JP2010004470A

JP2010004470A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2010004470A
Application number: JP2008163535A
Authority: JP
Inventors: Satoru Senda; 悟千田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07
Also published as: EP2139065A1

Abstract

【課題】薄型の内蔵アンテナとして好適なアンテナ装置を安価に提供すること。
【解決手段】アンテナ素子２の給電部Ｐに接続された整合回路部３が同調回路６と接続されており、アンテナ素子２の近傍には接地導体５が存する。アンテナ素子２は、誘電体基板２０の下面に設けた第１の帯状放射導体２１と上面に設けた第２の帯状放射導体２２とを略対向させている。第１の帯状放射導体２１は、給電部Ｐからループ状に延伸して先端部２１ａが給電部Ｐに容量結合されており、先端部２１ａと給電部Ｐとの間に所定間隙Ｇが設定されている。第２の帯状放射導体２２は、基端部２２ａがスルーホール２３を介して第１の帯状放射導体２１に接続されて先端部２２ｄが開放端となっている。第２の帯状放射導体２２の先端寄り長辺部分２２ｃは、第１の帯状放射導体２１の先端寄り長辺部分２１ｃの真上から基端寄り長辺部分２２ｂ側へ若干オフセットさせてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、給電部が同調回路に接続されておりテレビジョン放送の視聴等に好適な小型のアンテナ装置に関するものである。

従来より、誘電体からなる柱状基体の表面に螺旋状の導体パターンからなる放射導体を設けることによって、モノポール型のヘリカルアンテナとして動作するチップ状のアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のアンテナ装置は、回路基板への実装が容易であると共に、異なる周波数帯に共振可能な小型の内蔵アンテナとして好適なため、携帯電話機などに多用されている。また、この種のアンテナ装置は、地上デジタルテレビジョン放送を視聴するための受信アンテナとしても好適である。
特開２００３−１４２９２８号公報

ところで、柱状基体の表面に放射導体が螺旋状に形成されている前述した従来のアンテナ装置において、柱状基体の上面側に形成されている放射導体を流れる電流の向きと、柱状基体の下面側に形成されている放射導体を流れる電流の向きは、互いにほぼ逆向きである。したがって、柱状基体を薄くして上面側の放射導体と下面側の放射導体とを近接させた構成にした場合、放射電界の多くがキャンセルされてしまいアンテナ利得は極端に悪くなる。そのため、従来のこの種のアンテナ装置では、柱状基体に所要の厚みを確保しなければならず、これが装置全体の薄型化を阻害する要因となっていた。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、薄型の内蔵アンテナとして好適なアンテナ装置を安価に提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のアンテナ装置は、給電部からループ状に延伸して先端部が前記給電部に容量結合されている第１の帯状放射導体と、略全長に亘り前記第１の帯状放射導体と誘電体層を介して略対向している第２の帯状放射導体とを備え、前記給電部が同調回路に接続されていると共に、前記第２の帯状放射導体の一端部が前記給電部の近傍で前記第１の帯状放射導体に接続されており、かつ、前記第２の帯状放射導体の他端部が開放端となっているという構成にした。

このように構成されたアンテナ装置では、誘電体層を介して略対向する位置関係で延伸する第１の帯状放射導体と第２の帯状放射導体を流れる電流の向きが互いに同じなので、放射電界の強度を犠牲にすることなく誘電体層の厚みを薄く設定して薄型化を促進することができる。また、第１の帯状放射導体に第２の帯状放射導体を追加してアンテナ抵抗を増大させているため、インピーダンスの不整合に起因するエネルギーの整合損失を抑制できる。それゆえ、このアンテナ装置は薄型で高利得な内蔵アンテナとして好適である。また、このアンテナ装置は、誘電体基板を構成する誘電体層の一面と他面に各帯状放射導体をパターニングして形成できるため、柱状基体の表面に放射導体を螺旋状にパターニングする場合に比べて安価に製造できる。

上記の構成において、誘電体基板の一面に第１の帯状放射導体が設けられて他面に第２の帯状放射導体が設けられていると共に、第２の帯状放射導体の一端部が誘電体基板のスルーホールを介して第１の帯状放射導体と給電部の近傍で接続されていると、単純な構成で薄型化が促進しやすいアンテナ装置が得られる。ただし、多層基板の内層に第１の帯状放射導体や第２の帯状放射導体を設けるという構成も可能である。

