JP2010081370A - Antenna circuit and radio apparatus using same - Google Patents

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Hiroshi Okamoto
浩志 岡本
Toshiyuki Wada
俊之 和田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized antenna circuit and a radio apparatus using the same which controls an increase of a radiation electrode as low as possible and varies a resonance frequency of a fundamental frequency band by a variable reactance element reducing an influence giving to a resonance state of a higher order frequency band. <P>SOLUTION: A multi-band antenna having at least the radiation electrode corresponding to the fundamental frequency band and the radiation electrode corresponding to the higher order frequency band, a first matching circuit to connect to a power feeding side of the multi-band antenna, a variable matching circuit to connect through the first matching circuit and a first transmission line, and a second matching circuit to connect through the variable matching circuit and a second transmission line are provided. The variable matching circuit includes a variable capacity element connected to the first matching circuit in series and a power feeding circuit toward the variable capacity element. The first matching circuit and the second matching circuit are comprised of reactance elements, change electrostatic capacity by feeding power toward the variable capacity element, and varies the resonance frequency of the fundamental frequency band. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線装置に用いられるアンテナ回路に関し、特には複数の互いに異なる周波数帯において利用可能なマルチバンド型のアンテナ回路と、それを用いた無線装置に関するものである。   The present invention relates to an antenna circuit used in a radio apparatus, and more particularly to a multiband antenna circuit that can be used in a plurality of different frequency bands and a radio apparatus using the same.

近年、携帯電話等の無線装置が急速に普及し、通信に使用する帯域も多岐に亘っている。特に、最近の携帯電話では、デュアルバンド方式、トリプルバンド方式、クワッドバンド方式等と呼ばれるように、複数の送受信帯域を一つの携帯電話等の通信機器に装備する例が多くなっている。
クワッドバンド方式の携帯電話で使用する通信システムの周波数帯域は、例えばGSM850/900帯(824〜960MHz)、DCS帯(1710〜1850MHz)、PCS帯(1850〜1990MHz)、UMTS帯(1920〜2170MHz)であって、GSM帯を基本周波数帯とすれば、連続する3つの周波数帯であるDCS帯、PCS帯、UMTS帯は、GSM帯の略2〜2.5倍の周波数であり、これらを高次周波数帯と呼ぶ場合がある。
In recent years, wireless devices such as mobile phones have rapidly spread, and the bandwidth used for communication is also wide-ranging. In particular, in recent mobile phones, there are an increasing number of examples in which a plurality of transmission / reception bands are provided in a communication device such as a single mobile phone as called a dual band method, a triple band method, a quad band method, or the like.
The frequency band of the communication system used in the quad-band mobile phone is, for example, GSM850 / 900 band (824 to 960 MHz), DCS band (1710 to 1850 MHz), PCS band (1850 to 1990 MHz), UMTS band (1920 to 2170 MHz). If the GSM band is the basic frequency band, the three consecutive frequency bands, DCS band, PCS band, and UMTS band, are approximately 2 to 2.5 times the frequency of the GSM band. Sometimes called the next frequency band.

かかる状況下、携帯電話等の無線装置に内蔵されるアンテナ回路を構成するアンテナとして、複数の送受信帯域に対応できるマルチバンドアンテナが要求されている。
通常、アンテナを構成する放射電極は基本となる共振周波数を有し、更に高次の共振周波数を有する。このような共振周波数を含む周波数帯について、ここでは、最も低周波で共振する周波数f1(主共振点と呼ぶ場合がある)を含み、高周波回路と整合可能、即ち電圧定在波比VSWRが所定の数値以下となる周波数帯を基本周波数帯とし、それよりも高次の共振を生じる周波数f2(高次共振点と呼ぶ場合がある)を含む周波数帯を高次周波数帯とする。
マルチバンドアンテナとして要求される周波数帯は、特に高次周波数帯は基本周波数帯よりも帯域幅が広く、高次の共振だけでは十分な帯域幅が確保出来ず、使用が困難である場合があった。先に例示した通信システムでは、基本周波数帯でカバーする周波数帯域幅は136MHz、高次周波数帯では周波数帯域幅は460MHzである。
Under such circumstances, a multiband antenna capable of supporting a plurality of transmission / reception bands is required as an antenna constituting an antenna circuit built in a wireless device such as a mobile phone.
Usually, the radiation electrode constituting the antenna has a basic resonance frequency, and further has a higher-order resonance frequency. Here, the frequency band including the resonance frequency includes the frequency f1 (sometimes referred to as a main resonance point) that resonates at the lowest frequency and can be matched with the high frequency circuit, that is, the voltage standing wave ratio VSWR is predetermined. A frequency band that is equal to or less than the numerical value is a basic frequency band, and a frequency band that includes a frequency f2 (which may be referred to as a higher-order resonance point) that causes higher-order resonance than that is a higher-order frequency band.
The frequency band required for multiband antennas is particularly wide in the higher-order frequency band than the fundamental frequency band, and sufficient bandwidth cannot be secured by higher-order resonance alone, making it difficult to use. It was. In the communication system exemplified above, the frequency bandwidth covered by the basic frequency band is 136 MHz, and the frequency bandwidth is 460 MHz in the higher frequency band.

このような問題に対して、特許文献1には、アンテナと直列に可変リアクタンス素子(バリキャップダイオード)を接続し、その容量値を変化させることで共振周波数を、利用する周波数にあわせて調整して、異なる周波数で無線通信を可能とすることが提案されている。
しかしながら、この方法は基本周波数帯や高次周波数帯を広帯域化することは出来ず、また基本周波数帯や高次周波数帯における共振周波数がそれぞれ変化することから、GSMとUMTSのように、基本周波数帯や高次周波数帯を同時に利用するマルチモードが採用された携帯電話では、必要な周波数帯で整合が得られないといった問題があって採用できない。
In order to deal with such a problem, Patent Document 1 discloses that a variable reactance element (varicap diode) is connected in series with an antenna, and the capacitance value is changed to adjust the resonance frequency according to the frequency to be used. Thus, it has been proposed to enable wireless communication at different frequencies.
However, this method cannot broaden the fundamental frequency band or higher-order frequency band, and the resonance frequency in the fundamental frequency band or higher-order frequency band changes, so that the fundamental frequency as in GSM and UMTS. A mobile phone that uses a multimode that simultaneously uses bands and higher-order frequency bands cannot be used due to a problem that matching cannot be obtained in a necessary frequency band.

他の方法として、一つの放射電極で生じる高次の共振周波数f2に近い周波数において、共振周波数f3を得る他の放射電極をアンテナに付加することで、高次周波数帯を広帯域化することが行われている(例えば特許文献2)。この方法によれば、マルチモードで動作する無線装置に利用可能なマルチバンドアンテナとすることが可能であるが、基本周波数帯の帯域幅が狭いといった課題が残っている。
同じ技術思想に基づいて、周波数f1に近い周波数において、共振周波数f4を得る他の放射電極をアンテナに付加することで、基本周波数帯の帯域幅を広げると共に、その高次の共振によって高次周波数帯を広帯域化することも可能であるが、高次の共振で得られる帯域幅は、低周波での共振よりも帯域幅が狭いため、それでもなお所望の高次周波数帯が得られない場合があった。
更に他の放射電極を加えることも考えられるが、アンテナは通常限定された空間、例えば携帯電話の筐体内の一部という限られた空間に配置されることから、更なる放射電極の付加が困難な場合がある。また給電放射電極と無給電放射電極を用いる場合には、放射電極間の電磁結合を上手く利用して複共振状態とする場合もあるが、放射電極を増加させることは結合状態を複雑化して、所望の特性が得られないといった問題を生じさせることもある。
特開2002−208871号 特表2001−522152号
As another method, it is possible to broaden the high-order frequency band by adding to the antenna another radiation electrode that obtains the resonance frequency f3 at a frequency close to the higher-order resonance frequency f2 generated by one radiation electrode. (For example, Patent Document 2). According to this method, a multiband antenna that can be used for a wireless device that operates in a multimode can be obtained, but there remains a problem that the bandwidth of the fundamental frequency band is narrow.
Based on the same technical idea, by adding another radiation electrode that obtains the resonance frequency f4 at a frequency close to the frequency f1 to the antenna, the bandwidth of the fundamental frequency band is widened, and the higher order resonance causes the higher order frequency. Although it is possible to widen the band, the bandwidth obtained by higher-order resonance is narrower than that at low-frequency resonance, so the desired higher-order frequency band may still not be obtained. there were.
Although other radiation electrodes may be added, the antenna is usually disposed in a limited space, for example, a limited space in a mobile phone casing, so that it is difficult to add additional radiation electrodes. There are cases. In addition, when using a feed radiation electrode and a feed radiation electrode, there may be a case where the electromagnetic coupling between the radiation electrodes is used to make a double resonance state, but increasing the radiation electrode complicates the coupling state, There may be a problem that desired characteristics cannot be obtained.
JP 2002-208771 A Special table 2001-522152

