JP2000508150A - デュアルバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 開放端を有する金属管と、内部及び外部導体を有し、一部が前記金属管に挿入される同軸線と、前記金属管の開放端とは反対の端及び前記同軸線の外部導体に接続される接地面と、前記内部導体に電気的に接続され、前記金属管を通過して前記開放端から突出する信号線と、を備えてなる移動通信システム用のデュアルバンドアンテナを提供する。金属管の寸法及び信号線と同軸線の寸法は、アンテナのインピーダンスがデュアルバンド動作時に同軸線のインピーダンスと整合するよう設定され、別の整合回路を備えなくて済む。

Description

【発明の詳細な説明】 デュアルバンドアンテナ 発明の背景 １．発明の属する技術分野 本発明は、アンテナに係り、特に、信号源とアンテナとの間に別の整合回路を 必要とせず、簡素な構成で扱いやすく、且つ優秀な性能を有する低価のデュアル バンドアンテナに関する。 ２．背景技術の説明 移動通信システムでアンテナの果たす役割は、送信電力の節約と、周波数の有 効利用にあると言える。移動通信の急速な発達及び普及に伴って、既存システム では容量飽和現象が起こり、このような状況にうまく対応できるよう、既存シス テムと新規システムとの連動関係を考慮した新システムが要求されることになっ ている。 例えば、韓国では従来の符号分割多元接続(Code Division Multiple Access： ＣＤＭＡ)方式と新規のＰＣＳ(Personal Communication System)方式との連動を 、アメリカでは従来のＡＭＰＳ(Advanced Mobile Phone Service)方式とＵＳ(Un ited States)ＰＣＳ方式との連動を、ヨーロッパでは従来のＧＳＭ(Groupe Spec iale Mobile)方式と新規のＤＥＣＴ(Digital European Cordless Telephone)方 式若しくはＧＳＭを１８００MHz帯域に適用したＤＣＳ(Digital Communication System)１８００方式との連動を各々必要としており、このような連動方式をデ ュアルバンド(dual band)方式と言う。即ち、デュアルバンド方式は、相異なる 周波数帯域を有する二つのシステムを連動させる方式である。 しかしながら、以前のデュアルバンドシステムでは、二つの帯域に対して相異 なるアンテナを用いてきたため、不便でコスト増を招き、かつ端末機の小型、軽 量化にも影響していた。そこで、二つの帯域に兼用できるデュアルバンドアンテ ナの開発が始められることとなった。 米国特許番号第４，５０９，０６５号には、同調スリーブチョークを用いる多 重周波数アンテナ(Multi-Frequency Antenna Employing Tuned Sleeve Chokes) が開示されている。図１は、その同調スリーブチョークを用いる多重周波数アン テナの一例で、二重周波数で動作するモノポールアンテナの断面構成を示すもの である。図１に示すように、同軸線(coaxial feed line)２の外部導体６が接地 面(ground plane)２０に連結され、内部導体８の延長部(extension)１０が、チ ョーク１２ｉを通過して接地面２０から寸法Ｎで示される放射部(radiating sec tion)まで延長される。チョーク１２ｉには固体(solid)誘電体１６ｉが埋められ ており、このチョークのシェル(shell)の内面と該チョークを通過して延長され た導体の外面とでλ／４伝送ラインを形成する。高い周波数で、λ／４伝送ライ ンを形成するチョーク１２ｉがシェル１４ｉの開放端と延長部１０との結合を防 止する。一方、低い周波数ではチョーク１２ｉかアイソレーション要素として機 能せず、共振周波数において全長Ｐで示されたモノポールアンテナとして動作す る。 