(57)【要約】【課題】同軸ケーブルが短い場合であっても同軸ケーブルの外部導体へ進行する電流を抑制でき、かつ、同軸ケーブルの柔軟性を維持することが可能な小型のアンテナ装置及び無線通信機器を提供する。【解決手段】アンテナ部２と、アンテナ部２に給電する同軸ケーブル３と、を備えたアンテナ装置であって、同軸ケーブル３の先端部に同軸ケーブル３と離間して配置され、一端が同軸ケーブル３の内部導体４に、他端が同軸ケーブル３の外部導体６に電気的に接続された導体線１３を有する分岐導体バラン１２を備え、導体線１３が、同軸ケーブル３の周囲に巻き付けられている。【選択図】図１
2015073239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ部と、該アンテナ部に給電する同軸ケーブルと、を備えたアンテナ装置であって、
前記同軸ケーブルの先端部に該同軸ケーブルと離間して配置され、一端が前記同軸ケーブルの内部導体に、他端が前記同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続された導体線を有する分岐導体バランを備え、
前記導体線が、前記同軸ケーブルの周囲に巻き付けられている
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ部が、前記同軸ケーブルの前記外部導体と電気的に接続される平面視で矩形状のグランド部と、該グランド部の一辺に沿うように前記グランド部と離間して形成され、前記同軸ケーブルの前記内部導体と電気的に接続される素子部と、を備えた平面アンテナからなる
請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記同軸ケーブルの先端部と前記導体線とを覆うように設けられ、前記導体線を前記同軸ケーブルの周囲に密着させて固定する固定部材を備えた
請求項１または２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
長さが異なる複数の前記導体線を備え、該複数の導体線をそれぞれ前記同軸ケーブルの周囲に巻き付けて前記分岐導体バランを構成した
請求項１〜３いずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記導体線として、複数の素線からなる導体の周囲に絶縁体を設けた絶縁電線を用いた
請求項１〜４いずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記導体線として、複数の素線からなる第２内部導体の周囲に、第２絶縁体、および編組からなる第２外部導体を設けた第２同軸ケーブルを用い、前記第２内部導体の一端を前記同軸ケーブルの内部導体に、他端を前記同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続した
請求項１〜４いずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載のアンテナ装置を搭載した
ことを特徴とする無線通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置及び無線通信機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信機器の高周波回路は、給電用の同軸ケーブルも含め電気的に不平衡な回路で構成されることが多い。電気的に不平衡な同軸ケーブルを用いて、電気的に平衡なダイポールアンテナなどのアンテナ部へ給電すると、給電された高周波信号の一部が給電用の同軸ケーブルの外部導体の表面上へ進行し、当該同軸ケーブルの外部導体の表面からも電磁波の放射が生じてしまう。その結果、アンテナ素子と同軸ケーブルの外部導体表面の両者から電磁波が放射され、これら電磁波が干渉を生じて所望する放射特性（放射パターン）を得ることが困難になる、という問題が生じる。
【０００３】
アンテナ部として、グランド部と素子部とを給電部を介して接続した逆Ｆアンテナなどの平面アンテナを用いる場合、小型化のためにグランド部の高さ（グランド部と素子部の配列方向における長さ）を小さくすると、全体のパターン形状が給電部に対して対称に近づき、アンテナ部は電気的に平衡に近づく。すると、給電する同軸ケーブルは電気的に不平衡であるのに対し、アンテナ部は電気的に平衡に近づくこととなり、同軸ケーブルの外部導体上へ進行する電流の量が増加してしまう。その結果、同軸ケーブルの外部導体からの電磁波の放射量が増加し、アンテナ部から放射される電磁波との干渉により所望の放射特性が得られないという問題が生じる。
【０００４】
この問題を解決する方法として、給電用の同軸ケーブルに平衡・不平衡変換器としてのバランを取り付ける方法がある。バランとしては、シュッペルトップバランが一般に用いられている。シュッペルトップバランは円筒形の導体であり、その長さは、動作周波数帯の中心周波数に対する波長の１／４倍（以下、単にλ／４と記載する）程度とされる。
