JP3041863U - 補助アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短縮アンテナを内蔵する携帯電話機又はパー
ソナルハンディホンシステム電話機の携帯性を失わせる
ことなく送受信の効率を高める。 【解決手段】 携帯電話機又はパーソナルハンディホン
システム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自
在に取り付けるための取付部材をその一端に設け、使用
周波数の１／２波長に共振するように補助アンテナを構
成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

この考案は、携帯電話機やパーソナルハンディホンシステム（ＰＨＳ）電話機 （以下、特に明示しない限りこれらを「携帯電話等」と略称する）が内蔵する短 縮アンテナに取り付けて送受信の効率を高めるための補助アンテナに関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

携帯電話機等には、小型化するために短縮アンテナが用いられている。この短 縮アンテナは、たとえば、延長コイル（ローディングコイル）を挿入したりエレ メントをヘリカル（螺旋）状に巻いたりして、使用周波数に共振するように構成 されている。図１に示すのは、短縮アンテナを内蔵した携帯電話機等の一例であ る。

【０００３】 しかし、この短縮アンテナは、必ずしも効率よく動作するものではない。効率 に損失が生じて、受信感度や輻射効率を下げることが多い。なぜなら、携帯電話 等は耳元にあてがった状態、すなわち、電波吸収体である人体のすぐそばで使用 するものであるから、短縮アンテナ（延長コイル）に人体が様々な悪影響を与え てしまうからである。たとえば現状におけるＰＨＳ電話機の場合は、一般に屋外 アンテナの半径２００メートルの範囲内でなければ実用にならない。屋内や自動 車内などで使用するとその距離はさらに短くなる。話している最中に電話が切れ てしまったという苦い経験は、ＰＨＳ電話機を使用したことのある者であれば誰 もが持っている。携帯電話機の場合は、一般にＰＨＳ電話機に比べて通話できる 範囲が広いが、通話中に不要なノイズが混入したりすることが多く、改善が求め られている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

そこで考えられるのが短縮アンテナの代わりにフルサイズのアンテナを使用す ることによる改善である。また、外部アンテナの使用も改善方法として考えられ る。内蔵アンテナより大きな外部アンテナを車のウインドウ等に取り付け、これ にケーブルを介して給電するタイプのものが市販されている。フルサイズのアン テナや外部アンテナを使用すれば送受信の効率を高められることは間違いない。 しかし、そもそも短縮アンテナは、携帯電話機等をできるだけ小さくするために 、すなわち、携帯性を保つためにその効率を犠牲にした上で採用されたものであ る。フルサイズのアンテナや大がかりな外部アンテナを使用しなければならない とすると携帯電話機等が持つ本来の携帯性を失わせてしまう。本考案が解決しよ うとする課題は、特に短縮アンテナを持つ携帯電話等の携帯性を失わせることな く送受信の効率を高めることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために鋭意研究を重ねた考案者は、使用周波数の１／ ２波長（１／４波長＋１／４波長）に共振する補助アンテナを内蔵短縮アンテナ に継ぎ足すことにより、送受信の効率を高められることに気が付いた。すなわち 、このように構成したものが理想的な状態で作動すれば、補助アンテナに流れる アンテナ電流の下半分が短縮アンテナに流れるアンテナ電流により相殺されて上 半分しか流れないことになるので補助アンテナを継ぎ足す意味がない。しかし、 短縮アンテナには先に述べたように損失が生じるわけであるから、その損失分だ け補助アンテナに流れるアンテナ電流の相殺分が少なくなる。この結果、理想的 な状態における作動であれば相殺されたであろうアンテナ電流が相殺されないで 残される。残されたアンテナ電流と補助アンテナの上半分のアンテナ電流の総和 は短縮アンテナのものに比べて大きいので、補助アンテナを継ぎ足したことによ りアンテナ効率が高まったことになる。この考案は、このような観点からなされ たものである。その詳しい内容については、項をあらためて説明する。

【０００６】 すなわち、請求項１に記載した考案に係る補助アンテナは、携帯電話機又はパ ーソナルハンディホンシステム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自在 に取り付けるための取付部材をその一端に設け、使用周波数の１／２波長に共振 するように構成したことを特徴とする。

