JP2006060384A - 周波数可変型アンテナ及び無線通信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 バリキャップダイオードの温度特性と逆の温度特性を持つ材料で形成した基体など用いることにより、共振周波数の可変範囲を狭めることなく温度補償を行うことができる周波数可変型アンテナ及び無線通信機を提供する。
【解決手段】 周波数可変型アンテナ１は、放射電極２と基体３と周波数可変回路４とで構成されている。周波数可変回路４は、バリキャップダイオード４０を有し、バリキャップダイオード４０に印加する制御電圧Ｖを変えることで、放射電極２の共振周波数を変化させることができる。基体３は、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で形成されている。これにより、バリキャップダイオード４０の温度上昇（又は下降）に伴う共振周波数の減少（又は増加）分を、基体３の誘電率の温度上昇（又は下降）に伴う共振周波数の増加（又は減少）分で補償する。
【選択図】図２

Description

この発明は、共振周波数を調整することができる周波数可変型アンテナ及び無線通信機に関し、特に温度補償機能を備えた周波数可変型アンテナ及び無線通信機に関するものである。

従来、この種の周波数可変型アンテナとしては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示された技術がある。
図１０は、これら従来の周波数可変型アンテナの電気的構成を示す概略図である。
図１０に示すように、この周波数可変型アンテナは、平面アンテナであり、バリキャップダイオード１０１を逆Ｆアンテナの放射電極１００に接続して、ＲＦＣ１０２に加える電圧を変化させることにより、放射電極１００の共振周波数を変えることができる。さらに、温度補償用のコンデンサ１０３をバリキャップダイオード１０１に直列に接続して、共振周波数の温度変動を抑制するようにしている。具体的には、バリキャップダイオード１０１の容量値が温度上昇によって上がるので、容量値が温度上昇によって下がるコンデンサ１０３を接続することにより、コンデンサ１０３とバリキャップダイオード１０１との容量値全体が所期値からずれないようにして、共振周波数の温度変動を抑制する。

特開平０９−３０７３４４号公報 特開平１０−０２８０１３号公報

しかし、上記した従来の周波数可変型アンテナでは、次のような問題がある。
コンデンサ１０３は、温度変化に対して容量値を変化させるものであり、ＲＦＣ１０２を介して加えられる電圧の変化によって容量値を変えるものでない。これに対して、バリキャップダイオード１０１は、加えられる電圧の変化によって容量値を大きく変化させる機能を有している。したがって、ある一定温度状態において、バリキャップダイオード１０１に加える電圧を変えても、コンデンサ１０３の容量値は固定であり、バリキャップダイオード１０１の容量値のみが変化する。
ところで、バリキャップダイオード１０１に直列に接続したコンデンサ１０３はバリキャップダイオード１０１の容量値と近い値でなければ、バリキャップダイオード１０１の温度変化を補償するという目的を達成することができない。したがって、上記のように、コンデンサ１０３の容量値が固定値であると、コンデンサ１０３の容量値の変化を大きくすることができず、結果的に共振周波数の可変範囲が狭くなってしまうという問題がある。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、バリキャップダイオードの温度特性と逆の温度特性を持つ材料で形成した基体などを用いることにより、共振周波数の可変範囲を狭めることなく温度補償を行うことができる周波数可変型アンテナ及び無線通信機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、給電部を有し且つ基体上に形成された放射電極と、この放射電極に電気的に接続されたバリキャップダイオードに加える電圧を変えることにより、バリキャップダイオードの容量値を変化させて、放射電極の共振周波数を変化させる周波数可変回路とを具備する周波数可変型アンテナであって、基体を、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で形成することにより、温度上昇に伴うバリキャップダイオードの容量値の増加による共振周波数の低下を、温度上昇に伴う誘電体の誘電率の減少による共振周波数の増加で相殺する構造とした。
かかる構成により、共振周波数の高周波信号を給電部から放射電極に送ると、高周波信号が電波として放射電極から放射される。また、周波数可変回路のバリキャップダイオードに加える電圧を変えることにより、放射電極の共振周波数を変化させることができる。ところで、温度が上昇すると、周波数可変回路のバリキャップダイオードの容量値が増加し、放射電極の共振周波数が低下するおそれがある。しかし、この発明では、基体を、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で形成したので、温度が上昇すると、基体の誘電率が減少して、共振周波数を増加させる方向に作用する。この結果、かかる共振周波数の増加により、バリキャップダイオードの容量値の増加に伴う共振周波数の低下が相殺され、共振周波数の温度変動が抑制される。