【０００５】
シュッペルトップバラン以外のバランとして、分岐導体バランが知られている。分岐導体バランは、電気長がλ／４程度の導体線を同軸ケーブルに沿って平行に配置し、導体線の一端を同軸ケーブルの内部導体（内部導体と素子部との接続部）に電気的に接続し、他端を同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続して構成される。
【０００６】
シュッペルトップバランや分岐導体バランを用いることで、アンテナ部側から見たときの同軸ケーブルのインピーダンスを高くし、同軸ケーブルの外部導体表面への高周波信号の進行を低減し、当該同軸ケーブルの外部導体表面から放射される電磁波を低減することが可能になる。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３８３０３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、無線通信機器に内蔵される小型のアンテナ装置では、機器内の配置場所の自由度を高くし機器全体の大型化を抑制するために、内部導体と外部導体が複数の素線から構成された柔軟な同軸ケーブルを用いて給電することが望ましい。
【００１０】
しかしながら、同軸ケーブルにシュッペルトップバランを取り付けると、シュッペルトップバランを取り付けた部分にて柔軟性が失われてしまい、引き回しの自由度が大幅に低下してしまうという問題が生じる。また、シュッペルトップバランの長さは約λ／４であるが、このλ／４の長さは、例えば、１ＧＨｚの信号に対しては０．０７５ｍ、５ＧＨｚの信号に対しては０．０１５ｍｍであり、この長さのシュッペルトップバランを収容するスペースを確保する必要があるため、機器全体の大型化を招いてしまう。さらに、同軸ケーブルの長さがλ／４よりも短い場合には、そもそもシュッペルトップバランを取り付けることができないという問題がある。
【００１１】
分岐導体バランを用いる場合は、シュッペルトップバランを用いた場合と比較して同軸ケーブルの柔軟性は維持できるものの、同軸ケーブルの長さがλ／４よりも短い場合には、導体線の取り付けが困難であるという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、同軸ケーブルが短い場合であっても同軸ケーブルの外部導体へ進行する電流を抑制でき、かつ、同軸ケーブルの柔軟性を維持することが可能な小型のアンテナ装置及び無線通信機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、アンテナ部と、該アンテナ部に給電する同軸ケーブルと、を備えたアンテナ装置であって、前記同軸ケーブルの先端部に該同軸ケーブルと離間して配置され、一端が前記同軸ケーブルの内部導体に、他端が前記同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続された導体線を有する分岐導体バランを備え、前記導体線が、前記同軸ケーブルの周囲に巻き付けられているアンテナ装置である。
【００１４】
前記アンテナ部が、前記同軸ケーブルの前記外部導体と電気的に接続される平面視で矩形状のグランド部と、該グランド部の一辺に沿うように前記グランド部と離間して形成され、前記同軸ケーブルの前記内部導体と電気的に接続される素子部と、を備えた平面アンテナからなってもよい。
【００１５】
前記同軸ケーブルの先端部と前記導体線とを覆うように設けられ、前記導体線を前記同軸ケーブルの周囲に密着させて固定する固定部材を備えてもよい。
【００１６】
長さが異なる複数の前記導体線を備え、該複数の導体線をそれぞれ前記同軸ケーブルの周囲に巻き付けて前記分岐導体バランを構成してもよい。
【００１７】
前記導体線として、複数の素線からなる導体の周囲に絶縁体を設けた絶縁電線を用いてもよい。
【００１８】
前記導体線として、複数の素線からなる第２内部導体の周囲に、第２絶縁体、および編組からなる第２外部導体を設けた第２同軸ケーブルを用い、前記第２内部導体の一端を前記同軸ケーブルの内部導体に、他端を前記同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続してもよい。
【００１９】
また、本発明は、前記アンテナ装置を搭載した無線通信機器である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、同軸ケーブルが短い場合であっても同軸ケーブルの外部導体へ進行する電流を抑制でき、かつ、同軸ケーブルの柔軟性を維持することが可能な小型のアンテナ装置及び無線通信機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。
