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技術 ダイポール型の広帯域アンテナ

出願人 トムソンライセンシング
発明者 ミナールフィリップピントジャン-フランソワルージルアリジルベルトンフィリップロベールジャン-リュク
出願日 2006年4月13日 (14年10ヶ月経過) 出願番号 2008-507063
公開日 2008年9月11日 (12年5ヶ月経過) 公開番号 2008-537419
状態 特許登録済
技術分野 線状基本アンテナ
主要キーワード 導電性アーム USBユニット 電子回路カード 中心動作周波数 電子ボード 長方形部分 ホイップ型 ループ型アンテナ
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(2008年9月11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 (20)

課題

解決手段

本発明は、差動的給電される第1の導電性アーム(1)及び第2の導電性アーム(2)を備えたダイポール型のコンパクトな広帯域アンテナであって、第1のアーム(1)と呼ばれる一方のアームが、電子カードのための少なくとも1つのカバーを形成しているコンパクトな広帯域アンテナに関する。このタイプのアンテナは、PC又は同様のデバイス等の携帯型電子機器に接続される。

概要

背景

現在、市場では、地上ディジタルテレビジョン又はTNTラップトップコンピュータ又はPCにおいて受信することができる機器が存在する。TNT信号をラップトップ・コンピュータにおいて受信することによって、PCの演算能力ディジタル画像ストリーム復号のために使用することが可能になる。この機器は通常、2つのインタフェース、すなわち内部又は外部のVHFUHFアンテナに接続するためのRF(無線周波)インタフェースと、コンピュータに接続するためのUSBインタフェースとを備えた箱(box)の形態で販売されている。具体的には、このタイプの例が、MICROSOFT Corporation名義の特許文献1、又はACCTON Technology Corporation名義の特許文献2に記載されている。しかしながら、これら2つの文献においては、別個アンテナ、通常はUSBユニット上に取り付けられたホイップ型又はループ型アンテナを備えた装置が記載されている。

また、テレビジョン信号受信アンテナとして双極子(dipoles)を使用する方法は、長い間知られてきた。標準ダイポール・アンテナは一般に、顕著な点としてλ/4に等しい長さを有しており、互いの反対側に置かれた同一の2つのアームを備えている。これらのアームは発振器によって差動的給電される。このタイプのアンテナは電磁気学初期以来研究されてきており、特にUHF受信用に使用され、最近では、WLAN型無線ネットワークにおいても使用されている。

米国特許出願公開第2004/0263417号明細書
米国特許第6544075号明細書

概要

ダイポール型コンパクト広帯域アンテナを提供する。本発明は、差動的に給電される第1の導電性アーム(1)及び第2の導電性アーム(2)を備えたダイポール型のコンパクトな広帯域アンテナであって、第1のアーム(1)と呼ばれる一方のアームが、電子カードのための少なくとも1つのカバーを形成しているコンパクトな広帯域アンテナに関する。このタイプのアンテナは、PC又は同様のデバイス等の携帯型電子機器に接続される。

目的

従って、本発明は、このダイポール型アンテナコンセプトを使用して、UHF帯全体をカバーし、特にUSB型コネクタを使用することによって携帯型装置に接続することができる電子ボード付随したコンパクトな広帯域アンテナを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

差動的給電される第1の導電性アーム(1、10)及び第2の導電性アーム(2、20)を備えたダイポール型コンパクト広帯域アンテナであって、第1のアームと呼ばれる一方のアーム(1、10)が、電子カードのための少なくとも1つのカバーを形成していることを特徴とするコンパクトな広帯域アンテナ。

請求項2

前記第1のアーム(1)が、その中に前記電子カードが挿入される箱(10)の形状を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ

請求項3

前記第1のアームが、前記電子カードを覆う上面(1c)と2つの側面とを備えていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。

請求項4

前記第1のアームが、2つの側面(1d)をさらに備えていることを特徴とする、請求項3に記載のアンテナ。

請求項5

前記第1のアーム(1、10)及び前記第2のアーム(2、20)の各々が、前記アンテナの中心動作周波数におけるλ/4に等しい長さを有していることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のアンテナ。

請求項6

前記第1のアーム及び前記第2のアームが、互いに対して回転して取り付けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のアンテナ。

