アンテナ装置、およびそれを搭載した携帯機器
【課題】部品点数を削減できる小型のアンテナ装置を実現する。
【解決手段】アンテナ素子１０とアンテナ素子１０に接続されたバリキャップダイオード２１，２２とを備えており、バリキャップダイオード２１，２２に与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数が制御される。バリキャップダイオード２１，２２は、アンテナ素子１０の開放端側とグラウンド板との間に接続される。
【解決手段】アンテナ素子１０とアンテナ素子１０に接続されたバリキャップダイオード２１，２２とを備えており、バリキャップダイオード２１，２２に与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数が制御される。バリキャップダイオード２１，２２は、アンテナ素子１０の開放端側とグラウンド板との間に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの携帯機器において用いられるテレビジョン放送受信用のアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以前から、携帯端末向けのテレビジョン放送受信用アンテナに関しては、
(1) 一つのアンテナで広帯域の周波数に共振すること
(2) 携帯端末に搭載できる程度に小型化すること
が重要な課題として挙げられてきた。
【０００３】
上記問題を解決する従来方式としては、例えば特許文献１〜３に示すようなものがある。特に、特許文献１には、アンテナと給電部との間にダイオードを挿入し、該バリキャップダイオードに与える直流電圧によってアンテナの共振周波数を制御する技術が開示されている（チューナブルアンテナ技術）。この技術では、アンテナの共振周波数を制御することで、テレビジョンの放送周波数範囲に対して、一つのアンテナで対応することが可能となる。また、この方式において、アンテナと給電部との間にインダクタを挿入することによってアンテナの素子長を短縮し、携帯端末に搭載できる程度に小型化することがおこなわれている。
【０００４】
上記特許文献１のチューナブルアンテナ技術について、図１４および図１５を参照してさらに詳細に説明する。図１４は上記特許文献１におけるアンテナ装置の一実施例を示す図である。また、図１５は、上記図１４において、必要最小限の構成のみを抜き出した回路図である。図１４のアンテナ装置は、アンテナ素子１００、チップインダクタ１０１、周波数調整部１１０、グラウンド導体１０２、およびチップインダクタ１０３を備えて構成されている。また、図中のＲＦは高周波回路である。
【０００５】
周波数調整部１１０は、カソード側が互いに対向する２つのバリキャップダイオード１１１，１１２を備えている。バリキャップダイオード１１１，１１２の接続点Ｐ２にはバイアス電圧が入力され、このバイアス電圧によってバリキャップダイオード１１１，１１２の容量が可変され、アンテナの共振周波数を制御することができる。
【０００６】
バリキャップダイオード１１１のアノード側とアースＧとの間にはインダクタ１１３が配置され、バリキャップダイオード１１２のアノード側とアースＧとの間にはインダクタ１１４が配置される。インダクタ１１３，１１４は、バリキャップダイオード１１１，１１２に流れる高周波信号がグラウンドに流れることを防止するＲＦブロックインダクタである。また、バリキャップダイオード１１１，１１２の接続点Ｐ２と上記バイアス電圧の入力端子との間にはインダクタ１１５が配置される。インダクタ１１５は、バリキャップダイオード１１１，１１２に流れる高周波信号がバイアス電圧入力端子に流れることを防止するＲＦブロックインダクタである。さらに、バリキャップダイオード１１２のアノード側と給電部との間には、受信信号中の直流電流成分を除去するＤＣブロックコンデンサ１１６が配置される。
【特許文献１】特開２００６−２７０９１６号公報（公開日：２００６年１０月５日）
【特許文献２】特許第３８６６９２３号公報（公開日：２００２年７月２６日）
【特許文献３】特許第３２５９６５１号公報（公開日：１９９８年９月１４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の方式にあっては、以下の問題点が存在する。
【０００８】
先ず、アンテナを小型化するための（アンテナ長を短くするための）インダクタが必要となる。これには、図１４におけるチップインダクタ１０１が相当する。
【０００９】
また、バリキャップダイオードの一方の端子の対地直流電圧をほぼ０とし、かつ高周波信号がグラウンド板に流れ込むことを防ぐためのインダクタが必要である。これには、図１４におけるインダクタ１１３，１１４が相当する。
【００１０】
このように、インダクタのようなチップ素子の点数が増えることにより、部品コスト、製造コストが増すほか、実装に要する体積が増大するという問題点がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来構成に比べてさらに部品点数を削減できるアンテナ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るアンテナ装置は、上記課題を解決するために、逆Ｆ型アンテナであり、アンテナ素子と該アンテナ素子に接続されたバリキャップダイオードとを備えており、該バリキャップダイオードに与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数を制御可能なアンテナ装置において、上記バリキャップダイオードが、アンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、バリキャップダイオードをアンテナ素子の開放端側に配置することで、バリキャップダイオードは直流的にグラウンド板に導通して、その対地電圧はほぼ０となる。また、このアンテナ構成において、バリキャップダイオードからグラウンド板に高周波電流が流れることを阻止する必要はない。このことから、従来構成（バリキャップダイオードがアンテナ素子の給電部側に配置される構成）で使用されていたインダクタ、すなわちバリキャップダイオードのアノード端子とグラウンド板との間のインダクタを省略することができる。
