JP3939649B2 - インピーダンス整合回路及びアンテナ装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯、ミリ波帯用のアンテナ装置に適用されるインピーダンス整合回路、及び上記インピーダンス整合回路を適用したアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
第１図は、例えば日本国公開特許公報、特開平９−３０７３３１号に示された従来のインピーダンス整合回路を含むアンテナ装置を示す斜視図であり、第２図は第１図に示すアンテナ装置の回路図、第３図はこのアンテナ装置で使用されるアンテナ１の拡大図である。第１図〜第３図において、１は例えば第３図に示すようなチップアンテナ等によるアンテナ、２はアンテナ１の入力端子、１−２はアンテナ１の放射導体、１２−２は放射導体１−２の外部を覆うセラミックブロックである。
【０００３】
３ａは容量可変のキャパシタンス素子、３ｂは容量固定のキャパシタンス素子、４ａはインダクタンス素子であり、７はそれらによって形成されるインピーダンス整合回路である。なお、容量可変のキャパシタンス素子３ａとしては、バラクタダイオード等のアクティブ素子が用いられている。
【０００４】
９はアンテナ装置の入力端子、１０は入力端子９に接続された電源回路又はＲＦ回路等による外部回路である。１２はアンテナ１及びインピーダンス整合回路７が搭載される誘電体基板、１３ａ，１３ｂ，１３ｃは誘電体基板１２の表面及び裏面に形成された地導体である。
【０００５】
また、第４図は第３図に示すアンテナ１の等価回路である。第４図において、２はアンテナ１の入力端子、３ｃはキャパシタンス素子、４−２は抵抗素子、４ｂはインダクタンス素子を示す。すなわち、アンテナ１は直列に接続されたキャパシタンス素子３ｃ，抵抗素子４−２，インダクタンス素子４ｂによる直列共振回路的な動作を有する単共振アンテナである。
【０００６】
次に動作について説明する。
例えば、周波数ｆ１において、アンテナ１が、入力端子２における入力インピーダンスとして、Ｒ１＋ｊＸ１（Ｒ１，Ｘ１とも正）なる値を有しているものとする。このとき、第２図に示すインピーダンス整合回路７では、まず、キャパシタンス素子３ａを構成するバラクタダイオード等に印加するバイアス電圧を変化させることにより、キャパシタンス素子３ａの容量値を調整して、リアクタンス成分Ｘ１が０となるようにする。
【０００７】
そして、直列配置されたインダクタンス素子４ａの値と、並列配置されたキャパシタンス素子３ｂの値の適当な組み合わせにより得られるインピーダンス変成機能を利用して、入力インピーダンスの抵抗分Ｒ１を外部回路１０の特性インピーダンスと一致させる。これにより、周波数ｆ１においては反射波の発生を低減することができ、外部回路１０から効率良くアンテナ１を動作させることが可能となる。
【０００８】
また、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２において、アンテナ１が、入力端子２における入力インピーダンスとして、Ｒ２＋ｊＸ２（Ｒ２，Ｘ２とも正）なる値を有し、その抵抗成分Ｒ２の値がＲ１の値と大きな差がない場合には、キャパシタンス素子３ａに印加するバイアス電圧を変化させて容量値を適当な値に変えることにより、周波数ｆ１の場合と同様に、その入力インピーダンスを外部回路１０の特性インピーダンスにほぼ一致させることができる。このようにして、第１図に示すアンテナ装置は、複数の周波数においてアンテナ１を効率良く動作させることができる。
【０００９】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、複数の周波数にてインピーダンス整合を行うためには、キャパシタンス素子３ａの容量を可変とし、この容量値を適当な値に調整するようにしている。この容量値の調整は、バラクタダイオード等のアクティブ素子を用いた場合には、バイアス回路を設けてバラクタダイオード等に印加するバイアス電圧を調整することにより行われる。
【００１０】
このため、バイアス回路のほかに制御回路を設ける必要があり、回路の構成が複雑になる。この回路構成の複雑化、部品点数の増加は、製造コスト上昇の要因となると共に、消費電力も多くなるという課題があった。なお、これらの課題は、携帯電話機等の可搬型の無線端末では特に重要である。
【００１１】
また、従来のインピーダンス整合回路７では、特定の入力インピーダンス特性を有するアンテナ１に対してのみインピーダンス整合が可能であるため、適用範囲が狭いという課題があった。
【００１２】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、さまざまなタイプの単共振型のアンテナを、２つの周波数帯域、又はこの２つの周波数帯域の間の帯域を含めた広い範囲の周波数帯域において、効率良く動作させるインピーダンス整合回路及びアンテナ装置を、簡易な回路構成で低コストに提供することを目的とする。
【００１３】
なお、この明細書で言及している“単共振型アンテナ”は、広範な形式のアンテナの総称として用いており、特定のアンテナに限定するものではない。
【発明の開示】
【００１４】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、アンテナの入力インピーダンスと、上記アンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させるものにおいて、上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、上記アンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路等により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路の同一箇所に接続され、上記マイクロストリップ線路等により形成された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したものである。
このことにより、異なる２つの周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナの入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００１５】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第１の整合回路を、マイクロストリップ線路等により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になり低コストに製作できると共に、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、特性の良好なインピーダンス整合回路を得やすくなるという効果がある。
【００１６】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第１の整合回路を周波数ｆ２における１／４波長インピーダンス変成器により構成したものである。
このことにより、回路構成がよりシンプルとなり、低コストで製造できるという効果がある。
【００１７】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００１８】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子やショートスタブを使用しないので、より製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００１９】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、中空円筒状誘電体上に複数形成され、複数のアンテナの各入力インピーダンスと、上記複数のアンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させるものにおいて、上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、上記複数のアンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、上記マイクロストリップ線路により形成され、上記伝送線路の同一箇所に接続された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したものである。
このことにより、異なる２つの周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナの入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００２０】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第１の整合回路を、マイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になり低コストに製作できると共に、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、特性の良好なインピーダンス整合回路を得やすくなるという効果がある。
【００２１】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００２２】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子やショートスタブを使用しないので、より製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００２３】
この発明に係るアンテナ装置は、中空円筒状誘電体に形成された複数のアンテナと、上記中空円筒状誘電体上に形成されると共に、上記各アンテナに接続され、上記各アンテナの入力インピーダンスと、上記各アンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させる複数のインピーダンス整合回路と、上記中空円筒状誘電体上に形成されると共に、上記各インピーダンス整合回路に接続され、上記外部回路からの信号に所定の位相差を与える複数の分配回路とを備え、上記各インピーダンス整合回路が、上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、上記各アンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、上記マイクロストリップ線路により形成され、上記伝送線路の同一箇所に接続された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したものである。
このことにより、異なる２つの周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナの入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００２４】
この発明に係るアンテナ装置は、第１の整合回路を、マイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になり低コストに製作できると共に、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、特性の良好なアンテナ装置を得やすくなるという効果がある。
【００２５】
この発明に係るアンテナ装置は、第２の整合回路を、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になると共に低コストにアンテナ装置を製作できるという効果がある。
【００２６】
この発明に係るアンテナ装置は、第２の整合回路を、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子やショートスタブを使用しないので、より製作が容易になると共に低コストにアンテナ装置を製作できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第５図はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す斜視図であり、第６図は第５図に示すアンテナ装置の上面図、第７図は第５図に示すアンテナ装置の回路図である。このアンテナ装置は、携帯電話機等の小型無線端末で用いられる小形ヘリカルアンテナと、２つの周波数帯域で動作するように、マイクロストリップ線路により形成しているインピーダンス整合回路とを組み合わせている。
【００２８】
第５図から第７図において、１は小形ヘリカルアンテナによるアンテナ、２はアンテナ１の入力端子、１２はアンテナ１及び後述するインピーダンス整合回路７を搭載する誘電体基板、１３は誘電体基板１２の裏面に形成された地導体、１８は誘電体基板１２及び地導体１３と共に、アンテナ１の給電線路となるマイクロストリップ線路を形成するストリップ導体、１０はアンテナ１との間で信号を授受する電源回路又はＲＦ回路による外部回路、９は外部回路１０が接続されるアンテナ装置の入力端子である。
【００２９】
６ａはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ２において電気長θａを有する伝送線路、６ｂはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ１において電気長θｂを有する伝送線路であり、２２はこれら伝送線路６ａ，６ｂ間に挿入されて直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタである。
【００３０】
