JP2010045573A - Antenna apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射利得が高く、構成が簡素なアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device having a high radiation gain and a simple configuration.
地上デジタル放送を受信する携帯電話機に内蔵されるアンテナ装置は、小型でありながら、地上デジタル放送の広い周波数帯域に対応することになる。このように広帯域で使用されるアンテナ装置として、図3のものが知られている。 An antenna device built in a mobile phone that receives terrestrial digital broadcasts is compatible with a wide frequency band of terrestrial digital broadcasts while being small. FIG. 3 is known as an antenna device used in such a wide band.
図3に示されるように、従来のアンテナ装置31は、低域用と高域用に切替可能なアンテナ素子32と、アンテナ素子への給電点を切り替えるスイッチ33とを備え、アンテナ素子32は多数のインダクタ34と多数の可変容量素子35とを交互に直列接続してなる。
As shown in FIG. 3, the
アンテナ素子32を低域用に切り替えるとアンテナ素子32は電気長が長くなり低周波数帯域(ローバンド)の受信に適し、アンテナ素子32を高域用に切り替えるとアンテナ素子32は電気長が短くなり高周波数帯域(ハイバンド)の受信に適する。給電点の切り替えはスイッチ33で行うことができる。 When the antenna element 32 is switched to the low band, the antenna element 32 has a long electrical length and is suitable for reception in a low frequency band (low band). When the antenna element 32 is switched to the high band, the antenna element 32 has a short electrical length and is high. Suitable for reception of frequency band (high band). Switching of the feeding point can be performed by the switch 33.
また、可変容量素子35の容量を制御することによりアンテナ素子32の共振周波数を微調整して受信電波の周波数に同調することができる。可変容量素子35の容量は、印加電圧に依存するので、携帯電話機内の回路で容易に制御することができる。 Further, by controlling the capacitance of the variable capacitance element 35, the resonance frequency of the antenna element 32 can be finely adjusted and tuned to the frequency of the received radio wave. Since the capacitance of the variable capacitor 35 depends on the applied voltage, it can be easily controlled by a circuit in the mobile phone.
従来技術では、アンテナ素子32に多数の可変容量素子35が直列に分散配置されている。可変容量素子35は、純粋な容量素子でなく半導体で構成されるため、直列抵抗成分を有する。可変容量素子35が直列に多数存在することにより、アンテナ素子32は直列抵抗成分が大きい。このため、アンテナ装置31の放射利得は低下する。
In the prior art, a large number of variable capacitance elements 35 are distributed in series on the antenna element 32. Since the variable capacitance element 35 is not a pure capacitance element but is composed of a semiconductor, it has a series resistance component. Since there are a large number of variable capacitance elements 35 in series, the antenna element 32 has a large series resistance component. For this reason, the radiation gain of the
また、従来技術では、多数の可変容量素子35のそれぞれに同調用の制御電圧を供給するので、可変容量素子35に制御電圧を供給するための抵抗素子が多数必要となる。これは、アンテナ装置31の複雑化とコスト増加を招く。
Further, in the prior art, a tuning control voltage is supplied to each of a large number of variable capacitance elements 35, so that a large number of resistance elements for supplying a control voltage to the variable capacitance elements 35 are required. This leads to complication and cost increase of the
また、従来技術では、アンテナ素子32に対して直列に整合回路用のインダクタ36が挿入されている。インダクタ36には抵抗成分がある。このため、アンテナ装置31の放射利得は低下する。
In the prior art, an inductor 36 for a matching circuit is inserted in series with the antenna element 32. The inductor 36 has a resistance component. For this reason, the radiation gain of the
さらに、従来技術では、多数の可変容量素子35と多数のインダクタ34が実装されるため、部品点数が多く、アンテナ装置31が複雑であると共に、コストが高い。また、従来技術では、給電点を切り替えるためにスイッチ33を用いるため、部品点数が多いと共に、スイッチ33を配置するスペースがアンテナ素子32を配置するスペースとは別途に必要になり、アンテナ装置31の小型化を妨げる。
Further, in the prior art, since a large number of variable capacitance elements 35 and a large number of
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、放射利得が高く、構成が簡素なアンテナ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide an antenna device having a high radiation gain and a simple configuration.
