WO2006057275A1

WO2006057275A1 - アンテナ装置

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Publication number: WO2006057275A1
Application number: PCT/JP2005/021532
Authority: WO
Inventors: Susumu Fukushima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2006-06-01
Also published as: US20080238802A1; EP1816703A1; US7659793B2; EP1816703A4; JP2006180463A

Abstract

　アンテナ装置（４０）は、アンテナエレメント（１）と、アンテナエレメント（１）に接続された高周波回路（４）と、高周波回路（４）に接続された第１のグランド部（６）と、第１のグランド部（６）に接続されたリアクタンス回路と、リアクタンス回路に接続された第２のグランド部（７）と、を有している。このような構成により、小型で、かつ、放射特性や入力インピーダンス特性などのアンテナ特性が簡易に調整できるアンテナ装置（４０）が提供される。

Description

明細書

アンテナ装置

技術分野

[0001] 本発明は、送受信機器に用いられ、その指向性を調整することが可能はアンテナ装置に関する。

背景技術

[0002] 従来のアンテナ装置は、複数のアンテナエレメントの直下に、各々、移相器と増幅器とが接続されている。移相器と増幅器とが最適に調整され、所望の指向性が得られる構成となっている。このような従来のアンテナ装置は、例えば、特開 2001— 024 431号公報に開示されている。図 35と図 36とは、簡易な回路構成で指向性を制御できるアンテナ装置の一例を示す。

[0003] 図 35と図 36とにおいて、無線信号が給電される放射素子 101が設けられている。

無線信号が給電されない少なくとも 1個の非励振素子 102が、放射素子 101から所定の間隔だけ離れて設けられている。可変リアクタンス素子 103が、非励振素子 102 に接続されている。

[0004] 送受信回路 104で得られた情報に基づいて、可変リアクタンス素子 103のリアクタンス値 Xnが変えられる。このこと〖こより、アンテナ装置の指向特性が変えられる。

[0005] このような従来のアンテナ装置は、高精度の指向性制御が可能である。しかしながら、放射素子 101と非励振素子 102とが複数本必要である。そのため、アンテナ装置の小型化が困難である。さらに、複数個の可変リアクタンス素子 103を制御する制御機構が複雑である。

発明の開示

[0006] 本発明のアンテナ装置は、アンテナエレメントと、アンテナエレメントに接続された高周波回路と、高周波回路に接続された第 1のグランド部と、第 1のグランド部に接続されたリアクタンス回路と、リアクタンス回路に接続された第 2のグランド部と、を有している。このような構成により、小型で、かつ、放射特性や入力インピーダンス特性などのアンテナ特性が簡易に調整できるアンテナ装置が提供される。図面の簡単な説明

