JP2007060318A - 携帯機用アンテナおよび携帯機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロッドアンテナを短縮させた収納時においてアンテナ性能を良好に向上でき、携帯性および意匠性の面で有利性がある携帯機用アンテナを提供すること
【解決手段】 ロッドアンテナ１は携帯機の本体３の長手に短縮状態でその全長を収納し、その最下段ロッド１２の下端に給電線５を接続して回路基板４の高周波回路と繋いで給電する。コイルアンテナ２は本体３の上部に横向きに組み付け、その基部にはロッドアンテナ１の収納時に最上段ロッド１１の先端１０に接触して接続する端子片２４を設け、当該コイル部２１の他方端はＧＮＤ側に接続する。ロッドアンテナ１の伸長時には単体のモノポールアンテナになる。短縮した収納時にはロッドの先端１０にコイルアンテナ２が連なり、これはロッド１段分のモノポールアンテナ（電流アンテナ）と、コイルアンテナ２がなすループアンテナ（磁流アンテナ）とを連係した複合アンテナになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯機用アンテナおよび携帯機に関するもので、より具体的には、全長の伸縮が行えるロッドアンテナと、線材を密に巻き回してコイル状としたループアンテナとを組み合わせる構成を採り、これら二つのアンテナの接続および整合の取り合い関係の改良に関する。

例えば、外部の携帯機と通信する主装置の１つとして、車両用セキュリティ装置などの車載装置がある。この車載装置は、車外からリモート操作するための携帯機を備えるものがある。この携帯機は制御信号を送信する送信機になっている。また、そして車載装置からセキュリティ警告など各種の信号を受信する受信機の機能も備えた構成を採ることが多い。この場合、携帯機は小型であること、そして送信，受信が高効率，高感度であることが求められる。そこで携帯機の無線方式は使用に際して免許や資格が要らない特定小電力無線を用いることが多い。そして、周波数帯は例えば４００ＭＨｚ帯がよく用いられる。これは、４００ＭＨｚ帯は、デッドポイントの発生が少なくて到達距離と信頼性の点で有利性がある。

そうした携帯機ではアンテナは伸長，短縮が行えるロッドアンテナとし、ロッドアンテナは順次に細径となる複数の筒体（ロッド）を同心に組み入れた構成を採る。このロッドアンテナは伸長時の全長を例えばλ／４とするので４００ＭＨｚ帯では略１８ｃｍ程度になり、いわゆるモノポールアンテナとして機能し、ロッドを押し込み短く短縮させることで携帯機の本体内に収納できて小型化が行える。

ここで、ロッドアンテナは携帯機の本体に収納状態では本来のアンテナ性能を発揮できないという問題がある。このため、例えば特許文献１，２などに見られるように、ロッドアンテナの先端にコイルアンテナを設けて、ロッドアンテナの収納時にはコイルアンテナ側に給電接続を切り替える構成を採るものがある。アンテナ部分の構成には小型化と高性能を得るために、二つのアンテナの使い分け、給電点近くの接続の仕方や整合の取り方、そして携帯機の本体への取り付け方などについて様々な提案がなされている。
特開平９−１４８８２６号公報 特許第３４０６３２８号公報

しかしながら、そうした従来の携帯機用アンテナでは以下に示すような問題がある。すなわち、ロッドアンテナによるモノポールアンテナとしては、この全長は携帯機の本体内に隠れた部分がなく全てを突き出し露出させた伸長状態のときにアンテナ効率が最もよいと言える。これには携帯機の本体への取り付け方や給電点近くの接続の仕方などに工夫が必要になる。例えば特許文献１，２などでは本体内に筒状の収納部材を設けてロッドアンテナはその収納部材に組み入れし、伸長時には設定波長に対応する全長が本体上部から突き出してその根本部分が給電点になるような構成になっている。

しかし、ロッドアンテナを伸長させた際の全長は、４００ＭＨｚ帯においてλ／４では前述したように略１８ｃｍ程度になり、これは比較的に長いため、全長を突き出して露出させる構成では伸長時の取り回しが悪く、携帯性を損なうという問題がある。また、ロッドアンテナの収縮時の携帯性ももちろん悪く、携帯機の小型化を阻害する一因にもなっている。このため、アンテナ効率は高く得たいが、突き出し長さは短くしたいという相反した要求になっている。また、意匠性の面でも突き出し長さは短くしたいという要求もある。

