JP4060746B2

JP4060746B2 - 可変同調型アンテナおよびそれを用いた携帯無線機

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Publication number: JP4060746B2
Application number: JP2003114138A
Authority: JP
Inventors: 房雄関口; 健一三木
Original assignee: Yokowo Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: EP1617564B1; CN1778049A; EP1617564A1; DE602004023828D1; KR101048672B1; WO2004093334A1; JP2004320611A; KR20060002979A; US20060197711A1; CN100438356C; EP1617564A4; US7557773B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばデジタルテレビジョンのような広帯域の電波を携帯電話機や携帯端末などの携帯無線機で受信し得るような簡単な構造の可変同調型アンテナおよびそれを用いた携帯無線機に関する。さらに詳しくは、通常の可変容量素子を用いながら、デジタルテレビジョンの周波数帯域（４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚ）である３００ＭＨｚ以上の周波数帯域を同調し得る可変同調型アンテナおよびそれを用いた携帯無線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年デジタルテレビジョン放送が開始される方向にあり、携帯電話機や携帯端末などの携帯無線機によりその受信をすることが期待されている。また、携帯無線機においては、セルラー用のみならず、ＧＰＳ（global positioning system；衛星測位システム、１.５ＧＨｚ帯）やブルートゥース（blue tooth；２.４５ＧＨｚ帯）など異なる分野の周波数帯を受信することにより、携帯無線機機の多様化が図られている。そのため、携帯無線機用アンテナにおいても、簡単な構成で、マルチバンド化や広帯域化が要求されてきている。
【０００３】
従来の簡単な構造の広帯域で可変同調型のアンテナとしては、たとえば図６（ａ）に示されるように、モノポール、ヘリカルなどの放射素子５１の基端部と給電部との間に可変容量素子５２を接続し、可変容量素子５２のキャパシタンスと放射素子５１のインダクタンスとの直列共振を利用し、可変容量素子５２に印加する電圧によりそのキャパシタンスを変化させることにより同調周波数を可変させる構造のもの（たとえば特許文献１参照）や、図６（ｂ）に示されるように、放射素子５１に固定誘導素子５３と可変容量素子５２とを直列に接続し、その直列共振周波数を、可変容量素子５２のキャパシタンスを変化させることにより可変する構造のものが知られている（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３２３１３号公報（図１）
【特許文献２】
特開平１０−２０９８９７号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の図６（ａ）に示される構造、および図６（ｂ）に示される構造における共振周波数（角周波数ω）は、それぞれ次式（１）、（２）のようになる。すなわち、放射素子５１が誘導性となり、かつ、キャパシタンスは非常に小さいため、放射素子５１のインダクタンスをＬ_a、可変容量素子５２のキャパシタンスをＣ、固定誘導素子５３のインダクタンスをＬとすると、
ω＝１／（Ｌ_a・Ｃ）^1/2 （１）
ω＝１／｛（Ｌ_a＋Ｌ）・Ｃ｝^1/2 （２）
となる。
【０００６】
式（１）において、放射素子のインダクタンスＬ_aは放射素子によりほぼ一定であるため、可変容量素子のキャパシタンスＣの変化に対して、Ｃ^-1/2に比例して変化することになる。しかし、現在一般に実用化されている可変容量ダイオードでは、そのキャパシタンスの変化量には限界があり、たとえば前述のデジタルＴＶ帯（４７０〜７７０ＭＨｚ）のような低周波では、１５０ＭＨｚ程度しか可変することができず、図７に可変容量素子のキャパシタンスを変化させたときの周波数に対するＶＳＷＲと利得の図が示されるように、デジタルＴＶの周波数帯域の全体（ｆ_L〜ｆ_H）で同調させることができないと共に、ＶＳＷＲや利得の特性も周波数により低下するという問題がある。