[図 1]図 1は本発明の実施の形態 1におけるアンテナ装置の上面図である。

[図 2]図 2は図 1に示すアンテナ装置の下面図である。

[図 3]図 3は本発明の実施の形態 2におけるアンテナ装置の上面図である。

[図 4]図 4は図 3に示すアンテナ装置の下面図である。

[図 5]図 5はアンテナ装置の解析モデルを示すモデル図である。

[図 6]図 6はアンテナ装置の解析モデルを示すモデル図である。

[図 7]図 7は図 5に示すアンテナ装置の解析モデルのインピーダンス特性を示す特性図である。

[図 8]図 8は図 6に示すアンテナ装置の解析モデルのインピーダンス特性を示す特性図である。

[図 9]図 9はアンテナ装置の解析モデルの回路構成を示す回路構成図である。

[図 10]図 10は図 9に示すアンテナ装置の解析モデルのインピーダンス特性を示す特

'性図である。

[図 11]図 11は図 5に示すアンテナ装置の解析モデルの VSWR特性を示す特性図である。

[図 12]図 12は図 6に示すアンテナ装置の解析モデルの VSWR特性を示す特性図である。

[図 13]図 13は図 3に示すアンテナ装置を搭載した自動車を示す概略断面図である。

[図 14]図 14はリアクタンス回路の回路構成を示す回路図である。

[図 15]図 15はリアクタンス回路の回路構成を示す回路図である。

[図 16]図 16はリアクタンス回路の回路構成を示す回路図である。

[図 17]図 17はリアクタンス回路の回路構成を示す回路図である。

[図 18]図 18はリアクタンス回路の回路構成を示す回路図である。

[図 19]図 19はアンテナ装置の解析モデルを示すモデル図である。

[図 20]図 20は図 19に示すアンテナ装置の解析モデルの放射パターン変化を示す特性図である。

[図 21]図 21は図 19に示すアンテナ装置の解析モデルの放射パターン変化を示す特性図である。

[図 22]図 22は図 19に示すアンテナ装置の解析モデルの放射パターン変化を示す特性図である。

[図 23]図 23は図 19に示すアンテナ装置の解析モデルの放射パターン変化を示す特性図である。

[図 24]図 24は図 6に示すアンテナ装置の解析モデルのインピーダンス特性を示す特 '性図である。

[図 25]図 25は図 6に示すアンテナ装置の解析モデルのインピーダンス特性を示す特 '性図である。

[図 26]図 26は図 6に示すアンテナ装置の解析モデルのインピーダンス特性を示す特 '性図である。

[図 27]図 27は図 6に示すアンテナ装置の解析モデルのインピーダンス特性を示す特 '性図である。

[図 28]図 28はアンテナ装置の回路構成の一例を示すブロック図である。

[図 29]図 29はアンテナ装置の回路構成の一例を示すブロック図である。

[図 30]図 30はアンテナ装置の回路構成の一例を示すブロック図である。

[図 31]図 31は第 2の電源回路の回路構成の一例を示すブロック図である。

[図 32]図 32は第 1の電源回路の回路構成の一例を示すブロック図である。

[図 33]図 33は本発明の実施の形態 3におけるアンテナ装置の上面図である。

[図 34]図 34は図 33に示すアンテナ装置の下面図である。

[図 35]図 35は従来のアンテナ装置を示す斜視図である。

[図 36]図 36は従来のアンテナ装置を示す概略構成図である。

符号の説明

1 アンテナエレメント

2 高周波基板

3, 3C 整合回路

4, 4B, 4C, 4D 高周波回路

5 ベースバンド処理回路第 1のグランド部

A 第 5のグランド部

第 2のグランド部

A 第 6のグランド部

, 8D, 8E, 8F, 8G, 8H, 8L, 8M ジァクタンス回路（ジァクタンス素子) ， 9B, 9C, 9D 同軸線路 (給電線路）

0 シールド線

1 信号線

2 モノポーノレアンテナ

3, 13D グランド筐体

4, 14C 複共振点

5 スィッチ

6 フイノレタ

7 ローノイズアンプ

8 カプラ

9 受信電力検波回路

0 復調器

1 第 3のグランド部

1 A 第 7のグランド部

2 第 1の高周波基板

3 第 2の高周波基板

4 リアクタンス値制御回路

5 第 1の電源回路

6 第 2の電源回路

7 レギユレータ

8 第 1のシールド線

9 第 2のシールド線

第 1の信号線 31 第 2の信号線

40, 40A, 40B, 40C, 40D アンテナ装置

41 送受信機

42 第 4のグランド部

44, 44A, 44B, 44D, 44E グランド部

45, 45B, 45C, 45D アンテナモデル

46, 46B, 46C インピーダンス特性

47, 47E インダクタ素子

48 コンデンサ素子

49 可変容量ダイオード素子

50 抵抗素子

51A, 51B, 51C, 51D 放射パターン

52A, 52B, 52C, 52D インピーダンス特性

53 第 1の同軸線路

54 第 2の同軸線路

55 VSWR特性

101 放射素子

102 非励振素子

103 可変リアクタンス素子

104 送受信回路

発明を実施するための最良の形態

[0009] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

[0010] (実施の形態 1)

図 1は、本発明の実施の形態 1におけるアンテナ装置の上面図である。図 2は、図 1 に示すアンテナ装置の下面図である。

[0011] 図 1と図 2とにおいて、高周波基板 2 (以下、基板 2と呼ぶ)の下面側には第 1のダランド部 6 (以下、グランド 6と呼ぶ）と第 2のグランド部 7 (以下、グランド 7と呼ぶ）とがそれぞれ形成されている。グランド 6とグランド 7との間には、リアクタンス回路 8 (以下、回路 8と呼ぶ）が接続されている。また、グランド 6とグランド 7とがグランド部 44を構成している。

[0012] アンテナエレメント 1 (以下、エレメント 1と呼ぶ）は、銅材等の導電材料から構成された導電板である。エレメント 1の一端は、整合回路 3 (以下、回路 3と呼ぶ）と接続されている。回路 3と高周波回路 4 (以下、回路 4と呼ぶ）とは、グランド 6が形成された面の背面側である基板 2の上面側に実装されている。グランド 6と回路 4とは、直流的もしくは交流的に接続されて、る。回路 4は回路 3と接続されてヽる。

[0013] また、グランド部 7が形成された面の背面側である基板 2の上面側には、ベースバンド処理回路 5 (以下、回路 5と呼ぶ）が実装されている。回路 5は、回路 4と接続されている。

[0014] なお、図 1において、エレメント 1は、導電板を用いている。しかしながら、エレメント 1 は、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ等でもよい。さらに、エレメント 1は、グランド 6の上方に設けられた逆 Fアンテナ、逆 Lアンテナ等でもよ、。

