JP2007174018A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアンテナに係り、特に複数のアンテナ素子で広帯域化したアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna, and more particularly to an antenna having a wide band using a plurality of antenna elements.
近年、地上波デジタルテレビ放送の商用化が開始されたのを受けて、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistance)、ポータブルテレビ、ノート型パソコン等の同放送を受信できる携帯情報端末の開発が盛んに行われている。地上波デジタルテレビ放送では、周波数帯域として、従来のアナログテレビのVHFおよびUHF帯が使用される。例えば、日本では470〜770MHzのUHF帯、韓国では170〜220MHzのVHF帯である。また、上記の携帯情報端末は携帯性、すなわち小型の機器であることを特徴としているが、そのアンテナにも当然のことながら高性能であることに加えて小型化が要求されることになる。 In recent years, with the start of commercialization of terrestrial digital TV broadcasting, development of portable information terminals that can receive such broadcasting, such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistance), portable TVs, laptop computers, etc. Has been done. In terrestrial digital television broadcasting, VHF and UHF bands of conventional analog television are used as frequency bands. For example, the UHF band of 470 to 770 MHz in Japan, and the VHF band of 170 to 220 MHz in Korea. In addition, the portable information terminal described above is characterized by portability, that is, a small device, but the antenna is naturally required to be downsized in addition to high performance.
ここで、従来のアンテナについて説明する。
一般的に、携帯情報端末のアンテナとしては、構造の簡単なモノポールアンテナが採用される。モノポールアンテナは、使用する周波数をfcとした時、空間波長λ(=c/fc;cは光速)の1/4の長さのアンテナ素子を用い、携帯情報端末のグラウンドをそのアンテナ地板とした構成のアンテナである。図5に、モノポールアンテナの構成図を示す。このモノポールアンテナの物理的長さは、アンテナ形状が直線状の場合、例えば日本のUHF帯(中心周波数fc=620MHz)では約140mmとなる。なお、アンテナ形状をヘリカル状にすることで、アンテナ長を短縮することが可能である。
Here, a conventional antenna will be described.
Generally, a monopole antenna with a simple structure is adopted as an antenna of a portable information terminal. Monopole antenna, when the frequency to be used was f c, the spatial wavelength λ (= c / f c; c is the speed of light) using the antenna elements of 1/4 of the length of, the antenna ground of the portable information terminal The antenna is configured as a ground plane. FIG. 5 shows a configuration diagram of a monopole antenna. The physical length of this monopole antenna is about 140 mm in the UHF band (center frequency f c = 620 MHz) of Japan, for example, when the antenna shape is linear. Note that the antenna length can be shortened by making the antenna shape helical.
図6は、モノポールアンテナの周波数特性を示した図である。直線状のモノポールアンテナは、比帯域Δf/fcが10%以下であることが知られている。Δfはアンテナの受信帯域幅である。すると、上記のUHF帯ではΔfは60MHz程度となり、全放送帯域幅の300MHzには及ばないことになる。またアンテナをヘリカル状にすると比帯域は小さくなり、Δfも小さくなる。したがって、通常のモノポールアンテナでは、地上波デジタルテレビ放送の全帯域をカバーする広帯域受信は不可能ということになる。 FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics of the monopole antenna. Linear monopole antenna, it is known that the fractional bandwidth Delta] f / f c is 10% or less. Δf is the reception bandwidth of the antenna. Then, in the UHF band, Δf is about 60 MHz, which does not reach the full broadcast bandwidth of 300 MHz. Further, when the antenna is helical, the specific band is reduced and Δf is also reduced. Therefore, with a normal monopole antenna, broadband reception that covers the entire band of terrestrial digital television broadcasting is impossible.