上記目的を達成するために本発明は、所定の電気長を有する導体で形成された低域用アンテナ素子と、該低域用アンテナ素子より短い電気長を有する導体にスイッチが直列に挿入されて形成された高域用アンテナ素子と、該高域用アンテナ素子と上記低域用アンテナ素子とが並列接続された並列アンテナ回路に放射用信号を給電する放射用信号給電源と、上記放射用信号に重畳させて直流信号を印加可能な直流電源と、高域の放射用信号を放射したいときには上記放射用信号に上記直流信号を重畳させることにより上記スイッチを導通させ、低域の放射用信号を放射したいときには上記放射用信号に上記直流信号を重畳させないことにより上記スイッチを遮断させる切替制御部とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a low band antenna element formed of a conductor having a predetermined electrical length, and a switch inserted in series in a conductor having a shorter electrical length than the low band antenna element. The formed high-frequency antenna element, a radiating signal power supply for supplying a radiating signal to a parallel antenna circuit in which the high-frequency antenna element and the low-frequency antenna element are connected in parallel, and the radiating signal If you want to radiate a high-frequency radiation signal and a DC power supply that can apply a direct-current signal, the switch is turned on by superimposing the direct-current signal on the radiation signal, and a low-frequency radiation signal is When it is desired to radiate, a switching control unit is provided that shuts off the switch by not superimposing the DC signal on the radiation signal.
上記並列アンテナ回路とグランドとの間に挿入された可変容量素子と、該可変容量素子を制御することにより上記高域用アンテナ素子又は上記低域用アンテナ素子の放射周波数を調整する放射周波数調整部とを備えてもよい。 A variable capacitance element inserted between the parallel antenna circuit and the ground, and a radiation frequency adjustment unit that adjusts the radiation frequency of the high-frequency antenna element or the low-frequency antenna element by controlling the variable capacitance element And may be provided.
上記高域用アンテナ素子が、上記低域用アンテナ素子よりも上記グランド側に設けられていてもよい。 The high band antenna element may be provided closer to the ground than the low band antenna element.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)放射利得が高い。 (1) Radiation gain is high.