[0015] 以上のような構成において、放射に寄与する電流がエレメント 1とグランド 6とグランド 7とに流れる。このことにより、エレメント 1とグランド 6とグランド 7とは、アンテナ装置 4 0として動作する。

[0016] 回路 8のリアクタンス値を種々選択することにより、グランド 6とグランド 7とのそれぞれに生じる電流分布が変化する。その結果、アンテナ装置 40の放射パターンが変化する。さらに、エレメント 1へ入力される入力インピーダンスも変化する。

[0017] したがって、アンテナ装置 40の指向性を向けたい方向にあわせて、回路 8のリアクタンス値が調整される。このことにより、所望の方向へアンテナ装置 40の指向性が向けられる。さらに、回路 8が回路 3の一部として機能し、エレメント 1のインピーダンス整合の選択性が拡大する。と共に、エレメント 1のインピーダンス整合が容易に図られる

[0018] なお、グランド 6とグランド 7とのそれぞれに対する回路 8の接続位置を変化させることもできる。このことにより、グランド 6とグランド 7とに生じる電流分布が変化する。その結果、アンテナ装置 40の所望の放射パターンと所望のインピーダンス特性とが容易に調整される。 [0019] また、回路の設計の容易性が考慮され、アナログ回路である回路 4とデジタル回路である回路 5とが、それぞれ、グランド 6の上面側とグランド 7の上面側とに分けて実装されている。し力しながら、例えば、グランド 7の上面側に回路 4の一部が実装されてもよい。また、グランド 6の上面側に回路 5の一部が実装されてもよい。

[0020] (実施の形態 2)

図 3は、本発明の実施の形態 2におけるアンテナ装置の上面図である。図 4は、図 3 に示すアンテナ装置の下面図である。実施の形態 1の構成と同様の構成については、同一符号を付して、その説明は省略される。

[0021] 図 3と図 4とにおいて、給電線路である同軸線路 9は、シールド線 10とシールド線 1 0によって被覆され、包囲された信号線 11とによって構成されている。信号線 11の一端が、高周波回路 4に接続されている。信号線 11の他端が、送受信機 41と接続されている。さらに、シールド線 10力基板 2の上面側に形成された第 6のグランド部 7A( 以下、グランド 7Aと呼ぶ）に接続されている。また、グランド 7とグランド 7Aとは、基板 2に形成されたスルーホール（図示せず)やビアホール（図示せず)などによって接続されている。これらの点で、実施の形態 2は、実施の形態 1と相違している。グランド 6 とグランド 7とグランド 7Aとによって、グランド部 44Aが構成されている。また、送受信機 41は、復調器 20等によって構成されている。

[0022] この構成により、シールド線 10が接続されている送受信機 41の第 4のグランド部 42

(以下、グランド 42と呼ぶ)までグランド部 44Aが拡大される。つまり、グランド部 44A のサイズは、第 1、第 2、第 4、第 6のそれぞれのグランド 6、 7、 42、 7Aのサイズを加算した大きさとなる。グランド部 44Aには、アンテナ装置 40Aの放射に寄与する電流の大部分が分布する。アンテナ装置 40Aのアンテナ特性は、グランド部 44Aのサイズと電流の分布の状態に大きく影響を受ける。回路 8のリアクタンス値が調整され、グランド部 44Aに生じる電流分布が変更される。その結果、アンテナ装置 40Aの放射パターンが大きく変化する。

[0023] また、同軸線路 9の形状、長さなどが種々選択される。このことにより、グランド部 44 Aのサイズが可変される。その結果、アンテナ装置 40Aのインピーダンス特性において、グランド部 44Aの電気的な長さに依存した複共振が発生する。 [0024] 以下、複共振について、図 5から図 12を用いて説明する。

[0025] 図 5は、長さ Laが 120mmのモノポールアンテナ 12 (以下、アンテナ 12と呼ぶ）がグランド筐体 13に接続されたアンテナモデル 45 (以下、モデル 45と呼ぶ）を示したモデル図である。アンテナ 12が、アンテナエレメント 1として使用されている。グランド筐体 13は、長さ Lhが 100mmで、幅 Whが 30mmである。また、モデル 45のインピーダンス特性 46が図 7に示されて!/、る。

[0026] 図 6は、モデル 45に対して、長さ LclOOmmの同軸線路 9Bが接続されたアンテナモデル 45B (以下、モデル 45Bと呼ぶ）を示している。グランド筐体 13と同軸線路 9B とによって、グランド部 44Bが構成されている。また、モデル 45Bのインピーダンス特性 46Bが図 8に示されて!/、る。

[0027] 図 8のインピーダンス特性 46Bは、図 7のインピーダンス特性 46に比べて、複共振点 14が付加されている。複共振点 14は、グランド筐体 13と同軸線路 9Bとの合成長 L h + Lc200mmが概ね半波長となる周波数（750MHz)にお!/、て発生して!/、る。