また、上記の構成のアンテナ装置において、第１の帯状放射導体が、給電部から直線状に延びる基端寄り長辺部分と、該基端寄り長辺部分に対して略平行に延びる先端寄り長辺部分とを有していると共に、第２の帯状放射導体のうち前記先端寄り長辺部分と略対向する長辺部分が該先端寄り長辺部分に対して平面視で幅方向へオフセットした位置に形成されていると、リアクタンスカーブがなだらかになるため好ましい。すなわち、こうすることによって、第１の帯状放射導体の先端寄り長辺部分と、これに略対向する第２の帯状放射導体の長辺部分との電磁的な結合度が弱まるため、オフセット量がゼロで両長辺部分どうしを正対させた場合に比べて、容量性リアクタンスが周波数に応じてなだらかに変化するようになり、それゆえ受信対象電波の周波数帯域内でインピーダンスが整合させやすくなる。

この場合において、第２の帯状放射導体の前記長辺部分のオフセット量は適宜選択可能であるが、このオフセット量が第１の帯状放射導体の先端寄り長辺部分の幅寸法と同等であると、誘電体基板の大きさをほとんど変えずにリアクタンスカーブをなだらかにすることができる。そして、第２の帯状放射導体の前記長辺部分が平面視で第１の帯状放射導体の基端寄り長辺部分側へオフセットした位置に形成されていれば、誘電体基板の大きさを変えずにリアクタンスカーブをなだらかにすることができる。

また、上記の構成のアンテナ装置において、第１の帯状放射導体の先端部と給電部との間にチップコンデンサ等の容量素子を介設してもよいが、第１の帯状放射導体の先端部が給電部との間に所定間隙を設定することによって該給電部と容量結合されていれば、構成を簡素化できて低コスト化が図れるため好ましい。

また、上記の構成のアンテナ装置において、可変容量素子とインダクタンス素子とを有する整合回路を第１の帯状放射導体の給電部に直列に接続し、該可変容量素子の容量値に応じて共振周波数が変更されるようにしてあれば、使用周波数帯域が広くなるため、地上デジタルテレビジョン放送用の受信アンテナなどとして好適となる。

本発明のアンテナ装置は、第１の帯状放射導体と第２の帯状放射導体が誘電体層を介して略対向させてあり、これら第１および第２の放射導体を流れる電流の向きが互いに同じなので、放射電界の強度を犠牲にすることなく誘電体層の厚みを薄く設定して薄型化を促進することができる。また、第１の帯状放射導体に第２の帯状放射導体を追加してアンテナ抵抗を増大させているため、インピーダンスの不整合に起因するエネルギーの整合損失を抑制できる。それゆえ、このアンテナ装置は薄型で高利得な内蔵アンテナとして好適である。しかも、このアンテナ装置は、誘電体層（誘電体基板）の上下両面に各帯状放射導体をパターニングすればよいため、安価に製造できる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の外観図、図２は同実施形態例に係るアンテナ装置の等価回路図、図３は図１に示すアンテナ素子の上面図、図４は該アンテナ素子の下面図、図５は該アンテナ素子の周波数に応じたリアクタンスを示す特性図、図６は該アンテナ素子の周波数に応じたアンテナ抵抗を示す特性図である。

本実施形態例に係るアンテナ装置は地上デジタルテレビジョン放送用の受信アンテナであり、携帯電話機等の電子機器に内蔵して使用される。このアンテナ装置は、回路基板１の一面に設置されたアンテナ素子２と、回路基板１の他面に設けられた整合回路部３と、アンテナ素子２の給電部Ｐに接続されて整合回路部３へと至る伝送線路４とによって主に構成されている。回路基板１の一面には接地導体（グラウンド）５が広く形成されており、アンテナ素子２は回路基板１の一側部に載置固定されている。また、回路基板１の他面には同調回路（テレビジョンチューナ回路）６が設けられており、この同調回路６は整合回路部３を介してアンテナ素子２と接続されている（図２参照）。

アンテナ素子２は、薄板状の誘電体基板２０と、誘電体基板２０の下面に設けられた第１の帯状放射導体２１と、誘電体基板２０の上面に設けられた第２の帯状放射導体２２と、第１および第２の帯状放射導体２１，２２どうしを接続するスルーホール２３とからなる。第１の帯状放射導体２１と第２の帯状放射導体２２は、いずれもループ状に延伸する一定幅の帯状導体としてパターニングされている。

