JP4246868B2 - Dual mode antenna - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向に大きな利得の放射モードを有し、しかも第1周波数帯とこれよりも高い周波数の第2周波数帯の2つの周波数帯を送受信できるようにしたデュアルモードアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の携帯電話機のアンテナとして、使用する周波数帯に対して約1/4波長の電気長に設定したものが一般的に使用されている。また、車載用アンテナとしても、使用する周波数帯の約1/4波長のものが広く用いられている。これは、アンテナと給電線との整合が図り易く、接合部でのリターンロスが生じないようにするためである。また、アンテナの物理的長さをできるだけ短くして、携帯に便利であるようにするためでもある。そしてまた、車載用にあっては、車のボディーから外方に突出する長さをできるだけ短くして、他の物に当接などして破損されないようにするとともにデザイン的な要望によるものである。
【0003】
また、従来の1本のアンテナで2つの周波数帯を送受信できるデュアルモードアンテナの一例として、1本のコイル状のアンテナの先端側の部分のピッチを密に巻回し基端側の部分のピッチを粗に巻回し、周波数の低い第1周波数帯に対しては全体がアンテナとして作用し、周波数の高い第2周波数帯に対しては基端側の部分のみがアンテナとして作用するようにしたものがある。また、コイルアンテナの軸心位置にポールアンテナを設け、コイルアンテナとポールアンテナをそれぞれ第1周波数帯と第2周波数帯のアンテナとして作用させるようにしたものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車のボディーから外方に突出させて垂直または傾けて配設した約1/4波長の従来の車載用アンテナにあっては、このアンテナを水平方向から見た放射モードは、斜め上方に大きな利得が生じていて、水平方向に必ずしも充分な利得が得られていない。これは、車のボディーなどが大きな接地面として作用し、この接地面の効果により約1/4波長のアンテナにあっては指向方向が斜め上方となるためである。しかるに、携帯電話機にあっては、中継アンテナがそれほど高くない位置にあり、互いにほぼ水平方向の位置関係にある。そこで、水平方向に大きな利得が得られれば、最も効率的に信号を放射することができる。
【0005】
また、上述した従来の途中でピッチを換えるコイル状のアンテナのデュアルモードアンテナは、高い周波数の第2周波数帯では、アンテナ全体の一部分しかアンテナとして作用せず、それだけアンテナ利得が低いものとなる不具合がある。また、従来のコイルアンテナの軸心位置にポールアンテナを組み合わせたものは、その機械的構造が複雑であるとともに、互いのアンテナが相互に干渉を生じ易く、所望のアンテナ特性を実験的に求めざるを得ず、設計の手間が煩雑である。
【0006】
本発明は、かかる従来技術の事情に鑑みてなされたもので、水平方向に大きな利得の放射モードを有するとともに、1本のアンテナで周波数の異なる2つの周波数帯を送受信できるデュアルモードアンテナを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のデュアルモードアンテナは、第1周波数帯とこれの2倍の周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、前記第1周波数帯の約1/2波長で垂直または傾けて配設される第1アンテナエレメントの基端部に、容量結合するように前記第2周波数帯の約1/4波長の第2アンテナエレメントを添設し、前記第1アンテナエレメントの基端を整合回路と前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路とを順次に直列に介装してアンテナ入出力端に接続し、前記第2アンテナエレメントの基端を前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路を介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記第1アンテナエレメントとこれと容量結合する第2アンテナエレメントで前記第2周波数帯の約5/4波長のアンテナとして作用するように構成されている。
【0008】
また、第1周波数帯とこれより高い周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、前記第1周波数帯の約1/2波長で垂直または傾けて配設される第1アンテナエレメントの基端部に、容量結合するように第2アンテナエレメントを添設し、前記第1アンテナエレメントを先端側がコイルアンテナで基端側がポールアンテナの直列接続で形成し、前記第1アンテナエレメントの基端を整合回路と前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路とを順次に直列に介装してアンテナ入出力端に接続し、前記第2アンテナエレメントの基端を前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路を介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記第1アンテナエレメントの基端側の前記ポールアンテナとこれと容量結合する第2アンテナエレメントで前記第2周波数帯の約3/4波長のアンテナとして作用するように構成しても良い。
【0009】
