JP4891368B2 - フェライトコアを有するアクティブ磁性体アンテナ - Google Patents
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Description
テレスコピックアンテナ(伸縮型アンテナ)は、運搬モードでは短い長さを有するが、作動モードではより長い長さを有する。VHF周波数帯域、例えば、韓国や数カ国で採用されている地上波デジタルマルチメディア放送(T-DMB)規格であるVHF III 170-240MHz帯域で動作する無線受信器においては、放送の波長が非常に長くて最適なアンテナ長さは450mmに達するが、これは、小型の携帯用デバイスの使用という面では好ましくない。
小型のマルチメディア受信器で実現されるテレスコピックアンテナの主要な欠点は、前方位置(forward position)で機械的な安定性が低下するということである。提案された多様な構造的解決策は、無線信号の受信モードでその長さが長いという面ですべて不完全であるため、これによるアンテナは使用中に破損されやすい。
この<特許文献1>において、フェライトアンテナは、 第1及び第2の受信コイルの接続点に接続される第1の出力を有するフェライトコアと独立的に動作するコイルを開示する。そして、上記<特許文献1>は、コイルの第2の出力に接続されるアノード(anode)を有する半導体ダイオードと、この半導体ダイオードのカソード(cathode)に接続されるコレクタ及び共通点に接続された半導体ダイオードのエミッタを有するトランジスタと、ポンプオシレータに接続され、コイルインダクタンスに磁気的に接続されるコイルとを開示する。また、<特許文献1>は、抵抗を含み、第1の出力がコイルインダクタンスの第1の出力に接続され、第2の出力がトランジスタのベースに接続されるスイッチング回路と、トランジスタのベースと共通点との間に位置する第2のコンデンサとを開示する。しかしながら、<特許文献1>による装置は、調整の複雑度を増加させるという短所がある。
図1は、この<特許文献2>のフェライトコアを有するアクティブアンテナの電気的構成の主要概念を示す。
図1には、磁性体アンテナのフェライトコア1と、フレーム磁性体アンテナの巻線2(Lant)と、アンテナ共振トリミングのための可変容量のコンデンサとアンテナの第2の巻線(winding)によって形成されるLC共振回路(resonance circuit)3と、低雑音増幅器(Low Noise Amplifier:以下、“LNA”と称する)を示す。図1に示すように、アンテナは、主構成要素としてフェライトコア1と2個の巻線を有する。巻線2は、低雑音トランジスタ5のベースに直接接続され、ベースキャパシタCpの寄生容量と共にアンテナの高周波フィード点で第1の共振回路を構成する。
共振回路3の共振LCキャパシタは、キャパシタCpに磁気的に接続され、第2の巻線と同調コンデンサを含む。これら共振回路によるアンテナは、小型受信器に広く使用され、無線チャンネルの周波数調整又は動作周波数を予め選択するために幅広く使用される狭帯域アンテナとしての動作を可能にする。
このようなアンテナの周波数帯域は、再構成される回路3及びアンテナの高周波フィード回路2の良好な品質、再構成されるトランジスタ5のパラメータ、及びこれらの接続係数によって定義される。図1に示すアンテナは、半分のパワーレベルでおよそ10〜20kHzの動作帯域幅を有し、それによってアンテナは長波、中波、及び短波の電磁波を受信するアナログAMラジオ受信器に使用されることができる。
好ましくは、本発明の実施形態によるフレーム磁性体アンテナは、無線受信器の回路基板上に設置され、それによって前記フェライトバーは、前記アクティブ磁性体アンテナに設置された無線受信器のユーザーの手と電磁気的に結合されることを特徴とする。
好ましくは、本発明の実施形態によるフレーム磁性体アンテナのインピーダンスは、低雑音増幅器のコレクタ回路又はフレーム磁性体アンテナのコイル数の変化によって、低雑音増幅器のベースのインピーダンスと複素共役に調整されることを特徴とする。
下記に、本発明の実施形態において、本発明の範囲及び精神を外れない限り、多様な変形が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。また、本発明に関連した公知の機能または構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
なお、主PCB12すなわち無線受信器の回路基板は、ヘッドホンとワイヤーのうち少なくとも一つを含む外部パッシブアンテナに接続される。
また、図4に示すように、参照番号17は、デジタルビデオ信号又はマルチメディア放送信号を受信するように内蔵されたデジタル受信器14を備える携帯用マルチメディア装置を握っているユーザーの手を表す。そして、参照番号18は、デジタル放送受信器14が内蔵されたフェライトコア磁性体アンテナと携帯用マルチメディア装置を握っているユーザーの手17との間の電磁気的結合を表す。
図3を参照すると、フェライトコアを有するアンテナの出力インピーダンス8は巻線2bの巻数の変化、コイルピッチ、及び中心部に対するフェライトコア1b上の位置の変更によって調整される。
その結果、デジタル受信器に接続された本発明の実施形態によるアクティブアンテナは、フレーム磁性体アンテナの巻線2bを調整し、トランジスタ5bのコレクタ電流を調整することによって最大感度を受信することができる。