第１の帯状放射導体２１は、１箇所が不連続な平面視矩形状の帯状導体として誘電体基板２０の下面に形成されている。第１の帯状放射導体２１の基端部はアンテナ素子２の給電部Ｐとなっている。第１の帯状放射導体２１の先端部２１ａは、給電部Ｐとの間に所定間隙Ｇを存する位置に形成されて該給電部Ｐと容量結合されている。また、第１の帯状放射導体２１は、給電部Ｐから直線状に延びる基端寄り長辺部分２１ｂと、この基端寄り長辺部分２１ｂに対して略平行に延びる先端寄り長辺部分２１ｃとを有しており、給電部Ｐの近傍で基端寄り長辺部分２１ｂがスルーホール２３に接続されている。給電部Ｐは回路基板１上の伝送線路４と半田接合されるため、図２に示す整合回路部３や同調回路６が伝送線路４を介して給電部Ｐと接続されることになる。

第２の帯状放射導体２２は、第１の帯状放射導体２１に類似した平面視Ｕ字形状の帯状導体として誘電体基板２０の上面に形成されており、第１および第２の帯状放射導体２１，２２は誘電体基板２０を介して略対向している。すなわち、第２の帯状放射導体２２は、その基端部２２ａから直線状に延びる基端寄り長辺部分２２ｂと、基端寄り長辺部分２２ｂに対して略平行に延びる先端寄り長辺部分２２ｃとを有しており、基端部２２ａがスルーホール２３に接続されていると共に、先端寄り長辺部分２２ｃの先端部２２ｄが開放端となっている。そして、第２の帯状放射導体２２の基端寄り長辺部分２２ｂが第１の帯状放射導体２１の基端寄り長辺部分２１ｂの真上に形成されて両長辺部分２１ｂ，２２ｂどうしが正対させてある。また、第２の帯状放射導体２２の先端寄り長辺部分２２ｃは、第１の帯状放射導体２１の先端寄り長辺部分２１ｃの真上から基端寄り長辺部分２２ｂ側へ幅寸法分だけオフセットした位置に形成されている。また、第２の帯状放射導体２２の長辺部分２２ｂ，２２ｃ間の短辺部分は、第１の帯状放射導体２１の長辺部分２１ｂ，２１ｃ間の短辺部分の真上に形成されている。したがって、第２の帯状放射導体２２は全長に亘って第１の帯状放射導体２１と略対向している。

図２に示すように、整合回路部３は、可変容量素子３０，３１とインダクタンス素子３２，３３と抵抗素子３４，３５とコンデンサ３６とを備えている。可変容量素子３０，３１はバラクタダイオード（バリキャップダイオード）であり、互いに逆向きの直列に接続されている。インダクタンス素子３２は可変容量素子３１に直列に接続されており、このインダクタンス素子３２と図示せぬ接地線路間にインダクタンス素子３３が介設されている。抵抗素子３４は可変容量素子３０のアノードと図示せぬ接地線路間に介設されており、抵抗素子３５は可変容量素子３０，３１のカソード間に接続されている。

この整合回路部３は伝送線路４を介してアンテナ素子２の給電部Ｐに直列に接続されており、可変容量素子３０，３１およびインダクタンス素子３２，３３によって入力インピーダンスと特性インピーダンスとが整合されるようになっている。また、可変容量素子３０，３１およびインダクタンス素子３２，３３は、コンデンサ３６を介して高周波信号（ＲＦ信号）の伝送線路７に接続されている。この伝送線路７と可変容量素子３０，３１の接続点との間には抵抗素子３５が介設されている。そして、この抵抗素子３５を介して可変容量素子３０，３１に逆電圧となる同調電圧Ｖｔを印加することによって、アンテナ素子２の共振周波数が変化するようになっている。

伝送線路７は整合回路部３と同調回路６とを接続しており、この同調回路６に含まれるバイアス回路にＰＷＭ（パルス幅変調）信号や電源電圧が入力されて前記同調電圧Ｖｔが生成される。そして、同調電圧Ｖｔを大きくすると可変容量素子３０，３１の容量値が小さくなり、同調電圧Ｖｔを小さくすると可変容量素子３０，３１の容量値が大きくなるため、同調電圧Ｖｔを変化させて可変容量素子３０，３１の容量値を制御することにより、アンテナ素子２の共振周波数を受信対象電波（地上デジタルテレビジョン放送の信号波）の周波数に可変同調させることができる。

