WO2007055175A1 - アンテナ整合回路 - Google Patents

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WO2007055175A1
WO2007055175A1 PCT/JP2006/322106 JP2006322106W WO2007055175A1 WO 2007055175 A1 WO2007055175 A1 WO 2007055175A1 JP 2006322106 W JP2006322106 W JP 2006322106W WO 2007055175 A1 WO2007055175 A1 WO 2007055175A1
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WO
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antenna
variable capacitance
matching circuit
series
inductor
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Application number
PCT/JP2006/322106
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mitsunari Okazaki
Original Assignee
Alps Electric Co., Ltd.
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Filing date
Publication date
Application filed by Alps Electric Co., Ltd. filed Critical Alps Electric Co., Ltd.
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38Impedance-matching networks

Definitions

  • the present invention relates to an antenna matching circuit, and more particularly to an antenna matching circuit suitable for a small antenna.
  • the antenna element 1 has a substantially horn shape. This antenna element is arranged so that its central axis is almost vertical and the apex of the horn is located on the ground plate side.
  • a capacitor is arranged at a predetermined interval on the peripheral edge of the bottom surface of the antenna element. One end of this capacitor is coupled to the ground plate.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-355031
  • the antenna element as described above has a three-dimensional shape, it cannot be stored in a thin electronic device such as a notebook personal computer.
  • the size of the antenna element is relatively large, about one-sixth of the radio wave wavelength. Therefore, when the antenna element is mounted on the thin electronic device, the ratio of the antenna element to the electronic device increases, which is unsatisfactory in terms of design. It is balanced. Therefore, in recent years, there has been a growing demand for small antennas that can be stored in thin electronic devices.
  • a conventional horn-shaped antenna cannot be used, and a small antenna needs to be provided with an antenna matching circuit suitable for the antenna element.
  • the present invention has been made in view of the strong point, and an object thereof is to provide an antenna matching circuit suitable for a small antenna that can be housed in a thin electronic device.
  • the antenna matching circuit of the present invention is an antenna matching circuit interposed between an antenna element and a transmission line, and the antenna matching circuit is a first variable capacitor connected in series with the antenna element.
  • the Q value of the antenna matching circuit is kept substantially constant by the first variable capacitance element, and the load resistance of the transmission line is matched by the inductor.
  • impedance matching between the antenna element and the transmission line can be achieved.
  • the tuning frequency can be changed by making the second variable capacitor variable. Therefore, even if a small antenna that can be housed in a thin electronic device is used, impedance matching can be achieved over a wide frequency range.
  • the inductor includes a first inductor connected in series to the antenna element, the first variable capacitance element, and the second variable capacitance element, and the antenna.
  • the device includes an element, and a second inductor connected in parallel to the first variable capacitor and the second variable capacitor.
  • the first and second variable capacitance elements have substantially the same characteristics. According to this configuration, since the same type of variable capacitance element can be used, the number of parts does not increase.
  • the antenna element includes a series capacitive element that is equivalent at an antenna feeding point, and the series capacitive element and the first variable capacitive element are connected in series. It is preferable that the series capacitive element and the second variable capacitive element are connected in parallel.
  • the first and second variable capacitance elements are formed as one element. According to this configuration, the antenna matching circuit can be reduced in size and productivity can be improved.
  • the antenna matching circuit of the present invention is an antenna matching circuit interposed between an antenna element and a transmission line, and the antenna matching circuit is connected in parallel with the antenna element.
  • a first resonance circuit comprising a first tuned inductor, a first variable capacitance element connected in series with the antenna element, and a coupling element connected in parallel with the antenna element; and connected in series with the transmission line.
  • the second variable capacitance element and the second tuning inductor, and the second resonance circuit including the coupling element connected in parallel with the transmission line are loosely coupled by the coupling element. And According to this configuration, a broadband tuning antenna having a constant pass bandwidth can be realized.
  • a first fixed capacitance element connected in parallel with the second variable capacitance element, and a second fixed capacitance element connected in series with the second variable capacitance element; It is preferable to have. According to this configuration, it is possible to vary only the center frequency while maintaining the necessary pass bandwidth.
  • the second resonance circuit has a load matching inductor connected in parallel with the transmission line.
  • the antenna element is preferably an open-ended antenna element having a height shorter than 1Z4 of the wavelength of the lowest frequency signal.
  • an antenna matching circuit interposed between an antenna element and a transmission line, the antenna matching circuit including a first variable capacitance element connected in series with the antenna element.
  • a second variable capacitive element connected in parallel to the antenna element and the first variable capacitive element, and a series or parallel to the antenna element, the first variable capacitive element and the second variable capacitive element. Therefore, it is possible to provide an antenna matching circuit suitable for a small antenna that can be housed in a thin electronic device.
  • the present inventor made the following consideration in realizing an antenna matching circuit suitable for a small antenna that can be housed in a thin electronic device.
  • a small antenna small triangular antenna
  • FIG. 1 As a small antenna that can be housed in a thin electronic device, a small antenna (small triangular antenna) as shown in FIG. 1 is considered.
  • a substantially triangular antenna element 101 is provided on a ground plate 102, and a feeding point 103 is provided between the ground plate 102 and the tip of the antenna element 101. .
  • this antenna element 101 is about 1Z18 of 64 cm, which is a wavelength of 470 MHz, for example (arrow height in FIG. 1)
  • the impedance of the feed point 103 is as shown in FIG. Is extremely small and has a capacitive load characteristic.
  • Fig. 2 is the series resistance and xa is the reactance.
