JP5834487B2 - Ｕｓｂケーブルアンテナ - Google Patents

Description

本開示は、情報端末機器の入出力用に用いられるＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルの機能を拡張させたＵＳＢケーブルアンテナに関する。

一般に、携帯電話機等の情報端末機器により、テレビジョン放送等を受信するためには、情報端末機器内に専用の受信アンテナを設けるか、オーディオ信号を聞くためのイヤホン端子からアンテナ入力を取り込むかのいずれかの方法が用いられている。

一方、家庭内の台所など、テレビジョン放送用のアンテナコンセントがない部屋でテレビジョン放送を受信したいという要求があるが、このような場合、電力伝送用のケーブルをテレビジョン放送用のアンテナとして利用することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の技術では、電力伝送用ケーブルの電源回路側に設けた高周波遮断用のインダクタと、携帯端末側に設けた高周波遮断用のインダクタとの距離を、受信するテレビジョン放送等の搬送周波数の１／４波長の整数倍に設定している。これにより、広い周波数帯域のテレビジョン放送等の受信が可能になる。

また、アンテナとして使用するケーブルに、周波数が重複する別の信号を伝送させる際に、コネクタを共有化しても十分なアンテナ特性を得られる受信装置が、本発明者等により提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１０−１５７９９１号公報 特開２０１０−２１９９０４号公報

このような状況の中で、情報端末機器によりＦＭラジオやテレビを視聴したいというニーズは、これまでと同様に多くある。しかし、一方で最近の情報端末機器の薄型化、小型化に伴って、多くのコネクタを載せるスペースが不足している。
そこで、全ての情報端末機器の信号伝送用及び電力の給電用に用いられるＵＳＢケーブルを、テレビジョン放送等の電波を受信するアンテナとして使うことができればその効果は大きい。

本開示の目的は、情報端末機器のＵＳＢ端子に接続されるＵＳＢケーブルに高周波信号のアンテナ機能を持たせ、このＵＳＢケーブルを用いて、ＦＭラジオやテレビジョン等の電波を受信できるＵＳＢケーブルアンテナを提供することである。

上記課題を解決するため、本開示のＵＳＢケーブルアンテナは、情報端末機器に接続される所定長のＵＳＢケーブルに接続されるＵＳＢコネクタのＩＤ端子に該ＵＳＢケーブルの金属シールドを接続する。
また、ＵＳＢケーブルの電源供給ライン、及びグランドラインの両端に所望帯域の高周波信号に対して高インピーダンスとなる高周波遮断素子を接続し、更に、電源供給ラインに挿入される高周波遮断素子は、グランドラインの両端に接続される高周波遮断素子と異なり、電流が流れても高周波特性が維持できるフェライトビーズで構成されている。
そして、ＵＳＢケーブルの差動信号の伝送ラインの両端に前記所望帯域の高周波信号に対して高インピーダンスとなるコモンモードチョークを接続することにより、ＵＳＢケーブルを所望帯域の高周波信号を受信するアンテナとして兼用するようにしている。

なお、このアンテナで受信される所望帯域の高周波信号は、ＦＭ帯、ＶＨＦ帯、またはＵＨＦ帯のいずれかまたは複数の帯域の信号である。

本開示のＵＳＢケーブルアンテナによれば、情報端末機器とホストコンピュータとの接続に必須なＵＳＢケーブルを、テレビジョン放送等を受信する高周波アンテナとして用いることができるので、情報端末機器側に内蔵アンテナを設ける必要がない。また、テレビジョン放送等の受信アンテナを接続するための専用のコネクタを情報端末機器側に設ける必要がないので、情報端末機器の更なる小型化、薄型化を実現することが可能となる。

本開示のＵＳＢケーブルアンテナの実施の形態例を示す概略図である。 一方の側にＡタイプのＵＳＢコネクタが接続され、他方の側にＢタイプのＵＳＢコネクタが接続されたＵＳＢケーブルアンテナの具体例を示した図である。 図２で示したＵＳＢケーブルアンテナにおいて、グランドラインに挿入されるフェライトビーズ（ＦＢ）の直流抵抗を１Ω、差動信号ラインに挿入されるコモンモードチョークの高周波抵抗を９０Ω（100MHz）として、ＵＳＢ1.1とＵＳＢ2.0の差動信号のコンプライアンス試験を行ったときのアイパターンを示す図である。 図２で示したＵＳＢケーブルアンテナにおいて、グランドラインに挿入されるフェライトビーズ（ＦＢ）の直流抵抗を0.05Ω、差動信号ラインに挿入されるコモンモードチョークの高周波抵抗を９０Ω（100MHz）として、ＵＳＢ1.1とＵＳＢ2.0の差動信号のコンプライアンス試験を行ったときのアイパターンを示す図である。 図２で示したＵＳＢケーブルアンテナにおいて、グランドラインに挿入されるフェライトビーズ（ＦＢ）の直流抵抗を0.05Ω、差動信号ラインに挿入されるコモンモードチョークの高周波抵抗を１２０Ω（100MHz）として、ＵＳＢ1.1とＵＳＢ2.0の差動信号のコンプライアンス試験を行ったときのアイパターンを示す図である。 図２で示したＵＳＢケーブルアンテナを用いて、ＶＨＦ帯（Ａ）とＵＨＦ帯（Ｂ）のテレビ電波を受信したときの周波数−ゲイン特性を示す図である。 ＵＳＢケーブルアンテナの電力伝送線に設けられるフェライトビーズ（ＦＢ）に電流を流したときの周波数と高周波インピーダンスとの関係を示す図である。 ＵＳＢケーブルアンテナが接続されるＵＳＢ−Ａコネクタの具体的な構成を示す図である。 ＵＳＢケーブルアンテナにＡＣアダプタを接続しない場合（Ａ）とＡＣアダプタを接続した場合（Ｂ）の周波数−ゲイン特性を示す図（但し、フェライトコアを挿入した場合）である。 ＵＳＢケーブルアンテナにＡＣアダプタを接続しない場合（Ａ）とＡＣアダプタを接続した場合（Ｂ）の周波数−ゲイン特性を示す図（但し、フェライトコアを挿入しない場合）である。

