JP4918702B2

JP4918702B2 - 人体装着型アンテナ装置、イヤホンアンテナ、及び、携帯端末

Info

Publication number: JP4918702B2
Application number: JP2007007822A
Authority: JP
Inventors: 忠彦前田
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP2008177731A

Description

本発明は、人体装着型アンテナ装置、イヤホンアンテナ、及び、携帯端末に関し、詳しくは、イヤホンと携帯端末とからなる人体装着型アンテナ装置、並びに、イヤホンアンテナ、及び、携帯端末に関するものである。

近年、地上ディジタル放送が開始され、地上ディジタル放送を受信できる携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの携帯端末が開発されている。地上ディジタル放送はＵＨＦ帯の電波を使用しており、４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚまでの周波数帯に各放送局の周波数が個別に割り当てられている。４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚまでの周波数の電波の波長は、約６５センチから約３９センチである。

一方、携帯電話機の通話に使用される電波の周波数は、８００ＭＨｚ或いは１５００ＭＨｚである。また、携帯電話機の通信用のアンテナは筐体の内部に内臓されるものが多いが、携帯電話機は小型化が進み、筐体の大きさは１０センチ程度であるため、内臓される内部アンテナの大きさも１０センチ以下となり、内臓アンテナで受信できる電波の波長に限界がある。このように、地上ディジタル放送の電波と携帯電話機の通話用の電波の周波数（波長）が異なるため、携帯電話機の通話用のアンテナを地上ディジタル放送の受信に用いることができない。そのため従来の地上ディジタル放送に対応した携帯電話機は、引き出し式のホイップアンテナを装備して地上ディジタル放送の受信に対応している。

ところで、自動車や電車などの移動体の内部では、一般に電界強度が弱く、また、電界強度が変化するため、十分な受信品質が得られない場合や、受信できる放送局（周波数）の数が制限される場合がある。この問題を解消するために、内部アンテナと外部アンテナの複数のアンテナを用いたダイバーシチ受信法を採用することが考えられる。しかし、携帯電話機の筐体に装備した外部アンテナとしてのホイップアンテナでは、内部アンテナと外部アンテナのアンテナ素子の間隔が、携帯電話機の小さな筐体の範囲内に物理的に制限されるので、十分なダイバーシチ効果を得ることができず、問題の解消には至らない。

また、携帯電話機の筐体に装備したホイップアンテナは、引き出されることにより筐体の周囲に金属製の針金状突起物が展開されることになるため、混雑した電車内で携帯電話機の使用状態が制限されたり、他の乗客に不快感を与えたりする問題がある。また、人体の頭部近傍で使用されるため、針金状突起物としてのホイップアンテナは他の乗客の眼球などを損傷する危険性がある。

このような、使用状態の制限や他の人間への影響の問題を解消するために外部アンテナとして、イヤホンアンテナを採用することが考えられる。従来のイヤホンアンテナは、ＦＭ受信に用いられるものが主流であり、単にイヤホンと端末との接続点で受信機のアンテナ回路にコンデンサで接続したホイップアンテナである。そして、イヤホンアンテナの給電点は端末との接続点であり、端末の一部として装備されて動作するアンテナと同じ動作原理である。したがって、外部アンテナとしてのイヤホンアンテナと内部アンテナの受信電力の相互相関関係が大きく、十分なダイバーシチ効果を得ることができず、受信品質や受信帯域の問題を解消するには至らない。

さらに、携帯電話機などの携帯端末の大きさは、地上ディジタル放送の電波の波長に比べて小さいため、携帯端末のアンテナは放射効率が低く、人体によって影響を受けてＶＳＷＲ（Voltage Standinf Wave Ratio）が大きくなるという問題もある。

これらの問題を解消するために、携帯端末から離れた給電点を想定した地上ディジタル放送向けのイヤホンアンテナが検討されている（非特許文献１乃至３参照）。
「周波数共用型ワイヤレスネットワークにおける環境適応アクティブスケジューリング方式」科学研究補助金研究結果報告書課題番号、１５３０００２４平成１７年３月田中雅人、馬場聡史、浅沼健一、前田忠彦、"人体の影響を考慮した地上ディジタル放送の受信を目的とする携帯端末用イヤホンアンテナの放射特性"電子情報通信学会研究会報告ＡＰ２００４−２２８，Ｆｅｂ．２００５．田中雅人、浅沼健一、前田忠彦、"地上ディジタル放送の受信を目的としたイヤホンアンテナの指向性"電子情報通信学会総合全国大会Ｂ−１−５４，Ｍａｒｃｈ２００５．

