JP2009200859A

JP2009200859A - 通信機能を備えた外付け型情報端末機器

Info

Publication number: JP2009200859A
Application number: JP2008040800A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aoyama; 博志青山; Masayuki Gonda; 正幸権田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】主にパソコン等の情報機器に外付けする受信機器としてノイズ電磁波の影響を受けにくく、デジタルテレビ放送帯域内で、良好な受信映像、音声の状態を得ることができる通信機能を備えた外付け型情報端末機器を提供する。
【解決手段】
第１の基体と、前記基体内を通る第１の導体とを有する第１のアンテナ素子と、第２の基体と、前記第２の基体内を通る第２の導体とを有する第２のアンテナ素子とからなるダイポールアンテナと、チューナー部とを搭載する外付け型情報端末機器であって、前記ダイポールアンテナは、バランと整合回路とを介してチューナー部に接続される。このためモノポールアンテナや、一般的なダイポールアンテナに比べてノイズ電磁波の影響を受けにくく、広い周波数帯域でＶＳＷＲが低くて、高い利得が得られる通信機能を備えた外付け型情報端末機器となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信機能を備えた外付け型情報端末機器、特に携帯電話や受信機器などに用いるアンテナに関する。さらにはアンテナを備えた受信機器に関する。

近年デジタルテレビ放送をパソコン等の情報機器で受信する事を可能とする外付き型受信機器が普及してきている。このような受信機器で地上デジタルテレビ放送の全チャンネルを視聴可能とするために使用するアンテナは、例えば日本国内のデジタルテレビ放送帯域では４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚといった広い周波数帯域をカバーできる必要がある。パソコン等の情報機器に外付けされる地上デジタルテレビ放送を視聴可能なチューナー部を搭載した受信機器はその取り扱い上、小型でありながら広帯域かつ高効率であることが求められている。また、前記受信機器には外部との通信のために送信回路を搭載し通信機器とすることもできる。したがって、それに使用されるアンテナも小型でありながら広帯域かつ高利得で機能することが要求される。

従来、テレビやラジオに使われている受信用アンテナとして、例えばアナログ式の小型液晶テレビなどでは金属棒を用いたホイップアンテナが一般的に用いられていた。この方式は地上デジタルテレビ機能搭載携帯電話にも一般的に使われている。別の例として、携帯電話で用いられるイヤホンの一部である電線をラジオやテレビ受信用アンテナとして利用される場合もある。更にはパソコン外付け型の地上デジタルテレビ放送受信機器においてもモノポールタイプのアンテナが使用される例もある。

また、ダイポールアンテナが使われている例としては、ダイポールアンテナを移動用として使うため垂直偏波として無指向性となるように基板に取り付け、基板に整合回路と送受信回路とを備えた移動用電話機用平衡ダイポールアンテナが提案されている。（特許文献１）

また、別の例として、ダイポールアンテナとして、若しくはモノポールアンテナとして切り替える接続部を備えた車載用切り替えアンテナが提案されている。（特許文献２）

更には、磁性基体と磁性基体を貫通する線状の導体を有するチップアンテナであって、前記磁性基体を貫通する線状の導体が接続導体により互いに直列に接続されているチップアンテナが提案されている。（特許文献３）

特表２００２−５３２９２９号公報特開２００３−８７０３７号公報特開昭５６−６４５０２号公報

上記従来例に記載されるようなモノポールタイプのアンテナによって、小型化を図ることは可能であるが、広帯域化に対しては以下のような問題がある。モノポールタイプのアンテナはその長さに対応した共振周波数で最も強く共振する。したがってデジタルテレビ放送の受信に用いた場合、比較的狭い一定の周波数範囲内では所定の性能を得ることは可能である。しかし、デジタルテレビ放送帯域の低い周波数から高い周波数帯域に亘って一定レベル以上の利得は得ることができず、特に低い周波数帯域において利得が低下気味になる。さらにモノポールタイプのアンテナを使用した場合、無指向性で利得も低いためパソコン等の情報機器を近接して配置するとパソコン等のＣＰＵやＬＣＤから発生するノイズ電磁波の影響を受けやすくなる。このため送信電波の強電界地域でなければモノポールタイプのアンテナでは受信映像、音声の状態が良くないといった問題があった。

また特許文献１および特許文献２に移動通信機器用にダイポールアンテナを使う例があるが磁性基体をアンテナ素子に利用していないため広帯域は期待できず、信号源やチューナー部からのノイズ電磁波の影響を少なくするようにスペースを設けたり、アンテナの配置方向の工夫がなされたものではない。特許文献３には磁性基体を利用したモノポールアンテナの例が記載されているが、モノポールアンテナのみの構成であり送受信回路等は無く、ノイズ電磁波の影響を少なくすることまでを考慮したものではない。

そこで本発明では、主にパソコン等の情報機器用外付け型受信機器としてノイズ電磁波の影響を受けにくく、デジタルテレビ放送帯域内の低い周波数帯域でも、良好な受信映像、音声の状態を得ることができ、送信回路も搭載でき、送信にも使用できる通信機能を備えた外付け型の情報端末機器を提供することを目的とする。

本発明の通信機能を備えた外付け型情報端末機器は、第１の基体と、前記基体内を通る第１の導体とを有する第１のアンテナ素子と、第２の基体と、前記第２の基体内を通る第２の導体とを有する第２のアンテナ素子とからなるダイポールアンテナと、チューナー部とを搭載したことを特徴とする。かかる構成によれば、前記外付け型情報端末機器はダイポールアンテナ、チューナー部の順に接続され、ダイポールアンテナのジョイント部側、チューナー部は一つの筐体に収納される。前記ダイポールアンテナは前記筐体のパソコンとの接続端子側とは筐体を介して離れた側に設けられているので、パソコンからのノイズ電磁波の影響を受けることが少なくできる。また、前記ダイポールアンテナは基体と、前記基体内を通る導体で構成されるアンテナ素子からなり、基体は磁性体セラミックスで形成するので、通常のダイポールアンテナに比べて長さを短くできるとともに、広帯域化に寄与している。

