JP2004096341A - 共振周波数が可変な逆f型アンテナを含むアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】逆F型アンテナ(500)は、少なくとも1つのスイッチ(602、604、606)を介して直列に結合された少なくとも2つのアンテナ導体エレメント(502、506、508、510)を有する。装置は、逆F型アンテナ(500)と、その少なくとも1つのスイッチを制御する手段(302、306)とを具えている。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、逆F型アンテナを有する情報処理装置に関する。
【0002】
【発明の背景】
現在の或るデスクトップ型パーソナル・コンピュータは、テレビジョン・チューナ・カードを含んでいる。そのチューナ・カードは、典型的には、同軸ケーブルを介して屋上の地上波放送用アンテナおよび衛星放送用アンテナ・ディッシュに接続される。
【0003】
この数年、例えば無線LAN、ブルートゥース(Bluetooth)規格の短距離無線通信および移動電話通信のような接続された小型のアンテナを介した無線通信の機能を有する例えばノートブック型パーソナル・コンピュータ(PC)およびPDA(Personal Digital Assistance)等のモバイル機器が普及しつつある。しかし、そのようなモバイル機器は、その小型のアンテナを介して現在の地上波アナログ・テレビジョン放送信号を良好な状態で受信することはできない。従って、ほとんどのモバイル機器はテレビジョン・チューナ・カードを含んでいない。しかし、そのようなモバイル機器は、将来、日本において地上波ディジタル・テレビジョン放送が開始されるとき、小型のアンテナを介して比較的高品質のディジタル画像信号で変調されたRFキャリアを受信できるであろう。従って、多くのモバイル機器が地上波ディジタル・テレビジョン受信機能を含むようになると予想される。
【0004】
しかし、一般的に、複数の地上波テレビジョン放送のRF信号は無線LANおよび短距離無線通信に用いられる周波数帯域に比べて周波数が低く周波数帯域の範囲が広い。複数の地上波テレビジョン放送RF信号を送受信するためには比較的大きいサイズのアンテナが必要であり、モバイル機器内に収容することができない。
【0005】
特開平11−251825号公報(A)には、小型の移動通信機器に収容可能な小型の逆F型アンテナが記載されている。この逆F型アンテナは、送受信RF信号の波長λの4分の1だけの長さのアンテナを有し、移動通信機器に収容するのに適している。その逆F字型アンテナは、放射器の長さを周波数によって制御する共振回路と、給電点から接地点までの距離を周波数によって制御する共振回路が設けられている。
【0006】
典型的には、その逆F字型アンテナでは共振回路に可変容量ダイオードが用いられて、その共振周波数が制御される。しかし、そのような可変キャパシタでは、可変容量の値の範囲が比較的狭く、可変容量の値の範囲を広げるためには望ましくない比較的高い制御電圧が必要である。
【0007】
特開平10−284919号公報(A)には、広範囲のRF信号を送受信するための、移動体通信機用の小型のアンテナ装置が記載されている。そのアンテナ装置は、アンテナ本体と周波数調整回路とを含む。その調整回路は、並列に結合されたダイオードとキャパシタからなる回路を有する。そのダイオードをオン/オフ制御することによって、アンテナの共振周波数が変化する。
【0008】
発明者は、比較的低い制御電圧で可変キャパシタを制御でき、複数の地上波放送RF信号を受信するための広い周波数帯域を有する逆F字型アンテナの必要性(ニーズ)を認識した。
【0009】
本発明の目的は、広い周波数帯域を有する逆F字型アンテナを実現することである。
【0010】
本発明の別の目的は、広い周波数帯域を有する逆F型アンテナの共振周波数の調整を実現することである。
【0011】
【発明の概要】
発明の1つの特徴によれば、アンテナ装置は、少なくとも1つのスイッチを介して直列に結合された少なくとも2つのアンテナ導体エレメントを有する逆F型アンテナと、その少なくとも1つのスイッチを制御する手段とを具えている。
【0012】
発明の別の特徴によれば、アンテナ装置は、少なくとも1つの共振回路を介して直列に結合される少なくとも2つのアンテナ導体エレメントを具える逆F型アンテナを含んでいる。
【0013】
その共振回路は可変キャパシタを含んだLC共振回路であってもよい。そのアンテナ装置は、さらに、その可変キャパシタの値を変えるための制御手段を具えていてもよい。
【0014】
そのLC共振回路はLC直列共振回路であってもよい。そのLC共振回路はLC並列共振回路であってもよい。
【0015】
そのアンテナ装置は、その逆F型アンテナに結合された給電線のインピーダンスとその逆F型アンテナのインピーダンスを整合させるために、そのアンテナ導体エレメントと接地点との間に少なくとも1つのスイッチまたは共振回路を具えていてもよい。
【0016】
その逆F型アンテナはプリント板上に形成されていてもよい。
【0017】
発明のさらに別の特徴によれば、情報処理装置は、上述のような複数のアンテナ装置と、その複数のアンテナ装置の中の1つを選択する手段とを具えている。
【0018】
発明のさらに別の特徴によれば、情報処理装置は、上述のような複数のアンテナ装置を具えている。その複数のアンテナ装置は相異なる向きに取り付けられている。
【0019】
発明のさらに別の特徴によれば、情報処理装置は、上述のような複数のアンテナ装置と、ユーザによって指定される受信チャンネル情報に基づいてそのアンテナ装置を制御するチャンネル変更手段と、を具えている。
【0020】
本発明によれば、広い周波数帯域幅を有する逆F字型アンテナを実現できる。
【0021】
図において、同じ参照番号は同様の要素を示している。
【0022】
【0023】
【発明の好ましい実施形態】