上述したように、最近の情報端末機器の小型化、薄型化に伴い、情報端末機器側でテレビジョン放送の電波を受信するために必要とされるアンテナや、外部アンテナと接続する専用コネクタを設けるスペースの確保が難しくなっている。例えば、テレビジョン放送の電波を受信するためのアンテナとして、発明者等は、イヤホンアンテナに関するいくつかの提案を行っている。しかし、一方で、このイヤホンアンテナに必要とされるイヤホン用の端子径の大きさが、情報端末機器の薄型化を更に進める上で１つの障害になっていることも事実である。

このため、最近の薄型の情報端末機器では、イヤホン端子を持たずに、ＵＳＢ端子のみを設けているものもある。このような情報端末機器では、ＵＳＢケーブルを使って、ホストコンピュータから情報端末機器への充電を行うとともに、ホストコンピュータと情報端末機器との間でさまざまな信号伝送を行っている。

発明者等は上述の問題を解決するために、情報端末機器に必ず搭載されるＵＳＢ端子とこれに接続されるＵＳＢケーブルに着目し、ＵＳＢケーブルをテレビジョン放送等の受信アンテナとして使うことができないかと考え、様々な思考と実験を試みてきた。その結果、以下に説明するように、ＵＳＢケーブルをテレビジョン放送等の電波を受信できるアンテナとして使う方法を案出したのである。

以下、図１〜図１０を参照して、本開示のＵＳＢケーブルアンテナの実施の形態例（以下、「本例」という）を説明するが、説明は以下の順に行うこととする。
１．ＵＳＢケーブルアンテナの概略構成
２．ＵＳＢケーブルアンテナの具体例
３．ＵＳＢケーブルアンテナのＵＳＢケーブル機能の維持についての検証
４．ＵＳＢケーブルアンテナの周波数−ゲイン特性
５．ＵＳＢケーブルアンテナの電源供給ラインに挿入されるＦＢの高周波インピーダンス特性
６．ＵＳＢケーブルアンテナが接続されるＵＳＢ−Ａコネクタの一具体例
７．ＵＳＢケーブルアンテナにＡＣアダプタを接続したときの特性比較

＜ＵＳＢケーブルアンテナの概略構成＞
図１は、本例のＵＳＢケーブルアンテナの構成とその動作原理を説明するための図である。図１に示すように、情報端末機器（以下、「セット」ということもある）側にＵＳＢケーブル接続用のメス型のＵＳＢコネクタが設けられる。このセット側に設けられるＵＳＢコネクタを、以下「セット側ＵＳＢコネクタ１０」という。

そして、適当な長さ（例えば９５〜１１５ｃｍ程度）の同軸シールド線の一端にオス型でＢタイプのＵＳＢコネクタを取り付けている。このオス型のＵＳＢコネクタを、セット側ＵＳＢコネクタ１０と区別するために、「ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０」という。
また、ＵＳＢケーブルの他端には、オス型のＡタイプのＵＳＢコネクタが取り付けられている。このＵＳＢコネクタを「ケーブル側ＵＳＢ−Ａコネクタ３０」と呼ぶことにする。このＵＳＢコネクタは、標準タイプのＵＳＢコネクタであり、ホストコンピュータ側に接続するためのものである。

まず、図１を参照して、セット側ＵＳＢコネクタ１０について説明し、その後、本例のＵＳＢケーブルアンテナとの具体的な接続関係について説明する。
一般に、セット側ＵＳＢコネクタ１０（メス型）とケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０（オス型）は、５個の接続ピンとシールド端子を有している。これらのセット側ＵＳＢコネクタ１０及びケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０としては、通常、μＵＳＢ−Ｂコネクタが用いられる。これに対して、ホストコンピュータ側に接続されるケーブル側ＵＳＢ−Ａコネクタ３０は、電源が供給できる標準型のＡタイプのＵＳＢコネクタである。
なお、最近ではＡタイプとＢタイプの区別が曖昧になっており、セット側ＵＳＢコネクタ１０として、ＡタイプあるいはＡＢタイプ（ホスト側とセット側の両方に兼用されるＵＳＢコネクタ）のμＵＳＢコネクタが用いられることもある。