具体的には、予めアンテナ素子２自体の共振周波数を受信対象電波の周波数帯域（４７０〜７７０ＭＨｚ）よりも高いｆ１に設定しておき、このアンテナ素子２の給電部Ｐに整合回路部３を直列に接続することによって共振周波数を変更する。例えば、インダクタンス素子３２の装荷によって共振周波数は４７０ＭＨｚよりも低いｆ２まで下がる。また、可変容量素子３０，３１の装荷によって共振周波数は高周波側へシフトするが、可変容量素子３０，３１の合成容量値Ｃが大きければシフト量は小さく、合成容量値Ｃが小さくなるとシフト量は増大する。したがって、同調電圧Ｖｔを小さくして合成容量値Ｃを規定範囲内の最大値に設定することにより共振周波数を４７０ＭＨｚとなすことができ、逆に同調電圧Ｖｔを大きくして合成容量値Ｃを規定範囲内の最小値に設定することにより共振周波数を７７０ＭＨｚとなすことができる。つまり、同調電圧Ｖｔを制御することによってアンテナ素子２の共振周波数を４７０〜７７０ＭＨｚの範囲内の適宜値に設定することができる。

このように本実施形態例においては、アンテナ素子２の誘電体基板２０の下面と上面にそれぞれ、略同形の第１の帯状放射導体２１と第２の帯状放射導体２２が配設してある。これら一対の帯状放射導体２１，２２は誘電体基板２０を介して略対向する位置関係で延伸しているが、第１の帯状放射導体２１と第２の帯状放射導体２２を流れる電流の向きが互いに同じなので、放射電界の強度を犠牲にすることなく誘電体基板２０の厚みを薄く設定して薄型化を促進することができる。また、このアンテナ素子２は誘電体基板２０の上下両面に第１および第２の帯状放射導体２１，２２をパターニングして形成できるため、柱状基体の表面に放射導体を螺旋状にパターニングする場合に比べて安価に製造できる。

しかも、このアンテナ素子２は、給電部Ｐを有する第１の帯状放射導体２１に第２の帯状放射導体２２を追加してアンテナ抵抗を増大させているため、インピーダンスの不整合に起因するエネルギーの整合損失を抑制できる。すなわち、比較例として第２の帯状放射導体２２を省略し第１の帯状放射導体２１のみを有するアンテナ素子を作製し、そのアンテナ抵抗を測定したところ、周波数が４７０ＭＨｚのとき３．６Ω、７７０ＭＨｚのとき７．４Ωであった。これに対して、第１および第２の帯状放射導体２１，２２を有するアンテナ素子２のアンテナ抵抗は、４７０ＭＨｚのとき３．９Ωで比較例より０．３Ω増大し、７７０ＭＨｚのとき７．９Ωで比較例より０．５Ω増大する。それゆえ、回路基板１上にアンテナ素子２を設置して構成されるアンテナ装置は、薄型で高利得な内蔵アンテナとして好適である。

また、このアンテナ素子２では、第２の帯状放射導体２２の先端寄り長辺部分２２ｃが、第１の帯状放射導体２１の先端寄り長辺部分２１ｃの真上から基端寄り長辺部分２２ｂ側へ若干オフセットさせてあり、そのオフセット量は長辺部分２１ｃや２２ｃの幅寸法と同程度である。こうすることによって、先端寄り長辺部分２１ｃとこれに略対向する先端寄り長辺部分２２ｃとの電磁的な結合度が弱まるため、オフセット量がゼロで両長辺部分２１ｃ，２２ｃどうしを正対させた場合に比べて容量性リアクタンスが周波数に応じてなだらかに変化するようになる。その結果、受信対象電波の周波数帯域内でインピーダンスが整合させやすくなるため、アンテナ装置の性能向上が容易となる。すなわち、図５において破線曲線は、先端寄り長辺部分２２ｃを先端寄り長辺部分２１ｃの真上に形成したオフセット量がゼロの場合（比較例）のリアクタンスカーブを示しており、この破線曲線よりもなだらかな実線曲線は、アンテナ素子２（本実施形態例）のリアクタンスカーブを示している。

なお、先端寄り長辺部分２２ｃを先端寄り長辺部分２１ｃの真上から本実施形態例とは逆向き（基端寄り長辺部分２２ｂから離れる向き）へオフセットさせた場合にも、図５の実線曲線と同様のリアクタンスカーブが得られるが、本実施形態例のように先端寄り長辺部分２２ｃを基端寄り長辺部分２２ｂ側へオフセットさせた方がアンテナ素子２を小型化できるため好ましい。また、先端寄り長辺部分２２ｃのオフセット量を、先端寄り長辺部分２１ｃの幅寸法よりも小さく、あるいは大きく設定することも可能であるが、先端寄り長辺部分２２ｃを基端寄り長辺部分２２ｂ側へ過度にオフセットさせると放射電界がキャンセルされやすくなるため好ましくない。

