JP2010068118A - Tuning type antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板ノイズを低減して受信感度を向上させる同調型アンテナに関する。 The present invention relates to a tuning antenna that reduces substrate noise and improves reception sensitivity.
地上波デジタル放送の電波をノートパソコンや携帯電話機のような携帯端末機で受信するには、携帯端末機に収納できる小型のアンテナが必要になる。この目的で同調型アンテナが使用される。 In order to receive radio waves of terrestrial digital broadcasting with a portable terminal such as a notebook computer or a cellular phone, a small antenna that can be stored in the portable terminal is required. A tuned antenna is used for this purpose.
図3に示されるように、従来の同調型アンテナ101は、基板(図示せず)上に形成された導体(図示せず)からなり外来電波を受波する受波素子102と、受波素子102の一端に接続され上記電波に合わせて受波素子102の電気長を調整する受波同調回路103と、受波素子102に現れる電力を受信信号として抽出する受信回路104とを備える。
As shown in FIG. 3, a conventional tunable antenna 101 includes a
基板は、図示していないが、携帯端末機等の機器の筐体内に収容されている。 Although not shown, the substrate is accommodated in a housing of a device such as a portable terminal.
受波素子102は、導体を所定の長さ設けて形成される。受波素子102は、受波同調回路103が接続された一端とは反対端側が2つの枝に分岐されており、その分岐された一方の枝の端部がグランドに接地され、もう一方の枝の端部が受信回路104の入力に接続される。
The
受波同調回路103には、電気長を調整する素子として可変容量素子105が使用される。可変容量素子105として、可変容量ダイオードがある。受波素子102の一端とグランドとの間に、可変容量素子105と直流遮断用容量106が直列に挿入され、可変容量素子105と直流遮断用容量106の接続点に対して高周波遮断用抵抗107を介して周波数制御電圧源108からの制御電圧が印加されるようになっている。
In the reception tuning circuit 103, a variable capacitance element 105 is used as an element for adjusting the electrical length. There is a variable capacitance diode as the variable capacitance element 105. A variable capacitor 105 and a DC blocking capacitor 106 are inserted in series between one end of the
受信回路104は、前述したように受波素子102の枝の端部に接続され、増幅器で構成される。
As described above, the receiving circuit 104 is connected to the end of the branch of the
受波同調回路103において周波数制御電圧源108からの制御電圧を変えると可変容量素子105の容量が変化するため、受波素子102の電気長が変化する。これにより、受波素子102に現れる電力を受信回路104で抽出して受信信号とすると、その受信信号の周波数が変化するので、受信する放送電波の周波数を変えることができる。
When the control voltage from the frequency control voltage source 108 is changed in the reception tuning circuit 103, the capacitance of the variable capacitance element 105 changes, so that the electrical length of the
従来の同調型アンテナ101は、基板上に形成された受波素子102の一端に可変容量素子105からなる受波同調回路103が接続されている。この構成は、機器内部で発生する電気的雑音が同じ機器の筐体内に収容されている基板と受波同調回路103を介して受波素子102に混入しやすい。このため、受信回路104から出力される受信信号には、受波素子102が受波した外来電波に機器内部で発生した電気的雑音が重畳される。このような携帯端末機の機器内部で発生する電気的雑音を基板ノイズと呼ぶ。
In a conventional tuning antenna 101, a receiving tuning circuit 103 including a variable capacitance element 105 is connected to one end of a
基板ノイズの発生箇所は、機器内部のあらゆる電子回路である。例えば、CPU(中央処理装置)回路、メモリ回路、液晶表示器駆動回路、撮像素子駆動回路、赤外線通信回路、電話帯域送受信回路、音声増幅回路、機械振動回路、キーボード回路、外部半導体メモリインタフェース回路、有線通信インタフェース回路、テレビ画像再生回路、電源安定回路などである。 The place where the substrate noise occurs is any electronic circuit inside the device. For example, a CPU (Central Processing Unit) circuit, a memory circuit, a liquid crystal display driving circuit, an image sensor driving circuit, an infrared communication circuit, a telephone band transmission / reception circuit, a voice amplification circuit, a mechanical vibration circuit, a keyboard circuit, an external semiconductor memory interface circuit, A wired communication interface circuit, a television image reproduction circuit, a power supply stabilization circuit, and the like.
