JP2009194864A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイポール型又はモノポール型の小型アンテナ装置における高域側の動作周波数帯域を広げ、受信の安定性向上を図ること。
【解決手段】ダイポール型の小型チューナブルアンテナ装置において、給電部１０を中心に右方向にミアンダライン１１ａで形成された放射導体を配置し、左方向ミアンダライン１１ｂで形成された放射導体を配置している。ミアンダライン１１ａ、１１ｂの端部間に、導体で形成されたブリッジ１３を設け、ブリッジ１３の途中には抵抗体１４を接続している。オープン状態である放射導体端部（ミアンダライン１１ａ、１１ｂの端部）にブリッジ１３を介して負荷（抵抗体１４）を装荷することで、放射導体の端部をオープン（インピーダンス無限大）の状態からインピーダンスを下げた状態にしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型のアンテナエレメントで地上波デジタル放送のように広帯域の放送信号を受信可能な広帯域のアンテナ特性を有するアンテナ装置に関する。

従来、可変容量ダイオードのバイアス電圧を制御することにより動作周波数を可変させるチューナブルアンテナ装置がある（例えば、特許文献１参照）。図７は特許文献１に開示されたアンテナ装置の回路構成図である。このアンテナ装置１は、図示しない絶縁性樹脂基板上に線状の導体パターンが形成されたローディング素子２と、ローディング素子２の一端とグラウンドとの間に接続されるインダクタ３と、ローディング素子２の一端とインダクタ３との間に接続された周波数調整部４とを備えている。ローディング素子２の一端には、アンテナ装置１の共振周波数を設定するインダクタ５が接続されている。周波数調整部４は、ローディング素子２の一端とインダクタ３との間で互いにカソード側が対向するように接続された可変容量ダイオード６Ａ、６Ｂと、可変容量ダイオード６Ａ、６Ｂの接続点Ｐ２にバイアス電圧を印加して可変容量ダイオード６Ａ、６Ｂのキャパシタンスを異なる値に変更する容量可変手段７とを備えている。なお、容量可変手段７は、送信信号と受信信号との信号経路の切り替え制御を行うアンテナスイッチ８と、可変容量ダイオード６Ａ、６Ｂに印加するバイアス電圧を変更するバイアス電圧変更手段９と、を有している。また、可変容量ダイオード６Ａ、６Ｂに流れる高周波信号がグラウンドに流れることを防止するブロックインダクタ１０、１１と、バイアス電圧変更手段９と接続点Ｐ２とを接続して可変容量ダイオード６Ａ、６Ｂに流れる高周波信号がバイアス電圧変更手段９に流れることを防止するブロックインダクタ１２と、容量可変ダイオード６Ｂのアノード側と給電点Ｐ１とを接続して受信信号中の直流電流成分を除去するＤＣブロックコンデンサ１３と、を備えている。

以上のように構成されたアンテナ装置１の共振周波数は、アンテナエレメントの電気長によるインダクタンス成分をＬとし、容量可変ダイオード６Ａ、６Ｂによるキャパシタンス成分をＣとしたときに、１／（Ｌ・Ｃ）^１／２に比例する。そこで、可変容量ダイオード６Ａ、６Ｂのキャパシタンスをバイアス電圧変更手段９によって変化させることで、アンテナ装置１の共振周波数を切り替えることができる。

なお、上記特許文献１記載のアンテナ装置１は１００〜１４０ＭＨｚという帯域をカバーするものであるが、本発明者等は、テレビジョン放送信号のように広帯域（例えば、ＵＨＦ帯：４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）の信号を受信する小型チューナブルアンテナ装置を開発した。

