JP2001267953A - アンテナ装置 - Google Patents
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/38—Impedance-matching networks
- H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/02—Transmitters
- H04B1/04—Circuits
- H04B1/0458—Arrangements for matching and coupling between power amplifier and antenna or between amplifying stages
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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- Support Of Aerials (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 損失電力の発生要因を考慮したうえで、電力
損失を最小限に抑え、高利得のアンテナ装置を提供す
る。 【解決手段】 携帯無線機に搭載され、該携帯無線機内
の無線回路１０３から電力を受け、所定の周波数帯域で
整合するアンテナエレメント１０２と、アンテナエレメ
ント１０２のインピーダンスと無線回路１０３の内部イ
ンピーダンスとを整合するための整合回路１０４と、を
有し、整合回路１０４が、無線回路１０５の内部インピ
ーダンスと整合回路１０４の入力インピーダンスとを共
役整合するための整合特性を有する。
損失を最小限に抑え、高利得のアンテナ装置を提供す
る。 【解決手段】 携帯無線機に搭載され、該携帯無線機内
の無線回路１０３から電力を受け、所定の周波数帯域で
整合するアンテナエレメント１０２と、アンテナエレメ
ント１０２のインピーダンスと無線回路１０３の内部イ
ンピーダンスとを整合するための整合回路１０４と、を
有し、整合回路１０４が、無線回路１０５の内部インピ
ーダンスと整合回路１０４の入力インピーダンスとを共
役整合するための整合特性を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として、携帯無
線機に搭載されるアンテナに係わり、特に、携帯無線機
を人体に近接させた状態でも良好な放射特性を実現する
ことができるアンテナ装置に関する。
線機に搭載されるアンテナに係わり、特に、携帯無線機
を人体に近接させた状態でも良好な放射特性を実現する
ことができるアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、主に、ＶＨＦ（超短波）帯で運用
されている業務用の無線機においては、小型軽量で薄い
無線機が必要とされており、波長に比べて小型なサイズ
の携帯無線機が使用されている。従来の業務用携帯無線
機アンテナとしては、４分の１波長モノポールアンテナ
形状のノーマルモードヘリカルアンテナ（Normal ModeH
elical Antenna: 以下、ＮＨＡと記す）が一般的であ
り、携帯する際に邪魔にならない小型で携帯性の優れた
アンテナ系を実現している。
されている業務用の無線機においては、小型軽量で薄い
無線機が必要とされており、波長に比べて小型なサイズ
の携帯無線機が使用されている。従来の業務用携帯無線
機アンテナとしては、４分の１波長モノポールアンテナ
形状のノーマルモードヘリカルアンテナ（Normal ModeH
elical Antenna: 以下、ＮＨＡと記す）が一般的であ
り、携帯する際に邪魔にならない小型で携帯性の優れた
アンテナ系を実現している。
【０００３】図１０は携帯無線機を示しており、螺旋状
に巻いたＮＨＡ２０の一端を無線機本体２１に電気的に
接続することで、小型軽量なアンテナ系を実現してい
る。一般に、ＮＨＡ２０は、無線回路との整合を取るた
めに、電気的な長さが４分の１波長になるように設計さ
れており、自由空間中において所望の共振周波数に整合
させている。また、ＮＨＡ２０の電気的長さが４分の１
波長とならない場合でも、無線回路との間に整合回路を
挿入して整合を取り、自由空間中において十分な放射性
能が得られるように設計されている。
に巻いたＮＨＡ２０の一端を無線機本体２１に電気的に
接続することで、小型軽量なアンテナ系を実現してい
る。一般に、ＮＨＡ２０は、無線回路との整合を取るた
めに、電気的な長さが４分の１波長になるように設計さ
れており、自由空間中において所望の共振周波数に整合
させている。また、ＮＨＡ２０の電気的長さが４分の１
波長とならない場合でも、無線回路との間に整合回路を
挿入して整合を取り、自由空間中において十分な放射性
能が得られるように設計されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示したＮＨＡ２０は、人体に近接させて使用した状態
では高誘電率の人体媒質の影響を受け、放射性能が大き
く低下するという問題がある。業務用携帯無線機は、携
帯電話機等とは異なり、図１１に示すように、無線機の
使用が業務の妨げにならないように、無線機本体が使用
者のベルトに常に固定される。この状態で、無線機本体
と接続されたマイクとイヤホンによって通話する。この
場合、無線機本体に搭載されたＮＨＡは、人体の腹部に
極接近するため、アンテナ特性は人体の影響を強く受け
る。
に示したＮＨＡ２０は、人体に近接させて使用した状態
では高誘電率の人体媒質の影響を受け、放射性能が大き
く低下するという問題がある。業務用携帯無線機は、携
帯電話機等とは異なり、図１１に示すように、無線機の
使用が業務の妨げにならないように、無線機本体が使用
者のベルトに常に固定される。この状態で、無線機本体
と接続されたマイクとイヤホンによって通話する。この
場合、無線機本体に搭載されたＮＨＡは、人体の腹部に
極接近するため、アンテナ特性は人体の影響を強く受け
る。
【０００５】人体とアンテナとの位置関係がアンテナ特
性に及ぼす影響は、これまでにも種々検討されており、
アンテナが人体に近接すると、利得の低下が生じること
が明らかにされている。これは、アンテナが人体に近接
すると、アンテナの入力インピーダンスが変化して回路
と整合しなくなり、反射による損失が生じるからであ
る。さらに、アンテナから放射された電磁波のうち、一
部がアンテナ自体あるいは人体に吸収されて損失が発生
するからである。
性に及ぼす影響は、これまでにも種々検討されており、
アンテナが人体に近接すると、利得の低下が生じること
が明らかにされている。これは、アンテナが人体に近接
すると、アンテナの入力インピーダンスが変化して回路
と整合しなくなり、反射による損失が生じるからであ
る。さらに、アンテナから放射された電磁波のうち、一
部がアンテナ自体あるいは人体に吸収されて損失が発生
するからである。
【０００６】従来、アンテナの放射特性は、アンテナか
ら放射された一部の電磁波のみを考慮した結果に基づい
ているため、インピーダンス不整合による損失及びアン
テナあるいは人体の吸収による損失については考慮され
ていない。しかし、周波数帯及びアンテナ種類によって
は、これら損失の占める割合が大きい場合がある。
ら放射された一部の電磁波のみを考慮した結果に基づい
ているため、インピーダンス不整合による損失及びアン
テナあるいは人体の吸収による損失については考慮され
ていない。しかし、周波数帯及びアンテナ種類によって
は、これら損失の占める割合が大きい場合がある。
【０００７】例えば、業務用携帯無線機に搭載されるア
ンテナのように、特に、１５０ＭＨｚ帯で実用化される
０．１波長以下に短縮されたＮＨＡでは、アンテナ近傍
におけるＮＨＡの入力インピーダンスの変化が激しいた
め、インピーダンス不整合に因る損失について正しく評
価する必要がある。さらに、そのようＮＨＡは、小型で
あることから放射抵抗が小さく、従って、ＮＨＡを構成
する金属線の高周波抵抗及び整合回路の損失も考慮する
必要がある。
ンテナのように、特に、１５０ＭＨｚ帯で実用化される
０．１波長以下に短縮されたＮＨＡでは、アンテナ近傍
におけるＮＨＡの入力インピーダンスの変化が激しいた
め、インピーダンス不整合に因る損失について正しく評
価する必要がある。さらに、そのようＮＨＡは、小型で
あることから放射抵抗が小さく、従って、ＮＨＡを構成
する金属線の高周波抵抗及び整合回路の損失も考慮する
必要がある。
【０００８】上述のように、アンテナの放射特性を検討
する場合、周波数帯によって、また、アンテナの種類に
よっても、放射電磁波のうち損失電力が占める割合が異
なり、かつ損失電力の構成比も異なる。従って、アンテ
ナの放射特性を改善して高利得を有するアンテナ装置を
設計しようとする場合は、損失電力が発生する要因を考
慮したうえで損失電力を最小限に抑える必要がある。
する場合、周波数帯によって、また、アンテナの種類に
よっても、放射電磁波のうち損失電力が占める割合が異
なり、かつ損失電力の構成比も異なる。従って、アンテ
ナの放射特性を改善して高利得を有するアンテナ装置を
