JP2000307342A - アンテナ装置および携帯無線端末装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平方向と垂直方向への別々の通信システム
の基地局に対して十分な利得を得ることができるアンテ
ナ装置および携帯無線端末装置を提案する。 【解決手段】 本発明のアンテナ装置は、第１のアンテ
ナ１２は、アンテナ装置のほぼ上方に指向性を有し、螺
旋状に構成された軸モードヘリカルアンテナとし、第２
のアンテナ１０は、第１のアンテナのほぼ中央に位置
し、アンテナ装置のほぼ水平方向に指向性を有し、第１
のアンテナは第１の通信システムに用いられ、第２のア
ンテナは第２の通信システムに用いられるようにし、第
２のアンテナ１０は、螺旋状に構成された垂直モードヘ
リカルアンテナとしたので、本発明のアンテナ装置にお
いて、地上基地局との通信は第２のアンテナ１０で行
い、人工衛星との通信は第１のアンテナ１２で行うこと
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、アンテナ装置およ
び携帯無線端末装置に関し、特に小型携帯無線機に適用
して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯無線機の普及に伴い、様々な
通信システムが生まれてきた。アンテナの立場で考える
と、地上の基地局との通信だけでなく、人工衛星を基地
局とする通信が始まった。また、携帯無線機の使用形態
も変わってきて、音声のみの通信だけでなく、移動体の
位置情報を示すＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏ
ｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を組み込んだサービスも始ま
ろうとしている。ＧＰＳも人工衛星からの電波を受信す
ることにより、位置情報を得ることができる。

【０００３】地上の基地局だけとの通信を目的としたア
ンテナ装置の従来例として図３および図４を用いて説明
する。図３は第１の従来例を示し、携帯無線機のアンテ
ナ近傍の概略断面図を示している。図４は第２の従来例
を示し、携帯無線機のアンテナ近傍の概略断面図を示し
ている。

【０００４】まず、図３の第１の従来例について説明す
る。携帯端末筐体１は、非金属材料で構成されており、
その内部には無線機として必要な回路基板が収納されて
いる。この回路基板には、地上の基地局と通信するため
の通信１用給電回路４や、その他種々の回路が実装され
ている。この回路基板に実装されている通信１用給電回
路４には、次のような役割がある。すなわち、所定の信
号形式の送信信号を生成すると共に、アンテナによって
受信した信号を復調するといった役割である。

【０００５】アンテナ３０は、導体を螺旋状に形成した
ヘリカルアンテナであり、導電性のアンテナ固定金具３
２により固定されている。アンテナカバー３１は、非金
属材料で構成されており、アンテナが直接人体に触れな
いようになされており、携帯端末筐体１に固定されてい
る。通信１用アンテナ給電部２は、導電性のばね等で構
成されており、回路基板の信号線とアンテナ固定金具３
２とを電気的に接続している。

【０００６】通信１用給電回路４で生成された送信信号
は、通信１用アンテナ給電部２、アンテナ固定金具３２
を介してアンテナ３０に給電され、地上の基地局へ送信
される。また、アンテナ３０で受信した、地上の基地局
からの受信信号は、アンテナ固定金具３２、通信１用ア
ンテナ給電部２を介して通信１用給電回路４に送られて
復調される。

【０００７】このとき、アンテナ３０は、回路基板の接
地導体及びシールドケースをグランドとする水平面内ほ
ぼ無指向性の垂直モードヘリカルアンテナとして動作す
る。

【０００８】次に、図４の第２の従来例について説明す
る。なお、図４中、図３に対応する部分には同一の符号
を付して説明する。携帯端末筐体１は非金属材料で構成
されており、その内部には無線機として必要な回路基板
が収納されている。この回路基板には、地上の基地局と
通信するための通信１用給電回路４や、その他種々の回
路が実装されている。この回路基板に実装されている通
信１用給電回路４には、次のような役割がある。すなわ
ち、所定の信号形式の送信信号を生成すると共に、アン
テナによって受信した信号を復調するといった役割であ
る。

【０００９】アンテナ４０は、導体を直線状に形成した
ホイップアンテナであり、導電性のアンテナ固定金具４
２により固定されている。アンテナカバー４１は、非金
属材料で構成されており、アンテナが直接人体に触れな
いようになされており、携帯端末筐体１に固定されてい
る。通信１用アンテナ給電部２は、導電性のばね等で構
成されており、回路基板の信号線とアンテナ固定金具４
２とを電気的に接続している。

