JP2012065276A

JP2012065276A - アンテナ静電気保護回路

Info

Publication number: JP2012065276A
Application number: JP2010209914A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Kuroda; 保徳黒田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】本発明は、静電気サージの帯域周波数に対しては、除去能力を高くし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しては、通過損失を大きくし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数に対しては、通過損失を小さくするアンテナ静電気保護回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、一端が無線回路２に、他端がアンテナ３に接続される伝送線路１３と、伝送線路１３から分岐し、無線回路２が送信又は受信する基本波の波長の１／１２に等しい長さを有するオープンスタブ１５と、オープンスタブ１５が伝送線路１３から分岐する箇所と同一の箇所で伝送線路１３から分岐し、無線回路２が送信又は受信する基本波の波長の１／６に等しい長さを有するショートスタブ１６と、を備えることを特徴とするアンテナ静電気保護回路１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナからの静電気サージから無線回路を保護する技術に関する。

アンテナからの静電気サージから無線回路を保護する技術が従来から存在する。特許文献１では、アンテナ端子及びグランド端子の間にインダクタンス素子を配置する。特許文献２では、アンテナ端子に対してＭＯＳＦＥＴ構成を有するＥＳＤ保護回路を接続する。特許文献３では、ＬＣ共振回路がサージ対策機能及び位相整合機能を発揮する。

アンテナからの静電気サージから無線回路を保護するとともに、高調波スプリアスを低減する技術も従来から存在する。特許文献４では、ＥＳＤ回路及び高調波減衰用フィルタ回路を別個に設ける。特許文献５では、静電気保護のためのＬＣ共振回路及び高調波低減のためのローパスフィルタを別個に設ける。特許文献６では、半導体ダイオードが、静電気保護機能を発揮するとともに、高調波低減機能を発揮するＬＣ共振回路のうちキャパシタンスとして機能しており、静電気保護機能及び高調波低減機能を兼ね備える。

特開２００３−１８０４０号公報特開２００９−１２４６５３号公報国際公開第２００７／０３４５８９号特開２００６−１２１２１１号公報特許第４２１０９７８号公報特開２００７−１３０３１号公報

ここで、特許文献１−３では、静電気保護機能を伝送線路とは別個の回路により実現しており、特許文献４−６では、静電気保護機能及び高調波低減機能を伝送線路とは別個の回路により実現しているため、回路構成が複雑になりコスト高になる。しかし、以下の第１の従来技術では、静電気保護機能を伝送線路により実現しており、以下の第２の従来技術では、高調波低減機能を伝送線路により実現しているため、回路構成が単純になりコスト安になる。以下に第１及び第２の従来技術を説明する。

第１の従来技術の回路は、一端が無線回路に、他端がアンテナに接続される伝送線路と、伝送線路から分岐し、無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／４に等しい長さを有するショートスタブと、を備える。無線回路が送信又は受信する基本波の周波数に対しては、通過損失を小さくすることができる。しかし、静電気サージの帯域周波数は、ＤＣから数百ＭＨｚまでに及び、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数より低いところ、静電気サージの帯域周波数に対しては、除去能力が低いという問題がある。

第２の従来技術の回路は、一端が無線回路に、他端がアンテナに接続される伝送線路と、伝送線路から分岐し、無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／１２に等しい長さを有するオープンスタブと、を備える。無線回路が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しては、通過損失を大きくすることができる。しかし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数に対しては、オープンスタブは容量性リアクタンスとなるため、通過損失を小さくすることができないという問題がある。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、静電気サージの帯域周波数に対しては、除去能力を高くし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しては、通過損失を大きくし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数に対しては、通過損失を小さくするアンテナ静電気保護回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、一端が無線回路に他端がアンテナに接続される伝送線路の同一の箇所から、無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／１２に等しい長さを有するオープンスタブ及び無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／６に等しい長さを有するショートスタブを分岐させるようにした。

具体的には、本発明は、一端が無線回路に、他端がアンテナに接続される伝送線路と、前記伝送線路から分岐し、前記無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／１２に等しい長さを有するオープンスタブと、前記オープンスタブが前記伝送線路から分岐する箇所と同一の箇所で前記伝送線路から分岐し、前記無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／６に等しい長さを有するショートスタブと、を備えることを特徴とするアンテナ静電気保護回路である。

この構成によれば、静電気サージの帯域周波数に対しては、除去能力を高くし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しては、通過損失を大きくし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数に対しては、通過損失を小さくすることができる。そして、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数の近傍において、通過損失が大きくなる周波数帯域を広げることができる。さらに、ＬＣ共振回路、ＥＳＤ保護回路、ローパスフィルタ及びバリスタなどを利用しなくてもよく、オープンスタブ及びショートスタブの長さの合計を、無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／４にまで短くすることができる。つまり、スペースを小さくしコストを安くしつつ、静電気保護機能及び高調波低減機能をともに持たせることができる。

