JP7010075B2 - アンテナ装置及びステレオヘッドセット - Google Patents

Description

本発明は、装着者に応じてアンテナ特性の調整が可能なステレオヘッドセット用のアンテナ装置及びステレオヘッドセットに関する。

近年、音声信号やオーディオ信号等をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等により無線で受信するヘッドセットが販売されている。特に、ケーブル（いわゆる渡りケーブル）の両端部にスピーカ部が接続され、左右の耳に装着するタイプは、スポーツタイプのステレオヘッドセットとして一般的である（例えば、特許文献１参照）。なお、ステレオヘッドセットには、ステレオイヤホンを含むものとする。

このようなステレオヘッドセットでは、信号を送受信するためのアンテナ装置がスピーカ部やケーブルの途中に搭載されている。ステレオヘッドセット用のアンテナ装置では、アンテナ部が回路基板に実装されており、またケーブルは、搭載されているバッテリの配線や音声用配線などの複数本で構成されている。

特開２０１５－８４５６８号公報

しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、ステレオヘッドセットでは、アンテナ装置を搭載しているために、ケーブルにも高周波電流が流れ、ケーブルからも通信用の電波が放射されているが、そのインピーダンス不整合により、装置全体としてのアンテナ特性が十分に得られない場合があった。特に、予めケーブルの長さが決定されている場合、その長さでアンテナ装置のマッチング調整が実施されているが、ケーブル部分のインピーダンス整合については特に調整されていないため、モデルによってケーブルの長さ違いがあり、通信性能が異なってしまう不都合があった。この場合、通信性能の改善は、アンテナ装置のアンテナ部の調整や受信感度改善などによって行っていた。また、ケーブルの長さを調整してインピーダンス調整を行うことで、アンテナ特性を改善することも可能であるが、ステレオヘッドセットを装着する装着者の体格の個人差（首の太さや誘電率の違い）に応じて、ケーブルに干渉する人体影響が異なり、通信特性にも影響を与えてしまうため、ケーブル長さの調整だけでは不十分であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、装着者が通信特性を調整可能なステレオヘッドセット用のアンテナ装置及びステレオヘッドセットを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、ケーブルの両端部にスピーカ部が接続され無線で信号を受信可能なステレオヘッドセット用のアンテナ装置であって、前記信号を受信するアンテナ部と、前記アンテナ部に接続された給電点を有する回路基板部と、前記ケーブルに設けられ前記ケーブルのインピーダンスを調整可能なインピーダンス調整部とを備えていることを特徴とする。

このアンテナ装置では、ケーブルに設けられケーブルのインピーダンスを調整可能なインピーダンス調整部を備えているので、ステレオヘッドセットの装着者が自身で通信特性を調整することが容易になる。

第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記インピーダンス調整部が、前記ケーブルに接続され前記ケーブルのインダクタンス値を変更可能な可変インダクタであることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、インピーダンス調整部が、ケーブルに接続されケーブルのインダクタンス値を変更可能な可変インダクタであるので、可変インダクタによりインダクタンス値を適宜変えることで、ケーブルのインピーダンスが変化し、通信特性の調整が可能になる。

第３の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記インピーダンス調整部が、前記ケーブルが挿通され前記ケーブル上をスライドして位置を変更可能な筒状磁性体であることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、インピーダンス調整部が、ケーブルが挿通されケーブル上をスライドして位置を変更可能な筒状磁性体であるので、筒状磁性体をケーブル上でスライドすることで、筒状磁性体の位置に応じてケーブルのインダクタンスが変化し、通信特性の調整が可能になる。

第４の発明に係るアンテナ装置は、ケーブルと、前記ケーブルの両端部に接続されたスピーカ部と、前記ケーブルに接続された第１から第３の発明のいずれかのアンテナ装置とを備えていることを特徴とする。
すなわち、このステレオヘッドセットでは、ケーブルに接続された第１から第３の発明のいずれかのアンテナ装置を備えているので、装着者が自身で通信特性を調整することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置及びステレオヘッドセットによれば、ケーブルに設けられケーブルのインピーダンスを調整可能なインピーダンス調整部を備えているので、ステレオヘッドセットの装着者が自身で通信特性を調整することが容易になる。
したがって、本発明のアンテナ装置及びステレオヘッドセットでは、装着者の体格の個人差によって通信特性に影響しても、装着者自身が無線の感度を容易に調整することができる。

