JP2004048233A - Antenna system and method for forming antenna element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置およびアンテナ素子の形成方法に関し、特に、アンテナ装置の広帯域化および送受信周波数の帯域調整を簡易に行い得るものである。
【0002】
【従来の技術】
地上波テレビ放送はアナログからデジタルに移行しつつあり、我が国においても、2003年末にデジタル放送の開始が予定されている。デジタル放送においては、UHF帯(470MHz〜770MHz)を用いるため、広帯域の受信周波数を有するアンテナ装置が必要となる。特に、携帯受信向けのデジタル放送に用いられるアンテナ装置においては、携帯受信装置の外形寸法との関係から、数センチメートルサイズにてUHF帯を受信し得る超広帯域小型アンテナ素子が必要となる。
【0003】
広帯域小型アンテナ素子として従来よりループアンテナが知られているが、これにおいても、UHF帯の全てをカバーできるほどの受信帯域を有するものではない。したがって、既存のアンテナ素子を利用しながら、より広帯域で且つ小型化を図り得るアンテナ装置の開発が必要となる。
【0004】
特開平5−129815号公報に記載のアンテナ装置においては、使用周波数の高域周波数における波長をλとしたときに電気長がλ/2に設定されているアンテナ素子を用い、さらにこのアンテナ素子に対し、コ字状のグランドプレーンおよびその間に介在する誘電体と、アンテナ素子に接続された伝送路およびこの伝送路とグランドプレーンとの間に介在する誘電体とからなる構造物を組み合わせることにより、受信周波数の広帯域化を図っている。かかるアンテナ装置によれば、上記構造物によって3つの共振周波数を生ぜせしめることができるようになり、これによりアンテナ装置の広帯域化を図ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるアンテナ装置によれば、アンテナ素子の他、比較的外形寸法の大きな構造物を別途配備する必要があるため、受信装置本体の外形寸法をより小型化しようとしたときに、アンテナ装置の外形寸法が受信装置本体の小型化を制約するとの危惧が生じる。
【0006】
また、アンテナ素子自体の共振現象は1つしか利用しておらず、これに構造物による2つの共振現象を別途組み合わせるものであるから、アンテナ素子自体の共振現象を有効に利用しているとは言い難く、構成の簡素化の追及においては不十分なものとなっている。アンテナ素子自体は無数の共振周波数を有しており、これらの共振周波数を、アンテナ素子自体の形状等を調整することにより放送波周波数帯域に整合させることができれば、より簡素な構成にて、アンテナ装置の広帯域化を実現することができる。
【0007】
そこで、本発明は、このような従来装置の問題点を解消し、簡素な構成にて簡易かつ効率的に広帯域化を図れる、超広帯域小型アンテナ装置を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。
【0009】
請求項1の発明は、アンテナ装置において、アンテナ素子と、このアンテナ素子に接続されると共に前記アンテナ素子の有する2つの共振周波数のうち一方の共振周波数よりも高く他方の共振周波数よりも低い共振周波数を有する少なくとも一つの共振回路とを有することを特徴とする。
この発明によれば、アンテナ素子の有する2つの共振点の間に、共振回路による共振点を介在させることができ、よって、アンテナ素子の2つの共振点間の周波数帯域における反射損失を共振回路によって抑制することができる。これにより、アンテナ装置の周波数帯域を広域化することができる。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1に記載のアンテナ装置において、前記共振回路は、前記アンテナ素子の有する2つの共振周波数のほぼ中間の共振周波数を有することを特徴とする。
このように共振回路による共振点をアンテナ素子の2つの共振点のほぼ中間に位置付けることにより、アンテナ素子の2つの共振点間の周波数帯域における反射損失をより効率的に抑制することができる。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、その共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、各部の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とする。
アンテナ素子を励振した際の電流分布は、アンテナ素子上の全ての領域において一律ではなく、共振周波数毎に粗密が生じる。発明者らは、電流分布が密となっている領域の幅寸法を変更することにより、当該アンテナの共振周波数をコントロールできることを見出した。よって、当該領域の幅寸法を調整することにより、当該アンテナの2つの共振周波数を、たとえば放送波帯域の上限および下限付近に整合させることができる。そして、これら2つの共振点間に上記共振回路の共振周波数を位置付けることにより、当該2つの共振点間の周波数帯域における反射損失を抑制することができ、よって、放送波帯域に整合した広帯域化を実現することができるようになる。
【0012】