[0028] ここで、ある長さの同軸線路を用いた場合の複共振点の発生する周波数は、以下の式（1)で表される。つまり、同軸線路 9Bとグランド筐体 13との合成長をしとする。複共振点 14の発生する周波数を Fとする。すると、周波数 Fは以下の式（1)で表され

0 0

る。

[0029] [数 1]

[0030] 式（1)において、 Cは光速を表している。また、 Nは 1以上の整数である。

0

[0031] このような、複共振点 14を用いてインピーダンス整合を取ることは、モデル 45Bに広帯域特性を付加したことを意味する。

[0032] また、図 9は、モデル 45Bのアンテナ 12の直下に、整合回路 3C (以下、回路 3Cと呼ぶ）を挿入した回路構成のアンテナモデル 45C (以下、モデル 45Cと呼ぶ）を示す。整合回路 3Cは、コイル素子等のインダクタ素子 47とコンデンサ素子 48とによって構成されている。インダクタ素子 47の誘導係数は、例えば、 19nHである。コンデンサ素子 48の電気容量は、例えば、 2pFである。また、モデル 45Cのインピーダンス特性 46Cが図 10に示されている。図 10に示すように、複共振点 14Cの整合点が 50 Ω 付近に移動する。

[0033] この結果、図 11に示すモデル 45の VSWR特性 55の帯域幅に比べ、図 12に示すモデル 45Cの VSWR特性 55Cの帯域幅が拡大する。 VSWR< 3の帯域幅で比較すると、モデル 45は lOOMHzBWであるのに対し、モデル 45Cは 450MHzBWである。つまり、約 4.5倍の帯域幅の拡大が実現されている。

[0034] つまり、実施の形態 2で示すアンテナ装置 40Aでは、広帯域特性が実現されると共に、放射パターンが極端に変化する。以上のような優位な効果が得られることによつて、特に、移動体通信向けのテレビ用アンテナに最適なアンテナ装置 40Aが実現される。

[0035] なお、図 3と図 4とにおいて、グランド 7、 7Aの上には部品が実装されていない。しかしながら、アンテナ装置 40Aの小型化のため、グランド 7、 7Aの上に部品が実装されても同様の効果が得られる。

[0036] また、図 13は、アンテナ装置 40Aの主な用途である車載用アンテナについて示した自動車の概略断面図である。

[0037] 図 13において、自動車 60は、ボディ 65とシート 68と駆動部 63とステアリング 64と前輪 66と後輪 67とを有する。シート 68とステアリング 64とはボディ 65に設けられた車室に、駆動部 63はボディ 65に設けられた機械室にそれぞれ設置されている。ステアリング 64は操舵輪である前輪 66を操作する。駆動部 63はエンジンやモータを有し、駆動輪である後輪 67を駆動する。なお、駆動部 63は前輪 66を駆動してもよい。前輪 66と後輪 67とはボディ 65を支持している。そして自動車 60のボディ 65の内部にはトランク 61が設けられている。

[0038] さらに、エレメント 1は、受信状態の優れた車外ルーフ 70の上やフロントガラス 71の表面に設置されている。送受信機 41は、目立たないトランク 61の中やシート 68の下などに設置されている。アンテナ装置 40Aと送受信機 41とは、自動車 60から給電される。エレメント 1と送受信機 41との間は、長さ 5m程度の同軸線路 9Cを用いて接続されている。このように、アンテナ装置 40Aは、車載用のアンテナとして容易に使用される。そして、放射パターンの可変範囲が広い、受信特性が優れた車載用アンテナが実現される。

[0039] 次に、図 14から図 18を用いて、アンテナ装置 40、 40Aに使用されるリアクタンス回路 8の具体的回路構成について説明する。

[0040] 図 14から図 18は、アンテナ装置 40、 40Aに使用されるリアクタンス回路 8の具体的回路構成の一例を示す。

[0041] 回路 8に求められる特性は、回路 8を流れる電流が直流の場合において、回路 8が短絡されることである。直流において回路 8が短絡されなければ、グランド 6またはグランド 7に電源が供給されない。その結果、回路 4と回路 5とのアクティブ素子に電源が供給できなくなる。それゆえ、回路 8は、コイル素子などのインダクタ素子が直列に配列され、直流において、回路 8が短絡される構成が求められる。

[0042] 例えば、回路 8に容量成分を持たせることによって、所望の放射パターンが得られるアンテナ装置 40、 40Aが実現される。このように、回路 8が容量成分を持つ必要がある場合には、図 14に示すように、リアクタンス回路 8D (以下、回路 8Dと呼ぶ）はィンダクタ素子 47とコンデンサ素子 48との並列回路の構成が有効である。なぜならば、回路 8Dの共振周波数 Fより大きな周波数では、回路 8Dは容量成分を有する。こ

