JP2008259039A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話器等の通話に使用される電波と干渉を起こしにくいテレビジョン放送受信用の小型のアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】基体２と放射導体３からなるアンテナ素子３０に整合回路を介して給電信号が供給されるテレビジョン放送受信用のアンテナ装置１であって、この整合回路が可変容量素子（バラクタダイオード）４，５とインダクタンス素子６，７とを有して放射導体３の給電部Ｐに直列に接続されている。整合回路を省略したアンテナ素子３０単体の共振周波数は受信対象電波の周波数帯域よりも高く設定されており、整合回路を接続して可変容量素子４，５の容量値を同調電圧Ｖｔで制御することによって、アンテナ素子３０が受信対象電波の周波数に可変同調されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射導体に整合回路が接続されているアンテナ装置に係り、特に、テレビジョン放送の視聴が可能な携帯電話器等に内蔵して好適なアンテナ装置に関する。

従来より、誘電体等からなる柱状の基体の表面に、螺旋状導体パターンを巻装してなる放射導体を設けることによって、モノポール型のヘリカルアンテナとして動作するチップ状のアンテナ装置が知られている。この種のアンテナ装置は、小型化が促進しやすく回路基板への実装も容易なため、携帯電話器等の内蔵アンテナとして好適である。

また、この種のアンテナ装置は、異なる周波数帯に同調可能な小型の同調アンテナとしても好適である。その一例として、柱状の基体の一端側と他端側に電気長の異なる２種類の放射導体を螺旋状に巻装し、各放射導体が互いに異なる周波数帯の電波と共振できるようにしたアンテナ装置が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、他の従来例として、柱状の基体に巻装した放射導体を途中で分断して該分断箇所に可変容量素子を直列に接続し、この可変容量素子の容量値をバイアス制御信号等で変化させることによって、１種類の放射導体が異なる周波数帯の電波と共振できるようにしたアンテナ装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

なお、かかるチップ状のアンテナ装置は回路基板に実装されて、放射導体の給電部に回路基板側の給電回路から伝送線路を介して給電信号が供給されるが、損失が少ない実用的なアンテナ装置を得るためには、放射導体の入力インピーダンスを給電回路の特性インピーダンスと整合させなければならないので、伝送線路中に整合回路を介在させることが多い。通常、この整合回路はインダクタンス素子や容量素子によって構成されている。
特開２００３−１４２９２８号公報（第４−６頁、図１） 特開２００５−２１０５６４号公報（第４−６頁、図１）

ところで、近年、地上波デジタルテレビジョン放送の視聴が可能な携帯電話器が普及しつつある。このような携帯電話器には、通話用のアンテナ装置とは別にテレビジョン放送受信用のアンテナ装置が必要であるが、地上波デジタルテレビジョン放送で使用される電波の周波数帯域は４７０〜７５０ＭＨｚのＵＨＦ帯なので、その受信アンテナを携帯電話器に内蔵できるように小型化する場合には、前述したチップ状のアンテナ装置が好適と考えられる。しかしながら、携帯電話器で通話に使用される電波の周波数が地上波デジタルテレビジョン放送で使用される電波の周波数の２倍前後であると、通話信号が地上波デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ装置で拾われやすくなるため、良好な品質が得られない虞がある。つまり、アンテナ装置の放射導体が共振する固有周波数の整数倍は高調波共振周波数となり、特に固有周波数の２倍の周波数の電波は高調波共振を起こしやすいため、ノイズ源となりやすい。

なお、携帯電話器で通話に使用される電波の周波数帯域は国や地域、メーカー等によって異なり、例えばＧＳＭ方式の携帯電話器では９００ＭＨｚに統一されているため、地上波デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ装置と干渉する可能性が高い。

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、携帯電話器等の通話に使用される電波と干渉を起こしにくいテレビジョン放送受信用の小型の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、本発明では、誘電体または磁性体からなる基体および該基体に設けられた放射導体からなるアンテナ素子と、このアンテナ素子との整合を行う整合回路とを備え、前記放射導体に前記整合回路を介して給電信号が供給されるアンテナ装置において、前記整合回路が可変容量素子とインダクタンス素子とを有して前記放射導体の給電部に直列に接続されており、かつ、前記アンテナ素子単体の共振周波数が受信対象電波の周波数帯域よりも高く設定され、前記可変容量素子の容量値を制御することによって受信対象電波の周波数に可変同調されるように構成した。