ロッドアンテナの収納時にコイルアンテナに切り替える構成では、コイルアンテナを単体で機能させるが、この単体動作ではコイルアンテナは一般にロッドアンテナに比べて感度が格段に低く、ロッドアンテナの伸長時と短縮時とでアンテナ性能の格差が大きいという問題がある。コイルアンテナは感度を得るためコイル巻き数を増すことが有効ではあるが、さほど大きな向上は望めないばかりか、巻き数を増すとコイルアンテナが大型化してしまい、携帯機の本体上部から突き出すコイルアンテナの部分が大きくなり、携帯性を損ない意匠性が悪い。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、ロッドアンテナを短縮させた収納時においてもアンテナ性能を良好に向上でき、携帯性および意匠性の面で有利性がある携帯機用アンテナを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る携帯機用アンテナは、主装置に対して外部から信号を送信及びまたは信号を受信する携帯機に組み付ける携帯機用アンテナであって、複数段のロッドを有して全長の伸縮が行えるロッドアンテナと、線材を密に巻き回したコイルアンテナとを備え、前記コイルアンテナは前記本体の上部に横向きに組み付けられ、前記コイルアンテナの基部には、前記ロッドアンテナを短縮状態とした際に、その短縮状態のロッドアンテナ（例えば、ロッドアンテナを構成する最上段ロッド等）の先端側に接触して接続され、前記ロッドアンテナを伸長状態とした際にはそのロッドアンテナと非接触状態になる端子部を設け、前記コイルアンテナの他方端はＧＮＤ側に接続されるように構成した。

また、前記コイルアンテナは、コイルの軸心に導体線を有し、当該導体線は前記端子部に接続して延長し、遠方端から折り返しに巻き回す形態にコイルを形成する構成としたり、前記他方端に容量性素子を介在させてＧＮＤ側に接続する構成にしたりするとよい。

係る構成にすることにより本発明では、ロッドアンテナの伸長時には、コイルアンテナ（端子部）は各ロッドとは接触せず、このためロッドアンテナが単体でモノポールアンテナの構成となり、例えばλ／４など設定波長のモノポールアンテナとして動作する。

ロッドアンテナを短縮させた収納時には、コイルアンテナの端子部が最上段ロッドの先端に接触するので、ロッド１段分の全長のモノポール先端にコイルアンテナが連なり、このコイルアンテナは他方端が回路基板のＧＮＤ側に接続させてあることからループアンテナとして動作し、これはロッド１段分のモノポールアンテナとの共振アンテナの構成となり、それら両者が連係する形態で動作する。

コイルアンテナは巻き線を密に巻いているので、各ターンの間からは電界および磁界が放射することがない。したがって、磁流はコイルの軸心に沿うものとなり、効率がよい磁流源となる。

インピーダンス特性については、ロッドアンテナの伸長時には所定波長のモノポールアンテナをなすので、高周波回路（整合回路）はそのモノポールアンテナに単独でインピーダンス整合するように設計できる。

ロッドアンテナを短縮させた時は、ロッド１段分の全長が主に容量性成分となり、当該モノポール先端に連なるコイルアンテナは主に誘導性成分となる。このため、誘導性成分であるコイルアンテナについて、使用周波数に共振する適正インピーダンスとなるような設定を採ることができ、つまり、コイルアンテナの誘導性成分をロッド１段分のアンテナ部分における容量性成分に対応させて設定すればよい。

その結果、高周波回路との整合性をロッドアンテナの伸長時と収納時との両形態について変わることなく確保でき、整合回路は単に一つを用意すればよく、インピーダンス不整合による損失を防ぐことができる。

コイルアンテナは短縮されたロッド１段分のモノポールアンテナに接続するので、そのモノポールアンテナの先端部のインピーダンスは高い。このコイルアンテナへの給電は、ロッド１段分のモノポールアンテナ側から行われることから、より広範な入力インピーダンスに対してコイルアンテナが励振する動作となる。

以上のように、本発明に係る携帯機用アンテナでは、ロッドアンテナの収納時には、電流アンテナと磁流アンテナとを連係した構成となり、両者が複合して動作するので高い利得が得られてアンテナ性能を良好に向上できる。

