(57)【要約】【課題】アクティブインピーダンス整合部を用いることにより、広帯域特性を充足させ、且つ、大きさの小さいアンテナ素子を有する放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールを提供すること。【解決手段】受信信号の波長よりも長さが短いアンテナ素子（２１０）と、アンテナ素子（２１０）の終端に結合されて、アンテナ素子（２１０）のインピーダンスを所定の負荷インピーダンスと整合させるアクティブインピーダンス整合部（２２０）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動端末機に用いられる放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールであって、
受信信号の波長よりも長さが短いアンテナ素子と、
該アンテナ素子の終端に接続されて、該アンテナ素子のインピーダンスを所定の負荷インピーダンスと整合させるアクティブインピーダンス整合部と
を備えることを特徴とする放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項２】
前記アクティブインピーダンス整合部が、
前記受信信号の周波数帯域で高入力インピーダンスを維持する高入力インピーダンス部と、
該高入力インピーダンス部に接続されて、所定の負荷インピーダンスに整合する増幅回路部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項３】
前記増幅回路部が、
バイアス・出力部と、
安定化部と、前記高入力インピーダンス部と接続されるゲート、前記バイアス・出力部と接続されるドレイン、及び、前記安定化部を介して接地されるソースを有する増幅素子とを備え、
前記バイアス・出力部は、直流電圧が入力されて前記増幅素子にバイアス電圧を印加し、前記受信信号に応じた出力信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項４】
前記アンテナ素子の長さが、受信信号の１／８波長以下であることを特徴とする請求項３に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項５】
前記アンテナ素子が、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナ及び逆Ｆアンテナからなる群の中から選択されるいずれかのアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項６】
前記アンテナ素子が、前記移動端末機の内部に配置されることを特徴とする請求項５に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項７】
前記増幅素子が、ＦＥＴ、ＨＥＭＴあるいはＢＪＴであることを特徴とする請求項６に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項８】
前記アンテナ素子が、前記移動端末機の外部に配置されることを特徴とする請求項５に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【請求項９】
前記増幅素子が、ＦＥＴ、ＨＥＭＴあるいはＢＪＴであることを特徴とする請求項８に記載の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動性端末機に受信される放送周波数帯域信号受信用アンテナのインピーダンス整合技術に関し、特に、アクティブ素子を使用して放送周波数帯域信号受信用アンテナのインピーダンスを整合させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの携帯用電話機、ノートブックＰＣ、ＰＤＡなどの移動性端末機において、ＶＨＦ及びＵＨＦ帯域を使用して、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcasting）、ＤＭＢ（Digital Multimedia Broadcasting）などのサービス提供が活発に行なわれており、今後もＡＭ及びＦＭ放送、Ｄｉｇｉｔａｌ ＴＶ、ＨＤＴＶなどの通信、放送サービスが提供されると期待されている。
【０００３】
このような移動性端末機に使用される従来技術の放送周波数帯域信号受信用アンテナは、図１に示されているように、受動素子（passive element：以下、インピーダンス整合部とも記す）１２０を使用してインピーダンス整合を行う。一方、受動素子１２０を使用してインピーダンス整合を行う従来技術の放送周波数帯域信号受信用アンテナは、単純に共振により動作する構造になっている。従って、従来技術の放送周波数帯域信号受信用アンテナ１１０は、受信信号で共振できるように、ダイポールアンテナの場合、受信信号の１／２波長、モノポールアンテナの場合、受信信号の１／４波長に該当する長さになっている。受信信号の１／２波長の長さのアンテナ素子は、単純に、自由空間における状態でのインピーダンスを通常使用される受信機のインピーダンスと同じ大きさに変換する。例えば、７５オーム［Ω］に変換する。このような特性を用いたアンテナが現在、放送分野で広く使われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＶＨＦ、ＵＨＦ、ＡＭ及びＦＭ放送などの帯域信号を従来のアンテナにより受信しようとすれば、アンテナ素子の大きさが周波数に反比例するため、アンテナ素子は非常に長くならざるを得ない。例えば、受信する放送帯域が２００ＭＨｚである場合、１／２波長の長さのダイポールアンテナは７５ｃｍの長さでなければならず、１／４波長の長さのモノポールアンテナは３７．５ｃｍの長さでなければならない。一方、移動端末機は、小型化、集積化される傾向にあり、受動素子を使用する放送周波数帯域信号受信用アンテナを小型化された移動端末機に採用することは、占有空間が大きくなるので適していない。