請求項4の発明は、請求項3に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、相対向する2組の辺部分を有する矩形形状の板状ループアンテナにて構成されており、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、当該アンテナ素子の共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、これら各辺部分の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とする。
【0013】
請求項5の発明は、請求項4に記載のアンテナ装置において、前記相対向する辺部分のうち少なくとも一組の辺部分が、並列に分岐した複数の分岐路により構成されていることを特徴とする。
このように所定の辺部分を並列に分岐させることにより、分岐路間にスペースを生ぜしめることができる。たとえば、このスペースを受信装置本体側の部品の配置領域に利用することにより、受信装置本体の小型化をさらに進めることができる。かかる分岐路の具体的構成例およびその際の特性については、図8(b)を参照しながら実施の形態の項において説明する。
【0014】
請求項6の発明は、請求項4または5に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子の一組の辺部分が板面垂直の方向に折り曲げられていることを特徴とする。
このように、一組の辺部分を板面垂直の方向に折り曲げることにより、アンテナ素子の電気長を同一としながら板面平行の方向の寸法を小さくすることができ、よって受信装置本体の小型化をさらに進めることができる。一組の辺部分を板面垂直の方向に折り曲げる際の具体的構成例については、図9を参照しながら実施の形態の項において説明する。
【0015】
請求項7の発明は、請求項3から6の何れかに記載のアンテナ装置において、前記アンテナ素子の一部が幅方向および/若しくは板面垂直の方向に蛇行していることを特徴とする。
このようにアンテナ素子の一部を幅方向および/若しくは板面垂直の方向に蛇行させることにより、アンテナ素子の電気長を同一としながら板面平行の方向の寸法を小さくすることができ、よって、上記請求項6と同様、受信装置本体の小型化をさらに進めることができる。かかる蛇行路の具体的構成例については、図8(a)を参照しながら実施の形態の項において説明する。
【0016】
請求項8の発明は、その共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように各部の幅方向の電気的寸法が調整された板状アンテナ素子を有することを特徴とするアンテナ装置である。
【0017】
請求項9の発明は、アンテナ素子の電流分布を解析し、当該アンテナ素子のうち電流分布の大きな部分の幅方向の電気的寸法を調整することにより当該アンテナ素子の共振周波数を所定の周波数帯域に整合させることを特徴とするアンテナ素子の形成方法である。
【0018】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。
【0019】
ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【0020】
【発明の実施の形態】
まず、板状ループアンテナの幅方向寸法(ループ素子幅)と当該アンテナの共振周波数の関係を検証したので、かかる検証について説明する。
【0021】
図1に検証に用いた板状ループアンテナの構成を示す。ループアンテナは、UHF帯の中心周波数である620MHzにおける波長をλとしたときに、その電気長がλになるように設定されている。誘電体の誘電率は1(εr=1)とし、グランド板とループアンテナとの間の間隔hは15cmとしている。このように設定することにより、グランド板の影響を無視して後述のシミュレーションを行い得る。
【0022】
ループ素子幅(W1、W2)は全長にわたって一律10mmに設定している。各辺の長さL1、L2および端子間の隙間Lfは、それぞれ図示の寸法に設定している。かかるループアンテナの一端を50Ωの信号源で励振し、他端を50Ωで終端する。
【0023】
図2(a)に、上記ループアンテナについて、モーメント法を用いて解析したシミュレーション結果を示す。同図の横軸は信号源の周波数(単位=GHz)、縦軸は反射減衰量Mag=10×log(反射電力/入力電力)である。かかるシミュレーションでは、ループアンテナの導体厚および導体損失を無視して解析を行った。なお、モーメント法を用いた電磁界解析については、たとえば、「Harrington, R. F.: Field computation by moment method, Macmillan(1968)」にも記載されており、従来より周知の解析手法であるので、ここではその説明を省略する。
【0024】
図2(b)に、上記構成のループアンテナを実際に励振した際の実験結果を示す。かかる実験では、アンテナの導体厚を0.2mmとした。また、上記シミュレーションとは異なり、端子部分にのみグランドを配置するようにした。なお、かかる実験では、励振の際にループアンテナに導体損が発生する。上記シミュレーションでは、かかる導体損は無視して解析がなされている。
【0025】
図2(a)(b)に示すとおり、シミュレーション結果と実験結果は、互いに近似した特性を示している。
【0026】
図2(a)のシミュレーション結果では、いくつかの共振点が観測されるが、以下では、UHF帯域の下限および上限近傍の430MHz付近と670MHz付近の2つの共振点に着目して、ループ素子幅と共振点の関係を検討する。