図８は本発明者等が開発した小型チューナブルアンテナ装置の構成図である。
同図に示すアンテナ装置はダイポール型のチューナブルアンテナ装置である。ダイポールアンテナ中心部に給電部２０が設けられ、給電部２０を中心として放射導体としてミアンダライン２１ａ、２１ｂが左右に配置されている。給電部２０とミアンダライン２１ａ、２１ｂとの間には一対の可変容量ダイオード（２２ａ，２３ａ）、（２２ｂ，２３ｂ）が接続されると共にパターンインダクタ２４ａ、２４ｂが設けられている。なお、２５ａ，２５ｂは給電用のインダクタである。可変容量ダイオード（２２ａ，２３ａ）、（２２ｂ，２３ｂ）に対してアンテナ装置１の共振周波数を切り替えるバイアス電圧が印加される。このように、放射導体をミアンダライン２１ａ、２１ｂで形成することで、放射導体の長手方向の寸法を短縮し、かつ可変容量ダイオード（２２ａ，２３ａ）、（２２ｂ，２３ｂ）にてテレビジョン信号の帯域までカバーできるようにしている。
特開２００６−３１９４５１号公報

しかしながら、上記チューナブルアンテナ装置は、可変容量ダイオードの容量を小さくして共振周波数を高くすることで動作周波数を高帯域へシフトさせるが、可変容量ダイオードの容量が小さくなることによりアンテナの等価的な共振Ｑが高くなり、帯域幅が狭くなり受信の安定性が悪化するといった問題がある。

また、図８に示すダイポールアンテナのように、放射導体端部がオープン（インピーダンス無限大）となっている場合、給電部側とオープン状態の放射導体端部とでインピーダンス差が極めて大きいためにマッチングが難しく、アンテナの等価的な共振Ｑが高くなる要因となっている。なお、放射導体端部がオープンになっているモノポールアンテナについても同様の課題が存在する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ダイポール型又はモノポール型の小型アンテナ装置における高域側の動作周波数帯域を広げることができ、受信の安定性向上を図ることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、給電部と、一端が前記給電部に接続され他端が開放された放射導体と、前記放射導体の開放端に接続された抵抗とを備え、前記給電部と前記放射導体と前記抵抗とで当該放射導体のインピーダンスを下げる閉ループを形成したことを特徴とする。

この構成によれば、放射導体の開放端に抵抗を接続して当該放射導体のインピーダンスを下げる閉ループを形成したので、動作周波数帯域が不十分であった高域側において放射導体のインピーダンスを下げてアンテナの共振Ｑを下げることができ、高域側における動作周波数帯域を広げることができる。

また本発明は、上記アンテナ装置において、前記給電部を挟んで配置した第１及び第２の放射導体で前記放射導体を構成してダイポール型アンテナを形成し、前記第１及び第２の放射導体の開放端間に前記抵抗を接続したことを特徴とする。

この構成により、ダイポール型アンテナにおいて第１及び第２の放射導体の開放端間に抵抗を接続したので、ダイポール型アンテナにおける高域側の動作周波数帯域を広げることができる。

上記アンテナ装置において、前記第１及び第２の放射導体の開放端間を導体からなるブリッジで接続し、当該ブリッジに前記抵抗を設けることができる。これにより、第１及び第２の放射導体の開放端間を、抵抗を介して接続する閉ループを形成できる。

また本発明は、上記アンテナ装置において、前記給電部に前記放射導体の一端を接続してモノポール型アンテナを形成し、前記放射導体の開放端とグランドパターンとの間に前記抵抗を接続し、前記グランドパターンを介して前記給電部と前記抵抗のグランド側端部とを接続したことを特徴とする。

この構成により、モノポール型アンテナにおいて放射導体の開放端とグランドパターンとの間に前記抵抗を接続したので、モノポール型アンテナにおける高域側の動作周波数帯域を広げることができる。

また本発明は、上記アンテナ装置において、前記給電部と前記放射導体との間に可変容量素子を設け、前記可変容量素子にバイアス電圧を印加して希望周波数で同調可能なチューナブルアンテナとなしたことを特徴とする。

この構成により、チューナブルアンテナにおいて、可変容量素子の容量を小さくして高域側を受信する際の動作周波数帯域を広げることができ、受信の安定性を改善することができる。

