JP2000101329A - マルチバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が小型、堅牢且つ簡単で、容易且つ安価
に製造可能である高信頼性のマルチバンドアンテナを提
供すること。 【解決手段】 接続端８から自由端１０に向け中心軸に
沿って螺旋状に巻回された第１導体４と、この第１導体
４の自由端１０の螺旋状部１２のキャビティ１４内に、
誘電体支持部材２８を介し又は介することなく設けたリ
アクタンス素子６とを備える。全体を誘電体保護カバー
３８で覆うのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアンテナ、特にセル
ラーフォン、ポケットベル、ＧＰＳ（グローバルポジシ
ョニングシステム＝汎地球測位システム）及びコンピュ
ータネットワークデバイス等の移動通信デバイスにおけ
る少なくとも２周波数バンドを受信するマルチバンドア
ンテナに関する。

【従来の技術】

【０００２】２周波数バンドアンテナシステムは、例え
ば米国特許第５，７１７，４０９号に開示されている。
この文献のアンテナは、夫々セルラーフォン（ＡＭＰＳ
規格による）及びパーソナル通信システム（ＰＣＳ）の
動作周波数に対応する約８５０ＭＨｚ（第１周波数バン
ド）及び約１９００ＭＨｚ（第２周波数バンド）の動作
周波数を送受信する。このように、通信システムが違う
と動作周波数バンド（帯域）が異なる且つこれら両シス
テムで動作する小型通信デバイスが好ましいので、高調
波（整数倍）関係にない少なくとも２つの周波数バンド
で送受信するアンテナシステムの必要性がある。

【０００３】上述した米国特許第５，７１７，４０９号
に開示されるデュアル（２）周波数バンドのアンテナシ
ステムは、伸縮する第１ロッド及びこのロッドの一部を
同心状に包囲する螺旋状の第２導体より構成される。そ
して、このロッド及び螺旋導体の双方は、モービルフォ
ン（移動電話）の整合回路を介して相互接続されてい
る。これら各アンテナは、第１及び第２周波数バンドで
動作する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】螺旋アンテナに関して
は、いくつかの欠点がある。特に、螺旋アンテナは、異
なる電磁特性を有する異なるフォンで動作する為に同調
するのが困難である。モービルフォンはアンテナシステ
ムの一部を構成し且つフォンの特定構成（例えば接地面
等の設計）はアンテナの周波数応答に影響する。従っ
て、アンテナは、特定構成のモービル通信デバイスの動
作用に同調する必要がある場合が多い。螺旋導体の巻回
数は、特定モービル通信デバイス用アンテナに同調する
よう調整してもよい。しかし、これは特に量産用には不
向きであり且つ高価となる。このアンテナの他の欠点
は、デュアル周波数バンド機能を果たす為に整合回路を
必要とすることである。

【０００５】そこで、簡単、小型且つ安価に製造可能な
モービル通信デバイス用マルチバンドアンテナを得るの
が好ましい。また、簡単且つ安価で、しかもゲイン（利
得）、帯域幅及びＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性が改善
されるマルチバンドアンテナを得るのが好ましい。

【０００６】従って、本発明の目的は、モービル通信デ
バイス用の安価、小型且つ高信頼性のマルチバンドアン
テナを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のマルチバンドア
ンテナは、接地端から自由端に向けて中心軸に沿って螺
旋状に巻回された第１導体と、この第１導体の自由端且
つ螺旋状部内に第１導体と電気的に接触して又は非接触
で固定されたリアクタンス素子とにより基本的に構成さ
れ、第１及び第２周波数範囲で動作する。

