JP2012060380A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低域から高域まで受信感度が良好な磁界型アンテナとして動作させることができると共に、アンテナ特性のばらつきが少なく取付も容易なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】携帯機器に内蔵されて放送信号波を受信可能なアンテナ装置の放射導体部１を、立体的なループ状に延びて一端を給電点Ｐ１となし他端を接地端Ｑ１となした第１帯状導体１１と、この第１帯状導体１１の途中から枝分かれして延びて先端を給電点Ｐ２となした第２帯状導体１２とで構成する。給電点Ｐ１への給電により第１帯状導体１１が第１のループアンテナ素子Ａ１として励振し、給電点Ｐ２への給電により第１帯状導体１１の一部と第２帯状導体１２とが協働して第２のループアンテナ素子Ａ２として励振する。各給電点Ｐ１，Ｐ２は可変同調手段３に接続されており、可変容量ダイオード４の容量値を制御して各ループアンテナ素子Ａ１，Ａ２の同調周波数を変化させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば地上デジタルテレビジョン放送などの放送信号を受信可能なアンテナ装置に係り、特に、携帯機器に内蔵可能な小型のアンテナ装置に関するものである。

近年、地上デジタルテレビジョン放送を視聴可能な携帯電話機等の携帯機器が普及している。この種の携帯機器では、地上デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ装置として、帯域が広くて放射効率も高めやすいホイップアンテナなどのモノポールアンテナ（電界型アンテナ）が広く採用されている。ただし、携帯電話機などでホイップアンテナが外方へ突出していると邪魔で見栄えも悪く、かつ、ホイップアンテナを破損してしまう危険性も高いため、最近の携帯電話機では、地上デジタルテレビジョン放送受信用の電界型アンテナを筐体に内蔵したものが普及しつつある。

しかしながら、電界型アンテナは、誘電体である人体（人の手や頭など）が近接するとその影響を受けやすいため、携帯機器に内蔵させると受信性能が安定させにくいという不具合があった。これに対してループアンテナなどの磁界型アンテナは、人体が近接しても影響を受けにくいという利点があるが、その反面、磁界型アンテナは電界型アンテナに比べて狭帯域であり放射効率も低い。それゆえ、磁界型アンテナを地上デジタルテレビジョン放送受信用の内蔵アンテナとなす場合には特別な工夫が必要となる。

そこで従来より、金属板を折曲加工してなる大小２つのループアンテナ素子を電磁結合可能な位置関係に配設し、一方のアンテナ素子に給電することによって他方のアンテナ素子も励振できるようにした地上デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来のアンテナ装置では、大きいほうの低域用アンテナ素子の給電点に可変容量ダイオード（バラクタダイオード）を含む可変同調手段が接続されているため、高域を除く比較的広い周波数帯域でこの低域用アンテナ素子を放送信号波に同調させることが可能である。また、低域用アンテナ素子の内側に小さい高域専用アンテナ素子が近接配置されており、低域用アンテナ素子へ給電することによって高域専用アンテナ素子が電磁結合して高い周波数の放送信号波に同調できるようにしてある。このように２つのループアンテナ素子を組み合わせることによって、地上デジタルテレビジョン放送の全周波数帯域の受信が可能な小型の磁界型アンテナが実現できるため、これを携帯電話機の内蔵アンテナとなせば、人体が近接しても影響を受けにくくなって受信性能が安定する。

特開２００６−３２５１３３号公報

ところで、前述した従来例のように、２つのループアンテナ素子を組み合わせるという構成のアンテナ装置では、低域用アンテナ素子の内側に配置する高域専用アンテナ素子をかなり小さく形成しなければならないため、高域において同調可能な周波数帯域が狭くなってしまう。また、可変同調手段によって低域用アンテナ素子の同調周波数をある程度変化させることは可能であるが、可変容量ダイオードの容量変化比が大きすぎるとアンテナ効率は低下してしまう。そのため、かかる従来例では、高域において受信感度の悪い周波数帯域が生じやすく、例えば高域の受信チャンネル数が多い中国などで使用することは困難であった。