このように整合回路でアンテナ素子の共振周波数を下げることによって該アンテナ素子が受信対象電波と共振できるようにしてあるアンテナ装置は、不所望な高調波共振が懸念される電波の信号を拾わなくなるため、受信対象電波に比べて周波数が２倍前後の電波がノイズ源とはならなくなる。例えば、受信対象電波が地上波デジタルテレビジョン放送の信号波で、かつアンテナ素子の共振周波数が整合回路によって４７０ＭＨｚの周波数に設定されているときでも、携帯電話器の通話に使用される９００ＭＨｚ等の電波は不整合状態であるためノイズ源とはならない。それゆえ、地上波デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ装置を携帯電話器に装備させても良好な品質が得られる。また、このようにすると放射導体の機械長が短縮できるため小型化にも有利である。

上記の構成において、整合回路を基体が実装される回路基板側に設けても良いが、整合回路が基体の表面に設けられていると小型化を促進できて好ましい。また、整合回路の可変容量素子に高周波信号の伝送線路を介して同調電圧が印加されるようにしてあると、配線を単純化することができる。

また、上記の構成において、基体が柱状に形成されていると共に、放射導体がこの基体の表面に螺旋状に巻装されており、この放射導体の一端側が給電部で他端側が開放端となっていると、アンテナ素子を回路基板に容易に実装することができると共に、受信対象電波がＵＨＦ帯であっても小型化が容易なチップ状のアンテナ装置が実現できるため、携帯電話器等の内臓アンテナとして好適なテレビジョン放送受信用のアンテナ装置が得られる。この場合において、基体の表面にローノイズアンプ回路が設けられており、このローノイズアンプ回路が前記整合回路を介して前記放射導体と接続されていると、受信したテレビジョン放送の信号波のノイズが効果的に低減できる。また、基体の表面にテレビジョンチューナ回路が設けられており、このテレビジョンチューナ回路が前記整合回路を介して前記放射導体と接続されていると、チューナ回路を備えたチップ状のアンテナ装置が得られるため、回路基板側にチューナ回路を設ける必要がなくなってスペースファクタが向上すると共に、アンテナ装置の汎用性が高まる。

本発明のアンテナ装置は、整合回路でアンテナ素子の共振周波数を下げることによって該アンテナ素子が受信対象電波と共振できるようにしてあるため、不所望な高調波共振が懸念される電波の信号を拾わなくなり、例えば受信対象電波が地上波デジタルテレビジョン放送の信号波で、かつアンテナ素子の共振周波数が整合回路によって４７０ＭＨｚの周波数に設定されているときでも、携帯電話器の通話に使用される９００ＭＨｚ等の電波は不整合状態であるためノイズ源となることはない。それゆえ、地上波デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ装置を携帯電話器に装備させても良好な品質が得られることになる。また、このようにすると放射導体の機械長が短縮できるため小型化にも有利である。したがって、携帯電話器等の通話に使用される電波と干渉を起こしにくい高品質かつ小型のテレビジョン放送受信用のアンテナ装置を提供することができる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図、図２は該アンテナ装置の等価回路図、図３は該アンテナ装置の実装状態を示す説明図、図４は該アンテナ装置の同調電圧と整合回路の容量値との相関関係を示す特性図である。

図１〜図３に示すアンテナ装置１は、携帯電話器に内蔵される回路基板２０（図３参照）上の縁部に実装され、地上波デジタルテレビジョン放送用の受信アンテナとして使用されるチップアンテナである。

このアンテナ装置１は、誘電体（または磁性体）からなる柱状の基体２と、基体２の表面に螺旋状の導体パターンを巻装してなる放射導体３と、基体２の上面の一端部に配設された電子素子群４〜１０とによって主に構成されている。基体２と放射導体３によってアンテナ素子３０が構成されており、螺旋状に延伸する放射導体３の一端側は給電部Ｐで他端側は開放端Ｑとなっている。なお、図１と図３において、放射導体３は複数の導体パターンに分断されているように見えるが、これら導体パターンは基体２の下面で斜めに繋がって全体的に螺旋状に巻回されている。電子素子群４〜１０は、可変容量素子４，５とインダクタンス素子６，７と抵抗素子８，９とコンデンサ１０とからなる。可変容量素子４，５はバラクタダイオード（バリキャップダイオード）であり、互いに逆向きの直列に接続されている。インダクタンス素子６は可変容量素子５に直列に接続されており、このインダクタンス素子６とグラウンド（接地線路）間にインダクタンス素子７が介設されている。抵抗素子８は可変容量素子４のアノードとグラウンド間に介設されており、抵抗素子９は可変容量素子４，５のカソード間に接続されている。可変容量素子４，５およびインダクタンス素子６，７は、入力インピーダンスと特性インピーダンスを整合させる整合回路を構成している。この整合回路は放射導体３の給電部Ｐに直列に接続されていると共に、コンデンサ１０を介して高周波信号（ＲＦ信号）の伝送線路１１に接続されている。この伝送線路１１と可変容量素子４および５の接続点との間には抵抗素子９が接続されている。そして、抵抗素子９を介して可変容量素子４，５に逆電圧となる同調電圧Ｖｔを印加することによって、放射導体３の共振周波数が変化するようになっている。