  • the ⁇ -type matching circuit 116 is provided between the antenna element 111 and the transmission line 114.
  • the ⁇ -type matching circuit 116 includes an inductor 117 connected in series with the antenna element 111, and input side and output side variable capacitance elements 118 and 119 connected in parallel with the antenna element 111.
  • the antenna element 111 includes a series resistor 112 and a series capacitive element 113.
  • the transmission line 114 includes a load resistor 115.
  • the required input capacitance and output capacitance are as shown in Fig. 5.
  • the input capacitance C1 is the input capacitance of the input-side variable capacitance element 118 in the ⁇ -type matching circuit 116
  • the output capacitance C2 is the output capacitance of the output-side variable capacitance element 119 in the ⁇ -type matching circuit 116. It is. As can be seen from Fig. 5, the capacitance characteristics of input capacitance C1 and output capacitance C2 are very different.
  • variable capacitance elements having substantially the same characteristics.
  • FIG. 6 is a diagram showing an antenna device including the antenna matching circuit according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the antenna matching circuit shown in FIG.
  • the antenna device shown in FIG. 6 mainly includes an antenna element 1, a transmission line 4, and an antenna matching circuit 6 provided between the antenna element 1 and the transmission line 4.
  • the antenna element 1 preferably has a height shorter than 1Z4 which is the wavelength of the lowest frequency signal.
  • the antenna matching circuit 6 is connected in series with the first variable capacitance element 7 connected in series with the antenna element 1, the second variable capacitance element 8 connected in parallel with the antenna element 1, and the antenna element 1. And a second inductor 10 connected in parallel with the antenna element 1.
  • the antenna element 1 includes a series resistor 2 and a series capacitive element 3.
  • the transmission line 4 includes a load resistor 5.
  • the series capacitive element 3 and the first variable capacitive element 7 of the antenna element 1 are connected in series, and the serial capacitive element 3 and the second variable capacitive element 8 are connected in parallel.
  • a broadband tuning antenna can be configured by connecting the antenna element to the antenna matching circuit.
  • the first variable capacitance element 7 and the second variable capacitance element have substantially the same characteristics.
  • the first variable capacitance element 7 is represented by an equivalent capacitance 11 and an equivalent loss resistance 12
  • the second variable capacitance element 8 is equivalent to an equivalent capacitance 13 and an equivalent loss resistance as shown in FIG. It is represented by 14.
  • the first inductor 9 is represented by an equivalent inductance 15 and an equivalent loss resistance 16
  • the second inductor 10 is represented by an equivalent inductance 17 and an equivalent loss resistance 18 as shown in FIG. expressed.
  • the first variable capacitance element 7 makes the Q value of the antenna matching circuit 6 substantially constant regardless of the frequency, and extends the variable range of the resonance frequency by the second variable capacitance element 8.
  • the second variable capacitance element 8 varies the resonance frequency of the antenna matching circuit 6.
  • the first inductor 9 cancels the capacitive reactance, and at the same time, transmits the transmission line due to the tap-down effect with the second inductor 10. Match with load resistance 5 of path 4.
  • the Q value of the antenna matching circuit 6 is kept substantially constant by the first variable capacitance element 7, and the load resistance of the transmission line 4 by the first inductor 9 and the second inductor 10. Align with 5. Thereby, impedance matching between the antenna element 1 and the transmission line 4 can be achieved. Further, the tuning frequency can be changed by making the second variable capacitance element 8 variable. Even if the tuning frequency is changed, impedance matching between the antenna element 1 and the transmission line 4 can be achieved in the same manner as described above. In this configuration, since the first variable capacitance element 7 is interposed between the antenna element 1 and the second variable capacitance element 8 that is the tuning element, the coupling with the antenna element should be made loosely coupled. Can do. Thereby, it is possible to suppress the load fluctuation from affecting the antenna matching circuit. As a result, the tuning range of the second variable capacitance element can be expanded.
  • the antenna matching circuit according to the present invention is characterized by a structure in which the second variable capacitance element 8 is connected in parallel to the antenna element 1 and the first variable capacitance element 7. Therefore, the configurations shown in FIGS. 6 and 7 are examples, and other structures may be used as long as the second variable capacitance element 8 is connected in parallel to the antenna element 1 and the first variable capacitance element 7. .
  • the inductor is provided for adjustment, there is no limit on the number or connection state. Specifically, depending on the load resistance of the transmission circuit, one inductor or two or more inductors may be used.
  • the connection state of the inductor as shown in FIG.
  • the structure (the structure of the antenna element 1, the first variable capacitance element 7 and the second variable capacitance element 8), the first inductor 9, As shown in Fig. 8 (b), the structure and the second inductor 10 are connected in series, and the second inductor 10 and the second inductor 10 may be connected in series.
  • the inductor 9 may be connected in parallel.
  • the first inductor 9 and the second inductor 10 may be interchanged.
  • FIG. 9 is a diagram showing the voltage-capacitance characteristics of the equivalent capacitors 11 and 13 in the equivalent circuit shown in FIG. As shown in Fig. 9, the capacity decreases as the voltage increases.
  • FIG. 10 is a diagram showing the voltage versus resistance characteristics of the equivalent loss resistors 12 and 14 in the equivalent circuit shown in FIG. As can be seen from Fig. 10, the resistance decreases as the voltage increases.
  • Fig. 11 shows the Q values of the first and second inductors 9 and 10 in the circuit shown in Fig. 6.
  • FIG. 11 is a diagram showing matching characteristics (SWR (Standing Wave Ratio)) when a variable capacitance element having the characteristics of FIGS.
