JP2509970B2

JP2509970B2 - 移動通信端末

Info

Publication number: JP2509970B2
Application number: JP63048966A
Authority: JP
Inventors: 三郎安達; 邦男澤谷; 和久猪狩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPH01222502A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕内部アンテナを有する移動通信端末に関し、電気的に小型であるとともに対称性のよい放射パター
ンを確保することを目的とし、内部アンテナが、該端末上面に設けられた接地面と、
該接地面上部に設けられる導体と、該導体に給電するた
めの給電部とを有し、該導体は、前記接地面に対し水平に設けられ、前記接地
面に接地された板状の中央部と、それぞれ略等しい長
さ、対称形状で、前記接地面に対し垂直に、且つ間隙を
有して設けられ、それぞれの端部が前記中央部の端部の
それぞれに接続される第一部分及び第二部分からなり、
前記板状の中央部の中心において点対称の形状に構成さ
れ、前記給電部は、前記板状の中央部の略中心に接続され、て構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は内部アンテナを有する移動通信端末に関す
る。

業務用移動無線機、パーソナル無線機、コードレス電
話等の個人携帯形の移動通信端末装置においては、装置
筐体に内蔵された小型のアンテナが用いられている。更
に、装置はより小型化が要求される傾向にあり、それに
伴って内蔵のアンテナも小型でかつ対称性の良い放射パ
ターン特性を有するものであることが要求されている。

〔従来の技術〕

従来、移動通信端末用アンテナの一つとして、逆Ｆ型
アンテナが知られている。

このアンテナの構造と特性は、昭和57年度電子通信学
会総合全国大会資料講演番号613 春木、小林「携帯
無線機用逆Ｆ型アンテナ」に紹介されている。この資料
に示される逆Ｆ型アンテナの概略構成は第16図に示すよ
うなものである。図中160はアンテナ素子、161は移動通
信端末装置本体で、無線回路及びディジタル回路からの
他の電気機器への輻射エネルギーの阻止、及び他からの
電磁エネルギーの入射を防止し、機器の安定動作を確保
するため、通常は金属ケース又は表面を金属化されたプ
ラスチックケース等で電磁シールドされている。162は
前記移動通信端末装置本体の一部であり、アンテナ素子
160の接地面を構成している。アンテナ素子160は板状導
体で構成され、主要部分163は接地面162と平行に設置さ
れている。164はアンテナ素子160の接地のための金属導
体、165、166、167はアンテナ素子160の励振のための給
電部で、165は移動通信端末装置161の無線周波数の入出
力端子、166は165と167を接続する導体である。167は励
振点で、その設置位置はアンテナのインピーダンス等を
考慮して実験的に決められる。

このアンテナの名称の由来は、163、164及び166が英
字「Ｆ」を形成しているためである。ここで、このアン
テナの寸法は、 1₁＋1₂＝λ/4 を満たすように設計されることが必要である。この条件
を外れると給電系とのインピーダンス整合がとれない場
合が生ずる。

更に、前記資料の２図には水平面内の放射パターンの
実測例が示されている。これによると図から理解される
ように、最大利得と最小利得との差は約４〜6dBとなっ
ている。これは構造が励振点に対して非対称であるため
と考えられる。

一方、従来、移動通信端末装置の多くは内部アンテナ
と外部アンテナを共に装備し、電波状態により、内部ア
ンテナと外部アンテナを切り換えて使用している。第17
図はこのような移動通信端末装置の一例であり、内部ア
ンテナとして前述の逆Ｆ型アンテナを用いた場合であ
る。第17図（ａ）はその概念図、（ｂ）は電気的接続図
である。

171は内部アンテナとしての逆Ｆ型アンテナであり、1
72は外部アンテナである。173は切替装置であって、こ
れにより電波状態が良い時は内部アンテナ171を、電波
状態が悪い時には内部アンテナより利得が高い外部アン
テナ172を送受信機174に切替接続して通信を行なうよう
にする。即ち、両アンテナの相互干渉により、利得が低
下するのを避けるためアンテナ171、172を切り換えて、
一方のアンテナのみ動作させている。従って、この切替
のための切替装置173が不可欠であり、具体的切替装置
の構成は、例えば公開実用新案公報昭和62−21636号に
開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、従来の逆Ｆ型アンテナは給電系と整
合のとれるインピーダンス特性を得るためには、アンテ
ナ主要部の周囲長さを自由空間波長の約半分とする必要
がある。従って、移動通信端末装置の筐体を小型化する
要求に対し、インピーダンス特性を維持することが困難
となり、アンテナ主要部の筐体の小型化に伴って内蔵し
得る大きさとすることが出来ない問題がある。