【０００７】
一方、図６（ｂ）に示される構造では、式（２）から明らかなように、可変容量素子のＣが同じ場合、式（１）の場合より共振周波数ωが（Ｌ_a＋Ｌ）^-1/2／Ｌ_a ^-1/2倍、すなわち｛Ｌ_a／（Ｌ_a＋Ｌ）｝^1/2倍になるが、Ｌは正であるため、必ず１より小さくなり、式（１）の場合よりもキャパシタンスＣの同じ変化量に対して、共振周波数の変化量が小さくなる。実際には、アンテナエレメントや同調回路と接地との間に浮遊容量が形成され、その浮遊容量により、図６（ｂ）の構成の方が、共振周波数の変化量を大きくできる場合もあるが、大差はない。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、携帯電話機などの小型の携帯無線機に搭載することができ、かつ、デジタルＴＶ帯のような低い周波数帯で、その広い帯域（たとえば中心周波数に対して±２０％以上）でも、その全域を可変させることができる可変同調型アンテナを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、たとえば携帯電話機などに前述の広帯域の可変同調アンテナを搭載しながら、セルラー用などの他の周波数帯でも送受信することができる２周波以上に対応する可変同調型アンテナを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、たとえば携帯電話機などで、デジタルＴＶ帯の受信と携帯電話の両方や、さらには他のＧＰＳまたはブルートゥースのような２以上の周波数帯域で送受信することができる携帯無線機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による可変同調型アンテナは、放射素子と、該放射素子と直列に接続される同調回路とからなり、該同調回路は、前記放射素子に直列に接続され該放射素子側を誘導性にする第１のインダクタンス素子と、該第１のインダクタンス素子の前記放射素子側とは反対側に接続されると共に第２のインダクタンス素子および可変容量素子が並列に接続された並列回路とからなり、前記同調回路が、所望の送受信する周波数帯域内で前記放射素子および第１のインダクタンス素子の合成リアクタンスと前記並列回路の合成リアクタンスとが互いに打ち消すように設定されると共に、前記並列回路が前記所望の周波数帯域内で共振しないように設定され、前記可変容量素子の容量を変化させることにより、前記放射素子により前記所望の周波数帯域で同調可能となるように形成され、前記放射素子は、電気的に直列に結合された第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントからなり、該第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントの全体が、前記所望の周波数帯域内における周波数で共振する電気長に形成されることにより、前記同調回路と共に前記所望の周波数帯域である広帯域の第１周波数帯で同調するように形成され、前記第１アンテナエレメントのみで、第２周波数帯で同調するように形成されている。
【００１２】
この構成にすることにより、放射素子および第１インダクタンス素子の合成リアクタンスと並列回路の合成リアクタンスとが打ち消し合う状態になっているため、この両者が直列共振をする構成になり、前述のように、放射素子は誘導性となり、かつ、キャパシタンスは非常に小さいため、放射素子のインダクタンスをＬ_a、可変容量素子のキャパシタンスをＣ、第１インダクタンス素子のインダクタンスをＬ₁、第２インダクタンス素子のインダクタンスをＬ₂とすると、共振周波数ω（角周波数）は次式（３）になる。
【００１３】
【数１】

【００１４】
この式（３）を前述の式（１）と比較すると、可変容量素子のＣの寄与は同じで、共振周波数ωが｛（Ｌ_a＋Ｌ₁＋Ｌ₂）／Ｌ₂（Ｌ_a＋Ｌ₁）｝^1/2／Ｌ_a ^-1/2倍になり、Ｌ₁とＬ₂の選択により、この値を１より大きくすることができる。そのため、同じ可変容量のキャパシタンス（静電容量値）Ｃの変化に対して、共振周波数をこの倍数分多く変化させることができる。その結果、たとえば前述のデジタルＴＶ用の周波数帯に対しても、容量可変ダイオードを用いて３００ＭＨｚ以上の周波数帯域を可変することができる。
【００１６】