本発明の通信機能を備えた外付け型情報端末機器は、前記第１および第２のアンテナ素子が、それぞれ前記第１および第２のアンテナ素子の保持角度が可変可能なジョイント部を備えることを特徴とする。かかる構成によれば、ジョイント部は２つの回転軸で同時に回動可能とすることができるので、それぞれアンテナ素子の保持角度を自由に可変することができる。このことにより受信信号が最大になるように、かつパソコンからのノイズ電磁波の影響を少なくするように適宜ダイポールアンテナを構成する第１、第２のアンテナ素子の開度角度を設定することができる。

前記第１および第２のアンテナ素子は支持部材に搭載され、該支持部材の支持角度が可変可能なジョイント部を備えることを特徴とする。かかる構成によれば、ジョイント部は支持部材が基板の面と平行に回動可能に基板に取り付けられている。したがって前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器の未使用時には、前記第１および第２のアンテナ素子が搭載された支持部材を、ジョイント部の回動により前記アンテナ素子が突出しないように前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器の筐体に沿わせるができる。

本発明の通信機能を備えた外付け型情報端末機器は、前記基体が複数個からなることを特徴とする。かかる構成によれば、前記第１、第２のアンテナ素子は導体を軸に基体を複数串ざし状に構成することができる。基体は磁性体セラミックス等からなるので長くすると衝撃に対して弱いが、本構成とすることによりアンテナ素子に柔軟性を持たせることができ、破損することが少なくできる。また基体長さを短くするので製造も容易となる。

本発明の通信機能を備えた外付け型情報端末機器は、本発明の基体が六方晶フェライトからなることを特徴とする。かかる構成によれば、前記六方晶フェライトの基体は、プラーナと呼ばれるZ型、Y型等である。これらフェライト材料を含む複合材等も用いることができるが、フェライトの焼結体であることが好ましく、特にＹ型フェライトを用いることが好ましい。

前記第１のアンテナ素子および／または第２のアンテナ素子の導体はミアンダ状に形成され、該ミアンダ状に形成された導体の途中に基体が設けられていることを特徴とする。かかる構成によれば、ミアンダ状に形成された導体の途中に前記基体が串団子状に分割されてかつ基体同士の長手方向側面が平行になるように設けられている。このように形成することにより棒状のアンテナ素子を、該アンテナ素子全体を棒状のアンテナ素子に比べ一辺が短い長方形状にまとめることができる。

本発明のチューナー部は、テレビ電波および／またはラジオ電波の受信用であることを特徴とする。かかる構成によれば、デジタルテレビ電波および／またはデジタルラジオ電波を受信するチューナー部であっても本発明のダイポールアンテナを一つ用いるだけでデジタルテレビ電波およびデジタルラジオ電波をカバーすることもできる。

本発明によれば、小型化、広帯域化に有利な導体と基体からなるダイポールアンテナをパソコンの外付け型情報端末機器に搭載する構成としたことにより、特に地上デジタルテレビ放送帯域内の低い周波数から高い周波数帯域までパソコンのＣＰＵやＬＣＤから発生するするノイズ電磁波の影響を少なくでき、良好な受信映像、音声および送信の状態を得ることが出来る。また広い周波数帯域でＶＳＷＲが低くて、高い利得と指向性が得られる。

以下、本発明について具体的な実施形態を示しつつ説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、同一部材については同一の符号を付してある。

図１に本発明に係る通信機能を備えた外付け型情報端末機器の実施形態の一例を示す。図１の通信機能を備えた外付け型情報端末機器Ａは、磁性基体を用いたダイポールアンテナ１とチューナー部４０とを搭載した情報端末機器である。該通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aは情報機器（パソコン）６０のＵＳＢ端子に接続して用いることができる。図１は平面図（アンテナが基板に実装されている状態で、基板面に対して垂直に見た図）である。図１に示す通信機能を備えた外付け型情報端末機器Ａは、第１の基体１２と、前記基体内を通る第１の導体１３とを有する第１のアンテナ素子１１と、第２の基体２２と、前記第２の基体内を通る第２の導体２３とを有する第２のアンテナ素子２１とからなるダイポールアンテナ１と、ジョイント部２４と、バラン３１と、整合回路３２と、チューナー部４０とを搭載した情報端末機器である。

バラン３１と、整合回路３２と、チューナー部４０の配置関係は、たとえば図１１（ａ）に示すように配置し、前記チューナー部４０には受信回路４１のみが内蔵されている。また図１１（ｂ）に示すように前記チューナー部４０にバラン３１と、整合回路３２と受信回路４１を内蔵し、更には送信回路４２が内蔵されていても良い。また図１１（ｃ）に示すように前記チューナー部４０には受信回路４１のみが内蔵され、更には送信回路４２がチューナー部４０とは別に配置されていても良い。以上のように前記ダイポールアンテナは、バランだけでなく整合回路とを介してチューナー部や送受信回路に接続されるのでモノポールアンテナはいうまでもなく、通常のダイポールアンテナのみの場合と比べても広い周波数帯域でＶＳＷＲが低くて、高い利得が得られる。前記受信回路４１はデジタルテレビの受信回路だけでなく、デジタルラジオや携帯電話若しくは無線ＬＡＮなどの受信回路とすることができる。また前記送信回路４２は無線ＬＡＮや携帯電話の送信回路とすることができる。

はじめにダイポールアンテナのアンテナ素子の角度を自由に可変できることと、その効果について説明する。前記基体１２内を通る線状の導体１３の給電側端部はジョイント部１４を介してバラン３１に、基体２２を通る線状の導体２３の給電端側端部はジョイント部２４を介してバラン３１にそれぞれ接続する。この場合、ジョイント部１４、２４の可動部側は前記第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１にそれぞれ接続される。該ジョイント部１４、２４の固定部側は前記第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１が基板５０の面と平行になるように基板５０に取り付けられる。また前記ジョイント部１４、２４の固定部側軸心が、接続端子５１の接続面と平行になるように設けられている。このため前記第１および第２のアンテナ素子１１、１２はパソコン６０の筐体の側面と平行となすことができる。さらに前記ジョイント部１４、２４はその軸心に対して２つの垂直な回転軸で同時に回動可能とすることができるので、それぞれアンテナ素子の角度を基板５０の面と平行な方向、垂直な方向に対して自由に可変することができる。