本発明者等は、マルチモード・マルチバンドの無線装置にも利用可能なマルチバンドアンテナを鋭意研究する中で、従来技術を組み合わせ、複数の放射電極によって高次周波数帯を広帯域化するとともに、可変リアクタンス素子を接続して、その容量値やインダクタス値を変化させて基本周波数帯における共振周波数を可変としたマルチバンドアンテナを着想した。
しかしながら単純に公知技術を組み合わせても、基本周波数帯における共振周波数とともに、高次の共振周波数が変化するため、高次周波数帯のVSWR特性が劣化し、マルチバンドアンテナとして機能しなくなるといった問題が発生した。
そこで本発明は、複数の放射電極を備えたマルチバンドアンテナにおいて、放射電極の増加を極力抑え、高次周波数帯の共振状態に与える影響を低減しながら、可変リアクタンス素子によって基本周波数帯の共振周波数を可変とする小型のアンテナ回路と、それを用いた無線装置を提供することを目的とする。
The present inventors are diligently researching a multiband antenna that can be used for a multimode / multiband radio apparatus, and combine the conventional techniques to widen a high-order frequency band by using a plurality of radiation electrodes and to change the band. A multiband antenna was conceived in which a reactance element was connected and the resonance frequency in the fundamental frequency band was made variable by changing the capacitance value and the inductance value.
However, even if the known techniques are simply combined, the higher-order resonance frequency changes with the resonance frequency in the fundamental frequency band, resulting in a problem that the VSWR characteristic in the higher-order frequency band deteriorates and the multi-band antenna does not function. did.
Therefore, the present invention provides a multi-band antenna having a plurality of radiation electrodes, suppressing the increase of radiation electrodes as much as possible, and reducing the influence on the resonance state of the higher-order frequency band, while reducing the resonance frequency of the fundamental frequency band by a variable reactance element. It is an object of the present invention to provide a small antenna circuit that can change the frequency and a wireless device using the antenna circuit.

本発明は、少なくとも基本周波数帯に対応した放射電極と高次周波数帯に対応した放射電極を有するマルチバンドアンテナと、前記マルチバンドアンテナの給電側に接続された可変整合回路を備えたアンテナ回路であって、前記可変整合回路は、マルチバンドアンテナと接続する第1整合回路と、前記第1整合回路と直列に接続された可変容量素子と前記可変容量素子への給電回路を含み、第1整合回路は接地されたインダクタンス素子を含むリアクタンス素子で構成され、前記可変容量素子への給電によって静電容量を変化させ、基本周波数帯の共振周波数を可変としたことを特徴とするアンテナ回路である。   The present invention is an antenna circuit comprising a multiband antenna having a radiation electrode corresponding to at least a fundamental frequency band and a radiation electrode corresponding to a higher order frequency band, and a variable matching circuit connected to a power feeding side of the multiband antenna. The variable matching circuit includes a first matching circuit connected to a multiband antenna, a variable capacitance element connected in series with the first matching circuit, and a power feeding circuit to the variable capacitance element. The circuit is constituted by a reactance element including a grounded inductance element, and an electrostatic capacity is changed by feeding power to the variable capacitance element so that a resonance frequency in a fundamental frequency band is variable.

第1整合回路は接地されたインダクタンス素子と、それに並列接続されたキャパシタンス素子を含み、第2整合回路は前記可変容量素子と直列に接続されたインダクタンス素子を含む。
本発明においては、第1整合回路と第1伝送線路との接続点からマルチバンドアンテナ側を見たインピーダンス(特性インピーダンスは50Ω)について、基本周波数帯のスタート周波数fa1からエンド周波数fa2におけるインピーダンスの抵抗成分が15Ω以上150Ω以下とするのが好ましい。センター周波数fa3におけるインピーダンスの抵抗成分が50Ωを超えるとともに、スタート周波数fa1、エンド周波数fa2におけるインピーダンスにおける抵抗成分が50Ω未満とする。好ましくは、センター周波数fa3におけるインピーダンスの抵抗成分が100Ω以上であり、スタート周波数fa1、エンド周波数fa2におけるインピーダンスにおける抵抗成分が25Ω未満とする。
The first matching circuit includes a grounded inductance element and a capacitance element connected in parallel thereto, and the second matching circuit includes an inductance element connected in series with the variable capacitance element.
In the present invention, with respect to the impedance (characteristic impedance is 50Ω) when the multiband antenna is viewed from the connection point between the first matching circuit and the first transmission line, the impedance resistance from the start frequency fa1 to the end frequency fa2 in the fundamental frequency band. The component is preferably 15Ω or more and 150Ω or less. The resistance component of the impedance at the center frequency fa3 exceeds 50Ω, and the resistance component of the impedance at the start frequency fa1 and the end frequency fa2 is less than 50Ω. Preferably, the resistance component of the impedance at the center frequency fa3 is 100Ω or more, and the resistance component of the impedance at the start frequency fa1 and the end frequency fa2 is less than 25Ω.

また高次周波数帯のスタート周波数fb1からエンド周波数fb2におけるインピーダンスの抵抗成分が15Ω以上400Ω以下であり、センター周波数fb3におけるインピーダンスfb3の抵抗成分が50Ω未満で、スタート周波数fb1、エンド周波数fb2におけるインピーダンスにおける抵抗成分が50Ω超とする。好ましくはスタート周波数fb1、エンド周波数fb2におけるインピーダンスにおける抵抗成分が100Ω以上であるのが好ましい。   The resistance component of the impedance from the start frequency fb1 to the end frequency fb2 in the higher frequency band is 15Ω or more and 400Ω or less, the resistance component of the impedance fb3 at the center frequency fb3 is less than 50Ω, and the impedance components at the start frequency fb1 and the end frequency fb2 The resistance component exceeds 50Ω. Preferably, the resistance component in the impedance at the start frequency fb1 and the end frequency fb2 is 100Ω or more.

第1整合回路と接続する第1伝送線路、及び、第2整合回路と接続する第2伝送線路は、位相回路として機能する。基本周波数帯における位相回転は高次周波数帯おける位相回転よりも少なく、可変整合回路の容量値の変化によるリアクタンス変化量は周波数に対して反比例する。このような一般則に則って後述する方法により、第1伝送線路、可変整合回路、第2伝送線路、第2整合回路を適宜構成することで、可変整合回路によって容量値を変化させても、高次周波数帯における共振周波数に大きな影響を与えることがなく、容易に基本周波数帯における共振周波数を調整することが出来、所望の周波数帯においてVSWRが4以下、好ましくは3以下、より好ましくは2以下とすることが出来る。   The first transmission line connected to the first matching circuit and the second transmission line connected to the second matching circuit function as a phase circuit. The phase rotation in the fundamental frequency band is less than the phase rotation in the higher-order frequency band, and the reactance change amount due to the change in the capacitance value of the variable matching circuit is inversely proportional to the frequency. By appropriately configuring the first transmission line, the variable matching circuit, the second transmission line, and the second matching circuit by a method described later in accordance with such general rules, even if the capacitance value is changed by the variable matching circuit, The resonance frequency in the fundamental frequency band can be easily adjusted without greatly affecting the resonance frequency in the higher-order frequency band, and the VSWR is 4 or less, preferably 3 or less, more preferably 2 in the desired frequency band. It can be as follows.