前記構成に形成されることにより、たとえば第２アンテナエレメントを筐体から取り出すことにより、放射素子の全体を利用する第１周波数帯と、第２アンテナエレメントを筐体内に収納させ、第１アンテナエレメントのみを用いる第２周波数帯の２波に対応するアンテナとすることができる。なお、第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントの全体による共振は、通常は、周波数帯域の中心周波数に対して、ほぼ１／４波長またはその奇数倍の長さにすることにより行われる。
【００１７】
前記第１周波数帯がデジタルテレビジョン用の周波数帯であれば、たとえば携帯電話機などの携帯無線機により、デジタルテレビジョンを鑑賞することができる。
【００１８】
本発明による携帯無線機は、送受信回路と、該送受信回路を覆う筐体と、該筐体の近傍に設けられ、前記送受信回路と電気的に接続される給電部と、該給電部に接続される同調回路および放射素子からなる可変同調型アンテナと、前記給電部に接続される第３アンテナエレメントとからなり、前記可変同調型アンテナが請求項１または２記載のアンテナからなり、前記第３アンテナエレメントが前記可変同調型アンテナとは異なる第３周波数帯で同調するアンテナからなり、前記可変同調型アンテナによる広帯域の第１周波数帯と前記第３周波数帯の２以上の周波数帯で送受信し得る構成になっている。その結果、たとえば第１周波数帯をデジタルＴＶ帯、第３周波数帯を携帯電話用にすれば、携帯電話機で電話をしながら、デジタルＴＶを鑑賞することができる。
【００１９】
前記放射素子が、電気的に直列に結合された第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントからなり、該放射素子の第２アンテナエレメントが、前記筐体から外部に伸張させたり該筐体内に収納させ得るように形成され、該第２アンテナエレメントが外部に伸張されるとき前記第１周波数帯で同調するように前記可変同調型アンテナの前記同調回路を介して前記給電部に接続され、前記第２アンテナエレメントが前記筐体内に収納されるとき前記第１アンテナエレメントが直接前記給電部に接続されるように形成されることにより、第１周波数帯の受信をしないときには、第１アンテナエレメントにより、たとえばセルラー用、ＧＰＳ用またはブルートゥース用などに利用することができる。
【００２０】
前記第１アンテナエレメントと第３アンテナエレメントが同じ周波数帯で同調する電気長に形成され、かつ、該第１アンテナエレメントと第３アンテナエレメントとで送受信する電波を強め合うように位相調整がされていることにより、たとえばセルラー用とデジタルＴＶ用の携帯電話機で、デジタルＴＶを見ないで、セルラー用の感度を向上させて送受信をすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のアンテナおよびそれを用いた携帯無線機について説明をする。
【００２２】
本発明による可変同調型アンテナは、図１にその一実施形態の基本構成回路図が示されるように、放射素子２（インダクタンスＬ_a）と同調回路１とが直列に接続されている。その同調回路１は、第１インダクタンス素子１１（インダクタンスＬ₁）と、第２インダクタンス素子１２１（インダクタンスＬ₂）および可変容量素子１２２（キャパシタンスＣ）が並列に接続された並列回路１２とが直列に接続されている。そして、同調回路１が、所望の送受信する周波数帯域内で放射素子２および第１インダクタンス素子１１の合成リアクタンスと並列回路１２の合成リアクタンスとが互いに打ち消すように設定されると共に、並列回路１２が所望の周波数帯域内で共振しないように設定され、可変容量素子１２２の容量を変化させることにより、放射素子２により所望の周波数帯域で同調可能となるように形成されている。
【００２３】
放射素子２は、たとえばヘリカル構造、モノポール構造、折返しエレメント構造、セラミック基板などに形成された平面タイプなど種々の放射素子を用いることができる。
【００２４】
同調回路１は、図１に示されるように、第１インダクタンス素子１１と並列回路１２とが直列に接続されることにより構成されている。並列回路１２は、第２インダクタンス素子１２１と可変容量素子１２２が並列に接続されたもので、可変容量素子１２２には、電圧Ｖを印加し得るように端子３が設けられている。
【００２５】