【0027】
図3に、430MHzおよび670MHzにおける上記ループアンテナ上の電流分布を示す。かかる電流分布は、上記モーメント法を用いたシミュレーション結果によるものである。ここで、ループアンテナのループ長(電気長)は、430MHzにおける波長の1/2であり、670MHZにおける波長の1波長分である。以下、430MHz付近の共振を1/2波長モードと呼び、670MHz付近の共振を1波長モードと呼ぶ。
【0028】
図3(a)に示す如く、1/2波長モードでは、端子を含む辺およびそれと垂直な辺における電流分布が高いことが分かる。他方、1波長モードでは、同図(b)に示す如く、端子を含む辺およびそれと対向する辺における電流分布が高いことが分かる。かかるシミュレーション結果から、1/2波長モードの共振周波数は、端子を含む辺に垂直な辺の幅(図1のW2)を変更することによりコントロールでき、また、1波長モードの共振周波数は、端子を含む辺に対向する辺の幅(図1のW1)を変更することによりコントロールできることが分かる。すなわち、1/2波長モードではW2を細くしたときに電流パスが長くなり、その結果、共振周波数を下げることができ、また、1波長モードではW1を細くしたときに電流パスが長くなり、その結果、共振周波数を下げることができる。
【0029】
図4(b)〜(d)に、幅寸法W1、W2を変更した際の共振周波数のシミュレーション結果を示す。同図に示すシミュレーションは、図1に示すループアンテナの外形寸法L1、L2を固定、すなわち当該アンテナの開口面積を一定として、各辺の幅寸法W1、W2を変更した際のシミュレーション結果である。なお、同図(a)には、比較対象として、上記図2(a)のシミュレーション結果(W1=W2=10mm)をそのまま図示している。
【0030】
図4(b)〜(d)のシミュレーション結果のうち、同図(b)では1波長モードの共振周波数が同図(a)に比べて大きく低下しており、また、同図(c)では1/2波長モードの共振周波数が同図(a)に比べて大きく低下している。これは、上記図3の電流分布シミュレーションに基づく共振周波数の論理解析結果、すなわち「電流分布の大きな辺の幅を小さくすると当該モードにおける電流パスが長くなり当該モードの共振周波数を下げることができる」との論理解析結果からも、説明できるものである。
【0031】
このように、図1の板状ループアンテナにおいては、各辺の幅寸法W1、W2を調整することにより、当該アンテナの共振周波数を適宜設定することができる。
【0032】
なお、上記シミュレーションおよび論理解析は、図1の板状ループアンテナ以外のアンテナ素子においても適用できるものである。すなわち、上記以外のアンテナ素子においても、解析された電流分布に従って線幅を調整することにより各モードの電流パスの長さが変更され、これにより当該モードの共振周波数が低下ないし上昇することが、容易に推測できる。
【0033】
図5に、上記板状ループアンテナの端子間にマッチング回路を接続した構成例を示す。かかるマッチング回路は、上記板状ループアンテナの1/2波長モードと1波長モードの2つの共振周波数の谷を埋める共振周波数を有している。
【0034】
図6に、当該マッチング回路の具体的構成例を示す。図において、C1、C2はキャパシタンス、L11、L12、L21はインダクタンス、Tは当該アンテナの入出力端子である。キャパシタンスC1、C2およびインダクタンスL11、L12、L21の値を所定の値に設定することにより、たとえば、1/2波長モードと1波長モードの2つの共振周波数のほぼ中央の共振周波数を当該ループアンテナに持たせることができる。
【0035】
図7に、上記ループアンテナに当該マッチング回路を適用した場合の周波数―反射減衰量特性の実測結果を示す。ここで、ループアンテナの幅方向寸法W1、W2は、上記図4(b)に示す値に設定した。また、マッチング回路の共振周波数は、1/2波長モードと1波長モードのほぼ中間の周波数に設定されている。このように、各モードの共振点間の谷をマッチング回路による共振点にて埋めることにより、470MHz〜770MHzの周波数レンジにおいて、反射減衰量−7db以下を確保することができる。よって、図1に示す寸法の小型ループアンテナにより、UHF帯の広帯域デジタルテレビ放送を受信することができる。
【0036】
図8および図9に、上記板状ループアンテナの変形例を示す。
【0037】
図8(a)は、端子を含む辺およびそれに対向する辺を、板面に平行な方向に蛇行させたものである。かかる構成によれば、端子を含む辺およびそれに対向する辺の電気長を上記図1の場合と同一としながら、同図左右方向におけるアンテナの形状寸法を上記図1の場合に比べ小さくすることができる。なお、蛇行の方向は、板面に垂直な方向であっても良い。また、図8(a)の如く端子を含む辺およびそれに対向する辺を蛇行させる他、端子を含む辺に垂直な辺を蛇行させても良く、また全ての辺を蛇行させても良い。
【0038】
図8(b)は、端子を含む辺に垂直な辺を平行に分岐させたものである。かかる構成によれば、分岐させた各辺部分に開口(スペース)を設けることができ、かかる開口部分を受信装置本体側の部品配設スペースとして利用することができる。なお、このように辺を分岐させた場合、上記共振周波数の調整・コントロールに寄与する当該辺の幅方向寸法は、同図(b)に示すW2(スペース部分の幅寸法を含む)となる。したがって、かかる構成例は、設定すべき共振周波数との関係から当該辺の幅寸法を大きく設定する必要がある場合に用いて好適なものとなる。なお、分岐路の数は、同図(b)の如く2つに限定されるものではなく、3つ以上の分岐路を形成するようにしても良い。また、端子を含む辺に垂直な辺のみならず、端子を含む辺およびそれに対向する辺に分岐路を形成するようにしても良い。