また、かかる従来例では、２つのループアンテナ素子を電磁結合に好適な位置関係に配設しなければならないため、両アンテナ素子の相対位置のばらつきによってアンテナ特性が大きくばらついてしまう。それゆえ、金属板を折曲加工してなる２つのアンテナ素子を携帯電話機の筐体等に組み付ける場合、その取付作業は煩雑となり、かつ、取付位置の若干の誤差は避けがたいため、アンテナ特性も安定させにくいという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、低域から高域まで受信感度が良好な磁界型アンテナとして動作させることができると共に、アンテナ特性のばらつきが少なくて取付も容易なアンテナ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、ループ状に延びて一端を第１給電点となし他端を接地導体に接続した第１帯状導体と、この第１帯状導体の途中から枝分かれして延びて先端を第２給電点となした第２帯状導体と、少なくとも前記第１給電点に接続された可変同調手段とを備え、前記第１給電点への給電により前記第１帯状導体が第１のループアンテナ素子として励振し、この第１のループアンテナ素子の同調周波数が前記可変同調手段によって変更可能であると共に、前記第２給電点への給電により前記第１帯状導体の一部と前記第２帯状導体とが協働して第２のループアンテナ素子として励振し、この第２のループアンテナ素子の同調周波数が前記第１のループアンテナ素子の同調周波数よりも高いという構成にした。

このように構成されたアンテナ装置では、第１のループアンテナ素子として励振可能な第１帯状導体から第２帯状導体が枝分かれして延びており、これら第１および第２帯状導体を一体品として形成でき、また、第１帯状導体の一部と第２帯状導体とが協働して第２のループアンテナ素子として励振可能なため、第１のループアンテナ素子の同調周波数よりも高い所望の周波数に第２のループアンテナ素子を同調させることができる。しかも、第１給電点への給電によって第１のループアンテナ素子を所定の周波数で励振させることが可能なだけでなく、第２給電点を接地端の如くに動作させて該周波数よりも高い別の周波数で励振させることが可能なため、可変同調手段で同調周波数を変化させることにより、このアンテナ装置の受信可能な帯域幅は容易に広げることができる。それゆえ、このアンテナ装置は、低域から高域まで受信感度が良好な磁界型アンテナとして動作させることができ、人体（人の手や頭など）が近接してもその影響を受けにくいことから受信性能も安定させやすい。また、このアンテナ装置は、２種類のループアンテナ素子が一体化されていることから、携帯機器への取付が容易でアンテナ特性のばらつきも少ない。

上記の構成において、可変同調手段が第１給電点と第２給電点の両方に接続されていると、第２給電点への給電によって第２のループアンテナ素子を所定の周波数で励振させることが可能なだけでなく、第１給電点を接地端の如くに動作させて該周波数よりも低い別の周波数で励振させることが可能になるため、可変同調手段で同調周波数を変化させることにより、このアンテナ装置の受信可能な帯域幅を一層容易に広げることができる。つまり、ローバンド選択時だけでなくハイバンド選択時にも同調周波数が変更できるようにしてあると、受信可能な高域の帯域幅が広くなる。

また、上記の構成において、可変同調手段が可変容量ダイオードを含んでいると、可変容量ダイオードに印加する逆電圧の大きさに応じて同調周波数を変化させることができるため、可変同調手段の構造を簡素化できて好ましい。

また、上記の構成において、第１帯状導体が、互いに非平行な複数の開口面を画成する立体的なループ状に延びていると、比較的電気長の長い第１のループアンテナ素子（第１帯状導体）をコンパクトな外形に形成することができるため好ましい。この場合において、第１帯状導体が複数箇所で直角に屈曲しながら延びる導体として形成されていると共に、第２帯状導体が第１帯状導体から直角に分岐する導体として形成されていると、第１および第２帯状導体の設計や製造が容易になる。

また、上記の構成において、誘電体材料からなるブロック体の表面に第１および第２帯状導体がパターン形成されていると、携帯機器への取付が一層容易になってアンテナ特性も安定化させやすくなる。

また、上記の構成において、受信可能な周波数帯域が地上デジタルテレビジョン放送の信号波の周波数帯域を含んでいると、携帯電話機等の携帯機器に内蔵可能で受信感度が良好な地上デジタルテレビジョン放送受信用の磁界型アンテナが得られる。

