JP6862006B2 - 周波数微調整機構付きアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナの共振周波数を微調整できる周波数微調整機構を備えた、周波数微調整機構付きアンテナに関する。

ループアンテナの共振周波数を微調整することは以前から行われている。

特許文献１（特開２０１０−９８７４２号公報）には、インピーダンス同調の間隙を含むループ・アンテナが記載されており、第１の間隙における第１の導電体及び第２の導電体の対向する部分は信号給電点を画定し得、第２の間隙における第１の導電体及び第２の導電体はインピーダンス同調構成を有し得る。第２の間隙は、第１の間隙と円周方向に９０度未満だけ、離間させ得、第２の間隙は、所定のインピーダンスをもたらすために第１の間隙よりも多いことがあり得る。同軸伝送線は、ループ導体に対する給電差込みを形成し得ることが記載されている。

特許文献２（特開２０１７−２２５０１５号公報）には、複数の通信バンドの通信信号に対して適切な特性調整を実現するアンテナ装置が記載されている。アンテナ装置は、誘電体基板、スロット導体、給電導体、複数の第１の整合素子、および、複数の第２の整合素子を備える。スロット導体は、誘電体基板の表面に形成されている。給電導体は、スロット導体の開口内に形成されている。複数の第１の整合素子は、給電導体に接続され、スロット導体の形状に基づく第１周波数を調整する。複数の第２の整合素子は、スロット導体に接続され、第１周波数よりも高周波数でスロット導体の形状に基づく第２周波数を調整することが記載されている。

特許文献３（特表２０１０−５３６３０４号公報）は、共振周波数可変型アンテナであって、可変キャパシターにより共振周波数を変更可能なループアンテナを用いて、携帯放送サービス帯域であるＴ−ＤＭＢ及びＤＶＢ−Ｈのように動作周波数が低く、広い周波数帯域幅を持たせ、様々なチャンネルを選択して受信可能にする共振周波数可変型アンテナに関する。特に、限られた実装空間に２つの異なるサービス帯域（Ｔ−ＤＭＢ及びＤＶＢ−Ｈ）を利用可能なアンテナを実現し、独立して動作させて、２つのサービス帯域で高品質の携帯放送サービスを提供することができると記載されている。

特開２０１０−９８７４２号公報 特開２０１７−２２５０１５号公報 特表２０１０−５３６３０４公報

特許文献１に記載のループ・アンテナでは、周波数の微調整（例えば、アンテナ製造後の周波数トリミング）は、アブレーションまたは他の方法により、第２の間隙の幅を調節することによって実現することができる。しかし、アンテナ製造後の周波数トリミングのために第２の間隙を調整するためにはトリミング装置などが必要であり、困難である。

特許文献２に記載のアンテナ装置では、キャパシタである第１の整合素子とインダクタである第２整合素子とにより周波数を調整している。この場合、周波数を微調整するためには、第１の整合素子または第２の整合素子を値の異なる整合素子と交換することが必要になる。

特許文献３に記載の共振周波数可変型アンテナでは、可変キャパシターの印加電圧を調整することにより、共振部において決定される共振周波数を微調整することができる。しかし、印加電圧のための電圧源が必要であり、また、可変キャパシターの温度特性の補償のための回路が必要になるなど、回路が複雑化するとの課題がある。

ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナにおいては、周波数によりエレメント長が固定されるため、制作してから周囲の環境に応じて周波数を調整する場合、パターンデザインを変更する、整合素子を交換する、または、可変キャパシターの電圧を調整するなどの作業が必要になるという課題があった。

本発明の主な目的は、ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナの共振周波数を制作後に簡単に微調整することのできる周波数微調整機構付きアンテナを提供することにある。
本発明の他の目的は、大掛かりな加工装置や部品の交換が不要で、かつ回路が複雑化することのない周波数微調整機構を備えたループアンテナおよびその変形であるヘンテナを提供することにある。

（１）
一局面に従う周波数微調整機構付きアンテナは、絶縁基板上に形成された長方形のループアンテナと、一辺がループアンテナの一方の長辺に接続された直方体形状の導体板と、を含み、
ループアンテナは、ループアンテナの共振周波数が電波の周波数の１．１倍から１．５倍までの範囲となるように設定され、導体板の一辺に対向する他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整することにより、ループアンテナの共振周波数を調整する。

この場合、導体板の一辺に対向する他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を変化させることで、放射エレメント上に発生する静電容量が変化し、ループアンテナの共振周波数を変化させることができる。したがって、ループアンテナの共振周波数を電波の周波数の１．１倍から１．５倍までの範囲となるように設定することにより、制作後に導体板の一辺に対向する他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整し、ループアンテナの共振周波数を送受信する電波の周波数に容易に一致させることができる。

（２）
第２の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、ループアンテナの給電部は、長方形の短辺に配置されてもよい。

