JP4782560B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、携帯端末機器などに設置して好適な小型で共振周波数を調節可能なアンテナ装置に関する。

ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯端末機器などにおいてＴＶ信号などを受信する場合には小型アンテナが必要である。この場合、アンテナの性能を確保しなおかつ小型とするために、ヘリカル、ミアンダ、などの折れ曲がり形状を有するアンテナが考えられる。しかし従来のヘリカルアンテナまたはモノポールアンテナでは、小型化により狭帯域となると共に、整合が困難となる。

ところで、携帯端末機器に用いるヘリカルアンテナの技術開示例がある（特許文献１）。この開示例においては、ヘリカルアンテナエレメントの中間部あるいは先端部に端子が設けられる。その端子には長さの異なるマイクロストリップラインや、インダクタ及びキャパシタにより構成されたフィルタがスイッチにより切り替えて接続される回路構成となっている。

しかしながら、この技術開示例においては回路が複雑になり、また共振周波数の微調整が困難になるために、更なる改善が要求されている。
ＥＰ１，１７６、６６３Ａ１号公報

本発明は、携帯端末機器などに設置可能な小型でかつ共振周波数の調整可能なアンテナ装置を提供する。

本発明の一態様によれば、アンテナ第１端子を一端とする所定の屈曲及び又は湾曲パターンを部分的に含む第１エレメントと、当該第１エレメントの他端に導通接続され、かつアンテナ第２端子を一端とする前記第１エレメントより長さが小である第２エレメントとからなるアンテナ部と、前記アンテナ第１端子及び前記アンテナ第２端子を介して前記アンテナ部を励振する給電部と、前記アンテナ部及び前記給電部間に接続され、当該アンテナ部のうち前記第１エレメント及び前記第２エレメントのいずれか一方または両方を選択的に切り替えて前記給電部と接続させる切り替え回路と、を備え、前記切り替え回路による切り替え動作に応じて、前記給電部による給電時に前記アンテナ部の共振周波数を変化させることを特徴とするアンテナ装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、アンテナ第１端子を一端とする所定の屈曲及び又は湾曲パターンを部分的に含む第１エレメントと、当該第１エレメントの他端に導通接続され、かつアンテナ第２端子を一端とする前記第１エレメントより長さが小である第２エレメントとからなるアンテナ部と、前記アンテナ第１端子又は前記アンテナ第２端子に接続され、前記アンテナ部の共振周波数を変化させるための整合調整回路と、前記整合調整回路と接続されていない前記アンテナ第２端子又は前記アンテナ第１端子を介して前記アンテナ部を励振する給電部と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置が提供される。

上記態様によれば、アンテナ部は屈曲及び又は湾曲パターンを部分的に有する第１エレメントと、第１エレメントより長さが小である第２エレメントとを含み、その端部は導通接続されている。アンテナ部は給電部により励振される。この場合、第１エレメント及び第２エレメントのいずれか一方又は両方を選択的に切り替えて給電部と接続する切り替え回路がさらに配置される。この切り替え動作に応じて、アンテナ部の共振周波数を変化させることができる。
また、整合調整回路を設けて、アンテナ部と接続させることによりその共振周波数を変化させることも出来る。

本発明により、携帯端末機器などに設置可能な小型でかつ共振周波数の調節可能なアンテナ装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明にかかるアンテナ装置の基本構成を表す模式図である。ヘリカル構造である第１エレメント１０の一方の端部と、直線構造である第２エレメント１２の一方の端部とが、天頂部１３において接続されている。なお、天頂部１３において接続された第１エレメント１０及び第２エレメント１２をアンテナ８と言う事にする。

第１エレメント１０の他方の端部であるアンテナ第１端子と第２エレメント１２の他方の端部であるアンテナ第２端子がそれぞれＲ．Ｆ．Ａ．Ｎ．（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ：共振周波数調整回路網）１８の第１入力端子１４と第２入出力端子１６とに接続されている。Ｒ．Ｆ．Ａ．Ｎ．１８は３個以上の高周波信号用入出力端子と１個以上の制御信号用入出力端子をを有している。給電部２６はアンテナ８を励振し、制御回路２０はＲ．Ｆ．Ａ．Ｎ．を制御する回路を示している。

図２は、Ｒ.Ｆ.Ａ.Ｎ.１８をさらに詳細に説明する模式図である。
本図において、Ｒ.Ｆ.Ａ.Ｎ.１８は、切り替え回路２２により構成される。切り替え回路２２は、第１入出力端子１４及び第２入出力端子１６と給電部２６との接続を切り替える。 切り替え回路２２については後に詳細に説明する。