本発明は、静電気サージの帯域周波数に対しては、除去能力を高くし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しては、通過損失を大きくし、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数に対しては、通過損失を小さくするアンテナ静電気保護回路を提供することができる。

本発明のアンテナ静電気保護回路の構成を示す図である。本発明及び従来技術の高周波特性のシミュレーション結果を比較する図である。本発明及び従来技術の高周波特性のシミュレーション結果を比較する図である。本発明及び従来技術の静電気特性のシミュレーション結果を比較する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。

図１は、本発明のアンテナ静電気保護回路の構成を示す図である。アンテナ静電気保護回路１は、第１端子１１、第２端子１２、伝送線路１３、カップリングコンデンサ１４、オープンスタブ１５及びショートスタブ１６から構成される。無線回路２及びアンテナ３は、送信のみを行なう構成であってもよいし、受信のみを行なう構成であってもよいし、送信及び受信をともに行なう構成であってもよい。

第１端子１１に、無線回路２が接続される。第２端子１２に、アンテナ３が接続される。伝送線路１３は、第１端子１１及び第２端子１２を接続する。カップリングコンデンサ１４は、伝送線路１３の途中に配置され、直流電圧成分を除去する。オープンスタブ１５は、伝送線路１３から分岐し、無線回路２が送信又は受信する基本波の波長の１／１２に等しい長さを有する。ショートスタブ１６は、オープンスタブ１５が伝送線路１３から分岐する箇所と同一の箇所で伝送線路１３から分岐し、無線回路２が送信又は受信する基本波の波長の１／６に等しい長さを有する。

図２は、本発明及び従来技術の高周波特性のシミュレーション結果を比較する図である。図２では、図１に示した本発明のアンテナ静電気保護回路１を、上述した第１及び第２の従来技術の回路と比較する。図２の最も太い実線は、本発明のアンテナ静電気保護回路１の高周波特性を示し、図２の最も細い実線は、第１の従来技術の回路の高周波特性を示し、図２の中間の太さを有する実線は、第２の従来技術の回路の高周波特性を示す。図２の横軸は周波数を示し、図２の縦軸は透過係数Ｓ_２１を示す。無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数は、２．４５０ＧＨｚであるものとする。高周波特性のシミュレーションにおいて、アンテナ静電気保護回路１及びアンテナ３の間でインピーダンス整合が取れており、簡単のため無線回路２は接続されていないものとする。

静電気サージの帯域周波数は、ＤＣから数百ＭＨｚまでに及び、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数より低い。静電気サージの帯域周波数に対しては、本発明のアンテナ静電気保護回路１では第１の従来技術の回路より、透過係数Ｓ_２１が小さく除去能力が高い。

無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数の３倍の周波数である７．３５０ＧＨｚに対しては、オープンスタブ１５は、対応波長の１／４に等しい長さを有しており、ショートスタブ１６は、対応波長の１／２に等しい長さを有している。よって、本発明のアンテナ静電気保護回路１では第２の従来技術の回路と同様に、透過係数Ｓ_２１が小さく通過損失が大きい。そして、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数の３倍の周波数である７．３５０ＧＨｚの近傍において、本発明のアンテナ静電気保護回路１では第２の従来技術の回路より、通過損失が大きくなる周波数帯域が広い。図２には図示していないが、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しても、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数の３倍の周波数と同様である。

図３は、本発明及び従来技術の高周波特性のシミュレーション結果を比較する図である。図３では、図１に示した本発明のアンテナ静電気保護回路１を、上述した第２の従来技術の回路と比較する。図３（ａ）は本発明のアンテナ静電気保護回路１の高周波特性を示し、図３（ｂ）は第２の従来技術の回路の高周波特性を示す。図３（a）及び図３（ｂ）のそれぞれの左側はスミスチャートを示し、図３（ａ）及び図３（ｂ）のそれぞれ右側は横軸に周波数を示し縦軸にリターンロスＳ_１１を示す。無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数は、２．４５０ＧＨｚであるものとする。高周波特性のシミュレーションにおいて、アンテナ静電気保護回路１及びアンテナ３の間でインピーダンス整合が取れており、簡単のため無線回路２は接続されていないものとする。

無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数である２．４５０ＧＨｚに対しては、本発明のアンテナ静電気保護回路１では、リターンロスＳ_１１は約−４０ｄＢ以下であり、第２の従来技術の回路では、リターンロスＳ_１１は約−１０ｄＢである。そして、本発明のアンテナ静電気保護回路１では、通過損失は約０．０８ｄＢであり、第２の従来技術の回路では、通過損失は約０．４ｄＢである。つまり、本発明のアンテナ静電気保護回路１では第２の従来技術の回路より、リターンロスＳ_１１が小さく通過損失が小さい。本発明のアンテナ静電気保護回路１では、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数に対して通過損失が小さくなる理由は、以下の通りと考えられる。

