JP2012195663A - Antenna and frequency adjustment method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、周波数調整可能なアンテナ、およびその周波数調整方法に関するものである。 The present invention relates to an antenna capable of frequency adjustment and a frequency adjustment method thereof.
携帯電話に代表されるように現在の無線情報通信機器には、通信・通話機能だけでなく地上波デジタルテレビ放送のうちのワンセグ(登録商標)放送受信や、Bluetooth(登録商標)無線機能など様々なサービスに対応するため、その通信周波数ごとのアンテナおよびアンテナ回路が使用されている。機器の小型化や更なる多機能化のためには、部品自体の小型化だけでなく部品点数の減少も重要である。一般的に、アンテナの送受信感度と送受信可能帯域はトレードオフの関係があるため、両方を同時に高くすることは難しい。さらに、携帯型の無線情報通信機器はバッテリーで動作するため、低消費電力化が要求されている。 As represented by mobile phones, the current wireless information communication equipment includes various functions such as receiving 1Seg (registered trademark) broadcasts from terrestrial digital TV broadcasts and Bluetooth (registered trademark) wireless functions, as well as communication and call functions. In order to cope with various services, an antenna and an antenna circuit for each communication frequency are used. In order to reduce the size and increase the functionality of equipment, it is important not only to reduce the size of the components themselves, but also to reduce the number of components. In general, since there is a trade-off relationship between the transmission / reception sensitivity of the antenna and the transmittable / receivable band, it is difficult to increase both at the same time. Furthermore, since portable wireless information communication devices operate on batteries, low power consumption is required.
例えば、特許文献1には、伝送線路と可変容量手段とを備えるアンテナが記載されている。このアンテナでは、可変容量手段の静電容量を制御して所望の中心周波数に同調させている。
For example,
ところが、可変容量手段を駆動する電気回路は、使用時に常に電力を消費するという課題がある。 However, the electric circuit that drives the variable capacitance means has a problem that it always consumes power when in use.
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、低消費電力でありながら中心周波数を簡便かつ迅速に変更・調整することができるアンテナおよびその周波数調整方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an antenna and a frequency adjustment method thereof that can change and adjust the center frequency easily and quickly while having low power consumption. .
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載されたアンテナは、アンテナ用導体の少なくとも一部に配置された磁性体と、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えることを特徴とする。
The antenna according to
請求項2に記載されたアンテナは、請求項1に記載のものであり、前記コイルに再着磁用の電流を供給する電源部と、該電源部を制御して前記直流磁界が所定の磁界強度となるように前記永久磁石を再着磁する着磁制御部とを備えることを特徴とする。 An antenna according to a second aspect is the one according to the first aspect, wherein a power supply unit that supplies a current for re-magnetization to the coil, and the DC magnetic field is a predetermined magnetic field by controlling the power supply unit. And a magnetization control unit that re-magnetizes the permanent magnet so as to be strong.
請求項3に記載されたアンテナは、請求項2に記載のものであり、前記着磁制御部は、中心周波数を設定するために入力される周波数設定信号に基づいて、該中心周波数に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。 An antenna according to a third aspect is the one according to the second aspect, wherein the magnetization control unit corresponds to the center frequency based on a frequency setting signal input to set the center frequency. The permanent magnet is re-magnetized to the predetermined magnetic field strength.
請求項4に記載されたアンテナは、請求項2または3に記載のものであり、前記着磁制御部は、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
The antenna described in claim 4 is the one described in
請求項5に記載されたアンテナは、請求項2から4のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、該永久磁石の温度を検出する温度センサが接続されており、該着磁制御部は、該温度センサの検出する温度に対応する前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。 An antenna according to a fifth aspect is the one according to any one of the second to fourth aspects, wherein a temperature sensor that detects a temperature of the permanent magnet is connected to the magnetization control unit. The magnetization control unit re-magnetizes the permanent magnet to the predetermined magnetic field intensity corresponding to the temperature detected by the temperature sensor.
請求項6に記載されたアンテナは、請求項2から5のいずれかに記載のものであり、前記着磁制御部には、前記直流磁界の磁界強度を検出する磁界強度センサが接続されており、前記着磁制御部は、前記磁界強度センサの検出する前記磁界強度が前記所望の磁界強度の許容範囲内でないときに、前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。
The antenna described in
請求項7に記載されたアンテナは、請求項1から6のいずれかに記載のものであり、前記磁性体が、前記アンテナ用導体の少なくとも一部を挟み込み、又は覆っていることを特徴とする。
The antenna described in
請求項8に記載されたアンテナは、請求項1から7のいずれかに記載のものであり、前記磁性体が、前記アンテナ用導体の少なくとも一部の表面に膜状に付されていることを特徴とする。 An antenna according to an eighth aspect is the one according to any one of the first to seventh aspects, wherein the magnetic body is attached to a surface of at least a part of the conductor for antenna. Features.
請求項9に記載されたアンテナの周波数調整方法は、アンテナ用導体の少なくとも一部に配置された磁性体と、該磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルとを備えるアンテナの周波数調整方法であって、該コイルに再着磁用の電流を供給し、該直流磁界が周波数に対応する所定の磁界強度になるように該永久磁石を再着磁することを特徴とする。 The method for adjusting the frequency of an antenna according to claim 9 includes a magnetic body disposed on at least a part of the antenna conductor, a permanent magnet for applying a DC magnetic field to the magnetic body, and re-magnetizing the permanent magnet. An antenna frequency adjustment method comprising: a coil for supplying a current for re-magnetization to the coil, and re-attaching the permanent magnet so that the DC magnetic field has a predetermined magnetic field strength corresponding to the frequency. It is magnetized.