図1は、本発明の実施形態による、例えばノートブック型パーソナル・コンピュータ(PC)およびPDAのようなモバイル情報処理装置10の構成の部分切り欠き図を示している。情報処理装置10は、表示部筐体20の内部における表示装置22の上辺にほぼ沿って配置された水平方向の逆F型アンテナ(Inverted−F Antenna)52と表示装置22の左側辺にほぼ沿って配置された垂直方向の逆F型アンテナ54とを含み、さらに主要部筐体30の内部におけるキーボード32の左側辺にほぼ沿って配置された水平方向の逆F型アンテナ56を含んでいる。3つの逆F型アンテナ52、54および56は、表示部筐体20の表示面と主要部筐体30のキーボード面が90度になるように表示部筐体20を開いたときに、それぞれのアンテナ方向が概ね互いに垂直になるように配置されている。逆F型アンテナ52、54および56は、接地点に並列に接続されている。3つの逆F型アンテナ52、54および56は、例えば偏波、周波数、スペースおよび角度ダイバーシティ(ダイバーシチ)のようなダイバーシティのために設けられている。逆F型アンテナ52、54および56は、送信および受信に用いることができる。
【0024】
図2は、本発明の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナ52、54および56として用いられる逆F型アンテナ500の構成とその関連するコンポーネントとを例示している。逆F型アンテナ500は、RF信号放射および受信用の逆F型の主要導体エレメント502、エレメント502に直列に結合される、RF電磁波放射および受信用の中間の細長い長方形状の導体エレメント506および508および先端の細長い長方形状の導体エレメント510、および金属の接地導体518を含んでいる。エレメント502、506、508および510は、プリント板400上に、成形されたプレートとして実装されまたはストリップ・ラインとして形成されている。逆F型アンテナ500は、さらに、プリント板400上に配置されたアンテナ500の実効的長さLまたは共振周波数fの調整用のスイッチ・ユニット602、604および606を含んでいる。
【0025】
逆F型主要エレメント502は、細長いセグメント504と、セグメント504の一端においてほぼ垂直方向に分岐していて接地点GPにおいて接地導体518に接続される短い基部セグメント512と、セグメント504の両端の間の位置でほぼ垂直方向に分岐していて接地導体518から分離している短い給電セグメント514とで形成されている。セグメント504とエレメント506、508および510とはほぼ直線上にあり、接地導体518のエレメント502側の則辺(上端縁)にほぼ平行に延びている。給電エレメント514は、その端部または給電点FPが例えば同軸ケーブルのような給電線またRF信号線は520に結合されている。
【0026】
スイッチ・ユニット602はセグメント504の他端とエレメント506の一端の間に結合される。スイッチ・ユニット604はエレメント506の他端とエレメント508の一端の間に結合される。スイッチ・ユニット606はエレメント508の他端とエレメント510の一端の間に結合される。
【0027】
逆F型アンテナ500の実効的長さLは、エレメント502のセグメント512の長さおよびセグメント504の長さ、およびエレメント502に電気的に結合されたエレメント506〜510の長さの総和によって表される。エレメント504〜514のそれぞれの長さは、典型的には約1cm〜約10cmのオーダである。スイッチ・ユニット602、604および606は、図において誇張して大きく表されているが、エレメント502、および506〜510と比較して遙かに小さい大きさまたはサイズ、例えば約1mm〜数mmの大きさ(dimensions)を有する。
【0028】
給電エレメント514上のRF信号の電圧定在波比(VSWR)(=(1+|r|)/(1−|r|)、ここでrは複素電圧反射係数を表す)が適当な値に、例えば値2になるように、アンテナ500のエレメント502、506、508および510の形状および場合によっては関連するインダクタンス(誘導)およびキャパシタンス(容量)が調整されている。アンテナ500と給電線520がインピーダンスについて完全な整合状態にあるとき、VSWRは値1である。VSWRを値1より幾分大きくすると、RF信号の品質が幾分か低下するがアンテナ500の共振周波数帯域がより広くなる。
【0029】
情報処理装置10は、さらに、信号処理部302、RFチューナ304および制御デコーダ306を含んでいる。信号処理部302は、CPU、ROMおよびRAM等を含む、パーソナル・コンピュータ等の通常のプロセッサであればよい。情報処理部302は、RFチューナ304およびスイッチ制御デコーダ306に結合されている。RFチューナ304は給電線520に接続されている。制御デコーダ306はアンテナ500のスイッチ・ユニット602〜606に結合されている。
【0030】
情報処理部302は、チャンネル識別またはチャンネル番号を表すデータをRFチューナ304に供給し、チャンネル識別に対応するアンテナ500の共振周波数fの調整用の制御信号を制御デコーダ306に供給する。制御デコーダ306は、その制御信号をデコードして、スイッチ・ユニット602〜606を制御するのに適した別の制御信号、オン/オフ制御信号SC1、SC2およびSC3を、スイッチ・ユニット602〜606にそれぞれ供給する。制御デコーダ306に供給される制御信号は、スイッチ・ユニット602〜606のオン/オフ制御命令を含んでいてもよい。代替構成として、制御デコーダ306は、制御信号としてチャンネル識別を受け取って、そのチャンネル識別をデコードして、スイッチ・ユニット602〜606を制御するのに適したその別の制御信号を供給してもよい。
【0031】
スイッチ・ユニット602は、制御信号SC1に応答して、エレメント502をエレメント506に結合またはそれから分離させて、アンテナ500の実効的長さLまたは共振周波数fを決定する。スイッチ・ユニット604は、制御信号SC2に応答して、さらにエレメント506をエレメント508に結合またはそれから分離させてアンテナ500の実効的長さLまたは共振周波数fを決定する。スイッチ・ユニット606は、制御信号SC3に応答して、さらにエレメント508をエレメント510に結合またはそれから分離させてアンテナ500の実効的長さLまたは共振周波数fを決定する。ユニット602〜606は単極単投スイッチである。
