JP2009044331A - マルチポートヘリカルアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の異なる周波数帯域における放送を選択的に受信可能なマルチポートヘリカルアンテナを提供する。
【解決手段】アンテナ１０は、ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とを備え、ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とはアンテナ１０の先端部において短絡されている。ヘリカルアンテナ１０１の巻き途中に接続されたポートＰ１およびモノポールアンテナ１０２の下端に接続されたＰ２は、スイッチ２０１および２０２を介して同一の受電点に接続される。ヘリカルアンテナ１０３の巻き始め端に接続されたポートＳｈｏｒｔ−Ｐは接地される。スイッチ２０１および２０２の開閉に応じてヘリカルアンテナ１０１およびモノポールアンテナ１０２はいずれか一方のみが受電点に接続され、いずれが接続されるかによって２つの異なる周波数帯域の放送の選択的な受信を可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はマルチポートヘリカルアンテナに係り、より詳細には、ラップトップ・コンピュータ等に取り付けることにより複数の異なる周波数帯域のデジタルテレビジョン放送の視聴を可能とする、広帯域のＶＳＷＲ特性を有するマルチポートヘリカルアンテナに関する。

地上波デジタルテレビジョン放送の拡大に伴い、受信可能なテレビ受像機機器の一般家庭への普及が進んでいる。また、携帯電話機等で視聴可能な１セグメント放送（いわゆるワンセグ）も行われており、視聴者が好みの場所で好みの番組を視聴することの可能な環境が整備されつつある。

地上波デジタルテレビジョン放送に使用されている周波数帯域としては、日本国等のＵＨＦ帯域（４７０〜７７０ＭＨｚ）と、韓国等のＶＨＦ帯域（１７６〜２１６ＭＨｚ）とがあり、各地域ではそれぞれの帯域に対応して放送を受信し視聴することのできる機器が販売されている。

その一方で、ＵＨＦ帯域およびＶＨＦ帯域のいずれにも対応した受信用アンテナの開発も進められている。例えば、特許文献１には、ＵＨＦ帯域とＶＨＦ帯域との双方を適切に受信することのできる車載フィルムアンテナが記載されている。また、他にも、ＵＨＦ帯域およびＶＨＦ帯域の双方を受信可能なアンテナとして、ラジオ受信機にはマスト式のモノポールアンテナ等が、ラップトップ・コンピュータにはモノポールアンテナ等が一般的に使用されている。

同様に、アンテナを広帯域化する技術の例として、特許文献２には、ヘリカルアンテナのエレメントの形状によって、それぞれ異なる周波数帯域で動作するように構成された多周波ヘリカルアンテナが記載されている。また、特許文献３には、ヘリカルアンテナの先端を中央軸に沿って垂直に折り返すことによって電気特性を調整し、多共振化する技術が記載されている。さらに、特許文献４には、アンテナエレメント形状の工夫により広帯域化を実現可能とする、平面材料から形成したヘリカル構造のアンテナが記載されている。
特開２００７−１３８４７号公報 特許第３６１５１６６号公報 韓国特許公開第２００２−０００６２７８９号公報 米国特許第６，３３９，４０９号公報

ところで、モノポールアンテナでＵＨＦ帯域およびＶＨＦ帯域の双方の受信を可能にしようとする場合、次のような問題点がある。
第一に、モノポールアンテナは１／４波長のエレメント長を必要とすることから、アンテナが大型化してしまう。そのため、携帯電話機やラップトップ・コンピュータにおける使用には不適当である。一方、アンテナを小型化するためにモノポールアンテナをヘリカル形状にすると、周波数帯域が狭くなり、受信周波数の全帯域を確保することが困難となってしまう。