【００１４】
また、上記アンテナ装置では、前記バリキャップダイオードを複数備えている構成とすることができる。これにより、バリキャップダイオードを複数とすることによって、アンテナの共振周波数の制御に要する印加電圧幅を小さくすることができる。
【００１５】
また、上記アンテナ装置では、前記アンテナ素子の給電部側とグラウンド板との間に、前記バリキャップダイオードと並行になるように固定キャパシタが接続されている構成、あるいは、前記アンテナ素子の開放端側と高周波信号端子との間に、インダクタが接続されている構成とすることができる。これにより、アンテナ長をさらに短くすることができる。
【００１６】
また、上記アンテナ装置では、前記バリキャップダイオードの両端に掛かる直流印加電圧を印加するための直流信号端子と前記直流信号を発生する装置との間に、低域通過濾波器を接続している構成とすることができる。
【００１７】
上記の構成によれば、前記直流信号を発生する装置に起因するノイズや、外来のノイズの影響を受けにくい安定したアンテナ特性を得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るアンテナ装置は、以上のように、逆Ｆ型アンテナであり、アンテナ素子と該アンテナ素子に接続されたバリキャップダイオードとを備えており、該バリキャップダイオードに与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数を制御可能なアンテナ装置において、上記バリキャップダイオードが、アンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に接続されている構成である。
【００１９】
それゆえ、バリキャップダイオードをアンテナ素子の開放端側に配置することで、バリキャップダイオードは直流的にグラウンド板に導通して、その対地電圧はほぼ０となる。また、このアンテナ構成において、バリキャップダイオードからグラウンド板に高周波電流が流れることを阻止する必要はない。このことから、従来構成（バリキャップダイオードがアンテナ素子の給電部側に配置される構成）で使用されていたインダクタ、すなわちバリキャップダイオードのアノード端子とグラウンド板との間のインダクタを省略することができ、部品点数を削減して、小型のアンテナ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態について図１ないし図１３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２１】
先ずは、本実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を図１を参照して説明する。図１に示すアンテナ装置は、アンテナ素子１０、バリキャップダイオード２１，２２を備えて構成されている。
【００２２】
バリキャップダイオード２１，２２は、カソード側を互いに対向させて配列されており、アンテナ素子１０の開放端側（給電側と反対側）において、アンテナ素子１０とグラウンドＧＮＤとの間に直列に配置される。そして、バリキャップダイオード２１，２２の接続点にバイアス電圧ＶＣＣが印加され、このバイアス電圧に応じてバリキャップダイオード２１，２２の容量が可変されることによって、アンテナの共振周波数が制御される。
【００２３】
図１の構成では、従来構成と比べて、バリキャップダイオード２１，２２の配置箇所が異なっている。すなわち、図１５に示す従来のアンテナ装置ではバリキャップダイオード１１１，１１２はアンテナ素子に対して給電側に配置されていたが、本実施の形態に係るアンテナ装置では、バリキャップダイオード２１，２２はアンテナ素子に対して開放端側とグラウンド板との間に配置される。
【００２４】
図１の構成において、バリキャップダイオード２２のアノード側端子はグラウンドに接続されている。また、バリキャップダイオード２１のアノード側端子は、アンテナ素子１０および接地導線１２を介してグラウンドに接続されている。
【００２５】
上記アンテナ装置では、従来構成で使用されていたインダクタ１１３，１１４を省略することができ、小型で、かつ良好な特性のチューナブルアンテナを提供できる。その理由は以下の通りである。
【００２６】
すなわち、図１のように、バリキャップダイオード２１，２２をアンテナ素子１０の開放端側に配置することで、バリキャップダイオード２１，２２のアノード端子は、何れも直流的にグラウンド板に導通して、対地電圧はほぼ０となる。また、このアンテナ構成において、アノード端子からグラウンド板に高周波電流が流れることを阻止する必要はない。このことから、バリキャップダイオードのアノード端子とグラウンド板との間のインダクタを省略することができる。
【００２７】
さらに、図１のアンテナ装置では、従来構成で使用されていたインダクタ１０１をも省略することができる。その理由は以下の通りである。
【００２８】
一般に、アンテナを小型化すると（アンテナ長を短くすると）、共振周波数が高くなるため、インダクタやキャパシタを装荷するなどの手法を用いて共振周波数を低下させることにより、低周波数で共振し、かつ小型のアンテナを実現している。
【００２９】