ダイポールアンテナはダイポールアンテナのアンテナ素子と直角な方向にアンテナ素子を中心軸として８の字状に指向性を持つ。本発明ではこの特性を発揮させるために受信信号または送信信号が大きくなるように、かつパソコンからのノイズ電磁波の影響を小さくなるように前記ダイポールアンテナ１を構成する第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１がなす角度を自由に設定することができる。例えば前記外付け型情報端末機器Ａを前記パソコンのＵＳＢ端子に接続して、前記パソコンのＵＳＢ端子側の側面を電波の飛来方向または放射方向に向け、前記第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１を電波の飛来方向または放射方向に対してＶ字状に開くように設定すれば、ダイポールアンテナの基本形に比べ前記飛来方向または放射方向に対して電界が集中するので利得が高く、Ｖ字状の前記飛来方向または放射方向とは反対の方向に対しては利得が低くなり、Ｖ字状に開いた反対の方向となるパソコンからのノイズ電磁波の影響を少なくすることができる。

前述のようにジョイント部１４、２４は前記第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１が基板５０の面と平行に時計の針が回転するがのごとく回動可能になるように基板５０に設けられている。このため構造的な利点として、前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの未使用時には図１（ａ）の矢印方向にジョイント部２４を回動させ、前記第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１を前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの筐体側面に沿わせるように該通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの筐体と一体化した直方体形状にまとめることができる。使用時には前記第１のアンテナ素子１１、第２のアンテナ素子２１を図１（ｂ）の矢印方向に回動させることにより広げてダイポールアンテナ１として構成することができる。

次に、本発明に係るダイポールアンテナと送受信回路との間にバランおよび整合回路を設ける構成とすることにより優れる点を説明する。一般的にバランはアンテナと送受信回路の平衡と不平衡を変換するＬＣ素子であり、アンテナと送受信回路の間にバランのみを挿入することで整合性は確保される。しかし本願発明ではバランの後段に更にＬＣ素子による整合回路を挿入することによりバランの周波数特性が補正されさらに整合性を良くすることができる。その結果ＶＳＲＷがより改善され、広帯域において高利得なアンテナとすることができる。例えばバラン３１と、整合回路３２を直列に接続した場合は、図５に示す回路を用いる。図５の例では、キャパシタＣｎ、インダクタＬｎ（ｎ＝１〜４）でバランを、キャパシタＣｍ、インダクタＬｍ（ｍ＝ａ，ｂ）で整合回路を構成している。アンテナ側のＣ_１とＬ_１の接続点にアンテナ素子の導体を接続し、回路側のC_３とＬ_２の接続点にはLａを接続し、Ｃ_ｂの送受信回路側には送受信回路を接続する。

次に、本発明に係るチューナー部の優れる点を説明する。前記チューナー部にはアンテナをのぞく前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器の主要部分を内蔵することができる。図１の例では前記チューナー部４０にはバラン３１と、整合回路３２と受信回路４１が内蔵されている。更には送信回路４２が内蔵されていても良い。このような構成とすることによりチューナー部を1チップとすることができるので前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの筐体をコンパクトにすることができるとともに、製造工程が大幅に削減できる。また図４の例では前記チューナー部４０には受信回路４１のみ内蔵され、バラン３１と整合回路３２とが内蔵されていない。更には送信回路４２がチューナー部４０とは別に設けられていても良い。このような構成とすることによりバラン３１、整合回路３２、受信回路４１、送信回路４２を個別に取り替え可能となり、設計変更がし易く設計変更が生じた場合の製造費用も削減できる。また前記構成要素の配置の自由度が高まるので前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの筐体の形状設計も容易となる。

次に、本発明に係る通信機能を備えた外付け型情報端末機器の実施形態の別の一例を示す。図４の通信機能を備えた外付け型情報端末機器Ａは、別の実施形態のダイポールアンテナを搭載した情報端末機器である。該通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aは情報機器（パソコン）６０のＵＳＢ端子に接続して用いることができる。図４は平面図（アンテナが基板に実装されている状態で、基板面に対して垂直に見た図）である。図４に示す通信機能を備えた外付け型情報端末機器Ａは、第１の基体１２と、前記基体内を通る第１の導体１３とを有する第１のアンテナ素子１１と、第２の基体２２と、前記第２の基体内を通る第２の導体２３とを有する第２のアンテナ素子２１とからなるダイポールアンテナ１と、バラン３１と、支持部材２５と、ジョイント部１４と、整合回路３２と、チューナー部４０とを搭載した通信機能を備えた外付け型情報端末機器である。

バラン３１と、整合回路３２と、チューナー部４０の配置関係は、たとえば図１１（ａ）に示すように配置し、前記チューナー部４０には受信回路４１のみが内蔵されている。また図１１（ｂ）に示すように前記チューナー部４０にバラン３１と、整合回路３２と受信回路４１を内蔵し、更には送信回路４２が内蔵されていても良い。また図１１（ｃ）に示すように前記チューナー部４０には受信回路４１のみが内蔵され、更には送信回路４２がチューナー部４０とは別に配置されていても良い。以上のように前記ダイポールアンテナは、バランだけでなく整合回路とを介してチューナー部や送受信回路に接続されるのでモノポールアンテナはいうまでもなく、通常のダイポールアンテナのみの場合と比べても広い周波数帯域でＶＳＷＲが低くて、高い利得が得られる。また前記受信回路４１はデジタルテレビの受信回路だけでなく、デジタルラジオや携帯電話若しくは無線ＬＡＮなどの受信回路とすることができる。また前記送信回路４２は無線ＬＡＮや携帯電話の送信回路とすることができる。