請求項10に記載されたアンテナの周波数調整方法は、請求項9に記載のものであり、所定周期毎に、前記所定の磁界強度に前記永久磁石を再着磁することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the antenna frequency adjusting method according to the ninth aspect, wherein the permanent magnet is re-magnetized at the predetermined magnetic field strength every predetermined period.
請求項11に記載されたアンテナの周波数調整方法は、請求項9または10に記載のものであり、前記所定の磁界強度が温度に対応するように、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。 An antenna frequency adjusting method according to an eleventh aspect is the one according to the ninth or tenth aspect, wherein the permanent magnet is re-magnetized so that the predetermined magnetic field intensity corresponds to a temperature. Features.
請求項12に記載されたアンテナの周波数調整方法は、請求項9から11のいずれかに記載のものであり、前記所定の磁界強度が許容範囲内にないときに、前記永久磁石を前記再着磁することを特徴とする。 A frequency adjustment method for an antenna according to a twelfth aspect is the method according to any one of the ninth to eleventh aspects, wherein the permanent magnet is reattached when the predetermined magnetic field strength is not within an allowable range. It is magnetized.
本発明のアンテナおよびその周波数調整方法によれば、アンテナ用導体の少なくとも一部に磁性体を配置して、この磁性体に直流磁界を印加する永久磁石に再着磁用のコイルを配置することにより、このコイルに再着磁用の電流を供給し、永久磁石の磁界強度を、中心周波数に対応する所定の磁界強度に設定することでアンテナのインダクタンス成分を調整できるので、アンテナの周波数を調整することができる。永久磁石の再着磁は、電気的に短時間で行うことができるので、無線通信機器に配置した状態であっても、周波数の調整を簡便かつ迅速に行うことができる。さらに、永久磁石の再着磁は短時間に行うことができるので、電力の消費量が少なく、省エネルギーである。 According to the antenna and the frequency adjusting method of the present invention, a magnetic material is disposed on at least a part of the antenna conductor, and a remagnetization coil is disposed on a permanent magnet that applies a DC magnetic field to the magnetic material. Therefore, the antenna's inductance component can be adjusted by supplying a re-magnetizing current to this coil and setting the magnetic field strength of the permanent magnet to a predetermined magnetic field strength corresponding to the center frequency. can do. Since the permanent magnet can be re-magnetized in a short time electrically, the frequency can be easily and quickly adjusted even in a state where the permanent magnet is disposed in the wireless communication device. Furthermore, since the permanent magnet can be re-magnetized in a short time, the power consumption is small and energy is saved.
コイルに再着磁用の電流を供給する電源部、および電源部を制御する着磁制御部を備える場合、再着磁用の電流をコイルに供給して周波数を調整することができる。なお、電源部や着磁制御部は、アンテナと一体的に配置されていてもよく、無線通信機器の電気回路内に配置されていてもよい。 When a power supply unit that supplies a re-magnetization current to the coil and a magnetization control unit that controls the power supply unit are provided, the frequency can be adjusted by supplying the re-magnetization current to the coil. Note that the power supply unit and the magnetization control unit may be arranged integrally with the antenna, or may be arranged in the electric circuit of the wireless communication device.
着磁制御部が、所定周期毎に、所定の磁界強度に永久磁石を再着磁することにより、永久磁石の直流磁界が所定時間毎にリフレッシュされるので、永久磁石の直流磁界が経時変化で弱くならず一定の強度になるため、中心周波数が時間経過とともにずれることが防止され、安定した性能を維持できる。 The magnetizing control unit re-magnetizes the permanent magnet at a predetermined magnetic field strength at a predetermined cycle, so that the DC magnetic field of the permanent magnet is refreshed at predetermined time intervals. Since it does not become weak and has a constant strength, the center frequency is prevented from shifting with time, and stable performance can be maintained.
着磁制御部が周波数設定信号に基づいて永久磁石を再着磁する場合、中心周波数を制御することができるので、例えば各種無線システムを利用可能な携帯電話のように複数の周波数帯域で送信や受信を行う無線機器であっても、複数のアンテナを用いることなく、一つのアンテナで対応することができる。 When the magnetization control unit re-magnetizes the permanent magnet based on the frequency setting signal, the center frequency can be controlled. For example, transmission can be performed in a plurality of frequency bands like a mobile phone that can use various wireless systems. Even a wireless device that performs reception can handle a single antenna without using a plurality of antennas.
着磁制御部が温度に基づいて永久磁石を再着磁する場合、温度変動による周波数のずれを調整することができる。 When the magnetization control unit re-magnetizes the permanent magnet based on the temperature, it is possible to adjust the frequency shift due to temperature fluctuation.
着磁制御部が永久磁石の磁界強度が許容範囲にないときに永久磁石を再着磁する場合、経時変化などによる周波数のずれを調整することができる。 When the magnetization control unit re-magnetizes the permanent magnet when the magnetic field strength of the permanent magnet is not within the allowable range, it is possible to adjust a frequency shift due to a change with time.