【0032】
スイッチ・ユニット602がオフ状態のとき、アンテナ500の実効的な長さLは、セグメント512の長さL1とセグメント504の長さL2の和、即ち主要導体エレメント502のアンテナ長L1+L2である。スイッチ・ユニット602がオン状態で、スイッチ・ユニット604がオフ状態のとき、アンテナ500の実効的な長さLは、エレメント502の長さL1+L2およびエレメント506の長さL3の和である。スイッチ・ユニット602および604がオン状態で、スイッチ・ユニット606がオフ状態のとき、アンテナ500の実効的な長さLは、エレメント502の長さL1+L2、エレメント506の長さL3およびエレメント508の長さL4の和である。スイッチ・ユニット602〜606がオン状態のとき、アンテナ500の実効的な長さLは、エレメント502の長さL1+L2、エレメント506の長さL3、エレメント508の長さL4およびエレメント510の長さL5の和である。このようにして、アンテナ500の送受信周波数帯域を変えることができる。アンテナ500の実効的な長さLは、概ね、送信または受信RF信号の波長λの4分の1に対応する。
【0033】
図2の実施形態によれば、スイッチをオンおよびオフするための簡単なディジタル回路を用いて、広い周波数帯域の小型の逆F型アンテナを実現できる。
【0034】
図3は、本発明の別の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナ52、54および56として用いられる逆F型アンテナ700の構成とその関連するコンポーネントとを例示している。逆F型アンテナ700は、図2の構成と同様に、逆F型の主要導体エレメント502、細長い長方形状の導体エレメント506、508および510、および金属の接地導体518を含んでいる。逆F型アンテナ700は、さらに、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fを調整するためのスイッチおよび調整器ユニット612、614および616、および給電線520のインピーダンス、例えば50Ωとアンテナ700を整合させるためのインピーダンスまたは共振周波数の調整用の調整器ユニット651を含む別の導体セグメント516を含んでいる。
【0035】
ユニット612のスイッチSW1は、エレメント506に結合されたバイパスまたは短絡用の端子a1の位置、エレメント506との間に結合されたLC共振回路に結合された端子b1の位置、および端子a1およびb1のいずれにも接続されないオフ状態即ちニュートラルn1の位置の中のいずれかの位置を取る。即ち、スイッチSW1は、ニュートラル位置付きの単極双投スイッチである。端子a1は、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fの粗調整のために設けられている。そのLC共振回路は、直列に結合されたインダクタL11と可変キャパシタC11で形成されいて、実効的長さLまたは共振周波数fの微調整のために設けられている。一般的に、直列に結合されたインダクタと可変キャパシタのインダクタンスは、共振周波数において最小値を取る。
【0036】
ユニット614のスイッチSW2は、同様に、エレメント508に結合された端子a2の位置、エレメント508との間に結合されたLC共振回路に結合された端子b2の位置、および端子a2およびb2のいずれにも接続されないオフ状態即ちニュートラルn2の位置の中のいずれかの位置を取る。端子a2は、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fの粗調整のために設けられている。そのLC共振回路は、直列に結合されたインダクタL12と可変キャパシタC12で形成されいて、実効的長さLまたは共振周波数fの微調整のために設けられている。
【0037】
ユニット616のスイッチSW3は、同様に、エレメント510に結合された端子a3の位置、エレメント510との間に結合されたLC共振回路に結合された端子b3の位置、および端子a3およびb3のいずれにも接続されないオフ状態即ちニュートラルn3の位置の中のいずれかの位置を取る。端子a3は、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fの粗調整のために設けられている。そのLC共振回路は、直列に結合されたインダクタL13と可変キャパシタC13で形成されいて、実効的長さLまたは共振周波数fの微調整のために設けられている。
【0038】
逆F型主要エレメント502の導体セグメント516は、セグメント504におけるセグメント510と514の間の位置でほぼ垂直に分岐して接地導体518に接続されている。調整器ユニット651は、導体セグメント516の中間位置における、セグメント516の分離されたセグメント504側と接地導体518側の2つの部分の間に結合され、即ちセグメント516に直列に結合されている。調整器ユニット651は、直列に結合されたインダクタL01および可変キャパシタC01で形成されたLC共振回路を含んでいる。調整器ユニット651は、ユニット612〜616による共振周波数の調整に応じて、アンテナ700のインピーダンスを給電線520のインピーダンスと整合させるのために設けられており、ユニット612〜616による共振周波数の調整に伴ってインピーダンス整合がとれなくなるのを即ちVSWRが変動するのを防止するためのものである。
【0039】
ユニット612、614および616のスイッチSW1〜SW3、インダクタL11〜L13、および可変キャパシタC11〜C13、およびユニット651のインダクタL01および可変キャパシタC01の各々は、図において誇張して大きく表されているが、エレメント502、および506〜510と比較して遙かに小さい大きさまたはサイズ、例えば約1mm〜数mmの大きさを有する。