図３は、Ｒ．Ｆ．Ａ．Ｎ．１８の他の例を説明する模式図である。図３において、Ｒ．Ｆ．Ａ．Ｎ．１８は整合調整回路２４を含んでいる。図３（ａ）では、制御回路２０により制御された整合調整回路２４は第１入出力端子１４へ接続され、給電部２６は第２入出力端子１６へ接続されている。また、図３（ｂ）において、制御回路２０により制御された整合調整回路２４は第２入出力端子１６へ接続され、給電部２６は第１入出力端子１４へ接続されている。
図４は、Ｒ．Ｆ．Ａ．Ｎ．１８のさらに他の例を説明する模式図である。Ｒ．Ｆ．Ａ．Ｎ．１８は、整合調整回路２４及び切り替え回路２２を含んでいる。制御回路２０は、整合調整回路２４及び切り替え回路２２とを制御する。図５乃至図７は、整合調整回路２４の例を表す。図５（ａ）はインダクタ、図５（ｂ）４はインダクタとキャパシタによる並列回路、図５（ｃ）はスイッチによりそれぞれ構成されている。図６は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１が直列接続され、可変キャパシタＣ２がこれと並列接続され、さらにキャパシタＣ３が接続されると共にインダクタＬ２を介してＶｃｃへと接続され可変キャパシタＣ２を制御できる構成となっている。これらの整合調整回路２４を適正に選択することにより、アンテナ８のＶＳＷＲが低減されて、信号の高感度送受信がなされる。図７は、図５及び図６に例示された回路が複数個ある中からスイッチにより選択を行い共振周波数を調整できる構成を表す模式図である。なお、整合調整回路はこれらに限定されない。

図８は、切り替え回路２２の接続例を表す模式図である。図８（ａ）は直線エレメント側を開とし、ヘリカルエレメント側を閉として給電部２６と接続する構成である。図８（ｂ）は直線エレメント側を閉とし、ヘリカルエレメント側を開として給電部２６と接続する構成である。また、図８（ｃ）はヘリカルエレメント側と、直線エレメント側を共に給電部２６と接続した構成である。接続状態により、ＶＳＷＲなどが変化するので使用環境に対応して切り替え回路の接続状態を選択することが好ましい。

次に第１具体例であるアンテナ装置のシミュレーション結果ついて説明する。
図９はシミュレーション時の形状を示しており、第１エレメント１０をヘリカル形状とし、第２エレメント１２を直線形状としたアンテナ８をノート型ＰＣの形状を模倣した地板の上部に設置してある。ヘリカル形状をした第１エレメント１０は給電部２６に、直線形状をした第２エレメント１２は整合調整回路２４に接続されている。図１０は整合調整回路２４を表す模式図であり、図１１はこのときのアンテナ８のＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果を表すグラフ図である。

本具体例において、図１０におけるスイッチが開とされた場合の共振周波数をｆ_１とし、これに対応する波長をλ_１とすると、図９において例えばヘリカルの直径は約０．００８λ_１、ヘリカルピッチは約０．０１４λ_１、ヘリカルターン数は５．７３とする事ができる。またアンテナの長手方向は約０．０８λ_１とすることができる。地板３０の液晶表示部に相当する大きさは例えば約０．１７λ_１×０．２３λ_１サイズとされ、キーボード部に相当する大きさは約０．１６λ_１×０．２３λ_１のサイズとされる。

図１０において、（２）は３．９マイクロヘンリのインダクタ、（３）は１．２マイクロヘンリのインダクタと１．０ピコファラッドのキャパシタの並列接続、（４）は６．０及び５．０ピコファラッドのキャパシタの直列接続回路と１．０マイクロヘンリのインダクタとの並列接続によりそれぞれ構成されている。

図１１において、（１）の実線は図１０におけるスイッチが開とされた場合のアンテナ８のＶＳＷＲ特性を示しており、このときの共振周波数がｆ_１である。

（２）の破線（太い）は、図１０における（２）に接続された時のアンテナ８のＶＳＷＲ特性を示しており、このときの共振周波数は約０．８８ｆ_１と低い側へずれている。
ている。

（３）の破線（細い）は、図１０における（３）に接続された時のアンテナ８のＶＳＷＲ特性を示しており、このときの共振周波数は約０．６８ｆ_１とさらに低い側へずれている。、

（４）の一点鎖線は、図１０における（４）の整合調整回路２４を挿入した場合におけるアンテナ８のＶＳＷＲ特性である。中心周波数が０．６８ｆ_１とさらに低いほうへずれている。