図１４に示す従来構成では、アンテナの給電端付近においてインダクタ１０１を挿入することによって、共振周波数を低下させている（この場合、インダクタンスが大きいほど共振周波数が低下する）。また、図１４の構成では、インダクタ１０１と直列に接続されたバリキャップダイオード１１１，１１２によって、インダクタ１０１による共振周波数低下の効果を相殺させ、共振周波数を制御している。すなわち、バリキャップダイオード１１１，１１２の容量が大きくなるほど（バリキャップダイオード１１１，１１２の容量範囲を広げるほど）共振周波数が高くなり、アンテナが大型化する。
【００３０】
一方、図１の構成においては、アンテナの開放端付近にバリキャップダイオード２１，２２を挿入しており、これらのバリキャップダイオード２１，２２の容量によって共振周波数を低下させている（バリキャップダイオード２１，２２の容量が大きいほど共振周波数が低下する）。この方式では、バリキャップダイオード２１，２２の容量を可変とすることで、共振周波数が制御される。すなわち、バリキャップダイオード２１，２２の容量が大きくなるほど（バリキャップダイオード２１，２２の容量範囲を広げるほど）共振周波数が低くなり、アンテナの小型化が可能となる。
【００３１】
このように、本実施の形態にかかるアンテナ装置では、従来構成とは逆に、バリキャップダイオード２１，２２の容量範囲を広げることがアンテナの小型化に寄与する。このため、従来構成で使用されていたインダクタ１０１を省略しても、従来のアンテナと同じアンテナ長で、同等もしくはそれ以上の性能が得られることが期待できる。
【００３２】
もちろん、本発明のアンテナ装置でも、図２に示すように、アンテナ素子１０の給電側にインダクタ１１を設けてアンテナのさらなる小型化を図っても良い。あるいは、図３に示すように、アンテナ素子１０の開放端側にキャパシタ（固定キャパシタ）１３を設けてアンテナのさらなる小型化を図っても良い。キャパシタ１３は、バリキャップダイオード２１，２２に対して並列に配置される。
【００３３】
以上により、図１〜図３の構成では、従来必要であったインダクタ等の素子を付加することなく小型のチューナブルアンテナを提供することができる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るアンテナ装置の具体例を説明する。先ずは、比較のために、従来方式のアンテナ装置における具体例を図４に示す。
【００３５】
図４におけるアンテナ装置は、基板（図４の（ａ）参照）上に、グラウンド板、アンテナ素子および端子等を導体パターンにて形成すると共に、バリキャップダイオードやインダクタ等のチップ素子を配置することによってモジュール化されたアンテナである。上記アンテナ装置における素子の長さは６６ｍｍであり、５個のチップ素子（２個のバリキャップダイオードと３個のインダクタ）を有している（図４の（ｂ）参照）。
【００３６】
図４の（ｂ）における端子ａは、共振周波数制御用の直流信号端子である。また、端子ｂは、高周波信号端子である。端子ａに直流電圧を与えると、バリキャップダイオード１１１，１１２の容量が変化し、アンテナの共振周波数が変化する。その結果、端子ａに与えた直流電圧に応じた周波数でアンテナが共振し、端子ｂから所望の周波数の高周波信号（たとえばテレビジョン放送の信号）を取り出すことができる。
【００３７】
図４のアンテナ装置における特性例（バリキャップダイオードの容量と反射損失特性の対応）は図５に示すものとなる。一般に、アンテナの反射損失特性が小さいほど、到来電磁波によって受信アンテナに生じた電気エネルギーが効率的に受信回路に供給されるため、良好なアンテナであるといわれる。また、本来、アンテナの使用範囲（たとえばテレビジョン放送が行われる４７０〜７７０ＭＨｚ）の全域にわたって反射損失特性が小さいことが望まれるが、小型のアンテナについてはその実現が困難であるため、外部信号によってアンテナの共振周波数を制御するチューナブルアンテナが用いられる。
【００３８】
次に、図６は本実施の形態（図１の構成）のアンテナ装置の具体的構成を図示したものである。
【００３９】
図６におけるアンテナ装置は、基板（図６の（ａ）参照）上に、グラウンド板、アンテナ素子および端子等を導体パターンにて形成すると共に、バリキャップダイオード等のチップ素子を配置することによってモジュール化された逆Ｆ型アンテナである。上記アンテナ装置における素子の長さは６６ｍｍであり、２個のチップ素子（２個のバリキャップダイオード）を有している（図６（ｂ）参照）。
【００４０】
図６のアンテナ装置においても、共振周波数制御用の直流信号端子である端子ａに直流電圧を与えると、バリキャップダイオード２１，２２の容量が変化し、アンテナの共振周波数が変化する。その結果、端子ａに与えた直流電圧に応じた周波数でアンテナが共振し、高周波信号端子である端子ｂから所望の周波数の高周波信号（たとえばテレビジョン放送の信号）を取り出すことができる。
【００４１】
図６のアンテナ装置における特性例（バリキャップダイオードの容量と反射損失特性の対応）は図７に示すものとなる。図５および図７の比較より、本実施の形態のアンテナ装置では、従来の方式に比べてチップ素子の数が６０％低減しているにもかかわらず、同じ長さのアンテナ素子で同等もしくは同等以上の特性を得ることができることがわかる。一般に、小型受信アンテナに求められる性能は反射損失が−３ｄＢ程度以下であり、従来のアンテナの特性では、共振周波数が０．６５〜０．８ＧＨｚ（バリキャップダイオードの容量が０．１〜１ｐＦ）の範囲で上記性能を満たしている。これに対し、本実施の形態のアンテナの特性では、共振周波数が０．４８〜０．７８ＧＨｚ（バリキャップダイオードの容量が０．５〜４ｐＦ）の範囲で上記性能を満たしている。
【００４２】
図８は、本発明の他の実施形態を示す図である。図６に示すアンテナ装置では、アンテナ素子１０を基板上に形成された導電パターンにて構成していたが、図８に示すアンテナ装置では、基板上に形成したパターンに板金製のアンテナ素子１０とバリキャップダイオード２１，２２とを実装した構造をもつ。