従来の同調型アンテナ101は、外来電波に対する受信感度を良くしようとして、受信回路104の利得を高めると、基板ノイズについても利得が高くなり、受信回路104から出力される受信信号に含まれる基板ノイズが大きくなる。この結果、受信感度が向上しないという問題がある。 When the gain of the receiving circuit 104 is increased in order to improve the reception sensitivity with respect to external radio waves, the conventional tuned antenna 101 also increases the substrate noise, and the substrate noise included in the received signal output from the receiving circuit 104 is increased. Becomes larger. As a result, there is a problem that reception sensitivity is not improved.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板ノイズを低減して受信感度を向上させる同調型アンテナを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a tuned antenna that solves the above-described problems and reduces substrate noise to improve reception sensitivity.
上記目的を達成するために本発明は、基板上に形成された電波を受波する受波素子と、該受波素子の一端に接続され上記電波の周波数に合わせて上記受波素子の電気長を調整する受波同調回路と、上記受波素子に現れる電力を受波信号として抽出する受信回路とを備えた同調型アンテナにおいて、グランド上に形成された電気的雑音を伝送する伝送線路と、該伝送線路に現れる電力と上記受波素子に現れる電力とを合成して上記受波信号から上記電気的雑音を除去した真の受波信号を上記受信回路に出力する電力合成回路とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a receiving element for receiving a radio wave formed on a substrate, and an electrical length of the receiving element connected to one end of the receiving element in accordance with the frequency of the radio wave. A transmission line for transmitting electrical noise formed on the ground, in a tuning antenna including a reception tuning circuit for adjusting the power and a reception circuit for extracting power appearing in the reception element as a reception signal; A power combining circuit that combines the power appearing on the transmission line and the power appearing on the receiving element to output a true received signal obtained by removing the electrical noise from the received signal to the receiving circuit; Is.
上記伝送線路の一端に接続され上記電波の周波数に合わせて上記伝送線路の電気長を調整する雑音同調回路を備えてもよい。 A noise tuning circuit may be provided that is connected to one end of the transmission line and adjusts the electrical length of the transmission line according to the frequency of the radio wave.
上記伝送線路に現れる電力を位相調整して上記電力合成回路に出力する移相器を備えてもよい。 You may provide the phase shifter which adjusts the phase of the electric power which appears in the said transmission line, and outputs it to the said electric power synthesis circuit.
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)基板ノイズを低減して受信感度を向上させることができる。 (1) Receiving sensitivity can be improved by reducing substrate noise.
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、本発明に係る同調型アンテナ1は、基板2(図2参照)上に形成された導体3(図2参照)からなり外来電波を受波する受波素子4と、受波素子4の一端に接続され上記電波に合わせて受波素子4の電気長を調整する受波同調回路5と、受波素子4に現れる電力を受信信号として抽出する受信回路6とを備えた同調型アンテナ1において、基板2上に形成された導体7(図2参照)からなり電気的雑音を伝送する伝送線路8と、伝送線路8に現れる電力と受波素子4に現れる電力とを合成して受信回路6に出力する差動アンプからなる電力合成回路9とを備えたものである。
