米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> 株式会社日立製作所

発明の名称 自己インピーダンス可変アクティブアンテナ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−224618
公開日 平成6年(1994)8月12日
出願番号 特願平5−12272
出願日 平成5年(1993)1月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 武井 健 / 大西 誠
要約 目的


構成
筐体,反射板等の仮想地盤5上に形成された、線状或いは板状導体1で構成されるアンテナを、仮想地盤5を接地電位に持つ給電点3で励振し、仮想地盤5上に一つ或いは複数の容量を形成し、容量の非接地電極とスイッチ4の一端を結合し、スイッチ4の他端を、一つの或いは複数の点で板状導体1に電気的に結合する。
特許請求の範囲
【請求項1】筐体,反射板等の仮想地盤上に形成された、線状或いは板状導体で構成されるアンテナにおいて、前記仮想地盤を接地電位に持つ給電点と、仮想地盤上に形成された一つ或いは複数の容量と、前記容量の非接地電極と一端を結合されたスイッチの他の一端と結合する一つの或いは複数の点を有する構造からなることを特徴とする自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項2】請求項1において、一つの容量に一つのスイッチが結合しており、前記容量と結合していない前記スイッチの一端が、それぞれ前記アンテナの異なる点で結合されている自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項3】請求項1において、前記複数の容量のうちいずれか一つ或いは、任意の複数の組を選択する入出力関係が一対多のスイッチマトリックスがスイッチとして用いられ、複数の入力点の一つ一つに、前記容量の前記非接地電極が結合され、一つの入力点が前記アンテナの一点と結合する自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項4】請求項3において、前記スイッチマトリックスの構成が2枝分岐スイッチの階層構造による多段結合をなす自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項5】請求項2または4において、複数の容量値の比が2の冪乗値である自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項6】請求項1,2,3,4または5において、一つあるいは複数の容量が半導体基板の上に形成され、前記基板の接地面が仮想地盤に電気的に結合され、非接地面が電気的に前記スイッチに結合される、自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項7】請求項1,2,3,4または5において、一つあるいは複数の容量とスイッチが半導体基板の上に形成され、前記スイッチの容量と結合していない点が前記導体に電気的に結合され、前記基板の接地面が前記仮想地盤に電気的に結合される自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項8】請求項1,2,3,4,5,6または7において、複数の容量を切り替える前記スイッチの各々に制御回路が結合され、前記制御回路をこれにつながる信号線を介して電気的に統制する計算機を具備する自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項9】請求項8において、アンテナの給電部に、無線機高周波部から前記アンテナへ供給される電力にたいして、前記アンテナから反射して戻ってくる電力を検出する検出器を具備し、前記検出器で検出される電力を信号に変換し、前記計算機に信号を伝達する信号伝送機を具備する自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
【請求項10】請求項9において、計算機に記憶装置が結合され、検出器から信号伝送機を介してもたらされる信号を、前記記憶装置に予め記憶されている計算式に従い計算し、前記記憶装置に予め記憶されたデータを比較・参照した結果に基づき、各スイッチの開閉を決定し、前記制御回路によってスイッチの結合を行う自己インピーダンス可変アクティブアンテナ。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、使用波長に比べて筐体寸法が同程度以下の携帯移動端末等の、使用状態によりアンテナ近傍の電磁界環境が変化する小型携帯端末に適用されるアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】使用波長に比べて筐体寸法が同程度以下の携帯移動端末では、筐体が不完全な接地板として動作するため、端末使用者の姿勢,端末の持ち方等の使用環境に依存してアンテナの入力インピーダンスは相当量変化する。従って、端末内の高周波部とアンテナとの整合状態が大きく変化し、通信に必要な電磁波エネルギの端末からの効率よい放射が阻害され、通信感度劣化,端末消費電力の低下の問題が生じる。この問題点を解決するため、アンテナの自己インピーダンスを可変とすべく、従来、アンテナの一部にアクティブ回路を挿入する方法(特開昭63−294107号)、またそのアクティブ回路としてスイッチを用いた場合の具体構造(特開平1−318416号)の提案がなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、通信中にスイッチ等のアクティブ回路が常時動作するため、アクティブ回路を含むアクティブアンテナ全体の良好な線形性が要求され、特に、ディジタル回路等で頻繁に採用される振幅変調方式では、この要求は厳しくなる。この要求に対して、アクティブ回路の線形性の保証を一般に容易に実現する手段はなく、新たな回路の別設置などコスト高,寸法増加が生じる問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は筐体,反射板等の仮想地盤上に形成された、線状或いは板状導体で構成されるアンテナにおいて、前記仮想地盤を接地電位に持つ給電点と、前記仮想地盤上に形成された一つ或いは複数の容量と、前記容量の非接地電極と一端を結合されたスイッチの他の一端と結合する一つの或いは複数の点を有する構造を用いて、要量の値を端末使用状況の変化に応じて変化させる。