【００４３】
また、図８に示すようにアンテナ素子１０を板金製とした場合、図９の（ａ），（ｂ）に示すように、高誘電率あるいは高透磁率、もしくはその両方の特性を備えた部材１４をアンテナ素子の近傍に付加してもよい。このような部材１４を設けることによって、アンテナ長をさらに短くすることができる。
【００４４】
上記説明における本実施の形態のアンテナ装置では、２つのバリキャップダイオード２１，２２を備えた構成となっている。しかしながら、本願発明はこれに限定されるものではなく、バリキャップダイオードは少なくとも一つ備えられていれば良い。但し、バリキャップダイオードを複数とすることによって、アンテナの共振周波数の制御に要する印加電圧幅を小さくすることができる。これにより、特に携帯電話機、携帯ゲーム機等、バッテリーで動作し、動作電圧に制限がある携帯機器において本願発明を適用する場合に好適となる。
【００４５】
バリキャップダイオードの数が１個の場合と２個の場合とにおいて、印加電圧と共振周波数との関係を示すアンテナの特性例を図１０に示す。尚、バリキャップダイオードの数が１個の場合は、図６におけるバリキャップダイオード２１を固定キャパシタに置き換えた場合としている。
【００４６】
図１０から分かるように、バリキャップダイオードが１個の場合は、４００ＭＨｚ帯から７００ＭＨｚ帯の範囲で共振周波数を制御するために、最大５Ｖ程度の印加電圧を要している。一般に、携帯電話機のバッテリーの電圧は３．７Ｖ程度であるから、このアンテナを携帯電話機でテレビジョン放送を受信する用途に供することは困難である。一方、バリキャップダイオードが２個の場合は、２Ｖ程度の印加電圧で４００ＭＨｚ帯から７００ＭＨｚ帯の範囲で共振周波数を制御することができる。このように、複数のバリキャップダイオードをアンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に設置することによって、１個のバリキャップダイオードを用いた場合よりも低い印加電圧で、アンテナの共振周波数を制御することができる。
【００４７】
また、バリキャップダイオードを２個備えたアンテナ装置の場合、バリキャップダイオードは、図１１の（ａ）のようにアノード側を接地し、カソード側に正電圧を与える構成のほか、（ｂ）のようにカソード側を接地し、アノード側に負電圧を与えてもよい。
【００４８】
また、本発明のアンテナ装置では、バリキャップダイオードを複数備える場合、バリキャップダイオードの個数や接続の仕方には種々の変形例が考えられる。図１２の（ａ）〜（ｅ）は、そのような変形例の一部を示すものである。特に、バリキャップダイオードの個数を増やすことによっては、より小さな印加電圧範囲で、より広い共振周波数の制御が可能となると考えられる。
【００４９】
また、図１３は、共振周波数制御用の直流信号端子と該制御用直流信号を発生する装置との間に低域通過濾波器（ローパスフィルタ）３１を挿入した場合の構成例である。このように、低域通過濾波器３１を挿入した構成では、信号発生装置に起因するノイズや外来のノイズの影響を受けにくい安定したアンテナ特性を得られることが期待できる。なお、この場合において、低域通過濾波器３１は共振周波数制御用直流信号端子の直近にあることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図４】従来のアンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すアンテナ装置の特性を示すグラフである。
【図６】図１に示すアンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図７】図６に示すアンテナ装置の特性を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図１０】本発明のアンテナ装置において、バリキャップダイオードの数が１個の場合と２個の場合とにおけるアンテナの特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図１４】従来のアンテナ装置の構成を示す回路図である。
【図１５】従来のアンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ アンテナ素子
１１ インダクタ
１３ キャパシタ（固定キャパシタ）
２１・２２ バリキャップダイオード
３１ 低域通過濾波器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの携帯機器において用いられるテレビジョン放送受信用のアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以前から、携帯端末向けのテレビジョン放送受信用アンテナに関しては、
(1) 一つのアンテナで広帯域の周波数に共振すること
(2) 携帯端末に搭載できる程度に小型化すること
が重要な課題として挙げられてきた。
【０００３】
上記問題を解決する従来方式としては、例えば特許文献１〜３に示すようなものがある。特に、特許文献１には、アンテナと給電部との間にダイオードを挿入し、該バリキャップダイオードに与える直流電圧によってアンテナの共振周波数を制御する技術が開示されている（チューナブルアンテナ技術）。この技術では、アンテナの共振周波数を制御することで、テレビジョンの放送周波数範囲に対して、一つのアンテナで対応することが可能となる。また、この方式において、アンテナと給電部との間にインダクタを挿入することによってアンテナの素子長を短縮し、携帯端末に搭載できる程度に小型化することがおこなわれている。
【０００４】