また、第1周波数帯とこれより高い周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、前記第1周波数帯の約1/2波長で垂直または傾けて配設される第1アンテナエレメントの基端部に、容量結合するように第2アンテナエレメントを添設し、前記第1アンテナエレメントを先端側が密に巻回したコイルアンテナで基端側が粗に巻回したコイルアンテナの直列接続で形成するとともにこの基端側のポールアンテナを前記第2周波数帯の約1/2波長とし、前記第1アンテナエレメントの基端を整合回路と前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路とを順次に直列に介装してアンテナ入出力端に接続し、前記第2アンテナエレメントの基端を前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路を介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記第1アンテナエレメントの基端側の前記粗に巻回したコイルアンテナとこれと容量結合する第2アンテナエレメントで前記第2周波数帯の約3/4波長のアンテナとして作用するように構成しても良い。
【0010】
また、第1周波数帯とこれの約2倍の周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、前記第1周波数帯の約1/2波長で垂直または傾けて配設される第1アンテナエレメントの基端部に、第1導電部材を直列に接続し、この第1導電部材に容量結合するように前記第2周波数帯の約1/4波長のアンテナに相当する第2導電部材を添設し、前記第1導電部材と前記第2導電部材を囲みこれらと容量結合するように筒状導体からなる容量管を設けるとともにこれを接地し、前記第1導電部材の基端を整合回路と前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路とを順次に直列に介装してアンテナ入出力端に接続し、前記第2導電部材の基端を前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路を介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記第1アンテナエレメントと前記第1導電部材とこれと容量結合する前記第2導電部材で前記第2周波数帯の約5/4波長のアンテナに相当するように構成しても良い。
【0011】
また、第1周波数帯とこれより高い周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、前記第1周波数帯の約1/2波長で垂直または傾けて配設される第1アンテナエレメントの基端部に、第1導電部材を直列に接続し、この第1導電部材に容量結合するように第2導電部材を添設し、前記第1導電部材と前記第2導電部材を囲みこれらと容量結合するように筒状導体からなる容量管を設けるとともにこれを接地し、前記第1アンテナエレメントを先端側がコイルアンテナで基端側がポールアンテナの直列接続で形成するとともにこの基端側のポールアンテナを前記第2周波数帯の約1/2波長とし、前記第1導電部材の基端を整合回路と前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路とを順次に直列に介装してアンテナ入出力端に接続し、前記第2導電部材の基端を前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路を介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記第1アンテナエレメントの基端側の前記ポールアンテナと前記第1導電部材とこれと容量結合する第2導電部材で前記第2周波数帯の約3/4波長のアンテナに相当するように構成しても良い。
【0012】
また、第1周波数帯とこれより高い周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、前記第1周波数帯の約1/2波長で垂直または傾けて配設される第1アンテナエレメントの基端部に、第1導電部材を直列に接続し、この第1導電部材に容量結合するように第2導電部材を添設し、前記第1導電部材と前記第2導電部材を囲みこれらと容量結合するように筒状導体からなる容量管を設けるとともにこれを接地し、前記第1アンテナエレメントを先端側が密に巻回したコイルアンテナで基端側が粗に巻回したコイルアンテナの直列接続で形成するとともにこの基端側のコイルアンテナを前記第2周波数帯の約1/2波長とし、前記第1導電部材の基端を整合回路と前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路とを順次に直列に介装してアンテナ入出力端に接続し、前記第2導電部材の基端を前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路を介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記第1アンテナエレメントの基端側の粗に巻回したコイルアンテナと前記第1導電部材とこれと容量結合する第2導電部材で前記第2周波数帯の約3/4波長のアンテナに相当するように構成しても良い。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施例を図1ないし図4を参照して説明する。図1は、本発明のデュアルモードアンテナの第1実施例の電気的構造図である。図2は、図1のアンテナの電流分布を示し、(a)は第1周波数帯の電流分布であり、(b)は第2周波数帯の電流分布である。図3は、図1のアンテナのVSWR特性図であり、(a)は第1周波数帯のVSWRであり、(b)は第2周波数帯のVSWRである。図4は、図1のデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードを示し、(a)は第1周波数帯の放射モードであり、(b)は第2周波数帯の放射モードである。
【0014】