本発明に係るアンテナ装置及びステレオヘッドセットの第１実施形態において、スピーカ部にアンテナ部が設けられた場合（ａ）とケーブルにアンテナ部が設けられた場合（ｂ）とのステレオヘッドセットを示す構成図である。 第１実施形態において、ケーブルにアンテナ部が設けられた場合のステレオヘッドセットを示す斜視図である。 本発明に係るアンテナ装置及びステレオヘッドセットの第２実施形態において、スピーカ部にアンテナ部が設けられた場合（ａ）とケーブルにアンテナ部が設けられた場合（ｂ）とのステレオヘッドセットを示す構成図である。 第２実施形態において、ケーブルにアンテナ部が設けられた場合のステレオヘッドセットであって、ケーブルを筒状磁性体に１回挿通させた場合（ａ）と２回挿通させた場合（ｂ）とを示す斜視図である。 第２実施形態において、スペーサを取り付けた筒状磁性体（ａ）と、樹脂部を設けた筒状磁性体（ｂ）とを示す要部の拡大斜視図である。 本発明に係るアンテナ装置及びステレオヘッドセットの実施例において、挿入インダクタ定数に対する放射効率を示すシミュレーション結果のグラフである。 本発明の実施例において、筒状磁性体（フェライトコア）の位置に対する放射効率を示すシミュレーション結果のグラフである。 本発明の実施例において、筒状磁性体（フェライトコア）の位置が４０ｍｍの場合（ａ）と、７０ｍｍの場合（ｂ）とを比較したケーブルに流れる高周波電流の強度を示すシミュレーション結果の図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置及びステレオヘッドセットの第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。

本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１及び図２に示すように、ケーブル２の両端部にスピーカ部３が接続されＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等により無線で信号を受信可能なステレオヘッドセット用のアンテナ装置であって、前記信号を受信するアンテナ部ＡＴと、アンテナ部ＡＴに接続された給電点ＦＰを有する回路基板部４と、ケーブル２に設けられケーブル２のインピーダンスを調整可能なインピーダンス調整部５とを備えている。
上記インピーダンス調整部５は、ケーブル２に接続されケーブル２のインダクタンス値を変更可能な可変インダクタである。
なお、インピーダンス調整部５として、さらにケーブル２の長さを可変可能な機構を設けてインピーダンスを調整可能にしても良い。

また、本実施形態のステレオヘッドセット１０Ａ，１０Ｂは、例えば左右の耳にそれぞれ装着する部分を有したスポーツタイプのステレオヘッドセットであり、ケーブル２と、ケーブル２の両端部に接続されたスピーカ部３と、ケーブル２に接続された上記アンテナ装置１とを備えている。

上記ケーブル２は、いわゆる渡りケーブルであり、複数の配線を芯線としてその回りを樹脂等で被覆したものである。
また、上記スピーカ部３は、例えば図２に示すように、耳栓型のスピーカである。
上記回路基板部４は、ＲＦＩＣが設けられた回路基板であり、アンテナ部ＡＴも回路基板部４上に形成されている。

回路基板部４は、ケーブル２に接続され、アンテナ部ＡＴで受信した音声信号やオーディオ信号に基づいて一対のスピーカ部３へ音声信号等を出力する機能を有している。
上記アンテナ部ＡＴは、チップアンテナやパターンアンテナ等により構成されている。
アンテナ部ＡＴは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線により、音声信号や制御信号等を送受信可能である。

なお、ステレオヘッドセット１０Ａは、図１の（ａ）に示すように、一方のスピーカ部３に回路基板部４及びアンテナ部ＡＴが一体に構成されたものであり、ステレオヘッドセット１０Ｂは、図１の（ｂ）に示すように、回路基板部４及びアンテナ部ＡＴがケーブル２の途中に設けられたものである。
例えば、上記ステレオヘッドセット１０Ｂでは、図２に示すように、回路基板部４にＯＮ／ＯＦＦ等の機能が割り当てられた複数の制御用スイッチ４ａが設けられている。

上記インピーダンス調整部５は、ケーブル２の途中であって回路基板部４に近接した位置に接続されている。
このインピーダンス調整部５は、図２に示すように、回動可能な調整つまみ５ａを備えた可変インダクタであり、調整つまみ５ａを回動させることで、インダクタンス値を変更可能である。特に、インピーダンス調整部５は、高周波電流が強い位置、すなわち給電点ＦＰを有する回路基板部４の近傍に配することが好ましい。

