JPH1051224A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の周波数帯域で共振し、複数のシステム
への共用が可能であるアンテナ装置を提供する。 【解決手段】 複数の周波数に共振するアンテナ装置で
あって、長さＬ₁ を有する線状の給電エレメント１と、
給電エレメントに近接配置され、給電エレメントと一端
で短絡された長さＬ₂ を有する線状の折り返しエレメン
ト２とを備え、折り返しエレメントの長さＬ₂ が、Ｌ₁
−Ｌ₂ において高い方の前記周波数に共振するように設
定され、給電エレメントの長さＬ₁ が、低い方の前記周
波数において、折り返しエレメントとともに作用してこ
の周波数に共振する長さに設定される。複数の周波数で
の多共振が可能となり、複数システムの共用無線機に使
用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話機や移動
無線機などに使用されるアンテナ装置に関し、特に、複
数の周波数帯域での共振を可能にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信システムが多様化し、
それに伴って、使用される周波数帯域が８００ＭＨｚ
帯、１．５ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯というように、広
がってきている。携帯電話機や移動無線機では、使用さ
れるシステムの帯域に合った受信特性を有するアンテナ
装置が用いられている。

【０００３】従来の携帯電話機では、電話機の筐体を地
板として利用するホイップアンテナが使用されている。
このホイップアンテナは、図７に示すように、通話時に
無線機筐体６外に引き出され、待受け時には、図８に示
すように、無線機筐体６内に収納される。このアンテナ
は、先端に配置されたヘリカルアンテナ９と、ヘリカル
アンテナ９に電気的に接続しているスリーブ13と、棒状
のモノポールアンテナ15と、スリーブ13及びモノポール
アンテナ15を一体化成形している絶縁体14とから成り、
スリーブ13とモノポールアンテナ15との間は電気的に切
断されている。

【０００４】無線機筐体６内には、無線回路５と、アン
テナとのインピーダンス整合を取るための整合回路４
と、整合回路４をホイップアンテナに接続する接続バネ
16とが収容され、接続バネ16は、ホイップアンテナの伸
長時（図７）にはモノポールアンテナ15に接続し、ホイ
ップアンテナの収納時（図８）にはスリーブ13に接続す
る。

【０００５】整合回路４は、整合回路４からモノポール
アンテナ15を見た時のインピーダンスをＺ₁ とし、モノ
ポールアンテナ15から整合回路４を見た時のインピーダ
ンスをＺ₂ とし、また、ヘリカルアンテナ９から整合回
路４を見た時のインピーダンスをＺ₃ とするとき、Ｚ₁
≒Ｚ₂≒Ｚ₃ となるように構成される。

【０００６】このホイップアンテナは、伸長時には、無
線回路５から整合回路４を通じ、接続バネ16を介してモ
ノポールアンテナ15のみに給電され、その長さ（この長
さは、機械的長さでは無く、電気長、つまり波長換算し
た長さであり、機械的長さが同じであっても、その材質
などで波長が変わる場合には電気長も変化する。この明
細書では、この長さを「実質等価電気長」という。）に
応じて、１／４波長、３／８波長、１／２波長などの実
質等価電気長を持つモノポールアンテナとして動作す
る。

【０００７】また、ホイップアンテナ収納時には、無線
回路５から整合回路４を通じ、接続バネ15を介してヘリ
カルアンテナ９にのみ給電され、１／４波長、３／８波
長、１／２波長などの実質等価電気長を持つヘリカルア
ンテナとして動作する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】移動体通信システムが
多様化し、使用周波数帯域が８００ＭＨｚ帯、１．５Ｇ
Ｈｚ帯、１．９ＧＨｚ帯というように増えている中で、
市場では、このような周波数の異なるシステムに共用で
きる移動無線機が要望されている。

【０００９】しかし、従来のモノポールアンテナは１つ
の周波数帯域にしか対応しておらず、複数のシステムに
共用できるように多共振化すると、その特性が著しく劣
化する。

【００１０】また、ホイップアンテナを収納した際のヘ
リカルアンテナは、動作帯域が狭帯域である。そのた
め、送信帯域と受信帯域との間に大きい周波数差を設け
ている（二重分離している）８００ＭＨｚ帯のシステム
などでは、高品質な移動通信が実施できず、また、単一
のヘリカルアンテナにより複数のシステムに共用できる
多共振アンテナを実現することはとても無理である。

