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技術 周波数微調整機構付きアンテナ

出願人 株式会社フェニックスソリューション
発明者 杉村詩朗
出願日 2019年2月28日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2019-035460
公開日 2020年9月3日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-141259
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 可変キャパシター 同軸伝送線 簡易モデル パターンデザイン 実装空間 通信バンド ループ導体 微調整機構
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(2020年9月3日)のものです。
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図面 (7)

課題

ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナ共振周波数制作後に簡単に微調整することのできる周波数微調整機構付きアンテナを提供する。

解決手段

共振周波数を電波の周波数よりやや高くなるよう設定したループアンテナ11またはヘンテナ23の第1の長辺12に一辺が接続された直方体形状の導体板18を備え、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dを調整することにより、ループアンテナ11またはヘンテナ23の共振周波数を電波の周波数と一致するよう微調整する。

概要

背景

ループアンテナ共振周波数微調整することは以前から行われている。

特許文献1(特開2010−98742号公報)には、インピーダンス同調間隙を含むループアンテナが記載されており、第1の間隙における第1の導電体及び第2の導電体の対向する部分は信号給電点画定し得、第2の間隙における第1の導電体及び第2の導電体はインピーダンス同調構成を有し得る。第2の間隙は、第1の間隙と円周方向に90度未満だけ、離間させ得、第2の間隙は、所定のインピーダンスをもたらすために第1の間隙よりも多いことがあり得る。同軸伝送線は、ループ導体に対する給電差込みを形成し得ることが記載されている。

特許文献2(特開2017−225015号公報)には、複数の通信バンド通信信号に対して適切な特性調整を実現するアンテナ装置が記載されている。アンテナ装置は、誘電体基板スロット導体給電導体、複数の第1の整合素子、および、複数の第2の整合素子を備える。スロット導体は、誘電体基板の表面に形成されている。給電導体は、スロット導体の開口内に形成されている。複数の第1の整合素子は、給電導体に接続され、スロット導体の形状に基づく第1周波数を調整する。複数の第2の整合素子は、スロット導体に接続され、第1周波数よりも高周波数でスロット導体の形状に基づく第2周波数を調整することが記載されている。

特許文献3(特表2010−536304号公報)は、共振周波数可変型アンテナであって、可変キャパシターにより共振周波数を変更可能なループアンテナを用いて、携帯放送サービス帯域であるT−DMB及びDVB−Hのように動作周波数が低く、広い周波数帯域幅を持たせ、様々なチャンネルを選択して受信可能にする共振周波数可変型アンテナに関する。特に、限られた実装空間に2つの異なるサービス帯域(T−DMB及びDVB−H)を利用可能なアンテナを実現し、独立して動作させて、2つのサービス帯域で高品質の携帯放送サービスを提供することができると記載されている。

概要

ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナの共振周波数を制作後に簡単に微調整することのできる周波数微調整機構付きアンテナを提供する。共振周波数を電波の周波数よりやや高くなるよう設定したループアンテナ11またはヘンテナ23の第1の長辺12に一辺が接続された直方体形状の導体板18を備え、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dを調整することにより、ループアンテナ11またはヘンテナ23の共振周波数を電波の周波数と一致するよう微調整する。

目的

特に、限られた実装空間に2つの異なるサービス帯域(T−DMB及びDVB−H)を利用可能なアンテナを実現し、独立して動作させて、2つのサービス帯域で高品質の携帯放送サービスを提供する

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

絶縁基板上に形成された長方形ループアンテナと、一辺が前記ループアンテナの一方の長辺に接続された直方体形状の導体板と、を含み、前記ループアンテナは、前記ループアンテナの共振周波数電波周波数の1.1倍から1.5倍までの範囲となるように設定され、前記導体板の前記一辺に対向する他辺と前記ループアンテナの他方の長辺との間隔を調整することにより、前記ループアンテナの共振周波数を調整する、周波数微調整機構付きアンテナ

請求項2

前記ループアンテナの給電部は、長方形の短辺に配置される、請求項1記載の周波数微調整機構付きアンテナ。

請求項3

前記ループアンテナは、ヘンテナであって、前記ヘンテナは、送受信する電波の波長をλとして、長辺が1/2λ−R、および短辺が1/6λの長方形のエレメントで構成され、対向する長辺上でともに一方の短辺から1/6λの2つの点を接続した導線上に給電部が配置され、前記Rは、前記ヘンテナの共振周波数が前記電波の周波数の1.1倍から1.5倍までの範囲となるように設定される、請求項1または2に記載の周波数微調整機構付きアンテナ。

