JP4762965B2 - Antenna device, portable wireless device, and portable television - Google Patents
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Description
本発明は、携帯無線機器に組み込むに好適な小型で安価なアンテナ装置、このアンテナ装置を搭載した携帯無線機器および携帯テレビに関する。 The present invention relates to a small and inexpensive antenna device suitable for incorporation into a portable wireless device, a portable wireless device and a portable television equipped with the antenna device.
携帯電話機やポータブルテレビ(携帯テレビ)、更には無線LAN端末等の携帯無線機器に組み込まれるアンテナ装置としては、小型で高利得であることが要求される。しかしアンテナ本体である放射導体を小型化した場合、これに伴ってアンテナ利得が低下することが否めない。即ち、アンテナ利得を高くするには放射導体の長さを1/2波長程度とすれば良いが、放射導体自体が大型化することが否めない。これに対して放射導体の長さを1/4波長程度と短くしてその小型化を図ると、給電点でのインピーダンスが高くなるので、放射導体の給電部とアンテナ駆動回路との間にインピーダンス整合回路を設けることが必要となる。 An antenna device incorporated in a portable wireless device such as a cellular phone, a portable television (a portable television), or a wireless LAN terminal is required to be small and have a high gain. However, when the radiating conductor as the antenna body is downsized, it cannot be denied that the antenna gain decreases accordingly. That is, in order to increase the antenna gain, the length of the radiation conductor may be about ½ wavelength, but it cannot be denied that the radiation conductor itself is increased in size. On the other hand, when the length of the radiation conductor is shortened to about ¼ wavelength and the size is reduced, the impedance at the feeding point is increased. Therefore, the impedance between the feeding portion of the radiation conductor and the antenna driving circuit is increased. It is necessary to provide a matching circuit.
ちなみにインピーダンス整合回路は、通常、コンデンサ(キャパシタ成分)やコイル(インダクタンス成分)を用いて構成される(例えば特許文献1を参照)。
ところで上述したインピーダンス整合回路を、チップコンデンサ等のチップ部品を用いてコンパクトに構成しても、このインピーダンス整合回路を搭載したプリント回路基板を組み込むための専用スペースが必要となり、アンテナ装置としての全体形状が大型化することが否めない。しかもインピーダンス整合回路を必要とする分、その部品点数が増大し、その製造・組立コストが増大する。従ってアンテナ装置の小型化と低価格化を図るには、チップ部品等を用いて構築されるインピーダンス整合回路を省略することが望ましい。 By the way, even if the impedance matching circuit described above is made compact by using chip components such as a chip capacitor, a dedicated space for incorporating a printed circuit board on which the impedance matching circuit is mounted is required, and the overall shape of the antenna device is required. Cannot be denied. In addition, since the impedance matching circuit is required, the number of parts increases, and the manufacturing and assembly costs increase. Therefore, in order to reduce the size and price of the antenna device, it is desirable to omit an impedance matching circuit constructed using chip parts or the like.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、チップコンデンサ等のチップ部品を用いることなく放射導体の給電部とアンテナ駆動回路とインピーダンスを整合させることができ、その小型化と構造の簡素化を図ることで、携帯無線機器等に組み込むに好適な安価なアンテナ装置、更にはこのアンテナ装置を搭載した携帯無線機器および携帯テレビを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to match the impedance of the radiating conductor feeder and the antenna drive circuit without using chip components such as a chip capacitor, and to reduce its size. It is an object of the present invention to provide an inexpensive antenna device suitable for incorporation into a portable wireless device and the like, and further to a portable wireless device and a portable television equipped with this antenna device.
上述した目的を達成するべく本発明に係るアンテナ装置は、共振周波数に対して略1/4波長よりも短い長さの線路長を有する同軸ケーブルやマイクロストリップライン等の伝送線路が、先端開放状態においてはコンデンサ(キャパシタ成分)として機能し、また先端短絡状態においてはコイル(インダクタンス成分)として機能することに着目し、この伝送線路を放射導体に組み込むことで、好ましくは放射導体と一体化することで、その小型化と低コスト化を図ったことを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, the antenna device according to the present invention is such that a transmission line such as a coaxial cable or a microstrip line having a line length shorter than a quarter wavelength with respect to the resonance frequency is in an open state. Focuses on functioning as a capacitor (capacitor component) in the case of, and functioning as a coil (inductance component) in a short-circuited state at the tip, and preferably by integrating this transmission line into the radiating conductor. It is characterized by its miniaturization and cost reduction.