【０００５】
上記の問題点を解決するために、受信信号の１／８波長の長さ以下の長さのアンテナ素子を有するアンテナで受信する場合、受動インピーダンス整合部だけでは受信機とアンテナ素子との間のインピーダンスを整合させることが非常に難しい。例え、両者間のインピーダンスが整合されたとしても、それは非常に狭い帯域で整合されるため、放送信号を適切に受信するのに要求される帯域特性を有することが難しい。従って、広帯域特性を有するためには、インピーダンス整合部１２０が非常に複雑な回路に設計されることになる。また、仮に設計されたとしてもインピーダンス整合部１２０での損失が大きくて、アンテナ特性が劣化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、アクティブインピーダンス整合部を用いることによって、広帯域特性を充足させ、且つ、大きさの小さいアンテナ素子を有する放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、上記の目的を達成するために、本発明の放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールは、受信信号の波長よりも長さが短いアンテナ素子と、該アンテナ素子の終端に接続されて、該アンテナ素子のインピーダンスを所定の負荷インピーダンスと整合させるアクティブインピーダンス整合部とを備えている。
【０００８】
前記アクティブインピーダンス整合部は、受信信号の周波数帯域で高入力インピーダンスを維持する高入力インピーダンス部と、該高入力インピーダンス部と接続されて、所定の負荷インピーダンスに整合する増幅回路部とを備えることができる。
【０００９】
前記増幅回路部は、バイアス・出力部と、安定化部と、前記高入力インピーダンス部と接続されるゲート、前記バイアス・出力部と接続されるドレイン、及び、前記安定化部を介して接地されるソースからを有する増幅素子とを備えることができる。
【００１０】
前記バイアス及び出力部は、直流電圧が入力されて前記増幅素子にバイアス電圧を印加し、前記受信信号に応じた出力信号を出力することができる。
【００１１】
前記アンテナ素子は、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナ、逆Ｆアンテナからなる群の中から選択されるいずれかのアンテナであり得る。
【００１２】
前記アンテナ素子は、移動端末機の内部に配置されることもでき、移動端末機の外部に配置されることもできる。
【００１３】
前記アンテナ素子の長さは、受信信号の１／８波長以下であるのが好ましい。
【００１４】
前記増幅素子は、ＦＥＴ（field effect transistor、電界効果トランジスタ）あるいはＨＥＭＴ（high electron mobility transistor、高電子移動度トランジスタ）、ＢＪＴ（bipolar junction transistor）であり得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型化の移動端末機に適した放送周波数帯域信号受信用アンテナを提供することができる。また、帯域特性に優れており、受信信号の周波数帯域を広くすることができる。
【００１６】
なお、増幅回路を使用することによって、付加される雑音レベルの増加で雑音成分の大きさが更に大きくなり得るが、これは、問題とはならない。なぜなら、約２００ＭＨｚ以下の周波数帯域では、大気中の熱雑音の方が、受信機や増幅回路で付加される雑音レベルに比べてずっと大きいためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施の形態をさらに詳細に説明する。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールの主要部を示す回路図である。本発明の実施の形態に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールは、アンテナ素子２１０と、アンテナ素子２１０の終端に接続されたアクティブインピーダンス整合部２２０とを備えている。
【００１９】
本発明に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナは、輻射される信号の波長よりも長さが短いアンテナ素子２１０に採用され得る。例えば、アンテナ素子２１０は、受信信号の１／８波長に相当する長さ、または、これより短い長さを有することができる。もし、２００ＭＨｚの受信信号に対して１／１０波長のアンテナ素子であれば、１５ｃｍの長さを有するであろう。
【００２０】
また、アクティブインピーダンス整合部２２０は、高入力インピーダンス部２２１、増幅素子２２２、バイアス・出力部２２３、安定化部２２４を備えている。図２において、Ｒ１〜Ｒ６は抵抗であり、Ｃ１及びＣ２はキャパシタであり、Ｌ１〜Ｌ６はインダクタである。増幅素子２２２の３つの端子Ｇ、Ｓ、Ｄは、それぞれゲート、ソース、ドレインを表す。
【００２１】