As shown in FIG. 1, a
受波素子4の構成、受波同調回路5の構成、受信回路6の構成は、それぞれ従来の同調型アンテナ101のものと同じである。すなわち、受波素子4は、導体3を所定の長さ設けて形成され、受波同調回路5が接続された一端とは反対端側が2つの枝に分岐され、一方の枝の端部(狭隘部20)がグランド19に接地され、もう一方の枝の端部(受波信号出力端21)は電力合成回路9に接続される。受波同調回路5には、可変容量素子10が使用され、受波素子4の一端とグランド19との間に、可変容量素子10と直流遮断用容量11が直列に挿入され、可変容量素子10と直流遮断用容量11の接続点に対して高周波遮断用抵抗12を介して周波数制御電圧源13からの制御電圧が印加されるようになっている。受信回路6は、増幅器で構成され、受信回路6の入力に電力合成回路9の出力が接続される。
The configuration of the
なお、本発明では、直流遮断用容量11として、可変容量ダイオードを用いると良い。直流遮断用容量11が可変容量ダイオードである場合、可変容量素子10による容量の可変幅に直流遮断用容量11の可変幅を加えることで、直列容量の可変幅を大きくすることができ、受波素子4の電気長の調整範囲が広くなる。
In the present invention, a variable capacitance diode may be used as the DC blocking capacitor 11. When the DC blocking capacitor 11 is a variable capacitance diode, the variable width of the DC blocking capacitor 11 can be increased by adding the variable width of the DC blocking capacitor 11 to the variable width of the capacitance of the
伝送線路8は、受波素子4と同様に導体7を所定の長さ設けて形成される。ただし、伝送線路8には、枝分かれはない。
Similar to the
電力合成回路9は、差動アンプで構成される。差動アンプの2つの入力には、伝送線路8の反対端からの信号と受波素子4の反対端側の枝の端部からの信号とが入力されている。
The power combining circuit 9 is composed of a differential amplifier. A signal from the opposite end of the
本実施形態では、同調型アンテナ1は、伝送線路8の一端に接続され受波素子4で受信する電波の周波数に合わせて伝送線路8の電気長を調整する雑音同調回路14を備える。雑音同調回路14は、受波同調回路5と同様に可変容量素子15を用いて構成される。伝送線路8の一端と可変容量素子15との接続点に対して高周波遮断用抵抗16を介して周波数制御電圧源13からの制御電圧が印加されるようになっている。このように、雑音同調回路14の可変容量素子15は、受波同調回路5の可変容量素子10と同じ周波数制御電圧源13で制御されるようになっている。つまり、受波素子4の電気長を調整するとき、これに連動して伝送線路8の電気長を調整することができる。可変容量素子10、15の容量値の決定方法については後述する。
In the present embodiment, the
伝送線路8と雑音同調回路14は、破線で示された基板ノイズ検出回路17を構成する。この基板ノイズ検出回路17は、絶縁膜を介してグランド19上に形成され、可変容量素子15の一端とグランド19とが電気的に接続されている。このように基板ノイズ検出回路17は、グランド近くに形成されているため、外部から飛来する電波は受信せず、機器内部で発生する電気的雑音のみを受信できる。
The
本実施形態では、同調型アンテナ1は、伝送線路8に現れる電力を位相調整して電力合成回路9に出力する移相器18を備えている。すなわち、伝送線路8の反対端が移相器18の入力に接続され、移相器18の出力が電力合成回路9の一方の入力に接続される。移相器18は、可変容量ダイオード、特にMEMS可変容量で構成されるとよい。可変容量ダイオードでも位相調整が可能であるため、移相器の構成が簡単であり、特にMEMS可変容量は損失が小さいからである。
In the present embodiment, the tuned
図2に示されるように、本発明に係る同調型アンテナ1が搭載される基板2は、誘電体(絶縁体)の基板材料を1枚だけ使用したもの又は2枚以上積層したものである。基板2の表裏両面上又は各々の基板材料の間に導体を設けることができる。図中には、受波素子4となる部分を含んだ導体3と伝送線路8となる部分を含んだ導体7とその他の導体(ハッチング部分)が示されている。この図では、各導体が基板2のどの面に形成されているかは、無視している。
As shown in FIG. 2, the
可変容量素子10、直流遮断用容量11、高周波遮断用抵抗12、可変容量素子15、高周波遮断用抵抗16は、表面実装部品である。これらの表面実装部品を各導体間に実装することにより、図1の回路図で示される回路が基板2上に実現されている。
The
受波素子4は、基板2の大面積部分を占める導体であるグランド19の右上端において、導体からなる狭隘部20を介してグランド19に繋がっていると共に、グランド19から所定の距離を隔ててグランド19と平行に伸びている。受波素子4の受波信号出力端21は、狭隘部20から所定の間隔を隔てた位置からグランド19に向かって伸びている。受波信号出力端21と電力合成回路9は別の導体23で繋がれている。この導体23は、グランド19上に絶縁膜を介して形成されている。
The