磁性体が、前記アンテナ用導体を挟み込み、又は覆っている場合、アンテナのインダクタンス成分の可変幅を大きくすることができるので、周波数の調整範囲を大きくすることができる。 When the magnetic body sandwiches or covers the antenna conductor, the variable range of the inductance component of the antenna can be increased, so that the frequency adjustment range can be increased.
磁性体が、アンテナ用導体の少なくとも一部の表面に膜状に付されている場合、アンテナが大型化せず、可及的に小型化することができる。 When the magnetic body is attached to at least a part of the surface of the antenna conductor in the form of a film, the antenna is not increased in size and can be reduced as much as possible.
以下、本発明の実施形態例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
図1に本発明を適用するアンテナの一例を示す。アンテナ1は、磁性体2、アンテナ用導体3、永久磁石6,6、コイル7,7、電源部8、着磁制御部9、磁界強度センサ21、および温度センサ22を備えている。同図では、磁性体2、導体3、永久磁石6,6、およびコイル7,7を分解斜視図で示している。
FIG. 1 shows an example of an antenna to which the present invention is applied. The
磁性体2は、Fe,Co,Ni,Gdのうちの少なくとも一種を含む軟磁性体であり、例えばイットリウム−鉄−ガーネット(YIG:Yttrium-Iron-Garnet)フェライト単結晶である。磁性体2は、一例として四角形状の薄板に形成されている。磁性体2は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよい。
The
この磁性体2の一平面(図の上側面)上には、一例としてループ形状のアンテナ用導体3が配置されている。アンテナ用導体3は、磁性体2上に直接、またはセラミック製などの基板(図示せず)上に導体パターンで膜状に形成されていてもよく、金属板で形成されていてもよい。アンテナ用導体3の一端部4aは一例として送信回路(図示せず)の出力に接続され、他端部4bは、送信回路の基準電位に接続されて使用される。一端部4aと他端部4bとの間には、周波数同調用のコンデンサが接続されていてもよい。また、非図示のグランド電極板が磁性体2又は、後述する永久磁石6の他平面(図の下側面)に配置されていてもよい。さらに、図7に示すように、アンテナ用導体3の向き(角度)を90度回転させて用いてもよい。アンテナ用導体3の角度が図1の0度や図7の90度のときが好ましいが、30度、45度など任意の角度に配置してもよい。このように、アンテナ用導体3の向きは、所望の放射特性(指向性)等に対応させて、任意の方向に設定することができる。また、アンテナ用導体3の付された磁性体2の主面を挟み込むように、板状の磁性体2の上面側(図の上側面)と下面側(図の下側面)とに永久磁石6,6を配置してもよい。
As an example, a loop-shaped
磁性体2は、等方性であってもよく、一軸磁気異方性、多軸磁気異方性を有していてもよい。一軸磁気異方性を有する場合が最も好ましく、この場合、後述する永久磁石6,6の磁界方向が磁化容易軸になっていて、永久磁石6,6の磁界方向に直行する面方向が磁化困難軸になっていることが好ましい。
The
永久磁石6は、Fe,Co,Ni,Gdのうちの少なくとも一種を含む硬磁性体であり、例えば一般的なフェライト磁石である。永久磁石6は、磁性体2に直流磁界を印加するものである。一対の永久磁石6,6は、板状の磁性体2の対向し合う側端面を挟み込むように、磁性体2に所定間隔で近接または密着して配置されている。永久磁石6は、一例として磁性体2の側端面とほぼ同一形状の側端面を有する四角形状の薄板に形成されており、この側端面に直交する方向に磁化されている。永久磁石6,6は、同じ向きの磁界を磁性体2に印加する方向で、つまり、永久磁石6,6が互いに磁力で引き付き合う方向で、磁性体2に配置されている。なお、永久磁石6は、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成されていてもよいし、磁性体2の対向し合う側端面に膜状に形成されていてもよい。
The
コイル7は、永久磁石6を再着磁するためのものであり、コイル7の軸が永久磁石6の磁界方向と一致するように、永久磁石6に配置されている。この場合、コイル7は、永久磁石6に直接、巻回されている。コイル7,7は、同じ向きの磁界を、対応する永久磁石6,6に印加する方向で、つまり、各々の巻き方向が同方向となるように、永久磁石6,6に巻回されていて、電気的に直列接続されている。なお、永久磁石6を、基板上に膜状に形成した場合、コイル7を、基板上の永久磁石6を巻くようにパターンで形成してもよい。コイル7は、永久磁石6に直接、または永久磁石6の近傍の位置に配置することが磁界を掛ける観点から好ましいが、永久磁石6に再着磁用の磁界を掛けることができる位置であれば、永久磁石6から離れた位置に配置してもよい。コイル7は、永久磁石6に着磁することができれば、形状および配置を問わない。
The
電源部8は、コイル7,7に再着磁用の電流を供給するものであり、コイル7,7に正方向に直流電流を供給する直流電流源11、コイル7,7に逆方向に直流電流を供給する直流電流源12、及び、コイル7,7に接続する直流電流源11,12を切換えるための切換スイッチ13を備えている。電源部8は、コイル7,7の近くにコイル7,7等と一体的に配置されていてもよいし、無線通信機器の電気回路に配置してコイル7,7に電気ケーブルで接続されていてもよい。
The
直流電流源11、12は、出力する直流電流値を電気的な制御で各々調整可能な可変直流定電流源であり、着磁制御部9によって制御される。直流電流源11、12は、公知の直流電源や電流制御回路を用いてもよく、また、コンデンサに電流値に対応する電荷を充電させ、その電荷を瞬間的に放電させるようにしたコンデンサ式の放電回路を用いてもよい。
