JP2007288742A

JP2007288742A - 小型広帯域アンテナ装置

Info

Publication number: JP2007288742A
Application number: JP2006116872A
Authority: JP
Inventors: Mitsuya Okazaki; 三也岡崎
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】アンテナ素子が小型になっても通過周波数が広帯域である小型広帯域アンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ素子Ａは、同調キャパシタンス１と、同調キャパシタンス１と直列に設けられた放射抵抗２とを有する。伝送線路Ｂは、負荷抵抗３を有する。アンテナ整合回路Ｃは、アンテナ素子と並列に接続された第１インダクタであるアンテナ同調コイル５を有する第１共振回路と、伝送線路と直列に接続された容量素子である同調キャパシタンス６及び伝送線路と並列に接続された第２インダクタである同調コイル７で構成された第２共振回路と、が結合素子である相互インダクタンス８で疎結合されて構成されている。そして、第２共振回路のＱ値が第１共振回路のＱ値よりも小さくなるように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に小型で通過周波数が広帯域にわたる小型広帯域アンテナ装置に関する。

従来から、通過周波数が広帯域であるアンテナ装置として、図３に示すアンテナ装置がある。図３に示す従来のアンテナ装置は、アンテナ素子１１と、アンテナ素子１１の給電側端部を被覆する絶縁層１２と、絶縁層１２の後端に設けられた導電性外筒１３と、アンテナ素子１１の給電側端部に電気的に接続されたマッチングコイル１４と、マッチングコイル１４と導電性外筒１３との間に配された誘電体層１５とから主に構成されている（特許文献１）。

ここで、導電性外筒１３、マッチングコイル１４及び誘電体層１５は、電気長で１／４波長の長さを有するインピーダンス変換器を構成し、アンテナ素子１１に給電点ＥＳを介して接続された構成となっている。また、導電性外筒１３、マッチングコイル１４及び誘電体層１５により容量性リアクタンス−ｊＸ_Qを形成し、マッチングコイル１４によりアンテナ素子１１と整合するためのインピーダンス変換器が形成され、給電線インピーダンスＺ₀としたとき、Ｚ₀＜Ｒ_A、Ｒ_Q＝（Ｚ₀・Ｒ_A）^1/2なる関係に構成されている。また、アンテナ素子１１は、その長さｌが電気長で１／４波長〜１／２波長（３／８波長）であってインピーダンスＺ_A＝Ｒ_A＋jＸ_Aである。
特開平５−３４７５０８号公報

近年、薄型の電子機器に収納することができる小型アンテナへの要望が高まっている。従来のアンテナ装置において、アンテナ素子を小さくしていくと、放射抵抗が小さくなり、また、同調キャパシタンスが小さくなるので、Ｑ値が非常に大きくなってしまい、帯域がとれないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、アンテナ素子が小型になっても通過周波数が広帯域である小型広帯域アンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の小型広帯域アンテナ装置は、アンテナ素子に接続された第１インダクタを有する第１共振回路と、伝送線路に接続された容量素子及び第２インダクタで構成された第２共振回路と、が結合素子で疎結合されてなり、前記第２共振回路のＱ値が前記第１共振回路のＱ値よりも小さいことを特徴とする。

この構成によれば、アンテナ整合回路を、アンテナ素子側の共振回路と負荷側の共振回路とによる複同調回路で構成し、アンテナ素子側の共振回路のＱ値に対して負荷側の共振回路のＱ値を小さくしている。このため、小型のアンテナ素子を用いたとしても、アンテナ素子側の共振回路のＱ値と負荷側の共振回路のＱ値から得られるアンテナ装置全体のＱ値は、負荷側の共振回路のＱ値を小さくすることにより小さくなる。その結果、小型のアンテナ素子を有するアンテナ装置における通過周波数の帯域幅を広げることができる。

本発明の小型広帯域アンテナ装置においては、前記アンテナ素子は、最低周波数信号の波長の１／４よりも短い長さを有する先端開放型のアンテナ素子であることが好ましい。

本発明によれば、アンテナ整合回路を、アンテナ素子側の共振回路と負荷側の共振回路とによる複同調回路で構成し、アンテナ素子側の共振回路のＱ値に対して負荷側の共振回路のＱ値を小さくするので、アンテナ素子が小型になっても通過周波数が広帯域である小型広帯域アンテナ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る小型広帯域アンテナ装置を示す図である。図１に示す小型広帯域アンテナ装置は、アンテナ素子Ａと、伝送線路Ｂと、アンテナ素子Ａと伝送線路Ｂとの間に設けられたアンテナ整合回路Ｃとから主に構成されている。アンテナ素子Ａは、最低周波数信号の波長の１／４よりも短い長さを有する先端開放型のアンテナ素子であることが好ましい。