１４はマイクロストリップ線路により形成されたオープンスタブである。このオープンスタブ１４において、スタブを形成する線路の特性インピーダンスがスタブ内で一定ではなく、特性インピーダンスの不連続位置１７を１カ所備えており、開放端寄りでは高インピーダンスの線路が用いられ、また、伝送線路６ｂ側では低インピーダンスの線路が用いられている。高インピーダンス線路の電気長はθｏ１，低インピーダンス線路の電気長はθｏ２である。
【００３１】
１５はマイクロストリップ線路により形成され、電気長θｓを有するショートスタブで、１６はショートスタブ１５の先端に設けられたスルーホールである。オープンスタブ１４とショートスタブ１５は、ストリップ導体１８の同一箇所に対向して接続されている。
【００３２】
ここで、電気長θｏ１とθｏ２とθｓの和は、ほぼπ／２又はπ／２よりわずかに大きくなっていて、周波数ｆ２において２つのスタブのサセプタンス値の和が０となるよう設定してある。すなわち、周波数ｆ２近傍の周波数帯においては、第７図に示す１／４波長共振回路５−２として動作する。
【００３３】
また、オープンスタブ１４とショートスタブ１５のそれぞれのサセプタンスの和が、周波数ｆ１において所定のサセプタンス値を呈するように、電気長θｏ１，θｏ２，θｓの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所要の値が選ばれている。
【００３４】
第７図において、８−１は伝送線路６ａとインタディジタルキャパシタ２２に相当するキャパシタンス素子３により構成され、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第１の整合回路であり、８−２は伝送線路６ｂとオープンスタブ１４とショートスタブ１５により構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。７は第１の整合回路８−１，第２の整合回路８−２により構成され、２つの周波数帯でインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路である。
なお、第７図においては、後述の動作の説明のため、回路の節点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを示している。
【００３５】
次に動作を説明する。
ここでは、このアンテナ装置のインピーダンス整合回路７が、第８図に示す２つの周波数ｆ１及びｆ２において、インピーダンス整合をするように設計されているものとして説明する。なお、周波数ｆ１とｆ２の関係はｆ１＜ｆ２とし、また簡単にするため、整合インピーダンス、すなわち、外部回路１０側の特性インピーダンスは、伝送線路６ａ，６ｂの特性インピーダンスＺｏと等しいものとする。
【００３６】
第８図に示すインピーダンス軌跡Ａは、第７図の回路図に示す節点Ａからアンテナ１側を見たときの軌跡を示している。節点Ａに繋がれた伝送線路６ａは、節点Ｂでの周波数ｆ２におけるインピーダンスの抵抗分が特性インピーダンスＺｏに一致するまで軌跡を時計周りに回転させる電気長θａを有する。したがって、節点Ｂからアンテナ１側を見たときの軌跡は、第９図に示すインピーダンス軌跡Ｂとなる。
【００３７】
次に、節点Ｂには、キャパシタンス素子３のように、周波数ｆ２において、第９図での周波数ｆ２におけるインピーダンスのリアクタンス分と大きさが等しく符号が逆、すなわちマイナスのリアクタンスを与える容量値のものが接続される。その結果、節点Ｃからアンテナ１側を見たときの軌跡は、第１０図に示すインピーダンス軌跡Ｃになる。ここで、周波数ｆ２におけるインピーダンスは、特性インピーダンスＺｏに一致し、インピーダンス整合がなされたことになる。このようにして、第７図に示す第１の整合回路８−１により周波数ｆ２におけるインピーダンス整合がなされる。
【００３８】
次に、節点Ｃに繋がれた第２の整合回路８−２において、伝送線路６ｂは、第１０図に示すインピーダンス軌跡Ｃをさらに時計周りに回転させる。ここで、周波数ｆ１でのコンダクタンスが１／Ｚｏと等しくなると共に、サセプタンスがプラスの値となるように、伝送線路６ｂの周波数ｆ１における電気長θｂが選ばれている。この結果、節点Ｄからアンテナ１側を見た軌跡は、第１１図に示すインピーダンス軌跡Ｄとなる。このとき、周波数ｆ１におけるサセプタンス値は、規格化された値でｊｂ’とする。なお、ｊは虚数単位である。
【００３９】
第１２図は２つのスタブのサセプタンス値の和の周波数特性を示す図である。１／４波長共振回路５−２は並列共振回路であるため、第１２図に示すように、周波数ｆ２で２つのスタブのサセプタンス値の和が０となり、周波数ｆ２より低い周波数では負のサセプタンス値を呈する。したがって、ｆ１＜ｆ２であるため、ｆ１においてはマイナスのサセプタンス値を与える。ここでは、周波数ｆ１において−ｊｂ’なる値を呈するように、スタブ長θｓ，θｏ１，θｏ２の長さの割合が選ばれている。
【００４０】
この結果、接点Ｅからアンテナ１側を見た軌跡は、第１３図に示すインピーダンス軌跡Ｅとなり、周波数ｆ１におけるインピーダンス整合がなされる。このとき、周波数ｆ２において１／４波長共振回路５−２は共振状態となるため開放状態となり、第１の整合回路８−１によるインピーダンスの整合状態は、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５が接続されていても維持される。このようにして、第７図に示す第２の整合回路８−２により、周波数ｆ１におけるインピーダンス整合がなされる。
【００４１】
以上の結果、第７図の入力端子９におけるアンテナ装置のリターンロスの周波数特性は、第１４図に示すように周波数ｆ１，ｆ２において谷をもつ特性となる。
【００４２】
なお、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５の電気長θｏ１，θｏ２，θｓ，及び伝送線路６ｂの電気長θｂは、下記の式（１）及び式（２）から導かれる連立方程式から求める。
周波数ｆ２において、
（オープンスタブ１４のサセプタンス）＋（ショートスタブ１５のサセプタンス）＝０
（１）
周波数ｆ１において、
Ｚｏ-1・（Ｙ１＋ｊＺｏ-1ｔａｎθｂ）／（Ｚｏ-1＋ｊＹ１ｔａｎθｂ）＋（オープンスタブ１４のサセプタンス）＋（ショートスタブ１５のサセプタンス）＝Ｚｏ-1
（２）
【００４３】
ここで、式（２）におけるＹ１は、第７図の節点Ｃからアンテナ１側を見たときの周波数ｆ１におけるアドミタンス、すなわち、第１０図における周波数ｆ１でのアドミタンスである。また、式（２）は複素数の方程式であるため実数部と虚数部で２つの方程式に分離され、上記連立方程式は３つの式となる。一方で未知数は４つあるが、例えば、θｏ１＝θｏ２等の条件を加えることによって、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５の電気長θｏ１，θｏ２，θｓ，及び伝送線路６ｂの電気長θｂを求めることができる。
【００４４】
この実施の形態では、オープンスタブ１４の一部分において、特性インピーダンスが異なるように構成しており、オープンスタブ１４内にインピーダンスの不連続部１７が１カ所存在している。上記の方法で、不連続部１７が存在するオープンスタブ１４の寸法を決めると、不連続部１７がない場合とは、オープンスタブ１４の全長が異なるものとなり、また、オープンスタブ１４のサセプタンス値の周波数特性も異なるものとなる。ただし、周波数ｆ１，ｆ２でのサセプタンス値は同一である。
【００４５】
第１５図は、オープンスタブ１４に不連続部１７がある場合とない場合の、１／４波長共振回路５−２のサセプタンス値の周波数特性の比較を示す図である。このように、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることで、インピーダンス整合するべき周波数ｆ１及びｆ２における共振回路のサセプタンス値の周波数特性を変化させることができる。
【００４６】
したがって、入力端子９において得られるリターンロスの周波数特性も、オープンスタブ１４の不連続部１７の有無によって変化する。第１６図は、オープンスタブ１４に不連続部１７がある場合とない場合の、入力端子９におけるアンテナ装置のリターンロスの周波数特性の比較を示す図である。第１６図に示すように、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることによって、周波数ｆ２近傍の帯域ではリターンロスの良好な帯域の幅がわずかに狭くなるものの、その一方で、周波数ｆ１近傍の帯域ではリターンロスの良好な帯域の幅が広がる。
【００４７】
このように、オープンスタブ１４の一部分において特性インピーダンスを異ならせて特性インピーダンスの不連続部１７を設けることで、周波数ｆ１及びｆ２近傍の２つの周波数帯でのリターンロスの周波数特性を調整することができる。インピーダンス整合するべきアンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性によっては、第１６図に示すように、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けない場合に、周波数ｆ２近傍においては比較的帯域が広いが、周波数ｆ１近傍では極めて狭帯域というアンバランスなリターンロス特性となってしまうが、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることにより、このような問題が回避され、周波数ｆ１近傍とｆ２近傍の両者の帯域幅が、ほぼ同一となるリターンロス特性を得ることが可能になる。
【００４８】
すなわち、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることにより、一方の周波数帯での狭帯域化を防ぎ、より良好なリターンロス特性を得ることが可能となる。また、狭帯域となった周波数帯では整合回路における損失が増加するため、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることは、狭帯域となった周波数帯における整合回路内損失を低減することにもつながる。
【００４９】
ここで、リターンロスの周波数特性は、アンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性が急峻か緩やかであるかと、外部回路１０の特性インピーダンスとアンテナ１の入力インピーダンスの抵抗分との比率の大小によって変化する。
【００５０】
例えば、アンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性が急峻で、アンテナ１の入力インピーダンスの抵抗分が外部回路１０の特性インピーダンスに対して小さいときは、第１４図に示すように、ｆ１，ｆ２の各周波数帯域は狭くなり、ｆ１，ｆ２の周波数帯域間の周波数帯域におけるリターンロスのレベルは大きくなる。
【００５１】
一方、アンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性が緩やかで、アンテナ１の入力インピーダンスの抵抗分が外部回路１０の特性インピーダンスに近いときは、第１７図に示すように、ｆ１，ｆ２の各周波数帯域は広くなり、ｆ１，ｆ２の周波数帯域間の周波数帯域におけるリターンロスのレベルは小さくなり、ｆ１，ｆ２の周波数帯域間の周波数帯域を含めた広い周波数帯域において、効率良くインピーダンス整合を図ることができる。
【００５２】
なお、特性インピーダンスの不連続を設ける位置や不連続の数、及び不連続を構成する線路の特性インピーダンスの比は、インピーダンス整合するべきアンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性を考慮して選択すれば良い。つまり、オープンスタブ１４の特性インピーダンスの部分的な変化の付け方については、必ずしもこのアンテナ装置のもののようでなくても良いのはいうまでもない。
【００５３】
また、この実施の形態１では、伝送線路６ａ，６ｂ，オープンスタブ１４，ショートスタブ１５を、マイクロストリップ線路により形成しているが、マイクロストリップ線路の代わりに、ストリップ線路、同軸線路、コプレーナ線路等により形成しても良い。
【００５４】
以上のように、この実施の形態１のインピーダンス整合回路によれば、異なる２つの周波数帯域において、又は２つの周波数帯域間の周波数帯域を含めた広い周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果が得られる。
【００５５】
また、この実施の形態１によれば、第１の整合回路８−１として伝送線路６ａとインタディジタルキャパシタ２２を用いたが、第１の整合回路８−１の回路構成を変更すれば、多種類のアンテナのインピーダンス整合に柔軟に対応できるという効果が得られる。例えばインタディジタルキャパシタ２２の代わりに、インダクタンス素子を用いた場合には、入力インピーダンスが高インピーダンスを有するアンテナにも対応できる。
【００５６】
さらに、この実施の形態１によれば、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５を用いて共振回路を構成したことに加え、インタディジタルキャパシタ２２を用いているので、実装作業を要するチップ素子は皆無となり、誘電体基板１２上にストリップ導体パターンを形成するのみで製作できるので、製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果が得られる。
【００５７】
さらに、この実施の形態１によれば、インタディジタルキャパシタ２２を用いることにより、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、チップ素子等を用いる場合に比べて、特性の良好なインピーダンス整合回路を得やすくなるという効果が得られる。
【００５８】
実施の形態２．
第１８図はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す斜視図であり、第１９図は第１８図に示すアンテナ装置の上面図、第２０図は第１８図に示すアンテナ装置の回路図である。