まず、第1実施例として、日本のPDC800(810〜960MHz)を第1周波数帯f1に設定し、これよりも高い約2倍の周波数のPDC1500(1429〜1501MHz)を第2周波数帯fに設定して説明する。垂直または傾けられて配設され、第1周波数帯f1に対して約1/2波長λ1のアンテナとして作用する第1アンテナエレメントの全体をポールアンテナ10で形成し、その基端部にこれと容量結合するように第2アンテナエレメントとしてのコイルアンテナ12が添設される。これは、図1に示すごとく、ポールアンテナ10の基端部の横にコイルアンテナ12を配設しても良いが、ポールアンテナ10の基端部に遊嵌させてコイルアンテナ12を配設しても良い。そして、ポールアンテナ10の基端10aが、2つのキャパシタンス素子と1つのインダクタンス素子がπ型に組まれた整合回路14と、この整合回路14を形成する1つのキャパシタンス素子を共有してこれと他の1つのインダクタンス素子が逆L字状に組まれた第1フィルタ回路16とを順次に介してアンテナ入出力端18に接続される。整合回路14は、第1周波数帯f1に対して約1/2波長λ1の電気長に設定されたポールアンテナ10の基端10aにおける高いインピーダンスを、低いインピーダンスに変換して給電線などと整合を図るように形成される。そして、第1フィルタ回路16は、第1周波数帯f1を通過させるとともに第2周波数帯f2を阻止するように形成される。また、コイルアンテナ12の基端は、2つのキャパシタンス素子と1つのインダクタンス素子がT型に組まれた第2フィルタ回路20を介してアンテナ入出力端18に接続される。この第2フィルタ回路20は、第2周波数帯f2を通過させるとともに第1周波数帯f1を阻止するように形成される。
【0015】
かかる構成において、コイルアンテナ12の電気長を第2周波数帯f2に対して約1/4波長λ2にするとともにコイルアンテナ12とポールアンテナ10との間に生ずる浮遊容量Cfを適宜に設定することで、第2周波数帯f2に対してポールアンテナ10とコイルアンテナ12および浮遊容量Cfの全体で約5/4波長λ2のアンテナとして作用するようにする。そこで、図2(a)のごとく、第1周波数帯f1に対してポールアンテナ10が約1/2波長λ1のアンテナとして作用し、また図2(b)のごとく、第2周波数帯f2に対してポールアンテナ10とコイルアンテナ12および浮遊容量Cfが約5/4波長λ2のアンテナとして作用し、第1周波数帯f1と第2周波数帯f2のいずれでもアンテナ入出力端18には比較的に低いインピーダンスが生じて給電線などと容易に整合が図れる。そして、第1周波数帯f1に対してポールアンテナ10が1/2波長λ1の放射モードを示し、しかも第2周波数帯f2は第1周波数帯f1の約2倍の周波数であるので、ポールアンテナ10には第2周波数帯f2の約1波長λ2の電流分布が生じて、1波長λ2の放射モードが強く現れる。
【0016】
発明者らの実験によれば、第1周波数帯f1に対して、図3(a)のごとく、充分に低いVSWRが得られた。また、第2周波数帯f2に対しても、図3(b)のごとく、これも充分に低いVSWRが得られた。そして、アンテナを正面から水平方向に見た放射モードは、第1周波数帯f1に対して、図4(a)のごとく、低い仰角に大きな利得が得られ、第2周波数帯f2に対しても、図4(b)のごとく、低い仰角に大きな利得が得られた。したがって、第1実施例にあっては、日本のPDC800とPDC1500のいずれの周波数帯をも送受信できるとともに水平方向に大きな利得を備えており、携帯電話のデュアルモードアンテナとして最適である。
【0017】
次に、本発明の第2実施例を図5および図6を参照して説明する。図5は、本発明のデュアルモードアンテナの第2実施例の電気的構造図である。図6は、図5のアンテナの電流分布を示し、(a)は第1周波数帯の電流分布であり、(b)は第2周波数帯の電流分布である。図5および図6において、図1および図2と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0018】
第2実施例において、第1実施例と相違するところは、第1アンテナエレメントの全体が単一で約1/2波長のポールアンテナ10で形成するのに換えて、第1周波数帯f1に対してして約1/2波長λ1の第1アンテナエレメント22を、先端側がコイルアンテナ24で基端側が第2周波数帯f2の約1/2波長λ2のポールアンテナ26を直列接続して形成したことにある。かかる構成で、第2周波数帯f2に対して、第1アンテナエレメント22の基端側のポールアンテナ26とコイルアンテナ12およびこれらの間に生ずる浮遊容量Cfの全体で約3/4波長λ2のアンテナとして作用するように、ポールアンテナ26とコイルアンテナ12および浮遊容量Cfが調整される。なお、第1アンテナエレメント22の先端側のコイルアンテナ24は、第2周波数帯f2に対して充分に密なピッチで巻回されてアンテナとして作用しないようにされる。すると、第1周波数帯f1に対して、図6(a)に示すごとく、第1アンテナエレメント22の全体が約1/2波長λ1のアンテナとして作用し、水平方向に大きな利得が得られる。また、第2周波数帯f2に対して、図6(b)に示すごとく、第1アンテナエレメント22の基端側のポールアンテナ26で約1/2波長λ2の放射モードが強く生じ、やはり水平方向に大きな利得が得られる。
【0019】
なお、上記第2実施例において、第1周波数帯f1に対して約1/2波長の第1アンテナエレメント22を先端側が密なピッチで巻回されたコイルアンテナで基端側が第2周波数帯f2の約1/2波長λ2の粗なピッチで巻回されたコイルアンテナを直列接続して形成しても、同様な効果が得られる。また、上記第2実施例では、第2周波数帯f2がちょうど第1周波数帯f1の2倍であれば、第1アンテナエレメント22の先端側と基端側を同じ電気長に設定すれば良い。
【0020】
さらに、本発明の第3実施例を図7を参照して説明する。図7は、本発明のデュアルモードアンテナの第3実施例の電気的構造図である。図7において、図1と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0021】
第3実施例にあっては、第1アンテナエレメントの全体で第1周波数帯f1に対して約1/2波長λ1に設定されるポールアンテナ10の基端に、直線状の第1導電部材28を直列に接続し、その基端が整合回路14に接続される。そして、この第1導電部材28に容量結合するように第2周波数帯f2に対して約1/4波長λ2に設定されるコイル状の第2導電部材30が配設され、その基端が第2フィルタ回路20に接続される。さらに、第1導電部材28と第2導電部材30を囲みこれらと容量結合するように筒状導電体からなる容量管32が設けられるとともに接地される。この容量管32と第1導電部材28および第2導電部材30の間には、適宜な浮遊容量Cfが生じる。また、第1導電部材28と第2導電部材30の間にも浮遊容量Cfが生ずることは勿論である。