これを解決する一つの手段として、共振周波数の異なる複数のアンテナ素子を並列して給電部に接続した、図7に示す構成の多共振モノポールアンテナが知られている。同図において、多共振モノポールアンテナを構成する3本のアンテナ素子21a〜21cは長さが互いに異なっており、その長さに応じた共振周波数f1、f2、f3を有している。共振周波数に対応する1/4波長がそれぞれの素子長である。
As one means for solving this, a multi-resonant monopole antenna having a configuration shown in FIG. 7 is known in which a plurality of antenna elements having different resonance frequencies are connected in parallel to a power feeding unit. In the figure, three
この多共振モノポールアンテナでは、使用する周波数に対応するアンテナ素子にのみ高周波電力が供給され、3本のアンテナ素子が個別に動作する。アンテナ全体の周波数特性は、各アンテナ素子の特性が足し合わせられて図8に示すように広帯域なものとなる。ただし、実際には、給電されていないアンテナ素子も電気的には片端が地板に接続された導体棒として働くため、各アンテナ素子の共振周波数はf1、f2、f3から変動してしまう。 In this multi-resonant monopole antenna, high frequency power is supplied only to the antenna element corresponding to the frequency to be used, and the three antenna elements operate individually. The frequency characteristics of the entire antenna become a wide band as shown in FIG. 8 by adding the characteristics of the antenna elements. However, in reality, an antenna element that is not supplied with electric power also works electrically as a conductor rod having one end connected to the ground plane, and therefore the resonance frequency of each antenna element varies from f1, f2, and f3.
図9は、多共振モノポールアンテナの従来の具体的実施例である。この多共振モノポールアンテナは、3つの共振周波数に対応した長さの異なる3本の並列のアンテナ素子22a〜22cに対して、電力供給部14を共通に設けている。
FIG. 9 shows a specific example of a conventional multi-resonant monopole antenna. In this multi-resonant monopole antenna, a
この多共振モノポールアンテナの電気等価回路を図10に示す。同図は周波数f3で駆動する場合の等価回路である。この時、各アンテナ素子22a〜22cは理想的には互いに独立して機能するものであるが、それぞれの共振周波数が比較的近接していると、アンテナ素子同士が電磁的に結合して、f1、f2を共振周波数とするアンテナ素子22a、22bがリアクタンス素子X1、X2として動作するようになる。この結果、共振周波数が本来の値f3から乖離してしまう。
An electric equivalent circuit of this multi-resonant monopole antenna is shown in FIG. This figure is an equivalent circuit for driving at the frequency f3. At this time, the
また、アンテナの入力インピーダンスも本来の値から乖離するので、電力供給部14に何らかの整合回路を付加することが必要となる。ところが整合回路を付加すると、周波数特性が狭帯域化すると共に、整合回路の高周波損失によってアンテナ利得が低下してしまうことが知られている。
上記のような欠点を回避するため、図11に示すスイッチ切り替え式の多共振モノポールアンテナを用いることができる。同図において、各アンテナ素子22a〜22cの給電部側にスイッチ25a〜25cを設け、このスイッチをアンテナ基部内に配置したスイッチ制御回路26から制御して、アンテナ素子を電力供給部14と選択的に接続する。
In order to avoid the above drawbacks, a switch-switching multi-resonance monopole antenna shown in FIG. 11 can be used. In the figure,
この多共振モノポールアンテナは、各アンテナ素子22a〜22cが互いに独立して動作する理想的なものであるが、スイッチを切り替えるための制御回路が必要である点、スイッチによりアンテナの小型化が阻害される点、構成が複雑であり部品点数も増加するのでコストが上昇する点、などの問題点を有している。
This multi-resonant monopole antenna is ideal in which the
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型かつ構成が簡単であって周波数特性の制御性が良い広帯域なアンテナを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a wide-band antenna that is small in size, simple in configuration, and good in controllability of frequency characteristics.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、各々異なる周波数特性を持つ複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、該アンテナ素子の周波数特性に対応した通過帯域を有してそのアンテナ素子による送受信を該通過帯域に制限するフィルタ手段と、からなるアンテナである。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のアンテナにおいて、前記フィルタ手段はSAWフィルタであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the antenna according to the first aspect, the filter means is a SAW filter.