上記特許文献１のチューナブルアンテナ技術について、図１４および図１５を参照してさらに詳細に説明する。図１４は上記特許文献１におけるアンテナ装置の一実施例を示す図である。また、図１５は、上記図１４において、必要最小限の構成のみを抜き出した回路図である。図１４のアンテナ装置は、アンテナ素子１００、チップインダクタ１０１、周波数調整部１１０、グラウンド導体１０２、およびチップインダクタ１０３を備えて構成されている。また、図中のＲＦは高周波回路である。
【０００５】
周波数調整部１１０は、カソード側が互いに対向する２つのバリキャップダイオード１１１，１１２を備えている。バリキャップダイオード１１１，１１２の接続点Ｐ２にはバイアス電圧が入力され、このバイアス電圧によってバリキャップダイオード１１１，１１２の容量が可変され、アンテナの共振周波数を制御することができる。
【０００６】
バリキャップダイオード１１１のアノード側とアースＧとの間にはインダクタ１１３が配置され、バリキャップダイオード１１２のアノード側とアースＧとの間にはインダクタ１１４が配置される。インダクタ１１３，１１４は、バリキャップダイオード１１１，１１２に流れる高周波信号がグラウンドに流れることを防止するＲＦブロックインダクタである。また、バリキャップダイオード１１１，１１２の接続点Ｐ２と上記バイアス電圧の入力端子との間にはインダクタ１１５が配置される。インダクタ１１５は、バリキャップダイオード１１１，１１２に流れる高周波信号がバイアス電圧入力端子に流れることを防止するＲＦブロックインダクタである。さらに、バリキャップダイオード１１２のアノード側と給電部との間には、受信信号中の直流電流成分を除去するＤＣブロックコンデンサ１１６が配置される。
【特許文献１】特開２００６−２７０９１６号公報（公開日：２００６年１０月５日）
【特許文献２】特許第３８６６９２３号公報（公開日：２００２年７月２６日）
【特許文献３】特許第３２５９６５１号公報（公開日：１９９８年９月１４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の方式にあっては、以下の問題点が存在する。
【０００８】
先ず、アンテナを小型化するための（アンテナ長を短くするための）インダクタが必要となる。これには、図１４におけるチップインダクタ１０１が相当する。
【０００９】
また、バリキャップダイオードの一方の端子の対地直流電圧をほぼ０とし、かつ高周波信号がグラウンド板に流れ込むことを防ぐためのインダクタが必要である。これには、図１４におけるインダクタ１１３，１１４が相当する。
【００１０】
このように、インダクタのようなチップ素子の点数が増えることにより、部品コスト、製造コストが増すほか、実装に要する体積が増大するという問題点がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来構成に比べてさらに部品点数を削減できるアンテナ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るアンテナ装置は、上記課題を解決するために、逆Ｆ型アンテナであり、アンテナ素子と該アンテナ素子に接続されたバリキャップダイオードとを備えており、該バリキャップダイオードに与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数を制御可能なアンテナ装置において、上記バリキャップダイオードが、アンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、バリキャップダイオードをアンテナ素子の開放端側に配置することで、バリキャップダイオードは直流的にグラウンド板に導通して、その対地電圧はほぼ０となる。また、このアンテナ構成において、バリキャップダイオードからグラウンド板に高周波電流が流れることを阻止する必要はない。このことから、従来構成（バリキャップダイオードがアンテナ素子の給電部側に配置される構成）で使用されていたインダクタ、すなわちバリキャップダイオードのアノード端子とグラウンド板との間のインダクタを省略することができる。
【００１４】
また、上記アンテナ装置では、前記バリキャップダイオードを複数備えている構成とすることができる。これにより、バリキャップダイオードを複数とすることによって、アンテナの共振周波数の制御に要する印加電圧幅を小さくすることができる。
【００１５】
また、上記アンテナ装置では、前記アンテナ素子の給電部側とグラウンド板との間に、前記バリキャップダイオードと並行になるように固定キャパシタが接続されている構成、あるいは、前記アンテナ素子の開放端側と高周波信号端子との間に、インダクタが接続されている構成とすることができる。これにより、アンテナ長をさらに短くすることができる。
【００１６】
また、上記アンテナ装置では、前記バリキャップダイオードの両端に掛かる直流印加電圧を印加するための直流信号端子と前記直流信号を発生する装置との間に、低域通過濾波器を接続している構成とすることができる。
【００１７】
上記の構成によれば、前記直流信号を発生する装置に起因するノイズや、外来のノイズの影響を受けにくい安定したアンテナ特性を得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るアンテナ装置は、以上のように、逆Ｆ型アンテナであり、アンテナ素子と該アンテナ素子に接続されたバリキャップダイオードとを備えており、該バリキャップダイオードに与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数を制御可能なアンテナ装置において、上記バリキャップダイオードが、アンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に接続されている構成である。
【００１９】