【０００７】 このように構成すれば、短縮アンテナだけの場合に比べて大きなアンテナ電流 が流れるので、より効率よく送受信できる。補助アンテナを着脱自在すなわち取 り付け取り外しが自由にできるように取り付けできるようになっているので、短 縮アンテナだけで送受信を行えるのであればそのまま、できないときに補助アン テナを取り付けて送受信を行い終了後に取り外すことができるので携帯性を失わ せることもない。この補助アンテナの動作原理については後述する。

【０００８】 なお、本明細書における「取付部材」は、補助アンテナを自由に取り付けたり 取り外したりできるものであればどのようなものでもよい。短縮アンテナとの電 気的接触は必ずしも必要ない。同様に「補助アンテナ」は、上述したような目的 に使用できるようなものであればどのようなものでもよく、その材質や形状さら に加工方法などについて何らの制限もない。棒状のものでもひも状のものでも、 伸ばしたり縮めたりできるものでもよい。さらに、複数の部材に分解できるもの でもよい。取付角度にも制限がない。同様に「使用周波数」とは、携帯電話機や ＰＨＳ電話機が送受信に使用する周波数の意味である。同様に「使用周波数の１ ／２波長に共振する」というのは必ずしも物理的に１／２波長に相当する長さを 補助アンテナが有していなければならないということではなく、延長コイル等を 挿入したりアンテナの短縮率等を考慮したりして短くする場合等を含む趣旨であ る。

【０００９】 請求項２に記載した考案に係る補助アンテナは、携帯電話機又はパーソナルハ ンディホンシステム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自在に取り付け るための取付部材をその一端に設け、少なくとも前記取付部材をエラストマ材に より構成し、使用周波数の１／２波長に共振するように構成したことを特徴とす る。

【００１０】 この補助アンテナは、請求項１に記載したものと基本的に同じであり、語句の 解釈も同じである。この補助アンテナの最も大きな特徴は、取付部材をエラスト マ材により構成した点にある。ここで「エラストマ材」とは、常温付近でゴム弾 性を示す高分子物質を総称したものであり、そのようなものとして、たとえば、 合成ゴムがある。エラストマ材の持つ弾性を利用すれば、着脱構造を比較的簡単 なものにすることができる。エラストマ材は適度な弾性と摩擦係数を持っている ので、外部からの衝撃を受けても容易に変形したり短縮アンテナの先端から脱落 したりすることが少ないという利点がある。さらに、外したときの補助アンテナ の先端がエラストマ材でできていれば、ポケットや鞄の中に他のものと一緒にい れておいても、これらを傷つけることがない。人にけがをさせることもない。な お、「少なくとも」とあるのは、取付部分だけでなく、それ以外の部分もエラス トマ材で構成してもよい、という趣旨である。

【００１１】 請求項３に記載した考案に係る補助アンテナは、携帯電話機又はパーソナルハ ンディホンシステム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自在に取り付け るための取付部材をその一端に設け、前記取付部材を、取付角度を変えられるよ うに構成し、使用周波数の１／２波長に共振するように構成したことを特徴とす る。

【００１２】 この補助アンテナは、請求項１に記載したものと基本的に同じであり、語句の 解釈も同じである。この補助アンテナの最も大きな特徴は、取付部材が補助アン テナの取付角度を変えられるようになっている点である。取付角度が変えられる ということは、たとえばテーブルの上に置いた携帯電話機等を使ってデータ通信 を行うときに、携帯電話機等を寝かせたまま補助アンテナだけを立たせておくこ とができることになり、たいへん便利である。取付角度を変えるための構造（可 変構造）としては、当業者が行いうるどのような方法でもよい。そのようなもの として、たとえば、取付部材自体が可変構造を持つものや異なる角度から短縮ア ンテナに取り付けできるものがある。

【００１３】 請求項４に記載した考案に係る補助アンテナは、携帯電話機又はパーソナルハ ンディホンシステム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自在に取り付け るための取付部材をその一端に設けるとともに、伸ばしたり縮めたりするための 伸縮構造を持たせ、伸ばしたときに使用周波数の１／２波長に共振するように構 成したことを特徴とする。

【００１４】 この補助アンテナは、請求項１に記載したものと基本的に同じであり、語句の 解釈もこれと同じである。この補助アンテナの最も大きな特徴は、補助アンテナ が伸びたり縮んだりする伸縮構造を持っている点である。伸縮構造を持たせるこ とにより、使用するときに伸ばし使用しないときに縮めておけるので、補助アン テナの携帯性が向上する。また、使用周波数に応じて長さを変えるようにしても よい。すなわち、低い周波数で使用するときには長く、逆に、低い周波数で使用 するときには短くすれば、複数種類の携帯電話機等に使用できるので、補助アン テナの携帯性に加えて汎用性をも高められる。