図１に示すように、セット側ＵＳＢコネクタ１０の１ピンは、電源供給用のＶｂｕｓ／ＭＩＣ端子であり、この１ピンを経由して不図示のホストコンピュータ側から情報端末機器（セット）への給電がなされるとともに、セットに接続されたイヤホンマイクなどに電圧が供給される。このセット側ＵＳＢコネクタ１０の１ピンが接続されるラインには、高周波遮断用のフェライトビーズ１１が直列に接続されている。以下、フェライトビーズを単に「ＦＢ」と略記する。

セット側ＵＳＢコネクタ１０の２ピンと３ピンは、ＵＳＢケーブルを通して送受信される差動信号の信号ラインの端子であり、この端子に音声信号が入力される場合には、２ピン（Ｄ−端子）がＬチャンネルの端子、３ピン（Ｄ＋端子）がＲチャンネルの端子となる。この差動で用いられる２ピンと３ピンが接続されるラインには、コモンモードチョーク１２が接続されている。そして、このコモンモードチョーク１２によって高周波信号が遮断されて、音声信号のみが通過するようになっている。以下の説明では、この高周波信号を「ＲＦ信号」または「アンテナ信号」ということもある。

セット側ＵＳＢコネクタ１０の４ピンは、差し込まれたプラグの種類と、そのプラグが何に使われるのかという用途を識別するためのＩＤ端子（ＩＤはIdentificationの略で、「識別端子」の意味）である。
図１に示すように、本例のセット側ＵＳＢコネクタ１０では、このＩＤ端子として使われる４ピンを、テレビジョン放送等を受信するためのアンテナ端子に用いている。このため、４ピンが接続されるラインに約１０００ｐＦのコンデンサ１４を直列接続し、このコンデンサ１４を介して４ピンに供給されたアンテナ信号をセット内の不図示のチューナー回路に供給する。

また、セット側ＵＳＢコネクタ１０の４ピンは、当然のこととして、通常のＩＤ端子として利用される。通常のＩＤ端子としての機能を実現する上で、テレビジョン等の高周波信号は邪魔になるから、これを取り除くために、４ピンが接続されたラインには、コンデンサ１４と並列に高周波信号遮断素子としてのＦＢ１３が接続されている。これによりテレビジョン信号などの高周波のアンテナ信号が除かれたＩＤ信号が、セット側の不図示のＩＤ識別回路に出力される。
なお、セット側ＵＳＢコネクタ１０の５ピンは、接地用のグランド端子であり、この５ピンが接続されるラインは、後述するケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０及びセットの各外部シールドと接続され、接地されている。

また、上述したように、図１に示すＵＳＢケーブルアンテナでは、同軸シールド線２１の一端に基板２２を設け、この基板２２にオス型のケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０を接続している。このケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０も、セット側ＵＳＢコネクタ１０と同様に、通常はＢタイプのμＵＳＢコネクタが用いられるが、それ以外にもＡタイプあるいはＡＢタイプのμＵＳＢコネクタを用いることも可能である。

ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０のＩＤ端子（４ピン）とグランド線の間には、抵抗器２３が接続されており、この抵抗器２３の値でどんな用途のＵＳＢコネクタが接続されているのか、そしてＵＳＢケーブルがどのように使われているのかが分かるようになっている。
また、このＩＤ端子には、同軸シールド線２１の金属シールド２７が接続されており、この金属シールド２７が後述するモノポールアンテナとしての機能を果たしている。

また、図１に示すケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０の１ピンが接続される電源供給ラインには、高周波信号を遮断するための素子であるＦＢ２４が接続されている。そして、差動信号を伝送する２ピン（Ｄ−端子）と３ピン（Ｄ＋端子）には、コモンモードチョーク２５が接続されている。このコモンモードチョーク２５も、セット側ＵＳＢコネクタ１０に設けられるコモンモードチョーク１２と同様に、高周波を遮断する機能を持っている。なお、ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０の５ピンが接続されるグランドラインには、同様に高周波を遮断する素子であるＦＢ２６が接続されている。

図１に示すように、同軸シールド線２１の他端には、標準用のＡタイプのケーブル側ＵＳＢ−Ａコネクタ３０が接続されている。このケーブル側ＵＳＢ−Ａコネクタ３０の１ピンには、高周波遮断用のＦＢ３１が接続されている。また、差動信号が供給される２ピンと３ピンが接続される信号ラインには、コモンモードチョーク３２が接続されている。更に、５ピンが接続されるグランドラインにも高周波遮断用のＦＢ３３が接続されている。なお、通常のＵＳＢケーブルの信号機能とテレビジョン信号のような高周波信号のアンテナ機能の両方を満足させるためには、グランドラインに挿入されるＦＢ３３の直流抵抗は０．２５Ω以下とすることが望ましい。また、コモンモードチョーク３２としては、例えば１００ＭＨｚの高周波に対して９０Ωとなる製品や１２０Ωになる製品等が用いられる。

また、本例のＵＳＢケーブルアンテナにおいては、同軸シールド線２１の外皮導体である金属シールド２７が、ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０のＩＤ端子（４ピン）に接続されている。図１に示すように、このＩＤ端子に接続される金属シールド２７は、グランドラインとは異なるシールド用のラインである。

