JP2003092506A

JP2003092506A - アンテナ

Info

Publication number: JP2003092506A
Application number: JP2002211427A
Authority: JP
Inventors: Kazusuke Yanagisawa; 和介柳沢; Tadashi Oshiyama; 正押山; Hirotoshi Mizuno; 浩年水野
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】携帯機器の送受信用のアンテナのように、小
形化が必要とされるアンテナで、外形寸法を小さくし得
ると共に、周波数特性を向上させ、所望の帯域幅全体に
亘ってＶＳＷＲ特性の優れたアンテナを提供する。【解決手段】長尺状の導体が所定の間隔で長尺方向に
沿って実質的に平行になるように複数回折り返され、そ
の折り返されることにより隣接するエレメント同士の少
なくとも１組が、少なくとも一部において導体により短
絡された構造のアンテナエレメント１２を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話機などの携
帯無線機用アンテナに関する。さらに詳しくは、たとえ
ば偶数倍の関係にあるような２以上の周波数帯でも送受
信をすることができる小形の携帯無線機などに用いるの
に適した、周波数帯域特性の優れたアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話機などのように、携帯無
線機用のアンテナには、図６に示されるように、線状
（ロッド状）アンテナが用いられている。この線状アン
テナは、受信する信号の約１／４波長、約３／８波長、
または約１／２波長の長さになるように形成されてい
る。そのため、受信する周波数帯が定まると、その線状
アンテナの長さは一義的に定まる。したがって、低い周
波数帯の信号を送受信するアンテナは必然的にその長さ
が長くなる。この長くなる線状アンテナをアンテナの外
形的寸法を短くするため、ピアノ線などのアンテナ線を
コイル状に巻き、その外周を樹脂などにより被覆して短
くする方法は採られている。

【０００３】一方、このような携帯機器のアンテナは、
移動時には邪魔にならないように、携帯機器内に収納さ
れ、呼出し信号を受信するためアンテナの一部だけが携
帯機器から外に露出するように取り付けられたり、着呼
信号を受信するアンテナが別に取り付けられ、交信時に
はアンテナ全体を携帯機器から外に伸長するように設け
られている。その結果、着呼信号を受信できると共に、
交信時には感度を上げて交信できるようになっている。

【０００４】したがって、着呼信号受信用のアンテナ
は、それだけで受信信号の約１／４波長または約１／２
波長の長さを有する必要があり、一方において持ち運び
時には邪魔にならないように小さいことが好ましく、通
常はコイル状に巻回されて、アンテナとしての外形的長
さを短くしている。また、交信時のアンテナでも、受信
する信号の周波数帯が低いと、長くなり過ぎ、取扱が不
便で、交信用のアンテナもコイル状にして短くしたもの
が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、アンテ
ナの外形としての長さを短くするためにコイル状にする
と、コイル間隔が大きいときは電気的には余り問題にな
らないが充分に短くならず、コイル間隔が狭くなる（コ
イルを密に巻く）と短くなるが、アンテナの放射抵抗が
下がり整合回路を付加して使用してもアンテナ性能が低
下するという問題がある。

【０００６】さらに、たとえば携帯用電話機において
は、ヨーロッパのシステムでＧＳＭ（グループスペシ
ャルモバイル）（日本のシステムではＰＤＣ（パーソ
ナルデジタルセルラー）に対応）では９００ＭＨｚ帯
の周波数が用いられ、ＤＣＳ（デジタルセルラーシ
ステム）（日本のシステムではＰＨＳ（パーソナルハン
ディフォンオンシステム）に対応）では１８００Ｍ
Ｈｚ帯の周波数が用いられており、その両方を送受信で
きることが好ましい。しかし、従来はこの両方を送受信
するためには、２つのアンテナを別々に設けるか、高い
周波数帯用のアンテナの先端にトラップを介してさらに
アンテナ線を接続して低い周波数帯の長さに合わせたア
ンテナとして用いなければならず、大型になるという問
題がある。