  • the antenna element has a height shorter than 1Z4, which is the wavelength of the lowest frequency signal. As can be seen from Fig. 11, the SWR force is 1.5 or less over 770 MHz from the frequency force S470 MHz force, and the antenna matching is good.
  • the antenna matching circuit according to the first embodiment performs impedance matching over a wide frequency range even when a small antenna that can be housed in a thin electronic device is used. Can take.
  • the same type of variable capacitance element can be used, so that the types of components are not increased.
  • variable capacitance elements used in the antenna matching circuit of the present invention can have substantially the same capacitance characteristics
  • the variable capacitance elements a, c have a common terminal b as shown in Fig. 12 (a).
  • a pair element (twin varactor) composed of can be used. This pair element can be manufactured as one element as shown in FIG.
  • the antenna matching circuit can be miniaturized and productivity can be improved.
  • a plurality of wafers can be formed on the wafer as shown in FIG. Manufacturing in this way makes it possible to suppress variations in characteristics.
  • FIGs. 13 (a) to (d) show the matching characteristics at a frequency of 470 MHz
  • Figure 13 (b) shows the matching characteristics at a frequency of 570 MHz
  • Figure 13 (c) shows the matching characteristics at a frequency of 670 MHz
  • (d) shows the matching characteristics at a frequency of 770 MHz.
  • the bandwidth that can be matched becomes narrower as the frequency becomes lower.
  • Fig. 13 The characteristics shown in Fig. 13 are sufficient if the antenna is used when receiving a one-segment terrestrial digital broadcast with a mobile phone. However, in the case of an antenna for receiving a higher level of service, it is necessary to widen the passband width as shown in FIG. It is also used above the television frequency when widening the passband. In order to avoid interference with mobile phones, it is necessary to prevent the bandwidth at high frequencies (specifically, 770 MHz) from spreading more than necessary. In other words, an antenna matching circuit that can vary only the center frequency while maintaining the required passband width is required. Therefore, the present embodiment provides an antenna matching circuit that can vary only the center frequency while maintaining the necessary passband width.
  • FIG. 14 is a diagram showing an antenna apparatus including an antenna matching circuit according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the antenna matching circuit shown in FIG. 14 includes a first tuning inductor 22 connected in parallel with antenna element 1, a variable capacitance element 23 connected in series with antenna element 1, and a coupled inductor connected in parallel with antenna element 1.
  • the first resonant circuit which is a closed circuit composed of 24, the variable capacitance element 25 and the second tuned inductor 28 connected in series with the transmission line 4, and the closed circuit composed of the coupled inductor 24
  • Two resonant circuits are loosely coupled by a coupling inductor 24.
  • this antenna matching circuit is a double-tuned circuit in which the first resonant circuit and the second resonant circuit are loosely coupled by the coupled inductor 24.
  • the resonance frequency can be varied over a wide range, and the passband width can be widened.
  • the first resonance circuit is coupled to the series resistor 2 and the series capacitor 3 of the antenna element 1 through the variable capacitor 21. As a result, it is possible to configure a broadband tuning antenna having a certain pass bandwidth.
  • the load resistance 5 of the transmission line 4 is coupled to the connection point of the second tuning inductor 28 and the load matching inductor 29.
  • variable capacitance element 23 of the first resonance circuit and the variable capacitance element 25 of the second resonance circuit are connected in series, and the variable capacitance elements 23 and 25 and the coupled inductor 24 is connected in parallel.
  • the variable capacitance elements 23 and 25 have a function of coupling the antenna element 1, the first resonance circuit, and the second resonance circuit at the same time as changing the resonance frequency of the resonance circuit, and increasing the coupling at a low frequency.
  • the passband width is secured, and the selectivity is ensured by reducing the coupling at high frequencies. As a result, it is possible to prevent the band from being widened when the pass frequency is a high frequency.
  • the variable capacitance element 25 and the fixed capacitance element 26 are connected in parallel, and the variable capacitance element 25 and the fixed capacitance element 27 are connected in series.
  • the fixed capacitance elements 26 and 27 can limit the change in the resonance frequency due to the variable capacitance element 25.
  • the fixed capacitance elements 26 and 27 are set so as to track the change in the resonance frequency of the first resonance circuit. For this reason, even if the capacitance of the variable capacitance element 25 is small, it is limited by the fixed capacitance element 26 and prevents the capacitance from being lower than a certain value. It is limited and prevents the capacity from exceeding a certain value.
  • variable capacitance elements 21, 23, and 25 have different characteristics and can be tracked, the fixed capacitance elements 26 and 27 may not be provided.
  • the load matching inductor 29 connected in parallel with the transmission line 4 in the second resonance circuit is provided for matching between the series capacitive element 3 of the antenna element 1 and the load resistance 5 of the transmission line 4. Therefore, when the impedance difference between the series capacitive element 3 and the load resistor 5 is small, it may not be provided.
  • the coupling inductor 24 is used as a coupling element for loosely coupling the first resonance circuit and the second resonance circuit.
  • the coupling element is a coupling capacitor element. May be.
  • FIG. 15 (a) shows the matching characteristics at a frequency of 470 MHz
  • Figure 15 (b) shows the matching characteristics at a frequency of 570 MHz
  • Figure 15 (c) shows the matching characteristics at a frequency of 670 MHz
  • 15 (d) shows the matching characteristics at a frequency of 770 MHz.
  • the antenna matching circuit according to the present embodiment can vary only the center frequency while maintaining the necessary pass bandwidth.