次に、本実施形態のアンテナ装置１によるケーブル２のインピーダンス調整の方法について説明する。
スポーツタイプのステレオタイプヘッドセット１０Ａ，１０Ｂは、一方が給電点ＦＰからアンテナ部ＡＴまでのエレメントと、他方が給電点ＦＰから回路基板部４内のグランドを含めてアンテナ部ＡＴと反対側のケーブル２の端部までのエレメントとで構成された一つのダイポールアンテナとみなすことができる。

上記ケーブル２側の給電点ＦＰからの電気長は、以下の式で表される。
・電気長＝λ／４＋（λ／２）×Ｎ
（λ：高周波電流の波長、Ｎ：０以上の自然数）

したがって、ケーブル２の電気長を上記式に合わせて設定することで、アンテナ特性及び通信特性の改善を図ることが可能である。ケーブル２自体の長さを変えることで電気長を変更することが可能だが、ケーブル２の長さが一定で、長さ調整できない場合、本実施形態では、インピーダンス調整部５の調整つまみ５ａを回転させて可変インダクタのインダクタを変化させることで、ケーブル２のインダクタンス成分を変え、インピーダンスを調整することができる。
すなわち、ケーブル２のインピーダンスを調整すると、ケーブル２に流れる高周波電流の大きさも変化し、高周波電流を大きくすれば放射効率も大きくなり、良好な通信特性が得られる。

このように本実施形態のアンテナ装置１及びステレオヘッドセット１０Ａ，１０Ｂでは、ケーブル２に設けられケーブル２のインピーダンスを調整可能なインピーダンス調整部５を備えているので、ステレオヘッドセット１０Ａ，１０Ｂの装着者が自身で通信特性を調整することが容易になる。
特に、インピーダンス調整部５が、ケーブル２に接続されケーブル２のインダクタンス値を変更可能な可変インダクタであるので、可変インダクタによりインダクタンス値を適宜変えることで、ケーブル２のインピーダンスが変化し、通信特性の調整が可能になる。

次に、本発明に係るアンテナ装置及びステレオヘッドセットの第２実施形態について、図３から図５を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、インピーダンス調整部５として可変インダクタを採用しているのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１及びステレオヘッドセット２０Ａ～２０Ｃでは、図３及び図４に示すように、インピーダンス調整部２５が、ケーブル２が挿通されケーブル２上をスライドして位置を変更可能な筒状磁性体である点である。

すなわち、第２実施形態では、例えば貫通孔２５ａを有する円筒状の磁性体をインピーダンス調整部２５としている。
筒状磁性体としては、フェライトビーズ等のフェライトコアが採用可能である。
この筒状磁性体は、その透磁率，サイズ，個数，挿入位置，ケーブル２の巻き数等でケーブル２のインダクタンス値が変わる。
したがって、本実施形態では、円筒状のフェライトコアをインピーダンス調整部２５として１個設けているが、他の形状・サイズの筒状磁性体を設けたり、複数の筒状磁性体をケーブル２上の異なる位置に設けたりしても構わない。

なお、ステレオヘッドセット２０Ａは、図３の（ａ）に示すように、一方のスピーカ部３に回路基板部４及びアンテナ部ＡＴが一体に構成されたものであり、ステレオヘッドセット２０Ｂは、図３の（ｂ）に示すように、回路基板部４及びアンテナ部ＡＴがケーブル２の途中に設けられたものである。

また、図４の（ａ）に示すように、貫通孔２５ａ内にケーブル２を１回挿通させた０．５巻きのステレオヘッドセット２０Ｂや、図４の（ｂ）に示すように、貫通孔２５ａ内にケーブル２を１回挿通した後、折り返して再度挿通させ、貫通孔２５ａに２回挿通させた１．５巻きのステレオヘッドセット２０Ｃなど複数回巻いたもの等が採用可能である。このように筒状磁性体にケーブル２を複数回巻くことにより、１つの筒状磁性体でもインダクタンスの効果を大きくすることができる。

このインピーダンス調整部２５によりケーブル２のインピーダンスを調整するには、筒状磁性体のインピーダンス調整部２５をケーブル２上で移動させる。高周波電流が多く流れる部分に磁性体のインピーダンス調整部２５を配置すると、加算されるインダクタンスが大きくなり、逆に高周波電流が少なく流れる部分に磁性体のインピーダンス調整部２５を配置すると、加算されるインダクタンスが小さくなる。これは、第１実施形態におけるインダクタを挿入した場合と同じ効果である。