【００１１】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、複数の周波数帯域で共振し、複数のシス
テムへの共用が可能であり、安定した通信品質を確保す
ることができるアンテナ装置を提供することを目的とし
ている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の周波数
に共振するアンテナ装置であって、長さＬ₁ を有する線
状の給電エレメントと、給電エレメントに近接配置さ
れ、給電エレメントと一端で短絡された長さＬ₂ を有す
る線状の折り返しエレメントとを設け、折り返しエレメ
ントの長さＬ₂ は、Ｌ₁ −Ｌ₂ が高い方の前記周波数に
共振するように設定し、給電エレメントの長さＬ₁ は、
低い方の前記周波数において、折り返しエレメントとと
もに作用してこの周波数に共振する長さに設定してい
る。

【００１３】このアンテナ装置では、高い方の周波数に
対して、給電エレメントの長さＬ₁から折り返しエレメ
ントの長さＬ₂ を引いたＬ₁ −Ｌ₂ が共振し、また、低
い方の周波数に対しては、前記Ｌ₁ −Ｌ₂ のインピーダ
ンスに、折り返しエレメントと給電エレメントとの先端
短絡の平行２線で構成されるインピーダンスが装荷さ
れ、その合成のインピーダンスが共振する。

【００１４】そのため、複数の周波数での多共振が可能
となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、複数の周波数に共振するアンテナ装置であって、長
さＬ₁ を有する線状の給電エレメントと、給電エレメン
トに近接配置され、給電エレメントと一端で短絡された
長さＬ₂ を有する線状の折り返しエレメントとを備え、
折り返しエレメントの長さＬ₂ が、Ｌ₁ −Ｌ₂ において
高い方の前記周波数に共振するように設定され、給電エ
レメントの長さＬ₁ が、低い方の前記周波数において、
折り返しエレメントとともに作用してこの周波数に共振
する長さに設定されたものであり、複数の周波数での多
共振が可能となり、複数システムの共用無線機に使用す
ることができる。

【００１６】請求項２に記載の発明は、折り返しエレメ
ントの長さを、低い方の周波数より高い任意の周波数の
１／４波長の実質等価電気長に設定したものであり、こ
うすることにより、高い周波数で折り返しエレメントが
等価的に無くなる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、給電エレメント
及び折り返しエレメントを、ヘリカルアンテナで構成し
たものであり、ヘリカルアンテナの狭帯域を是正するこ
とができる。

【００１８】請求項４に記載の発明は、給電エレメント
と折り返しエレメントとを、同心的に配置された異なる
直径を有するヘリカルアンテナで構成したものであり、
複数の周波数での多共振が可能なヘリカルアンテナが得
られる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、給電エレメント
と折り返しエレメントとを、同一直径を有し、交互に巻
き付けられたヘリカルアンテナで構成したものであり、
このヘリカルアンテナをメッキなどで製造することがで
き、製作が容易である。

【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。

【００２１】（第１の実施形態）第１の実施形態のアン
テナ装置は、図１に示すように、無線機筐体６内に、第
１周波数及び第２周波数で動作する無線回路５と、アン
テナとのインピーダンス整合を図る整合回路４とが収納
された無線機のホイップアンテナ３であって、整合回路
４を通じて給電される給電エレメント１と、給電エレメ
ント１からの折り返しエレメント２とを備えている。

【００２２】給電エレメント１と折り返しエレメント２
とは、両者の間隔が、給電エレメント１で共振する周波
数の１波長の実質等価電気長より十分小さくなるように
近接させ、平行に配置している。

【００２３】ホイップアンテナ３は、線状の給電エレメ
ント１と折り返しエレメント２とをモールドして円筒形
のホイップアンテナとして形成してもよいし、ストリッ
プ線路で給電エレメント１と折り返しエレメント２とを
構成し、平板形アンテナとして形成してもよい。

【００２４】給電エレメント１のエレメント長をＬ₁ 、
折り返しエレメント２のエレメント長をＬ₂ （＜Ｌ₁ ）
とするとき、折り返しエレメント２のエレメント長Ｌ₂
は、第１周波数より高い任意の周波数ｆ₃の１／４波長
（λ₃／４）の実質等価電気長に設定する。

【００２５】このとき、折り返しエレメント２の先端よ
り見たインピーダンスＺinは、先端短絡の平行２線よ
り、その特性インピーダンスをＺ₀ とすると Ｚin ＝ j・Ｚ₀・ｔａｎ（β・ｌ） （数１） で表される。但し、ｌは折り返しエレメントの長さ、β
は周波数に依存する伝搬係数であり、β＝２π／λの関
係にある。

【００２６】ここで、ｌ＝λ₃／４とすると、Ｚin→∞
となるため、図２に示すように、折り返しエレメント２
及び給電エレメント１の折り返しエレメント２と平行す
る部分は等価的に無くなり、第２周波数ｆ₂（エレメン
ト長：Ｌ₁−Ｌ₂）で共振する等価エレメント８として動
作する。

