JP5083133B2 - 同調型アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、基板ノイズを低減して受信感度を向上させる同調型アンテナに関する。

地上波デジタル放送の電波をノートパソコンや携帯電話機のような携帯端末機で受信するには、携帯端末機に収納できる小型のアンテナが必要になる。この目的で同調型アンテナが使用される。

図３に示されるように、従来の同調型アンテナ１０１は、基板（図示せず）上に形成された導体（図示せず）からなり外来電波を受波する受波素子１０２と、受波素子１０２の一端に接続され上記電波に合わせて受波素子１０２の電気長を調整する受波同調回路１０３と、受波素子１０２に現れる電力を受信信号として抽出する受信回路１０４とを備える。

基板は、図示していないが、携帯端末機等の機器の筐体内に収容されている。

受波素子１０２は、導体を所定の長さ設けて形成される。受波素子１０２は、受波同調回路１０３が接続された一端とは反対端側が２つの枝に分岐されており、その分岐された一方の枝の端部がグランドに接地され、もう一方の枝の端部が受信回路１０４の入力に接続される。

受波同調回路１０３には、電気長を調整する素子として可変容量素子１０５が使用される。可変容量素子１０５として、可変容量ダイオードがある。受波素子１０２の一端とグランドとの間に、可変容量素子１０５と直流遮断用容量１０６が直列に挿入され、可変容量素子１０５と直流遮断用容量１０６の接続点に対して高周波遮断用抵抗１０７を介して周波数制御電圧源１０８からの制御電圧が印加されるようになっている。

受信回路１０４は、前述したように受波素子１０２の枝の端部に接続され、増幅器で構成される。

受波同調回路１０３において周波数制御電圧源１０８からの制御電圧を変えると可変容量素子１０５の容量が変化するため、受波素子１０２の電気長が変化する。これにより、受波素子１０２に現れる電力を受信回路１０４で抽出して受信信号とすると、その受信信号の周波数が変化するので、受信する放送電波の周波数を変えることができる。

特許３３０７２４８号公報 特開２００３−２９８３４１号公報 特開２０００−１５１４４８号公報 特開２００６−３４５０４２号公報 特開２００６−６１４５５号公報 特開２００４−２６０４２８号公報 特開２００４−２３６１７１号公報 特開平１１−２７１６０号公報

従来の同調型アンテナ１０１は、基板上に形成された受波素子１０２の一端に可変容量素子１０５からなる受波同調回路１０３が接続されている。この構成は、機器内部で発生する電気的雑音が同じ機器の筐体内に収容されている基板と受波同調回路１０３を介して受波素子１０２に混入しやすい。このため、受信回路１０４から出力される受信信号には、受波素子１０２が受波した外来電波に機器内部で発生した電気的雑音が重畳される。このような携帯端末機の機器内部で発生する電気的雑音を基板ノイズと呼ぶ。

基板ノイズの発生箇所は、機器内部のあらゆる電子回路である。例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）回路、メモリ回路、液晶表示器駆動回路、撮像素子駆動回路、赤外線通信回路、電話帯域送受信回路、音声増幅回路、機械振動回路、キーボード回路、外部半導体メモリインタフェース回路、有線通信インタフェース回路、テレビ画像再生回路、電源安定回路などである。

従来の同調型アンテナ１０１は、外来電波に対する受信感度を良くしようとして、受信回路１０４の利得を高めると、基板ノイズについても利得が高くなり、受信回路１０４から出力される受信信号に含まれる基板ノイズが大きくなる。この結果、受信感度が向上しないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板ノイズを低減して受信感度を向上させる同調型アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、基板上に形成された電波を受波する受波素子と、該受波素子の一端に接続され上記電波の周波数に合わせて上記受波素子の電気長を調整する受波同調回路と、上記受波素子に現れる電力を受波信号として抽出する受信回路とを備えた同調型アンテナにおいて、上記基板のグランドに絶縁膜を介して形成され、電気的雑音を伝送する伝送線路と、該伝送線路に現れる電力と上記受波素子に現れる電力とを合成して上記受波信号から上記電気的雑音を除去した信号を上記受信回路に出力する電力合成回路とを備えたものである。

上記伝送線路の一端に接続され上記電波の周波数に合わせて上記伝送線路の電気長を調整する雑音同調回路を備えてもよい。

上記伝送線路に現れる電力を位相調整して上記電力合成回路に出力する移相器を備えてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）基板ノイズを低減して受信感度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る同調型アンテナ１は、基板２（図２参照）上に形成された導体３（図２参照）からなり外来電波を受波する受波素子４と、受波素子４の一端に接続され上記電波に合わせて受波素子４の電気長を調整する受波同調回路５と、受波素子４に現れる電力を受信信号として抽出する受信回路６とを備えた同調型アンテナ１において、基板２上に形成された導体７（図２参照）からなり電気的雑音を伝送する伝送線路８と、伝送線路８に現れる電力と受波素子４に現れる電力とを合成して受信回路６に出力する差動アンプからなる電力合成回路９とを備えたものである。

