(57)【要約】【課題】電子部品をアンテナ素子に設けてアンテナ素子長を可変としたチューナブルアンテナにおいて、電子部品の特性劣化や破壊を防止することが可能なチューナブルアンテナを提供する。【解決手段】本発明に係るチューナブルアンテナ１００は、一端Ｔ1に給電線が接続された給電点Ｏを有するアンテナ素子３と、アンテナ素子３の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段４と、を備え、アンテナ素子切り替え手段４は、アンテナ素子３上の、アンテナ素子３の一端Ｔ1から他端Ｔ2の方向に、（λm／４）×ｎ（λmは前記アンテナ素子の任意の共振周波数に対応する各波長、ｎは正の奇数）以外の距離の位置に接続される。【選択図】図１
2016220169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
を備え、
前記アンテナ素子切り替え手段は、前記アンテナ素子上の、前記アンテナ素子の前記一端から他端の方向に、
（λm／４）×ｎ
（λmは前記アンテナ素子の任意の共振周波数に対応する各波長、ｎは正の奇数）
以外の距離の位置に接続される、
チューナブルアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナ素子切り替え手段は、前記アンテナ素子上の、前記アンテナ素子の前記一端から他端の方向に、
λmin／４
（λminは前記アンテナ素子の全ての共振周波数に対応する各波長のうち最も小さい波長）
未満の距離の位置に接続される、
請求項１に記載のチューナブルアンテナ。
【請求項３】
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
前記アンテナ素子と前記アンテナ素子切り替え手段との間に接続され、前記アンテナ素子切り替え手段に印加される電圧の位相をずらす位相回転手段と、
を備えるチューナブルアンテナ。
【請求項４】
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
前記アンテナ素子と前記アンテナ素子切り替え手段との間に接続され、所定の周波数の信号を通過させる周波数選択手段と、
を備えるチューナブルアンテナ。
【請求項５】
前記周波数選択手段は、前記アンテナ素子切り替え手段に印加される電圧の位相をずらす、請求項４に記載のチューナブルアンテナ。
【請求項６】
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
前記アンテナ素子と前記アンテナ素子切り替え手段との間に接続され、前記アンテナ素子切り替え手段の入力インピーダンスを低下させるインピーダンス調整手段と、
を備えるチューナブルアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューナブルアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に携帯端末などにおいては、無線通信の高速化や大容量化に伴い、アンテナが対応すべき周波数帯が増加している。そこで、多くの周波数帯に対応したアンテナを実現するために、アンテナ素子と給電部との間に接続された整合回路内に、スイッチやチューナブルキャパシタ等の電子部品を設けることで、共振周波数を切り替えることのできるチューナブルアンテナが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、アンテナ素子にスイッチやチューナブルキャパシタ等の電子部品を設けることでアンテナ素子長自体を可変としたチューナブルアンテナも考案されている（例えば、特許文献２，３参照）。このようなチューナブルアンテナによれば、エレメント素子のリアクタンス成分を変化させることで、電子部品を整合回路内に配置するものに比べ、ダイナミックに共振周波数を切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１８３８号公報
【特許文献２】特開２０００−１１４８６０号公報
【特許文献３】特開２００１−１３６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アンテナ素子には、定在波が発生するため、電圧が最大となる箇所と最小となる箇所とが存在する。よって、電子部品をアンテナ素子に設けてアンテナ素子長を可変としたチューナブルアンテナでは、電子部品を電圧が高い位置に配置してしまうと電子部品に高電圧が印加される可能性がある。
【０００６】