また本発明は、上記アンテナ装置において、前記抵抗に対して容量を直列に接続したことを特徴とする。

この構成により、放射導体端部に抵抗を装荷する必要のない低域の動作周波数帯域では、容量が高インピーダンスを示して信号を通さないため、放射導体の端部がオープンとなり、利得の損失が抑制される。一方、放射導体端部に抵抗を装荷する必要のある動作周波数以上では、容量が低インピーダンスとなって放射導体端部と給電部との間に抵抗を介した閉ループを形成するので、アンテナの共振Ｑを下げることができ、高域での動作周波数帯域を広げることができる。

上記アンテナ装置において、前記放射導体をミアンダ形状とすることで小型のアンテナを構成することができる。

本発明によれば、ダイポール型又はモノポール型の小型アンテナ装置における高域側の動作周波数帯域を広げることができ、受信の安定性向上を図ることができる。

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。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図である。本実施の形態に係るダイポール型のアンテナ装置は、給電部１０を中心に一方の側（図１では右方向）に延出したミアンダライン１１ａで形成された放射導体（第１の放射導体）が配置され、他方の側（図１では左方向）に延出したミアンダライン１１ｂで形成された放射導体（第２の放射導体）が配置されている。給電部１０と各ミアンダライン１１ａ、１１ｂとの間には渦巻き状のパターンからなるパターンインダクタ１２ａ，１２ｂがそれぞれ接続されている。パターンインダクタ１２ａの給電部側の端部と給電部１０との間に可変容量素子であるバラクタダイオード１５ａ，１６ａが直列接続されている。同様に、パターンインダクタ１２ｂの給電部側の端部と給電部１０との間に可変容量素子であるバラクタダイオード１５ｂ，１６ｂが直列接続されている。給電部１０から左右の放射導体側への給電は給電用インダクタ１７ａ，１７ｂを介して行われる。右方向に延出させたミアンダライン１１ａの端部（右側放射導体端部）と、左方向に延出させたミアンダライン１１ｂの端部（左側放射導体端部）との間に、導体で形成されたブリッジ１３をミアンダライン１１ａ、１１ｂに対して平行に設けている。ブリッジ１３の途中には抵抗体１４を接続している。

すなわち、オープン状態である放射導体端部（ミアンダライン１１ａ、１１ｂの端部）にブリッジ１３を介して負荷（抵抗体１４）を装荷することで、放射導体の端部をオープン（インピーダンス無限大）の状態からインピーダンスを下げた状態にしている。なお、ミアンダライン１１ａ、１１ｂとブリッジ１３との間隔はアンテナサイズにもよるが本例では０．５ｍｍに設定している。また、本実施の形態では抵抗体１４をアンテナ中央となる給電部１０近傍に設けているが、抵抗体１４はアンテナ中央に限定されない。

図２は本実施の形態に係るアンテナ装置の右半分の等価回路図である。ミアンダライン１１ａの端部に導体で形成されたブリッジ１３の一端が接続されている。同図では、バラクタダイオード１５ａ，１６ａの容量をＣ_Ｔ１、Ｃ_Ｔ２、パターンインダクタ１２ａのインダクタンス値をＬｍ、ブリッジ１３の容量成分をＣｒ、インダクタンス成分をＬｒとしている。バラクタダイオード１５ａ，１６ａの各カソードに、不図示のバイアス回路から同調電圧が印加される。アンテナ装置の左半分も右半分と同じ等価回路となる。

以上のように構成されたアンテナ装置の共振周波数について説明する。
アンテナ装置の共振周波数は、バラクタダイオード１５ａ，１６ｂの合成容量Ｃｔ（＝Ｃ_Ｔ１×Ｃ_Ｔ２/（Ｃ_Ｔ１＋Ｃ_Ｔ２））、パターンインダクタ１２ａのインダクタンス値Ｌｍ、ブリッジ１３の容量Ｃｒ及びインダクタンス値Ｌｒで決まる。