設計しようとする場合は、損失電力が発生する要因を考
慮したうえで損失電力を最小限に抑える必要がある。
【０００９】そこで、本発明は、上記事情に鑑みて成さ
れたもので、損失電力の発生要因を考慮したうえで、電
力損失を最小限に抑え、高利得のアンテナ装置を提供す
ることを目的とする。
れたもので、損失電力の発生要因を考慮したうえで、電
力損失を最小限に抑え、高利得のアンテナ装置を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
るアンテナ装置は、携帯無線機に搭載され、該携帯無線
機内の無線回路から電力を受け、所定の周波数帯域で整
合するアンテナエレメントと、前記アンテナエレメント
のインピーダンスと前記無線回路の内部インピーダンス
とを整合するための整合回路と、を有し、前記整合回路
が、前記無線回路の内部インピーダンスと前記整合回路
の入力インピーダンスとを共役整合させるための整合特
性を有することを特徴とする。
るアンテナ装置は、携帯無線機に搭載され、該携帯無線
機内の無線回路から電力を受け、所定の周波数帯域で整
合するアンテナエレメントと、前記アンテナエレメント
のインピーダンスと前記無線回路の内部インピーダンス
とを整合するための整合回路と、を有し、前記整合回路
が、前記無線回路の内部インピーダンスと前記整合回路
の入力インピーダンスとを共役整合させるための整合特
性を有することを特徴とする。
【００１１】請求項２に係わるアンテナ装置は、前記整
合回路の整合特性を前記アンテナエレメントのインピー
ダンス変化に応じて可変する整合特性制御手段を有する
ことを特徴とする。
合回路の整合特性を前記アンテナエレメントのインピー
ダンス変化に応じて可変する整合特性制御手段を有する
ことを特徴とする。
【００１２】請求項３に係わるアンテナ装置は、前記整
合特性制御手段が、少なくとも前記周波数帯域の波長に
対して十分小さい間隔で前記アンテナエレメントが人体
に近接したときの前記アンテナエレメントのインピーダ
ンスと、前記アンテナエレメントが自由空間中にあると
きの前記アンテナエレメントのインピーダンスとに選択
的に適応するために、前記アンテナエレメントのインピ
ーダンス変化に応じて前記整合回路の負荷を可変するも
のである。
合特性制御手段が、少なくとも前記周波数帯域の波長に
対して十分小さい間隔で前記アンテナエレメントが人体
に近接したときの前記アンテナエレメントのインピーダ
ンスと、前記アンテナエレメントが自由空間中にあると
きの前記アンテナエレメントのインピーダンスとに選択
的に適応するために、前記アンテナエレメントのインピ
ーダンス変化に応じて前記整合回路の負荷を可変するも
のである。
【００１３】請求項４に係わるアンテナ装置は、前記整
合特性制御手段が、前記アンテナエレメントのインピー
ダンス変化に応じて、前記整合回路の容量負荷を可変す
るものである。
合特性制御手段が、前記アンテナエレメントのインピー
ダンス変化に応じて、前記整合回路の容量負荷を可変す
るものである。
【００１４】請求項５に係わるアンテナ装置は、前記整
合回路が、前記周波数帯域の波長に対して十分小さい間
隔で前記携帯無線機が人体に近接したときに、前記無線
回路の内部インピーダンスと前記整合回路の入力インピ
ーダンスと共役整合する整合特性を有する第１の整合回
路であることを特徴とする。
合回路が、前記周波数帯域の波長に対して十分小さい間
隔で前記携帯無線機が人体に近接したときに、前記無線
回路の内部インピーダンスと前記整合回路の入力インピ
ーダンスと共役整合する整合特性を有する第１の整合回
路であることを特徴とする。
【００１５】請求項６に係わるアンテナ装置は、自由空
間中で前記無線回路の内部インピーダンスと前記整合回
路の入力インピーダンスと共役整合する整合特性を有す
る第２の整合回路と、前記アンテナエレメントのインピ
ーダンス変化に応じて、前記第１の整合回路と前記第２
の整合回路とを選択する選択手段と、を有することを特
徴とする。
間中で前記無線回路の内部インピーダンスと前記整合回
路の入力インピーダンスと共役整合する整合特性を有す
る第２の整合回路と、前記アンテナエレメントのインピ
ーダンス変化に応じて、前記第１の整合回路と前記第２
の整合回路とを選択する選択手段と、を有することを特
徴とする。
【００１６】請求項７に係わるアンテナ装置は、前記ア
ンテナエレメントに供給される電力のうち、不整合によ
り反射される電力をモニタして前記アンテナエレメント
のインピーダンス変化を検出する不整合検出手段を有
し、前記不整合検出手段の検出結果に応じて、前記整合
特性制御手段を制御することを特徴とする。
ンテナエレメントに供給される電力のうち、不整合によ
り反射される電力をモニタして前記アンテナエレメント
のインピーダンス変化を検出する不整合検出手段を有
し、前記不整合検出手段の検出結果に応じて、前記整合
特性制御手段を制御することを特徴とする。
【００１７】請求項８に係わるアンテナ装置は、前記ア
ンテナエレメントに供給される電力のうち、不整合によ
り反射される電力をモニタして前記アンテナエレメント
のインピーダンス変化を検出する不整合検出手段を有
し、前記不整合検出手段の検出結果に応じて、前記選択
手段を選択制御することを特徴とする。
ンテナエレメントに供給される電力のうち、不整合によ
り反射される電力をモニタして前記アンテナエレメント
のインピーダンス変化を検出する不整合検出手段を有
し、前記不整合検出手段の検出結果に応じて、前記選択
手段を選択制御することを特徴とする。
【００１８】請求項１に記載の発明によれば、無線回路
の内部インピーダンスと整合回路の入力インピーダンス
とを共役整合させることにより、アンテナエレメントの
インピーダンス不整合により発生する不整合損失を低減
することができる。
の内部インピーダンスと整合回路の入力インピーダンス
とを共役整合させることにより、アンテナエレメントの
インピーダンス不整合により発生する不整合損失を低減
することができる。
【００１９】請求項２に記載の発明によれば、整合特性
制御手段により、整合回路の整合特性をアンテナエレメ
ントのインピーダンス変化に応じて可変することができ
るので、携帯無線機の使用状態に応じて整合特性を変え
ることができる。整合特性制御手段として、請求項３に
記載の発明によれば、アンテナエレメントが人体に近接
したときのアンテナエレメントのインピーダンスに対応
する整合特性と、アンテナエレメントが自由空間中にあ
るときのアンテナエレメントのインピーダンスに対応す
る整合特性とを含む複数の整合特性を、負荷を切り替え
ることによりアンテナエレメントのインピーダンス変化
に応じて選択的に適応させることができる。また、請求
項４に記載の発明によれば、アンテナエレメントのイン
ピーダンス変化に応じて容量負荷を連続的に可変するこ
とにより、アンテナエレメントのインピーダンス変化に
応じて連続的に適応させることができる。
制御手段により、整合回路の整合特性をアンテナエレメ
ントのインピーダンス変化に応じて可変することができ
るので、携帯無線機の使用状態に応じて整合特性を変え
ることができる。整合特性制御手段として、請求項３に
記載の発明によれば、アンテナエレメントが人体に近接
したときのアンテナエレメントのインピーダンスに対応
する整合特性と、アンテナエレメントが自由空間中にあ
るときのアンテナエレメントのインピーダンスに対応す
る整合特性とを含む複数の整合特性を、負荷を切り替え
ることによりアンテナエレメントのインピーダンス変化
に応じて選択的に適応させることができる。また、請求
項４に記載の発明によれば、アンテナエレメントのイン
ピーダンス変化に応じて容量負荷を連続的に可変するこ
とにより、アンテナエレメントのインピーダンス変化に
応じて連続的に適応させることができる。
【００２０】請求項５に記載の発明によれば、整合回路
の整合特性をアンテナエレメントが人体に近接した状態
で、無線回路の内部インピーダンスと整合回路の入力イ
ンピーダンスとが共役整合するように設定することによ
り、携帯無線機を携帯して使用する状態において、アン
テナエレメントのインピーダンス不整合により発生する
不整合損失を低減することができる。
の整合特性をアンテナエレメントが人体に近接した状態
で、無線回路の内部インピーダンスと整合回路の入力イ
ンピーダンスとが共役整合するように設定することによ
り、携帯無線機を携帯して使用する状態において、アン
テナエレメントのインピーダンス不整合により発生する
不整合損失を低減することができる。
【００２１】請求項６に記載の発明によれば、人体に近
接した状態で、無線回路の内部インピーダンスと整合回
路の入力インピーダンスとが共役整合するように設定さ
れた第１の整合回路と、自由空間中で、無線回路の内部
インピーダンスと整合回路の入力インピーダンスとが共
役整合するように設定された第２の整合回路とを、アン
テナエレメントのインピーダンス変化に応じて選択的に
切り替えることにより、人体近接時および自由空間中の
何れの場合も、アンテナエレメントのインピーダンス不
整合により発生する不整合損失を低減することができ
る。
接した状態で、無線回路の内部インピーダンスと整合回
