JP2001230613A

JP2001230613A - アンテナ装置及び携帯無線機

Info

Publication number: JP2001230613A
Application number: JP2000041507A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Saito; 裕斎藤; Tomoaki Nishikido; 友昭西木戸; Hiroshi Haruki; 宏志春木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成の内蔵アンテナにより、ホイップア
ンテナ以上の人体装着通話時の性能を実現すること。【解決手段】周囲長がほぼ１波長の方形形状の銅線でル
ープ素子３を構成し、シールドケース５と間隔ｈ（略
０．１波長）を隔てて、シールドケース５に対してルー
プ面が平行になるように、スピーカ７の反対面に配置す
る。ループ素子３は同軸ケーブルで構成される給電部４
を介してシールドケース５を貫通して内部に設けた無線
回路に接続される。ループ素子３はシールドケース５に
対して常に平行に保たれ、かつ、給電部４は、携帯無線
機１の幅方向位置から一定角度α（略９０度）回転した
位置に設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話などの無
線通信システムの携帯無線機及びそれに用いられるアン
テナ装置に関し、特に人体に装着して使用する場合にホ
イップアンテナ並以上の高い放射特性を有する内蔵アン
テナに関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やＰＨＳなどの移動体通信シス
テムでは、加入者容量の確保や高速大容量伝送の実現の
ために、その使用周波数が８００ＭＨｚ帯から２ＧＨｚ
帯へと高周波化が進んでいる。更に、将来は５ＧＨｚ帯
以上の周波数への移行が予想される。

【０００３】現在の８００ＭＨｚ帯や２ＧＨｚ帯で運用
される携帯電話システムやＰＨＳなどにおいて、携帯無
線機の主アンテナとしては、一般に伸縮式の外付けホイ
ップアンテナが用いられている。また、副アンテナとし
て樹脂ケース内に内蔵された板状逆Ｆアンテナが用いら
れている。これらの主及び副アンテナを切り替えること
でダイバーシチ動作を行うシステムが実用化されてい
る。

【０００４】一般に、携帯電話などの携帯無線機用アン
テナの評価指標として、人体に装着した状態の水平面パ
ターン平均化利得（以下、ＰＡＧ）が用いられる。携帯
機アンテナを装着した人体を球面座標系の中心に頭部を
天頂（Ｚ）方向に向けて配置した状態において、ＰＡＧ
は数式１で与えられる。

【０００５】

【数１】

【０００６】数式１において、Ｇθ（φ）及びＧφ
（φ）はそれぞれ垂直偏波及び水平偏波成分の水平面
（ＸＹ面）電力指向性である。また、ＸＰＲはアンテナ
に入射する到来波の交差偏波電力比であり、水平偏波成
分に対する垂直偏波成分の電力比率である。陸上移動通
信の多重波環境における一般的な交差偏波電力比ＸＰＲ
は４〜９ｄＢであることが知られている。これは、到来
波の垂直偏波の電力が水平偏波の電力より４〜９ｄＢ高
いことを示している。したがって数式１は、垂直偏波成
分にＸＰＲ分だけ重み付けをして水平面の電力指向性を
平均化することを意味する。以降、ＸＰＲは市街地の一
般的な値である９ｄＢを用いて説明を行う。

【０００７】携帯電話などの無線システムにおいて、良
好な通信品質を確保するために、携帯無線機の主アンテ
ナである伸縮式ホイップアンテナには、−６ｄＢｄ（半
波長ダイポール比）程度以上のＰＡＧが要求され、電話
端末の主アンテナの場合は、耳に近接した通話状態の性
能として−６ｄＢｄ以上のＰＡＧを確保するように設計
がなされる。

【０００８】一般に、人体に近接された小形アンテナの
放射効率、ＰＡＧなどの性能は、人体とアンテナの間の
電磁的な相互作用により、人体とアンテナの間隔により
大きく変化する。伸縮式ホイップアンテナの場合は、伸
長時に頭部から数ｃｍ突起するため、人体装着通話時の
高い放射特性を比較的容易に確保できる。しかし、携帯
無線機の樹脂ケース内部に内蔵されたアンテナでは、人
体装着通話時の性能を向上することは容易ではない。一
般的な携帯電話の寸法（例えば、長さ１２０ｍｍ、幅３
５ｍｍ、厚み１５ｍｍ程度）とアンテナ以外の構成要素
を考慮すると、内蔵アンテナに許される寸法は、長さが
２０〜３０ｍｍ、厚みが５〜８ｍｍ程度に制限される。
このような寸法制限の中で、内蔵アンテナの性能を最大
限に引き出す設計が必要となる。従来、人体装着通話時
の性能向上を目指した種々の内蔵アンテナが提案されて
いるが、伸縮式ホイップアンテナ以上の性能を確保でき
るものはなかった。