請求項２の発明は、放射電極を平面形状に形成すると共に、給電部を放射電極と近接して基体に配された第１の電極で形成し、周波数可変回路を、放射電極と近接して基体に配された第２の電極に接続した構成とする。
かかる構成により、周波数可変型の平面アンテナの形成が可能となる。

請求項３の発明は、放射電極をループ状に形成すると共に、放射電極の基部を給電部とし、且つ放射電極の先端部を給電部近傍に一定間隙を持って対向配置し、周波数可変回路を、放射電極のループ経路上に介設した構成とする。
かかる構成により、周波数可変型のフラフープアンテナの形成が可能となる。

請求項４の発明は、基部を給電部として基体上にループ状に形成され且つその先端部が給電部近傍に一定間隙を持って対向配置された放射電極と、この放射電極のループ経路上に介設され且つ放射電極に電気的に接続されたバリキャップダイオードに加える電圧を変えることによりバリキャップダイオードの容量値を変化させて放射電極の共振周波数を変化させる周波数可変回路とを具備する周波数可変型アンテナであって、放射電極の給電部と先端部との間隙に、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体を設けることにより、温度上昇に伴うバリキャップダイオードの容量値の増加による共振周波数の低下を、温度上昇に伴う誘電体の誘電率の減少による共振周波数の増加で相殺する構造とした構成とする。
かかる構成により、温度が上昇すると、バリキャップダイオードの容量値が増加して、共振周波数を低下させようとするが、放射電極の給電部と先端部との間隙に、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体が設けられているので、温度上昇に伴って、当該間隙間の容量が小さくなり、共振周波数を上げるように作用する。この結果、温度上昇に伴うバリキャップダイオードの容量値の増加による共振周波数の低下が相殺され、共振周波数の温度変動が抑制される。

請求項５の発明に係る無線通信機は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の周波数可変型アンテナを備えた構成とする。

以上詳しく説明したように、請求項１ないし請求項３の発明に係る周波数可変型アンテナによれば、基体の温度特性を利用して温度補償を行う構造であるので、従来の周波数可変型アンテナのような別体のコンデンサを必要とせず、部品点数の削減を図ることができる。さらに、かかる固定容量のコンデンサを要しないことから、バリキャップダイオードの容量値の可変範囲に制約がなくなり、この結果、広い帯域で共振周波数を変化させることができるという優れた効果がある。

また、請求項４の発明に係る周波数可変型アンテナによれば、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体を放射電極の給電部と先端部との間隙に設けるだけで、温度補償機能を得ることができるので、温度補償機能の追加が容易であり、この結果、製品のコストダウンを図ることができる。

また、請求項５の発明に係る無線通信機によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の周波数可変型アンテナを備えているので、広い周波数帯域で安定した通信を行うことができる。

以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る周波数可変型アンテナを備えた無線通信機を一部破断して示す斜視図である。
図１に示すように、この無線通信機は、ケース１０内に収納された回路基板１１にこの実施例の周波数可変型アンテナ１を取り付けた構造になっている。
具体的には、回路基板１１の表面（図１の手前側面）にグランド領域１１ａと非グランド領域１１ｂとが設けられ、一点鎖線で示すように、無線通信に必要なＢＢ部（ベースバンド部）１２とＲＦ部（高周波送受信部）１３とがグランド領域１１ａに実装されて、周波数可変型アンテナ１への給電手段をなす。

周波数可変型アンテナ１は、このような回路基板１１の非グランド領域１１ｂに取り付けられている。
図２は、周波数可変型アンテナ１を拡大して示す斜視図であり、図３は、周波数可変型アンテナ１の周面を展開して示す平面図である。
図２及び図３に示すように、周波数可変型アンテナ１は、平面アンテナであり、放射電極２と基体３と周波数可変回路４とで構成されている。

放射電極２は、矩形の平面形状をなし、サイコロ状の基体３の上面３０上に形成されている。符号２０が放射電極２の給電部であり、この給電部２０は、基体３の上面３０と側面３１とに渡って形成された長尺の電極（第１の電極）でなる。給電部２０は、その先端を所定間隙を持たせて放射電極２に近接させ、放射電極２と給電部２０との間に所定の容量を確保している。