【００１０】通信１用給電回路４で生成された送信信号
は、通信１用アンテナ給電部２、アンテナ固定金具４２
を介してアンテナ４０に給電され、地上の基地局へ送信
される。また、アンテナ４０で受信した、地上の基地局
からの受信信号は、アンテナ固定金具４２、通信１用ア
ンテナ給電部２を介して通信１用給電回路４に送られて
復調される。

【００１１】このとき、アンテナ４０は、回路基板の接
地導体及びシールドケースをグランドとする水平面内ほ
ぼ無指向性のモノポールアンテナとして動作する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のアンテ
ナはいずれも水平面内無指向性の特性となり、端末上方
へは指向性を持たない。従って、人工衛星等を用いた通
信システムを併用する場合に、端末上方へ十分な利得を
得ることができないという不都合があった。

【００１３】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、水平方向と垂直方向への別々の通信システムの基地
局に対して十分な利得を得ることができるアンテナ装置
および携帯無線端末装置を提案しようとするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明のアンテナ装置は、第１のアンテナは、アンテ
ナ装置のほぼ上方に指向性を有し、螺旋状に構成された
軸モードヘリカルアンテナとし、第２のアンテナは、第
１のアンテナのほぼ中央に位置し、アンテナ装置のほぼ
水平方向に指向性を有し、第１のアンテナは第１の通信
システムに用いられ、第２のアンテナは第２の通信シス
テムに用いられるようにした。また、第２のアンテナ
は、螺旋状に構成された垂直モードヘリカルアンテナと
し、また、第２のアンテナは、直線状のモノポールアン
テナとした。

【００１５】これにより、本発明のアンテナ装置におい
て、地上基地局との通信は第２のアンテナで行い、人工
衛星との通信は第１のアンテナで行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。なお、以下に説明する第
１の実施の形態を示す図１および第２の実施の形態を示
す図２において、図３および図４との対応部分には同一
の符号を付してある。

【００１７】［第１の実施の形態］図１は、本発明の実
施の形態のアンテナ装置の構成を示す図である。以下
に、第１の実施の形態について各部の構成を具体的に説
明する。携帯端末筐体１は非金属材料で構成されてお
り、その内部には無線機として必要な回路基板が収納さ
れている。この回路基板には、地上の基地局と通信する
ための通信１用給電回路４や、人工衛星等と通信するた
めの通信２用給電回路５や、その他種々の回路が実装さ
れている。この回路基板に実装されている通信１用給電
回路４や通信２用給電回路５には、次のような役割があ
る。すなわち、それぞれ所定の信号形式の送信信号を生
成すると共に、アンテナによって受信した信号を復調す
るといった役割である。

【００１８】第１のアンテナ１２及び第２のアンテナ１
０は、導体を螺旋状に形成したヘリカルアンテナであ
り、導電性の第１のアンテナ固定金具１４及び第２のア
ンテナ固定金具１６により固定されている。第１のアン
テナ１２はさらに誘電体の第１のアンテナ固定具１５に
よっても固定されている。第１のアンテナ固定具１５
は、第１のアンテナ固定金具１４と第２のアンテナ固定
金具１６とを電気的に分離する働きもある。

【００１９】なお、誘電体の第１のアンテナ固定具１５
は、通信周波数の波長を短縮する働きをする。誘電体の
誘電率εは空気に対してε＝１であるが、波長λの周波
数に対してλ／√εとなる。つまり、同じ波長λがあた
かも小さく見えるように作用する。例えば、ε＝４のと
き、波長λはλ／２となる。例えば、誘電体としてセラ
ミックを用いた場合、成分の含有率を自由に変えられる
ため、誘電率ε＝１０〜２０の範囲で誘電率を変化で
き、最大で誘電率ε＝５０まで変化させることができ
る。これにより、第１のアンテナ１２を小型化すること
ができる。

【００２０】第１のアンテナカバー１３及び第２のアン
テナカバー１１は、非金属材料で構成されており、それ
ぞれのアンテナが直接人体に触れないようになされてお
り、第２のアンテナカバー１１は第１のアンテナカバー
１３に固定されており、第１のアンテナカバー１３は携
帯端末筐体１に固定されている。通信１用アンテナ給電
部２及び通信２用アンテナ給電部３は、導電性のばね等
で構成されており、それぞれ通信１用給電回路４及び通
信２用給電回路５からの信号線と、それぞれ第２のアン
テナ固定金具１６及び第１のアンテナ固定金具１４とを
電気的に接続している。