【０００９】このような人体装着通話時の性能向上を目
指した内蔵アンテナとして、例えば、特開平１１−１３
６０２０号公報に示されるようなループアンテナが提案
されている。このアンテナは、周囲長が１波長以下のル
ープを携帯無線機の接地板に対してループ面が垂直にな
るように配置し、平衡不平衡変換回路を用いて平衡給電
するものである。また、ループの形状を工夫しアンテナ
の偏波方向を人体装着通話時に傾斜角（約６０度）に対
して最適化している。このように構成することで、接地
板に流れるアンテナ電流を抑えて指向性を人体の反対面
に向けることで、人体装着通話時のアンテナ性能を改善
できるものである。このループアンテナにおいて、例え
ば、周波数が２ＧＨｚ（波長が１５０ｍｍ）、ループの
長辺を３０ｍｍ、短辺を５ｍｍに設定した場合（周囲長
が約半波長）、人体装着通話時のＰＡＧは最大で約−６
ｄＢｄとホイップアンテナ並の性能が引き出せる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の接地板に
対して垂直なループアンテナでは、アンテナの動作周波
数範囲が狭帯域であるという課題がある。上記従来例の
周波数２ＧＨｚの設定の場合、ＶＳＷＲが２以下の帯域
幅は６０ＭＨｚ程度（比帯域３％）であり、周波数範囲
が２００ＭＨｚ程度に及ぶ送受信帯域全域において動作
できないという課題がある。また、インピーダンス整合
と平衡不平衡変換のために、バランなどの特殊な整合回
路素子が必要であるという課題がある。また、接地板に
対してループ面が垂直であるという基本構造から、製造
上ループ素子を支持する構造が複雑になるという課題が
ある。

【００１１】上記課題のうち、帯域幅については、将来
の無線システムで予想される５ＧＨｚ帯（波長が６０ｍ
ｍ）を想定した場合、上記従来のループアンテナでも、
制限された寸法の中で周囲長が１波長程度のループを構
成可能であり、改善される。しかし、他の課題は依然と
して改善されない。更に、ループ面が接地板に対して垂
直であるという基本構成から、人体装着通話時のＰＡＧ
を、ホイップアンテナ以上とすることが出来ない。

【００１２】本発明は、こうした従来のアンテナの問題
点を解決するものであり、２ＧＨｚ以上の周波数帯（例
えば５ＧＨｚ帯）を用いる無線システムの携帯無線機用
内蔵アンテナにおいて、整合回路を必要としない簡単な
構成により、ホイップアンテナ以上の人体装着通話時性
能と広帯域特性を実現することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本件出願の請求項１に係
る発明は、アンテナ素子として周囲長が略１波長のルー
プ状導体を備え、ループ状導体は、そのループ面が携帯
無線機の接地板と略平行になるように、かつ携帯無線機
が人体に近接して使用される状態における人体と反対側
に配置されるアンテナ装置であり、整合回路を必要とし
ない簡単な構成により、人体装着通話時の性能が改善さ
れるものである。

【００１４】本件出願の請求項２に係る発明は、さら
に、前記アンテナ素子の給電部の位置を、携帯無線機の
幅方向位置から略９０度回転した位置としたアンテナ装
置であり、携帯無線機使用時のアンテナ素子の主偏波方
向をほぼ垂直偏波に近いものとし、放射特性を向上させ
たものである。

【００１５】本件出願の請求項３に係る発明は、さら
に、前記アンテナ素子を支持する手段として、前記接地
板に対して平行な面内で前記アンテナ素子が回転する支
持手段を備え、かつ、前記支持手段の前記アンテナ素子
の給電部の位置に対して略９０度回転した位置に錘を備
えたアンテナ装置である。

【００１６】本件出願の請求項４に係る発明は、さら
に、アンテナ素子と接地板との間隔を、略０．１波長と
してインピーダンスを整合させたアンテナ装置である。

【００１７】本件出願の請求項５に係る発明は、請求項
１、２、４のいずれか１項に記載のアンテナ装置のルー
プ状導体を、携帯無線機の樹脂ケースの表面、裏面また
は内部に配置したアンテナ装置である。