第二に、単純なモノポールアンテナでは、ＶＨＦ帯域で共振する場合、ＵＨＦ帯域では反共振する。すなわち、例えば図７に概略的に示すように、ＶＨＦ帯域の２００ＭＨｚで共振するアンテナは、高次モードの作用により約３倍の６００ＭＨｚ付近で共振するが、その中間に位置する４００ＭＨｚ付近では反共振し、ＶＳＷＲ特性が悪化する。このことは、単純なモノポールアンテナではＵＨＦ帯域およびＶＨＦ帯域の双方において共振を確保することが困難であることを示している。

第三に、マスト式のモノポールアンテナによって両帯域での受信を実現しようとする場合、いずれの帯域の受信を行うかによってアンテナの伸縮を行う必要があり、取り扱いが煩雑である。

本発明はこれらの問題点に鑑み、共振使用周波数をＶＨＦ帯域とＵＨＦ帯域とで切り替え可能であり、製造が容易で、かつラップトップ・コンピュータ等の携帯用電子機器に容易に取り付けて使用することが可能な小型のアンテナを提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明は、２つの異なる周波数帯域の放送を選択的に受信可能なマルチポートヘリカルアンテナを提供する。このマルチポートヘリカルアンテナは、ヘリカルアンテナと、このヘリカルアンテナの内部にヘリカルアンテナの軸方向に沿って配設されたモノポールアンテナと、ヘリカルアンテナの巻き途中に接続された第１のポートと、モノポールアンテナの一端に接続された第２のポートと、ヘリカルアンテナの巻き始め端に接続されヘリカルアンテナを接地させる第３のポートとを備え、ヘリカルアンテナの巻き終わり端付近とモノポールアンテナの他端とは短絡される。

このマルチポートヘリカルアンテナにおいて、第１および第２のポートはそれぞれ第１のスイッチおよび第２のスイッチを介して同一の受電点に接続され、第１および第２のスイッチは、第１のスイッチが閉状態のときには第２のスイッチが開状態となり第１のポートを介してヘリカルアンテナのみが受電点に接続され、第１のスイッチが開状態のときには第２のスイッチが閉状態となり第２のポートを介してモノポールアンテナのみが受電点に接続されるよう制御され、第１または第２のスイッチのいずれが閉状態であるかに応じて２つの異なる周波数帯域の放送を選択的に受信可能とする。

このマルチポートヘリカルアンテナにおいて、第１のポートと第２のポートとは、ヘリカルアンテナとモノポールアンテナとが互いに干渉しない程度に離隔して設けられる。
また、このマルチポートヘリカルアンテナにおいて、第１のスイッチおよび第２のスイッチは、ＳＰＤＴスイッチの第１の出力パスおよび第２の出力パスである。

このマルチポートヘリカルアンテナにおいて、ヘリカルアンテナは円筒型であってもよい。
さらに、このマルチポートヘリカルアンテナにおいて、ヘリカルアンテナは平面板の外周に巻回された平面形状ヘリカルアンテナであってもよい。平面板は多層基板技術により製造されてもよい。ヘリカルアンテナとモノポールアンテナとは、平面板に設けられたスルーホールにより短絡されてもよい。
また、このマルチポートヘリカルアンテナにおいて、２つの異なる周波数帯域はＶＨＦ帯域およびＵＨＦ帯域である。

本発明によれば、ＶＨＦ帯域およびＵＨＦ帯域の双方を受信可能な広帯域のＶＳＷＲ特性を有するアンテナを実現できる。
このアンテナは、類似の機能を有する従来のアンテナに比べて小型であるため、スペース効率およびデザイン性の両面において、ラップトップ・コンピュータ等の携帯用電子機器の薄型化の傾向に対応する。また、ユーザはアンテナを携帯用電子機器に取り付けるだけで伸縮等の操作を行う必要がないため、取り扱い性に優れている。