【００２１】本実施の形態では、通信１は地上の基地局
との通信とし、通信２は人工衛星等との通信としてい
る。通信１用給電回路４で生成された送信信号は、通信
１用アンテナ給電部２、第２のアンテナ固定金具１６を
介して第２のアンテナ１０に給電され、地上の基地局へ
送信される。また、第２のアンテナ１０で受信した、地
上の基地局からの受信信号は、第２のアンテナ固定金具
１６、通信１用アンテナ給電部２を介して通信１用給電
回路４に送られて復調される。

【００２２】このとき、第２のアンテナ１０は、回路基
板の接地導体及びシールドケースをグランドとする水平
面内ほぼ無指向性の垂直モードヘリカルアンテナとして
動作する。このように、第２のアンテナ１０のヘリカル
の直径が波長に比べて十分小さいとき垂直モードとして
動作する。なお、垂直モードでは、第２のアンテナ１０
のヘリカルの中心軸を中心として８の字を描くような指
向性となる。このようにして地上波の電波を受信または
送信することができる。

【００２３】また、通信２用給電回路５で生成された送
信信号は、通信２用アンテナ給電部３、第１のアンテナ
固定金具１４を介して第１のアンテナ１２に給電され、
人工衛星等の基地局へ送信される。また、第１のアンテ
ナ１２で受信した、人工衛星等の基地局からの受信信号
は、第１のアンテナ固定金具１４、通信２用アンテナ給
電部３を介して通信２用給電回路５に送られて復調され
る。

【００２４】このとき、第１のアンテナ１２は、回路基
板の接地導体及びシールドケースをグランドとする垂直
方向へ指向性を有する軸モードヘリカルアンテナとして
動作する。ここで、第１のアンテナ固定具１５の誘電率
を高くすることにより、軸モードで共振するヘリカルの
直径を小さくすることができる。このように、第１のア
ンテナ１２のヘリカルの直径または円周が波長に近いと
き軸モードとして動作する。軸モードでは、第１のアン
テナ１２のヘリカルの中心軸の上方向に楕円形を描くよ
うな指向性となる。このようにして衛星からの電波を受
信または送信することができる。

【００２５】このようにして、本実施の形態の場合に
は、軸モードのヘリカルアンテナと垂直モードのヘリカ
ルアンテナをスタックして配置することにより、それぞ
れが垂直方向および水平方向へ指向性を有するアンテナ
特性を得ることができる。

【００２６】かくして地上基地局と人工衛星等との２つ
の通信システムを併用できるアンテナ装置を実現するこ
とができる。

【００２７】また、このようなアンテナ装置を携帯無線
機に適用すれば、従来の地上の基地局を用いた通信シス
テムに併用して、このシステムがカバーしていない地域
では人工衛星を用いた通信システムを用いて通信ができ
たり、ＧＰＳ等の位置情報を人工衛星から得て、地上基
地局を介して他者に移動局の位置を知らせたりするサー
ビスを有する無線機を容易に実現することができる。な
お、ＧＰＳ用の周波数は１．５ＧＨｚ、イリジウム用の
周波数は１０ＧＨｚが用いられる。

【００２８】［第２の実施の形態］図２は、本発明の実
施の形態のアンテナ装置の構成を示す図である。以下
に、第２の実施の形態について各部の構成を具体的に説
明する。携帯端末筐体１は非金属材料で構成されてお
り、その内部には無線機として必要な回路基板が収納さ
れている。この回路基板には、地上の基地局と通信する
ための通信１用給電回路４や、人工衛星等と通信するた
めの通信２用給電回路５や、その他種々の回路が実装さ
れている。この回路基板に実装されている通信１用給電
回路４や通信２用給電回路５には、次のような役割があ
る。すなわち、それぞれ所定の信号形式の送信信号を生
成すると共に、アンテナによって受信した信号を復調す
るといった役割である。

【００２９】第１のアンテナ２２は、導体を螺旋状に形
成したヘリカルアンテナであり、第２のアンテナ２０
は、導体を直線状に形成したモノポールアンテナであ
り、それぞれ導電性の第１のアンテナ固定金具２４及び
第２のアンテナ固定金具２６により固定されている。第
１のアンテナ２２はさらに誘電体の第１のアンテナ固定
具２５によっても固定されている。第１のアンテナ固定
具２５は、第１のアンテナ固定金具２４と第２のアンテ
ナ固定金具２６とを電気的に分離する働きもある。