0

のことにより、直流では回路 8Dが短絡され、所望の周波数においては容量成分を有する回路 8Dが実現される。

[0043] 図 15に示すリアクタンス回路 8E (以下、回路 8Eと呼ぶ）は、回路 8Dに対して、更にインダクタ素子 47Eが直列に挿入され、接続されている。つまり、リアクタンス回路 8E を構成する素子数が増えている。このことにより、複数周波数において、所望のリアクタンス値が容易に得られる。

[0044] なお、図 15においては、インダクタ素子 47、 47Eとコンデンサ素子 48との 3素子を用いて、回路 8Eが構成されている。しかしながら、直流的に短絡される構成であれば、 4素子以上のリアクタンス素子を用いて回路 8が構成されてもょ、。

[0045] 図 16に示すリアクタンス回路 8F (以下、回路 8Fと呼ぶ）は、可変容量ダイオード素子 49 (バリキャップダイオード）を用いる事によって、回路 8Fのリアクタンス値が時間的に最適な値に調整可能である。なお、回路 8Fは、可変容量ダイオード 49以外に、インダクタ素子 47、 47E、コンデンサ素子 48、抵抗素子 50などを含んでいる。 [0046] 回路 8Fがアンテナ装置 40、 40Aに使用されることによって、例えば、アンテナ装置 40、 40Aが移動体通信に使用されたときに、電波環境の時間的な変化に対応し、最適な放射パターンが随時選択される。その結果、移動体受信において、絶えず良好な受信特性が得られるアンテナが実現される。

[0047] 図 17に示すリアクタンス回路 8G (以下、回路 8Gと呼ぶ）は、図 14から図 16で示した回路 8D、 8E、 8Fに代表されるリアクタンス回路 8H、 8L (以下、回路 8H、回路 8L と呼ぶ）を有している。さらに、回路 8Gは、回路 8Hと回路 8Lとのいずれか一方を選択して、回路 8Gのリアクタンス値を切り替えるスィッチ 15を有している。このことにより、回路 8Gが取りうるリアクタンス値が容易に切り替えられ、リアクタンス値の範囲が拡張される。その結果、アンテナ装置 40、 40Aの放射パターンの可変範囲とインピーダンスの調整範囲とが拡大する。

[0048] 図 18に示すリアクタンス回路 8M (以下、回路 8Mと呼ぶ）は、回路 8Gに対して、スイッチ 15の数をさらに増やした構成である。回路 8Hと回路 8Lとが確実に分離されることによって、アンテナ装置 40、 40Aの設計が容易になる。

[0049] なお、リアクタンス回路 8H、 8Lとは必ずしも複数の素子を有したリアクタンス回路に限らない。単にリアクタンス素子だけを有するリアクタンス回路 8H、 8Lであってもよい

[0050] 次に、図 19から図 23を用いて、アンテナ装置の放射パターンについて説明する。

[0051] 図 20力ら図 23は、アンテナ装置 40Aのリアクタンス回路 8のリアクタンス値が可変されたときの、周波数が 600MHzの条件での放射パターンの変化を示す。また、図 19 は、放射パターンを導出するために使用したアンテナ装置 40Aのアンテナモデル 45 D (以下、モデル 45Dと呼ぶ）を示す。

[0052] モデル 45Dには、長さ Laが 120mmのモノポールアンテナ 12力アンテナエレメント 1として使用されている。長手方向の長さ Lhが 240mm (約 λ Ζ2に等しい）のグランド筐体 13D力アンテナ 12に接続されている。長さ Lcが 360mmの同軸線路 9Dが、グランド筐体 13Dに接続されている。グランド筐体 13Dの、アンテナ 12の給電点の位置と反対側の端部にリアクタンス回路 8が設置されている。回路 8が設置された位置は、図 3と図 4と〖こおける、シールド線 10に導通接続されたグランド 7Aとグランド 6との間に相当する。また、グランド筐体 13Dと同軸線路 9Dとによって、グランド部 44Dが構成されている。

[0053] アンテナ装置 40Aの放射パターンを効果的に変更するため、グランド部 44Dに生じ、放射に寄与する電流が多く流れて、る部分に回路 8が設置されることが好まヽ。そして、グランド部 44Dに生じ、放射に寄与する電流分布が大きく変化することが好ましい。

[0054] 放射に寄与する電流は、グランド部 44D上に定在波状に分布する。そして、グランド部 44Dの長手方向の長さが 0. 75波長以上ある場合には、グランド部 44Dの給電点から約 n+O. 5波長 (nは 0以上の整数)離れた位置の周辺に定在波の腹が形成される。そのため、モデル 45Dは、定在波の腹が形成される位置上に、リアクタンス回路 8が設置された構成である。