【0039】
図9は、端子を含む辺に垂直な辺を板面垂直な方向に折り曲げたものである。かかる構成によれば、同図左右方向におけるアンテナの形状寸法を小さくすることができる。なお、折り曲げる辺は、同図の如く端子を含む辺に垂直な辺とする他、端子を含む辺およびこれに対向する辺とすることもできる。
【0040】
以上、本発明にかかる種々の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
【0041】
たとえば、上記実施の形態では、板状ループアンテナを例に挙げて説明したが、本発明は板状ループアンテナの他、ダイポール型の棒状アンテナにも適用可能である。かかる場合、ダイポール型アンテナの持つ共振周波数の隙間を埋める共振周波数を持つマッチング回路を当該アンテナの端子に接続する。また、上記ではモーメント法を用いて電流分布等のシミュレーション解析を行ったが、その他の解析手法によってシミュレーションを行うこともできる。また、上記に示したアンテナ素子の形状、寸法およびマッチング回路の構成はあくまで一例であって、これ以外の形状、寸法および構成にてアンテナ素子およびマッチング回路を構成することも可能である。
【0042】
さらに、上記実施の形態では、アンテナ素子の有する2つの共振点を利用して広帯域化を図ったが、3つ以上の共振点を所定の周波数帯域に整合させることにより、アンテナ装置の広帯域化を図るようにしてもよい。また、マッチング回路は1つの共振点を有するものの他、2つ以上の共振点を有するものとしても良い。たとえば、マッチング回路の2つの共振点をアンテナ素子の2つの共振点の間に位置付けるようにしてもよく、あるいは、マッチング回路が2つの共振点を有する場合に、それぞれの共振点を、アンテナ素子の3つの共振点の間を埋めるように位置付けるようにしても良い。
【0043】
本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、複数の共振点を利用しながらアンテナ装置の広帯域化を図るものであるから、アンテナ素子に接続する共振回路の数を制限することができ、よって、アンテナ装置の小型化を更に進めることができる。また、電流分布に基づいてアンテナ素子の幅方向寸法を変化させることにより共振点を適宜シフトさせるものであるから、目標とする周波数帯域に整合したアンテナ素子を簡易に形成することができ、よって、構成の簡素化と共に、部品点数の削減および形成工程の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図
【図2】当該アンテナ装置の検証結果(シミュレーションと実測)を示す図
【図3】当該アンテナ装置の電流分布(シミュレーション)を示す図
【図4】当該アンテナ装置の検証結果(シミュレーション)を示す図
【図5】実施の形態に係るアンテナ装置の他の構成例を示す図
【図6】当該アンテナ装置のマッチング回路の構成例を示す図
【図7】当該アンテナ装置の検証結果(実測)を示す図
【図8】実施の形態に係るアンテナ素子の他の構成例を示す図
【図9】実施の形態に係るアンテナ素子のさらに他の構成例を示す図
【符号の説明】
L11、L12、L21 インダクタンス
C1、C2 キャパシタンス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device and a method for forming an antenna element, and more particularly to a method for easily widening a band of an antenna device and adjusting a transmission / reception frequency band.
[0002]
[Prior art]
Terrestrial television broadcasting is shifting from analog to digital, and in Japan, digital broadcasting is scheduled to start at the end of 2003. In digital broadcasting, since the UHF band (470 MHz to 770 MHz) is used, an antenna device having a wide band reception frequency is required. In particular, in an antenna device used for digital broadcasting for portable reception, an ultra-wideband small antenna element capable of receiving a UHF band with a size of several centimeters is required due to the external dimensions of the portable reception device.