請求項7

前記アーム(1、2)の各々が、湾曲した輪郭を有する長方形の形状を全体として有していることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のアンテナ。

請求項8

前記第1のアーム(1、10)及び前記第2のアーム(2、20)が、それぞれを互いの中に折りたたむことを可能にする相補的な輪郭を有していることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のアンテナ。

請求項9

前記電子カード(100)が、一端に、前記アンテナに給電するための接続ポートを備えており、他端に、電子機器への接続ポートを備えていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のアンテナ。

請求項10

前記電子機器への前記接続ポートが、USB接続ポート(105)であることを特徴とする請求項9に記載のアンテナ。

請求項11

前記電子カードが、テレビジョン型信号を処理するための回路を備えていることを特徴とする請求項9又は10に記載のアンテナ。

技術分野

0001

本発明は、ダイポール型広帯域アンテナに関し、より詳細には、テレビジョン信号を受信するためのアンテナ、特に、ラップトップコンピュータPVA(パーソナルアシスタント)又は他の同様の装置等の携帯型電子機器において、ディジタル・テレビジョン信号を受信するためのアンテナに関する。

背景技術

0002

現在、市場では、地上ディジタルテレビジョン又はTNTをラップトップ・コンピュータ又はPCにおいて受信することができる機器が存在する。TNT信号をラップトップ・コンピュータにおいて受信することによって、PCの演算能力ディジタル画像ストリーム復号のために使用することが可能になる。この機器は通常、2つのインタフェース、すなわち内部又は外部のVHFUHFアンテナに接続するためのRF(無線周波)インタフェースと、コンピュータに接続するためのUSBインタフェースとを備えた箱(box)の形態で販売されている。具体的には、このタイプの例が、MICROSOFT Corporation名義の特許文献1、又はACCTON Technology Corporation名義の特許文献2に記載されている。しかしながら、これら2つの文献においては、別個のアンテナ、通常はUSBユニット上に取り付けられたホイップ型又はループ型アンテナを備えた装置が記載されている。

0003

また、テレビジョン信号の受信アンテナとして双極子(dipoles)を使用する方法は、長い間知られてきた。標準ダイポール・アンテナは一般に、顕著な点としてλ/4に等しい長さを有しており、互いの反対側に置かれた同一の2つのアームを備えている。これらのアームは発振器によって差動的給電される。このタイプのアンテナは電磁気学初期以来研究されてきており、特にUHF受信用に使用され、最近では、WLAN型無線ネットワークにおいても使用されている。

0004

米国特許出願公開第2004/0263417号明細書
米国特許第6544075号明細書

発明が解決しようとする課題

0005

従って、本発明は、このダイポール型アンテナコンセプトを使用して、UHF帯全体をカバーし、特にUSB型コネクタを使用することによって携帯型装置に接続することができる電子ボード付随したコンパクトな広帯域アンテナを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、差動的に給電される第1及び第2の導電性アームを含むダイポール型の広帯域アンテナに関する。本発明によれば、第1のアームと呼ばれる一方のアームは、電子カードのための少なくとも1つのカバーを形成する。

0007

第1の実施形態によれば、第1のアームは、その中に電子カードが挿入される箱の形状を有する。

0008

第2の実施形態によれば、第1のアームは、電子カードを覆う上面を備えている。この上面に2つの側面を結合させることができる。

0009

第1及び第2のアームは、互いに対して回転して取り付けられており、それぞれのアームは、湾曲した輪郭を有する長方形の形状を全体として有することが好ましく、それらの輪郭は、互いに対して両方のアームを折りたたむことができ、それ故にコンパクトで容易に携帯可能なアンテナを得ることができるように、相補的であることが好ましい。

0010

本発明の1つの特徴によれば、電子カードが、一端に、アンテナに給電するための接続ポートを備えており、他端に、電子機器への接続ポートを備えている。電子機器への接続ポートは、USB接続ポートであることが好ましい。さらに、この電子カードは、テレビジョン型信号を処理するための回路を備えている。

発明を実施するための最良の形態

0011

本発明の特徴及び利点は、上記以外のものを含めて、添付図面を参照して理解される種々の実施形態の記載によって明らかとなろう。説明を分かりやすくするため、同一の構成要素は、各図において同一の参照符号を有する。