本実施の形態に係るアンテナ装置は、バラクタダイオード１５ａ，１６ｂに印加する同調電圧（バイアス電圧）が低い領域では、バラクタダイオード１５ａ，１６ｂの合成容量Ｃｔ（＝Ｃ_Ｔ１×Ｃ_Ｔ２/（Ｃ_Ｔ１＋Ｃ_Ｔ２））が大きいため、当該合成容量Ｃｔとパターンインダクタ１２ａのインダクタンス値Ｌｍ、ブリッジ１３の容量Ｃｒ及びインダクタンス値Ｌｒとで低い周波数で共振する。一方、バラクタダイオード１５ａ，１６ｂに印加するバイアス電圧が高い領域では、バラクタダイオード１５ａ，１６ｂの合成容量Ｃｔ（＝Ｃ_Ｔ１×Ｃ_Ｔ２/（Ｃ_Ｔ１＋Ｃ_Ｔ２））が小さいため、当該合成容量Ｃｔとパターンインダクタ１２ａのインダクタンス値Ｌｍ、ブリッジ１３の容量Ｃｒ及びインダクタンス値Ｌｒとで高い周波数で共振する。

ここで、放射導体端部に負荷抵抗（ブリッジ１３及び抵抗体１４）を装荷しない場合、アンテナ装置は直列共振モードで動作するので、インダクタンス値が固定で、合成容量Ｃｔを小さくすると、アンテナの共振Ｑが高くなり、当該共振周波数を中心とした周波数特性の帯域幅が狭くなる。

本実施の形態では、ミアンダライン１１ａ、１１ｂの両端部にブリッジ１３及び抵抗体１４を設けたので、ミアンダライン１１ａ、１１ｂで形成される放射導体のインピーダンスが下がり、放射導体端部がオープンの状態に比べて共振Ｑが低下する。これにより、各動作周波数での帯域幅（共振周波数の中心位置からの周波数特性の広がり）が広くなり、特に合成容量Ｃｔを小さくした際のアンテナの共振Ｑが下がり、高域での動作周波数帯域の帯域幅を広くすることができる。

図３は本実施の形態のダイポール型アンテナ装置及び図８に示すアンテナ装置の特性比較を示す図である。高域受信用の同調電圧ＶｔをＶｔ＝３Ｖ（バラクタダイオードの印加電圧）、アンテナ装置の共振周波数を７７０ＭＨｚとなるようにパラメータ設定し、放射導体端部に装荷する負荷抵抗ＲをＲ＝Ｏｐｅｎ、Ｒ＝２０ｋΩ、Ｒ＝１０ｋΩとしてシミュレーションした結果、特性Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３となった。

放射導体端部に装荷する抵抗負荷Ｒ＝Ｏｐｅｎとした場合（抵抗負荷を装荷しない場合）、すなわち図８に示すアンテナ装置でシミュレーションした結果、Ｐ１をピークとする特性Ｗ１となった。特性Ｗ１はアンテナとしての動作周波数の帯域幅が狭く、受信の安定性が悪いことが判る。

抵抗負荷Ｒ＝２０ｋΩを装荷した場合、Ｐ２をピークとする特性Ｗ２となった。特性Ｗ２は放射導体端部に抵抗を装荷していない特性Ｗ１に比べて帯域幅が広く、安定した受信動作が可能であることが判る。また、抵抗負荷Ｒ＝１０ｋΩを装荷した場合、Ｐ３をピークとする特性Ｗ３となった。特性Ｗ３は放射導体端部に抵抗を装荷していない特性Ｗ１及び抵抗負荷Ｒ＝２０ｋΩを装荷した場合に比べて帯域幅が広く、さらに安定した受信動作が可能であることが判る。

また、低域受信用の同調電圧ＶｔをＶｔ＝０Ｖ（バラクタダイオードの印加電圧）、アンテナ装置の共振周波数を４７０ＭＨｚとなるようにパラメータ設定し、放射導体端部に装荷する負荷抵抗ＲをＲ＝Ｏｐｅｎ、Ｒ＝２０ｋΩ、Ｒ＝１０ｋΩとしてシミュレーションした結果、特性Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６となった。