更に、平面内の放射パターンにおいて最大利得と最小
利得との差が約４〜6dB存在することは移動通信端末装
置に使用する場合、大きな不都合を生じている。

即ち、移動通信では送信アンテナと受信アンテナは共
用される場合が多い。従って、通信の相手方も同様のア
ンテナを用いた無線機の場合、最小利得の方向同士で交
信する時には最大利得の方向で交信する場合に比べて、
約8dB（最大、最小利得の差が4dBの場合）の利得差が生
ずることになる。これは通信可能距離が0.4倍に短くな
ることを意味する。携帯端末のように小型無線機で交信
を行おうとする場合、最小の送信電力で最大の通信可能
距離を持つことが重要である。従って、逆Ｆ型アンテナ
では方向によって通信可能距離が著しく変化し、安定な
通信が期待出来ないという問題が存在する。

一方、内部アンテナと外部アンテナを切り換える従来
の移動通信端末装置では、切替の動作が伴うために一方
のアンテナから他方のアンテナへ切り換わる時間はアン
テナが接続されない状態が発生する。このため通信が遮
断することとなり安定な通信を確保出来ないという問題
点を有している。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、インピーダンス特
性を維持し小型化を可能とし、更に対称性の良い放射パ
ターンを有する移動通信端末用アンテナを提供すること
を目的とする。

更に、上記アンテナの特性に加え、より広帯域特性を
有するアンテナを提供することを目的とする。

更に、上記アンテナの特性に加え、より機械的強度の
高い、量産性の優れたアンテナを提供することを目的と
する。

更に、本発明は内部アンテナと外部アンテナの切替を
不要とし、従って切替時間における通信の遮断がない移
動通信端末装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、内部アンテナを備
える移動通信端末において、内部アンテナが、該端末上
面に設けられた接地面に設けられた接地面と、該接地面
上部に設けられる導体と、該導体に給電するための給電
部とを有し、該導体は、前記接地面に対し水平に設けられ、前記接
地面に接地された板状の中央部と、それぞれ略等しい長
さ、対称形状で、前記接地面に対し垂直に、且つ間隙を
有して設けられ、それぞれの端部が前記中央部の端部の
それぞれに接続される第一部分及び第二部分からなり、
前記板状の中央部に中心において点対称の形状に構成す
る。

第１図は本発明によるアンテナの原理図であり、第１
図（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。

ここで、第１図の本発明によるアンテナ原理図におい
て板状導体である第一部分１、第二部分２及び中央部５
は、第１図（ａ）から観察すると英字「Ｓ」を成してい
る。従って、本発明者等は以降の説明において、本発明
のアンテナをＳ型アンテナと称する。しかし、本発明に
よるアンテナはかかるＳ型に限定されるものではない。
例えば、逆Ｓ即ち状に板状導体を形成することも、筐体の構造に応じて、
筐体が楕円形であれば第一部分１と第二部分２を楕円形
に沿って角を有しない文字通りの「Ｓ」型にすることも
可能である。

本発明による他のアンテナは板状導体の第一部分１及
び第二部分２の接地面３と反対の上端部に接地面３と平
行する折曲部を形成している。

本発明による更に他のアンテナは非導電体ブロック上
に板状導体の第一部分１、第二部分２及び中央部５がパ
ターン形成されている。

第２図は本発明の移動通信端末装置の原理図である。
21は通信装置筐体であり、内部に送受信機22が収容さ
れ、本発明によるＳ型アンテナを内部アンテナ20とし、
外部アンテナ24とともに装備している。23は外部アンテ
ナ24と送受信機22の入出力端子を接続する給電線であ
る。内部アンテナ20は常に送受信機22に電気的に接続さ
れ、外部アンテナ24はその動作時のみ送受信機22に接続
される。

尚、第２図（ａ）は内部アンテナ20のみを、第２図
（ｂ）は内部アンテナ20と外部アンテナ24を同時に動作
させた場合である。

〔作用〕

板状導体の第一部分１、第二部分２及び中央部５と接
地面３との間の間隙４により分布容量を形成する。この
間隙４を狭くすることにより、分布容量が増加する。従
って、この分布容量と板状導体の第一部分１及び第二部
分２のインダクタンスから決定される共振周波数を下
げ、結果として動作周波数を下げることができる。逆に
間隙４を広げることにより動作周波数を上げることも可
能である。従って、この間隙４の調整によりインピーダ
ンス特性の良好な動作周波数を変化させることが可能で
ある。

