JP2009296483A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同調電圧が印加される可変容量素子のグラウンド端子を磁場の弱い場所に確保でき、構造の簡素化と共にアンテナ性能の改善を図ること。
【解決手段】このアンテナ装置１は、高周波信号給電ラインＬ１と、バラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２を有する共振回路を備えると共に一端が高周波信号給電ラインＬ１に接続された整合回路３と、一方の端部が整合回路３の他端に接続され他方の端部が高周波的に開放された放射導体２ａと、放射導体２ａの他方の端部とグラウンドとの間に接続された抵抗体ＲＬとを具備し、高周波信号給電ラインＬ１を介してバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２に同調電圧を供給すると共に、当該バラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２に流れる電流を放射導体２ａ経由で抵抗体ＲＬを介してグラウンドに流す。
【選択図】図１

Description

本発明は、メインボード側からアンテナ側に対して給電を行うと共にチューニング電圧を印加する可能なアンテナ装置に関する。

従来、小型軽量のアンテナ素子を備えて同調周波数を可変にしたチューナブルアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図４に特許文献１に記載のアンテナ装置の構成図を示す。同図に示すように、アンテナ１０に対してメインボード側となる同調回路２０が給電すると共に同調周波数を可変可能に接続されている。アンテナ素子１１の基端部に給電点１２が設けられ、給電点１２に対してメインボード側から不図示の給電ラインを介して電源が供給される。アンテナ素子１１から出力されるＲＦ信号はアンテナ側に設けられたＬＣ直列共振回路３０を介して同調周波数成分が同調回路２０へ出力される。ＬＣ直列共振回路３０は、誘導素子３１と、可変容量素子３２，３３とを直列に接続する共に、可変容量素子３２および３３の接続点Ｐに直流制御電圧Ｖｔが抵抗３４を介してメインボード側から印加されるものとなっている。また、可変容量素子３２，３３に流れる直流電流をアース側へ流すと共に高周波電流の通流を阻止するためのコイル３５，３６が接続されている。またコンデンサ３７は高周波成分のみ通し、直流成分が前記同調回路２０側へ流入するのを阻止するための直流遮断用コンデンサである。

以上のアンテナ装置では、セット側において受信周波数の選択操作が行なわれると、受信周波数に応じたレベルの制御電圧Ｖｔが生成され、これがＬＣ直列共振回路３０の電子可変容量素子３２，３３に印加される。

なお、アンテナ側において同調周波数を可変するＬＣ共振回路は、ＬＣ直列共振回路３０以外にもＬＣ並列共振回路又はＬＣ直並列共振回路であっても良い。いずれの共振回路においても直流制御電圧Ｖｔによって容量が変化する可変容量素子を備え、可変容量素子の直流電圧印加端（正側）とは逆側（負側）の端部（アノード）が高インピーダンス素子を介してグラウンドに接続されるものとなる。
特開平１０−２０９８９７号公報

以上のように従来のアンテナ装置は、アンテナ側とメインボード側との間に、制御電圧印加ライン、給電ライン、高周波信号伝送ラインが設けられていたので、多数の端子が必要になると共に構造が複雑化していた。このため、制御電圧印加ライン、給電ライン、高周波信号伝送ラインを１本にして兼用する高周波信号給電ラインとすることで構造を簡素化することが考えられる。

一方、アンテナ装置において、可変容量素子３２，３３の負側端子（アノード）をアースするためのグラウンドが必要となる。小型チューナブルアンテナの場合、アンテナ側にグラウンドパターンを形成することは困難であるので、アンテナ側にはグラウンド端子を設けて高周波信号給電ラインとは別に当該グラウンド端子からアースラインを引き出してメインボード側にグラウンドに接続することが考えられる。

しかしながら、小型アンテナ装置のアンテナ素子の基端部は磁場が強い場所であるので、アンテナ素子の基端部近傍に高周波信号給電ラインの接続点とアースラインの接続点（グラウンド端子）とを近接配置したのでは、互いに干渉してアンテナ性能に悪影響を与える可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、同調電圧が印加される可変容量素子のグラウンドまたはグラウンド端子を磁場の弱い場所に確保でき、メインボード側に接続される高周波信号給電ラインとアースラインとの間隔を十分に離すことができ、構造の簡素化と共にアンテナ性能の改善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、高周波信号給電ラインと、可変容量素子を有する共振回路を備えると共に一端が前記高周波信号給電ラインに接続された整合回路と、一方の端部が前記整合回路の他端に接続され他方の端部が高周波的に開放された放射導体と、前記放射導体の一方の端部近傍のアンテナ基端部を避けた当該放射導体上の所定位置とグラウンドとの間に接続された高インピーダンス素子とを具備し、前記高周波信号給電ラインを介して前記可変容量素子に同調電圧を供給すると共に、当該可変容量素子に流れる電流を前記放射導体経由で前記高インピーダンス素子を介してグラウンドに流すことを特徴とする。

