JP2008172339A

JP2008172339A - 逆ｆ型アンテナ

Info

Publication number: JP2008172339A
Application number: JP2007001579A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hashimoto; 誠橋本; Hideo Iizuka; 英男飯塚
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Kojima Industries Corp
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】広帯域に共振できる逆Ｆ型アンテナを実現する。
【解決手段】逆Ｆ型アンテナ１は、接地導体１１及び１３と、平行導体２１，２３及び２５と、給電導体３１及び３３と、短絡導体４０と、を備える。この平行導体２１，２３及び２５と短絡導体４０とを合わせた電気長は、所定の周波数に対して４分の１波長分である。さらに、逆Ｆ型アンテナ１は、ＤＣカットコンデンサ５０と、ＡＣカットインダクタ６０と、電圧可変容量素子７０と、を備える。この電圧可変容量素子７０は、ＡＣカットインダクタ６０から供給される直流電圧により容量が変化する。これにより、逆Ｆ型アンテナ１の共振周波数は、ＡＣカットインダクタ６０から供給される直流電圧により変化する。このため、広帯域に共振できる逆Ｆ型アンテナを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信に用いられる逆Ｆ型アンテナに関する。

従来より、携帯電話やＰＨＳなどの無線通信において、小型化が可能な逆Ｆ型アンテナが用いられている（特許文献１）。この逆Ｆ型アンテナは、接地導体と、接地導体に平行に配置された平行導体と、平行導体に垂直に接続された給電導体と、平行導体の端部と接地導体とに接続された短絡導体と、を備えている（すなわち、接地導体以外の部位が“逆Ｆ”状になっている）。

平行導体と短絡導体とを合わせた電気長は、所定の周波数（例えば８００ＭＨｚ帯）に対して４分の１波長分である。そして、逆Ｆ型アンテナは、前述した所定の周波数の無線信号にて共振し、そのアンテナパターンが無指向性となる（また、一般的に、アンテナは送受信に可逆の特性を有するため、アンテナパターンは送受信共に無指向性となる）。

特開平０６−２３２６２５号公報

一般的に、逆Ｆ型アンテナは、１つの周波数にのみ共振するよう形成されている。したがって、逆Ｆ型アンテナは、周波数毎に通信チャネルが設けられたシステムでは、通信チャネル毎にアンテナパターンが変わってしまう。このように、通信チャネル毎に、アンテナパターンが変わってしまうと、通信しやすいチャネルと通信しにくいチャネルとができてしまうため好ましくない。したがって、広帯域に共振できる逆Ｆ型アンテナを実現することが望まれる。

本発明は、接地導体と、前記接地導体に平行に配置された平行導体と、前記平行導体に垂直に接続された給電導体と、前記平行導体の端部と前記接地導体とに接続された短絡導体と、を備え、前記平行導体と前記短絡導体とを合わせた電気長が所定の周波数に対して４分の１波長分であり、前記所定の周波数の無線信号に共振する逆Ｆ型アンテナであって、前記給電導体に直列に接続されたＤＣカットコンデンサと、前記給電導体のうちの前記平行導体と前記ＤＣカットコンデンサとの間の部位に接続されたＡＣカットインダクタと、前記平行導体のうちの前記給電導体と前記短絡導体との間に挟まれた部位に設けられ、前記ＡＣカットインダクタから供給される直流電圧により容量が変化する電圧可変容量素子と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、広帯域に共振できる逆Ｆ型アンテナを実現することができる。

以下、本実施形態に係る逆Ｆ型アンテナについて、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る逆Ｆ型アンテナの構成を示す図である。また、図２は、本実施形態に係る逆Ｆ型アンテナの特性をシミュレーションした特性図である。

図１に示す逆Ｆ型アンテナ１は、接地導体１１及び１３と、平行導体２１，２３及び２５と、給電導体３１及び３３と、短絡導体４０と、を備え、さらに、ＤＣカットコンデンサ５０と、ＡＣカットインダクタ６０と、電圧可変容量素子７０と、を備えている。

なお、接地導体１１及び１３は、逆Ｆ型アンテナ１を無線機内のプリント基板上に形成する場合は金属電極パターンによって形成してもよい。

平行導体２１，２３及び２５は、前述した接地導体１１及び１３に平行に配置されている。この平行導体２１，２３及び２５と短絡導体４０とを合わせた電気長は、所定の周波数に対して４分の１波長分となるよう形成されている。これら平行導体２１，２３及び２５と短絡導体４０とは、後述する制御電圧が無印加のときに周波数の可変範囲の下限で共振するよう設定するのが好ましい（後述するように、電圧可変容量素子７０に電圧を印加するほど容量が小さくなり逆Ｆ型アンテナ１の共振周波数が高くなるためである）。

給電導体３３は、平行導体２１及び２３に垂直に接続されている。逆Ｆ型アンテナ１は、給電導体３３（及び３１）を介して、無線信号の送受信を行う。なお、給電導体３３は、接地導体１１，１３と（空間により）絶縁されている。また、短絡導体４０は平行導体２５の端部と接地導体１３とに接続されている。

ＤＣカットコンデンサ５０は、給電導体３１及び３３に直列に接続されている。このＤＣカットコンデンサ５０は、後述するように、信号の交流成分（具体的には無線信号）を通過させ直流成分（具体的には逆Ｆ型アンテナ１の共振周波数の制御電圧）を阻止する。