【００１８】本件出願の請求項６に係る発明は、請求項
１、２、４のいずれか１項に記載のアンテナ装置のルー
プ状導体を、所定の誘電率を有する誘電体上または誘電
体内に形成し、該誘電体を、携帯無線機の回路基板に表
面実装したアンテナ装置である。

【００１９】本件出願の請求項７に係る発明は、請求項
１ないし５のいずれか１項に記載のアンテナ装置の接地
板を、無線機動作に必要な回路が実装されたシールドケ
ースで構成したアンテナ装置である。

【００２０】本件出願の請求項８に係る発明は、請求項
１ないし６のいずれか１項に記載のアンテナ装置の接地
板を、接地層がほぼ全面に設けられた携帯無線機の回路
基板で構成したアンテナ装置である。

【００２１】本件出願の請求項９に係る発明は、請求項
１ないし８のいずれか１項に記載のアンテナ装置を備え
た携帯無線機である。

【００２２】本件出願の請求項１０に係る発明は、請求
項１ないし８のいずれか１項に記載のアンテナ装置を第
１の第１アンテナとして備え、さらに第１アンテナとは
異なる指向性を有する第２アンテナと、第１アンテナ及
び第２アンテナを用いてダイバーシチ動作を行う手段を
備えた携帯無線機であり、自由空間のおける通信性能が
向上するものである。

【００２３】本件出願の請求項１１に係る発明は、請求
項１０記載のアンテナ装置において、第２アンテナを、
接地板を挟んで第１アンテナと反対側に配置した携帯無
線機であり、導電性の卓上に置かれた場合でも高い通信
性能が得られるものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図１４を用いて説明する。

【００２５】（第１の実施の形態）第１の実施の形態を
図１から図８を用いて説明する。図１は第１の実施の形
態のアンテナ装置の基本的な構成を示している。携帯無
線機１は、長さ１２０ｍｍ、幅３５ｍｍの樹脂ケース
６、ループ素子３、給電部４、シールドケース５及びス
ピーカ７などから構成される。携帯無線機１の内部に
は、上記の構成要素以外に表示部やスイッチ操作部など
が含まれるが、本発明に直接関連がないため説明を省略
する。シールドケース５は、内部に無線回路など無線機
動作に必要な回路が実装されるものであって、表面が導
電性の材料で覆われており、携帯無線機１の接地板とし
て動作する。スピーカ７は電話音声などを発音する機能
を有し、携帯無線機１の人体（耳）が密着する面側に配
置される。以下、座標軸を人体の正面がＸ、左手方向が
Ｙ、天頂がＺと設定し、無線周波数は５ＧＨｚ（波長が
６０ｍｍ）であると仮定して説明する。

【００２６】ループ素子３は、一辺の長さが１５ｍｍで
周囲長がほぼ１波長（約６０ｍｍ）の方形形状の例えば
銅線で構成されて、１波長ループアンテナとして動作す
る。ループ素子３は、シールドケース５に対してループ
面が平行になるように、スピーカ７の反対面に配置され
る。ループ素子３とシールドケース５との間隔ｈは、６
ｍｍ程度である。給電部４は、同軸ケーブル（例えば特
性インピーダンスが５０Ωであるセミリジット同軸ケー
ブル）で構成される。給電部４は、ループ素子３の一辺
の中央において、同軸ケーブルの芯線及び外導体がそれ
ぞれループ素子３の両端に電気的に接続される。給電部
４は、シールドケース５を貫通して内部に無線回路に接
続される。ループ素子３はシールドケース５に対して常
に平行に保たれ、給電部４の位置は、携帯無線機１の幅
方向位置から一定の角度αだけ回転した位置に固定され
る。図１はα＝９０度の状態を示している。

【００２７】図１のアンテナ装置の動作を図２から図８
を用いて説明する。このように構成されたアンテナ装置
において、ループ素子３は１波長ループアンテナとして
動作する。１波長ループアンテナの給電インピーダンス
は一般に高く、約２００Ω以上となる。しかし、このア
ンテナ装置においては、ループ素子３に対して平行に間
隔ｈを隔てて配置されたシールドケース５の影響で給電
インピーダンスが低下する。図２に、周波数５ＧＨｚ
で、間隔ｈを変化させた時の給電インピーダンスの変化
を示す。図２において、横軸が間隔ｈで縦軸が給電イン
ピーダンスであり、８が実数部、９が虚数部を示す。図
２に示すように、間隔ｈが６から８ｍｍ（０．１波長か
ら０．１３波長）の間で、実数部が約５０Ωとなり、虚
数部がほぼ０となる。したがって、整合回路を用いるこ
となく給電部４及び無線回路の一般的なインピーダンス
５０Ωに整合を取ることが可能となる。また、間隔ｈが
６ｍｍにおけるＶＳＷＲが２以下の帯域幅は約４００Ｍ
Ｈｚ（比帯域８％）となり、高速大容量伝送を行う広帯
域無線通信システムに対応することができる。