【０００８】即ち、本発明のマルチバンドアンテナは、
特にモービル通信デバイスに好適であり、少なくとも第
１及び第２周波数バンドで動作し、その長手軸に沿い且
つこの周囲にスパイラル又は螺旋状コイルとして巻回さ
れた第１導体を備える。この螺旋導体は、軸から一定距
離だけ離れており、中心キャビティ部を形成する。この
第１導体は、モービル通信デバイスの信号処理回路に接
続された接続端から第２(自由)端へ延びる。このアンテ
ナは、更に螺旋キャビティ部内に実質的に固定されたリ
アクタンス素子又はその一部を備える。このリアクタン
ス素子及び第１導体は、電磁的に結合するよう構成さ
れ、この第１導体及びリアクタンス素子は第１及び第２
周波数範囲で動作する。ここで、第２バンドの周波数
は、第１バンドの周波数よりも高い。従って、このアン
テナは特に小型、簡単且つ高信頼性であり、マルチ周波
数バンドで良好に動作する。このアンテナのレスポンス
（応答）は、モービル通信デバイスで最適動作するよう
正確に制御且つ同調できる。

【０００９】長手方向のリアクタンス素子の長さは、第
１導体の長手方向の長さ未満であるを可とする。

【００１０】螺旋状の第１導体は、第１中心周波数（例
えば８５０〜９００ＭＨｚ）の波長の約１／４電気長で
ある。このリアクタンス素子は、この螺旋導体内に位置
し、第１導体と電磁的に結合し、アンテナが第１及び第
２周波数範囲で真性的に共振するようにする。リアクタ
ンス素子の長さ及び断面積は、特定構成のモービル通信
デバイスが動作する第１及び第２中心周波数に同調し且
つ最適動作するよう調整可能である。

【００１１】このリアクタンス素子は、例えば筒形ロッ
ド状の第２導体であってもよい。また、このリアクタン
ス素子は、例えば誘導特性を有する非導電性材料により
構成可能である。このリアクタンス素子は、例えば筒形
ロッドから延び第１導体の端部に配置され、リアクタン
ス素子を第１導体内の正しい位置に設けられる円形フラ
ンジ等のフランジで構成してもよい。特に、第１導体と
リアクタンス素子のオーバーラップする長さは、簡単な
方法で正確に定める。第１導体は、第１導体の端部で第
２導体形状のリアクタンス素子に電気的に接続しても又
はしなくてもよい。例えば、電気的接続は第２導体の外
方へ延びるフランジを第１螺旋導体の端部に当接させて
もよく、また第２導体を第１螺旋導体の端部に誘電体を
介して非接触状態で固定してもよい。第２導体は、例え
ばロッド状であり、誘電体でコーティングしても又は誘
電体内に配置してもよく、この場合に例えば誘電体の外
径は、螺旋導体の自由端のキャビティ部内に嵌入され、
第２導体が第１導体に対して放射状に配置され且つ（第
１導体の自由端を除き）電気的に絶縁されるようにす
る。これにより、特に簡単、小型且つ堅牢なデュアル周
波数バンドのアンテナが得られる。

【００１２】両周波数範囲でのアンテナの動作を最適化
する為に、リアクタンス素子の寸法、特に長さ及び／又
は断面積又は直径を変化させて同調させてもよい。これ
により、アンテナは、異なる電磁特性を有するモービル
通信デバイスに取付けるよう容易に同調できる。

【００１３】他の実施形態例では、第２導体は第１導体
の端部と連続して、螺旋キャビティ部の端部内に曲げ
て、特に安価な構成としてもよい。この実施形態例の場
合、第２導体及びそれを支持する誘電体等の別のリアク
タンス素子は不要になる。

【００１４】第１導体は、例えば円形又は正方形断面の
ソリッド金属ワイヤをあるピッチ及び半径で巻回したワ
イヤ状であってもよい。第２実施形態例では、第１導体
はワイヤであり、このワイヤの端の所定長を螺旋のキャ
ビティ内に曲げ且つキャビティの中心又は長手軸に沿っ
て延ばせるが、第２導体をキャビティ部の中心から離れ
た位置に位置させてもよい。

【００１５】アンテナの接続端は、同軸接続状としても
よい（が、これは必須ではない）。第１導体の接続部
は、同軸コネクタの中心コンタクトに接続する中心導体
を形成してもよい。第１導体がワイヤ状の場合には、そ
の接続部は、単に長手軸方向に延びる直線状の短いワイ
ヤであり、例えば同軸コネクタの中心導体又はＰＣＢ
（プリント基板）の回路トレース等の他の導体に接続、
半田付け又はその他の固定を行うことも可である。第１
導体の接続部は、誘電体内に配置し、同軸コネクタ又は
他の接続に対して中心導体を位置決めしてもよい。アン
テナ螺旋導体及びリアクタンス素子は、優れた電気的特
性（例えば低エネルギー散逸特性）を有し且つ更にアン
テナを保護し一体に保持する誘電体外部スリーブ（レー
ドーム）内に包み込み、コーティング又はオーバーモー
ルドしてもよい。

