JP2009021716A - Tunable antenna and radio terminal equipment having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変容量素子を用いてアンテナの動作周波数を所望の周波数に同調させる同調型アンテナ、及び該同調型アンテナを備えた無線端末機器に関するものである。 The present invention relates to a tuning antenna that tunes the operating frequency of an antenna to a desired frequency using a variable capacitance element, and a wireless terminal device that includes the tuning antenna.
近年、地上波デジタル放送等、複数の狭帯域チャネルから構成され、システム全体としては広い周波数帯域を用いるような無線システムが普及し、これに対応した無線端末機器の開発が活発化している。 In recent years, a radio system that is composed of a plurality of narrowband channels such as terrestrial digital broadcasting and uses a wide frequency band as a whole system has become widespread, and the development of radio terminal devices corresponding to this has been activated.
上記のような無線システムに対応するアンテナは、システム全体として用いる広い周波数帯域の電磁波すべてを常に送受信する必要はなく、状況に応じて個々のチャネル周波数でのみ動作すれば良い。 The antenna corresponding to the wireless system as described above does not always need to transmit and receive all electromagnetic waves in a wide frequency band used as the entire system, and may operate only at individual channel frequencies depending on the situation.
そのため、可変容量素子やスイッチを用いてアンテナの動作周波数を可変し、所望のチャネル周波数のみに同調する方式が広く用いられている。このように同調方式を用いることで、アンテナの小型化や高利得化を図ることができる。 For this reason, a method is widely used in which the operating frequency of an antenna is varied using a variable capacitance element or a switch and is tuned only to a desired channel frequency. By using the tuning method in this way, it is possible to reduce the size and gain of the antenna.
同調型アンテナの代表例として、例えば特許文献1、2に記載される方法がある。
特許文献1では、アンテナとして動作するループ素子に可変同調回路及びバンド切り替え回路が接続されている。ループ素子は、そのループ開口面が電話機の回路基板の基板面に対して直交するように配置されている。この可変同調回路及びバンド切り替え回路によって、アンテナの動作周波数が変更される。
In
特許文献2では、直方体の基体に放射電極が形成され、共振周波数調整手段が付加されている。この共振周波数調整手段は容量あるいはインダクタンスを有し、その容量あるいはインダクタンスを可変することによって、アンテナの動作周波数が変更される。
In
特許文献1に記載される同調型アンテナは、ループ素子のループ開口面が電話機の回路基板の基板面に対して直交するように配置されており、アンテナの厚みが10mmになる。そのため、このアンテナを無線端末機器に搭載すると、無線端末機器の薄型化が困難になるという問題がある。
The tuning antenna described in
また特許文献2に記載される同調型アンテナは、基体が直方体であり、アンテナの良好な放射利得を得るためには、アンテナの厚みは5mm程度必要である。そのため、このアンテナを無線端末機器に搭載すると、無線端末機器の薄型化が困難になるという問題がある。
In addition, the tuning antenna described in
以上のことから、無線端末機器の薄型化のために薄型の同調型アンテナが望まれている。 In view of the above, a thin tuned antenna is desired to reduce the thickness of the wireless terminal device.
そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、薄型であり、従来品と同等の放射利得を有する同調型アンテナを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a tuned antenna that is thin and has a radiation gain equivalent to that of a conventional product.
アンテナの動作周波数は、アンテナの入力インピーダンスと給電部のインピーダンスが複素共役となる周波数、すなわちアンテナの入力インピーダンスが給電部のインピーダンスに対して最も整合がとれるときの周波数である。 The operating frequency of the antenna is a frequency at which the input impedance of the antenna and the impedance of the power supply unit are complex conjugate, that is, the frequency at which the input impedance of the antenna is most matched to the impedance of the power supply unit.
アンテナの入力インピーダンスは、伝送線路の誘導性リアクタンスと可変容量素子の容量性リアクタンスによって決定される。つまり、可変容量素子の容量性リアクタンスが変化すると、アンテナの入力インピーダンスが変化し、アンテナの動作周波数も変化する。 The input impedance of the antenna is determined by the inductive reactance of the transmission line and the capacitive reactance of the variable capacitance element. That is, when the capacitive reactance of the variable capacitance element changes, the input impedance of the antenna changes and the operating frequency of the antenna also changes.
一例として、可変容量素子として可変容量ダイオードを用いる場合について説明する。可変容量ダイオードに印加される逆方向電圧が増加すると、可変容量ダイオードの容量値は減少し、容量性リアクタンスは増加する。容量性リアクタンスは、1/ωc(ωは角周波数、cは可変容量ダイオードの容量値)で定義されるからである。 As an example, a case where a variable capacitance diode is used as the variable capacitance element will be described. As the reverse voltage applied to the variable capacitance diode increases, the capacitance value of the variable capacitance diode decreases and the capacitive reactance increases. This is because the capacitive reactance is defined by 1 / ωc (ω is the angular frequency, and c is the capacitance value of the variable capacitance diode).