  • Embodiments 1 and 2 described above, and can be implemented with various modifications.
  • the configurations described in Embodiments 1 and 2 are not limited to these, and can be appropriately changed without departing from the scope of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a small antenna.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing a feed point impedance of the small antenna of FIG.
  • FIG. 3 is a reflection characteristic diagram of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a ⁇ -type matching circuit.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the variable capacitance of the ⁇ -type matching circuit shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing an antenna device including an antenna matching circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the antenna matching circuit shown in FIG.
  • FIG. 8] (a) and (b) are diagrams showing connection variations in the antenna device including the antenna matching circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a voltage-capacitance characteristic of an equivalent capacitance in the equivalent circuit shown in FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the voltage versus resistance characteristics of the equivalent loss resistance in the equivalent circuit shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing matching characteristics when a variable capacitance element having 10 characteristics is used.
  • FIG. 12 (a) to (c) are diagrams showing a variable capacitance element having a pair element configuration.
  • FIG. 13] (a) to (d) show S when the antenna matching circuit according to Embodiment 1 of the present invention is used.
  • FIG. 14 shows an antenna apparatus including an antenna matching circuit according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 15] (a) to (d) are diagrams showing the frequency characteristics of SWR when the antenna matching circuit according to Embodiment 2 of the present invention is used.

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  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

アンテナ整合回路6は、アンテナ素子1と直列に接続された第1可変容量素子7と、アンテナ素子1と並列に接続された第2可変容量素子8、アンテナ素子1と直列に接続された第1インダクタ9と、アンテナ素子1と並列に接続された第2インダクタ10とを有する。アンテナ素子1は、直列抵抗2と直列容量素子3とを含む。また、伝送線路4は負荷抵抗5を含む。このアンテナ整合回路は、薄型の電子機器に収納することができる小型アンテナに適する。

Description

明 細 書
アンテナ整合回路
技術分野
[0001] 本発明はアンテナ整合回路に関し、特に小型アンテナに適するアンテナ整合回路 に関する。
背景技術
[0002] 広帯域、小型であって、屋根の棟内に配置するのが容易なアンテナ素子として、特 開平 11― 355031号公報に開示されて 、るアンテナ素子がある。このアンテナ素子 1は、略ホーン形状に構成されている。このアンテナ素子は、その中心軸線がほぼ垂 直に、かつ ホーンの頂点が接地板側に位置するように配置されている。また、アン テナ素子の底面の周縁部には、所定間隔をおいて容量体が配置されている。この容 量体の一端は、接地板に結合されている。
特許文献 1:特開平 11― 355031号公報