受波素子４の構成、受波同調回路５の構成、受信回路６の構成は、それぞれ従来の同調型アンテナ１０１のものと同じである。すなわち、受波素子４は、導体３を所定の長さ設けて形成され、受波同調回路５が接続された一端とは反対端側が２つの枝に分岐され、一方の枝の端部（狭隘部２０）がグランド１９に接地され、もう一方の枝の端部（受波信号出力端２１）は電力合成回路９に接続される。受波同調回路５には、可変容量素子１０が使用され、受波素子４の一端とグランド１９との間に、可変容量素子１０と直流遮断用容量１１が直列に挿入され、可変容量素子１０と直流遮断用容量１１の接続点に対して高周波遮断用抵抗１２を介して周波数制御電圧源１３からの制御電圧が印加されるようになっている。受信回路６は、増幅器で構成され、受信回路６の入力に電力合成回路９の出力が接続される。

なお、本発明では、直流遮断用容量１１として、可変容量ダイオードを用いると良い。直流遮断用容量１１が可変容量ダイオードである場合、可変容量素子１０による容量の可変幅に直流遮断用容量１１の可変幅を加えることで、直列容量の可変幅を大きくすることができ、受波素子４の電気長の調整範囲が広くなる。

伝送線路８は、受波素子４と同様に導体７を所定の長さ設けて形成される。ただし、伝送線路８には、枝分かれはない。

電力合成回路９は、差動アンプで構成される。差動アンプの２つの入力には、伝送線路８の反対端からの信号と受波素子４の反対端側の枝の端部からの信号とが入力されている。

本実施形態では、同調型アンテナ１は、伝送線路８の一端に接続され受波素子４で受信する電波の周波数に合わせて伝送線路８の電気長を調整する雑音同調回路１４を備える。雑音同調回路１４は、受波同調回路５と同様に可変容量素子１５を用いて構成される。伝送線路８の一端と可変容量素子１５との接続点に対して高周波遮断用抵抗１６を介して周波数制御電圧源１３からの制御電圧が印加されるようになっている。このように、雑音同調回路１４の可変容量素子１５は、受波同調回路５の可変容量素子１０と同じ周波数制御電圧源１３で制御されるようになっている。つまり、受波素子４の電気長を調整するとき、これに連動して伝送線路８の電気長を調整することができる。可変容量素子１０、１５の容量値の決定方法については後述する。

伝送線路８と雑音同調回路１４は、破線で示された基板ノイズ検出回路１７を構成する。この基板ノイズ検出回路１７は、絶縁膜を介してグランド１９上に形成され、可変容量素子１５の一端とグランド１９とが電気的に接続されている。このように基板ノイズ検出回路１７は、グランド近くに形成されているため、外部から飛来する電波は受信せず、機器内部で発生する電気的雑音のみを受信できる。

本実施形態では、同調型アンテナ１は、伝送線路８に現れる電力を位相調整して電力合成回路９に出力する移相器１８を備えている。すなわち、伝送線路８の反対端が移相器１８の入力に接続され、移相器１８の出力が電力合成回路９の一方の入力に接続される。移相器１８は、可変容量ダイオード、特にＭＥＭＳ可変容量で構成されるとよい。可変容量ダイオードでも位相調整が可能であるため、移相器の構成が簡単であり、特にＭＥＭＳ可変容量は損失が小さいからである。

図２に示されるように、本発明に係る同調型アンテナ１が搭載される基板２は、誘電体（絶縁体）の基板材料を１枚だけ使用したもの又は２枚以上積層したものである。基板２の表裏両面上又は各々の基板材料の間に導体を設けることができる。図中には、受波素子４となる部分を含んだ導体３と伝送線路８となる部分を含んだ導体７とその他の導体（ハッチング部分）が示されている。この図では、各導体が基板２のどの面に形成されているかは、無視している。

可変容量素子１０、直流遮断用容量１１、高周波遮断用抵抗１２、可変容量素子１５、高周波遮断用抵抗１６は、表面実装部品である。これらの表面実装部品を各導体間に実装することにより、図１の回路図で示される回路が基板２上に実現されている。

