JPS62200802A

JPS62200802A - ル−プアンテナ

Info

Publication number: JPS62200802A
Application number: JP61042938A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Hidaka; 一孝日高
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はループアンテナに係り、特にテレビジョン受信
のように広い周波数帯域にわたって使用できるループア
ンテナに関する。

（従来の技術）テレビジョン受信に適したループアンテナの一例として
、■特開昭５７−１４２００２号公報に記載された小型
ループアンテナが知られている。これは一部が切離され
たループ状導体と、その切離された二分（分断部）に接
続された容量素子とを備えたループアンテナにおいて、
容量素子の共振周波数ｆＯと、アンテナの入力アドミッ
タンスが最小となる共振周波数ｆｌとの比（’ｒｏ　／
ｆｍ　）が、０．５≦ｆｏ　／ｌ≦４．０となるように
ループ状導体のループ面積１周団長および等価半径を設
定したアンテナである。ここで用いる容量素子としては
、広い周波数帯域にわたって共振周波数を変化できるバ
ラクタダイオードが例示されている。

また、■に類似の技術として、■特開昭５７−１９６６
０２号公報に記載された複数給電点小型ループアンテナ
がある。これは■の技術に給電点を複数個設けるという
改良を加えたものである。

これら■■の技術を利用したループアンテナは既に実用
化され、例えばテレビジョン学会誌第３９巻１２号の第
１３頁および第１４頁に記載されている。

上記した公知技術のループアンテナにおいては、可変容
量素子の容量を十分に大きくできれば通常は問題ないが
、実際にはバラクタダイオードのような可変容量素子の
容量の変化範囲はかなり狭く、それによって共振周波数
の可変範囲が制限される。

このような場合、上記公知技術によるループアンテナを
直径（ループ径）を変えて２組作り、ループ径の小さい
方（高い周波数帯の方）のアンテナを内側に配置し、ル
ープ径の大きい方（低い周波数帯の方）のアンテナを外
側に配置する解決方法が考えられる。この場合、両ルー
プアンテナを同一平面上に形成でき、プリント基板によ
って簡単に製作できる長所がある。

しかしながら、この構成では次のような問題がある。第
１に可変容量素子が２１１１必要となり、それに伴ない
可変容量素子の制御系（バラクタダイオードの場合、バ
イアス電圧の制御回路）も２系統必要となるため、アン
テナが複雑化、大型化し、コストも高くなるという問題
がある。

第２に給電点が２個所となるために、その２つの給電点
の出力を合成して１つの出力端子から取出すための合成
器が必要となる。合成器にはわずかであるが挿入損があ
り、好ましくない、また、この合成器は共振周波数の全
変化範囲にわたって働くものでなければならないから、
複雑で高価な回路となることは避けられない。

さらに、第３の問題点は２つのループアンテナが電気的
に結合し、アンテナ効率を低下させることである。アン
テナ効率は小型アンテナで最も重要な性能であり、これ
が低下することは大きな問題である。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の技術に基づいてテレビジョ、ン受信用
のような広帯域にわたり使用できるループアンテナを実
現しようとすると、２組のループアンテナを用いること
になるため、可変容量素子およびその制御系や給電点が
複数となり、さらに合成器が必要となることにより構成
が複雑化、大型化し、コスト高となるばかりでなく、合
成器の挿入損や、複数のアンテナ間の相互結合によるア
ンテナ効率の低下といった問題があった。。

本発明はこのような問題点を解決すべくなされたもので
、簡単な構成により広い周波数範囲にわたる受信を行な
うことができ、また低損失で効率の高いループアンテナ
を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決するため、給電点と分断部を
有するループ状導体の分断部に接続された可変容】素子
を接続するとともに、ループ状導体の給電点と分断部と
の間から短絡用導体を分岐させ、この短絡用導体に該短
絡用導体を介してループ状導体を短絡させるためのスイ
ッチ素子を接続したことを特徴とする。

（作用）本発明に係るループアンテナにおいては、スイッチ閉じ
てループ状導体を短絡用導体により短絡すると、ループ
アンテナのループ面積が実効的に小さくなり、インダク
タンスが小さ、くなってアンテナは高い周波数帯に共振
する。また、スイッチ素子を開くと逆にループ面積は大
きくなり、インダクタンスが大きくなるため、アンテナ
は低い周波数帯に共振する。これらの各周波数帯での共
振周波数は、同じ可変容量素子の容ｌ変化によって変化
する。そして、受信信号は高い周波数帯を受信した場合
も、低い周波数帯を受信した場合も、ループ状導体の同
じ給電点から取出される。