【0022】
かかる構成において、第1周波数帯f1に対してポールアンテナ10が約1/2波長λ1のアンテナとして作用し、その基端10aのインピーダンスが第1導電部材28を介して整合回路14でインピーダンス変換され、これが第1フィルタ回路16を介してアンテナ入出力端18に与えられる。また、第2周波数帯f2に対して、ポールアンテナ10と第1導電部材28と浮遊容量Cfおよび第2導電部材30全体で約5/4波長λ2のアンテナに相当するように作用させ、第2導電部材30の基端の低いインピーダンスが第2フィルタ回路20を介してアンテナ入出力端18に与えられる。ここで、第2周波数帯f2に対して、約1/4波長λ2に相当する第2導電部材30は容量管32で遮蔽されており、ポールアンテナ10に約1波長λ2の放射モードが強く生ずる。そこで、第3実施例にあっては、第1周波数帯f1と第2周波数帯f2のいずれにあっても、水平方向に大きな利得が得られる。ここで、ポールアンテナ10を第2周波数帯f2の1波長λ2の電気長で作用させるためには、第1周波数帯f1に対して第2周波数帯f2がちょうど2倍の周波数であることが望ましい。そこで、この第3実施例にあっては、第2周波数帯f2が第1周波数帯f1のちょうど2倍である欧州のGSM(880〜960MHz)とDCS(1710〜1880MHz)の携帯電話機のデュアルモードアンテナとして最適である。
【0023】
そしてさらに、本発明の第4実施例を図8を参照して説明する。図8は、本発明のデュアルモードアンテナの第4実施例の電気的構造図である。図8において、図7と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0024】
第4実施例において、第3実施例と相違するところは、ポールアンテナ10の基端10aに、図7の線状の第1導電部材28に換えて、第1周波数帯f1に対して約1/4波長のコイル状の第1導電部材34を接続し、その基端を第1周波数帯f1を通過させる第1フィルタ回路16に直接に接続したことにある。なお、図7における整合回路14が省かれている。かかる構成において、容量管32とコイル状の第1導電部材34の間に浮遊容量Cfが生じる。そして、第1周波数帯f1に対してポールアンテナ10と第1導電部材34により約3/4波長のアンテナとして作用させるとともに、コイル状の第1導電部材34のインダクタンス成分とこれと容量管32の間に生ずる浮遊容量Cfとにより適宜な整合回路が形成され、ポールアンテナ10の基端10aの大きなインピーダンスが小さなインピーダンスに変換されて、第1フィルタ回路16を介してアンテナ入出力端18に与えられる。
【0025】
そしてまた、本発明の第5実施例を図9を参照して説明する。図9は、本発明のデュアルモードアンテナの第5実施例の電気的構造図である。図9において、図7と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0026】
第5実施例において、第3実施例と相違するところは、第1アンテナエレメントの全体が単一で約1/2波長λ1のポールアンテナ10に換えて、第1周波数帯f1に対して約1/2波長λ1の第1アンテナエレメント22を先端側がコイルアンテナ24で基端側が第2周波数帯f2に対して約1/4波長λ2のポールアンテナ26の直列接続で形成したことにある。かかる構成において、第2周波数帯f2に対して、第1アンテナエレメント22の基端側のポールアンテナ26と浮遊容量Cfおよび第2導電部材30の全体で約3/4波長λ2のアンテナに相当するように作用させる。そして、第1周波数帯f1に対して第1アンテナエレメント22の全体で約1/2波長λ1のアンテナとして作用し、また第2周波数帯f2に対して第1アンテナエレメント22の基端側のポールアンテナ26で約1/2波長λ2の放射モードが強く生じ、第1周波数帯f1と第2周波数帯f2のいずれでも水平方向に大きな利得が得られる。
【0027】
そしてさらに、本発明の第6実施例を図10を参照して説明する。図10は、本発明のデュアルモードアンテナの第6実施例の電気的構造図である。図10において、図9と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0028】
第6実施例において、第5実施例と相違するところは、第1アンテナエレメント22の基端22aに、図9の直線状の第1導電部材28に換えて、第1周波数帯f1に対して約1/4波長λ1のコイル状の第1導電部材34を接続し、その基端を第1周波数帯f1を通過させる第1フィルタ回路16に直接に接続したことにある。なお、図9における整合回路14が省かれている。かかる構成において、第1周波数帯f1に対して、第1アンテナエレメント22とコイル状の第1導電部材34により約3/4波長λ1のアンテナに相当するように作用する。しかも、第1周波数帯f1に対してコイル状の第1導電部材34および容量管32の間に生ずる浮遊容量Cfにより整合回路が形成され、それによりインピーダンスが小さなものとなる。
【0029】
なお、上記実施例では、第1周波数帯f1と第2周波数帯f2を、主として日本の携帯電話機の周波数帯であるPDC800とPDC1500に対応させて説明しているが、これに限られず、米国のAMPSやPCSおよび欧州のGSMやDCSに対応するように設定しても良い。また、第2導電部材30がコイル状でなく直線状などであっても良い。本発明のデュアルモードアンテナの用途としては、水平方向に大きな利得が必要である無線通信装置用のデュアルモードアンテナとして用いることができ、携帯電話機に限られず、業務用無線などのデュアルモードアンテナとしても好適であり、しかも車載用の移動局に限られず固定局のデュアルモードアンテナとしても好適である。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデュアルモードアンテナは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【0031】