以下、図面を参照して本発明の好適な一実施形態を説明する。なお、本発明によるアンテナは主としてテレビ放送の受信アンテナを想定している。各図面中に図示されるアンテナは送信アンテナと解釈できるが、送信アンテナと受信アンテナとは相補的なものであるから、説明の都合上、図面においてはこれらの区別を行わない。また、以下文中において「給電点」とは受信アンテナが信号を受信するときの受電点および送信アンテナが信号を送信するときの給電点のいずれをも意味する用語とする。

図２は、本発明によるマルチポート平面形状ヘリカルアンテナをラップトップ・コンピュータに取り付けた場合の外観の一例を示す図である。
アンテナ１０はラップトップ・コンピュータ等の任意の携帯用電子機器（接地基板）４０に取り付けられる。このとき、アンテナ１０は機器４０に固定的に取り付けられてもよいが、必要に応じてテレビ放送視聴時にのみ取り付けられるように、例えば機器４０にコネクタを設けて着脱可能とすることもできる。また、図２においては、アンテナ１０はラップトップ・コンピュータである機器４０の右上部に取り付けられているが、取り付け位置がこれに限定されることはない。

アンテナ１０は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、スイッチ部２０の開閉を制御することにより、ポートＰ１またはＰ２のいずれか一方のみが受電点に接続されるように構成されている。すなわち、一方のポートが受電点に接続されるとき、他方のポートは接続されないような構成となっている。これにより、アンテナ１０を２種類の別個のアンテナとして選択的に動作させることが可能となる。

図３（ａ）に示すように、アンテナ１０の下端にはプリント基板３０が接合されており、このプリント基板３０がアンテナ１０と接地基板４０との接続部となっている。ここで、図３（ａ）において破線Ｂで囲まれたアンテナ１０の先端部の拡大斜視図を図３（ｂ）に、また、破線Ｃで囲まれたアンテナ１０の下端部の拡大図を図３（ｃ）にそれぞれ示す。

図３（ｂ）を参照すると、アンテナ１０は、図１（ａ）および（ｂ）からも明らかなように、ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とを組み合わせて構成されている。このヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とは、アンテナ１０の先端の短絡部１０３において短絡される。

ヘリカルアンテナ１０１は、平面板１００の外周に巻回されて形成される。また、モノポールアンテナ１０２は多層基板技術を利用して平面板１００の内部を軸方向に貫通するよう配設され、そのエレメントの先端はスルーホールによりヘリカルアンテナ１０１と短絡される。このようにアンテナ１０を平面形状とすることにより、円筒形のヘリカルアンテナに比べて製造が容易となる。ヘリカルアンテナ１０１の巻き数は接地平面の大きさにより異なるので、実施形態に応じて適宜調整する。

一方、図３（ｃ）を参照すると、アンテナ１０の下端部には、前述の２つのポートＰ１およびＰ２に加え、別のもう１つのポートＳｈｏｒｔ−Ｐが設けられている。これらのポートのうち、ポートＰ１からは、ヘリカルアンテナ１０１の巻き始めから数ターン目で接続するようエレメントが延伸しており、この接続点がヘリカルアンテナ１０１の給電点１０４となっている。ポートＰ２はモノポールアンテナ１０２の下端に接続され、これがモノポールアンテナ１０２の給電点となっている。ヘリカルアンテナ１０１の巻き始めにあたるポートＳｈｏｒｔ−Ｐは、接地されたショートポートである。図３（ｃ）においては、ヘリカルアンテナ１０１の給電点１０４は巻き始めから２ターン目にあたる位置に設けられているが、給電点１０４は適宜他の位置に設けることが可能である。

ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とが互いに干渉することを未然に防ぐため、各ポートは離隔しているのが望ましい。例えば、アンテナ１０を、長さＬが１００ｍｍ、幅Ｗが２０ｍｍ、厚さＴが３ｍｍとなるように製造する場合には、ポートＰ１とＰ２との間に６ｍｍ程度の間隔を設けるのが好適である。