【図２】（ａ）は、図１のアンテナ装置における同軸ケーブルの先端部の拡大図、（ｂ）は、同軸ケーブルの横断面図、（ｃ）は、導体線の横断面図である。
【図３】（ａ）は、図１のアンテナ装置の各部の寸法を示す図、（ｂ）は、｜Ｓ１１｜および利得を測定する際のアンテナ装置の配置、および偏波の定義を説明する図である。
【図４】（ａ）は、｜Ｓ１１｜の測定結果を示す図、（ｂ）は、利得の測定結果を示す図である。
【図５】本発明の一変形例に係るアンテナ装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。また、図２（ａ）は、同軸ケーブルの先端部の拡大図、図２（ｂ）は同軸ケーブルの横断面図、図２（ｃ）は、導体線の横断面図である。
【００２４】
図１，２に示すように、アンテナ装置１は、アンテナ部２と、アンテナ部２に給電する同軸ケーブル３と、を備えている。
【００２５】
同軸ケーブル３は、内部導体４の外周に、絶縁体５、外部導体６、シース７を順次設けて形成される。同軸ケーブル３としては、内部導体４と外部導体６とが複数の素線により形成された柔軟性の高いものを用いるとよい。内部導体４は、複数の素線を撚り合わせたものであってもよいし、撚り合わせずに複数の素線を束ねたものであってもよい。外部導体６としては、複数の素線を編み込んだ編組シールドを用いるとよい。本実施形態では、外部導体６の外径が０．９ｍｍであり、シース７の外径が１．１ｍｍである同軸ケーブル３を用いた。
【００２６】
アンテナ部２は、機器への内蔵を容易とするために、その導体部分の最大寸法が動作周波数帯の中心周波数に対応する波長の３／８倍以下となるように構成されることが望ましい。
【００２７】
本実施形態では、アンテナ部２は、同軸ケーブル３の外部導体６と電気的に接続される平面視で矩形状のグランド部８と、グランド部８の一辺に沿うようにグランド部８と離間して形成され、同軸ケーブル３の内部導体４と電気的に接続される素子部９と、を備えた平面アンテナからなる。アンテナ部２を平面アンテナで構成することで、機器内への配置が容易となる。
【００２８】
グランド部８と素子部９は、銅、洋白、ステンレス等の導体板から構成される。ここでは、グランド部８と素子部９に用いる導体板の厚さを１ｍｍとした。なお、グランド部８と素子部９は、導体板に限らず、ガラスエポキシ等の基板の表面に形成された導体箔（導体パターン）から構成されてもよい。
【００２９】
本実施形態では、グランド部８と素子部９の図示右側の端部に、グランド部８と素子部９とを接続する短絡部１０を形成すると共に、短絡部１０よりも図示左側に、同軸ケーブル３を接続する給電部１１を形成し、アンテナ部２を所謂逆Ｆアンテナで構成している。
【００３０】
短絡部１０はアンテナ部２の入力インピーダンスの調整を容易とするためのものであり、インダクタや容量等の集中定数素子またはこれらの素子と同等の周波数特性を有する導体パターンにより構成するとよい。
【００３１】
なお、アンテナ部２の形状は図示のものに限定されない。例えば、図１では素子部９の先端部（図示左側の端部）をグランド部８側に垂直に折り曲げているが、アンテナ部２の幅（図示左右方向の長さ）を大きくできる場合は直線状としてもよい。また、短絡部１０を省略して、アンテナ部２を所謂逆Ｌアンテナで構成してもよい。
【００３２】
アンテナ部２では、グランド部８の高さ（図示上下方向の長さ）ｈ1と素子部９の高さ（図示上下方向の長さ）ｈ2を等しく形成しており、比較的、電気的に平衡に近い構成となっている。
【００３３】
さて、本実施形態に係るアンテナ装置１は、同軸ケーブル３の先端部に取り付けられた分岐導体バラン１２をさらに備えている。
【００３４】
分岐導体バラン１２は、同軸ケーブル３の先端部に同軸ケーブル３と離間して導体線１３を配置して構成される。導体線１３は、その一端が同軸ケーブル３の内部導体４（より詳細には内部導体４と素子部９との接続部）に電気的に接続され、他端が同軸ケーブル３の外部導体６に電気的に接続されている。導体線１３は、その電気長が動作周波数帯の中心周波数に対応する波長の約１／４倍となるように構成されている。
【００３５】
本実施形態では、分岐導体バラン１２の導体線１３として、複数の素線からなる導体１４の周囲に絶縁体１５を設けた絶縁電線１６を用いた。導体１４が複数の素線からなる絶縁電線１６を導体線１３として用いることで、導体線１３を取り付けた位置においても同軸ケーブル３の柔軟性を高く維持し、同軸ケーブル３の引き回しの自由度が低下することを抑制できる。ここでは、導体１４の外径が０．５ｍｍ、絶縁体１５の外径が１ｍｍの導体線１３を用いた。
【００３６】