[0003] 上記のようなアンテナ素子は、立体形状であるので、ノートブック型のパーソナルコ ンピュータのような薄型の電子機器に収納することができない。また、アンテナ素子の サイズも電波波長の約 6分の 1と比較的大きいので、前記薄型の電子機器に搭載す ると、電子機器に対してアンテナ素子の占める割合が大きくなり、デザイン的に不釣 合いである。したがって、近年、薄型の電子機器に収納することができる小型アンテ ナヘの要望が高まって 、る。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 上記のような薄型の電子機器に収納することができる小型アンテナを実現する場合
、従来のような略ホーン形状のアンテナを用いることができず、小型アンテナは、その アンテナ素子に適したアンテナ整合回路を設けることが必要となる。
[0005] 本発明は力かる点に鑑みてなされたもので、薄型の電子機器に収納することができ る小型アンテナに適したアンテナ整合回路を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 [0006] 本発明のアンテナ整合回路は、アンテナ素子と伝送線路との間に介在させたアン テナ整合回路であって、前記アンテナ整合回路は、前記アンテナ素子と直列に接続 された第 1可変容量素子と、前記アンテナ素子及び前記第 1可変容量素子に対して 並列に接続された第 2可変容量素子と、前記アンテナ素子、前記第 1可変容量素子 及び前記第 2可変容量素子に対して直列又は並列に接続されたインダクタと、を具 備することを特徴とする。
[0007] この構成によれば、第 1可変容量素子によりアンテナ整合回路の Q値を略一定に保 ち、インダクタにより伝送線路の負荷抵抗と整合をとる。これにより、アンテナ素子と伝 送線路との間のインピーダンス整合をとることができる。また、第 2可変容量素子を可 変にすることにより、同調周波数を変えることができる。したがって、薄型の電子機器 に収納することができる小型アンテナを用いても、広 ヽ周波数範囲にぉ ヽてインピー ダンス整合をとることができる。
[0008] 本発明のアンテナ整合回路においては、前記インダクタは、前記アンテナ素子、前 記第 1可変容量素子及び前記第 2可変容量素子に対して直列に接続された第 1イン ダクタと、前記アンテナ素子、前記第 1可変容量素子及び前記第 2可変容量素子に 対して並列に接続された第 2インダクタとで構成されることが好ましい。
[0009] 本発明のアンテナ整合回路においては、前記第 1及び第 2可変容量素子がほぼ同 じ特性を有することが好ましい。この構成によれば、同種の可変容量素子を用いるこ とができるので、部品種類を増加させることがない。
[0010] 本発明のアンテナ整合回路においては、前記アンテナ素子はアンテナ給電点にお いて等価である直列容量素子を含み、前記直列容量素子と前記第 1可変容量素子 とが直列接続されており、前記直列容量素子と前記第 2可変容量素子とが並列接続 されていることが好ましい。
[0011] 本発明のアンテナ整合回路においては、前記第 1及び第 2可変容量素子は、一つ の素子に形成されていることが好ましい。この構成によれば、アンテナ整合回路の小 型化を図ることができると共に生産性を向上することができる。
[0012] 本発明のアンテナ整合回路は、アンテナ素子と伝送線路との間に介在させたアン テナ整合回路であって、前記アンテナ整合回路は、前記アンテナ素子と並列に接続 された第 1同調インダクタ、前記アンテナ素子と直列に接続された第 1可変容量素子 及び前記アンテナ素子と並列に接続された結合素子で構成された第 1共振回路と、 前記伝送線路と直列に接続された第 2可変容量素子及び第 2同調インダクタ、並び に前記伝送線路と並列に接続された前記結合素子で構成された第 2共振回路と、が 前記結合素子で疎結合されてなることを特徴とする。この構成によれば、一定の通過 帯域幅を有する広帯域同調アンテナを実現できる。
[0013] 本発明のアンテナ整合回路においては、前記第 2可変容量素子と並列に接続され た第 1固定容量素子と、前記第 2可変容量素子と直列に接続された第 2固定容量素 子とを有することが好ましい。この構成によれば、必要な通過帯域幅を保ったまま、中 心周波数だけを可変することができる。
[0014] 本発明のアンテナ整合回路においては、前記第 2共振回路において、前記伝送線 路と並列に接続された負荷整合インダクタを有することが好ましい。
[0015] 本発明のアンテナ整合回路においては、前記アンテナ素子は、最低周波数信号の 波長の 1Z4よりも短 、高さを有する先端開放型のアンテナ素子であることが好ま ヽ 発明の効果
[0016] 本発明によれば、アンテナ素子と伝送線路との間に介在させたアンテナ整合回路 であって、前記アンテナ整合回路は、前記アンテナ素子と直列に接続された第 1可 変容量素子と、前記アンテナ素子及び前記第 1可変容量素子に対して並列に接続さ れた第 2可変容量素子と、前記アンテナ素子、前記第 1可変容量素子及び前記第 2 可変容量素子に対して直列又は並列に接続されたインダクタと、を具備するので、薄 型の電子機器に収納することができる小型アンテナに適したアンテナ整合回路を提 供することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態 1)
本発明者は、薄型の電子機器に収納することができる小型アンテナに適したアンテ ナ整合回路を実現するにあたり、次のような考察を行った。 [0018] 薄型の電子機器に収納することができる小型アンテナとして、図 1に示すような小型 アンテナ (微小三角アンテナ)が考えられる。この先端開放型の小型アンテナは、接 地板 102上に略三角形状のアンテナ素子 101が設けられており、接地板 102とアン テナ素子 101の先端部との間に給電点 103が設けられている。
[0019] このアンテナ素子 101の高さを、例えば 470MHzの波長である 64cmの約 1Z18と すると(図 1における矢印高さ)、その給電点 103のインピーダンスは、図 2に示すよう に、放射抵抗が極めて小さぐかつ、容量性負荷の特性となる。図 2において、 は 直列抵抗を示し、 xaはリアクタンスを示す。
[0020] この給電点 103のインピーダンスの 50 Ω伝送線路に対する反射は、図 3に示すよう 、ほとんど全反射の状態となる。このままでは、上記負荷との間で極めて大きな不整 合を生じ、伝送線路に電力を供給することができない。
