(57)【要約】【課題】小型かつ構成が簡単であって周波数特性の制御性が良い広帯域なアンテナを提供する。【解決手段】各アンテナ素子１１ａ〜１１ｃの共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応した通過帯域を有するＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃをそれぞれのアンテナ素子に接続して、これらアンテナ素子を電力供給部１４に並列に接続することによって、使用する周波数に応じてＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃにより独立して一つのアンテナ素子が自動的に選択されてアンテナとして機能する。この時その他のアンテナ素子はＳＡＷフィルタによってアンテナ１０から電気的に遮断されているので、選択されたアンテナ素子の実際の共振周波数は、本来の設計周波数から乖離しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々異なる周波数特性を持つ複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、該アンテナ素子の周波数特性に対応した通過帯域を有してそのアンテナ素子による送受信を該通過帯域に制限するフィルタ手段と、
からなるアンテナ。
【請求項２】
前記フィルタ手段はＳＡＷフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナに係り、特に複数のアンテナ素子で広帯域化したアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地上波デジタルテレビ放送の商用化が開始されたのを受けて、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、ポータブルテレビ、ノート型パソコン等の同放送を受信できる携帯情報端末の開発が盛んに行われている。地上波デジタルテレビ放送では、周波数帯域として、従来のアナログテレビのＶＨＦおよびＵＨＦ帯が使用される。例えば、日本では４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯、韓国では１７０〜２２０ＭＨｚのＶＨＦ帯である。また、上記の携帯情報端末は携帯性、すなわち小型の機器であることを特徴としているが、そのアンテナにも当然のことながら高性能であることに加えて小型化が要求されることになる。
【０００３】
ここで、従来のアンテナについて説明する。
一般的に、携帯情報端末のアンテナとしては、構造の簡単なモノポールアンテナが採用される。モノポールアンテナは、使用する周波数をｆｃとした時、空間波長λ（＝ｃ／ｆｃ；ｃは光速）の1/4の長さのアンテナ素子を用い、携帯情報端末のグラウンドをそのアンテナ地板とした構成のアンテナである。図５に、モノポールアンテナの構成図を示す。このモノポールアンテナの物理的長さは、アンテナ形状が直線状の場合、例えば日本のＵＨＦ帯（中心周波数ｆｃ＝６２０ＭＨｚ）では約１４０ｍｍとなる。なお、アンテナ形状をヘリカル状にすることで、アンテナ長を短縮することが可能である。
【０００４】
図６は、モノポールアンテナの周波数特性を示した図である。直線状のモノポールアンテナは、比帯域Δｆ／ｆｃが１０％以下であることが知られている。Δｆはアンテナの受信帯域幅である。すると、上記のＵＨＦ帯ではΔｆは６０ＭＨｚ程度となり、全放送帯域幅の３００ＭＨｚには及ばないことになる。またアンテナをヘリカル状にすると比帯域は小さくなり、Δｆも小さくなる。したがって、通常のモノポールアンテナでは、地上波デジタルテレビ放送の全帯域をカバーする広帯域受信は不可能ということになる。
【０００５】
これを解決する一つの手段として、共振周波数の異なる複数のアンテナ素子を並列して給電部に接続した、図７に示す構成の多共振モノポールアンテナが知られている。同図において、多共振モノポールアンテナを構成する３本のアンテナ素子２１ａ〜２１ｃは長さが互いに異なっており、その長さに応じた共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を有している。共振周波数に対応する1/4波長がそれぞれの素子長である。
【０００６】
この多共振モノポールアンテナでは、使用する周波数に対応するアンテナ素子にのみ高周波電力が供給され、３本のアンテナ素子が個別に動作する。アンテナ全体の周波数特性は、各アンテナ素子の特性が足し合わせられて図８に示すように広帯域なものとなる。ただし、実際には、給電されていないアンテナ素子も電気的には片端が地板に接続された導体棒として働くため、各アンテナ素子の共振周波数はｆ１、ｆ２、ｆ３から変動してしまう。
【０００７】
図９は、多共振モノポールアンテナの従来の具体的実施例である。この多共振モノポールアンテナは、３つの共振周波数に対応した長さの異なる３本の並列のアンテナ素子２２ａ〜２２ｃに対して、電力供給部１４を共通に設けている。
【０００８】
この多共振モノポールアンテナの電気等価回路を図１０に示す。同図は周波数ｆ３で駆動する場合の等価回路である。この時、各アンテナ素子２２ａ〜２２ｃは理想的には互いに独立して機能するものであるが、それぞれの共振周波数が比較的近接していると、アンテナ素子同士が電磁的に結合して、ｆ１、ｆ２を共振周波数とするアンテナ素子２２ａ、２２ｂがリアクタンス素子Ｘ１、Ｘ２として動作するようになる。この結果、共振周波数が本来の値ｆ３から乖離してしまう。