本実施形態に係るアンテナ装置１では、導体線１３が、同軸ケーブル３の周囲に巻き付けられている。ここでは、同軸ケーブル３のシース７の周囲に、導体線１３を螺旋状に巻き付けているが、導体線１３の巻き付け方は螺旋状に限らず、例えば途中で巻方向を逆転させるように巻き付けても構わない。つまり、アンテナ装置１では、同軸ケーブル３の長手方向と、導体線１３の長手方向とが交差し、かつ、同軸ケーブル３と導体線１３間の距離が略一定となるように、同軸ケーブル３の周囲に導体線１３が巻き付けられている。ここでは、同軸ケーブル３の外径が１．１ｍｍ、導体線１３の外径が１ｍｍであるので、導体線１３を同軸ケーブル３に巻き付けたときの全体の外径は３．１ｍｍとなる。
【００３７】
本実施形態では、導体線１３を螺旋状に巻き付ける際の巻きピッチｄ、すなわち、導体線１３が周方向の基準位置から同軸ケーブル３の周囲を１周して再び基準位置に到達したときに同軸ケーブル３の長手方向に沿って移動する距離を、２ｍｍとした。巻きピッチｄが小さすぎると、同軸ケーブル３の長手方向に沿って巻きピッチｄ毎に配置される導体線１３の導体１４があたかも１体であるかのように動作してしまい、分岐導体バラン１２としての動作が得られなくなる場合があるため、巻きピッチｄは、分岐導体バラン１２としての動作が得られる程度に大きくする必要がある。
【００３８】
導体線１３の一端からは導体１４が延出されており、この延出された導体１４がはんだ等により内部導体４と素子部９の接続部に固定され、電気的に接続される。また、導体線１３の他端からも導体１４が延出されており、この延出された導体１４が、シース７の一部を除去して露出された外部導体６にはんだ等により固定され、電気的に接続される。
【００３９】
なお、導体１４と外部導体６の接続については、スリットを有するリング状の金属部品（加締めリング）を用いて加締め固定することも可能である。加締めリングを用いることで、導体１４と外部導体６の接続作業が容易になる。
【００４０】
同軸ケーブル３と導体線１３との距離が変化すると、同軸ケーブル３の外部導体６上へ進行する電流の低減効果も変化してしまうため、導体線１３は、同軸ケーブル３の周囲に固定されることが望ましい。つまり、アンテナ装置１は、同軸ケーブル３の先端部と導体線１３とを覆うように設けられ、導体線１３を同軸ケーブル３の周囲に密着させて固定する固定部材（図示せず）を備えることが望ましい。
【００４１】
固定部材としては、絶縁性のものを用いるとよく、収縮チューブや粘着テープなどが挙げられる。固定部材として収縮チューブを用いる場合、収縮チューブの中空部に同軸ケーブル３の先端部と導体線１３とを配置した後、収縮チューブを加熱して収縮させ、導体線１３を同軸ケーブル３の周囲に密着させて固定する。固定部材として粘着テープを用いる場合、粘着テープを導体線１３の周囲に巻回して、導体線１３を同軸ケーブル３の周囲に密着させて固定する。
【００４２】
固定部材を備えることで、同軸ケーブル３の外部導体６と導体線１３の距離を一定に保ち、同軸ケーブル３の外部導体６上へ進行する電流の低減効果を一定に保つことが可能になり、アンテナ特性のバラつきを低減することが可能になる。
【００４３】
さらに、固定部材に金属テープ等を用いたり、固定部材の周囲に金属層を設けるなどしてシールド機能を付与することで、例えば導体線１３の近傍に導電性の物体が存在する場合であってもインピーダンスの変化を抑制し、分岐導体バラン１２の動作を安定させることが可能になる。
【００４４】
図３（ａ）に示す寸法のアンテナ装置１を作製し、図３（ｂ）に示すように、アンテナ部２の法線方向に同軸ケーブル３が沿うように配置して、Ｓパラメータである｜Ｓ１１｜および利得を測定した。｜Ｓ１１｜の測定結果を図４（ａ）に、利得の測定結果を図４（ｂ）に示す。なお、利得については、アンテナ部２の表面と平行な面の放射パターンを測定することとし、アンテナ部２の表面と平行な偏波であるＧφと、Ｇφと直交し同軸ケーブル３の長手方向と平行な偏波であるＧθについて測定を行った。測定したＧφとＧθの平均値を表１に示す。
【００４５】
また、比較のため、分岐導体バラン１２を省略したアンテナ装置を用いて、本実施形態に係るアンテナ装置１と同様に、｜Ｓ１１｜および利得を測定した。測定結果を図４（ａ），（ｂ）および表１に併せて示す。
【００４６】
【表１】
2015073239.tif 000003
【００４７】
図４（ａ）に示すように、アンテナ装置１（バラン有り）および分岐導体バラン１２を省略したアンテナ装置（バラン無し）は、共に｜Ｓ１１｜が９２０ＭＨｚ近傍で小さく、当該周波数での整合が良好であることが確認できた。
【００４８】
また、図４（ｂ）および表１に示すように、アンテナ部２が放射する主偏波であるＧφについては、分岐導体バラン１２の有無で殆ど差がなく、平均値の差は０．２ｄＢと同等の値であった。
【００４９】