【００１６】本発明のマルチバンドアンテナの他の特徴
は以下の説明及び図面から明らかとなろう。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマルチバンドアン
テナの好適実施形態例を、添付図を参照して詳細に説明
する。

【００１８】添付図を参照すると、マルチデュアル周波
数バンドアンテナ（以下マルチバンドアンテナ又は単に
アンテナという）２、２'は、第１導体４及び第２導体
６、６'であることを可とするリアクタンス素子を備え
るが、リアクタンス素子は誘導特性を有する非導電性素
子であってもよい。第１導体４は、接続端８から自由端
１０へ延び、接続端８はモービル電話等のモービル通信
デバイス（図示せず）の信号処理回路に電気的に接続さ
れる。

【００１９】この実施形態例の第１導体４は、筒状ワイ
ヤで長手方向（Ｌ）の軸（Ａ）に沿って且つその周囲に
延びるコイル又は螺旋（ヘリカル）部１２より成る。こ
のコイル又はヘリカル部１２は、内径（Ｄ）及び隣接コ
イル又は巻線間のピッチ（Ｐ）の螺旋状に第１導体を巻
回すことにより得られる。この螺旋部１２は、略筒状の
内部キャビティ部１４を長手方向の中心軸（Ａ）の周囲
に形成する。また、この第１導体４は、正方形、多角
形、楕円その他任意形状に巻回し、非筒状キャビティ部
を形成してもよい。一様な螺旋が好ましいが、コイルの
巻回毎にピッチが異なっても及び／又は異なる直径の
（例えば円錐状の）コイルとすることも可能である。

【００２０】第１導体４は好ましくは一様な螺旋に区間
１２に沿って形成されたソリッド金属ワイヤであるのが
好ましいが、他の形状であってもよい。例えば外部導体
は誘電体の管等の支持サポートの一部に螺旋状に巻回さ
れた導電性トレースとしてプリント又は被着（デポジッ
ト）してもよい。或いは、ワイヤ又は他の導体は、サブ
ストレートの管の周囲にスパイラル又はヘリカル状に配
置してもよい。或いはまた、第１導体４はフレキシブル
（可撓性）フィルム上の導電性トレースであり、次にフ
レキシブルフィルムをヘリカル（螺旋）状に巻回するか
筒状に曲げ、誘電体ロッド（棒状体）の如き支持素子又
はストラクチャ（構造体）に支持してもよい。換言する
と、特に安価な導電ワイヤを得るのが有効であるが、ワ
イヤは単にその一部に沿って螺旋又はスパイラルに巻回
してもよい。スパイラル状導体を得る他の手段は、全体
的な寸法や性能を大幅に変更することなくアンテナの電
磁気機能を実行すると考えられる。

【００２１】第１導体の直径、ピッチ及び巻回数は、リ
アクタンス素子への電磁結合と共に、モービル通信デバ
イスが動作する第１周波数バンドに対応する第１周波数
バンドの中心で共振するような電気長の第１導体を提供
する。現在のモービルフォンシステムでは、第１周波数
バンドの中心周波数は（規格により）略８５０〜９００
ＭＨｚである。