そして、高周波回路との整合性を、ロッドアンテナの伸長時と収納時との両形態について変わることなく確保でき、整合回路は単に一つを用意すればよく、インピーダンス不整合による損失を防ぐことができる。このため、伸長時および短縮させた収納時の何れでも良好なアンテナ特性を得ることができる。

ロッドアンテナは携帯機の本体長手に短縮状態でその全長を収納するので、本体内に収まる分はロッドアンテナの突き出し全長を短くでき、小型化が行えて周波数帯４００ＭＨｚであっても携帯性および意匠性の面で好ましい。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を示している。本実施の形態において携帯機用アンテナは、複数段のロッドを同心状に有して全長の伸縮が行えるロッドアンテナ１と、線材を密に巻き回したコイルアンテナ２とを備える。そして、ロッドアンテナ１を携帯機の本体３内に縦向きに収納させ、コイルアンテナ２は本体３の上部に横向きに組み付けし、ロッドアンテナ１の収納時には、コイルアンテナ２がロッドアンテナ１の先端１０に接触して接続する構成になっている。

この携帯機は、たとえば車載装置に制御信号を送信する送信機になっており、そして車載装置からセキュリティ警告など各種の信号を受信する受信機の機能も備えた構成になっている。携帯機の無線方式は使用に際して免許や資格が要らない特定小電力無線とし、周波数帯は例えば４００ＭＨｚ帯にしている。

ロッドアンテナ１は、複数段のロッドを全て引き延ばした伸長時の全長を例えばλ／４に設定しており、いわゆるモノポールアンテナになる。携帯機の本体３内には最下段ロッド１２が本体長手に収まり、回路基板４の該当部位（高周波回路）から延びた給電線５が最下段ロッド１２の下端に接続し、その下端部位が給電点になる。ロッドアンテナ１の長さ設定は、もちろんλ／４に限定するものではなく、適宜に設定することができる。

コイルアンテナ２は、図２に拡大して示すように、線材を密巻きしたコイル部２１を有し、このコイル部２１はその一方端を支持板２２に組み付けし、そして全体にカバー部材２３を被せて保護する構成になっている。

支持板２２には、ロッドアンテナ１側と接続するための端子片２４を設け、カバー部材２３には、回路基板４のＧＮＤ側と接続するための端子片２５を設けている。端子片２４は支持板２２の裏面側に向けて突き出し、図示しないバネ機構により当該方向にストローク動作が行えるようになっている。端子片２５はカバー部材２３の側周から突き出し、回路基板４のＧＮＤパターンに接続している。コイル部２１は、端子片２４に対して一方の端部を接続させ、他方の端部を端子片２５に接続させて支持している。

支持板２２の裏面側には、ロッドアンテナ１側と連係させるための連結部材２６を設けている。連結部材２６は端子片２４が嵌め合う孔部２７を有し、この孔部２７に対して直交する向きに受け座孔２８を設け、当該受け座孔２８が本体３の上部つまり最下段ロッド１２の先端側に同軸上に位置し、各ロッドを嵌め合わせに通すようになっている。

受け座孔２８の内周は、孔部２７の開口近辺をテーパ形状の座部に形成し、ロッドアンテナ１の収納時に先端１０が嵌め合い着座するようになっている。そして、ロッドアンテナ１の先端１０には環状に溝部１３を設け、先端１０を受け座孔２８の座部に着座させた際に、端子片２４の先端部分が溝部１３に嵌め合って接触し、逆に先端１０を引き出してロッドアンテナ１を伸長させた際は、端子片２４は付き出し長さを短く制限していて、端子片２４の先端部分は、受け座孔２８に位置したロッド外周には接触しない構成になっている。

この場合、ロッドアンテナ１の伸長時には、端子片２４の先端部分はロッド外周には接触しなく、つまりコイルアンテナ２はロッドアンテナ１とは非接触に絶縁し、このためロッドアンテナ１が単体でモノポールアンテナの構成となり、例えばλ／４など設定波長のモノポールアンテナとして動作する。