【００５９】
第１８図から第２０図において、１４ａはマイクロストリップ線路により形成され、電気長θｏを有する第１のオープンスタブ、１４ｂはマイクロストリップ線路により形成された第２のオープンスタブである。この第２のオープンスタブ１４ｂは、スタブの一部分において、特性インピーダンスが異なる線路を用いて形成しており、この結果、スタブ内には２カ所の特性インピーダンスの不連続部１７ａ，１７ｂがあり、各部の電気長は開放端側からθｓｏ１，θｓｏ２，θｓｏ３である。この２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂは、ストリップ導体１８の同一箇所に対向して接続されている。
【００６０】
８−２は伝送線路６ｂとオープンスタブ１４ａ，１４ｂにより構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。その他は、実施の形態１の第５図から第７図に示す同一符号のものと同一である。
【００６１】
ここで、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの電気長の和は、周波数ｆ２において、π又はπより若干大きな値となっていて、周波数ｆ２において、２つのスタブのサセプタンス値の和が０となり、１／２波長共振回路５−３として共振すると共に、周波数ｆ１において、２つのスタブのサセプタンス値の和が所定のサセプタンス値を呈するようにその長さの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所要の値が選ばれている。
【００６２】
次に動作について説明する。
第２０図において、インピーダンス整合回路７内の共振回路が、実施の形態１では、オープンスタブ１４とショートスタブ１５の組み合わせによる１／４波長共振回路となっているのに対し、この実施の形態２では、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの組み合わせによる１／２波長共振回路となっている。
【００６３】
この２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂは伝送線路６ｂに対して同一箇所で並列に接続されているので、１／２波長共振回路５−３も並列共振回路の一種と見なすことができる。したがって、動作原理はほぼ実施の形態１と同一であり、もしアンテナ１のインピーダンス軌跡が第８図のように与えられるならば、節点Ｂ〜Ｅにおいて、アンテナ１側を見たときのインピーダンスは、第９図から第１３図に示した軌跡と類似した軌跡となる。
２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの電気長、及び伝送線路６ｂの電気長は、下記の（３）式及び（４）式で求めることができる。
周波数ｆ２において、
（オープンスタブ１４ａのサセプタンス）＋（オープンタブ１４ｂのサセプタンス）＝０ （３）
周波数ｆ１において、
Ｚｏ-1・（Ｙ１＋ｊＺｏ-1ｔａｎθｂ）／（Ｚｏ-1＋ｊＹ１ｔａｎθｂ）＋（オープンスタブ１４ａのサセプタンス）＋（オープンスタブ１４ｂのサセプタンス）＝Ｚｏ-1
（４）
【００６４】
ここで、（４）式におけるＹ１は、第２０図の節点Ｃからアンテナ１側を見たときの周波数ｆ１におけるアドミタンスである。すなわち、Ｙ１は第１０図におけるｆ１でのアドミタンスに対応する。（４）式は複素数の方程式であるから、実数部と虚数部で２つの方程式に分離され、上記の連立方程式は３つの式となる。そこで、例えば、θｓｏ３を定数とし、θｓｏ１＝θｓｏ２等の条件を加えれば、未知数を３つとして解を求めることができる。
【００６５】
なお、この実施の形態２では、第１のオープンスタブ１４ａ，第２のオープンスタブ１４ｂを、マイクロストリップ線路により形成しているが、マイクロストリップ線路の代わりに、ストリップ線路、同軸線路、コプレーナ線路等により形成しても良い。
【００６６】
以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１のアンテナ装置と同様な特徴を有し同様な効果が得られる。さらに、この実施の形態２によれば、スタブをオープンスタブのみ使用しショートスタブを使用していないので、スルーホールが不要であり、より製作が容易になると共に低コストで製作できるという効果が得られる。
【００６７】
実施の形態３．
第２１図はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す斜視図であり、第２２図は第２１図に示すアンテナ装置の上面図で、第２３図は第２１図に示すアンテナ装置の回路図である。このアンテナ装置は、円形マイクロストリップアンテナと、２つの周波数帯域で動作するように、マイクロストリップ線路により形成されたインピーダンス整合回路とを組み合わせている。
【００６８】
第２１図から第２３図において、１は円形マイクロストリップアンテナによるアンテナ、２４は周波数ｆ２における１／４波長インピーダンス変成器で、８−１は１／４波長インピーダンス変成器２４による第１の整合回路であり、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う。その他は、実施の形態２の第１８図から第２０図に示す同一符号のものと同一である。
【００６９】
次に動作について説明する。
第２４図は円形マイクロストリップアンテナによるアンテナ１の入力インピーダンス特性を示すスミスチャートであり、第２３図の節点Ａからアンテナ１側を見たときの特性に相当する。一般に、このような円形マイクロストリップアンテナでは、図示のようにマイクロストリップアンテナの端部にマイクロストリップ線路を接続して給電する場合、第２４図のような高インピーダンスな特性を示す。
【００７０】
ここで、周波数ｆ２においてリアクタンス分が０となっているとし、周波数ｆ２におけるインピーダンス整合のためにインピーダンス変成器２４を接続すると、第２５図のような特性となり、第２４図の周波数ｆ２での入力インピーダンスの抵抗分は、特性インピーダンスＺｏ（規格化インピーダンス又は外部回路１０の特性インピーダンス）に変換される。そして、第２５図に示す特性について、周波数ｆ２におけるインピーダンス整合状態を維持したまま、周波数ｆ１においてもインピーダンス整合する動作については、実施の形態２と同様である。
【００７１】
以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態２のアンテナ装置と同様な特徴を有し、同様な効果が得られる。また、この実施の形態３では、マイクロストリップアンテナの特性を考慮して、第１の整合回路８−１にインピーダンス変成器２４を用いているため、回路構成がよりシンプルとなり、低コストで製造できるという効果が得られる。
【００７２】
実施の形態４．
第２６図はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図である。このアンテナ装置は携帯電話等の小型無線端末で用いられるもので、４本（Ｎ本）のヘリカル素子からなる４線巻き（Ｎ線巻き）ヘリカルアンテナと、この４本のヘリカル素子のそれぞれに接続され、２つの周波数帯域でインピーダンス整合を行う４個（Ｎ個）のインピーダンス整合回路と、上記４個のインピーダンス整合回路に接続され、それらに対して所定の位相差を与えながらマイクロ波の分配あるいは合成を行う４分配回路（Ｎ分配回路）とを、中空円筒誘電体上に形成したものである。すなわち、このアンテナ装置は、中空円筒誘電体を用いてアンテナと給電回路が一体で形成されているものである。
【００７３】
また、上記インピーダンス整合回路及び４分配回路は、中空円筒誘電体の外側面に形成されたストリップ導体と内側面に形成された地導体によるマイクロストリップ線路で構成している。
【００７４】
第２７図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒外側面の展開図で、第２８図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒内側面の展開図である。第２８図に示すように、中空円筒誘電体の内側面に形成した地導体は、インピーダンス整合回路と４分配回路を構成するマイクロストリップ線路のストリップ導体の存在する領域に対応して、円筒内側面の下方部分に形成されている。第２９図はインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図であり、第３０図は第２６図〜第２９図に示すアンテナ装置の回路図である。
【００７５】
第２６図〜第３０図において、２１は中空円筒誘電体、１は中空円筒誘電体２１の外側面に導体パターンを形成して構成された４本のヘリカル素子からなるアンテナ、２はアンテナ１の４つの入力端子、１３は中空円筒誘電体２１の内側面に形成された地導体、１８は中空円筒誘電体２１及び地導体１３と共にマイクロストリップ線路を構成するストリップ導体である。
【００７６】
６ａはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ２において電気長θａを有する伝送線路、２２は伝送線路６ａに直列に接続されたインタディジタルキャパシタであり、このインタディジタルキャパシタ２２は第３０図の回路図では直列に接続されたキャパシタ３として示されている。６ｂはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ１において電気長θｂを有する伝送線路、１４はマイクロストリップ線路により形成された電気長θｏを有するオープンスタブ、１５はマイクロストリップ線路により形成された電気長θｓを有するショートスタブである。１６はショートスタブ１５の先端に設けられ、ストリップ導体１８と地導体１３を接続するスルーホールである。
【００７７】
オープンスタブ１４において、スタブを形成する線路の特性インピーダンスがスタブ内で一定ではなく、スタブの中程の一部分では低インピーダンス線路を用いており、特性インピーダンスの２カ所の不連続位置１７ａ，１７ｂがある。オープンスタブ１４の各部の電気長は開放端側からθｏ１，θｏ２，θｏ３である。オープンスタブ１４とショートスタブ１５は、ストリップ導体１８の同一箇所において対向するように接続されている。
【００７８】
ここで、電気長θｏ１とθｏ２とθｏ３とθｓの和は、ほぼπ／２又はπ／２よりわずかに大きくなっていて、周波数ｆ２において２つのスタブのサセプタンス値の和が０となるよう設定してある。すなわち、周波数ｆ２近傍の周波数帯においては１／４波長共振回路５−２として動作する。また、オープンスタブ１４とショートスタブ１５のサセプタンスの和が、周波数ｆ１において所定のサセプタンス値を呈するよう、電気長θｏ１，θｏ２，θｏ３，θｓの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所定の値が選ばれている。
【００７９】
８−１は伝送線路６ａとキャパシタ素子３により構成され、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第１の整合回路である。８−２は伝送線路６ｂと、オープンスタブ１４及びショートスタブ１５による１／４波長共振回路５−２により構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。７は第１の整合回路８−１と第２の整合回路８−２により構成され、２つの周波数ｆ１，ｆ２でインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であり、このインピーダンス整合回路７はアンテナ１の各ヘリカル素子に対応して４個（Ｎ個）用意されている。９はインピーダンス整合回路７の入力端子である。
【００８０】
２３は４分配回路（Ｎ分配回路）であり、中空円筒誘電体２１，地導体１３，及びストリップ導体１８からなるマイクロストリップ線路で構成され、それぞれ所要の分配振幅特性及び分配位相特性を呈する４個（Ｎ個）の分配端子を有し、各分配端子が４個のインピーダンス整合回路７の各入力端子９にそれぞれ接続されている。４分配回路２３は４つの入力端子９の間に、約９０度ずつの位相差が生じるように構成されている。
【００８１】
２５は４分配回路２３の入力端子で、このアンテナ装置の入力端子となっている。１０は電源回路又はＲＦ回路による外部回路で、入力端子２５に接続される。また、第２９図において、後述の動作の説明のために、回路の節点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが示されている。
【００８２】
次に動作について説明する。
このアンテナ装置で用いられている４線巻きヘリカルアンテナは、４分配回路２３が４本のヘリカル素子の間に９０度ずつ位相差をつけて給電することにより円偏波の電波を放射する。中空円筒誘電体２１の軸方向を中心として放射指向性はブロードで覆域が広いことから、４線巻きヘリカルアンテナは衛星携帯端末等で使用される。この実施の形態４によるアンテナ装置は、このような４線巻きヘリカルアンテナを２つの周波数帯で使用することを可能とするものである。
【００８３】
４本のヘリカル素子は相互に結合して一体動作をするため、４つの入力端子２からアンテナ１側を見たときのアクティブインピーダンスが、インピーダンス整合すべき負荷インピーダンスとみなすことができる。したがって、インピーダンス整合回路７は、各入力端子２（節点Ａ）からアンテナ１側を見たアクティブインピーダンスをもとに設計される。ここで、入力端子２からアンテナ１側を見たときのアクティブインピーダンスは、第８図のスミスチャートに示した軌跡に類似しているため、４つのインピーダンス整合回路７の動作としては、実施の形態１におけるアンテナ装置のインピーダンス整合回路とほぼ同様である。
【００８４】