【0040】
情報処理部302は、図2と同様に、チャンネル識別を表すデータをRFチューナ304に供給し、チャンネル識別に対応するアンテナ700の共振周波数の調整用の制御信号を制御デコーダ306に供給する。制御デコーダ306は、その制御信号をデコードして、ユニット612〜651を制御するのに適した別の制御信号、ディジタルのオン/オフ制御信号SC1、SC2およびSC3と、アナログの可変キャパシタ制御電圧信号CS1〜CS3およびCS0を、スイッチ・ユニット612〜651にそれぞれ供給する。制御デコーダ306は、制御信号CS1〜CS3およびCS0を生成するためのディジタル−アナログ変換器を含んでいる。制御デコーダ306に供給される制御信号は、スイッチ・ユニット612〜616のオン/オフ制御命令を含んでいてもよい。代替構成として、制御デコーダ306は、制御信号としてチャンネル識別を受け取って、そのチャンネル識別をデコードして、ユニット612〜651を制御するのに適したその別の制御信号を供給してもよい。
【0041】
ユニット612は、制御信号SC1に応答して、スイッチSW1を端子a1、b1またはオフ状態n1のいずれかの位置に切り換えて、エレメント502をエレメント506に結合させ、エレメント506に結合された素子L11およびC11で形成されたLC共振回路にエレメント502を結合させ、またはそれらからエレメント502を分離させて、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fを粗調整する。ユニット612は、スイッチSW1が端子b1の位置にあるとき、アナログ制御信号CS1に応答して、可変キャパシタC11の可変容量を制御することによってそのLC共振回路の共振周波数を微調整して、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fを微調整する。
【0042】
ユニット614は、同様に、制御信号SC2に応答して、スイッチSW2を端子a2、b2またはオフ状態n2のいずれかの位置に切り換えて、エレメント506をエレメント508に結合させ、エレメント508に結合された素子L12およびC12で形成されたLC共振回路にエレメント506を結合させ、またはそれらからスイッチSW2を分離させて、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fを粗調整する。ユニット614は、スイッチSW2が端子b2の位置にあるとき、アナログ制御信号CS2に応答して、可変キャパシタC12の可変容量を制御することによってそのLC共振回路の共振周波数を微調整して、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fを微調整する。
【0043】
ユニット616は、同様に、制御信号SC3に応答して、スイッチSW3を端子a3、b3またはオフ状態n3のいずれかの位置に切り換えて、エレメント508をエレメント510に結合させ、エレメント510に結合された素子L13およびC13で形成されたLC共振回路にエレメント508を結合させ、またはそれらからエレメント508を分離させて、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fを粗調整する。ユニット616は、スイッチSW3が端子b3の位置にあるとき、アナログ制御信号CS3に応答して、可変キャパシタC13の可変容量を制御することによってそのLC共振回路の共振周波数を微調整して、アンテナ700の実効的長さLまたは共振周波数fを微調整する。
【0044】
ユニット651は、アナログ制御信号CS0に応答して、可変キャパシタC01の可変容量を制御することによってLC共振回路の共振周波数を調整して、給電点FPと接地点GP間の距離を実効的にまたは擬似的に変化させ、それによって給電線520とアンテナ700のインピーダンスを整合させる。制御信号CS0は、制御信号CS1〜3の値に応じて予め決定されている。
【0045】
図4は、スイッチおよび調整器ユニット612〜616のスイッチSW1〜SW3の位置と、それぞれ可変キャパシタC11〜C13を含むLC共振回路のインピーダンスZの値と、逆F型アンテナ700の共振周波数fとの関係を表す表を示している。この表において、共振周波数fはf(1)からf(13)まで概ね単調に増加する。
【0046】
図4を参照すると、状態1では、スイッチSW1、SW2およびSW3はそれぞれ端子a1、a2およびa3の位置、即ち短絡の位置を選択している。従って、アンテナ700のエレメント502に全てのエレメント506〜510が接続され、アンテナ700の長さLが最も長くなり(L1+L2+L3+L4+L5)、その共振周波数fが最も低いf(1)となる。
【0047】
状態2〜4では、スイッチSW1およびSW2がそれぞれ端子a1およびa2の位置を、スイッチSW3が端子b3の位置を選択している。従って、アンテナ700のエレメント502にエレメント506および508が接続され、エレメント508と510の間に、インダクタL13およびキャパシタC13で形成されたユニット616のLC共振回路が結合される。
【0048】
状態2では、キャパシタC13の容量を調整してLC共振回路を共振状態にすることによって、そのLC共振回路のインピーダンスZがほぼ0(ゼロ)となり、状態1とほぼ同じ状態になり、その共振周波数fがf(2)≒f(1)となる。
【0049】
状態3〜4では、キャパシタC13の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを大きくすることによってエレメント508をエレメント510に減結合させ、アンテナ700の実効的長さLを短くし、それによってアンテナ700の共振周波数fをf(3)〜f(4)に上げることができる。インピーダンスZが最も大きくなったときの共振周波数f(4)は、スイッチSW3をオフ状態にしたとき(状態5)の共振周波数f(5)とほぼ同じになる。
【0050】