【0005】
【作用】仮想地盤上に形成された導体と、地盤との間に容量が挿入されると、その部分に電界のエネルギが局所的に蓄積される。給電部からアンテナに印加された電磁エネルギは導体に沿って伝搬しながら外部空間に放射される。したがって、電磁エネルギが導体上の一部分に蓄積されるということは、その部分での電磁エネルギの伝搬時間の遅延が生じることになり、等価的に電磁エネルギが伝搬する行路が伸びたことになる。
【0006】仮想地盤上に形成された導体からなるアンテナはその長さにより自己インピーダンスが変化するから、地盤との間に挿入される容量の値を変えて、導体の一部に蓄積されるエネルギの割合を変えることにより、等価的に導体の電気長が変化することになり給電点から見た自己インピーダンスを変えることができる。このインピーダンス可変の手続きは、一回のスイッチの切り替えによりなされるので、通信に要する時間に占める非線形動作時間の割合は極めて小さい。また、一旦、インピーダンスの可変が行われると、その後は、導体からなる線形受動素子と考えられるアンテナと元々受動素子である容量とでアクティブアンテナが構成されるので、動作の線形性はおのずから保証される。
【0007】更に、本アクティブアンテナの放射導体以外の構成部品は、制御部を除けば、容量とスイッチであり、構造も簡単で低コストで実現できる。また、これらの部品は半導体プロセスの適用が容易に可能で、小型化・量産効果によるコストダウンが果たせ、小型で安価な携帯端末に適用できるアンテナを実現できる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明する。図1は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの一実施例の斜視図であり、筐体等の仮想地盤5の上方に板状導体で構成されるアンテナ1が配置され、アンテナは仮想地盤に接地電位を有する励振源6と給電点3で結合し、仮想地盤との間にスイッチ4と結合した容量2を複数異なる点で結合する構造をなす。複数のスイッチ4のオン−オフの組合せにより、板状導体1を伝搬する電磁エネルギが一部蓄積される場所及び量が異なるので、給電点から伝搬を始める電磁エネルギ進行の航路差が異なり、等価的に給電点からみた板状導体の電気長が変化し、アンテナの自己インピーダンスを変化させることができる。
【0009】図2は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図1と異なる点は、スイッチ4と結合した複数の容量が、板状導体の同一の点で結合されているところである。本実施例によれば、容量の値がスイッチを介して結合さている点で、スイッチのオン−オフの組合せにより変化するため、この点で板状導体上を伝搬している電磁エネルギの蓄積量が異なり、これにより電磁エネルギ進行の航路差が変わり、自己インピーダンスを変化することができる。本実施例では、板状導体とスイッチとの結合点を減少させることができるので、構造の強度を増すことができる。
【0010】図3は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図1と異なるのは、板状導体に結合するスイッチと容量の組が一つである点である。本実施例では、自己インピーダンスの値は二つの値しか取らず可変幅が小さい。しかし、本アクティブアンテナを適用する端末が使用されるシステム周波数帯域に比べて、板状導体5からなるアンテナが比較的広い帯域を持つ場合、自己インピーダンスの変化幅は少なくてすむ。この場合、本実施例を採用することにより部品点数の削減が可能で生産コストを下げる効果がある。
【0011】図4は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図1と異なるのは、アンテナが板状導体ではなく、線状導体7で構成される点である。本実施例によれば、板状導体を採用する場合に比べてアンテナ自身の周波数帯域は狭くなるものの、アンテナ形状をより自由に選べるため、本アクティブアンテナを適用する端末が使用されるシステム中心周波数にアンテナの中心周波数を容易に一致させることができ、システムの周波数帯域が比較的狭い場合、設計工数の低減による製品開発機関短縮の効果がある。
【0012】図5は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図2と異なるのは容量の仮想地盤接地されていない電極と板状導体で構成されるアンテナとを結合するスイッチが2枝分岐スイッチの階層構造による多段結合で構成されている点である。本実施例によれば、2枝分岐スイッチの階層構造による多段結合を採用しない場合に比べてスイッチの組合せにより、より多くの種類の容量値を実現することができるので、自己インピーダンスの可変幅を増大させる。
【0013】図6は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図5と異なるのは2枝分岐スイッチの階層構造による多段結合で構成されるスイッチの最下層枝につながる容量の各々の値が、2の冪乗系列をなす点である。本実施例によれば、2枝分岐スイッチの階層構造による多段結合のスイッチの組合せにより、最も少ない全容量値の和で等間隔最大種の容量値を実現することができる。このため、一度スイッチと容量の結合構成を決めておけば、本アクティブアンテナを適用する端末が使用される種々のシステムに対して、スイッチの組合せのみを変化することにより、本アクティブアンテナの自己インピーダンス可変域を設定することが可能となり、同一品目量産効果によるコスト減と、他システム対応製品の開発期間短縮に効果がある。