それゆえ、バリキャップダイオードをアンテナ素子の開放端側に配置することで、バリキャップダイオードは直流的にグラウンド板に導通して、その対地電圧はほぼ０となる。また、このアンテナ構成において、バリキャップダイオードからグラウンド板に高周波電流が流れることを阻止する必要はない。このことから、従来構成（バリキャップダイオードがアンテナ素子の給電部側に配置される構成）で使用されていたインダクタ、すなわちバリキャップダイオードのアノード端子とグラウンド板との間のインダクタを省略することができ、部品点数を削減して、小型のアンテナ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態について図１ないし図１３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２１】
先ずは、本実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を図１を参照して説明する。図１に示すアンテナ装置は、アンテナ素子１０、バリキャップダイオード２１，２２を備えて構成されている。
【００２２】
バリキャップダイオード２１，２２は、カソード側を互いに対向させて配列されており、アンテナ素子１０の開放端側（給電側と反対側）において、アンテナ素子１０とグラウンドＧＮＤとの間に直列に配置される。そして、バリキャップダイオード２１，２２の接続点にバイアス電圧ＶＣＣが印加され、このバイアス電圧に応じてバリキャップダイオード２１，２２の容量が可変されることによって、アンテナの共振周波数が制御される。
【００２３】
図１の構成では、従来構成と比べて、バリキャップダイオード２１，２２の配置箇所が異なっている。すなわち、図１５に示す従来のアンテナ装置ではバリキャップダイオード１１１，１１２はアンテナ素子に対して給電側に配置されていたが、本実施の形態に係るアンテナ装置では、バリキャップダイオード２１，２２はアンテナ素子に対して開放端側とグラウンド板との間に配置される。
【００２４】
図１の構成において、バリキャップダイオード２２のアノード側端子はグラウンドに接続されている。また、バリキャップダイオード２１のアノード側端子は、アンテナ素子１０および接地導線１２を介してグラウンドに接続されている。
【００２５】
上記アンテナ装置では、従来構成で使用されていたインダクタ１１３，１１４を省略することができ、小型で、かつ良好な特性のチューナブルアンテナを提供できる。その理由は以下の通りである。
【００２６】
すなわち、図１のように、バリキャップダイオード２１，２２をアンテナ素子１０の開放端側に配置することで、バリキャップダイオード２１，２２のアノード端子は、何れも直流的にグラウンド板に導通して、対地電圧はほぼ０となる。また、このアンテナ構成において、アノード端子からグラウンド板に高周波電流が流れることを阻止する必要はない。このことから、バリキャップダイオードのアノード端子とグラウンド板との間のインダクタを省略することができる。
【００２７】
さらに、図１のアンテナ装置では、従来構成で使用されていたインダクタ１０１をも省略することができる。その理由は以下の通りである。
【００２８】
一般に、アンテナを小型化すると（アンテナ長を短くすると）、共振周波数が高くなるため、インダクタやキャパシタを装荷するなどの手法を用いて共振周波数を低下させることにより、低周波数で共振し、かつ小型のアンテナを実現している。
【００２９】
図１４に示す従来構成では、アンテナの給電端付近においてインダクタ１０１を挿入することによって、共振周波数を低下させている（この場合、インダクタンスが大きいほど共振周波数が低下する）。また、図１４の構成では、インダクタ１０１と直列に接続されたバリキャップダイオード１１１，１１２によって、インダクタ１０１による共振周波数低下の効果を相殺させ、共振周波数を制御している。すなわち、バリキャップダイオード１１１，１１２の容量が大きくなるほど（バリキャップダイオード１１１，１１２の容量範囲を広げるほど）共振周波数が高くなり、アンテナが大型化する。
【００３０】
一方、図１の構成においては、アンテナの開放端付近にバリキャップダイオード２１，２２を挿入しており、これらのバリキャップダイオード２１，２２の容量によって共振周波数を低下させている（バリキャップダイオード２１，２２の容量が大きいほど共振周波数が低下する）。この方式では、バリキャップダイオード２１，２２の容量を可変とすることで、共振周波数が制御される。すなわち、バリキャップダイオード２１，２２の容量が大きくなるほど（バリキャップダイオード２１，２２の容量範囲を広げるほど）共振周波数が低くなり、アンテナの小型化が可能となる。
【００３１】
このように、本実施の形態にかかるアンテナ装置では、従来構成とは逆に、バリキャップダイオード２１，２２の容量範囲を広げることがアンテナの小型化に寄与する。このため、従来構成で使用されていたインダクタ１０１を省略しても、従来のアンテナと同じアンテナ長で、同等もしくはそれ以上の性能が得られることが期待できる。
【００３２】
もちろん、本発明のアンテナ装置でも、図２に示すように、アンテナ素子１０の給電側にインダクタ１１を設けてアンテナのさらなる小型化を図っても良い。あるいは、図３に示すように、アンテナ素子１０の開放端側にキャパシタ（固定キャパシタ）１３を設けてアンテナのさらなる小型化を図っても良い。キャパシタ１３は、バリキャップダイオード２１，２２に対して並列に配置される。
【００３３】
以上により、図１〜図３の構成では、従来必要であったインダクタ等の素子を付加することなく小型のチューナブルアンテナを提供することができる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るアンテナ装置の具体例を説明する。先ずは、比較のために、従来方式のアンテナ装置における具体例を図４に示す。
【００３５】