即ち、本発明の一形態に係るアンテナ装置は、
(1) 共振周波数に対して略1/4波長の長さを有する放射導体と、
(2) 前記共振周波数に対して略1/4波長よりも短い長さを有し、上記放射導体に対向して配置されて給電線に接続された対向導体と
を具備している。
That is, the antenna device according to one aspect of the present invention is
(1) a radiation conductor having a length of approximately ¼ wavelength with respect to the resonance frequency;
(2) A counter conductor having a length shorter than a quarter wavelength with respect to the resonance frequency and disposed opposite to the radiation conductor and connected to a feeder line.
更に、放射導体と対向して配置される対向導体は、前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体に電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体から電気的に絶縁した先端開放型のものである。即ち、このアンテナ装置は、放射導体とインダクタンス成分またはキャパシタンス成分として機能する平行線路の一方の導体を一体化することで小型化、部品点数の削減を図ったことを特徴としている。前記放射導体および前記対向導体については、板状の誘電体の両面にそれぞれ形成されたマイクロストリップ線路として実現することが好ましい。 Further, the opposing conductor disposed opposite the radiation conductor is connected to the feeder short-circuited one having the end portion not connected to the feeder line electrically connected to the radiation conductor, or to the feeder line. The open end type is such that the end on the non-side is electrically insulated from the radiation conductor. That is, this antenna device is characterized in that the radiation conductor and one conductor of a parallel line functioning as an inductance component or a capacitance component are integrated to reduce the size and the number of components. The radiating conductor and the opposing conductor are preferably realized as microstrip lines formed on both surfaces of a plate-like dielectric.
尚、前記放射導体については、対向導体よりも幅広形状を有するものとして実現し、これによってその広帯域化を図ることが好ましい。
また本発明は、これらのアンテナ装置を用いた携帯無線機器、特に携帯テレビを提供することにある。
In addition, about the said radiation | emission conductor, it implement | achieves as what has a width | variety shape rather than an opposing conductor, and it is preferable to aim at the broadband-ization by this.
It is another object of the present invention to provide a portable wireless device using these antenna devices, particularly a portable television.
以上説明したように本発明によれば、構造が簡単で容易に小型化を図ることのできるアンテナ装置を実現することができ、その製造コストについても十分に安価にすることができる。従って各種の携帯無線機器に組み込むに好適な広帯域のアンテナ装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, an antenna device that has a simple structure and can be easily reduced in size can be realized, and the manufacturing cost can be sufficiently reduced. Therefore, it is possible to provide a broadband antenna device suitable for incorporation into various portable wireless devices.
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るアンテナ装置について説明する。
図1は第1の実施形態を示すもので、1は共振周波数に対して略1/4波長の長さを有する棒状の放射導体であり、2は前記共振周波数に対して略1/4波長よりも短い長さの線路長を有し、平行に対向配置された一対の線路導体を備えた平行導体としての同軸ケーブルである。この同軸ケーブル2の外部導体2aは、その一端部が前記放射導体1に接続され、またこの同軸ケーブル2の内部導体(芯線)2bは、その一端部がアンテナ駆動回路(図示せず)から導かれた給電線3に接続される。