The DC
切換スイッチ13は、切換え動作を電気的に制御可能なリレーまたは半導体スイッチであり、着磁制御部9に制御される。切換スイッチ13は、中間ポイント付きの双方向の切換スイッチであり、中心電極13a、および切換電極13b、13cを有している。この切換スイッチ13は、中心電極13aを、切換電極13bに接続、切換電極13cに接続、または開放のいずれかの切換制御が可能になっている。切換スイッチ13の中心電極13aには、直列接続されたコイル7,7の一端が接続されている。切換スイッチ13の切換電極13bには、直流電流源11の正極が接続されている。また、切換スイッチ13の切換電極13cには、直流電流源12の負極が接続されている。直流電流源11の負極、および直流電流源12の正極は、直列接続されたコイル7,7の他端に接続されている。
The
着磁制御部9は、電源部8を制御して、永久磁石6が磁性体2に印加する直流磁界が所定の磁界強度となるように、永久磁石6を再着磁するものである。着磁制御部9は、一例として、CPU、フラッシュROM、RAM、A/D変換器、および入出力インタフェース回路(いずれも図示せず)などを備え、ROMに記憶されたプログラムにしたがって動作する。なお、着磁制御部9は、論理回路を組み合わせて構成したものであってもよい。着磁制御部9には、前述した直流電流源11,12および切換スイッチ13の他に、磁界強度センサ21および温度センサ22が接続されている。さらに、着磁制御部9には、例えばアンテナ1を搭載する無線通信機器(例えば携帯電話)の制御回路(図示せず)から周波数設定信号が入力される。着磁制御部9は、アンテナ用導体3等と一体的に配置されていてもよく、無線通信機器の電気回路内に配置されていてもよい。また、着磁制御部9は、無線通信機器の制御回路と兼用されていてもよい。兼用されている場合には、内部的に発生する周波数設定信号を使用する。
The magnetization control unit 9 controls the
磁界強度センサ21は、例えば、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子、ファラデー素子、直交フラックスゲート磁気センサなどである。磁界強度センサ21は、永久磁石6に近接する位置に配置されて、永久磁石6が磁性体2に印加する直流磁界の磁界強度を検出して、着磁制御部9に出力する。温度センサ22は、例えば、熱電対、白金測温抵抗体などであり、永久磁石6に直接または近接させて配置されて、永久磁石6の温度を検出して、着磁制御部9に出力する。
The magnetic
次に、アンテナ1の動作原理について説明する。
Next, the operation principle of the
図2にアンテナ1の等価回路を示す。アンテナ1は、インダクタンスLと静電容量CとのLC並列共振回路で表される。このLC並列共振周波数が、アンテナの中心周波数になる。インダクタンスLは、アンテナ用導体3のインダクタンス成分である。静電容量Cは、アンテナ用導体3のキャパシタンス成分、またはこのキャパシタンス成分とアンテナ用導体3に同調用に接続したコンデンサとの総合の静電容量である。
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the
ここで、インダクタンスLは、導体3に配置される磁性体2の透磁率μの影響を受ける。具体的には、インダクタンスLは、磁性体2の透磁率μが変化すると、透磁率μの大きさに比例して変化する。磁性体2の透磁率μは、磁性体2に印加される直流磁界Hが変化すると、直流磁界Hの大きさに反比例して変化する。したがって、インダクタンスLは、磁性体2に印加される直流磁界Hの大きさに反比例して変化する。つまり、直流磁界Hの大きさを変化させると、インダクタンスLが変化して、LC並列共振周波数、すなわちアンテナ1の中心周波数が変化する。
Here, the inductance L is affected by the magnetic permeability μ of the
磁性体2に印加する直流磁界Hの大きさは、永久磁石6,6の残留磁束密度の大きさに比例する。つまり、いわゆる強い永久磁石6の場合に直流磁界Hが大きく、弱い永久磁石6の場合に直流磁界Hが小さくなる。
The magnitude of the DC magnetic field H applied to the
図3に、永久磁石6の磁化曲線(BHカーブ)を示す。この磁化曲線は、一般的なものであり、例えば永久磁石6に正方向の大きな磁場H0を掛けると、永久磁石6が磁気飽和して、磁化曲線のa点になる。この状態から磁場Hを弱くして0にすると、磁化曲線はb点を通り、さらに逆方向に磁場Hを強くしていくと磁化曲線はc点を通って、磁場Hrのときに逆方向に磁気飽和してd点になる。この状態から、磁場Hを正方向に強くしていくと、磁化曲線はe点(逆方向の残留磁束密度Br)→f点→a点となる。このように磁化曲線はヒステリシスカーブを描く。永久磁石6を製造するときには、残留磁束密度Bが0の磁化前の磁石母材に、磁界H0以上の磁場を掛けて磁化させている。
FIG. 3 shows a magnetization curve (BH curve) of the
発明者は、永久磁石6に逆方向の磁場Hrを掛け、続いて磁場H1を掛けてから磁場を0に戻すと、同図に示すように磁化曲線はd点→e点→s1点→s2点になり、永久磁石6が残留磁束密度B1に再着磁されることに気がついた。また同様のことを磁場H2で行うと、磁化曲線はd点→e点→t1点→t2点になり、永久磁石6が残留磁束密度B2に再着磁される。つまり、永久磁石6に逆方向の磁場Hrを掛けて一度リセットしてから、磁場H0、H1、H2等の所定の強度の磁場を掛けることで、永久磁石6の残留磁束密度をB0、B1、B2のように所望の大きさに自在に設定することが可能であることが解った。この原理を利用することで、永久磁石6の直流磁界Hの強さを適宜変更・調整し、磁性体2の透磁率μの値を調整して、これからインダクタンスLを所望の値に設定することで、アンテナ1の中心周波数を変更設定することを可能とした。しかも、永久磁石6の再着磁は短時間に電気的な制御で行うことができるので、中心周波数の変更や設定を、短時間で迅速、簡便に行うことが可能である。
When the inventor applies a magnetic field Hr in the opposite direction to the