図４におけるアンテナ装置は、基板（図４の（ａ）参照）上に、グラウンド板、アンテナ素子および端子等を導体パターンにて形成すると共に、バリキャップダイオードやインダクタ等のチップ素子を配置することによってモジュール化されたアンテナである。上記アンテナ装置における素子の長さは６６ｍｍであり、５個のチップ素子（２個のバリキャップダイオードと３個のインダクタ）を有している（図４の（ｂ）参照）。
【００３６】
図４の（ｂ）における端子ａは、共振周波数制御用の直流信号端子である。また、端子ｂは、高周波信号端子である。端子ａに直流電圧を与えると、バリキャップダイオード１１１，１１２の容量が変化し、アンテナの共振周波数が変化する。その結果、端子ａに与えた直流電圧に応じた周波数でアンテナが共振し、端子ｂから所望の周波数の高周波信号（たとえばテレビジョン放送の信号）を取り出すことができる。
【００３７】
図４のアンテナ装置における特性例（バリキャップダイオードの容量と反射損失特性の対応）は図５に示すものとなる。一般に、アンテナの反射損失特性が小さいほど、到来電磁波によって受信アンテナに生じた電気エネルギーが効率的に受信回路に供給されるため、良好なアンテナであるといわれる。また、本来、アンテナの使用範囲（たとえばテレビジョン放送が行われる４７０〜７７０ＭＨｚ）の全域にわたって反射損失特性が小さいことが望まれるが、小型のアンテナについてはその実現が困難であるため、外部信号によってアンテナの共振周波数を制御するチューナブルアンテナが用いられる。
【００３８】
次に、図６は本実施の形態（図１の構成）のアンテナ装置の具体的構成を図示したものである。
【００３９】
図６におけるアンテナ装置は、基板（図６の（ａ）参照）上に、グラウンド板、アンテナ素子および端子等を導体パターンにて形成すると共に、バリキャップダイオード等のチップ素子を配置することによってモジュール化された逆Ｆ型アンテナである。上記アンテナ装置における素子の長さは６６ｍｍであり、２個のチップ素子（２個のバリキャップダイオード）を有している（図６（ｂ）参照）。
【００４０】
図６のアンテナ装置においても、共振周波数制御用の直流信号端子である端子ａに直流電圧を与えると、バリキャップダイオード２１，２２の容量が変化し、アンテナの共振周波数が変化する。その結果、端子ａに与えた直流電圧に応じた周波数でアンテナが共振し、高周波信号端子である端子ｂから所望の周波数の高周波信号（たとえばテレビジョン放送の信号）を取り出すことができる。
【００４１】
図６のアンテナ装置における特性例（バリキャップダイオードの容量と反射損失特性の対応）は図７に示すものとなる。図５および図７の比較より、本実施の形態のアンテナ装置では、従来の方式に比べてチップ素子の数が６０％低減しているにもかかわらず、同じ長さのアンテナ素子で同等もしくは同等以上の特性を得ることができることがわかる。一般に、小型受信アンテナに求められる性能は反射損失が−３ｄＢ程度以下であり、従来のアンテナの特性では、共振周波数が０．６５〜０．８ＧＨｚ（バリキャップダイオードの容量が０．１〜１ｐＦ）の範囲で上記性能を満たしている。これに対し、本実施の形態のアンテナの特性では、共振周波数が０．４８〜０．７８ＧＨｚ（バリキャップダイオードの容量が０．５〜４ｐＦ）の範囲で上記性能を満たしている。
【００４２】
図８は、本発明の他の実施形態を示す図である。図６に示すアンテナ装置では、アンテナ素子１０を基板上に形成された導電パターンにて構成していたが、図８に示すアンテナ装置では、基板上に形成したパターンに板金製のアンテナ素子１０とバリキャップダイオード２１，２２とを実装した構造をもつ。
【００４３】
また、図８に示すようにアンテナ素子１０を板金製とした場合、図９の（ａ），（ｂ）に示すように、高誘電率あるいは高透磁率、もしくはその両方の特性を備えた部材１４をアンテナ素子の近傍に付加してもよい。このような部材１４を設けることによって、アンテナ長をさらに短くすることができる。
【００４４】
上記説明における本実施の形態のアンテナ装置では、２つのバリキャップダイオード２１，２２を備えた構成となっている。しかしながら、本願発明はこれに限定されるものではなく、バリキャップダイオードは少なくとも一つ備えられていれば良い。但し、バリキャップダイオードを複数とすることによって、アンテナの共振周波数の制御に要する印加電圧幅を小さくすることができる。これにより、特に携帯電話機、携帯ゲーム機等、バッテリーで動作し、動作電圧に制限がある携帯機器において本願発明を適用する場合に好適となる。
【００４５】
バリキャップダイオードの数が１個の場合と２個の場合とにおいて、印加電圧と共振周波数との関係を示すアンテナの特性例を図１０に示す。尚、バリキャップダイオードの数が１個の場合は、図６におけるバリキャップダイオード２１を固定キャパシタに置き換えた場合としている。
【００４６】
図１０から分かるように、バリキャップダイオードが１個の場合は、４００ＭＨｚ帯から７００ＭＨｚ帯の範囲で共振周波数を制御するために、最大５Ｖ程度の印加電圧を要している。一般に、携帯電話機のバッテリーの電圧は３．７Ｖ程度であるから、このアンテナを携帯電話機でテレビジョン放送を受信する用途に供することは困難である。一方、バリキャップダイオードが２個の場合は、２Ｖ程度の印加電圧で４００ＭＨｚ帯から７００ＭＨｚ帯の範囲で共振周波数を制御することができる。このように、複数のバリキャップダイオードをアンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に設置することによって、１個のバリキャップダイオードを用いた場合よりも低い印加電圧で、アンテナの共振周波数を制御することができる。
【００４７】
また、バリキャップダイオードを２個備えたアンテナ装置の場合、バリキャップダイオードは、図１１の（ａ）のようにアノード側を接地し、カソード側に正電圧を与える構成のほか、（ｂ）のようにカソード側を接地し、アノード側に負電圧を与えてもよい。