上記のような課題に鑑みてなされた本発明の目的は、電子部品をアンテナ素子に設けてアンテナ素子長を可変としたチューナブルアンテナにおいて、電子部品への高電圧の印加を低減することが可能なチューナブル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】
【０００７】
上述した課題を解決すべく、本発明に係るチューナブルアンテナは、
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
を備え、
前記アンテナ素子切り替え手段は、前記アンテナ素子上の、前記アンテナ素子の前記一端から他端の方向に、
（λm／４）×ｎ
（λmは前記アンテナ素子の任意の共振周波数に対応する各波長、ｎは正の奇数）
以外の距離の位置に接続される、
ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るチューナブルアンテナにおいて、
前記アンテナ素子切り替え手段は、前記アンテナ素子上の、前記アンテナ素子の前記一端から他端の方向に、
λmin／４
（λminは前記アンテナ素子の全ての共振周波数に対応する各波長のうち最も小さい波長）
未満の距離の位置に接続されてもよい。
【０００９】
また、上述した課題を解決すべく、本発明に係るチューナブルアンテナは、
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
前記アンテナ素子と前記アンテナ素子切り替え手段との間に接続され、前記アンテナ素子切り替え手段に印加される電圧の位相をずらす位相回転手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、上述した課題を解決すべく、本発明に係るチューナブルアンテナは、
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
前記アンテナ素子と前記アンテナ素子切り替え手段との間に接続され、所定の周波数の信号を通過させる周波数選択手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るチューナブルアンテナにおいて、
前記周波数選択手段は、前記アンテナ素子切り替え手段に印加される電圧の位相をずらしてもよい。
【００１２】
さらに、上述した課題を解決すべく、本発明に係るチューナブルアンテナは、
一端に給電線が接続された給電点を有するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の共振周波数を切り替えるアンテナ素子切り替え手段と、
前記アンテナ素子と前記アンテナ素子切り替え手段との間に接続され、前記アンテナ素子切り替え手段の入力インピーダンスを低下させるインピーダンス調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るチューナブルアンテナによれば、電子部品をアンテナ素子に設けてアンテナ素子長を可変としたチューナブルアンテナにおいて、電子部品への高電圧の印加を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るチューナブルアンテナの構成を示す概略図である。
【図２】定在波の波長に応じたアンテナ素子上の電圧分布を示す概念図である。
【図３】本発明の第１実施形態の変形例に係るチューナブルアンテナの構成を示す概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るチューナブルアンテナの構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るチューナブルアンテナの位相回転手段の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るチューナブルアンテナの構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るチューナブルアンテナの周波数選択手段の構成を示す概略図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るチューナブルアンテナの構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るチューナブルアンテナのインピーダンス調整手段の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るチューナブルアンテナ１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、チューナブルアンテナ１００は、アンテナ素子３と、アンテナ素子切り替え手段４とを備える。給電部１、整合回路２及びアンテナ素子３は、それぞれ給電線を介してこの順番で接続され、アンテナ素子切り替え手段４は、アンテナ素子３に接続されている。また、アンテナ素子３と給電線との接続点を、給電点Ｏということとする。チューナブルアンテナ１００、給電部１及び整合回路２は、電子機器（図示省略）の一部を構成する。