周波数可変回路４は、放射電極２の共振周波数を変化させることができる回路であり、放射電極２とグランド領域１１ａとの間に介設されている。具体的には、長尺の電極（第２の電極）２１が基体３の上面３０と側面３２とに渡って形成されており、この電極２１が、その先端を所定間隙を持たせて放射電極２に近接させ、放射電極２と電極２１との間に所定の容量を確保している。周波数可変回路４は、このような電極２１に接続されている。
すなわち、周波数可変回路４は、図３に示すように、バリキャップダイオード４０を有してなり、このバリキャップダイオード４０のカソード側が電極２１に接続され、アノード側がグランド領域１１ａに接地されている。そして、高周波チョークコイル部品４１がバリキャップダイオード４０のカソード側に接続されている。かかる構造により、高周波チョークコイル部品４１を通じてバリキャップダイオード４０に印加する制御電圧Ｖを変えることで、バリキャップダイオード４０の容量値が変化し、放射電極２の電気長が変わって、放射電極２の共振周波数も当該容量値に対応して変化することとなる。

上記の如きバリキャップダイオード４０において、周囲温度が上昇（又は下降）すると、バリキャップダイオード４０の容量値もこれに対応して増加（又は減少）する。そして、放射電極２の共振周波数は、バリキャップダイオード４０の容量値の増加（又は減少）に応じて低く（又は高く）なるので、周囲温度が変化すると、放射電極２の共振周波数が所望値からずれてしまう。
そこで、この実施例では、共振周波数の変動を抑制するための温度補償機能を基体３に持たせた。
すなわち、基体３を、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で形成した。ここで、誘電体は同じ材料でも混合比を変えるだけで、共振周波数の変動を制御することができるものを用いる。放射電極２では、基体３の誘電率により波長短縮効果が生じ、誘電率が高いほど、放射電極２の共振周波数は低くなる。したがって、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で基体３を形成することで、基体３の温度上昇に伴って共振周波数が増加する放射電極２を得ることができる。

図４は、基体３の温度補償機能を説明するための線図である。
図４の破線の特性線Ｓ４で示すように、バリキャップダイオード４０の温度変化に対する共振周波数は傾きθで低下するとする。この場合においては、基体３には、実線の特性線Ｓ３で示すように、温度変化に対する共振周波数の傾きがθで増加する誘電率の誘電体を採用する。
これにより、点Ｐで示すように、温度Ｔ０の時に共振周波数が所望値ｆ０であった場合に、温度が「Ｔ１」に上昇すると、特性線Ｓ４上の点Ｐ１で示すように、共振周波数がバリキャップダイオード４０の温度上昇に伴って「Δｆ」だけ低下しようとする。しかし、特性線Ｓ３の点Ｐ２に示すように、共振周波数は、基体３の温度上昇に伴って「Δｆ」だけ高くなろうとするので、バリキャップダイオード４０の温度上昇に伴う共振周波数の低下分と基体３の温度上昇に伴う共振周波数の増加分とが相殺され、点ｐ３に示すように、共振周波数が所望値ｆ０に維持されることとなる。

この実施例の作用及び効果について説明する。
図５は、周波数可変型アンテナによる広帯域化を説明するための線図である。
図１に示すＲＦ部１３から周波数可変型アンテナ１の給電部２０を通じて高周波信号が放射電極２に送られると、高周波信号が所定の共振周波数で電波として放射電極２から放射される。
また、周波数可変回路４のバリキャップダイオード４０に加える制御電圧Ｖを変えることにより、放射電極２の共振周波数を変化させることができる。具体的には、周波数可変回路４のバリキャップダイオード４０に印加する制御電圧Ｖを変えることで、放射電極２の共振周波数を、図５に示すように、周波数ｆ０から周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４に変えることができる。このことから、周波数可変回路４を使用しない場合には周波数可変型アンテナ１の周波数帯域幅が放射電極２が持つ狭い帯域幅ｈであり、これに対して、周波数可変回路４を使用した場合の通信可能な周波数帯は、放射電極２の共振周波数の可変幅に応じた広い帯域幅Ｈになり、周波数可変型アンテナ１の広帯域化を図ることができる。