この場合、長辺側の長さを調整することで、導体板を備えない場合のループアンテナの共振周波数を調整することができる。

（３）
第３の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面から第２の発明に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、ループアンテナは、ヘンテナであって、ヘンテナは、送受信する電波の波長をλとして、長辺が１／２λ−Ｒ、および短辺が１／６λの長方形のエレメントで構成され、対向する長辺上でともに一方の短辺から１／６λの２つの点を接続した導線上に給電部が配置され、
Ｒは、ヘンテナの共振周波数が電波の周波数の１．１倍から１．５倍までの範囲となるように設定してもよい。Ｒは値である。

この場合、アンテナとしてヘンテナを使用することで、通常のループアンテナと比較してより利得の高いアンテナを構成することができる。

（４）
第４の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面から第３の発明に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、導体板は、一辺が一方の長辺に固定接続され、絶縁基板と導体板との間の角度を調整することにより、導体板の他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整するようにしてもよい。

この場合、簡単かつ確実に導体板の他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整することができる。

（５）
第５の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面から第４の発明に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、導体板上の一方の長辺から所定の距離離間した位置に、導体板と絶縁基板との少なくとも一方に孔が形成され、孔にネジ部が形成され、ネジ部にビスが挿入され、ビスを回転することにより絶縁基板と導体板との間の角度を調整されてもよい。

この場合、ビスの回転角度によって絶縁基板と導体板との間の角度を調整することができるため、アンテナの共振周波数の調整が容易で、かつ、調整後の絶縁基板と導体板との間の角度の変動、およびアンテナの共振周波数の変動を少なくすることができる。

第１の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの上面から見た模式的平面図である。 第１の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの２種類の簡易モデルの斜視図である。 第１の実施形態の２種類の簡易モデルの、導体板の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。 周波数微調整機構の短辺側から見た模式的側面図である。 第２の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの上面から見た模式的平面図である。 第２の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの２種類の簡易モデルの、導体板の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。

［第１の実施形態］
（周波数微調整機構付きアンテナ２５の構造）
図１に、第１の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ２５の上面から見た模式的平面図を示す。
ループアンテナ１１は、絶縁基板１０、第１の長辺１２、第２の長辺１３、第１の短辺１４、第２の短辺１５で構成され、第１の短辺１４の中点に給電部１６を備える。
送受信する電波の波長をλとして、第１の長辺１２と第２の長辺１３の長さはλ／３−Ｒ（Ｒは、導体板１８を備えない場合のループアンテナ１１の共振周波数が送受信電波の周波数の１．１倍から１．５倍までの範囲となるように設定される）、第１の短辺１４と第２の短辺１５の長さはλ／６である。
第１の長辺１２の中点より第２の短辺１５側に周波数微調整機構１７が備えられている。

（周波数微調整の原理）
本発明では、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄを調整することにより、導体板１８と第２の長辺１３との間の容量成分の大きさを変化させ、ループアンテナ１１の共振周波数の微調整を可能にしている。
図２は、第１の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ２５の２種類の簡易モデルの斜視図である。
この周波数微調整の原理を確認するために、図２に記載の２つの簡易モデルを用いて、共振周波数（より厳密には、反射損失が最小になる周波数）の導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄと共振周波数との関係をＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用いて計算した。
図２の（ａ）は、導体板がｚ＝０ｍｍ、すなわちループアンテナ１１のループ面上に配置されている場合、（ｂ）は導体板がｚ＝２ｍｍ、すなわちループアンテナ１１のループ面の上２ｍｍに配置されている場合である。

図３は、第１の実施形態の２種類の簡易モデルの、導体板１８の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。

図３に示すように、図２（ａ）のｚ＝０ｍｍの場合、および図２（ｂ）のｚ＝２ｍｍの場合の、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄと共振周波数との関係を示すグラフである。当然、ｚ＝２ｍｍの場合は、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄは２ｍｍ以上である。
図３から、ｚ＝０ｍｍの場合とｚ＝２ｍｍの場合とにおいて、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄと共振周波数との関係がほぼ同じであることがわかる。したがって、ループアンテナ１１の共振周波数は、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄで決まっており、この間隔を調整することにより、共振周波数を調整することができる。

（周波数微調整機構１７の構造）
次に、図４は、周波数微調整機構１７の短辺側から見た模式的側面図である。

図４に示すように、周波数微調整機構１７の第２の短辺１５の側から見た模式的側面図を示す。
周波数微調整機構付きアンテナ２５は、一辺を固定接続部２０で第１の長辺１２に固定接続された直方体形状の導体板１８を備える。
導体板１８には、固定接続部２０から約λ／１８離れた位置に、導体板１８と絶縁基板１０とをともに貫通する孔が形成されており、孔にプラスチック絶縁ビス１９が嵌合（螺合）されている。導体板１８の孔にはネジ山２２が形成されている。
また、導体板１８は、固定接続部２０の近傍の折り曲げ部２１で折り曲げられており、プラスチック絶縁ビス１９を回転させることにより、絶縁基板１０と導体板１８との角度θを変化させ、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄを調整することができるようになっている。したがって、周波数微調整機構１７のプラスチック絶縁ビス１９を回転させることにより、ループアンテナ１１の共振周波数を調整することができる。