(2)構成が簡素である。 (2) The configuration is simple.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係るアンテナ装置1は、所定の電気長を有する導体で形成された低域用アンテナ素子2と、該低域用アンテナ素子2より短い電気長を有する導体にPINダイオード3が直列に挿入されて形成された高域用アンテナ素子4と、該高域用アンテナ素子4と上記低域用アンテナ素子2とが並列接続された並列アンテナ回路5に放射用信号RFを給電する放射用信号給電源6と、放射用信号RFに重畳させて直流信号DCSWcontを印加可能な直流電源7と、高域の放射用信号RFHを放射したいときにはその放射用信号RFHに直流信号DCSWcontを重畳させることにより上記PINダイオード3を導通させ、低域の放射用信号RFLを放射したいときにはその放射用信号RFLに直流信号DCSWcontを重畳させないことにより上記PINダイオード3を遮断させる切替制御部8とを備えたものである。
As shown in FIG. 1, an
PINダイオード3は、スイッチである。スイッチには、PINダイオードの他に、MEMSスイッチが使用できる。
The
また、直流電源7は、インダクタ21を介して並列アンテナ回路5に接続されている。このインダクタ21により、放射用信号給電源6からの放射用信号RFが遮断され、直流電源7より並列アンテナ回路5に直流信号DCSWcontが印加される。
Further, the
このように、本発明のアンテナ装置1では、低域用アンテナ素子2を構成する導体の電気長は高域用アンテナ素子4を構成する導体の電気長より長く、高域用アンテナ素子4には直列にPINダイオード3が挿入されている。そして、高域の放射用信号RFHを放射するときは直流信号DCSWcontを重畳させ、低域の放射用信号RFLを放射するときは直流信号DCSWcontを重畳させない。
Thus, in the
放射用信号給電源6が並列アンテナ回路5に対して給電する放射用信号RFは、高域の放射用信号RFHか又は低域の放射用信号RFLである。直流電源7が印加する直流信号DCSWcontは、PINダイオード3の順方向に所定の電圧を印加し、導通状態とするものである。例えば、0.7V以上で導通するPINダイオードをPINダイオード3として用いる場合は、0.7Vを印加して導通状態とし、0V(電圧を印加しない)のときは遮断状態とする。
The radiation signal RF fed from the radiation
低域用アンテナ素子2が放射する放射用信号RFLの波長は高域用アンテナ素子4が放射する放射用信号RFHの波長よりも長い。そのため、もし、図4に示すように低域用アンテナ素子2が高域用アンテナ素子4よりもグランド20の近くになるように配置すると、放射用信号RFLを放射しにくくなってしまう。そこで、図1に示すように、高域用アンテナ素子4が低域用アンテナ素子2よりもグランド20の近くになるように配置して放射用信号RFLを放射しやすいようにする。
The wavelength of the radiation signal RFL radiated from the low
低域用アンテナ素子2は、所定の電気長を2分する長さに形成され一直線状に配置された2つの導体片9,9とその中間に挿入された直流遮断用コンデンサ10とを備える。高域用アンテナ素子4は、低域用アンテナ素子2より短い電気長を2分する長さに形成され一直線状に配置された2つの導体片11,11とその中間に挿入されたPINダイオード3とを備える。
The low-
並列アンテナ回路5の放射用信号給電端には、整合用素子12が接続されている。整合用素子12は、整合用素子用コンデンサ13を直列に介してグランドに接続されており、この整合用コンデンサ13は、直流電源7より印加される直流信号DCSWcontを遮断して、グランドに流れないようにするためのものである。
A matching
高域用アンテナ素子4を構成する2つの導体片11,11のうちPINダイオード3のカソード側に位置する導体片11は、放射用信号RFを遮断すると共に直流的に接地をするインダクタ14を介してグランドに接続されている。
The
本発明に係るアンテナ装置1は、並列アンテナ回路5とグランドとの間に挿入された可変容量素子15と、該可変容量素子15を制御することにより上記高域用アンテナ素子4又は上記低域用アンテナ素子2の放射周波数を調整する放射周波数調整部16とを備える。
The
並列アンテナ回路5と可変容量素子15との間には、直流遮断用コンデンサ17を備える。また、放射周波数調整部16と可変容量素子15との間には、放射用信号RFを遮断するための抵抗器18を備える。これにより、放射周波数調整部16が可変容量素子15に印加する直流電圧に応じて可変容量素子15の容量が変化し、並列アンテナ回路5の放射周波数が変化するようになっている。
A
以下、本発明のアンテナ装置の動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the antenna device of the present invention will be described.