請求項1記載のデュアルモードアンテナにあっては、第1周波数帯に対して第1アンテナエレメントを約1/2波長のアンテナとして作用させ、第2周波数帯に対して第1アンテナエレメントと第2アンテナエレメントと浮遊容量により約5/4波長のアンテナとして作用させるとともに第1アンテナエレメントで1波長の放射モードを強く生じさせる。そこで、第1周波数帯と第2周波数帯のいずれをも送受信できるとともに、水平方向に大きな利得の放射モードが得られ、互いに水平方向の位置関係にある携帯電話機などの無線通信装置のデュアルモードアンテナとして好適である。
【0032】
請求項2または3記載のデュアルモードアンテナにあっては、第1周波数帯に対して第1アンテナエレメントに約1/2波長の電流分布とし、第2周波数帯に対して第1アンテナエレメントの基端側のポールアンテナまたは粗に巻回したコイルアンテナに約1/2波長の電流分布とすることができ、第1周波数帯および第2周波数帯のいずれでも水平方向に利得の大きな放射モードを得ることができる。しかも、第2周波数帯が第1周波数帯に対してちょうど2倍の周波数でなくて幾分ずれており、第2周波数帯が第1アンテナエレメントの全体で約1波長の電流分布とならないような場合に、第2周波数帯に対して基端側のポールアンテナまたは粗に巻回したコイルアンテナを所望の約1/2波長の電気長とすることで、1/2波長の放射モードを強く生じさせることができる。
【0033】
請求項4記載のデュアルモードアンテナにあっては、第1周波数帯に対して第1アンテナエレメントを約1/2波長のアンテナとして作用させ、第2周波数帯に対して第1アンテナエレメントと第1導電部材とこれに浮遊容量で容量結合する第2導電部材の全体で約5/4波長のアンテナに相当させて、共振を図る。しかも、第1導電部材と第2導電部材は容量管により囲まれていて、放射素子として作用しない。そこで、第2周波数帯に対して、第1アンテナエレメントのみがアンテナとして作用し、これに約1波長の電流分布が生ずる。そこで、第1周波数帯および第2周波数帯のいずれであっても、水平方向に利得の大きな放射モードが得られる。
【0034】
請求項5または6記載のデュアルモードアンテナにあっては、第1周波数帯に対して第1アンテナエレメントを約1/2波長のアンテナとして作用させ、第2周波数帯に対して第1アンテナエレメントの基端側のポールアンテナまたは粗の巻回したコイルアンテナと第1導電部材とこれに浮遊容量で容量結合する第2導電部材の全体で約3/4波長のアンテナに相当させる。そして、第1導電部材と第2導電部材は容量管に囲まれていて放射素子として作用しないので、第2周波数帯に対して第1アンテナエレメントの基端側のポールアンテナまたはコイルアンテナのみがアンテナとして作用し、これに約1/2波長の電流分布が生ずる。そこで、第1周波数帯および第2周波数帯のいずれであっても、水平方向の利得が大きくなる。
【0035】
請求項7記載のデュアルモードアンテナにあっては、第1アンテナエレメントの基端に接続する第1導電部材をコイル状とし、そのインダクタンス成分とこれを囲む容量管との間に生ずる浮遊容量とにより整合回路を形成することができる。しかも、浮遊容量によるキャパシタンス成分は分布定数であり、この整合回路により、第1アンテナエレメントの基端に生じた大きなインピーダンスが信号経路で緩やかに変換されて小さなものとなり、それだけリターンロスが少ない。
【0036】
請求項8記載のデュアルモードアンテナにあっては、第1アンテナエレメントの基端に接続する第1導電部材を第1周波数帯の約1/4波長としたので、第1周波数帯に対して、第1アンテナエレメントと第1導電部材で約3/4波長のアンテナに相当し、第1導電部材の基端に生ずるインピーダンスは小さく、給電線などに容易に整合を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデュアルモードアンテナの第1実施例の電気的構造図である。
【図2】図1のアンテナの電流分布を示し、(a)は第1周波数帯の電流分布であり、(b)は第2周波数帯の電流分布である。
【図3】図1のアンテナのVSWR特性図であり、(a)は第1周波数帯のVSWRであり、(b)は第2周波数帯のVSWRである。
【図4】図1のデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードを示し、(a)は第1周波数帯の放射モードであり、(b)は第2周波数帯の放射モードである。
【図5】本発明のデュアルモードアンテナの第2実施例の電気的構造図である。
【図6】図5のアンテナの電流分布を示し、(a)は第1周波数帯の電流分布であり、(b)は第2周波数帯の電流分布である。
【図7】本発明のデュアルモードアンテナの第3実施例の電気的構造図である。
【図8】本発明のデュアルモードアンテナの第4実施例の電気的構造図である。
【図9】本発明のデュアルモードアンテナの第5実施例の電気的構造図である。
【図10】本発明のデュアルモードアンテナの第6実施例の電気的構造図である。
【符号の説明】
10、26 ポールアンテナ
10a、22a 基端
12、24 コイルアンテナ
14 整合回路
16 第1フィルタ回路
18 アンテナ入出力端
20 第2フィルタ回路
22 第1アンテナエレメント
28 第1導電部材
30 第2導電部材
32 容量管
34 コイル状の第1導電部材
f1 第1周波数帯
f2 第2周波数帯
Cf 浮遊容量
λ1 第1周波数帯の波長
λ2 第2周波数帯の波長[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dual mode antenna having a radiation mode with a large gain in the horizontal direction and capable of transmitting and receiving two frequency bands, a first frequency band and a second frequency band having a higher frequency. .