図1に示すように、磁性体2を一対の永久磁石6,6で挟み込むと、一つの永久磁石6しか配置しない場合よりも、磁性体2に均一に直流磁界が印加されるため、アンテナ1の中心周波数を安定して精度良く変更することができる。さらに、磁性体2を一対の永久磁石6,6で挟み込むと、一つの永久磁石6しか配置しない場合よりも、磁性体2に印加される直流磁界Hの強さの可変幅を大きくすることができる。したがって、磁性体2の透磁率μの可変幅を大きくすることができるので、インダクタンスの可変幅が大きくなり、アンテナ1の中心周波数の可変幅を大きくすることができる。なお、必要性に応じて、永久磁石6を磁性体2に1つだけ配置してもよい。
As shown in FIG. 1, when the
永久磁石6の残留磁束密度の大きさを設定するためには、磁場Hの大きさを制御する必要があるので、磁化曲線のf点からa点までの傾きがなだらか(傾きが小)であることが好ましい。これは磁化曲線の傾きが急(傾きが大)であると、僅かに磁場Hを変化させただけで残留磁束密度Bが大きく変わってしまうので、磁場Hを精密に制御する必要があるためである。強力なネオジム永久磁石やサマリウムコバルト永久磁石は、磁化曲線の傾きが急であるので、磁場Hを精密に制御する必要がある。ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石は、磁化曲線の傾きがなだらかであるので、磁場Hの制御が容易であり、好ましい。
In order to set the magnitude of the residual magnetic flux density of the
次に、アンテナ1の使用方法について説明する。
Next, a method for using the
先ず、アンテナ1の使用前の準備について説明する。
First, preparation before using the
使用する前に予め、設定する必要のある各中心周波数に対応させて、永久磁石6,6の残留磁束密度を設定するために直流電流源11に出力させる電流値(以下、設定電流値という)、永久磁石6,6をリセットするために直流電流源12に出力させる電流値(以下、リセット電流値という)、及び、正常に中心周波数が設定されたときの磁界強度の許容範囲を、着磁制御部9に記憶させておく。さらに、アンテナ1の中心周波数に温度変動がある場合又は必要性に応じて、中心周波数を再設定する温度閾値、並びに各温度において最適な上記の直流電流源11,12の電流値及び磁界強度の許容範囲を、各中心周波数及び各温度閾値に対応させて、着磁制御部9に記憶させておく。なお、永久磁石6をリセットするための電流値は、各条件で共通であれば1つだけ記憶させておいてもよい。
Prior to use, a current value (hereinafter referred to as a set current value) to be output to the DC
これら予め設定する電流値等は、永久磁石6,6の残留磁束密度をパラメータとして変化させたアンテナ1の特性の取得を実験的に繰り返すことで、最適な値を選択して決定する。例えば、直流電流源11,12の流す電流値をパラメータとして変化させ、必要であれば周囲温度をパラメータとして変化させて、アンテナ1のインピーダンス特性をネットワークアナライザで取得して、得られた特性の中から最適な電流値等に決定する。このように得られた電流値等を、製造した複数のアンテナ1に共通して適用してもよいし、個々のアンテナ1ごとに特性を取得して、アンテナ1ごとに最適な値を適用してもよい。個々のアンテナ1ごとに最適な電流値等を求める場合には、個々の製造ばらつきを無くすことができる。以上で、使用前の準備が終了する。
These preset current values and the like are determined by selecting optimum values by experimentally repeating the acquisition of the characteristics of the
次に、アンテナ1の中心周波数設定方法について、図1、図4を参照して説明する。
Next, a method for setting the center frequency of the
図1に示すアンテナ1は、無線通信機器(図示せず)の送受信回路に接続されて使用される。無線通信機器が複数の周波数帯域を切り替えて送受信を行う場合、無線通信機器を統括的に制御する制御回路(図示せず)は、アンテナ1に、中心周波数を示すための周波数設定信号を出力する。
An
図4のフローチャートに示すように、着磁制御部9は、周波数設定信号が入力されたときに(ステップS11)、直流電流源12を制御して、周波数設定信号で示された中心周波数(設定周波数)に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ13を制御して、中心電極13aと切換電極13cとを所定時間(例えば10μsec)だけ接にする(ステップS12)。これにより、コイル7が永久磁石6の磁界方向とは逆方向の磁場Hr(図3参照)を発生し、この磁場Hrが永久磁石6に所定時間掛かり、永久磁石6が逆方向に磁気飽和後、残留磁束密度Brになって残留磁束密度がリセットされる。
As shown in the flowchart of FIG. 4, when the frequency setting signal is input (Step S11), the magnetization control unit 9 controls the DC
続いて、着磁制御部9は、直流電流源11を制御して、その中心周波数に対応する設定電流値で電流を出力させると共に、これに連動させて切換スイッチ13を制御して中心電極13aと切換電極13bとを所定時間(例えば10μsec)だけ接にする(ステップS13)。これにより、コイル7が永久磁石6を再着磁する磁界方向と同方向の例えば磁場H1(図3参照)を発生し、この磁場H1が永久磁石6に所定時間掛かり、永久磁石6が設定周波数に対応する例えば残留磁束密度B1(図3参照)に再着磁する。
Subsequently, the magnetization controller 9 controls the direct
ステップS12,S13でコイル7に電流を流す所定時間は、永久磁石6を磁化させるために必要な時間であるが、通常短時間でよい。したがって、電力の消費がほとんどなく省エネルギーである。
The predetermined time during which the current is supplied to the
