JP4841621B2 - ダイポール型の広帯域アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ダイポール型の広帯域アンテナに関し、より詳細には、テレビジョン信号を受信するためのアンテナ、特に、ラップトップ・コンピュータ、ＰＶＡ（パーソナル・アシスタント）又は他の同様の装置等の携帯型電子機器において、ディジタル・テレビジョン信号を受信するためのアンテナに関する。

現在、市場では、地上ディジタル・テレビジョン又はＴＮＴをラップトップ・コンピュータ又はＰＣにおいて受信することができる機器が存在する。ＴＮＴ信号をラップトップ・コンピュータにおいて受信することによって、ＰＣの演算能力をディジタル画像ストリームの復号のために使用することが可能になる。この機器は通常、２つのインタフェース、すなわち内部又は外部のＶＨＦ−ＵＨＦアンテナに接続するためのＲＦ（無線周波）インタフェースと、コンピュータに接続するためのＵＳＢインタフェースとを備えた箱（ｂｏｘ）の形態で販売されている。具体的には、このタイプの例が、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ名義の特許文献１、又はＡＣＣＴＯＮ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ名義の特許文献２に記載されている。しかしながら、これら２つの文献においては、別個のアンテナ、通常はＵＳＢユニット上に取り付けられたホイップ型又はループ型アンテナを備えた装置が記載されている。

また、テレビジョン信号の受信アンテナとして双極子（ｄｉｐｏｌｅｓ）を使用する方法は、長い間知られてきた。標準ダイポール・アンテナは一般に、顕著な点としてλ／４に等しい長さを有しており、互いの反対側に置かれた同一の２つのアームを備えている。これらのアームは発振器によって差動的に給電される。このタイプのアンテナは電磁気学の初期以来研究されてきており、特にＵＨＦ受信用に使用され、最近では、ＷＬＡＮ型の無線ネットワークにおいても使用されている。

米国特許出願公開第２００４／０２６３４１７号明細書 米国特許第６５４４０７５号明細書

従って、本発明は、このダイポール型アンテナのコンセプトを使用して、ＵＨＦ帯全体をカバーし、特にＵＳＢ型コネクタを使用することによって携帯型装置に接続することができる電子ボードに付随したコンパクトな広帯域アンテナを提供することを目的とする。

本発明は、差動的に給電される第１及び第２の導電性アームを含むダイポール型の広帯域アンテナに関する。本発明によれば、第１のアームと呼ばれる一方のアームは、電子カードのための少なくとも１つのカバーを形成する。

第１の実施形態によれば、第１のアームは、その中に電子カードが挿入される箱の形状を有する。

第２の実施形態によれば、第１のアームは、電子カードを覆う上面を備えている。この上面に２つの側面を結合させることができる。

第１及び第２のアームは、互いに対して回転して取り付けられており、それぞれのアームは、湾曲した輪郭を有する長方形の形状を全体として有することが好ましく、それらの輪郭は、互いに対して両方のアームを折りたたむことができ、それ故にコンパクトで容易に携帯可能なアンテナを得ることができるように、相補的であることが好ましい。

本発明の１つの特徴によれば、電子カードが、一端に、アンテナに給電するための接続ポートを備えており、他端に、電子機器への接続ポートを備えている。電子機器への接続ポートは、ＵＳＢ接続ポートであることが好ましい。さらに、この電子カードは、テレビジョン型信号を処理するための回路を備えている。

本発明の特徴及び利点は、上記以外のものを含めて、添付図面を参照して理解される種々の実施形態の記載によって明らかとなろう。説明を分かりやすくするため、同一の構成要素は、各図において同一の参照符号を有する。

最初に、図１及び２を参照して、ラップトップ・コンピュータにおいて地上ディジタル・テレビジョンを受信するのに使用可能である、本発明に基づくコンパクトな広帯域アンテナの第１の実施形態を説明する。

図１及び２に概略的に示されているように、このダイポール型アンテナは、第１の導電性アーム１及び第２の導電性アーム２を必須の要素として備えており、これらのアームは、それぞれのアームの一端に位置する継ぎ目ゾーン３によって互いに接続されている。

具体的には、アーム２は、導電性金属材料、金属で被覆された材料又は他の材料から形成された長方形のプレートによって構成されており、中心動作周波数におけるλ／４近傍の長さ、すなわちＵＨＦ帯（４６０ＭＨｚから８７０ＭＨｚまでの帯域）における動作においては１１２ｍｍ近傍の長さを有する。アーム２は、直線部分２ａと、ゾーン３のレベルにおいてもう片方のアーム１に接続することを可能にする曲線部分２ｂとを有する。アーム１は、後に詳細に説明する電子カードのためのカバーとして少なくとも使用可能であるような形状を有する。