高入力インピーダンス部２２１は、図３に示されているように、点Ｂからアクティブインピーダンス整合部２２０をみた特性インピーダンスが、点Ａからアンテナ素子２１０をみた特性インピーダンスに比べて、著しく大きい値を有するように設計される。例えば、その比は１０倍以上であり得る。このため、受信信号に応じて生じた受信電圧のほとんどが点Ｂと接地との間にかかる。これにより、次段での電力利得を非常に高くすることができる。また、増幅素子の次の段の特性インピーダンスが所定の値に固定される特性を有したまま、広帯域の条件をも充足させることができる。
【００２２】
増幅素子２２２は、高入力インピーダンス部２２１に印加された信号のインピーダンスの大きさに関係せずに、受動素子に比べて比較的一定のインピーダンスである特性を持つので、増幅素子２２２の出力端で、一般的に使用される５０Ω、７５Ωなどへの変換が容易である。
【００２３】
即ち、増幅素子２２２は、高入力インピーダンス部２２１のインピーダンスよりも高いインピーダンスを有するようにし、入力信号の電圧成分が増幅素子２２２に、より大きく分配されるようにする（電圧分配の法則）。
【００２４】
また、このような増幅素子２２２には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いるのが好ましい。また、増幅素子２２２は、ＨＥＭＴ、若しくはＢＪＴであってもよい。
【００２５】
バイアス・出力部２２３は、直流電圧が入力（ＤＣ入力）されて、バイアス電圧を増幅素子２２２に印加し、要求される特性インピーダンスに整合させ、受信信号を出力（ＲＦ出力）する。特に、バイアス・出力部２２３内部の出力マッチング部２２５の素子の値を適切に調整することにより、要求される特性インピーダンスに整合させることができる。
【００２６】
次いで、図３は図２に示した回路の等価回路を示す回路図であり、図３では、アクティブインピーダンス整合部２２０が、高入力インピーダンス部と増幅回路部とから構成される等価回路で表されている。図３に示された数式を簡略に説明すれば次の通りである。
【００２７】
【数１】
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は、電界強度Ｅバーとアンテナ素子ＡLの大きさとの積が、それに相当する受信信号の電圧Ｖを表わす。
【００２８】
ＺA＝ＲA−ｊＸAは、アンテナ素子２１０のインピーダンスを表わす。
【００２９】
ＺIN＝ＲG＋ｊＸGは、インピーダンス整合部２２０の入力端のインピーダンスを表わす。
【００３０】
ＶINは、インピーダンス整合部２２０の入力端のインピーダンスにより、インピーダンス入力端に生じる信号の電圧成分を表わす。
【００３１】
ＮGは、インピーダンス整合部２２０上で付加される雑音電力成分を表わす。
【００３２】
Ｇは、インピーダンス整合部２２０によって得られる利得を表わす。
【００３３】
｜ＲG＋ｊＸG｜＞＞｜ＺA｜は、インピーダンス整合部２２０のインピーダンスが、アンテナ素子２１０のインピーダンスよりも著しく高いインピーダンスを有するということを表わす。
【００３４】
ＶOUT＝ＧＶINは、入力信号の電圧成分ＶINが利得Ｇだけ増幅されて、インピーダンス整合部２２０の出力端にＶOUTとして出力されることを表わす。
【００３５】
ＺOUT＝ＲLは、インピーダンス整合部２２０の出力端のインピーダンスがインピーダンス整合部２２０の出力端の負荷と等しくなることを意味する。
【００３６】
図４及び図５は、本発明の実施の形態に係る図２の回路でのシミュレーション結果を示すグラフである。
【００３７】
図４のシミュレーション結果から、受信信号の周波数が２００ＭＨｚである場合、インピーダンス整合部２２０の入力端とインピーダンス整合部２２０の出力端との間の利得Ｇが１４．２１５ｄＢであることが分かる。また、図５のシミュレーション結果から、周波数が２００ＭＨｚである場合、インピーダンス整合部２２０の出力端の反射損失（Return Loss）が−２１．９１８ｄＢであることが分かる。
【００３８】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の技術に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールを示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールを示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールを示す等価回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールのシミュレーション結果を示すグラフであり、周波数が２００ＭＨｚである時、インピーダンス整合部の入力端とインピーダンス整合部の出力端との間の利得が１４．２１５ｄＢであることが表されている。
【図５】本発明の実施の形態に係る放送周波数帯域信号受信用アンテナモジュールのシミュレーション結果を示すグラフであり、周波数が２００ＭＨｚである時、インピーダンス整合部の出力端の反射損失が−２１．９１８ｄＢであることが表されている。
【符号の説明】
【００４０】
２１０      アンテナ素子
２２０      アクティブインピーダンス整合部
２２１      高入力インピーダンス部
２２２      増幅素子
２２３      バイアス・出力部
２２４      安定化部
２２５      出力マッチング部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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