[0003]
Conventionally, a loop antenna has been known as a wideband small antenna element. However, even in this case, a loop antenna does not have a reception band enough to cover the entire UHF band. Therefore, there is a need to develop an antenna device that can achieve a wider band and a smaller size while using existing antenna elements.
[0004]
In the antenna device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-129815, an antenna element whose electric length is set to λ / 2 when a wavelength at a high frequency band used is λ is used. On the other hand, by combining a U-shaped ground plane and a dielectric interposed therebetween, and a transmission line connected to the antenna element and a structure including a dielectric interposed between the transmission line and the ground plane, Broadening of the receiving frequency is attempted. According to such an antenna device, three resonance frequencies can be generated by the above-mentioned structure, and thereby the band width of the antenna device can be widened.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to such an antenna device, it is necessary to separately provide a structure having a relatively large outer dimension in addition to the antenna element. There is a concern that the external dimensions limit the miniaturization of the receiving device body.
[0006]
Also, since only one resonance phenomenon of the antenna element itself is used, and two resonance phenomena of the structure are separately combined with this, the resonance phenomenon of the antenna element itself is effectively used. It is hard to say, and it is not enough to pursue the simplification of the configuration. The antenna element itself has a myriad of resonance frequencies, and if these resonance frequencies can be matched to the broadcast wave frequency band by adjusting the shape of the antenna element itself, a simpler configuration of the antenna Broadening of the band of the device can be realized.
[0007]
Accordingly, the present invention is to solve such a problem of the conventional device and to provide an ultra-wideband small antenna device capable of easily and efficiently widening a band with a simple configuration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the present invention has the following features.
[0009]
According to a first aspect of the present invention, in the antenna device, an antenna element and a resonance frequency connected to the antenna element and higher than one resonance frequency of the two resonance frequencies of the antenna element and lower than the other resonance frequency. And at least one resonance circuit having the following.
According to the present invention, the resonance point of the resonance circuit can be interposed between the two resonance points of the antenna element, so that the reflection loss in the frequency band between the two resonance points of the antenna element can be reduced by the resonance circuit. Can be suppressed. Thereby, the frequency band of the antenna device can be widened.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the antenna device according to the first aspect, the resonance circuit has a resonance frequency substantially intermediate between two resonance frequencies of the antenna element.
By thus arranging the resonance point of the resonance circuit almost in the middle between the two resonance points of the antenna element, it is possible to more efficiently suppress the reflection loss in the frequency band between the two resonance points of the antenna element.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the antenna device according to the first or second aspect, based on a current distribution of the antenna element, each of the antenna elements has a resonance frequency matching a predetermined frequency band. The electrical dimensions in the width direction are adjusted.
The current distribution when the antenna element is excited is not uniform in all regions on the antenna element, and the current distribution is uneven at each resonance frequency. The inventors have found that the resonance frequency of the antenna can be controlled by changing the width of the region where the current distribution is dense. Therefore, by adjusting the width dimension of the region, the two resonance frequencies of the antenna can be matched, for example, near the upper and lower limits of the broadcast wave band. By locating the resonance frequency of the resonance circuit between these two resonance points, it is possible to suppress the reflection loss in the frequency band between the two resonance points, and therefore, it is possible to broaden the bandwidth matching the broadcast wave band. It can be realized.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the antenna device according to the third aspect, the antenna element is configured by a rectangular plate-shaped loop antenna having two sets of opposing sides. On the basis of the current distribution, electrical dimensions in the width direction of each side portion are adjusted such that the resonance frequency of the antenna element matches a predetermined frequency band.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the antenna device according to the fourth aspect, at least one pair of side portions among the opposed side portions is constituted by a plurality of branch paths branched in parallel. I do.
By branching predetermined side portions in parallel in this manner, a space can be created between the branch roads. For example, by utilizing this space as an area for arranging components on the receiving device main body side, the size of the receiving device main body can be further reduced. A specific configuration example of such a branch road and characteristics at that time will be described in an embodiment section with reference to FIG.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, in the antenna device according to the fourth or fifth aspect, a pair of side portions of the antenna element are bent in a direction perpendicular to a plate surface.
In this way, by bending a set of side portions in a direction perpendicular to the plate surface, it is possible to reduce the dimension in the direction parallel to the plate surface while keeping the electrical length of the antenna element the same. Can be further advanced. A specific configuration example when a set of side portions is bent in a direction perpendicular to the plate surface will be described in an embodiment section with reference to FIG.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in the antenna device according to any one of the third to sixth aspects, a part of the antenna element meanders in a width direction and / or a direction perpendicular to a plate surface.