ロッドアンテナ１を短縮させた収納時には、端子片２４がロッドアンテナ１の先端１０に接触して接続するので、最下段ロッド１２の先端側にコイル部２１が接続し、全長がロッド１段分のモノポール先端にコイルアンテナ２が連なる。このコイルアンテナ２は他方端が回路基板４のＧＮＤ側に接続させてあることからループアンテナとして動作し、これはロッド１段分のモノポールアンテナとの共振アンテナの構成となり、それら両者が連係する形態で動作する。

すなわち、ロッド１段分のモノポールアンテナ側は、電波を電界としてとらえるタイプ、いわゆる電流アンテナの動作となる。これに対して、コイルアンテナ２は他方端をＧＮＤ側に接続したループアンテナであることから、これは電波を磁界としてとらえるタイプ、いわゆる磁流アンテナの動作となる。よって、これら両者が連係する形態で動作することになる。

コイル部２１は巻き線を密に巻いているので、各ターンの間からは電界および磁界が放射することがない。したがって、磁流はコイルの軸心に沿うものとなり、コイルアンテナ２は効率がよい磁流源となる。

インピーダンス特性については、ロッドアンテナ１の伸長時には所定波長のモノポールアンテナをなすので、高周波回路（整合回路）はそのモノポールアンテナに単独でインピーダンス整合するように設計できる。

ロッドアンテナ１を短縮させた収納時は、最下段ロッド１２はアンテナ特性における容量性成分に加えて接地パターンとの間における浮遊容量が加わり、主として容量性の部材として見ることができる。つまり、携帯機は各部品の小型化や隙間を減らす部品配置などを行うことで小型に構成しており、このため、本体３内に配置した最下段ロッド１２は回路基板４に接近し、接地パターンに対面するような状態となり容量性を示す。

一方、コイルアンテナ２は、ロッド１段分のモノポールアンテナ（最下段ロッド１２）に比べて明らかに誘導性であり、この誘導性であるコイルアンテナ２は、巻き数を適宜に調整でき、このため誘導性成分の変更，設定が容易に行える。

したがって、ロッドアンテナ１の収納時において、最下段ロッド１２にコイルアンテナ２が連なる複合アンテナの構成は、コイルアンテナ２側における誘導性の調整によりインピーダンスを適正化でき、所定周波数において適正インピーダンスとなる複合アンテナとすることができる。

すなわち、インピーダンスの設計では、まずロッドアンテナ１の伸長時について整合回路のインピーダンスを設定し、次にロッドアンテナ１の収納時については、コイルアンテナ２の誘導性を適宜に設定することにより、伸長時に設定したインピーダンス値に容易に合わせることができる。

その結果、アンテナ側と高周波回路側とのインピーダンス整合が容易に実現でき、高周波回路との整合性を、ロッドアンテナ１の伸長時と収納時との両形態について変わることなく確保でき、整合回路は単に一つを用意すればよく、給電線５の部分で生じる不要な損失（インピーダンス不整合）を防止できる。このため、伸長時および短縮させた収納時の何れでも良好なアンテナ特性を得ることができる。

このように本発明に係る携帯機用アンテナでは、ロッドアンテナ１の収納時には、電流アンテナと磁流アンテナとを連係した構成となり、両者が複合して動作するので高い利得が得られてアンテナ性能を良好に向上できる。

コイルアンテナ２の誘導性を適宜に設定することで、伸長時と収納時とのインピーダンスを一致させる設定を容易に採ることができる。したがって、高周波回路との整合性を、ロッドアンテナの伸長時と収納時との両形態について変わることなく確保でき、整合回路は単に一つを用意すればよく、インピーダンス不整合による損失を防ぐことができる。このため、ロッドアンテナ１の伸長時および収納時の何れでも良好なアンテナ特性を得ることができる。

また、ロッドアンテナ１の収納時においてロッド１段分のモノポールアンテナはインピーダンスが高く、これに密巻きのためインピーダンスが高いコイルアンテナ２を接続することから低損失に整合できる。すわわち、ロッド１段分のモノポールアンテナの部分は、整合部としても機能している。

ロッドアンテナ１は携帯機の本体３の長手に短縮状態でその全長を収納するので、本体３内に収まる分はロッドアンテナ１の突き出し全長を短くでき、小型化が行えて周波数帯４００ＭＨｚであっても携帯性および意匠性の面で有利である。