受波素子４は、基板２の大面積部分を占める導体であるグランド１９の右上端において、導体からなる狭隘部２０を介してグランド１９に繋がっていると共に、グランド１９から所定の距離を隔ててグランド１９と平行に伸びている。受波素子４の受波信号出力端２１は、狭隘部２０から所定の間隔を隔てた位置からグランド１９に向かって伸びている。受波信号出力端２１と電力合成回路９は別の導体２３で繋がれている。この導体２３は、グランド１９上に絶縁膜を介して形成されている。

導体７からなる伝送線路８は、電力合成回路９に繋がると共に、図示しない絶縁膜を介してグランド１９に沿って設けられている。これは、この基板２を収容する機器の外部から来る電磁波（受信したい放送電波）が伝送線路８に電圧を生じないようにしたものである。もし、外来電磁波を検出したいのであれば、伝送線路８は受波素子４のようにグランド１９から離れた場所に設けることになるが、本発明では、伝送線路８において機器内部で発生する電気的雑音（基板ノイズ）を検出することを目的としているので、伝送線路８はグランド１９に近い場所（グランド１９上）に設けて外来電磁波が検出されないようにする。

伝送線路８は、受波素子４の受波信号出力端２１の近傍まで伸びている。これは基板ノイズを受波素子４の受波信号出力端２１の近傍まで伝送したいからである。

具体的には、可変容量ダイオード（可変容量素子）１０とＤＣカット用コンデンサ（直流遮断用容量）１１と可変容量ダイオード１５とがほぼ一直線上に並ぶよう配置されている。受波素子４は、ＤＣカット用コンデンサ１１と可変容量ダイオード１０を介して基板に接地されているため、基板ノイズは受波同調回路５が接地されている場所２２から混入しやすい。この受波同調回路５が拾う基板ノイズを取り出すため、雑音同調回路１４の可変容量ダイオード１５も受波同調回路５がグランドに接地されている場所２２の近傍に配置する。これにより、受波同調回路５が拾う基板ノイズ（強度や位相）と雑音同調回路１４が拾う基板ノイズ（強度や位相）とを一致させることができる。

ここで、受波同調回路５に用いられる可変容量素子１０の容量値、雑音同調回路１４に用いられる可変容量素子１５の容量値、移相器１８として用いられる可変容量ダイオードの容量値の決定方法について説明する。

まず、所望の受信周波数ｆ１で共振するように、可変容量素子１０の容量値Ｃ１１を通常のアンテナと同様の方法で決定する。同様に、同じ周波数ｆ１で共振するように、雑音同調回路１４に用いられる可変容量素子１５の容量値Ｃ２１も通常のアンテナと同様の方法で決定する。次に、これらの容量値Ｃ１１，Ｃ２１を用いて、図１に示すアンテナ回路を構成する。そして、受波同調回路５及び雑音同調回路１４が受信周波数ｆ１で共振しているときに出力される受信信号を電力合成回路９から取り出して、図４に示すような周波数と電力の関係を測定する。この測定結果を見ながら、移相器１８として用いられる可変容量ダイオードの容量値を適宜調整して、受信信号のピークが鋭くなるように、移相器１８として用いられる可変容量ダイオードの容量値Ｃ３１を決定する。これを繰り返して、所望の受信周波数ｆｎと容量素子の容量値Ｃ１ｎ，Ｃ２ｎ，Ｃ３ｎとの関係をそれぞれ決定しておき、また、各容量値が得られるように周波数制御電圧源１３の印加電圧Ｖｎ及び高周波遮断抵抗１２，１６の抵抗値もあらかじめ定めておく。最後に、このアンテナが搭載される機器のマイコンなどに上記所望の受信周波数ｆｎと容量素子の容量値Ｃ１ｎ，Ｃ２ｎ，Ｃ３ｎとの関係をあらかじめ記憶させておき、機器の受信周波数に応じて周波数制御電圧源１３の印加電圧を変更し、各容量素子の容量値を変更して、アンテナとして機能させる。

本発明に係る同調型アンテナ１の動作を説明する。

受波素子４においては、周波数制御電圧源１３からの制御電圧によって受波同調回路５内の可変容量素子１０の容量が変化する。これにより、可変容量素子１０が一端に接続されている受波素子４の電気長が変化する。この電気長に応じた周波数の外来電波が受波されることになる。受波された信号は、受波信号出力端２１から電力合成回路９としての差動アンプに入力される。

機器内部では、電子回路から電気的雑音が発生しており、これが基板ノイズとして受波素子４が受波している外来電波に重畳される。

しかし、本発明では、上記したように基板ノイズ検出回路１７は、絶縁膜を介してグランド１９上に形成されているため、外部から飛来する電波は受信せず、機器内部で発生する電気的雑音のみを受信しており、伝送線路８から伝送された基板ノイズが受波素子４の受波信号出力端２１の近傍から移相器１８を経て電力合成回路９としての差動アンプに入力される。このとき、周波数制御電圧源１３からの制御電圧によって雑音同調回路１４内の可変容量素子１５の容量が変化する。これにより、可変容量素子１５が一端に接続されている伝送線路８の電気長が変化する。この電気長に応じた周波数（受波同調回路５で受信する外来電波と同じ周波数）の基板ノイズが伝送されることになる。