【0014】図7は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図1と異なるのは容量9が半導体基板8の上に構成され、概容量の接地電極を接地用ボンディングパッド12を介し、仮想地盤1に電気的に接地用ボンディングワイヤ13により接続し、非接地電極を非接地用ボンディングパッド10を介し、接地用ボンディングワイヤ11により接続スイッチ4に電気的に接続する点である。本実施例によれば複数の容量を半導体プロセスを用いて形成することができ、アクティブアンテナの小型化,量産効果によるコスト低減の効果がある。
【0015】図8は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図1と異なるのは容量9とスイッチ14が半導体基板8の上に構成され、概容量の接地電極を接地用ボンディングパッド12を介し、仮想地盤1に電気的に接地用ボンディングワイヤ13により接続し、非接地電極と一端を半導体基板上で結合されたスイッチを非接地用ボンディングパッド10を介し、接地用ボンディングワイヤ11により板状導体1に電気的に接続する点である。本実施例によれば複数の容量とスイッチを半導体プロセスを用いて形成することができ、アクティブアンテナの小型化,量産効果によるコスト低減の効果がある。特に半導体プロセスの特徴により、アクティブ素子であるスイッチを極めて小さく実現できるので、半導体基板上のスイッチの大きさは容量と比べてほとんど半導体全体の中では問題にならないため、複雑なスイッチ構成を小さな体積で実現できる効果が大きい。
【0016】図9は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図1と異なるのはスイッチ4のオン−オフを信号線16によって計算機17と結合した制御回路15によって行う点である。本実施例によればあらかじめ設定されたアルゴリズムに従って、アクティブアンテナの自己インピーダンスを変えることができるので、本アクティブアンテナが採用される端末の使用環境に応じてアクティブアンテナの自己インピーダンスを調整し、端末の高周波部から供給される電磁エネルギの効率良い外部空間への放射によって達成される、端末消費電力低減の効果がある。
【0017】図10は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図9と異なるのは給電点3に於いて板状導体で構成されるアンテナから反射して本アクティブアンテナが適用されている端末高周波部へ戻る電磁エネルギを検出器18により検出し、その値を信号に変換する信号変換機19に入力し、信号変換機の出力を計算機17に伝達し、信号値によってスイッチ4のオン−オフを行う点である。本実施例によれば、本アクティブアンテナが採用される端末の使用環境の変化に応じたアクティブアンテナと端末高周波部とのインピーダンス整合のずれによる、端末の高周波部から供給される電磁エネルギの空間放射効率低下を抑制でき、端末の感度向上・消費電力低減の効果がある。
【0018】図11は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図10と異なるのは計算機17に記憶装置20が結合されている点である。本実施例によれば、記憶部にあらかじめ、本アクティブアンテナが採用される端末の使用環境の変化に応じたアクティブアンテナと端末高周波部とのインピーダンス整合のずれによる、アクティブアンテナから端末の高周波部へと反射される電磁エネルギの量と、これを低減すべくインピーダンス整合のずれを補正するためのスイッチのオン−オフ状態を複数記憶させておき、現実に生じている本アクティブアンテナが採用される端末の使用環境の変化を、信号変換機19からの信号と記憶内容により計算機17が予測し、その予測値に従ってスイッチのオン−オフをすることにより、高速にアクティブアンテナの自己インピーダンスを変化させることができる。
【0019】このアクティブアンテナの自己インピーダンス可変速度高速化は、特に、TDMA等の時間方向に情報を多重化するディジタル通信方式を、本アクティブアンテナを適用する端末が使用されるシステムが採用している場合重要で、情報伝達の遅延防止,情報の再送確率低減による通信効率向上の効果がある。
【0020】図12は本発明による自己インピーダンス可変アクティブアンテナの他の実施例の斜視図であり、図11と異なるのは図8の場合と同様、半導体基板8上に、容量9,スイッチ14,制御回路23,計算機22,記憶装置21,信号変換機24を形成し、接地用ボンディングパッド8を介して仮想地盤5に接地用ボンディングワイヤ13で接地、検出器18の値を検出器用ボンディングパッド25に非接地用ボンディングワイヤ11が結合されている点である。本実施例によれば図8の場合と同様、複数の容量,スイッチ,計算機,記憶装置,制御回路,信号変換機を半導体プロセスを用いて形成することができ、アクティブアンテナの小型化,量産効果によるコスト低減の効果がある。特に半導体プロセスの特徴により、アクティブ素子を小型,高集積化する効果が大きいので、複雑なスイッチ切り替えアルゴリズムを含む高速自己インピーダンス切り替えを実現する場合に効果が大きい。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、アクティブアンテナの自己インピーダンスを可変にすることができるので、携帯移動端末等の、端末使用者の姿勢,端末の持ち方等の使用環境に依存してアクティブアンテナの入力インピーダンスが相当量変化し、端末内の高周波部とアンテナとの整合状態が悪化し、通信に必要な電磁波エネルギの端末からの効率よい放射が阻害されるために引き起こされる、通信感度劣化,端末消費電力の低下の問題を、アクティブアンテナと高周波部との整合を補償することによって解決する。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013