【００１７】
給電部１は、所定の周波数の電波を生成するための信号を整合回路２に供給する。また、給電部１の給電方式は電流給電であり、給電点Ｏにおいて電流が最大で電圧が最小となるように構成されている。
【００１８】
整合回路２は、給電部１とアンテナ素子３との間でのエネルギー損失を低減するようにインピーダンスを調整する。また、整合回路２のインピーダンスを調整することで、アンテナ素子３を介して送受信される電波の周波数（共振周波数又は整合周波数）をある程度調整することができる。整合回路２は、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等のプリント基板上に実装され、アンテナ素子３と接続される。
【００１９】
アンテナ素子３は、その一端Ｔ1の近傍に給電線が接続された給電点Ｏを有する、例えばモノポールアンテナである。アンテナ素子３は、板金で構成されていてもよいし、ケースに印刷された素子でもよい。アンテナ素子３の一端Ｔ1から他端Ｔ2までの長さＬ1は、ある基本周波数ｆ１に対応する基本波長λ1の４分の１の長さ（λ1／４）の正の奇数倍に等しい。
【００２０】
アンテナ素子切り替え手段４は、アンテナ素子３のリアクタンス成分を切り替えることで共振周波数を切り替えるための電子部品であり、スイッチ、チューナブルキャパシタ等の可変素子、又はこれらの組み合わせから構成される。アンテナ素子切り替え手段４は、アンテナ素子３の一端Ｔ1から、他端Ｔ2の方向に距離Ｌ2の位置に接続されている。なお、距離Ｌ2の詳細については後述する。共振周波数としては、例えば、Ｌｏｗ  Ｂａｎｄの中の、７００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯を切り替えることが想定されるが、２ＧＨｚ帯のＭｉｄ  Ｂａｎｄや、２．５ＧＨｚ帯のＨｉｇｈ  Ｂａｎｄ等の切り替えも可能である。アンテナ素子切り替え手段４は、例えば、ＰＣＢやＦＰＣ等のプリント基板上に実装され、アンテナ素子３と接続される。
【００２１】
図２は、アンテナ素子３の長さＬ1の基本波長λ1との関係に応じたアンテナ素子３上の電圧分布を示す概念図である。具体的には、図２（ａ）はＬ1＝λ1／４、図２（ｂ）はＬ1＝３λ1／４のときのアンテナ素子３上の電圧分布を示す。ここで、横軸はアンテナ素子３の一端Ｔ1（＝０）から他端Ｔ2の方向への距離であり、縦軸は電圧Ｖである。図２に示すように、電圧分布は、Ｌ1＝λ1／４のとき、給電点Ｏである一端Ｔ1（＝０）で節、他端Ｔ2（＝λ1／４）で腹となる定在波をとり、Ｌ1＝３λ1／４のとき、給電点Ｏである一端Ｔ1（＝０）及びλ1／２で節、λ1／４及び他端Ｔ2（＝３λ1／４）で腹となる定在波をとる。このように、アンテナ素子３上の電圧は、一端Ｔ1から他端Ｔ2の方向への距離が（λ1／４）×ｎ  （ｎは正の奇数、以下同様。）のとき、腹となる定在波をとる。
【００２２】
アンテナ素子３上の電圧分布が定在波の腹となる箇所では、最大電圧となる。そこで、本実施形態では、アンテナ素子切り替え手段４が、アンテナ素子３上の電圧分布の腹となる箇所を避けて接続されている。すなわち、アンテナ素子切り替え手段４が接続される位置である、アンテナ素子３の一端Ｔ1から他端Ｔ2の方向の距離Ｌ2は、（λ1／４）×ｎ以外の値である。また、アンテナ素子切り替え手段４により切り替えられる共振周波数をｆ2、ｆ3とし、これらに対応する波長をλ2、λ3とすると、アンテナ素子３上の電圧は、一端Ｔ1から他端Ｔ2の方向への距離が（λ2／４）×ｎ又は（λ3／４）×ｎのときにも、腹となる定在波をとりうる。従って、距離Ｌ2は、（λm／４）×ｎ以外の値である（ｍは１，２又は３）。なお、アンテナ素子切り替え手段４により切り替えられる共振周波数の種類は、２種類に限られず、１種類でもよいし、３種類以上でもよい。
【００２３】
ここで、アンテナ素子３の全ての共振周波数に対応する各波長のうち最も小さい波長をλminとすると、距離Ｌ2は、λmin／４未満であることが好ましい。これにより、所望の全ての周波数に対して、アンテナ素子切り替え手段４を構成する電子部品の特性劣化や破壊をより確実に防止することができる。
【００２４】