４７０ＭＨｚに同調する場合、放射導体端部に装荷する抵抗負荷Ｒ＝Ｏｐｅｎでは、Ｐ４をピークとする特性Ｗ４となった。抵抗負荷Ｒ＝２０ｋΩでは、Ｐ５をピークとする特性Ｗ５となった。また、抵抗負荷Ｒ＝１０ｋΩでは、Ｐ６をピークとする特性Ｗ６となった。特性Ｗ６は放射導体端部に抵抗を装荷していない又は抵抗負荷Ｒ＝２０ｋΩを装荷した場合に比べて帯域幅が広く、さらに安定した受信動作が可能であることが判る。

このように本実施の形態によれば、ミアンダライン１１ａ、１１ｂの両端部に負荷抵抗（ブリッジ１３の抵抗成分および抵抗体１４）を装荷したので、放射導体端部のインピーダンスを下げてアンテナの共振Ｑを低下させることができ、特に高域受信用の同調電圧Ｖｔをバラクタダイオード１５，１６に印加した際のアンテナの共振Ｑを下げることができ、動作周波数帯域を広げて安定した受信動作が可能になる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置について説明する。
図４は第２の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図であり、図５は第２の実施の形態に係るアンテナ装置の片側部分の等価回路図である。なお、図１に示す第１の実施の形態のアンテナ装置と同一部分には同一符号を付して説明の重複を避ける。

本実施の形態に係るアンテナ装置は、放射導体端部に装荷する負荷抵抗を、抵抗体１４によるＲだけではなく、（Ｒ＋Ｃ）の構成とすることで、同調帯域の低域利得低下を抑制するようにしたものである。すなわち、ミアンダライン１１ａ、１１ｂの両端部をブリッジ１３で連結し、ブリッジ１３の途中に抵抗体１４及びコンデンサ１８を直列に接続している。コンデンサ１８は、第１の帯域より低い周波数では高インピーダンスとなって信号を通さないように作用する結合コンデンサとして機能させる。コンデンサ１８には、アンテナの共振Ｑを下げるために放射導体端部に抵抗を装荷する必要が生じる第１の帯域の周波数以下に対して高インピーダンスを示す容量値を選択する。

以上のように構成されたアンテナ装置では、放射導体端部に抵抗を装荷する必要のない低域の動作周波数帯域では、コンデンサ１８が高インピーダンスを示して信号を通さないため、ミアンダライン１１ａ、１１ｂの両端部がオープン又はそれに近似した状態となり、利得の損失が抑制される。図３の特性Ｗ４に示すように、低域の動作周波数帯域では放射導体端部に抵抗が装荷されていなくても、安定した受信動作を確保できる動作周波数帯域幅を実現できる。

一方、放射導体端部に抵抗を装荷する必要のある動作周波数以上では、コンデンサ１８が低インピーダンスとなってミアンダライン１１ａ、１１ｂの両端部を連結する。その結果、ミアンダライン１１ａ、１１ｂの両端部である放射導体端部には抵抗体１４が装荷された状態となり、アンテナの共振Ｑを下げることができ、高域での動作周波数帯域を広げることができる。

このように本実施の形態によれば、ミアンダライン１１ａ、１１ｂの両端部をブリッジ１３で連結し、ブリッジ１３の途中に抵抗体１４及びコンデンサ１８を直列に接続したので、高域での動作周波数帯域を広げることができると共に、低域での利得低下を抑制することができる。