前記第１のアンテナ素子１１は図１の前記第1の実施例の第１のアンテナ素子１１と同じ構造であるが、前記第２のアンテナ素子２１は導体２３がミアンダ状に形成されている。ミアンダ状に形成された導体２３の途中に基体２２が串団子状に分割されてかつ基体２２同士の長手方向側面が平行になるように設けられている。このように形成することにより直線状のアンテナ素子に比べ、前記第２のアンテナ素子２１の長さ方向が短くなり、幅方向が広くなるので方形状のサブ基板２５に搭載することができる。このように前記第２のアンテナ素子２１をサブ基板２５にコンパクトに搭載することができるので、図４（ａ）のように前記情報端末機器Aがパソコンの右側面に取り付けられる場合でもキーボード操作時に邪魔にならい。前記第２のアンテナ素子２１をこのように形成した場合でもダイポールアンテナとしての機能は保たれ、特性としてもほとんど変わらない。

この実施例では前記第１のアンテナ素子１１と、前記第２のアンテナ素子２１と、バラン３１とをサブ基板２５等を用いて一体的に搭載する。ジョイント部２４は支持部材２５が基板５０の面と平行に回動可能に基板５０に取り付けられている。したがって前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aは、未使用時には図４（ａ）の矢印方向にダイポールアンテナ１が搭載された支持部材２５をジョイント部１４により回動させ、前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの筐体と一体化するように前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aを直方体形状にまとめることができる。もちろん前記第２のアンテナ素子２１だけでなく前記第１のアンテナ素子１１もミアンダ状に形成することができる。使用時には前記第１のアンテナ素子１１、第２のアンテナ素子２１を図４（ｂ）の矢印方向に回動させることにより広げてダイポールアンテナとして構成することができる。

尚、サブ基板２５は図4の場合だけでなく図1の場合にもダイポールアンテナ１と、バラン３１と、ジョイント部１４とを基板５０とは別のサブ基板２５に搭載することもできる。このことにより通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの構造上の制約条件を少なくすることができ、前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの筐体形状も設計の自由度を高めることができる。例えばサブ基板２５を基板５０に対して垂直とすることにより筐体の長手方向の長さを短くすることができる。

本発明は磁性基体をアンテナ素子に利用してダイポール化したアンテナを用いている。このため次に磁性基体部分による効果を説明する。第１、第２のアンテナ素子は磁性体からなる基体と、該基体内を通る導体からなるので、磁性体による波長短縮の効果により導体のみからなるアンテナ素子に比べ長さを短くすることができる。この波長短縮の原理を説明する。基体として磁性体を使用する場合、磁性体を貫通する導体の全周に磁性体が存在することになるので磁界は導体の周りに同軸状にできる。その結果、基体が持つ透磁率が高くなることによる。波長短縮後のアンテナ長さＬ_２は磁性基体の初透磁率をμ、基体の実長さをＬ_１とすると、Ｌ_２＝Ｌ_１×√μで示される。

つまり本発明では前記ダイポールアンテナのアンテナ素子部分を、導体が磁性基体を貫通する構造とすることにより、磁性基体による波長短縮効果が生じダイポールアンテナの基本形よりアンテナ素子の長さが短くなる。そのためアンテナ素子と、情報機器（パソコン）６０のグランド部分のアンテナ素子が対向する部分（例えば図１（ａ）で、前記第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１が情報機器（パソコン）６０側に投影する長さ部分）が少なくなる。この結果アンテナ素子と前記グランド部との容量結合が減少することで利得が向上し帯域幅が広がる。更に情報機器（パソコン）６０から放射されるノイズ電磁波をアンテナ側で受信し難くなり前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの受信状態が相対的に向上する効果がある。またアンテナ素子が短くなるので取り扱い易くなる。

また図２に示すように磁性基体内を導体が貫通する構造なので、ヘリカル電極を有する磁性基体アンテナのように導体が基体に巻回されていない。したがってヘリカル電極の線間容量成分に相当するものがなく、帯域全体の利得を向上させることができる。つまり帯域を拡大するうえで優れた構成となる。

通信機能を備えた外付け型の情報端末機器には取り扱い上ある程度の構造的強度が要求される。そのため基体の強度について詳しく説明する。基体が磁性基体の場合、セラミックスを基体の母体材質とするため過大な衝撃が加わったときには割れる可能性がある。外付け型通信機器においては、取り付け取り外し時に誤って落下させてしまう可能性が有る。この落下の場合衝撃が加わるが、アンテナの信頼性を高めるためには、高い耐衝撃性が要求される。このため基体の長手方向を短くしておけば、外力に対する基体の信頼性を高めることができる。

次に基体の強度対策について説明する。例えば図１や図４では前記第１のアンテナ素子１１と、第２のアンテナ素子２１は基体が分割され、一本の導体１３が前記分割された基体を貫通している構造であるため、前記分割された基体は一直線上に並ぶことになる。基体を分割構造とする場合、個々の基体の長さを小さくすることもできる。このため、柔軟性が生じ構造的強度が高まり割れにくく、アンテナの信頼性向上に寄与する。一方前記第１、第２のアンテナ素子の基体内を通る導体１３‘は必ずしも一本の導線で構成されていなくてもよい。例えば、図3に示すように個々の基体にそれぞれ導体１３‘を貫通させて該導体１３‘の端部２６を若干突出させておき、該端部２６同士をハンダ付け等により接続しても良い。ただし、連続した一本の線状の導体１３で構成すれば、接続数を減らすことができ、アンテナの製造工程の簡略化や製品信頼性の向上を図ることができる。

次に、基体を導体が一本貫通している構造と効果について詳しく説明する。図２に、アンテナを構成する基体が磁性基体によるアンテナ素子の一例を示す。図２の（ａ）は斜視図、（ｂ）は長手方向に沿って導体を含んだ断面図、（ｃ）は長手方向に垂直な方向での断面図である。図２に示す構成は、直線状の導体１３が直方体状の基体１２をその長手方向に貫通している。直線状の導体は、磁界が該導体を周回するように形成するため基体の外側の面からの距離は一定で基体の中心軸を貫通していることが好ましい。また基体１２の内部には、放射導体として機能する直線状の導体が一本だけ貫通している構造なので、該導体は基体内部で導体同士が対向する部分を持たず、容量成分の低減には特に有効である。また、直線状の導体１３が基体１２を貫通している構造なので、基体に導体を巻回する場合に比べて、アンテナ素子全体の小型化を図ることができる。