まず、第２の従来技術の回路では、オープンスタブは、容量性リアクタンスを有する。具体的には、第２の従来技術の回路のインピーダンスは、３５．９８７−ｊ２２．４１３である。一方、本発明のアンテナ静電気保護回路１では、オープンスタブ１５が容量性リアクタンスを有し、ショートスタブ１６が誘導性リアクタンスを有し、オープンスタブ１５及びショートスタブ１６が一体として、容量性リアクタンス及び誘導性リアクタンスをキャンセルする。具体的には、本発明のアンテナ静電気保護回路１のインピーダンスは、４９．１８１−ｊ０．２５１である。このように、本発明のアンテナ静電気保護回路１では、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数に対して通過損失が小さくなる。

図４は、本発明及び従来技術の静電気特性のシミュレーション結果を比較する図である。図４では、図１に示した本発明のアンテナ静電気保護回路１を、上述した第１の従来技術の回路と比較する。図４（ａ）は静電気低減前の静電気サージ入力波形を示し、図４（ｂ）は静電気低減後の静電気サージ出力波形を示す。図４（ａ）において、本発明のアンテナ静電気保護回路１及び第１の従来技術の回路で同様であり、図４（ｂ）において、太い実線は本発明のアンテナ静電気保護回路１の静電気特性を示し、細い実線は第１の従来技術の回路の静電気特性を示す。図４の横軸は経過時間を示し、図４の縦軸は静電気サージの電圧を示す。無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数は、２．４５０ＧＨｚであるものとする。静電気特性のシミュレーションにおいて、アンテナ静電気保護回路１及びアンテナ３の間でインピーダンス整合が取れており、簡単のため無線回路２は接続されていないものとする。

図４（ａ）では、静電気サージは、約１．０ｎｓｅｃの経過時間で０ｋＶから１ｋＶまで立ち上がり始め、約１．７ｎｓｅｃから約２．８ｎｓｅｃまでの経過時間で１ｋＶを保持し、約３．７ｎｓｅｃの経過時間で１ｋＶから０ｋＶまで立ち下がり終わる。

図４（ｂ）では、本発明のアンテナ静電気保護回路１及び第１の従来技術の回路において、静電気サージは、約１．０ｎｓｅｃの経過時間で０ｋＶからピーク電圧まで立ち上がり始め、約２．０ｎｓｅｃの経過時間でピーク電圧から０ｋＶまで立ち上がり終わる。本発明のアンテナ静電気保護回路１においては、ピーク電圧は約０．２０８８ｋＶであり、第１の従来技術の回路においては、ピーク電圧は約０．２８４８ｋＶである。つまり、本発明のアンテナ静電気保護回路１では第１の従来技術の回路より、静電気を低減することができる。これは、図２を用いて示したように、静電気サージの帯域周波数に対しては、本発明のアンテナ静電気保護回路１では第１の従来技術の回路より、透過係数Ｓ_２１が小さく除去能力が高いことを反映していると考えられる。

以上に説明したように、静電気サージの帯域周波数に対しては、除去能力を高くし、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しては、通過損失を大きくし、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数に対しては、通過損失を小さくすることができる。そして、無線回路２が送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数の近傍において、通過損失が大きくなる周波数帯域を広げることができる。つまり、多チャンネル送受信においても、各チャンネルで送信又は受信する基本波の周波数の３ｎ倍の周波数に対しては、通過損失を大きくすることができる。

さらに、ＬＣ共振回路、ＥＳＤ保護回路、ローパスフィルタ及びバリスタなどを利用しなくてもよく、オープンスタブ１５及びショートスタブ１６の長さの合計を、無線回路２が送信又は受信する基本波の波長の１／４にまで短くすることができる。ここで、本発明のアンテナ静電気保護回路１でのオープンスタブ１５及びショートスタブ１６の長さの合計は、第１の従来技術の回路でのショートスタブの長さと結果的に同様となる。つまり、スペースを小さくしコストを安くしつつ、静電気保護機能及び高調波低減機能をともに持たせることができる。

本発明に係るアンテナ静電気保護回路は、携帯端末及び無線ＬＡＮ装置などにおいて、無線回路が送信又は受信する基本波の周波数が狭帯域周波数であり、静電気保護機能及び高調波低減機能がともに必要とされる場合に、特に有用である。

１：アンテナ静電気保護回路
２：無線回路
３：アンテナ
１１：第１端子
１２：第２端子
１３：伝送線路
１４：カップリングコンデンサ
１５：オープンスタブ
１６：ショートスタブ

Claims

一端が無線回路に、他端がアンテナに接続される伝送線路と、
前記伝送線路から分岐し、前記無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／１２に等しい長さを有するオープンスタブと、
前記オープンスタブが前記伝送線路から分岐する箇所と同一の箇所で前記伝送線路から分岐し、前記無線回路が送信又は受信する基本波の波長の１／６に等しい長さを有するショートスタブと、
を備えることを特徴とするアンテナ静電気保護回路。