0012

最初に、図1及び2を参照して、ラップトップ・コンピュータにおいて地上ディジタル・テレビジョンを受信するのに使用可能である、本発明に基づくコンパクトな広帯域アンテナの第1の実施形態を説明する。

0013

図1及び2に概略的に示されているように、このダイポール型アンテナは、第1の導電性アーム1及び第2の導電性アーム2を必須の要素として備えており、これらのアームは、それぞれのアームの一端に位置する継ぎ目ゾーン3によって互いに接続されている。

0014

具体的には、アーム2は、導電性金属材料、金属で被覆された材料又は他の材料から形成された長方形のプレートによって構成されており、中心動作周波数におけるλ/4近傍の長さ、すなわちUHF帯(460MHzから870MHzまでの帯域)における動作においては112mm近傍の長さを有する。アーム2は、直線部分2aと、ゾーン3のレベルにおいてもう片方のアーム1に接続することを可能にする曲線部分2bとを有する。アーム1は、後に詳細に説明する電子カードのためのカバーとして少なくとも使用可能であるような形状を有する。

0015

具体的には、図1及び2に示されたアーム1は、上記のカードがその中に挿入可能なユニットを形成する長方形部分1aを備えており、さらに、エネルギーを徐々に放射することを可能にし、このようにして、より大きな周波数帯に対してインピーダンス整合を高めるような、次第に薄くなる部分を形成している曲線部分1bを有することによって伸長している。アーム1の長さも、顕著な点としてλ/4に等しくなっている。アーム1は、金属材料、金属で被覆された材料又は他の材料から形成されている。

0016

図1に示されているように、アーム1及びアーム2は、ほぼ同一の全長、すなわち本実施形態においては、118.7mmの長さを有する。より具体的には、直線部分において、長さは70mmであって幅は25mmである。また、箱形のアーム1の高さは10mmである。2つのアーム1及び2は、電磁信号処理用の発振又は受信回路にこのアンテナを接続可能にする接続要素を3aに備えた継ぎ目ゾーン3のレベルにおいて、互いに連結されている。アンテナの電磁気的な動作を妨げないように、継ぎ目ゾーンが、電波に対する透過性が比較的高い材料を使用して形成された接続要素を備えている一方、電気的な接続が、電磁信号の処理用の発振又は受信回路に接続された金属撚線同軸ケーブル又は同様のケーブルによってなされる。金属撚線とアーム2との間の短絡を防止するため、アーム2には開口が必要となっている。

0017

前述したように、2つのアーム1及び2は、導電材料、特に金属材料から形成されている。従って、これらのアームは、金属プレート切断加工することによって形成可能である。

0018

上記のサイズを有する図2のアンテナについて、市販の電磁気ソフトウェアIE3D)を使用してシミュレーションを実施した。これらのシミュレーションにおいては、アンテナは空気中にあり、良好な導電率(σ≧5×107S/m)を有する導電材料によって構成されているとした。これらのシミュレーションの結果が、主に、単独のアンテナに対して実施されたシミュレーションと、図11を参照して説明するようなインピーダンス整合回路にアンテナが接続されている場合に実施されたシミュレーションとに関する図3から図6までの曲線によって示されている。

0019

図3は、インピーダンス整合回路を有する図2のアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していない図2のアンテナのインピーダンス整合曲線を示す。これらの曲線によって示されているように、インピーダンス整合セルは、UHF帯全体、すなわち460〜870MHzの周波数帯にわたって良好なインピーダンス整合を得ることができるのに対して、インピーダンス整合回路なしで得られた曲線においては、より限定された周波数帯でしか良好なインピーダンス整合を得ることができない。このことは、図4スミス・チャート(Smith abacus)で裏付けられる。

0020

図5は、インピーダンス整合回路を有するアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していないアンテナの効率を示す曲線を示す。得られた曲線は、前の結果を裏付けており、インピーダンス整合回路を使用した場合、UHF帯域全体にわたって80%を超えるアンテナ効率が得られることを示している。