この事実により、筐体の小型化に伴いアンテナの形状
を小型化したときのインピーダンス特性の変動は間隙４
の調整により補正することが可能であり、結果として本
発明により、従来の逆Ｆ型アンテナに比し小型のアンテ
ナを得ることができる。

更に、給電部６は点対称に接続されるので、放射パタ
ーン特性も良好な対称性を有するものとなる。

更に、本発明の移動通信端末装置は常に内部アンテナ
20が送受信機22と接続されているので通信に遮断を生ず
ることを回避できる。

〔実施例〕

第３図は本発明のＳ型アンテナの一実施例を示す構造
図である。（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）図のＡ
部の構造を示す拡大図である。

図中第１図と同じ番号を付したものは同じ作用をする
ものである。

30はアンテナ素子であり、主要部となる板状導体の第
一部分１と第二部分２及び中央部５は英字「Ｓ」に対応
する構造をしている。

板状導体は第４図の展開図に示す形状に打ち抜かれた
銅板を破線部分を紙背方向に折り曲げて第３図の形状に
して形成できる。尚、第４図で番号１、２、５はそれぞ
れ第３図の第一部分１、第二部分２及び中央部５に対応
する。

間隙４には、振動、衝撃等に対する機械的強度を向上
させるため、誘電体等の非金属を充填することも可能で
ある。本実施例においては、間隙全体の分布容量に影響
を与えないように間隙４の数箇所にポリカーボネートの
小片をスペーサとして配置してある（図示せず）。更に
間隙４は板状導体の主要部全域に渡って形成される必要
はなく、又全体に渡って同一の間隙である必要はなくア
ンテナの動作周波数帯域におけるインピーダンスが良好
となるように実験的に決定される。

第３図（ｂ）において、７はアンテナ素子30の接地の
ための接地導体で、給電点34から見たインピーダンスの
抵抗分を高くするために設置される。32、33は導体で構
成される給電点34とともにアンテナ素子30の励振のため
の給電部を構成し、33は送受信機（図示せず）の無線周
波数の入出力端子、32は励振点である。励振点、32は板
状導体の中央、換言すればＳ型の中央位置にあり、アン
テナ全体に対し点対称となっている。

本実施例において各寸法は次の通りである。Ｓ型の長
手方向の長さをＬ、横方向の長さをＷ、空隙４を含めた
接地面３に垂直方向の高さをＨとしアンテナの動作周波
数帯域の中心周波数843MHzにおける自由空間長をλとす
ると、Ｌ＝0.126λ Ｗ＝0.055λ Ｈ＝0.025λ である。更に、間隙４及び開口部31の長さは高さＨの約
20％である。

かかる条件での本実施例アンテナの特性は第５図、第
６図により理解することができる。即ち第５図は50Ωで
規格化したアンテナインピーダンスのVSWR特性を示す。
VSWR≦２で評価すると10％の帯域幅を持つと言える。

一方、従来の逆Ｆ型アンテナについてのVSWR特性は前
述の資料の３図に示され、VSWR≦２で評価すると７％程
度の帯域幅であると説明されている。従って、本発明の
Ｓ型アンテナはより広帯域特性を有していることが理解
される。

又、上記実施例寸法では、Ｌ＋Ｗ＝0.181λ＜λ/4となり、従来の逆Ｆ型アンテ
ナに比し、小型化が可能であることが理解できる。

第６図は本発明のＳ型アンテナの水平面内放射パター
ンの実測図である。図から明らかなとおり最大利得と最
小利得の差は殆どなく水平面内のどの方向に対しても、
均一な利得を有している。

従って、従来の逆Ｆ型アンテナのような方向によって
通信可能距離が変化するということなく安定な通信が確
保できる。

第７図は本発明のＳ型アンテナの他の実施例を示す。
図中の番号で第１図、第３図と同一のものは同一又は同
様の作用をするものである。

70は板状導体の第一部分１、第二部分２の上端を接地
面３と平行となるように折曲された折曲部であり、この
折曲部70により機械的強度が増加するとともに動作帯域
幅を広域化している。

この実施例における各寸法は第３図実施例と同じであ
り、更に折曲部70の幅は3mmである。

この時の特性データは第８図に示す如くである。第８
図は第５図と同様のVSWR特性データであり、VSWR≦２で
評価すると第３図実施例に比べより動作帯域幅が拡大し
ている。従って、第７図の実施例の特徴である折曲部70
による動作帯域幅の拡大効果が理解出来る。