【００４８】
また、本発明のアンテナ装置では、バリキャップダイオードを複数備える場合、バリキャップダイオードの個数や接続の仕方には種々の変形例が考えられる。図１２の（ａ）〜（ｅ）は、そのような変形例の一部を示すものである。特に、バリキャップダイオードの個数を増やすことによっては、より小さな印加電圧範囲で、より広い共振周波数の制御が可能となると考えられる。
【００４９】
また、図１３は、共振周波数制御用の直流信号端子と該制御用直流信号を発生する装置との間に低域通過濾波器（ローパスフィルタ）３１を挿入した場合の構成例である。このように、低域通過濾波器３１を挿入した構成では、信号発生装置に起因するノイズや外来のノイズの影響を受けにくい安定したアンテナ特性を得られることが期待できる。なお、この場合において、低域通過濾波器３１は共振周波数制御用直流信号端子の直近にあることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図４】従来のアンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すアンテナ装置の特性を示すグラフである。
【図６】図１に示すアンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図７】図６に示すアンテナ装置の特性を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の具体例を示す斜視図である。
【図１０】本発明のアンテナ装置において、バリキャップダイオードの数が１個の場合と２個の場合とにおけるアンテナの特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示すものであり、アンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【図１４】従来のアンテナ装置の構成を示す回路図である。
【図１５】従来のアンテナ装置の要部構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ アンテナ素子
１１ インダクタ
１３ キャパシタ（固定キャパシタ）
２１・２２ バリキャップダイオード
３１ 低域通過濾波器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆Ｆ型アンテナであり、アンテナ素子と該アンテナ素子に接続されたバリキャップダイオードとを備えており、該バリキャップダイオードに与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数を制御可能なアンテナ装置において、
上記バリキャップダイオードが、アンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記バリキャップダイオードを複数備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子の給電部側とグラウンド板との間に、前記バリキャップダイオードと並行になるように固定キャパシタが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子の開放端側と高周波信号端子との間に、インダクタが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記バリキャップダイオードの両端に掛かる直流印加電圧を印加するための直流信号端子と前記直流信号を発生する装置との間に、低域通過濾波器を接続していることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記請求項１から５の何れかに記載のアンテナ装置を搭載したことを特徴とする携帯機器。
【請求項１】
逆Ｆ型アンテナであり、アンテナ素子と該アンテナ素子に接続されたバリキャップダイオードとを備えており、該バリキャップダイオードに与える直流電圧を変化させることによってアンテナの共振周波数を制御可能なアンテナ装置において、
上記バリキャップダイオードが、アンテナ素子の開放端側とグラウンド板との間に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記バリキャップダイオードを複数備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子の給電部側とグラウンド板との間に、前記バリキャップダイオードと並行になるように固定キャパシタが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子の開放端側と高周波信号端子との間に、インダクタが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記バリキャップダイオードの両端に掛かる直流印加電圧を印加するための直流信号端子と前記直流信号を発生する装置との間に、低域通過濾波器を接続していることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記請求項１から５の何れかに記載のアンテナ装置を搭載したことを特徴とする携帯機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２９６２５０（Ｐ２００９−２９６２５０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４７１６２（Ｐ２００８−１４７１６２）
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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