0021

図6指向性図は、図2のアンテナが双極子(dipole)として作動することを確認する指向性利得図である。

0022

前述したように、アンテナのアーム2は、最適な受信が得られる方向にアンテナを向けるようなやり方で、アーム1に対して回転して取り付けられている。図7においては、アーム1に対するアーム2の様々な位置が示されており、これらはすなわち、2つのアーム間の角度αが0°に等しい参照符号20で示された位置と、2つのアーム間の角度αが顕著な点として30°に等しい参照符号21で示された位置と、2つのアーム間の角度αが顕著な点として45°に等しい参照符号22で示された位置と、2つのアーム間の角度αが顕著な点として60°に等しい参照符号23で示された位置と、2つのアーム間の角度αが顕著な点として90°に等しい参照符号24で示された位置とである。

0023

アーム1に対するアーム2の傾きの影響を決定するため、アームの様々な位置に関してシミュレーションが実施された。これらのシミュレーションの結果をそれぞれ図8、9及び10に示す。

0024

図8は、アーム2の様々な位置における、周波数に依存するインピーダンス整合を表す種々の曲線を示す。このアンテナについては、本来、角度αの値が小さい場合に高い周波数においてインピーダンス整合し、角度αの値が大きい場合には低い周波数においてインピーダンスが整合することに留意されたい。実際、角度α=0°の場合には低周波数において、角度α=90°の場合には高周波数において、電場Eを容易に確立することができる。

0025

図8は、アンテナ単独の場合の結果を示す。この場合、このアンテナにおいては、UHF周波数全体にわたってインピーダンスが整合してはいない。図11に示されたようなインピーダンス整合セルを使用した場合には、図9のインピーダンス整合曲線が得られる。これらの曲線によれば、高帯域においては、アーム2の全ての位置に対して−6dBよりも小さい係数S11を有する良好なインピーダンス整合が得られ、低帯域においては、0°から60°までの間のアーム2の位置に対して、−6dBよりも小さいS11を有する良好なインピーダンス整合が得られる。

0026

さらに、図10は、このアンテナのアーム2の様々な位置における周波数が660MHzである場合の指向性図を示す。これらの指向性図は、傾斜角αだけ傾けられている。この傾斜によって、ディジタル・テレビジョン信号の受信を最適化することができる。

0027

本発明において使用することができるインピーダンス整合セルが、図11に概略的に示されている。この図においては、アンテナAが、インダクタLとコンデンサCとによって構成されたセルに接続されている。このアンテナは、低雑音増幅器LNAに接続されたコンデンサCと直列に接続されており、インダクタLは、アースとアンテナのコンデンサCへの接続点との間に取り付けられている。

0028

良好なインピーダンス整合を得るため、コンデンサC及びインダクタLの値は、C=5pF及びL=15nH等となっている。このインピーダンス整合セルは、60°に等しい角度αに傾けられたアームに対して最適化された。

0029

次に、図12、13及び14を参照して、本発明の第1の実施形態における変更態様を説明する。図12に示すように、この態様においては、アンテナが、図2のアーム2と同一のアーム2と、図2のアーム1を形成している箱の上面12だけによって構成されたアーム1とを含む。この態様においては、図13及び14にそれぞれ示されたインピーダンス整合曲線及び効率曲線が得られる。図12のアンテナのインピーダンス整合を図2のアンテナの場合と比較した図13の曲線は、UHF帯全体にわたって良好なインピーダンス整合が依然として得られることを示している。図14の曲線は、この態様においては、図2のアーム1の側壁及び底壁が除去されていることによって、低帯域において図12のアンテナの効率が図2のアンテナの効率よりも低くなっていることを示している。

0030

次いで、図15、16及び17を参照して、本発明の第3の実施形態を説明する。この形態においては、アーム2が、図2及び12のアンテナのアーム2と同一であり、アーム1が、上面1c及び側面1dだけを備えている。この形態において、アーム1は、電子カードの上にはめ込まれるカバーを形成する。図16及び17に示されたシミュレーション結果によれば、この実施形態が、顕著な点として図2の実施形態と同様の結果を与えることが示される。この第3の実施形態は、図2の実施形態よりも容易に産業化することができるという利点を有する。