しかし、これら非特許文献１乃至３で検討されている地上ディジタル放送向けイヤホンアンテナは、具体的な給電構造が提案されておらず、想定された理想的な給電点における給電条件を仮定したものであった。そのため、給電点を携帯端末から離し、人体とイヤホンアンテナの相互位置が変化する場合にも安定した整合を実現するための具体的給電構造、携帯端末との接続構造などの具体的実現条件が明らかではなく、また、整合できる周波数帯域が限られるという問題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、アンテナの給電点を携帯端末から離し、広帯域における整合を実現できる人体装着型アンテナ装置、イヤホンアンテナ、及び、携帯端末を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の人体装着型アンテナ装置は、音響出力機と受信機とを内蔵した携帯端末とイヤホンとからなる人体装着型アンテナ装置であって、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、前記受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する２本の給電線路と、前記アンテナ素子側の平衡と前記受信機側の不平衡とを変換するバラントランスと、前記２本の給電線路の給電点側にそれぞれ装荷された２個の第１整合用集中定数素子と、前記給電線路の給電点側との反対側に装荷され前記携帯端末の筺体内に位置する第２整合用集中定数素子とを備え、前記左音声信号伝送線路と前記右音声信号伝送路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって前記２本の給電線路とともに１本に束ねられ、前記アンテナ素子は前記中途地点に給電点が位置するように配置され、前記２個の第１整合用集中定数素子は、一端がそれぞれ前記アンテナ素子の一端に接続され、他端がそれぞれ前記２本の給電線路の内部導体の給電点側の一端に接続され、前記アンテナ素子の一端それぞれと前記２本の給電線路の外部導体とは、チョークコイル又は抵抗を介して接続され、前記バラントランスは、前記受信機側に設けられ、前記２本の給電線路の内部導体の他端は、コンデンサを介して前記バラントランスの一方のポートの端子にそれぞれ接続されることを特徴としている。

この構成によれば、音響出力機と受信機とを内臓した携帯端末とイヤホンとからなる人体装着型アンテナ装置であって、音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路は、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路は、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続される。また、アンテナ素子は、平衡対称型ダイポール形状であって、受信機にアンテナ素子からの信号を伝送する給電線路は、一端がアンテナ素子に接続され、バラントランスは、アンテナ素子側の平衡と受信機側の不平衡とを変換する。そして、第１整合用集中定数素子は、給電線路の給電点側に装荷され、第２整合用集中定数素子は、給電線路の給電点側との反対側に装荷されて携帯端末の筐体内に位置する。さらに、左音声信号伝送線路と右音声信号伝送線路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって給電線路とともに１本に束ねられ、アンテナ素子は中途地点に給電点が位置するように配置されている。なお、整合用集中定数素子とは、印加する電圧に応じて静電容量が変化することによりインピーダンスを変化させてインピーダンス整合を行うための素子の総称であり、具体的には、可変容量ダイオードなどが該当する（以下の請求項において同じ）。

このように、給電線路の両端に整合用集中定数素子を有するので、インピーダンス整合の自由度が高まり、広帯域にわたるインピーダンス整合が可能となる。そのため、人体の影響によりＶＳＷＲが大きくなる場合であっても、良好に電波を受信することができる。また、給電点が左音声信号伝送線路及び右音声信号伝送線路の中途地点、つまり、イヤホンの枝分かれ部分に配置されるので、給電点の位置が受信機から離れたものとなる。したがって、携帯端末に他のアンテナ及び受信機を備えるようにすれば、このアンテナ及び受信機で受信した信号との間で良好なダイバーシチ効果を得ることができる。また、第２整合用集中定数素子は、携帯端末の筐体内に位置するので、第２整合用集中定数素子の制御機構を筐体内に設けることができ、第２整合用集中定数素子の制御が容易になる。

上記目的を達成するために、人体装着型アンテナ装置は、携帯表示端末に着脱自在に接続可能なイヤホンを用いた人体装着型アンテナ装置であって、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、一端が前記アンテナ素子に接続され、受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する給電線路と、前記アンテナ素子側の平衡と前記受信機側の不平衡とを変換するバラントランスと、前記給電線路の給電点側に装荷された第１整合用集中定数素子と、前記給電線路の給電点側の反対側に装荷された第２整合用集中定数素子と、一端が前記受信機に接続され、他端が前記携帯表示端末に着脱自在に接続される画像データ伝送線路とを備え、前記受信機、前記音響出力機、前記給電線路、前記バラントランス、前記第１整合用集中定数素子、及び、前記第２整合用集中定数素子は、単一のＩＣチップにより構成されていることを特徴としている。

この構成によれば、携帯表示端末に着脱自在に接続可能なイヤホンを用いた人体装着型アンテナ装置であって、音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路は、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路は、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続される。また、アンテナ素子は、平衡対称型ダイポール形状であって、受信機にアンテナ素子からの信号を伝送する給電線路は、その一端がアンテナ素子に接続され、バラントランスはアンテナ素子側の平衡と受信機側の不平衡とを変換する。そして、第１整合用集中定数素子は、給電線路の給電点側に装荷され、第２整合用集中定数素子は、給電線路の給電点側の反対側に装荷され、データ伝送線路は、一端が受信機に接続され、他端が携帯表示端末に着脱自在に接続される。さらに、受信機、音響出力機、伝送線路、バラントランス、第１整合用集中定数素子、及び、第２整合用集中定数素子は、単一のＩＣチップにより構成されている。