【００１５】 ここで、図２及び３を参照しながら補助アンテナの動作原理について説明する 。図２は、使用周波数の１／２波長に共振する補助アンテナを短縮アンテナに取 り付け、これを動作させたときに生じる理想的な電流分布の様子を示す。図３は 、同様な状態において、損失が生じたときの電流分布を仮想的に示したものであ る。斜線部分は、損失分を示す。符号５０（６０）は１／４波長アンテナを、同 ５１（６１）は１／２波長の補助アンテナをそれぞれ示す。符号５２（６２）は 高周波電源としての携帯電話機を示す。１／４波長アンテナ５０（６０）と補助 アンテナ５１（６１）との接点５３（６３）における電気的接触は、あってもな くてもよい。これは、図面から理解できるように接点５３における電流値が零だ からである。

【００１６】 図２において、理想的な短縮アンテナに流れる電流５５は、点線で示すように 補助アンテナ（１／２波長に共振）に流れる下半分（１／４波長分）の電流５６ と大きさが等しく逆位相であるから互いに相殺される。残るのは上半分の電流５ ７だけであるから結果として、短縮アンテナ５０を単独で動作させる場合と同じ ことになる。このように損失が零の場合は、補助アンテナを使用する意味がない 。

【００１７】 一方、図３に示す電流６５は、理想的なものに比べて符号６７で示す損失分（ これをａで示す）が差し引かれた分しか流れない。このため補助アンテナに流れ る下半分の電流６６は、理想的な場合に比べて損失分６７分だけ少なく相殺され る。このため残るのは上半分の電流６６と符号６７で示す下半分の電流のうち相 殺されなかった分を加えた分となる。これを短縮アンテナ６０の電流６５と比較 すると、電流６５に損失分６７を２倍したもの（すなわち２ａ）が加えられたこ とになる。この関係を数１に示す。

【００１８】

【数１】

【００１９】

【考案の実施の形態】

次に、各図を参照しながら本考案の実施の形態（以下、「実施形態」と略称す る）。図１において符号１は携帯無線機であるＰＨＳ電話機を示している。ＰＨ Ｓ電話機１は、波長の短縮アンテナ２を内蔵している。短縮アンテナ２にはゴム 製のキャップが被せてあり、その中に使用周波数に共振するヘリカルアンテナが 入っている。内臓アンテナ２は、伸び縮みすることのない固定式のものであるが 、たとえば８００メガヘルツ（ＭＨｚ）帯を使用する携帯電話の場合は、伸びた 状態及び縮めた状態の双方が使用周波数に共振するようになっている。

【００２０】 符号５は、補助アンテナを示している。補助アンテナ５は、細い金属棒で構成 したメインエレメント６と、メインエレメント６の一端に固定したゴム製の取付 キャップ（取付部）７及び他端に取り付けた先端キャップ８から構成する。補助 アンテナ５の長さＬは、短縮率等を考慮して決定する。すなわち、メインエレメ ント６の材質や太さ等により短縮率等が異なるので、これらを考慮してしよう周 波数の１／２波長に共振するように長さＬを決定する。使用周波数に応じて長さ Ｌを変えられるように、メインエレメント６に伸縮構造を持たせてもよい。本実 施形態においてはメインエレメント５に細い金属棒を用いているが、この金属棒 をゴム材や合成樹脂等でコーティングしたり、この金属棒の代わりに比誘電率の 高いシリコンやポリエチレン等を用いてもよい。ゴム材等でコーティングすると 、金属棒が錆びるのを防げるし床面に落とした場合にクッション材としての効果 を期待できる。シリコン等を使用すれば、これらの持つ柔軟性により曲げても折 れない補助アンテナ５を作ることができる。

【００２１】 次に、図４及び５を参照しながら、補助アンテナの変形例について説明する。 図４に示すのは使用周波数の１／２波長に相当する長さより短い補助アンテナ５ の下段に延長コイル１７を挿入し、電気的に１／２波長に共振させたものである 。このようにすれば、補助アンテナ５をフルサイズのものより短くできるので、 それだけ携帯性を高めることができる。図５に示すのは、フェーズをシフトさせ るフェーズシフタ１８を備えた補助アンテナ５である。これらは何れも先に説明 したフルサイズのものと同じ原理により動作する。