金属シールド２７をＩＤ端子（４ピン）と接続して、テレビジョン信号等の電波の受信に使う理由は以下の通りである。
すなわち、ＵＳＢ2.0の信号転送に用いられる転送クロックは４８０Ｍｂｐｓに定められている。この転送クロック信号は差動信号ラインとグランドライン間で動作するため、ＵＳＢケーブルのグランドラインをテレビジョン信号のアンテナとして使うと、このアンテナにはテレビジョン等のＲＦ信号に加えて、ＵＳＢの４８０Ｍｂｐｓのクロック信号が重畳された状態になる。いわゆる「かぶり現象」が発生する。

このため、ＵＳＢケーブルをテレビジョン放送用のアンテナとして利用する場合には、グランドラインをアンテナとして利用することはできない。発明者等は、実験の結果、グランド線とは異なる金属シールド２７を使用することでこの問題を解決することができることを見いだした。
なお、ＵＳＢ2.0の４８０Ｍｂｐｓのクロックは、２４０ＭＨｚの周波数に相当するので、特に悪影響を受けるのはＶＨＦ−Ｈ（ハイバンド）帯になる。

また、オス型のケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０を、メス型のセット側ＵＳＢコネクタ１０に挿入した際に、テレビジョン放送等の電波を受信できるアンテナが挿入されたかどうかの判別（検知）を行う必要がある。このため、ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０のＩＤ端子（４ピン）が接続されるラインと５ピンが接続されるグランドラインの間に、抵抗器２３を挿入している。この抵抗器２３の抵抗値は、ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０の種類、言い換えると、このケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０がどのような用途で使われるかにより異なった値とされる。
したがって、この抵抗器２３の値（抵抗値）を検出することで、テレビジョン放送等のアンテナ機能を持つＵＳＢコネクタが挿入されたことを検出することができる。

なお、抵抗器２３の抵抗値は、通常ハイインピーダンス（数百kΩ）となるので、ＩＤラインとグランドラインは、高周波的にはオープンであり、グランドラインからのＩＤラインへのアンテナ特性への影響はない。しかし、注意すべきはＩＤライン以外の各ラインに接続されたＦＢ６４〜６７の通過後に、結合容量等のキャパシタで高周波結合してしまう場合がある。このような場合には、各端子へ高周波電流が流れてしまうため、アンテナ特性が劣化してしまう。

＜ＵＳＢケーブルアンテナの具体例＞
図２は、上述したＵＳＢケーブルアンテナのサンプルを示したものである。（Ａ）は上側から見た平面図、（Ｂ）はＢタイプのケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０（ここでは、μＵＳＢ−Ｂコネクタ）の断面図、（Ｃ）はＡタイプのケーブル側ＵＳＢ−Ａコネクタ３０（ここでは標準タイプのＵＳＢ−Ａコネクタ）の断面図、（Ｄ）は正面図である。各図の寸法はＵＳＢコネクタ及びμＵＳＢコネクタの標準規格に基づいている。なお、図２において図１と同じものは同一の符号を付している。

図２に示すように、ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０の狭い方の辺幅は７ｍｍであり、今後更に薄型化の方向に向かう携帯電話機等の接続端子として好適なものとなっている。一方、ホストコンピュータに接続されるケーブル側ＵＳＢ−Ａコネクタ３０の断面の狭い方の幅は７．８ｍｍである。

日本のテレビジョン放送では９０〜１０８ＭＨｚ（１〜３ｃｈ）、１７０〜２２２ＭＨｚ（４〜１２ｃｈ）のＶＨＦ帯域と、４７０〜７７０ＭＨｚ（１３〜６２ｃｈ）のＵＨＦ帯域が使用されている。なお、ＶＨＦ帯のうち、９０〜１０８ＭＨｚをＶＨＦ−Ｌ（ローバンド）帯といい、１７０〜２２２ＭＨｚをＶＨＦ−Ｈ（ハイバンド）帯と分けて呼ぶこともある。本例のＵＳＢケーブルアンテナでは、ケーブルの長さをＶＨＦ−Ｈ帯とＵＨＦ帯の両方を受信できるように、２００ＭＨｚの約３／４波長（３／４・λ）の１１５ｃｍに調整している。なお、ＵＨＦは、高周波励振で受信する。

＜ＵＳＢケーブルアンテナのＵＳＢ機能の維持についての検証＞
上述した本例のＵＳＢケーブルアンテナのケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ２０をセット側ＵＳＢコネクタ１０に接続してテレビジョン信号の受信を行ったときに、本来のＵＳＢ機能が維持されるか否かが重要である。このため、本例のＵＳＢケーブルアンテナにおいて、ＵＳＢの機能が劣化しないかどうかについて検証するためのコンプライアンス試験を実施した。図３〜図５は、本例のＵＳＢケーブルアンテナが、ＵＳＢ1.1とＵＳＢ2.0の２つの規格を満足するかどうかを調べたコンプライアンス試験のアイパターンを示した図である。

図３は、図２で示したＵＳＢケーブルアンテナにおいて、グランドラインのＦＢ２６、３３の直流抵抗を１Ω、差動信号を伝送するＤ−ライン、Ｄ＋ラインに接続されるコモンモードチョーク２５、３２を９０Ω（１００ＭＨｚ）として、ＵＳＢのコンプライアンス試験を行った結果を示すものである。図３（Ａ）はＵＳＢ1.1のコンプライアンス試験のアイパターン４０ａを示し、図３（Ｂ）はＵＳＢ2.0のコンプライアンス試験のアイパターン４０ｂを示す。