本発明のアンテナ装置によれば、第１のループアンテナ素子として励振可能な第１帯状導体から第２帯状導体が枝分かれして延びており、第１帯状導体の一部と第２帯状導体とが第２のループアンテナ素子として励振可能であり、また、第１給電点への給電によって第１のループアンテナ素子を所定の周波数で励振させることが可能なだけでなく、第２給電点を接地端の如くに動作させて該周波数よりも高い別の周波数で励振させることが可能である。したがって、可変同調手段で同調周波数を変化させることにより、このアンテナ装置の受信可能な帯域幅は容易に広げることができる。つまり、このアンテナ装置は、低域から高域まで受信感度が良好な磁界型アンテナとして動作させることができ、人体が近接してもその影響を受けにくいことから受信性能も安定させやすい。また、このアンテナ装置は、２種類のループアンテナ素子が一体化されていることから、携帯機器への取付が容易でアンテナ特性のばらつきも少ない。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。 図１のアンテナ装置を別の角度から見た斜視図である。 該アンテナ装置の基本的な回路構成図である。 該アンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す説明図である。 本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。 本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。 本発明の第４実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態例について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置について説明すると、このアンテナ装置は、地上デジタルテレビジョン放送受信用の内蔵アンテナとして携帯電話機に組み込まれるものである。図１と図２に示すように、このアンテナ装置は、金属板を所定形状に折曲加工してなる放射導体部１と、携帯電話機の回路基板２に設けられた可変同調手段３とを備えており、放射導体部１が回路基板２の長手方向の一端部に取り付けられている。

放射導体部１は、立体的なループ状に延びている第１帯状導体１１と、この第１帯状導体１１の途中から枝分かれして延びている第２帯状導体１２とからなる。第１帯状導体１１の一端はローバンド用の第１給電点Ｐ１となっており、第１帯状導体１１の他端は回路基板２に設けられた図示せぬ接地導体に接続される接地端Ｑ１となっている。第１帯状導体１１は複数箇所で直角に屈曲しながらループ状に延びる導体として形成されているため、互いに直交する複数の開口面を画成している。第２帯状導体１２は第１帯状導体１１から直角に分岐する導体として形成されており、この第２帯状導体１２の先端はハイバンド用の第２給電点Ｐ２となっており、基端は第１帯状導体１１との連結端Ｑ２となっている。

図３に示すように、可変同調手段３には、第１給電点Ｐ１や第２給電点Ｐ２に接続された可変容量ダイオード（バラクタダイオード）４を含む整合回路と、第１給電点Ｐ１用の信号経路Ｌ１と第２給電点Ｐ２用の信号経路Ｌ２の分岐点に配置されてＬＮＡ（低雑音増幅回路）６に接続された高周波用スイッチ５とが備えられている。この可変同調手段３はＬＮＡ６等を介してチューナ回路と接続されている。可変容量ダイオード４には、チューナ回路からの制御信号Ｓｃによって逆電圧（０ボルト〜２．８ボルトの直流電圧）が印加され、この逆電圧の大きさに応じて可変容量ダイオード４の容量値が変化するようになっている。また、高周波用スイッチ５は、信号の周波数に応じて信号経路Ｌ１と信号経路Ｌ２を選択的にチューナ回路と接続する切換えスイッチとして動作する。つまり、ローバンド選択時には第１給電点Ｐ１がチューナ回路と接続され、ハイバンド選択時には第２給電点Ｐ２がチューナ回路と接続される。ただし、ローバンド選択時にもハイバンド選択時にも可変容量ダイオード４には同じ大きさの逆電圧が印加される。なお、高周波用スイッチ５の代わりにダイプレクサを用いることも可能である。そのほか、信号経路Ｌ１にローパスフィルタ（ＬＰＦ）を介在させ、信号経路Ｌ２にハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を介在させるという回路構成にしてもよい。

本実施形態例に係るアンテナ装置の動作について説明すると、第１給電点Ｐ１に給電することにより、放射導体部１は第１帯状導体１１が第１のループアンテナ素子Ａ１として励振し、該第１のアンテナ素子Ａ１の同調周波数は可変同調手段３によって変更可能である。すなわち、磁界型アンテナとして動作する第１のループアンテナ素子Ａ１のインピーダンスは誘導性（インダクティブ）であり、そのインダクタンスは低域で増大し高域で低下するため、可変容量ダイオード４に印加する逆電圧を小さくして容量値を大きく設定すれば、低域の所定周波数において第１のアンテナ素子Ａ１とインピーダンスをマッチングさせることができる。また、逆電圧を大きくして可変容量ダイオード４の容量値を小さく設定すれば、より高い周波数において第１のアンテナ素子Ａ１とインピーダンスをマッチングさせることができる。