第１および第２のインダクタンス素子１１、１２１は、通常のコイルからなっており、後述するように、放射素子２および第１インダクタンス素子１２１の合成リアクタンス分と並列回路１２の合成リアクタンス分とが打ち消し合うと共に、並列回路１が所望の周波数帯域内で共振しないようように、それぞれのインダクタンスが設定されている。この場合、｛（Ｌ_a＋Ｌ₁＋Ｌ₂）／Ｌ₂（Ｌ_a＋Ｌ₁）｝^1/2／（１／Ｌ_a）^1/2が、１より大きくなるように、Ｌ₁およびＬ₂を設定することにより、従来の図６（ａ）に示される構造より、同じ可変容量素子に対して同調範囲を大きくすることができる。
【００２６】
すなわち、並列回路２の共振周波数（角周波数ω＝２πｆ）は、
ω＝１／（Ｌ₂・Ｃ）^1/2 （４）
で与えられ、この共振周波数が、所望の周波数帯域、すなわちたとえば前述のデジタルＴＶ帯であれば、４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの範囲より高い周波数か低い周波数になるように設定される。これは、並列回路で共振すると、その共振周波数ではインピーダンスが無限大になり、トラップ回路となってその周波数での受信をすることができなくなるからである。
【００２７】
可変容量素子１２２は、たとえば可変容量ダイオードや可変コンデンサなどからなり、両端に印加される電圧を変えることにより、その容量を変えることができる電子可変容量素子であることが、小型で、かつ、容易に同調周波数を変えることができるため好ましい。
【００２８】
つぎに、本発明による可変同調アンテナが、従来の可変容量素子を用いながら、格段に広帯域で同調をとることができる理由について詳述する。前述のように、放射素子２および第１インダクタンス素子１１の合成リアクタンス分と並列回路１２の合成リアクタンス分とが打ち消し合うように同調回路１が形成されているため、また、放射素子２は誘導性でキャパシタンス成分は非常に小さいため、インダクタンス成分をＬ_a、第１インダクタンス素子のインダクタンスをＬ₁、第２インダクタンス素子のインダクタンスをＬ₂、可変容量素子のキャパシタンスをＣとすると次式（５）が成り立つ周波数で直列共振をする。
【００２９】
【数２】

【００３０】
この式（５）を整理してωを求めると、前述の式（３）で表される共振周波数が得られる。この共振周波数を、前述の図６（ａ）に示されるアンテナの共振周波数である式（１）と比較すると、Ｃに関しては、共に１／Ｃ^1/2で寄与し、同じであるが、インダクタンス成分に関しては、式（１）が
｛１／Ｌ_a｝^1/2 （６）
であるのに対して、式（３）は、
｛（Ｌ_a＋Ｌ₁＋Ｌ₂）／Ｌ₂（Ｌ_a＋Ｌ₁）｝^1/2 （７）
となる。すなわち、式（７）の値が式（６）の値よりも大きければ、同じＣの変化に対しても、図６（ａ）のアンテナよりも共振周波数の変化が大きいことを意味している。
【００３１】
逆にいえば、前述の共振条件を満たしながら、式（７）の値が式（６）の値より大きくなるように第１インダクタンス素子１１と第２インダクタンス素子１２１のそれぞれのインダクタンスを容易に設定することができるため、従来構造のアンテナに比べて、可変周波数の範囲を広くすることができる。とくに、第２インダクタンス素子１２１のインダクタンスＬ₂を調整することにより、同調範囲の調整、および放射素子２との整合を容易に行うことができる。たとえば、Ｌ₁＝Ｌ₂＝１／２・Ｌ_aと設定すると、式（６）：式（７）＝１：（８／３）^1/2となり、同じＣの変化に対して（８／３）^1/2倍だけ共振周波数を変化させることができる。なお、図６（ｂ）の構造では、式（１）：式（２）＝１：（２／３）^1/2となる。すなわち、前述の合成リアクタンスを打ち消し合う構成になっているため、式（７）：式（６）＝｛（Ｌ_a＋Ｌ₁＋Ｌ₂）／Ｌ₂（Ｌ_a＋Ｌ₁）｝^1/2／（１／Ｌ_a）^1/2が１より大きくなるように、Ｌ₁、Ｌ₂を設定することにより、同じ可変容量Ｃの変化に対して、周波数変化を大きくすることができる。
【００３２】
放射素子２を、デジタルＴＶ帯用としてデジタルＴＶ帯の中心周波数である６２０ＭＨｚの約１／４波長の電気長に形成し、第１インダクタンス素子１１のインダクタンスを４７ｎＨ、第２インダクタンス素子１２１のインダクタンスを３３ｎＨ、可変容量素子１２２のキャパシタンスを２.５〜１５ｐＦで可変したときのＶＳＷＲと利得が図２に示されている。図２において、ｆ_L、ｆ_Hはそれぞれｆ_L＝４７０ＭＨｚ、ｆ_H＝７７０ＭＨｚを示している。図２から明らかなように、本発明のアンテナによれば、デジタルＴＶ帯の全域で小さいＶＳＷＲで大きな利得が得られ、前述の図７に示される特性と比べて、大幅に改善されている。なお、図２（ａ）で、ｆ₀にＶＳＷＲの小さい帯域があるが、これは並列回路２の共振周波数で、共振しているためＶＳＷＲは小さいが、並列共振であるため利得は得られず、図２（ｂ）にも示されていない。