[0055] 図 20、図 21は、回路 8として、コンデンサ素子が使用された場合のモデル 45Dの放射パターン 51A、 5 IBをそれぞれ示している。また、図 22、図 23は、回路 8として、インダクタ素子が使用された場合のモデル 45Dの放射パターン 51C、 5 IDをそれぞれ示している。図 20から図 23は、いずれも、図 19に示す座標軸の XY面の放射パターンを示している。

[0056] ここで、図 20では、電気容量が 0. 5pFのコンデンサ素子が使用され、図 21では、電気容量が 1. 5pFのコンデンサ素子が使用されている。また、図 22では、誘導係数力 SlOnHのインダクタ素子が使用され、図 23では、誘導係数が 50nHのインダクタ素子が使用されている。

[0057] 図 20力ら図 23は、回路 8のリアクタンス値が変わることによって、モデル 45Dの放射パターンが大きく変化することを示している。つまり、到来波 (希望波と妨害波との両方を指す)の方向にあわせて、最適な放射パターンの選択が可能である。

[0058] 次に、図 24から図 27を用いて、アンテナ装置の入力インピーダンス特性につ!、て説明する。

[0059] 図 24力ら図 27は、図 6に示すアンテナ装置 40Aのモデル 45Bにおいて、リアクタンス回路 8のリアクタンス値が変更されたときの入力インピーダンスの変化を示している。図 6〖こ示すモデル 45B〖こおいても、図 19に示すモデル 45Dと同様の理論付けで、リアクタンス回路 8が設置されて、る。

[0060] 図 24、図 25は、回路 8として、インダクタンス素子が使用された場合のモデル 45B のインピーダンス特性 52A、 52Bをそれぞれ示している。また、図 26、図 27は、回路

8として、コンデンサ素子が使用された場合のモデル 45Bのインピーダンス特性 52C

、 52Dをそれぞれ示している。

[0061] 図 24では、誘導係数が 5nHのインダクタ素子が使用され、図 25では、誘導係数が

ΙΟηΗのインダクタ素子が使用されている。また、図 26では、電気容量が 5pFのコンデンサ素子が使用され、図 27では、電気容量が IpFのコンデンサ素子が使用されている。

[0062] 図 24から図 27より把握されるように、回路 8のリアクタンス値が変更されることによつて、アンテナ装置 40Aの入力インピーダンスの調整が可能である。したがって、アンテナ装置 40Aが使用される環境の影響によって、アンテナ装置 40Aの入力インピーダンスが変化した場合に、アンテナ装置 40Aの有する機能を用いてインピーダンスの調整が行われる。その結果、アンテナエレメント 1と回路 4との間で生じるミスマッチロス (mismatch loss,不整合損失）が最小限度に抑えられる。

[0063] 次に、図 28と図 29とを用いて、アンテナ装置のアンテナ特性が変更され、調整されることが可能な回路ブロックの構成について説明する。つまり、アンテナ装置の置かれた周囲環境に合せて、放射パターンや入力インピーダンスなどのアンテナ特性が最適となるように、アンテナ特性を随時変更し、調整するための回路ブロックである。

[0064] 図 28と図 29とにおいて、説明を簡略化するため、受信専用のアンテナ装置として、回路ブロックが構成されている。なお、アンテナ装置は、受信専用に限ることなぐ送受信可能なアンテナ装置へも適用が可能である。

[0065] 図 28は、アンテナ装置 40Bの回路ブロック図を示す。アンテナエレメント 1の直下に整合回路 3が接続されている。回路 3には、フィルタ 16とローノイズアンプ 17 (low nois e amplifier,以下、アンプ 17と呼ぶ）とが順次接続されている。アンプ 17は、増幅器を構成している。アンプ 17の出力の一部は、力ブラ 18により受信電力検波回路 19 (以下、回路 19と呼ぶ）に入力される。そして、回路 19によって、アンテナ装置 40Bの受信電力値がモニタリングされ、検波される。回路 19によってモニタリングされる受信電力値が最大となるように、回路 19に接続された回路 8のリアクタンス値が随時変更される。回路 8を構成する可変容量ダイオード素子 49やスィッチ 15の切り替えなどによつて、リアクタンス値は変更される。また、回路 19から出力される BER (bit error rate) 等の受信状況を、復調器 20が把握する。また、フィルタ 16とアンプ 17と力ブラ 18と回路 19とによって高周波回路 4Bが構成されている。