以上のように、整合調整回路２４の回路を選択することにより、アンテナ８の共振周波数を変化させる事が出来ている。さらに、ヘリカルエレメントと直線エレメントとを接続した構成によりアンテナ８の長さを約０．０８λ_１と小型にできる。

このような小型アンテナ装置をノート型ＰＣ，ＰＤＡ（Personal Data Assitant）を含む携帯端末機器に設置することにより所望の周波数帯の無線信号を送受信できる。特に、ＶＨＦ乃至ＵＨＦ帯のＴＶ信号が容易に受信できる。

次に、第２具体例であるアンテナ装置のシミュレーション結果について説明する。
図１２は、シミュレーション時の形状を示しており、第１エレメント１０をヘリカル形状とし、第２エレメント１２を直線形状としたアンテナ８をノート型ＰＣの形状を模倣した地板の上部に設置してある。アンテナ８は図８のような切り替え回路２２に接続されている。

図１３は、このときのアンテナ８のＶＳＷＲ特性のシミュレーション結果を表すグラフ図である。図１３において（ａ）の実線は図８の（ａ）に例示してあるようにヘリカル形状をした第１エレメント１０側にスイッチが閉とされ給電部２６へ接続された状態のＶＳＷＲ特性を示しており、このときの共振周波数をｆ_２とする。

破線で表す（ｂ）は図８（ｂ）に例示されるようにヘリカル形状をした第１エレメント１０が開とされ給電部２６へ接続された状態のＶＳＷＲ特性を示している。この場合の共振周波数は約０．９１ｆ_２である。

一点鎖線で表す（ｃ）は図８（ｃ）に例示してあるようにヘリカル形状をした第１エレメント１０側と第２エレメント１２側の両方のスイッチが閉とされ給電部２６へ接続された状態のＶＳＷＲ特性を示している。この場合の共振周波数は約１．８６ｆ_２である。 以上のように共振周波数を変化させる事ができる。共振周波数ｆ_２に対応する波長をλ_２とすると、図１２において例えばヘリカルの直径は約０．００８λ_２，ヘリカルピッチは約０．００５λ_２，ヘリカルターン数は１２．９２とする事ができる。また、アンテナの長手方向は約０．０７λ_２とすることができる。地板３０の液晶表示部に相当する大きさは約０．１６λ_２×０．２３λ_２のサイズとされ、キーボード部に相当する大きさは約０．１５λ_２×０．２３λ_２のサイズとされる。

以上は、第１エレメント１０がヘリカル形状、第２エレメント１２が直線形状である場合を主に説明した。しかし本発明はこれら具体例に限定されることはない。以下において、第１エレメント１０および第２エレメント１２の形状の変形例について説明する。本具体例は少なくとも一方のエレメントが直線状とは異なる組み合わせを包含する。従って、一方がヘリカルである場合、他方は直線、ヘリカル、ミアンダ、ジグザクなどとすることができる。

また一方がミアンダである場合、他方が直線、ジグザクなどとすることができる。ジグザク−直線などであっても良い。さらにいずれかの一部分に異なる形状を含むことも有効である。図１４乃至図１７には、一方（第１エレメント）がヘリカルであり、他方（第２エレメント）に形状の異なる部分を含んだ変形例の模式図である。いずれの図においても、（ａ）は第２エレメント１２が第１エレメント１０の中心軸近傍に配置された例であり、（ｂ）は第２エレメント１２が第１エレメント１０の外部に配置された例である。

図１４においては、第２エレメント１２の一部分がミアンダ形状となっている（破線部分）。図１５においては、第２エレメント１２の一部分がヘリカル形状となっている（破線部分）。図１６においては、第２エレメント１２の一部分がジグザク形状となっている（破線部分）。図１７においては、第２エレメント１２の一部分の導体幅あるいは太さが異なっている（破線部分）。

図１８乃至図２２は、一方（第１エレメント１０）がミアンダであり、他方（第２エレメント１２）に形状の異なる部分を含んだ変形例の模式図である。ミアンダはほぼ平面形状を有しているが、いずれの図においても、（ａ）は第２エレメント１２が第１エレメント１０に重なるようにして配置された例であり、（ｂ）は第２エレメント１２と第１エレメント１０がほぼ同一平面上に並んで配置された例である。

図１８はその基本構造である。図１９においては、第２エレメント１２の一部分がミアンダ形状となっている（破線部分）。図２０においては、第２エレメント１２の一部分がヘリカル形状となっている（破線部分）。図２１においては、第２エレメント１２の一部分がジグザク形状となっている（破線部分）。図２２においては、第２エレメント１２の一部分の導体幅あるいは太さが異なっている（破線部分）。なお、ミアンダ、ジグザク、ヘリカル形状の間隔及び幅（直径）などに関する変形は許容される。