（実施例）本発明の一実施例に係るループアンテナの構成を第１図
に示す。本実施例のループアンテナは、我が国における
ＶＨＦテレビジョン放送の受信用に適したアンテナであ
る。

第１図において、ループ状導体１は２つの給電点Ｆ１．
Ｆ２と、１つの分断部Ｇを有し、分断部Ｇに可変容量素
子２としてのバラクタダイオードが接続されている。ル
ープ状導体１は図のような左右対称の形状をしており、
左右に二分する線Ｙ（以下、この線を中心線という）の
両側に給電点Ｆｓ　、Ｆ２が配置され、また分断部Ｇは
この中心線Ｙがその中心を通るように形成されている。

そして、ループ状導体１の中心線の両側において、給電
点Ｆ１と分断部Ｇとの間、および給電点Ｆ２と分断部Ｇ
との閣から、短絡用導体３ａ。

３ｂおよび４ａ、４ｂがそれぞれ分岐している。

短絡用導体３ａ、３ｂｆｌｌおよび４ａ、４ｂ間には、
それぞれスイッチ素子５ａ、５ｂが接続されている。こ
の例ではスイッチ素子５ａ、５ｂにビンダイオードを用
いている。

一方、給電点Ｆｒ　、Ｆ２にはバラン６を介して低雑音
増幅器７が接続され、出力端子８に受信出力が不平衡出
力として取出される構成となっている。以上のループ状
導体１、可変容量素子２、スイッチ素子５ａ、５ｂ、バ
ラン６および増幅器７は、一枚のプリント基板上に構成
される。なお、図では可変容量素子２やスイッチ素子５
ａ、５ｂの制御系は省略されている。

ループ状導体１はこの例では図のように給電点奄Ｆｌ、Ｆ２のある個所が内側に屈曲した形状をしており
、バラン６および増幅器７は、この例ではループ状導体
１の屈曲部１′の内側に配置されている。ここで、ルー
プ状導体１の屈曲部１′の両導体が外広がりの形で不平
行となっているのは、バラン６および増幅器７をこの間
に配置してスペース効率を良くするためと、屈曲部１′
の両導体間の電気的結合を少なくするためである。屈曲
部１′の導体間の電気的結合があると、ループ状導体１
がここで高周波的に短絡される形となって電気長が短く
なり、インダクタンスが小さくなるため、広い周波数帯
にわたり同調をとるためには可変容量素子２の容量の変
化範囲を大きくしなければならないという困難が生じる
からである。

第２図は第１図のアンテナの動作周波数における等価回
路を第１図の各部の配置に対応させて示したものであり
、８１．８２はスイッチ素子５８゜５ｂに相当する。こ
の等価回路から分るように、スイッチ素子５ａ、５ｂ　
（８１，８２）がオフ状態のときは、ループ状導体１の
外側のループ（インダクタンスＬＬ、抵抗ｒＬの二分）
を流れる電流によってアンテナが形成され、低い周波数
帯域（例えばＶＨＦのローバンド）で動作する。スイッ
チ５ａ、５ｂ　（Ｓｔ　、８２　）がオン状態のときは
、短絡用導体３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂによってルー
プ状導体１が短絡されるため、主としてループ状導体１
の内側のループ（インダクタンスＬｕ、抵抗ｒＨの二分
）によってアンテナが形成され、高い周波数帯域（例え
ばＶＨＦのハイバンド）で動作する。後者の場合、厳密
には内側のループと外側のループとの並列回路によって
アンテナが形成されるが、内側のループのインダクタン
スＬｏの方が外側のバスのインダクタンスＬｔ、より十
分に小さいため、アンテナの動作上は内側のループの方
が支配的となるのである。

本実施例のアンテナをＶＨＦ用として製作する場合、第
１図中のループ状導体１の寸法は例えばＤｔ　＝３０ａ
ｒ、Ｄ２−２５α、ｄ−”２．５αに設定され、低い周
波数帯で動作する外側のループの大きさは３０ｃｍＸ　
２５α以下、高い周波数帯で動作する内側のループの大
きさは１２α×１０１以下となっている。

ループ状導体１をこのような寸法に形成した本実施例の
アンテナの半波長ダイポールに対する利得の周波数特性
を、低雑音増幅１６　（ＬＮＡ）を付加しない場合と付
加した場合とについて実測した結果を第３図に示す。同
図に示すように、増幅器６を付加しない場合のアンテナ
利得は、ローバンド（９０〜１０８ＭＨ２）で−１０〜
−１２ｄＢ。