[0002]
[Prior art]
As an antenna of a conventional mobile phone, an antenna having an electrical length of about ¼ wavelength with respect to a frequency band to be used is generally used. As a vehicle-mounted antenna, one having a wavelength of about ¼ of the frequency band to be used is widely used. This is to make it easy to match the antenna and the feed line and prevent return loss at the joint. It is also for making the antenna physical length as short as possible so that it is convenient for carrying. In addition, in the case of in-vehicle use, the length protruding outward from the body of the car is made as short as possible so as not to be damaged by contact with other objects, and according to design requirements. .
[0003]
Also, as an example of a dual mode antenna that can transmit and receive two frequency bands with a single conventional antenna, the pitch of the distal end portion of one coiled antenna is tightly wound to reduce the pitch of the proximal end portion. Wound roughly, the whole acts as an antenna for the first frequency band having a low frequency, and only the base end side part acts as an antenna for the second frequency band having a high frequency. is there. Also, there is a type in which a pole antenna is provided at the axial center position of the coil antenna so that the coil antenna and the pole antenna act as antennas in the first frequency band and the second frequency band, respectively.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of a conventional on-vehicle antenna of about ¼ wavelength arranged so as to protrude outward from the body of the car, the radiation mode when the antenna is viewed from the horizontal direction is obliquely upward. A large gain is generated, and a sufficient gain is not always obtained in the horizontal direction. This is because a car body or the like acts as a large grounding surface, and due to the effect of the grounding surface, the directing direction is obliquely upward in an antenna of about ¼ wavelength. However, in a mobile phone, the relay antennas are not so high and are in a horizontal relationship with each other. Therefore, if a large gain is obtained in the horizontal direction, the signal can be radiated most efficiently.
[0005]
In addition, the conventional dual mode antenna, which is a coiled antenna whose pitch is changed during the above-described process, functions as an antenna only in a part of the entire antenna in the second frequency band of high frequency, and the antenna gain is low accordingly. There is. In addition, the conventional coil antenna combined with the pole antenna at the axial center position has a complicated mechanical structure, and the antennas tend to interfere with each other. The design effort is complicated.
[0006]
The present invention has been made in view of the circumstances of the prior art, and provides a dual mode antenna having a large gain radiation mode in the horizontal direction and capable of transmitting and receiving two frequency bands having different frequencies with a single antenna. For the purpose.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve this object, a dual mode antenna of the present invention is a dual mode antenna that transmits and receives a first frequency band and a second frequency band that is twice as high as the first frequency band. A second antenna element having a wavelength of about ¼ of the second frequency band is attached to the base end portion of the first antenna element that is vertically or tilted at / 2 wavelength so as to be capacitively coupled. A base end of one antenna element is connected in series to a matching circuit and a first filter circuit that passes the first frequency band in series, and connected to the antenna input / output end, and the base end of the second antenna element is connected to the base A second filter circuit that passes the second frequency band is interposed in the antenna input / output terminal, and the second antenna element that is capacitively coupled to the first antenna element is connected to the second frequency. It is configured to act as an antenna of approximately 5/4 wavelength of.
[0008]
A dual mode antenna for transmitting and receiving a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency band, wherein the first antenna element is arranged vertically or inclined at about ½ wavelength of the first frequency band. A second antenna element is attached to the base end of the first antenna element so as to be capacitively coupled, and the first antenna element is formed by connecting a coil antenna on the front end side and a pole antenna on the base end side in series. A matching circuit and a first filter circuit that passes the first frequency band are sequentially connected in series to the antenna input / output terminal, and the base end of the second antenna element is connected to the second frequency band. A second filter circuit that is connected to the input / output end of the antenna through a second filter circuit that passes therethrough, and is coupled to the pole antenna on the base end side of the first antenna element and the second In antenna element may be configured to act as an antenna of approximately 3/4 wavelength of the second frequency band.