移相器１８では伝送線路８に現れる基板ノイズの電力が位相調整されるので、電力合成回路９における２つの電力の合成の具合（基板ノイズが相殺される具合）を調整することができる。

図４（ａ）は、ノイズ除去前の受波素子４が受信する信号の周波数と電力の関係図であり、図４（ｂ）は、基板ノイズ出力回路が出力する信号の周波数と電力の関係図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）で示した信号と図４（ｂ）で示した信号を電力合成回路９によって合成し、ノイズを除去した外来電波（真の受波信号）である。

電力合成回路９では、入力された２つの電力である受波素子４からの受波信号と基板ノイズ検出回路１７によって受信された後、移相器１８によって位相調整された基板ノイズとが合成される。受波素子４からの受波信号には、外来電波に基板ノイズが重畳されているが、合成された信号は、外来電波のみの受波信号（本来受波したい受波信号；真の受波信号）となる。

受信回路６では、外来電波のみの受波信号が入力されており、基板ノイズは除去されている。受信回路６の利得を高めると、外来電波のみの受波信号が大きく増幅される。よって、外来電波に対する受信感度が向上する。受信回路６の出力は、図示しないチューナに入力する。

本発明に係る同調型アンテナ１は、受信感度が向上したことによって、従来より小型化しても従来と同等の感度が得られることになるので、同調型アンテナ１を小型化することが可能となる。

また、従来の同調型アンテナ１０１は機器内部から電気的雑音を受けやすい場所には配置することができなかったが、本発明に係る同調型アンテナ１は機器内部から電気的雑音を受けやすい場所でも配置することができる。これにより、配置の自由度が増すため、機器のデザインにアンテナ配置からくる制約がなくなり、デザインが容易になる。

以上説明したように、本発明に係る同調型アンテナ１は、従来と同構造の受波素子４及び受波同調回路５に加えて、伝送線路８及び雑音同調回路１４からなる基板ノイズ検出回路１７を設けて基板ノイズを検出すると共に電力合成回路９を設けて検出された基板ノイズと受波信号を合成するようにしたので、外来電波に重畳されている基板ノイズを相殺することによって除去することができる。

本発明に係る同調型アンテナ１は、基板ノイズ検出回路１７には、雑音同調回路１４と移相器１８が接続されているので、受波素子４及び受波同調回路５における同調動作と連動させてこれらの雑音同調回路１４と移相器１８を調整することにより、同調型アンテナ１が最適な受信感度となるような調整を行うことができる。

本発明に係る同調型アンテナ１は、携帯端末機の地上波デジタル放送受信用内蔵アンテナ、ノートパソコンの地上波デジタル放送受信用内蔵アンテナ、その他のチューナブル受信用アンテナに利用することができる。また、ＭＥＭＳ可変容量を用いる場合は、電力が大きくできるため、送受信アンテナにも使用することができる。

本発明の一実施形態を示す同調アンテナの回路図である。 図１の同調アンテナの実体配線図である。 従来の同調アンテナの回路図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の同調型アンテナの各部における信号の周波数対電力特性図である。

符号の説明

１ 同調型アンテナ
２ 基板
３ 導体
４ 受波素子（逆Ｆ型アンテナ）
５ 受波同調回路
６ 受信回路
７ 導体
８ 伝送線路
９ 電力合成回路
１３ 周波数制御電圧源
１４ 雑音同調回路
１７ 基板ノイズ検出回路
１８ 移相器

Claims (3)

1. 基板上に形成された電波を受波する受波素子と、該受波素子の一端に接続され上記電波の周波数に合わせて上記受波素子の電気長を調整する受波同調回路と、上記受波素子に現れる電力を受波信号として抽出する受信回路とを備えた同調型アンテナにおいて、
   上記基板のグランドに絶縁膜を介して形成され、電気的雑音を伝送する伝送線路と、該伝送線路に現れる電力と上記受波素子に現れる電力とを合成して上記受波信号から上記電気的雑音を除去した信号を上記受信回路に出力する電力合成回路とを備えたことを特徴とする同調型アンテナ。
2. 上記伝送線路の一端に接続され上記電波の周波数に合わせて上記伝送線路の電気長を調整する雑音同調回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の同調型アンテナ。
3. 上記伝送線路に現れる電力を位相調整して上記電力合成回路に出力する移相器を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の同調型アンテナ。

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