0031

次いで、図18を参照して、本発明に基づくアンテナの他の実施形態を説明する。この形態においては、アーム10が、部分10cが得られるようにその上面が押しつぶされた長方形の箱の形状を有する要素によって構成される。この押しつぶされた部分は、持ち運ぶためにアーム20を折りたたむ際、アーム20を受け入れることができる。アーム20は、半楕円に対応する形状を有する。アーム10及びアーム20の寸法は顕著な点として同一であり、必要な動作周波数における約λ/4に相当している。他の図の形態と同様に、アーム10とアーム20とは、相互接続ゾーン30のレベルにおいて、互いに対して回転することができるような方法で相互に接続される。

0032

次に、図19を参照して、本発明に基づく電子カードの一実施形態を説明する。この実施形態においては、アンテナのアーム1が、この電子カードのためのカバー又は箱を形成する。この電子カードは、ディジタル・テレビジョン信号の処理に必要な全ての集積回路を含むことができる。図19に示すように、このカード100は、従って、アンテナの回転ゾーン3又は30のレベルにおいてアンテナの出力に接続された低雑音増幅器101を備えており、LNA増幅器からの信号は、同調器102に送信され、次いでUSBインタフェース104に接続された復調器103に送信される。この電子カードは、USB接続ポート105を備えていることを特徴とする。必要ならば、この電子カードは、RE部分の遮蔽を備えることも可能である。

0033

例えばメモリ・カードに対して使用されるフォーマット(Compact Flash、SD、XD等)のような、電子機器への接続を可能にする他のタイプの接続ポートを使用することもできることは、当業者にとって明らかである。

0034

上述した電子回路カードは、図2に示したような箱を形成するアーム1の中に容易に挿入することができるように、70〜80mmの長さ及び15〜25mmの幅を有するように作製され得る。

0035

上述した電子カードは、本発明の形態において使用可能な電子カードの一例を構成するものでしかないことは明らかである。変更態様として、このカードを、個人的なデータ、写真又は音楽を持ち運ぶために使用される標準的なUSBキー(key)に組み込むことも可能である。

図面の簡単な説明

0036

本発明によるアンテナにおける第1の実施形態の側面斜視図である。
図1のアンテナの斜視図である。
インピーダンス整合回路を有する図2のアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していない図2のアンテナにおける、周波数の関数としてのインピーダンス整合曲線S11を示す図である。
インピーダンス整合回路を有する図2のアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していない図2のアンテナのスミス・チャートを示す図である。
インピーダンス整合回路を有するアンテナ及びインピーダンス整合回路を有していないアンテナの効率を周波数に対して示す曲線を示す図である。
図2のアンテナの指向性利得図である。
第2のアームが様々な位置を取っている、図1と同一の図である。
図7に示されたアーム2の様々な位置において、インピーダンス整合を周波数に対して示す曲線を示す図である。
図7に示されたアーム2の様々な位置において、アンテナの後にインピーダンス整合回路が設けられた場合のインピーダンス整合を、周波数に対して示す曲線を示す図である。
アーム2の様々な位置における、図7のアンテナの指向性利得図である。
アンテナの出力位置に設けられたインピーダンス整合回路を概略的に示す図である。
本発明によるアンテナの第2の実施形態を概略に示す斜視図である。
図12のアンテナのインピーダンス整合を周波数に対して示す曲線を、図2のアンテナとの比較において示す図である。
図12のアンテナのアンテナ効率を周波数に対して示す曲線を、図2のアンテナとの比較において示す図である。
本発明の第3の実施形態を概略的に示す斜視図である。
図15のアンテナのインピーダンス整合を周波数に対して示す曲線を、図2のアンテナとの比較において示す図である。
図15のアンテナのアンテナ効率を周波数に対して示す曲線を、図2のアンテナとの比較において示す図である。
本発明の第4の実施形態を概略的に示す斜視図である。
本発明において使用される電子カードの概略図である。

符号の説明

0037

1 第1の導電性アーム
1a長方形部分
1b曲線部分
1c 上面
1d 側面
2 第2の導電性アーム
2a 直線部分
2b 曲線部分
3継ぎ目ゾーン
10、20アーム
30相互接続ゾーン
100電子カード
101低雑音増幅器
102同調器
103復調器
104USBインタフェース
105USB接続ポート

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