このアイパターンは、アイダイヤグラムあるいはアイ開口率ともいい、信号波形の遷移を多数サンプリングして重ね合わせ、これをグラフィカルに表示したものである。横軸は時間、縦軸は電圧を表わしている。このアイパターンを見て、信号波形が同じ位置(タイミングと電圧)で複数重ね合っていれば、品質の良い波形とされ、 逆に、信号波形の位置(タイミングと電圧)がずれていて、中央の六角形の形（テンプレート）に信号波形が重なる場合は、品質の悪い波形とされる。また、伝送特性の悪いものは、中央の六角形の形（テンプレート４３）が薄く扁平な形状になり、その面積が小さくなることも知られている。なお、このテストは、信号線とテンプレートの関係が人間の目が開いた形に似ていることから、アイパターンテスト（またはアイダイヤグラムテスト）と呼ばれる。

ここで、アイパターン４０ａは、グランドラインに挿入されるＦＢの直流抵抗が１Ωで、１００ＭＨｚにおけるコモンモードチョークのインピーダンスが９０Ωの場合の、ＵＳＢ1.1のコンプライアンス試験結果を示したものである。このＵＳＢ1.1のコンプライアンス試験では、Ｄ＋＝０．３５Ｖ、Ｄ−＝−０．３５Ｖの信号線を通る、位相が１８０°異なる差動信号４１ａ、４２ａを同時に表示する。この表示されたアイパターン４０ａを見る限りにおいて、差動信号４１ａまたは４２ａの波形の一部が六角形状のテンプレート４３ａに重なっていることが分かる。この結果から、本連のＵＳＢケーブルアンテナは、ＵＳＢ1.1の機能を満足しないこと、つまりＵＡＢ1.1のコンプライアンス試験では不合格（ＮＧ）ということになった。

一方、図３（Ｂ）のアイパターン４０ｂは、グランドラインに挿入されるＦＢの直流抵抗が１Ωで、１００ＭＨｚにおけるコモンモードチョークのインピーダンス９０Ωの場合の、ＵＳＢ2.0のコンプライアンス試験結果を示すものである。このＵＳＢ2.0のコンプライアンス試験では、Ｄ＋＝０．４Ｖ、Ｄ−＝−０．４Ｖの信号線を通る、位相が１８０°異なる差動信号４１ｂ、４２ｂを同時に表示している。この図３（Ｂ）を見る限り、Ｄ＋＝０．４Ｖ、Ｄ−＝−０．４Ｖの平行線の間に、２ピンと３ピンが接続されるラインを伝搬する差動信号４１、４２が入り、更にこれらの２つの差動信号４１、４２が囲む領域内に六角形状のテンプレート４３が入っていることが分かる。

つまり、図３（Ｂ）は、ＵＳＢ2.0に関する限り、ケーブルが接続されるＵＳＢコネクタの４ピンをアンテナ入力端子として利用した場合でも、アイパターンテストに合格していること、言い換えるとＵＳＢ2.0の規格を満たしていることを示している。なお、ＵＳＢ2.0の規格では、ＵＳＢ信号の伝送のクロックは４８０Ｍｂｐｓであり、周波数帯としてはＶＨＦ帯（２４０ＭＨｚ）に相当する。

図４（Ａ）、（Ｂ）も、図２で示したＵＳＢケーブルアンテナを用いてＵＳＢ1.1とＵＳＢ2.0の差動信号のコンプライアンス試験を行った結果を示すアイパターン５０ａ、５０ｂである。図３（Ａ）、（Ｂ）と異なるところは、グランドに挿入したＦＢ２６、３３の直流抵抗を０．０５Ωとした点である。コモンモードチョーク２５、３２の１００ＭＨｚにおけるインピーダンスは９０Ωのままである。

図４（Ａ）に示されるように、アイパターン５０ａでは、Ｄ＋とＤ−の全ての差動信号線５１ａ、５２ａが、アイパターン５３ａを取り囲んでいる。また、図４（Ｂ）に示すアイパターン５０ｂも、差動信号線Ｄ＋及びＤ−の差動信号線が５１ｂ、５２ｂがアイパターン５３ｂを取り囲み、重なっていない。この結果は、このＵＳＢケーブルアンテナがＵＳＢ1.1とＵＳＢ2.0のコンプライアンス試験に合格したこと、つまりＵＳＢ1.1とＵＳＢ2.0の両方の規格を満足していることを意味している。

図５も、図２で示したＵＳＢケーブルアンテナのコンプライアンス試験結果を示すアイパターン図である。図４と異なるところは、差動信号線に挿入されるコモンモードチョーク２５、３２として１００ＭＨｚのインピーダンスが１２０Ωの製品を使った点である。グランドラインのＦＢ２６、３３の直流抵抗は図４と同じ０．０５Ωとしている。
この図５（Ａ）に示すＵＳＢ1.1のコンプライアンス試験において、Ｄ＋とＤ−の全ての差動信号線６１ａ、６２ａが、アイパターン６３ａを取り囲んでおり、図５（Ｂ）のＵＳＢ2.0のコンプライアンス試験でも、同様にＤ＋とＤ−の全ての差動信号線６１ｂ、６２ｂが、アイパターン６３ｂの外側にあり、重なっていない。

