JP2843961B2

JP2843961B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2843961B2
Application number: JP5255974A
Authority: JP
Inventors: 光一常川; 誠嗣萩原
Original assignee: NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH07111414A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無線機に利用する。特
に、自動車用電話機、携帯電話機、コードレス電話機、
その他移動局用無線装置に利用するに適する。本発明
は、二つの共振波長を有するアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動電話網ではその利用拡大が著しく、
従来から割当てられていた一つの周波数帯には収容する
ことができなくなって、別の周波数帯が割当てられ周波
数範囲が拡張されている。旧くから割当てられていた周
波数帯の移動局装置と新しく割当てられた周波数帯の移
動局装置は別に構成することができるが、一つの周波数
帯の利用状態が輻輳状態にあるときには、他方の周波数
帯を利用することができることが便利であり、また電波
の有効利用を図ることができる。したがって、二つの周
波数を切換えて利用する移動局装置が利用されることに
なった。

【０００３】一般に移動局装置はきわめて小型に構成す
ることが必要であり、アンテナを二つ装備してそれを切
換えて使用することは適当ではない。このために、一つ
の装置に二つの異なる周波数に共振するアンテナ装置が
必要になった。

【０００４】図７および図８はこのための従来例装置で
ある。この例は、アンテナ素子２１の途中に共振回路２
４を設けて二つの周波数に共振するように構成したもの
である。給電線２３とアンテナ素子２１との間にインピ
ーダンス整合をとるための整合回路２２を設けてある。

【０００５】図８の例は、アンテナ素子２１は一つであ
るが、給電線２３とアンテナ素子２１との間に設けた整
合回路２２を二つの周波数に共振するように構成したも
のである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図７に示す装置では整
合回路２２の構成は簡単になるが、アンテナ素子２１の
中間部分に共振回路２４が挿入されるので機械的な構造
が複雑になり、一般にこの部分でアンテナ素子が折れ曲
がりやすくなるなどの欠点がある。図８に示す装置で
は、整合回路２６の構成が複雑になる欠点がある。ま
た、このような小型のパーツによる整合回路を付加する
ことは、アンテナ回路に新たな電力損失を生じさせるこ
とになる。

【０００７】さらに、このような従来例装置では、筐体
１４（図では接地電位の記号で表示する）にアンテナ電
流が生じるから、筐体を手で把持する構造の無線機で
は、筐体をどのように持つかあるいは人体の動きに応じ
て電流分布が変化して、アンテナの放射特性が変化する
ことになる。

【０００８】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、二つの周波数に共振するアンテナ装置であっ
て、構造が単純であり、損失が小さく、機械的強度があ
り、筐体に接する人体などの影響を受けにくい装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、二つの異なる
周波数に共振することができるアンテナ装置に関するも
ので、棒状のアンテナ素子（１）と、このアンテナ素子
の下端にその中心軸が連続するように設けられた金属円
筒（２）と、このアンテナ素子（１）の下端が接続され
この金属円筒（２）のほぼ中心軸に沿って配置された線
状金属（３）と、この金属円筒（２）の下部でこの線状
金属（３）とこの金属円筒（２）との間に接続された給
電線（４）とを備え、この金属円筒（２）の上部に一部
切り欠き部（５）が設けられたことを特徴とする。

【００１０】前記切り欠き部（５）は、前記金属円筒
（２）の中心軸を含む面およびその中心軸に直交する面
により形成されることが望ましい。

【００１１】

【作用】金属円筒（２）とその内部に設けられた線状金
属（３）は同軸構造をなす。そしてこの同軸構造はその
金属円筒（２）の下部で給電線（４）に接続され、その
上部で棒状のアンテナ素子（１）に接続される。したが
って、この同軸構造は給電線（４）とアンテナ素子
（１）との間に設けられたインピーダンス変換回路とし
て作用することになる。同軸構造の特性インピーダンス
は金属円筒（２）の内径と線状金属（３）の外径との比
で定まるから、この特性インピーダンスを給電線（４）
の特性インピーダンスに整合させ、その同軸構造の長さ
Ｓおよび金属円筒の内径と線状金属の外径の比とを調節
することによりアンテナ素子（１）の給電点のインピー
ダンスに整合させることができる。