続いて、着磁制御部9は、磁界強度センサ21が検出した磁界強度を読み込んで(ステップS14)、着磁制御部9に予め記憶されている磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する(ステップS15)。許容範囲内であれば周波数設定動作を終了し、許容範囲内でなければステップS12に戻り、再度、永久磁石6を着磁する。許容範囲内でない場合、許容範囲内に入るように、設定電流値を増減させてステップS13を行わせてもよい。
Subsequently, the magnetization control unit 9 reads the magnetic field strength detected by the magnetic field strength sensor 21 (step S14), and determines whether or not the magnetic field strength is within the allowable range stored in advance in the magnetization control unit 9. (Step S15). If it is within the allowable range, the frequency setting operation is terminated. If it is not within the allowable range, the process returns to step S12, and the
以上で、中心周波数の設定動作が終了し、アンテナ1の中心周波数が設定される。無線通信機器から異なる中心周波数に変更する周波数設定信号が入力されたときには、再度、中心周波数の設定動作を行って、アンテナ1を異なる中心周波数に設定する。なお、必要であれば、着磁制御部9は、ステップS12を行う前に、温度センサ22が検出した周囲温度を読み込んで、その温度及び中心周波数に対応したリセット電流値及び設定電流値でステップS12,S13を行ってもよい。また、磁界強度を検出する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップS13を行った後、終了してもよい。
The center frequency setting operation is thus completed, and the center frequency of the
着磁制御部9は、この中心周波数の設定動作を、所定周期毎に行うことが好ましい。この所定周期は、永久磁石6の残留磁束密度が経時変化で許容値よりも弱くなる時間間隔よりも短い時間間隔に設定する。
The magnetization control unit 9 preferably performs this center frequency setting operation at predetermined intervals. This predetermined period is set to a time interval shorter than the time interval at which the residual magnetic flux density of the
次に、温度変化に対応する中心周波数の設定方法について図1、図5を参照して説明する。 Next, a method for setting a center frequency corresponding to a temperature change will be described with reference to FIGS.
アンテナ1は無線通信機器内に配置されることが多く、送信アンプの発熱により、アンテナ1が高温になり、中心周波数が設定周波数からずれる場合がある。以下、このような中心周波数のずれを元に戻す動作について説明する。
The
図5のフローチャートに示すように、着磁制御部9は、温度センサ22(図1参照)の検出した温度を常時または間欠的に読み込んで(ステップS21)、予め記憶された温度閾値を超えるか否か判別する(ステップS22)。この温度閾値は、中心周波数のずれが許容できなくなる温度に設定されている。温度閾値は、段階的に複数設定されていてもよい。また、温度閾値は、温度が上昇する場合と低下する場合とで異なる値であってもよい。温度閾値よりも高温側、および低温側の各々に対応する設定電流値、リセット電流値、および磁界強度の許容範囲が着磁制御部9に予め記憶されている。 As shown in the flowchart of FIG. 5, the magnetization controller 9 reads the temperature detected by the temperature sensor 22 (see FIG. 1) constantly or intermittently (step S <b> 21), and whether the temperature threshold value stored in advance is exceeded. It is determined whether or not (step S22). This temperature threshold is set to a temperature at which the deviation of the center frequency is not allowed. A plurality of temperature thresholds may be set in stages. Further, the temperature threshold value may be different depending on whether the temperature increases or decreases. The set current value, the reset current value, and the allowable range of the magnetic field strength corresponding to each of the higher temperature side and the lower temperature side than the temperature threshold are stored in the magnetization control unit 9 in advance.