[0009]
A dual mode antenna for transmitting and receiving a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency band, wherein the first antenna element is arranged vertically or inclined at about ½ wavelength of the first frequency band. A second antenna element is attached to the base end portion of the first antenna element so as to be capacitively coupled, and the first antenna element is connected in series with a coil antenna in which the distal end side is closely wound and the proximal end side is roughly wound. And forming a pole antenna on the base end side to have a half wavelength of the second frequency band, and a matching circuit and a first filter circuit allowing the base end of the first antenna element to pass through the first frequency band. The antenna is inserted in series in series and connected to the antenna input / output end, and a second filter circuit that passes the second frequency band through the base end of the second antenna element. The roughly wound coil antenna on the base end side of the first antenna element connected to the output end and the second antenna element capacitively coupled thereto function as an antenna of about 3/4 wavelength in the second frequency band. You may comprise so that it may do.
[0010]
The dual-mode antenna transmits and receives a first frequency band and a second frequency band having a frequency approximately twice that of the first frequency band. The dual-mode antenna is arranged vertically or inclined at about ½ wavelength of the first frequency band. A first conductive member is connected in series to the base end portion of one antenna element, and a second conductive member corresponding to an antenna having a wavelength of about ¼ of the second frequency band so as to be capacitively coupled to the first conductive member. A capacitive tube made of a cylindrical conductor is provided so as to surround the first conductive member and the second conductive member and to be capacitively coupled to them, and this is grounded, and the base end of the first conductive member is aligned. A circuit and a first filter circuit that passes the first frequency band are sequentially interposed in series and connected to the antenna input / output end, and a base end of the second conductive member is passed through the second frequency band. Enter and exit the antenna through two filter circuits The first antenna element, the first conductive member, and the second conductive member that is capacitively coupled to the first antenna element and the first conductive member may be configured to correspond to an antenna of about 5/4 wavelength in the second frequency band. good.
[0011]
A dual mode antenna for transmitting and receiving a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency band, wherein the first antenna element is arranged vertically or inclined at about ½ wavelength of the first frequency band. A first conductive member is connected in series to the base end of the first conductive member, a second conductive member is attached so as to be capacitively coupled to the first conductive member, and the first conductive member and the second conductive member are enclosed. A capacity tube made of a cylindrical conductor is provided so as to be capacitively coupled to the ground, and this is grounded, and the first antenna element is formed by connecting a coil antenna on the distal end side and a series connection of a pole antenna on the proximal end side and a pole on the proximal end side The antenna is set to about ½ wavelength of the second frequency band, and a base circuit of the first conductive member is sequentially inserted in series with a matching circuit and a first filter circuit that passes the first frequency band. Connected to the input / output end, and connected to the antenna input / output end through a second filter circuit passing the second frequency band through the base end of the second conductive member, and the base end of the first antenna element The pole antenna on the side, the first conductive member, and the second conductive member capacitively coupled thereto may be configured to correspond to an antenna of about ¾ wavelength in the second frequency band.
[0012]
A dual mode antenna for transmitting and receiving a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency band, wherein the first antenna element is arranged vertically or inclined at about ½ wavelength of the first frequency band. A first conductive member is connected in series to the base end of the first conductive member, a second conductive member is attached so as to be capacitively coupled to the first conductive member, and the first conductive member and the second conductive member are enclosed. A capacity tube made of a cylindrical conductor is provided so as to be capacitively coupled to the ground, and this is grounded, and a series connection of a coil antenna in which the first antenna element is densely wound at the distal end side and the proximal end side is roughly wound And a first filter circuit that passes the first end of the first conductive member through the matching circuit and the first frequency band. In order Connected in series to the antenna input / output end, and connected to the antenna input / output end through a second filter circuit passing the second frequency band at the base end of the second conductive member, The coil antenna roughly wound on the base end side of the first antenna element, the first conductive member, and the second conductive member capacitively coupled thereto correspond to an antenna having about 3/4 wavelength of the second frequency band. You may comprise as follows.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an electrical structural diagram of a first embodiment of a dual mode antenna according to the present invention. 2 shows the current distribution of the antenna of FIG. 1, where (a) is the current distribution in the first frequency band, and (b) is the current distribution in the second frequency band. FIG. 3 is a VSWR characteristic diagram of the antenna of FIG. 1, wherein (a) is a VSWR in the first frequency band, and (b) is a VSWR in the second frequency band. 4 shows a radiation mode when the dual-mode antenna of FIG. 1 is viewed from the front in the horizontal direction, where (a) is a radiation mode in the first frequency band, and (b) is a radiation mode in the second frequency band. .