つまり、可変容量ダイオードに印加される逆方向電圧が変化することで、容量性リアクタンスが変化し、アンテナの入力インピーダンスも変化するので、アンテナの動作周波数を所望の周波数に同調させることができる。 That is, when the reverse voltage applied to the variable capacitance diode is changed, the capacitive reactance is changed and the input impedance of the antenna is also changed, so that the operating frequency of the antenna can be tuned to a desired frequency.
また、所望の動作周波数において給電部との良好な整合が実現でき、また所望の周波数範囲においてアンテナの動作周波数を変化できるように、伝送線路の数、トポロジ、長さ、及び可変容量素子の数、容量値の組み合わせを選択する必要がある。 Also, the number of transmission lines, topology, length, and number of variable capacitance elements so that good matching with the power feeding unit can be realized at a desired operating frequency, and the operating frequency of the antenna can be changed within a desired frequency range. It is necessary to select a combination of capacitance values.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、グランド基板と、ショートスタブからなる第一の伝送線路と、ショートスタブからなる第二の伝送線路と、第一の可変容量素子と、第二の可変容量素子と、給電部とからなる同調型アンテナにおいて、上記給電部の一端と上記グランド基板とが電気的に接続され、上記給電部の他端と上記二つの伝送線路の各一端とが並列に電気的に接続され、上記第一の伝送線路の他端と上記第一の可変容量素子の一端とが電気的に接続され、該第一の可変容量素子の他端と上記グランド基板とが電気的に接続され、上記第二の伝送線路の他端と上記第二の可変容量素子の一端とが電気的に接続され、該第二の可変容量素子の他端と上記グランド基板とが電気的に接続されていることを特徴とする同調型アンテナである。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、グランド基板と、オープンスタブからなる第一の伝送線路と、ショートスタブからなる第二の伝送線路と、可変容量素子と、給電部とからなる同調型アンテナにおいて、上記給電部の一端と上記グランド基板とが電気的に接続され、上記給電部の他端に上記第一及び第二の伝送線路の一端とが並列に電気的に接続され、上記第二の伝送線路の他端と上記可変容量素子の一端とが電気的に接続され、該可変容量素子の他端と上記グランド基板とが電気的に接続されていることを特徴とする同調型アンテナである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a tuning antenna including a ground substrate, a first transmission line composed of an open stub, a second transmission line composed of a short stub, a variable capacitance element, and a power feeding unit. One end of the first part and the ground substrate are electrically connected, one end of the first and second transmission lines is electrically connected in parallel to the other end of the power feeding part, and the second transmission line The tuning antenna is characterized in that the other end and one end of the variable capacitance element are electrically connected, and the other end of the variable capacitance element and the ground substrate are electrically connected.
請求項3の発明は、グランド基板と、ショートスタブからなる第一の伝送線路と、ショートスタブからなる第二の伝送線路と、結合線路からなる第三の伝送線路と、第一の可変容量素子と、第二の可変容量素子と、給電部とからなる同調型アンテナにおいて、上記給電部の一端と上記グランド基板とが電気的に接続され、上記給電部の他端と上記第三の伝送線路の一端とが電気的に接続され、該第三の伝送線路の他端と上記第一及び第二の伝送線路の各一端とが並列に電気的に接続され、上記第一の伝送線路の他端と上記第一の可変容量素子の一端とが電気的に接続され、該第一の可変容量素子の他端と上記グランド基板とが電気的に接続され、上記第二の伝送線路の他端と上記第二の可変容量素子の一端とが電気的に接続され、該第二の可変容量素子の他端と上記グランド基板とが電気的に接続されていることを特徴とする同調型アンテナである。 The invention of claim 3 includes a ground substrate, a first transmission line made of a short stub, a second transmission line made of a short stub, a third transmission line made of a coupling line, and a first variable capacitance element. And a second variable capacitance element and a power feeding unit, wherein one end of the power feeding unit and the ground substrate are electrically connected, and the other end of the power feeding unit and the third transmission line One end of the third transmission line, and the other end of the third transmission line and each one end of the first and second transmission lines are electrically connected in parallel. One end of the first variable capacitance element is electrically connected, the other end of the first variable capacitance element and the ground substrate are electrically connected, and the other end of the second transmission line. Are electrically connected to one end of the second variable capacitance element, and the second variable capacitance element is electrically connected. It is a tunable antenna, wherein a the other end and the ground board of the capacitor are electrically connected.
