JPWO2004109850A1 - 周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機 - Google Patents
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Abstract
モノポールアンテナ動作を行う放射電極（２）は、開放端部（２Ｋ）が給電端部（２Ｑ）に間隔を介し対向配置されたループ形状とする。放射電極（２）のループ経路上に周波数可変回路（３）を介設する。周波数可変回路（３）はリアクタンス成分とそのリアクタンス成分の可変部を有し、当該周波数可変回路（３）はリアクタンス成分の可変により放射電極（２）の電気長を可変して放射電極（２）の共振周波数を可変する回路である。周波数可変回路（３）の介設位置を放射電極（２）のループ経路上としたことにより放射電極（２）と通信機の回路側との整合状態を良好に維持したまま（利得低下を抑制しながら）、放射電極（２）の共振周波数を可変できる。通信用に要求される周波数に応じて放射電極（２）の共振周波数を可変することで周波数可変型アンテナ（１）の帯域幅は放射電極（２）自体が持つ帯域幅よりも広げることができる。
Description
本発明は、無線通信又は放送に利用される周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機に関するものである。
第１２図には日本国公開特許公報第２００２−１５８５２９号に記載されているアンテナ構造の一つが簡略的に示されている。このアンテナ構造４０には、誘電体基体４１と、この誘電体基体４１に形成されている放射電極４２と、基板（例えば通信機の回路基板）４３に形成されている給電用配線パターン４４と、整合回路４５とが設けられている。
放射電極４２は、その一端側の開放端部４２Ｋが他端側の給電端部４２Ｑと間隔を介し対向配置されたループ形状と成している。給電用配線パターン４４は、誘電体基体４１が基板４３の設定位置に表面実装されたときに、その誘電体基体４１に形成されている放射電極４２の給電端部４２Ｑと接続し、放射電極４２と、例えば通信機の通信用の高周波回路４６とを接続させる。例えば、高周波回路４６から無線送信用の信号が給電用配線パターン４４に伝達されると、その無線送信用の信号は給電用配線パターン４４から放射電極４２に供給される。この信号供給によって、放射電極４２が励振して信号が無線送信又は受信される。
整合回路４５は給電用配線パターン４４に介設されている。この整合回路４５はコンデンサやインダクタを有して構成され、給電用配線パターン４４と放射電極４２の入力インピーダンスとの整合をとるものである。ところで、アンテナに対して小型化の要求がある。この要求に基づいて誘電体基体４１を小型化すると、必然的に、放射電極４２の物理的な長さが短くなって、無線通信用に設定された周波数では、放射電極４２のインピーダンスが非常に高くなる場合が生じてくる。このような場合に対処するために整合回路４５が設けられている。つまり、整合回路４５によって、放射電極４２と給電用配線パターン４４との所望の周波数におけるインピーダンス整合をとることで、放射電極４２と給電用配線パターン４４との接続部分での信号の反射に因る損失を抑えることができる。
ところで、近年、例えば地上波デジタルテレビに使用される周波数帯のように帯域幅が非常に広い周波数帯の通信に対応できるアンテナが求められている。しかしながら、アンテナ自身を小型にした場合にはＱ値が高くなるので、帯域幅が狭く、例えば地上波デジタルテレビ用の周波数帯域のような広帯域な周波数帯には対応できないという問題が生じ、また、整合回路で周波数を可変する場合には、利得の低下や回路が複雑になるという問題がある。
本発明は、利得低下を抑制しながら、広帯域な周波数帯の通信に対応できるループ形状の放射電極を持つ周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機を提供することを目的としている。
放射電極４２は、その一端側の開放端部４２Ｋが他端側の給電端部４２Ｑと間隔を介し対向配置されたループ形状と成している。給電用配線パターン４４は、誘電体基体４１が基板４３の設定位置に表面実装されたときに、その誘電体基体４１に形成されている放射電極４２の給電端部４２Ｑと接続し、放射電極４２と、例えば通信機の通信用の高周波回路４６とを接続させる。例えば、高周波回路４６から無線送信用の信号が給電用配線パターン４４に伝達されると、その無線送信用の信号は給電用配線パターン４４から放射電極４２に供給される。この信号供給によって、放射電極４２が励振して信号が無線送信又は受信される。
整合回路４５は給電用配線パターン４４に介設されている。この整合回路４５はコンデンサやインダクタを有して構成され、給電用配線パターン４４と放射電極４２の入力インピーダンスとの整合をとるものである。ところで、アンテナに対して小型化の要求がある。この要求に基づいて誘電体基体４１を小型化すると、必然的に、放射電極４２の物理的な長さが短くなって、無線通信用に設定された周波数では、放射電極４２のインピーダンスが非常に高くなる場合が生じてくる。このような場合に対処するために整合回路４５が設けられている。つまり、整合回路４５によって、放射電極４２と給電用配線パターン４４との所望の周波数におけるインピーダンス整合をとることで、放射電極４２と給電用配線パターン４４との接続部分での信号の反射に因る損失を抑えることができる。
ところで、近年、例えば地上波デジタルテレビに使用される周波数帯のように帯域幅が非常に広い周波数帯の通信に対応できるアンテナが求められている。しかしながら、アンテナ自身を小型にした場合にはＱ値が高くなるので、帯域幅が狭く、例えば地上波デジタルテレビ用の周波数帯域のような広帯域な周波数帯には対応できないという問題が生じ、また、整合回路で周波数を可変する場合には、利得の低下や回路が複雑になるという問題がある。
本発明は、利得低下を抑制しながら、広帯域な周波数帯の通信に対応できるループ形状の放射電極を持つ周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機を提供することを目的としている。
この発明の周波数可変型アンテナは、モノポールアンテナ動作を行う放射電極を有し、この放射電極は、その一端側の給電端部と他端側の開放端部が間隔を介し対向配置されたループ形状と成し、この放射電極のループ経路上には、リアクタンス成分およびそのリアクタンス成分の可変部を持つ回路が介設されており、その回路は、リアクタンス成分の可変により放射電極の電気長を可変して放射電極の共振周波数を可変する周波数可変回路と成していることを特徴としている。また、この発明の通信機は、この発明において特徴的な構成を持つ周波数可変型アンテナが設けられていることを特徴としている。
この発明によれば、放射電極は、給電端部と開放端部が間隔を介し対向配置されたループ形状と成し、この放射電極のループ経路上に周波数可変回路が介設されている。その周波数可変回路はリアクタンス成分とそのリアクタンス成分の可変部とを有し、リアクタンス成分の可変により放射電極の電気長を可変して放射電極の共振周波数を可変するものである。この周波数可変回路によって、例えば、通信の周波数に応じて放射電極の共振周波数を可変できるので、放射電極自身が持つ帯域幅よりも通信可能な帯域幅を広げることができる。
また、放射電極のループ経路上に周波数可変回路を介設したので、その周波数可変回路のリアクタンス成分を可変しても、放射電極と例えば通信機の回路側との整合状態の変動を抑制できる。これにより、周波数可変型アンテナの利得変動を抑制しながら周波数可変回路によって放射電極の共振周波数を可変することができる。
よって、この発明において特有な構成を持つ周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機は、利得の悪化を抑制しながら、広帯域化が可能である。
また、周波数可変回路が、放射電極において電流分布が大きい給電端部側寄りのループ経路上に介設されているものにあっては、電流分布の大きい部分のリアクタンス成分を可変することで、放射電極の共振周波数を大きく可変できるので、周波数可変回路を放射電極のループ経路上の他の部分に設ける場合よりも、周波数可変型アンテナの広帯域化を促進させることができる。
さらに、周波数可変回路が、インダクタとバラクタの並列回路を有して構成されているものにあっては、その周波数可変回路の回路構成は簡単であることから、周波数可変型アンテナの複雑化を防止できる。
また、インダクタとバラクタの複数の並列回路が放射電極のループ経路上に連続的に又は分散的に形成され、それら複数の並列回路によって周波数可変回路が構成されているものにあっては、周波数可変回路を構成するインダクタが複数になるので、周波数可変回路を構成するインダクタが１つである場合よりも、個々のインダクタのインダクタンス値を小さくすることができる。これにより、インダクタへの電流集中を緩和できて電力損失の低減が図れるので、アンテナ効率の向上を図ることができる。