次に磁性体チップアンテナ部分によって広帯域化が可能となる理由を説明する。たとえばデジタルテレビ放送で使用する周波数帯域は４７０〜７７０ＭＨｚと広い。更にデジタルラジオ放送帯域である１８８ＭＨｚ〜１９２ＭＨｚまでを含めると、より広帯域を要求される。該帯域全域で良好な受信品質を得るには該帯域全域に亘って一定以上の利得と低いノイズレベルを維持することが必要である。

まず広帯域化のためにはアンテナのＱ値を下げることが必要となるが、Ｑ値はインダクタンスをＬ、容量をＣとすると（Ｃ／Ｌ）^１／２で表されるため、Ｌを上げる一方、Ｃを下げる必要がある。たとえば基体として誘電体を用いた場合には、基体に導体を巻回するが、インダクタンスＬを上げるためには導体の巻き線数を増やす必要がある。しかし、巻線数の増加は線間容量の増加を招くため、アンテナのＱ値を効果的に下げることができない。

本発明に係るアンテナ素子は、上述のように容量成分の低減に効果的な、直線状の導体が磁性基体を貫通する構成であるので、基体に導体を巻回する方法とは異なり透磁率でインダクタンスＬを上げることができる。したがって巻線による線間容量Cの増加が無いので、Ｑ値を下げることができアンテナの広帯域化に特に顕著な効果を発揮するのである。たとえば磁路は前記導体を周回するように基体内に閉磁路を構成する。該構成で得られるインダクタンス成分Ｌは導体を覆う基体部分の長さや断面積に依存する。よって、前記アンテナ素子は、効率よくＬ成分を確保しアンテナの小型化を図ることができる。もちろん基体として誘電体を用いることができるが、前述のように周波数帯域を広くするには磁性基体を導体が貫通する構成のほうが有利である。

さらに、基体の分割について説明する。本発明では例えば上述した図１や図４の例のようにアンテナ素子の基体を導体の長手方向に複数個に分割することもできる。この理由は上述のように、本発明に係るアンテナ素子における磁路は、導体の中心軸を周回するように形成されるため、基体が導体の長手方向に複数個に分割されても、分割したことがインダクタンス成分Lの形成に与える影響は原理的に極めて小さいからである。これに対して、例えば誘電体の基体に導体を巻回して形成するヘリカル電極の場合は、基体内の磁路は巻回したコイルの中心軸方向（基体の長手方向を貫くように）に形成されるため、基体を分割すると磁路が分断されL成分は著しく低下する。

基体の形状は、特に限定するものではないが断面は長方形、正方形又は円形で、外観形状としては直方体、円柱等とすることができる。安定な実装を実現する上では直方体の形状が好ましい。また、直方体の場合には、長手方向に垂直な方向に位置する角の部分に面取りを設けることが好ましい。面取りを設けることによって、例えば基体に磁性基体を使用する場合は磁束が漏れにくくなるほか、チッピング等の不具合も防止できる。面取りの仕方は、角部を直線状に切り落とす方法であってもよいし、曲面状にする方法でもよい。面取りの幅（磁性基体の側面において面取り部分によって失われている長さ）は、その実質的な効果を発揮するためには０.２ｍｍ以上であることが好ましい。一方、面取りが大きくなると直方体形状であっても安定な実装が困難になるので１ｍｍ以下（基体の幅または高さの１／３以下）が好ましい。また各アンテナ素子の基体の長さは必ずしも同一でなくてもよいが、同一とすることにより製造工程の簡略化が図られる。

また、基体を貫通する導体の断面形状も特に限定するものではないが、例えば円形、正方形、長方形等である。すなわち、導体としては線状（ワイヤ）、箔状（リボン）のものを用いることができる。例えば基体に磁性基体を使用する場合は導体の断面形状と基体の断面形状を略相似とし、導体の外周を同軸状に取り囲む基体の厚さを一定にすると、均一性の高い磁路が形成されるので好ましい。ここで断面とは前記基体の長手方向に垂直な断面を指す。

また、基体を貫通して使用される導体には４２アロイ、コバール、リン青銅、コルソン系銅合金など硬度の高い導体材料が好ましい。これらの材質は特に導体の両端を屈曲せず直線状のまま使用する場合に適する。導体にはポリウレタンやエナメル等の絶縁被覆を設けてもよい。例えば基体に体積抵抗率の高い、例えば１×１０^５Ω・ｍ以上の磁性基体を用いることで絶縁被覆を設けることなく絶縁を確保することも可能であるが、絶縁被覆を設けることによって、特に高い絶縁性が得られる。この場合絶縁被覆の厚さは２５μｍ以下が好ましい。

前記の磁性基体としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｌｉ系フェライトに代表されるスピネル型フェライト、プラーナと呼ばれるZ型、Y型等の六方晶フェライト、これらフェライト材料を含む複合材等を用いることができるが、フェライトの焼結体であることが好ましく、特にＹ型フェライトを用いることが好ましい。フェライトの焼結体は体積抵抗率が高く、導体との絶縁を図るうえで有利である。体積抵抗率の高いフェライト焼結体を用いれば、導体との間に絶縁被覆を必要としなくなる。

一般的にフェライトをアンテナに用いた場合、アンテナの損失は磁気損失tanδ×透磁率μに比例するが、磁気損失tanδは極力小さいのが好ましく、透磁率μは２〜６程度が好ましい。なかでも六方晶フェライトのうち後述する表１のＹ型フェライトは、３ＧＨz以上の高周波まで透磁率μが２〜６程度に維持される点と、３ＧＨzまでの周波数帯域で磁気損失tanδが小さい点から、日本国内のデジタルラジオ放送帯域（１８８ＭＨｚ〜１９２ＭＨｚ）やデジタルテレビ放送帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）からＵＭＴＳ帯（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）までをも含むアンテナ素子にも好適である。かかる場合、Ｙ型フェライトの焼結体を磁性基体として用いればよい。Ｙ型フェライトの焼結体は、Ｙ型フェライト単相に限らず、Ｚ型やＷ型等他の相を含有するものであってもよい。