ステップS22で、温度閾値を超えたと判別されたときには、着磁制御部9は、直流電流源12を制御して、その検出温度(かつそのときの設定周波数)に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ13を制御して中心電極13aと切換電極13cとを所定時間だけ接にする(ステップS23)。これにより、既に説明したステップS12と同様に永久磁石6がリセットされる。
When it is determined in step S22 that the temperature threshold value has been exceeded, the magnetization control unit 9 controls the DC
続いて、着磁制御部9は、直流電流源11を制御して、予め記憶されたその検出温度に対応する設定電流値、つまりその検出温度で中心周波数を設定周波数に正しく設定できる設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ13を制御して中心電極13aと切換電極13bとを所定時間だけ接にする(ステップS24)。これにより、永久磁石6がその温度に対応する残留磁束密度Bに再着磁する。
Subsequently, the magnetization control unit 9 controls the DC
続いて、着磁制御部9は、既に説明したステップS14,S15と同様にして、ステップS25、S26を行い、磁界強度センサ21が検出した磁界強度を確認し、磁界強度がその温度での許容範囲内にあるか確認し、必要であれば再設定して、ステップS21に戻る。
Subsequently, the magnetization control unit 9 performs steps S25 and S26 in the same manner as steps S14 and S15 already described, confirms the magnetic field strength detected by the magnetic
以上で、温度変化に対応する中心周波数の設定動作が終了し、温度でずれたアンテナ1の中心周波数が設定周波数に戻る。温度が検出閾値を超えて上昇した場合、および検出閾値を超えて低下した場合に、中心周波数が再設定される。なお、磁界強度を確認する必要がない場合、同図中に破線で示すように、ステップS24を行った後、ステップS21に戻ってもよい。
Thus, the setting operation of the center frequency corresponding to the temperature change is completed, and the center frequency of the
次に、磁界強度低下に対応する中心周波数の再設定方法について図1、図6を参照して説明する。 Next, a method for resetting the center frequency corresponding to the decrease in magnetic field strength will be described with reference to FIGS.
永久磁石6の磁界強度は、その材質の種類により変化の度合いは異なるが、着磁してから時間が経過すると低下する。以下、このような磁界強度の低下による中心周波数のずれを元に戻す動作について説明する。
The magnetic field strength of the
図6のフローチャートに示すように、着磁制御部9は、磁界強度センサ21(図1参照)の検出した磁界強度を常時または間欠的に読み込んで(ステップS31)、設定周波数(及び温度)に対応する磁界強度の許容範囲内であるか否か判別する(ステップS32)。許容範囲内であればステップS31に戻る。 As shown in the flowchart of FIG. 6, the magnetization control unit 9 reads the magnetic field strength detected by the magnetic field strength sensor 21 (see FIG. 1) constantly or intermittently (step S <b> 31) and sets it to the set frequency (and temperature). It is determined whether or not the corresponding magnetic field strength is within an allowable range (step S32). If it is within the allowable range, the process returns to step S31.
ステップS32で、許容範囲内でないと判別されたときには、着磁制御部9は、直流電流源12を制御して設定周波数(及び温度)に対応するリセット電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ13を制御して中心電極13aと切換電極13cとを所定時間だけ接にする(ステップS33)。これにより、既に説明したステップS12と同様に永久磁石6がリセットされる。
If it is determined in step S32 that the current value is not within the allowable range, the magnetization control unit 9 controls the direct
続いて、着磁制御部9は、直流電流源11を制御して設定周波数(及び温度)に対応する設定電流値で電流を出力させると共に、切換スイッチ13を制御して中心電極13aと切換電極13bとを所定時間だけ接にする(ステップS34)。これにより、永久磁石6がその設定周波数に対応する残留磁束密度Bに着磁してステップS31に戻る。
Subsequently, the magnetization control unit 9 controls the direct
以上で、磁界強度低下に対応する中心周波数の再設定動作が終了し、アンテナ1の中心周波数が設定周波数に戻る。
The center frequency resetting operation corresponding to the decrease in magnetic field intensity is thus completed, and the center frequency of the
図4の中心周波数設定方法、図5の温度変化に対応する中心周波数の設定方法、図6の磁界強度低下に対応する中心周波数の設定方法は、全て行ってもよいし、必要性に応じていずれか選択して行ってもよい。温度を検出しない場合、温度センサ22は不要になり、磁界強度を検出しない場合、磁界強度センサ21は不要になる。