[0014]
First, as a first embodiment, Japanese PDC800 (810 to 960 MHz) is set to the first frequency band f1, and PDC1500 (1429 to 1501 MHz) having a frequency twice higher than this is set to the second frequency band f. To explain. The entire first antenna element, which is arranged vertically or tilted and acts as an antenna having a wavelength of about ½ wavelength λ1 with respect to the first frequency band f1, is formed by the
[0015]
In such a configuration, the electrical length of the
[0016]
According to the experiments by the inventors, a sufficiently low VSWR was obtained for the first frequency band f1, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 3B, a sufficiently low VSWR was obtained for the second frequency band f2. The radiation mode when the antenna is viewed from the front in the horizontal direction provides a large gain at a low elevation angle with respect to the first frequency band f1, as shown in FIG. As shown in FIG. 4B, a large gain was obtained at a low elevation angle. Therefore, the first embodiment can transmit and receive both frequency bands of Japanese PDC800 and PDC1500 and has a large gain in the horizontal direction, which is optimal as a dual mode antenna for a mobile phone.
[0017]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an electrical structural diagram of the second embodiment of the dual mode antenna of the present invention. FIG. 6 shows the current distribution of the antenna of FIG. 5, where (a) shows the current distribution in the first frequency band, and (b) shows the current distribution in the second frequency band. 5 and FIG. 6, the same or equivalent members as those in FIG. 1 and FIG.
[0018]
The second embodiment differs from the first embodiment in that the entire first antenna element is formed by a
[0019]
In the second embodiment, the
[0020]
Furthermore, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an electrical structural diagram of the third embodiment of the dual mode antenna of the present invention. In FIG. 7, the same or equivalent members as in FIG.
[0021]
In the third embodiment, the linear first
[0022]
In such a configuration, the
[0023]
Further, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an electrical structural diagram of a fourth embodiment of the dual mode antenna of the present invention. In FIG. 8, the same or equivalent members as in FIG.
[0024]
The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the
[0025]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an electrical structural diagram of the fifth embodiment of the dual mode antenna of the present invention. In FIG. 9, the same or equivalent members as in FIG.
[0026]
The fifth embodiment is different from the third embodiment in that the entire first antenna element is replaced with a
[0027]
Further, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an electrical structural diagram of the sixth embodiment of the dual mode antenna of the present invention. In FIG. 10, the same or equivalent members as in FIG.
[0028]
The sixth embodiment differs from the fifth embodiment in that the base end 22a of the
[0029]
In the above-described embodiment, the first frequency band f1 and the second frequency band f2 have been described mainly corresponding to the PDC800 and PDC1500 which are the frequency bands of Japanese mobile phones. You may set so that it may respond | correspond to AMPS, PCS, and European GSM and DCS. Further, the second
[0030]
【The invention's effect】
As described above, since the dual mode antenna of the present invention is configured, the following special effects can be obtained.
[0031]
The dual mode antenna according to
[0032]
4. The dual mode antenna according to
[0033]
5. The dual mode antenna according to
[0034]
In the dual mode antenna according to
[0035]
In the dual mode antenna according to claim 7, the first conductive member connected to the base end of the first antenna element is formed in a coil shape, and the stray capacitance generated between the inductance component and the capacitance tube surrounding the first conductive member. A matching circuit can be formed. In addition, the capacitance component due to the stray capacitance is a distributed constant, and by this matching circuit, the large impedance generated at the base end of the first antenna element is gently converted in the signal path to become small, and the return loss is small accordingly.
[0036]
In the dual mode antenna according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical structural diagram of a first embodiment of a dual mode antenna of the present invention.
2 shows the current distribution of the antenna of FIG. 1, where (a) is the current distribution in the first frequency band, and (b) is the current distribution in the second frequency band.
3 is a VSWR characteristic diagram of the antenna of FIG. 1, wherein (a) is a VSWR in the first frequency band, and (b) is a VSWR in the second frequency band. FIG.
4 shows a radiation mode when the dual-mode antenna of FIG. 1 is viewed from the front in the horizontal direction, where (a) is a radiation mode in the first frequency band, and (b) is a radiation mode in the second frequency band. .
FIG. 5 is an electrical structural diagram of a second embodiment of the dual mode antenna of the present invention;
6 shows the current distribution of the antenna of FIG. 5, where (a) is the current distribution in the first frequency band, and (b) is the current distribution in the second frequency band.
FIG. 7 is an electrical structural diagram of a third embodiment of the dual mode antenna of the present invention.
FIG. 8 is an electrical structural diagram of a fourth embodiment of the dual mode antenna of the present invention;
FIG. 9 is an electrical structural diagram of a fifth embodiment of the dual mode antenna of the present invention;
FIG. 10 is an electrical structural diagram of a sixth embodiment of the dual mode antenna of the present invention;
[Explanation of symbols]
10, 26 pole antenna
10a, 22a
12, 24 Coil antenna
14 Matching circuit
16 First filter circuit
18 Antenna input / output terminal
20 Second filter circuit
22 First antenna element
28 First conductive member
30 Second conductive member
32 capacity tube
34 Coiled first conductive member
f1 first frequency band
f2 Second frequency band
Cf stray capacitance
λ1 First frequency band wavelength
λ2 Second frequency band wavelength
Claims (8)
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