【００１２】本発明の構造では、この金属円筒の上部に
切り欠き部（５）を設けた。したがって、切り欠きのな
い側ではアンテナ素子の実効長がＬ１であるのに対して
同軸構造の実効長はＳ１であり、切り欠きの有る側では
アンテナ素子の実効長がＬ２であるのに対して同軸構造
の実効長はＳ２になる。したがって、アンテナ素子を二
つの異なる波長に対して共振させることができるととも
に、同軸構造は二つの異なる波長に対してインピーダン
ス整合回路として作用させることができる。そして、そ
のアンテナ素子とインピーダンス整合回路のそれぞれの
二つの異なる波長を互いに接近させるように構成するこ
とができる。この原理については実施例の欄で設計例に
ついてスミスチャートを用いて定性的に詳しく説明す
る。

【００１３】さらに、整合回路は同軸構造であることか
ら、損失が小さく、機械的強度を大きくとることができ
る。また、同軸構造は外部胴体を筐体から電気的に分離
することができるので、接地側の電流分布はこの同軸構
造の外部導体に生じて筐体にはほとんど発生しないか
ら、筐体に接近する人体の影響を小さくすることができ
る。

【００１４】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００１５】（第一実施例）図１（ａ）は本発明第一実
施例の構成を示す斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【００１６】本発明第一実施例は、棒状のアンテナ素子
１と、このアンテナ素子の下端にその中心軸が連続する
ように設けられた金属円筒２と、このアンテナ素子１の
下端が接続されこの金属円筒２のほぼ中心軸に沿って配
置された線状金属３と、この金属円筒２の下部でこの線
状金属３とこの金属円筒２との間に接続された給電線４
とを備え、この金属円筒２の上部に一部切り欠き部５が
設けられ、この切り欠き部５は、金属円筒２の中心軸を
含む面およびその中心軸に直交する面により形成され
る。

【００１７】このように本発明第一実施例は、線状金属
３と金属円筒２とが同軸構造に構成され、その長さおよ
び内部導体となる線状金属３の外径と外部導体となる金
属円筒２の内径の比で決まる特性インピーダンスを調整
することにより、アンテナ素子１に対してインピーダン
ス変換回路となるように構成し、アンテナ素子１のイン
ピーダンスに整合させることができる。

【００１８】また、本第一実施例の構成では金属円筒２
に切り欠き部５を有しているので、インピーダンス変換
器として図１（ｂ）に示すようにＳ１およびＳ２の二つ
の異なる長さの同軸形変換器が得られ、２共振特性を得
ることができる。さらに、同軸形変換部分の外部導体が
スタブとしての機能をもつために筐体などの設置物から
受ける影響を少なくすることができる。

【００１９】ここで、本第一実施例について実験を行っ
た結果について説明する。図２は本第一実施例における
インピーダンス変換の概念を示すスミスチャートであ
る。

【００２０】同図中、Ｚはアンテナ素子１のインピーダ
ンス特性を示したものである。この実験では給電線４は
一般的な５０Ω系のものを使用し、アンテナ素子１はそ
の長さが１／２波長に近く、比較的高いインピーダンス
特性をもち、周波数によってＺとして示すような軌跡を
もつものとする。例えば、同軸線路の特性インピーダン
スを１００Ωにするには、内部導体となる線状金属３と
外部導体となる金属円筒２の内径の比を６程度にすれば
よく、したがって、内部導体に直径１ｍｍの導線を用
い、外部導体の内径を６ｍｍとすればその条件は満たさ
れる。

【００２１】図２では、このスミスチャートの規格イン
ピーダンスＺ０を１００Ωとしたもので、同図中のＺに
示すような軌跡のインピーダンスについて、純抵抗５０
Ω（０．５：Ｚ０）となる点を通る円との交点をｆ１
（○印）およびｆ２（△印）で示してある。このｆ１
（○印）およびｆ２（△印）のインピーダンスは同軸線
路の長さをこの円弧に相応するように設定することによ
り接続点のインピーダンスを５０Ωに接続することがで
きる。