アンテナ装置１の伝送線路１１は基体２の一側面にパターニングされており、この伝送線路１１の下端部は図示せぬ伝送線路を介して回路基板２０上のテレビジョンチューナ回路２１に接続されている。また、回路基板２０には図示せぬバイアス回路が配設されており、バイアス制御信号となるＰＷＭ（パルス幅変調）信号や電源電圧をこのバイアス回路に入力することによって、前記同調電圧Ｖｔが生成されるようになっている。図２に示すように、この同調電圧Ｖｔは伝送線路１１を介して可変容量素子４，５に印加される。そして、同調電圧Ｖｔを大きくすると可変容量素子４，５の容量値が小さくなり、同調電圧Ｖｔを小さくすると可変容量素子４，５の容量値が大きくなる。なお、回路基板２０には少なくともアンテナ装置１の近傍に図示せぬグラウンドパターンが設けられている。

アンテナ装置１のアンテナ素子３０単体の共振周波数は、換言すると整合回路を省略した状態におけるアンテナ素子３０の共振周波数は、受信対象電波（地上波デジタルテレビジョン放送の信号波）の周波数帯域（４７０〜７５０ＭＨｚ）よりも高いｆ１に設定されている。そして、整合回路を接続して可変容量素子４，５の容量値を制御することによって、共振周波数が受信対象電波の周波数に可変同調されるようにしてある。すなわち、整合回路を構成している可変容量素子４，５やインダクタンス素子６は放射導体３の給電部Ｐに直列に接続されているため、放射導体３の共振周波数に大きな影響を及ぼす。例えば、インダクタンス素子６が装荷されることによって放射導体３の共振周波数は４７０ＭＨｚよりも低いｆ２まで下がる。また、可変容量素子４，５が装荷されることによって放射導体３の共振周波数は高周波数側へシフトするが、可変容量素子４，５の合成容量値Ｃが大きければシフト量は小さく、合成容量値Ｃが小さくなるとシフト量は大きくなる。具体的には、図４に示すように、同調電圧ＶｔをＶ１（ｖ）に設定すると可変容量素子４，５の合成容量値が同調範囲内で最大のＣ１となり、そのとき放射導体３の共振周波数は４７０ＭＨｚに設定される。また、同調電圧ＶｔをＶ２（ｖ）に設定すると可変容量素子４，５の合成容量値が同調範囲内で最小のＣ２となり、そのとき共振周波数は７５０ＭＨｚに設定される。したがって、同調電圧Ｖｔを変化させて可変容量素子４，５の合成容量値Ｃを制御することにより、アンテナ素子３０の共振周波数を４７０〜７５０ＭＨｚの範囲内の適宜値に設定することができる。

このように本実施形態例に係るアンテナ装置１は、可変容量素子４，５やインダクタンス素子６を有する整合回路が放射導体３の給電部Ｐに直列に接続されており、可変容量素子４，５の容量値を同調電圧Ｖｔで制御してアンテナ素子３０の共振周波数を適宜変化させることによって、このアンテナ素子３０が地上波デジタルテレビジョン放送の信号波の周波数に共振できるようにしてあるため、不所望な高調波共振が懸念される電波の信号を拾わなくなる。例えば、アンテナ素子３０の共振周波数が整合回路によって４７０ＭＨｚの周波数に同調されているときでも、携帯電話器の通話に使用される９００ＭＨｚ等の電波は不整合状態であるためノイズ源とはならない。それゆえ、このアンテナ装置１は、携帯電話器に内蔵されていても良好な品質を確保できる。また、整合回路を省略したアンテナ素子３０単体の共振周波数が７５０ＭＨｚよりも高いｆ１に設定されていることから、このアンテナ素子３０を構成する放射導体３の機械長は短く、それゆえアンテナ装置１は小型化という点でも有利である。