請求項4の発明は、所定の周波数に対して、上記同調型アンテナの電圧定在波比が3以下となるように、上記伝送線路の電気長及び上記可変容量素子の容量値が決定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の同調型アンテナである。
According to a fourth aspect of the present invention, the electrical length of the transmission line and the capacitance value of the variable capacitance element are determined so that the voltage standing wave ratio of the tuned antenna is 3 or less for a predetermined frequency. The tunable antenna according to any one of
請求項5の発明は、上記伝送線路はプリント基板またはフレキシブル基板上に形成された導体パタンであり、上記グランド基板と上記可変容量素子と上記給電部とが上記プリント基板またはフレキシブル基板上に設置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の同調型アンテナである。
According to a fifth aspect of the present invention, the transmission line is a conductor pattern formed on a printed board or a flexible board, and the ground board, the variable capacitance element, and the power feeding unit are installed on the printed board or the flexible board. The tunable antenna according to any one of
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の同調型アンテナを搭載したことを特徴とする無線端末機器である。 A sixth aspect of the present invention is a wireless terminal device including the tuning antenna according to any one of the first to fifth aspects.
本発明の同調形アンテナによれば、下記のような効果を有する。
(1)本発明の同調型アンテナは、プリント基板上に形成された導体パタンを伝送線路として用い、さらにそのプリント基板上にグランド基板、可変容量素子、給電部も設置することも可能である。このように、放射素子として機能する伝送線路をプリント基板の導体パタンとすることで、アンテナの薄型化が可能となる。また、同調型アンテナを可変容量素子の制御装置などの高周波回路と一体に形成することができるので、無線端末機器への内蔵が容易となる。
(2)本発明の同調型アンテナは、上記プリント基板の代わりにフレキシブル基板を用いることも可能である。つまり、本発明の同調型アンテナは、フレキシブル基板上に形成された導体パタンを伝送線路として用い、さらにそのフレキシブル基板上にグランド基板、可変容量素子、給電部も設置することが可能である。このように、放射素子として機能する伝送線路をフレキシブル基板の導体パタンとすることで、アンテナの薄型化、及び折り曲げが可能となる。また、このようなアンテナは折り曲げることによって、無線端末機器のケースの隙間などに内蔵することができるので、無線端末機器への内蔵が非常に容易となる。
(3)放射素子として機能する伝送線路をプリント基板やフレキシブル基板の導体パタンとして作製し、そのプリント基板やフレキシブル基板上に可変容量素子などのアンテナ周辺回路も実装する場合には、従来のプリント基板やフレキシブル基板の作製プロセスを用いることができる。そのため、同調型アンテナを低コストかつ大量に生産することが可能となる。
The tuned antenna according to the present invention has the following effects.
(1) The tuned antenna of the present invention can use a conductor pattern formed on a printed circuit board as a transmission line, and can also install a ground substrate, a variable capacitance element, and a power feeding unit on the printed circuit board. Thus, the antenna can be thinned by using the transmission line functioning as a radiating element as the conductor pattern of the printed circuit board. Further, since the tuning antenna can be formed integrally with a high-frequency circuit such as a control device for a variable capacitance element, it can be easily incorporated in a wireless terminal device.
(2) The tunable antenna of the present invention can use a flexible substrate instead of the printed circuit board. That is, the tuned antenna of the present invention can use a conductor pattern formed on a flexible substrate as a transmission line, and can also install a ground substrate, a variable capacitance element, and a power feeding unit on the flexible substrate. As described above, by using the transmission line functioning as a radiating element as the conductor pattern of the flexible substrate, the antenna can be thinned and bent. In addition, since such an antenna can be bent and incorporated in a gap of the case of the wireless terminal device, it is very easy to incorporate it in the wireless terminal device.
(3) When a transmission line functioning as a radiating element is produced as a conductor pattern of a printed circuit board or a flexible substrate, and an antenna peripheral circuit such as a variable capacitance element is mounted on the printed circuit board or the flexible substrate, a conventional printed circuit board Alternatively, a flexible substrate manufacturing process can be used. Therefore, it becomes possible to produce a tuning antenna at low cost and in large quantities.
以下、本発明の第一の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施形態のアンテナA1の構造を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of an antenna A1 according to the present embodiment.
本実施例においては、第一の伝送線路として第一ショートスタブ2を、第二の伝送線路として第二ショートスタブ3を、第一の可変容量素子として第一可変容量ダイオード4を、そして第二の可変容量素子として第二可変容量ダイオード5を用いた。なお、第一及び第二可変容量素子としてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いることもできる。
In the present embodiment, the first
この伝送線路は放射素子として機能し、可変容量素子はアンテナの動作周波数を変更させるためのものである。 This transmission line functions as a radiating element, and the variable capacitance element is for changing the operating frequency of the antenna.