【０００７】また、アンテナの感度を向上させて交信用
のアンテナの引き伸しをしないで、着呼用のアンテナの
みで交信もすることができるように、小形のアンテナで
感度を向上させて、複数の周波数帯の信号を送受信する
ことが望まれている。

【０００８】本発明の目的は、アンテナ特性、とくに広
い周波数帯域でＶＳＷＲ特性を向上させることができる
アンテナの具体的な形状を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるアンテナ
は、アンテナエレメントを、長尺状の導体が所定の間隔
で長尺方向に沿って実質的に平行になるように複数回折
り返され、該折り返されることにより隣接するエレメン
ト同士の少なくとも１組が、少なくとも一部において導
体により短絡された構造のアンテナエレメントを有する
ように形成されている。その結果、所望の周波数帯域全
体において、電圧定在波比ＶＳＷＲが小さくなり、周波
数特性の非常に優れたアンテナが得られる。

【００１０】前記隣接するエレメント同士を短絡した構
造は、前記隣接するエレメント同士の長さ全体を短絡し
た構造でもよいし、または隣接するエレメントの端部の
み（折り曲ってきて対向する部分）が短絡される構造に
形成されてもよい。

【００１１】ここに実質的に平行とは、完全な平行を意
味するものではなく、隣接するアンテナエレメント間で
容量的および／または誘導的に結合し得る位置関係にな
ることを意味する。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のアンテナについて説明をする。

【００１３】本発明者らは、携帯機器などのアンテナ
で、移動のためアンテナの収納時に呼出し信号（着呼信
号）を受信できるアンテナ部分を小形にしても、性能を
低下させないアンテナを得るため、さらにその小形アン
テナで奇数倍以外の２以上の周波数帯の信号をも送受信
することができるアンテナを得るため鋭意検討を重ね
た。その結果、図５にその一例の平面図が示されるよう
に、アンテナエレメントをその長尺（軸）方向に沿って
ほぼ（実質的に）平行になるように折り曲げることによ
り、折返し部１ａが１〜１０個程度であれば、たとえば
９００ＭＨｚ程度の第１の周波数帯に対してはアンテナ
エレメントの電気長は余り変化せず、予め設定した約１
／４波長の長さのアンテナとして作用し、２倍程度の高
い第２の周波数帯に対しては電気長が大きく変化し約３
／４波長のアンテナとして作用し、折返しの回数やその
間隔を調整することにより奇数倍の周波数ではない所望
の２以上の周波数帯の信号を送受信することができるこ
とを見出し、特願平８−１６００１６号により開示して
いる。

【００１４】すなわち、たとえばある周波数帯ｆ₁の約
１／４波長の長さに形成されたアンテナエレメント１
に、前述の折返し部１ａが形成されることにより、隣接
するアンテナエレメント１間の容量結合や、アンテナエ
レメント１を伝搬するモードの偶モード（ｅｖｅｎ）と
奇モード（ｏｄｄ）との関係などにより、周波数帯ｆ₁
およびその奇数倍の周波数帯に対しては電気長が余り変
化しないのに対して、２倍などの偶数倍やその近傍の周
波数帯に対しては、その折返しの回数や折返しによるア
ンテナエレメントの間隔を調整することにより、その電
気長を大幅に変え得るものである。本発明者らはさらに
鋭意検討を重ねた結果、この折返しアンテナを円筒状
（リング状）に丸めることにより、２以上の周波数帯に
対して整合を取りやすく、感度も向上すると共に、交信
用の第２のアンテナとの結合も非常に良好になることを
見出した。

【００１５】本発明によるアンテナは、前述の折返しア
ンテナを構成するように、少なくとも１回軸方向に折返
し部を有すると共に、図２（ｂ）に展開した平面図が示
されるように、隣接するエレメント間の少なくとも一部
を短絡した構造のアンテナエレメント１２が形成されて
いる。