前記六方晶フェライトであるＹ型フェライトの１ＧＨｚにおける初透磁率を２以上で、損失係数を０.１以下、より好ましくは０.０５以下とすると、日本国内のデジタルテレビやデジタルラジオの放送帯域においても広帯域、高利得のアンテナ素子を得る上で有利である。初透磁率が低くなりすぎると、広帯域化を図ることが困難となる。また、損失係数、すなわち磁気損失が大きくなると磁性体チップアンテナとして利用した場合、利得が低下する。アンテナ素子として−５ｄＢｉ以上の平均利得を得るためには、損失係数は０.０５以下が好ましい。更に損失係数を０.０３以下と低くすると、特に利得の高いアンテナ素子を得ることができる。

このように本発明の磁性基体をアンテナ素子に用いた構造は前述のように容量成分を形成しにくいため、比誘電率が多少大きくなってもアンテナ素子の内部損失の増加が抑制される。損失の観点からは、比誘電率は低いことが好ましいが、本発明の磁性基体をアンテナ素子に用いた構造ではアンテナの内部損失が比誘電率の影響を受けにくい。したがって、共振周波数のばらつきを抑えるために、基体には誘電率の大きい誘電材料を用いることもできる。この場合、比誘電率は４以上が好ましく、より好ましくは６以上である。

本発明のアンテナ素子の被覆および保護について説明する。磁性基体はその材料特性から衝撃に対して弱い。本発明の図１や図４の実施例では対衝撃性を高めるため磁性基体に分割して、導体を軸に繋がってアンテナ素子を構成している。しかしながら磁性基体を分割することにより柔軟性は生じるものの、実用性の観点からアンテナ素子全体を被覆して一体化する必要がある。よって図3に示すように被覆部７０として樹脂などにより磁性基体を含めたアンテナ素子全体の表面をジョイント部との接続部分まで覆うなどして固めるのが良い。被覆の厚さは層厚さ０．５ｍｍ程度が好ましい。樹脂には通信機能を備えた外付け型情報端末機器の筐体色とのバランスを考慮して適宜着色剤を混合することもできる。

次に、本発明に係るアンテナの構成をダイポールアンテナとすることにより優れる点を説明する。本発明のダイポールアンテナのアンテナ素子は磁性体からなる基体と、該基体内を貫通する導体からなる。一般にダイポールアンテナは、λ／４で共振する無指向性のモノポールタイプのアンテナとは異なりλ／２の長さを有し、アンテナ素子の長手方向と直角な方向に指向性を有し、該方向の利得もモノポールタイプのアンテナに比べ高い。

また、基体を貫通して使用される導体には４２アロイ、コバール、リン青銅、コルソン系銅合金など硬度の高い導体材料が好ましい。これらの材質は特に導体の両端を屈曲せず直線状のまま使用する場合に適する。導体にはポリウレタンやエナメル等の絶縁被覆を設けてもよい。例えば基体に体積抵抗率の高い、例えば１×１０^５Ω・ｍ以上の磁性基体を用いることで絶縁被覆を設けることなく絶縁を確保することも可能であるが、絶縁被覆を設けることによって、特に高い絶縁性が得られる。この場合絶縁被覆の厚さは２５μｍ以下が好ましい。これが厚くなりすぎると基体と導体との隙間が大きくなり、インダクタンス成分が減少する。

以下ここで、本発明の磁性基体の製作方法と実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

はじめに図２に示す本発明のY型の六方晶フェライトからなる磁性基体の製作にあたっては、主成分であるＦｅ_２Ｏ_３、ＢａＯ（ＢａＣＯ_３を使用）、ＳｒＯ（ＳｒＣＯ_３を使用）、ＣｏＯ（Ｃｏ_３Ｏ_４を使用）、ＺｎＯを、この順に６０ｍｏｌ％、１２ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％、１２ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％のモル比となるように秤量し、この主成分１００重量部に対してＬｉ_２ＣＯ_３を０.５重量部添加し、水を媒体として湿式ボールミルにて１６時間混合した。

次に、この混合粉を乾燥後、大気中１０００℃で２時間、仮焼した。この仮焼粉を、水を媒体とした湿式ボールミルにて１８時間粉砕した。得られた粉砕粉にバインダー（ＰＶＡ）を１％添加し、造粒した。造粒後リング状および直方体状に圧縮成形し、その後酸素濃度を変えた雰囲気中で焼成温度を１１５０〜１２００℃まで変えて、それぞれ３時間焼結し、焼結体を得た。比較のためにＳｒＯを含有せず（その分ＢａＯを８ｍｏｌ％増やす）、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯをそれぞれ６０ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％、１２ｍｏｌ％、８ｍｏｌ％のモル比となるように秤量して、焼成温度を１１８０〜１２００℃まで変えて、それぞれ３時間焼結し、焼結体を作製した。これら得られた外径７.０ｍｍ、内径３.５ｍｍ、高さ３.０ｍｍのリング状焼結体の焼結体密度と２５℃、５００ＭＨｚの初透磁率μ_ｉおよび損失係数ｔａｎδを測定した。その測定結果を表１に示す。なお、密度測定は、水中置換法により測定し、初透磁率μ_ｉおよび損失係数ｔａｎδは、インピーダンス・ゲインフェイズ・アナライザー（Ｈｅｗｌｅｔｔ・Ｐａｃｋａｒｄ社製４２９１Ｂ）を用いて測定した。