さらに、同じ極性同士が接続される一対のバラクタと、それら各バラクタ毎に並列接続するインダクタとを有して周波数可変回路が構成されているものにあっては、対を成すバラクタのそれぞれの容量成分の大きさを同じ制御電圧で制御することができるので、回路構成の簡略化を図ることができる。
放射電極および周波数可変回路が誘電体基体に形成されて一つの表面実装型のアンテナ部品と成しているものにあっては、放射電極に例えば予め設定された電気長を持たせようとする場合に、誘電体基体の誘電率を高めることによって、放射電極の物理的な長さを短くすることができるので、誘電体基体を小型化できて周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機の小型化を図ることができる。
放射電極および周波数可変回路が板状の誘電体基体の表面に形成されて一つの板状部品と成し、この板状部品は回路基板に立設される起立設置タイプのアンテナ部品であるものにあっては、回路基板におけるアンテナ占有面積を大幅に削減することができる。これにより、その起立設置タイプのアンテナ部品を備える通信機は、アンテナ占有面積を削減できた分、小型化を図ることができる。
ところで、ループ形状の放射電極にあっては、その放射電極により囲まれている領域を介して並設する各放射電極部位からそれぞれ放射される電界は互いに逆相となる。このため、その互いに逆相の電界が打ち消し合うという現象が生じる。特に、放射電極が誘電体基体に形成されている場合には、誘電体基体によって逆相の電界が生じる放射電極部位間の間隔が見かけ上短くなってしまうので、そのような電界の打ち消し量が増加する。この発明では、ループ形状の放射電極に囲まれている誘電体基体部分に誘電率低下部を形成することによって、互いに電界が逆相となる放射電極部位間の間隔を見かけ上離すことができて、電界の打ち消し量を減少させることができる。これにより、アンテナ効率を向上させることができる。
放射電極が回路基板に直接的に形成されているものにあっては、低コストにアンテナを形成することができる。
さらに、放射電極が外向きループ形状であるものにあっては、放射電極の開放端部が給電端部よりも外側寄りに配置されるので、開放端部の近傍に配置される導体が減少し、電界が開放端部から外部に放射され易くなる。これにより、周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機のアンテナ効率を高めることができる。
この発明において特有な周波数可変型アンテナがテレビ信号受信用のアンテナとして設けられ、また、電話用のアンテナが別個に設けられている通信機にあっては、この発明の周波数可変型アンテナは、放射電極の共振周波数を容易に可変することができるので、その放射電極の共振周波数を電話用のアンテナの共振周波数と異ならせることが容易にできる。これにより、テレビ信号受信用のアンテナと、電話用のアンテナとの相互干渉を防止することができて、通信の信頼性の低下を抑制することができる。
この発明によれば、放射電極は、給電端部と開放端部が間隔を介し対向配置されたループ形状と成し、この放射電極のループ経路上に周波数可変回路が介設されている。その周波数可変回路はリアクタンス成分とそのリアクタンス成分の可変部とを有し、リアクタンス成分の可変により放射電極の電気長を可変して放射電極の共振周波数を可変するものである。この周波数可変回路によって、例えば、通信の周波数に応じて放射電極の共振周波数を可変できるので、放射電極自身が持つ帯域幅よりも通信可能な帯域幅を広げることができる。
また、放射電極のループ経路上に周波数可変回路を介設したので、その周波数可変回路のリアクタンス成分を可変しても、放射電極と例えば通信機の回路側との整合状態の変動を抑制できる。これにより、周波数可変型アンテナの利得変動を抑制しながら周波数可変回路によって放射電極の共振周波数を可変することができる。
よって、この発明において特有な構成を持つ周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機は、利得の悪化を抑制しながら、広帯域化が可能である。
また、周波数可変回路が、放射電極において電流分布が大きい給電端部側寄りのループ経路上に介設されているものにあっては、電流分布の大きい部分のリアクタンス成分を可変することで、放射電極の共振周波数を大きく可変できるので、周波数可変回路を放射電極のループ経路上の他の部分に設ける場合よりも、周波数可変型アンテナの広帯域化を促進させることができる。
さらに、周波数可変回路が、インダクタとバラクタの並列回路を有して構成されているものにあっては、その周波数可変回路の回路構成は簡単であることから、周波数可変型アンテナの複雑化を防止できる。
また、インダクタとバラクタの複数の並列回路が放射電極のループ経路上に連続的に又は分散的に形成され、それら複数の並列回路によって周波数可変回路が構成されているものにあっては、周波数可変回路を構成するインダクタが複数になるので、周波数可変回路を構成するインダクタが１つである場合よりも、個々のインダクタのインダクタンス値を小さくすることができる。これにより、インダクタへの電流集中を緩和できて電力損失の低減が図れるので、アンテナ効率の向上を図ることができる。
さらに、同じ極性同士が接続される一対のバラクタと、それら各バラクタ毎に並列接続するインダクタとを有して周波数可変回路が構成されているものにあっては、対を成すバラクタのそれぞれの容量成分の大きさを同じ制御電圧で制御することができるので、回路構成の簡略化を図ることができる。
放射電極および周波数可変回路が誘電体基体に形成されて一つの表面実装型のアンテナ部品と成しているものにあっては、放射電極に例えば予め設定された電気長を持たせようとする場合に、誘電体基体の誘電率を高めることによって、放射電極の物理的な長さを短くすることができるので、誘電体基体を小型化できて周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機の小型化を図ることができる。
放射電極および周波数可変回路が板状の誘電体基体の表面に形成されて一つの板状部品と成し、この板状部品は回路基板に立設される起立設置タイプのアンテナ部品であるものにあっては、回路基板におけるアンテナ占有面積を大幅に削減することができる。これにより、その起立設置タイプのアンテナ部品を備える通信機は、アンテナ占有面積を削減できた分、小型化を図ることができる。
ところで、ループ形状の放射電極にあっては、その放射電極により囲まれている領域を介して並設する各放射電極部位からそれぞれ放射される電界は互いに逆相となる。このため、その互いに逆相の電界が打ち消し合うという現象が生じる。特に、放射電極が誘電体基体に形成されている場合には、誘電体基体によって逆相の電界が生じる放射電極部位間の間隔が見かけ上短くなってしまうので、そのような電界の打ち消し量が増加する。この発明では、ループ形状の放射電極に囲まれている誘電体基体部分に誘電率低下部を形成することによって、互いに電界が逆相となる放射電極部位間の間隔を見かけ上離すことができて、電界の打ち消し量を減少させることができる。これにより、アンテナ効率を向上させることができる。
放射電極が回路基板に直接的に形成されているものにあっては、低コストにアンテナを形成することができる。
さらに、放射電極が外向きループ形状であるものにあっては、放射電極の開放端部が給電端部よりも外側寄りに配置されるので、開放端部の近傍に配置される導体が減少し、電界が開放端部から外部に放射され易くなる。これにより、周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機のアンテナ効率を高めることができる。
この発明において特有な周波数可変型アンテナがテレビ信号受信用のアンテナとして設けられ、また、電話用のアンテナが別個に設けられている通信機にあっては、この発明の周波数可変型アンテナは、放射電極の共振周波数を容易に可変することができるので、その放射電極の共振周波数を電話用のアンテナの共振周波数と異ならせることが容易にできる。これにより、テレビ信号受信用のアンテナと、電話用のアンテナとの相互干渉を防止することができて、通信の信頼性の低下を抑制することができる。
第１ａ図は、第１実施形態例の周波数可変型アンテナを簡略的に示した斜視図である。第１ｂ図は、第１実施形態例の周波数可変型アンテナに設けられている周波数可変回路を説明するための図である。第１ｃ図は、第１ｂ図に示した周波数可変回路の等価回路図である。第２図は、第１実施形態例の周波数可変型アンテナの周波数帯域を説明するための図である。第３図は、放射電極の電流分布と電圧分布の一例を示すグラフである。第４ａ図は、外向きループ形状の放射電極の一形態例を示すモデル図である。第４ｂ図は、内向きループ形状の放射電極の一形態例を示すモデル図である。