アンテナA1は、グランド基板1、第一ショートスタブ2、第二ショートスタブ3、第一可変容量ダイオード4、第二可変容量ダイオード5、及び給電部6から形成される。第一及び第二ショートスタブ2、3はストリップ導体で形成した。
The antenna A1 is formed of a
給電部6は、給電部6が電気的に接続されている金属導体に高周波電力を与えるもの、或いは金属導体から高周波電力を受け取るためのものである。アンテナA1においては、グランド基板1、第一ショートスタブ2、第二ショートスタブ3が金属導体である。
The
給電部6の一端には、グランド基板1が電気的に接続され、給電部6の他端には第一ショートスタブ2の一端、及び第二ショートスタブ3の一端が電気的に並列接続されている。
The
第一ショートスタブ2の他端には、第一可変容量ダイオード4の一端が電気的に接続され、さらにこの第一可変容量ダイオード4の他端には、グランド基板1が電気的に接続されている。
One end of the first
第二ショートスタブ3の他端には、第二可変容量ダイオード5の一端が電気的に接続され、さらにこの第二可変容量ダイオード5の他端には、グランド基板1が電気的に接続されている。
One end of the second
アンテナA1は、地上波デジタル放送で使用される470MHz付近の電磁波を受信するために、第一及び第二ショートスタブ2、3の電気長と、第一及び第二可変容量ダイオード4、5の容量値は、最適化されている。下記にそれらの最適化方法について詳述する。
The antenna A1 receives the electromagnetic waves near 470 MHz used in terrestrial digital broadcasting, and the electric lengths of the first and second
まず、アンテナA1の入力インピーダンスZinを下記の数1に示す。
First, the input impedance Z in of the antenna A1 is shown in the following
ここで、Z1は第一のショートスタブ2におけるインピーダンス、Z2は第二のショートスタブ3におけるインピーダンス、jは虚数単位、βは伝搬定数、ωは角周波数、L1は第一ショートスタブ2の電気長、L2は第二ショートスタブ3の電気長、C1は第一可変容量ダイオード4の容量値、C2は第二可変容量ダイオード5の容量値である。
Here, Z1 is an impedance in the first
L1の範囲を50mm〜150mm(5mm間隔で割振り)、L2の範囲を50mm〜150mm(5mm間隔で割振り)、C1の範囲を1pF〜3pF(0.5pF間隔で割振り)とし、C1=C2の条件のもと、L1、L2、C1、C2の全組み合わせにおいてZinを計算し、下記の数式(2)によって算出されるVSWR(電圧定在波比)が3以下となるようにL1、L2、C1、C2の組み合わせを導出した。ここでVSWRを3以下とする目的は、アンテナの入力インピーダンスと給電部6の入力インピーダンスとを良好に整合させることによって、良好な送受信特性を有するアンテナを実現するためである。
The range of L1 is 50 mm to 150 mm (allocation at 5 mm intervals), the range of L2 is 50 mm to 150 mm (allocation at 5 mm intervals), the range of C1 is 1 pF to 3 pF (allocation at 0.5 pF intervals), and C1 = C2 Z1 is calculated for all combinations of L1, L2, C1, and C2, and L1, L2, and C1 are set so that the VSWR (voltage standing wave ratio) calculated by the following formula (2) is 3 or less. , C2 combination was derived. Here, the purpose of setting the VSWR to 3 or less is to realize an antenna having good transmission / reception characteristics by matching the input impedance of the antenna and the input impedance of the
導出の結果、アンテナA1においては、第一ショートスタブ2の電気長が85mm、第二ショートスタブ3の電気長が115mmであり、第一可変容量ダイオード4の容量値が1.5pF、第二可変容量ダイオード5の容量値が1.5pFとなるとき、VSWRが3以下となることが分かった。
As a result of derivation, in the antenna A1, the electrical length of the first
図2は、本実施形態のアンテナA1の放射利得を示す図である。図1におけるYZ平面での水平偏波に対する放射利得を測定し、その平均値を算出した。具体的には、送信アンテナから放射された水平偏波を、アンテナA1にて受信した。この時、アンテナA1をYZ平面内にて回転(X軸を中心に回転)させ、0〜359度まで1度毎に受信電力(dBm単位)を測定し、得られた360個の受信電力を平均した。さらに、その平均した受信電力を、基準アンテナ(アイソトロピックアンテナ)の受信電力と比較し、dBi単位を用いて表現した。一例として、放射利得−8dBiとは、ダイポールアンテナのピーク放射利得(+2.15dBi)と比較して、10.15dB利得が低いことを表している。 FIG. 2 is a diagram showing the radiation gain of the antenna A1 of the present embodiment. The radiation gain with respect to the horizontal polarization in the YZ plane in FIG. 1 was measured, and the average value was calculated. Specifically, the horizontally polarized wave radiated from the transmitting antenna was received by the antenna A1. At this time, the antenna A1 is rotated in the YZ plane (rotated around the X axis), the received power (in dBm unit) is measured every 1 degree from 0 to 359 degrees, and the obtained 360 received powers are measured. Averaged. Furthermore, the average received power was compared with the received power of the reference antenna (isotropic antenna), and expressed in dBi units. As an example, the radiation gain of −8 dBi indicates that the gain of 10.15 dB is lower than the peak radiation gain (+2.15 dBi) of the dipole antenna.