【００２８】次に図１に示すアンテナ装置の放射特性に
ついて説明する。図３及び図４に、携帯無線機１の長手
方向（１２０ｍｍ）をＺ方向、幅方向（３５ｍｍ）をＸ
方向に向けて垂直に配置した状態における、アンテナ装
置の自由空間（人体を含まない携帯無線機単体）の放射
パターンを示す。図３は水平（ＸＹ）面放射パターンで
あり、図４は垂直（ＹＺ）面放射パターンである。図３
及び図４において、１０及び１２が垂直偏波成分を、１
１及び１３が水平偏波成分を示している。ここで、間隔
ｈは６ｍｍに、給電部４の回転角αは９０度に設定して
いる。図３及び図４から、放射パターンの主偏波は水平
偏波である。水平偏波が主偏波となる理由は、回転角α
が９０度に設定されて、給電部がループ素子３のＸ方向
に平行な辺に存在するためである。更に、−Ｙ方向が最
大放射方向である単方向指向性が得られることがわか
る。水平偏波成分の−Ｙ方向の最大放射レベルとＹ方向
（人体装着時の人体方向）放射レベルの差は、約１２ｄ
Ｂとなっている。また、最大放射方向の利得は、約６ｄ
Ｂｄが得られている。この放射特性は、ループ素子３と
シールドケース５が、反射板付１波長ループとして動作
することにより得られている。シールドケース５の幅方
向の長さ（３５ｍｍ）が５ＧＨｚにおいて半波長（３０
ｍｍ）以上であることによりシールドケース５が水平偏
波成分に対しても反射板として動作するためである。

【００２９】しかし、携帯無線機１は、通常、図１の状
態では使用されない。図５に、携帯無線機１を使用者２
が右手で保持して頭部（耳）に近接した通話状態と、そ
の状態での携帯無線機１の拡大図を示す。図５に示すよ
うに、携帯無線機１は、携帯電話の通話状態において、
一般的に６０度だけ傾斜して保持される。

【００３０】図５に示すような人体装着通話状態の人体
の影響を含む放射パターンを図６及び図７に示す。図６
及び図７において、Ｘ、Ｙ及びＺ座標軸は、図５に示す
座標軸に対応しており、携帯無線機１が６０度傾斜した
状態を基準としている。図６は、使用者２が携帯無線機
を右手で保持してスピーカ７を使用者２の右耳に近接し
た状態（図５の状態）の水平（ＸＹ）面放射パターンを
示す。図７は、使用者２が携帯無線機を左手で保持して
スピーカ７を使用者２の左耳に近接した状態の水平（Ｘ
Ｙ）面放射パターンを示す。図６及び図７において、１
４及び１６は垂直偏波成分、１５及び１７は水平偏波成
分を示す。図６の右手保持状態では、人体側（Ｙ方向）
側の放射が抑えられ、−Ｙ方向に強い放射が得られてお
り、水平偏波成分１５に対して垂直偏波成分１４が約６
ｄＢ高いことがわかる。また、図７の左手保持状態で
は、各偏波成分の比率は同様で放射方向が逆転している
ことがわかる。この状態における数式１で求められる水
平面パターン平均化利得ＰＡＧは、約−１ｄＢｄであ
る。このＰＡＧは、一般的な携帯電話用外付けホイップ
アンテナの人体装着通話時のＰＡＧ（一般に、−６ｄＢ
ｄ程度）より５ｄＢ程度高い性能である。

【００３１】このように、高いＰＡＧが得られる原理を
以下に説明する。携帯無線機１が６０度傾斜した状態で
は、ループ素子３の主偏波方向はほぼ垂直偏波に近い。
また、シールドケース５の幅方向の長さ（３５ｍｍ）が
５ＧＨｚにおいて半波長（３０ｍｍ）以上であることに
よりシールドケース５が垂直偏波成分に対しても完全な
反射板として動作する。これにより、ループ素子３から
放射された電波は人体の影響をほとんど受けずに人体の
反対側に放射される。また、垂直面指向性の最大放射方
向は図４と同様に水平（−Ｙ）方向となる。したがっ
て、人体の影響による放射効率の劣化がほとんど生じ
ず、また、放射電力のほとんどが水平方向に集中するた
めに高いＰＡＧが得られる。