本発明によれば、フィルタ手段によって使用する周波数に応じたアンテナ素子のみが選択的にアンテナとして機能するので、アンテナ素子間での電磁的結合によって共振周波数が本来の値から乖離してしまうことのない広帯域のアンテナを実現可能である。また、SAWフィルタを用いることでアンテナを小型で簡単な構成とすることができる。 According to the present invention, only the antenna element corresponding to the frequency used by the filter means selectively functions as an antenna, so that the resonance frequency deviates from the original value due to electromagnetic coupling between the antenna elements. A wide-band antenna can be realized. Further, by using the SAW filter, the antenna can be made small and simple.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるアンテナ10の電気的な構成図である。同図において、アンテナ10は、3本のアンテナ素子11a〜11cと、SAW分波器12とから構成されている。アンテナ10への電力は、電力供給部14からSAW分波器12を介して供給される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an electrical configuration diagram of an
各アンテナ素子11a〜11cは、共振周波数に対応する1/4波長の素子長を持った導体であり、それぞれの共振周波数はf1、f2、f3であるとする。また、これらアンテナ素子11a〜11cは電力供給部14に対して並列に接続される。
Each of the
SAW分波器12は、3つのSAWフィルタ13a〜13cから構成される。SAWフィルタは、表面弾性波(Surface Acoustic Wave)を利用したフィルタデバイスであり、その電気等価回路は一般的に図2のように表されることから、所定の周波数の電気信号だけを通過させるバンドパスフィルタとして機能する。そしてそのフィルタ通過特性は、一例として図3(a)に示すように、急峻な帯域外阻止特性を有している。
なお、SAWフィルタの挿入損失は1dB程度以下であるため、アンテナ利得の低下は起こさない。
The SAW
Since the insertion loss of the SAW filter is about 1 dB or less, the antenna gain does not decrease.
ここで、各SAWフィルタ13a〜13cの通過帯域の中心周波数は、それぞれアンテナ共振周波数と同じf1、f2、f3であるとする。この時、SAW分波器12としてのフィルタ特性は図3(b)のようになる。
Here, it is assumed that the center frequencies of the passbands of the
図1に戻って、本実施形態によるアンテナ10のアンテナ素子11a〜11cは、それぞれと同一の動作周波数を有する上記のSAWフィルタ13a〜13cに接続される。すなわち、動作周波数f1を有するアンテナ素子11aとSAWフィルタ13a、動作周波数f2を有するアンテナ素子11bとSAWフィルタ13b、動作周波数f3を有するアンテナ素子11cとSAWフィルタ13c、のような組み合わせで接続される。
Returning to FIG. 1, the
次にアンテナ10の動作を説明する。
例えば、周波数f3で使用する場合を考える。このとき、図3(b)より、中心周波数f1、f2を有するSAWフィルタ13a、13bにとって、周波数f3は阻止帯域、つまり通過帯域外にあるので、周波数f3の電気信号はこれらのフィルタによって遮断される。よって、これらのフィルタに繋がっているアンテナ素子11a、11bは、周波数f3においては、電気的にアンテナ10から絶縁された状態と見做される。
Next, the operation of the
For example, consider a case where the frequency f3 is used. At this time, as shown in FIG. 3B, for the
一方、SAWフィルタ13cは中心周波数f3を有しているので、周波数f3の電気信号はこのフィルタを通過する。よってアンテナ素子11cは、電気的に接続されてアンテナとして動作する。
このように、周波数f3での動作においては、アンテナ素子11cは他の素子から電気的に独立しているので、アンテナ10はアンテナ素子11cのみを有しているのと等価である。
On the other hand, since the
Thus, in the operation at the frequency f3, the
また、周波数f1やf2で使用する場合についても同様に、それぞれアンテナ素子11aまたは11bだけが電気的に接続されているのと同じになる。
したがって、使用する周波数に応じてSAWフィルタ13a〜13cによりアンテナ素子11a〜11cが自動的に選択されることで、アンテナ10の総合的な受信帯域幅が広帯域になる。なおこのとき、アンテナ素子とSAWフィルタを周波数軸上に隙間なく並べることで、より良好な広帯域特性を得ることができる。
Similarly, when used at the frequencies f1 and f2, only the
Therefore, the
図4は、アンテナ10の外観図である。アンテナ素子11a〜11cは、プリント基板15上にプリントパターンとして形成される。SAW分波器12は、アンテナ10の基部に搭載され、図中、SAW分波器12の下側端面に設けられた入力端子がプリント基板15の最下面にある給電端子に、上側端面に設けられた出力端子が各SAWフィルタ13a〜13cに対応したアンテナ素子11a〜11cに、それぞれ接続される。