図４は、アンテナ１０の給電回路の概略ブロック図である。アンテナ１０の下端部に位置するプリント基板制御部３０は、スイッチ部２０と、第１および第２の整合回路と、電圧制御回路３０１と、コンデンサ３０２とを備えている。

スイッチ部２０はＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｒｔ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチからなり、２つの出力パス２０１および２０２は、それぞれ第１および第２の整合回路を介してポートＰ１およびＰ２に接続される。第１および第２の整合回路は、それぞれアンテナ側と給電側とのインピーダンスマッチングを行う。

電圧制御回路３０１は、スイッチ部２０の２つの出力パス２０１および２０２に接続されて、スイッチの開閉を制御する。すなわち、スイッチ２０１を閉状態とするときにはスイッチ２０２を開状態とし、スイッチ２０１を開状態とするときにはスイッチ２０２を閉状態とするように制御を行う。コンデンサ３０２は、高周波的に信号を接地することを目的として配置されている。

前述したように、ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とは、アンテナ１０の先端で短絡されている。したがって、図４においてスイッチ２０１が閉状態となりポートＰ１が受電点と接続されるとき、アンテナ１０は、図５（ａ）に示すように、ポートＳｈｏｒｔ−Ｐが接地されモノポールアンテナの下端が開放された逆Ｆヘリカルアンテナとして機能する。

このとき、ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とを短絡しない場合には、このような逆Ｆヘリカルアンテナは形成されず、ヘリカルアンテナ１０１およびモノポールアンテナ１０２はそれぞれ独立して機能する。すると、互いのアイソレーションが強く、図６（ａ）に破線で示すように、アンテナ１０のＶＨＦ帯域におけるＶＳＷＲ特性は悪化する。

省電力を扱う端末用アンテナとしては、ＶＳＷＲは３．５よりも小さい値であるのが望ましい。ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とを短絡させることにより、互いのアンテナエレメントを利用する作用、ならびにアンテナ間のアイソレーションを向上して悪影響を軽減し、電気特性が成立する作用が生じる。したがって、図６（ａ）に実線で示すように、アンテナ１０は１７０〜２４０ＭＨｚ程度の広帯域にわたって３．５以下のＶＳＷＲ特性値を得られるようになる。

一方、スイッチ部２０の出力ポート２０２が閉状態となりポートＰ２が受電点と接続されるとき、アンテナ１０は、図５（ｂ）に示すように、ポートＳｈｏｒｔ−Ｐが接地された折り返しモノポールアンテナとして機能する。

このとき、ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とを短絡しない場合には、このような折り返しモノポールアンテナは形成されず、ヘリカルアンテナ１０１およびモノポールアンテナ１０２はそれぞれ独立して機能し、図６（ｂ）に破線で示すように、アンテナ１０のＵＨＦ帯域におけるＶＳＷＲ特性は悪化する。ヘリカルアンテナ１０１とモノポールアンテナ１０２とを短絡させることにより、図６（ｂ）に実線で示すように、アンテナ１０は４６０〜７７０ＭＨｚ程度の広範囲にわたって３．５以下のＶＳＷＲ特性値を得られるようになる。

なお、本願発明の別の実施例においては、以上説明した平面形状のマルチポートヘリカルアンテナを円筒型とすることもできる。すなわち、円筒型のヘリカルアンテナおよびその内部に配設したモノポールアンテナにより円筒型のマルチポートヘリカルアンテナを構成し、平面形状のマルチポートヘリカルアンテナと同様の機能を持ったアンテナとして使用することができる。

このように、本発明によれば、使用するポートの切り替えにより、ＶＨＦ帯域およびＵＨＦ帯域のいずれにおいても３．５以下のＶＳＷＲ特性値を満足する、両帯域で共用の無線端末用アンテナを実現することができる。

以上、本発明の一実施例としてＶＨＦ帯域およびＵＨＦ帯域で共用の受信アンテナについて説明したが、本発明は、使用端末によってはＵＨＦ帯の他の周波数へのデュアルアンテナとして利用することも可能である。