請求項4

前記導体板は、一辺が前記一方の長辺に固定接続され、前記絶縁基板と前記導体板との間の角度を調整することにより、前記導体板の他辺と前記ループアンテナの他方の長辺との間隔が調整される、請求項1から3のいずれか1項に記載の周波数微調整機構付きアンテナ。

請求項5

前記導体板上の前記一方の長辺から所定の距離離間した位置に、前記導体板と前記絶縁基板との少なくとも一方に孔が形成され、前記孔にネジ部が形成され、前記ネジ部にビスが挿入され、前記ビスを回転させることにより、前記絶縁基板と前記導体板との間の角度が調整される、請求項1から4のいずれか1項に記載の周波数微調整機構付きアンテナ。

技術分野

0001

本発明は、ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナ共振周波数微調整できる周波数微調整機構を備えた、周波数微調整機構付きアンテナに関する。

背景技術

0002

ループアンテナの共振周波数を微調整することは以前から行われている。

0003

特許文献1(特開2010−98742号公報)には、インピーダンス同調間隙を含むループ・アンテナが記載されており、第1の間隙における第1の導電体及び第2の導電体の対向する部分は信号給電点画定し得、第2の間隙における第1の導電体及び第2の導電体はインピーダンス同調構成を有し得る。第2の間隙は、第1の間隙と円周方向に90度未満だけ、離間させ得、第2の間隙は、所定のインピーダンスをもたらすために第1の間隙よりも多いことがあり得る。同軸伝送線は、ループ導体に対する給電差込みを形成し得ることが記載されている。

0004

特許文献2(特開2017−225015号公報)には、複数の通信バンド通信信号に対して適切な特性調整を実現するアンテナ装置が記載されている。アンテナ装置は、誘電体基板スロット導体給電導体、複数の第1の整合素子、および、複数の第2の整合素子を備える。スロット導体は、誘電体基板の表面に形成されている。給電導体は、スロット導体の開口内に形成されている。複数の第1の整合素子は、給電導体に接続され、スロット導体の形状に基づく第1周波数を調整する。複数の第2の整合素子は、スロット導体に接続され、第1周波数よりも高周波数でスロット導体の形状に基づく第2周波数を調整することが記載されている。

0005

特許文献3(特表2010−536304号公報)は、共振周波数可変型アンテナであって、可変キャパシターにより共振周波数を変更可能なループアンテナを用いて、携帯放送サービス帯域であるT−DMB及びDVB−Hのように動作周波数が低く、広い周波数帯域幅を持たせ、様々なチャンネルを選択して受信可能にする共振周波数可変型アンテナに関する。特に、限られた実装空間に2つの異なるサービス帯域(T−DMB及びDVB−H)を利用可能なアンテナを実現し、独立して動作させて、2つのサービス帯域で高品質の携帯放送サービスを提供することができると記載されている。

先行技術

0006

特開2010−98742号公報
特開2017−225015号公報
特表2010−536304公報

発明が解決しようとする課題

0007

特許文献1に記載のループ・アンテナでは、周波数の微調整(例えば、アンテナ製造後の周波数トリミング)は、アブレーションまたは他の方法により、第2の間隙の幅を調節することによって実現することができる。しかし、アンテナ製造後の周波数トリミングのために第2の間隙を調整するためにはトリミング装置などが必要であり、困難である。

0008

特許文献2に記載のアンテナ装置では、キャパシタである第1の整合素子とインダクタである第2整合素子とにより周波数を調整している。この場合、周波数を微調整するためには、第1の整合素子または第2の整合素子を値の異なる整合素子と交換することが必要になる。

0009

特許文献3に記載の共振周波数可変型アンテナでは、可変キャパシターの印加電圧を調整することにより、共振部において決定される共振周波数を微調整することができる。しかし、印加電圧のための電圧源が必要であり、また、可変キャパシターの温度特性補償のための回路が必要になるなど、回路が複雑化するとの課題がある。

0010

ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナにおいては、周波数によりエレメント長が固定されるため、制作してから周囲の環境に応じて周波数を調整する場合、パターンデザインを変更する、整合素子を交換する、または、可変キャパシターの電圧を調整するなどの作業が必要になるという課題があった。

0011

本発明の主な目的は、ループアンテナおよびその一変形であるヘンテナの共振周波数を制作後に簡単に微調整することのできる周波数微調整機構付きアンテナを提供することにある。
本発明の他の目的は、大掛かりな加工装置部品の交換が不要で、かつ回路が複雑化することのない周波数微調整機構を備えたループアンテナおよびその変形であるヘ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