FIG. 4 is an external view of the
なお、SAW分波器12の形状は、ベアチップのままでもよいし、セラミックパッケージ等のパッケージに封止されていてもよい。また、そのサイズは、例えば中心周波数を620MHz程度とすると、約3mm×3mm程度である。
The shape of the
このように、本実施形態によれば、各アンテナ素子11a〜11cの共振周波数f1、f2、f3に対応した通過帯域を有するSAWフィルタ13a〜13cをそれぞれのアンテナ素子に接続して、これらアンテナ素子を電力供給部14に並列に接続することによって、使用する周波数に応じてSAWフィルタ13a〜13cにより独立して一つのアンテナ素子が自動的に選択されてアンテナとして機能する。この時その他のアンテナ素子はSAWフィルタによってアンテナ10から電気的に遮断されているので、選択されたアンテナ素子の実際の共振周波数は、本来の設計周波数から乖離しない。また、SAWフィルタを利用しているため、アンテナ10を小型かつ簡単な構成とすることができる。
Thus, according to this embodiment, the SAW filters 13a to 13c having pass bands corresponding to the resonance frequencies f1, f2, and f3 of the
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、アンテナ素子の本数や個々の周波数特性(fc、Δf)、また各アンテナ素子を周波数軸上にどのように配置するか、といったことはアンテナ10の所望の広帯域特性に応じて任意に設計することが可能であることは言うまでもない。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to
For example, the number of antenna elements, individual frequency characteristics (f c , Δf), and how each antenna element is arranged on the frequency axis are arbitrarily designed according to the desired wideband characteristics of the
また、アンテナ素子11a〜11cの形状は、図4に示したようなプリントパターン形成されたものに限定されず、棒状などバルク型であってもよく、直線状・棒状以外にもヘリカル状やその他任意形状をしていてもよい。
また、SAWフィルタ13a〜13cの代わりに、一般的なフィルタデバイス、例えばLC共振回路や誘電体共振器型フィルタ等を利用することもできる。
Further, the shape of the
Further, instead of the SAW filters 13a to 13c, a general filter device such as an LC resonance circuit or a dielectric resonator type filter can be used.
この発明は、携帯電話、PDA、ポータブルテレビ、ラップトップコンピュータ等の携帯情報端末用のアンテナ、特に地上波デジタルテレビ放送向けの広帯域アンテナに用いて好適である。 The present invention is suitable for use in antennas for portable information terminals such as cellular phones, PDAs, portable televisions, laptop computers, and the like, particularly for broadband antennas for terrestrial digital television broadcasting.
10…アンテナ 11…アンテナ素子 12…SAW分波器 13…SAWフィルタ 14…電力供給部 15…プリント基板 20〜22…アンテナ素子 24…リアクタンス素子 25…スイッチ 26…スイッチ制御回路 131…コンデンサ 132…コイル
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、該アンテナ素子の周波数特性に対応した通過帯域を有してそのアンテナ素子による送受信を該通過帯域に制限するフィルタ手段と、
からなるアンテナ。 A plurality of antenna elements each having different frequency characteristics;
Filter means connected to each of the plurality of antenna elements, having a pass band corresponding to the frequency characteristics of the antenna element, and limiting transmission and reception by the antenna element to the pass band;
An antenna consisting of
The antenna according to claim 1, wherein the filter means is a SAW filter.
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Legal Events
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A521 | Request for written amendment filed |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081111 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090407 |