この構成によれば、共振回路の可変容量素子に流れる電流を放射導体経由で高インピーダンス素子を介してグラウンドに流すようにしたので、磁場の強いアンテナ基端部から離れた磁場の弱い位置から可変容量素子のグラウンドを取ることができ、高周波給電ラインとアースラインを十分に離すことができ、構造の簡素化と共にアンテナ性能の改善を図ることができる。

本発明のアンテナ装置において、前記高インピーダンス素子は、高周波信号を阻止し得るインピーダンスを有する抵抗又はインダクタで構成されることが望ましい。

本発明アンテナ装置において、前記可変容量素子は、同一極性の各一端を互いに接続した２つのバラクタダイオードで構成され、前記２つのバラクタダイオードの他端間にインダクタが接続され、かつ前記インダクタが前記放射導体に直流的に接続され、前記２つのバラクタダイオードの接続点に前記同調電圧を供給することを特徴とする。

この構成によれば、２つのバラクタダイオードの正側端子となる接続点に同調電圧が印加され、２つのバラクタダイオードの負側端子となる他端がインダクタを介して連結され、放射導体、高インピーダンス素子を介してグラウンドに接続される。これにより、バラクタダイオードに逆電圧を印加できると共に２つのバラクタダイオードのグラウンドを磁場の弱い放射導体の先端部からとることができる。

本発明のアンテナ装置において、前記可変容量素子は、同一極性の各一端を互いに接続した２つのバラクタダイオードで構成され、前記２つのバラクタダイオードの他端間にインダクタが接続され、かつ前記２つのバラクタダイオードの接続点が前記放射導体に直流的に接続され、前記インダクタに前記同調電圧を供給することを特徴とする。

この構成によれば、２つのバラクタダイオードの正側端子がインダクタを介して連結されると共に同調電圧が印加され、２つのバラクタダイオードの負側端子の接続点が放射導体、高インピーダンス素子を介してグラウンドに接続される。これにより、バラクタダイオードに逆電圧を印加できると共に２つのバラクタダイオードのグラウンドを磁場の弱い放射導体の先端部からとることができる。

本発明のアンテナ装置において、前記放射導体とグラウンドとの間に接続された前記高インピーダンス素子に対して並列に、コンデンサと抵抗とを直列接続してなる負荷を装荷したことを特徴とする。

この構成によれば、放射導体の他方の端部にコンデンサと抵抗とを直列接続してなる負荷を装荷したので、Ｑを下げて高周波数でのチューニング帯域を拡大することができる。

本発明によれば、同調電圧が印加される可変容量素子のグラウンド端子またはアースラインを磁場の弱い場所に確保でき、メインボード側に接続される高周波信号給電ラインとアースラインとの間隔を十分に離すことができ、構造の簡素化と共にアンテナ性能の改善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アンテナ装置１は、モノポール型の小型チューナブルアンテナであり、メインボードＰＣＢ側から同調周波数を制御できるように構成されている。

アンテナ装置１は、ミアンダ形状を有する放射導体２ａと不図示の誘電体材料からなる基材とで構成されたアンテナ素子２と、アンテナ素子２の基端部に設けられたＬＣ共振回路３とで主に構成されている。ＬＣ共振回路３の一端となるアンテナ素子２の給電点Ｐ１に高周波信号給電ラインＬ１のアンテナ側端部が接続されている。アンテナ装置１は、アンテナ素子２の基端部側に接続された高周波信号給電ラインＬ１を介してメインボードＰＣＢ側からチューニング電圧Ｖｔを印加するように構成されている。

一方、アンテナ素子２において高周波的に開放したアンテナ素子２の先端部である放射導体２ａの先端には高インピーダンス素子の抵抗体ＲＬが接続されている。抵抗体ＲＬを介して放射導体２ａの先端がアースラインＬ２経由でメインボードＰＣＢ側のグラウンドに接続されている。抵抗体ＲＬは、高周波信号を阻止するのに十分なインピーダンスを有する。高インピーダンス素子としては、抵抗体ＲＬの他にもチョーク用インダクタを用いることもできる。後述するように、ＬＣ共振回路３の可変容量素子を構成するバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のアノードが直流的に放射導体２を介して抵抗体ＲＬに接続され、バラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のアノードがメインボードＰＣＢ側のグラウンドに直流的に接続されることになる。