図4に示すように、ユーザーの手17とフェライトアンテナ15との間の電磁気的結合18が増加すると、ユーザーの手によってアンテナ開口(antenna aperture)が増加するようになる。その結果、アンテナの効率性が増加し、デジタル受信器の感度が向上する。したがって、アンテナ15は、ユーザーの手17にできるだけ近くなるようにハウジング10に配置される。
雑音抑制の面で、その他の通信標準のためのデジタル受信器16のアナログ部品をアンテナ15とLNA13が設置されたPCB12の同一領域に設置することが一番最適である。例えば、上記アナログ部品は、CDMA、GSM、ブルートゥース(Bluetooth(登録商標))、及び他の標準のための受信器、デュプレクサ、又はアンテナなどのRF部品となり得る。
− 約20の値を有する有効誘電率(dielectric permittivity)εr
− 10以下の実際透磁率(magnetic permeability)μr’
− 要求される動作周波数帯域で0.1以下であるアンテナのフェライト物質の損失角の誘電正接tg(δε)及び磁性正接tg(δμ)
本発明によるアンテナのインピーダンスは、図1に示す低雑音トランジスタ5の入力インピーダンスと複素共役関係であり、上記アンテナは、トランジスタと直接接続されなければならない。このような構成は、アンテナの出力で数百オームの高抵抗インピーダンスが得られ、トランジスタ出力での整合回路6bに適用して出力7bで50オームに近いインピーダンスを提供する。
通常、巻線は、インダクタンスコイルの製造に使用される標準産業方法に従って製造される。そして、巻線のワイヤーは、加工されるコイル(coil-processing)又は蓄積された銅層(cupper layer)であり得る。
フェライトコアを備えるフレーム磁性体アンテナは、PCB上に装着される無線コンポーネントとして製造され、一般的なチップSMD方法によってPCB上に組み立てられる。このとき、トランジスタ及びパッシブ素子のような受信器及びアクティブアンテナの他のコンポーネントは、同一の方法によってアンテナに近くなるようにPCB上に組み立てられる。
前述したように設置されたアンテナと他の位置に設置されたアンテナとを比較すると、開放地域及び特定の無響室のテストでは、約10dBのデジタル信号の受信感度が向上したことを示す。
1.フェライトコアを備えるアクティブ磁性体アンテナの広帯域の整合を調整
2.構造の小型化、高信頼性、及び機械的強度
3.間接的にアンテナ利得を改善させるための代案を探して利用
デジタル無線受信器の周波数による選択及び受信チャンネルのフィルタリングは、デジタル信号処理(DSP)の方法によって遂行される。そして、このデジタル無線受信器の選択及びフィルタリングは、アナログ受信器と質的になおさら比較される。したがって、デジタル受信器で、アナログ入力構成は、アンテナから受信器の集積回路(IC)の入力へ広帯域信号を線形伝送するために使用される。
本発明の好ましい実施形態によるフェライトコアの寸法は、T-DMB標準に対して大気(air)で約0.017の波長λを有し、30mmの長さと4mmの直径を有する。
図1及び図2において、巻線2bを有する小型のフェライトコア1bは、表面実装(surface mounting)のような単純で安価の方式によって、所定の携帯用マルチメディア装置10の主PCB12(図4を参照)上に単一コンポーネント15として設置されることができる。
2,2b:巻線(Lant)
3:LC共振回路
4b:保護用ダイオードD1
5,5b:低雑音トランジスタQ1
6b:整合回路
7b:RF出力
8:出力インピーダンス
9:入力インピーダンス
10:ハウジング
11:液晶ディスプレイ
12:主PCB
13:アクティブ磁性体アンテナ
14:デジタル受信器
15:フレーム磁性体アンテナ
16:他のRF受信器
17:ユーザーの手
18:フェライトコア磁性体アンテナとユーザーの手17との間の電磁気的結合
Claims (4)
- フェライトコアを含むフェライトバーと、
低雑音トランジスタと、
フレーム磁性体アンテナを形成する前記フェライトコアの巻線とを含み、
前記フレーム磁性体アンテナは、受信される信号を増幅するように低雑音トランジスタに接続され、
前記低雑音トランジスタのベースは第1の巻線接点に直接接続し、第2の巻線接点は前記低雑音トランジスタのベース上の電圧を変更させ、
前記フレーム磁性体アンテナのインピーダンスは、前記低雑音トランジスタのベースのインピーダンスと共役複素数によって調整され、
前記巻線は、前記フレーム磁性体アンテナにおける共振を除去し、
前記アクティブ磁性体アンテナの複数のコンポーネントは、無線受信器の回路基板上に設置され、前記フェライトバーは、前記アクティブ磁性体アンテナに設置された無線受信器のユーザーの手と電磁気的に結合されることを特徴とするアクティブ磁性体アンテナ。 - 前記第2の巻線接点は、前記低雑音トランジスタの動作点の電圧を変更させるために静電放電ダイオードを通じてグラウンドに短絡されることを特徴とする 請求項1に記載のアクティブ磁性体アンテナ。
- 前記無線受信器の回路基板は、ヘッドホンとワイヤーのうち少なくとも一つを含む外部パッシブアンテナに接続されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブ磁性体アンテナ。
- 前記フレーム磁性体アンテナのインピーダンスは、
低雑音増幅器のコレクタ回路又はフレーム磁性体アンテナのコイル数の変化によって、低雑音増幅器のベースのインピーダンスと複素共役に調整されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブ磁性体アンテナ。
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