In this way, by making a part of the antenna element meander in the width direction and / or the direction perpendicular to the plate surface, it is possible to reduce the dimension in the direction parallel to the plate surface while keeping the electrical length of the antenna element the same. As in the sixth aspect, the size of the receiving apparatus main body can be further reduced. A specific configuration example of such a meandering path will be described in an embodiment with reference to FIG.
[0016]
An eighth aspect of the present invention is an antenna device having a plate-like antenna element in which the electrical dimensions in the width direction of each part are adjusted so that the resonance frequency matches a predetermined frequency band.
[0017]
According to a ninth aspect of the present invention, the resonance frequency of the antenna element is set to a predetermined frequency band by analyzing the current distribution of the antenna element and adjusting the electrical dimension in the width direction of a portion having a large current distribution in the antenna element. A method for forming an antenna element, characterized by matching.
[0018]
The features of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments.
[0019]
However, the following embodiments are merely one embodiment of the present invention, and the meanings of the terms of the present invention and each component are not limited to those described in the following embodiments. Absent.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the relationship between the dimension in the width direction (loop element width) of the plate-shaped loop antenna and the resonance frequency of the antenna has been verified, and the verification will be described.
[0021]
FIG. 1 shows a configuration of a plate-like loop antenna used for verification. The loop antenna is set so that its electrical length is λ when the wavelength at 620 MHz, which is the center frequency of the UHF band, is λ. The dielectric constant of the dielectric is 1 (εr = 1), and the distance h between the ground plate and the loop antenna is 15 cm. By setting in this manner, a simulation described later can be performed ignoring the influence of the ground plate.
[0022]
The loop element width (W1, W2) is set to 10 mm uniformly over the entire length. The lengths L1 and L2 of each side and the gap Lf between the terminals are set to the dimensions shown in the drawing. One end of the loop antenna is excited by a 50Ω signal source, and the other end is terminated by 50Ω.
[0023]
FIG. 2A shows a simulation result obtained by analyzing the loop antenna using the moment method. The horizontal axis in the figure is the frequency of the signal source (unit = GHz), and the vertical axis is the return loss Mag = 10 × log (reflected power / input power). In such a simulation, the analysis was performed ignoring the conductor thickness and conductor loss of the loop antenna. The electromagnetic field analysis using the moment method is described in, for example, “Harrington, RF: Field composition by moment method, Macmillan (1968)”, and is a conventionally well-known analysis method. Here, the description is omitted.
[0024]
FIG. 2B shows an experimental result when the loop antenna having the above configuration is actually excited. In such an experiment, the conductor thickness of the antenna was set to 0.2 mm. Further, unlike the above simulation, the ground is arranged only at the terminal portion. In such an experiment, conductor loss occurs in the loop antenna during excitation. In the above simulation, the analysis is performed ignoring the conductor loss.
[0025]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the simulation results and the experimental results show characteristics that are close to each other.
[0026]
In the simulation result of FIG. 2A, several resonance points are observed. Hereinafter, focusing on two resonance points near 430 MHz and 670 MHz near the lower and upper limits of the UHF band, the loop element width will be described. Consider the relationship between and the resonance point.
[0027]
FIG. 3 shows the current distribution on the loop antenna at 430 MHz and 670 MHz. Such a current distribution is based on a simulation result using the above-mentioned moment method. Here, the loop length (electric length) of the loop antenna is の of the wavelength at 430 MHz and one wavelength of the wavelength at 670 MHZ. Hereinafter, the resonance around 430 MHz is called a 波長 wavelength mode, and the resonance around 670 MHz is called a one wavelength mode.
[0028]
As shown in FIG. 3A, in the 波長 wavelength mode, the current distribution on the side including the terminal and the side perpendicular thereto is high. On the other hand, in the one-wavelength mode, the current distribution on the side including the terminal and the side facing the terminal is high as shown in FIG. From the simulation results, the resonance frequency in the half wavelength mode can be controlled by changing the width of the side perpendicular to the side including the terminal (W2 in FIG. 1). Can be controlled by changing the width of the side (W1 in FIG. 1) opposite to the side including. That is, in the 波長 wavelength mode, the current path becomes longer when W2 is made thinner. As a result, the resonance frequency can be reduced. In the one-wavelength mode, the current path becomes longer when W1 is made thinner. As a result, the resonance frequency can be reduced.