このように、給電線路の両端に整合用集中定数素子を有するので、インピーダンス整合の自由度が高まり、広帯域にわたるインピーダンス整合が可能となる。そのため、人体の影響によりＶＳＷＲが大きくなる場合であっても、良好に電波を受信することができる。また、受信機、音響出力機、伝送線路、バラントランス、第１整合用集中定数素子、及び、第２整合用集中定数素子は、単一のＩＣチップにより構成されるので、装置を小型化することができる。

人体装着型アンテナ装置は、前記画像データ伝送線路と前記携帯表示端末との接続は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースによるシリアル接続であることを特徴としている。

この構成によれば、画像データ伝送線路と携帯表示端末との接続は、ＵＳＢインターフェースによるシリアル接続であるので、既存のインターフェースを利用して人体装着型アンテナ装置を簡便に実現することができる。

請求項２に記載の人体装着型アンテナ装置は、請求項１に記載の人体装着型アンテナ装置であって、前記左音声信号伝送線路及び前記右音声信号伝送線路は、前記給電点から前記左イヤホンスピーカ又は前記右イヤホンスピーカまでの間の所定の位置にそれぞれ周波数選択性部品を備え、前記給電点から前記周波数選択性部品が設けられた箇所までを前記アンテナ素子と共用されることを特徴としている。

この構成によれば、左音声信号伝送線路及び右音声信号伝送線路は、給電点からイヤホンスピーカ側の周波数選択性部品が設けられた部分までをアンテナ素子と共用するので、部品数を削減してコンパクト化とともに低コスト化を図ることができる。なお、周波数選択性部品とは、高周波電流の流れを阻止する部品の総称であり、具体的には、チョークコイルなどが該当する。

請求項３に記載の人体装着型アンテナ装置は、請求項２に記載の人体装着型アンテナ装置であって、前記左音声信号伝送線路及び前記右音声信号伝送線路の前記アンテナ素子との共用部分には、前記左音声信号伝送線路及び前記右音声信号伝送線路の放射器として機能する部分よりも長さが短い無給電素子が誘電体により広帯域インピーダンス整合素子として固定されていることを特徴としている。

この構成によれば、左音声信号伝送線路及び右音声信号伝送線路のアンテナ素子との共用部分には、左音声信号伝送線路及び右音声信号伝送線路の放射器として機能する部分よりも長さが短い無給電素子が誘電体により広帯域インピーダンス整合素子として固定されている。したがって、無給電素子の広帯域インピーダンス整合素子としての働きにより人体装着型アンテナ装置の整合範囲を広帯域化することができる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載のイヤホンアンテナは、音響出力機と受信機とを内蔵し、受信機への信号伝送経路上に第２整合用集中定数素子が装荷された携帯端末に着脱自在に接続されるイヤホンアンテナであって、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、前記受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する２本の給電線路と、前記２本の給電線路の給電点側にそれぞれ装荷された２個の第１整合用集中定数素子を備え、前記左音声信号伝送線路と前記右音声信号伝送路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって前記２本の給電線路とともに１本に束ねられ、前記アンテナ素子は前記中途地点に給電点が位置するように配置され、前記２個の第１整合用集中定数素子は、一端がそれぞれ前記アンテナ素子の一端に接続され、他端がそれぞれ前記２本の給電線路の内部導体の給電点側の一端に接続され、前記アンテナ素子の一端それぞれと前記２本の給電線路の外部導体とは、チョークコイル又は抵抗を介して接続されることを特徴としている。

この構成によれば、音響出力機と受信機とを内臓し、受信機への信号伝送経路上に第１整合用集中定数素子が装荷された携帯端末に着脱自在に接続されるイヤホンアンテナであって、音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路は、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路は、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続される。また、アンテナ素子は、平衡対称型ダイポール形状であって、受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する給電線路は、一端がアンテナ素子に接続される。そして、第２整合用集中定数素子は、給電線路の給電点側に装荷され、左音声信号伝送線路と右音声信号伝送線路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって給電線路とともに１本に束ねられ、アンテナ素子は中途地点に給電点が位置するように配置されている。

したがって、イヤホンスピーカを携帯端末に接続すれば、給電線路の両端に整合用集中定数素子が装荷されることになり、インピーダンス整合の自由度が高まるので、広帯域にわたるインピーダンス整合が可能となる。そのため、人体の影響によりＶＳＷＲが大きくなる場合であっても、良好に電波を受信することができる。また、給電点が左音声信号伝送線路及び右音声信号伝送線路の中途地点、つまりイヤホンの枝分かれ部分に配置されるので、給電点の位置が受信機から離れたものとなる。したがって、携帯端末に他のアンテナ及び受信機を備えるようにすれば、このアンテナ及び受信機との間で高いダイバーシチ効果を得ることができる。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の携帯端末は、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する２本の給電線路と、前記２本の給電線路の給電点側にそれぞれ装荷された２個の第１整合用集中定数素子を備え、前記左音声信号伝送線路と前記右音声信号伝送線路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって前記２本の給電線路とともに１本に束ねられ、前記アンテナ素子は前記中途地点に給電点が位置するように配置され、前記２個の第１整合用集中定数素子は、一端がそれぞれ前記アンテナ素子の一端に接続され、他端がそれぞれ前記２本の給電線路の内部導体の給電点側の一端に接続され、前記アンテナ素子の一端それぞれと前記２本の給電線路の外部導体とは、チョークコイル又は抵抗を介して接続されるイヤホンアンテナが着脱自在に接続される、前記音響出力機と前記受信機とを備えた携帯端末であって、前記給電線路と前記受信機との間に装荷された第２整合用集中定数素子を備えることを特徴としている。

