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技術 アンテナ装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 永富義孝湯田直毅岳山基之尾関浩明
出願日 2004年12月13日 (16年2ヶ月経過) 出願番号 2004-359417
公開日 2006年6月29日 (14年7ヶ月経過) 公開番号 2006-173697
状態 未査定
技術分野 受信機の入力回路等
主要キーワード 広帯域回路 高次高調波成分 直列接続構成 補正容量 インピーダンス変換素子 負荷端 信号源インピーダンス 帯域内偏差
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年6月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

本発明は、デジタルテレビなどの広帯域特性を必要とするアンテナ装置に関するものであり、アンテナ装置の広帯域化を目的とする。

解決手段

特に、アンテナ素子7と、このアンテナ素子7の給電点に接続された広帯域化回路10と、この広帯域化回路10に接続されたインピーダンス整合回路11とを備え、広帯域化回路10を集中定数素子15,16を用いて形成したものであり、この構成によれば、アンテナ素子から入出力ポートに至る信号経路中にLCの並列回路によるなどの減衰極が発生する因子を排除でき、アンテナ装置の広帯域化が実現できる。

概要

背景

近年、無線通信信号デジタルテレビに見られるよう、その周波数帯域広帯域化が進んでおり、この様な無線通信信号の広帯域化においては、その信号を受信するアンテナ装置における周波数帯域の広帯域化が必要となる。

そこで、アンテナ装置を広帯域化するにあたっては、図3に示されるようにアンテナ装置を構成するアンテナ素子1にバンドパスフィルタ(以下、BPFと称する)特性を有する広帯域化回路2を付加する手法が知られており、その具体的構成としては特に図示していないが、誘電体からなる積層体内層部分に設けられた複数のストリップライン3を磁界結合させることによって積層型のBPFを形成し、この積層型BPFの表面にアンテナ素子1を配置し、それらをビアホールなどを用いて接続する構造が提案されている。

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、例えば、特許文献1が知られている。
特開2003−258547号公報

概要

本発明は、デジタルテレビなどの広帯域特性を必要とするアンテナ装置に関するものであり、アンテナ装置の広帯域化を目的とする。特に、アンテナ素子7と、このアンテナ素子7の給電点に接続された広帯域化回路10と、この広帯域化回路10に接続されたインピーダンス整合回路11とを備え、広帯域化回路10を集中定数素子15,16を用いて形成したものであり、この構成によれば、アンテナ素子から入出力ポートに至る信号経路中にLCの並列回路によるなどの減衰極が発生する因子を排除でき、アンテナ装置の広帯域化が実現できる。

目的

そこで、本発明はこのような問題を解決し、アンテナ装置の広帯域化を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

アンテナ素子と、このアンテナ素子の給電点に接続された広帯域化回路と、この広帯域化回路に接続されたインピーダンス整合回路とを備え、前記広帯域化回路を集中定数素子を用いて形成したことを特徴とするアンテナ装置

請求項2

広帯域化回路を一端が接地されたコンデンサ素子インダクタンス素子との並列共振回路を用いて形成したことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。

請求項3

広帯域化回路を複数並列接続するとともに、前記隣り合う並列共振回路間にインピーダンス整合回路を設けたことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ装置。

請求項4

複数の広帯域化回路を並列接続することによる通過帯域特性において帯域内偏差の大きい周波数領域にアンテナ素子における共振周波数を設定したことを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。

技術分野

0001

本発明は、デジタルテレビなどの広帯域特性を必要とするアンテナ装置に関する。

背景技術

0002

近年、無線通信信号はデジタルテレビに見られるよう、その周波数帯域広帯域化が進んでおり、この様な無線通信信号の広帯域化においては、その信号を受信するアンテナ装置における周波数帯域の広帯域化が必要となる。

0003

そこで、アンテナ装置を広帯域化するにあたっては、図3に示されるようにアンテナ装置を構成するアンテナ素子1にバンドパスフィルタ(以下、BPFと称する)特性を有する広帯域化回路2を付加する手法が知られており、その具体的構成としては特に図示していないが、誘電体からなる積層体内層部分に設けられた複数のストリップライン3を磁界結合させることによって積層型のBPFを形成し、この積層型BPFの表面にアンテナ素子1を配置し、それらをビアホールなどを用いて接続する構造が提案されている。