Hereinafter, an antenna device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment, wherein 1 is a rod-shaped radiation conductor having a length of about ¼ wavelength with respect to the resonance frequency, and 2 is about ¼ wavelength with respect to the resonance frequency. It is a coaxial cable as a parallel conductor having a pair of line conductors having a shorter line length and arranged opposite to each other in parallel. One end of the
尚、同軸ケーブル2は、前記給電線3に接続されていない側の他端部において前記外部導体2aと内部導体(芯線)2bとを電気的に接続した先端短絡型のもの、或いは外部導体2aと内部導体(芯線)2bとを切り離して絶縁した状態にした先端開放型のものからなる。1/4波長よりも短い先端短絡型の同軸ケーブル2は、図2(a)に示すように放射導体1に対してコイル(インダクタンス成分)Lとして機能し、また1/4波長よりも短い先端開放型の同軸ケーブル2は、図2(b)に示すように放射導体1に対してコンデンサ(キャパシタ成分)Cとして機能する。
The
即ち、同軸ケーブル2等の平行導体のリアクタンスは、その線路長によって変化する。特に先端短絡型の線路のリアクタンスは、図3(a)に示すようにその線路長が1/4波長よりも短い場合には、コイルとしてのインダクタンス成分を持ち、1/4波長から1/2波長に掛けて長くなった場合には、コンデンサとしてのキャパシタ成分を持つ。また逆に先端開放型の線路のリアクタンスは、図3(b)に示すようにその線路長が1/4波長よりも短い場合には、コンデンサとしてのキャパシタ成分を持ち、1/4波長から1/2波長に掛けて長くなった場合にはコイルとしてのインダクタンス成分を持つ。
That is, the reactance of a parallel conductor such as the
従って同軸ケーブル(平行線路)2の線路長を1/4波長よりも短い範囲で調整すると共に、その他端部を短絡するか、或いは開放するかを選択すれば、略1/4波長の長さに設定された放射導体1よりも短い同軸ケーブル2を用いて該同軸ケーブル2に所定のリアクタンス(インダクタンス成分またはキャパシタ成分)を持たせ、放射導体1とのマッチングをとることが可能となる。
Accordingly, if the line length of the coaxial cable (parallel line) 2 is adjusted in a range shorter than ¼ wavelength, and the other end is selected to be short-circuited or opened, the length of approximately ¼ wavelength is obtained. The
図4は放射導体1の給電部に接続した先端開放型の同軸ケーブル2の線路長を可変したときの共振周波数と比帯域の変化について調べた実験結果を示している。尚、この実験は、比誘電率εが[3.5]、厚みが1.6mmのPPE(ポリフェニレン・エーテル樹脂)基板上に、20mm×80mmなる大きさの導体を形成した放射導体1を用いて行った。そしてVSWR(定在波比)が[3]以下である周波数範囲をその帯域として、共振周波数(MHz)と、共振周波数に対する帯域の比を比帯域(%)として求めたものである。また同軸ケーブル2の線路長については、共振周波数が750MHzであると見なしたときの波長に対する比として示してある。
FIG. 4 shows the experimental results of examining changes in the resonance frequency and the ratio band when the line length of the open-ended
この図4に示す実験結果においては、同軸ケーブル(平行線路)2の線路長が長くなるに従ってその共振周波数が900MHzから次第に低下し、略1/4波長において650MHzまで低下することが確認された。同時にその比帯域は同軸ケーブル(平行線路)2の線路長が略1/16波長以上となるに従って次第に高まり、略1/8波長にて35%程度まで広帯域化される。そして更に同軸ケーブル(平行線路)2の線路長を長くした場合には、比帯域が一端大きくなった後、略1/2波長にて50%程度となることが確認された。 In the experimental results shown in FIG. 4, it was confirmed that the resonance frequency gradually decreased from 900 MHz as the line length of the coaxial cable (parallel line) 2 was increased, and decreased to 650 MHz at approximately ¼ wavelength. At the same time, the ratio band gradually increases as the line length of the coaxial cable (parallel line) 2 becomes approximately 1/16 wavelength or more, and is increased to approximately 35% at approximately 1/8 wavelength. Further, when the line length of the coaxial cable (parallel line) 2 was further increased, it was confirmed that the specific band became about 50% at about ½ wavelength after the specific band was once increased.