【００１６】そのアンテナエレメント１２を携帯電話機
などに用いた例が図１に一部断面の側面図が示されるよ
うに、絶縁筒体（コア）１１の外周にアンテナエレメン
ト１２が設けられている。図１に示される例では、この
アンテナエレメント１２の上側から熱収縮チューブのよ
うな絶縁被膜１６が被せられ、しっかりと絶縁筒体１１
に固着されている。しかし、リング状に形成されたアン
テナエレメント１２を絶縁筒体１１に圧入または接着剤
などにより固定されていてもよい。絶縁筒体１１の下端
部には無線機などの筐体に取り付けられるように、下部
の外周にネジ部１３ａが形成された金属製のホルダー１
３に圧入などにより固定されている。この際、アンテナ
エレメント１２の一端部の舌片１２ａがホルダー１３の
内壁と接触して電気的に接続されている。そのため、筐
体内でホルダー１３の下端部に給電部を接触させること
により筐体内の送受信回路と接続される。さらに、周囲
にはアンテナエレメント１２を被覆して保護するキャッ
プ１４がホルダー１３にねじ込まれて固定されている。

【００１７】絶縁筒体１１は、図２（ａ）にアンテナエ
レメント１２が巻回された斜視図が示されるように、ポ
リエチレン（ＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）な
どからなる絶縁性の円筒体からなっている。その外周
は、円弧状の滑らかな面で、後述するアンテナエレメン
ト１２をリング状にして圧入され得るようになってい
る。このアンテナだけで使用する場合は、内周について
は制約されず、円筒体でなくても円柱体でも構わない。
また、多角形状の角筒または角柱でもよく、これらを含
む絶縁体であればよい。

【００１８】後述する第２のアンテナ部２０を貫通させ
る場合は、図２（ａ）に示されるような構造の絶縁筒体
１１が用いられ、その内周面は、図３に断面図が示され
るように、その上端の内周部に樹脂製のリングバネ１５
が挿入され、後述する第２のアンテナ部２０を筐体から
引き伸ばしたり、筐体内に収納するときの固定手段にな
っている。また、内径が２段構成になっており、上段部
は第２のアンテナ部２０を筐体から引き伸ばすときに第
２のアンテナ部２０のジョイント部２４ａ、２６を滑合
する内径で、下段部は第２のアンテナ部の下端部に設け
られる径の大きいストッパー部２７を通過する内径で、
ストッパー部２７がこの径の大きい部分を通過し、上段
部の径の小さい部分で停止させられて第２のアンテナ部
２０を筐体から引き伸ばす際に抜けないような構造にな
っている。

【００１９】アンテナエレメント１２は、その一例の平
面図が図２（ｂ）に示されるように、導体の長尺方向
（絶縁筒体の軸方向）に沿って実質的に平行になるよう
に折返し部が形成されている。図２（ｂ）に示される例
では、折返し部が複数回設けられ、折り返されることに
より隣接するエレメントの２組のエレメント同士が折返
し間のエレメントの全体に亘って短絡した構造にされ
て、幅広のエレメント１２ｂが２か所に設けられてい
る。すなわち、図５に示されるように規則的に折返し部
が形成されて隣接しているエレメントの間隙部が２か所
に亘って導体により埋められているものである。このよ
うな形状にすることにより、図４に電圧定在波比の周波
数に対する変化が示されるように、所望の周波数帯の全
域（ｆ_Lが下限の周波数、ｆ_Hが上限の周波数）において
小さくなり、周波数特性が非常に向上した。なお、図４
において、破線は図５に示される形状のアンテナエレメ
ントを使用した場合で他の条件は同じにしたときの結果
である。

【００２０】このような隣接するエレメントを短絡した
構造にする場合、図２（ｂ）に示される例では、隣接す
るエレメントの長さの全体に亘って短絡され、幅広のエ
レメント１２ｂに形成されていたが、図２（ｃ）に示さ
れるように、隣接するエレメントの根元部またはその他
の一部に短絡部１２ｃが形成される構造でも同様の特性
が得られた。また、その一端部には舌片１２ａが形成さ
れて面積を大きくすることにより、後述するホルダー１
３と嵌合させたときに電気的接触を得やすいようにされ
ている。