尚、第７図の実施例において、接地面３に近い側に折
曲された部分を形成した場合は、分布容量が大きく、そ
の影響も大きいので折曲量は電気的特性と機械強度の両
方を考慮しながら実験的に求めることが必要である。

第９図は本発明のＳ型アンテナの更に他の実施例であ
る。他の実施例と同様に同一番号の部分は同様の作用を
持つものである。

アンテナ素子30は誘電体等の非導電物質で作ったブロ
ック90に斜線で示す導体部分１、２、及び５をパターン
形成し、かつ本体８に固定されている。導体部分１、
２、５、はこれを展開すると第４図と同様になり、金属
薄膜を接着あるいは蒸着等の方法でパターン形成するこ
とが可能である。

第９図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂでの断面図で給電部の
構造を示している。ブロック90に貫通孔91、92が穿かれ
ている。貫通孔91には導線93が、貫通孔92には導線94が
通り、各々送受信機（図示せず）、接地面３と接続され
ている。

この実施例によれば機械的強度が確保されるとともに
固体間のばらつきがなくなり、量産性及び信頼性に富ん
だＳ型アンテナが容易に得られる。

以上の説明において、第３、７、及び９図の実施例で
はいずれもアンテナ素子保護用のカバーを省略して示し
たが、機械的強度の確保及び美的観点から保護カバーを
設けてもよく、その場合も、本発明によるアンテナの特
性には何等影響を与えない。

第10図は本発明による移動通信端末装置の一実施例を
示す図である。

図において、移動通信端末装置筐体10の上部に内部ア
ンテナとして本発明によるＳ型アンテナ11を実装してい
る。筐体10とＳ型アンテナ11との間隙には0.7Φの金属
線を給電線12として設けその先端に外部アンテナとして
モノポールアンテナ14を装着している。

給電線先端とモノポールアンテナ14との接続部13はモ
ノポールアンテナ14を装置内に収納した時、給電線から
切り離す構造になっている。第11図にその構成例を示
す。第11図（Ａ）は、給電線12の先端をバネ構造にした
ものである。モノポールアンテナ14の下部にアンテナの
金属導体と電気的に接触するアンテナ導体直径より大き
な金属部141が設けられている。アンテナを上方に引き
上げた時、上記金属部141と給電線12が接触接続され
る。同時にＳ型アンテナ14にモノポールアンテナ14が電
気的に接続され、二つのアンテナが動作することにな
る。

逆にモノポールアンテナ14を下方に下げた場合は、給
電線先端とアンテナ金属部141が離されＳ型アンテナ単
独で動作することになる。尚、モノポールアンテナ14は
絶縁体142で筐体にネジ止め固定されている。

第11図（Ｂ）は一般に使用されている接続機構であ
り、モノポールアンテナ14の中心金属部143の下部を除
いて全体を絶縁体144で被っている。更に、そのモノポ
ールアンテナ14をバネ性金属筒145で支持し、モノポー
ルアンテナ14の下部は中心の金属部143を露出させたま
まか、或いはバネ性金属筒145に接触し易い形状として
いる。従って、モノポールアンテナ14を延ばすことによ
りモノポールアンテナ14の下部がバネ性金属部145に接
触し、給電線12に接続される。

第11図（Ｃ）（Ｄ）は、（Ａ）（Ｂ）とは逆に、モノ
ポールアンテナ14が収納のために下方に下げられた時、
モノポールアンテナ14がその上方先端の絶縁体146、147
により給電線12から切り離される構造である。

従って、Ｓ型アンテナ11は送受信信号を給電部16を介
して、常時送受信機15と授受している。更に、給電部16
には0.7Φの給電線12が接続されているので、送受信信
号の一部は接続機構13を介して引き伸ばされて動作状態
にあるモノポールアンテナ14と授受される。

第12図、13図は、電波環境をランダム状態にして上記
移動通信端末装置の特性を測定したものであり、第12図
はＳ型アンテナ14単体の性能、第13図はＳ型アンテナ14
と給電線12を設けた時の性能を示している。即ち、横軸
は受信電力、縦軸はそれぞれの受信電力で受信できる確
率を表している。このデータから、Ｓ型アンテナ14単体
の時の平均受信電力は−66.8dBmであり、Ｓ型アンテナ1
4と給電線12を設けた時は−66.3dBmである。従って、給
電線12を設けることにより、悪影響は無く、却って平均
受信レベルは改善されている。