[0029]
FIGS. 4B to 4D show simulation results of the resonance frequency when the width dimensions W1 and W2 are changed. The simulation shown in the drawing is a simulation result when the external dimensions L1 and L2 of the loop antenna shown in FIG. 1 are fixed, that is, when the width dimensions W1 and W2 of each side are changed while keeping the opening area of the antenna constant. FIG. 2A shows the simulation result (W1 = W2 = 10 mm) of FIG. 2A as it is for comparison.
[0030]
Of the simulation results in FIGS. 4B to 4D, the resonance frequency in the one-wavelength mode is significantly lower in FIG. 4B than in FIG. 4A, and in FIG. The resonance frequency in the 波長 wavelength mode is significantly lower than that in FIG. This is a result of a logic analysis of the resonance frequency based on the current distribution simulation of FIG. 3, that is, "a reduction in the width of a large side of the current distribution lengthens the current path in the mode and lowers the resonance frequency in the mode." Can also be explained from the result of the logic analysis.
[0031]
As described above, in the plate-like loop antenna of FIG. 1, the resonance frequency of the antenna can be appropriately set by adjusting the width dimensions W1 and W2 of each side.
[0032]
The above simulation and logic analysis can be applied to antenna elements other than the plate-shaped loop antenna shown in FIG. That is, also in the antenna elements other than the above, the length of the current path of each mode is changed by adjusting the line width according to the analyzed current distribution, whereby the resonance frequency of the mode is reduced or increased. You can easily guess.
[0033]
FIG. 5 shows a configuration example in which a matching circuit is connected between terminals of the plate-shaped loop antenna. Such a matching circuit has a resonance frequency that fills a valley between two resonance frequencies of the half-wave mode and the one-wavelength mode of the plate-shaped loop antenna.
[0034]
FIG. 6 shows a specific configuration example of the matching circuit. In the figure, C1 and C2 are capacitances, L11, L12 and L21 are inductances, and T is an input / output terminal of the antenna. By setting the values of the capacitances C1 and C2 and the inductances L11, L12 and L21 to predetermined values, for example, a resonance frequency substantially at the center between two resonance frequencies of the half-wave mode and the one-wave mode is set to the loop antenna. You can have.
[0035]
FIG. 7 shows a measurement result of a frequency-return loss characteristic when the matching circuit is applied to the loop antenna. Here, the widthwise dimensions W1 and W2 of the loop antenna were set to the values shown in FIG. 4B. Further, the resonance frequency of the matching circuit is set to a frequency substantially intermediate between the half wavelength mode and the one wavelength mode. In this way, by filling the valley between the resonance points of each mode with the resonance points of the matching circuit, it is possible to secure a return loss of −7 db or less in the frequency range of 470 MHz to 770 MHz. Thus, a wide band digital television broadcast in the UHF band can be received by the small loop antenna having the dimensions shown in FIG.
[0036]
8 and 9 show modified examples of the above-described plate-shaped loop antenna.
[0037]
FIG. 8A shows the side including the terminal and the side opposite to the terminal meandering in a direction parallel to the plate surface. According to such a configuration, while the electrical length of the side including the terminal and the opposite side is the same as that of FIG. 1, the shape and size of the antenna in the horizontal direction of FIG. 1 can be made smaller than that of FIG. 1. it can. The meandering direction may be a direction perpendicular to the plate surface. In addition to the meandering of the side including the terminal and the side facing the terminal as shown in FIG. 8A, the side perpendicular to the side including the terminal may be meandered, or all sides may be meandered.
[0038]
FIG. 8B is a diagram in which a side perpendicular to the side including the terminal is branched in parallel. According to such a configuration, an opening (space) can be provided in each of the branched side portions, and such an opening portion can be used as a component arrangement space on the receiving device main body side. When the side is branched in this way, the width direction dimension of the side contributing to the adjustment and control of the resonance frequency is W2 (including the width dimension of the space portion) shown in FIG. Therefore, such a configuration example is suitable for use when it is necessary to set the width dimension of the side large in relation to the resonance frequency to be set. Note that the number of branch roads is not limited to two as shown in FIG. 3B, and three or more branch roads may be formed. In addition, a branch path may be formed not only on the side perpendicular to the side including the terminal but also on the side including the terminal and the side opposite thereto.
[0039]
FIG. 9 is obtained by bending a side perpendicular to the side including the terminal in a direction perpendicular to the plate surface. According to such a configuration, it is possible to reduce the shape and size of the antenna in the horizontal direction in FIG. The side to be bent may be a side perpendicular to the side including the terminal as shown in the figure, or may be a side including the terminal and a side opposed thereto.