図３は、本発明の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態では、コイルアンテナ２の巻き線の形態を変更している。つまり、コイルアンテナ２は、コイル部２１の軸心に導体線２９を有し、当該導体線２９はロッドアンテナ１側の端子片２４に接続して延長し、遠方端から折り返しに巻き回す形態にコイル部２１を形成する構成にしている。

この場合、導体線２９がコイルの軸心にあるので、コイル部２１における電流はその導体線２９に流れる分が多くなり、軸心外側のコイル部分を流れる分が少なくなる。したがって、折り返しに巻き回すコイル部分の巻き数を減少でき、その結果、横方向の長さを低減できる。また、軸心外側のコイル部分を流れる分が少なくなるので、回路基板４のＧＮＤパターンからの影響が少なくなる。

図４は、本発明の第３の実施形態を示し、（ａ）は第１実施形態の構成に対応し、（ｂ）は第２実施形態の構成に対応している。この第３の実施形態では、コイルアンテナ２におけるＧＮＤ接続の構成を変更しており、コイルアンテナ２の他方端を直接にＧＮＤ側に接続するのではなく、他方端には容量性素子６を介在させてＧＮＤ側に接続する構成にしている。このため、ロッドアンテナ１の収納時においてコイルアンテナ２はコイル部２１の両端が容量性成分となり、容量性素子６により容量性成分を調整できることから、入力インピーダンスの設定範囲を広げることができる。

なお、上述した実施の形態では、主装置は車載装置であり、携帯機は車外から当該車載装置と通信可能なシステムに適用した例を示したが、本発明は此に限ることはなく、例えばホームセキュリティシステムその他のシステムに適用される携帯機並びにその携帯機に実装可能な携帯機用アンテナに適用できる。

本発明に係る携帯機用アンテナの第１の実施形態を示す正面図であり、（ａ）はアンテナを伸長した状態、（ｂ）はアンテナを短縮させた状態をそれぞれ示している。 図１に示すアンテナの先端部分を説明するため要部を拡大して示す正面図である。 第２の実施形態を説明するため要部を拡大して示す正面図である。 第３の実施形態を説明するため要部を拡大して示す正面図であり、（ａ）は第１実施形態の構成に対応し、（ｂ）は第２実施形態の構成に対応している。

符号の説明

１ ロッドアンテナ
２ コイルアンテナ
３ 本体
４ 回路基板
５ 給電線
６ 容量性素子
１０ 先端
１１ 最上段ロッド
１２ 最下段ロッド
１３ 溝部
２１ コイル部
２２ 支持板
２３ カバー部材
２４，２５ 端子片
２６ 連結部材
２７ 孔部
２８ 受け座孔
２９ 導体線

Claims (4)

1. 主装置に対して外部から信号を送信及びまたは信号を受信する携帯機に組み付ける携帯機用アンテナであって、
   複数段のロッドを有して全長の伸縮が行えるロッドアンテナと、線材を密に巻き回したコイルアンテナとを備え、
   前記コイルアンテナは前記本体の上部に横向きに組み付けられ、
   前記コイルアンテナの基部には、前記ロッドアンテナを短縮状態とした際に、その短縮状態のロッドアンテナの先端側に接触して接続され、前記ロッドアンテナを伸長状態とした際にはそのロッドアンテナと非接触状態になる端子部を設け、
   前記コイルアンテナの他方端はＧＮＤ側に接続されていることを特徴とする携帯機用アンテナ。
2. 前記コイルアンテナは、コイルの軸心に導体線を有し、当該導体線は前記端子部に接続して延長し、遠方端から折り返しに巻き回す形態にコイルを形成することを特徴とする請求項１に記載の携帯機用アンテナ。
3. 前記コイルアンテナは、前記他方端に容量性素子を介在させて前記ＧＮＤ側に接続することを特徴とする請求項１あるいは２の何れかに記載の携帯機用アンテナ。
4. 主装置に対して外部から信号を送信及びまたは信号を受信する携帯機であって、
   各種回路を実装する本体と、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の携帯機用アンテナと、を備え、
   前記携帯機用アンテナを構成する前記ロッドアンテナの下端側の一部を前記本体内に収納するようにしたことを特徴とする携帯機。

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