【００２１】このようなアンテナエレメント１２は、た
とえばリン青銅やベリリウム銅などの板バネをプレスに
より、図２（ｂ）に示されるような形状に打ち抜いて丸
めた後に、たとえば図２（ａ）に示されるような円筒状
の絶縁筒体１１に圧入することができる。しかし、板状
体の打抜きによるものには限定されず、導電線などを折
り返して形成したものなどでも使用することができる。
また、折返しにより形成される各エレメントは必ずしも
直線状でなくても、一部にジグザグ部が形成されたり、
各エレメントの間隔が場所により異なっていてもよい。

【００２２】さらに、アンテナエレメント１２は導体に
より単独で形成されたものが絶縁筒体１１の外周に設け
られなくてもよい。すなわち、たとえばポリイミドなど
からなる可撓性フィルムの表面にパターニングによりア
ンテナエレメントが形成され、その可撓性フィルムごと
絶縁筒体１１に巻き付け、固着する構造のものでもよ
い。このような構造にすれば、アンテナエレメントを銅
箔などの金属膜の蒸着とパターニングなどにより大量生
産することができ、しかも可撓性フィルムを巻回して固
着すればよいため、取扱も非常に容易で、エレメントの
変形も生じない。

【００２３】ホルダー１３は、図１に示されるように、
金属からなり前述のアンテナエレメント１２を保持する
絶縁筒体１１を固定し、携帯無線機などの筐体に取り付
けられるように、筐体の表面に接する鍔部１３ｂの下側
にネジ部１３ａが設けられ、そのまま筐体にねじ込める
ようになっている。また、鍔部１３ｂの上部には、やは
りネジ部が形成されており、キャップ１４がねじ込まれ
てアンテナエレメント１２などを保護することができる
ようになっている。キャップ１４はリングバネ１５（図
３参照）を保持すると共に、絶縁筒体１１の表面に設け
られたアンテナエレメント１２を保護する役目も有して
おり、ＡＢＳ（アクリルブタジェンスチロール）、エ
ラストマなどからなっている。

【００２４】図１に示される例では、図１からも明らか
なように、鍔部１３ｂの側面は断面形状で台形部１３ｃ
に形成されている。このような台形部１３ｃが形成され
ていないと、鍔部１３ｂの周囲のキャップ１４の下端部
の肉厚が薄くなり、衝撃が加わったときに破損しやす
い。一方、これらのアンテナは、携帯電話機などの軽薄
短小化に伴い、非常に小形化が要求されており、０.１
ｍｍの寸法拡大も許されない。この状況下において、こ
の台形部１３ｃが形成されることにより、キャップ１４
の底部１４ａを台形に合せてその肉厚を厚くすることが
でき、機械的強度が大きくなり、キャップ１４の径を大
きくするなどの外形を大きくすることなく、落下や衝撃
などに対して信頼性が非常に向上する。

【００２５】前述のアンテナエレメント１２が絶縁筒体
１１の外周に圧入または接着剤などにより固着されるこ
とにより、絶縁筒体１１の軸方向に沿って折り返された
アンテナエレメント１２が円筒状に巻き付けられた構造
のアンテナとなる。このアンテナエレメント１２を絶縁
筒体１１の外周に取り付けた状態で、たとえば熱収縮チ
ューブのような絶縁被膜１６を被せて収縮させることに
より、アンテナエレメント１２がしっかりと絶縁筒体１
１に固定される。絶縁被膜１６は熱収縮チューブでなく
ても、絶縁テープを巻き付けたり（テーピング）、絶縁
性樹脂を塗布して硬化させることにより形成されるもの
など、アンテナエレメント１２を固定することができる
ものであればよい。そして、絶縁筒体１１の下部がホル
ダー１３の下部に圧入されて固着される。この際、アン
テナエレメント１２の一端部に設けられている舌片１２
ａがホルダー１３と接触し、電気的接触が得られる。そ
の結果、アンテナエレメント１２との給電はホルダー１
３の下部に接触させることにより得られる。そして、ホ
ルダー１３のネジ部１３ａを携帯電話機などの筐体にね
じ込むことによりホルダー１３の下端部が筐体内に挿入
されて取り付けられる。