第2整合回路の高周波回路側の一端側からマルチバンドアンテナを見たインピーダンスは、高次周波数帯において、スタート周波数fb1、エンド周波数fb2におけるインピーダンスの抵抗成分を50Ωよりも低くするとともに、可変容量素子の容量値による変化を含んでスタート周波数の位相θlbを−135°〜−180°の領域に、エンド周波数におけるインピーダンスZHの位相θhbを+135°〜+180°の領域に調整するのが好ましい。
このような構成によれば、スミスチャート上におけるインピーダンスは、規格化インピーダンス50Ω付近を中心として回転する軌跡を示し、高次周波数帯において複数の共振点が発生し、VSWRが低い帯域を拡大することが出来る。
The impedance when the multiband antenna is viewed from one end of the second matching circuit on the high frequency circuit side is such that the resistance component of the impedance at the start frequency fb1 and the end frequency fb2 is lower than 50Ω in the high-order frequency band, and the variable capacitance element It is preferable that the phase θlb of the start frequency is adjusted to a region of −135 ° to −180 ° and the phase θhb of the impedance ZH at the end frequency is adjusted to a region of + 135 ° to + 180 °.
According to such a configuration, the impedance on the Smith chart shows a trajectory that rotates around the standardized impedance of 50Ω, and a plurality of resonance points are generated in the high-order frequency band, and the band where the VSWR is low is expanded. I can do it.

また、可変容量素子が相対的に低容量値の状態で、基本周波数帯のスタート周波数fa1におけるインピーダンスZlの位相θlaを+135°〜+180°の領域に、可変容量素子が相対的に高容量値の状態で、基本周波数帯のエンド周波数fa2におけるインピーダンスZhaの位相θhaを+135°〜+180°の領域に調整するのが好ましい。
センター周波数fa3では、前述のように第1整合回路から見たマルチバンドアンテナのインピーダンスが高インピーダンス状態となっている。このためインダクタンス素子からなる第2整合回路を直列接続し、更に可変容量素子の容量値を変更しても、高周波回路側の一端からマルチバンドアンテナ側を見たインピーダンスの位相変化は小さい。
一方、可変容量素子の容量値によってスタート周波数fa1とエンド周波数fa2の位相変化は大きいため、可変容量素子の容量値を変化させてセンター周波数fa3とスタート周波数fa1間、あるいはエンド周波数fa2との間の位相差を略180°とすることで、スタート周波数fa1とエンド周波数fa2との間に生じる一つの共振点の共振周波数を変更することが出来る。
In addition, in a state where the variable capacitance element has a relatively low capacitance value, the phase θla of the impedance Zl at the start frequency fa1 in the fundamental frequency band is in the region of + 135 ° to + 180 °, and the variable capacitance device has a relatively high capacitance value. In this state, it is preferable to adjust the phase θha of the impedance Zha at the end frequency fa2 in the fundamental frequency band to a range of + 135 ° to + 180 °.
At the center frequency fa3, as described above, the impedance of the multiband antenna viewed from the first matching circuit is in a high impedance state. For this reason, even when the second matching circuit composed of the inductance elements is connected in series and the capacitance value of the variable capacitance element is further changed, the phase change of the impedance when the multiband antenna side is viewed from one end on the high frequency circuit side is small.
On the other hand, since the phase change between the start frequency fa1 and the end frequency fa2 is large depending on the capacitance value of the variable capacitance element, the capacitance value of the variable capacitance element is changed to change between the center frequency fa3 and the start frequency fa1 or between the end frequency fa2. By setting the phase difference to approximately 180 °, it is possible to change the resonance frequency of one resonance point generated between the start frequency fa1 and the end frequency fa2.

本発明においてマルチバンドアンテナは、少なくとも2つの放射電極を有するものである。第1の周波数で共振する第1放射電極と第2の周波数で共振する第2放射電極は、逆L状、逆F状、メアンダ状、スパイラル状、帯状の導体で形成され、相互に所定の位置関係をもって配置される。放射電極のすべてが給電放射電極であっても良いし、一部を無給電放射電極で構成しても良い。また一端側を短絡するλ/4アンテナや両端を開放したλ/2アンテナとしても良い。
各放射電極はCuやリン青銅からなる導体薄板で構成したり、FR4(ガラスエポキシ樹脂基板)などのプリント基板や、アルミナや他の誘電体セラミクス材料から成るセラミック基板に、印刷やエッチングなどの公知の手法によって低抵抗のAu、Ag,Cu等の良導体で形成するのが好ましい。加工は容易だが外力に対して容易に変形し難いリン青銅などの合金で放射電極を形成すれば、支持体に依らず自由な形状に放射電極を形成することが可能となり好ましい。またセラミック素体に前記良導体で放射電極を形成し、プリント基板に実装しても良い。
In the present invention, the multiband antenna has at least two radiation electrodes. The first radiating electrode that resonates at the first frequency and the second radiating electrode that resonates at the second frequency are formed of reverse L-shaped, inverted F-shaped, meander-shaped, spiral-shaped, strip-shaped conductors, Arranged in a positional relationship. All of the radiation electrodes may be power supply radiation electrodes, or a part of the radiation electrodes may be composed of parasitic radiation electrodes. Further, a λ / 4 antenna that short-circuits one end side or a λ / 2 antenna that opens both ends may be used.
Each radiation electrode is composed of a conductive thin plate made of Cu or phosphor bronze, printed circuit board such as FR4 (glass epoxy resin board), or ceramic substrate made of alumina or other dielectric ceramic material, such as printing or etching. It is preferable to use a good conductor such as Au, Ag, or Cu having a low resistance by the above method. If the radiation electrode is formed of an alloy such as phosphor bronze which is easy to process but is not easily deformed by an external force, it is possible to form the radiation electrode in a free shape regardless of the support. Further, a radiation electrode may be formed on the ceramic body with the good conductor and mounted on a printed board.

各放射電極は、その大半をグランド板と対向しないように構成するのが好ましい。支持体としてプリント基板等を用いる場合には、プリント基板にグランド板(接地電極)非形成部を設けるか、好ましくは他の高周波回路とは分離して、実質的にグランド板(接地電極)を有さないプリント基板(副基板)として、グランド板と放射電極を離して形成する。放射電極の近傍にグランド板が配置されると、グランド板に流れる電流が増加し、放射特性が低下するためにアンテナ利得が低下する。いずれの場合も性能上問題のない値となるように、グランド板との間隔を決定される。前記副基板と、他の高周波回路が形成された主基板は同軸線路(第1伝送線路)で接続すればよい。また、第1整合回路を構成するリアクタンス素子は、副基板に形成された接続パターンを介して主基板のグランドパターンに接地されるのが好ましい。   Each radiation electrode is preferably configured so that most of it does not face the ground plate. When a printed circuit board or the like is used as a support, a ground board (ground electrode) non-forming portion is provided on the printed circuit board, or preferably separated from other high-frequency circuits, and the ground board (ground electrode) is substantially As a printed circuit board (sub board) which does not have, a ground board and a radiation electrode are formed apart. When the ground plate is disposed in the vicinity of the radiation electrode, the current flowing through the ground plate increases, and the radiation characteristics are deteriorated, so that the antenna gain is lowered. In either case, the distance from the ground plate is determined so as to be a value that does not cause a problem in performance. The sub-board and the main board on which another high-frequency circuit is formed may be connected by a coaxial line (first transmission line). In addition, the reactance element constituting the first matching circuit is preferably grounded to the ground pattern of the main board via a connection pattern formed on the sub board.