第５図は、第２実施形態例の周波数可変型アンテナを説明するための図である。第６ａ図は、第２実施形態例の周波数可変型アンテナを構成する放射電極のその他の形態例を説明するためのモデル図である。第６ｂ図は、さらに別の放射電極の形態例を説明するためのモデル図である。
第７図は、第３実施形態例の周波数可変型アンテナを説明するためのモデル図である。第８図は、第４実施形態例の周波数可変型アンテナを説明するためのモデル図である。第９図は、周波数可変回路のその他の回路構成例を示す等価回路図である。第１０図は、さらに別の周波数可変回路の他の回路構成例を示す等価回路図である。第１１図は、テレビ機能と携帯型電話機能を備えた通信機の一例を説明するためのモデル図である。第１２図は、特許文献１に記載されている周波数可変型アンテナの一つを説明するためのモデル図である。
第５図は、第２実施形態例の周波数可変型アンテナを説明するための図である。第６ａ図は、第２実施形態例の周波数可変型アンテナを構成する放射電極のその他の形態例を説明するためのモデル図である。第６ｂ図は、さらに別の放射電極の形態例を説明するためのモデル図である。
第７図は、第３実施形態例の周波数可変型アンテナを説明するためのモデル図である。第８図は、第４実施形態例の周波数可変型アンテナを説明するためのモデル図である。第９図は、周波数可変回路のその他の回路構成例を示す等価回路図である。第１０図は、さらに別の周波数可変回路の他の回路構成例を示す等価回路図である。第１１図は、テレビ機能と携帯型電話機能を備えた通信機の一例を説明するためのモデル図である。第１２図は、特許文献１に記載されている周波数可変型アンテナの一つを説明するためのモデル図である。
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
第１ａ図には第１実施形態例の周波数可変型アンテナが模式的な斜視図により示されている。この第１実施形態例の周波数可変型アンテナ１は、放射電極２と、周波数可変回路３とを有して構成されている。この第１実施形態例では、周波数可変型アンテナ１は、地上波デジタルテレビ信号受信機能を備えた通信機（例えば、テレビや携帯型電話機など）に設けられて、地上波デジタルテレビ信号を受信するものである。
この第１実施形態例の周波数可変型アンテナ１が設けられる通信機は回路基板４を有し、この回路基板４の片端部側は非グランド領域（つまりグランドが形成されていない領域）Ｚと成し、回路基板４の他の部分はグランド領域Ｇとなっている。この第１実施形態例では、周波数可変型アンテナ１の放射電極２はモノポールアンテナとして機能し、当該放射電極２は、回路基板４の非グランド領域Ｚに直接的に形成された導体パターンにより構成されている。この放射電極２の一端側２Ｑは、回路基板４のグランド領域Ｇに形成された受信回路１０に接続される給電端部と成し、他端側２Ｋが開放端部となっている。当該放射電極２は、開放端部２Ｋが給電端部２Ｑと間隔を介して対向配置されたループ形状の放射電極と成している。なお、放射電極２の給電端部２Ｑと、受信回路１０との間には、必要に応じて整合回路が設けられることがある。
周波数可変回路３は、リアクタンス成分およびそのリアクタンス成分の可変部を持つ回路である。この周波数可変回路３は放射電極２に介設され、リアクタンス成分の可変によって放射電極２の電気長を可変して放射電極２の共振周波数を可変するものである。周波数可変回路３の回路構成の一例が第１ｂ図に示されている。この例では、放射電極２に直列的にチップコンデンサ部品６とチップインダクタ部品７が介設され、そのチップコンデンサ部品６とチップインダクタ部品７の直列接続体にバラクタ（バラクタダイオード）８が並列接続されている。それらチップコンデンサ部品６とチップインダクタ部品７とバラクタ８によって周波数可変回路３が構成されている。この周波数可変回路３の等価回路図が第１ｃ図に示されている。なお、第１ｂ図、第１ｃ図の中の符号９はチョークコイルと同様に機能するインダクタであり、このインダクタ９は、予め定められた設定の使用周波数ではインピーダンスが高くなり、直流ではインピーダンスが低くてショート状態となるように設計されている。
バラクタ８は容量成分を有し、印加電圧によって容量成分の大きさが変化するものである。周波数可変回路３には、バラクタ８の印加電圧を制御する制御電圧を導入するための制御電圧導入部Ｖｃｔｌが設けられている。この第１実施形態例の周波数可変型アンテナ１が組み込まれる通信機には、回路基板４の受信回路１０に受信周波数制御部１１が設けられる。この受信周波数制御部１１に周波数可変型アンテナ側の周波数可変回路３の制御電圧導入部Ｖｃｔｌが接続され、受信周波数制御部１１から制御電圧導入部Ｖｃｔｌを介して周波数可変回路３にバラクタ８の制御電圧が印加される。
その受信周波数制御部１１から供給されるバラクタ８の制御電圧が可変することにより、バラクタ８の印加電圧が可変して、バラクタ８の容量成分の大きさが変化し、第１ｂ図および第１ｃ図に示される周波数可変回路３のリアクタンスの大きさが変化する。なお、周波数可変回路３のコンデンサ６はＤＣカット用のコンデンサである。
このような周波数可変回路３を放射電極２に介設することによって、前記したように、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変によって放射電極２の電気長が可変して放射電極２の共振周波数を可変できる。
この第１実施形態例では、そのように、周波数可変回路３によって、放射電極２の共振周波数を、例えば第２図に示される周波数Ｆ３から周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５に可変できる。このことから、周波数可変回路３を設けない場合には周波数可変型アンテナ１の周波数帯域幅は放射電極２が持つ帯域幅ｈ（第２図参照）と狭いのに対して、この第１実施形態例では、周波数可変回路３による放射電極２の共振周波数可変によって周波数可変型アンテナ１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帯域幅Ｈを持つことができ、周波数可変型アンテナ１の広帯域化を図ることが容易にできる。なお、バラクタ８はその容量成分の可変幅が定まっているものであるので、放射電極２の共振周波数の可変幅は、そのバラクタ８の容量成分の可変幅に応じたものとなる。
また、バラクタ８の容量成分は制御電圧を連続的に可変することによって連続的に可変するので、放射電極２の共振周波数を連続的に可変することができる。これにより、放射電極２の共振周波数を要求の周波数に合わせることが容易である。
このような周波数可変型アンテナ１が設けられた通信機においては、例えば、次に示すように周波数可変型アンテナ１の通信の周波数制御が行われる。例えば、周波数可変型アンテナ１が設けられる地上波デジタルテレビ信号受信機能付の通信機には、各テレビチャンネル毎の周波数と、周波数可変回路３に供給するバラクタ８の制御電圧との関係データが予め与えられる。受信周波数制御部１１は、その関係データに基づいて、例えば受信が要求されているテレビチャンネルの周波数情報に応じた周波数可変回路３への制御電圧を求め、当該求めた制御電圧を制御電圧導入部Ｖｃｔｌを介して周波数可変回路３に供給する。これにより、放射電極２の共振周波数は、受信要求のテレビチャンネルに応じた周波数となり、その受信要求のテレビチャンネルの信号を受信できる。
ところで、第３図には放射電極２の電流分布と電圧分布を表すグラフが示されている。このグラフから分かるように、放射電極２の中では給電端部２Ｑが電流分布の最も大きい部分となっている。この電流分布の大きい給電端部２Ｑにおいてリアクタンス成分を可変することにより、他の部分でリアクタンス成分を可変するよりも放射電極２の共振周波数を大きく可変できることが本発明者の研究によって分かっている。つまり、リアクタンス成分を同じ量だけ可変しても、周波数可変回路３を放射電極２の給電端部２Ｑに設ける場合には、周波数可変回路３を放射電極２の他の部分に設ける場合よりも、放射電極２の共振周波数を大きく可変することができる。このことから、放射電極２の共振周波数を大きく可変したい場合には、周波数可変回路３は、放射電極２の給電端部２Ｑに設けることが好ましい。
しかしながら、周波数可変回路３を放射電極２の給電端部２Ｑに設けると、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変に応じて放射電極２の入力インピーダンスも変動し、利得も変動する。つまり、周波数可変回路３を放射電極２の給電端部２Ｑに設けると、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変によって放射電極２の給電端のインピーダンスが大きく変化して、放射電極２と受信回路１０側との整合状態が変化するので、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変に因る利得変動が生じる。そのような利得変動が生じると、例えば、テレビチャンネル毎に受信感度が異なってしまうという問題が生じる。
