less. Since a certain coil and a capacitor for impedance matching are provided, it is possible to achieve downsizing, in particular, low profile while having good characteristics.
本発明のバーアンテナでは、コアとコイルとの間にスペーサを設けて、波長短縮効果を低減するようにしたので、コイルの巻回数を多くできてコアへ印加する起磁力を大きくでき、特性の向上を図ることができる。 In the bar antenna of the present invention, a spacer is provided between the core and the coil to reduce the wavelength shortening effect. Therefore, the number of turns of the coil can be increased, the magnetomotive force applied to the core can be increased, and the characteristic Improvements can be made.
本発明のバーアンテナでは、コアの断面を矩形状とするようにしたので、更なる低背化を図ることができる。 In the bar antenna of the present invention, since the core has a rectangular cross section, the profile can be further reduced.
本発明のバーアンテナでは、コア材として、CoOを0.2〜10重量%添加したNi−Cu−Zn系フェライト材を用いるようにしたので、良好な特性に必要な3×10-2以下の低損失を容易に達成することができる。 In the bar antenna of the present invention, the Ni—Cu—Zn-based ferrite material to which CoO is added in an amount of 0.2 to 10% by weight is used as the core material, so that it is 3 × 10 −2 or less necessary for good characteristics. Low loss can be easily achieved.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明に係るバーアンテナ10の一例の構成を示す図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof. FIG. 1 is a diagram showing an exemplary configuration of a
図1において、1は短冊状のコアであり、コア1はCoOを0.2〜10重量%添加したNi−Cu−Zn系フェライト(Fe2 O3 :20〜49モル%,NiO:0〜50モル%,CuO:5〜20モル%,Zn:残部)からなる。また、UHF帯(315MHz帯)におけるコア1の損失係数μ″は3×10-2以下である。コア1の中心部には、コイル2が螺旋状に数ターン巻回されている。コイル2の巻回した状態での長さ、つまり波長短縮効果を考慮した長さ(以下、コイル2の延長長さという)を、λ/4以下としている。コイル2の引き出し側には、第1トリマコンデンサ3が直列接続されるとともに、第2トリマコンデンサ4が並列接続されている。これらの第1,第2トリマコンデンサ3,4は、後述するようにL素子として機能するコイル2とのインピーダンス整合を行うためのものである。
In FIG. 1, 1 is a strip-shaped core, and the
コア1の損失係数μ″を3×10-2以下にしている理由は次の通りである。損失が大きい場合には、エネルギがコア1を温めるために消費されて、電波放射に十分に利用されず、外部への電波放射が少なくなって良好な放射特性が得られない。したがって、その入力エネルギを電波放射に有効に利用できるように、コア1の損失係数μ″を3×10-2以下としている。この損失係数の数値は、CoOを0.2〜10重量%添加したNi−Cu−Zn系フェライトを使用することにより、容易に実現できる。
The reason why the loss coefficient μ ″ of the
ソフトフェライトコアに螺旋状にコイルを巻回したバーアンテナにおいて、コイルのインピーダンスの周波数特性を測定すると、周波数が低い場合、つまり波長が問題とならない場合には、常にL素子として機能するが、周波数が高くなって波長が問題となる場合、コイルの延長長さがλ/4以下であるときに誘導性、λ/4を超えたときに容量性となる。コイルが容量性を呈すると、電流の向きが反転する部分が発生して、コアに印加する起磁力が低下する。 In a bar antenna in which a coil is spirally wound around a soft ferrite core, the frequency characteristics of the impedance of the coil are measured. When the frequency is low, that is, when the wavelength is not a problem, the bar antenna always functions as an L element. When the wavelength increases and the wavelength becomes a problem, the coil becomes inductive when the extension length of the coil is λ / 4 or less, and becomes capacitive when it exceeds λ / 4. When the coil exhibits capacitance, a portion where the direction of current is reversed is generated, and the magnetomotive force applied to the core is reduced.
そこで、本発明では、コイル2の延長長さをλ/4以下として誘導性とし、外付けの第1,第2トリマコンデンサ3,4によりインピーダンス整合を行う。コイル2と第1,第2トリマコンデンサ3,4との共振作用によって、大きな共振電流が流れ、コア1に大きな起磁力を印加できて、効率よく磁界を外部空間に放射することができる。この結果、従来のλ/4ホイップアンテナと同程度の特性を保持しながら、3mm以下の低背化と長さλ/20以下の短縮化とを実現できる。
Therefore, in the present invention, the extended length of the
本発明のバーアンテナは、外部に電界が放散しない磁界結合型であって、共振電流を接地面に流さない構造であるため、接地面が不要である。よって、接地面積の確保が困難な小型機器にも容易に搭載でき、プラスチック筐体への取付けも可能である。また、磁界結合型であるため、近接導体による浮遊静電容量の影響を受けにくいので、小型機器に組み込んでも性能低下は小さい。また、マッチングのずれも生じにくい。 The bar antenna of the present invention is a magnetic field coupling type in which an electric field is not dissipated to the outside, and has a structure that does not allow a resonance current to flow through the ground plane. Therefore, it can be easily mounted on a small device for which it is difficult to secure a ground contact area, and can be mounted on a plastic casing. In addition, since it is a magnetic field coupling type, it is hardly affected by stray capacitance due to the proximity conductor, so that the performance degradation is small even if it is incorporated in a small device. In addition, mismatching is less likely to occur.