表１に示すフェライト焼結体はいずれもＹ型フェライトが主相である。前記主成分のうちＳｒＯを０ｍｏｌ％とし、ＺｎＯを８ｍｏｌ％としたＮｏ４、５のフェライト焼結体では焼成温度を１２００℃から１１８０℃に下げることにより焼結体密度が低下すると、損失係数が０．０８から０．０５と低下するが、初透磁率も６．６から５．５と低下することがわかる。これに対して前記主成分のうちＳｒＯを８ｍｏｌ％とし、ＺｎＯを８ｍｏｌ％としたＮｏ１〜３のフェライト焼結体では焼成温度を下げることにより焼結体密度を変化させても初透磁率は４．７程度で、ほとんど変化しないという特異な挙動を示している。一方損失係数は焼結体密度が減少するにしたがって０．１０から０．０３と低下しており、焼結体密度の減少によって初透磁率を維持しつつ、損失係数を小さくできることがわかる。表１のＮｏ１では焼結体密度が４.７３×１０^３ｋｇ／ｍ^３で、５００ＭＨｚに於いて初透磁率μ_ｉは４．７、損失係数ｔａｎδは０．０３を実現した。尚、表１のＮｏ１では１ＧＨｚ程度まで損失係数０．０３が得られた。本発明では高透磁率でありながら低損失係数である表１のＮｏ１のフェライト焼結体を使用した。

上記磁性部材の製作方法は磁性体粉末のみを用いて混練、焼成したものであるが、磁性体粉末と樹脂材を混合、固化して複合部材としたものを複合磁性部材として利用することもできる。この場合樹脂で固めることにより磁性体粉末のみの場合に比べて強度を向上させることができる。また磁性体粉末と樹脂材の混合比率を変えることができるため磁性部材の密度を変えることが容易となる。

また別な製造方法としては基体と導体を一体で形成してもよい。例えば、基体が磁性体で構成される場合、すなわち磁性体の粉末の中に導線を配した状態で圧縮成形し、その後焼結する方法で形成することができる。また、基体と導体を一体で形成する方法として、グリーンシートを積層する積層プロセスを採用することもできる。磁性体粉末と結合剤、可塑剤の混合物をドクターブレード法等でシート成形してグリーンシートを得て、該グリーンシートを積層して積層体を得る。グリーンシートにＡｇ等の導体ペーストを直線状に印刷して導体が貫通している磁性基体を得ることができる。

次に図１に示す本発明に係る通信機能を備えた外付け型情報端末機器に搭載するダイポールアンテナの実施例について説明する。本実施例では基体１２、２２の長さ５５ｍｍ、直径４ｍｍの円柱状で初透磁率μが４．７の磁性材料を前記基体に使用した。この場合の波長短縮効果による実効長さ（基体１０の実長さ５５ｍｍ×√４．７）は１２０ｍｍとなり、該長さは５５０ＭＨｚの略λ／４である１３６ｍｍに相当する。この導体が貫通した磁性基体２つでダイポールアンテナのアンテナ素子を構成し地上デジタルテレビ放送帯域に共振させることができる。このような構成とすることによりアンテナ素子が導体のみ、若しくは導体が貫通していない磁性基体の表面に逆Ｆ型アンテナ等の導体が印刷されたアンテナでは十分得ることの出来ない地上デジタルテレビ放送帯域内の低い側の周波数でＶＳＷＲが低く、高い利得が得ることができる。もちろん地上デジタルテレビ放送帯域より周波数の低いデジタルラジオ放送帯域に用いてもアンテナ素子を短くできるので、モノポールタイプのアンテナに比べ取り扱いが容易となる。

次に、アンテナ装置の共振周波数の調整方法について説明する。本発明のアンテナで使用する帯域を決めるには、まず中心周波数ｆ_０を決める必要がある。基体が磁性基体で構成される場合、あらかじめ対象とする周波数帯域に好ましい透磁率μと寸法から選定した磁性基体を、ダイポールアンテナを構成する２つの導体に装着する。最後に対象とする周波数帯域の中心周波数ｆ_０に合うように前記２つの導体の長さを調整して決める。磁性基体の大きさが大きいほど共振周波数は低くなるので、調整分を見込んで磁性基体の幅、高さを大きめに取っておく。基体を分割する場合は基体の一個あたりの長さを耐衝撃性に有効となるような長さとする。

次に、前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aの性能の実測例について説明する。アンテナ性能の実測例の装置構成として、前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Ａに前記ダイポールアンテナ１を実装した状態で、該通信機能を備えた外付け型情報端末機器Ａの接続端子５１をパソコン６０に接続した。前記ダイポールアンテナ１を搭載した実施例を図１０に示す。すなわち基板５０に、ダイポールアンテナ、バラン、整合回路、チューナー部を搭載したものであり、図１に示す構成を具体化したものである。この例ではアンテナ素子の各寸法は前述の基体１０の長さ５５ｍｍ、直径４ｍｍの円柱状を使用した。前記ダイポールアンテナ１から３ｍ離れた位置に測定用アンテナ（図１０の通信機能を備えた外付け型情報端末機器の右側に設置（図示せず））を設け、該測定用アンテナを５０Ωの同軸ケーブルを介してネットワークアナライザに接続して、アンテナ特性を測定した。具体的には図１０に示す基板５０の横方向（基板の短辺方向）をＸ、それに直角な方向（基板の長手方向）をＹ、それらに垂直な方向すなわち基板の面に垂直な方向をＺとし、ＸY面での平均利得と、ＶＳＷＲを測定した。測定した周波数帯域は４５０〜８５０ＭＨｚである。

また図６には本発明の実施例である図１０に記載のダイポールアンテナ１を実装した状態の前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aをパソコン６０に接続した場合と、該通信機能を備えた外付け型情報端末機器A単体で測定した場合のＶＳＷＲと周波数の関係を示す。図６に示すＶＳＷＲは、パソコン６０に接続した場合と、該通信機能を備えた外付け型情報端末機器A単体での場合とで大きな違いは無く、本発明のダイポールアンテナ１を搭載した外付け型情報端末機器Aはパソコン６０からの電磁気的影響が少ないことを示している。実施例では地上デジタルテレビ放送帯の低域側も高域側も低く、３．５以下となっていてＶＳＷＲが低い優れたアンテナ特性を示していることを確認している。