機構的な制約等により、所望の位置にアンテナ素子切り替え手段４を接続することが困難な場合、図３に示すように、接地機構５を他端Ｔ2に接続してもよい。これにより、電圧の振幅を調整することができるので、距離Ｌ2を容易にλmin／４未満とすることができる。なお、接地機構５は、ＧＮＤに直接接続されていてもよいし、インダクタやキャパシタ、抵抗等を介してＧＮＤに接続されてもよい。
【００２５】
また、波長λ1、λ2又はλ3のうち最も大きいものをλmaxとすると、Ｌ1＝λmax／４となる場合、接地機構５を、アンテナ素子３の一端Ｔ1から他端Ｔ2の方向にλmax／８以下かつλmin／４未満となる位置に設けることが望ましい。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、チューナブルアンテナ１００は、アンテナ素子切り替え手段４を、アンテナ素子３上の、アンテナ素子３の一端Ｔ1から他端Ｔ2の方向に（λm／４）×ｎ以外の距離（λmはアンテナ素子３の任意の共振周波数に対応する各波長、ｎは正の奇数）の位置に接続する。これにより、アンテナ素子切り替え手段４に高電圧が印加されることを防ぐことができ、アンテナ素子切り替え手段４を構成する電子部品の特性劣化や破壊を防止することができる。よって、小型で高性能なチューナブルアンテナ１００を得ることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るチューナブルアンテナ２００の構成を示す概略図である。図４に示すように、チューナブルアンテナ２００は、距離Ｌ2が制限されず、すなわちアンテナ素子切り替え手段４がアンテナ素子３に接続される位置が制限されず、位相回転手段６をアンテナ素子３とアンテナ素子切り替え手段４との間に更に備えること以外は、第１実施形態に係るチューナブルアンテナ１００と同一の構成であるので説明を省略する。
【００２８】
位相回転手段６は、例えば、図５（ａ）に示すように、ＰＣＢやＦＰＣ等のプリント基板に印刷されたパターンから構成される。また、位相回転手段６は、整合回路によって形成されていてもよい。この整合回路は、整合回路２と同様の構成でよい。位相回転手段６によってずれる電圧の位相をωとすると、ωがπ／２×ｎであることが好ましい。それにより、アンテナ素子切り替え手段４が位相回転手段６を介してアンテナ素子３に接続される箇所が電圧分布の定在波の腹となる箇所であっても、位相回転手段６により電圧の位相が定在波の腹以外にずらされるため、アンテナ素子切り替え手段４に高電圧が印加されることを防ぐことができる。
【００２９】
また、図５（ｂ）に示すように、位相回転手段６のパターンを更に細分化し、０Ωジャンパ７で接続する事により、パターン長の調整が容易になり、不要なスタブが形成されるのを防ぐことができる。さらに、０Ωジャンパ７の代わりに、インダクタやキャパシタを用いてもよい。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、チューナブルアンテナ２００は、位相回転手段６をアンテナ素子３とアンテナ素子切り替え手段４との間に備えることで、アンテナ素子３上の電圧分布が定在波の腹となる箇所にアンテナ素子切り替え手段４が接続されていても、その間に接続された位相回転手段６によって経路が追加されることで電圧の位相がずれる。そのため、アンテナ素子切り替え手段４に高電圧が印加されることを防ぐことができ、アンテナ素子切り替え手段４を構成する電子部品の特性劣化や破壊を防止することができる。よって、小型で高性能なチューナブルアンテナ２００を得ることができる。
【００３１】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係るチューナブルアンテナ３００の構成を示す概略図である。図６に示すように、チューナブルアンテナ３００は、位相回転手段６の代わりに周波数選択手段８をアンテナ素子３とアンテナ素子切り替え手段４との間に更に備えること以外は、第２実施形態に係るチューナブルアンテナ２００と同一の構成であるので説明を省略する。
【００３２】
周波数選択手段８は、所定の周波数帯の信号を通過させ、それ以外の周波数帯の信号は遮断する機能を有する。これにより、所望しない周波数帯でアンテナ素子切り替え手段４に高電圧が印加されることを防ぐことができる。周波数選択手段８は、例えば、図７（ａ）に示すように、インダクタとコンデンサから構成される直列共振を用いることができる。
【００３３】
また、周波数選択手段８は、図７（ｂ）に示すような素子の組み合わせによるローパスフィルタでもよい。周波数選択手段８は、その他、並列共振回路やハイパスフィルタなど同様の効果を得られるものであれば、その構成は限定されない。なお、周波数選択手段８を用いても、例えばアンテナ素子切り替え手段４により切り替えられる周波数帯とは関係のない周波数帯においては、切り替えの影響を受けることがなく、特性を保つことができる。