第14図は第10図に示すモノポールアンテナ14を垂直方
向に０〜Ｌの長さまで伸長した時のやはり電波環境をラ
ンダム状態にして測定した平均受信電力のデータであ
る。横軸は測定周波数の波長にて規格化した値である。
第14図によれば、モノポールアンテナ14を伸長すること
により平均受信電力は、L/λが0.425のところまでＳ型
アンテナ14の平均受信電力に比べ、±0.8dB以内での変
動である。このことはＳ型アンテナ11にモノポールアン
テナ14をＳ型アンテナ11の特性を乱さずに接続すること
が可能であると考えることができる。

以上の説明から理解されるように、送受信機15は常に
Ｓ型アンテナと電気的に接続されているので、モノポー
ルアンテナ14が収納され、給電線12との接続が切り離さ
れた場合においても通信の瞬断がない。更にＳ型アンテ
ナ11とともにモノポールアンテナ14が動作する状態にす
れば、Ｓ型アンテナ11単独より利得が向上され、電波状
態の悪化にも充分対応出来ることが理解できる。

第15図は本発明による移動通信端末装置の他の実施例
である。この実施例は、第10図の実施例における給電線
12をプリント板151上にエッチング技術により形成した
ものである。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明によれば移動通信端末用ア
ンテナはアンテナ素子の板状導体の少なくとも主要部分
の一部を接地面に垂直に配置され、その間隙を調整する
ことにより、好ましいインピーダンス特性を得ることが
できるので、アンテナの小型化が可能となる。更に、給
電部が、励振点に対して点対称に接続される構造とした
のでアンテナの放射パターンが真円に近く、あらゆる電
波到来方向に対しても均一な利得が得られる。従って、
移動通信端末装置のような電波到来方向に絶えず変化す
る場合でも、一定のアンテナ利得が得られ、安定な通信
が確保できる。

更に本発明によれば、移動通信端末装置は本発明のＳ
型アンテナを内部アンテナとして使用し、且つ送受信機
と常時電気的に接続するようにしているので、アンテナ
の切替により通信の瞬断を防止することができる。更に
外部アンテナの動作時は内部アンテナとともに送受信機
に接続されるので利得の向上が図れるという利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による移動通信端末用アンテナの原理
図、第２図は本発明による移動通信端末装置の原理図、第３図は本発明によるＳ型アンテナの一実施例、第４図は第３図実施例のアンテナ主要部の展開図、第５図は第３図実施例のインピーダンス特性データ、第６図は第３図実施例の水平面内放射パターン特性、第７図は本発明のＳ型アンテナの他の実施例、第８図は第７図実施例のインピーダンス特性データ、第９図は本発明のＳ型アンテナの更に他の実施例、第10図は本発明による移動通信端末装置の実施例、第11図は第10図実施例における切替装置13の実施例、第12図は、電波環境をランダム状態にして測定したＳ型
アンテナ14単体の受信性能データ、第13図は、電波環境をランダム状態にして測定したＳ型
アンテナ14と給電線12を設けた時の性能データ、第14図は第10図に示すモノポールアンテナ14を垂直方向
に０〜Ｌの長さまで伸長した時のやはり電波環境をラン
ダム状態にして測定した平均受信電力のデータ、第15図は本発明による移動通信端末装置の他の実施例、第16図は従来の逆Ｆ型アンテナの概略構造図、第17図は従来の移動通信端末装置の一例を示す。１、２は板状導体の第一部分、第二部分３は接地面５は板状導体の中央部６は給電部 20はＳ型アンテナ 22は送受信機 23は給電線 24は外部モノポールアンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者澤谷邦男宮城県仙台市三神峯１丁目３番３―503 号 (72)発明者猪狩和久宮城県仙台市山田本町７番31号

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部アンテナを備える移動体通信端末にお
いて、該内部アンテナが、該端末上面に設けられた接地面と、
該接地面上部に設けられる導体と、該導体に給電するた
めの給電部とを有し、該導体は、前記接地面に対し水平に設けられ、前記接地
面に接地された板状の中央部と、それぞれ略等しい長
さ、対称形状で、前記接地面に対し垂直に、且つ間隙を
有して設けられ、それぞれの端部が前記中央部の端部の
それぞれに接続される第一部分及び第二部分からなり、
前記板状の中央部の中心において点対称の形状に構成さ
れ、前記給電部は、前記板状の中央部の略中心に接続され、て構成されることを特徴とする移動体通信端末。
【請求項２】前記板状導体の第一部分及び第二部分の上
方に接地面と平行する折曲部を有することを特徴とする
請求項１記載記載の移動体通信端末。