状態5では、スイッチSW1およびSW2はそれぞれ端子a1およびa2の位置を選択し、スイッチSW3はオフ位置を選択している。従って、アンテナ700のエレメント502にエレメント506および508が接続され、アンテナ700の長さLがL1+L2+L3+L4となり、その共振周波数fがf(5)となる。
【0051】
状態6〜8では、スイッチSW1が端子a1の位置を、スイッチSW2が端子b2の位置を、スイッチSW3がオフ状態の位置を選択している。従って、アンテナ700のエレメント502にエレメント506が接続され、エレメント506と508の間に、インダクタL12およびキャパシタC12で形成されたユニット614のLC共振回路が結合される。
【0052】
状態6では、キャパシタC12の容量を調整してLC共振回路を共振状態にすることによって、そのLC共振回路のインピーダンスZがほぼ0(ゼロ)となり、状態5とほぼ同じ状態になり、その共振周波数fがf(6)≒f(5)となる。
【0053】
状態7〜8では、キャパシタC12の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを大きくすることによってエレメント506をエレメント508に減結合させ、アンテナ700の実効的長さLを短くし、それによってアンテナ700の共振周波数fをf(7)〜f(8)に上げることができる。インピーダンスZが最も大きくなったときの共振周波数f(8)は、スイッチSW2をオフ状態にしたとき(状態9)の共振周波数f(9)とほぼ同じになる。
【0054】
状態9では、スイッチSW1は端子a1の位置を選択し、スイッチSW2およびSW3はオフ状態の位置を選択している。従って、アンテナ700のエレメント502にエレメント506が接続され、アンテナ700の長さLがL1+L2+L3となり、その共振周波数fがf(9)となる。
【0055】
状態10〜12では、スイッチSW1が端子b1の位置を選択し、スイッチSW2およびSW3がオフ状態の位置を選択している。従って、エレメント502と506の間に、インダクタL11およびキャパシタC11で形成されたユニット602のLC共振回路が結合される。
【0056】
状態10では、キャパシタC11の容量を調整してLC共振回路を共振状態にすることによって、そのLC共振回路のインピーダンスZがほぼ0(ゼロ)となり、状態9とほぼ同じ状態になり、その共振周波数fがf(10)となる。
【0057】
状態11〜12では、キャパシタC11の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを大きくすることによってエレメント502をエレメント506に減結合させ、アンテナ700の実効的長さLを短くし、それによってアンテナ700の共振周波数fをf(11)〜f(12)に上げることができる。インピーダンスZが最も大きくなったときの共振周波数f(12)は、スイッチSW1をオフ状態にしたとき(状態13)の共振周波数f(13)と同じになる。
【0058】
状態13では、スイッチSW1、SW2およびSW3はオフ状態の位置を選択している。従って、アンテナ700はエレメント502のみを含み、アンテナ700の長さLがL1+L2となり、アンテナ700の共振周波数fが最高のf(13)となる。
【0059】
共振周波数f(2)はほぼf(1)に等しく、共振周波数f(4)はほぼf(5)に等しいので、ユニット612において、端子a1をなくしてスイッチSW1が端子b1の位置とオフ状態n1の位置だけを取るようにしても、オフ状態n1の位置をなくしてスイッチSW1が端子a1とb1の位置だけを取るようにしても、またはスイッチSW1および端子a1をなくしてセグメント504の他端を端子b1に永続(固定)的に接続してもよい。同様に、共振周波数f(6)はほぼf(5)に等しく、共振周波数f(8)はほぼf(9)に等しいので、ユニット614において、端子a2をなくしてスイッチSW2が端子b2の位置とオフ状態n2の位置だけを取るようにしても、オフ状態n2の位置をなくしてスイッチSW2が端子a2とb2の位置だけを取るようにしても、またはスイッチSW2および端子a2をなくしてエレメント506の他端を端子b2に永続的に接続してもよい。同様に、共振周波数f(10)はほぼf(9)に等しく、共振周波数f(12)はほぼf(13)に等しいので、ユニット616において、端子a3をなくしてスイッチSW3が端子b3の位置とオフ状態n3の位置だけを取るようにしても、オフ状態n3の位置をなくしてスイッチSW3が端子a3とb3の位置だけを取るようにしても、またはスイッチSW3および端子a3をなくしてエレメント508の他端を端子b3に永続的に接続してもよい。
【0060】
このように、スイッチSW1、SW2およびSW3とそれぞれのLC共振回路の可変キャパシタC11〜C13を制御することによって、アンテナ700の共振周波数fをf(1)〜f(13)の範囲で変えることができ、それによって比較的広い周波数帯域が確保される。
【0061】
インダクタL11およびキャパシタC11で形成されたLC共振回路の可変共振周波数f11と、インダクタL12およびキャパシタC12で形成されたLC共振回路の可変共振周波数f12と、インダクタL13およびキャパシタC13で形成されたLC共振回路の可変共振周波数f13とが、f11>f12>f13の関係になるようにインダクタL11〜L13およびキャパシタC11〜13の値が決定される。
【0062】
スイッチSW1、SW2およびSW3とそれぞれのLC共振回路の可変キャパシタC11〜C13を制御することによってアンテナ700の適正なインピーダンス整合が得られなくなり、従ってVSWRが上昇するときは、ユニット651は、制御信号CS0に応答して可変キャパシタC01の可変容量を制御することによって、給電点FPから接地点GPまでの距離を実効的にまたは擬似的に変化させ、それによってアンテナ700のインピーダンス整合を最適化する。代替構成として、ユニット651の代わりに、ユニット612〜616のような直列に結合された複数のスイッチ付きLC共振回路をセグメント516に直列に接続し、それらをユニット612〜616と同様に制御することによって、インピーダンス整合の調整範囲を拡大してもよい。