400〜500MHzの低周波数帯において、従来の内蔵アンテナの平均放射利得は−10〜−8dBiであったが、本実施形態のアンテナA1においても470MHz付近をピークとして、−8dBi程度の平均放射利得が得られており、従来品と同等の受信性能を実現している。 In the low frequency band of 400 to 500 MHz, the average radiation gain of the conventional built-in antenna is -10 to -8 dBi. However, the antenna A1 of this embodiment also has an average radiation gain of about -8 dBi with a peak at around 470 MHz. It has been obtained and achieves the same reception performance as conventional products.
また、従来の内蔵アンテナの厚みは5〜10mm程度であった。これに対して、本実施形態のアンテナA1は、グランド基板1、ショートスタブ2、3、可変容量ダイオード4、5、及び給電部6の厚みのみであるため、アンテナの厚みは1mm程度となり、従来品より薄型化が可能である。
Moreover, the thickness of the conventional built-in antenna was about 5 to 10 mm. On the other hand, since the antenna A1 of this embodiment is only the thickness of the
このように本実施形態のアンテナA1によれば、従来の内蔵アンテナと同等の受信性能を有しながら、アンテナの厚みを1mm程度に薄型化が可能である。 As described above, according to the antenna A1 of the present embodiment, the antenna thickness can be reduced to about 1 mm while having the reception performance equivalent to that of the conventional built-in antenna.
次に、本発明の第二の実施形態を、添付図面に基づいて以下に説明する。 Next, 2nd embodiment of this invention is described below based on an accompanying drawing.
図3は、本実施形態のアンテナA2の構造を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the structure of the antenna A2 of the present embodiment.
本実施例においては、第一の伝送線路として第一ショートスタブ2を、第二の伝送線路として第二ショートスタブ3を、第一の可変容量素子として第一可変容量ダイオード4を、そして第二の可変容量素子として第二可変容量ダイオード5を用いた。なお、第一及び第二可変容量素子としてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いることもできる。
In the present embodiment, the first
この伝送線路は放射素子として機能し、可変容量素子はアンテナの動作周波数を変更させるためのものである。 This transmission line functions as a radiating element, and the variable capacitance element is for changing the operating frequency of the antenna.
アンテナA2は、上述のアンテナA1を1枚のプリント基板7上にすべて配置したものである。
The antenna A2 is obtained by arranging all the above-described antennas A1 on one printed
つまり、アンテナA2は、プリント基板7上に、グランド基板1、第一ショートスタブ2、第二ショートスタブ3、第一可変容量ダイオード4、第二可変容量ダイオード5、及び給電部6が設置され、略平板状に作製される。第一及び第二ショートスタブ2、3はプリント基板7上に形成された導体パタンである。また、第一及び第二可変容量ダイオード4、5はプリント基板7上に表面実装されている。
That is, the antenna A2 includes the
給電部6の一端には、グランド基板1が電気的に接続され、給電部6の他端には第一ショートスタブ2の一端、及び第二ショートスタブ3の一端が電気的に並列接続されている。
The
第一ショートスタブ2の他端には、第一可変容量ダイオード4の一端が電気的に接続され、さらにこの第一可変容量ダイオード4の他端には、グランド基板1が電気的に接続されている。
One end of the first
第二ショートスタブ3の他端には、第二可変容量ダイオード5の一端が電気的に接続され、さらにこの第二可変容量ダイオード5の他端には、グランド基板1が電気的に接続されている。
One end of the second
アンテナA2は、地上波デジタル放送で使用される470MHz付近の電磁波を受信するために、第一及び第二ショートスタブ2、3の電気長と、第一及び第二可変容量ダイオード4、5の容量値は、最適化されている。それらの最適化方法については上述のアンテナA1と同様の方法を用いた。
The antenna A2 receives the electromagnetic waves near 470 MHz used in terrestrial digital broadcasting, and the electrical lengths of the first and second
導出の結果、アンテナA2においても、第一ショートスタブ2の電気長が85mm、第二ショートスタブ3の電気長が115mmであり、第一可変容量ダイオード4の容量値が1.5pF、第二可変容量ダイオード5の容量値が1.5pFとなるとき、VSWRが3以下となることが分かった。
As a result of derivation, also in the antenna A2, the electrical length of the first
図4は、本実施形態のアンテナA2の放射利得を示す図である。上述のアンテナA1と同様の方法で、図3におけるYZ平面での水平偏波に対する放射利得を測定し、その平均値を算出した。 FIG. 4 is a diagram showing the radiation gain of the antenna A2 of the present embodiment. The radiation gain with respect to horizontal polarization in the YZ plane in FIG. 3 was measured by the same method as the antenna A1 described above, and the average value was calculated.
本実施形態のアンテナA2の平均放射利得は、470MHz付近をピークとして、−8dBi程度であり、従来品(平均放射利得−10〜−8dBi)と同等の受信性能であった。 The average radiation gain of the antenna A2 of this embodiment is about −8 dBi with a peak at around 470 MHz, which is a reception performance equivalent to that of the conventional product (average radiation gain −10 to −8 dBi).