これに対して、放射電極２の給電端部２Ｑを避けて、放射電極２のループ経路上に周波数可変回路３を設けた場合には、周波数可変回路３のリアクタンス成分を可変しても、放射電極２の給電端のインピーダンス変動が大きくないので、周波数可変型アンテナ１の利得変動を抑制できる。よって、利得変動を抑制しながら放射電極２の共振周波数を可変することができる。換言すれば、利得の良好な状態を維持したまま、放射電極２の共振周波数の可変が可能となる。
この第１実施形態例では、このことと、前記したように電流分布の大きい放射電極部分でリアクタンス成分を可変することにより放射電極２の共振周波数の可変幅を広げることができることとを考慮して、周波数可変回路３は、放射電極２の給電端部２Ｑを避けて放射電極２のループ経路上における給電端部側寄りに配置されている。したがって、この第１実施形態例では、利得の劣化を抑制しながら広帯域化が容易なループ形状の放射電極２を持つ周波数可変型アンテナ１を提供することができる。なお、放射電極２の共振周波数の可変幅が小さくてもよい場合には、例えば、周波数可変回路３は、放射電極２の中央部や開放端部側寄りに形成してもよい。このように、周波数可変回路３の配置位置は、例えば周波数可変回路３の構成部品の配置スペースの大きさや放射電極２の要求の共振周波数可変幅などの様々な条件を考慮して適宜に設定されるものである。
ところで、給電端部２Ｑと開放端部２Ｋが間隔を介して対向配置された放射電極２のループ形状には、第４ａ図のモデル図に示されるような外向きループ形状と、第４ｂ図のモデル図に示されるような内向きのループ形状とに大別することができる。この第１実施形態例では、放射電極２は、外向きのループ形状と内向きのループ形状とのうちの何れの形状を採用してもよい。ただ、放射電極２を内向きのループ形状とした場合には、放射電極２の開放端部２Ｋは、その周囲が間隔を介して放射電極２の他の部分やグランドなどの導体によって囲まれた状態となる。このため、開放端部２Ｋから放射される電界（電波）Ｅは開放端部２Ｋの近傍の導体に引き寄せられるような状態となって（電界が閉じこもって）電界は外部に放射され難くなる（第４ｂ図参照）。これに比べて、放射電極２を外向きのループ形状とした場合には、放射電極２の開放端部２Ｋは回路基板４の外端縁に近く開放されたような状態であることから、開放端部２Ｋから放射される電界（電波）Ｅは外部に放射され易くなる。これにより、アンテナ効率の向上を容易に図ることが可能となる。このことから、第１図の例では、放射電極２は外向きのループ形状と成し、この放射電極２の開放端部２Ｋは給電端部２Ｑよりも外側寄りに配置されている。
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
この第２実施形態例では、第５図の模式的な斜視図に示されるように、放射電極２および周波数可変回路３は誘電体基体（例えばアルミナ等のセラミックスの基体）１３に形成されている。この第２実施形態例においても、放射電極２は、開放端部２Ｋが給電端部２Ｑと間隔を介して対向配置したループ形状と成し、そのループ形状は外向きのループ形状となっている。また、周波数可変回路３は、放射電極２のループ経路上における給電端部２Ｑ寄りの位置に介設されている。
この第２実施形態例では、電界の外部への放射し易さを考慮して、放射電極２は、誘電体基体１３の外側を向いている側面に形成されている。また、この第２実施形態例では、誘電体基体１３には、ループ形状の放射電極２に囲まれている部分に、孔部１６が形成されている。この孔部１６は誘電体基体１３を貫通している孔部であり、誘電体基体１３の他の部分よりも誘電率が低くなっている。つまり、孔部１６は誘電率低下部を構成している。この誘電率低下部である孔部１６を形成した理由は次の通りである。例えば第５図に示す放射電極Ａ部分と、放射電極Ｂ部分とにそれぞれ基づいた電界は互いに逆相となるために、互いに打ち消し合ってしまい、これにより、アンテナ効率が低下することが考えられる。このため、この第２実施形態例では、それら互いに電界が逆相となる放射電極部分Ａ，Ｂ間に、誘電率低下部を設け、その低い誘電率によって、それら放射電極部分Ａ，Ｂ間の間隔を見かけ上離して、電界の打ち消し量の削減を図っている。これにより、アンテナ効率の低下を抑制している。
上記したような放射電極２と周波数可変回路３と誘電体基体１３は一つの部品と成し、この部品は回路基板４に表面実装される表面実装型アンテナ部品と成している。ここでは、その表面実装型アンテナ部品は、回路基板４の非グランド領域Ｚに搭載される。
その回路基板４のアンテナ部品実装部分には、配線パターン１４，１５がそれぞれ形成されている。配線パターン１４は、一端側が放射電極２の給電端部２Ｑに接続され、他端側が受信回路１０に接続されており、当該配線パターン１４は、放射電極２と受信回路１０を接続するための導体線路である。また、配線パターン１５は、一端側が周波数可変回路３の制御電圧導入部Ｖｃｔｌに接続され、他端側が受信周波数制御部１１に接続されており、当該配線パターン１５は、周波数可変回路３と受信周波数制御部１１間を接続するための導体線路である。
この第２実施形態例では、上述した構成以外の周波数可変型アンテナ１の構成は、第１実施形態例と同様である。
この第２実施形態例では、回路基板４とは別個の誘電体基体１３に放射電極２および周波数可変回路３を設ける構成とした。回路基板４は様々な制約から構成材料が限定されて誘電率を高めることは難しいが、誘電体基体１３は周波数可変型アンテナ専用の部品であることから、誘電体基体１３の構成材料に対する制約は緩く、これにより、誘電体基体１３を誘電率の高い（例えば比誘電率が６以上の）誘電材料で構成することができる。誘電体基体１３を高誘電率の誘電材料によって構成することによって、その高い誘電率による波長短縮効果により、設定の共振周波数に対応する放射電極２の物理的な長さを短くすることができる。これにより、誘電体基体１３を小型化できて周波数可変型アンテナ１およびそれを備えた通信機の小型化を図ることができる。
また、放射電極２を誘電体基体１３上に形成することによって、放射電極２を回路基板４上に設ける場合よりも、放射電極２の開放端部２Ｋと給電端部２Ｑ間の誘電率を高めることができる。放射電極２の開放端部２Ｋと給電端部２Ｑ間の誘電率を高めることによってアンテナ効率を向上させることができる。
なお、この第２実施形態例では、放射電極２は、誘電体基体１３の外向きの側面に設けられていたが、例えば、放射電極２は誘電体基体１３の上面に設けてもよい。また、第６ａ図に示されるように、放射電極２は誘電体基体１３の側周面を周回するように形成してもよいし、第６ｂ図に示されるように放射電極２は誘電体基体１３の側面と上面を通るループ形状に形成してもよい。このように、誘電体基体１３における放射電極２の形成位置は限定されるものではない。
また、この第２実施形態例では、誘電体基体１３に形成した誘電率低下部は孔部１６により構成されていたが、例えば、その誘電率低下部は、孔部に代えて、誘電体基体１３の他の部分よりも低い誘電率を持つ誘電材料によって構成してもよい。
以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において第１や第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
この第３実施形態例では、第７図の模式的な分解図に示されるように、放射電極２および周波数可変回路３は、板状の誘電体基体１８の表面に形成されている。その板状の誘電体基本１８は回路基板４の端部に形成された非グランド領域Ｚに立設される。つまり、誘電体基体１８の下端部には下向きの端子２０が設けられ、また、回路基板４の端部の非グランド領域Ｚには穴部２１が誘電体基体１８の端子２０の配置位置に対応させて形成されている。誘電体基体１８側の端子２０を回路基板４側の穴部２１に差し込んで、例えば、半田などの接合材料によって端子２０を回路基板４に固定することによって、誘電体基体１８は回路基板４の端部に立設される。この第３実施形態例では、電界が外部に放射され易くなるように、誘電体基体１８は、放射電極２の形成面を外向きにして回路基板４の端部に立設される。また、この第３実施形態例では、放射電極２と周波数可変回路３と誘電体基体１８は一つの板状部品を構成し、この板状部品は起立設置タイプのアンテナ部品と成している。
この第３実施形態例では、端子２０は導体により構成されており、一つの端子２０（２０ａ）は放射電極２の給電端部２Ｑに接続され、別の一つの端子２０（２０ｂ）は周波数可変回路３の制御電圧導入部Ｖｃｔｌに接続されている。また、回路基板４側の端子２０ａ，２０ｂにそれぞれ対応する穴部２１ａ，２１ｂの内壁面には導体膜が形成され、また、それら穴部２１ａ，２１ｂの開口端縁部には穴部２１の内壁面の導体膜に連通している電極パッド２２ａ，２２ｂがそれぞれ形成されている。電極パッド２２ａは受信回路１０に接続され、また、電極パッド２２ｂは受信周波数制御部１１に接続されている。このような構成であるために、誘電体基体１８の端子２０を回路基板４の穴部２１に差し込んで誘電体基体１８を回路基板４に設置することにより、放射電極２は端子２０ａと電極パッド２２ａを介して受信回路１０に電気的に接続され、また、周波数可変回路３は、端子２０ｂと電極パッド２２ｂを介して受信周波数制御部１１に電気的に接続される。