【００３２】図８に、給電部４の回転位置を変化させた
場合の、人体装着通話時のＰＡＧの変化を示す。図８に
おいて、１８は右手保持の場合のＰＡＧの変化、１９が
左手保持の場合のＰＡＧの変化を示している。ここで、
到来波の交差偏波電力比ＸＰＲは９ｄＢに設定してい
る。図８より、右手保持の場合はα＝６０度が、左手保
持の場合はα＝１２０度が最もＰＡＧが高く、いずれも
約０ｄＢｄが得られている。これは、それぞれの角度に
おいてループ素子３の主偏波方向が完全に垂直方向（図
５のＺ方向）と一致するためである。一方、右手保持の
場合のα＝１５０度が、左手保持の場合のα＝３０度が
最もＰＡＧが低く、いずれも約−８．５ｄＢｄとなる。
これは、ループ素子３の主偏波方向が完全に水平方向
（図５のＸ方向）に一致するためであり、この時のＰＡ
Ｇの値（−８．５ｄＢｄ）は、設定されたＸＰＲ（９ｄ
Ｂ）にほぼ一致することになる。一般に、携帯無線機を
保持する手は、右手または左手の一方には限定されない
ので、右手及び左手の両方において平均的なＰＡＧが得
られる回転位置α＝９０度に設定することが望ましく、
この時のＰＡＧは約−１ｄＢｄである。

【００３３】以上の説明のように第１の実施の形態にお
けるアンテナ装置の特徴は、１波長ループアンテナを、
人体が密着する側と反対側において接地板に平行に間隔
を約０．１波長として配置することで、整合回路を用い
ることなく５０Ω整合を実現して広帯域特性が得られる
点である。また、アンテナ素子の給電部の位置を携帯無
線機の幅方向位置から略９０度回転した位置とすること
により、携帯無線機を右手で保持した場合も左手で保持
した場合も同様の性能が得られる。なお、ループアンテ
ナの形状は方形形状に限るものではなく、例えば円形や
楕円形であっても同様な効果が得られる。

【００３４】また、無線周波数を５ＧＨｚとして説明し
ているが、１波長ループアンテナを接地板に平行に配置
可能であり、かつ、接地板の幅方向の長さが半波長以上
であるような携帯無線機の寸法と周波数の条件であれ
ば、同様な効果が得られる。例えば、無線周波数が２Ｇ
Ｈｚであっても、携帯無線機の幅方向の寸法が半波長
（７５ｍｍ）以上であれば同様な構成で同様な効果が得
られる。ただし、一般的に携帯無線機の幅方向の寸法は
４０ｍｍ以下である場合が多いため、無線周波数帯はほ
ぼ４ＧＨｚ以上のときに特に有効である。

【００３５】（第２の実施の形態）第２の実施の形態を
図９を用いて説明する。図９は、第２の実施の形態のア
ンテナ装置の基本的な構成を示している。図９におい
て、図１と同一の符号を付すものは同一の動作を行うも
のであるので説明を省略する。また、無線周波数は５Ｇ
Ｈｚであるとして説明する。

【００３６】ループ素子２０は周囲長が６０ｍｍの薄い
銅箔膜であり、樹脂ケース６の裏面に接着剤等で貼り付
けられている。ループ素子２０の給電端子２１はバネ性
を持つように成形されており、回路基板２２の給電ラン
ドに電気的に接触される。回路基板２２が樹脂ケース６
に組み込まれると同時にループ素子２０は回路基板２２
に実装されている無線回路部に給電されることになる。
回路基板２２には内層等にＧＮＤ層がほぼ全面にわたっ
て設けられており、そのＧＮＤ層が接地板として動作す
る。この時、ループ素子２０と回路基板２２（接地板）
との間隔ｈは、樹脂ケース６と回路基板２２が組み込ま
れる機構によって一定に決定される。そのため、インピ
ーダンス特性のばらつきが抑えられる。なお、図９で
は、ループ素子２０を樹脂ケース６の裏面に設けたが、
ケース内部あるいは、ケース表面に設けることも可能で
ある。

【００３７】以上の説明のように第２の実施の形態にお
けるアンテナ装置の特徴は、樹脂ケースに設けられたル
ープ素子を回路基板にバネ構造を有する給電端子によっ
て接続することで、量産性が向上しインピーダンス特性
が安定する点である。