図７には本発明の実施例である図１０に記載のダイポールアンテナ１を実装した状態の前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aをパソコン６０に接続した場合と、該通信機能を備えた外付け型情報端末機器A単体で測定した場合の平均利得と周波数の関係を示す。図７に示す平均利得は、パソコン６０に接続した場合と、該通信機能を備えた外付け型情報端末機器A単体での場合とで大きな違いは無く、本発明のダイポールアンテナ１を搭載した通信機能を備えた外付け型情報端末機器Aがパソコン６０からの電磁気的影響が少ないことを示している。実施例では地上デジタルテレビ放送帯の特に低域側での利得が低下しないのが特徴的で、帯域内の平均利得は全帯域で−５Ｂ以上を示し実用上十分な利得となっている。

本発明の実施例がノイズ電磁波の影響が少ないことのデータとして図８には前記実施例である図１０に記載のダイポールアンテナ１をバラン３１と整合回路３２を介してスペクトルアナライザに接続した場合と、前記従来例のモノポールアンテナをスペクトルアナライザに接続した場合によるノイズ受信電力と周波数の関係の測定データを示す。図８では本発明のダイポールアンテナ１のノイズ電磁波の受信電力が平均−６５ｄＢ程度とかなり低いことがわかる。更にはノイズ電磁波の受信電力が４５０〜６００ＭＨｚおよび７００〜８５０ＭＨｚでモノポールアンテナでは平均−５５ｄＢｍ程度であるが、本発明のダイポールアンテナでは平均−６５ｄＢｍ程度であり、モノポールアンテナに比べ平均７〜１０ｄＢｍも低く、かつ一定の範囲での変動に収まっている。一般的にパソコンのＵＳＢ端子に前記情報端末機器Ａを接続してテレビを視聴する場合は固定状態で使用することが多いので、一旦アンテナ状態を設定してしまえばモノポールアンテナに比べノイズの少ない良好な受信状態を広帯域に亘って安定して確保することができる。

また図９には本発明の実施例である図１０に記載の前記ダイポールアンテナ１による指向性を示す。本発明の実施例ではＸ−Ｙ平面において8の字状のダイポールアンテナ特有の指向性パターンを示している。

このようにダイポールアンテナのアンテナ素子部分に磁性体による基体を設け、ダイポールアンテナ部分を回動可能とし、ダイポールアンテナとチューナー部の間にバランと整合回路を挿入することにより、小型でありながら広帯域で感度が高く、パソコン等からのノイズ電磁波の影響を受けることが少なく、取り扱いも容易な通信機能を備えた外付け型情報端末機器とすることができる。ちなみに地上デジタルテレビ放送の各チャンネルについて、モノポールアンテナでは画像が途切れたりして不安定となる電界強度の地点で、本発明のダイポールアンテナを用いて受信を試みたところいずれのチャンネルにおいても画像が途切れることなく安定して受信することを確認した。

前記ダイポールアンテナおよびそれを用いて構成した前記通信機能を備えた外付け型情報端末機器は、受信だけでなく送受信可能な通信機器に用いることができる。例えば、携帯電話、無線ＬＡＮ、パーソナルコンピュータ、地上デジタルテレビ放送関連機器等の通信機器にも用いることができ、これらの機器を用いた通信における広帯域対応に寄与する。

本発明の実施形態の通信機能を備えた外付け型情報端末機器を示す図である。本発明に係るアンテナに用いる基体の例を示す図である。本発明に係るアンテナに用いる基体の固定例を示す図である。本発明の他の実施形態の通信機能を備えた外付け型情報端末機器を示す図である。本発明に係る通信機能を備えた外付け型情報端末機器に用いる整合回路の例を示す図である。本発明に係るアンテナのＶＳＷＲの実測例を示す図である。本発明に係るアンテナの平均利得の実測例を示す図である。本発明に係るアンテナと従来例のノイズ受信強度の実測例を示す図である。本発明に係るアンテナの指向性の実測例を示す図である。本発明の通信機能を備えた外付け型情報端末機器をパソコンに接続した実施例を示す図である。本発明に係るチューナー部の例を示す図である。

符号の説明

Ａ：通信機能を備えた外付け型情報端末機器
１：ダイポールアンテナ
１１、２１：アンテナ素子
１３、１３‘、２３：導体１２、２２：基体
１４、２４：ジョイント部２５：サブ基板２６：端部
３１：バラン３２：整合回路
４０：チューナー部４１：受信回路４２：送信回路
５０：基板５１：接続端子
６０：情報機器(パソコン) ７０：被覆部

Claims

第１の基体と、前記基体内を通る第１の導体とを有する第１のアンテナ素子と、第２の基体と、前記第２の基体内を通る第２の導体とを有する第２のアンテナ素子とからなるダイポールアンテナと、チューナー部とを搭載したことを特徴とする通信機能を備えた外付け型情報端末機器。
前記第１および第２のアンテナ素子は、それぞれ前記第１および第２のアンテナ素子の保持角度が可変可能なジョイント部を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信機能を備えた外付け型情報端末機器。
前記第１および第２のアンテナ素子とは支持部材に搭載され、該支持部材の支持角度が可変可能なジョイント部を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信機能を備えた外付け型情報端末機器。
前記基体は、複数個からなることを特徴とする請求項１〜３に記載の通信機能を備えた外付け型情報端末機器。
前記基体は、六方晶フェライトからなることを特徴とする請求項１〜４に記載の通信機能を備えた外付け型情報端末機器。
前記第１のアンテナ素子および／または第２のアンテナ素子の導体はミアンダ状に形成され、該ミアンダ状に形成された導体の途中に基体が設けられていることを特徴とする請求項１〜５に記載の通信機能を備えた外付け型情報端末機器。
前記チューナー部は、テレビ電波および／またはラジオ電波の受信用であることを特徴とする請求項１に記載の通信機能を備えた外付け型情報端末機器。