JP2896390B2

JP2896390B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2896390B2
Application number: JP5243207A
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: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JPH07106842A

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ことができ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４および図５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５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４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５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
２５（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）の上部近傍に
一端が前記アンテナ素子（１）または前記線状金属
（３）にコンデンサを介して接続されたらせん状のアン
テナ素子（６）が設けられたことを特徴とする。

【００１０】前記らせん状のアンテナ素子（６）は、前
記棒状のアンテナ素子（１）の軸まわりに前記金属円筒
（２）の直径とほぼ等しい直径に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、金属円筒（２）の内径と線状金属（３）との比を調
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
らせん状のアンテナ素子を設けた。そしてこのらせん状
のアンテナ素子を棒状のアンテナ素子とは別の波長に共
振するようにコンデンサを介して接続する。したがっ
て、見かけ上は１本のアンテナであるが、実効的に二つ
の共振波長を有するアンテナとなる。

【００１３】金属円筒および線状金属により構成される
同軸構造をなすインピーダンス変換回路は、設計条件を
選ぶことにより二つの異なる波長に対してインピーダン
ス整合をとることができる。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。

【００１４】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。

【００１５】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。図１（ａ）は本発明実施例の構成を示す斜視図、
（ｂ）は本発明実施例の構成を示す断面図である。

【００１６】本発明実施例は、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の上部近傍に一端がアンテナ素
子１または線状金属３にコンデンサ５を介して接続され
たらせん状アンテナ素子６が設けられ、このらせん状ア
ンテナ素子６は、棒状のアンテナ素子１の軸まわりに金
属円筒２の直径とほぼ等しい直径に形成される。

【００１７】このように構成された本発明実施例は、線
状金属３と金属円筒２とが同軸構造となり、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、インピーダンス変換回路として動作
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、本実施例の構成では同軸型インピー
ダンス変換器として、アンテナ素子１と並列にらせん状
アンテナ素子６およびコンデンサ５からなる共振回路が
付加されているので、この共振回路により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や
接近する人体などから受ける影響が少ない。

【００１９】ここで、本発明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（ａ）は本発明実施例に
おけるインピーダンス特性の実験結果を示すスミスチャ
ート、同図（ｂ）は本発明実施例におけるリターンロス
特性を示す図である。

【００２０】この実験は、金属円筒２の長さを８ｃｍ、
その内径を１ｃｍ、アンテナ素子１の長さを１６ｃｍ、
らせん状アンテナ素子６の直径を１ｃｍ、その巻数を約
３．５回、コンデンサ５の容量を約１．５ｐＦとして、
図３（ａ）に示す約２００ｃｃの小型筐体に設置して行
った。

【００２１】その結果は図２（ａ）および（ｂ）に示す
ように、ｆ２＝８２０ＭＨｚおよび９５０ＭＨｚで共振
する２共振特性を得ることができた。また、ｆ１＝９５
０ＭＨｚにおける放射パターンを測定した結果、図３
（ａ）に示す方向に対して、そのＸ−Ｙ方向については
同図（ｂ）に示す結果が得られ、Ｙ−Ｚ方向については
同図（ｃ）に示す結果が得られた。

【００２２】そこで、スミスチャートを用いて２共振特
性が得られる理由を説明する。図６は、本発明のアンテ
ナの等価回路を示すものであり、インピーダンス整合回
路（金属円筒２，線状金属３）と直列共振回路（らせん
状アンテナ素子６，コンデンサ５）とからなる。ここ
で、図中のＡ、Ｂ、Ｃは、図１のＡ、Ｂ、Ｃ点に対応し
ている。各Ａ、Ｂ、Ｃ点におけるインピーダンスの変化
を図７のスミスチャートで示す。図７（ａ）に示すよう
にＡ点はアンテナのインピーダンス特性そのものであ
り、本アンテナは比較的高いインピーダンスとなる。こ
こで周波数ｆ１、ｆ２では共振しておらず（リアクタン
スが０とならない）、図中に示すような位置となる。図
７（ｂ）はアドミタンスチャートで示したもので、Ｂ点
のアドミタンスを示している。このように、Ａ点ではｆ
１、ｆ２とも共振していなかったが、直列共振回路
（５，６）によりそれぞれｆ１′，ｆ２′に示すように
ほぼリアクタンスが０となる。これは直列共振回路の共
振点をｆ１、ｆ２の間となるｆ０に設定することで、ｆ
１には並列にＣが、ｆ２には並列にＬが挿入されたこと
になり、図７（ｂ）のアドミタンス一定の円に沿って互
いに近接し、リアクタンス０の線に近づくことになる。
次に図７（ｃ）に示すように、インピーダンス変換回路
（２、３）によって、（ｂ）のインピーダンス軌跡がス
ミスチャートの中心に移動し、ｆ１″、ｆ２″となって
５０Ωに共振することになる。

【００２３】このように、金属円筒とアンテナ素子の間
にあるコイルとコンデンサにより共振回路が構成され、
これにより２共振特性を得ることができる。特に本発明
では、高いインピーダンスの状態で２共振特性を得るの
で、コイル／コンデンサが存在することによるアンテナ
特性への影響は小さい。

【００２４】このように、本発明によるアンテナ装置を
小型筐体に設置しても、筐体の影響を受けることが少な
く、その放射パターンは、Ｘ−Ｙ面（水平面）ではほぼ
真円を示し、Ｘ−Ｚ面（垂直面）では８の字に近い形状
を示した。また、放射レベルもダイポール（０ｄＢ）に
相応であり、損失はほとんどみられなかった。

【００２５】

【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することがで
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などの必要がないので、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）は本発明実施例の構成を示す斜視図、
（ｂ）は本発明実施例の構成を示す断面図。

【図２】（ａ）は本発明実施例におけるインピーダンス
特性の実験結果を示すスミスチャート、（ｂ）は本発明
実施例におけるリターンロス特性を示す図。

【図３】（ａ）は本発明実施例実験モデルの外観形状を
示す斜視図、（ｂ）はそのＸ−Ｙ方向の放射パターンを
示す図、（ｃ）はそのＹ−Ｚ方向の放射パターンを示す
図。

【図４】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５】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。

【図６】本発明実施例アンテナの等価回路を示す図。

【図７】実施例の特性結果を示すスミスチャート。

【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コンデンサ６らせん状アンテナ素子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 5/00 - 11/20

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
部近傍に一端が前記アンテナ素子（１）または前記線状
金属（３）にコンデンサを介して接続されたらせん状の
アンテナ素子（６）が設けられたことを特徴とするアン
テナ装置。
【請求項２】前記らせん状のアンテナ素子（６）は、
前記棒状のアンテナ素子（１）の軸まわりに前記金属円
筒（２）の直径とほぼ等しい直径に形成された請求項１
記載のアンテナ装置。