したがって、節点Ｂ〜Ｅにおいてアンテナ１側を見たときのインピーダンス軌跡は、第９図から第１１図及び第１３図のスミスチャートに示した軌跡と類似した軌跡となる。ここで、節点Ｅにおいて２つの周波数帯でインピーダンス整合がすでになされているため、節点Ｆからアンテナ１側を見たときの特性においても、２つの周波数ｆ１，ｆ２でのインピーダンス整合は維持される。この結果、節点Ｆにおける反射特性は第１４図に示すようになる。
【００８５】
以上のように、この実施の形態４によれば、実施の形態１のアンテナ装置と同様な特徴を有し、同様な効果が得られる。
【００８６】
また、この実施の形態４によれば、第２の整合回路８−２の並列共振回路５−２を、チップ素子ではなくスタブを用いて構成し、直列の容量素子としてインタディジタルキャパシタを使用したのでチップレスであり、製作が容易になると共に低コストに製作できるという効果が得られる。この点は、アンテナ装置を中空円筒誘電体２１を用いて形成するため、実現性の上で非常に重要である。
【００８７】
さらに、この実施の形態４によれば、電波の放射を行う４本のヘリカル素子と、２つの周波数ｆ１，ｆ２で動作可能な４つのインピーダンス整合回路７と、４分配回路２３を中空円筒誘電体２１上に一体形成しており、アンテナ装置を含めた無線端末装置をコンパクトに構成することができるという効果が得られる。
【００８８】
さらに、この実施の形態４によれば、アンテナ１には４本のヘリカル素子があり、アンテナ１の入力端子２も４つ存在するが、４分配回路を一体形成しているため、外部回路１０との接続を行う入力端子２５は１つで済み、このアンテナ装置と外部回路１０のインタフェースの構造がシンプルになり、組立が容易で低コストになるばかりか、信頼性の大幅向上につながるという効果が得られる。
【００８９】
実施の形態５．
第３１図はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す斜視図である。第３２図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒外側面の展開図で、第３３図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒内側面の展開図である。第３４図はインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図であり、第３５図は第３１図〜第３４図に示すアンテナ装置の回路図である。
【００９０】
第３１図〜第３５図において、１４ａはマイクロストリップ線路により形成され、電気長θｏを有する第１のオープンスタブ、１４ｂはマイクロストリップ線路により形成された第２のオープンスタブである。
【００９１】
第２のオープンスタブ１４ｂは、スタブの一部分において特性インピーダンスが異なる線路を用いて形成されており、この結果、スタブ内には特性インピーダンスの２カ所の不連続部１７ａ，１７ｂがあり、各部の電気長は開放端側からθｓｏ１，θｓｏ２，及びθｓｏ３となっている。２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂは、ストリップ導体１８の同一箇所において対向するように接続されている。
【００９２】
ここで、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの電気長の和は、周波数ｆ２においてπ又はπより若干大きな値となっていて、周波数ｆ２において、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂのサセプタンス値の和が０となって１／２波長共振回路５−３として共振すると共に、周波数ｆ１において、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂのサセプタンス値の和が所定のサセプタンス値を呈するように、その長さの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所定の値が選ばれている。
【００９３】
８−１は伝送線路６ａとキャパシタ素子３により構成され、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第１の整合回路である。８−２は伝送線路６ｂと、オープンスタブ１４ａ，１４ｂによる１／２波長共振回路５−３により構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。７は第１の整合回路８−１と第２の整合回路８−２により構成され、２つの周波数ｆ１，ｆ２でインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路である。その他は、実施の形態４の第２６図から第３０図に示す同一符号のものと同一である。
【００９４】
このアンテナ装置で用いられている４線巻きヘリカルアンテナは、実施の形態４で示したアンテナ装置と同様な動作をする。
【００９５】
以上のように、この実施の形態５によれば、実施の形態４のアンテナ装置と同様な特徴を有し、同様な効果が得られる。
【００９６】
また、この実施の形態５によれば、第２の整合回路における共振回路を、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂにより構成しているため、スルーホールが不要であり、製作が比較的容易で、より低コストでアンテナ装置を製作できるという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、この発明に係るインピーダンス整合回路及びアンテナ装置は、さまざまなタイプの単共振型のアンテナを、２つの周波数帯域において、又はこの２つの周波数帯域間の周波数帯域を含めた広い周波数帯域において、効率良く動作させるものに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】 第１図は従来のインピーダンス整合回路を含むアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】 第２図は第１図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図３】 第３図は第１図に示すアンテナ装置で使用されるアンテナの拡大図である。
【図４】 第４図は第３図に示すアンテナの等価回路である。
【図５】 第５図はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図６】 第６図は第５図に示すアンテナ装置の上面図である。
【図７】 第７図は第５図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図８】 第８図は第７図の回路図に示す節点Ａからアンテナ側を見たときのアンテナの入力インピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図９】 第９図は第７図の回路図に示す節点Ｂからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１０】 第１０図は第７図の回路図に示す節点Ｃからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１１】 第１１図は第７図の回路図に示す節点Ｄからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１２】 第１２図は２つのスタブのサセプタンス値の和の周波数特性を示す図である。
【図１３】 第１３図は第７図の回路図に示す節点Ｅからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１４】 第１４図は第７図の回路図に示す節点Ｅからアンテナ側を見たときのリターンロスの周波数特性を示す図である。
【図１５】 第１５図は、オープンスタブに不連続部がある場合とない場合の、２つのスタブのサセプタンス値の和の周波数特性の比較を示す図である。
【図１６】 第１６図は、オープンスタブに不連続部がある場合とない場合の、入力端子におけるアンテナ装置のリターンロスの周波数特性の比較を示す図である。
【図１７】 第１７図は第７図の回路図に示す節点Ｅからアンテナ側を見たときのリターンロスの周波数特性を示す図である。
【図１８】 第１８図はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図１９】 第１９図は第１８図に示すアンテナ装置の上面図である。
【図２０】 第２０図は第１８図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図２１】 第２１図はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２２】 第２２図は第２１図に示すアンテナ装置の上面図である。
【図２３】 第２３図は第２１図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図２４】 第２４図は第２３図の回路図に示す節点Ａからアンテナ側を見たときのアンテナの入力インピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図２５】 第２５図は第２３図の回路図に示す節点Ｃからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図２６】 第２６図はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２７】 第２７図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の外側面を示す展開図である。
【図２８】 第２８図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の内側面を示す展開図である。
【図２９】 第２９図は第２７図に示すアンテナ装置のインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図である。
【図３０】 第３０図は第２６図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図３１】 第３１図はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図３２】 第３２図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の外側面を示す展開図である。
【図３３】 第３３図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の内側面を示す展開図である。
【図３４】 第３４図は第３２図に示すアンテナ装置のインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図である。
【図３５】 第３５図は第３１図に示すアンテナ装置の回路図である。
【０００１】
この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯、ミリ波帯用のアンテナ装置に適用されるインピーダンス整合回路、及び上記インピーダンス整合回路を適用したアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
第１図は、例えば日本国公開特許公報、特開平９−３０７３３１号に示された従来のインピーダンス整合回路を含むアンテナ装置を示す斜視図であり、第２図は第１図に示すアンテナ装置の回路図、第３図はこのアンテナ装置で使用されるアンテナ１の拡大図である。第１図〜第３図において、１は例えば第３図に示すようなチップアンテナ等によるアンテナ、２はアンテナ１の入力端子、１−２はアンテナ１の放射導体、１２−２は放射導体１−２の外部を覆うセラミックブロックである。
【０００３】
３ａは容量可変のキャパシタンス素子、３ｂは容量固定のキャパシタンス素子、４ａはインダクタンス素子であり、７はそれらによって形成されるインピーダンス整合回路である。なお、容量可変のキャパシタンス素子３ａとしては、バラクタダイオード等のアクティブ素子が用いられている。
【０００４】
９はアンテナ装置の入力端子、１０は入力端子９に接続された電源回路又はＲＦ回路等による外部回路である。１２はアンテナ１及びインピーダンス整合回路７が搭載される誘電体基板、１３ａ，１３ｂ，１３ｃは誘電体基板１２の表面及び裏面に形成された地導体である。
【０００５】
また、第４図は第３図に示すアンテナ１の等価回路である。第４図において、２はアンテナ１の入力端子、３ｃはキャパシタンス素子、４−２は抵抗素子、４ｂはインダクタンス素子を示す。すなわち、アンテナ１は直列に接続されたキャパシタンス素子３ｃ，抵抗素子４−２，インダクタンス素子４ｂによる直列共振回路的な動作を有する単共振アンテナである。
【０００６】
次に動作について説明する。
例えば、周波数ｆ１において、アンテナ１が、入力端子２における入力インピーダンスとして、Ｒ１＋ｊＸ１（Ｒ１，Ｘ１とも正）なる値を有しているものとする。このとき、第２図に示すインピーダンス整合回路７では、まず、キャパシタンス素子３ａを構成するバラクタダイオード等に印加するバイアス電圧を変化させることにより、キャパシタンス素子３ａの容量値を調整して、リアクタンス成分Ｘ１が０となるようにする。
【０００７】
そして、直列配置されたインダクタンス素子４ａの値と、並列配置されたキャパシタンス素子３ｂの値の適当な組み合わせにより得られるインピーダンス変成機能を利用して、入力インピーダンスの抵抗分Ｒ１を外部回路１０の特性インピーダンスと一致させる。これにより、周波数ｆ１においては反射波の発生を低減することができ、外部回路１０から効率良くアンテナ１を動作させることが可能となる。
【０００８】