このようにハイ／ローバンドで１／４波長モノポールアンテナとして動作する デュアルバンドアンテナは、次の数式１のような入力インピーダンスＺ_inを有す るため、他の回路と接続するときには５０Ωの整合回路が求められる。他の回路 とはフィルタやＲＦ(Radio Frequency)増幅器などであり、これら回路とデュア ルバンドアンテナとを接続する際にインピーダンス不整合が生じるとアンテナの 性能が劣化する。したがって、このような不整合を防止するために５０Ωの整合 回路が必要となる。 数式１：Ｚ_in＝３６＋ｊ２０ すなわち、上記のような構成を有するデュアルバンドアンテナは、信号源とア ンテナとの間に別の整合回路が求められるため、その構成が複雑になり、取り扱 いが不便で且つコスト高を招いてしまう。 発明の開示 本発明の目的は、信号源とアンテナとの間に別の整合回路を必要とせず、構成 が簡単で使いやすく、且つ高性能ながら低価のデュアルバンドアンテナを提供す ることにある。 このような目的を達成するために本発明の一様態によれば、デュアルバンド用 のアンテナとして、開放端を有する金属管と、内部及び外部導体を有し、一部が 前記金属管に挿入される同軸線と、前記金属管の開放端とは反対の端と前記同軸 線の外部導体に接続される接地面と、前記同軸線の内部導体に電気的に接続され 、前記金属管の開放端を通して突出する信号線と、を備えたデュアルバンドアン テナが提供される。 好ましくは、金属管の寸法と同軸線及び信号線の寸法は、当該アンテナのイン ピーダンスがデュアルバンド動作の上で同軸線のインピーダンスと整合するよう 設定される。また金属管は、アンテナの長さを縮めるために誘電体で埋められる 。 一方、本発明の他の様態による移動通信システム用のデュアルバンドアンテナ は、金属管と、内部及び外部導体を有し、一部が前記金属管に挿入される同軸線 と、前記金属管の一端及び前記同軸線の外部導体に接続される接地面と、信号線 と、からなる。このアンテナにおいて、信号線は金属管内の接続点で同軸線の内 部導体に接続され、該同軸線の外径が前記接続点で開放されて第１ＲＦ(Radio f requency)チョークを形成し、さらに、金属管の他端が開放されて第２ＲＦチョ ークを形成し、そして、信号線が金属管を通過して所定の長さ外部に突出してい る。また、接地面から接続点までの同軸線の長さ、接続点から金属管の開放端ま での信号線の長さ、金属管の開放端から突出した信号線の長さ、同軸線の外部導 体の外径、及び金属管と信号線の長さに各々特定値を設定し、当該アンテナの動 作周波数帯域においてアンテナのインピーダンスが同軸線のインピーダンスと整 合するようにして、同軸線上に低い定在波比を提供し、別体の整合回路を不要と する。 図面の簡単な説明 図１は、従来の同調スリーブチョークを用いる多重周波数アンテナの一例であ って、二重周波数で動作するモノポールアンテナの概略断面図。 図２は、本発明のデュアルバンドアンテナの一例を示す概略断面図。 図３は、図２のデュアルバンドアンテナについての等価回路図。 図４は、信号源とＺ_ABを合成して１次的に簡略化した図２の等価回路図。 図５は、２次的に簡略化した図２の等価回路図。 図６は、インピーダンスＺ^**とインピーダンスＺ_CDを合成した等価回路におい て、点Ｅ，Ｆから見たインピーダンスＺ_EFを示す図２の等価回路図。 図７は、本発明によるデュアルバンドアンテナの一例で誘電率、ｄ₁，ｄ₂，ｌ₁ ，ｌ₂，ｌ₃が固定値を有する場合の等価回路図。 図８は、本発明のデュアルバンドアンテナと標準ダイポールアンテナとを比較 測定した放射パターンを示す図。 図９は、本発明によるデュアルバンドアンテナのインピーダンス特性を示す図 。 図１０は、本発明によるデュアルバンドアンテナの定在波比を示す図。 図１１は、本発明の他の例を示す図。 