本発明に用いるマルチバンドアンテナは、第1放射電極が第2の放射電極よりも相対的に低い周波数に共振周波数を有するように構成されている。給電回路とのインピーダンス整合が取られた状態での第1放射電極によるVSWR特性の一例を図8(a)に示す。主共振点f1近傍の周波数帯でVSWR値が小さく、高次共振点f2近傍でもまたVSWR値が小さい特性を示す。同様に、第2放射電極によるVSWR特性の一例を図8(b)に示す。第2放射電極は、第1放射電極による高次側の共振周波数f2に近い共振周波数f3を有する。このような特性を備えた放射電極を組み合わせて構成したマルチバンドアンテナのVSWR特性を図8(c)に示す。第1放射電極及び第2放射電極によって、高次周波数帯において複共振状態とすることで、高次周波数帯を広帯域化することが出来る。
なお、第1放射電極における高次の共振周波数は、放射電極に付加される容量(寄生容量や、他の放射電極を含む導体パターンとの結合容量c’を含む)によって変化する。容量の変化は主共振点f1よりも高次共振点f2にて影響が大きく現れ、その調整によって高次共振点f2を変化させ、他の放射電極と組み合わせた時に、高次周波数帯における所定のVSWR値が得られる帯域幅を調整することが出来る。
The multiband antenna used in the present invention is configured such that the first radiation electrode has a resonance frequency at a frequency relatively lower than that of the second radiation electrode. FIG. 8A shows an example of the VSWR characteristic of the first radiation electrode in a state where impedance matching with the feeder circuit is achieved. The VSWR value is small in the frequency band in the vicinity of the main resonance point f1, and the VSWR value is also small in the vicinity of the high-order resonance point f2. Similarly, an example of the VSWR characteristic by the second radiation electrode is shown in FIG. The second radiation electrode has a resonance frequency f3 close to the higher-order resonance frequency f2 of the first radiation electrode. FIG. 8C shows the VSWR characteristics of a multiband antenna configured by combining radiation electrodes having such characteristics. By setting the double resonance state in the high-order frequency band by the first radiation electrode and the second radiation electrode, the high-order frequency band can be widened.
Note that the higher-order resonance frequency in the first radiation electrode varies depending on the capacitance (including parasitic capacitance and coupling capacitance c ′ with a conductor pattern including another radiation electrode) added to the radiation electrode. The change in capacitance has a greater effect at the higher-order resonance point f2 than at the main resonance point f1, and when the adjustment is made, the higher-order resonance point f2 is changed and combined with other radiation electrodes. The bandwidth over which the VSWR value can be obtained can be adjusted.

前記可変容量素子はバリキャップダイオード又はRF−MEMS可変容量素子であるのが好ましい。大きな容量値の変化が必要出ればRF−MEMS可変容量素子を、相対的に小さな容量値の変化でよければバリキャップダイオードを選択することが出来る。
また、前記可変容量素子をバリキャップダイオードとし、前記バリキャップダイオードのカソード側に第1整合回路を接続し、アノード側に給電回路を接続すれば、第1整合回路の接地されたインダクタンス素子を電流の経路として利用出来るため、可変容量回路の部品点数を削減でき、もってアンテナ回路を小型化することが出来る。
The variable capacitance element is preferably a varicap diode or an RF-MEMS variable capacitance element. An RF-MEMS variable capacitance element can be selected if a large change in capacitance value is necessary, and a varicap diode can be selected if a relatively small change in capacitance value is acceptable.
Further, if the variable capacitance element is a varicap diode, a first matching circuit is connected to the cathode side of the varicap diode, and a power feeding circuit is connected to the anode side, the grounded inductance element of the first matching circuit is used as a current. Therefore, the number of parts of the variable capacitance circuit can be reduced, and the antenna circuit can be downsized.

第2の発明は第1の発明のアンテナ回路を備えたことを特徴とする無線装置である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a radio apparatus including the antenna circuit according to the first aspect of the present invention.

本発明によれば、高次周波数帯の共振状態に与える影響を低減しながら、基本周波数帯の共振周波数を可変とするマルチバンドアンテナと、それを用いた無線装置を提供することが出来る。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the multiband antenna which makes the resonance frequency of a fundamental frequency band variable while reducing the influence which it has on the resonance state of a high-order frequency band, and a radio | wireless apparatus using the same can be provided.

図1は本発明の一実施例によるアンテナ回路のブロック図であり、図2は等価回路を示す。アンテナ回路は、マルチバンドアンテナANTと接続する第1整合回路20と、第1整合回路20と可変整合回路10を接続する第1伝送線路φ1と、可変整合回路10と第2整合回路30を接続する第2伝送線路φ2を含む回路として構成される。
なお以下説明を簡単とするように、基本周波数帯のスタート周波数fa1を824MHz、エンド周波数fa2を960MHz、センター周波数fa3を894MHzとし、高次周波数帯のスタート周波数fb1を1710MHz、エンド周波数fb2を2182.96MHzとするが、これに限定されるものでは無い。
FIG. 1 is a block diagram of an antenna circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an equivalent circuit. The antenna circuit connects the first matching circuit 20 connected to the multiband antenna ANT, the first transmission line φ1 connecting the first matching circuit 20 and the variable matching circuit 10, and the variable matching circuit 10 and the second matching circuit 30. Configured as a circuit including the second transmission line φ2.
In order to simplify the description below, the start frequency fa1 of the fundamental frequency band is 824 MHz, the end frequency fa2 is 960 MHz, the center frequency fa3 is 894 MHz, the start frequency fb1 of the higher-order frequency band is 1710 MHz, and the end frequency fb2 is 2182. Although it is set to 96 MHz, it is not limited to this.

本発明のアンテナ回路は、マルチバンドアンテナANTと、前記マルチバンドアンテナANTの給電側に接続された第1整合回路20と、第1整合回路20と第1伝送線路φ1を介して接続する可変整合回路10と、可変整合回路10と第2伝送線路φ2を介して接続する第2整合回路30を備えるものである。   The antenna circuit of the present invention includes a multiband antenna ANT, a first matching circuit 20 connected to the power feeding side of the multiband antenna ANT, and a variable matching connected via the first matching circuit 20 and the first transmission line φ1. The circuit 10 includes a second matching circuit 30 connected to the variable matching circuit 10 via the second transmission line φ2.

図3は本発明の一実施例に係るマルチバンドアンテナの斜視図である。また図4(a)はマルチバンドアンテナ単体のインピーダンス特性であり、図4(b)はVSWR(電圧定在波比)特性を示す。図5(a)は第1整合回路を含むマルチバンドアンテナのインピーダンス特性であり、図5(b)はそのVSWR(電圧定在波比)特性を示す。   FIG. 3 is a perspective view of a multiband antenna according to an embodiment of the present invention. 4A shows impedance characteristics of the multiband antenna alone, and FIG. 4B shows VSWR (voltage standing wave ratio) characteristics. FIG. 5A shows impedance characteristics of the multiband antenna including the first matching circuit, and FIG. 5B shows its VSWR (voltage standing wave ratio) characteristics.

ここで示すマルチバンドアンテナは主として板金で構成された第1給電放射電極ANT1及び第2給電放射電極ANT2とを有するものである。
第1給電放射電極ANT1及び第2給電放射電極ANT2は、ガラスエポキシからなるプリント基板200(副基板と呼ぶこともある)に配置される。プリント基板200上には携帯電話機の筐体や主基板のグランドと接続される電極部260と、各放射電極への給電線路250を備えている。本例では給電線路250の放射電極と同じ方向に延びる部分を放射電極の一部として利用している。
The multiband antenna shown here has a first feeding radiation electrode ANT1 and a second feeding radiation electrode ANT2 mainly composed of sheet metal.
The first feeding radiation electrode ANT1 and the second feeding radiation electrode ANT2 are arranged on a printed board 200 (sometimes referred to as a sub-board) made of glass epoxy. On the printed circuit board 200, there are provided an electrode portion 260 connected to the casing of the mobile phone and the ground of the main substrate, and a feed line 250 to each radiation electrode. In this example, a portion extending in the same direction as the radiation electrode of the feed line 250 is used as a part of the radiation electrode.