ところで、周波数可変回路４のバリキャップダイオード４０の温度が上昇すると、バリキャップダイオード４０の容量値が増加し、放射電極２の共振周波数が所望値ｆ０よりも低下するおそれがある。しかし、図４を用いて説明したように、この実施例では、温度上昇に伴うバリキャップダイオード４０の容量値の増加による共振周波数の低下を基体３による共振周波数の増加で相殺するので、共振周波数の温度変動が抑制され、放射電極２の共振周波数が所望共振周波数ｆ０に維持される。
このように、この実施例の周波数可変型アンテナ１によれば、基体３の温度特性を利用して温度補償を行う構造であるので、従来の周波数可変型アンテナのような別体のコンデンサを必要としない。したがって、その分部品点数の削減を図ることができる。さらに、かかる固定容量のコンデンサを要しないことから、バリキャップダイオード４０の容量値の可変範囲に制約がなくなり、図５に示したように、広い帯域で共振周波数を変化させることができる。
この結果、この実施例の周波数可変型アンテナ１を備えた無線通信機を用いることで、広い周波数帯域で安定した通信を行うことができる。

次に、この発明の第２実施例について説明する。
図６は、この発明の第２実施例に係る周波数可変型アンテナを示す斜視図であり、図７は、第２実施例に適用した周波数可変回路を示す回路図である。
この実施例の周波数可変型アンテナ１−１は、フラフープアンテナであり、放射電極２がループ状に形成されている。具体的には、図６に示すように、放射電極２を基体３に外向きのループ状（逆Ｃ字状）に形成し、放射電極２の基部を給電部２０とした。そして、放射電極２の先端部２２を給電部２０の近傍に対向配置し、一定のギャップＧをこれら給電部２０と先端部２２との間に設けて容量結合状態にした。

このような放射電極２が形成されている基体３は、上記第１実施例と同様に、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で形成した。

また、周波数可変回路４は、放射電極２のループ経路上であって給電部２０に近い位置に介設されている。
周波数可変回路４は、この実施例では、図７に示すように、チップコンデンサ部品４２とチップインダクタ部品４３を放射電極２に直列に接続し、バリキャップダイオード４０をこれらチップコンデンサ部品４２及びチップインダクタ部品４３の直列接続体に並列接続した構造になっている。かかる構造により、バリキャップダイオード４０に印加する制御電圧Ｖを変えることで、放射電極２の共振周波数を変化させることができる。

この実施例においても、上記誘電体の基体３がバリキャップダイオード４０に対して温度補償機能を奏することは上記第１実施例と同様であるが、さらに、この実施例では、バリキャップダイオード４０と高周波チョークコイル部品４１とチップコンデンサ部品４２とチップインダクタ部品４３とでなる周波数可変回路４をループ状の放射電極２に介設し、しかも、周波数可変回路４を電流分布の大きな給電部２０に近い位置に配置したので、放射電極２の共振周波数を第１実施例と比べてより広範囲で変化させることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。

次に、この発明の第３実施例について説明する。
図８は、この発明の第３実施例に係る周波数可変型アンテナを示す斜視図であり、図９は、図８の矢視Ａ−Ａ断面図である。
この実施例の周波数可変型アンテナも上記第２実施例と同様にフラフープアンテナであるが、温度補償を、基体でなく他の温度補償用部材で行う点が上記第２実施例と異なる。

すなわち、周波数可変型アンテナ１−２は、図８に示すように、先端部２２と給電部２０との間にギャップＧを有したループ状の放射電極２と、第２実施例の周波数可変回路と同構造の周波数可変回路４とを備えているが、これら放射電極２と周波数可変回路４とを、誘電率が温度上昇に依存しない誘電体の基体３′上に形成した。
そして、温度補償用部材５を、図８の二点鎖線で示すように、給電部２０と先端部２２とに間に架けた。ここで、温度補償用部材５を、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で形成した。温度補償用部材５は、図９に示すように、給電部２０と先端部２２とに接触させた状態で貼り付けるが、ギャップＧの部分の容量値をより積極的に変えるため、温度補償用部材５をギャップＧの部分のみに貼り付けた。