[0021] このような大きな不整合を解決する手段として、パイ型(π型)整合回路がある。図 4 に示すように、 π型整合回路 116は、アンテナ素子 111と伝送線路 114との間に設 けられている。 π型整合回路 116は、アンテナ素子 111と直列に接続されたインダク タ 117と、アンテナ素子 111と並列に接続された入力側及び出力側可変容量素子 1 18, 119とを含む。アンテナ素子 111は、直列抵抗 112と直列容量素子 113とを含 む。また、伝送線路 114は負荷抵抗 115を含む。
[0022] 上記 π型整合回路 116を用いて、 470MHz力ら 770MHzにお!/、て、図 2に示す 給電点インピーダンスを 50 Ωに整合させると、必要となる入力容量と出力容量は図 5 に示すようになる。図 5において、入力容量 C1は、上記 π型整合回路 116における 入力側可変容量素子 118の入力容量であり、出力容量 C2は、上記 π型整合回路 1 16における出力側可変容量素子 119の出力容量である。図 5から分かるように、入 力容量 C1及び出力容量 C2の容量特性は大きく異なる。すなわち、上記 π型整合回 路 116を用いて、 470MHzから 770MHzにおいて給電点インピーダンスを 50 Ωに 整合させると、容量特性が異なる 2つの可変容量素子が必要となり、部品点数が多く なる。さらに、 2つの可変容量素子を同期して可変する必要があるので、複雑な制御 が必要になる。
[0023] 本発明者は上記の点に着目し、ほぼ同じ特性を有する可変容量素子を用いて、し 力も可変容量素子の一つを調整することで、広帯域の信号に対してインピーダンス 整合を行うことができるアンテナ整合回路を達成するに至った。
[0024] 図 6は、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ整合回路を含むアンテナ装置を示 す図であり、図 7は、図 6に示すアンテナ整合回路の等価回路図である。図 6に示す アンテナ装置は、アンテナ素子 1と、伝送線路 4と、アンテナ素子 1と伝送線路 4との 間に設けられたアンテナ整合回路 6とから主に構成されている。アンテナ素子 1は、 最低周波数信号の波長の 1Z4よりも短い高さを有することが好ましい。
[0025] アンテナ整合回路 6は、アンテナ素子 1と直列に接続された第 1可変容量素子 7と、 アンテナ素子 1と並列に接続された第 2可変容量素子 8、アンテナ素子 1と直列に接 続された第 1インダクタ 9と、アンテナ素子 1と並列に接続された第 2インダクタ 10とを 有する。アンテナ素子 1は、直列抵抗 2と直列容量素子 3とを含む。また、伝送線路 4 は負荷抵抗 5を含む。また、アンテナ素子 1の直列容量素子 3と第 1可変容量素子 7 とが直列接続されており、直列容量素子 3と第 2可変容量素子 8とが並列接続されて いる。言い換えると、アンテナ整合回路 6においては、アンテナ素子 1の直列容量素 子 3と第 1可変容量素子 7とが直列接続されており、第 1インダクタ 9と第 2インダクタ 1 0とが直列接続されており、これらの両者が並列に接続されている。このように、本ァ ンテナ整合回路にアンテナ素子が接続されることにより、広帯域同調アンテナを構成 することができる。
[0026] 第 1可変容量素子 7と第 2可変容量素子とはほぼ同じ特性を有する。第 1可変容量 素子 7は、図 7に示すように、等価容量 11と等価損失抵抗 12で表され、第 2可変容 量素子 8は、図 7に示すように、等価容量 13と等価損失抵抗 14で表される。また、第 1インダクタ 9は、図 7に示すように、等価インダクタンス 15と等価損失抵抗 16で表さ れ、第 2インダクタ 10は、図 7に示すように、等価インダクタンス 17と等価損失抵抗 18 で表される。
[0027] 第 1可変容量素子 7は、周波数に拘らずアンテナ整合回路 6の Q値を略一定にする と共に、第 2可変容量素子 8による共振周波数の可変範囲を拡張する。第 2可変容 量素子 8は、アンテナ整合回路 6の共振周波数を可変する。第 1インダクタ 9は、容量 性リアクタンスを打ち消すと共に、第 2インダクタ 10とのタップダウン効果により伝送線 路 4の負荷抵抗 5と整合をとる。
[0028] このような構成のアンテナ整合回路においては、第 1可変容量素子 7によりアンテナ 整合回路 6の Q値を略一定に保ち、第 1インダクタ 9及び第 2インダクタ 10により伝送 線路 4の負荷抵抗 5と整合をとる。これにより、アンテナ素子 1と伝送線路 4との間のィ ンピーダンス整合をとることができる。また、第 2可変容量素子 8を可変にすることによ り、同調周波数を変えることができる。同調周波数を変えても、前述と同様にしてアン テナ素子 1と伝送線路 4との間のインピーダンス整合をとることができる。この構成に おいては、アンテナ素子 1と同調素子である第 2可変容量素子 8との間に第 1可変容 量素子 7が介在しているので、アンテナ素子との結合を疎結合にすることができる。こ れにより、負荷変動がアンテナ整合回路に影響を与えることを抑制することができる。 その結果、第 2可変容量素子の同調範囲を拡張させることができる。
[0029] 本発明に係るアンテナ整合回路は、アンテナ素子 1及び第 1可変容量素子 7に対し て第 2可変容量素子 8が並列に接続された構造を特徴としている。したがって、図 6 及び図 7に示す構成は一例であり、アンテナ素子 1及び第 1可変容量素子 7に対して 第 2可変容量素子 8が並列に接続されていれば他の構造であっても良い。例えば、ィ ンダクタについては、調整のために設けているので、個数や接続状態に制限はない 。具体的には、伝送回路の負荷抵抗により、インダクタは一つでも良ぐ二つ以上で あっても良い。また、インダクタの接続状態についても、図 8 (a)に示すように、前記構 造 (アンテナ素子 1、第 1可変容量素子 7及び第 2可変容量素子 8の構造)と第 1イン ダクタ 9とが並列に接続され、さらにそれと第 2インダクタ 10とが直列に接続されても 良ぐ図 8 (b)に示すように、前記構造と第 2インダクタ 10とが直列に接続され、さらに それと第 1インダクタ 9とが並列に接続されても良い。なお、第 1インダクタ 9と第 2イン ダクタ 10とは入れ替わつていても良い。