The center frequency setting method shown in FIG. 4, the center frequency setting method corresponding to the temperature change shown in FIG. 5, and the center frequency setting method corresponding to the magnetic field strength reduction shown in FIG. 6 may all be performed. Any one may be selected. When the temperature is not detected, the
次に、本発明を適用するアンテナの他の一例であるアンテナ1a,1b,1cについて図8を参照して説明する。なお、既に説明した構成と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
Next,
図8(a)に一部断面図で示すアンテナ1aは、永久磁石6の一平面(図の上側)上に、一対の膜状の磁性体2,2で導体3を挟み込んで配置したものである。永久磁石6の側面には、コイル7が巻回されている。コイル7には、電源部8(図1参照)が接続され、電源部8には着磁制御部9(図1参照)が接続されている。なお、磁性体2は、導体3よりも幅広に形成して導体3を覆ってもよいし、導体3を1つの磁性体2の内部に配置してもよい。また、導体3を挟み込んだ磁性体2,2の両側を一対の永久磁石6,6で挟み込んでもよい。この場合、一対の永久磁石6,6にはペアになるようにコイル7,7を配置する。
An
このように、導体3の両面側に磁性体2,2がある場合、片面側にだけ磁性体2があるときよりもインダクタンスの最大値が大きくなるので、永久磁石6の磁界強度の調整によるインダクタンスLの可変幅が大きくなり、アンテナ1の中心周波数の可変幅を大きくすることができる。また、一対の永久磁石6,6で挟み込んだ場合、磁性体2,2の透磁率μの可変幅を大きくすることができるので、インダクタンスの可変幅が大きくなり、アンテナ1の中心周波数の可変幅を大きくすることができる。
Thus, when the
図8(b)に分解斜視図で示すアンテナ1bは、磁性体2、アンテナ用導体3、永久磁石6,6、及びコイル7,7を備えている。磁性体2は、円柱形状に形成されていて、この円柱にアンテナ用導体3がコイル状に巻回されている。この磁性体2およびアンテナ用導体3は、バーアンテナになっている。同図に示すように、磁性体2の両端部には、磁性体2と略同径の円柱形状の永久磁石6,6が、磁性体2と同軸で近接または密着させて配置されている。永久磁石6,6は、その軸方向に磁化されていて、その磁界の向きは、互いに同方向になっている。永久磁石6,6には、コイル7,7が各々同じ巻き方向で巻回されている。コイル7,7には、電源部8(図1参照)が接続され、電源部8には着磁制御部9(図1参照)が接続されている。コイル7,7には、別個の電源部8,8及び着磁制御部9,9を対応させて接続してもよい。
An
このように、バーアンテナ構造のアンテナ1bであっても、永久磁石6,6を再着磁して磁界強度を調整することで、アンテナ用導体3のインダクタンスを調整でき、アンテナ1bの中心周波数を調整することができる。
Thus, even in the case of the
図8(c)に一部拡大斜視図で示すアンテナ1cは、アンテナ用導線3の一部が、膜状の磁性体2で被覆されているものである。アンテナ用導体3は、一例として、金属製で丸棒形状に形成されている。磁性体2には、近接または密着させて、板状の永久磁石6が配置され、永久磁石6には、コイル7が巻回されている。コイル7には、電源部8(図1参照)が接続され、電源部8には着磁制御部9,9(図1参照)が接続されている。
An
このアンテナ1cの等価回路を図9に示す。このアンテナ1cは、磁性体2の付されている部分がインダクタンスLを有し、磁性体2の付されていない部分がインダクタンスLoを有している。アンテナ1cは、インダクタンスLとインダクタンスLoとが直列接続されていて、このインダクタンス(L+Lo)と静電容量Cとが並列接続されて、LC並列共振回路になっている。インダクタンスLは、永久磁石6の磁界強度の変化に伴い変化する。したがって、永久磁石6を再着磁して磁界強度を調整することで、アンテナ1cのインダクタンスLを調整でき、アンテナ1cの中心周波数を調整することができる。磁性体2を配置するアンテナ用導体3の位置や範囲は、可変させる周波数幅などに応じて適宜設定する。同様に、アンテナ1,1a,1bでも、アンテナ用導体3の少なくとも一部に磁性体2を配置して、永久磁石6の磁界強度を調整することで、中心周波数を調整することができる。
An equivalent circuit of the
なお、アンテナ用導体3のアンテナの形状(アンテナの構成、種類)は、アンテナとして機能する形状であればループ型やバーアンテナ型などに限定されない。例えば逆F型、平面型、線状型、ホイップ型、コイル型、ダイポール型、モノポール型、くし型などのアンテナや、八木・宇田アンテナ、ヘリカルアンテナなどの進行波アンテナ、位相差給電アンテナなど公知の種々の形状のアンテナに本発明を適用することができる。アンテナ用導体の少なくとも一部に磁性体を配置して、この磁性体に直流磁界を印加する永久磁石に少なくとも再着磁用のコイルが配置されているアンテナであれば、全て本発明の範囲に含まれる。
The antenna shape (antenna configuration and type) of the
また、電源部8が直流電流源11,12を有していて、永久磁石6を再着磁させる電流(設定電流、リセット電流)が直流電流である例について説明したが、設定電流やリセット電流は、瞬間的なパルス電流であってもよいし、sin波、台形波、ノコギリ波のような交流電流であってもよい。交流電流の場合、正の波高値が設定電流値に対応し、負の波高値がリセット電流値に対応して、電源部8は、負(リセット電流)から正(設定電流)の1周期(または整数周期)の交流電流を出力する。
Moreover, although the
1,1a,1b,1cはアンテナ、2は磁性体、3はアンテナ用導体、4aは一端部、4bは他端部、6は永久磁石、7はコイル、8は電源部、9は着磁制御部、11,12は直流電流源、13は切換スイッチ、13aは中心電極、13b,13cは切換電極、21は磁界強度センサ、22は温度センサ、Cは静電容量、L,Loはインダクタンスである。 1, 1a, 1b, and 1c are antennas, 2 is a magnetic material, 3 is a conductor for an antenna, 4a is one end, 4b is the other end, 6 is a permanent magnet, 7 is a coil, 8 is a power supply, and 9 is magnetized. Control unit, 11 and 12 are direct current sources, 13 is a changeover switch, 13a is a center electrode, 13b and 13c are changeover electrodes, 21 is a magnetic field strength sensor, 22 is a temperature sensor, C is a capacitance, L and Lo are inductances It is.
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