【００２２】この場合、半周が電気長で１／４波長（λ
／４）に相当するので、周波数ｆ１における○点を５０
Ωに変換するには〔１／４波長−ａ〕、周波数ｆ２にお
ける△点を５０Ωに変換するには〔１／４波長＋ｂ〕の
長さの同軸構造を給電線４とアンテナ素子１との間に入
れればよい。そこでこの両特性を同軸形インピーダンス
変換器に同時に持たせるために、図１に示す切り欠き部
５を金属円筒２に設けると、周方向および長手方向に適
当な長さを選ぶことにより任意の２共振特性が得られ
る。

【００２３】これにより、同軸構造の長さとしてＳ１お
よびＳ２の両特性を有することになり、Ｓ２をほぼ〔１
／４波長−ａ〕、Ｓ１をほぼ〔１／４波長＋ｂ〕とすれ
ばｆ１およびｆ２で共振する２共振特性を得ることがで
きる。この場合、任意のアンテナインピーダンスに対し
て、同軸形線路の特性インピーダンスと、長さおよび切
り欠き部分５を適当に選ぶことにより、同様なインピー
ダンス変換特性を有する同軸構造を設計することができ
る。

【００２４】ここで、本第一実施例を小型金属筐体に設
置して実験を行った結果について説明する。図３（ａ）
は本発明第一実施例の実験モデルの外観を示す斜視図、
同図（ｂ）は反射減衰量をリターンロス（ｄＢ）で示す
図、図４（ａ）は本発明第一実施例におけるパターン特
性測定の方向を示す図、同図（ｂ）はＸ−Ｙ方向のパタ
ーン特性を示す図、同図（ｃ）はＸ−Ｚ方向のパターン
特性を示す図である。

【００２５】この実験は、金属円筒２の長さを約８ｃ
ｍ、切り欠き部５を２ｃｍとし、アンテナ素子１の長さ
を１５ｃｍ、金属筐体７を約２００ｃｃとして行ったも
ので、その結果は図３（ｂ）に示すような２共振特性が
得られた。また、放射パターンの測定結果は図４（ｂ）
および（ｃ）に示すようになり、このようにアンテナ素
子を小型筐体に設置したにもかかわらず、筐体の影響を
ほとんど受けずに、水平面（Ｘ−Ｙ）ではほぼ真円を示
し、垂直面（Ｘ−Ｚ）では８の字に近いパターン特性を
示した。また、放射レベルもダイポール（０ｄＢ）とほ
ぼ同等であり、損失はほとんどみられなかった。

【００２６】（第二実施例）図５は本発明第二実施例の
構成を示す斜視図である。本第二実施例は、第一実施例
における金属円筒２内部の線状金属３の下部に長さＳａ
にわたりそれより線経の太い棒状金属１０が接続され、
他は第一実施例と同様に構成される。

【００２７】このような構造にすることによって金属円
筒２内の線状金属１０の長さＳａと線状金属３の長さＳ
ｂとで特性インピーダンスが異なるので、３共振特性
（広帯域特性）が得られ、また、円筒金属の長さを任意
に設定することが可能となる。これは、円筒部分Ｓａと
Ｓｂとの特性インピーダンスおよび長さを適当に設定す
ることで２段整合回路となることによるもので、整合回
路が１段のものよりは周波数帯域が広くなり、２共振特
性も得ることができ、したがって、切り欠き部５による
２共振特性と合わせて３共振化をはかることができる。

【００２８】一方、金属円筒２の下部Ｓａを５０Ωの特
性インピーダンスに合わせておけば、実質的に円筒部分
の上部Ｓｂのみが整合回路として動作するので、外見で
はＳａ＋Ｓｂの円筒の長さでＳｂの長さの整合回路を実
現することができる。本第二実施例は、スタブの効果を
最大に得ようとする場合に有効である。これは金属円筒
２の長さが１／４波長でスタブとして最大の効果を得ら
れるが、一方、整合回路の部分Ｓｂは長さを１／４波長
に限定することができないから、棒状金属１０の長さＳ
ａを調整して、Ｓａ＋Ｓｂが１／４波長になるように設
定することができる。