0004

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、例えば、特許文献1が知られている。
特開2003−258547号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、このように広帯域化されたアンテナ装置においては、BPFを形成するストリップライン3間の磁界結合4が、等価的にアンテナ素子1から入出力ポート5に至る信号経路中に直列に接続されたLCの並列共振回路6を形成してしまうため、この並列共振回路6の共振周波数においてアンテナ装置の通過特性減衰極を形成してしまい、結果としてこの減衰極の存在によりアンテナ装置の広帯域化が困難なものとなっていた。

0006

そこで、本発明はこのような問題を解決し、アンテナ装置の広帯域化を目的とする。

課題を解決するための手段

0007

この目的を達成するために本発明は、アンテナ装置を構成するアンテナ素子に接続される広帯域化回路を集中定数素子で形成したのである。

発明の効果

0008

この構成によれば、アンテナ素子から入出力ポートに至る信号経路中にLCの並列回路によるなどの減衰極が発生する因子を排除でき、アンテナ装置の広帯域化が実現できるのである。

発明を実施するための最良の形態

0009

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。

0010

図1は本発明のアンテナ装置を示す回路図であり、λ/4モノポール型のアンテナ素子7の給電点8と入出力ポート9の間に広帯域化回路10とインピーダンス整合回路11を順に接続した構成となっている。

0011

また、インピーダンス整合回路11はアンテナ素子7のインピーダンスと一致させ、λ/4モノポール型のアンテナ素子7と等価的に等しくなるよう、コンデンサ素子12とインダクタ素子13の直列体をアンテナ素子7の通過帯域を決める共振特性と一致させ、入出力ポート9とグランド間に接続された抵抗素子14をアンテナ素子7の放射抵抗と一致させた構造としている。

0012

そして、広帯域化回路10は集中定数素子であるインダクタ素子15とコンデンサ素子16の並列共振回路17を用いて形成しており、この並列共振回路17の一端をアンテナ素子7の給電点8に接続し他端をアース接続した構造とすることにより、所定の帯域幅を持ったBPF特性を形成し、アンテナ素子7と広帯域化回路10を組み合わせることによりアンテナ素子7により得られる通過帯域特性と広帯域化回路10により得られるBPF特性が複合され、アンテナ装置としての広帯域化を実現する構成としている。

0013

すなわち、このように広帯域化回路10を集中定数素子からなる並列共振回路17を用いて形成することにより、特性の周波数帯域のみを選択的に通過させることができる上に、上述した従来の図3に示すストリップライン3の磁界結合4による広帯域化回路10のようなアンテナ素子1から入出力ポート5に至る信号経路中にLCの並列共振回路6の直列接続構成がなくなり、これによりアンテナ装置の周波数特性における減衰極の発生が防止され、結果としてアンテナ装置の広帯域化が容易となるのである。

0014

また、図3に示すアンテナ装置に用いられていたストリップライン3は分布定数素子であるため、2次高調波や3次高調波といった高次高調波成分が問題となるのであるが、図1に示す実施形態のアンテナ装置のようにインダクタ素子15やコンデンサ素子16といった集中定数素子を用いていることから高次高調波成分が発生せず、この点に関しても従来の構成に比べ高性能なものとできるのである。

0015

さらに、この図1に示すアンテナ装置を構成した場合、インピーダンス整合回路11を形成するインダクタ素子13のインダクタンス値が大きくなってしまうことから、生産段階におけるバラツキの影響を受けやすくなってしまい、アンテナ装置の量産における特性バラツキの原因となるため、このインダクタ素子13とコンデンサ素子12の直列体からなるインピーダンス整合回路11を図2に示すように一端がアース接続されたインダクタ素子18とコンデンサ素子19の並列共振回路20からなる広帯域化回路25に変換し、アンテナ装置としては広帯域化回路10に対して広帯域化回路25を並列接続した構成とし、この前後にインピーダンス変換素子21となるコンデンサ素子22やインダクタ素子23を適宜配置することにより、先に述べた図1のインダクタ素子13のインダクタンス値を70%程度小さな値に変換でき、アンテナ装置の量産時における特性バラツキを抑制できるのである。