このように、アンテナ素子２の基端部側に接続された高周波信号給電ラインＬ１と、アンテナ素子２の先端部側に接続されたアースラインＬ２とは、放射導体２ａの分だけ互いの距離が離れた状態になると共にアースラインＬ２はアンテナ基端部に比べて磁場の弱い場所（アンテナ側のグラウンド端子）に接続されることになる。なお、抵抗体ＲＬの接続場所は放射導体２ａの先端が最も磁場が弱く望ましい位置であるが、先端部以外であっても中間部付近から先端部にかけてのいずれかの位置であれば、アンテナ基端部に比べて磁場が弱く、ある程度の効果を期待できる。すなわち、本発明では磁場の強いアンテナ基端部を避けた放射導体２ａ上の所定位置とグラウンドとの間に高インピーダンス素子を接続する事が重要である。

アンテナ装置１のＬＣ共振回路３は、給電点Ｐ１に直流カットコンデンサＣＲ２を介して第１のバラクタダイオードＶＤ１のアノードが接続され、第１のバラクタダイオードＶＤ１のカソードに第２のバラクタダイオードＶＤ２のカソードが接続されている。給電点Ｐ１がチョーク用インダクタＬＢを介して第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のカソード接続点に接続されている。第１のバラクタダイオードＶＤ１のアノードが高インピーダンス素子であるインダクタＬＰを介して第２のバラクタダイオードＶＤ２のアノードに接続されている。第２のバラクタダイオードＶＤ２のアノードはインダクタＬＭを直列に介して放射導体２ａの一端に接続されている。

メインボードＰＣＢ側は、不図示のチューナ回路のＲＦ端子に対して直流カットコンデンサＣＲ１を介して高周波信号給電ラインＬ１のボード側端部が接続されている。また、チューニング電圧Ｖｔが抵抗体ＲＢ１を介して高周波信号給電ラインＬ１に印加されるように構成されている。また、アースラインＬ２のボード側端部がメインボードＰＣＢのグラウンドに接続されている。

上記各電子部品（ＲＬ，ＬＢ，ＬＰ，ＬＢ，ＲＢ１）の数値について簡単に説明する。アースラインＬ２に設けた抵抗体ＲＬは、高インピーダンス素子として機能するために十分に大きな抵抗値（例えば１００ｋΩ以上）を有する。抵抗体ＲＬは、極めて高いインピーダンスとなることから放射導体２ａは先端部において高周波的には開放していることと等価になる。また、チョーク用インダクタＬＢは高周波信号を阻止するのに十分大きなインダクタンス値（例えば２００ｎＨ）に設定される。また、インダクタＬＰは直流成分を通過させると共に高周波信号を通過させるのに適切なインダクタンス値（例えば１５０ｎＨ以下）に設定される。インダクタＬＰと第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２とでＬＣ並列共振回路を構成し、チューニング帯域を拡大する場合は高周波信号を通過させ得るインダクタンス値（例えば１５０ｎＨ以下）を設定するが、ＬＣ直列共振回路として使用する場合は、高周波信号を阻止するインダクタンス値（例えば２２０ｎＨ以上）を設定する。

以上のように構成された本実施の形態では、メインボード側から高周波信号給電ラインＬ１に印加されたチューニング電圧Ｖｔがチョーク用インダクタＬＢを介して第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のカソードに印加される。第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のカソードは放射導体２ａを介してアンテナ素子２の先端部からアースラインＬ２経由でメインボード側のグラウンドに接続されている。従って、第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のカソードにチューニング電圧Ｖｔが印加されると共に、第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のアノードが抵抗体ＲＬを介してグラウンドに接続されるので、第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２の両端子間に逆電圧が掛かり、容量が変化する。これにより、ＬＣ共振回路３の共振周波数が変化してチューニング電圧Ｖｔに対応した同調周波数に設定される。

このように本実施の形態によれば、アンテナ素子２の基端部には高周波信号給電ラインＬ１を接続する一方、アンテナ素子２の先端部側にバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のグラウンド端子を確保し、放射導体２ａの先端部から第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のアースを確保するためのアースラインＬ２を引き出したので、高周波信号給電ラインＬ１とアースラインＬ２（又はアンテナ側のグラウンド端子）とを十分に離間させることができ、互いの干渉を抑制してアンテナ性能への悪影響を排除することができる。