0012

(1)
一局面に従う周波数微調整機構付きアンテナは、絶縁基板上に形成された長方形のループアンテナと、一辺がループアンテナの一方の長辺に接続された直方体形状の導体板と、を含み、
ループアンテナは、ループアンテナの共振周波数が電波の周波数の1.1倍から1.5倍までの範囲となるように設定され、導体板の一辺に対向する他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整することにより、ループアンテナの共振周波数を調整する。

0013

この場合、導体板の一辺に対向する他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を変化させることで、放射エレメント上に発生する静電容量が変化し、ループアンテナの共振周波数を変化させることができる。したがって、ループアンテナの共振周波数を電波の周波数の1.1倍から1.5倍までの範囲となるように設定することにより、制作後に導体板の一辺に対向する他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整し、ループアンテナの共振周波数を送受信する電波の周波数に容易に一致させることができる。

0014

(2)
第2の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、ループアンテナの給電部は、長方形の短辺に配置されてもよい。

0015

この場合、長辺側の長さを調整することで、導体板を備えない場合のループアンテナの共振周波数を調整することができる。

0016

(3)
第3の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面から第2の発明に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、ループアンテナは、ヘンテナであって、ヘンテナは、送受信する電波の波長をλとして、長辺が1/2λ−R、および短辺が1/6λの長方形のエレメントで構成され、対向する長辺上でともに一方の短辺から1/6λの2つの点を接続した導線上に給電部が配置され、
Rは、ヘンテナの共振周波数が電波の周波数の1.1倍から1.5倍までの範囲となるように設定してもよい。Rは値である。

0017

この場合、アンテナとしてヘンテナを使用することで、通常のループアンテナと比較してより利得の高いアンテナを構成することができる。

0018

(4)
第4の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面から第3の発明に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、導体板は、一辺が一方の長辺に固定接続され、絶縁基板と導体板との間の角度を調整することにより、導体板の他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整するようにしてもよい。

0019

この場合、簡単かつ確実に導体板の他辺とループアンテナの他方の長辺との間隔を調整することができる。

0020

(5)
第5の発明にかかる周波数微調整機構付きアンテナは、一局面から第4の発明に従う周波数微調整機構付きアンテナにおいて、導体板上の一方の長辺から所定の距離離間した位置に、導体板と絶縁基板との少なくとも一方に孔が形成され、孔にネジ部が形成され、ネジ部にビスが挿入され、ビスを回転することにより絶縁基板と導体板との間の角度を調整されてもよい。

0021

この場合、ビスの回転角度によって絶縁基板と導体板との間の角度を調整することができるため、アンテナの共振周波数の調整が容易で、かつ、調整後の絶縁基板と導体板との間の角度の変動、およびアンテナの共振周波数の変動を少なくすることができる。

図面の簡単な説明

0022

第1の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの上面から見た模式的平面図である。
第1の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの2種類の簡易モデルの斜視図である。
第1の実施形態の2種類の簡易モデルの、導体板の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。
周波数微調整機構の短辺側から見た模式的側面図である。
第2の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの上面から見た模式的平面図である。
第2の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナの2種類の簡易モデルの、導体板の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。

実施例

0023

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。

0024

[第1の実施形態]
(周波数微調整機構付きアンテナ25の構造)
図1に、第1の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ25の上面から見た模式的平面図を示す。
ループアンテナ11は、絶縁基板10、第1の長辺12、第2の長辺13、第1の短辺14、第2の短辺15で構成され、第1の短辺14の中点に給電部16を備える。
送受信する電波の波長をλとして、第1の長辺12と第2の長辺13の長さはλ/3−R(Rは、導体板18を備えない場合のループアンテナ11の共振周波数が送受信電波の周波数の1.1倍から1.5倍までの範囲となるように設定される)、第1の短辺14と第2の短辺15の長さはλ/6である。
第1の長辺12の中点より第2の短辺15側に周波数微調整機構17が備えられている。

0025

(周波数微調整の原理
本発明では、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dを調整することにより、導体板18と第2の長辺13との間の容量成分の大きさを変化させ、ループアンテナ11の共振周波数の微調整を可能にしている。
図2は、第1の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ25の2種類の簡易モデルの斜視図である。
この周波数微調整の原理を確認するために、図2に記載の2つの簡易モデルを用いて、共振周波数(より厳密には、反射損失が最小になる周波数)の導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dと共振周波数との関係をFDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて計算した。
図2の(a)は、導体板がz=0mm、すなわちループアンテナ11のループ面上に配置されている場合、(b)は導体板がz=2mm、すなわちループアンテナ11のループ面の上2mmに配置されている場合である。