【００３３】
図３は、図１のアンテナのさらに具体化した例を示す等価回路図である。すなわち、図３に示される構成は、可変容量素子１２２として、２個の可変容量ダイオード１２２ａ、１２２ｂが用いられ、しかも、その２個の可変容量ダイオード１２２ａ、１２２ｂのカソード同士を接続することにより、２個直列接続され、その接続点に高周波的に影響を少なくするための高抵抗Ｒ₁を介して制御電圧を印加する電圧印加端子３が設けられている。この抵抗Ｒ₁は、高周波的に高インピーダンスになるようなインダクタンス素子でも構わない。
【００３４】
このように、２個の可変容量ダイオードを逆極性で直列に接続することにより、その２個の可変容量ダイオードに同じ電圧を印加することができ、さらに、直列接続で容量が１／２となり、たとえば図４にダイオードを１個の場合Ａと、２個直列に接続した場合Ｂの電圧（逆方向電圧）に対するダイオード容量Ｃｄの変化が示されるように、容量を同じ１ｐＦから２ｐＦに変化させるのに、１個では２Ｖから５Ｖに変化させることが必要であるのに、２個の場合には０.５Ｖから２Ｖと、低い電圧で同じ容量変化を得ることができる。一般に低容量値で変化量の大きい可変容量ダイオードは少ないため、この接続により低容量値変化に有利で、かつ、低電圧で制御可能となる。
【００３５】
この可変容量ダイオードは、制御電圧を大きくすると、図４に示されるように、静電容量値が小さくなり、共振周波数は高くなる。その結果、制御電圧を高くすることにより、同調周波数を高く、逆に低くすれば、同調周波数を低く調整することができる。なお、図３において、インダクタンス素子Ｌ₅は、整合用の素子で、アンテナと給電回路の不整合をなくし、安定した高利得を得るためのものである。このインダクタンス素子Ｌ₅は後述する整合回路内に含ませることもできる。そのため、このインダクタンスは非常に小さく、前述の共振回路１と放射素子２および第１インダクタンス素子１１との合成リアクタンス成分の打消しには殆ど影響しない。さらに、抵抗Ｒ₂は、可変容量ダイオード１２２ａ、１２２ｂの直流電流をアースに流すもので、高周波的には影響しない数ｋΩ以上の高抵抗で、アースに接続されている。この抵抗Ｒ₂も、高周波的に高インピーダンスになるようなインダクタンス素子でも構わない。
【００３６】
以上のように、本発明の可変同調型アンテナによれば、同調回路を放射素子および第１インダクタンス素子の合成リアクタンスと並列回路の合成リアクタンスとが打ち消し合うように形成されているため、並列回路のインダクタンスにより、同じキャパシタンスの変化に対して、共振周波数を大きく変えることができる。その結果、デジタルＴＶのように低い周波数でも、３００ＭＨｚ以上という広帯域の同調が可能となり、携帯電話機などの携帯無線機に搭載することにより、携帯電話機などで通話を行いながら、デジタルＴＶの鑑賞をすることもできる。
【００３７】
図５は、前述の可変同調型アンテナを利用して、たとえば携帯電話機でデジタルＴＶ帯の受信とセルラー用の送受信をすることができるアンテナの構成例を示す図である。すなわち、通常の携帯電話機などと同様に、アンテナを筐体（図示せず）から伸張させたときに、可変同調型アンテナとして使用し、アンテナの一部を筐体内に収納したときは、可変同調型アンテナは切断して携帯電話用または他の周波数帯で使用する例で、図５（ａ）はアンテナを伸張したときの説明図、図５（ｂ）はアンテナを筐体内に収納したときの説明図である。また、図５に示される例では、可変同調型アンテナとは別に、第３アンテナエレメント４が携帯電話用として筐体の外側に位置するように設けられている。この第３アンテナエレメント４は、同調型アンテナとは独立しており、伸張、収納のいずれにも拘わらず、利用できる。なお、接続部５に接続される同調回路１は、高インピーダンスになっており、可変容量素子１２２（１２２ａ、１２２ｂ）によって第３アンテナエレメント４の同調への影響はない。
【００３８】