なお、本実施形態例では、整合回路の可変容量素子４，５がバラクタダイオードであり、この可変容量素子４，５に逆電圧となる同調電圧Ｖｔを印加することによって容量値を変化させるようにしてあるため、可変容量素子４，５の容量値の制御が容易に行える。しかも、同調電圧Ｖｔが高周波信号の伝送線路１１を介して可変容量素子４，５に印加されるようにしてあるため、配線も単純化されている。

図５は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の平面図、図６は該アンテナ装置の等価回路図であって、図１および図２と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

この第２実施形態例では、アンテナ装置１の基体２の上面の一端部に、前記整合回路と共にローノイズアンプ回路が設けられており、このローノイズアンプ回路が整合回路を介して放射導体３と接続されるようにしてある。このローノイズアンプ回路は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）１２と抵抗素子１３，１４およびコンデンサ１５等によって構成されており、ＬＮＡ１２と抵抗素子１３は並列に接続されてコンデンサ１０と抵抗素子１４との間に介設され、この抵抗素子１４にＬＮＡ１２用のバイアス制御信号が入力されるようになっている。また、コンデンサ１５はＬＮＡ１２と高周波信号用の前記伝送線路との間に介設されている。

本実施形態例のように、ローノイズアンプ回路が整合回路を介して放射導体３と接続されるようにしてあると、受信した地上波デジタルテレビジョン放送の信号波のノイズを効果的に低減することができる。ただし、同様のローノイズアンプ回路を回路基板側に配設してもよい。

図７は本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の底面図、図８は該アンテナ装置の等価回路図であって、図１および図２と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

この第３実施形態例では、アンテナ装置１の基体２の底面の一端部に集積化されたテレビジョンチューナ回路１６が設けられており、このテレビジョンチューナ回路１６が前記整合回路を介して放射導体３と接続されるようにしてある。このようにチップ状のアンテナ装置１がテレビジョンチューナ回路１６を備えていると、回路基板側にテレビジョンチューナ回路を設ける必要がなくなるため、スペースファクタが向上すると共にアンテナ装置１の汎用性が高まる。

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。 第１実施形態例に係るアンテナ装置の等価回路図である。 第１実施形態例に係るアンテナ装置の実装状態を示す説明図である。 第１実施形態例に係るアンテナ装置の同調電圧と整合回路の容量値との相関関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。 第２実施形態例に係るアンテナ装置の等価回路図である。 本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の底面図である。 第３実施形態例に係るアンテナ装置の等価回路図である。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ 基体
３ 放射導体
４，５ 可変容量素子（バラクタダイオード）
６，７ インダクタンス素子
８，９ 抵抗素子
１１ 伝送線路
１２ ＬＮＡ（ローノイズアンプ）
１６，２１ テレビジョンチューナ
２０ 回路基板
３０ アンテナ素子
Ｐ 給電部
Ｑ 開放端
Ｖｔ 同調電圧

Claims (7)

1. 誘電体または磁性体からなる基体および該基体に設けられた放射導体からなるアンテナ素子と、このアンテナ素子との整合を行う整合回路とを備え、前記放射導体に前記整合回路を介して給電信号が供給されるアンテナ装置であって、
   前記整合回路が可変容量素子とインダクタンス素子とを有して前記放射導体の給電部に直列に接続されており、かつ、前記アンテナ素子単体の共振周波数が受信対象電波の周波数帯域よりも高く設定され、前記可変容量素子の容量値を制御することによって受信対象電波の周波数に可変同調されるようにした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、前記整合回路が前記基体の表面に設けら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、前記可変容量素子に高周波信号の伝送線路を介して同調電圧が印加されるようにした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、前記受信対象電波が地上波デジタルテレビジョン放送の信号波であることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記基体が柱状に形成されていると共に、前記放射導体がこの基体の表面に螺旋状に巻装されており、この放射導体の一端側が前記給電部で他端側が開放端となっていることを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項５の記載において、前記基体の表面にローノイズアンプ回路が設けられており、このローノイズアンプ回路が前記整合回路を介して前記放射導体と接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項５または６の記載において、前記基体の表面にテレビジョンチューナ回路が設けられており、このテレビジョンチューナ回路が前記整合回路を介して前記放射導体と接続されていることを特徴とするアンテナ装置。

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