インピーダンス調整部２５をケーブル２上の任意の位置に固定するため、インピーダンス調整部２５が自重でケーブル２上を滑ってしまわない程度に貫通孔２５ａの内径を設定する場合や、図５の（ａ）に示すように、インピーダンス調整部２５が自重でケーブル２上を移動しない程度の抵抗があるように、ケーブル２を被覆している樹脂に接触する円筒状のスペーサ２６を入れても構わない。
また、図５の（ｂ）に示すように、貫通孔２５ａの上下開口部にそれぞれケーブル２との抵抗を付加するように筒状の樹脂部２７を設けて、インピーダンス調整部２５が自重で移動しないようにしても良い。

このように第２実施形態のアンテナ装置２１及びステレオヘッドセット２０Ａ～２０Ｃでは、インピーダンス調整部２５が、ケーブル２が挿通されケーブル２上をスライドして位置を変更可能な筒状磁性体であるので、筒状磁性体をケーブル２上でスライドすることで、筒状磁性体の位置に応じてケーブル２のインダクタンスが変化し、通信特性の調整が可能になる。

上記第１実施形態のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の２．４ＧＨｚの無線周波数で使用されるアンテナ装置及びテレオヘッドセットにおいて、インピーダンス調整部の可変インダクタのインダクタンス値を変えた際の放射効率について、シミュレーションした結果を図６に示す。
なお、給電点からのケーブルの長さを３６０ｍｍとし、給電点に近接した位置にインピーダンス調整部の可変インダクタを設置した。また、可変インダクタのインダクタンス値は、０ｎＨから３０ｎＨまで段階的に変更した。

この結果からわかるように、可変インダクタのインピーダンス調整部を接続することで、インピーダンス整合がとれ、インダクタンス値が１６ｎＨのとき、放射効率が約１１％改善した。これは、給電点からのケーブルの長さを３６０ｍｍから３９０ｍｍに延ばしたときと同等の効果である。

また、上記第２実施形態のアンテナ装置及びテレオヘッドセットにおいて、インピーダンス調整部の筒状磁性体（フェライトコア）の位置を変えた際の放射効率について、シミュレーションした結果を図７に示す。
なお、インピーダンス調整部の筒状磁性体は、給電点に近接した位置（０ｍｍ）から１００ｍｍまで段階的に移動させた。

この結果からわかるように、筒状磁性体のインピーダンス調整部をケーブルに装着し、その位置を変えることで、インピーダンス整合がとれ、給電点から４０ｍｍの位置で放射効率が最も改善した。また、インピーダンス調整部の筒状磁性体の位置が、給電点から７０ｍｍの位置で放射効率が最も低くなった。

また、インピーダンス調整部の筒状磁性体の位置を給電点から４０ｍｍの場合と、７０ｍｍの場合とで、ケーブルの電流分布をシミュレーションした結果を、図８の（ａ）（ｂ）に示す。なお、この図では、回路基板部の部分をコントロール基板と記載している。
この結果からわかるように、筒状磁性体のインピーダンス調整部が７０ｍｍの位置に比べて、４０ｍｍの位置では、ケーブルの電流分布が強いことがわかる。
このように筒状磁性体のインピーダンス調整部の位置をケーブル上で移動させることで、位置に応じて放射効率が改善した。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

１，２１…アンテナ装置、２…ケーブル、３…スピーカ部、４…回路基板部、５，２５…インピーダンス調整部、１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…ステレオヘッドセット、ＡＴ…アンテナ部、ＦＰ…給電点

Claims (4)

1. ケーブルの両端部にスピーカ部が接続され無線で信号を受信可能なステレオヘッドセット用のアンテナ装置であって、
   前記ケーブルの途中に接続され給電点を有する回路基板部と、
   前記回路基板部上に形成され前記給電点に接続されて前記信号を受信するアンテナ部と、
   前記ケーブルの途中に接続又は取り付けられ前記ケーブルのインピーダンスを調整可能なインピーダンス調整部とを備えていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記インピーダンス調整部が、前記ケーブルに接続され前記ケーブルのインダクタンス値を変更可能な可変インダクタであることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記インピーダンス調整部が、前記ケーブルが挿通され前記ケーブル上をスライドして位置を変更可能な筒状磁性体であることを特徴とするアンテナ装置。
4. ケーブルと、
   前記ケーブルの両端部に接続されたスピーカ部と、
   前記ケーブルに接続された請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置とを備えていることを特徴とするステレオヘッドセット。

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