一方、先端短絡型の同軸ケーブル2の線路長を可変したときの共振周波数と比帯域の変化について調べてみたところ、図5に示すような実験結果が求められた。この実験においては、同軸ケーブル(平行線路)2の線路長を長くするに従って、その共振周波数が700MHzから450MHzへと次第に低下し、またその比帯域が40%から5%へと次第に低下することが確認された。
On the other hand, when the change of the resonance frequency and the ratio band when the line length of the short-circuited
これらの実験結果から、放射導体1に1/4波長以下の先端開放型のキャパシタ成分として機能する同軸ケーブル2を設けることにより、その帯域を拡げ得ることが明らかとなった。また一般に、放射導体(アンテナ)1にコンデンサを付けるとその帯域が拡がり、またコイルを付けるとその共振周波数が低下すると言う事実と良く一致しており、上述した如く線路長を1/4波長よりも短く設定した同軸ケーブル2を用いることでコンデンサやコイルを用いる場合と同様な効果を発揮させ得ることが確認できた。
From these experimental results, it is clear that the band can be expanded by providing the
かくしてこのような同軸ケーブル2を、前述したように放射導体1の給電部に接続し、該同軸ケーブル2の内部導体(芯線)2bに給電線3を接続して構成されるアンテナ装置によれば、その広帯域化を容易に図ることができる。しかもコンデンサやコイル等のチップ部品を用いることなく、例えば放射導体1に沿って配設可能な同軸ケーブル2を用いるだけで良いので、容易にその小型化を図ると共に、その構造自体の簡素化を図ることができる。更には従来のようなインピーダンス整合回路を必要としない分、その部品点数の低減を図ることができ、インピーダンス整合回路を搭載したプリント回路基板の設置スペースも不要となる等の効果が奏せられる。この結果、二次的にはアンテナ装置の製造の容易化とその製造コストの低減を図ることが可能となる。
Thus, according to the antenna device configured as described above, the
尚、図6(a)に本発明に係るアンテナ装置の第2の実施形態を示すように、放射導体1を管状(筒状)のものとして構成し、この管状(筒状)の放射導体1の内部に前述した同軸ケーブル2を設けるようにしても良い。また図6(b)に第3の実施形態を示すように、管状の放射導体1とインダクタンス成分またはキャパシタンス成分として機能する平行線路の一方の導体(同軸ケーブルの外部導体2aに相当)を一体化することで小型化、部品点数の削減を図り、平行線路の他方の導体(同軸ケーブルの内部導体2bに相当)を管状の放射導体1の内側に内側導体5として配置しても良い。
Note that, as shown in FIG. 6A, a second embodiment of the antenna device according to the present invention, the radiating
このようにして管状の放射導体1の内側に配置される内側導体5についても、その給電線3に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体1に電気的に接続した先端短絡型のものとして、或いは前記給電線に接続されていない側の端部を前記管状の放射導体1から電気的に絶縁した先端開放型のものとして実現すれば良い。
In this way, the
また図7に第4の実施形態を示すように、同軸ケーブル2に代えてマイクロストリップライン4を用いることも可能である。このマイクロストリップライン4は、所定の誘電体基板4aの両面に、導体膜からなる一対の線路導体4b,4cを平行に配設したもので、接地線路(グランドライン)をなす幅広の線路導体4bの一端を放射導体1に接続すると共に、ストリップ線路をなす幅狭の線路導体4cの一端に給電線3を接続して用いられる。特に給電線3に接続される線路導体(ストリップ線路)4cの線路長を1/4波長よりも短くした構造を有する。尚、誘電体基板4aの長さを1/4波長よりも短くし、その両面に誘電体基板4aと同じ長さの一対の線路導体4b,4cを平行に設けた構造のマイクロストリップライン4を用いることも勿論可能である。
Further, as shown in the fourth embodiment in FIG. 7, a
このようなマイクロストリップライン4を用いる場合であっても、給電線3に接続される線路導体(ストリップ線路)4cの他端を、その反対側の接地線路(グランドライン)として機能する線路導体4bに電気的に接続すれば、これを先端短絡型の平行線路として用いることができる。またこれらの線路導体4b,4cの他端を切り離したままの状態(絶縁状態)としておけば、これを先端開放型の平行線路導体として用いることができるので、前述した同軸ケーブル2を用いる場合と同様な効果が奏せられる。
Even when such a
ところで図8に本発明の第5の実施形態を示すように、放射導体1をマイクロストリップライン4の接地線路(グランドライン)と共用するようにしても良い。具体的には誘電体基板4aの一面に放射導体1を設け、また誘電体基板4aの他面にキャパシタ成分として機能させる線路導体(ストリップ線路)4cを設けた構造としてアンテナ装置を実現することもできる。従ってこの場合には、上記放射導体1は線路導体(ストリップ線路)4cに対向する設置線路としても機能することになる。
Incidentally, the
ちなみに線路導体(ストリップ線路)4cの他端を放射導体1(接地線路をなす路導体4b)に電気的に接続して先端短絡型の平行導体を実現する場合には、例えば線路導体(ストリップ線路)4cの他端位置において前記誘電体基板4aにスルーホールを設け、このスルーホールを介して線路導体4cと放射導体1とを電気的に接続するようにすれば良い。尚、本実施形態においては放射導体1とその対向導体である線路導体(ストリップ線路)4cとを誘電体4aを介して一体的に構成したが、これらの導体をそれぞれ別体として構成しても良い。