0026

図3は、第1の実施形態の2種類の簡易モデルの、導体板18の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。

0027

図3に示すように、図2(a)のz=0mmの場合、および図2(b)のz=2mmの場合の、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dと共振周波数との関係を示すグラフである。当然、z=2mmの場合は、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dは2mm以上である。
図3から、z=0mmの場合とz=2mmの場合とにおいて、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dと共振周波数との関係がほぼ同じであることがわかる。したがって、ループアンテナ11の共振周波数は、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dで決まっており、この間隔を調整することにより、共振周波数を調整することができる。

0028

(周波数微調整機構17の構造)
次に、図4は、周波数微調整機構17の短辺側から見た模式的側面図である。

0029

図4に示すように、周波数微調整機構17の第2の短辺15の側から見た模式的側面図を示す。
周波数微調整機構付きアンテナ25は、一辺を固定接続部20で第1の長辺12に固定接続された直方体形状の導体板18を備える。
導体板18には、固定接続部20から約λ/18離れた位置に、導体板18と絶縁基板10とをともに貫通する孔が形成されており、孔にプラスチック絶縁ビス19が嵌合(螺合)されている。導体板18の孔にはネジ山22が形成されている。
また、導体板18は、固定接続部20の近傍の折り曲げ部21で折り曲げられており、プラスチック絶縁ビス19を回転させることにより、絶縁基板10と導体板18との角度θを変化させ、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dを調整することができるようになっている。したがって、周波数微調整機構17のプラスチック絶縁ビス19を回転させることにより、ループアンテナ11の共振周波数を調整することができる。

0030

[第2の実施形態]
(周波数微調整機構付きアンテナ25の構造)
続いて、図5に、第2の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ25の上面から見た模式的平面図を示す。

0031

第2の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ25では、ループアンテナ11の一変形であるヘンテナ23が用いられている。ヘンテナ23は、絶縁基板10、第1の長辺12、第2の長辺13、第1の短辺14、第2の短辺15で構成される。
送受信する電波の波長をλとして、第1の長辺12と第2の長辺13の長さはλ/3−R(Rは導体板18を備えない場合のヘンテナ23の共振周波数が送受信電波の周波数の1.1倍から1.5倍までの範囲となるように設定される)、第1の短辺14と第2の短辺15との長さはλ/6である。給電部16は対向する長辺上でともに第1の短辺14から1/6λの2つの点を接続した導線24上に設けられる。

0032

次いで、図6は、第2の実施形態の周波数微調整機構付きアンテナ25の2種類の簡易モデルの、導体板の他辺と反対側の長辺との距離と共振周波数との関係の計算結果を示すグラフである。

0033

図6に示すように、ヘンテナ23の場合における、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dと共振周波数との関係を示した。図3と同様に、z=0mmの場合とz=2mmの場合とで導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dと共振周波数との関係はほぼ同じである。したがって、ヘンテナ23の場合においても、共振周波数は、導体板18と第2の長辺13との間隔dで決まっており、この間隔を調整することにより、共振周波数を調整することができる。

0034

以上のように、本願発明の周波数微調整機構付きアンテナ25では、予め、ループアンテナ11またはヘンテナ23のエレメント長を短くし、周波数微調整機構が調整可能な範囲の高めの周波数のアンテナを製作する。そして、周波数微調整機構17に設けたプラスチック絶縁ビス19を回転させ、導体板18の他辺と第2の長辺13との間隔dを調整することにより、容易に、ループアンテナ11またはヘンテナ23の共振周波数を送受信周波数に一致させることができる。

0035

本発明において、絶縁基板10が『絶縁基板』に相当し、ループアンテナ11が『ループアンテナ』に相当し、第1の長辺12が『一方の長辺』に相当し、第2の長辺13が『他方の長辺』に相当し、第1の短辺14が『一方の短辺』に相当し、給電部16が『給電部』に相当し、周波数微調整機構17が『周波数微調整機構』に相当し、導体板18が『導体板』に相当し、プラスチック絶縁ビス19が『ビス』に相当し、ヘンテナ23が『ヘンテナ』に相当し、導線24が『導線』に相当し、周波数微調整機構付きアンテナ25が『周波数微調整機構付きアンテナ』に相当する。

0036

本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

0037

10絶縁基板
11ループアンテナ
12 第1の長辺
13 第2の長辺
14 第1の短辺
15 第2の短辺
16給電部
17周波数微調整機構
18導体板
19プラスチック絶縁ビス
20固定接続部
21 折り曲げ部
22ネジ山
23ヘンテナ
24導線
25 周波数微調整機構付きアンテナ

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