また、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２において、アンテナ１が、入力端子２における入力インピーダンスとして、Ｒ２＋ｊＸ２（Ｒ２，Ｘ２とも正）なる値を有し、その抵抗成分Ｒ２の値がＲ１の値と大きな差がない場合には、キャパシタンス素子３ａに印加するバイアス電圧を変化させて容量値を適当な値に変えることにより、周波数ｆ１の場合と同様に、その入力インピーダンスを外部回路１０の特性インピーダンスにほぼ一致させることができる。このようにして、第１図に示すアンテナ装置は、複数の周波数においてアンテナ１を効率良く動作させることができる。
【０００９】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、複数の周波数にてインピーダンス整合を行うためには、キャパシタンス素子３ａの容量を可変とし、この容量値を適当な値に調整するようにしている。この容量値の調整は、バラクタダイオード等のアクティブ素子を用いた場合には、バイアス回路を設けてバラクタダイオード等に印加するバイアス電圧を調整することにより行われる。
【００１０】
このため、バイアス回路のほかに制御回路を設ける必要があり、回路の構成が複雑になる。この回路構成の複雑化、部品点数の増加は、製造コスト上昇の要因となると共に、消費電力も多くなるという課題があった。なお、これらの課題は、携帯電話機等の可搬型の無線端末では特に重要である。
【００１１】
また、従来のインピーダンス整合回路７では、特定の入力インピーダンス特性を有するアンテナ１に対してのみインピーダンス整合が可能であるため、適用範囲が狭いという課題があった。
【００１２】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、さまざまなタイプの単共振型のアンテナを、２つの周波数帯域、又はこの２つの周波数帯域の間の帯域を含めた広い範囲の周波数帯域において、効率良く動作させるインピーダンス整合回路及びアンテナ装置を、簡易な回路構成で低コストに提供することを目的とする。
【００１３】
なお、この明細書で言及している“単共振型アンテナ”は、広範な形式のアンテナの総称として用いており、特定のアンテナに限定するものではない。
【発明の開示】
【００１４】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、アンテナの入力インピーダンスと、上記アンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させるものにおいて、上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、上記アンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路等により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路の同一箇所に接続され、上記マイクロストリップ線路等により形成された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したものである。
このことにより、異なる２つの周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナの入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００１５】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第１の整合回路を、マイクロストリップ線路等により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になり低コストに製作できると共に、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、特性の良好なインピーダンス整合回路を得やすくなるという効果がある。
【００１６】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第１の整合回路を周波数ｆ２における１／４波長インピーダンス変成器により構成したものである。
このことにより、回路構成がよりシンプルとなり、低コストで製造できるという効果がある。
【００１７】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００１８】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子やショートスタブを使用しないので、より製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００１９】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、中空円筒状誘電体上に複数形成され、複数のアンテナの各入力インピーダンスと、上記複数のアンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させるものにおいて、上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、上記複数のアンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、上記マイクロストリップ線路により形成され、上記伝送線路の同一箇所に接続された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したものである。
このことにより、異なる２つの周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナの入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００２０】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第１の整合回路を、マイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になり低コストに製作できると共に、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、特性の良好なインピーダンス整合回路を得やすくなるという効果がある。
【００２１】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００２２】
この発明に係るインピーダンス整合回路は、第２の整合回路を、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子やショートスタブを使用しないので、より製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果がある。
【００２３】
この発明に係るアンテナ装置は、中空円筒状誘電体に形成された複数のアンテナと、上記中空円筒状誘電体上に形成されると共に、上記各アンテナに接続され、上記各アンテナの入力インピーダンスと、上記各アンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させる複数のインピーダンス整合回路と、上記中空円筒状誘電体上に形成されると共に、上記各インピーダンス整合回路に接続され、上記外部回路からの信号に所定の位相差を与える複数の分配回路とを備え、上記各インピーダンス整合回路が、上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、上記各アンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、上記マイクロストリップ線路により形成され、上記伝送線路の同一箇所に接続された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したものである。
このことにより、異なる２つの周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナの入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００２４】
この発明に係るアンテナ装置は、第１の整合回路を、マイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になり低コストに製作できると共に、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、特性の良好なアンテナ装置を得やすくなるという効果がある。
【００２５】
この発明に係るアンテナ装置は、第２の整合回路を、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子を使用しないので、製作が容易になると共に低コストにアンテナ装置を製作できるという効果がある。
【００２６】
この発明に係るアンテナ装置は、第２の整合回路を、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成したものである。
このことにより、実装作業を要するチップ素子やショートスタブを使用しないので、より製作が容易になると共に低コストにアンテナ装置を製作できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第５図はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す斜視図であり、第６図は第５図に示すアンテナ装置の上面図、第７図は第５図に示すアンテナ装置の回路図である。このアンテナ装置は、携帯電話機等の小型無線端末で用いられる小形ヘリカルアンテナと、２つの周波数帯域で動作するように、マイクロストリップ線路により形成しているインピーダンス整合回路とを組み合わせている。
【００２８】
第５図から第７図において、１は小形ヘリカルアンテナによるアンテナ、２はアンテナ１の入力端子、１２はアンテナ１及び後述するインピーダンス整合回路７を搭載する誘電体基板、１３は誘電体基板１２の裏面に形成された地導体、１８は誘電体基板１２及び地導体１３と共に、アンテナ１の給電線路となるマイクロストリップ線路を形成するストリップ導体、１０はアンテナ１との間で信号を授受する電源回路又はＲＦ回路による外部回路、９は外部回路１０が接続されるアンテナ装置の入力端子である。
【００２９】
６ａはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ２において電気長θａを有する伝送線路、６ｂはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ１において電気長θｂを有する伝送線路であり、２２はこれら伝送線路６ａ，６ｂ間に挿入されて直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタである。
【００３０】
１４はマイクロストリップ線路により形成されたオープンスタブである。このオープンスタブ１４において、スタブを形成する線路の特性インピーダンスがスタブ内で一定ではなく、特性インピーダンスの不連続位置１７を１カ所備えており、開放端寄りでは高インピーダンスの線路が用いられ、また、伝送線路６ｂ側では低インピーダンスの線路が用いられている。高インピーダンス線路の電気長はθｏ１，低インピーダンス線路の電気長はθｏ２である。
【００３１】
１５はマイクロストリップ線路により形成され、電気長θｓを有するショートスタブで、１６はショートスタブ１５の先端に設けられたスルーホールである。オープンスタブ１４とショートスタブ１５は、ストリップ導体１８の同一箇所に対向して接続されている。
【００３２】
ここで、電気長θｏ１とθｏ２とθｓの和は、ほぼπ／２又はπ／２よりわずかに大きくなっていて、周波数ｆ２において２つのスタブのサセプタンス値の和が０となるよう設定してある。すなわち、周波数ｆ２近傍の周波数帯においては、第７図に示す１／４波長共振回路５−２として動作する。
【００３３】
また、オープンスタブ１４とショートスタブ１５のそれぞれのサセプタンスの和が、周波数ｆ１において所定のサセプタンス値を呈するように、電気長θｏ１，θｏ２，θｓの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所要の値が選ばれている。
【００３４】
第７図において、８−１は伝送線路６ａとインタディジタルキャパシタ２２に相当するキャパシタンス素子３により構成され、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第１の整合回路であり、８−２は伝送線路６ｂとオープンスタブ１４とショートスタブ１５により構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。７は第１の整合回路８−１，第２の整合回路８−２により構成され、２つの周波数帯でインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路である。
なお、第７図においては、後述の動作の説明のため、回路の節点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを示している。
【００３５】
次に動作を説明する。
ここでは、このアンテナ装置のインピーダンス整合回路７が、第８図に示す２つの周波数ｆ１及びｆ２において、インピーダンス整合をするように設計されているものとして説明する。なお、周波数ｆ１とｆ２の関係はｆ１＜ｆ２とし、また簡単にするため、整合インピーダンス、すなわち、外部回路１０側の特性インピーダンスは、伝送線路６ａ，６ｂの特性インピーダンスＺｏと等しいものとする。
【００３６】