第1給電放射電極ANT1の全長は、基本周波数帯(センター周波数fa3〜エンド周波数fa2)の波長の約1/4に設定され、第2給電放射電極ANT2の全長は、高次周波数帯(スタート周波数fb1〜エンド周波数fb2)の波長の約1/4に設定される。
第1及び第2給電放射電極ANT1、ANT2にはCuやリン青銅からなる導体薄板(板金とも呼ぶ)が用いられる。第1給電放射電極ANT1にはコの字状の板金が2つ用いられ、プリント基板200の両面側に所定の間隔を隔てて配置されており、プリント基板200に設けられたビアホール電極によって互いに導通され、一端側が開放端となり、他端側が他のビアホール電極を介して給電電極250と接続されている。また第2給電放射電極ANT2にはコの字状の板金が1つ用いられ、プリント基板200の一面側に所定の間隔を隔てて配置されており、一端側が開放端となり、他端側が給電電極250と接続されている。
第1給電放射電極ANT1、第2給電放射電極ANT2の開放端側は対向して容量結合するように配置されており、形成される容量c’によって高次周波数帯における共振周波数を調整出来るようにしている。
なお図示はしていないが、板金に接して矩形等の所定形状に形成された誘電体や磁性体のセラミックをプリント基板200の上に配置すれば、波長短縮効果によって放射電極の実長を短く構成することが出来る。
The total length of the first feeding radiation electrode ANT1 is set to about ¼ of the wavelength of the fundamental frequency band (center frequency fa3 to end frequency fa2), and the total length of the second feeding radiation electrode ANT2 is set to a high-order frequency band (start frequency). It is set to about 1/4 of the wavelength of fb1 to end frequency fb2).
For the first and second feeding radiation electrodes ANT1 and ANT2, a conductor thin plate (also referred to as a sheet metal) made of Cu or phosphor bronze is used. Two U-shaped sheet metals are used for the first feeding radiation electrode ANT1 and are arranged on both sides of the printed circuit board 200 at a predetermined interval, and are electrically connected to each other by via-hole electrodes provided on the printed circuit board 200. One end side is an open end, and the other end side is connected to the power supply electrode 250 via another via hole electrode. Further, one U-shaped sheet metal is used for the second feeding radiation electrode ANT2, and is arranged at a predetermined interval on one surface side of the printed circuit board 200, with one end side being an open end and the other end side being a feeding electrode. 250.
The open end sides of the first feed radiation electrode ANT1 and the second feed radiation electrode ANT2 are arranged so as to be capacitively coupled to each other, and the resonance frequency in the higher frequency band can be adjusted by the formed capacitance c ′. ing.
Although not shown, if a dielectric or magnetic ceramic formed in a predetermined shape such as a rectangle in contact with the sheet metal is disposed on the printed circuit board 200, the actual length of the radiation electrode is shortened by the wavelength shortening effect. Can be configured.

この状態におけるマルチバンドアンテナのインピーダンス特性を図4(a)に、VSWR特性を図4(b)に示す。図4(a)はインピーダンスの周波数変化をスミスチャート上に表したものである。基本周波数帯から高次周波数帯にかけてインピーダンスは50Ωを中心に回転する軌跡を示す。図中、三角形で示した各マーカはそれぞれ所定の周波数を示し、マーカ1は基本周波数帯のスタート周波数fa1、マーカ2はセンター周波数fa3、マーカ3はエンド周波数fa2、マーカ4は高次周波数帯のスタート周波数fb1、マーカ5は高次周波数帯のエンド周波数fb2を示している。   FIG. 4A shows the impedance characteristics of the multiband antenna in this state, and FIG. 4B shows the VSWR characteristics. FIG. 4A shows a change in impedance frequency on a Smith chart. The impedance shows a trajectory that rotates around 50Ω from the fundamental frequency band to the higher frequency band. In the figure, each marker indicated by a triangle indicates a predetermined frequency, marker 1 is a start frequency fa1 in the fundamental frequency band, marker 2 is a center frequency fa3, marker 3 is an end frequency fa2, and marker 4 is a higher frequency band. The start frequency fb1 and the marker 5 indicate the end frequency fb2 of the higher-order frequency band.

VSWR特性に示すように、何等整合が取られていないマルチバンドアンテナは基本周波数帯、高次周波数帯において大きな反射特性を示している。基本周波数帯のエンド周波数fa2(マーカ3)から高次周波数帯のスタート周波数fb1(マーカ4)との間にVSWRが4以下の周波数帯があり、スミスチャート上では、エンド周波数fa2(マーカ3)から高次周波数帯のスタート周波数fb1(マーカ4)との間にインピーダンスの小さな回転軌跡として現れる。これは第1給電放射電極ANT1の多重共振によるものである。放射電極を幾重にも折り返して形成する場合に、折り返し間での放射電極の長さや、寄生容量等などによって共振が現れるものであり、このような共振を上手く利用すればVSWRが低い周波数帯域を広帯域とすることも可能である。   As shown in the VSWR characteristics, the multiband antenna that is not matched at all exhibits a large reflection characteristic in the fundamental frequency band and the higher-order frequency band. There is a frequency band with a VSWR of 4 or less between the end frequency fa2 (marker 3) in the fundamental frequency band and the start frequency fb1 (marker 4) in the higher-order frequency band. On the Smith chart, the end frequency fa2 (marker 3) To a high-order frequency start frequency fb1 (marker 4), and appears as a rotation locus with a small impedance. This is due to the multiple resonance of the first feeding radiation electrode ANT1. When the radiating electrode is formed by being folded repeatedly, resonance appears due to the length of the radiating electrode between the folds, parasitic capacitance, etc. If this resonance is used well, a frequency band with a low VSWR can be obtained. A wide band is also possible.

このようなマルチバンドアンテナに第1整合回路を接続した場合のインピーダンス特性を図5(a)に、VSWR特性を図5(b)に示す。第1整合回路は接地されたインダクタンス素子L1とキャパシタンス素子C1との並列共振回路であって、プリント基板200上の電極部260と各放射電極への給電線路250との間を接続するチップ部品で構成される。
並列共振回路はその共振周波数よりも高周波でプラスのサセプタンス値を、低周波でマイナスのサセプタンス値を与える。そこで第1整合回路を含むマルチバンドアンテナのインピーダンス特性が、基本周波数帯よりも高次周波数帯において高インピーダンスとなる様に、第1整合回路の共振周波数を、高次周波数帯よりも十分に高周波となるように設定し、本実施例ではインダクタンス素子は1.8nH、キャパシタンス素子は0.75pFのものを用いて、基本周波数帯、高次周波数帯においてマイナスのサセプタンス値を与えて、インピーダンスの軌跡を図5(a)の様にした。なお、図5(b)のVSWR特性に示すように、第1整合回路を接続しただけでは高次周波数帯において所望(VSWR値が4以下)の帯域幅は得られていない。
FIG. 5A shows the impedance characteristics when the first matching circuit is connected to such a multiband antenna, and FIG. 5B shows the VSWR characteristics. The first matching circuit is a parallel resonant circuit of a grounded inductance element L1 and a capacitance element C1, and is a chip component that connects between the electrode portion 260 on the printed circuit board 200 and the feed line 250 to each radiation electrode. Composed.
The parallel resonance circuit gives a positive susceptance value at a higher frequency than the resonance frequency and a negative susceptance value at a lower frequency. Therefore, the resonance frequency of the first matching circuit is sufficiently higher than that of the higher-order frequency band so that the impedance characteristics of the multiband antenna including the first matching circuit are higher in the higher-order frequency band than the fundamental frequency band. In this embodiment, the inductance element is 1.8 nH, the capacitance element is 0.75 pF, a negative susceptance value is given in the fundamental frequency band and the higher frequency band, and the impedance locus Was made as shown in FIG. As shown in the VSWR characteristics of FIG. 5B, a desired bandwidth (VSWR value of 4 or less) cannot be obtained in the high-order frequency band only by connecting the first matching circuit.