【００２７】また、給電エレメント１の長さＬ₁ は、図
３に示すように、給電エレメント１と折り返しエレメン
ト２とから成る先端短絡の平行２線で構成される等価イ
ンピーダンス７を、給電エレメント１のエレメント長
（Ｌ₁−Ｌ₂）の部分に中間装荷し、合成したインピーダ
ンスが第１周波数で共振するように、その長さＬ₁ を設
定する。

【００２８】このように構成することにより、このアン
テナ装置は、第１周波数及び第２周波数の両周波数で共
振する２共振アンテナとして動作し、この無線機は、第
１周波数及び第２周波数を使用帯域とするシステムへの
共用が可能となる。

【００２９】現在、日本で運用されている公衆向けディ
ジタル移動通信サービスは、８００ＭＨｚ帯、１．５Ｇ
Ｈｚ帯、１．９ＧＨｚ帯の３種類である。例えば、８０
０ＭＨｚ帯及び１．９ＧＨｚ帯の共用機のアンテナを構
成する場合には、折り返しエレメント２の長さＬ₂は、
Ｌ₁−Ｌ₂が１．９ＧＨｚ帯で共振するように実質等価電
気長に設定し、また、給電エレメント１の長さＬ₁は、
エレメント１と折り返しエレメント２とから成る先端短
絡の平行２線により８００ＭＨｚ帯で得られるインピー
ダンスの中間装荷を考慮に入れ、８００ＭＨｚ帯で共振
するように、エレメント１の長さを決定する。

【００３０】また、同じようにして、８００ＭＨｚ帯及
び１．５ＧＨｚ帯の共用機や、１．５ＧＨｚ帯及び１．
９ＧＨｚ帯の共用機を実現することができる。

【００３１】（第２の実施形態）第２の実施形態のアン
テナ装置は、アンテナをヘリカル状に形成している。

【００３２】このアンテナ装置は、図４（ａ）に示すよ
うに、給電ヘリカルアンテナ９と、折り返しヘリカルア
ンテナ10とから成り、給電ヘリカルアンテナ９と折り返
しヘリカルアンテナ10との間隔は、第１周波数（＜第２
周波数）の１波長の実質等価電気長より十分小さくなる
ように設定している。この給電ヘリカルアンテナ９と折
り返しヘリカルアンテナ10とは、先端短絡の平行２線を
形成する。

【００３３】これらの２つのヘリカルアンテナ９、10
は、ＡＢＳやエラストマなどの樹脂で一体的にモールド
してもよい。このとき、給電ヘリカルアンテナ９と折り
返しヘリカルアンテナ10とは、図５に示すように、径の
異なる同心円状に巻き付けたり、また、図６に示すよう
に、同一径の円上に交互に巻き付けて構成する。後者の
場合には、ヘリカルアンテナをメッキにより製作するこ
とができ、製造が容易である。

【００３４】一体化された２つのヘリカルアンテナは、
無線機筐体６に収納された整合回路４を通して第１周波
数及び第２周波数で動作する無線回路５に接続する。

【００３５】この給電ヘリカルアンテナ９と折り返しヘ
リカルアンテナ10とから成る平行２線は、第１の実施形
態（図１）における給電エレメント１及び折り返しエレ
メント２と電気的に同じように動作する。従って、折り
返しヘリカルアンテナ10のエレメント長Ｌ₂ を第１周波
数より高い任意の周波数ｆ₃の１／４波長（λ₃／４）の
実質等価電気長に設定することにより、（数１）のイン
ピーダンスＺinがＺin→∞となり、図４（ｃ）に示すよ
うに、折り返しヘリカルアンテナ10及び給電ヘリカルア
ンテナ９の折り返しヘリカルアンテナ10と平行する部分
が等価的に無くなり、第２周波数ｆ₂（エレメント長：
Ｌ₁−Ｌ₂）で共振する等価エレメント８として動作す
る。

【００３６】また、給電ヘリカルアンテナ９の長さＬ₁
は、図４（ｂ）に示すように、給電ヘリカルアンテナ９
と折り返しヘリカルアンテナ10とから成る先端短絡の平
行２線で構成される等価インピーダンス７を、給電ヘリ
カルアンテナ９のエレメント長（Ｌ₁−Ｌ₂）の部分に中
間装荷し、合成したインピーダンスが第１周波数で共振
するように、その長さＬ₁ を設定する。