第８図に示すインピーダンス軌跡Ａは、第７図の回路図に示す節点Ａからアンテナ１側を見たときの軌跡を示している。節点Ａに繋がれた伝送線路６ａは、節点Ｂでの周波数ｆ２におけるインピーダンスの抵抗分が特性インピーダンスＺｏに一致するまで軌跡を時計周りに回転させる電気長θａを有する。したがって、節点Ｂからアンテナ１側を見たときの軌跡は、第９図に示すインピーダンス軌跡Ｂとなる。
【００３７】
次に、節点Ｂには、キャパシタンス素子３のように、周波数ｆ２において、第９図での周波数ｆ２におけるインピーダンスのリアクタンス分と大きさが等しく符号が逆、すなわちマイナスのリアクタンスを与える容量値のものが接続される。その結果、節点Ｃからアンテナ１側を見たときの軌跡は、第１０図に示すインピーダンス軌跡Ｃになる。ここで、周波数ｆ２におけるインピーダンスは、特性インピーダンスＺｏに一致し、インピーダンス整合がなされたことになる。このようにして、第７図に示す第１の整合回路８−１により周波数ｆ２におけるインピーダンス整合がなされる。
【００３８】
次に、節点Ｃに繋がれた第２の整合回路８−２において、伝送線路６ｂは、第１０図に示すインピーダンス軌跡Ｃをさらに時計周りに回転させる。ここで、周波数ｆ１でのコンダクタンスが１／Ｚｏと等しくなると共に、サセプタンスがプラスの値となるように、伝送線路６ｂの周波数ｆ１における電気長θｂが選ばれている。この結果、節点Ｄからアンテナ１側を見た軌跡は、第１１図に示すインピーダンス軌跡Ｄとなる。このとき、周波数ｆ１におけるサセプタンス値は、規格化された値でｊｂ’とする。なお、ｊは虚数単位である。
【００３９】
第１２図は２つのスタブのサセプタンス値の和の周波数特性を示す図である。１／４波長共振回路５−２は並列共振回路であるため、第１２図に示すように、周波数ｆ２で２つのスタブのサセプタンス値の和が０となり、周波数ｆ２より低い周波数では負のサセプタンス値を呈する。したがって、ｆ１＜ｆ２であるため、ｆ１においてはマイナスのサセプタンス値を与える。ここでは、周波数ｆ１において−ｊｂ’なる値を呈するように、スタブ長θｓ，θｏ１，θｏ２の長さの割合が選ばれている。
【００４０】
この結果、接点Ｅからアンテナ１側を見た軌跡は、第１３図に示すインピーダンス軌跡Ｅとなり、周波数ｆ１におけるインピーダンス整合がなされる。このとき、周波数ｆ２において１／４波長共振回路５−２は共振状態となるため開放状態となり、第１の整合回路８−１によるインピーダンスの整合状態は、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５が接続されていても維持される。このようにして、第７図に示す第２の整合回路８−２により、周波数ｆ１におけるインピーダンス整合がなされる。
【００４１】
以上の結果、第７図の入力端子９におけるアンテナ装置のリターンロスの周波数特性は、第１４図に示すように周波数ｆ１，ｆ２において谷をもつ特性となる。
【００４２】
なお、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５の電気長θｏ１，θｏ２，θｓ，及び伝送線路６ｂの電気長θｂは、下記の式（１）及び式（２）から導かれる連立方程式から求める。
周波数ｆ２において、
（オープンスタブ１４のサセプタンス）＋（ショートスタブ１５のサセプタンス）＝０
（１）
周波数ｆ１において、
Ｚｏ-1・（Ｙ１＋ｊＺｏ-1ｔａｎθｂ）／（Ｚｏ-1＋ｊＹ１ｔａｎθｂ）＋（オープンスタブ１４のサセプタンス）＋（ショートスタブ１５のサセプタンス）＝Ｚｏ-1
（２）
【００４３】
ここで、式（２）におけるＹ１は、第７図の節点Ｃからアンテナ１側を見たときの周波数ｆ１におけるアドミタンス、すなわち、第１０図における周波数ｆ１でのアドミタンスである。また、式（２）は複素数の方程式であるため実数部と虚数部で２つの方程式に分離され、上記連立方程式は３つの式となる。一方で未知数は４つあるが、例えば、θｏ１＝θｏ２等の条件を加えることによって、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５の電気長θｏ１，θｏ２，θｓ，及び伝送線路６ｂの電気長θｂを求めることができる。
【００４４】
この実施の形態では、オープンスタブ１４の一部分において、特性インピーダンスが異なるように構成しており、オープンスタブ１４内にインピーダンスの不連続部１７が１カ所存在している。上記の方法で、不連続部１７が存在するオープンスタブ１４の寸法を決めると、不連続部１７がない場合とは、オープンスタブ１４の全長が異なるものとなり、また、オープンスタブ１４のサセプタンス値の周波数特性も異なるものとなる。ただし、周波数ｆ１，ｆ２でのサセプタンス値は同一である。
【００４５】
第１５図は、オープンスタブ１４に不連続部１７がある場合とない場合の、１／４波長共振回路５−２のサセプタンス値の周波数特性の比較を示す図である。このように、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることで、インピーダンス整合するべき周波数ｆ１及びｆ２における共振回路のサセプタンス値の周波数特性を変化させることができる。
【００４６】
したがって、入力端子９において得られるリターンロスの周波数特性も、オープンスタブ１４の不連続部１７の有無によって変化する。第１６図は、オープンスタブ１４に不連続部１７がある場合とない場合の、入力端子９におけるアンテナ装置のリターンロスの周波数特性の比較を示す図である。第１６図に示すように、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることによって、周波数ｆ２近傍の帯域ではリターンロスの良好な帯域の幅がわずかに狭くなるものの、その一方で、周波数ｆ１近傍の帯域ではリターンロスの良好な帯域の幅が広がる。
【００４７】
このように、オープンスタブ１４の一部分において特性インピーダンスを異ならせて特性インピーダンスの不連続部１７を設けることで、周波数ｆ１及びｆ２近傍の２つの周波数帯でのリターンロスの周波数特性を調整することができる。インピーダンス整合するべきアンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性によっては、第１６図に示すように、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けない場合に、周波数ｆ２近傍においては比較的帯域が広いが、周波数ｆ１近傍では極めて狭帯域というアンバランスなリターンロス特性となってしまうが、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることにより、このような問題が回避され、周波数ｆ１近傍とｆ２近傍の両者の帯域幅が、ほぼ同一となるリターンロス特性を得ることが可能になる。
【００４８】
すなわち、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることにより、一方の周波数帯での狭帯域化を防ぎ、より良好なリターンロス特性を得ることが可能となる。また、狭帯域となった周波数帯では整合回路における損失が増加するため、オープンスタブ１４に不連続部１７を設けることは、狭帯域となった周波数帯における整合回路内損失を低減することにもつながる。
【００４９】
ここで、リターンロスの周波数特性は、アンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性が急峻か緩やかであるかと、外部回路１０の特性インピーダンスとアンテナ１の入力インピーダンスの抵抗分との比率の大小によって変化する。
【００５０】
例えば、アンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性が急峻で、アンテナ１の入力インピーダンスの抵抗分が外部回路１０の特性インピーダンスに対して小さいときは、第１４図に示すように、ｆ１，ｆ２の各周波数帯域は狭くなり、ｆ１，ｆ２の周波数帯域間の周波数帯域におけるリターンロスのレベルは大きくなる。
【００５１】
一方、アンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性が緩やかで、アンテナ１の入力インピーダンスの抵抗分が外部回路１０の特性インピーダンスに近いときは、第１７図に示すように、ｆ１，ｆ２の各周波数帯域は広くなり、ｆ１，ｆ２の周波数帯域間の周波数帯域におけるリターンロスのレベルは小さくなり、ｆ１，ｆ２の周波数帯域間の周波数帯域を含めた広い周波数帯域において、効率良くインピーダンス整合を図ることができる。
【００５２】
なお、特性インピーダンスの不連続を設ける位置や不連続の数、及び不連続を構成する線路の特性インピーダンスの比は、インピーダンス整合するべきアンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性を考慮して選択すれば良い。つまり、オープンスタブ１４の特性インピーダンスの部分的な変化の付け方については、必ずしもこのアンテナ装置のもののようでなくても良いのはいうまでもない。
【００５３】
また、この実施の形態１では、伝送線路６ａ，６ｂ，オープンスタブ１４，ショートスタブ１５を、マイクロストリップ線路により形成しているが、マイクロストリップ線路の代わりに、ストリップ線路、同軸線路、コプレーナ線路等により形成しても良い。
【００５４】
以上のように、この実施の形態１のインピーダンス整合回路によれば、異なる２つの周波数帯域において、又は２つの周波数帯域間の周波数帯域を含めた広い周波数帯域において、インピーダンス整合を行なうことが可能であると共に、インピーダンス整合するべきアンテナ１の入力インピーダンスの周波数特性に柔軟に対応することができ、２つの周波数の近傍の帯域の一方の帯域でリターンロス特性が狭帯域となったり、インピーダンス整合回路内の損失が増加してしまうということがなく、いずれの帯域においても良好なリターンロス特性を得ることができるという効果が得られる。
【００５５】
また、この実施の形態１によれば、第１の整合回路８−１として伝送線路６ａとインタディジタルキャパシタ２２を用いたが、第１の整合回路８−１の回路構成を変更すれば、多種類のアンテナのインピーダンス整合に柔軟に対応できるという効果が得られる。例えばインタディジタルキャパシタ２２の代わりに、インダクタンス素子を用いた場合には、入力インピーダンスが高インピーダンスを有するアンテナにも対応できる。
【００５６】
さらに、この実施の形態１によれば、オープンスタブ１４，ショートスタブ１５を用いて共振回路を構成したことに加え、インタディジタルキャパシタ２２を用いているので、実装作業を要するチップ素子は皆無となり、誘電体基板１２上にストリップ導体パターンを形成するのみで製作できるので、製作が容易になると共に低コストにインピーダンス整合回路を製作できるという効果が得られる。
【００５７】
さらに、この実施の形態１によれば、インタディジタルキャパシタ２２を用いることにより、任意の静電容量のキャパシタンス素子を容易にかつ精度良く製作することが可能であり、チップ素子等を用いる場合に比べて、特性の良好なインピーダンス整合回路を得やすくなるという効果が得られる。
【００５８】
実施の形態２．
第１８図はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す斜視図であり、第１９図は第１８図に示すアンテナ装置の上面図、第２０図は第１８図に示すアンテナ装置の回路図である。
【００５９】
第１８図から第２０図において、１４ａはマイクロストリップ線路により形成され、電気長θｏを有する第１のオープンスタブ、１４ｂはマイクロストリップ線路により形成された第２のオープンスタブである。この第２のオープンスタブ１４ｂは、スタブの一部分において、特性インピーダンスが異なる線路を用いて形成しており、この結果、スタブ内には２カ所の特性インピーダンスの不連続部１７ａ，１７ｂがあり、各部の電気長は開放端側からθｓｏ１，θｓｏ２，θｓｏ３である。この２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂは、ストリップ導体１８の同一箇所に対向して接続されている。
【００６０】
８−２は伝送線路６ｂとオープンスタブ１４ａ，１４ｂにより構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。その他は、実施の形態１の第５図から第７図に示す同一符号のものと同一である。
【００６１】
ここで、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの電気長の和は、周波数ｆ２において、π又はπより若干大きな値となっていて、周波数ｆ２において、２つのスタブのサセプタンス値の和が０となり、１／２波長共振回路５−３として共振すると共に、周波数ｆ１において、２つのスタブのサセプタンス値の和が所定のサセプタンス値を呈するようにその長さの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所要の値が選ばれている。
【００６２】
次に動作について説明する。
第２０図において、インピーダンス整合回路７内の共振回路が、実施の形態１では、オープンスタブ１４とショートスタブ１５の組み合わせによる１／４波長共振回路となっているのに対し、この実施の形態２では、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの組み合わせによる１／２波長共振回路となっている。
【００６３】
この２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂは伝送線路６ｂに対して同一箇所で並列に接続されているので、１／２波長共振回路５−３も並列共振回路の一種と見なすことができる。したがって、動作原理はほぼ実施の形態１と同一であり、もしアンテナ１のインピーダンス軌跡が第８図のように与えられるならば、節点Ｂ〜Ｅにおいて、アンテナ１側を見たときのインピーダンスは、第９図から第１３図に示した軌跡と類似した軌跡となる。