本発明の一実施例によるマルチポート平面形状ヘリカルアンテナの概略図。 本発明の一実施例によるマルチポート平面形状ヘリカルアンテナをラップトップ・コンピュータに取り付けた場合の外観を示す概略図。 本発明の一実施例によるマルチポート平面形状ヘリカルアンテナを説明する図。 本発明の一実施例によるマルチポート平面形状ヘリカルアンテナを説明する図。 本発明の一実施例によるマルチポート平面形状ヘリカルアンテナを説明する図。 本発明によるマルチポートヘリカルアンテナの概略ブロック図。 本発明によるマルチポートヘリカルアンテナにおいてスイッチの切り替えにより実現される各アンテナを説明する図。 本発明によるマルチポートヘリカルアンテナにおいて、ヘリカルアンテナとモノポールアンテナとを短絡した場合と短絡しない場合とのモデル測定結果を示す図。 ＶＨＦ帯域およびＵＨＦ帯域におけるＶＳＷＲを概略的に示す図。

符号の説明

１０ マルチポートヘリカルアンテナ
１００ 平面板
１０１ ヘリカルアンテナ
１０２ モノポールアンテナ
１０３ 短絡部
１０４ 給電部
２０ スイッチ部
２０１、２０２ スイッチ
３０ プリント基板
３０１ 電圧制御回路
３０２ コンデンサ
３０３、３０４ 整合回路
４０ 携帯用電子機器／接地平面

Claims (9)

1. ２つの異なる周波数帯域の放送を選択的に受信可能なマルチポートヘリカルアンテナであって、
   ヘリカルアンテナと、
   前記ヘリカルアンテナの内部に前記ヘリカルアンテナの軸方向に沿って配設されたモノポールアンテナと、
   前記ヘリカルアンテナの巻き途中に接続された第１のポートと、
   前記モノポールアンテナの一端に接続された第２のポートと、
   前記ヘリカルアンテナの巻き始め端に接続され、前記ヘリカルアンテナを接地させる第３のポートと、
   を備え、
   前記ヘリカルアンテナの巻き終わり端付近と前記モノポールアンテナの他端とが短絡されることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
2. 請求項１に記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記第１および第２のポートは、それぞれ第１のスイッチおよび第２のスイッチを介して同一の受電点に接続され、
   前記第１および第２のスイッチは、前記第１のスイッチが閉状態のときには前記第２のスイッチが開状態となり前記第１のポートを介して前記ヘリカルアンテナのみが前記受電点に接続され、前記第１のスイッチが開状態のときには前記第２のスイッチが閉状態となり前記第２のポートを介して前記モノポールアンテナのみが前記受電点に接続されるよう制御され、
   前記第１または前記第２のスイッチのいずれが閉状態であるかに応じて２つの異なる周波数帯域の放送を選択的に受信可能とすることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
3. 請求項１または２に記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記第１のポートと前記第２のポートとは、前記ヘリカルアンテナと前記モノポールアンテナとが互いに干渉しない程度に離隔して設けられることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
4. 請求項２または３に記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチは、ＳＰＤＴスイッチの第１の出力パスおよび第２の出力パスであることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記ヘリカルアンテナは円筒型であることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記ヘリカルアンテナは平面板の外周に巻回された平面形状ヘリカルアンテナであることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
7. 請求項６に記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記平面板は多層基板技術により製造されることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
8. 請求項６または７に記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記ヘリカルアンテナと前記モノポールアンテナとは、前記平面板に設けられたスルーホールにより短絡されることを特徴とするマルチポートヘリカルアンテナ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のマルチポートヘリカルアンテナにおいて、
   前記２つの異なる周波数帯域はＶＨＦ帯域およびＵＨＦ帯域であることを特徴とするマルチポート平面形状ヘリカルアンテナ。

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