第1整合回路20に第1伝送線路φ1が接続される。第1伝送線路φ1は位相回路として機能するため、スミスチャートにおけるインピーダンスの軌跡が、その中央を中心として時計回りに位相回転する。
第1伝送線路φ1を含むc点から見たマルチバンドアンテナのインピーダンス特性は、高次周波数帯のスタート周波数fb1、エンド周波数fb2においてインピーダンスがスミスチャートの右下側の領域に移動する。第1伝送線路φ1によってリアクタンスが負となるように大きく回転させて、スタート周波数fb1、エンド周波数fb2において容量性となるようにする。基本周波数帯のスタート周波数fa1、エンド周波数fa2における位相の変化は高次周波数帯と比べて僅かであり、スミスチャート上でのインピーダンスの軌跡の変化は小さい。
The first transmission line φ1 is connected to the first matching circuit 20. Since the first transmission line φ1 functions as a phase circuit, the locus of impedance in the Smith chart rotates clockwise around the center.
The impedance characteristics of the multiband antenna viewed from point c including the first transmission line φ1 are such that the impedance moves to the lower right region of the Smith chart at the start frequency fb1 and end frequency fb2 in the higher-order frequency band. The first transmission line φ1 is rotated so that the reactance is negative so that the start frequency fb1 and the end frequency fb2 are capacitive. The phase change at the start frequency fa1 and the end frequency fa2 in the fundamental frequency band is slight compared to the higher frequency band, and the change in the impedance locus on the Smith chart is small.

第1伝送線路φ1は、同軸線路や、プリント基板(主基板)にエッチングにより形成した線路パターンによって構成される。本実施例の様にマルチバンドアンテナを副基板200に構成する場合には、同軸線路やシールドされたフレキシブル印刷配線板を用いる。マルチバンドアンテナを主基板に設ける場合には、主基板の線路パターンで形成する。本実施例ではグランドによる放射特性への影響を低減するため主基板と副基板を分ける構成なので、第1伝送線路φ1に同軸ケーブルを用いて半田接続した。なお各基板にコネクタを設けて同軸ケーブルと接続すれば、接続が容易であるばかりではなく、接続毎に接続位置のズレ発生が少なくて済み、特性ばらつきを低減できるので好ましい。   The first transmission line φ1 is configured by a coaxial line or a line pattern formed by etching on a printed circuit board (main board). When the multiband antenna is configured on the sub-board 200 as in this embodiment, a coaxial line or a shielded flexible printed wiring board is used. When a multiband antenna is provided on the main board, it is formed with a line pattern on the main board. In this embodiment, since the main board and the sub board are separated in order to reduce the influence of the ground on the radiation characteristics, the first transmission line φ1 is soldered using a coaxial cable. It is preferable to provide a connector on each substrate and connect it to the coaxial cable because not only the connection is easy, but also the occurrence of misalignment of the connection position for each connection is small, and the variation in characteristics can be reduced.

第1整合回路20と接続される可変整合回路10は、DCカットコンデンサC3、電圧分圧用の抵抗R1,R2、チョークコイルL2を含む給電回路50と、可変容量素子であるバリキャップコンデンサD1を備える。バリキャップダイオードD1はマルチバンドアンテナANTと直列接続され、そのアノードが第1伝送線路φ1と接続し、カソードが第2伝送線路φ2と接続する。またカソードには給電回路50が接続してバリキャップダイオードへ電圧を与える。
DCカットコンデンサC3、電圧分圧用の抵抗R1,R2、チョークコイルL2等の各素子としてチップ部品を用い、主基板へ実装してはんだ接続する。
バリキャップダイオードD1のカソードへ正の電圧が与えられると、その容量値は低下する。例えば株式会社ルネサステクノロジ製バリキャップダイオードRKV606KLでは、0Vの電圧で約5pFの容量値、3Vの電圧で約1.8pFの容量値となる。本発明のアンテナ回路においては、0Vの電圧印加時において、基本周波数帯のエンド周波数を960MHzとセンター周波数fa3との間に共振点を生じるようにし、3Vの電圧を与えることで、共振点をスタート周波数fa1とセンター周波数fa3との間に移動させ、VSWRが所定の値となる周波数帯域を変化させることが出来るようにしている。
The variable matching circuit 10 connected to the first matching circuit 20 includes a DC cut capacitor C3, a voltage dividing resistors R1 and R2, a power feeding circuit 50 including a choke coil L2, and a varicap capacitor D1 that is a variable capacitance element. . The varicap diode D1 is connected in series with the multiband antenna ANT, and has an anode connected to the first transmission line φ1 and a cathode connected to the second transmission line φ2. A power supply circuit 50 is connected to the cathode to apply a voltage to the varicap diode.
Chip components are used as elements such as a DC cut capacitor C3, resistors R1 and R2 for voltage division, and a choke coil L2, and are mounted on the main board and soldered.
When a positive voltage is applied to the cathode of the varicap diode D1, its capacitance value decreases. For example, a varicap diode RKV606KL manufactured by Renesas Technology Corporation has a capacitance value of about 5 pF at a voltage of 0V and a capacitance value of about 1.8 pF at a voltage of 3V. In the antenna circuit of the present invention, when a voltage of 0V is applied, a resonance point is generated between the end frequency of the fundamental frequency band between 960 MHz and the center frequency fa3, and the resonance point is started by applying a voltage of 3V. The frequency band is moved between the frequency fa1 and the center frequency fa3 so that the frequency band where the VSWR becomes a predetermined value can be changed.

なお、バリキャップダイオードD1の接続状態を、アノードが第2伝送線路φ2と接続し、カソードが第1伝送線路φ1と接続するようにしても同様に機能する。しかしながら、この接続ではバリキャップダイオードD1と第1整合回路20との間に、DCカットコンデンサC2との間に、接地された抵抗かインダクタンス素子が更に必要となる。前記の接続方法であれば、第1整合回路20のインダクタンス素子L1を電流の経路として利用出来るため、アンテナ回路の部品点数が削減され、小型化が可能である。   The connection state of the varicap diode D1 functions similarly even if the anode is connected to the second transmission line φ2 and the cathode is connected to the first transmission line φ1. However, this connection further requires a grounded resistor or inductance element between the varicap diode D1 and the first matching circuit 20 and between the DC cut capacitor C2. With the connection method described above, since the inductance element L1 of the first matching circuit 20 can be used as a current path, the number of parts of the antenna circuit can be reduced and the size can be reduced.

第1伝送線路φ1を含むc点から見たマルチバンドアンテナのインピーダンスは、基本周波数帯のスタート周波数fa1、エンド周波数fa2におけるインピーダンスよりも、基本周波数帯のセンター周波数fa3、高次周波数帯のスタート周波数fb1、エンド周波数fb2における抵抗成分が大きい関係が維持されている。
このような状態において、更に可変容量素子による容量成分の付加してもリアクタンスの変化は容量値、周波数に反比例することから、d点から見たスミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡の変化は、基本周波数帯のセンター周波数fa3、高次周波数帯のスタート周波数fb1、エンド周波数fb2では僅かである。
一方、基本周波数帯のスタート周波数fa1、エンド周波数fa2のインピーダンスは抵抗成分が小さく、高次周波数帯よりも相対的に低周波であるから、容量成分の大小によって大きく位相が変化する。このようなインピーダンスの挙動によって、基本周波数帯における共振周波数を可変容量素子によって調整することが可能となる。
The impedance of the multiband antenna viewed from the point c including the first transmission line φ1 is higher than the start frequency fa1 in the fundamental frequency band and the impedance in the end frequency fa2, the center frequency fa3 in the fundamental frequency band, and the start frequency in the higher order frequency band The relationship in which the resistance components at fb1 and end frequency fb2 are large is maintained.
In such a state, even if a capacitance component is added by the variable capacitance element, the change in reactance is inversely proportional to the capacitance value and the frequency. Therefore, the change in the locus of impedance on the Smith chart viewed from the point d is the fundamental frequency. The frequency is slight at the center frequency fa3 of the band, the start frequency fb1 of the higher frequency band, and the end frequency fb2.
On the other hand, since the impedance of the start frequency fa1 and the end frequency fa2 in the fundamental frequency band has a small resistance component and is relatively lower in frequency than the higher-order frequency band, the phase changes greatly depending on the magnitude of the capacitance component. Such a behavior of impedance enables the resonance frequency in the fundamental frequency band to be adjusted by the variable capacitance element.