路の入力インピーダンスとが共役整合するように設定さ
れた第１の整合回路と、自由空間中で、無線回路の内部
インピーダンスと整合回路の入力インピーダンスとが共
役整合するように設定された第２の整合回路とを、アン
テナエレメントのインピーダンス変化に応じて選択的に
切り替えることにより、人体近接時および自由空間中の
何れの場合も、アンテナエレメントのインピーダンス不
整合により発生する不整合損失を低減することができ
る。
【００２２】請求項７に記載の発明によれば、アンテナ
エレメントのインピーダンス不整合を検出し、検出結果
に基づいて整合特性制御手段を制御して整合特性を可変
することができる。また、請求項８に記載の発明によれ
ば、アンテナエレメントのインピーダンス不整合を検出
し、検出結果に基づいて選択手段を選択制御して整合特
性を可変することができる。
エレメントのインピーダンス不整合を検出し、検出結果
に基づいて整合特性制御手段を制御して整合特性を可変
することができる。また、請求項８に記載の発明によれ
ば、アンテナエレメントのインピーダンス不整合を検出
し、検出結果に基づいて選択手段を選択制御して整合特
性を可変することができる。
【００２３】本発明に係わるアンテナ装置では、アンテ
ナエレメントのインピーダンス変化に因り発生する不整
合損失を、無線回路の内部インピーダンスと整合回路の
入力インピーダンスとを共役整合させることにより低減
させている。一般に、アンテナ装置の放射特性を向上さ
せるには、電磁波を放射する際に発生する損失を最小限
に抑える必要がある。この損失は発生原因によって複数
の要素から構成され、以下、各要素について説明する。
ナエレメントのインピーダンス変化に因り発生する不整
合損失を、無線回路の内部インピーダンスと整合回路の
入力インピーダンスとを共役整合させることにより低減
させている。一般に、アンテナ装置の放射特性を向上さ
せるには、電磁波を放射する際に発生する損失を最小限
に抑える必要がある。この損失は発生原因によって複数
の要素から構成され、以下、各要素について説明する。
【００２４】携帯無線機本体を、図１１に示すように、
使用者のベルトに固定すると、ＮＨＡは、人体の腹部に
５ｃｍ以下に接近する。これは、１５０ＭＨｚ帯におい
ては、４０分の１波長以下という極めて近接した距離で
配置されることになる。この場合、自由空間中に配置さ
れたＮＨＡに比べてインピーダンスが大幅に変化し、大
きな損失（不整合損失）が発生することが予想される。
不整合損失が大きくなると、アンテナ特性も大きく変化
する。
使用者のベルトに固定すると、ＮＨＡは、人体の腹部に
５ｃｍ以下に接近する。これは、１５０ＭＨｚ帯におい
ては、４０分の１波長以下という極めて近接した距離で
配置されることになる。この場合、自由空間中に配置さ
れたＮＨＡに比べてインピーダンスが大幅に変化し、大
きな損失（不整合損失）が発生することが予想される。
不整合損失が大きくなると、アンテナ特性も大きく変化
する。
【００２５】図１２はアンテナ装置の特性が人体の影響
を受けて変化する様子を調べる為の解析モデルを示して
いる。ここでは、簡易化するために、図１０に示したよ
うな、筐体付きアンテナ構造を、ＮＨＡを対にしたダイ
ポール型の形状によってモデル化している。図中、４１
はＮＨＡ、４２は整合回路、４３はバラン、４４は人体
モデルである。ＮＨＡ４１は、巻き直径７．５ｍｍ、金
属線の直径１ｍｍ、ピッチＰ、巻数Ｎ、軸方向長さＬで
具体化されるアンテナ形状を有する。
を受けて変化する様子を調べる為の解析モデルを示して
いる。ここでは、簡易化するために、図１０に示したよ
うな、筐体付きアンテナ構造を、ＮＨＡを対にしたダイ
ポール型の形状によってモデル化している。図中、４１
はＮＨＡ、４２は整合回路、４３はバラン、４４は人体
モデルである。ＮＨＡ４１は、巻き直径７．５ｍｍ、金
属線の直径１ｍｍ、ピッチＰ、巻数Ｎ、軸方向長さＬで
具体化されるアンテナ形状を有する。
【００２６】この解析モデルを使用し、図１３に示すよ
うに、ピッチＰ、巻数Ｎ、軸方向長さＬをそれぞれ異な
らせたＮＨＡ４１（ＡＮＴ１、ＡＮＴ２、ＡＮＴ３）に
ついて解析した。なお、ＮＨＡ４１の形状は、業務用携
帯無線機の実用アンテナを参考にして決定した。
うに、ピッチＰ、巻数Ｎ、軸方向長さＬをそれぞれ異な
らせたＮＨＡ４１（ＡＮＴ１、ＡＮＴ２、ＡＮＴ３）に
ついて解析した。なお、ＮＨＡ４１の形状は、業務用携
帯無線機の実用アンテナを参考にして決定した。
【００２７】図１３に示すパラメータにおいて、片方の
エレメントの巻線長さは、約４分の１波長となる。ＮＨ
Ａ４１はほぼ１５０ＭＨｚで共振し、整合回路４２で整
合を取っている。バラン４３は不平衡系の給電である無
線回路を平衡系の無線回路に変換するための、給電挟帯
域近似として変成比１：４の理想トランスフォーマであ
る。人体モデル４４は、直径２２ｃｍ、高さ１７０ｃｍ
の円柱でモデル化されている。人体モデル４４の円柱表
面に対して、距離Ｄ、高さ８５ｃｍの位置（中点）にＮ
ＨＡ２１を垂直に設置した。人体４４はモーメント法を
適用するために、円柱を１１個の円と１６本の直線で近
似した。人体モデル４４の比誘電率は５７．７とし、計
算時間を短縮するために、ワイヤーグリッドで等価的に
置き換えた。
エレメントの巻線長さは、約４分の１波長となる。ＮＨ
Ａ４１はほぼ１５０ＭＨｚで共振し、整合回路４２で整
合を取っている。バラン４３は不平衡系の給電である無
線回路を平衡系の無線回路に変換するための、給電挟帯
域近似として変成比１：４の理想トランスフォーマであ
る。人体モデル４４は、直径２２ｃｍ、高さ１７０ｃｍ
の円柱でモデル化されている。人体モデル４４の円柱表
面に対して、距離Ｄ、高さ８５ｃｍの位置（中点）にＮ
ＨＡ２１を垂直に設置した。人体４４はモーメント法を
適用するために、円柱を１１個の円と１６本の直線で近
似した。人体モデル４４の比誘電率は５７．７とし、計
算時間を短縮するために、ワイヤーグリッドで等価的に
置き換えた。
【００２８】図１４は、図１３に示したＡＮＴ２を人体
に近接したときの放射指向特性を図１２に示した解析モ
デルを使用して解析した結果を示している。放射指向特
性は、図中、○及び□で示した測定値に基づき、実線で
示した計算値で補間したものである。図１６に示される
ように、人体とアンテナとの距離を近づけるにつれて、
すなわち、距離Ｄを２０ｃｍから１０ｃｍに短くする
と、指向性パターンが急激に小さくなり、アンテナの放
射効率が低下する様子が分かる。
に近接したときの放射指向特性を図１２に示した解析モ
デルを使用して解析した結果を示している。放射指向特
性は、図中、○及び□で示した測定値に基づき、実線で
示した計算値で補間したものである。図１６に示される
ように、人体とアンテナとの距離を近づけるにつれて、
すなわち、距離Ｄを２０ｃｍから１０ｃｍに短くする
と、指向性パターンが急激に小さくなり、アンテナの放
射効率が低下する様子が分かる。
【００２９】図１５はアンテナと人体との距離Ｄに対す
る放射効率の関係を示している。図１５に示されるよう
に、アンテナが人体に近接すると、ほぼＤ＝１０ｃｍを
境に放射効率が極端に低下する。従って、携帯無線機本
体を人体に固定し、アンテナと人体との距離Ｄが５ｃｍ
以下となる極端に近接した使用状態では、無線機の通話
可能エリアが極端に狭くなる。
る放射効率の関係を示している。図１５に示されるよう
に、アンテナが人体に近接すると、ほぼＤ＝１０ｃｍを
境に放射効率が極端に低下する。従って、携帯無線機本
体を人体に固定し、アンテナと人体との距離Ｄが５ｃｍ
以下となる極端に近接した使用状態では、無線機の通話
可能エリアが極端に狭くなる。
【００３０】以下、アンテナの放射効率の低下の要因に
ついて考察する。図１６はアンテナ装置が人体に近接し
たときの等価回路を示している。図中、７１はＮＨＡ、
７２は整合回路、７３はバラン、７４は人体、７５は送
信機を示している。図示等価回路は、送信機７５の内部
インピーダンスＺgの電源Ｖgにより励振される。ＮＨＡ
７１のインピーダンスをＺa、整合回路（並列容量Ｃ）
７２のインピーダンスをＺcとすると、ＮＨＡ７１の入
力端子ａ−ａ’から見た入力インピーダンスＺi nは式
（１）で表される。
ついて考察する。図１６はアンテナ装置が人体に近接し
たときの等価回路を示している。図中、７１はＮＨＡ、
７２は整合回路、７３はバラン、７４は人体、７５は送
信機を示している。図示等価回路は、送信機７５の内部
インピーダンスＺgの電源Ｖgにより励振される。ＮＨＡ
７１のインピーダンスをＺa、整合回路（並列容量Ｃ）
７２のインピーダンスをＺcとすると、ＮＨＡ７１の入
力端子ａ−ａ’から見た入力インピーダンスＺi nは式
（１）で表される。
【００３１】 Ｚin＝（１／４）・（ＺaＺc／（Ｚa＋Ｚc）） …（１） 人体近接時には、ＮＨＡ７１と人体７４との相互影響に
よるインピーダンスＺ aの変化が式（１）に従ってＺin
の変化として実際には観測される。
よるインピーダンスＺ aの変化が式（１）に従ってＺin
の変化として実際には観測される。
【００３２】いま、自由空間における式（１）の入力イ
ンピーダンスをＺinとし、Ｚinが電源の内部インピーダ