[0030] 図 9は、図 7に示す等価回路における等価容量 11, 13の電圧対容量特性を示す 図である。図 9から分力るように、電圧が増加するにしたがって容量が減少している。 図 10は、図 7に示す等価回路における等価損失抵抗 12, 14の電圧対抵抗特性を 示す図である。また、図 10から分かるように、電圧が増加するにしたがって抵抗が減 少している。図 11は、図 6に示す回路における第 1及び第 2インダクタ 9, 10の Q値を 100とし、図 9及び図 10の特性を有する可変容量素子を用いた場合の整合特性 (S WR(Standing Wave Ratio))を示す図である。なお、アンテナ素子は、最低周波数信 号の波長の 1Z4よりも短い高さを有するものとしている。図 11から分力るように、周波 数力 S470MHz力ら 770MHzにわたつて SWR力 S1. 5以下であり、アンテナの整合状 態が良好である。
[0031] このように、本実施の形態 1に係るアンテナ整合回路は、薄型の電子機器に収納す ることができる小型アンテナを用いても、広 ヽ周波数範囲にお!ヽてインピーダンス整 合をとることができる。また、このアンテナ整合回路によれば、同種の可変容量素子を 用いることができるので、部品種類を増加させることがない。
[0032] 本発明のアンテナ整合回路に用いる可変容量素子は、ほぼ同じ容量特性のものを 用いることができるので、図 12 (a)に示すような、端子 bが共通で可変容量素子 a, c で構成されたペア素子 (ツインバラクタ)を使用することができる。このペア素子は、図 12 (b)に示すような一つの素子として製造することができる。このように一つの素子に 2つの可変容量素子を形成することにより、アンテナ整合回路の小型化を図ることが できると共に生産性を向上することができる。この場合、図 12 (c)に示すように、ゥェ ハ上に複数形成することが可能である。このようにして製造することにより、特性のバ ラツキを抑えることが可能となる。
[0033] (実施の形態 2)
上記実施の形態 1に係るアンテナ整合回路にっ 、て、周波数毎の整合特性 (SWR )を調べた。その結果を図 13 (a)〜(d)に示す。図 13 (a)は、周波数 470MHzでの 整合特性であり、図 13 (b)は、周波数 570MHzでの整合特性であり、図 13 (c)は、 周波数 670MHzでの整合特性であり、図 13 (d)は、周波数 770MHzでの整合特性 である。図 13から分力るように、周波数が低域になるにしたがって整合できる帯域幅 が狭くなつている。
[0034] 携帯電話でワンセグ地上デジタル放送を受信する際に使用するアンテナであれば 、図 13に示す特性でも十分である。し力しながら、さらに高度なサービスを受けるた めのアンテナの場合には、通過帯域幅を図 13に示す幅よりも広げる必要がある。ま た、通過帯域幅を広げる場合においては、テレビジョン周波数の上側で使用されて いる携帯電話の干渉を避けるために、高域周波数 (具体的には 770MHz)での帯域 幅が必要以上に広がらないようにすることが必要である。すなわち、必要な通過帯域 幅を保ったまま、中心周波数だけを可変できるアンテナ整合回路が必要となる。そこ で、本実施の形態においては、必要な通過帯域幅を保ったまま、中心周波数だけを 可変できるアンテナ整合回路を提供する。
[0035] 図 14は、本発明の実施の形態 2に係るアンテナ整合回路を含むアンテナ装置を示 す図である。図 14に示すアンテナ整合回路は、アンテナ素子 1と並列に接続された 第 1同調インダクタ 22、アンテナ素子 1と直列に接続された可変容量素子 23及びァ ンテナ素子 1と並列に接続された結合インダクタ 24で構成された閉回路である第 1共 振回路と、伝送線路 4と直列に接続された可変容量素子 25及び第 2同調インダクタ 2 8、並びに結合インダクタ 24で構成された閉回路である第 2共振回路と、が結合イン ダクタ 24で疎結合されて構成されている。すなわち、このアンテナ整合回路は、第 1 共振回路と第 2共振回路が結合インダクタ 24で疎結合された複同調回路である。こ のように、第 1共振回路と第 2共振回路とを疎結合した複同調回路を構成するので、 共振周波数を広い範囲で可変にすることができ、通過帯域幅を広げることができる。 なお、第 1共振回路は、アンテナ素子 1の直列抵抗 2及び直列容量素子 3と可変容 量素子 21を通して結合されている。これにより、一定の通過帯域幅を有する広帯域 同調アンテナを構成することができる。また、第 2共振回路は、第 2同調インダクタ 28 及び負荷整合インダクタ 29の接続点に伝送線路 4の負荷抵抗 5が結合されている。
[0036] 図 14に示すアンテナ整合回路においては、第 1共振回路の可変容量素子 23と第 2共振回路の可変容量素子 25とが直列に接続されており、可変容量素子 23, 25と 結合インダクタ 24とが並列に接続されている。可変容量素子 23, 25は、共振回路の 共振周波数を可変すると同時にアンテナ素子 1と第 1共振回路と第 2共振回路とを結 合する機能も有しており、低域周波数では結合を増やして通過帯域幅を確保し、高 域周波数では結合を小さくして選択度特性を確保する。その結果、通過周波数が高 域周波数であるときに帯域が広がることを防止することができる。
[0037] 第 2共振回路においては、可変容量素子 25と固定容量素子 26とが並列に接続さ れ、可変容量素子 25と固定容量素子 27とが直列に接続されている。このような構成 にすることにより、固定容量素子 26, 27が、可変容量素子 25による共振周波数変化 に制限を加えることができる。この固定容量素子 26, 27は、第 1共振回路の共振周 波数変化とトラッキングをとるように設定される。このため、可変容量素子 25の容量が 小さくなつても固定容量素子 26で律速されて容量がある値以下になることを防止し、 可変容量素子 25の容量が大きくなつても固定容量素子 27で律速されて容量がある 値以上になることを防止する。これにより、略一定の通過帯域幅を維持しつつ広帯域 に同調周波数を可変できる広帯域同調アンテナを実現することができる。なお、可変 容量素子 21, 23, 25が異なる特性を持ち、トラッキング可能な容量特性を有するの であれば、固定容量素子 26, 27を設けなくても良い。