また、ＬＣ並列共振回路を構成するインダクタＬＰを利用して、給電点Ｐ１側に配置された第１のバラクタダイオードＶＤ１のアノードを放射導体２ａの一端に直流的に接続したので、部品点数の増加を抑えることができた。

なお、本発明のアンテナ装置において第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２のカソードにチューニング電圧Ｖｔを印加すると共にアノードを直流的に放射導体２ａの一端に接続するための構成は、図１の回路構成に限定されるものではない。

例えば、図２に示すように第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１，ＶＤ２の互いのアノードを接続した場合には、当該アノード接続点を、インダクタＬＢを介して放射導体２ａの一端に接続する。また、第１のバラクタダイオードＶＤ１のカソードを、インダクタＬＰを介してインダクタＬＭの一端に接続する。ＬＣ共振回路３のインダクタＬＭと放射導体２ａの一端との間に直流カットコンデンサＣＲ３を接続する。

これにより、高周波信号給電ラインＬ１を介して供給されるチューニング電圧Ｖｔは第１のバラクタダイオードＶＤ１のカソードに印加されると共にインダクタＬＰを介して第２のバラクタダイオードＶＤ２のカソードに印加される。また、第１及び第２のバラクタダイオードＶＤ１のアノードは、インダクタＬＢを介して放射導体２ａの一端に接続され、さらに放射導体２ａの他端に接続された抵抗体ＲＬからアースラインＬ２を経由してメインボードＰＣＢ側のグラウンドに接続される。

以上のように構成されたアンテナ装置においても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るアンテナ装置は、同調周波数の高域側でのチューニング帯域を拡大したチューナブルアンテナの例である。

図３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１、２に示すアンテナ装置と同一部分には同一符号を付している。同図に示すように、放射導体２ａの開放端（高周波的）側端部に抵抗体ＲＬＬとコンデンサＣＬとからなる負荷を装荷している。また、コンデンサＣＬで直流が遮断されるので、少なくともコンデンサＣＬをバイパスするように抵抗体ＲＬが並列接続し、放射導体２ａの開放端（高周波的）側端部をアースラインＬ２経由でメインボードＰＣＢ側のグラウンドに接続している。

以上のように、放射導体２ａの開放端（高周波的）側端部に抵抗体ＲＬＬとコンデンサＣＬとからなる負荷を装荷することにより、全体のＱが低下して高域側における帯域を拡大することができる。

第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成図 第１の実施の形態の一部を変形した変形例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構成図 従来のアンテナ装置の構成図

符号の説明

１…アンテナ装置
２…アンテナ素子
２ａ…放射導体
３…ＬＣ共振回路
Ｐ１…給電点
Ｌ１…高周波信号給電ライン
Ｌ２…アースライン
ＰＣＢ…メインボード
ＶＤ１…第１のバラクタダイオード
ＶＤ２…第２のバラクタダイオード
ＣＲ１，２，３…直流カットコンデンサ
ＣＬ…コンデンサ
ＬＰ，ＬＢ，ＬＭ…インダクタ

Claims (5)

1. 高周波信号給電ラインと、可変容量素子を有する共振回路を備えると共に一端が前記高周波信号給電ラインに接続された整合回路と、一方の端部が前記整合回路の他端に接続され他方の端部が高周波的に開放された放射導体と、前記放射導体の一方の端部近傍のアンテナ基端部を避けた当該放射導体上の所定位置とグラウンドとの間に接続された高インピーダンス素子とを具備し、
   前記高周波信号給電ラインを介して前記可変容量素子に同調電圧を供給すると共に、当該可変容量素子に流れる電流を前記放射導体経由で前記高インピーダンス素子を介してグラウンドに流すことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記高インピーダンス素子は、高周波信号を阻止し得るインピーダンスを有する抵抗又はインダクタであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記可変容量素子は、同一極性の各一端を互いに接続した２つのバラクタダイオードで構成され、
   前記２つのバラクタダイオードの他端間にインダクタが接続され、かつ当該インダクタが前記放射導体に直流的に接続され、
   前記２つのバラクタダイオードの接続点に前記同調電圧を供給することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記可変容量素子は、同一極性の各一端を互いに接続した２つのバラクタダイオードで構成され、
   前記２つのバラクタダイオードの他端間にインダクタが接続され、かつ前記２つのバラクタダイオードの接続点が前記放射導体に直流的に接続され、
   前記インダクタに前記同調電圧を供給することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアンテナ装置。
5. 前記放射導体とグラウンドとの間に接続された前記高インピーダンス素子に対して並列に、コンデンサと抵抗とを直列接続してなる負荷を装荷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。
   
   

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