２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの電気長、及び伝送線路６ｂの電気長は、下記の（３）式及び（４）式で求めることができる。
周波数ｆ２において、
（オープンスタブ１４ａのサセプタンス）＋（オープンタブ１４ｂのサセプタンス）＝０ （３）
周波数ｆ１において、
Ｚｏ-1・（Ｙ１＋ｊＺｏ-1ｔａｎθｂ）／（Ｚｏ-1＋ｊＹ１ｔａｎθｂ）＋（オープンスタブ１４ａのサセプタンス）＋（オープンスタブ１４ｂのサセプタンス）＝Ｚｏ-1
（４）
【００６４】
ここで、（４）式におけるＹ１は、第２０図の節点Ｃからアンテナ１側を見たときの周波数ｆ１におけるアドミタンスである。すなわち、Ｙ１は第１０図におけるｆ１でのアドミタンスに対応する。（４）式は複素数の方程式であるから、実数部と虚数部で２つの方程式に分離され、上記の連立方程式は３つの式となる。そこで、例えば、θｓｏ３を定数とし、θｓｏ１＝θｓｏ２等の条件を加えれば、未知数を３つとして解を求めることができる。
【００６５】
なお、この実施の形態２では、第１のオープンスタブ１４ａ，第２のオープンスタブ１４ｂを、マイクロストリップ線路により形成しているが、マイクロストリップ線路の代わりに、ストリップ線路、同軸線路、コプレーナ線路等により形成しても良い。
【００６６】
以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１のアンテナ装置と同様な特徴を有し同様な効果が得られる。さらに、この実施の形態２によれば、スタブをオープンスタブのみ使用しショートスタブを使用していないので、スルーホールが不要であり、より製作が容易になると共に低コストで製作できるという効果が得られる。
【００６７】
実施の形態３．
第２１図はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す斜視図であり、第２２図は第２１図に示すアンテナ装置の上面図で、第２３図は第２１図に示すアンテナ装置の回路図である。このアンテナ装置は、円形マイクロストリップアンテナと、２つの周波数帯域で動作するように、マイクロストリップ線路により形成されたインピーダンス整合回路とを組み合わせている。
【００６８】
第２１図から第２３図において、１は円形マイクロストリップアンテナによるアンテナ、２４は周波数ｆ２における１／４波長インピーダンス変成器で、８−１は１／４波長インピーダンス変成器２４による第１の整合回路であり、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う。その他は、実施の形態２の第１８図から第２０図に示す同一符号のものと同一である。
【００６９】
次に動作について説明する。
第２４図は円形マイクロストリップアンテナによるアンテナ１の入力インピーダンス特性を示すスミスチャートであり、第２３図の節点Ａからアンテナ１側を見たときの特性に相当する。一般に、このような円形マイクロストリップアンテナでは、図示のようにマイクロストリップアンテナの端部にマイクロストリップ線路を接続して給電する場合、第２４図のような高インピーダンスな特性を示す。
【００７０】
ここで、周波数ｆ２においてリアクタンス分が０となっているとし、周波数ｆ２におけるインピーダンス整合のためにインピーダンス変成器２４を接続すると、第２５図のような特性となり、第２４図の周波数ｆ２での入力インピーダンスの抵抗分は、特性インピーダンスＺｏ（規格化インピーダンス又は外部回路１０の特性インピーダンス）に変換される。そして、第２５図に示す特性について、周波数ｆ２におけるインピーダンス整合状態を維持したまま、周波数ｆ１においてもインピーダンス整合する動作については、実施の形態２と同様である。
【００７１】
以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態２のアンテナ装置と同様な特徴を有し、同様な効果が得られる。また、この実施の形態３では、マイクロストリップアンテナの特性を考慮して、第１の整合回路８−１にインピーダンス変成器２４を用いているため、回路構成がよりシンプルとなり、低コストで製造できるという効果が得られる。
【００７２】
実施の形態４．
第２６図はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図である。このアンテナ装置は携帯電話等の小型無線端末で用いられるもので、４本（Ｎ本）のヘリカル素子からなる４線巻き（Ｎ線巻き）ヘリカルアンテナと、この４本のヘリカル素子のそれぞれに接続され、２つの周波数帯域でインピーダンス整合を行う４個（Ｎ個）のインピーダンス整合回路と、上記４個のインピーダンス整合回路に接続され、それらに対して所定の位相差を与えながらマイクロ波の分配あるいは合成を行う４分配回路（Ｎ分配回路）とを、中空円筒誘電体上に形成したものである。すなわち、このアンテナ装置は、中空円筒誘電体を用いてアンテナと給電回路が一体で形成されているものである。
【００７３】
また、上記インピーダンス整合回路及び４分配回路は、中空円筒誘電体の外側面に形成されたストリップ導体と内側面に形成された地導体によるマイクロストリップ線路で構成している。
【００７４】
第２７図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒外側面の展開図で、第２８図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒内側面の展開図である。第２８図に示すように、中空円筒誘電体の内側面に形成した地導体は、インピーダンス整合回路と４分配回路を構成するマイクロストリップ線路のストリップ導体の存在する領域に対応して、円筒内側面の下方部分に形成されている。第２９図はインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図であり、第３０図は第２６図〜第２９図に示すアンテナ装置の回路図である。
【００７５】
第２６図〜第３０図において、２１は中空円筒誘電体、１は中空円筒誘電体２１の外側面に導体パターンを形成して構成された４本のヘリカル素子からなるアンテナ、２はアンテナ１の４つの入力端子、１３は中空円筒誘電体２１の内側面に形成された地導体、１８は中空円筒誘電体２１及び地導体１３と共にマイクロストリップ線路を構成するストリップ導体である。
【００７６】
６ａはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ２において電気長θａを有する伝送線路、２２は伝送線路６ａに直列に接続されたインタディジタルキャパシタであり、このインタディジタルキャパシタ２２は第３０図の回路図では直列に接続されたキャパシタ３として示されている。６ｂはマイクロストリップ線路により形成され、周波数ｆ１において電気長θｂを有する伝送線路、１４はマイクロストリップ線路により形成された電気長θｏを有するオープンスタブ、１５はマイクロストリップ線路により形成された電気長θｓを有するショートスタブである。１６はショートスタブ１５の先端に設けられ、ストリップ導体１８と地導体１３を接続するスルーホールである。
【００７７】
オープンスタブ１４において、スタブを形成する線路の特性インピーダンスがスタブ内で一定ではなく、スタブの中程の一部分では低インピーダンス線路を用いており、特性インピーダンスの２カ所の不連続位置１７ａ，１７ｂがある。オープンスタブ１４の各部の電気長は開放端側からθｏ１，θｏ２，θｏ３である。オープンスタブ１４とショートスタブ１５は、ストリップ導体１８の同一箇所において対向するように接続されている。
【００７８】
ここで、電気長θｏ１とθｏ２とθｏ３とθｓの和は、ほぼπ／２又はπ／２よりわずかに大きくなっていて、周波数ｆ２において２つのスタブのサセプタンス値の和が０となるよう設定してある。すなわち、周波数ｆ２近傍の周波数帯においては１／４波長共振回路５−２として動作する。また、オープンスタブ１４とショートスタブ１５のサセプタンスの和が、周波数ｆ１において所定のサセプタンス値を呈するよう、電気長θｏ１，θｏ２，θｏ３，θｓの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所定の値が選ばれている。
【００７９】
８−１は伝送線路６ａとキャパシタ素子３により構成され、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第１の整合回路である。８−２は伝送線路６ｂと、オープンスタブ１４及びショートスタブ１５による１／４波長共振回路５−２により構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。７は第１の整合回路８−１と第２の整合回路８−２により構成され、２つの周波数ｆ１，ｆ２でインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であり、このインピーダンス整合回路７はアンテナ１の各ヘリカル素子に対応して４個（Ｎ個）用意されている。９はインピーダンス整合回路７の入力端子である。
【００８０】
２３は４分配回路（Ｎ分配回路）であり、中空円筒誘電体２１，地導体１３，及びストリップ導体１８からなるマイクロストリップ線路で構成され、それぞれ所要の分配振幅特性及び分配位相特性を呈する４個（Ｎ個）の分配端子を有し、各分配端子が４個のインピーダンス整合回路７の各入力端子９にそれぞれ接続されている。４分配回路２３は４つの入力端子９の間に、約９０度ずつの位相差が生じるように構成されている。
【００８１】
２５は４分配回路２３の入力端子で、このアンテナ装置の入力端子となっている。１０は電源回路又はＲＦ回路による外部回路で、入力端子２５に接続される。また、第２９図において、後述の動作の説明のために、回路の節点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが示されている。
【００８２】
次に動作について説明する。
このアンテナ装置で用いられている４線巻きヘリカルアンテナは、４分配回路２３が４本のヘリカル素子の間に９０度ずつ位相差をつけて給電することにより円偏波の電波を放射する。中空円筒誘電体２１の軸方向を中心として放射指向性はブロードで覆域が広いことから、４線巻きヘリカルアンテナは衛星携帯端末等で使用される。この実施の形態４によるアンテナ装置は、このような４線巻きヘリカルアンテナを２つの周波数帯で使用することを可能とするものである。
【００８３】
４本のヘリカル素子は相互に結合して一体動作をするため、４つの入力端子２からアンテナ１側を見たときのアクティブインピーダンスが、インピーダンス整合すべき負荷インピーダンスとみなすことができる。したがって、インピーダンス整合回路７は、各入力端子２（節点Ａ）からアンテナ１側を見たアクティブインピーダンスをもとに設計される。ここで、入力端子２からアンテナ１側を見たときのアクティブインピーダンスは、第８図のスミスチャートに示した軌跡に類似しているため、４つのインピーダンス整合回路７の動作としては、実施の形態１におけるアンテナ装置のインピーダンス整合回路とほぼ同様である。
【００８４】
したがって、節点Ｂ〜Ｅにおいてアンテナ１側を見たときのインピーダンス軌跡は、第９図から第１１図及び第１３図のスミスチャートに示した軌跡と類似した軌跡となる。ここで、節点Ｅにおいて２つの周波数帯でインピーダンス整合がすでになされているため、節点Ｆからアンテナ１側を見たときの特性においても、２つの周波数ｆ１，ｆ２でのインピーダンス整合は維持される。この結果、節点Ｆにおける反射特性は第１４図に示すようになる。
【００８５】
以上のように、この実施の形態４によれば、実施の形態１のアンテナ装置と同様な特徴を有し、同様な効果が得られる。
【００８６】
また、この実施の形態４によれば、第２の整合回路８−２の並列共振回路５−２を、チップ素子ではなくスタブを用いて構成し、直列の容量素子としてインタディジタルキャパシタを使用したのでチップレスであり、製作が容易になると共に低コストに製作できるという効果が得られる。この点は、アンテナ装置を中空円筒誘電体２１を用いて形成するため、実現性の上で非常に重要である。
【００８７】
さらに、この実施の形態４によれば、電波の放射を行う４本のヘリカル素子と、２つの周波数ｆ１，ｆ２で動作可能な４つのインピーダンス整合回路７と、４分配回路２３を中空円筒誘電体２１上に一体形成しており、アンテナ装置を含めた無線端末装置をコンパクトに構成することができるという効果が得られる。
【００８８】
さらに、この実施の形態４によれば、アンテナ１には４本のヘリカル素子があり、アンテナ１の入力端子２も４つ存在するが、４分配回路を一体形成しているため、外部回路１０との接続を行う入力端子２５は１つで済み、このアンテナ装置と外部回路１０のインタフェースの構造がシンプルになり、組立が容易で低コストになるばかりか、信頼性の大幅向上につながるという効果が得られる。
【００８９】
実施の形態５．
第３１図はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す斜視図である。第３２図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒外側面の展開図で、第３３図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒内側面の展開図である。第３４図はインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図であり、第３５図は第３１図〜第３４図に示すアンテナ装置の回路図である。
【００９０】
第３１図〜第３５図において、１４ａはマイクロストリップ線路により形成され、電気長θｏを有する第１のオープンスタブ、１４ｂはマイクロストリップ線路により形成された第２のオープンスタブである。
【００９１】