【００２６】本発明のアンテナによれば、アンテナエレ
メントがその長尺方向に沿って折り曲げられているた
め、電磁波の偏波面に対するアンテナエレメントの長尺
方向は常に一定で、電気長が約１／４波長の奇数倍にな
るように調整されていれば、整合回路を付加しなくても
アンテナの性能を低下させないで、アンテナ全体の外形
としての長さを短くすることができる。しかも、図１に
示される構造のアンテナだけでも、図４に示されるよう
に、このアンテナの電圧定在波比ＶＳＷＲが所望の周波
数帯の全域（ｆ_Lが下限の周波数、ｆ_Hが上限の周波数）
において小さくなり、周波数特性が非常に向上した。図
４において、破線は従来の第１のアンテナ部のアンテナ
エレメントが図５に示される一定幅のパターンにより形
成されたものを使用した場合の周波数特性を示してい
る。

【００２７】つぎに、前述のアンテナを第１のアンテナ
部として、交信時などに第２のアンテナ部をその中心部
から伸張して、第１のアンテナ部と結合し得る携帯無線
機用アンテナについて図３を参照しながら説明をする。
なお、図３において（ａ）は交信のため第２のアンテナ
部２０を筐体から伸張させた状態、（ｂ）は第２のアン
テナ部２０を筐体内に収納した状態を示す図である。ま
た、第１のアンテナ部１０は図１〜２で説明したアンテ
ナと同じである。

【００２８】第２のアンテナ部２０は、交信時に筐体か
ら外部に伸長させて使用するもので、たとえば送受信す
る周波数帯の約１／２波長の電気長のピアノ線、または
銅線などをコイル状にしたアンテナエレメント２１が樹
脂部２８により一体成形され、その周囲をＰＯＭ、エラ
ストマなどからなるチューブ２２により保護され、第１
のアンテナ部１０の絶縁筒体（コア）１１内を移動でき
るように形成されている。図３に示される例では、第２
のアンテナ部２０のアンテナエレメント２１において、
少くともその下端部側（第１のアンテナ部１０との結合
部側）に直線部２１ａが形成され、その直線部２１ａを
介して第１のアンテナ部１０と第２のアンテナ部２０と
が結合している。第２のアンテナ部２０はその中間部に
図示しないトラップなどが設けられて２周波数帯などに
対応するようにすることもできる。第２のアンテナ部２
０の下端部には、絶縁筒体１１内に第２のアンテナ部２
０を保持することができるように、ＰＯＭなどからなる
ジョイント部２６およびストッパー部２７が型成形など
により設けられている。また、上端部にはＡＢＳ、エラ
ストマなどからなるトップ２４およびジョイント部２４
ａが同様に一体成形され、トップ２４は第２のアンテナ
部２０を筐体から外部に引張り出すときのツマミになっ
ている。

【００２９】ジョイント部２６には、第２のアンテナ部
２０が筐体から引き出されて伸長したときに、第１のア
ンテナ部１０のリングバネ１５と嵌合するように、凹部
２６ａが外周に形成されている。その結果、第２のアン
テナ部２０が伸長したときは、ジョイント部２６の凹部
２６ａとリングバネ１５とが嵌合して固定され、第１の
アンテナ部１０の近傍に第２のアンテナ部２０のアンテ
ナエレメント２１の直線部２１ａが近接する。そして、
その直線部２１ａを経由して誘電体（樹脂部２８）を介
して第２のアンテナ部２０と第１のアンテナ部１０とが
容量的結合を主として電気的に結合し、両方のアンテナ
部により送受信信号の約（１／４＋１／２）波長のアン
テナとなり、共振して送受信をすることができる。