【００３８】（第３の実施の形態）第３の実施の形態を
図１０を用いて説明する。図１０において、図１と同一
の符号を付すものは同一の動作を行うものであるので説
明を省略する。

【００３９】ループ素子２３は誘電体２４の表面に印刷
された銅箔パターンで形成される。誘電体２４は、例え
ば比誘電率が３程度の低損失な誘電体で構成される。ル
ープ素子２３の周囲長は、誘電体２４の表面上における
実効的な波長と同一に設定される。誘電体２４は回路基
板２２上に表面実装され、給電端子２５によって回路基
板２２の給電ランドに電気的に接続（はんだ付け）され
る。この時、ループ素子２３と回路基板２２の間隔ｈは
誘電体２４の厚みで一定に決定される。そのため、イン
ピーダンス特性のばらつきが抑えられる。また、誘電体
２４の表面上の波長は自由空間波長に比べて短縮される
ため、ループ素子２３の周囲長は短縮されて１波長ルー
プアンテナが占める体積が小型化される。この場合は、
動作周波数の帯域幅が狭くなるが、ほぼ同様な放射特性
が得られる。また、携帯無線機１の構成要素としての１
波長ループアンテナを、表面実装可能な誘電体２４から
なる部品として扱えるため、量産性が向上する。なお、
図１０では、ループ素子２３を誘電体の表面に設けた
が、多層構造の誘電体の内部（内層）に設けることも可
能である。

【００４０】以上の説明のように第３の実施の形態にお
けるアンテナ装置の特徴は、回路基板上に表面実装され
た誘電体部品上に印刷された銅箔パターンによりループ
素子を形成することで、小型化が可能で量産性が向上し
インピーダンス特性が安定する点である。

【００４１】（第４の実施の形態）第４の実施の形態を
図１１を用いて説明する。図１１において、図１と同一
の符号を付すものは同一の動作を動作を行うものである
ので説明を省略する。図１１に示す携帯無線機は、図１
に示すアンテナ装置と同様な動作を行うループ素子３に
加えて、ヘリカルアンテナ２６を追加してダイバーシチ
動作を行うものである。

【００４２】ループ素子３が構成するアンテナ装置の自
由空間の放射パターンは、図３及び図４に示すように単
方向指向性である。最大放射方向である−Ｙ方向に対し
て、それ以外の方向は１０〜１５ｄＢ利得が低下する。
人体が近接する場合は、ループ素子３のように単方向指
向性であっても人体の影響を低減することの方が重要で
ある。

【００４３】陸上移動通信の多重波環境中における到来
波の分布は、一般に水平方向に対して一様であることが
知られている。しかし、都市部以外の郊外など見通しの
よい地域では基地局アンテナの水平方向が一方向に限定
される場合も考えられる。そのため、自由空間において
は、携帯無線機アンテナの水平面指向性は無指向性が望
ましい。ヘリカルアンテナ２６は、ヘリカル素子の一巻
きの長さが波長に対して短いノーマルモード（垂直モー
ド）ヘリカルアンテナとして動作するものある。その水
平面指向性は垂直偏波無指向性であり、水平方向の全方
位にわたって平均的に−６ｄＢｄ程度の利得が得られ
る。ヘリカルアンテナ２６はまた、自由空間（人体に近
接しない場合）における放射効率は高いが、人体近接通
話時には人体の影響が大きく放射効率の劣化（例えば、
５ｄＢ程度劣化）が大きいアンテナである。

【００４４】上記のようなループ素子３とヘリカルアン
テナ２６の両方を携帯無線機１に備え、シールドケース
５内の無線回路においてダイバーシチ動作を行う。ダイ
バーシチ動作は、例えば、基地局送信波を受信したレベ
ルが高い方を選択する方法や、両アンテナの受信信号を
合成する方法など種々の方法が考えられる。これによ
り、人体近接通話時においてはループ素子３が選択さ
れ、自由空間において到来波方向がループ素子３の最大
放射方向以外の場合は、ヘリカルアンテナ２６が選択さ
れることになる。なお、追加するアンテナはヘリカル
アンテナのような水平面無指向性のアンテナに限るもの
ではなく、ループ素子の利得が低い方向において利得が
高いアンテナであればよい。

【００４５】以上の説明のように第４の実施の形態にお
ける携帯無線機の特徴は、ループ素子に加えて自由空間
指向性の異なるアンテナを備えてダイバーシチ動作を行
うことで、自由空間においても高い通信性能が得られる
点である。