ンスＺgと互いに共役整合しているものとすると、Ｚin
＝Ｚ* gの関係が成り立つ。ここで、（*）は複素共役を
示す。この状態からＮＨＡ７１が人体７４に近づくと、
ＮＨＡ７１の入力インピーダンスがＺin’に変化する。
このとき、ＮＨＡ７１に印加される入力電力Ｐinは式
（２）で示される。
ンピーダンスをＺinとし、Ｚinが電源の内部インピーダ
ンスＺgと互いに共役整合しているものとすると、Ｚin
＝Ｚ* gの関係が成り立つ。ここで、（*）は複素共役を
示す。この状態からＮＨＡ７１が人体７４に近づくと、
ＮＨＡ７１の入力インピーダンスがＺin’に変化する。
このとき、ＮＨＡ７１に印加される入力電力Ｐinは式
（２）で示される。
【００３３】 Ｐin＝（１／２）・Ｒｅ［Ｚin’Ｉ1Ｉ1 *］ …（２） ここで、Ｉ1＝Ｖg／（Ｚg＋Ｚin’）
【００３４】一方、入力電力Ｐinは、電源Ｖgから供給
されるから式（３）で示される。 Ｐin＝（１／２）・（｜Ｖg｜2・Ｒｅ（Ｚin’）／｜Ｚg＋Ｚin’｜2） ＝Ｐav・Ｓ …（３） ここで、Ｐav＝｜Ｖg｜2／８Ｒｅ（Ｚg） Ｓ＝（４Ｒｅ（Ｚg）・Ｒｅ（Ｚin’））／｜Ｚg＋
Ｚin’｜2 ≦１
されるから式（３）で示される。 Ｐin＝（１／２）・（｜Ｖg｜2・Ｒｅ（Ｚin’）／｜Ｚg＋Ｚin’｜2） ＝Ｐav・Ｓ …（３） ここで、Ｐav＝｜Ｖg｜2／８Ｒｅ（Ｚg） Ｓ＝（４Ｒｅ（Ｚg）・Ｒｅ（Ｚin’））／｜Ｚg＋
Ｚin’｜2 ≦１
【００３５】Ｒｅ（Ｘ）のＸは実部、Ｐavは電源の有能
電力、ＳはＮＨＡ７１へ供給される電力と電源の有能電
力との比を表している。従って、共役整合の条件下（自
由空間の状態）では、Ｓ＝１である。ここで、有能電力
に対する放射効率ηを式（４）で定義する。
電力、ＳはＮＨＡ７１へ供給される電力と電源の有能電
力との比を表している。従って、共役整合の条件下（自
由空間の状態）では、Ｓ＝１である。ここで、有能電力
に対する放射効率ηを式（４）で定義する。
【００３６】 η＝Ｐr／Ｐav＝（Ｐav−Ｐt）／Ｐav …（４） ここで、Ｐt＝Ｐh＋Ｐa＋Ｐc＋Ｐm
【００３７】式（４）において、Ｐrは空間への放射電
力、Ｐtは損失電力の総量、Ｐhは人体７４への吸収電
力、ＰaはＮＨＡ７１を構成する金属線の高周波抵抗に
よって生じる損失電力、Ｐcは並列容量Ｃの損失抵抗ｒc
によって生じる損失電力、Ｐmはインピーダンス不整合
による損失電力である。なお、バラン７３は無損失とす
る。各電力の関係は図１６に示され、かつそれぞれ式
（５）から式（８）で示される。
力、Ｐtは損失電力の総量、Ｐhは人体７４への吸収電
力、ＰaはＮＨＡ７１を構成する金属線の高周波抵抗に
よって生じる損失電力、Ｐcは並列容量Ｃの損失抵抗ｒc
によって生じる損失電力、Ｐmはインピーダンス不整合
による損失電力である。なお、バラン７３は無損失とす
る。各電力の関係は図１６に示され、かつそれぞれ式
（５）から式（８）で示される。
【００３８】 Ｐh＝１／２ΣＲｅ（ＺLh）Ｉh 2 …（５） Ｐa＝１／２ΣＲｅ（ＺLa）Ｉa 2 …（６） Ｐc＝１／２ｒcＩc 2 …（７） Ｐm＝（１−Ｓ）Ｐav …（８）
【００３９】ここで、ＺLhは人体の負荷インピーダン
ス、Ｉhは電荷を流れる電流である。ＺLaはヘリカルを
構成する金属線の表面インピーダンスに起因する損失抵
抗、Ｉ aはヘリカル上の電流であって、式（９）で示さ
れる。
ス、Ｉhは電荷を流れる電流である。ＺLaはヘリカルを
構成する金属線の表面インピーダンスに起因する損失抵
抗、Ｉ aはヘリカル上の電流であって、式（９）で示さ
れる。
【００４０】 ＺLa＝（１＋ｊ）／２πｒσaｄs ｄs＝√（２／ωμ0σa） …（９）
【００４１】ここで、ｄsは表面抵抗の厚み、σaは金属
線の導電率であり、σa＝５．７×１０-7［Ｓ／ｍ］と
した。μ0は真空中の透過率で、μ0＝４π×１０-7［Ａ
／ｍ］である。Ｉcは並列容量中の電流である。ｒcは容
量の等価直列抵抗であって、容量のＱ値（Ｑc）との関
係は式（１０）に示される。
線の導電率であり、σa＝５．７×１０-7［Ｓ／ｍ］と
した。μ0は真空中の透過率で、μ0＝４π×１０-7［Ａ
／ｍ］である。Ｉcは並列容量中の電流である。ｒcは容
量の等価直列抵抗であって、容量のＱ値（Ｑc）との関
係は式（１０）に示される。
【００４２】 ｒc＝１／ωｃＱc …（１０）
【００４３】通常、放射効率は全放射電力とアンテナに
入力された正味の電力との比Ｐr／Ｐinによって定義さ
れる。一方、式（４）によって定義される放射効率は有
能電力Ｐavがアンテナによって放射電力に変換される割
合を表している。この放射効率は回路理論において、２
端子回路網の設計で用いられる変換電力利得に類似して
おり、インピーダンスの不整合損失Ｐmの効果を含んで
いる。従って、使用状態における実効的な放射効率（実
質的放射効率）を示しており、不整合損を含んだアンテ
ナの実行性能を考察するのに有効である。
入力された正味の電力との比Ｐr／Ｐinによって定義さ
れる。一方、式（４）によって定義される放射効率は有
能電力Ｐavがアンテナによって放射電力に変換される割
合を表している。この放射効率は回路理論において、２
端子回路網の設計で用いられる変換電力利得に類似して
おり、インピーダンスの不整合損失Ｐmの効果を含んで
いる。従って、使用状態における実効的な放射効率（実
質的放射効率）を示しており、不整合損を含んだアンテ
ナの実行性能を考察するのに有効である。
【００４４】図１７は図１３に示した条件のＡＮＴ１〜
ＡＮＴ３をそれぞれ人体に近接させたときに発生する損
失電力の要因比率を示す特性図（図１７（ａ）〜図１７
（ｃ））であり、電力損失率（％）（縦軸）とアンテナ
と人体の距離（Ｄ）（横軸）との関係を示している。図
中、Ｐtは損失電力の総量、Ｐhは人体への吸収電力、Ｐ
aはアンテナの導体損による損失電力、Ｐmは不整合損失
電力である。図１７に示した電力は全て有能電力Ｐavに
よって規格化した値である。なお、並列容量Ｃによる損
失電力Ｐcは１％以下であるので省略した。
ＡＮＴ３をそれぞれ人体に近接させたときに発生する損
失電力の要因比率を示す特性図（図１７（ａ）〜図１７
（ｃ））であり、電力損失率（％）（縦軸）とアンテナ
と人体の距離（Ｄ）（横軸）との関係を示している。図
中、Ｐtは損失電力の総量、Ｐhは人体への吸収電力、Ｐ
aはアンテナの導体損による損失電力、Ｐmは不整合損失
電力である。図１７に示した電力は全て有能電力Ｐavに
よって規格化した値である。なお、並列容量Ｃによる損
失電力Ｐcは１％以下であるので省略した。
【００４５】図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）に示される
ように、何れのアンテナもＤ＜１０ｃｍの人体近傍では
損失電力の総量Ｐtのうち不整合損失電力Ｐmの占める割
合が大きくなり損失電力の主要な要因となる。さらに、
軸長Ｌが短いアンテナを示すＡＮＴ１では、その傾向が
助長されている。しかし、Ｄ＞１０ｃｍの領域では損失
電力の総量Ｐtのうち導体損失電力Ｐaが占める割合が大
きくなり、ＡＮＴ１では導体損損失電力Ｐaが人体への
吸収電力Ｐhを上回り損失電力の主要な要因となる。
ように、何れのアンテナもＤ＜１０ｃｍの人体近傍では
損失電力の総量Ｐtのうち不整合損失電力Ｐmの占める割
合が大きくなり損失電力の主要な要因となる。さらに、
軸長Ｌが短いアンテナを示すＡＮＴ１では、その傾向が
助長されている。しかし、Ｄ＞１０ｃｍの領域では損失
電力の総量Ｐtのうち導体損失電力Ｐaが占める割合が大
きくなり、ＡＮＴ１では導体損損失電力Ｐaが人体への
吸収電力Ｐhを上回り損失電力の主要な要因となる。
【００４６】以上のように、アンテナと人体の距離Ｄと
電力損失率を考察すると、アンテナと人体の距離が特定
の値（Ｄ＝１０ｃｍ）を境に損失電力の構成比が急激に
異なる。各損失電力について考察すると、不整合損失電
力Ｐmは０＜Ｄ＜１０ｃｍで最大値を示し、導体損失電
力Ｐa及び人体への吸収電力Ｐhは１０ｃｍ＜Ｄ＜２０ｃ
ｍで最大値を示す。従って、人体と極近接する使用状態
では、損失電力を最小限に抑えるためには、不整合損失
電力Ｐmを低減することが効果的であることが知見され
る。
電力損失率を考察すると、アンテナと人体の距離が特定
の値（Ｄ＝１０ｃｍ）を境に損失電力の構成比が急激に
異なる。各損失電力について考察すると、不整合損失電
力Ｐmは０＜Ｄ＜１０ｃｍで最大値を示し、導体損失電
力Ｐa及び人体への吸収電力Ｐhは１０ｃｍ＜Ｄ＜２０ｃ
ｍで最大値を示す。従って、人体と極近接する使用状態
では、損失電力を最小限に抑えるためには、不整合損失
電力Ｐmを低減することが効果的であることが知見され
る。
【００４７】本発明は、上記知見に基づき、アンテナの
放射効率の低下をもたらす損失電力のうち、アンテナが
人体に極近接する使用状態における支配的要因である不
整合損失電力を低減するものである。
放射効率の低下をもたらす損失電力のうち、アンテナが
人体に極近接する使用状態における支配的要因である不
整合損失電力を低減するものである。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