かかる構成により、温度が上昇すると、周波数可変回路４のバリキャップダイオード４０の容量値が増加して、共振周波数を低下させようとする。一方、温度上昇に伴って、温度補償用部材５の誘電率は減少する。したがって、温度上昇に伴って、給電部２０と先端部２２とのギャップＧ間の容量は小さくなり、共振周波数を上げるように作用する。この結果、温度上昇に伴うバリキャップダイオード４０の容量値の増加による共振周波数の低下が、ギャップＧ間の容量値の減少による共振周波数の増加によって相殺され、共振周波数の温度変動が抑制されることとなる。

このように、この実施例の周波数可変型アンテナ１−２によれば、小型で且つ簡易な構造の温度補償用部材５を給電部２０と先端部２２との間に設けるだけで、温度補償機能を得ることができるので、温度補償機能の追加が容易であり、その分、製品のコストダウンを図ることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、平面アンテナとフラフープアンテナの例を示して説明したが、この発明は、誘電体を基体とするあらゆる表面実装型アンテナに利用することができることは勿論である。

この発明の第１実施例に係る周波数可変型アンテナを備えた無線通信機を一部破断して示す斜視図である。 周波数可変型アンテナを拡大して示す斜視図である。 周波数可変型アンテナの周面を展開して示す平面図である。 基体３の温度補償機能を説明するための線図である。 周波数可変型アンテナによる広帯域化を説明するための線図である。 この発明の第２実施例に係る周波数可変型アンテナを示す斜視図である。 第２実施例に適用した周波数可変回路を示す回路図である。 この発明の第３実施例に係る周波数可変型アンテナを示す斜視図である。 図８の矢視Ａ−Ａ断面図である。 従来の周波数可変型アンテナの電気的構成を示す概略図である。

符号の説明

１，１−１，１−２…周波数可変型アンテナ、 ２…放射電極、 ３，３′…基体、 ４…周波数可変回路、 ５…温度補償用部材、 １０…ケース、 １１…回路基板、 １１ａ…グランド領域、 １１ｂ…非グランド領域、 １２…ＢＢ部、 １３…ＲＦ部、 ２０…給電部、 ２１…電極、 ２２…先端部、 ３０…上面、 ３１…側面、 ３２…側面、 ４０…バリキャップダイオード、 ４１…高周波チョークコイル部品、 ４２…チップコンデンサ部品、 ４３…チップインダクタ部品。

Claims (5)

1. 給電部を有し且つ基体上に形成された放射電極と、この放射電極に電気的に接続されたバリキャップダイオードに加える電圧を変えることにより、バリキャップダイオードの容量値を変化させて、当該放射電極の共振周波数を変化させる周波数可変回路とを具備する周波数可変型アンテナであって、
   上記基体を、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体で形成することにより、
   温度上昇に伴う上記バリキャップダイオードの容量値の増加による共振周波数の低下を、温度上昇に伴う上記誘電体の誘電率の減少による共振周波数の増加で相殺する構造とした、
   ことを特徴とする周波数可変型アンテナ。
2. 上記放射電極を平面形状に形成すると共に、上記給電部を当該放射電極と近接して上記基体に配された第１の電極で形成し、
   上記周波数可変回路を、当該放射電極と近接して上記基体に配された第２の電極に接続した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の周波数可変型アンテナ。
3. 上記放射電極をループ状に形成すると共に、当該放射電極の基部を上記給電部とし、且つ当該放射電極の先端部を当該給電部近傍に一定間隙を持って対向配置し、
   上記周波数可変回路を、上記放射電極のループ経路上に介設した、
   ことを特徴とする請求項１に記載の周波数可変型アンテナ。
4. 基部を給電部として基体上にループ状に形成され且つその先端部が上記給電部近傍に一定間隙を持って対向配置された放射電極と、この放射電極のループ経路上に介設され且つ放射電極に電気的に接続されたバリキャップダイオードに加える電圧を変えることによりバリキャップダイオードの容量値を変化させて当該放射電極の共振周波数を変化させる周波数可変回路とを具備する周波数可変型アンテナであって、
   上記放射電極の給電部と先端部との間隙に、温度上昇に対応して誘電率が減少する誘電体を設けることにより、
   温度上昇に伴う上記バリキャップダイオードの容量値の増加による共振周波数の低下を、温度上昇に伴う上記誘電体の誘電率の減少による共振周波数の増加で相殺する構造とした、
   ことを特徴とする周波数可変型アンテナ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の周波数可変型アンテナを備えた、
   ことを特徴とする無線通信機。

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