【００２９】（第三実施例）図６は本発明第三実施例の
構成を示す一部断面正面図である。本発明第三実施例
は、無線機内に収納できるようにした例を示すもので、
アンテナ素子１および金属円筒２がアンテナ被覆１３に
より覆われ、給電線４の第一アンテナ接点１１が金属円
筒２に接続され、第二アンテナ接点１２が線状金属３に
接続され、アンテナ全体が筐体１４内に収納される。こ
のような構成は同軸形インピーダンス変換回路とアンテ
ナ素子を含めて外見上は一本の棒状アンテナに見える
が、アンテナ構造は第一実施例と同様であるので、その
効果も同様である。

【００３０】本第三実施例の場合、小型無線機などに設
置可能であり、かつアンテナが収納できるので利便性が
高くなる。さらに、下部構造がスタブとして動作するの
で、電流はアンテナ素子１および金属円筒２の内部に集
中し、金属円筒２の外側に電流はほとんど存在しない。
これはハンドへルド形の携帯無線機に実施した場合、通
話時に頭から比較的離れるアンテナ先端部で電波が放射
するので、人体によるアンテナ特性の劣化が少なくなる
利点がある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
つのアンテナで二つの異なる周波数に共振させることが
できるので、一つの周波数帯の利用状態が輻輳状態にあ
るような場合に、他の周波数帯に切り替えることにより
電波の有効利用を図ることができる。また、整合回路を
同軸構造にすることができることから、外部胴体を筐体
から電気的に分離することが可能となり、筐体に接近す
る人体の影響を小さくすることができる。また、インピ
ーダンス変換器が同軸構造であって、アンテナ素子の中
間位置に回路素子を設ける等の必要がないので、アンテ
ナ装置の機械的構造を堅固にできる。さらに、設置する
アンテナが一つであるので単純な構造に構成することが
でき、電力損失を小さくすることができるなどの効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明第一実施例の構成を示す斜視
図、（ｂ）はその正面図。

【図２】本発明第一実施例におけるインピーダンス変換
の概念を示すスミスチャート。

【図３】（ａ）は本発明第一実施例の実験モデルの外観
形状を示す斜視図、（ｂ）はそのリターン特性を示す
図。

【図４】（ａ）は本発明第一実施例におけるパターン特
性測定の方向を示す図、（ｂ）はそのＸ−Ｙ方向のパタ
ーン特性を示す図、（ｃ）はそのＸ−Ｚ方向のパターン
特性を示す図。

【図５】本発明第二実施例の構成を示す斜視図。

【図６】本発明第三実施例の構成を示す一部断面正面
図。

【図７】従来のアンテナ素子に共振回路を接続し２共振
特性を得る場合の構成例を示す図。

【図８】従来の整合回路により２共振特性を得る場合の
構成例を示す図。

【符号の説明】

１、２１アンテナ素子２金属円筒３線状金属４、２３給電線５切り欠き部７金属筐体８第一の共振周波数９第二の共振周波数１０棒状金属１１第一アンテナ接点１２第二アンテナ接点１３アンテナ被覆１４筐体２２、２６整合回路２４共振回路２５アンテナ設置物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01Q 1/00 - 1/52 H01Q 5/00 - 9/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】棒状のアンテナ素子（１）と、このアン
テナ素子の下端にその中心軸が連続するように設けられ
た金属円筒（２）と、このアンテナ素子（１）の下端が
接続されこの金属円筒（２）のほぼ中心軸に沿って配置
された線状金属（３）と、この金属円筒（２）の下部で
この線状金属（３）とこの金属円筒（２）との間に接続
された給電線（４）とを備え、この金属円筒（２）の上
部に一部切り欠き部（５）が設けられたことを特徴とす
るアンテナ装置。
【請求項２】前記切り欠き部（５）は、前記金属円筒
（２）の中心軸を含む面およびその中心軸に直交する面
により形成された請求項１記載のアンテナ装置。