また、アンテナの厚みに関しては、プリント基板7の厚みが1mm程度であり、グランド基板1、ショートスタブ2、3、可変容量ダイオード4、5、及び給電部6の厚みが1mm程度であるため、アンテナの厚みは2mm程度となり、従来品(厚み5〜10mm)より薄型化が可能である。
Regarding the thickness of the antenna, the thickness of the printed
このように本実施形態のアンテナA2によれば、従来の内蔵アンテナと同等の受信性能を有しながら、アンテナの厚みを2mm程度に薄型化が可能である。 As described above, according to the antenna A2 of the present embodiment, the antenna can be thinned to about 2 mm while having the reception performance equivalent to that of the conventional built-in antenna.
また、同調型アンテナを構成する伝送線路、可変容量素子、給電部のすべてを1枚のプリント基板7上に設置したので、取扱いが簡単となり無線端末機器への同調型アンテナの搭載を容易とすることができる。
In addition, since all of the transmission line, variable capacitance element, and power feeding section constituting the tuning antenna are installed on one printed
次に、本発明の第三の実施形態を、添付図面に基づいて以下に説明する。 Next, 3rd embodiment of this invention is described below based on an accompanying drawing.
図5は、本実施形態のアンテナA3の構造を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the structure of the antenna A3 of the present embodiment.
本実施例においては、第一の伝送線路としてオープンスタブ8を、第二の伝送線路としてショートスタブ2を、そして可変容量素子として可変容量ダイオード4を用いた。なお、可変容量素子としてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いることもできる。
In this embodiment, the
アンテナA3は、フレキシブル基板9上に、グランド基板1、オープンスタブ8、ショートスタブ2、可変容量ダイオード4、及び給電部6が設置され、略平板状に作製される。オープンスタブ8、及びショートスタブ2は、フレキシブル基板9上に形成された導体パタンであり、可変容量ダイオード4はフレキシブル基板9上に表面実装されている。
The antenna A3 includes a
給電部6の一端には、グランド基板1が電気的に接続され、給電部6の他端には、オープンスタブ8の一端とショートスタブ2の一端が電気的に並列接続されている。
The
ショートスタブ2の他端には、可変容量ダイオード4の一端が電気的に接続され、さらにこの可変容量ダイオード4の他端には、グランド基板1が電気的に接続されている。
One end of the
オープンスタブ8の他端には、何も接続されておらず、開放端となっている。
Nothing is connected to the other end of the
アンテナA3は、地上波デジタル放送で使用される470MHz付近の電磁波を受信するために、オープンスタブ8の電気長、ショートスタブ2の電気長、及び可変容量ダイオード4の容量値が最適化されている。下記にそれらの最適化方法について詳述する。
The antenna A3 is optimized for the electrical length of the
まず、アンテナA3の入力インピーダンスZinを下記の数3に示す。 First, the input impedance Z in of the antenna A3 is shown in the following equation 3.
ここで、Z1はショートスタブ2におけるインピーダンス、Z2はオープンスタブ8におけるインピーダンス、jは虚数単位、βは伝搬定数、ωは角周波数、L1はショートスタブ2の電気長、L2はオープンスタブ8の電気長、C1は可変容量ダイオード4の容量値である。
Here, Z1 is the impedance of the
L1の範囲を50mm〜150mm(5mm間隔で割振り)、L2の範囲を50mm〜150mm(5mm間隔で割振り)、C1の範囲を1pF〜3pF(0.5pF間隔で割振り)とし、L1、L2、C1の全組み合わせにおいてZinを計算し、上述の数2によって導出されるVSWR(電圧定在波比)が3以下となるL1、L2、C1の組み合わせを導出した。
The range of L1 is 50 mm to 150 mm (allocation at intervals of 5 mm), the range of L2 is 50 mm to 150 mm (allocation at intervals of 5 mm), the range of C1 is 1 pF to 3 pF (allocation at intervals of 0.5 pF), and L1, L2, C1 Zin was calculated for all the combinations of L1, L2, and C1 with which the VSWR (voltage standing wave ratio) derived by
導出の結果、アンテナA3においては、オープンスタブ8の電気長が145mm、ショートスタブ2の電気長が90mmであり、可変容量ダイオード4の容量値が2.5pFとなるとき、VSWRが3以下となることが分かった。
As a result of derivation, in the antenna A3, when the electrical length of the
図6は、本実施形態のアンテナA3の放射利得を示す図である。上述のアンテナA1と同様の方法で、図5におけるYZ平面での水平偏波に対する放射利得を測定し、その平均値を算出した。 FIG. 6 is a diagram showing the radiation gain of the antenna A3 of the present embodiment. The radiation gain with respect to the horizontal polarization in the YZ plane in FIG. 5 was measured by the same method as the antenna A1 described above, and the average value was calculated.