発明の実施の形態 以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお 、図面中、同じ構成要素及び部分には可能な限り同一の符号及び番号を共通使用 するものとする。 そして、以下の説明では、具体的な特定事項が示しているが、これに限られる ことなく本発明を実施できることは、当技術分野で通常の知識を有する者には自 明である。また、関連する周知技術については適宜説明を省略するものとする。 図２は本発明のデュアルバンドアンテナの一例を示した断面構成である。この アンテナは、同軸線３０、金属管４０及び誘電体８０からなるチョーク６０と、 信号線１５と、接地面５０とで構成される。参照符号Ａ〜Ｆは、本図面と等価回 路を示した他の図面との関係を理解するために提供してある。 詳細には、金属管４０の一端は接地面５０と接続されており、他端は開放され ている。この金属管４０の物理的長さは、高い周波数帯域の中心周波数で約１／ ４波長(ｌ₁＋ｌ₂)である。同軸線３０は、内部導体７０及び外部導体２５を有し 、その一部が金属管４０内に挿入される。この同軸線３０の外部導体２５は接地 面５０へ接続される。また、同軸線３０のうち金属管４０内に挿入された部分は 、接地面５０から金属管４０の開放端部へ向かってｌ₁で示す長さほど延長され ている。同軸線３０の両端は開放され、その内部を導体７０が通っている。金属 管４０内に挿入された同軸線３０の上端で、内部導体７０は信号線１５と接続さ れる(点Ｋ)。信号線１５は、同軸線３０の外部導体２５の直径ｄ₁と同じ直径ｄ₃ を有 する。点Ｋで同軸線３０の外部導体２５は開放されて第１ＲＦチョークを形成し (即ち点Ｋで同軸線３０が終る)、他端は送信器及び／又は受信器のような電子装 置(図示せず)に接続される。信号線１５は金属管４０の開放端を貫通して金属管 ４０の外部に突出する。金属管４０は直径ｄ₂を有し、誘電体８０で埋められて いる。誘電体は空気より大きい誘電率を有するために、金属管４０の長さを短縮 させられる(空気充填金属管に比べて)。このとき、金属管４０の開放端は第２Ｒ Ｆチョークを形成する。 図３は、図２のデュアルバンドアンテナの等価回路を示すものであって、その 動作は次のようである。 Ｚ_ABは、金属管４０、同軸線３０及び金属管４０の内部を埋めている誘電体８ ０からなる点ＡからＢまでの幅を有したチョーク６０のインピーダンスである。 このＺ_ABは理論的に短縮線路(short line)として動作するために、次の数式２で 示される。 数式２： ここで、減衰要素αを無視すると、次の数式３が得られる。 数式３： なお、α：減衰要素，Ｋ：伝搬定数(propagation constant)，Ｚ₀：短縮線路 の特性インピーダンス，ｌ₁：接地面から同軸線の開放端までの長さ，ｄ₁：同軸 線の外部導体の外径，ｄ₂：金属管の内径，λ：波長(wavelength)，ε_R：誘電体 の誘電率。 等価インピーダンスＺ_CDは、数式２及び３によって計算されるが、同軸線３０ の外部導体２５の直径ｄ₁と信号線の直径ｄ₃が同一であれば、長さ(ｌ₁＋ｌ₂)だ けを変更することによって計算できる。従って、インピーダンスＺ_CDは次の数式 ４で示される。 数式４： 図４は信号源とＺ_ABを合成して１次的に簡略化した等価回路図である。このと き、インピーダンスＺ^*は次の数式５のようである。 数式５： 図５は１次的に簡略化した前記図４の等価回路を２次的にさらに簡略化した等 価回路図である。図２を参照すれば、同軸線３０の上端から金属管４０の開放端 まで設定されたｌ₂は信号線１５と金属管４０の一部分として構成され動作する ために、これをインピーダンスＺ^*と合成すれば、図５のような等価回路が得ら れる。図５の等価回路によるインピーダンスＺ^**は次の数式６で示される。 数式６： 図６はインピーダンスＺ^**とインピーダンスＺ_CDを合成した等価回路において 、点Ｅ，Ｆから見たインピーダンスＺ_EFを示す等価回路図である。