この第３実施形態例では、上記以外の周波数可変型アンテナの構成は第１や第２の各実施形態例と同様である。
この第３実施形態例では、板状の誘電体基体１８に放射電極２および周波数可変回路３を形成し、その板状の誘電体基体１８を回路基板４の端部に立設したので、回路基板４におけるアンテナ形成部分の面積（つまり、アンテナ占有面積）を大幅に削減することができる。これにより、通信機の小型化を図ることが可能となる。
なお、この第３実施形態例に示すように板状の誘電体基体１８上に放射電極２を形成する場合にも、第２実施形態例と同様に、放射電極２のループ経路により囲まれている誘電体基体部分に、誘電体基体の他の部分よりも誘電率が低い誘電率低下部を設けてもよい。
以下に、第４実施形態例を説明する。なお、この第４実施形態例の説明において、第１〜第３の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
この第４実施形態例では、第８図の模式的な斜視図に示されるように、ループ形状の放射電極２は、その一部が誘電体基体２４に形成され、残りの部分が回路基板４上に直接的に形成されている。それ以外の構成は第１実施形態例と同様である。
この第４実施形態例では、放射電極２の一部を誘電体基体２４上に形成したので、誘電体基体２４による波長短縮効果によって、放射電極２の電気長を長くすることができることから、設定の共振周波数に対応する放射電極２の物理的な長さを短くすることができる。これにより、周波数可変型アンテナ１およびそれを備えた通信機の小型化を図ることができる。
なお、この発明は第１〜第４の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第４の各実施形態例では、周波数可変回路３は、コンデンサ６とインダクタ７の直列接続体にバラクタ８が並列接続されている回路構成であったが、周波数可変回路３には他にも様々な回路構成が考えられる。例えば、第９図に示されるように、コンデンサ６とインダクタ７の直列接続体にバラクタ８が並列接続されている複数の並列回路２６が連続的に接続されて周波数可変回路３が構成されていてもよい。また、複数の並列回路２６がそれぞれ放射電極２に分散的に介設され、それら複数の並列回路２６によって周波数可変回路３が構成されていてもよい。なお、第９図の中の符号２５はＤＣカット用コンデンサを示している。
このように周波数可変回路３が複数の並列回路２６により構成される場合には、複数のインダクタ７が設けられるので、周波数可変回路３を構成するインダクタ７が１つである場合に比べて、個々のインダクタ７のインダクタンス値は小さくて済む。インダクタ７のインダクタンス値が大きくなると、インダクタ７に電流が集中して電力損失が増加するのに対して、複数のインダクタ７を設けて各インダクタ７のインダクタンス値を小さくすることができることによって、インダクタ７への電流集中が緩和できて、電力損失の増加を抑制することができる。これにより、アンテナ効率の悪化を防止することができる。
例えば、放射電極２に対して要求されている共振周波数可変幅が小さい場合には、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変幅も小さくてよいので、インダクタンス値の小さいインダクタ７を用いることができる。このため、周波数可変回路３を構成するインダクタ７が１つである場合であっても、前記したようなインダクタ７への電流集中は大きな問題となることはない。このことから、周波数可変回路３が例えば複数の並列回路２６により構成されて複数のインダクタ７を有する構成は、要求されている放射電極２の共振周波数可変幅が広くて周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変幅を広くしなければならない場合に有効である。つまり、複数のインダクタ７を有して周波数可変回路３を構成することにより、アンテナ効率の低下を抑制しながら、放射電極２の共振周波数を大きく可変できて、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。
また、大きなインダクタンス値を持つインダクタ７を用いる場合には、バラクタ８とインダクタ７のＬＣ共振に起因してインダクタ７が正常に機能しなくなるという問題が発生する虞があるのに対して、複数のインダクタ７を用いることによって、各インダクタ７のインダクタンス値を下げることができることにより、そのような問題を回避することができる。
さらに、周波数可変回路３は、第１０図に示されるような回路構成をも採り得る。この第１０図の回路は、同じ極性同士（図示の例ではカソード側同士）が接続される一対のバラクタ２７（２７ａ，２７ｂ）と、それら各バラクタ２７ａ，２７ｂ毎に並列接続するコンデンサ２８とインダクタ２９の直列接続体とを有して構成されている。この周波数可変回路３は第１０図に示す接続部Ｐａ，Ｐｂがそれぞれ放射電極２に接続されて放射電極２に直列に介設される。また、制御電圧導入部Ｖｃｔｌが受信周波数制御部１１に接続される。この第１０図の周波数可変回路３においては、受信周波数制御部１１から供給される同じ制御電圧によって、対を成すバラクタ２７ａ，２７ｂの両方が制御される。
周波数可変回路３がそのような回路構成を有ることにより、複数のインダクタ７を持つことになるので、前記したような複数のインダクタ７を用いることによる効果を得ることができる上に、対を成すバラクタ２７を同じ制御電圧で制御することができるので、バラクタ２７の数よりも制御電圧導入部Ｖｃｔｌを減少させることができて、回路構成の煩雑化を防止できる。なお、第１０図の中の符号Ｌ１，Ｌａ，Ｌｂはそれぞれ高周波電流が流れ込まないようにするためのチョークコイルであり、符号Ｃ１は電源からのノイズ成分をカットするバイパスコンデンサである。
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、周波数可変回路３は、バラクタを利用してインダクタのインダクタンス値（リアクタンス成分）を可変することで、放射電極２の共振周波数を可変する構成であったが、放射電極２の共振周波数の可変幅が小さくてよい場合には、例えば、周波数可変回路３は、インダクタを省略しバラクタの容量成分（リアクタンス成分）の可変によって放射電極２の共振周波数を可変する構成としてもよい。
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、地上波デジタルテレビ信号受信機能を備えた通信機に周波数可変型アンテナ１を設ける例を示したが、例えば、上記した実施形態例の周波数可変型アンテナ１は、地上波デジタルテレビ信号受信機能および携帯型電話機能を備えた通信機にも組み込むことができる。その通信機は、第１１図に示されるように、回路基板４には、上述の実施形態例の周波数可変型アンテナ１と、地上波デジタルテレビ用の受信回路１０とが設けられると共に、電話用のアンテナ（例えばモノポールアンテナ）３１と、電話用の通信回路３２とが設けられる。この場合には、テレビ信号受信用のアンテナである周波数可変型アンテナ１と、電話用のアンテナ３１との干渉を防止するために、周波数可変型アンテナ１の放射電極２の共振周波数を電話用のアンテナ３１の共振周波数と異ならせることが好ましい。なお、もちろん、この発明の周波数可変型アンテナは、地上波デジタルテレビ信号受信用に限定されるものではなく、他の通信の受信用又は送信用又は送受信用のアンテナとして機能することができるものであり、地上波デジタルテレビ信号受信機能を備えていない通信機にも組み込んで使用することが可能である。
第１ａ図には第１実施形態例の周波数可変型アンテナが模式的な斜視図により示されている。この第１実施形態例の周波数可変型アンテナ１は、放射電極２と、周波数可変回路３とを有して構成されている。この第１実施形態例では、周波数可変型アンテナ１は、地上波デジタルテレビ信号受信機能を備えた通信機（例えば、テレビや携帯型電話機など）に設けられて、地上波デジタルテレビ信号を受信するものである。
この第１実施形態例の周波数可変型アンテナ１が設けられる通信機は回路基板４を有し、この回路基板４の片端部側は非グランド領域（つまりグランドが形成されていない領域）Ｚと成し、回路基板４の他の部分はグランド領域Ｇとなっている。この第１実施形態例では、周波数可変型アンテナ１の放射電極２はモノポールアンテナとして機能し、当該放射電極２は、回路基板４の非グランド領域Ｚに直接的に形成された導体パターンにより構成されている。この放射電極２の一端側２Ｑは、回路基板４のグランド領域Ｇに形成された受信回路１０に接続される給電端部と成し、他端側２Ｋが開放端部となっている。当該放射電極２は、開放端部２Ｋが給電端部２Ｑと間隔を介して対向配置されたループ形状の放射電極と成している。なお、放射電極２の給電端部２Ｑと、受信回路１０との間には、必要に応じて整合回路が設けられることがある。