【0063】
図5は、図3の実施形態による共振周波数fとVSWRの可変範囲を示している。
【0064】
図6は、本発明のさらに別の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナ52、54および56として用いられる逆F型アンテナ800の構成とその関連するコンポーネントとを例示している。逆F型アンテナ800は、図2および3の構成と同様に、逆F型の主要導体エレメント502、細長い長方形状の導体エレメント506、508および510、および金属の接地導体518を含んでいる。逆F型アンテナ800は、さらに、アンテナ800の実効的長さLまたは共振周波数fを調整するためのスイッチおよび調整器ユニット622、624および626、および給電線520とアンテナ800のインピーダンスを整合させるためのインピーダンスまたは共振周波数の調整用の調整器ユニット652を含む導体セグメント516を含んでいる。
【0065】
ユニット622、624、626および652は、それぞれのLC共振回路が並列に結合されたインダクタとキャパシタで形成されていることを除いて、図6のユニット612、614、616および651とそれぞれ同様の構成である。一般的に、並列に結合されたインダクタと可変キャパシタのインダクタンスは、共振周波数において最大値を取る。
【0066】
ユニット622において、端子b1とエレメント506の間に、並列に結合されたインダクタL21と可変キャパシタC21で形成された微調整用のLC共振回路が結合されている。ユニット624において、端子b2とエレメント508の間に、並列に結合されたインダクタL22と可変キャパシタC22で形成された微調整用のLC共振回路が結合されている。ユニット626において、端子b3とエレメント510の間には、並列に結合されたインダクタL23と可変キャパシタC23で形成された微調整用のLC共振回路が結合されている。調整器ユニット652は、並列に結合されたインダクタL02および可変キャパシタC02で形成されたLC共振回路を含んでいる。調整器ユニット652は、図3におけるユニット651と同様に、ユニット622〜626による共振周波数の調整に応じて、アンテナ800と給電線520のインピーダンスを整合させるのために設けられている。
【0067】
図7は、スイッチおよび調整器ユニット622〜626のスイッチSW1〜SW3の位置と、それぞれ可変キャパシタC21〜C23を含むLC共振回路のインピーダンスZの値と、逆F型アンテナ800の共振周波数fとの関係を表す表を示している。この表において、共振周波数fはf(1)からf(13)まで概ね単調に増加する。
【0068】
図7を参照すると、状態1では、図4の表と同様に、スイッチSW1、SW2およびSW3はそれぞれ端子a1、a2およびa3の位置を選択している。アンテナ800の長さLが最も長くなり(L1+L2+L3+L4+L5)、その共振周波数fが最も低いf(1)となる。
【0069】
状態2〜4では、スイッチSW1およびSW2がそれぞれ端子a1およびa2の位置を、スイッチSW3が端子b3の位置を選択している。従って、アンテナ800のエレメント502にエレメント506および508が接続され、エレメント508と510の間に、インダクタL23およびキャパシタC23で形成されたユニット626のLC共振回路が結合される。
【0070】
状態2〜3では、キャパシタC23の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを大きくすることによってエレメント508をエレメント510に減結合させ、アンテナ800の実効的長さLを短くし、それによってアンテナ800の共振周波数fをf(2)〜f(3)に上げることができる。
【0071】
状態2では、キャパシタC23の容量を変えてLC共振回路を非共振状態にすることによって、そのLC共振回路のインピーダンスZを最小にして、状態1とほぼ同じ状態にし、その共振周波数fがf(2)≒f(1)となる。
【0072】
状態4では、キャパシタC23の容量を調整してLC共振回路を共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを最大にすることによってエレメント508をエレメント510に減結合させる。その共振周波数f(4)は、スイッチSW3をオフ状態にしたとき(状態5)の共振周波数f(5)とほぼ同じになる。
【0073】
状態5では、スイッチSW1およびSW2はそれぞれ端子a1およびa2の位置を選択し、スイッチSW3はオフ位置を選択している。従って、アンテナ800のエレメント502にエレメント506および508が接続され、アンテナ800の長さLがL1+L2+L3+L4となり、その共振周波数fがf(5)となる。
【0074】
状態6〜8では、スイッチSW1が端子a1の位置を、スイッチSW2が端子b2の位置を、スイッチSW3がオフ状態の位置を選択している。従って、アンテナ800のエレメント502にエレメント506が接続され、エレメント506と508の間に、インダクタL22およびキャパシタC22で形成されたユニット624のLC共振回路が結合される。
【0075】
状態6〜7では、キャパシタC22の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを大きくすることによってエレメント506をエレメント508に減結合させ、アンテナ800の実効的長さLを短くし、それによってアンテナ800の共振周波数fをf(6)〜f(7)に上げることができる。
【0076】
状態6では、キャパシタC22の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にすることによって、そのLC共振回路のインピーダンスZを最小にして、状態5とほぼ同じ状態にし、その共振周波数fがf(6)≒f(5)となる。
【0077】