【００２２】 図１に戻り、取付キャップ７の構造について説明する。取付キャップ７はゴム 材（エラストマ材）を一体に成形したものであり、メインエレメント６を支持す る支持部１０と短縮アンテナにはめ込む釣り鐘状の嵌合部１１を有している。嵌 合部１１には受入孔１２を設け、この受入孔１２の中に短縮アンテナ２を受け入 れるようにする。受入孔１２を短縮アンテナ２より僅かに小さくしておき、受け 入れのときに広がるようにしておくとよい。受入孔１２の内壁と短縮アンテナ２ の外壁の摩擦により、しっかりとメインエレメント６を固定できるようにするた めである。ゴム材は柔軟性のあるものが好ましいが、支持部１０がメインエレメ ント６を支持するのに十分な強度を持つものでなければならない。

【００２３】 次に、図６及び７を参照しながら、取付キャップ７の変形例について説明する 。図６に示すのは、補助アンテナ５を取付キャップ７へはめ込むときの様子であ る。補助アンテナ５の下端に球形の支持球を形成し、この支持球を取付キャップ ７に設けた受入孔にはめ込むようになっている。受入孔には切欠溝１７を形成し ておき、図７に示すように補助アンテナ５の取付角度を変えられるようにする。 このようにすると、たとえばデータ通信を行うときに携帯電話機等を机の上に寝 かせて置き、補助アンテナ５だけを立たせて使用することができる。さらに、取 付キャップ７と補助アンテナ５をヒンジ結合して取付角度を変えられるようにし てもよい。

【００２４】 使用周波数１．５ギガヘルツ（ＧＨｚ）のＰＨＳ電話機の内蔵アンテナに金属 製の１／２波長フルサイズの補助アンテナを取り付け、取り付けない場合と比較 する実験を行ったところ、送受信ともに約２デシベル（ｄＢ）の改善がなされた 。これにより、これまで不可能であった場所において通信が可能になり、これま で雑音が多く快適な通話ができなかった場所において受信内容を明瞭に聞き取れ るようになった。

【００２５】

【考案の効果】

本考案に係る補助アンテナを使用することにより、携帯電話等が持つ携帯性を 失わせることなく送受信の効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 補助アンテナを取り付ける様子を示す正面図
である。

【図２】 補助アンテナの動作原理を示す概略図であ
る。

【図３】 補助アンテナの動作原理を示す概略図であ
る。

【図４】 延長コイルを挿入した補助アンテナの概略図
である。

【図５】 フェーズシフタを備えた補助アンテナの概略
図である。

【図６】 取付キャップの変形例を示す斜視図である。

【図７】 図６の取付キャップの使用例を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１ 携帯電話機 ２ 短縮アンテナ ３ ヘリカルアンテナ ５ 補助アンテナ ６ メインエレメント ７ 取付キャップ １０ 支持部 １１ 嵌合部 １２ 受入孔 １３ 支持球 １４ 受入孔 １５ 切欠溝 １７ 延長コイル １８ フェーズシフタ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 携帯電話機又はパーソナルハンディホン
   システム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自
   在に取り付けるための取付部材をその一端に設け、 使用周波数の１／２波長に共振するように構成したこと
   を特徴とする補助アンテナ。
2. 【請求項２】 携帯電話機又はパーソナルハンディホン
   システム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自
   在に取り付けるための取付部材をその一端に設け、 少なくとも前記取付部材をエラストマ材により構成し、 使用周波数の１／２波長に共振するように構成したこと
   を特徴とする補助アンテナ。
3. 【請求項３】 携帯電話機又はパーソナルハンディホン
   システム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自
   在に取り付けるための取付部材をその一端に設け、 前記取付部材を、取付角度を変えられるように構成し、 使用周波数の１／２波長に共振するように構成したこと
   を特徴とする補助アンテナ。
4. 【請求項４】 携帯電話機又はパーソナルハンディホン
   システム電話機が内蔵する短縮アンテナの先端に着脱自
   在に取り付けるための取付部材をその一端に設けるとと
   もに、伸ばしたり縮めたりするための伸縮構造を持た
   せ、 伸ばしたときに使用周波数の１／２波長に共振するよう
   に構成したことを特徴とする補助アンテナ。