[0040]
Although various embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and various other modifications are possible.
[0041]
For example, in the above-described embodiment, a plate-shaped loop antenna has been described as an example. However, the present invention is applicable to a dipole-type rod-shaped antenna in addition to the plate-shaped loop antenna. In such a case, a matching circuit having a resonance frequency that fills a gap between the resonance frequencies of the dipole antenna is connected to a terminal of the antenna. In the above description, the simulation analysis of the current distribution and the like is performed using the moment method, but the simulation can be performed by another analysis method. Further, the shape, dimensions, and configuration of the matching circuit of the antenna element described above are merely examples, and the antenna element and the matching circuit can be configured with other shapes, dimensions, and configurations.
[0042]
Further, in the above-described embodiment, the band is widened by using two resonance points of the antenna element. However, by matching three or more resonance points to a predetermined frequency band, the band of the antenna device can be widened. You may make it aim. Further, the matching circuit may have two or more resonance points in addition to one having one resonance point. For example, the two resonance points of the matching circuit may be located between the two resonance points of the antenna element. Alternatively, when the matching circuit has two resonance points, each resonance point is set to the resonance point of the antenna element. Positioning may be performed so as to fill the gap between the three resonance points.
[0043]
Various changes can be made to the embodiments of the present invention as appropriate within the scope of the technical idea of the present invention.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the band of the antenna device is broadened while using a plurality of resonance points. Therefore, the number of resonance circuits connected to the antenna element can be limited, and thus the size of the antenna device can be reduced. Can be further advanced. In addition, since the resonance point is appropriately shifted by changing the width direction dimension of the antenna element based on the current distribution, it is possible to easily form the antenna element matched to the target frequency band, Along with the simplification of the configuration, it is possible to reduce the number of parts and simplify the forming process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an antenna device according to an embodiment; FIG. 2 is a diagram illustrating verification results (simulation and actual measurement) of the antenna device; FIG. 3 is a diagram illustrating a current distribution (simulation) of the antenna device; FIG. 4 shows a verification result (simulation) of the antenna device. FIG. 5 shows another configuration example of the antenna device according to the embodiment. FIG. 6 shows a configuration example of a matching circuit of the antenna device. FIG. 7 shows a verification result (actual measurement) of the antenna device. FIG. 8 shows another configuration example of the antenna element according to the embodiment. FIG. 9 further shows an antenna element according to the embodiment. Diagram showing another configuration example [Explanation of reference numerals]
L11, L12, L21 Inductance C1, C2 Capacitance
Claims (9)
前記共振回路は、前記アンテナ素子の有する2つの共振周波数のほぼ中間の共振周波数を有することを特徴とするアンテナ装置。In claim 1,
The antenna device according to claim 1, wherein the resonance circuit has a resonance frequency substantially intermediate between two resonance frequencies of the antenna element.
前記アンテナ素子は、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、その共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、各部の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とするアンテナ装置。In claim 1 or 2,
The antenna device according to claim 1, wherein an electrical dimension in a width direction of each part of the antenna element is adjusted based on a current distribution of the antenna element so that a resonance frequency of the antenna element matches a predetermined frequency band.
前記アンテナ素子は、相対向する2組の辺部分を有する矩形形状の板状ループアンテナにて構成されており、当該アンテナ素子の電流分布に基づいて、当該アンテナ素子の共振周波数が所定の周波数帯域に整合するように、これら各辺部分の幅方向の電気的寸法が調整されていることを特徴とするアンテナ装置。In claim 3,
The antenna element is configured by a rectangular plate-shaped loop antenna having two sets of opposing sides, and based on a current distribution of the antenna element, a resonance frequency of the antenna element is set to a predetermined frequency band. The electrical size of each of these side portions in the width direction is adjusted so as to match.
前記相対向する辺部分のうち少なくとも一組の辺部分が、並列に分岐した複数の分岐路により構成されていることを特徴とするアンテナ装置。In claim 4,
An antenna device, wherein at least one set of the side portions facing each other is constituted by a plurality of branch paths branched in parallel.
前記アンテナ素子の一組の辺部分が板面垂直の方向に折り曲げられていることを特徴とするアンテナ装置。In claim 4 or 5,
An antenna device, wherein one set of side portions of the antenna element is bent in a direction perpendicular to a plate surface.
前記アンテナ素子の一部が幅方向および/若しくは板面垂直の方向に蛇行していることを特徴とするアンテナ装置。In any one of claims 3 to 6,
An antenna device, wherein a part of the antenna element meanders in a width direction and / or a direction perpendicular to a plate surface.
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