さらに、第１給電点Ｐ１への給電によって第１のループアンテナ素子Ａ１を所定の周波数で励振させることができるだけでなく、第２給電点Ｐ２を接地端の如くに動作させて、該周波数よりも高い別の周波数で放射導体部１を励振させることもできる。すなわち、このアンテナ装置は、第１給電点Ｐ１へ給電するローバンド選択時にＶＳＷＲ（電圧定在波比）が周波数に応じて図４に示すように変化し、２つの共振点が現れる。同図において、左側の実線カーブは、可変容量ダイオード４に印加する逆電圧が０ボルトのときのＶＳＷＲ特性を示しており、右側の破線カーブは、逆電圧が２．８ボルトのときのＶＳＷＲ特性を示している。図４から明らかなように、可変同調手段３で同調周波数を変化させることにより、このアンテナ装置は低域側で受信可能な帯域幅を容易に広げることができる。

また、第２給電点Ｐ２に給電することにより、放射導体部１は、第２帯状導体１２と、連結端Ｑ２から接地端Ｑ１へと至る第１帯状導体１１のＬ字状部分とが協働して、第２のループアンテナ素子Ａ２として励振する。この第２のループアンテナ素子Ａ２の電気長は第１のループアンテナ素子Ａ１の電気長に比べてはるかに短いため、高域の所定の周波数で第２のループアンテナ素子Ａ２を励振させることができる。そして、この場合も、第２給電点Ｐ２への給電によって第２のループアンテナ素子Ａ２を所定の周波数で励振させることができるだけでなく、第１給電点Ｐ１を接地端の如くに動作させて該周波数よりも低い別の周波数で放射導体部１を励振させることもできる。すなわち、前述したローバンド選択時と同様の動作原理で、第２給電点Ｐ２へ給電するハイバンド選択時にも、可変容量ダイオード４に印加する逆電圧の大きさを制御することによって、高域側で受信可能な帯域幅を容易に広げることができる。

このように本実施形態例に係るアンテナ装置では、第１のループアンテナ素子Ａ１として励振可能な第１帯状導体１１から第２帯状導体１２が枝分かれして延びており、これら第１および第２帯状導体１１，１２が一体品として形成されている。また、第１帯状導体１１の一部と第２帯状導体１２とが協働して第２のループアンテナ素子Ａ２として励振可能なため、第１のループアンテナ素子Ａ１の同調周波数よりも高い所望の周波数に第２のループアンテナ素子Ａ２を同調させることができる。しかも、このアンテナ装置の放射導体部１は、ローバンド選択時に第１のループアンテナ素子Ａ１を所定の周波数で励振させることができるだけでなく、第２給電点Ｐ２を接地端の如くに動作させて該周波数よりも高い別の周波数で励振させることができるため、２つの共振点が設定できる。同様に、放射導体部１はハイバンド選択時にも、第２のループアンテナ素子Ａ２を所定の周波数で励振させることができるだけでなく、第１給電点Ｐ１を接地端の如くに動作させて該周波数よりも低い別の周波数で励振させることができるため、やはり２つの共振点が設定できる。それゆえ、このアンテナ装置は、可変同調手段３で同調周波数を変化させることによって、受信可能な帯域幅を容易に広げることができる。つまり、このアンテナ装置は、低域から高域まで受信感度が良好な磁界型アンテナとして動作させることができ、人体（人の手や頭など）が近接してもその影響を受けにくいことから受信性能も安定させやすい。また、２種類のループアンテナ素子Ａ１，Ａ２が一体化されていることから、このアンテナ装置は、携帯電話機の回路基板２への取付が容易でアンテナ特性のばらつきも少ない。

また、本実施形態例に係るアンテナ装置では、第１帯状導体１１が複数箇所で直角に屈曲しながら延びる導体として形成されていると共に、第２帯状導体１２が第１帯状導体１１から直角に分岐する導体として形成されているため、比較的電気長の長い第１のループアンテナ素子Ａ１（第１帯状導体１１）をコンパクトな外形に形成して放射導体部１の小型化を図ることが容易であるのみならず、第１および第２帯状導体１１，１２の設計や製造が容易である。

なお、高域の受信チャンネル数が少ない場合には、ハイバンド選択時に同調周波数が変更できなくても対応できるため、その場合は第２給電点Ｐ２を可変同調手段３と接続しない構成にしてもよい。ただし、上記の実施形態例のように、ローバンド選択時だけでなくハイバンド選択時にも同調周波数が変更できるようにしてあると、受信可能な高域の帯域幅が広くなるため、高域の受信チャンネル数が多い場合に使い勝手が良くなる。

また、上記の実施形態例では、アンテナ装置を携帯電話機の長手方向の一端部に内蔵させた場合について例示しているが、このアンテナ装置を携帯電話機以外の携帯機器に内蔵させても、ほぼ同様の効果を期待できる。

図５は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の放射導体部を示すものであり、図１と対応する部分には同一符号を付してある。