ＡＣカットインダクタ６０は、給電導体３１及び３３のうちの平行導体２１及び２３とＤＣカットコンデンサ５０との間の部位である給電導体３３に接続されている。なお、このＡＣカットインダクタ６０は、前述したＤＣカットコンデンサ５０とは逆に、信号の直流成分を通過させ交流成分を阻止する。なお、ＡＣカットインダクタ６０は、電圧可変容量素子７０に対して十分高い抵抗値を有する素子であれば何でもよい（高抵抗で代用してもよい）。

電圧可変容量素子７０は、平行導体２１，２３及び２５のうちの給電導体３３と短絡導体４０との間に挟まれた部位である平行導体２３及び２５に直列接続するよう設けられている。また、電圧可変容量素子７０は、ＡＣカットインダクタ６０から供給される制御電圧により容量が変化する（具体的には制御電圧が大きくなるほど容量が小さくなる）。なお、この電圧可変容量素子７０は、バラクタダイオード等を用いるの望ましいが、他の電圧可変容量素子で構成してもよい。

次に動作について説明する。給電導体３１を介して供給された無線信号は、ＤＣカットコンデンサ５０及び給電導体３３を介して平行導体２１，２３及び２５（と短絡導体４０と）に供給される。

逆Ｆ型アンテナ１は、このように供給された無線信号により共振すると（すなわち、無線信号の１／４波長が平行導体２１，２３及び２５と短絡導体４０とを合わせた電気長に一致すると）、無指向性のアンテナパターンで電波を放射する（また、アンテナはその特性が可逆であるため、受信する無線信号が逆Ｆ型アンテナ１に共振すると、同様に無指向性のアンテナパターンで受信できる）。

次に、ＡＣカットインダクタ６０を介して、バラクタダイオードで構成された電圧可変容量素子７０に制御電圧（逆バイアス電圧）を印加すると、電圧可変容量素子７０は、その容量が小さくなる。このような容量の低下により、逆Ｆ型アンテナ１は、その共振周波数が高くなる。

電圧可変容量素子７０の容量と、逆Ｆ型アンテナ１の共振周波数と、の関係である容量対共振周波数特性１００を図２に示す。図２では、横軸が電圧可変容量素子７０の容量であり、縦軸が逆Ｆ型アンテナ１の共振周波数である。

また、容量対共振周波数特性１００は、平行導体２１の物理長を９３２ｍｍ、平行導体２３及び２５を足した物理長を２８ｍｍ、短絡導体４０の物理長を３０ｍｍ、とし、電圧可変容量素子７０の容量を１〜６００ｐＦに変化させたときの逆Ｆ型アンテナ１の共振周波数の特性である。図２からも明らかなように、逆Ｆ型アンテナ１は、電圧可変容量素子７０の容量を１〜６００ｐＦで変化させたとき、その共振周波数が７６〜１４２ＭＨｚの間（６６ＭＨｚの範囲）で可変することができる。

このように本実施形態に示す逆Ｆ型アンテナは、給電導体に直列に接続されたＤＣカットコンデンサと、給電導体のうちの平行導体とＤＣカットコンデンサとの間の部位に接続されたＡＣカットインダクタと、平行導体のうちの給電導体と短絡導体との間に挟まれた部位に設けられ、ＡＣカットインダクタから供給される直流電圧により容量が変化する電圧可変容量素子と、を備えることにより、広帯域に共振できる逆Ｆ型アンテナを実現することができる。また、制御電圧を供給するバイアス回路がアンテナエレメント側に接地しなくてもよいため、特性の劣化もない（又は少ない）。

なお、本実施形態に係る逆Ｆ型アンテナは、携帯電話やＰＨＳといった無線機器に搭載される場合に限定されず、例えば、自動車等に搭載された無線機器の外部アンテナとして用いてもよい。これにより、自動車無線用の外部アンテナとして、共振周波数を可変できる低背化アンテナを用いることができる。また、平行導体は、ヘリカル状のものであってもよい。これによりアンテナ全体の省スペース化ができる。さらに、可変容量素子は、ダイオードだけでなくトランジスタを用いてもよい。また、本実施形態に係る逆Ｆ型アンテナを携帯電話などの通信機器だけでなく、例えば、ＦＭ無線や地上波放送（デジタル放送含む）といった放送システムの受信機器に用いてもよい。

本実施形態に係る逆Ｆ型アンテナの構成を示す図である。本実施形態に係る逆Ｆ型アンテナの特性をシミュレーションした特性図である。

符号の説明

１逆Ｆ型アンテナ、１１，１３接地導体、２１，２３，２５平行導体、３１，３３給電導体、４０短絡導体、５０ＤＣカットコンデンサ、６０ＡＣカットインダクタ、７０電圧可変容量素子。

Claims

接地導体と、
前記接地導体に平行に配置された平行導体と、
前記平行導体に垂直に接続された給電導体と、
前記平行導体の端部と前記接地導体とに接続された短絡導体と、
を備え、
前記平行導体と前記短絡導体とを合わせた電気長が所定の周波数に対して４分の１波長分であり、
前記所定の周波数の無線信号に共振する逆Ｆ型アンテナであって、
前記給電導体に直列に接続されたＤＣカットコンデンサと、
前記給電導体のうちの前記平行導体と前記ＤＣカットコンデンサとの間の部位に接続されたＡＣカットインダクタと、
前記平行導体のうちの前記給電導体と前記短絡導体との間に挟まれた部位に設けられ、前記ＡＣカットインダクタから供給される直流電圧により容量が変化する電圧可変容量素子と、
を備えることを特徴とする逆Ｆ型アンテナ。