【００３０】なお、誘電体の第１のアンテナ固定具２５
は、通信周波数の波長を短縮する働きをする。誘電体の
誘電率εは空気に対してε＝１であるが、波長λの周波
数に対してλ／√εとなる。つまり、同じ波長λがあた
かも小さく見えるように作用する。例えば、ε＝４のと
き、波長λはλ／２となる。例えば、誘電体としてセラ
ミックを用いた場合、成分の含有率を自由に変えられる
ため、誘電率ε＝１０〜２０の範囲で誘電率を変化で
き、最大で誘電率ε＝５０まで変化させることができ
る。これにより、第１のアンテナ２２を小型化すること
ができる。

【００３１】第１のアンテナカバー２３及び第２のアン
テナカバー２１は、非金属材料で構成されており、それ
ぞれのアンテナが直接人体に触れないようになされてお
り、第２のアンテナカバー２１は第１のアンテナカバー
２３に固定されており、第１のアンテナカバー２３は携
帯端末筐体１に固定されている。通信１用アンテナ給電
部２及び通信２用アンテナ給電部３は、導電性のばね等
で構成されており、それぞれ通信１用給電回路４及び通
信２用給電回路５からの信号線と、それぞれ第２のアン
テナ固定金具２６及び第１のアンテナ固定金具２４とを
電気的に接続している。

【００３２】本実施の形態では、通信１は地上の基地局
との通信とし、通信２は人工衛星等との通信としてい
る。通信１用給電回路４で生成された送信信号は、通信
１用アンテナ給電部２、第２のアンテナ固定金具２６を
介して第２のアンテナ２０に給電され、地上の基地局へ
送信される。また、第２のアンテナ２０で受信した、地
上の基地局からの受信信号は、第２のアンテナ固定金具
２６、通信１用アンテナ給電部２を介して通信１用給電
回路４に送られて復調される。

【００３３】このとき、第２のアンテナ２０は、回路基
板の接地導体及びシールドケースをグランドとする水平
面内ほぼ無指向性のモノポールアンテナとして動作す
る。このように、第２のアンテナ２０の中心軸を中心と
して８の字を描くような指向性となる。このようにして
地上波の電波を受信または送信することができる。

【００３４】また、通信２用給電回路５で生成された送
信信号は、通信２用アンテナ給電部３、第１のアンテナ
固定金具２４を介して第１のアンテナ２２に給電され、
人工衛星等の基地局へ送信される。また、第１のアンテ
ナ２２で受信した、人工衛星等の基地局からの受信信号
は、第１のアンテナ固定金具２４、通信２用アンテナ給
電部３を介して通信２用給電回路５に送られて復調され
る。

【００３５】このとき、第１のアンテナ２２は、回路基
板の接地導体及びシールドケースをグランドとする垂直
方向へ指向性を有する軸モードヘリカルアンテナとして
動作する。ここで、第１のアンテナ固定具２５の誘電率
を高くすることにより、軸モードで共振するヘリカルの
直径を小さくすることができる。このように、第１のア
ンテナ２２のヘリカルの直径または円周が波長に近いと
き軸モードとして動作する。軸モードでは、第１のアン
テナ２２のヘリカルの中心軸の上方向に楕円形を描くよ
うな指向性となる。このようにして衛星からの電波を受
信または送信することができる。

【００３６】このようにして、本実施の形態の場合に
は、軸モードのヘリカルアンテナとモノポールアンテナ
をスタックして配置することにより、それぞれが垂直方
向および水平方向へ指向性を有するアンテナ特性を得る
ことができる。

【００３７】かくして地上基地局と人工衛星等との２つ
の通信システムを併用できるアンテナ装置を実現するこ
とができる。

【００３８】また、このようなアンテナ装置を携帯無線
機に適用すれば、従来の地上の基地局を用いた通信シス
テムに併用して、このシステムがカバーしていない地域
では人工衛星を用いた通信システムを用いて通信ができ
たり、ＧＰＳ等の位置情報を人工衛星から得て、地上基
地局を介して他者に移動局の位置を知らせたりするサー
ビスを有する無線機を容易に実現することができる。

【００３９】［他の実施の形態］上述の実施の形態にお
いて、第１のアンテナ１２、２２、第２のアンテナ１
０、２０、第１のアンテナ固定金具１４、２４、第２の
アンテナ固定金具１６、２６、通信１用アンテナ給電部
２、通信２用アンテナ給電部３は、金属材料のみなら
ず、所定の導電性材料や金属めっきによって構成するこ
とにより、上述の効果を得ることができる。