【０００９】
また、アンテナの入力インピーダンスも本来の値から乖離するので、電力供給部１４に何らかの整合回路を付加することが必要となる。ところが整合回路を付加すると、周波数特性が狭帯域化すると共に、整合回路の高周波損失によってアンテナ利得が低下してしまうことが知られている。
【特許文献１】特開平１１−２９８２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような欠点を回避するため、図１１に示すスイッチ切り替え式の多共振モノポールアンテナを用いることができる。同図において、各アンテナ素子２２ａ〜２２ｃの給電部側にスイッチ２５ａ〜２５ｃを設け、このスイッチをアンテナ基部内に配置したスイッチ制御回路２６から制御して、アンテナ素子を電力供給部１４と選択的に接続する。
【００１１】
この多共振モノポールアンテナは、各アンテナ素子２２ａ〜２２ｃが互いに独立して動作する理想的なものであるが、スイッチを切り替えるための制御回路が必要である点、スイッチによりアンテナの小型化が阻害される点、構成が複雑であり部品点数も増加するのでコストが上昇する点、などの問題点を有している。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型かつ構成が簡単であって周波数特性の制御性が良い広帯域なアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、各々異なる周波数特性を持つ複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに接続され、該アンテナ素子の周波数特性に対応した通過帯域を有してそのアンテナ素子による送受信を該通過帯域に制限するフィルタ手段と、からなるアンテナである。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナにおいて、前記フィルタ手段はＳＡＷフィルタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フィルタ手段によって使用する周波数に応じたアンテナ素子のみが選択的にアンテナとして機能するので、アンテナ素子間での電磁的結合によって共振周波数が本来の値から乖離してしまうことのない広帯域のアンテナを実現可能である。また、ＳＡＷフィルタを用いることでアンテナを小型で簡単な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるアンテナ１０の電気的な構成図である。同図において、アンテナ１０は、３本のアンテナ素子１１ａ〜１１ｃと、ＳＡＷ分波器１２とから構成されている。アンテナ１０への電力は、電力供給部１４からＳＡＷ分波器１２を介して供給される。
【００１７】
各アンテナ素子１１ａ〜１１ｃは、共振周波数に対応する1/4波長の素子長を持った導体であり、それぞれの共振周波数はｆ１、ｆ２、ｆ３であるとする。また、これらアンテナ素子１１ａ〜１１ｃは電力供給部１４に対して並列に接続される。
【００１８】
ＳＡＷ分波器１２は、３つのＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃから構成される。ＳＡＷフィルタは、表面弾性波（Surface Acoustic Wave）を利用したフィルタデバイスであり、その電気等価回路は一般的に図２のように表されることから、所定の周波数の電気信号だけを通過させるバンドパスフィルタとして機能する。そしてそのフィルタ通過特性は、一例として図３（ａ）に示すように、急峻な帯域外阻止特性を有している。
なお、ＳＡＷフィルタの挿入損失は１ｄＢ程度以下であるため、アンテナ利得の低下は起こさない。
【００１９】
ここで、各ＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃの通過帯域の中心周波数は、それぞれアンテナ共振周波数と同じｆ１、ｆ２、ｆ３であるとする。この時、ＳＡＷ分波器１２としてのフィルタ特性は図３（ｂ）のようになる。
【００２０】
図１に戻って、本実施形態によるアンテナ１０のアンテナ素子１１ａ〜１１ｃは、それぞれと同一の動作周波数を有する上記のＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃに接続される。すなわち、動作周波数ｆ１を有するアンテナ素子１１ａとＳＡＷフィルタ１３ａ、動作周波数ｆ２を有するアンテナ素子１１ｂとＳＡＷフィルタ１３ｂ、動作周波数ｆ３を有するアンテナ素子１１ｃとＳＡＷフィルタ１３ｃ、のような組み合わせで接続される。
【００２１】
次にアンテナ１０の動作を説明する。
例えば、周波数ｆ３で使用する場合を考える。このとき、図３（ｂ）より、中心周波数ｆ１、ｆ２を有するＳＡＷフィルタ１３ａ、１３ｂにとって、周波数ｆ３は阻止帯域、つまり通過帯域外にあるので、周波数ｆ３の電気信号はこれらのフィルタによって遮断される。よって、これらのフィルタに繋がっているアンテナ素子１１ａ、１１ｂは、周波数ｆ３においては、電気的にアンテナ１０から絶縁された状態と見做される。
【００２２】