第2伝送線路φ2を含むマルチバンドアンテナをE点から見たインピーダンスは更に時計回りに位相回転する。このとき第2伝送線路φ2の線路長の調整によって、基本周波数帯のセンター周波数fa3は高次周波数帯のスタート周波数fb1、エンド周波数fb2よりも高インピーダンスの状態となるようにされる。また基本周波数帯のインピーダンス変化は、第2伝送線路φ2の接続による影響は少なく、スミスチャート上におけるインピーダンスの軌跡の変化は小さい。なお第2伝送線路φ2は主基板の線路パターンで形成した。   The impedance of the multiband antenna including the second transmission line φ2 viewed from the point E further rotates in phase clockwise. At this time, by adjusting the line length of the second transmission line φ2, the center frequency fa3 in the fundamental frequency band is set to a higher impedance state than the start frequency fb1 and the end frequency fb2 in the higher frequency band. Further, the impedance change in the fundamental frequency band is less affected by the connection of the second transmission line φ2, and the change in the impedance locus on the Smith chart is small. The second transmission line φ2 was formed by a line pattern on the main substrate.

第2整合回路30は、第2伝送線路φ2と直列接続するインダクタンス素子L3を含むものである。更に接地されるキャパシタンス素子を含んでいても良い。インダクタンス素子L3によってプラスのリアクタンスが与えられ、基本周波数帯及び高次周波数帯においてVSWRが4以下に整合される。なおインダクタンス素子L3はインダクタンス値が4.7nHのチップ部品を用いた。   The second matching circuit 30 includes an inductance element L3 connected in series with the second transmission line φ2. Furthermore, a capacitance element that is grounded may be included. A positive reactance is given by the inductance element L3, and the VSWR is matched to 4 or less in the fundamental frequency band and the higher-order frequency band. As the inductance element L3, a chip component having an inductance value of 4.7 nH was used.

前述の様に、可変容量素子D1によって基本周波数帯のスタート周波数fa1、エンド周波数fa2のインピーダンスを調整する。
可変容量素子D1に0Vの電圧を与える状態(容量値が相対的に大きい)で、基本周波数帯におけるインピーダンスがスミスチャート上において、スタート周波数fa1で右上の領域、センター周波数fa3で右下の領域、エンド周波数fa2で左上の領域とする。スタート周波数fa1、センター周波数fa3でエンド周波数fa2よりも高インピーダンスであり、スタート周波数fa1、エンド周波数fa2で誘導性のインピーダンス、センター周波数fa3で容量性のインピーダンスを示すようにする。このとき、センター周波数fa3とエンド周波数fa2におけるインピーダンスの位相差は130°〜200°、好ましくは170°〜190°となるように設定するのが好ましい。
As described above, the impedance of the start frequency fa1 and the end frequency fa2 in the fundamental frequency band is adjusted by the variable capacitance element D1.
In a state in which a voltage of 0 V is applied to the variable capacitance element D1 (capacitance value is relatively large), the impedance in the fundamental frequency band on the Smith chart is the upper right region at the start frequency fa1, the lower right region at the center frequency fa3, The region is the upper left region at the end frequency fa2. The start frequency fa1 and the center frequency fa3 are higher in impedance than the end frequency fa2, the inductive impedance is indicated at the start frequency fa1 and the end frequency fa2, and the capacitive impedance is indicated at the center frequency fa3. At this time, it is preferable that the impedance phase difference between the center frequency fa3 and the end frequency fa2 is set to be 130 ° to 200 °, preferably 170 ° to 190 °.

可変容量素子D1に0Vの電圧を与える状態でのインピーダンス特性を図6(a)に、VSWR特性を図6(b)に示す。基本周波数帯のスタート周波数fa1、センター周波数fa3でのインピーダンスは、そのエンド周波数fa2、高次周波数帯のスタート周波数fb1、エンド周波数fb2のインピーダンスよりも高く、基本周波数帯のセンター周波数fa3とエンド周波数fa2とは、位相差が約170°となっている。また、基本周波数帯における共振周波数は、センター周波数fa3とエンド周波数fa2との間にあり、高次周波数帯におけるVSWRが4以下となる帯域幅はスタート周波数fb1からエンド周波数fb2の帯域を満足するまでに広帯域化されている。   FIG. 6A shows the impedance characteristics in a state where a voltage of 0 V is applied to the variable capacitance element D1, and FIG. 6B shows the VSWR characteristics. The impedances at the start frequency fa1 and the center frequency fa3 in the fundamental frequency band are higher than the impedances of the end frequency fa2, the start frequency fb1 and the end frequency fb2 in the higher frequency band, and the center frequency fa3 and the end frequency fa2 in the fundamental frequency band. The phase difference is about 170 °. The resonance frequency in the fundamental frequency band is between the center frequency fa3 and the end frequency fa2, and the bandwidth in which the VSWR in the higher-order frequency band is 4 or less satisfies the band from the start frequency fb1 to the end frequency fb2. The bandwidth has been increased.

可変容量素子D1に3Vの電圧を与える状態でのインピーダンス特性を図7(a)に、VSWR特性を図7(b)に示す。この場合には容量値が相対的に小さくなり、マイナスのリアクタンスが与えられることとなる。
スミスチャート上のインピーダンス特性は、基本周波数帯のセンター周波数fa3、高次周波数帯のスタート周波数fb1、エンド周波数fb2では変化は僅かであるが、基本周波数帯のスタート周波数fa1、エンド周波数fa2の位相が大きく変化し、基本周波数帯のセンター周波数fa3とスタート周波数fa1とは、位相差が約180°となった。
高次周波数帯における帯域幅は、容量値の変化の前後でほぼ変わりないが、基本周波数帯における共振周波数は、スタート周波数fa1とセンター周波数fa3との間に移動した。
FIG. 7A shows the impedance characteristics in a state where a voltage of 3 V is applied to the variable capacitance element D1, and FIG. 7B shows the VSWR characteristics. In this case, the capacitance value becomes relatively small, and a negative reactance is given.
The impedance characteristics on the Smith chart change little at the center frequency fa3 in the fundamental frequency band, the start frequency fb1 and the end frequency fb2 in the higher frequency band, but the phases of the start frequency fa1 and the end frequency fa2 in the fundamental frequency band are the same. The phase difference between the center frequency fa3 and the start frequency fa1 in the fundamental frequency band was about 180 °.
The bandwidth in the higher-order frequency band is almost unchanged before and after the change of the capacitance value, but the resonance frequency in the fundamental frequency band has moved between the start frequency fa1 and the center frequency fa3.

以上説明した様に、複数の放射電極を備えたマルチバンドアンテナを用い、可変容量素子D1を備えた可変整合回路を用いることによって高次周波数帯への影響を抑えて基本周波数帯における基本周波数帯の共振周波数を可変とすることが可能となった。   As described above, by using a multi-band antenna having a plurality of radiation electrodes and using a variable matching circuit having a variable capacitance element D1, the influence on the higher-order frequency band is suppressed and the fundamental frequency band in the fundamental frequency band is obtained. The resonance frequency of the can be made variable.