状態8では、キャパシタC22の容量を調整してLC共振回路を共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを最大にすることによってエレメント506をエレメント508に減結合させる。その共振周波数f(8)は、スイッチSW2をオフ状態にしたとき(状態9)の共振周波数f(9)とほぼ同じになる。
【0078】
状態9では、スイッチSW1は端子a1の位置を選択し、スイッチSW2およびSW3はオフ状態の位置を選択している。従って、アンテナ800のエレメント502にエレメント506が接続され、その共振周波数fがf(9)となる。
【0079】
状態10〜12では、スイッチSW1が端子b1の位置を選択し、スイッチSW2およびSW3がオフ状態の位置を選択している。従って、エレメント502と506の間に、インダクタL21およびキャパシタC21で形成されたLC共振回路が結合される。
【0080】
状態10〜11では、キャパシタC21の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを大きくすることによってエレメント502をエレメント506に減結合させ、アンテナ800の実効的長さLを短くし、それによってアンテナ800の共振周波数fをf(10)〜f(11)に上げることができる。
【0081】
状態10では、キャパシタC21の容量を調整してLC共振回路を非共振状態にすることによって、そのLC共振回路のインピーダンスZを最小にして、状態1とほぼ同じ状態にし、その共振周波数fがf(10)≒f(9)となる。
【0082】
状態12では、キャパシタC21の容量を調整してLC共振回路を共振状態にし、LC共振回路のインピーダンスZを最大にすることによってエレメント502をエレメント506に減結合させる。その共振周波数f(12)は、スイッチSW1をオフ状態にしたとき(状態13)の共振周波数f(13)とほぼ同じになる。
【0083】
状態13では、スイッチSW1、SW2およびSW3はオフ状態の位置を選択している。従って、アンテナ800の共振周波数fが最高のf(13)となる。
【0084】
インダクタL21およびキャパシタC21で形成されたLC共振回路の可変共振周波数f21と、インダクタL22およびキャパシタC22で形成されたLC共振回路の可変共振周波数f22と、インダクタL23およびキャパシタC23で形成されたLC共振回路の可変共振周波数f23とが、f21>f22>f23の関係になるようにインダクタL21〜L23およびキャパシタC21〜23の値が決定される。
【0085】
図3の場合と同様に、ユニット622において、端子a1をなくしてスイッチSW1が端子b1の位置とオフ状態n1の位置だけを取るようにしても、オフ状態n1の位置をなくしてスイッチSW1が端子a1とb1の位置だけを取るようにしても、またはスイッチSW1および端子a1をなくしてセグメント504の他端を端子b1に永続的に接続してもよい。同様に、ユニット624において、端子a2をなくしてスイッチSW2が端子b2の位置とオフ状態n2の位置だけを取るようにしても、オフ状態n2の位置をなくしてスイッチSW2が端子a2とb2の位置だけを取るようにしても、またはスイッチSW2および端子a2をなくしてエレメント506の他端を端子b2に永続的に接続してもよい。同様に、ユニット626において、端子a3をなくしてスイッチSW3が端子b3の位置とオフ状態n3の位置だけを取るようにしても、オフ状態n3の位置をなくしてスイッチSW3が端子a3とb3の位置だけを取るようにしても、またはスイッチSW3および端子a3をなくしてエレメント508の他端を端子b3に永続的に接続してもよい。
【0086】
図3の場合と同様に、ユニット652は、制御信号CS0に応答して、可変キャパシタC02の可変容量を制御することによって、給電点FPから接地点GPまでの距離を実効的にまたは擬似的に変化させ、それによってアンテナ800のインピーダンス整合を最適化する。代替構成として、ユニット652の代わりに、ユニット622〜626のような直列に結合された複数のスイッチ付きLC共振回路をセグメント516に直列に接続し、それらをユニット622〜626と同様に制御することによって、インピーダンス整合の調整範囲を拡大してもよい。
【0087】
図5は、図6の実施形態による共振周波数fとVSWRの可変範囲をも示している。
【0088】
このように、図3および6の実施形態によれば、各ユニット612〜616および651および622〜626および652における各LC共振回路はアンテナ700または800の共振周波数fの微調整のみを担当するので、各LC共振回路の可変キャパシタのキャパシタンスの変化の範囲は小さく、従って可変容量ダイオードのための比較的簡単なアナログ電圧源で済む。
【0089】
図8は、本発明のさらに別の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナ52、54および56の構成とその関連するコンポーネントとを例示している。アンテナ52、54および56の各々は、図2、3または6に示された逆F型アンテナ500、700または800の構成を有する。アンテナ52、54および56は、接地点に並列に結合されており、それぞれの給電線を介し、スイッチSW0を介し、例えば同軸ケーブルのような給電線522を介してRFチューナ304に結合されている。
【0090】
スイッチSW0は、ディジタル・スイッチ制御信号SC0に応答して、逆F型アンテナ52、54および56のいずれかを給電線522に選択的に結合する。情報処理装部302は、RF信号の送信または受信状態をモニタして、送信または受信状態の最も良好な逆F型アンテナを選択すればよい。
【0091】
制御デコーダ306は、スイッチ制御信号SC0をSW0に供給し、制御信号SC1、SC2...およびSC9等をそれぞれの共振周波数調整用のスイッチ・ユニット652〜676に供給する。
【0092】
アンテナ52は、制御信号SC1〜SC3等に応答して、最短の長さ(L1+L12)〜最長の長さ(L1+L12+L13+L14+L15)の範囲の実効的長さを形成する。アンテナ54は、制御信号SC4〜SC6等に応答して、最短の長さ(L1+L22)〜最長の長さ(L1+L22+L23+L24+L25)の範囲の実効的長さを形成する。アンテナ56は、制御信号SC7〜SC9等に応答して、最短の長さ(L1+L32)〜最長の長さ(L1+L32+L33+L34+L35)の範囲の実効的長さを形成する。