この構成によれば、一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、一端がアンテナ素子に接続され、受信機にアンテナ素子からの信号を伝送する給電線路と、給電線路の給電点側に装荷された第１整合用集中定数素子を備え、左音声信号伝送線路と右音声信号伝送線路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって給電線路とともに１本に束ねられ、アンテナ素子は中途地点に給電点が位置するように配置されているイヤホンアンテナが着脱自在に接続される、音響出力機と受信機とを備えた携帯端末であって、第２整合用集中定数素子は、給電線路と受信機との間に装荷される。

したがって、携帯端末を携帯端末に接続すれば、給電線路の両端に整合用集中定数素子が装荷されることになり、インピーダンス整合の自由度が高まるので、広帯域にわたるインピーダンス整合が可能となる。そのため、人体の影響によりＶＳＷＲが大きくなる場合であっても、良好に電波を受信することができる。また、給電点が左音声信号伝送線路及び右音声信号伝送線路の中途地点、つまりイヤホンの枝分かれ部分に配置されるので、給電点の位置が受信機から離れたものとなる。したがって、携帯端末に他のアンテナ及び受信機を備えるようにすれば、このアンテナ及び受信機との間で高いダイバーシチ効果を得ることができる。

以下、本発明の人体装着型アンテナ装置、イヤホンアンテナ、及び、携帯端末の例としての実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、参照する図面は、説明に必要な事象を模式的に表したものであり、図面に表される事物の相対的な大きさや形状は図示するものに限定されるものではない。図１は、本発明に係る人体装着型アンテナ装置１の構成を示す説明図である。図１からわかるように、人体装着型アンテナ装置１は、イヤホンアンテナ２と携帯端末としての地上ディジタル放送対応の携帯電話機３からなる。イヤホンアンテナ２と携帯電話機３とは、イヤホンアンテナ２のコネクタ４と携帯電話機３のコネクタ（不図示）によって着脱自在に接続される。

図２は、イヤホンアンテナ２と携帯電話機３との具体的構成例を示す説明図である。なお、図２においては、イヤホンアンテナ２と携帯電話機３とのコネクタ（４）を省略し、相互の接続を簡略して示している。図２に示すように、イヤホンアンテナ２は、２つの音声信号伝送線路１０を備えている。２本の音声信号伝送線路１０の一端の端部はそれぞれイヤホンスピーカ１１に接続されている。音声信号伝送線路１０の他方の端部側は、図示しないコネクタを介して、携帯電話機３の内部に設けられた音響出力機２０に接続される。また、音声信号伝送線路１０は、線路の途中（中途地点）から音響出力機２０側が、誘電体によって、後述の給電線路としての同軸ケーブル１６とともに１本に束ねられ、中途地点から枝分かれした状態となっている。音響出力機２０は、例えば、ステレオ音声を出力するものであり、一方の音声信号伝送線路１０は左音声信号を伝送し、他方の音声信号伝送線路１０は右音声信号を伝送する。

音声信号伝送線路１０の枝分かれの分岐点、つまり、イヤホンアンテナ２の枝分かれ部分には、モールドケース１２が設けられており、モールドケース１２からは、当該モールドケース１２部分、即ち、音声信号伝送線路１０の枝分かれの分岐点（中途地点）が給電点となるような態様で、２つのアンテナ素子１３が突出している。なお、図２においては、説明の都合上、モールドケース１２を他の部分よりも大きく示している。アンテナ素子１３は、誘電性の絶縁テープによって音声信号伝送線路１０から所定の距離を隔てて音声信号伝送線路１０に取り付けられている。また、アンテナ素子１３は、当該アンテナ素子１３で共振する電磁波の信号を携帯電話機３の内部に設けられた受信機２１に伝送する給電線路としての同軸ケーブル１６に、バラントランス１５を介して接続される。つまり、アンテナ給電点にバラントランス１５が設けられる。

具体的には、モールドケース１２の内部にバラントランス１５が設けられ、バラントランス１５の一方のポートのそれぞれの端子にアンテナ素子１３が接続される。そして、バラントランス１５の他方のポートの一方の端子は、整合用集中定数素子としての可変容量ダイオード１７を介して同軸ケーブル１６の内部導体に接続され、他方の端子は同軸ケーブル１６の外部導体に接続される。同軸ケーブル１６の内部導体には、携帯電話機３に設けられたバイアス回路２２がチョークコイル２３を介して接続されているので、バラントランス１５によって、平衡不平衡変換が実現されるとともに、バイアス回路２２による可変容量ダイオード１７へのバイアスの印加が可能となる。つまり、バイアス回路２２とＲＦ信号線を直接接続することが可能となり、直流制御線と給電線路とを併用して回路構造を簡易にすることができる。