以上の図１４乃至図２２においては、第１エレメント１０には形状の異なる一部分が含まれていないが、これを含んでも良いことはもちろんである。また、上記のいずれの構成であっても、２個のエレメントは天頂部１３において接続されているので、実質的に長さを大とでき、共振周波数を低下させることができる。この結果、アンテナの小型化が可能となる。また、電気長の異なるエレメントを２個設けて、それぞれの端子と給電部との接続を切り替え回路により３通り選択できる。この結果、共振周波数を３通りに選択できる。さらに、インダクタおよびキャパシタから構成される整合調整回路により周波数のチューニングが可能となる。

以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態につき説明した。しかし本発明はこれらの具定例に限定されるものではない。例えば、アンテナを構成するエレメント、整合調整回路、切り替え回路などの構成要素において、サイズ、形状、材質、配置などの各種設計変更を行ったものであっても、本発明の要旨を逸脱しないものであれば本発明に包含される。

本発明のアンテナ装置の基本構成を表わす模式図である。 図１におけるＲ.Ｆ.Ａ.Ｎ.を説明する模式図である。 図１におけるＲ．Ｆ．Ａ．Ｎ．を説明する模式図である。 図１におけるＲ．Ｆ．Ａ．Ｎ．を説明する模式図である。 整合調整回路の一例を表す図である。 整合調整回路の一例を表す図である。 整合調整回路の一例を表す図である。 切り替え回路を表す模式図であり、図８（ａ）はヘリカルエレメントが閉とされた状態、図８（ｂ）はヘリカルエレメントが開とされた状態、図８（ｃ）は両エレメントが閉とされた状態である。 アンテナが設置されたノート型ＰＣを表す模式図である。 整合調整回路の一例である。 第１具体例のＶＳＷＲ特性を表すグラフ図である。 アンテナが設置されたノート型ＰＣを表す模式図である。 第２具体例のＶＳＷＲ特性を表すグラフ図である。 ヘリカル形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ヘリカル形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ヘリカル形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ヘリカル形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ミアンダ形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ミアンダ形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ミアンダ形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ミアンダ形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。 ミアンダ形状エレメントを含んだアンテナの変形例を表す模式図である。

符号の説明

１０ 第１エレメント
１２ 第２エレメント
１４ 第１入出力端子
１６ 第２入出力端子
１８ Ｒ.Ｆ.Ａ.Ｎ.
２０ 制御回路
２２ 切り替え回路
２４ 整合調整回路
２６ 給電部

Claims (3)

1. アンテナ第１端子を一端とする所定の屈曲及び又は湾曲パターンを部分的に含む第１エレメントと、当該第１エレメントの他端に導通接続され、かつアンテナ第２端子を一端とする前記第１エレメントより長さが小である第２エレメントとからなり、前記第２エレメントが、一直線の形状中の一部分が屈曲及び又は湾曲パターンとなっている形状を有するアンテナ部と、
   前記アンテナ第１端子及び前記アンテナ第２端子を介して前記アンテナ部を励振する給電部と、
   前記アンテナ部及び前記給電部間に接続され、当該アンテナ部のうち前記第１エレメント及び前記第２エレメントのいずれか一方または両方を選択的に切り替えて前記給電部と接続させる切り替え回路と、
   を備え、
   前記切り替え回路による切り替え動作に応じて、前記給電部による給電時に前記アンテナ部の共振周波数を変化させることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記切り替え回路に接続され、前記アンテナ部の共振周波数を変化させるための整合調整回路をさらに備え、
   前記切り替え回路は、前記アンテナ部のうち前記第１エレメント又は前記第２エレメントの一方を前記給電部に接続させると同時に、他方の前記第２エレメントまたは前記第１エレメントを前記整合調整回路と接続させることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. アンテナ第１端子を一端とする所定の屈曲及び又は湾曲パターンを部分的に含む第１エレメントと、当該第１エレメントの他端に導通接続され、かつアンテナ第２端子を一端とする前記第１エレメントより長さが小である第２エレメントとからなり、前記第２エレメントが、一直線の形状中の一部分が屈曲及び又は湾曲パターンとなっている形状を有するアンテナ部と、
   前記アンテナ第１端子又は前記アンテナ第２端子に接続され、前記アンテナ部の共振周波数を変化させるための整合調整回路と、
   前記整合調整回路と接続されていない前記アンテナ第２端子又は前記アンテナ第１端子を介して前記アンテナ部を励振する給電部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。