インピーダン スＺ_EFは次の数式７のようである。 数式７： 従って、インピーダンスＺ_EFは、周波数、誘電率、ｄ₁，ｄ₂，ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃ などの変数を変化させることによって求められる。 図７は、本例のデュアルバンドアンテナの実現時に誘電率、ｄ₁，ｄ₂，ｌ₁， ｌ₂，ｌ₃が固定値を有する場合の等価回路図である。このように誘電率、ｄ₁， ｄ₂，ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃が固定値を有するようにすると、アンテナの動作周波数によ る信号源のインピーダンスＺ_EFの変化はＺ_EF(ｆ)で表せ、このＺ_EF(ｆ)はアンテ ナを負荷として有するために、図６のような等価回路で示されるものである。こ のとき、アンテナインピーダンス(Ｚ_ANT)も周波数によって変化するため、Ｚ_ANT (ｆ)で表記される。即ち、信号源インピーダンスＺ_EF(ｆ)はインテグラル可変整 合回路(integral variable matching circuit)を有するためにＺ_ANT(ｆ）と同一 になり得る。即ち、本例ではＺ_EF(ｆ)を構成するとき、誘電率、ｄ₁，ｄ₂，ｌ₁ ，ｌ₂，ｌ₃などの変数を可変させることによってインピーダンスＺ_EF(ｆ)とイン ピーダンスＺ_ANT(ｆ)が同一になるよう構成できるため、信号源とアンテナとの 間の整合状態を正確にすることができ、デュアルバンドアンテナの特性を向上さ せられる。 図８は本例のデュアルバンドアンテナと標準ダイポールアンテナとを対比して 測定された放射パターンを示すものである。そして、図９は本例のデュアルバン ドアンテナのインピーダンス特性を、図１０は本例のデュアルバンドアンテナの 定在波比を示すものである。このときのデュアルバンドアンテナに対するＣＤＭ Ａ及び韓国ＰＣＳ周波数は次のようである。即ち、ＣＤＭＡ周波数は、送信時８ ２４〜８４９MHz、受信時８６９〜８９４MHzであり、韓国ＰＣＳ周波数は、送信 時１７５０〜１７８０MHz、受信時１８４０〜１８７０MHzである。本デュアルバ ンドアンテナは、ＧＳＭ／ＤＥＣＴ、ＧＳＭ／ＤＣＳ１８００、ＡＭＰＳ及びＣ ＤＭＡ／ＰＣＳ方式のシステムに適用されるため、図２の同軸線３０の内部導体 ７０と信号線１５との接続点(点Ｋ)により区分されるチョーク６０の第１及び第 ２部分の長さｌ₁，ｌ₂を変化させることによって、容易に製作できる。チョーク ６０の長さ(ｌ₁＋ｌ₂)が変わると高い周波数帯域の共振点は移動するが、図１０ の点線８１で示した低い周波数帯域の共振点はほぼ移動しない。図９の太線を参 照すれば、始点(start point)から△で表す地点１と２を含めて３に至る区間が 低い周波数帯域(８２４〜８９４MHz)の特性を示し、△で表す地点３と４を含め て始点に戻る区間が高い周波数(１７５０〜１８７０)MHzの特性を示す。地点１ ，２区間、及び３，４区間は図１０のそれと同一である。 図１１は本発明の他の例を示すものである。本例は、信号線１５を信号線１５ ’に取り替えたのを除いて図２を参照して説明した例と同一である。信号線１５ ’は長さｌ₂の直線部分１５ａと長さｌ₃の螺旋部分１５ｂとで構成される。螺旋 部分１５ｂの長さと直線部分１５ａの長さが違っても、二つの部分(１５ａ，１ ５ｂ)の直径はｄ₃となる。 前述の如く、本発明のデュアルバンドアンテナは可変整合機能を有するために 、信号源とアンテナとの間に別の整合回路は要らず、従って、簡単な構成、扱い やすさ、向上した性能、低コストが得られる。 以上、具体例をあげて説明してきたが、本発明の範囲内で多様な変形が可能で ある。本発明の範囲は上記の例に限られるものではなく、特許請求の範囲とそれ に均等なものによって定められるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴウデレフ アレクサンドレ 大韓民国 135―240 ソウル カンナム― グ ゲポ―ドン シンメタンアパート ＃101―1203 (72)発明者 クリロフ コンスタンチン 大韓民国 442―370 キョンキ―ド スウ ォン―シティ パルダル―グ メタン―ド ン サムソン１―チャアパート＃６―801