この結果から、グランドラインに挿入するＦＢ２６、３３の直流抵抗と、差動信号線に挿入するコモンモードチョーク２５、３２のインピーダンスを適当に選択することにより、ＵＳＢ1.1とＵＡＢ2.0の両方の規格を満足するＵＳＢケーブルアンテナが得られることが証明された。

＜ＵＳＢケーブルアンテナの周波数−ゲイン特性＞
既に述べたように、図１及び図２に示した本例のＵＳＢケーブルアンテナは、セットのグランド（ＧＮＤ）との間でモノポール型アンテナを構成する。このＵＳＢケーブルアンテナを用いてＶＨＦ−Ｈ帯とＵＨＦ帯のテレビジョン放送の電波を受信する実験を行った。すなわち、図２に示したＵＳＢケーブルアンテナのサンプルを、メス型のセット側ＵＳＢコネクタ１０（図１参照）に接続して、テレビジョン電波等の高周波信号の伝送特性を調べた。

表１及び図６（Ａ）は、図１に示したＵＳＢケーブルアンテナにより、ＶＨＦ帯域のテレビジョン放送を受信したときの周波数−ゲイン特性を示している。
表１及び図６（Ａ）に示すように、１７０〜２２０ＭＨｚのＶＨＦ帯域では、垂直偏波で−５ｄＢ（210MHzで-4.04ｄB）以上のゲイン特性を示し、水平偏波では、−２０ｄＢ（210MHzで−17.24dB）以上のゲイン特性を示すことが確認された（表１参照）。

また、表２及び図６（Ｂ）は、ＵＨＦ帯域のテレビジョン放送を受信したときの周波数−ゲイン特性であり、図６（Ｂ）に示すように、４７０〜８７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域では、垂直偏波は−１２ｄＢ以上、水平偏波は−８ｄＢ以上のゲイン特性を示した。
これらの結果は、図１、２に示したＵＳＢケーブルアンテナがテレビジョン放送のＶＨＦ−Ｈ帯やＵＨＦ帯のアンテナとしての機能を十分に発揮することを表している。また、今後、ＶＨＦ帯を利用して放送することが計画されているマルチメディア放送に対してもアンテナとして適用可能となることを意味している。

＜ＵＳＢケーブルアンテナの電源供給ラインに挿入されるＦＢの高周波インピーダンス特性＞
次に、図１に示す電源供給ライン（Ｖｂｕｓライン）に接続されるＦＢ２４、３１について、更に説明を加えておく。ＦＢ２４、３１は、グランド線に接続されるＦＢ２６、３３とは異なり、電流が流れても高周波特性が維持できる特殊なフェライトビーズ（ＦＢ）である。
グランドラインに挿入されるＦＢ２６、３３のような通常用いられるＦＢは、コイルの周りに磁性材料があり、高周波的にインピーダンスが高い状態、すなわち高周波損失（ロス）が多い状態を用いて、高周波電流を熱に変えて、高周波電流を取り除いている。つまり、高周波信号遮断素子としての役割を果たしている。

このような通常のＦＢ２６，３３では、コイルが磁性材料の中にある状態で作製されるので、電流が増えると、磁性材料が飽和する。つまり、通常のＦＢでは、閉磁路が形成されており、磁束が閉じ込められるため、大きな電流が流れると飽和しやすくなる。したがって、本来持っている特性を維持できなくなってしまう。
これに対して、ＵＳＢ端子の１ピンが接続される電源供給用のラインに設けられたＦＢ２４、３１は、大きな電流が流れる場合を考慮して作製されており、コイルと磁性材料とで開磁路を形成している。したがって、磁性材料があっても磁束が閉じ込められないので、コイルに大きな電流が流れても、コイルの中のみで熱に変えられ、磁性材料が飽和しにくい構造をとっている。

図７は、ＵＳＢケーブルアンテナのＶｂｕｓ／ＭＩＣ端子（１ピン）が接続されるラインに電流を段階的に流し込んだときの、ＦＢ２４、３１の高周波インピーダンス特性を示したものである。
この図７から分かることは、１ピンが接続されるラインに電流を流さないとき（０ｍＡ）と、電流を流したとき（１００ｍＡ、３００ｍＡ、５００ｍＡ、７００ｍＡ）がほぼ同じ周波数特性を示していることである。ただ、図７に示されるように、電流の大きさを１Ａ（１０００ｍＡ）とすると、若干異なる周波数特性を示すことも確認された。

また、テレビジョン放送のＶＨＦ帯〜ＵＨＦ帯に相当する２００ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの帯域では、挿入損失が−２０ｄＢ〜−２７．５ｄＢ程度になることが分かった。
この程度の挿入損失であれば、テレビジョン放送のＶＨＦ帯〜ＵＨＦ帯を受信する上で、差し支えない程度のものということができる。