具体的には、図１及び２に示されたアーム１は、上記のカードがその中に挿入可能なユニットを形成する長方形部分１ａを備えており、さらに、エネルギーを徐々に放射することを可能にし、このようにして、より大きな周波数帯に対してインピーダンス整合を高めるような、次第に薄くなる部分を形成している曲線部分１ｂを有することによって伸長している。アーム１の長さも、顕著な点としてλ／４に等しくなっている。アーム１は、金属材料、金属で被覆された材料又は他の材料から形成されている。

図１に示されているように、アーム１及びアーム２は、ほぼ同一の全長、すなわち本実施形態においては、１１８．７ｍｍの長さを有する。より具体的には、直線部分において、長さは７０ｍｍであって幅は２５ｍｍである。また、箱形のアーム１の高さは１０ｍｍである。２つのアーム１及び２は、電磁信号の処理用の発振又は受信回路にこのアンテナを接続可能にする接続要素を３ａに備えた継ぎ目ゾーン３のレベルにおいて、互いに連結されている。アンテナの電磁気的な動作を妨げないように、継ぎ目ゾーンが、電波に対する透過性が比較的高い材料を使用して形成された接続要素を備えている一方、電気的な接続が、電磁信号の処理用の発振又は受信回路に接続された金属撚線、同軸ケーブル又は同様のケーブルによってなされる。金属撚線とアーム２との間の短絡を防止するため、アーム２には開口が必要となっている。

前述したように、２つのアーム１及び２は、導電材料、特に金属材料から形成されている。従って、これらのアームは、金属プレートを切断加工することによって形成可能である。

上記のサイズを有する図２のアンテナについて、市販の電磁気ソフトウェア（ＩＥ３Ｄ）を使用してシミュレーションを実施した。これらのシミュレーションにおいては、アンテナは空気中にあり、良好な導電率（σ≧５×１０^７Ｓ／ｍ）を有する導電材料によって構成されているとした。これらのシミュレーションの結果が、主に、単独のアンテナに対して実施されたシミュレーションと、図１１を参照して説明するようなインピーダンス整合回路にアンテナが接続されている場合に実施されたシミュレーションとに関する図３から図６までの曲線によって示されている。

図３は、インピーダンス整合回路を有する図２のアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していない図２のアンテナのインピーダンス整合曲線を示す。これらの曲線によって示されているように、インピーダンス整合セルは、ＵＨＦ帯全体、すなわち４６０〜８７０ＭＨｚの周波数帯にわたって良好なインピーダンス整合を得ることができるのに対して、インピーダンス整合回路なしで得られた曲線においては、より限定された周波数帯でしか良好なインピーダンス整合を得ることができない。このことは、図４のスミス・チャート（Ｓｍｉｔｈ ａｂａｃｕｓ）で裏付けられる。

図５は、インピーダンス整合回路を有するアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していないアンテナの効率を示す曲線を示す。得られた曲線は、前の結果を裏付けており、インピーダンス整合回路を使用した場合、ＵＨＦ帯域全体にわたって８０％を超えるアンテナ効率が得られることを示している。

図６の指向性図は、図２のアンテナが双極子（ｄｉｐｏｌｅ）として作動することを確認する指向性利得図である。

前述したように、アンテナのアーム２は、最適な受信が得られる方向にアンテナを向けるようなやり方で、アーム１に対して回転して取り付けられている。図７においては、アーム１に対するアーム２の様々な位置が示されており、これらはすなわち、２つのアーム間の角度αが０°に等しい参照符号２０で示された位置と、２つのアーム間の角度αが顕著な点として３０°に等しい参照符号２１で示された位置と、２つのアーム間の角度αが顕著な点として４５°に等しい参照符号２２で示された位置と、２つのアーム間の角度αが顕著な点として６０°に等しい参照符号２３で示された位置と、２つのアーム間の角度αが顕著な点として９０°に等しい参照符号２４で示された位置とである。

アーム１に対するアーム２の傾きの影響を決定するため、アームの様々な位置に関してシミュレーションが実施された。これらのシミュレーションの結果をそれぞれ図８、９及び１０に示す。

図８は、アーム２の様々な位置における、周波数に依存するインピーダンス整合を表す種々の曲線を示す。このアンテナについては、本来、角度αの値が小さい場合に高い周波数においてインピーダンスが整合し、角度αの値が大きい場合には低い周波数においてインピーダンスが整合することに留意されたい。実際、角度α＝０°の場合には低周波数において、角度α＝９０°の場合には高周波数において、電場Ｅを容易に確立することができる。