周波数可変回路３は、リアクタンス成分およびそのリアクタンス成分の可変部を持つ回路である。この周波数可変回路３は放射電極２に介設され、リアクタンス成分の可変によって放射電極２の電気長を可変して放射電極２の共振周波数を可変するものである。周波数可変回路３の回路構成の一例が第１ｂ図に示されている。この例では、放射電極２に直列的にチップコンデンサ部品６とチップインダクタ部品７が介設され、そのチップコンデンサ部品６とチップインダクタ部品７の直列接続体にバラクタ（バラクタダイオード）８が並列接続されている。それらチップコンデンサ部品６とチップインダクタ部品７とバラクタ８によって周波数可変回路３が構成されている。この周波数可変回路３の等価回路図が第１ｃ図に示されている。なお、第１ｂ図、第１ｃ図の中の符号９はチョークコイルと同様に機能するインダクタであり、このインダクタ９は、予め定められた設定の使用周波数ではインピーダンスが高くなり、直流ではインピーダンスが低くてショート状態となるように設計されている。
バラクタ８は容量成分を有し、印加電圧によって容量成分の大きさが変化するものである。周波数可変回路３には、バラクタ８の印加電圧を制御する制御電圧を導入するための制御電圧導入部Ｖｃｔｌが設けられている。この第１実施形態例の周波数可変型アンテナ１が組み込まれる通信機には、回路基板４の受信回路１０に受信周波数制御部１１が設けられる。この受信周波数制御部１１に周波数可変型アンテナ側の周波数可変回路３の制御電圧導入部Ｖｃｔｌが接続され、受信周波数制御部１１から制御電圧導入部Ｖｃｔｌを介して周波数可変回路３にバラクタ８の制御電圧が印加される。
その受信周波数制御部１１から供給されるバラクタ８の制御電圧が可変することにより、バラクタ８の印加電圧が可変して、バラクタ８の容量成分の大きさが変化し、第１ｂ図および第１ｃ図に示される周波数可変回路３のリアクタンスの大きさが変化する。なお、周波数可変回路３のコンデンサ６はＤＣカット用のコンデンサである。
このような周波数可変回路３を放射電極２に介設することによって、前記したように、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変によって放射電極２の電気長が可変して放射電極２の共振周波数を可変できる。
この第１実施形態例では、そのように、周波数可変回路３によって、放射電極２の共振周波数を、例えば第２図に示される周波数Ｆ３から周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５に可変できる。このことから、周波数可変回路３を設けない場合には周波数可変型アンテナ１の周波数帯域幅は放射電極２が持つ帯域幅ｈ（第２図参照）と狭いのに対して、この第１実施形態例では、周波数可変回路３による放射電極２の共振周波数可変によって周波数可変型アンテナ１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帯域幅Ｈを持つことができ、周波数可変型アンテナ１の広帯域化を図ることが容易にできる。なお、バラクタ８はその容量成分の可変幅が定まっているものであるので、放射電極２の共振周波数の可変幅は、そのバラクタ８の容量成分の可変幅に応じたものとなる。
また、バラクタ８の容量成分は制御電圧を連続的に可変することによって連続的に可変するので、放射電極２の共振周波数を連続的に可変することができる。これにより、放射電極２の共振周波数を要求の周波数に合わせることが容易である。
このような周波数可変型アンテナ１が設けられた通信機においては、例えば、次に示すように周波数可変型アンテナ１の通信の周波数制御が行われる。例えば、周波数可変型アンテナ１が設けられる地上波デジタルテレビ信号受信機能付の通信機には、各テレビチャンネル毎の周波数と、周波数可変回路３に供給するバラクタ８の制御電圧との関係データが予め与えられる。受信周波数制御部１１は、その関係データに基づいて、例えば受信が要求されているテレビチャンネルの周波数情報に応じた周波数可変回路３への制御電圧を求め、当該求めた制御電圧を制御電圧導入部Ｖｃｔｌを介して周波数可変回路３に供給する。これにより、放射電極２の共振周波数は、受信要求のテレビチャンネルに応じた周波数となり、その受信要求のテレビチャンネルの信号を受信できる。
ところで、第３図には放射電極２の電流分布と電圧分布を表すグラフが示されている。このグラフから分かるように、放射電極２の中では給電端部２Ｑが電流分布の最も大きい部分となっている。この電流分布の大きい給電端部２Ｑにおいてリアクタンス成分を可変することにより、他の部分でリアクタンス成分を可変するよりも放射電極２の共振周波数を大きく可変できることが本発明者の研究によって分かっている。つまり、リアクタンス成分を同じ量だけ可変しても、周波数可変回路３を放射電極２の給電端部２Ｑに設ける場合には、周波数可変回路３を放射電極２の他の部分に設ける場合よりも、放射電極２の共振周波数を大きく可変することができる。このことから、放射電極２の共振周波数を大きく可変したい場合には、周波数可変回路３は、放射電極２の給電端部２Ｑに設けることが好ましい。
しかしながら、周波数可変回路３を放射電極２の給電端部２Ｑに設けると、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変に応じて放射電極２の入力インピーダンスも変動し、利得も変動する。つまり、周波数可変回路３を放射電極２の給電端部２Ｑに設けると、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変によって放射電極２の給電端のインピーダンスが大きく変化して、放射電極２と受信回路１０側との整合状態が変化するので、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変に因る利得変動が生じる。そのような利得変動が生じると、例えば、テレビチャンネル毎に受信感度が異なってしまうという問題が生じる。
これに対して、放射電極２の給電端部２Ｑを避けて、放射電極２のループ経路上に周波数可変回路３を設けた場合には、周波数可変回路３のリアクタンス成分を可変しても、放射電極２の給電端のインピーダンス変動が大きくないので、周波数可変型アンテナ１の利得変動を抑制できる。よって、利得変動を抑制しながら放射電極２の共振周波数を可変することができる。換言すれば、利得の良好な状態を維持したまま、放射電極２の共振周波数の可変が可能となる。
この第１実施形態例では、このことと、前記したように電流分布の大きい放射電極部分でリアクタンス成分を可変することにより放射電極２の共振周波数の可変幅を広げることができることとを考慮して、周波数可変回路３は、放射電極２の給電端部２Ｑを避けて放射電極２のループ経路上における給電端部側寄りに配置されている。したがって、この第１実施形態例では、利得の劣化を抑制しながら広帯域化が容易なループ形状の放射電極２を持つ周波数可変型アンテナ１を提供することができる。なお、放射電極２の共振周波数の可変幅が小さくてもよい場合には、例えば、周波数可変回路３は、放射電極２の中央部や開放端部側寄りに形成してもよい。このように、周波数可変回路３の配置位置は、例えば周波数可変回路３の構成部品の配置スペースの大きさや放射電極２の要求の共振周波数可変幅などの様々な条件を考慮して適宜に設定されるものである。
ところで、給電端部２Ｑと開放端部２Ｋが間隔を介して対向配置された放射電極２のループ形状には、第４ａ図のモデル図に示されるような外向きループ形状と、第４ｂ図のモデル図に示されるような内向きのループ形状とに大別することができる。この第１実施形態例では、放射電極２は、外向きのループ形状と内向きのループ形状とのうちの何れの形状を採用してもよい。ただ、放射電極２を内向きのループ形状とした場合には、放射電極２の開放端部２Ｋは、その周囲が間隔を介して放射電極２の他の部分やグランドなどの導体によって囲まれた状態となる。このため、開放端部２Ｋから放射される電界（電波）Ｅは開放端部２Ｋの近傍の導体に引き寄せられるような状態となって（電界が閉じこもって）電界は外部に放射され難くなる（第４ｂ図参照）。これに比べて、放射電極２を外向きのループ形状とした場合には、放射電極２の開放端部２Ｋは回路基板４の外端縁に近く開放されたような状態であることから、開放端部２Ｋから放射される電界（電波）Ｅは外部に放射され易くなる。これにより、アンテナ効率の向上を容易に図ることが可能となる。このことから、第１図の例では、放射電極２は外向きのループ形状と成し、この放射電極２の開放端部２Ｋは給電端部２Ｑよりも外側寄りに配置されている。
以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