［第２の実施形態］
（周波数微調整機構付きアンテナ２５の構造）
続いて、図５に、第２の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ２５の上面から見た模式的平面図を示す。

第２の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ２５では、ループアンテナ１１の一変形であるヘンテナ２３が用いられている。ヘンテナ２３は、絶縁基板１０、第１の長辺１２、第２の長辺１３、第１の短辺１４、第２の短辺１５で構成される。
送受信する電波の波長をλとして、第１の長辺１２と第２の長辺１３の長さはλ／３−Ｒ（Ｒは導体板１８を備えない場合のヘンテナ２３の共振周波数が送受信電波の周波数の１．１倍から１．５倍までの範囲となるように設定される）、第１の短辺１４と第２の短辺１５との長さはλ／６である。給電部１６は対向する長辺上でともに第１の短辺１４から１／６λの２つの点を接続した導線２４上に設けられる。

次いで、図６は、第２の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ２５の２種類の簡易モデルの、導体板の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。

図６に示すように、ヘンテナ２３の場合における、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄと共振周波数との関係を示した。図３と同様に、ｚ＝０ｍｍの場合とｚ＝２ｍｍの場合とで導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄと共振周波数との関係はほぼ同じである。したがって、ヘンテナ２３の場合においても、共振周波数は、導体板１８と第２の長辺１３との間隔ｄで決まっており、この間隔を調整することにより、共振周波数を調整することができる。

以上のように、本願発明の周波数微調整機構付きアンテナ２５では、予め、ループアンテナ１１またはヘンテナ２３のエレメント長を短くし、周波数微調整機構が調整可能な範囲の高めの周波数のアンテナを製作する。そして、周波数微調整機構１７に設けたプラスチック絶縁ビス１９を回転させ、導体板１８の他辺と第２の長辺１３との間隔ｄを調整することにより、容易に、ループアンテナ１１またはヘンテナ２３の共振周波数を送受信周波数に一致させることができる。

本発明において、絶縁基板１０が『絶縁基板』に相当し、ループアンテナ１１が『ループアンテナ』に相当し、第１の長辺１２が『一方の長辺』に相当し、第２の長辺１３が『他方の長辺』に相当し、第１の短辺１４が『一方の短辺』に相当し、給電部１６が『給電部』に相当し、周波数微調整機構１７が『周波数微調整機構』に相当し、導体板１８が『導体板』に相当し、プラスチック絶縁ビス１９が『ビス』に相当し、ヘンテナ２３が『ヘンテナ』に相当し、導線２４が『導線』に相当し、周波数微調整機構付きアンテナ２５が『周波数微調整機構付きアンテナ』に相当する。

本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

１０ 絶縁基板
１１ ループアンテナ
１２ 第１の長辺
１３ 第２の長辺
１４ 第１の短辺
１５ 第２の短辺
１６ 給電部
１７ 周波数微調整機構
１８ 導体板
１９ プラスチック絶縁ビス
２０ 固定接続部
２１ 折り曲げ部
２２ ネジ山
２３ ヘンテナ
２４ 導線
２５ 周波数微調整機構付きアンテナ

Claims (5)

1. 絶縁基板上に形成された長方形のループアンテナと、
   一辺が前記ループアンテナの一方の長辺に接続された直方体形状の導体板と、を含み、
   前記ループアンテナは、前記ループアンテナの共振周波数が電波の周波数の１．１倍から１．５倍までの範囲となるように設定され、
   前記導体板の前記一辺に対向する他辺と前記ループアンテナの他方の長辺との間隔を調整することにより、前記ループアンテナの共振周波数を調整する、周波数微調整機構付きアンテナ。
2. 前記ループアンテナの給電部は、長方形の短辺に配置される、請求項１記載の周波数微調整機構付きアンテナ。
3. 前記ループアンテナは、ヘンテナであって、
   前記ヘンテナは、送受信する電波の波長をλとして、長辺が１／２λ−Ｒ、および短辺が１／６λの長方形のエレメントで構成され、対向する長辺上でともに一方の短辺から１／６λの２つの点を接続した導線上に給電部が配置され、
   前記Ｒは、前記ヘンテナの共振周波数が前記電波の周波数の１．１倍から１．５倍までの範囲となるように設定される、請求項１に記載の周波数微調整機構付きアンテナ。
4. 前記導体板は、一辺が前記一方の長辺に固定接続され、前記絶縁基板と前記導体板との間の角度を調整することにより、前記導体板の他辺と前記ループアンテナの他方の長辺との間隔が調整される、請求項１から３のいずれか１項に記載の周波数微調整機構付きアンテナ。
5. 前記一方の長辺から所定の距離離間した位置において、前記導体板と前記絶縁基板との少なくとも一方に孔が形成され、
   前記孔にネジ部が形成され、
   前記ネジ部にビスが挿入され、
   前記ビスを回転させることにより、前記絶縁基板と前記導体板との間の角度が調整される、請求項１から４のいずれか１項に記載の周波数微調整機構付きアンテナ。
   

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