本発明によれば、可変整合回路を構成する可変容量素子への印加電圧を調整することによって、アンテナ回路の容量成分を調整して、基本周波数帯の共振周波数を可変としながら、高次周波数帯の共振周波数をほとんど変化しないアンテナ回路を得ることが出来る。したがって高次周波数帯における利得を変化させることが無い。
また基本周波数帯における共振周波数を調整できることから、放射電極数の増加を抑えながら広範囲の周波数帯に対応することが可能となり、広範囲の周波数で送受信する無線装置、特には基本周波数帯と高次周波数帯を同時に利用するマルチモードの無線装置に用いることが出来る。
また、可変整合回路や第1、第2整合回路はチップ素子で構成できるため、アンテナ回路を小型に構成することが出来る。
According to the present invention, by adjusting the voltage applied to the variable capacitance element constituting the variable matching circuit, the capacitance component of the antenna circuit is adjusted, and the resonance frequency of the fundamental frequency band is made variable, while the higher frequency band It is possible to obtain an antenna circuit that hardly changes the resonance frequency. Therefore, the gain in the higher frequency band is not changed.
In addition, since the resonance frequency in the fundamental frequency band can be adjusted, it is possible to support a wide range of frequency bands while suppressing an increase in the number of radiation electrodes, and wireless devices that transmit and receive in a wide range of frequencies, especially the fundamental frequency band and higher-order frequencies. It can be used for a multi-mode wireless device that uses bands simultaneously.
Further, since the variable matching circuit and the first and second matching circuits can be configured by chip elements, the antenna circuit can be configured in a small size.

本発明の一実施例に係るアンテナ回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the antenna circuit which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るアンテナ回路(マルチバンドアンテナ除く)の構成を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the structure of the antenna circuit (except a multiband antenna) concerning one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るアンテナ回路に用いるマルチバンドアンテナ部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the multiband antenna part used for the antenna circuit which concerns on one Example of this invention. (a) 本発明の一実施例に係るアンテナ回路に用いるマルチバンドアンテナ単体でのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。(b) そのVSWRの周波数特性図である。(A) It is a Smith chart which shows the impedance characteristic in the multiband antenna single-piece | unit used for the antenna circuit which concerns on one Example of this invention. (B) It is the frequency characteristic figure of the VSWR. (a) 本発明の一実施例に係るアンテナ回路に用いるマルチバンドアンテナと第1整合回路のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。(b) そのVSWRの周波数特性図である。(A) It is a Smith chart which shows the impedance characteristic of the multiband antenna used for the antenna circuit which concerns on one Example of this invention, and a 1st matching circuit. (B) It is the frequency characteristic figure of the VSWR. (a) 本発明の一実施例に係るアンテナ回路の、可変容量素子に0Vの電圧印加した場合のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。(b) そのVSWRの周波数特性図である。(A) It is a Smith chart which shows the impedance characteristic at the time of applying the voltage of 0V to the variable capacitance element of the antenna circuit which concerns on one Example of this invention. (B) It is the frequency characteristic figure of the VSWR. (a) 本発明の一実施例に係るアンテナ回路の、可変容量素子に3Vの電圧印加した場合のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。(b) そのVSWR周波数特性図である。(A) It is a Smith chart which shows the impedance characteristic at the time of applying the voltage of 3V to the variable capacitance element of the antenna circuit which concerns on one Example of this invention. (B) It is the VSWR frequency characteristic figure. (a) 本発明のアンテナ回路に用いるマルチバンドアンテナの、第1放射電極のVSWR特性の一例を示す周波数特性図である。(b) 本発明のアンテナ回路に用いるマルチバンドアンテナの、第2放射電極のVSWR特性の一例を示す周波数特性図である。(c) 第1放射電極と第2放射電極を組み合わせた時のVSWR特性の一例を示す周波数特性図である。(A) It is a frequency characteristic figure which shows an example of the VSWR characteristic of the 1st radiation electrode of the multiband antenna used for the antenna circuit of this invention. (B) It is a frequency characteristic figure which shows an example of the VSWR characteristic of the 2nd radiation electrode of the multiband antenna used for the antenna circuit of this invention. (C) It is a frequency characteristic figure which shows an example of the VSWR characteristic at the time of combining a 1st radiation electrode and a 2nd radiation electrode.

符号の説明Explanation of symbols

10 可変整合回路
20 第1整合回路
30 第2整合回路
200 プリント基板(副基板)
250 給電線路
φ1 第1伝送線路
φ2 第2伝送線路
ANT1 第1放射電極
ANT2 第2放射電極
ANT マルチバンドアンテナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Variable matching circuit 20 1st matching circuit 30 2nd matching circuit 200 Printed circuit board (sub board | substrate)
250 Feed line φ1 First transmission line φ2 Second transmission line ANT1 First radiation electrode ANT2 Second radiation electrode ANT Multiband antenna

Claims (6)

少なくとも基本周波数帯に対応した放射電極と高次周波数帯に対応した放射電極を有するマルチバンドアンテナと、前記マルチバンドアンテナの給電側に接続する第1整合回路と、前記第1整合回路と第1伝送線路を介して接続する可変整合回路と、前記可変整合回路と第2伝送線路を介して接続する第2整合回路を備え、
前記可変整合回路は、前記第1整合回路と直列に接続された可変容量素子と前記可変容量素子への給電回路を含み、第1整合回路及び第2整合回路はリアクタンス素子で構成され、前記可変容量素子への給電によって静電容量を変化させ、基本周波数帯の共振周波数を可変としたことを特徴とするアンテナ回路。
A multiband antenna having a radiation electrode corresponding to at least a fundamental frequency band and a radiation electrode corresponding to a higher-order frequency band; a first matching circuit connected to a power feeding side of the multiband antenna; the first matching circuit; A variable matching circuit connected via a transmission line; and a second matching circuit connected to the variable matching circuit via a second transmission line;
The variable matching circuit includes a variable capacitance element connected in series with the first matching circuit and a power feeding circuit to the variable capacitance element, wherein the first matching circuit and the second matching circuit are configured by reactance elements, An antenna circuit characterized in that a capacitance is changed by feeding power to a capacitive element, and a resonance frequency in a fundamental frequency band is variable.
第1整合回路は接地されたインダクタンス素子と、それに並列接続されたキャパシタンス素子を含み、第2整合回路は前記可変容量素子と直列に接続されたインダクタンス素子を含むことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ回路。   2. The first matching circuit includes a grounded inductance element and a capacitance element connected in parallel thereto, and the second matching circuit includes an inductance element connected in series with the variable capacitance element. The antenna circuit described. 前記可変容量素子がバリキャップダイオードであって、前記バリキャップダイオードのカソード側に第1整合回路を接続し、アノード側に第2整合回路を接続とするとともに給電回路が接続されたことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ回路。   The variable capacitance element is a varicap diode, wherein a first matching circuit is connected to a cathode side of the varicap diode, a second matching circuit is connected to an anode side, and a power feeding circuit is connected. The antenna circuit according to claim 2. 高周波回路が形成された主基板に、第2整合回路と可変整合回路を構成する可変容量回路素子と給電回路が形成され、副基板にマルチバンドアンテナと第1整合回路が構成され、第1整合回路と可変容量素子は同軸線路で接続されたことを特徴とする請求項1乃至3に記載のアンテナ回路。   The main circuit board on which the high-frequency circuit is formed is formed with a variable capacitance circuit element and a feeding circuit that constitute the second matching circuit and the variable matching circuit, and a multi-band antenna and a first matching circuit are formed on the sub-board, and the first matching circuit is formed. 4. The antenna circuit according to claim 1, wherein the circuit and the variable capacitance element are connected by a coaxial line. 前記副基板にはグランドパターンを備えず、第1整合回路を構成するリアクタンス素子は、副基板に形成された接続パターンを介して主基板のグランドパターンに接地されたことを特徴とする請求項4に記載のアンテナ回路。   5. The sub-board is not provided with a ground pattern, and the reactance element constituting the first matching circuit is grounded to the ground pattern of the main board through a connection pattern formed on the sub-board. The antenna circuit described in 1. 請求項1乃至5のいずれかに記載のアンテナ回路を備えたことを特徴とする無線装置。   A radio apparatus comprising the antenna circuit according to claim 1.
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