Incidentally, when the other end of the line conductor (strip line) 4c is electrically connected to the radiation conductor 1 (the
また上述した構造のアンテナ装置を実現する場合には、略1/4波長の放射導体1の幅を広くし、その広帯域化を図ることが有効である。ちなみに放射導体1の幅を広くした場合、図9にその実験データを示すように、放射導体1の幅を広くするに従ってその比帯域を30%から55%程度へと高くすることができる。尚、この実験は、比誘電率εが[3.5]、厚みが1.6mm、大きさが100mm×50mmのPPE(ポリフェニレン・エーテル樹脂)基板上に、線路長が80mmで、その幅を2mmから30mmに亘って変化させた放射導体1をそれぞれ形成した図8に示すような構造の複数のアンテナ装置を準備し、これらの各アンテナ装置の共振周波数とその比帯域とをそれぞれ調べたものである。
Further, when realizing the antenna device having the above-described structure, it is effective to widen the width of the radiating
このような幅広の板状の放射導体1を用いた場合、その幅を広くするに従って共振周波数が下がり、小型のアンテナ装置を実現し得ることが確認できた。また同時に板状の放射導体1の幅を広くするに従ってその比帯域を拡げることができ、広帯域化を図り得ることが確認できた。従ってこのような構造のアンテナ装置とした場合、その製作の容易化を図り、製造コストを大幅に低減することが可能となる。
When such a wide plate-
かくしてこのような構造のアンテナ装置によれば、放射導体1とマイクロストリップライン4(線路導体4c)とを、誘電体基板4aの両面に一体に形成することができるので、その小型化と構造の簡素化を図ることが可能となる。特に幅広の放射導体1による広帯域化と、コンデンサとして機能するマイクロストリップライン4(線路導体4c)による広帯域化とが相乗的に作用するので、その周波数帯域を十分に広いものとすることができる。特にこのようなアンテナ装置によれば、携帯テレビ等の携帯無線機器にコンパクトに組み込むことができ、携帯無線機器の小型化を図るに好適である。
Thus, according to the antenna device having such a structure, the
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば放射導体1の大きさ(アンテナ長)については、所要とする共振周波数に応じてその波長の略1/4に設定すれば良い。また同軸ケーブル2やマイクロストリップライン4からなる平行導体の線路長についても、所要とする周波数帯域を確保し得るように1/4波長以下に設定すれば十分である。また平行線路を先端開放型の構造とするか、先端短絡型の構造とするかについても、アンテナ仕様に応じて定めれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. For example, the size (antenna length) of the radiating
1 放射導体(アンテナ素子)
2 同軸ケーブル(平行導体)
3 給電線
4 マイクロストリップライン(平行導体)
5 内側導体
1 Radiation conductor (antenna element)
2 Coaxial cable (parallel conductor)
3 Feeding
5 Inner conductor
Claims (5)
前記共振周波数に対して略1/4波長よりも短い長さを有し、上記放射導体に対向して配置されて給電線に接続された対向導体と、
を具備し、前記対向導体は、前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体に電気的に接続した先端短絡型のもの、または前記給電線に接続されていない側の端部を前記放射導体から電気的に絶縁した先端開放型のものからなることを特徴とするアンテナ装置。 A non-grounded radiation conductor having a length of approximately ¼ wavelength with respect to the resonance frequency;
A counter conductor having a length shorter than a quarter wavelength with respect to the resonance frequency, disposed opposite to the radiation conductor and connected to a feeder line;
And the opposing conductor is a short-circuited tip that is electrically connected to the radiation conductor at an end that is not connected to the feeder, or an end that is not connected to the feeder An antenna device comprising an open-ended type electrically insulated from the radiation conductor.
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