に係わるアンテナ装置の構成を示している。図中、１０
１は無線機本体、１０２はＮＨＡ、１０３はＮＨＡ１０
２に電力を供給する給電点、１０４は整合回路、１０５
は無線回路である。整合回路１０４は無線回路１０５と
ＮＨＡ１０２とを電気的に整合させるものである。整合
回路１０４の特性は、無線回路１０５側からみた整合回
路１０４の入力インピーダンスＺinと無線回路１０５の
内部インピーダンスＺgとが共役整合の関係となるよう
に設定される。これにより、ＮＨＡ１０２の入力インピ
ーダンスが変化したときに生じる不整合損失が低減され
る。
を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
に係わるアンテナ装置の構成を示している。図中、１０
１は無線機本体、１０２はＮＨＡ、１０３はＮＨＡ１０
２に電力を供給する給電点、１０４は整合回路、１０５
は無線回路である。整合回路１０４は無線回路１０５と
ＮＨＡ１０２とを電気的に整合させるものである。整合
回路１０４の特性は、無線回路１０５側からみた整合回
路１０４の入力インピーダンスＺinと無線回路１０５の
内部インピーダンスＺgとが共役整合の関係となるよう
に設定される。これにより、ＮＨＡ１０２の入力インピ
ーダンスが変化したときに生じる不整合損失が低減され
る。
【００４９】図２は先の図１３に示したＡＮＴ１〜ＡＮ
Ｔ３を有するアンテナ装置の放射効率を示す特性図であ
り、図１に示したアンテナ装置において整合回路１０４
の特性を共役整合に設定し、不整合損失を除去した場合
を示している。先の図１５に示した不整合損失を含む放
射効率特性と比較すると、特に、アンテナと人体の距離
Ｄ＜１０ｃｍの領域において、１０ｄＢ以上改善されて
いることが分かる。
Ｔ３を有するアンテナ装置の放射効率を示す特性図であ
り、図１に示したアンテナ装置において整合回路１０４
の特性を共役整合に設定し、不整合損失を除去した場合
を示している。先の図１５に示した不整合損失を含む放
射効率特性と比較すると、特に、アンテナと人体の距離
Ｄ＜１０ｃｍの領域において、１０ｄＢ以上改善されて
いることが分かる。
【００５０】図３は図１３に示したアンテナ装置のうち
ＡＮＴ２の電力損失率を示す特性図である。図中、Ｐt
は損失電力の総量、Ｐhは人体への吸収電力、Ｐaはアン
テナの導体損による損失電力を示しており、全て有能電
力Ｐavによって規格化した値である。整合回路１０４に
より不整合損失を除去しているため、アンテナと人体の
距離Ｄ＜１０ｃｍの領域では、人体への吸収電力Ｐhの
占める割合が高く、次いで、アンテナの導体損による損
失電力Ｐaが占める。他のタイプのアンテナ装置におい
ても同様の傾向が知見される。
ＡＮＴ２の電力損失率を示す特性図である。図中、Ｐt
は損失電力の総量、Ｐhは人体への吸収電力、Ｐaはアン
テナの導体損による損失電力を示しており、全て有能電
力Ｐavによって規格化した値である。整合回路１０４に
より不整合損失を除去しているため、アンテナと人体の
距離Ｄ＜１０ｃｍの領域では、人体への吸収電力Ｐhの
占める割合が高く、次いで、アンテナの導体損による損
失電力Ｐaが占める。他のタイプのアンテナ装置におい
ても同様の傾向が知見される。
【００５１】図４はアンテナ装置の最大利得の改善量を
示しており、図１３に示したＡＮＴ１〜ＡＮＴ３につい
て、従来の自由空間で整合させたときと、第１の実施の
形態の共役整合により不整合損失を除去したときとを対
比させている。図中、それぞれの値は、人体近接時（Ｄ
＝５ｃｍ）における水平面（Ｘ−Ｙ面）の最大利得を表
しており、値が大きいほど優れた利得を有していること
を示している。最大利得は、図１４に示したように、Ｘ
方向すなわち人体正面方向に生じている。また、最大利
得は、先の図１１に示すような業務用無線機の実使用状
態を想定して測定されたものである。被験者は３０才の
男性（伸長１７１ｃｍ、体重７５ｋｇ）である。図４か
ら分かるように、人体近接時に共役整合させた整合回路
を設けることによって、５〜１０ｄＢ以上の大幅な利得
の向上が実現できている。また、その効果は、ＡＮＴ１
のような軸長の短いアンテナほど顕著であることが分か
る。
示しており、図１３に示したＡＮＴ１〜ＡＮＴ３につい
て、従来の自由空間で整合させたときと、第１の実施の
形態の共役整合により不整合損失を除去したときとを対
比させている。図中、それぞれの値は、人体近接時（Ｄ
＝５ｃｍ）における水平面（Ｘ−Ｙ面）の最大利得を表
しており、値が大きいほど優れた利得を有していること
を示している。最大利得は、図１４に示したように、Ｘ
方向すなわち人体正面方向に生じている。また、最大利
得は、先の図１１に示すような業務用無線機の実使用状
態を想定して測定されたものである。被験者は３０才の
男性（伸長１７１ｃｍ、体重７５ｋｇ）である。図４か
ら分かるように、人体近接時に共役整合させた整合回路
を設けることによって、５〜１０ｄＢ以上の大幅な利得
の向上が実現できている。また、その効果は、ＡＮＴ１
のような軸長の短いアンテナほど顕著であることが分か
る。
【００５２】以下、本発明の第２の実施の形態について
図面を参照しながら説明する。図５は本発明の第２の実
施の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分に同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。第２の実施の形態では、整合
回路１０４の負荷を切り替えるための負荷切替回路１０
６（整合特性制御手段）を備えている。すなわち、無線
回路１０５側から見た整合回路１０４の入力インピーダ
ンスＺinが、自由空間中および人体近接時の何れの場合
においても、無線回路１０５の内部インピーダンスＺg
と共役整合の関係になるように、負荷切り替え回路１０
６により負荷を切り替える。これにより、自由空間中お
よび人体近接時の何れの場合においても、不整合損失が
低減されるため、アンテナ装置の放射効率を向上させる
ことができる。
図面を参照しながら説明する。図５は本発明の第２の実
施の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分に同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。第２の実施の形態では、整合
回路１０４の負荷を切り替えるための負荷切替回路１０
６（整合特性制御手段）を備えている。すなわち、無線
回路１０５側から見た整合回路１０４の入力インピーダ
ンスＺinが、自由空間中および人体近接時の何れの場合
においても、無線回路１０５の内部インピーダンスＺg
と共役整合の関係になるように、負荷切り替え回路１０
６により負荷を切り替える。これにより、自由空間中お
よび人体近接時の何れの場合においても、不整合損失が
低減されるため、アンテナ装置の放射効率を向上させる
ことができる。
【００５３】以下、負荷切り替え回路１０６の構成につ
いて図６を参照して説明する。なお、負荷切り替え回路
１０６の構成は、整合回路１０４に何らかの負荷を接続
できるものであればよく、これらの構成例に限定される
ものではない。
いて図６を参照して説明する。なお、負荷切り替え回路
１０６の構成は、整合回路１０４に何らかの負荷を接続
できるものであればよく、これらの構成例に限定される
ものではない。
【００５４】図６（ａ）は負荷切り替え回路１０６の第
１の構成例を示している。図中、１０７は切り替えスイ
ッチ、１０８Ａは自由空間用負荷回路、１０８Ｂは人体
近接時用負荷回路である。整合回路１０４に接続される
負荷回路は、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化に応じ
て切り替えスイッチ１０７によって切り替えられ、ＮＨ
Ａ１０２が自由空間中にあるときは、自由空間用負荷回
路１０８Ａが整合回路１０４に接続され、ＮＨＡ１０２
が人体に近接するときは、人体近接時用負荷回路１０８
Ｂが整合回路１０４に接続される。各々の負荷回路を適
当な値とすることにより、整合回路１０４の入力インピ
ーダンスＺinが無線回路１０５の内部インピーダンスＺ
gと共役整合の関係になるようにし、ＮＨＡ１０２のイ
ンピーダンス変化に対応したアンテナ整合条件が形成可
能である。
１の構成例を示している。図中、１０７は切り替えスイ
ッチ、１０８Ａは自由空間用負荷回路、１０８Ｂは人体
近接時用負荷回路である。整合回路１０４に接続される
負荷回路は、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化に応じ
て切り替えスイッチ１０７によって切り替えられ、ＮＨ
Ａ１０２が自由空間中にあるときは、自由空間用負荷回
路１０８Ａが整合回路１０４に接続され、ＮＨＡ１０２
が人体に近接するときは、人体近接時用負荷回路１０８
Ｂが整合回路１０４に接続される。各々の負荷回路を適
当な値とすることにより、整合回路１０４の入力インピ
ーダンスＺinが無線回路１０５の内部インピーダンスＺ
gと共役整合の関係になるようにし、ＮＨＡ１０２のイ
ンピーダンス変化に対応したアンテナ整合条件が形成可