さらに、同軸ケーブル１６の内部導体は、携帯電話機３の筐体内部において、コンデンサ２４を介して整合用集中定数素子としての可変容量ダイオード２５に接続され、さらに、当該可変容量ダイオード２５は、コンデンサ２６を介して受信機２１に接続される。また、可変容量ダイオード２５には、チョークコイル２７を介してバイアス回路２８が接続される。

このように、同軸ケーブル１６のアンテナ給電点側と携帯電話機３の筐体内部側との両側に、整合用集中定数素子としての可変容量ダイオード１７，２５が設けられているので、インピーダンス整合におけるインピーダンス調整の自由度が高まり、広帯域にわたるインピーダンス整合が可能となる。そのため、イヤホンアンテナ２を装着する人体の影響によりＶＳＷＲが大きくなる場合であっても、良好に電波を受信することができる。また、給電点を音声信号伝送線路１０の枝分かれの分岐点に設けたので、給電点を携帯電話機３から離すことが可能となる。したがって、イヤホンアンテナ２と、携帯電話機３の内臓アンテナ（不図示）とによって高いダイバーシチ効果を得ることができる。さらに、一方の可変容量ダイオード２５を携帯電話機３の筐体内部に設けたので、可変容量ダイオード１６及び可変容量ダイオード２５の独立制御が容易になるとともに、アンテナ給電点の構造が簡略化されるので製造コストを抑えることができる。

上述の実施の形態では、給電線路としての同軸ケーブル１６が１本である給電方法を示したが、２本の給電線路を用いることも可能である。図３は、給電線路として２本の同軸ケーブル１６を用いたイヤホンアンテナの給電方法の原理を示す説明図である。なお、先の実施の形態で示した対象物と同じ対象物には同一の符号を付して説明する（以下において同じ）。図３に示すように、２本の同軸ケーブル１６を用いる場合には、同軸ケーブル１６の給電点側ではなく、受信機側にバラントランス１５を設ける。

図４は、図３に示した２本の同軸ケーブル１６を用いた給電方法において、整合用集中定数素子としての可変容量ダイオード１７を装荷した実施の形態の様子を示す説明図である。図４に示すように、可変容量ダイオード１７のアノード端子にアンテナ素子１３を接続し、カソード端子に同軸ケーブル１６の内部導体の一端を接続する。そして、アンテナ素子１３のアノード端子と同軸ケーブル１６の外部導体とを、チョークコイル３０を介して接続する。なお、アンテナ素子１３と同軸ケーブル１６の外部導体との間は逆バイアスであるので、インピーダンスが高くてもよい場合には、チョークコイル３０に代えて抵抗を用いることができる。また、２本の同軸ケーブル１６の内部導体の他端は、コンデンサ３１を介してバラントランス１５の一方のポートの端子にそれぞれ接続される。さらに、２本の同軸ケーブル１６の他端側において、両方の同軸ケーブル１６の内部導体に、直流バイアスがチョークコイル３２を介して印加される。図４においては、同軸ケーブル１６の受信機側の整合用集中定数素子としての可変容量ダイオード２５を示していないが、可変容量ダイオード２５は、同軸ケーブル１６と受信機２１との間であれば、バラントランス１５のどちらのポート側に設けてもよい。なお、同軸ケーブル１６の内部導体をバイアス用の線路と共用するのではなく、図５に示すように、バイアス専用の線路３３を別途設けるようにしてもよい。この場合、２つのアンテナ素子１３を２つのチョークコイル３０で直列に接続し、２つのチョークコイル３０の間にバイアス回路への専用線路３３を接続する。

上述の実施の形態では、アンテナ素子１３と音声信号伝送線路１０とは別の部品としたが、アンテナ素子１３を音声信号伝送線路１０の一部と共用することができる。図６は、２つの同軸ケーブル１６により、給電線路と音声信号伝送線路１０の一部を共用するとともに、残りの音声信号伝送線路１０の一部をアンテナ素子１３と共用する実施の形態を示す説明図である。なお、図６には、一方の同軸ケーブル１６側（図面左側）の回路のみを示しているが、他方の同軸ケーブル側（図面右側）の回路は一方の同軸ケーブル１６側（図面左側）の回路と対象になっている。