【００２２】第１導体４の接続端８は、略直線部１６で
あり、螺旋部１２の接続端１７から長手方向（Ｌ）に長
手軸（Ａ）に沿って延びる略直線状部１６より成る。図
２及び図４に示す如く、接続端の直線部１６は、接続部
１９のキャビティ１５内に延びる。この接続部１９は、
誘電体２０で包囲される内部コンタクト１３より成り、
更に同軸接続の外部導体として動作する外部導体２２で
同軸状に包囲される。この端部８は、同軸相互接続部又
は導体の中心コンタクト１３に半田付け、クリンプ（圧
着）又はその他の方法で接続される。或いは、端部８
は、（例えば半田付け又は溶接等により）モービル通信
デバイスの信号処理回路より成る回路基板に直接接続し
てもよい。この場合には、同軸接続部材は設けられな
い。また中心コンタクトは、図１に示す如く、接続端８
と一体の延長部により形成してもよい。接続部材には、
取付フランジ２４が設けられ、モービル通信デバイスの
ケース内の切欠き又は穴のエッジの周囲に固定するか、
アンテナのキャップに固定可能であるベース２５に取付
ける。図１及び図４に示す組立状態のアンテナは、モー
ビル通信デバイスに取付可能であり、これにより接続部
材１９はデバイスの相補コネクタに接続される。

【００２３】次に、図１、図２、図５及び図６を参照す
ると、リアクタンス素子６又はその一部は、一定長
（Ｌ、Ｌ'、Ｌ''）の導電性又は誘導特性の材料をロッ
ド状にしたものである。（この特定例では、筒状である
が多角形、楕円その他でもよく）第１導体の自由端１０
のキャビティ部１４に挿入される。リアクタンス素子又
はその一部は、自由端１０から始まる長さ（Ｌ）に沿っ
て内部に延びるキャビティ部内に位置するが、このリア
クタンス素子は自由端１０の下方に位置させてもよい。
また、リアクタンス素子は、キャビティ部の外方で長さ
（ｈ）にわたり延びる部分を図５に示す如く、第１導体
の自由端上方に有してもよい。このロッドの長さ（Ｌ）
は、キャビティ部１４の直径又は幅（Ｄ）より小さい直
径又は幅（ｄ）を有し、誘電体スペース（Ｗ）が第１及
び第２導体間に設けられている。

【００２４】第２導体６の直径又は幅（ｄ）及び／又は
長さ（Ｌ）は、モービル通信回路及びデバイスの電磁特
性を考慮して、モービル通信デバイスの第１及び第２動
作周波数範囲の第１及び第２中心周波数にアンテナが同
調するよう変化させてもよい。第２周波数範囲は、例え
ば中心周波数が約１９００ＭＨｚであるパーソナル通信
システム（ＰＣＳ）の周波数範囲であってもよい。第２
範囲の周波数は、第１範囲の周波数よりも高い。

【００２５】リアクタンス素子をキャビティ内に位置決
めし、それが長手軸（Ａ）とアライメント又は平行とな
るようにする為に、誘電体ジャケット２８、２８'、２
８''を第２導体６の周囲に配置し且つキャビティ１４内
に、適合させ、これによりリアクタンス素子を螺旋部に
対して放射状に位置させ且つ絶縁するようにする。

【００２６】図１、図２、図５及び図６を参照すると、
リアクタンス素子には、その頂部に放射状に延びるフラ
ンジ３０、３０'、３０''を設けてもよい。このフラン
ジは、第１導体４の自由端上に延び肩部３１、３１'、
３１''を形成して、第１導体を正確に位置決めする。こ
れにより、リアクタンス素子がキャビティ部１４内に挿
入される深さが正確になり且つ製造時の反復再現性を簡
単に実現する。このリアクタンス素子を第１導体に対し
て不動的に固定することにより、多くの周波数でアンテ
ナの動作を良好に制御し且つ高信頼性を得ることを可能
にする。

【００２７】第１導体４の自由端１０は、頂部２９で
（第２導体であることを可とする）リアクタンス素子と
導電接触してもよいが、フランジ３０、３０'、３０''
は外誘電部材２８、２８'、２８''の一部とし、これに
より第２導体を第１導体に非導電接続してもよい。次
に、図１に示すアセンブリ（組立体）を保護層８、例え
ばレードーム又はその上を誘電体チューブで覆う。