導体7からなる伝送線路8は、電力合成回路9に繋がると共に、図示しない絶縁膜を介してグランド19に沿って設けられている。これは、この基板2を収容する機器の外部から来る電磁波(受信したい放送電波)が伝送線路8に電圧を生じないようにしたものである。もし、外来電磁波を検出したいのであれば、伝送線路8は受波素子4のようにグランド19から離れた場所に設けることになるが、本発明では、伝送線路8において機器内部で発生する電気的雑音(基板ノイズ)を検出することを目的としているので、伝送線路8はグランド19に近い場所(グランド19上)に設けて外来電磁波が検出されないようにする。
The
伝送線路8は、受波素子4の受波信号出力端21の近傍まで伸びている。これは基板ノイズを受波素子4の受波信号出力端21の近傍まで伝送したいからである。
The
具体的には、可変容量ダイオード(可変容量素子)10とDCカット用コンデンサ(直流遮断用容量)11と可変容量ダイオード15とがほぼ一直線上に並ぶよう配置されている。受波素子4は、DCカット用コンデンサ11と可変容量ダイオード10を介して基板に接地されているため、基板ノイズは受波同調回路5が接地されている場所22から混入しやすい。この受波同調回路5が拾う基板ノイズを取り出すため、雑音同調回路14の可変容量ダイオード15も受波同調回路5がグランドに接地されている場所22の近傍に配置する。これにより、受波同調回路5が拾う基板ノイズ(強度や位相)と雑音同調回路14が拾う基板ノイズ(強度や位相)とを一致させることができる。
Specifically, the variable capacitance diode (variable capacitance element) 10, the DC cut capacitor (DC blocking capacitor) 11, and the
ここで、受波同調回路5に用いられる可変容量素子10の容量値、雑音同調回路14に用いられる可変容量素子15の容量値、移相器18として用いられる可変容量ダイオードの容量値の決定方法について説明する。
Here, a method for determining the capacitance value of the
まず、所望の受信周波数f1で共振するように、可変容量素子10の容量値C11を通常のアンテナと同様の方法で決定する。同様に、同じ周波数f1で共振するように、雑音同調回路14に用いられる可変容量素子15の容量値C21も通常のアンテナと同様の方法で決定する。次に、これらの容量値C11,C21を用いて、図1に示すアンテナ回路を構成する。そして、受波同調回路5及び雑音同調回路14が受信周波数f1で共振しているときに出力される受信信号を電力合成回路9から取り出して、図4に示すような周波数と電力の関係を測定する。この測定結果を見ながら、移相器18として用いられる可変容量ダイオードの容量値を適宜調整して、受信信号のピークが鋭くなるように、移相器18として用いられる可変容量ダイオードの容量値C31を決定する。これを繰り返して、所望の受信周波数fnと容量素子の容量値C1n,C2n,C3nとの関係をそれぞれ決定しておき、また、各容量値が得られるように周波数制御電圧源13の印加電圧Vn及び高周波遮断抵抗12,16の抵抗値もあらかじめ定めておく。最後に、このアンテナが搭載される機器のマイコンなどに上記所望の受信周波数fnと容量素子の容量値C1n,C2n,C3nとの関係をあらかじめ記憶させておき、機器の受信周波数に応じて周波数制御電圧源13の印加電圧を変更し、各容量素子の容量値を変更して、アンテナとして機能させる。
First, the capacitance value C11 of the
本発明に係る同調型アンテナ1の動作を説明する。
The operation of the
受波素子4においては、周波数制御電圧源13からの制御電圧によって受波同調回路5内の可変容量素子10の容量が変化する。これにより、可変容量素子10が一端に接続されている受波素子4の電気長が変化する。この電気長に応じた周波数の外来電波が受波されることになる。受波された信号は、受波信号出力端21から電力合成回路9としての差動アンプに入力される。
In the
機器内部では、電子回路から電気的雑音が発生しており、これが基板ノイズとして受波素子4が受波している外来電波に重畳される。
Inside the device, electrical noise is generated from the electronic circuit, and this is superimposed on the external radio wave received by the
しかし、本発明では、上記したように基板ノイズ検出回路17は、絶縁膜を介してグランド19上に形成されているため、外部から飛来する電波は受信せず、機器内部で発生する電気的雑音のみを受信しており、伝送線路8から伝送された基板ノイズが受波素子4の受波信号出力端21の近傍から移相器18を経て電力合成回路9としての差動アンプに入力される。このとき、周波数制御電圧源13からの制御電圧によって雑音同調回路14内の可変容量素子15の容量が変化する。これにより、可変容量素子15が一端に接続されている伝送線路8の電気長が変化する。この電気長に応じた周波数(受波同調回路5で受信する外来電波と同じ周波数)の基板ノイズが伝送されることになる。
However, in the present invention, as described above, since the substrate noise detection circuit 17 is formed on the ground 19 through the insulating film, it does not receive radio waves flying from the outside, and electrical noise generated inside the device. The substrate noise transmitted from the
移相器18では伝送線路8に現れる基板ノイズの電力が位相調整されるので、電力合成回路9における2つの電力の合成の具合(基板ノイズが相殺される具合)を調整することができる。