図８は、アンテナ単独の場合の結果を示す。この場合、このアンテナにおいては、ＵＨＦ周波数全体にわたってインピーダンスが整合してはいない。図１１に示されたようなインピーダンス整合セルを使用した場合には、図９のインピーダンス整合曲線が得られる。これらの曲線によれば、高帯域においては、アーム２の全ての位置に対して−６ｄＢよりも小さい係数Ｓ１１を有する良好なインピーダンス整合が得られ、低帯域においては、０°から６０°までの間のアーム２の位置に対して、−６ｄＢよりも小さいＳ１１を有する良好なインピーダンス整合が得られる。

さらに、図１０は、このアンテナのアーム２の様々な位置における周波数が６６０ＭＨｚである場合の指向性図を示す。これらの指向性図は、傾斜角αだけ傾けられている。この傾斜によって、ディジタル・テレビジョン信号の受信を最適化することができる。

本発明において使用することができるインピーダンス整合セルが、図１１に概略的に示されている。この図においては、アンテナＡが、インダクタＬとコンデンサＣとによって構成されたセルに接続されている。このアンテナは、低雑音増幅器ＬＮＡに接続されたコンデンサＣと直列に接続されており、インダクタＬは、アースとアンテナのコンデンサＣへの接続点との間に取り付けられている。

良好なインピーダンス整合を得るため、コンデンサＣ及びインダクタＬの値は、Ｃ＝５ｐＦ及びＬ＝１５ｎＨ等となっている。このインピーダンス整合セルは、６０°に等しい角度αに傾けられたアームに対して最適化された。

次に、図１２、１３及び１４を参照して、本発明の第１の実施形態における変更態様を説明する。図１２に示すように、この態様においては、アンテナが、図２のアーム２と同一のアーム２と、図２のアーム１を形成している箱の上面１２だけによって構成されたアーム１とを含む。この態様においては、図１３及び１４にそれぞれ示されたインピーダンス整合曲線及び効率曲線が得られる。図１２のアンテナのインピーダンス整合を図２のアンテナの場合と比較した図１３の曲線は、ＵＨＦ帯全体にわたって良好なインピーダンス整合が依然として得られることを示している。図１４の曲線は、この態様においては、図２のアーム１の側壁及び底壁が除去されていることによって、低帯域において図１２のアンテナの効率が図２のアンテナの効率よりも低くなっていることを示している。

次いで、図１５、１６及び１７を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。この形態においては、アーム２が、図２及び１２のアンテナのアーム２と同一であり、アーム１が、上面１ｃ及び側面１ｄだけを備えている。この形態において、アーム１は、電子カードの上にはめ込まれるカバーを形成する。図１６及び１７に示されたシミュレーション結果によれば、この実施形態が、顕著な点として図２の実施形態と同様の結果を与えることが示される。この第３の実施形態は、図２の実施形態よりも容易に産業化することができるという利点を有する。

次いで、図１８を参照して、本発明に基づくアンテナの他の実施形態を説明する。この形態においては、アーム１０が、部分１０ｃが得られるようにその上面が押しつぶされた長方形の箱の形状を有する要素によって構成される。この押しつぶされた部分は、持ち運ぶためにアーム２０を折りたたむ際、アーム２０を受け入れることができる。アーム２０は、半楕円に対応する形状を有する。アーム１０及びアーム２０の寸法は顕著な点として同一であり、必要な動作周波数における約λ／４に相当している。他の図の形態と同様に、アーム１０とアーム２０とは、相互接続ゾーン３０のレベルにおいて、互いに対して回転することができるような方法で相互に接続される。

次に、図１９を参照して、本発明に基づく電子カードの一実施形態を説明する。この実施形態においては、アンテナのアーム１が、この電子カードのためのカバー又は箱を形成する。この電子カードは、ディジタル・テレビジョン信号の処理に必要な全ての集積回路を含むことができる。図１９に示すように、このカード１００は、従って、アンテナの回転ゾーン３又は３０のレベルにおいてアンテナの出力に接続された低雑音増幅器１０１を備えており、ＬＮＡ増幅器からの信号は、同調器１０２に送信され、次いでＵＳＢインタフェース１０４に接続された復調器１０３に送信される。この電子カードは、ＵＳＢ接続ポート１０５を備えていることを特徴とする。必要ならば、この電子カードは、ＲＥ部分の遮蔽を備えることも可能である。