0016

そして、この図2に示されるようなアンテナ装置を設計する場合、アンテナ素子7の共振周波数と広帯域化回路10,25の共振周波数の関係を見た場合、アンテナ素子7の共振周波数と広帯域化回路25の共振周波数は、アンテナ素子7を信号源インピーダンスとして、また広帯域化回路25を負荷端インピーダンスとして広帯域化回路10を含めてバンドパスフィルタの設計手法を適用しているため、それらは略同一周波数となる。

0017

そして、アンテナ素子7の共振周波数より高域に現れる並列共心周波数を所望の帯域からできるだけ高域に設定するため、もともとアンテナ素子7の共振周波数を所望の帯域の中心周波数より高く設定しているため、所望の周波数帯域をカバーするための広帯域化回路10の共振周波数はアンテナ素子7の共振周波数やインピーダンス整合回路11の共振周波数より低く設定されることになる。

0018

しかし、この場合においてはアンテナ素子7の帯域内偏差が小型化しているアンテナ素子7の等価インダクタンス等価容量や等価放射抵抗値に決定され大きくなってしまうことから実用上問題が生じてしまう為、この帯域内偏差を改善することが重要となる。

0019

そこで、この帯域内偏差を改善するにあたっては、図2の広帯域化回路25の出力端側に位置するコンデンサ素子22の容量を大きくするとともに、広帯域化回路10と広帯域化回路25の間に位置するインダクタ素子23の値を小さくすることにより帯域内偏差を小さくすることができるのである。

0020

すなわちコンデンサ素子22の容量を大きくした場合、広帯域化回路のコンデンサ素子19がコンデンサ素子22の補正容量を付加することにより減少し、また、インダクタ素子23の値を小さくした場合、インダクタンス素子15やインダクタンス素子18は補正インダクタンスを付加することにより増加することとなる。

0021

そこで、広帯域化回路10,25のもともとの共振周波数やサセプタンススロープパラメータを維持するため、インダクタンス素子15やインダクタンス素子18の値を減少させ、コンデンサ素子19の値を増加させるのであるが、その際、もともと所望の周波数帯域において最も共振周波数の低い広帯域化回路10の共振周波数(f2)に対して、アンテナ素子7の共振周波数(f1)をより高く設定するとともに、広帯域化回路25の共振周波数(f3)をさらに高く設定すること、つまりf2<f1<f3の関係を構築することにより、アンテナ装置の周波数帯域において帯域内偏差を小さくすることができる。

0022

さらに、アンテナ素子7の共振周波数f1を2つの広帯域回路10,25の共振周波数f2,f3の間に配置する場合、この2つの広帯域化回路10,25の共振周波数f2,f3によって形成されるBPF特性における帯域内偏差の大きくなる周波数領域にアンテナ素子7の共振周波数f1を設定することにより、さらにアンテナ装置としての帯域内偏差を抑制することができるのである。

0023

なお、入出力ポート9の後段に示された抵抗24は、アンテナ装置の後段に接続されるRFICなどの負荷抵抗を表したものであり、通常このような高周波信号系のシステムにおいては50オームに設定されるものである。

0024

本発明に係るアンテナ装置によれば、アンテナ装置の広帯域化ができるという効果を有し、特にデジタルテレビなどの広帯域特性を要するシステムにおいて有用となる。

図面の簡単な説明

0025

本発明のアンテナ装置を示す等価回路図
他の実施形態におけるアンテナ装置を示す等価回路図
従来のアンテナ装置を示す等価回路図

符号の説明

0026

7アンテナ素子
8給電点
10広帯域化回路
11インピーダンス整合回路
15インダクタンス素子(集中定数素子)
16コンデンサ素子(集中定数素子)
17 並列共振回路

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