[0066] 図 29は、アンテナ装置 40Cの回路ブロック図を示す。復調器 20は、実際の BER等の受信状況を把握する。復調器 20で把握された受信状況が最良となるように、回路 8のリアクタンス値が随時変更される。また、回路 8を構成する可変容量ダイオード素子 49やスィッチ 15の切り替えなどによって、リアクタンス値は変更される。このことにより、 BER等が最良となるように、放射パターン、入力インピーダンスなどのアンテナ特性が随時選択され、変更される。また、フィルタ 16とアンプ 17とによって高周波回路 4 Cが構成されている。

[0067] ところで、アンテナ装置の高周波回路 4と復調器 20とが同軸線路 9で結ばれている場合、随時最適なリアクタンス回路 8のリアクタンス値に変更するための制御信号が、信号線 11に乗重されてもよい。このこと〖こよって、回路 4と復調器 20とを結ぶ配線の数が減らせる。その結果、アンテナ装置の取り付け容易性が向上する。

[0068] 図 30は、リアクタンス回路 8のリアクタンス値を可変するために用いられる制御信号力信号線 11上に乗重される場合の回路ブロック図の一例を示す。

[0069] 図 30において、アンテナエレメント 1で受信された信号は、整合回路 3、フィルタ 16 、ローノイズアンプ 17、第 1の電源回路 25 (以下、回路 25と呼ぶ)へ至る。さらに、信号は、回路 25から信号線 11を経由して、第 2の電源回路 26 (以下、回路 26と呼ぶ）を通り、復調器 20に至る。復調器 20で受信信号が復調された後、アンテナ装置 40D の放射パターンの調整が必要であると判断された場合には、復調器 20からリアクタンス値制御回路 24 (以下、回路 24と呼ぶ）に対して、その旨の指令が出力される。そして、回路 24から最適な放射パターンとなるような制御信号が、アンプ 17へ入力される電源電圧の上に乗重された形で、回路 26に送信される。また、フィルタ 16とアンプ 1 7と回路 25とによって高周波回路 4Dが構成されて、る。

[0070] また、図 31に第 2の電源回路 26の具体的な回路構成の一例を示す。図 31において、回路 24からかい路 26へ送信された制御信号は、復調器 20へ供給されず、信号線 11を伝達して、回路 25にのみ供給される。

[0071] また、図 32は、第 1の電源回路 25の具体的な回路構成の一例を示す。図 31に示すように、回路 26から供給された制御信号とアンプ 17の電源電圧とは、回路 25でそれぞれ分離して取り出される。回路 25で取り出された制御信号は、回路 8へ出力されてリアクタンス値の制御に用いられる。また、回路 25で取り出された電源電圧は、レギユレータ 27 (regulator)を通った電源電圧として、アンプ 17へ供給される。

[0072] なお、リアクタンス回路 8のリアクタンス値を可変するために用いられる制御信号力信号線 11上に乗重される場合、図 30から図 32に示す構成には限定されな!ヽ。

[0073] 本実施の形態では、給電線路として、同軸線路 9を用いて説明した。し力しながら、給電線路は、必ずしも、信号線 11とシールド線 10とを有する同軸線路 9に限らない。例えば、シールド線 10として機能する金属板または金属箔等で信号線 11を保護した給電線路を用いることもできる。また、必ずしも、シールド線 10で、信号線 11を包囲することも必要ではな、。

[0074] (実施の形態 3)

図 33は、本発明の実施の形態 3におけるアンテナ装置の上面図である。図 34は、図 33に示すアンテナ装置の下面図である。実施の形態 1および実施の形態 2の構成と同様の構成については、同一符号を付して、その説明は省略される。

[0075] 図 33と図 34とにおいて、第 1のグランド部 6は、第 1の高周波基板 22 (以下、基板 2 2と呼ぶ）の下面側のほぼ全面に形成されている。そして、基板 22の上面側には、グランド 6とスルーホール等（図示せず)で短絡された第 5のグランド部 6A (以下、グランド 6Aと呼ぶ）が形成されている。整合回路 3と高周波回路 4とは、グランド 6が形成された面の背面側である基板 22の上面側に実装されている。エレメント 1の一端は、回路 3と接続されている。回路 3は回路 4と接続されている。

[0076] 第 1の同軸線路 53は、第 1のシールド線 28 (以下、シールド線 28と呼ぶ）とシールド線 28によって被覆され、包囲された第 1の信号線 30 (以下、信号線 30と呼ぶ）とによって構成されている。また、第 2の同軸線路 54は、第 2のシールド線 29 (以下、シールド線 29と呼ぶ）とシールド線 29によって被覆され、包囲された第 2の信号線 31 (以下、信号線 31と呼ぶ）とによって構成されている。同軸線路 53と同軸線路 54とによつて、給電線路である同軸線路が構成されている。同様に、シールド線 28とシールド線 29とによって、シールド線が構成されている。また、信号線 30と信号線 31とによって、信号線が構成されている。