図６に示すように、イヤホンスピーカ１１の一方の端子は、所定の位置に所定の間隔で設けられた２つのチョークコイル４０及び４１を介して同軸ケーブル１６の給電点側の外部導体に接続される。そして、イヤホンスピーカ１１の他方の端子は、チョークコイル４２、直流カットコンデンサ４３、及び、チョークコイル４４を介して同軸ケーブル１６の内部導体に接続される。また、チョークコイル４２と同軸ケーブル１６の内部導体の間には、直流カットコンデンサ４３及びチョークコイル４４に並行するように、ＲＦ通過コンデンサ４５と可変容量ダイオード１７とが直列に接続され、イヤホンスピーカ１１の他方の端子は、チョークコイル４２、ＲＦ通過コンデンサ４５、及び、可変容量ダイオード１７を介しても同軸ケーブル１６の内部導体に接続される。さらに、可変容量ダイオード１７とＲＦ通過コンデンサ４５との接続経路と、可変容量ダイオード１７とチョークコイル４４との接続経路とを接続する位置には、可変容量ダイオード１７に並行して、積分コンデンサ４６とチョークコイル４７との直列接続が装荷される。この積分コンデンサ４６によって、可変容量ダイオード１７に加わる電圧の安定化が図られる。また、可変容量ダイオード１７のアノード端子は抵抗４８を介して同軸ケーブル１６の外部導体に接続される。なお、抵抗４８はチョークコイルであってもよい。

一方、同軸ケーブル１６の他端側においては、同軸ケーブル１６の内部導体は、ＲＦ通過コンデンサ５０を介してバラントランス１５の一方のポートの端子に接続される。また、同軸ケーブル１６の内部導体は、チョークコイル５１及び直流カットコンデンサ５２を介して、音響出力機（２０）のオーディオ信号源（左）５３に接続される。同様に、同軸ケーブル１６の外部導体は、チョークコイル５４及び直流カットコンデンサ５５を介して、音響出力機（２０）のオーディオ信号源（左）５３に接続される。また、同軸ケーブル１６の内部導体には、直流バイアスが抵抗５６を介して印加される。なお、抵抗５６はチョークコイルであってもよい。

この実施の形態の人体装着型アンテナ装置１、あるいは、イヤホンアンテナ２及び携帯電話機３では、給電点からイヤホンスピーカ１１までの音声信号伝送線路１０上に、周波数選択性部品としてのチョークコイル４０，４１，４２，及び，４４を装荷して音声信号を伝送するが高周波信号を伝送されにくくしている。これによって、音声信号伝送線路１０のうちの給電点からチョークコイル４２までの部分、つまり、図６中に破線を添えて示した部分線路Ａをアンテナ素子（１３）と共用している。また、図６中に破線で示した選択部分Ｂ乃至ＥにチョークコイルあるいはＲＦ損失性部品を適宜挿入することによって、音声信号伝送線路１０のアンテナ素子（１３）との共用部分以外に高周波電流が流れることを抑制することができる。アンテナ素子部分（１３）を流れる高周波電流は、アンテナ素子部分（１３）からＲＦ通過コンデンサ４５、さらに、可変容量ダイオード１７を介して同軸ケーブル１６の内部導体に流れ込む。これ以外の経路は、チョークコイル４０，４１，４２，及び，４４によりブロッキングされる。一方、同軸ケーブル１６に重畳されている音声信号は、チョークコイル４４及び直流カットコンデンサ４３を通過しイヤホンスピーカ１１に導かれる。

また、抵抗（あるいはチョークコイル）５６を介して同軸ケーブル１６に重畳されている直流バイアスによる直流電圧は、可変容量ダイオード１７に加えられる。可変容量ダイオード１７に加えられる電圧は、積分コンデンサ４６により積分され、平滑化されて時間変動の抑えられた直流逆バイアスとなる。なお、２本の同軸ケーブル１６の受信機（携帯電話機３）側は、ＲＦ通過コンデンサ５０を介してバラントランス１５に導かれるが、差動型の受信系の場合には、バラントランス１５を介さずにそれぞれの正相及び逆相入力に接続すればよい。

このように、イヤホンアンテナ２の音声信号伝送線路１０の一部をアンテナ素子（１３）と共用することにより、低コストでコンパクトなイヤホンアンテナ２あるいは人体装着型アンテナ装置１を実現することができる。

なお、受信機２１、音響出力機２０、給電線路１０、バラントランス１５、可変容量ダイオード１７及び２５に代えて、これらと等価なＩＣチップ６０を用いてもよい。図７は、このようなＩＣチップ６０を用いたイヤホンアンテナ２（人体装着型アンテナ装置１）を示す説明図である。図７に示すように、ＩＣチップ６０は、イヤホンアンテナ２の枝分かれの分岐点に配置される。また、ＩＣチップ６０は、一対のオーディオ左端子６１，６２、一対のオーディオ右端子６３，６４、及び、共振信号入力端子６５，６６を備えている。オーディオ左端子６１は、音声信号伝送線路１０上の所定の位置に装荷されたチョークコイル６７及び６８を介してイヤホンスピーカ１１の一方の端子に接続される。また、オーディオ左端子６２は、同様に、音声信号伝送線路１０上の所定の位置に装荷されたチョークコイル６９及び７０を介してイヤホンスピーカ１１の他方の端子に接続される。さらに、共振信号入力端子６５は、ＲＦ通過コンデンサ７１及びチョークコイル７０を介してイヤホンスピーカ１１の他方の端子に接続される。紙面の都合上、図面右側のイヤホンスピーカ１１を示していないが、オーディオ右端子６３，６４及び共振信号入力端子６６も同様にしてそれぞれイヤホンスピーカ１１に接続される。