Since the phase shifter 18 adjusts the phase of the power of the substrate noise that appears on the
図4(a)は、ノイズ除去前の受波素子4が受信する信号の周波数と電力の関係図であり、図4(b)は、基板ノイズ出力回路が出力する信号の周波数と電力の関係図であり、図4(c)は、図4(a)で示した信号と図4(b)で示した信号を電力合成回路9によって合成し、ノイズを除去した外来電波(真の受波信号)である。
4A is a relationship diagram between the frequency and power of the signal received by the
電力合成回路9では、入力された2つの電力である受波素子4からの受波信号と基板ノイズ検出回路17によって受信された後、移相器18によって位相調整された基板ノイズとが合成される。受波素子4からの受波信号には、外来電波に基板ノイズが重畳されているが、合成された信号は、外来電波のみの受波信号(本来受波したい受波信号;真の受波信号)となる。
In the power combiner circuit 9, the received signal from the
受信回路6では、外来電波のみの受波信号が入力されており、基板ノイズは除去されている。受信回路6の利得を高めると、外来電波のみの受波信号が大きく増幅される。よって、外来電波に対する受信感度が向上する。受信回路6の出力は、図示しないチューナに入力する。
In the receiving
本発明に係る同調型アンテナ1は、受信感度が向上したことによって、従来より小型化しても従来と同等の感度が得られることになるので、同調型アンテナ1を小型化することが可能となる。
Since the
また、従来の同調型アンテナ101は機器内部から電気的雑音を受けやすい場所には配置することができなかったが、本発明に係る同調型アンテナ1は機器内部から電気的雑音を受けやすい場所でも配置することができる。これにより、配置の自由度が増すため、機器のデザインにアンテナ配置からくる制約がなくなり、デザインが容易になる。
In addition, the conventional tuning antenna 101 could not be placed in a place where it is susceptible to electrical noise from the inside of the device. However, the
以上説明したように、本発明に係る同調型アンテナ1は、従来と同構造の受波素子4及び受波同調回路5に加えて、伝送線路8及び雑音同調回路14からなる基板ノイズ検出回路17を設けて基板ノイズを検出すると共に電力合成回路9を設けて検出された基板ノイズと受波信号を合成するようにしたので、外来電波に重畳されている基板ノイズを相殺することによって除去することができる。
As described above, the
本発明に係る同調型アンテナ1は、基板ノイズ検出回路17には、雑音同調回路14と移相器18が接続されているので、受波素子4及び受波同調回路5における同調動作と連動させてこれらの雑音同調回路14と移相器18を調整することにより、同調型アンテナ1が最適な受信感度となるような調整を行うことができる。
In the
本発明に係る同調型アンテナ1は、携帯端末機の地上波デジタル放送受信用内蔵アンテナ、ノートパソコンの地上波デジタル放送受信用内蔵アンテナ、その他のチューナブル受信用アンテナに利用することができる。また、MEMS可変容量を用いる場合は、電力が大きくできるため、送受信アンテナにも使用することができる。
The
1 同調型アンテナ
2 基板
3 導体
4 受波素子(逆F型アンテナ)
5 受波同調回路
6 受信回路
7 導体
8 伝送線路
9 電力合成回路
13 周波数制御電圧源
14 雑音同調回路
17 基板ノイズ検出回路
18 移相器
1
DESCRIPTION OF
Claims (3)
グランド上に形成された電気的雑音を伝送する伝送線路と、該伝送線路に現れる電力と上記受波素子に現れる電力とを合成して上記受波信号から上記電気的雑音を除去した真の受波信号を上記受信回路に出力する電力合成回路とを備えたことを特徴とする同調型アンテナ。 A receiving element for receiving a radio wave formed on the substrate; a receiving tuning circuit connected to one end of the receiving element for adjusting the electrical length of the receiving element in accordance with the frequency of the radio wave; In a tunable antenna including a receiving circuit that extracts power appearing in a wave element as a received signal,
A transmission line formed on the ground for transmitting electrical noise, the power appearing on the transmission line and the power appearing on the receiving element are combined to remove the electrical noise from the received signal. A tuning antenna comprising: a power combining circuit that outputs a wave signal to the receiving circuit.
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