[0077] グランド 6Aは、シールド線 28の一端に接続されて、る。第 2の高周波基板 23 (以下、基板 23と呼ぶ）の下面側に設けられた第 2のグランド部 7にシールド線 28の他端が接続されている。基板 22と基板 23とによって、高周波基板が構成されている。第 3 のグランド部 21 (以下、グランド 21と呼ぶ）が基板 23の下面側に設けられている。ダランド 7とグランド 21とは、基板 23下面側に設けられたリアクタンス回路 8を介して接続されている。

[0078] また、基板 23の上面側には、第 6のグランド部 7Aと第 7のグランド部 21A (以下、グランド 21Aと呼ぶ）とが設けられている。グランド 7とグランド 7Aとは、基板 23に設けられたスルーホール等（図示せず)で接続されている。また、同様に、グランド 21とダランド 21Aとは、基板 23に設けられたスルーホール等（図示せず)で接続されている。

[0079] さらに、グランド 21Aとシールド線 29の一端とが接続されている。信号線 30と回路 4 とが接続されている。また、シールド線 29の他端は、復調器 20等によって構成された送受信機器 41の第 4のグランド部 42に接続されている。

[0080] また、第 1から第 7のそれぞれのグランド部 6、 7、 21、 42、 6A、 7A、 21Aによって、グランド部 44Eが構成されて、る。

[0081] 上記のようなアンテナ装置 40Eの構成によれば、高周波回路を構成する回路 22と回路 23とが分離された構成である。このことから、シールド線 28の長さを最適に選択することによって、リアクタンス回路 8の設置位置を自由に選択できる。このことにより、放射パターンを可変する上で最も効果的な位置に、回路 8を設置することができる。その結果、アンテナ装置 40Eが使用される電波環境に合わせて、最適な放射パターンカ容易に実現される。

[0082] なお、放射パターンを可変する上で最も効果的な回路 8の設置位置は、例えば、ェレメント 1の給電点力電気長で 0. 5波長離れた位置である。

産業上の利用可能性本発明に力かるアンテナ装置は、小型で且つ周囲環境に合わせて放射特性、入力インピーダンス特性などのアンテナ特性を容易に可変できる。その結果、送受信機器等のアンテナに有用である。さらに、高い受信性能を有する無線送受信機器が実現される。

Claims

請求の範囲

[1] アンテナエレメントと、

前記アンテナエレメントに接続された高周波回路と、

前記高周波回路に接続された第 1のグランド部と、

前記第 1のグランド部に接続されたリアクタンス回路と、

前記リアクタンス回路に接続された第 2のグランド部と、を備えた、

アンテナ装置。

[2] 送受信機と、

前記第 1のグランド部と前記第 2のグランド部との少なくともいずれか一方と、前記送受信機とを接続する給電線路と、をさらに備えた、

請求項 1に記載のアンテナ装置。

[3] 前記給電線路は、

前記高周波回路に接続された信号線と、

前記信号線を囲むように配置され、前記第 1のグランド部と前記第 2のグランド部との少なくともいずれか一方に接続されたシールド線と、

を有する同軸線路である、

請求項 2に記載のアンテナ装置。

[4] アンテナエレメントと、

前記アンテナエレメントに接続された高周波回路と、

前記高周波回路に接続されたグランド部と、

リアクタンス回路と、

信号線と、前記信号線を囲むように配置され、前記グランド部に接続されたシールド線と、を有する、同軸線路と、を備え、

前記シールド線は、第 1のシールド線と、前記リアクタンス回路を介して、前記第 1のシールド線に接続された第 2のシールド線と、を有する、

アンテナ装置。

[5] 前記リアクタンス回路は、インダクタ素子とコンデンサ素子との並列回路により構成された、請求項 1または請求項 4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

[6] 前記リアクタンス回路は、可変容量ダイオード素子を有した、

請求項 1または請求項 4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

[7] 前記リアクタンス回路は、

複数のリアクタンス素子と、

前記リアクタンス素子を切り替えるスィッチと、を有した、

[8] 前記高周波回路は、

前記リアクタンス回路のリアクタンス値を制御する受信電力検波回路を有した、請求項 1または請求項 4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

[9] 前記高周波回路は、増幅器を有し、

前記受信電力検波回路は、前記増幅器の出力部分において受信電力を検波する、請求項 8に記載のアンテナ装置。

[10] 前記高周波回路は、

前記リアクタンス回路のリアクタンス値を制御するリアクタンス値制御回路を有した、請求項 1または請求項 4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

[11] 前記リアクタンス回路は、 nを 0以上の整数としたとき、前記グランド部の給電点カも電気長で実質的に n+0. 5波長離れた位置に設置された、

[12] 前記リアクタンス回路のリアクタンス値を制御するための制御信号力前記信号線に乗重された、

請求項 3または請求項 4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。