【0093】
図9は、図8における逆F型アンテナ52、54および56の各々の可変実効的長さLと共振周波数fとの関係を示している。例えば、アンテナの長さLが6cmのとき共振周波数は1,250MHzとなり、アンテナの長さLが7cmのとき共振周波数は1,071MHzとなり、アンテナの長さLが8cmのとき共振周波数は938MHzとなり、アンテナ長が9cmのとき共振周波数は833MHzとなる。
【0094】
図10は、図9における共振周波数とVSWRの関係を示している。
【0095】
図2におけるユニット602〜606と図3における612〜616および651と図6における622〜626および652は、任意の形態で組み合わせてもよい。例えば、図2におけるユニット604の代わりに図3におけるユニット614または図6におけるユニット624を用いてもよい。例えば、図3におけるユニット616の代わりに図2におけるユニット606または図6におけるユニット626を用いてもよい。例えば、図2におけるユニット651の代わりに図3におけるユニット652を用いても、またはその逆であってもよい。
【0096】
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その変形およびバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理および請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。
【0097】
【発明の効果】
本発明は、前述の特徴によって、広い周波数帯域幅を有する逆F字型アンテナを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施形態による、例えばノートブック型パーソナル・コンピュータおよびPDAのようなモバイル情報処理装置の構成の部分切り欠き図を示している。
【図2】図2は、本発明の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナとして用いられる逆F型アンテナ構成とその関連するコンポーネントとを例示している。
【図3】図3は、本発明の別の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナとして用いられる逆F型アンテナの構成とその関連するコンポーネントとを例示している。
【図4】図4は、スイッチおよび調整器ユニットのスイッチの位置およびそれぞれ可変キャパシタを含むLC共振回路のインピーダンスの値と、逆F型アンテナの共振周波数との関係を示す表を示している。
【図5】図5は、図3の実施形態による共振周波数とVSWRの可変範囲を示している。
【図6】図6は、本発明のさらに別の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナとして用いられる逆F型アンテナの構成とその関連するコンポーネントとを例示している。
【図7】図7は、スイッチおよび調整器ユニットのスイッチの位置およびそれぞれ可変キャパシタを含むLC共振回路のインピーダンスの値と、逆F型アンテナの共振周波数との関係を示す表を示している。
【図8】図8は、本発明のさらに別の実施形態による、図1に示された逆F型アンテナの構成とその関連するコンポーネントとを例示している。
【図9】図9は、図8における逆F型アンテナの各々の可変長さと共振周波数との関係を示している。
【図10】図10は、図9における共振周波数とVSWRの関係を示している。
【符号の説明】
10 情報処理装置
500 逆F字型アンテナ
502、506、508、510 導体エレメント
602、604、606 スイッチ・ユニット
520 給電線
400 プリント板
302 情報処理部
304 RFチューナ
306 制御デコーダ
Claims (10)
- 少なくとも1つのスイッチを介して直列に結合された少なくとも2つのアンテナ導体エレメントを有する逆F型アンテナと、前記少なくとも1つのスイッチを制御する手段とを具えるアンテナ装置。
- 少なくとも1つの共振回路を介して直列に結合される少なくとも2つのアンテナ導体エレメントを具える逆F型アンテナを含むアンテナ装置。
- 前記共振回路が可変キャパシタを含んだLC共振回路であり、
さらに、前記可変キャパシタの値を変えるための制御手段を具える、請求項2に記載の装置。 - 前記LC共振回路がLC直列共振回路である、請求項3に記載の装置。
- 前記LC共振回路がLC並列共振回路である、請求項3に記載の装置。
- 前記逆F型アンテナに結合された給電線のインピーダンスと前記逆F型アンテナのインピーダンスを整合させるために、前記アンテナ導体エレメントと接地点との間に少なくとも1つのスイッチまたは共振回路を具える、請求項1乃至5のいずれかに記載の装置。
- 前記逆F型アンテナがプリント板上に形成されている、請求項1乃至6のいずれかに記載の装置。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の前記アンテナ装置を複数個と、
前記複数のアンテナ装置の中の1つを選択する手段と、
を具える、情報処理装置。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の前記アンテナ装置を複数個具え、
前記複数のアンテナ装置が相異なる向きに取り付けられている、情報処理理装置。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の前記アンテナ装置と、ユーザによって指定される受信チャンネル情報に基づいて前記アンテナ装置を制御するチャンネル変更手段と、
を具える情報処理装置。
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