この第２実施形態例では、第５図の模式的な斜視図に示されるように、放射電極２および周波数可変回路３は誘電体基体（例えばアルミナ等のセラミックスの基体）１３に形成されている。この第２実施形態例においても、放射電極２は、開放端部２Ｋが給電端部２Ｑと間隔を介して対向配置したループ形状と成し、そのループ形状は外向きのループ形状となっている。また、周波数可変回路３は、放射電極２のループ経路上における給電端部２Ｑ寄りの位置に介設されている。
この第２実施形態例では、電界の外部への放射し易さを考慮して、放射電極２は、誘電体基体１３の外側を向いている側面に形成されている。また、この第２実施形態例では、誘電体基体１３には、ループ形状の放射電極２に囲まれている部分に、孔部１６が形成されている。この孔部１６は誘電体基体１３を貫通している孔部であり、誘電体基体１３の他の部分よりも誘電率が低くなっている。つまり、孔部１６は誘電率低下部を構成している。この誘電率低下部である孔部１６を形成した理由は次の通りである。例えば第５図に示す放射電極Ａ部分と、放射電極Ｂ部分とにそれぞれ基づいた電界は互いに逆相となるために、互いに打ち消し合ってしまい、これにより、アンテナ効率が低下することが考えられる。このため、この第２実施形態例では、それら互いに電界が逆相となる放射電極部分Ａ，Ｂ間に、誘電率低下部を設け、その低い誘電率によって、それら放射電極部分Ａ，Ｂ間の間隔を見かけ上離して、電界の打ち消し量の削減を図っている。これにより、アンテナ効率の低下を抑制している。
上記したような放射電極２と周波数可変回路３と誘電体基体１３は一つの部品と成し、この部品は回路基板４に表面実装される表面実装型アンテナ部品と成している。ここでは、その表面実装型アンテナ部品は、回路基板４の非グランド領域Ｚに搭載される。
その回路基板４のアンテナ部品実装部分には、配線パターン１４，１５がそれぞれ形成されている。配線パターン１４は、一端側が放射電極２の給電端部２Ｑに接続され、他端側が受信回路１０に接続されており、当該配線パターン１４は、放射電極２と受信回路１０を接続するための導体線路である。また、配線パターン１５は、一端側が周波数可変回路３の制御電圧導入部Ｖｃｔｌに接続され、他端側が受信周波数制御部１１に接続されており、当該配線パターン１５は、周波数可変回路３と受信周波数制御部１１間を接続するための導体線路である。
この第２実施形態例では、上述した構成以外の周波数可変型アンテナ１の構成は、第１実施形態例と同様である。
この第２実施形態例では、回路基板４とは別個の誘電体基体１３に放射電極２および周波数可変回路３を設ける構成とした。回路基板４は様々な制約から構成材料が限定されて誘電率を高めることは難しいが、誘電体基体１３は周波数可変型アンテナ専用の部品であることから、誘電体基体１３の構成材料に対する制約は緩く、これにより、誘電体基体１３を誘電率の高い（例えば比誘電率が６以上の）誘電材料で構成することができる。誘電体基体１３を高誘電率の誘電材料によって構成することによって、その高い誘電率による波長短縮効果により、設定の共振周波数に対応する放射電極２の物理的な長さを短くすることができる。これにより、誘電体基体１３を小型化できて周波数可変型アンテナ１およびそれを備えた通信機の小型化を図ることができる。
また、放射電極２を誘電体基体１３上に形成することによって、放射電極２を回路基板４上に設ける場合よりも、放射電極２の開放端部２Ｋと給電端部２Ｑ間の誘電率を高めることができる。放射電極２の開放端部２Ｋと給電端部２Ｑ間の誘電率を高めることによってアンテナ効率を向上させることができる。
なお、この第２実施形態例では、放射電極２は、誘電体基体１３の外向きの側面に設けられていたが、例えば、放射電極２は誘電体基体１３の上面に設けてもよい。また、第６ａ図に示されるように、放射電極２は誘電体基体１３の側周面を周回するように形成してもよいし、第６ｂ図に示されるように放射電極２は誘電体基体１３の側面と上面を通るループ形状に形成してもよい。このように、誘電体基体１３における放射電極２の形成位置は限定されるものではない。
また、この第２実施形態例では、誘電体基体１３に形成した誘電率低下部は孔部１６により構成されていたが、例えば、その誘電率低下部は、孔部に代えて、誘電体基体１３の他の部分よりも低い誘電率を持つ誘電材料によって構成してもよい。
以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において第１や第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
この第３実施形態例では、第７図の模式的な分解図に示されるように、放射電極２および周波数可変回路３は、板状の誘電体基体１８の表面に形成されている。その板状の誘電体基本１８は回路基板４の端部に形成された非グランド領域Ｚに立設される。つまり、誘電体基体１８の下端部には下向きの端子２０が設けられ、また、回路基板４の端部の非グランド領域Ｚには穴部２１が誘電体基体１８の端子２０の配置位置に対応させて形成されている。誘電体基体１８側の端子２０を回路基板４側の穴部２１に差し込んで、例えば、半田などの接合材料によって端子２０を回路基板４に固定することによって、誘電体基体１８は回路基板４の端部に立設される。この第３実施形態例では、電界が外部に放射され易くなるように、誘電体基体１８は、放射電極２の形成面を外向きにして回路基板４の端部に立設される。また、この第３実施形態例では、放射電極２と周波数可変回路３と誘電体基体１８は一つの板状部品を構成し、この板状部品は起立設置タイプのアンテナ部品と成している。
この第３実施形態例では、端子２０は導体により構成されており、一つの端子２０（２０ａ）は放射電極２の給電端部２Ｑに接続され、別の一つの端子２０（２０ｂ）は周波数可変回路３の制御電圧導入部Ｖｃｔｌに接続されている。また、回路基板４側の端子２０ａ，２０ｂにそれぞれ対応する穴部２１ａ，２１ｂの内壁面には導体膜が形成され、また、それら穴部２１ａ，２１ｂの開口端縁部には穴部２１の内壁面の導体膜に連通している電極パッド２２ａ，２２ｂがそれぞれ形成されている。電極パッド２２ａは受信回路１０に接続され、また、電極パッド２２ｂは受信周波数制御部１１に接続されている。このような構成であるために、誘電体基体１８の端子２０を回路基板４の穴部２１に差し込んで誘電体基体１８を回路基板４に設置することにより、放射電極２は端子２０ａと電極パッド２２ａを介して受信回路１０に電気的に接続され、また、周波数可変回路３は、端子２０ｂと電極パッド２２ｂを介して受信周波数制御部１１に電気的に接続される。
この第３実施形態例では、上記以外の周波数可変型アンテナの構成は第１や第２の各実施形態例と同様である。
この第３実施形態例では、板状の誘電体基体１８に放射電極２および周波数可変回路３を形成し、その板状の誘電体基体１８を回路基板４の端部に立設したので、回路基板４におけるアンテナ形成部分の面積（つまり、アンテナ占有面積）を大幅に削減することができる。これにより、通信機の小型化を図ることが可能となる。
なお、この第３実施形態例に示すように板状の誘電体基体１８上に放射電極２を形成する場合にも、第２実施形態例と同様に、放射電極２のループ経路により囲まれている誘電体基体部分に、誘電体基体の他の部分よりも誘電率が低い誘電率低下部を設けてもよい。
以下に、第４実施形態例を説明する。なお、この第４実施形態例の説明において、第１〜第３の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
この第４実施形態例では、第８図の模式的な斜視図に示されるように、ループ形状の放射電極２は、その一部が誘電体基体２４に形成され、残りの部分が回路基板４上に直接的に形成されている。それ以外の構成は第１実施形態例と同様である。
この第４実施形態例では、放射電極２の一部を誘電体基体２４上に形成したので、誘電体基体２４による波長短縮効果によって、放射電極２の電気長を長くすることができることから、設定の共振周波数に対応する放射電極２の物理的な長さを短くすることができる。これにより、周波数可変型アンテナ１およびそれを備えた通信機の小型化を図ることができる。
なお、この発明は第１〜第４の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１〜第４の各実施形態例では、周波数可変回路３は、コンデンサ６とインダクタ７の直列接続体にバラクタ８が並列接続されている回路構成であったが、周波数可変回路３には他にも様々な回路構成が考えられる。例えば、第９図に示されるように、コンデンサ６とインダクタ７の直列接続体にバラクタ８が並列接続されている複数の並列回路２６が連続的に接続されて周波数可変回路３が構成されていてもよい。また、複数の並列回路２６がそれぞれ放射電極２に分散的に介設され、それら複数の並列回路２６によって周波数可変回路３が構成されていてもよい。なお、第９図の中の符号２５はＤＣカット用コンデンサを示している。