一方、ＳＡＷフィルタ１３ｃは中心周波数ｆ３を有しているので、周波数ｆ３の電気信号はこのフィルタを通過する。よってアンテナ素子１１ｃは、電気的に接続されてアンテナとして動作する。
このように、周波数ｆ３での動作においては、アンテナ素子１１ｃは他の素子から電気的に独立しているので、アンテナ１０はアンテナ素子１１ｃのみを有しているのと等価である。
【００２３】
また、周波数ｆ１やｆ２で使用する場合についても同様に、それぞれアンテナ素子１１ａまたは１１ｂだけが電気的に接続されているのと同じになる。
したがって、使用する周波数に応じてＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃによりアンテナ素子１１ａ〜１１ｃが自動的に選択されることで、アンテナ１０の総合的な受信帯域幅が広帯域になる。なおこのとき、アンテナ素子とＳＡＷフィルタを周波数軸上に隙間なく並べることで、より良好な広帯域特性を得ることができる。
【００２４】
図４は、アンテナ１０の外観図である。アンテナ素子１１ａ〜１１ｃは、プリント基板１５上にプリントパターンとして形成される。ＳＡＷ分波器１２は、アンテナ１０の基部に搭載され、図中、ＳＡＷ分波器１２の下側端面に設けられた入力端子がプリント基板１５の最下面にある給電端子に、上側端面に設けられた出力端子が各ＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃに対応したアンテナ素子１１ａ〜１１ｃに、それぞれ接続される。
【００２５】
なお、ＳＡＷ分波器１２の形状は、ベアチップのままでもよいし、セラミックパッケージ等のパッケージに封止されていてもよい。また、そのサイズは、例えば中心周波数を６２０ＭＨｚ程度とすると、約３ｍｍ×３ｍｍ程度である。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、各アンテナ素子１１ａ〜１１ｃの共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に対応した通過帯域を有するＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃをそれぞれのアンテナ素子に接続して、これらアンテナ素子を電力供給部１４に並列に接続することによって、使用する周波数に応じてＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃにより独立して一つのアンテナ素子が自動的に選択されてアンテナとして機能する。この時その他のアンテナ素子はＳＡＷフィルタによってアンテナ１０から電気的に遮断されているので、選択されたアンテナ素子の実際の共振周波数は、本来の設計周波数から乖離しない。また、ＳＡＷフィルタを利用しているため、アンテナ１０を小型かつ簡単な構成とすることができる。
【００２７】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、アンテナ素子の本数や個々の周波数特性（ｆｃ、Δｆ）、また各アンテナ素子を周波数軸上にどのように配置するか、といったことはアンテナ１０の所望の広帯域特性に応じて任意に設計することが可能であることは言うまでもない。
【００２８】
また、アンテナ素子１１ａ〜１１ｃの形状は、図４に示したようなプリントパターン形成されたものに限定されず、棒状などバルク型であってもよく、直線状・棒状以外にもヘリカル状やその他任意形状をしていてもよい。
また、ＳＡＷフィルタ１３ａ〜１３ｃの代わりに、一般的なフィルタデバイス、例えばＬＣ共振回路や誘電体共振器型フィルタ等を利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
この発明は、携帯電話、ＰＤＡ、ポータブルテレビ、ラップトップコンピュータ等の携帯情報端末用のアンテナ、特に地上波デジタルテレビ放送向けの広帯域アンテナに用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態によるアンテナの電気的な構成図である。
【図２】ＳＡＷフィルタの電気等価回路である。
【図３】ＳＡＷフィルタおよびＳＡＷ分波器の周波数特性である。
【図４】図１のアンテナの外観図である。
【図５】従来の一般的なモノポールアンテナの構成図である。
【図６】従来の一般的なモノポールアンテナの周波数特性である。
【図７】従来の多共振モノポールアンテナの構成図である。
【図８】従来の多共振モノポールアンテナの周波数特性である。
【図９】従来の多共振モノポールアンテナの実施例である。
【図１０】図９の多共振モノポールアンテナの電気等価回路である。
【図１１】従来のスイッチ切り替え型多共振モノポールアンテナの構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…アンテナ  １１…アンテナ素子  １２…ＳＡＷ分波器  １３…ＳＡＷフィルタ  １４…電力供給部  １５…プリント基板  ２０〜２２…アンテナ素子  ２４…リアクタンス素子  ２５…スイッチ  ２６…スイッチ制御回路  １３１…コンデンサ  １３２…コイル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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