これに対して、同軸ケーブル３から放射されるＧθについては、分岐導体バラン１２を省略したアンテナ装置（バラン無し）と比較してアンテナ装置１（バラン有り）が小さくなっており、平均値の差は１．９ｄＢであった。これは、分岐導体バラン１２を備えることにより、同軸ケーブル３からの電磁波の放射が低減したことが要因と考えられる。
【００５０】
つまり、アンテナ装置１では、同軸ケーブル３の外部導体６へ進行する電流が抑制され、Ｇθと平行な同軸ケーブル３の外部導体６からの電磁波の放射が低減されていることが分かる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ装置１では、同軸ケーブル３の先端部に同軸ケーブル３と離間して配置され、一端が同軸ケーブル３の内部導体４に、他端が同軸ケーブル３の外部導体６に電気的に接続された導体線１３を有する分岐導体バラン１２を備え、導体線１３が、同軸ケーブル３の周囲に巻き付けられている。
【００５２】
分岐導体バラン１２を備えることにより、同軸ケーブル３の柔軟性を維持しつつも、同軸ケーブル３の外部導体６へ進行する電流を低減することが可能になる。さらに、導体線１３を同軸ケーブル３に巻き付けることにより、分岐導体バラン１２の全長を短くでき、短い同軸ケーブル３についても適用が可能になる。
【００５３】
つまり、本発明によれば、同軸ケーブル３が短い場合であっても同軸ケーブル３の外部導体６へ進行する電流を抑制でき、かつ、同軸ケーブル３の柔軟性を維持することが可能なアンテナ装置１を実現できる。
【００５４】
その結果、アンテナ部２としてグランド部８の高さｈ1を小さくした平面アンテナを用いた場合であっても、同軸ケーブル３の外部導体６からの放射量を抑制して、指向性のずれ等の不具合を抑制し所望の放射特性を得ることが可能になり、機器への内蔵に適した小型のアンテナ装置１を実現できる。
【００５５】
本実施形態に係る無線通信機器は、アンテナ装置１を搭載したものであり、例えば、温度や湿度、電力使用量、光度等を測定するセンサ部を備え、アンテナ装置１を介して無線により測定データを送信可能な無線センサ端末、あるいはノートパソコンなどのモバイル端末である。アンテナ装置１は小型であり、同軸ケーブル３の柔軟性が高く引き回しの自由度が大きいので、小型かつ組立の容易な無線通信機器を実現できる。
【００５６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００５７】
例えば、上記実施形態では、アンテナ部２として平面アンテナを用いた場合を説明したが、アンテナ部２は平面アンテナに限定されず、例えばダイポールアンテナであってもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、導体線１３として絶縁電線１６を用いる場合を説明したが、これに限らず、例えば、導体線１３として、複数の素線からなる第２内部導体の周囲に、第２絶縁体、および編組からなる第２外部導体を設けた第２同軸ケーブルを用い、第２内部導体の一端を同軸ケーブル３の内部導体４に、他端を同軸ケーブル３の外部導体６に電気的に接続するように構成してもよい。
【００５９】
導体線１３の導体として第２同軸ケーブルの第２内部導体を用いることで、例えば導体線１３の近傍に導電性の物体が存在する場合であってもインピーダンスの変化を抑制し、分岐導体バラン１２の動作を安定させることが可能になる。なお、インピーダンスの変化の抑制等の効果は得られないものの、第２同軸ケーブルの第２外部導体を導体線１３の導体として用いることも当然に可能である。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、動作周波数帯が１つである場合について説明したが、本発明は、複数の動作周波数帯を有する場合についても適用可能である。
【００６１】
この場合、同軸ケーブル３の外部導体６に進行する電流の周波数帯も複数となるので、図５に示すアンテナ装置５１のように、各周波数帯に対応するように長さが異なる複数の導体線１３を備え、該複数の導体線１３をそれぞれ同軸ケーブル３の周囲に巻き付けて分岐導体バラン１２を構成するとよい。このように構成することで、複数の周波数帯の電流の外部導体６への進行を同時に低減することが可能になる。なお、図５では、導体線１３を２本用いる場合を示しているが、３本以上としてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  アンテナ装置
２  アンテナ部
３  同軸ケーブル
４  内部導体
６  外部導体
１２  分岐導体バラン
１３  導体線
【図１】
2015073239.tif 000004
【図２】
2015073239.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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