【００３４】
また、周波数選択手段８を用いて、位相回転手段としての機能を発揮させることもできる。すなわち、周波数選択手段８を備えることで追加された経路によって電圧の位相をずらすことができる。これにより、アンテナ素子切り替え手段４に高電圧が印加されることを防ぐことができる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、チューナブルアンテナ３００は、周波数選択手段８をアンテナ素子３とアンテナ素子切り替え手段４との間に備えることで、所望の周波数帯の信号を通過させ、それ以外の周波数帯の信号は遮断する。そのため、所望しない周波数帯において、アンテナ素子切り替え手段４に高電圧が印加されることを防ぐことができ、アンテナ素子切り替え手段４を構成する電子部品の特性劣化や破壊を防止することができる。よって、小型で高性能なチューナブルアンテナ３００を得ることができる。
【００３６】
（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係るチューナブルアンテナ４００の構成を示す概略図である。図８に示すように、チューナブルアンテナ４００は、位相回転手段６の代わりにインピーダンス調整手段９をアンテナ素子３とアンテナ素子切り替え手段４との間に更に備えること以外は、第２実施形態に係るチューナブルアンテナ２００と同一の構成であるので説明を省略する。
【００３７】
インピーダンス調整手段９は、アンテナ素子切り替え手段４の入力インピーダンスを調整するためのものであり、例えば、マッチング素子を図９（ａ）のように接続したもの（π型）や、図９（ｂ）のように接続したもの（Ｔ型）が考えられる。また、その他、同様の効果を得られるのであれば、その構成には限定されない。
【００３８】
ところで、アンテナ素子切り替え手段４に印加される電圧Ｖは、インピーダンスＲ、電力Ｐを用いると、以下の関係式を満たす。
［式１］  Ｖ2＝２ＲＰ
式１から理解されるように、印加電圧はインピーダンスの１／２乗に比例する。従って、アンテナ素子３とアンテナ素子切り替え手段４との間に、インピーダンス調整手段９を接続し、アンテナ素子切り替え手段４の入力インピーダンスを低下させるように調整することで、アンテナ素子切り替え手段４に印加される電圧を低下させることができる。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、チューナブルアンテナ４００は、インピーダンス調整手段９をアンテナ素子３とアンテナ素子切り替え手段４との間に備えることで、アンテナ素子切り替え手段４の入力インピーダンスを低下させることができる。そのため、アンテナ素子切り替え手段４に高電圧が印加されることを防ぐことができ、アンテナ素子切り替え手段４を構成する電子部品の特性劣化や破壊を防止することができる。よって、小型で高性能なチューナブルアンテナ４００を得ることができる。
【００４０】
また、各実施形態に係るチューナブルアンテナ４００の構成は、互いに組み合わせて用いてもよい。例えば、第１実施形態におけるアンテナ素子切り替え手段４の接続位置の特定、第２実施形態における位相回転手段６、第３実施形態における周波数選択手段８、第４実施形態におけるインピーダンス調整手段９を、適宜組み合わせてもよい。
【００４１】
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  給電部
２  整合回路
３  アンテナ素子
４  アンテナ素子切り替え手段
５  接地機構
６  位相回転手段
７  ０Ωジャンパ
８  周波数選択手段
９  インピーダンス調整手段
１００，２００，３００，４００  チューナブルアンテナ
Ｏ  給電点
Ｌ１  アンテナ素子の長さ
Ｌ２  アンテナ素子切り替え手段の設置位置のアンテナ素子の一端からの距離
Ｔ１  アンテナ素子の一端
Ｔ２  アンテナ素子の他端
【図１】
2016220169.tif 000003
【図２】
2016220169.tif 000004
【図３】
2016220169.tif 000005
【図４】
2016220169.tif 000006
【図５】
2016220169.tif 000007
【図６】
2016220169.tif 000008
【図７】
2016220169.tif 000009
【図８】
2016220169.tif 000010
【図９】
2016220169.tif 000011