（第３の実施の形態）
以上の説明ではダイポール型のアンテナ装置を例にしたが、モノポール型のアンテナ装置についての適用可能である。

図６は本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図である。なお、図１、図２に示す第１の実施の形態のアンテナ装置と同一部分には同一符号を付して説明の重複を避ける。
本実施の形態に係るアンテナ装置は、モノポール型の小型チューナブルアンテナ装置であり、放射導体端部とグランドパターンＧＮＤとの間に抵抗体及びコンデンサを直列に接続している。すなわち、ミアンダライン１１の端部にコンデンサ１８の一端を接続し、当該コンデンサ１８の他端に抵抗体１４を介してグランドパターンＧＮＤを接続している。可変容量素子としてのバラクタダイオード１５，１６は互いのカソードを接続し、当該両カソードに同調電圧Ｖｔを、インダクタ１９ａを介して印加するように構成されている。グランドパターンＧＮＤを介して給電部１０と抵抗体１４のグランド側端部とが接続されている。これにより、ミアンダライン１１の端部と給電部１０との間に、グランドパターンＧＮＤ、抵抗体１４、コンデンサ１８で閉ループが形成される。なお、バラクタダイオード１５，１６のカソードはインダクタ１９ｂを介してグランドパターンＧＮＤに接続されている。

以上のように構成されたアンテナ装置では、放射導体端部に抵抗を装荷する必要のない低域の動作周波数帯域では、コンデンサ１８が高インピーダンスを示して信号を通さないため、ミアンダライン１１の端部がオープンとなり、利得の損失が抑制される。

一方、放射導体端部に抵抗を装荷する必要のある動作周波数以上では、コンデンサ１８が低インピーダンスとなってミアンダライン１１の端部とグランドパターンＧＮＤとを結合し、ミアンダライン１１端部である放射導体端部には抵抗体１４が装荷された状態となり、アンテナの共振Ｑを下げることができ、高域での動作周波数帯域を広げることができる。

なお、第３の実施の形態に係るアンテナ装置ではコンデンサ１８を備え周波数特性を持たせているが、低域での利得損失が許される場合等には、コンデンサ１８を除去した構成としても良い。

また、以上の説明は、給電部と放射導体との間に可変容量素子を備えたチューナブルアンテナに関するものであるが、本発明はチューナブルアンテナに限定されるものではない。例えば、放射導体の一端が開放するダイポール型又はモノポール型のアンテナ装置であればチューナブルでなくても同様に適用可能である。

本発明は、ダイポール型又はモノポール型のアンテナ装置に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図 第１の実施の形態に係るアンテナ装置の右半分の等価回路図 第１の実施の形態と図８のアンテナ装置の特性比較を示す図 第２の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図 第２の実施の形態に係るアンテナ装置の右半分の等価回路図 本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図 特許文献１に開示されたアンテナ装置の回路構成図 小型チューナブルアンテナ装置の構成図

符号の説明

１０…給電部
１１ａ，１１ｂ…ミアンダライン
１２ａ，１２ｂ…パターンインダクタ
１３…ブリッジ
１４…抵抗体
１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ…バラクタダイオード
１７ａ，１７ｂ…給電用インダクタ
１８…コンデンサ
１９ａ，１９ｂ…インダクタ

Claims (7)

1. 給電部と、一端が前記給電部に接続され他端が開放された放射導体と、前記放射導体の開放端に接続された抵抗とを備え、前記給電部と前記放射導体と前記抵抗とで当該放射導体のインピーダンスを下げる閉ループを形成したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記給電部を挟んで配置した第１及び第２の放射導体で前記放射導体を構成してダイポール型アンテナを形成し、前記第１及び第２の放射導体の開放端間に前記抵抗を接続したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第１及び第２の放射導体の開放端間を導体からなるブリッジで接続し、当該ブリッジに前記抵抗を設けたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記給電部に前記放射導体の一端を接続してモノポール型アンテナを構成し、前記放射導体の開放端とグランドパターンとの間に前記抵抗を接続し、前記グランドパターンを介して前記給電部と前記抵抗のグランド側端部とを接続したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
5. 前記給電部と前記放射導体との間に可変容量素子を設け、前記可変容量素子にバイアス電圧を印加して希望周波数で同調可能なチューナブルアンテナとなしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記抵抗に対して容量を直列に接続したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記放射導体は、ミアンダ形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置。
   
   
   
   
   

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