能である。
【００５５】なお、図６（ａ）に示した負荷回路切り替
え回路１０６は、自由空間中および人体近接時のそれぞ
れのアンテナ条件に対応する２つの負荷回路を選択する
構成であるが、さらに複数のアンテナ条件に対応する複
数の負荷回路を設け、インピーダンス変化に応じて複数
のアンテナ条件に対応する複数の負荷回路を選択するよ
うに構成してもよい。これにより、携帯無線機の使用状
況の変化に伴うＮＨＡ１０２の複数のインピーダンス変
化に柔軟に対応したアンテナ整合条件が形成可能であ
る。また、各負荷回路の接続先が接地で良い場合は、一
方の切り替えスイッチを省略して各負荷回路を直接接地
することで、１つの切り替えスイッチにより各負荷回路
を選択するようにしてもよい。
え回路１０６は、自由空間中および人体近接時のそれぞ
れのアンテナ条件に対応する２つの負荷回路を選択する
構成であるが、さらに複数のアンテナ条件に対応する複
数の負荷回路を設け、インピーダンス変化に応じて複数
のアンテナ条件に対応する複数の負荷回路を選択するよ
うに構成してもよい。これにより、携帯無線機の使用状
況の変化に伴うＮＨＡ１０２の複数のインピーダンス変
化に柔軟に対応したアンテナ整合条件が形成可能であ
る。また、各負荷回路の接続先が接地で良い場合は、一
方の切り替えスイッチを省略して各負荷回路を直接接地
することで、１つの切り替えスイッチにより各負荷回路
を選択するようにしてもよい。
【００５６】図６（ｂ）は負荷切り替え回路１０６の第
２の構成例を示している。図中、１０８は負荷回路、１
０９は負荷回路１０８に直列接続されたＰＩＮダイオー
ドである。負荷回路１０８は、ＮＨＡ１０２のインピー
ダンス変化に応じてＰＩＮダイオード１０２のスイッチ
ングにより整合回路１０４に接続される。整合回路１０
４はＮＨＡ１０２が自由空間中にあるときに共役整合と
なるように設定されており、ＮＨＡ１０２が人体に近接
してＮＨＡ１０２のインピーダンスが変化したときは、
ＰＩＮダイオード１０９を作動させて整合回路１０４に
負荷回路１０８が接続される。負荷回路を適当な値とす
ることにより、人体近接時の整合回路１０４の入力イン
ピーダンスＺinが無線回路１０５の内部インピーダンス
Ｚgと共役整合の関係になるようにし、ＮＨＡ１０２の
インピーダンス変化に対応したアンテナ整合条件が形成
可能である。なお、図６（ｂ）に示した負荷切り替え回
路１０６は、人体近接時にＰＩＮダイオード１０９を作
動させることにより、自由空間中で共役整合特性を有す
る整合回路１０４に負荷回路１０８が接続されるように
している。しかし、自由空間中でＰＩＮダイオード１０
９を作動させることにより、人体近接時に共役整合特性
を有する整合回路１０４に負荷回路１０８が接続される
ようにしてもよい。
２の構成例を示している。図中、１０８は負荷回路、１
０９は負荷回路１０８に直列接続されたＰＩＮダイオー
ドである。負荷回路１０８は、ＮＨＡ１０２のインピー
ダンス変化に応じてＰＩＮダイオード１０２のスイッチ
ングにより整合回路１０４に接続される。整合回路１０
４はＮＨＡ１０２が自由空間中にあるときに共役整合と
なるように設定されており、ＮＨＡ１０２が人体に近接
してＮＨＡ１０２のインピーダンスが変化したときは、
ＰＩＮダイオード１０９を作動させて整合回路１０４に
負荷回路１０８が接続される。負荷回路を適当な値とす
ることにより、人体近接時の整合回路１０４の入力イン
ピーダンスＺinが無線回路１０５の内部インピーダンス
Ｚgと共役整合の関係になるようにし、ＮＨＡ１０２の
インピーダンス変化に対応したアンテナ整合条件が形成
可能である。なお、図６（ｂ）に示した負荷切り替え回
路１０６は、人体近接時にＰＩＮダイオード１０９を作
動させることにより、自由空間中で共役整合特性を有す
る整合回路１０４に負荷回路１０８が接続されるように
している。しかし、自由空間中でＰＩＮダイオード１０
９を作動させることにより、人体近接時に共役整合特性
を有する整合回路１０４に負荷回路１０８が接続される
ようにしてもよい。
【００５７】図６（ｃ）は負荷切り替え回路１０６の第
３の構成例を示している。図中、１０８は負荷回路、１
０９は負荷回路１０８に並列接続されたＰＩＮダイオー
ドである。負荷回路１０８は、ＮＨＡ１０２のインピー
ダンス変化に応じてＰＩＮダイオード１０２のスイッチ
ングによりバイパスされる。整合回路１０４はＮＨＡ１
０２が人体に近接したときに共役整合となるように設定
されており、ＮＨＡ１０２が人体に近接してＮＨＡ１０
２のインピーダンスが変化したときは、ＰＩＮダイオー
ド１０９を作動させて負荷回路１０８がバイパスされ
る。負荷回路を適当な値とすることにより、自由空間中
の整合回路１０４の入力インピーダンスＺ inが無線回路
１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関係にな
るようにし、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化に対応
したアンテナ整合条件が形成可能である。なお、図６
（ｃ）に示した負荷切り替え回路１０６は、人体近接時
にＰＩＮダイオード１０９を作動させることにより、人
体近接時に共役整合特性を有する整合回路１０４に負荷
回路１０８が接続されないように負荷回路１０８をバイ
パスさせている。しかし、自由空間中でＰＩＮダイオー
ド１０９を作動させることにより、自由空間中で共役整
合特性を有する整合回路１０４に負荷回路１０８が接続
されないように負荷回路１０８をバイパスさせるように
してもよい。
３の構成例を示している。図中、１０８は負荷回路、１
０９は負荷回路１０８に並列接続されたＰＩＮダイオー
ドである。負荷回路１０８は、ＮＨＡ１０２のインピー
ダンス変化に応じてＰＩＮダイオード１０２のスイッチ
ングによりバイパスされる。整合回路１０４はＮＨＡ１
０２が人体に近接したときに共役整合となるように設定
されており、ＮＨＡ１０２が人体に近接してＮＨＡ１０
２のインピーダンスが変化したときは、ＰＩＮダイオー
ド１０９を作動させて負荷回路１０８がバイパスされ
る。負荷回路を適当な値とすることにより、自由空間中
の整合回路１０４の入力インピーダンスＺ inが無線回路
１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関係にな
るようにし、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化に対応
したアンテナ整合条件が形成可能である。なお、図６
（ｃ）に示した負荷切り替え回路１０６は、人体近接時
にＰＩＮダイオード１０９を作動させることにより、人
体近接時に共役整合特性を有する整合回路１０４に負荷
回路１０８が接続されないように負荷回路１０８をバイ
パスさせている。しかし、自由空間中でＰＩＮダイオー
ド１０９を作動させることにより、自由空間中で共役整
合特性を有する整合回路１０４に負荷回路１０８が接続
されないように負荷回路１０８をバイパスさせるように
してもよい。
【００５８】以下、図７を参照して本発明の第３の実施
の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分には同一符号を付
して詳細な説明を省略する。第３の実施の形態では、Ｎ
ＨＡ１０２が自由空間中にあるときに共役整合特性を有
する自由空間用整合回路１０４Ａ、ＮＨＡ１０２が人体
に近接したときに共役整合特性を有する人体近接時用整
合回路１０４Ｂ、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化に
応じて自由空間用整合回路１０４Ａと人体近接時用整合
回路１０４Ｂ１０７とを選択するための切り替えスイッ
チ１０７を備えている。すなわち、無線回路１０５側か
らアンテナ側を見た入力インピーダンスＺ inが無線回路
１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関係にな
るように自由空間用および人体近接時用の２つの整合回
路を切り替えスイッチ１０７によって切り替える。これ
により、自由空間中および人体近接時の何れの場合にお
いても、不整合損が低減されるため、アンテナ装置の放
射効率を向上させることができる。
の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分には同一符号を付
して詳細な説明を省略する。第３の実施の形態では、Ｎ
ＨＡ１０２が自由空間中にあるときに共役整合特性を有
する自由空間用整合回路１０４Ａ、ＮＨＡ１０２が人体
に近接したときに共役整合特性を有する人体近接時用整
合回路１０４Ｂ、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化に
応じて自由空間用整合回路１０４Ａと人体近接時用整合
回路１０４Ｂ１０７とを選択するための切り替えスイッ
チ１０７を備えている。すなわち、無線回路１０５側か
らアンテナ側を見た入力インピーダンスＺ inが無線回路
１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関係にな