ハイバンド（１７０〜２２２ＭＨｚ　）で−４〜−８ｄ
Ｂであり、増幅！１６を付加した場合はローバンドで１
〜２ｄＢ、ハイバンドで１〜５ｄＢと、実用上十分な値
が得られた。

また、同じアンテナついてＶＳＷＲを実測したところ、
増幅器６を付加した場合は第４図に示すようにローバン
ドで１．８以下、ハイバンドで１．６以下となり、増幅
器６を付加しない場合は約２．０となった。

さらに、同じアンテナについて指向性を調ぺた結果を第
５図に示す。第５図に、おいて（ａ）はローバンド（２
チャネル：ｆ−９９ＭＨ２）、（ｂ）はハイバンド（８
チャネル：　ｆ−１９５ＭＨ２）のＥ面積向性を示して
いる。

なお、上記実施例において低雑音増幅器６としては雑音
指数が２．０ｄＢ以下の１段増幅器を使用した。その場
合、テレビジョン受信においては電界強度が６０６Ｂμ
Ｖ／ｍ程度あれば、十分に良好な画質の画像が受信され
ることが実験的に確認された。

上記した実施例から明らかなように、本発明によればＶ
ＨＦテレビジョン放送のような非常に広い周波数帯域に
おいても、ただ１１Ｉｌの可変容量素子２を用いて全帯
域に同調をとることができる。

従って、可変容量素子２の容量を制御する制御系も１系
統でよい。本発明においてはスイッチ素子５ａ、５ｂを
オン、オフ制御する制御系が新たに必要となるが、スイ
ッチ素子５ａ、５ｂの制御系はバラクタダイオードのよ
うな可変容量素子の容量を制御する制御系に用いるアナ
ログ電圧発生回路よりはるかに簡単であごとを勘案すれ
ば、本発明の方がはるかに有利である。

また、本発明では全周波数帯域において給電点Ｆ１．Ｆ
２が共通であるため、給電系は合成器を必要とせず、回
路が簡単となり、しかも合成器の使用に伴なう挿入損の
問題も解消される。

さらに、スイッチ素子５ａ、５ｂのオン、オフにより、
短絡用導体３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂによるループ状
導体１の短絡・開放を行なうことで、周波数帯域を切換
えるため、各周波数帯域に各々独立したループアンテナ
を使用し、それらを近接して配置する従来方式に見られ
たようなアンテナ間の相互結合による効率の低下がない
。すなわち、スイッチ素子５ａ、５ｂをオフ状態とした
ときは、ループ状導体１の内側のループは存在せず、外
側のループのみとなり、またスイッチ素子５ａ、５ｂを
オンにしたときは内側および外側の両ループが存在する
が、外側のループにはほとんど電流が流れずアンテナの
動作にほとんど影響しないので、いずれの場合も両ルー
プの相互結合による効率の低下はないことになる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。第６図に示す実
施例は、基本的には第１図に示した実施例と同様である
が、ループ状導体１の形状を長方形とし、バラン６と低
雑音増幅器７および出力端子８をループ状導体１の内側
に配置したものである。この実施例によるとスペース効
率がさらに向上し、同一面積のプリント基板を用いた場
合、ループ状導体１のループ面積をより大きくとれるた
め、効率が一層向上するという利点がある。

第７図に示す実施例はループ状導体１の長辺方向の寸法
を第６図の場合より大きくし、さらに短絡用導体９ａ、
９ｂおよび１０ａ、１０ｂと、スイッチ素子１１ａ、１
１ｂを追加したものである。

この実施例においてはスイッチ素子５ａ、５ｂをオンに
した場合と、スイッチ素子５ａ、５ｂをオフ、スイッチ
素子１１８．１１ｂをオンにした場合の動作は、第６図
においてスイッチ素子５ａ。

５ｂをオンにした場合と、スイッチ素子５ａ。

５ｂをオフにした場合の動作とそれぞれ同じであるが、
スイッチ素子５ａ、５ｂをオフ、スイッチ素子１１ａ、
１１ｂをオフにすると、最も外側の大きいループが形成
されるため、より低い周波数帯域に同調することができ
る。

例えばスイッチ素子５ａ、５ｂにより短絡用導体３ａ、
３ｂおよび４ａ、４ｂを短絡して最も内側のループを形
成したときはＶＨＦのハイバンドに同講し、またスイッ
チ素子５ａ、５ｂをオフ。