【００４６】（第５の実施の形態）第５の実施の形態を
図１２及び図１３を用いて説明する。図１２及び図１３
において、図１と同一の符号を付すものは同一の動作を
動作を行うものであるので説明を省略する。図１２及び
図１３に示す携帯無線機は、図１に示すアンテナ装置と
同様な動作を行うループ素子３に加えて、チップアンテ
ナ２７を追加してダイバーシチ動作を行うものである。

【００４７】チップアンテナ２７は、例えば誘電体上に
形成されたマイクロストリップ線路アンテナ（以下、Ｍ
ＳＡ）である。チップアンテナ２７は、シールドケース
５のループ素子３の反対側（スピーカ７側）に実装さ
れ、その放射はループ素子３の最大放射方向の反対面に
偏る。図１２及び図１３は、携帯無線機１を導体板２８
（導電性の机など）上に寝かせておいた状態を示してい
る。図１２はスピーカ７側を上に、図１３はループ素子
３側を上にして置いた状態を示す。このような状態で
は、導体板２８側に向けられた方のアンテナの放射特性
は著しく劣化（例えば１０ｄＢ程度）する。一方、上側
（導体板２８の反対側）に向けられたアンテナ性能はほ
とんど劣化しない。本実施形態の携帯無線機において
は、ループ素子３とチップアンテナ２７によりダイバー
シチ動作を行うため、いずれの方向に置かれてもアンテ
ナ性能が確保されている方のアンテナが優先的に動作す
る。そのため、導電性の卓上に置かれた場合においても
高い通信性能が確保される。なお、追加するアンテナ
はチップアンテナに限らず図１２の状態においてアンテ
ナ性能が確保される種類のアンテナであればよい。

【００４８】以上の説明のように第５の実施の形態にお
ける携帯無線機の特徴は、ループ素子の反対面にアンテ
ナを備えてダイバーシチ動作を行うことで、導電性の卓
上に置かれた場合でも高い通信性能が得られる点であ
る。

【００４９】（第６の実施の形態）これまで説明したも
のは、いずれもアンテナ素子の給電部の位置が固定され
ものであるが、使用形態に応じて回転するものでもよ
い。第６の実施の形態を図１４を用いて説明する。図１
４において、図１と同一の符号を付すものは、同一の動
作を行うものであるので説明を省略する。図１４に示す
アンテナ装置は、図１に示すループ素子３を回転機構３
０を備えた絶縁体２９の表面に取り付けた構成である。
絶縁体２９は、低誘電率の樹脂で構成され、ループ素子
３のアンテナ動作にはほとんど影響を与えない。回転機
構３０は、例えばベアリング構造を有しており、シール
ドケース５と絶縁体２９の間隔を保ったままシールドケ
ース５に対して平行な面での絶縁体２９の回転を可能と
している。絶縁体２９の一部には、錘３１が取り付けら
れている。錘３１は、絶縁体２９及びループ素子３の重
量に比べて十分大きい重量を有する。錘３１は、ループ
素子３のアンテナ動作に影響を与えないように非金属部
材で構成されることが望ましい。３２は給電線であり、
３３は給電端子である。

【００５０】このように構成されたアンテナ装置におい
て、図１４の状態のループ素子３の主偏波方向は、垂直
（Ｚ）方向となる。この場合は、図８におけるα＝６０
度（右手保持）の状態と同一であり、ＰＡＧは０ｄＢｄ
が得られる。図１４の状態は、携帯無線機１を右手で保
持している状態であるが、例えば左手に保持した場合
は、錘３１の重さで絶縁体２９が回転し、図８における
α＝１２０度（左手保持）の状態となり、この時もＰＡ
Ｇは０ｄＢｄが得られる。また、例えば自由空間におい
て、図１に示すように携帯無線機１を垂直に配置した場
合においても、絶縁体２９の回転により垂直偏波が主偏
波となり、高いＰＡＧが得られる。

【００５１】以上の説明のように第６の実施の形態にお
けるアンテナ装置の特徴は、ループ素子を回転機構と錘
を有する絶縁体上に構成することで、携帯無線機のどの
ような傾き角においても高いアンテナ性能が得られるこ
とである。なお、回転機構や絶縁体の構成は、説明した
ものに限らず、携帯無線機の傾き角に応じて偏波方向が
最適化される構成であれば、同様な効果が得られる。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、整合回路を必要としない簡単な構成の内蔵ア
ンテナにより、ホイップアンテナ以上の人体装着通話時
のＰＡＧと広帯域特性が得られるという効果を有する。
また、自由空間及び導体板上に配置された場合の通信性
能を向上するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のアンテナ装置を示す構成図