図2は、本発明に係るバーアンテナ10の他の例の構成を示す図である。図2において、図1と同一部分には同一番号を付して、それらの説明は省略する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of another example of the
図2に示す例では、コイル2を巻回する領域のコア1の表面にスペーサ5を設けており、コイル2をコア1に密着させずに隙間を空けて巻回している。コイル2がコア1に密着している近傍の電界挙動で波長短縮効果の程度が決まる。そこで、この例では、コイル2をコア1に密着させずに巻くことで波長短縮効果を軽減して、コイル2の巻回数を多くしてコア1へ印加する起磁力を大きくするようにしている。なお、他の構成は図1と同じである。
In the example shown in FIG. 2, the
以下、315MHz帯における本発明のバーアンテナの具体的な実施例について説明する。コア1、コイル2、第1,第2トリマコンデンサ3,4として、以下のようなものを使用した。
Hereinafter, specific examples of the bar antenna of the present invention in the 315 MHz band will be described. As the
(コア1)
材料:Fe2 O3 :45モル%,NiO:35モル%,CuO:15モル%,ZnO: 5モル%,CoO:1重量%のNi−Cu−Zn系フェライトであり、その特性 は比透磁率μ′=8、比誘電率ε′=8
寸法:幅12mm、長さ50mm、厚さ2mm
(コイル2)
材料:ポリウレタン被覆銅線(JIS(UEW2種)相当材)
寸法:直径0.5mm、延長長さλ/4以下(具体的には上記コア1に近接した状態で は80〜95mm)
巻回状態:巻回数3ターン、巻き線間スペース2mm、コア1とのスペース0.5mm(第1トリマコンデンサ3)
容量:3pF
(第2トリマコンデンサ4)
容量:40pF
(Core 1)
Materials: Fe 2 O 3 : 45 mol%, NiO: 35 mol%, CuO: 15 mol%, ZnO: 5 mol%, CoO: 1 wt% Ni-Cu-Zn ferrite, whose characteristics are Magnetic constant μ ′ = 8, relative permittivity ε ′ = 8
Dimensions: width 12mm, length 50mm, thickness 2mm
(Coil 2)
Material: Polyurethane-coated copper wire (JIS (UEW type 2) equivalent material)
Dimensions: Diameter 0.5 mm, extension length λ / 4 or less (specifically, 80 to 95 mm when close to the core 1)
Winding state: 3 turns, 2 mm space between windings, 0.5 mm space with core 1 (first trimmer capacitor 3)
Capacity: 3pF
(Second trimmer capacitor 4)
Capacity: 40 pF
次に、本発明に係るバーアンテナ10の特性評価について説明する。上述したような数値例を有するバーアンテナ10を作製して、その特性を測定した。インピーダンスアナライザに接続して、インピーダンスの調整を行った。この調整は、第1,第2トリマコンデンサ3,4の容量を調整する方法で50Ωに合わせた。
Next, characteristic evaluation of the
作製したバーアンテナ10に発振器を接続し、受信側に315MHz標準ダイポールアンテナを使用し、両アンテナ間の距離を3m空けて電波暗室内で受信電力を測定した。また、比較例として、ガラスエポキシ(FR−4)基板を用い銅箔パターンで形成したワイヤアンテナ(30×50mm)に2個のコンデンサを用いたインピーダンス整合回路を付加し、さらに50Ω同軸線を接続した比較アンテナを作製し、作製した比較アンテナを使用して、上述した本発明のバーアンテナ10と同一の条件にて受信電力を測定した。
An oscillator was connected to the manufactured
入力を5dBmとした場合、従来の比較アンテナでは受信電力の測定結果が−60dBmであったのに対して、本発明のバーアンテナ10では受信電力の測定結果が−40〜−50dBmであった。本発明に係るバーアンテナ10を送信アンテナに使用した場合、従来のワイヤアンテナを使用する場合と比べて、小型の構成にも拘わらず同一の送信電力で受信側に到達する電力を10dB以上増加することができた。よって、本発明のバーアンテナ10を用いることにより、従来困難であった小型送信機にも、放射特性に優れたアンテナを組み込ませることが可能となる。
When the input is 5 dBm, the measurement result of the received power is −60 dBm in the conventional comparative antenna, whereas the measurement result of the received power is −40 to −50 dBm in the
1 コア
2 コイル
3 第1トリマコンデンサ
4 第2トリマコンデンサ
5 スペーサ
10 バーアンテナ
1
Claims (4)
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JP2004257639A JP2006074627A (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Bar antenna |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2004
- 2004-09-03 JP JP2004257639A patent/JP2006074627A/en active Pending
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