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．開放端を有する金属管と、内部及び外部導体を有し、一部が前記金属管に 挿入される同軸線と、前記金属管の開放端とは反対の端及び前記同軸線の外部導 体に接続される接地面と、前記同軸線の内部導体に電気的に接続され、前記金属 管を通過して前記開放端から外部へ突出する信号線と、を備えたことを特徴とす る移動通信システム用のデュアルバンドアンテナ。 ２．金属管の長さは、接地面から同軸線挿入部分までの長さより長い請求項１ 記載のデュアルバンドアンテナ。 ３．金属管の長さを縮めるために、該金属管の一部が誘電体で埋められている 請求項１記載のデュアルバンドアンテナ。 ４．同軸線と信号線の外径寸法が同じである請求項１記載のデュアルバンドア ンテナ。 ５．金属管から突出した信号線の一部が直線状になっている請求項１記載のデ ュアルバンドアンテナ。 ６．金属管から突出した信号線の一部が螺旋状になっている請求項１記載のデ ュアルバンドアンテナ。 ７．金属管の物理的長さは、高い周波数帯域の中心周波数でほぼ１／４波長を 有する請求項１記載のデュアルバンドアンテナ。 ８．金属管の長さを縮めるために、該金属管の一部が誘電体で埋められている 請求項２記載のデュアルバンドアンテナ。 ９．同軸線と信号線の外径寸法が同じである請求項２記載のデュアルバンドア ンテナ。 １０．金属管の寸法、信号線と同軸線の寸法、及び前記金属管内の誘電体の誘 電率は、当該アンテナのインピーダンスがデュアルバンドにおける前記同軸線の インピーダンスと整合するよう設定される請求項１記載のデュアルバンドアンテ ナ。 １１．デュアルバンドが、低い周波数帯域と、この低い周波数帯域のほぼ二倍 である高い周波数帯域とからなる請求項１０記載のデュアルバンドアンテナ。 １２．低い周波数帯域が８２４〜８９４MHzであり、高い周波数帯域が１７５ ０〜１８７０MHzである請求項１１記載のデュアルバンドアンテナ。 １３．金属管と、内部及び外部導体を有し、一部が前記金属管に挿入される同 軸線と、前記金属管の一端及び前記同軸線の外部導体に接続される接地面と、信 号線と、からなる移動通信システム用のデュアルバンドアンテナであって、 前記信号線が前記金属管内の接続点で前記同軸線の内部導体に接続され、前記 同軸線の外径が前記接続点で開放されて第１ＲＦチョークを形成し、また、前記 金属管の他端が開放されて第２ＲＦチョークを形成し、さらに、前記信号線が前 記金属管を通過して所定の長さ外部に突出しており、 前記接地面から前記接続点までの前記同軸線の長さ、前記接続点から前記金属 管の開放端までの前記信号線の長さ、前記金属管の開放端から突出する前記信号 線の長さ、前記同軸線の外部導体の外径、及び前記金属管と前記信号線の長さが 各々特定値を有し、当該アンテナの動作周波数帯域においてアンテナのインピー ダンスが前記同軸線のインピーダンスと整合され、前記同軸線上に低い定在波比 を提供することを特徴とするデュアルバンドアンテナ。 １４．金属管の少なくとも一部分が誘電体で埋められており、同軸線上に低い 低在波比を提供できるよう前記誘電体の誘電率が設定される請求項１３記載のデ ュアルバンドアンテナ。 １５．動作周波数帯域が、低い周波数帯域と、この低い周波数帯域のほぼ二倍 である高い周波数帯域を含むデュアルバンドからなる請求項１３記載のデュアル バンドアンテナ。 １６．低い周波数帯域が８２４〜８９４MHzであり、高い周波数帯域が１７５ ０〜１８７０MHzである請求項１３記載のデュアルバンドアンテナ。