【００３７】このように構成することにより、このアン
テナ装置は、第１周波数及び第２周波数の両周波数で共
振する２共振ヘリカルアンテナとして動作する。

【００３８】このヘリカルアンテナでは、折り返しヘリ
カルアンテナ10の長さＬ₂を、Ｌ₁−Ｌ₂が１．９ＧＨｚ
帯で共振するような実質等価電気長に設定し、また、給
電ヘリカルアンテナ９の長さＬ₁を、ヘリカルアンテナ
９と折り返しヘリカルアンテナ10とから成る先端短絡の
平行２線により８００ＭＨｚ帯で得られるインピーダン
スの中間装荷を考慮に入れ、８００ＭＨｚ帯で共振する
ように、ヘリカルアンテナ９の長さを決定することによ
り、８００ＭＨｚ帯と１．９ＧＨｚ帯との共用機のヘリ
カルアンテナを構成することができる。同様に、８００
ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯との共用機や、１．５ＧＨｚ
帯と１．９ＧＨｚ帯との共用機も実現できる。

【００３９】また、ヘリカルアンテナは元々の帯域が狭
いため、現在の８００ＭＨｚ帯（送信帯域：９４０〜９
５８ＭＨｚ、受信帯域：８１０〜８２８ＭＨｚ）や、
１．５ＧＨｚ帯（送信帯域：１４２９〜１４５３ＭＨ
ｚ、受信帯域：１４７７〜１５０１ＭＨｚ）のように２
重分離（送受帯域を分離）したシステムでは、送信帯
域、受信帯域のどちらかの帯域しか十分な通信品質を確
保できないが、この実施形態のアンテナでは、折り返し
ヘリカルアンテナ10の長さＬ₂を、Ｌ₁−Ｌ₂が高い周波
数帯域で共振するような実質等価電気長に設定し、ま
た、給電ヘリカルアンテナ９の長さＬ₁を、先端短絡の
平行２線によるインピーダンスの中間装荷を考慮に入れ
て、低い周波数帯域で共振するように、決定することに
より、送信帯域、受信帯域共に良好な通信品質を確保で
きるヘリカルアンテナが実現できる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のアンテナ装置は、複数の周波数帯で共振することがで
き、複数システムの共用無線機におけるアンテナとして
用いることができる。

【００４１】また、ヘリカルアンテナの狭帯域を改善
し、ヘリカルアンテナの応用範囲を広げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置
の構成図、

【図２】第１の実施形態のアンテナ装置における第２周
波数受信時の動作原理を説明する図、

【図３】第１の実施形態のアンテナ装置における第１周
波数受信時の動作原理を説明する図、

【図４】本発明の第２の実施形態におけるアンテナ装置
の構成を示す説明図（ａ）、第１周波数受信時の動作原
理を説明する図（ｂ）、第２周波数受信時の動作原理を
説明する図（ｃ）、

【図５】第２の実施形態のアンテナ装置の構成図、

【図６】第２の実施形態のアンテナ装置の他の構成図、

【図７】従来のアンテナ装置の伸長時を示す構成図、

【図８】従来のアンテナ装置の収納時を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 給電エレメント ２ 折り返しエレメン ３ ホイップアンテナ ４ 整合回路 ５ 無線回路 ６ 無線機筐体 ７ 等価インピーダンス ８ 等価エレメント ９ ヘリカルアンテナ 10 折り返しヘリカルアンテナ 11 地板 12 スリーブ 13 絶縁体 14 モノポールアンテナ 15 接続バネ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の周波数に共振するアンテナ装置で
   あって、 長さＬ₁ を有する線状の給電エレメントと、前記給電エ
   レメントに近接配置され、前記給電エレメントと一端で
   短絡された長さＬ₂ を有する線状の折り返しエレメント
   とを備え、 前記折り返しエレメントの長さＬ₂ が、Ｌ₁ −Ｌ₂ にお
   いて高い方の前記周波数に共振するように設定され、 前記給電エレメントの長さＬ₁ が、低い方の前記周波数
   において、前記折り返しエレメントとともに作用して前
   記周波数に共振する長さに設定されていることを特徴と
   するアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記折り返しエレメントの長さが、前記
   低い方の周波数より高い任意の周波数の１／４波長の実
   質等価電気長に設定され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。
3. 【請求項３】 前記給電エレメント及び折り返しエレメ
   ントが、ヘリカルアンテナから成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。
4. 【請求項４】 前記給電エレメントと折り返しエレメン
   トとが、同心的に配置された異なる直径を有するヘリカ
   ルアンテナから成ることを特徴とする請求項３に記載の
   アンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記給電エレメントと折り返しエレメン
   トとが、同一直径を有し、交互に巻き付けられたヘリカ
   ルアンテナから成ることを特徴とする請求項３に記載の
   アンテナ装置。