＜ＵＳＢケーブルアンテナを接続するＵＳＢ−Ａコネクタの一具体例＞
次に図８を参照して、ＵＳＢケーブルアンテナが接続されるＵＳＢ−Ａコネクタ（ホスト側に接続されるコネクタ）の一具体例について説明する。
図８の中央の点線は、基板７０を示し、この基板７０の左側がホストに挿入されるＵＳＢ−Ａプラグを示している。また、基板７０の右側は本例のＵＳＢケーブルアンテナが接続されるコネクタ部分を示す。
基板３０の左側のＵＳＢ−Ａプラグでは、太い点線で囲まれた部分にソケットピンが配置されている。すなわち、下から電源供給ライン（Ｖｂｕｓ）が接続される１ピン７１、差動信号のＤ−ラインが接続される２ピン７２、同じくＤ＋ラインが接続される３ピン７３、ＩＤ端子としての４ピン７４のソケットピンが平行に配置されている。グランドライン（ＧＮＤ）が接続される５ピン７５は、４ピン７４の上側に配置される。

基板７０の右側が、本例のＵＳＢケーブルアンテナが接続される部分である。下から、Ｖｂｕｓのラインが接続される１ピン７１ａ、差動信号Ｄ−，Ｄ＋のラインが接続される２ピン７２ａと３ピン７３ａ、ＧＮＤのラインが接続される４ピン７４ａが配置されている。この４ピン７４ａの上側には図１で示した金属シールド２７が接続される５ピン７５ａが設けられている。この５ピン７５ａに接続される金属シールド２７は、図１のセット側ＵＳＢコネクタ１０（μＵＳＢ−Ｂコネクタ）の４ピン（ＩＤ端子）に接続されてアンテナとしての機能を果たすことは、既に説明した通りである。

基板７０の右側の１ピン７１ａは、基板７０の左側のＵＳＢ−Ａプラグ１ピン７１とＦＢ３１を介して接続され、基板７０の右側の２ピン７２ａと３ピン７３ａは、基板７０の左側のＵＳＢ−Ａプラグの２ピン７２と３ピン７３と、コモンモードチョーク３２を介して接続されている。また、基板７０右側のＧＮＤラインが接続される４ピン７４ａは、基板７０の左側のＧＮＤ端子である５ピン７５に接続される。
なお、基板７０の右側でＵＳＢケーブルアンテナの金属シールド２７が接続される５ピン７５ａは、基板７０の左側の端子とは接続されておらず、開放状態とされる。

一般に、本例のＵＳＢケーブルアンテナの一端に設けられるＵＳＢ−Ａコネクタは、電源ユニットを備えるホスト側に接続されるため、電源ユニットから発生されるノイズの影響を受けやすい。そこで、図８では、ユニットの電源ノイズの影響を受けにくいように、それぞれの信号線が平行になるように直線上に配置されている。これにより、アンテナとしての機能を有するとともに、電源ユニットのノイズを受けにくいＵＳＢケーブルアンテナを作製することができる。

＜ＵＳＢケーブルアンテナにＡＣアダプタを接続したときの特性比較＞
本例のＵＳＢケーブルアンテナは、ＵＳＢ−Ａコネクタの先端にＵＳＢ用の充電器（ＡＣアダプタ）を接続しておけば、充電しながらテレビジョン信号の受信が可能となる。そこで、ＵＳＢ−Ａコネクタの先端にＡＣアダプタを接続したときと、接続しないときとで、ＵＳＢケーブルアンテナの周波数−ゲイン特性がどの程度変化するかを調べる実験を行った。

表３、表４及び図９は、本例のＵＳＢケーブルアンテナが接続されるＵＳＢ−Ａコネクタ側にＡＣアダプタを接続しない場合（Ａ）と、ＡＣアダプタを接続した場合（Ｂ）のＵＳＢケーブルアンテナのＶＨＦ帯における周波数−ゲイン特性を示したものである。図９に示した例では、ＵＳＢ−Ａプラグの近傍に図示しないフェライトコアを配置して、このフェライトコアにＵＳＢアンテナケーブルを１回または２回巻き付けて測定している。
図９に示すように、フェライトコアを挿入すると、ＵＳＢ−ＡプラグがＡＣアダプタに接続されていない場合（Ａ）と、ＡＣアダプタに接続されている場合（Ｂ）とで、周波数−ゲイン特性の変化が小さいことが分かる。

すなわち、図９（Ａ）（Ｂ）を見ると、ＵＳＢケーブルアンテナとして利用される２１０ＭＨｚ付近では、図９（Ａ）のＵＳＢケーブルアンテナをＡＣアダプタに接続しない場合（垂直偏波で-26.06dBd 、水平偏波で-7.84Bd）と、図９（Ｂ）のＵＳＢケーブルアンテナをＡＣアダプタに接続した場合（垂直偏波で-25.95dBd、水平偏波で-7.75dBd）とも、周波数−ゲイン特性に余り変化がないことが分かる（表３、表４参照）。

表５、表６及び図１０は、フェライトコアを用いない場合の周波数−ゲイン特性の変化を示す図である。図９と同様、（Ａ）はＵＳＢケーブルアンテナをＡＣアダプタに接続しない場合、（Ｂ）はＵＳＢケーブルアンテナをＡＣアダプタに接続した場合を示している。図１０（Ａ）と（Ｂ）で２１０ＭＨｚ付近のゲインを比べると、ＡＣアダプタが有る場合には、垂直偏波で-26.75dB（表５参照）、垂直偏波で-8.15dB（表５参照）に対して、ＡＣアダプタを挿入しない場合には、垂直偏波で-23.26dB（表６参照）、垂直偏波で-5.66dB（表６参照）になっている。
このことから、ＶＨＦ帯のテレビジョン放送を受信する場合、ＵＳＢ−Ａコネクタ側にフェライトコアを挿入することが、ＡＣアダプタの有無に拘わらず、ＶＨＦ−Ｈ帯のテレビジョン信号の受信にとって有効であるということが判明した。