また、このアンテナ素子２では、第１の帯状放射導体２１の先端部２１ａが、給電部Ｐとの間に所定間隙Ｇを設定することによって該給電部Ｐと容量結合されているため、部品を追加せずに小型化が実現されている。つまり、第１の帯状放射導体２１の先端部２１ａと給電部Ｐとの間にチップコンデンサ等の容量素子を介設するという構成も可能であるが、本実施形態例のように所定間隙Ｇを設定して先端部２１ａを給電部Ｐに容量結合させれば、構成を簡素化できて低コスト化が図れる。

ここで、間隙Ｇの大きさとアンテナ抵抗の関係について説明すると、本実施形態例では先端部２１ａと給電部Ｐとの間隙Ｇが０．５ｍｍに設定してあり、アンテナ素子２のアンテナ抵抗は周波数に応じて図６の実線曲線で示すように変化する。これに対して、図６の破線曲線は、間隙Ｇを１．０ｍｍに設定した場合（比較例）における周波数に応じたアンテナ抵抗を示している。図６から明らかなように、間隙Ｇが０．５ｍｍであると、間隙Ｇが１．０ｍｍである場合に比べて、低周波数帯域でアンテナ抵抗を高めることができる。低周波数帯域はアンテナ抵抗が不足しやすい帯域なので、本実施形態例のように低周波数帯域でのアンテナ抵抗が増大するように間隙Ｇを設定しておくことにより、低周波数帯域でインピーダンスが整合させやすくなってアンテナ装置の性能向上が図れる。なお、間隙Ｇをさらに狭く０．３ｍｍ程度に設定しても、周波数に応じたアンテナ抵抗の変化は本実施形態例とほぼ同様である。

本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の外観図である。同実施形態例に係るアンテナ装置の等価回路図である。図１に示すアンテナ素子の上面図である。該アンテナ素子の下面図である。該アンテナ素子の周波数に応じたリアクタンスを示す特性図である。該アンテナ素子の周波数に応じたアンテナ抵抗を示す特性図である。

符号の説明

１回路基板
２アンテナ素子
３整合回路部
４伝送線路
５接地導体
６同調回路
２０誘電体基板
２１第１の帯状放射導体
２１ａ先端部
２１ｂ基端寄り長辺部分
２１ｃ先端寄り長辺部分
２２第２の帯状放射導体
２２ａ基端部（一端部）
２２ｃ先端寄り長辺部分
２２ｄ先端部（他端部）
２３スルーホール
３０，３１可変容量素子
３２，３３インダクタンス素子
Ｇ間隙
Ｐ給電部

Claims

給電部からループ状に延伸して先端部が前記給電部に容量結合されている第１の帯状放射導体と、略全長に亘り前記第１の帯状放射導体と誘電体層を介して略対向している第２の帯状放射導体とを備え、
前記給電部が同調回路に接続されていると共に、前記第２の帯状放射導体の一端部が前記給電部の近傍で前記第１の帯状放射導体に接続されており、かつ、前記第２の帯状放射導体の他端部が開放端となっていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１の記載において、誘電体基板の一面に前記第１の帯状放射導体が設けられて他面に前記第２の帯状放射導体が設けられていると共に、前記第２の帯状放射導体の一端部が前記誘電体基板のスルーホールを介して前記第１の帯状放射導体と接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１または２の記載において、前記第１の帯状放射導体が、前記給電部から直線状に延びる基端寄り長辺部分と、該基端寄り長辺部分に対して略平行に延びる先端寄り長辺部分とを有していると共に、前記第２の帯状放射導体のうち前記先端寄り長辺部分と略対向する長辺部分が該先端寄り長辺部分に対して平面視で幅方向へオフセットした位置に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項３の記載において、前記第２の帯状放射導体の前記長辺部分の前記オフセット量が、前記先端寄り長辺部分の幅寸法と同等であることを特徴とするアンテナ装置。
請求項４の記載において、前記前記第２の帯状放射導体の前記長辺部分が平面視で前記基端寄り長辺部分側へオフセットした位置に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記第１の帯状放射導体の前記先端部は前記給電部との間に所定間隙を設定することによって該給電部と容量結合されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１〜６のいずれか１項の記載において、可変容量素子とインダクタンス素子とを有する整合回路を前記給電部に直列に接続し、前記可変容量素子の容量値に応じて共振周波数が変更されるようにしたことを特徴とするアンテナ装置。