本実施形態のアンテナA3の平均放射利得は、470MHz付近をピークとして、−10dBi程度であり、従来品(平均放射利得−10〜−8dBi)と同等の送受信性能であった。 The average radiation gain of the antenna A3 of this embodiment is about −10 dBi with a peak at around 470 MHz, which is a transmission / reception performance equivalent to that of the conventional product (average radiation gain −10 to −8 dBi).
また、アンテナの厚みに関して、フレキシブル基板9の厚みが0.1mm程度であり、グランド基板1、オープンスタブ8、ショートスタブ2、可変容量ダイオード4、及び給電部6の厚みは1mm程度であるため、アンテナの厚みは1mm程度であり、従来品(厚み5〜10mm)より薄型化が可能である。
Regarding the thickness of the antenna, the thickness of the flexible substrate 9 is about 0.1 mm, and the thickness of the
このように本実施形態のアンテナA3によれば、従来の内蔵アンテナと同等の受信性能を有しながら、アンテナの厚みを1mm程度に薄型化かつ折り曲げが可能である。 As described above, according to the antenna A3 of the present embodiment, the antenna can be thinned and bent to about 1 mm while having reception performance equivalent to that of a conventional built-in antenna.
また、同調型アンテナを構成する伝送線路、可変容量素子、給電部のすべてを1枚のフレキシブル基板9上に設置したので、取扱いが簡単となり、無線端末機器のケースの隙間に同調型アンテナを折り曲げて搭載することも容易である。 In addition, since all of the transmission line, variable capacitance element, and power feeding section that make up the tuned antenna are installed on a single flexible substrate 9, handling is simplified and the tuned antenna is folded into the gap of the case of the wireless terminal device. It is easy to mount.
次に、本発明の第四の実施形態を、添付図面に基づいて以下に説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described below based on the attached drawings.
図7は、本実施形態のアンテナA4の構造を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the structure of the antenna A4 of the present embodiment.
本実施例においては、第一の伝送線路として第一ショートスタブ2を、第二の伝送線路として第二ショートスタブ3を、第三の伝送線路として結合線路10を、第一の可変容量素子として第一可変容量ダイオード4を、そして第二の可変容量素子として第二可変容量ダイオード5を用いた。なお、第一及び第二可変容量素子としてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いることもできる。
In this embodiment, the first
アンテナA4は、プリント基板7上に、グランド基板1、第一ショートスタブ2、第二ショートスタブ3、結合線路10、第一可変容量ダイオード4、第二可変容量ダイオード5、及び給電部6が設置されており、略平板状に作製される。第一及び第二ショートスタブ2、3及び結合線路10は、プリント基板7上に形成された導体パタンであり、第一及び第二可変容量ダイオード4、5はプリント基板7上に表面実装されている。
In the antenna A4, the
給電部6の一端には、グランド基板1が電気的に接続され、給電部6の他端には結合線路10の一端が電気的に接続されている。
The
結合線路10の他端には、第一ショートスタブ2の一端及び第二ショートスタブ3の一端が電気的に並列接続されている。
One end of the first
第一のショートスタブ2の他端には、第一の可変容量ダイオード4の一端が電気的に接続され、さらにこの第一の可変容量ダイオード4の他端には、グランド基板1が電気的に接続されている。
One end of the first
第二のショートスタブ3の他端には、第二の可変容量ダイオード5の一端が電気的に接続され、さらにこの第二の可変容量ダイオード5の他端には、グランド基板1が電気的に接続されている。
One end of the second
アンテナA4は、地上波デジタル放送で使用される470MHz付近の電磁波を受信するために、第一及び第二ショートスタブ2、3の電気長、結合線路10の電気長、そして第一及び第二可変容量ダイオード4、5の容量値が最適化されている。下記にそれらの最適化方法について詳述する。
The antenna A4 receives the electromagnetic wave near 470 MHz used in terrestrial digital broadcasting, the electrical length of the first and second
まず、アンテナA3の入力インピーダンスZinを下記の数4に示す。
First, the input impedance Z in of the antenna A3 is shown in the
ここで、Z1は結合線路10におけるインピーダンス、Z2は第一のショートスタブ2におけるインピーダンス、Z3は第二のショートスタブ3におけるインピーダンス、jは虚数単位、βは伝搬定数、ωは角周波数、L1は結合線路10の電気長、L2は第一のショートスタブ2の電気長、L3は第二のショートスタブ3の電気長、C1は第一の可変容量ダイオード4の容量、C2は第二の可変容量ダイオード5の容量である。
Here, Z1 is an impedance in the coupled
L1の範囲を50mm〜150mm(5mm間隔で割振り)、L2の範囲を50mm〜150mm(5mm間隔で割振り)、L3の範囲を50mm〜150mm(5mm間隔で割振り)、C1の範囲を1pF〜3pF(0.5pF間隔で割振り)とし、C2=C1の条件のもと、L1、L2、L3、C1、C2の全組み合わせにおいてZinを計算し、上述の数2におけるVSWR(電圧定在波比)が3以下となるL1、L2、L3、C1、C2の組み合わせを導出した。
The L1 range is 50 mm to 150 mm (allocated at 5 mm intervals), the L2 range is 50 mm to 150 mm (allocated at 5 mm intervals), the L3 range is 50 mm to 150 mm (allocated at 5 mm intervals), and the C1 range is 1 pF to 3 pF ( and allocation) at 0.5pF intervals, under the conditions of C2 = C1, L1, L2, L3, C1, in all combinations of C2 to calculate the Z in, VSWR in the
導出の結果、アンテナA4においては、第一のショートスタブ2の電気長が55mm、第二のショートスタブ3の電気長が100mmであり、結合線路10の電気長が55mmであり、第一の可変容量素子4の容量値が2.5pF、第二の可変容量素子5の容量値が2.5pFとなるとき、VSWRが3以下となることが分かった。
As a result of the derivation, in the antenna A4, the electrical length of the first
図8は、本実施形態のアンテナA4の放射利得を示す図である。上述のアンテナA1と同様の方法で、図7におけるYZ平面での水平偏波に対する放射利得を測定し、その平均値を算出した。 FIG. 8 is a diagram showing the radiation gain of the antenna A4 of the present embodiment. The radiation gain with respect to the horizontal polarization in the YZ plane in FIG. 7 was measured by the same method as the antenna A1 described above, and the average value was calculated.