[0038] また、第 2共振回路において伝送線路 4と並列に接続された負荷整合インダクタ 29 は、アンテナ素子 1の直列容量素子 3と伝送線路 4の負荷抵抗 5との間の整合のため に設けているので、直列容量素子 3と負荷抵抗 5との間のインピーダンス差が小さい ときには設けなくても良い。また、本実施の形態においては、第 1共振回路と第 2共振 回路とを疎結合する結合素子として結合インダクタ 24を用いているが、本発明にお いては、結合素子が結合容量素子であっても良い。
[0039] 本実施の形態に係るアンテナ整合回路にっ 、て、周波数毎の整合特性 (SWR)を 調べた。その結果を図 15 (a)〜(d)に示す。図 15 (a)は、周波数 470MHzでの整合 特性であり、図 15 (b)は、周波数 570MHzでの整合特性であり、図 15 (c)は、周波 数 670MHzでの整合特性であり、図 15 (d)は、周波数 770MHzでの整合特性であ る。図 15から分かるように、本実施の形態に係るアンテナ整合回路は、必要な通過 帯域幅を保ったまま、中心周波数だけを可変できるものである。
[0040] 本発明は上記実施の形態 1, 2に限定されず、種々変更して実施することが可能で ある。例えば、上記実施の形態 1, 2において説明した構成は、これらに限定されるも のではなぐ本発明の範囲を逸脱しない限りにお 、て適宜変更することが可能である 図面の簡単な説明
[0041] [図 1]小型アンテナを示す図である。
[図 2]図 1の小型アンテナの給電点インピーダンスを示す特性図である。 [図 3]図 2の反射特性図である。
[図 4] π型整合回路を示す図である。
[図 5]図 4に示す π型整合回路の可変容量を示す特性図である。
[図 6]本発明の実施の形態 1に係るアンテナ整合回路を含むアンテナ装置を示す図 である。
[図 7]図 6に示すアンテナ整合回路の等価回路図である。
[図 8] (a) , (b)は、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ整合回路を含むアンテナ装 置における接続バリエーションを示す図である。
[図 9]図 7に示す等価回路における等価容量の電圧対容量特性を示す図である。
[図 10]図 7に示す等価回路における等価損失抵抗の電圧対抵抗特性を示す図であ る。
[図 11]図 6に示す回路における第 1及び第 2インダクタの Q値を 100とし、図 9及び図
10の特性を有する可変容量素子を用いた場合の整合特性を示す図である。
[図 12] (a)〜 (c)は、ペア素子構成の可変容量素子を示す図である。
[図 13] (a)〜(d)は、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ整合回路を用いた際の S
WRの周波数特性を示す図である。
[図 14]本発明の実施の形態 2に係るアンテナ整合回路を含むアンテナ装置を示す図 である。
[図 15] (a)〜(d)は、本発明の実施の形態 2に係るアンテナ整合回路を用いた際の S WRの周波数特性を示す図である。
符号の説明
1 アンテナ素子
2 直列抵抗
3 直列容量素子
4 伝送線路
5 負荷抵抗
6 アンテナ整合回路
7 第 1可変容量素子 第 2可変容量素子 第 1インダクタ
, 第 2インダクタ, 13 等価容量
, 14 等価損失抵抗, 17 等価インダクタンス, 18 等価損失抵抗, 23, 25 可変容量素子 第 1同調インダクタ 結合インダクタ, 27 固定容量素子 第 2同調インダクタ 負荷整合インダクタ

Claims

請求の範囲
[1] アンテナ素子と伝送線路との間に介在させたアンテナ整合回路であって、前記アン テナ整合回路は、前記アンテナ素子と直列に接続された第 1可変容量素子と、前記 アンテナ素子及び前記第 i可変容量素子に対して並列に接続された第 2可変容量 素子と、前記アンテナ素子、前記第 1可変容量素子及び前記第 2可変容量素子に対 して直列又は並列に接続されたインダクタと、を具備するアンテナ整合回路。
[2] 前記インダクタは、前記アンテナ素子、前記第 1可変容量素子及び前記第 2可変容 量素子に対して直列に接続された第 1インダクタと、前記アンテナ素子、前記第 1可 変容量素子及び前記第 2可変容量素子に対して並列に接続された第 2インダクタと で構成される請求項 1記載のアンテナ整合回路。
[3] 前記第 1及び第 2可変容量素子がほぼ同じ特性を有する請求項 1又は請求項 2記 載のアンテナ整合回路。
[4] 前記アンテナ素子はアンテナ給電点において等価である直列容量素子を含み、前 記直列容量素子と前記第 1可変容量素子とが直列接続されており、前記直列容量素 子と前記第 2可変容量素子とが並列接続されて ヽる請求項 1から請求項 3の ヽずれ かに記載のアンテナ整合回路。
[5] 前記第 1及び第 2可変容量素子は、一つの素子に形成されている請求項 1から請 求項 4の 、ずれかに記載のアンテナ整合回路。
[6] アンテナ素子と伝送線路との間に介在させたアンテナ整合回路であって、前記アン テナ整合回路は、前記アンテナ素子と並列に接続された第 1同調インダクタ、前記ァ ンテナ素子と直列に接続された第 1可変容量素子及び前記アンテナ素子と並列に接 続された結合素子で構成された第 1共振回路と、前記伝送線路と直列に接続された 第 2可変容量素子及び第 2同調インダクタ、並びに前記伝送線路と並列に接続され た前記結合素子で構成された第 2共振回路と、が前記結合素子で疎結合されてなる アンテナ整合回路。
[7] 前記第 2可変容量素子と並列に接続された第 1固定容量素子と、前記第 2可変容 量素子と直列に接続された第 2固定容量素子とを有する請求項 6記載のアンテナ整 合回路。
[8] 前記第 2共振回路において、前記伝送線路と並列に接続された負荷整合インダク タを有する請求項 6又は請求項 7記載のアンテナ整合回路。
[9] 前記アンテナ素子は、最低周波数信号の波長の 1Z4よりも短い高さを有する先端 開放型のアンテナ素子である請求項 1から請求項 8のいずれかに記載のアンテナ整 合回路。
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