このイヤホンアンテナ２（人体装着型アンテナ装置１）においても、音声信号伝送線路１０のうちの給電点（ＩＣチップ６０）からチョークコイル７０までの部分、つまり、図７中に破線を添えて示した部分線路Ｆをアンテナ素子（１３）と共用している。音声信号伝送線路１０上には適宜にチョークコイルを装荷して不要な電流の流れを防止するとよい。

このようなイヤホンアンテナ２（人体装着型アンテナ装置１）は、受信した地上ディジタル放送の映像を表示する携帯表示端末５と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのシリアルインターフェースによるシリアルケーブル６によってシリアル接続される。ＩＣチップ６０には、携帯表示端末５からシリアルデータが送信され、当該シリアルデータによって、受信周波数の調整やそれに伴う可変容量ダイオードなどの整合が制御される。一方、アンテナ素子（１３）を介して受信した地上ディジタル放送の画像データは、シリアルデータとして携帯表示端末５に伝送され、当該画像データに応じた画像が画像表示部８０に表示される。また、携帯表示端末５は、ホイップアンテナ８１、受信機（不図示）、ダイバーシチ回路（不図示）を備えており、アンテナ素子（１３）を介して受信した信号とホイップアンテナ８１を介して受信した信号とを利用してダイバーシチ受信を実現できる。なお、図８は、ＵＳＢインターフェースを採用し、ＩＣチップ６０を内臓したイヤホンアンテナ給電部９０を備えるイヤホンアンテナ２（人体装着型アンテナ装置１）の様子を示す説明図である。

図９は、図８に示したイヤホンアンテナ２（人体装着型アンテナ装置１）に対し、広帯域インピーダンス整合素子としての無給電素子１００を誘電体１０１によって音声信号伝送線路１０に取り付けた様子を示す説明図である。無給電素子１００は、放射器として機能する音声信号伝送線路１０よりも長さが短くなっており、このような無給電素子１００を設けることによって整合範囲を広帯域化することができる。また、図１０は、無給電素子１００を音声信号伝送線路１０の下方に設けた場合の様子を示す説明図である。このように、無給電素子１００を音声信号伝送線路１０の下方に設けると、イヤホンアンテナ２の無給電素子１００の配置部分の重心が下がるので安定化を図ることができる。また、重心が下がって安定化するので、無給電素子１００を音声信号伝送線路１０に取り付けている誘電体１０１にイヤホンアンテナ２のメーカーの商標などのロゴマークを示す文字１０２を配置すれば、ファッショナブルであり、好適な広告手段となる。

ところで、整合用集中定数素子の定数の設定方法、つまり、可変容量ダイオードの静電容量の設定方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、可変容量ダイオードの静電容量を現在受信している周波数の上下の周波数に対応する値とし、上下それぞれに対応する静電容量で実際に受信を行い、この上下の周波数における受信電力を測定する。そして測定の結果を比較し、電力量が最大となる静電容量を可変容量ダイオードの静電容量に設定することができる。また、可変容量ダイオードの静電容量の値をはさみ打ち法により更新して設定してもよいし、ＯＦＤＭ帯域内のサブキャリアの強度比較により更新して設定してもよい。

なお、本発明の実施の形態は上述の形態に限らず、本発明の技術的思想の範囲内で種々に変更することができる。例えば、上述の実施の形態では、音声信号伝送線路１０は、枝分かれした部分の長さが等しい平衡対称型ダイポール形状であるとしたが、図１１に示すように、枝分かれした部分の長さが異なる非対称型ダイポール形状のいわゆるネックチェーン型であってもよい。

本発明は、イヤホンを利用した携帯端末について使用される人体装着型アンテナ装置、イヤホンアンテナ、及び、携帯端末に適用可能である。

本発明に係る人体装着型アンテナ装置１、イヤホンアンテナ２、携帯端末３（携帯電話機）の全体構成を示す説明図である。イヤホンアンテナ２と携帯電話機３との構成例を示す説明図である。２本の給電線路としての同軸ケーブル１６を用いたイヤホンアンテナの給電方法の原理を示す説明図である。２本の同軸ケーブル１６を用いた給電方法において、整合用集中定数素子としての可変容量ダイオード１７を装荷した様子を示す説明図である。バイアス専用の線路３３を別途設けた場合の構成例を示す説明図である。２つの同軸ケーブル１６により、給電線路と音声信号伝送線路１０の一部を共用するとともに、残りの音声信号伝送線路１０の一部をアンテナ素子と共用する場合の構成例を示す説明図である。受信機２１、音響出力機２０、給電線路１０、バラントランス１５、可変容量ダイオード１７及び２５と等価なＩＣチップ６０を用いる場合の構成例を示す説明図である。ＵＳＢインターフェースを採用し、ＩＣチップ６０を内臓したイヤホンアンテナ給電部９０を備えるイヤホンアンテナ２の様子を示す模式図である。図８のイヤホンアンテナ２に対し、広帯域インピーダンス整合素子としての無給電素子１００を誘電体１０１によって音声信号伝送線路１０に取り付けた様子を示す説明図である。無給電素子１００を音声信号伝送線路１０の下方に設けた様子を示す説明図である。音声信号伝送線路１０の枝分かれした部分の長さが異なる非対称型ダイポール形状のイヤホンを示す説明図である。