【００２８】上述の構成によると、同調が容易であり且
つ製造が容易且つ安価であると共に特に高信頼性及び堅
牢構造のマルチバンドアンテナが得られる。

【００２９】図３及び図４を参照すると、本発明の第２
実施形態例のマルチバンドアンテナ２'''を示す。この
マルチバンドアンテナ２'''は、（第２導体状の）別体
のリアクタンス素子の代わりに、第２導体６'''は一体
であるワイヤ７の延長部であり、第１導体の自由端１０
からキャビティ部１４内に折曲げられている。このアン
テナ２'''の周波数応答は、キャビティ部１４内に延び
る第２導体の長さ（Ｌ'''）を調整することにより同調
させることができる。この実施形態例は、特に製造が容
易且つ安価である。その理由は、第２導体及び位置決め
用誘電体等の別体のリアクタンス素子を不要とする為で
ある。

【００３０】上述した各実施形態例において、キャビテ
ィ部内には（チューブ、ロット等の）誘電体を挿入又は
オーバーモールドすることも可能である。これにより、
アンテナの機械的強度を補強する作用をする。

【００３１】以上、本発明のマルチバンドアンテナの好
適実施形態例の構成及び動作を詳述した。しかし、本発
明は斯る特定例のみに限定されるべきではなく、本発明
の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変
形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよ
う。

【００３２】

【発明の効果】上述の説明から明らかな如く、本発明の
マルチバンドアンテナによると、螺旋状の第１導体と、
そのキャビティ部に配置されたリアクタンス素子とによ
り構成されるので、構成が簡単であり、安価且つ高信頼
性で量産可能である。特に、第１導体とリアクタンス素
子とを一体のワイヤにより構成すると上述した効果が一
層顕著である。

【００３３】更に、螺旋状の第１導体のキャビティ内又
は外に誘電体のロッドやチューブを設けることにより、
マルチバンドアンテナを効果的に保護及び補強すること
が可能になるので、モービルフォン等のマルチバンドア
ンテナに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチバンドアンテナの第１実施形態
例の斜視図である。

【図２】図１のマルチバンドアンテナに外部保護カバー
を付加した状態の縦断面図である。

【図３】本発明のマルチバンドアンテナの第２実施形態
例の斜視図である。

【図４】図３のマルチバンドアンテナに外部保護カバー
を付加した状態の縦断面図である。

【図５】本発明のマルチバンドアンテナの第３実施形態
例の縦断面図である。

【図６】本発明のマルチバンドアンテナの第４実施形態
例の縦断面図である。

【符号の説明】

２、２'、２''、２''' マルチバンドアンテナ ４ 第１導体 ６、６'、６''、６''' リアクタンス素子（第２導
体） ７ ワイヤ ８ 接続端 １０ 自由端 １２ 螺旋状部 １４ キャビティ ２８ 誘電体支持部材 ３０ フランジ ３８ 誘電体保護カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット アンソニー フォルクナー アメリカ合衆国 17111 ペンシルベニア 州 ハリスバーグ スプリングフォード ドライブ 60100 アパートメントビー 13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接続端から自由端に向けて中心に沿って
   螺旋状に巻回された第１導体と、 該第１導体の前記自由端側且つ前記第１導体内部に固定
   されたリアクタンス素子とを備え、 複数の周波数範囲で動作することを特徴とするマルチバ
   ンドアンテナ。
2. 【請求項２】 前記リアクタンス素子は、前記第１導体
   の前記自由端に固定されたフランジ付き誘電体支持部材
   に取付けられた別体の第２導体で形成されることを特徴
   とする請求項１のマルチバンドアンテナ。
3. 【請求項３】 前記第２導体は螺旋状に巻回されたワイ
   ヤであることを特徴とする請求項２のマルチバンドアン
   テナ。
4. 【請求項４】 前記第２導体はスリーブ状導体であるこ
   とを特徴とする請求項２のマルチバンドアンテナ。
5. 【請求項５】 前記リアクタンス素子は、前記第１導体
   の自由端を前記軸に沿って前記螺旋内に折曲げて形成さ
   れることを特徴とする請求項１のマルチバンドアンテ
   ナ。
6. 【請求項６】 前記螺旋状に巻回された第１導体の外周
   を誘電体保護カバーで覆うことを特徴とする請求項１乃
   至５のいずれかのマルチバンドアンテナ。