まず、高域の放射用信号RFHを放射する動作を説明すると、放射用信号給電源6は並列アンテナ回路5に対して高域の放射用信号RFHを給電する。このとき切替制御部8は、直流電源7を制御し、高域の放射用信号RFHに直流信号DCSWcontを重畳させる。よって、高域の放射用信号RFHに直流信号DCSWcontが重畳された信号が並列アンテナ回路5に印加されることになる。
First, the operation of radiating the high-frequency radiation signal RFH will be described. The radiation
高域用アンテナ素子4においては、PINダイオード3のカソード側に位置する導体片11がインダクタ14を介してグランドに接続されているため、PINダイオード3には直流信号DCSWcontが印加されることになり、PINダイオード3が導通する。PINダイオード3が導通することにより、高域用アンテナ素子4に高域の放射用信号RFHが給電される。高域用アンテナ素子4では、高域の放射用信号RFHが共振し、放射が生じる。一方、低域用アンテナ素子2にも、高域の放射用信号RFHに直流信号DCSWcontが重畳された信号が給電されるが、直流信号DCSWcontは直流遮断用コンデンサ10で遮断されると共に、低域用アンテナ素子2では高域の放射用信号RFHが共振せず、放射が生じない。
In the high band antenna element 4, the
次に、低域の放射用信号RFLを放射する動作を説明すると、放射用信号給電源6は並列アンテナ回路5に対して低域の放射用信号RFLを給電する。このとき切替制御部8は、直流電源7を制御し、低域の放射用信号RFLに直流信号DCSWcontを重畳させない。よって、低域の放射用信号RFLのみが並列アンテナ回路5に印加されることになる。
Next, the operation of radiating the low-frequency radiation signal RFL will be described. The radiation
低域用アンテナ素子2には、低域の放射用信号RFLのみが給電される。低域用アンテナ素子2では低域の放射用信号RFLが共振し、放射が生じる。一方、高域用アンテナ素子4においては、PINダイオード3に直流信号DCSWcontが印加されないので、PINダイオード3が遮断(不導通状態)される。PINダイオード3が遮断されるため、高域用アンテナ素子4に低域の放射用信号RFLが給電されず、共振、放射が生じない。
Only the low-frequency radiation signal RFL is fed to the low-
以上のように、アンテナ装置1では、PINダイオード3がローバンドとハイバンドの切替スイッチのような働きをしており、その切替スイッチの制御電圧がRF信号に重畳される。切替スイッチがオンであればハイバンドの放射が行われ、切替スイッチがオフであればローバンドの放射が行われる。これにより、アンテナ装置1は、2バンドのアンテナとして機能する。図3のアンテナ装置31と比較すると、給電点を切り替えるスイッチ33が不要であるため、部品点数が減ると共に、省スペースとなる。
As described above, in the
次に、放射周波数の調整(同調)について説明すると、放射周波数調整部16は、可変容量素子15に印加する直流電圧を調節することにより、可変容量素子15の容量を変化させて、並列アンテナ回路5の放射周波数を制御する。放射周波数調整部16が印加する同調電圧は、例えば0〜3Vである。 Next, the adjustment (tuning) of the radiating frequency will be described. The radiating frequency adjusting unit 16 adjusts the DC voltage applied to the variable capacitance element 15 to change the capacitance of the variable capacitance element 15 to change the parallel antenna circuit. 5 radiation frequency is controlled. The tuning voltage applied by the radiation frequency adjusting unit 16 is, for example, 0 to 3V.
前述のように、並列アンテナ回路5では、高域用アンテナ素子4に高域の放射用信号RFHが給電される状態と、低域用アンテナ素子2に低域の放射用信号RFLが給電される状態がある。いずれの状態であっても、可変容量素子15の容量変化に応じて、高域用アンテナ素子4又は低域用アンテナ素子2の放射周波数が制御される。よって、高域用アンテナ素子4又は低域用アンテナ素子2の放射周波数が調整され、所望の放射周波数への同調が達成される。
As described above, in the
以上のように、アンテナ装置1では、高域用アンテナ素子4と低域用アンテナ素子2とが同一でかつ唯一の可変容量素子15でもって放射周波数が制御される。図3のアンテナ装置31と比較すると、高域用アンテナ素子4及び低域用アンテナ素子2は、可変容量素子15が1個しかないので、直列抵抗成分が大きくならない。このため、アンテナ装置1の放射利得が高くなる。また、同調用の制御電圧を調整する抵抗器18が1個しかないので、アンテナ装置1が簡素化され、コストが抑えられる。
As described above, in the
次に、整合について説明すると、アンテナ装置1は、並列アンテナ回路5の放射用信号給電端に整合用素子12が接続されている。
Next, matching will be described. In the
放射信号給電線6のインピーダンスが50Ωであるため、アンテナ装置1の入力インピーダンスも50Ωとする。もし、アンテナ装置1の入力インピーダンスを50Ωとしなければ、アンテナの受信感度が悪くなってしまうからである。なお、入力インピーダンスは、インダクタである整合用素子12の長さで調整することが可能であり、整合用素子12の長さが長くなると、アンテナの入力インピーダンスも高くなる。
Since the impedance of the radiation
図2を用いて、本発明のアンテナ装置1の具体的な動作例を説明する。
A specific operation example of the
実線で示された特性A1は、ローバンドにおけるVSWR特性である。このとき周波数ピークは、約470MHzである。同調を行うことにより、周波数ピークを連続的に高くすることができる。破線で示された特性A2の周波数ピークは、約550MHzである。VSWR特性は、特性A1から特性A2までの範囲で、連続的に任意に調節することができる。 A characteristic A1 indicated by a solid line is a VSWR characteristic in a low band. At this time, the frequency peak is about 470 MHz. By tuning, the frequency peak can be continuously increased. The frequency peak of the characteristic A2 indicated by the broken line is about 550 MHz. The VSWR characteristic can be arbitrarily adjusted continuously in the range from the characteristic A1 to the characteristic A2.