るように自由空間用および人体近接時用の２つの整合回
路を切り替えスイッチ１０７によって切り替える。これ
により、自由空間中および人体近接時の何れの場合にお
いても、不整合損が低減されるため、アンテナ装置の放
射効率を向上させることができる。
【００５９】なお、図７は、自由空間中および人体近接
時のそれぞれのアンテナ条件に対応する２つの整合回路
を選択する構成を示しているが、さらに複数のアンテナ
条件に対応する複数の整合回路を設け、インピーダンス
変化に応じて複数のアンテナ条件に対応する複数の整合
回路を選択するように構成してもよい。これにより、携
帯無線機の使用状況の変化に伴うＮＨＡ１０２の複数の
インピーダンス変化に柔軟に対応したアンテナ整合条件
が形成可能である。
時のそれぞれのアンテナ条件に対応する２つの整合回路
を選択する構成を示しているが、さらに複数のアンテナ
条件に対応する複数の整合回路を設け、インピーダンス
変化に応じて複数のアンテナ条件に対応する複数の整合
回路を選択するように構成してもよい。これにより、携
帯無線機の使用状況の変化に伴うＮＨＡ１０２の複数の
インピーダンス変化に柔軟に対応したアンテナ整合条件
が形成可能である。
【００６０】以下、本発明の第４の実施の形態について
図面を参照しながら説明する。図８は本発明の第４の実
施の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分には同一符号を付
して詳細な説明を省略する。第４の実施の形態では、整
合回路１０４の容量を可変するための可変容量ダイオー
ド１１０（整合特性制御手段）を備えている。すなわ
ち、無線回路１０５側から見た整合回路１０４の入力イ
ンピーダンスＺinが、自由空間中乃至人体近接時の何れ
の場合においても、無線回路１０５の内部インピーダン
スＺgと共役整合の関係になるように、可変容量ダイオ
ード１１０の容量を可変する。これにより、ＮＨＡ１０
２が自由空間中にあるときやＮＨＡ１０２を人体に近接
させたときのみならず、ＮＨＡ１０２が自由空間中から
人体に近接する過程における任意のインピーダンス条件
においても、不整合損失が低減されるため、アンテナ装
置の放射効率を向上させることができる。整合回路１０
４に接続される可変容量ダイオード１１０の容量値をＮ
ＨＡ１０２のインピーダンス変化に応じて段階的に可変
することにより、自由空間中乃至人体近接時の何れの場
合でも、整合回路１０４の入力インピーダンスＺinが無
線回路１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関
係になるようにし、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化
に対応したアンテナ整合条件が形成可能である。
図面を参照しながら説明する。図８は本発明の第４の実
施の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分には同一符号を付
して詳細な説明を省略する。第４の実施の形態では、整
合回路１０４の容量を可変するための可変容量ダイオー
ド１１０（整合特性制御手段）を備えている。すなわ
ち、無線回路１０５側から見た整合回路１０４の入力イ
ンピーダンスＺinが、自由空間中乃至人体近接時の何れ
の場合においても、無線回路１０５の内部インピーダン
スＺgと共役整合の関係になるように、可変容量ダイオ
ード１１０の容量を可変する。これにより、ＮＨＡ１０
２が自由空間中にあるときやＮＨＡ１０２を人体に近接
させたときのみならず、ＮＨＡ１０２が自由空間中から
人体に近接する過程における任意のインピーダンス条件
においても、不整合損失が低減されるため、アンテナ装
置の放射効率を向上させることができる。整合回路１０
４に接続される可変容量ダイオード１１０の容量値をＮ
ＨＡ１０２のインピーダンス変化に応じて段階的に可変
することにより、自由空間中乃至人体近接時の何れの場
合でも、整合回路１０４の入力インピーダンスＺinが無
線回路１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関
係になるようにし、ＮＨＡ１０２のインピーダンス変化
に対応したアンテナ整合条件が形成可能である。
【００６１】以下、本発明の第５の実施の形態について
図面を参照しながら説明する。図９は本発明の第５の実
施の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分に同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。第５の実施の形態では、無線
回路１０５からＮＨＡ１０２側に供給される電力のう
ち、不整合によって反射されてくる電力をモニタする不
整合検出回路１１２および整合特性が調整可能な調整機
能付き整合回路１１１を備え、ＮＨＡ１０２のインピー
ダンス変化を示す不整合検出回路１１２の検出結果に基
づいて調整機能付き整合回路１１１の整合特性を調整す
るものである。
図面を参照しながら説明する。図９は本発明の第５の実
施の形態に係わるアンテナ装置の構成を示している。図
中、先の図１に示した部分と同一部分に同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。第５の実施の形態では、無線
回路１０５からＮＨＡ１０２側に供給される電力のう
ち、不整合によって反射されてくる電力をモニタする不
整合検出回路１１２および整合特性が調整可能な調整機
能付き整合回路１１１を備え、ＮＨＡ１０２のインピー
ダンス変化を示す不整合検出回路１１２の検出結果に基
づいて調整機能付き整合回路１１１の整合特性を調整す
るものである。
【００６２】調整機能付き整合回路１１１としては、図
５に示した整合回路１０４と負荷切り替え回路１０６と
の組み合わせ、および図８に示した整合回路１０４と可
変容量ダイオード１１０との組み合わせ等が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。また、不整合検
出回路１１２としては、方向性結合器等が挙げられ、方
向性結合器で観測される反射電力の大きさに応じて調整
機能付き整合回路１１１の整合特性を調整するように構
成することができる。
５に示した整合回路１０４と負荷切り替え回路１０６と
の組み合わせ、および図８に示した整合回路１０４と可
変容量ダイオード１１０との組み合わせ等が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。また、不整合検
出回路１１２としては、方向性結合器等が挙げられ、方
向性結合器で観測される反射電力の大きさに応じて調整
機能付き整合回路１１１の整合特性を調整するように構
成することができる。
【００６３】例えば、自由空間において無線回路１０５
側からアンテナ側を見た入力インピーダンスＺinが、無
線回路１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関
係になっている場合に、人体近接によってアンテナ側の
インピーダンスが変化したことを不整合検出回路１１２
が検出し、強制的に人体近接時のインピーダンス条件に
切り替えることで、人体近接時においても共役整合状態
を維持して不整合損失の発生が低減されるため、アンテ
ナ装置の放射効率を向上させることができる。
側からアンテナ側を見た入力インピーダンスＺinが、無
線回路１０５の内部インピーダンスＺgと共役整合の関
係になっている場合に、人体近接によってアンテナ側の
インピーダンスが変化したことを不整合検出回路１１２
が検出し、強制的に人体近接時のインピーダンス条件に
切り替えることで、人体近接時においても共役整合状態
を維持して不整合損失の発生が低減されるため、アンテ
ナ装置の放射効率を向上させることができる。
【００６４】さらに、逆の状況として、人体近接時から
自由空間への変化を検出して、自由空間中のインピーダ
ンス条件に戻すことも可能であり、常に理想的な整合条
件が選択可能である。また、図８に示した整合回路１０
４および可変容量ダイオード１１０の組み合わせのよう
に、段階的に整合条件を変化させることが可能な調整機
能つき整合回路１１１を用いれば、自由空間中乃至人体
近接時の何れのインピーダンス条件においても共役整合
状態を維持することも可能であり、常に安定してアンテ
ナ装置の放射効率を確保することができる。
自由空間への変化を検出して、自由空間中のインピーダ
ンス条件に戻すことも可能であり、常に理想的な整合条
件が選択可能である。また、図８に示した整合回路１０
４および可変容量ダイオード１１０の組み合わせのよう
に、段階的に整合条件を変化させることが可能な調整機
能つき整合回路１１１を用いれば、自由空間中乃至人体
近接時の何れのインピーダンス条件においても共役整合
状態を維持することも可能であり、常に安定してアンテ
ナ装置の放射効率を確保することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、携帯無
線機に用いられるアンテナ装置において、無線回路の内