【図２】第１の実施の形態のアンテナ装置のインピーダ
ンス特性図

【図３】第１の実施の形態のアンテナ装置の自由空間の
水平面指向性図

【図４】第１の実施の形態のアンテナ装置の自由空間の
垂直面指向性図

【図５】第１の実施の形態のアンテナ装置を右手で保持
した通話状態を示す構成図

【図６】第１の実施の形態のアンテナ装置の人体装着通
話時（右手保持）の水平面指向性図

【図７】第１の実施の形態のアンテナ装置の人体装着通
話時（左手保持）の水平面指向性図

【図８】第１の実施の形態のアンテナ装置の人体装着通
話時のＰＡＧの変化を示す図

【図９】第２の実施の形態のアンテナ装置の構成図

【図１０】第３の実施の形態のアンテナ装置の構成図

【図１１】第４の実施の形態の携帯無線機の構成図

【図１２】第５の実施の形態の携帯無線機を導体板上に
配置した状態図（スピーカ上側）

【図１３】第５の実施の形態の携帯無線機を導体板上に
配置した状態図（ループ素子上側）

【図１４】第６の実施の形態のアンテナ装置の構成図

【符号の説明】

１・・・携帯無線機２・・・使用者３・・・ループ素子４・・・給電部５・・・シールドケース６・・・樹脂ケース７・・・スピーカ８・・・インピーダンスの実数部９・・・インピーダンスの虚数部１０、１２、１４，１６・・・垂直偏波成分１１、１３、１５、１７・・・水平偏波成分１８・・・ＰＡＧ（右手保持）１９・・・ＰＡＧ（左手保持）２０・・・ループ素子２１・・・給電端子２２・・・回路基板２３・・・ループ素子２４・・・誘電体２５・・・給電端子２６・・・ヘリカルアンテナ２７・・・チップアンテナ２８・・・導電板２９・・・絶縁体３０・・・回転機構３１・・・錘３２・・・給電線３３・・・給電端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者春木宏志神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内Ｆターム(参考） 5J047 AA03 AA08 AB11 FC01 FC05 FD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンテナ素子として周囲長が略１波長の
ループ状導体を備えた携帯無線機用アンテナ装置であっ
て、前記ループ状導体は、そのループ面が前記携帯無線
機の接地板と略平行になるように、かつ前記携帯無線機
が人体に近接して使用される状態における人体と反対側
に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子の給電部の位置が、前記携帯無線機の
幅方向位置から略９０度回転した位置であることを特徴
とするアンテナ装置。
【請求項３】請求項１記載のアンテナ装置であって、
前記アンテナ素子を支持する手段として、前記接地板に
対して平行な面内で前記アンテナ素子が回転する支持手
段を備え、かつ、前記支持手段の前記アンテナ素子の給
電部の位置に対して略９０度回転した位置に錘を備えた
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項に記載
のアンテナ装置であって、前記アンテナ素子と前記接地
板との間隔が、略０．１波長であることを特徴とするア
ンテナ装置。
【請求項５】請求項１、２、４のいずれか１項に記載
のアンテナ装置であって、前記ループ状導体は、前記携
帯無線機の樹脂ケースの表面、裏面または内部に配置さ
れたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】請求項１、２、４のいずれか１項に記載
のアンテナ装置であって、前記ループ状導体は、所定の
誘電率を有する誘電体上または誘電体内に形成され、該
誘電体は、前記携帯無線機の回路基板に表面実装される
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれか１項に記載
のアンテナ装置であって、無線機動作に必要な回路が実
装されたシールドケースが前記接地板として動作するも
のであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】請求項１ないし６のいずれか１項に記載
のアンテナ装置であって、接地層がほぼ全面に設けられ
た前記携帯無線機の回路基板が前記接地板として動作す
るものであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか１項に記載
のアンテナ装置を備えることを特徴とする携帯無線機。
【請求項１０】請求項１ないし８のいずれか１項に記
載のアンテナ装置を第１の第１アンテナとして備え、さ
らに前記第１アンテナとは異なる指向性を有する第２ア
ンテナと、前記第１アンテナ及び第２アンテナを用いて
ダイバーシチ動作を行う手段を備えることを特徴とする
携帯無線機。
【請求項１１】請求項１０記載のアンテナ装置であっ
て、前記第２アンテナは、前記接地板を挟んで前記第１
アンテナと反対側に配置されることを特徴とする携帯無
線機。