実線で示された特性B1は、ハイバンドにおけるVSWR特性である。このとき周波数ピークは、約580MHzである。同調を行うことにより、周波数ピークを連続的に高くすることができる。破線で示された特性B2の周波数ピークは、約720MHzである。VSWR特性は、特性B1から特性B2までの範囲で、連続的に任意に調節することができる。 A characteristic B1 indicated by a solid line is a VSWR characteristic in a high band. At this time, the frequency peak is about 580 MHz. By tuning, the frequency peak can be continuously increased. The frequency peak of the characteristic B2 indicated by the broken line is about 720 MHz. The VSWR characteristic can be arbitrarily adjusted continuously in the range from the characteristic B1 to the characteristic B2.
ローバンドとハイバンドの切替と同調を組み合わせることで、約470MHz〜約720MHzの広帯域(特性A1〜特性B2)に対応できることになる。従って、本発明のアンテナ装置1は、地上デジタル放送などで使用するUHF帯における放送電波の受信に好適である。
By combining low-band and high-band switching and tuning, a wide band (characteristic A1 to characteristic B2) of about 470 MHz to about 720 MHz can be handled. Therefore, the
なお、上記実施例においては、低域用アンテナ素子2を構成する導体片9,9の間に直流遮断用コンデンサ10を配置し、高域用アンテナ素子4を構成する導体片11,11の間にスイッチとなるPINダイオード3を配置する構成としたが、これに限られるものではない。
In the above embodiment, a
図5(a)に示すように、低域用アンテナ素子2を構成する導体片41の左側(放射用信号給電源6側)や、図5(b)に示すように、導体片41の右側(放射周波数調整部16側)に直流遮断用コンデンサ10を配置してもよい。なお、導体片41は、図1に示す導体片9,9をひとつにまとめた物に相当する。
As shown in FIG. 5A, the left side of the conductor piece 41 constituting the low-frequency antenna element 2 (radiation
また、図6(a)に示すように、導体片51の左側(放射用信号給電源6側)や、図6(b)に示すように、右側(放射周波数調整部16側)にPINダイオード3を配置してもよい。なお、導体片51は、図1に示す導体片11,11をひとつにまとめた物に相当する。
Further, as shown in FIG. 6A, a PIN diode is placed on the left side (radiation
さらに、図1、図5、図6に示す各素子の挿入場所を組み合わせてアンテナ装置1を構成してもよい。
Furthermore, the
しかし、図7に示すように、低域用アンテナ素子2にPINダイオード3を直列に接続し、高域用アンテナ素子4に直流遮断用コンデンサ10を接続して、低域動作時に直流信号DCSWcontを放射用信号RFLに重畳する構成とすることは好ましくない。低域は、高域よりも利得が低くなるため、極力抵抗分が無い方がよい。そのため、低域動作時にPINダイオード3を導通状態にして直列抵抗が発生するような図7のアンテナ装置は好ましくない。
However, as shown in FIG. 7, a
1 アンテナ装置
2 低域用アンテナ素子
3 PINダイオード(スイッチ)
4 高域用アンテナ素子
5 並列アンテナ回路
6 放射用信号給電源
7 直流電源
8 切替制御部
12 整合用素子
15 可変容量素子
16 放射周波数調整部
1
4 High-
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