【００３０】さらに、第２のアンテナ部２０のトップ２
４の下端のジョイント部２４ａの外周にも凹部２４ｂが
設けられ、第２のアンテナ部２０が筐体内に収納された
ときにトップ２４の下端のジョイント部２４ａがコア１
１の上部まで挿入され、ジョイント部２４ａの凹部２４
ｂにリングバネ１５が嵌合し、固定される。トップ２４
は樹脂製で、しかもアンテナエレメント２１の他端部
（先端部）はトップ２４から離間しているため、筐体内
に収納された第２のアンテナ部２０は完全に電気的に分
離されてアンテナとしては機能しない。したがって、第
１のアンテナ部１０のみが着呼信号を受信するアンテナ
として機能する。

【００３１】このような結合アンテナにしても、第１の
アンテナ部１０が図２（ｂ）に示される折返しアンテナ
を円筒状に巻き付けた構造であり、下端部側でアンテナ
エレメント２１に直線部２１ａが形成された第２のアン
テナ部２０とを結合されているため、図４に示されるよ
うに、このアンテナの電圧定在波比ＶＳＷＲが所望の周
波数帯の全域（ｆ_Lが下限の周波数、ｆ_Hが上限の周波
数）において小さくなり、周波数特性が非常に向上し
た。前述のように、図４において、破線は従来の第１の
アンテナ部のアンテナエレメントが図５に示される一定
幅のパターンにより形成されたものを使用した場合の周
波数特性を示している。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、折返しアンテナの隣接
するエレメント間を短絡した形状のアンテナエレメント
を有しているため、周波数の帯域幅が広く、周波数特性
の優れたアンテナが得られ、しかも小形で感度がよく高
性能であるため、携帯電話機など、携帯無線機用のアン
テナとして有用することができる。さらに、このアンテ
ナを第１のアンテナ部としてロッド状の第２のアンテナ
部を結合し、異なる周波数帯のアンテナとして使用して
も、同様に帯域幅の広いアンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアンテナエレメントの形状を有す
る携帯無線機用アンテナの一実施形態の一部断面説明図
である。

【図２】本発明のアンテナに用いられるアンテナエレメ
ントが絶縁筒体に巻き付けられた状態、およびアンテナ
エレメントの形状の例を示す説明図である。

【図３】図１のアンテナに第２のアンテナ部を結合した
ときの、第２のアンテナ部の伸張および収納の状態の説
明図である。

【図４】本発明によるアンテナの周波数に対するＶＳＷ
Ｒ特性の図である。

【図５】導体を長尺方向に沿って折り曲げたアンテナの
説明図である。

【図６】従来の携帯用無線機に取り付けられたアンテナ
の説明図である。

【符号の説明】

１０第１のアンテナ部１１絶縁筒体１２アンテナエレメント１２ａ舌片１２ｂ幅広エレメント１３ホルダー１４キャップ１６絶縁被膜２０第２のアンテナ部

フロントページの続き (72)発明者水野浩年群馬県富岡市神農原1112番地株式会社ヨコオ富岡工場内Ｆターム(参考） 5J046 AA01 AA02 AA04 AA07 AB06 PA04 5J047 AA01 AA02 AA04 AA07 AB06 FD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺状の導体が所定の間隔で長尺方向に
沿って実質的に平行になるように複数回折り返され、該
折り返されることにより隣接するエレメント同士の少な
くとも１組が、少なくとも一部において導体により短絡
された構造のアンテナエレメントを有するアンテナ。
【請求項２】前記隣接するエレメント同士の長さ全体
または隣接するエレメントの端部が短絡される構造であ
る請求項１記載のアンテナ。