以上、本開示の実施の形態例としてのＵＳＢケーブルアンテナについて説明した。本開示のＵＳＢケーブルアンテナは、本明細書に開示された実施の形態例の他にも、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々な応用例、変形例を含むことはいうまでもない。

なお、本開示は以下のような構成も取ることもできる。
（１）情報端末機器に接続される所定長のＵＳＢケーブルに接続されるＵＳＢコネクタのＩＤ端子に該ＵＳＢケーブルの金属シールドを接続し、
前記ＵＳＢケーブルの電源供給ライン、及びグランドラインの両端に所望帯域の高周波信号に対して高インピーダンスとなる高周波遮断素子を接続し、
前記ＵＳＢケーブルの差動信号の伝送ラインの両端に前記所望帯域の高周波信号に対して高インピーダンスとなるコモンモードチョークを接続することにより、
前記ＵＳＢケーブルを前記所望帯域の高周波信号を受信するアンテナとして兼用する、ＵＳＢケーブルアンテナ。
（２）前記アンテナで受信される前記所望帯域の高周波信号は、ＦＭ帯、ＶＨＦ帯、またはＵＨＦ帯のいずれかまたは複数の帯域の信号である、（１）に記載のＵＳＢケーブルアンテナ。
（３）前記ＩＤ端子が接続されるＩＤラインと前記ＵＳＢケーブルのグランドラインの間には、前記ＩＤ端子に接続される前記ＵＳＢケーブルの種類を識別するための抵抗器が接続される、（１）または（２）に記載のＵＳＢケーブルアンテナ。
（４）前記電源供給ラインに挿入される前記高周波遮断素子は、前記電源供給ラインに電流が流れているときも、高インピーダンスを持つ、（１）〜（３）のいずれかに記載のＵＳＢケーブルアンテナ。
（５）前記グランドラインに挿入される前記高周波遮断素子の直流抵抗は、０．５Ω以下である、（１）〜（４）のいずれかに記載のＵＳＢケーブルアンテナ。
（６）前記ＵＳＢケーブルのＤ−及びＤ＋差動信号ラインの両端に挿入される前記コモンモードチョークの前記所望帯域におけるインピーダンスは、９０Ω以上である、（１）〜（５）のいずれかに記載のＵＳＢケーブルアンテナ。

２１・・・同軸シールド線、１０・・・セット側ＵＳＢコネクタ、２０・・・ケーブル側ＵＳＢ−Ｂコネクタ、３０・・・ケーブル側ＵＳＢ−Ａコネクタ、１１、１３、２６、３３・・・フェライトビーズ（ＦＢ）、１２、２５、３２・・・コモンモードチョーク、２４、３１・・・フェライトビーズ（ＦＢ：電源供給ライン用）、１４・・・コンデンサ、２３・・・抵抗器、２７・・・金属シールド、４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ・・・アイパターン、４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂ、５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ、６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂ・・・Ｄ−またはＤ＋差動信号、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ、６３ａ、６３ｂ・・・テンプレート

Claims (5)

1. 情報端末機器に接続される所定長のＵＳＢケーブルに接続されるＵＳＢコネクタのＩＤ端子に該ＵＳＢケーブルの金属シールドを接続し、
   前記ＵＳＢケーブルの電源供給ライン、及びグランドラインの両端に所望帯域の高周波信号に対して高インピーダンスとなる高周波遮断素子を接続し、
   前記電源供給ラインに挿入される高周波遮断素子は、前記グランドラインの両端に接続される高周波遮断素子と異なり、電流が流れても磁性材料が飽和しにくいフェライトビーズで構成され、
   前記ＵＳＢケーブルの差動信号の伝送ラインの両端に前記所望帯域の高周波信号に対して高インピーダンスとなるコモンモードチョークを接続することにより、
   前記ＵＳＢケーブルを前記所望帯域の高周波信号を受信するアンテナとして兼用する、
   ＵＳＢケーブルアンテナ。
2. 前記アンテナで受信される前記所望帯域の高周波信号は、ＦＭ帯、ＶＨＦ帯、またはＵＨＦ帯のいずれかまたは複数の帯域の信号である、
   請求項１に記載のＵＳＢケーブルアンテナ。
3. 前記ＩＤ端子が接続されるＩＤラインと前記ＵＳＢケーブルのグランドラインの間には、前記ＩＤ端子に前記ＵＳＢケーブルの種類を識別するための抵抗器が接続される、
   請求項１または２に記載のＵＳＢケーブルアンテナ。
4. 前記グランドラインに挿入される前記高周波遮断素子の直流抵抗は、０．２５Ω以下である、
   請求項１〜３のいずれかに記載のＵＳＢケーブルアンテナ。
5. 前記ＵＳＢケーブルのＤ−及びＤ＋差動信号ラインの両端に挿入される前記コモンモードチョークの前記所望帯域におけるインピーダンスは、９０Ω以上である、
   請求項１〜４のいずれかに記載のＵＳＢケーブルアンテナ。

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