例えばメモリ・カードに対して使用されるフォーマット（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｆｌａｓｈ、ＳＤ、ＸＤ等）のような、電子機器への接続を可能にする他のタイプの接続ポートを使用することもできることは、当業者にとって明らかである。

上述した電子回路カードは、図２に示したような箱を形成するアーム１の中に容易に挿入することができるように、７０〜８０ｍｍの長さ及び１５〜２５ｍｍの幅を有するように作製され得る。

上述した電子カードは、本発明の形態において使用可能な電子カードの一例を構成するものでしかないことは明らかである。変更態様として、このカードを、個人的なデータ、写真又は音楽を持ち運ぶために使用される標準的なＵＳＢキー（ｋｅｙ）に組み込むことも可能である。

本発明によるアンテナにおける第１の実施形態の側面斜視図である。 図１のアンテナの斜視図である。 インピーダンス整合回路を有する図２のアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していない図２のアンテナにおける、周波数の関数としてのインピーダンス整合曲線Ｓ１１を示す図である。 インピーダンス整合回路を有する図２のアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していない図２のアンテナのスミス・チャートを示す図である。 インピーダンス整合回路を有するアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していないアンテナの効率を周波数に対して示す曲線を示す図である。 図２のアンテナの指向性利得図である。 第２のアームが様々な位置を取っている、図１と同一の図である。 図７に示されたアーム２の様々な位置において、インピーダンス整合を周波数に対して示す曲線を示す図である。 図７に示されたアーム２の様々な位置において、アンテナの後にインピーダンス整合回路が設けられた場合のインピーダンス整合を、周波数に対して示す曲線を示す図である。 アーム２の様々な位置における、図７のアンテナの指向性利得図である。 アンテナの出力位置に設けられたインピーダンス整合回路を概略的に示す図である。 本発明によるアンテナの第２の実施形態を概略に示す斜視図である。 図１２のアンテナのインピーダンス整合を周波数に対して示す曲線を、図２のアンテナとの比較において示す図である。 図１２のアンテナのアンテナ効率を周波数に対して示す曲線を、図２のアンテナとの比較において示す図である。 本発明の第３の実施形態を概略的に示す斜視図である。 図１５のアンテナのインピーダンス整合を周波数に対して示す曲線を、図２のアンテナとの比較において示す図である。 図１５のアンテナのアンテナ効率を周波数に対して示す曲線を、図２のアンテナとの比較において示す図である。 本発明の第４の実施形態を概略的に示す斜視図である。 本発明において使用される電子カードの概略図である。

符号の説明

１ 第１の導電性アーム
１ａ 長方形部分
１ｂ 曲線部分
１ｃ 上面
１ｄ 側面
２ 第２の導電性アーム
２ａ 直線部分
２ｂ 曲線部分
３ 継ぎ目ゾーン
１０、２０ アーム
３０ 相互接続ゾーン
１００ 電子カード
１０１ 低雑音増幅器
１０２ 同調器
１０３ 復調器
１０４ ＵＳＢインタフェース
１０５ ＵＳＢ接続ポート

Claims (9)

1. 第１の導電性アーム及び第２の導電性アームを備えたダイポール型のコンパクトな広帯域アンテナであって、
   前記第１及び第２の導電性アームは、相互に継ぎ目ゾーンにおいて互いに接続されており、
   前記継ぎ目ゾーンは、前記第１および第２の導電性アームに差動的に給電する接続要素を含み、
   第１のアームと呼ばれる一方のアームが、電子カードのための少なくとも１つのカバーを形成し、
   前記第１のアームおよび第２のアームは、前記継ぎ目ゾーンにおいて、互いに回転可能に構成され、前記第２のアームの方向を変えることができることを特徴とするコンパクトな広帯域アンテナ。
2. 前記第１のアームが、その中に前記電子カードが挿入される箱の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１のアームが、前記電子カードを覆う上面と２つの側面とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記第１のアームが、２つの側面をさらに備えていることを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記第１のアーム及び前記第２のアームの各々が、前記アンテナの中心動作周波数におけるλ／４に等しい長さを有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ。
6. 前記第１のアーム及び前記第２のアームの各々が、湾曲した輪郭を有する長方形の形状を全体として有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアンテナ。
7. 前記第１のアーム及び前記第２のアームが、それぞれを互いの中に折りたたむことを可能にする相補的な輪郭を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアンテナ。
8. 前記電子カードが、一端に、前記アンテナに給電するための接続ポートを備えており、他端に、電子機器への接続ポートを備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のアンテナ。
9. 前記電子機器への前記接続ポートが、ＵＳＢ接続ポートであることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ。

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