図５に示す放射導体部７は、第１実施形態例で示した放射導体部１とループ形状は同じであるが、金属板ではなく導体パターンによって形成されている点が大きく異なっている。すなわち、この放射導体部７では、誘電体材料からなる直方体形状のブロック体８の表面に、第１帯状導体１１と第２帯状導体１２とがパターニングにより形成されている。

この第２実施形態例では、第１および第２の帯状導体１１，１２がブロック体８の表面に導体パターンによって形成されているため、各帯状導体１１，１２の位置精度が高まってアンテナ特性を安定化させやすくなる。また、ブロック体８が誘電体材料からなるため、誘電体の波長短縮効果によって放射導体部７を小型化することができる。また、放射導体部７を携帯機器へ取り付ける際に１つのブロック体８として取り扱うことができるため、取付作業性が大幅に向上する。

図６は本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置を示すものであり、図１と対応する部分には同一符号を付してある。

図６に示すアンテナ装置は、放射導体部９のうち特に第２帯状導体１２の形状が、第１実施形態例で示した放射導体部１と大きく異なっている。すなわち、この放射導体部９の第２帯状導体１２は、第１帯状導体１１との連結端Ｑ２から第２給電点Ｐ２へ向かってＬ字状に延びている。ただし、この放射導体部９を第１実施形態例の放射導体部１と比べた場合、第１のループアンテナ素子Ａ１（第１帯状導体１１）のループ形状や、第２のループアンテナ素子Ａ２のループ形状は、基本的に同じである。

図７は本発明の第４実施形態例に係るアンテナ装置を示すものであり、図１と対応する部分には同一符号を付してある。

図７に示すアンテナ装置は、放射導体部１０のうち特に第１帯状導体１１の形状が、第１実施形態例で示した放射導体部１と大きく異なっている。すなわち、この放射導体部１０の第１帯状導体１１は、回路基板２と略平行な面に沿って約１回転半のループを描くように延びている。そのため、この放射導体部１０はローバンド選択時の受信感度が高めやすくなっている。

なお、図６に示す第３実施形態例の放射導体部９と図７に示す第４実施形態例の放射導体部１０は、いずれも金属板を折曲加工して形成したものであるが、第２実施形態例と同様に、誘電体材料からなるブロック体の表面に放射導体部９や放射導体部１０をパターン形成してもよい。また、放射導体部（第１および第２の帯状導体１１，１２）の形状は上記した各実施形態例に限定されるものではなく、用途や材料等に応じて放射導体部の形状は適宜選択可能である。

１，７，９，１０ 放射導体部
２ 回路基板
３ 可変同調手段
４ 可変容量ダイオード（バラクタダイオード）
５ 高周波用スイッチ
８ ブロック体
１１ 第１帯状導体
１２ 第２帯状導体
Ｐ１ 第１給電点
Ｐ２ 第２給電点
Ｑ１ 接地端
Ｑ２ 連結端
Ａ１ 第１のループアンテナ素子
Ａ２ 第２のループアンテナ素子

Claims (7)

1. ループ状に延びて一端を第１給電点となし他端を接地導体に接続した第１帯状導体と、この第１帯状導体の途中から枝分かれして延びて先端を第２給電点となした第２帯状導体と、少なくとも前記第１給電点に接続された可変同調手段とを備え、
   前記第１給電点への給電により前記第１帯状導体が第１のループアンテナ素子として励振し、この第１のループアンテナ素子の同調周波数が前記可変同調手段によって変更可能であると共に、前記第２給電点への給電により前記第１帯状導体の一部と前記第２帯状導体とが協働して第２のループアンテナ素子として励振し、この第２のループアンテナ素子の同調周波数が前記第１のループアンテナ素子の同調周波数よりも高いことを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１の記載において、前記可変同調手段が前記第１給電点と前記第２給電点のそれぞれに接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１または２の記載において、前記可変同調手段が可変容量ダイオードを含んでいることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記第１帯状導体が、互いに非平行な複数の開口面を画成する立体的なループ状に延びていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項４の記載において、前記第１帯状導体が複数箇所で直角に屈曲しながら延びる導体として形成されていると共に、前記第２帯状導体が前記第１帯状導体から直角に分岐する導体として形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の記載において、誘電体材料からなるブロック体の表面に前記第１および第２帯状導体がパターン形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の記載において、受信可能な周波数帯域が地上デジタルテレビジョン放送の信号波の周波数帯域を含んでいることを特徴とするアンテナ装置。

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