第２のオープンスタブ１４ｂは、スタブの一部分において特性インピーダンスが異なる線路を用いて形成されており、この結果、スタブ内には特性インピーダンスの２カ所の不連続部１７ａ，１７ｂがあり、各部の電気長は開放端側からθｓｏ１，θｓｏ２，及びθｓｏ３となっている。２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂは、ストリップ導体１８の同一箇所において対向するように接続されている。
【００９２】
ここで、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂの電気長の和は、周波数ｆ２においてπ又はπより若干大きな値となっていて、周波数ｆ２において、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂのサセプタンス値の和が０となって１／２波長共振回路５−３として共振すると共に、周波数ｆ１において、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂのサセプタンス値の和が所定のサセプタンス値を呈するように、その長さの配分が決められている。また、これとあわせて、伝送線路６ｂの電気長θｂも所定の値が選ばれている。
【００９３】
８−１は伝送線路６ａとキャパシタ素子３により構成され、周波数ｆ２においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第１の整合回路である。８−２は伝送線路６ｂと、オープンスタブ１４ａ，１４ｂによる１／２波長共振回路５−３により構成され、周波数ｆ１においてアンテナ１のインピーダンス整合を行う第２の整合回路である。７は第１の整合回路８−１と第２の整合回路８−２により構成され、２つの周波数ｆ１，ｆ２でインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路である。その他は、実施の形態４の第２６図から第３０図に示す同一符号のものと同一である。
【００９４】
このアンテナ装置で用いられている４線巻きヘリカルアンテナは、実施の形態４で示したアンテナ装置と同様な動作をする。
【００９５】
以上のように、この実施の形態５によれば、実施の形態４のアンテナ装置と同様な特徴を有し、同様な効果が得られる。
【００９６】
また、この実施の形態５によれば、第２の整合回路における共振回路を、２つのオープンスタブ１４ａ，１４ｂにより構成しているため、スルーホールが不要であり、製作が比較的容易で、より低コストでアンテナ装置を製作できるという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、この発明に係るインピーダンス整合回路及びアンテナ装置は、さまざまなタイプの単共振型のアンテナを、２つの周波数帯域において、又はこの２つの周波数帯域間の周波数帯域を含めた広い周波数帯域において、効率良く動作させるものに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】 第１図は従来のインピーダンス整合回路を含むアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】 第２図は第１図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図３】 第３図は第１図に示すアンテナ装置で使用されるアンテナの拡大図である。
【図４】 第４図は第３図に示すアンテナの等価回路である。
【図５】 第５図はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図６】 第６図は第５図に示すアンテナ装置の上面図である。
【図７】 第７図は第５図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図８】 第８図は第７図の回路図に示す節点Ａからアンテナ側を見たときのアンテナの入力インピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図９】 第９図は第７図の回路図に示す節点Ｂからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１０】 第１０図は第７図の回路図に示す節点Ｃからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１１】 第１１図は第７図の回路図に示す節点Ｄからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１２】 第１２図は２つのスタブのサセプタンス値の和の周波数特性を示す図である。
【図１３】 第１３図は第７図の回路図に示す節点Ｅからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図１４】 第１４図は第７図の回路図に示す節点Ｅからアンテナ側を見たときのリターンロスの周波数特性を示す図である。
【図１５】 第１５図は、オープンスタブに不連続部がある場合とない場合の、２つのスタブのサセプタンス値の和の周波数特性の比較を示す図である。
【図１６】 第１６図は、オープンスタブに不連続部がある場合とない場合の、入力端子におけるアンテナ装置のリターンロスの周波数特性の比較を示す図である。
【図１７】 第１７図は第７図の回路図に示す節点Ｅからアンテナ側を見たときのリターンロスの周波数特性を示す図である。
【図１８】 第１８図はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図１９】 第１９図は第１８図に示すアンテナ装置の上面図である。
【図２０】 第２０図は第１８図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図２１】 第２１図はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２２】 第２２図は第２１図に示すアンテナ装置の上面図である。
【図２３】 第２３図は第２１図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図２４】 第２４図は第２３図の回路図に示す節点Ａからアンテナ側を見たときのアンテナの入力インピーダンス特性を示すスミスチャートである。
【図２５】 第２５図は第２３図の回路図に示す節点Ｃからアンテナ側を見たときの特性を示すスミスチャートである。
【図２６】 第２６図はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２７】 第２７図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の外側面を示す展開図である。
【図２８】 第２８図は第２６図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の内側面を示す展開図である。
【図２９】 第２９図は第２７図に示すアンテナ装置のインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図である。
【図３０】 第３０図は第２６図に示すアンテナ装置の回路図である。
【図３１】 第３１図はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図３２】 第３２図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の外側面を示す展開図である。
【図３３】 第３３図は第３１図に示すアンテナ装置の円筒状誘電体の内側面を示す展開図である。
【図３４】 第３４図は第３２図に示すアンテナ装置のインピーダンス整合回路部分のストリップ導体パターンの拡大図である。
【図３５】 第３５図は第３１図に示すアンテナ装置の回路図である。
Claims (13)
- アンテナの入力インピーダンスと、上記アンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させるインピーダンス整合回路において、
上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、
上記アンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路等により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路の同一箇所に接続され、上記マイクロストリップ線路等により形成された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、
上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、
上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したことを特徴とするインピーダンス整合回路。 - 第１の整合回路を、マイクロストリップ線路等により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のインピーダンス整合回路。 - 第１の整合回路を周波数ｆ２における１／４波長インピーダンス変成器により構成した
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のインピーダンス整合回路。 - 第２の整合回路を、
インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のインピーダンス整合回路。 - 第２の整合回路を、
一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のインピーダンス整合回路。 - 中空円筒状誘電体上に複数形成され、複数のアンテナの各入力インピーダンスと、上記複数のアンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させるインピーダンス整合回路において、
上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、
上記複数のアンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、上記マイクロストリップ線路により形成され、上記伝送線路の同一箇所に接続された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、
上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、
上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したことを特徴とするインピーダンス整合回路。 - 第１の整合回路を、マイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第６項記載のインピーダンス整合回路。 - 第２の整合回路を、
インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第６項記載のインピーダンス整合回路。 - 第２の整合回路を、
一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第６項記載のインピーダンス整合回路。 - 中空円筒状誘電体に形成された複数のアンテナと、
上記中空円筒状誘電体上に形成されると共に、上記各アンテナに接続され、上記各アンテナの入力インピーダンスと、上記各アンテナとの間で信号を授受する外部回路の特性インピーダンスとを、周波数ｆ１及びこの周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２の周波数帯域にて整合させる複数のインピーダンス整合回路と、
上記中空円筒状誘電体上に形成されると共に、上記各インピーダンス整合回路に接続され、上記外部回路からの信号に所定の位相差を与える複数の分配回路とを備え、
上記各インピーダンス整合回路が、
上記周波数ｆ２でインピーダンスの整合を行う第１の整合回路と、
上記各アンテナへの給電線路となるマイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、上記マイクロストリップ線路により形成され、上記伝送線路の同一箇所に接続された第１及び第２のスタブにより構成され、上記周波数ｆ１でインピーダンスの整合を行う第２の整合回路とを備え、
上記第１又は第２のスタブに、特性インピーダンスが異なるようにインピーダンスの不連続部を設けると共に、
上記周波数ｆ２で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が０で、上記周波数ｆ１で上記第１及び第２のスタブのサセプタンス値の和が所定の値となるよう、上記第１及び第２のスタブの電気長を設定したことを特徴とするアンテナ装置。 - 第１の整合回路を、マイクロストリップ線路により形成され所定の電気長を有する伝送線路と、この伝送線路に直列に静電容量を与えるインタディジタルキャパシタとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載のアンテナ装置。 - 第２の整合回路を、
インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、一端を地導体に接続したショートスタブによる第２のスタブとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載のアンテナ装置。 - 第２の整合回路を、
一端を開放したオープンスタブによる第１のスタブと、インピーダンスの不連続部を設け、一端を開放したオープンスタブによる第２のスタブとにより構成した
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載のアンテナ装置。
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