このように周波数可変回路３が複数の並列回路２６により構成される場合には、複数のインダクタ７が設けられるので、周波数可変回路３を構成するインダクタ７が１つである場合に比べて、個々のインダクタ７のインダクタンス値は小さくて済む。インダクタ７のインダクタンス値が大きくなると、インダクタ７に電流が集中して電力損失が増加するのに対して、複数のインダクタ７を設けて各インダクタ７のインダクタンス値を小さくすることができることによって、インダクタ７への電流集中が緩和できて、電力損失の増加を抑制することができる。これにより、アンテナ効率の悪化を防止することができる。
例えば、放射電極２に対して要求されている共振周波数可変幅が小さい場合には、周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変幅も小さくてよいので、インダクタンス値の小さいインダクタ７を用いることができる。このため、周波数可変回路３を構成するインダクタ７が１つである場合であっても、前記したようなインダクタ７への電流集中は大きな問題となることはない。このことから、周波数可変回路３が例えば複数の並列回路２６により構成されて複数のインダクタ７を有する構成は、要求されている放射電極２の共振周波数可変幅が広くて周波数可変回路３のリアクタンス成分の可変幅を広くしなければならない場合に有効である。つまり、複数のインダクタ７を有して周波数可変回路３を構成することにより、アンテナ効率の低下を抑制しながら、放射電極２の共振周波数を大きく可変できて、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。
また、大きなインダクタンス値を持つインダクタ７を用いる場合には、バラクタ８とインダクタ７のＬＣ共振に起因してインダクタ７が正常に機能しなくなるという問題が発生する虞があるのに対して、複数のインダクタ７を用いることによって、各インダクタ７のインダクタンス値を下げることができることにより、そのような問題を回避することができる。
さらに、周波数可変回路３は、第１０図に示されるような回路構成をも採り得る。この第１０図の回路は、同じ極性同士（図示の例ではカソード側同士）が接続される一対のバラクタ２７（２７ａ，２７ｂ）と、それら各バラクタ２７ａ，２７ｂ毎に並列接続するコンデンサ２８とインダクタ２９の直列接続体とを有して構成されている。この周波数可変回路３は第１０図に示す接続部Ｐａ，Ｐｂがそれぞれ放射電極２に接続されて放射電極２に直列に介設される。また、制御電圧導入部Ｖｃｔｌが受信周波数制御部１１に接続される。この第１０図の周波数可変回路３においては、受信周波数制御部１１から供給される同じ制御電圧によって、対を成すバラクタ２７ａ，２７ｂの両方が制御される。
周波数可変回路３がそのような回路構成を有ることにより、複数のインダクタ７を持つことになるので、前記したような複数のインダクタ７を用いることによる効果を得ることができる上に、対を成すバラクタ２７を同じ制御電圧で制御することができるので、バラクタ２７の数よりも制御電圧導入部Ｖｃｔｌを減少させることができて、回路構成の煩雑化を防止できる。なお、第１０図の中の符号Ｌ１，Ｌａ，Ｌｂはそれぞれ高周波電流が流れ込まないようにするためのチョークコイルであり、符号Ｃ１は電源からのノイズ成分をカットするバイパスコンデンサである。
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、周波数可変回路３は、バラクタを利用してインダクタのインダクタンス値（リアクタンス成分）を可変することで、放射電極２の共振周波数を可変する構成であったが、放射電極２の共振周波数の可変幅が小さくてよい場合には、例えば、周波数可変回路３は、インダクタを省略しバラクタの容量成分（リアクタンス成分）の可変によって放射電極２の共振周波数を可変する構成としてもよい。
さらに、第１〜第４の各実施形態例では、地上波デジタルテレビ信号受信機能を備えた通信機に周波数可変型アンテナ１を設ける例を示したが、例えば、上記した実施形態例の周波数可変型アンテナ１は、地上波デジタルテレビ信号受信機能および携帯型電話機能を備えた通信機にも組み込むことができる。その通信機は、第１１図に示されるように、回路基板４には、上述の実施形態例の周波数可変型アンテナ１と、地上波デジタルテレビ用の受信回路１０とが設けられると共に、電話用のアンテナ（例えばモノポールアンテナ）３１と、電話用の通信回路３２とが設けられる。この場合には、テレビ信号受信用のアンテナである周波数可変型アンテナ１と、電話用のアンテナ３１との干渉を防止するために、周波数可変型アンテナ１の放射電極２の共振周波数を電話用のアンテナ３１の共振周波数と異ならせることが好ましい。なお、もちろん、この発明の周波数可変型アンテナは、地上波デジタルテレビ信号受信用に限定されるものではなく、他の通信の受信用又は送信用又は送受信用のアンテナとして機能することができるものであり、地上波デジタルテレビ信号受信機能を備えていない通信機にも組み込んで使用することが可能である。
以上のように、本発明に係る周波数可変型アンテナおよびそれを備えた通信機は、アンテナ利得の低下を招くことなく、周波数帯域の広帯域化が容易であり、広い周波数帯域が必要な無線通信に適したものである。
Claims (13)
- モノポールアンテナ動作を行う放射電極を有し、この放射電極は、その一端側の給電端部と他端側の開放端部が間隔を介し対向配置されたループ形状と成し、この放射電極のループ経路上には、リアクタンス成分およびそのリアクタンス成分の可変部を持つ回路が介設されており、その回路は、リアクタンス成分の可変により放射電極の電気長を可変して放射電極の共振周波数を可変する周波数可変回路と成していることを特徴とする周波数可変型アンテナ。
- 周波数可変回路は、放射電極において電流分布が大きい給電端部側寄りのループ経路上に介設されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- 周波数可変回路は、放射電極に直列に介設されるインダクタとバラクタの並列回路を有して構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- インダクタとバラクタの複数の並列回路が放射電極のループ経路上に連続的又は分散的に介設され、それら複数の並列回路により周波数可変回路が構成されていることを特徴とする請求の範囲第３項記載の周波数可変型アンテナ。
- 周波数可変回路は、同じ極性同士が接続される一対のバラクタと、それら各バラクタ毎に並列接続するインダクタとを有して構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- ループ形状の放射電極および周波数可変回路は誘電体基体上に形成されて一つの部品を構成しており、その部品は回路基板に表面実装される表面実装タイプのアンテナ部品と成していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- ループ形状の放射電極および周波数可変回路は板状の誘電体基体の表面に形成されて一つの板状部品を構成しており、その板状部品は回路基板に立設される起立設置タイプのアンテナ部品と成していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- ループ形状の放射電極に囲まれている誘電体基体部分には、誘電体基体の他の部分よりも誘電率が低い誘電率低下部が形成されていることを特徴とする請求の範囲第６項記載の周波数可変型アンテナ。
- 放射電極は回路基板上に直接的に形成された導体パターンにより構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- ループ形状の放射電極の一部は、回路基板上に配設された誘電体基体に形成され、残りの放射電極部分は回路基板に直接的に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- 放射電極は回路基板の端部に配置される構成と成しており、この放射電極は外向きのループ形状と成して、当該外向きループ形状の放射電極の開放端部は給電端部よりも外側寄りに配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナ。
- 請求の範囲第１項記載の周波数可変型アンテナが設けられていることを特徴とする通信機。
- 通信機は携帯型電話機能とテレビ機能を少なくとも備え、電話用の無線通信に使用されるアンテナと、テレビ信号受信用に使用されるアンテナとが別々に設けられる構成と成し、周波数可変型アンテナはテレビ信号受信用のアンテナとして設けられ、当該周波数可変型アンテナの放射電極の共振周波数は、電話用のアンテナの共振周波数とは異なる周波数に制御されていることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の通信機。
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