この例では、前述の放射素子２が第１アンテナエレメント２１の一端部と第２アンテナエレメント２２の一端部とが第１の結合部２３で電気的に結合された構造に形成され、第２アンテナエレメント２２の部分が筐体から引き出されたり、収納できる構造になっている。そして、筐体から第２アンテナエレメント２２が伸張されたときは、図５（ａ）に示されるように、第２アンテナエレメント２２の他端部が、同調回路１の第１インダクタンス１１の一端部に第２の結合部２４で結合され（図５に示される例では、ＤＣ結合）、同調回路１の他端部（整合用インダクタンス素子Ｌ₅の端部）は接続部５を介して、整合回路６、分配回路７を経て給電部８に接続される構造になっている。そして、可変容量素子１２２によって同調周波数を可変することができる。
【００３９】
また、第２アンテナエレメントが筐体内に収納されたときは、図５（ｂ）に示されるように、第２アンテナエレメント２２の第２の結合部２４が同調回路１から分離され、可変同調型アンテナとしては機能しなくなり、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２との結合部である第１の結合部２３が給電部８側への接続部５と電気的に接続される構造（図５に示される例では、ＡＣ結合）になっている。このとき、接続部５に接続される同調回路１は、第１アンテナエレメント２１に対しても高インピーダンスになっており、可変容量素子１２２によって第１アンテナエレメント２１の同調への影響はない。また、第２アンテナエレメント２２は筐体内に収納されるが、第１アンテナエレメント２１は、筐体の外側に位置するように設けられており、第１アンテナエレメント２１単独で、アンテナとして機能する。
【００４０】
なお、第１および第３アンテナエレメント２１、４は、必ず筐体の外側に位置する必要はなく、筐体が電波を透過する材料からなれば、筐体内に収納されてもよい。要は、第２アンテナエレメント２２を筐体内に収納したときに第１アンテナエレメント２１が単独でアンテナとして機能し、第３アンテナエレメント４は、第２アンテナエレメント２２が筐体内に収納されようとされまいと、単独でアンテナとして機能するように接続されればよい。
【００４１】
第１アンテナエレメント２１は、図５に示される例では、コイル状エレメントからなっているが、この例に限定されるものではなく、絶縁基板に形成された折返しエレメントでもよく、また、絶縁筒体の外周にエレメントをメアンダ状に形成したものなどでもよい。この第１アンテナエレメント２１は、たとえば前述の第２アンテナエレメント２２を筐体内に収納したときに送受信する目的の周波数帯に合せてその電気長を設定することができる。たとえば携帯電話用、ＧＰＳ用またはブルートゥース用など、その用途に応じて、その周波数帯のたとえば１／４波長またはその奇数倍などの電気長に形成しておくことにより、その周波数帯の信号を送受信することができる。
【００４２】
第２アンテナエレメント２２は、筐体から伸張させることにより、第１アンテナエレメント２１と共に動作するように形成され、たとえばデジタルＴＶ帯の帯域の中心周波数（６２０ＭＨｚ）の１／４波長またはその奇数倍など、この周波数帯で共振し得る電気長になるよう設定される。この第１および第２のアンテナエレメント２１、２２による共振周波数は、所望の周波数帯の中心周波数で共振するように形成するのが、所望の周波数帯で確実に同調をとりやすいため好ましいが、同調により所望の周波数帯の全域をカバーできれば、放射素子２としての共振周波数は拘束されない。この第２アンテナエレメント２は、前述のように、筐体内に収納されたり、筐体から引き出して使用されるため、ホイップ状に形成されることが好ましいが、必ずしも直線状のアンテナでなくても、小さなコイル状に巻回したものが直線状に延びるアンテナでも構わない。
【００４３】
第３アンテナエレメント３は、図１に示される例ではコイル状に形成されており、たとえば携帯電話用として、その周波数帯を送受信することができるように形成されている。すなわち、携帯電話機などで、デジタルＴＶを鑑賞する場合でも、同時に携帯電話を使用するというニーズは多く、両者を同時に使用する場合に、第２アンテナエレメント２２を筐体から引き出して同調型アンテナによるデジタルＴＶを鑑賞すると共に、携帯電話も使用できる。なお、この両信号は、たとえば図５にブロック図で示されるように、分配回路７が給電部８との間に設けられており、デバイダーとフィルタなどを介して、それぞれの周波数帯の給電部８に分岐して接続されるようになっている。
【００４４】