符号の説明

１人体装着型アンテナ装置
２イヤホンアンテナ
３携帯電話機（携帯端末）
５携帯表示端末（携帯端末）
１０音声信号伝送線路
１１イヤホンスピーカ
１３アンテナ素子
１５バラントランス
１６同軸ケーブル（給電線路）
１７可変容量ダイオード（整合用集中定数素子）
２０音響出力機
２１受信機
２５可変容量ダイオード（整合用集中定数素子）
４２チョークコイル（周波数選択性部品）
６０ＩＣチップ
７０チョークコイル（周波数選択性部品）
１００無給電素子

Claims

音響出力機と受信機とを内蔵した携帯端末とイヤホンとからなる人体装着型アンテナ装置であって、
一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、
一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、
平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、
前記受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する２本の給電線路と、
前記アンテナ素子側の平衡と前記受信機側の不平衡とを変換するバラントランスと、
前記２本の給電線路の給電点側にそれぞれ装荷された２個の第１整合用集中定数素子と、
前記給電線路の給電点側との反対側に装荷され前記携帯端末の筺体内に位置する第２整合用集中定数素子とを備え、
前記左音声信号伝送線路と前記右音声信号伝送路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって前記２本の給電線路とともに１本に束ねられ、前記アンテナ素子は前記中途地点に給電点が位置するように配置され、
前記２個の第１整合用集中定数素子は、一端がそれぞれ前記アンテナ素子の一端に接続され、他端がそれぞれ前記２本の給電線路の内部導体の給電点側の一端に接続され、
前記アンテナ素子の一端それぞれと前記２本の給電線路の外部導体とは、チョークコイル又は抵抗を介して接続され、
前記バラントランスは、前記受信機側に設けられ、
前記２本の給電線路の内部導体の他端は、コンデンサを介して前記バラントランスの一方のポートの端子にそれぞれ接続されることを特徴とする人体装着型アンテナ装置。
前記左音声信号伝送線路及び前記右音声信号伝送線路は、前記給電点から前記左イヤホンスピーカ又は前記右イヤホンスピーカまでの間の所定の位置にそれぞれ周波数選択性部品を備え、前記給電点から前記周波数選択性部品が設けられた箇所までを前記アンテナ素子と共用されることを特徴とする請求項１に記載の人体装着型アンテナ装置。
前記左音声信号伝送線路及び前記右音声信号伝送線路の前記アンテナ素子との共用部分には、前記左音声信号伝送線路及び前記右音声信号伝送線路の放射器として機能する部分よりも長さが短い無給電素子が誘電体により広帯域インピーダンス整合素子として固定されていることを特徴とする請求項２に記載の人体装着型アンテナ素子。
音響出力機と受信機とを内蔵し、受信機への信号伝送経路上に第２整合用集中定数素子が装荷された携帯端末に着脱自在に接続されるイヤホンアンテナであって、
一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、
一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、前記音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、
平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、
前記受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する２本の給電線路と、
前記２本の給電線路の給電点側にそれぞれ装荷された２個の第１整合用集中定数素子を備え、
前記左音声信号伝送線路と前記右音声信号伝送路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって前記２本の給電線路とともに１本に束ねられ、前記アンテナ素子は前記中途地点に給電点が位置するように配置され、
前記２個の第１整合用集中定数素子は、一端がそれぞれ前記アンテナ素子の一端に接続され、他端がそれぞれ前記２本の給電線路の内部導体の給電点側の一端に接続され、
前記アンテナ素子の一端それぞれと前記２本の給電線路の外部導体とは、チョークコイル又は抵抗を介して接続されることを特徴とするイヤホンアンテナ。
一端の端部が左イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの左音声信号を伝送する左音声信号伝送線路と、一端の端部が右イヤホンスピーカに接続され、音響出力機からの右音声信号を伝送する右音声信号伝送線路と、平衡対称型ダイポール形状のアンテナ素子と、受信機に前記アンテナ素子からの信号を伝送する２本の給電線路と、前記２本の給電線路の給電点側にそれぞれ装荷された２個の第１整合用集中定数素子を備え、前記左音声信号伝送線路と前記右音声信号伝送線路とは、中途地点から音響出力機側が誘電体によって前記２本の給電線路とともに１本に束ねられ、前記アンテナ素子は前記中途地点に給電点が位置するように配置され、前記２個の第１整合用集中定数素子は、一端がそれぞれ前記アンテナ素子の一端に接続され、他端がそれぞれ前記２本の給電線路の内部導体の給電点側の一端に接続され、前記アンテナ素子の一端それぞれと前記２本の給電線路の外部導体とは、チョークコイル又は抵抗を介して接続されるイヤホンアンテナが着脱自在に接続される、前記音響出力機と前記受信機とを備えた携帯端末であって、
前記給電線路と前記受信機との間に装荷された第２整合用集中定数素子を備えることを特徴とする携帯端末。