部インピーダンスと整合回路の入力インピーダンスとを
共役整合させる整合回路を設けることにより、アンテナ
エレメントのインピーダンス不整合により発生する不整
合損失を低減することができる。特に、アンテナエレメ
ントが人体に近接した状態に対応させて共役整合特性を
設定することにより、人体近接時の主な要因となる不整
合損失を低減することができ、携帯無線機の使用状態に
おいて放射効率のよいアンテナ装置を実現することがで
き、高品位で安定した移動通信が可能となる。
線機に用いられるアンテナ装置において、無線回路の内
部インピーダンスと整合回路の入力インピーダンスとを
共役整合させる整合回路を設けることにより、アンテナ
エレメントのインピーダンス不整合により発生する不整
合損失を低減することができる。特に、アンテナエレメ
ントが人体に近接した状態に対応させて共役整合特性を
設定することにより、人体近接時の主な要因となる不整
合損失を低減することができ、携帯無線機の使用状態に
おいて放射効率のよいアンテナ装置を実現することがで
き、高品位で安定した移動通信が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるアンテナ装
置を示す構成図。
置を示す構成図。
【図２】アンテナ装置の放射特性を示す特性図。
【図３】ＡＮＴ２の電力損失率を示す特性図。
【図４】アンテナ装置の最大利得の改善量を示す比較
図。
図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わるアンテナ装
置を示す構成図。
置を示す構成図。
【図６】負荷切り替え回路１０６を示す構成図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わるアンテナ装
置を示す構成図。
置を示す構成図。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係わるアンテナ装
置を示す構成図。
置を示す構成図。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係わるアンテナ装
置を示す構成図。
置を示す構成図。
【図１０】携帯無線機を示す外観図。
【図１１】携帯無線機の使用状態を示す状態図。
【図１２】アンテナ装置の特性を解析するための解析モ
デルを示す構成図。
デルを示す構成図。
【図１３】ＮＨＡの形状パラメータを示す図。
【図１４】解析モデルにより解析したＡＮＴ２の放射指
向性を示す特性図。
向性を示す特性図。
【図１５】アンテナと人体との距離に対する放射効率の
関係を示す特性図。
関係を示す特性図。
【図１６】アンテナ装置が人体に近接したときの等価回
路を示す回路図。
路を示す回路図。
【図１７】アンテナ装置を人体に近接したときに発生す
る損失電力の要因比率を示す特性図。
る損失電力の要因比率を示す特性図。
１０１ 無線機本体 １０２ ＮＨＡ（ノーマルモードヘリカルアンテナ） １０３ 給電点 １０４ 整合回路 １０４Ａ 自由空間用整合回路 １０４Ｂ 人体近接時用整合回路 １０５ 無線回路 １０６ 負荷切り替え回路 １０７ 切り替えスイッチ １０８ 負荷回路 １０８Ａ 自由空間用負荷回路 １０８Ｂ 人体近接時用負荷回路 １０９ ＰＩＮダイオード １１０ 可変容量ダイオード １１１ 調整機能つき整合回路 １１２ 不整合検出回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 晃一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伊藤 公一 千葉県千葉市花見川区朝日ヶ丘町3273番地 にれの木台２番19棟401号 Ｆターム(参考） 5J047 AA04 AB06 AB12 FD01 5K011 AA06 DA02 GA05 GA06 JA01 KA13
Claims (8)
- 【請求項１】 携帯無線機に搭載され、該携帯無線機内
の無線回路から電力を受け、所定の周波数帯域で整合す
るアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントのイ
ンピーダンスと前記無線回路の内部インピーダンスとを
整合するための整合回路と、を有し、 前記整合回路が、前記無線回路の内部インピーダンスと
前記整合回路の入力インピーダンスとを共役整合させる
ための整合特性を有することを特徴とするアンテナ装
置。 - 【請求項２】 前記整合回路の整合特性を前記アンテナ
エレメントのインピーダンス変化に応じて可変する整合
特性制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の
アンテナ装置。 - 【請求項３】 前記整合特性制御手段が、少なくとも前
記周波数帯域の波長に対して十分小さい間隔で前記アン
テナエレメントが人体に近接したときの前記アンテナエ
レメントのインピーダンスと、前記アンテナエレメント
が自由空間中にあるときの前記アンテナエレメントのイ
ンピーダンスとに選択的に適応するために、前記アンテ
ナエレメントのインピーダンス変化に応じて前記整合回
路の負荷を可変するものである請求項２記載のアンテナ
装置。 - 【請求項４】 前記整合特性制御手段が、前記アンテナ
エレメントのインピーダンス変化に応じて、前記整合回
路の容量負荷を可変するものである請求項２記載のアン
テナ装置。 - 【請求項５】 前記整合回路が、前記周波数帯域の波長
に対して十分小さい間隔で前記携帯無線機が人体に近接
したときに、前記無線回路の内部インピーダンスと前記
整合回路の入力インピーダンスと共役整合する整合特性
を有する第１の整合回路であることを特徴とする請求項
１記載のアンテナ装置。 - 【請求項６】 自由空間中で前記無線回路の内部インピ
ーダンスと前記整合回路の入力インピーダンスと共役整
合する整合特性を有する第２の整合回路と、 前記アンテナエレメントのインピーダンス変化に応じ
て、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路とを選択
する選択手段と、を有することを特徴とする請求項５記
載のアンテナ装置。 - 【請求項７】 前記アンテナエレメントに供給される電
力のうち、不整合により反射される電力をモニタして前
記アンテナエレメントのインピーダンス変化を検出する
不整合検出手段を有し、 前記不整合検出手段の検出結果に応じて、前記整合特性
制御手段を制御することを特徴とする請求項２乃至４の
何れか１項記載のアンテナ装置。 - 【請求項８】 前記アンテナエレメントに供給される電
力のうち、不整合により反射される電力をモニタして前
記アンテナエレメントのインピーダンス変化を検出する
不整合検出手段を有し、 前記不整合検出手段の検出結果に応じて、前記選択手段
を選択制御することを特徴とする請求項６記載のアンテ
ナ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000080552A JP4342074B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | アンテナ装置 |
| CN01111715A CN1316795A (zh) | 2000-03-22 | 2001-03-20 | 天线装置 |
| US09/812,804 US6590538B1 (en) | 2000-03-22 | 2001-03-20 | Antenna apparatus |
| GB0106967A GB2365628B (en) | 2000-03-22 | 2001-03-20 | Antenna apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000080552A JP4342074B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | アンテナ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001267953A true JP2001267953A (ja) | 2001-09-28 |
| JP4342074B2 JP4342074B2 (ja) | 2009-10-14 |
Family
ID=18597642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000080552A Expired - Fee Related JP4342074B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | アンテナ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6590538B1 (ja) |
| JP (1) | JP4342074B2 (ja) |
| CN (1) | CN1316795A (ja) |
| GB (1) | GB2365628B (ja) |
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