【００４０】また、上述の実施の形態においては、アン
テナ装置を送受信回路に接続した場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、２つのアンテナのどちらか
または両方が、送信専用または受信専用の回路に接続さ
れるようにしても良い。

【００４１】また、上述の実施の形態においては、携帯
端末筐体１を非金属材料によって構成した場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、携帯端末筐体１を金
属材料によって構成するようにしても良い。ただし、そ
の場合には、第１のアンテナ固定金具１４、２４や第２
のアンテナ固定金具１６、２６、通信１用アンテナ給電
部２、通信２用アンテナ給電部３が、金属製の携帯端末
筐体１に対して直接導通しないようにスペーサ等を設け
る必要がある。

【００４２】また、第２の実施の形態においては、第２
のアンテナ２０が単に直線状の導体によって形成された
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第２の
アンテナ２０を、弾性を有する導体で形成したり、ばね
材を密巻きにした導体で形成したり、あるいは、小さい
径で螺旋状にした導体で形成したりして、アンテナ折損
を防止するようにしても良い。

【００４３】

【発明の効果】上述した本発明によれば、軸モードのヘ
リカルアンテナと、垂直モードのヘリカルアンテナまた
はモノポールアンテナをスタックするように配置してお
り、水平方向への指向性はもとより、垂直方向への指向
性も有するアンテナ特性を得ることができ、これによ
り、上基地局と人工衛星等との２つの通信システムを併
用できるアンテナ装置および携帯無線端末装置を実現す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のアンテナ装置の構成を示
す図である。

【図２】本発明の実施の形態の他のアンテナ装置の構成
を示す図である。

【図３】従来のアンテナ装置の構成を示す図である。

【図４】従来のアンテナ装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１……携帯端末筐体、２……通信１用アンテナ給電部、
３……通信２用アンテナ給電部、４……通信１用給電回
路、５……通信２用給電回路、１０……第２のアンテ
ナ、１１……第２のアンテナカバー、１２……第１のア
ンテナ、１３……第１のアンテナカバー、１４……第１
のアンテナ固定金具、１５……第１のアンテナ固定具
（誘電体）、１６……第２のアンテナ固定金具、２０…
…第２のアンテナ、２１……第２のアンテナカバー、２
２……第１のアンテナ、２３……第１のアンテナカバ
ー、２４……第１のアンテナ固定金具、２５……第１の
アンテナ固定具（誘電体）、２６……第２のアンテナ固
定金具

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA02 AA06 AA12 AA13 AB02 AB04 HA05 HA10 JA03 JA08 5J047 AA04 AB06 AB12 FD01 5K067 AA41 BB04 EE02 EE07 KK01 KK17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 携帯無線端末装置の各通信システム用に
   用いられるアンテナ装置において、 上記アンテナ装置のほぼ上方に指向性を有するように、
   螺旋状に構成された軸モードヘリカルアンテナである第
   １のアンテナと、 上記第１のアンテナのほぼ中央に位置し、上記アンテナ
   装置のほぼ水平方向に指向性を有する第２のアンテナ
   と、を備え、 上記第１のアンテナは第１の通信システムに用いられ、
   上記第２のアンテナは第２の通信システムに用いられる
   ことを特徴としたアンテナ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアンテナ装置において、 上記第２のアンテナは、螺旋状に構成された垂直モード
   ヘリカルアンテナであることを特徴としたアンテナ装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のアンテナ装置において、 上記第２のアンテナは、直線状のモノポールアンテナで
   あることを特徴とするアンテナ装置。
4. 【請求項４】 各通信システム用に用いられるアンテナ
   装置を備えた携帯無線端末装置において、 上記アンテナ装置のほぼ上方に指向性を有するように、
   螺旋状に構成された軸モードヘリカルアンテナである第
   １のアンテナと、 上記第１のアンテナのほぼ中央に位置し、上記アンテナ
   装置のほぼ水平方向に指向性を有する第２のアンテナ
   と、を備え、 上記第１のアンテナは第１の通信システムに用いられ、
   上記第２のアンテナは第２の通信システムに用いられる
   ことを特徴とした携帯無線端末装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の携帯無線端末装置におい
   て、 上記第２のアンテナは、螺旋状に構成された垂直モード
   ヘリカルアンテナであることを特徴とした携帯無線端末
   装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の携帯無線端末装置におい
   て、 上記第２のアンテナは、直線状のモノポールアンテナで
   あることを特徴とする携帯無線端末装置。