本実施形態のアンテナA4の平均放射利得は、470MHz付近をピークとして、−9dBi程度であり、従来品(平均放射利得−10〜−8dBi)と同等の送受信性能であった。 The average radiation gain of the antenna A4 of the present embodiment is about −9 dBi with a peak at around 470 MHz, which is a transmission / reception performance equivalent to that of a conventional product (average radiation gain of −10 to −8 dBi).
また、アンテナの厚みに関しては、プリント基板7の厚みが1mm程度であり、グランド基板1、ショートスタブ2、3、可変容量ダイオード4、5、及び給電部6の厚みが1mm程度であるため、アンテナの厚みは2mm程度となり、従来品(厚み5〜10mm)より薄型化が可能である。
Regarding the thickness of the antenna, the thickness of the printed
このように本実施形態のアンテナA4によれば、従来の内蔵アンテナと同等の受信性能を有しながら、アンテナの厚みを2mm程度に薄型化が可能である。 As described above, according to the antenna A4 of the present embodiment, the antenna can be thinned to about 2 mm while having the reception performance equivalent to that of the conventional built-in antenna.
また、同調型アンテナを構成する伝送線路、可変容量素子、給電部のすべてを1枚のプリント基板7上に設置したので、取扱いが簡単となり無線端末機器への同調型アンテナの搭載を容易とすることができる。
In addition, since all of the transmission line, variable capacitance element, and power feeding section constituting the tuning antenna are installed on one printed
次に、本発明の第五の実施形態を、添付図面に基づいて以下に説明する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図9は、本発明のアンテナA2を内蔵した携帯電話機11である。本発明のアンテナは、地上波デジタル放送を受信するために携帯電話機11に内蔵されたもので、可変容量ダイオード4、5へ受信チャネル毎に決められた制御電圧を供給するための電圧制御回路12が、グランド基板1上に搭載されている。本発明のアンテナは、汎用的なプリント基板プロセスを用いて作製及び実装され、電圧制御回路12は、汎用的なプリント基板プロセスを用いて実装されている。このように、本発明の同調型アンテナA2を用いることで、アンテナA2と電圧制御回路12などの周辺回路との一体化が容易に実現でき、無線端末機器への内蔵が容易なアンテナを実現できる。
FIG. 9 shows a
なお、上述のアンテナA3及びA4も携帯電話11に同様に搭載することができ、アンテナとアンテナの動作周波数を制御するための電圧制御回路などの周辺回路との一体化が実現でき、無線機器端末へ容易に内蔵することができる。
The antennas A3 and A4 described above can be mounted on the
1 グランド基板
2 ショートスタブ
3 ショートスタブ
4 可変容量ダイオード
5 可変容量ダイオード
6 給電部
7 プリント基板
8 オープンスタブ
9 フレキシブル基板
10 結合線路
11 携帯電話機
12 電圧制御回路
A1〜A4 本発明の同調型アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007181573A JP2009021716A (en) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Tunable antenna and radio terminal equipment having the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007181573A JP2009021716A (en) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Tunable antenna and radio terminal equipment having the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009021716A true JP2009021716A (en) | 2009-01-29 |
Family
ID=40360973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007181573A Pending JP2009021716A (en) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Tunable antenna and radio terminal equipment having the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009021716A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011055258A (en) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Murata Mfg Co Ltd | Antenna device |
-
2007
- 2007-07-11 JP JP2007181573A patent/JP2009021716A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011055258A (en) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Murata Mfg Co Ltd | Antenna device |
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