前述のように、第１アンテナエレメント２１を携帯電話用に送受信することができるように形成することもできるが、同調型アンテナとして使用する場合、たとえばデジタルＴＶ用に使用する場合には、第１アンテナエレメント２１を単独で使用することはできず、第３アンテナエレメント４を用いることにより、両者を同時に送受信することができる。この場合、第１アンテナエレメント２１を携帯電話用の周波数帯に共振するように形成し、第３アンテナエレメント４と位相が一致するように形成しておけば、可変同調型アンテナを動作させないとき、すなわち第２アンテナエレメント２２を筐体内に収納したとき、第１および第３アンテナエレメントにより、共に携帯電話用の信号を送受信することができ、とくに感度を上昇させて使用することができる。
【００４５】
あるいは、第１アンテナエレメント２１を携帯電話用とは別の、たとえばＧＰＳ用またはブルートゥース用の周波数帯に設定しておけば、デジタルＴＶ用を使用しないときにＧＰＳまたはブルートゥース用として使用することができ、通常の携帯電話機のアンテナの構造と同様の構造で、３周波数帯の信号を送受信することができる。このような３周波対応にしても、前述の分配回路７によりそれぞれの周波数帯の給電部８に分配され、各周波数帯を図示しない送受信回路により信号処理をして送受信することができる。
【００４６】
具体例として、第１アンテナエレメント２１および第３アンテナエレメント４をＰＤＣ（personal digital cellular）用の１.５ＧＨｚ帯にし、第１アンテナエレメント２１、第２アンテナエレメント２２および同調回路１でデジタルＴＶ帯用とするアンテナを携帯電話機に搭載した。このときの各エレメントの定数は、第１アンテナエレメント２１が線径０.５ｍｍのワイヤで、外径ｄ₁が４ｍｍ、ピッチｐ₁が１０ｍｍのコイルに形成されたもので、物理的長さＭ₁が２５ｍｍ、電気長が１４６５ＭＨの１／４波長、第２アンテナエレメント２２は線径が０.７ｍｍのワイヤで、Ｍ₁＋Ｍ₂の物理的長さが１００ｍｍ、電気長は６２０ＭＨｚの１／４波長、第３アンテナエレメント４は、線径が０.５ｍｍのワイヤで、外径ｄ₃が７ｍｍ、ピッチｐ₃が１.８ｍｍのコイルに形成されたもので、その物理的長さＭ₃が５ｍｍ、電気長が１４６５ＭＨｚの１／４波長にそれぞれ形成されている。
【００４７】
そして、第１インダクタンス素子１１が４７ｎＨ、第２インダクタンス素子１２１が３３ｎＨ、整合用インダクタＬ₅が３.３ｎＨ、Ｒ₁＝Ｒ₁₀＝１０ｋΩ、可変容量ダイオード１２２ａ、１２２ｂの特性は０〜３Ｖで２.５〜１５ｐＦのものを使用した。その結果、携帯電話機でデジタルＴＶの全帯域に同調をとることができ、しかもＰＤＣによる通話を異常なく行うことができた。
【００４８】
前述の例では、セルラー用として、ＰＤＣの１.５ＧＨｚ帯を用いたが、ＰＤＣ８００ＭＨｚ帯、ＰＨＳ帯、Ｗ−ＣＤＭＡ帯などに設定しても同様にデジタルＴＶ帯との２周波対応にすることができる。さらに、前述の例では、第１アンテナエレメント２１と第３アンテナエレメント４を、共に１.５ＧＨｚ帯にしたが、第１アンテナエレメント２１をＧＰＳまたはブルートゥース用にし、３周波対応にすることもできる。
【００４９】
以上のように、本発明によれば、高帯域の可変同調型アンテナと、携帯電話用アンテナを併用することができるため、たとえば携帯電話機により、デジタルＴＶを鑑賞しながら、携帯電話で送受信することができ、さらに、デジタルＴＶを使用しないときに、携帯電話の感度を向上させたり、または別の周波数帯であるＧＰＳもしくはブルートゥース用として利用することができ、携帯無線機の用途を非常に多様化することができる。
【００５０】
前述の例では、第１アンテナエレメント２１と第２アンテナエレメント２２との接続、第２アンテナエレメント２２と同調回路１との結合は直接接続するＤＣ結合で、第１アンテナエレメント２１のみを給電部８側に接続する場合の結合を、容量や磁界などを介して行うＡＣ的に結合する例で示したが、これらの結合方法は、それぞれ任意に採用することができる。
【００５１】
また、前述の図５に示される例では、給電部８までしか図示されていないが、携帯無線機としては、これらアンテナにより送受信する信号の処理をする信号処理回路などの送受信回路が給電部８に接続して搭載されているが、これらは従来の無線機と同じであり、その説明を省略する。なお、図５において、整合回路６は、アンテナ側と給電部８側とのインピーダンスを合せるもので、分配回路７は、複数周波数帯の信号を送受信する構成とするとき、その各周波数帯の信号が所定の送受信回路に送られるように分配するためのデバイダーおよびフィルタなどからなるものである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、デジタルＴＶのような周波数が低く、広い周波数帯域を有する周波数帯でも、簡単な可変容量素子により全域に亘って同調をとることができるため、携帯電話機などの携帯無線機により、デジタルＴＶでも簡単に受信することができる。