スイッチ素子１１８．１１ｂをオンとし短絡用導体１１
ａ、１１ｂを短絡してループを形成したときはＶＨＦの
ローバンドに同調し、さらにスイッチ素子５ａ、５ｂお
よび１１ａ、１１ｂを全てオフとして最も外側のループ
を形成したときはＦＭ放送に同調するというように、よ
り広い周波数範囲に使用することが可能となる。

以上の実施例では平衡型のループアンテナ、すなわち給
電点Ｆ１．Ｆ２が平衡系であるループアンテナについて
説明したが、本発明は不平衡型のループアンテナを構成
する場合も有効である。

第８図は本発明に基づく不平衡型ループアンテナの実施
例であり、ループ状導体２１はＵ字状に形成され、その
分断部の一端は金属導体２０に直接接続され、他端は可
変容量素子２２を介して金属導体２０に接続されている
。また、ループ状導体１１からは短絡用導体２３ａ、２
３ｂが分岐され、これらの短絡用導体２３ａ、２３ｂｌ
にスイッチ素子２４が接続されている。不平衡の給電点
Ｆは、ループ状導体２１の金属導体２０に接続された一
端の近傍に設定され、この給電点Ｆはバランを介さずに
不平衡系の低雑音増幅器２５を介して出力端子２６に接
続されている。

このループアンテナは第６図の平衡型ループアンテナの
半分の二分に相当する形状であるが、金属導体２０にル
ープ状導体２１が接続されているため、電気的には残り
の半分の二分がいわゆる影像アンテナとして仮想的に存
在することになり、アンテナの動作上は第６図と同じと
なる。この実施例は例えば自動車用アンテナにおける自
動車の車体のように、面積の比較的広い金属導体がある
場合に有効である。

なお、第８図の実施例は第６図の実繕例のアンテナを基
本にして構成されているが、第１図あるいは第７図の実
施例のアンテナを基本にして同様の手法により不平衡型
ループアンテナを構成することも可能である。その他、
本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、次の効果が得られる
。

（１）広い周波数帯域においても、共通の可変容量素子
により全帯域に同調をとることができ、可変容量素子の
容量を制御する制御系も１系統でよいので、スイッチ素
子の制御系が新たに必要となることを考慮しても構成が
簡単となり、小型化を図ることができる。

（２）全周波数帯域において給電点が共通であることに
より、給電系に合成器を必要とせず、この点からも回路
が簡単となり、合成器による挿入損もない。

（３短絡用導体とスイッチ素子により一つのループ状導
体についてループ径を実質的に変化させることによって
、各周波数帯域の受信を行なうので、周波数帯域毎に興
なるループアンテナを使用する場合のようなアンテナ閲
の相互結合による効率の低下という問題がなく、効率の
高いループアンテナを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るループアンテナの構成
を示す平面図、第２図はその等価回路を示す図、第３図
は同実施例のループアンテナの半波長ダイポールに対す
る利得−周波数特性を示す図、第４図は同実施例のルー
プアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図、第５図（ａ）（ｂ
）Ｇ、ｔｆｌ実施例のループアンテナの指向性を示す図
、第６図〜第８図は本発明の他の実施例に係るループア
ンテナの構成を示す図である。１．２１・・・ループ状導体、Ｆｒ　、Ｆ２　、Ｆ・・
・給電点、Ｇ・・・分断部、２，２２・・・可変容量素
子、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ。１０ｂ、２３ａ、２３ｂ−・・短絡用導体、５ａ。５ｂ、１１　ａ、１　ｌ　ｂ、２４＝スイツチ素子、６
・・・バラン、７，２５・・・増幅器、８．２６・・・
出力端子。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図＊２１’ＷＭ　　Ｘ　ａ　　（ＭＨｚ）第３図周波ＳＬ　（ＭＨｚ）ＷＥ４図（ａ）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第５図第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）給電点と分断部を有するループ状導体と、このル
ープ状導体の分断部に接続された可変容量素子とを備え
たループアンテナにおいて、前記ループ状導体の前記給
電点と前記分断部との間から短絡用導体を分岐させ、こ
の短絡用導体に該短絡用導体を介して前記ループ状導体
を短絡させるためのスイッチ素子を接続したことを特徴
とするループアンテナ。
（２）前記短絡用導体は、前記ループ状導体を二分する
線の両側において前記給電点と前記分断部との間から分
岐していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のループアンテナ。
（３）前記ループ状導体の前記分断部の一端は金属導体
に接続され、他端は前記可変容量素子を介して該金属導
体に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のループアンテナ。