アンテナ素子Ａは、等価キャパシタンス１と、等価キャパシタンス１に直列の放射抵抗２とを有する。また、伝送線路Ｂは、負荷抵抗３を有する。アンテナ整合回路Ｃは、アンテナ素子に接続されたコイル５を有する第１共振回路と、伝送線路に接続された同調キャパシタンス６及び同調コイル７で構成された第２共振回路と、が結合素子である相互インダクタンス８で疎結合されて構成されている。そして、第２共振回路のＱ値（Ｑ₂）が第１共振回路のＱ値（Ｑ₁）よりも小さくなるように設定されている。したがって、このアンテナ整合回路Ｃは、第１共振回路と第２共振回路との間で、共振周波数が同じで、Ｑ値が異なる（Ｑ₂＞Ｑ₁）ものである。アンテナ同調コイル５及び同調コイル７は、リアクタンスによる不整合を解消する目的で、同調キャパシタンス１を打ち消すために挿入する。

本発明者は、アンテナ素子が小型化することにより放射抵抗やキャパシタンスが小さくなり、それによりＱ値が大きくなってしまうが、複同調回路の総合のＱ値が一次側の共振回路のＱ値と二次側の共振回路のＱ値との積の平方根であることに着目し、アンテナ整合回路を複同調回路で構成し、アンテナ素子側のＱ値に対して負荷側のＱ値を小さくすることにより、総合のＱ値を下げることができることを見出し本発明をするに至った。

すなわち、本発明の骨子は、アンテナ整合回路を、アンテナ素子側の共振回路と負荷側の共振回路とによる複同調回路で構成し、アンテナ素子側の共振回路のＱ値に対して負荷側の共振回路のＱ値を小さくすることにより、アンテナ素子が小型になっても通過周波数が広帯域である小型広帯域アンテナ装置を提供することである。

図１に示すアンテナ装置において、負荷側の共振回路（第２共振回路）のＱ値を小さくする場合、Ｑ＝１／ωＣを考慮すると、ωが不変であるので、同調キャパシタンス６を大きくする。例えば、Ｑ₂をＱ₁の１／６にするのであれば、同調キャパシタンス６をアンテナ素子Ａの同調キャパシタンス１の６倍に設定する。この場合、アンテナ素子側の共振回路（第１共振回路）と負荷側の共振回路（第２共振回路）とを共振させる必要があるので、同調コイル７のインダクタンスをアンテナ同調コイル５のインダクタンスの１／６にする必要がある。また、相互インダクタンス８については、共振周波数で結合係数が１になる（臨界結合）ようにすることが好ましい。

このような構成のアンテナ整合回路においては、アンテナ整合回路を、アンテナ素子側の共振回路と負荷側の共振回路とによる複同調回路で構成し、アンテナ素子側の共振回路のＱ値に対して負荷側の共振回路のＱ値を小さくしている。このため、アンテナ素子が小型化され、例えば最低周波数信号の波長の１／４よりも短い長さを有するアンテナ素子を用いたとしても、アンテナ素子側の共振回路のＱ値と負荷側の共振回路のＱ値から得られるアンテナ装置全体のＱ値は、負荷側の共振回路のＱ値を小さくすることにより小さくなる。その結果、小型のアンテナ素子を有するアンテナ装置における通過周波数の帯域幅を広げることができる。

ここで、図１に示すアンテナ装置において、放射抵抗２及び負荷抵抗３を共に２Ωとし、アンテナ素子Ａの同調キャパシタンス１を３（ｐＦ）とし、アンテナ同調コイル５のインダクタンスを３４（ｎＨ）とし、第２共振回路の同調キャパシタンス６を１８（ｐＦ）とし、第２共振回路の同調コイル７のインダクタンスを５（ｎＨ）としたときの整合特性であるＳＷＲ（Standing Wave Ratio）を調べた。その結果を図２に示す。図２から分かるように、整合特性であるＳＷＲが３での帯域幅は１５ＭＨｚ〜１６ＭＨｚであり、従来のアンテナ装置でアンテナ素子を小型化した場合の帯域幅よりも約５０％以上増加すると考えられる。

このように、本実施の形態に係る小型広帯域アンテナ装置は、アンテナ整合回路を、アンテナ素子側の共振回路と負荷側の共振回路とによる複同調回路で構成し、アンテナ素子側の共振回路のＱ値に対して負荷側の共振回路のＱ値を小さくするので、アンテナ素子が小型になっても通過周波数が広帯域となる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において説明した回路構成や実施例に用いた数値は、これらに限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

本発明の実施の形態に係る小型広帯域アンテナ装置を示す図である。図１に示す小型広帯域アンテナ装置の整合特性を示す図である。従来のアンテナ装置を示す図である。

符号の説明

１等価キャパシタンス
２放射抵抗
３負荷抵抗
５コイル
６同調キャパシタンス
７同調コイル
８相互インダクタンス

Claims

アンテナ素子に接続された第１インダクタを有する第１共振回路と、伝送線路に接続された容量素子及び第２インダクタで構成された第２共振回路と、が結合素子で疎結合されてなり、前記第２共振回路のＱ値が前記第１共振回路のＱ値よりも小さいことを特徴とする小型広帯域アンテナ装置。
前記アンテナ素子は、最低周波数信号の波長の１／４よりも短い長さを有する先端開放型のアンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の小型広帯域アンテナ装置。