【００５３】
さらに、本発明の携帯無線機によれば、広帯域の可変同調型アンテナと携帯無線機用のアンテナとを具備しているため、デジタルＴＶを鑑賞しながら、携帯電話などを利用することができる。さらに、第３の周波数帯の送受信をすることもでき、非常に多用途の携帯無線機が得られ、最近要望が高くなるマルチバンド化や広帯域化を満たした携帯無線機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変同調型アンテナの基本構成を説明する等価回路図である。
【図２】図１のアンテナの周波数に対するＶＳＷＲおよび利得を示す図である。
【図３】図１に示されるアンテナの具体的構成例を示す等価回路図である。
【図４】図３に示される可変容量ダイオードの周波数に対する容量変化の例を示す図である。
【図５】図３に示されるアンテナを利用して携帯無線機を構成するアンテナ部分の説明図である。
【図６】従来の可変同調型アンテナエレメントの構成例を示す図である。
【図７】図６（ａ）の周波数に対する帯域特性を示す図である。
【符号の説明】
１同調回路
２放射素子
４第３アンテナエレメント
１１第１インダクタンス素子
１２並列回路
１２１第２インダクタンス素子
１２２可変容量素子
２１第１アンテナエレメント
２２第２アンテナエレメント

Claims

放射素子と、該放射素子と直列に接続される同調回路とからなり、該同調回路は、前記放射素子に直列に接続され該放射素子側を誘導性にする第１のインダクタンス素子と、該第１のインダクタンス素子の前記放射素子側とは反対側に接続されると共に第２のインダクタンス素子および可変容量素子が並列に接続された並列回路とからなり、前記同調回路が、所望の送受信する周波数帯域内で前記放射素子および第１のインダクタンス素子の合成リアクタンスと前記並列回路の合成リアクタンスとが互いに打ち消すように設定されると共に、前記並列回路が前記所望の周波数帯域内で共振しないように設定され、前記可変容量素子の容量を変化させることにより、前記放射素子により前記所望の周波数帯域で同調可能となるように形成され、前記放射素子は、電気的に直列に結合された第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントからなり、該第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントの全体が、前記所望の周波数帯域内における周波数で共振する電気長に形成されることにより、前記同調回路と共に前記所望の周波数帯域である広帯域の第１周波数帯で同調するように形成され、前記第１アンテナエレメントのみで、第２周波数帯で同調するように形成されてなる可変同調型アンテナ。
前記第１周波数帯がデジタルテレビジョン用の周波数帯である請求項１記載のアンテナ。
送受信回路と、該送受信回路を覆う筐体と、該筐体の近傍に設けられ、前記送受信回路と電気的に接続される給電部と、該給電部に接続される同調回路および放射素子からなる可変同調型アンテナと、前記給電部に接続される第３アンテナエレメントとからなり、前記可変同調型アンテナが請求項１または２記載のアンテナからなり、前記第３アンテナエレメントが前記可変同調型アンテナとは異なる第３周波数帯で同調するアンテナからなり、前記可変同調型アンテナによる広帯域の第１周波数帯と前記第３周波数帯の２以上の周波数帯で送受信し得る携帯無線機。
前記放射素子が、電気的に直列に結合された第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントからなり、該放射素子の第２アンテナエレメントが、前記筐体から外部に伸張させたり該筐体内に収納させ得るように形成され、該第２アンテナエレメントが外部に伸張されるとき前記第１周波数帯で同調するように前記可変同調型アンテナの前記同調回路を介して前記給電部に接続され、前記第２アンテナエレメントが前記筐体内に収納されるとき前記第１アンテナエレメントが直接前記給電部に接続されるように形成されてなる請求項３記載の携帯無線機。
前記第１アンテナエレメントと第３アンテナエレメントが同じ周波数帯で同調する電気長に形成され、かつ、該第１アンテナエレメントと第３アンテナエレメントとで送受信する電波を強め合うように位相調整がされてなる請求項３記載の携帯無線機。