JP3193008B2 - ループアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明はループアンテナに関
し、特に性能を劣化させることなくアンテナを小形化す
る手段に関する。

【0002】

【従来の技術】従来、携帯無線機用アンテナとしては、
安価で、且つ、構造簡単などの理由によりλ/4モノポー
ルアンテナが用いられてきたが、近年、後述する理由に
より筐体の影響を受けにくい特徴を有する小形ループア
ンテナも良く用いられる。

【0003】小形ループアンテナの説明に先立ち、まず、通
常の大きさのループアンテナについて説明する。ループ
アンテナは、線状導体をループ状に形成すると共に所要
部に給電手段を設けて構成されたものであり、ループ形
状も円形、矩形(正方形）、或いは三角形など種々のも
のが提案されているが、ここでは一例として円形ループ
アンテナについて説明する。

【0004】図5は、円周が1波長の円形ループアンテナの構
成例とアンテナ上に励振される電流分布を示す図であ
る。この図に示す円形ループアンテナは、円形ループ状
に形成された導体51と、この導体51の所要部に配置され
た給電点52とから構成される。

【0005】ループアンテナの動作については、例えば、文
献「電子通信学会編、アンテナ工学ハンドブック、pp.59
-72、オーム社、1989年」に詳細に記述されているので、
ここでは簡単に説明する。円形ループ導体に励振される
電流分布は、円周がほぼN波長(ここでNは整数）のとき
は、ループ上の電流最大値をImaxとすると、 I=Imax・cos(Nφ) (1) と表されることが知られている。従って、円周長が1波
長(N=1）の場合は、励振電流は(1)式より図5に示される
ようにφ=±90゜(給電点からの導体長がλ/4、λは波
長)を基準にして方向を反転し、給電点52(φ=0）で最大
値Imax、給電点52の対向点(φ=180゜）で負の最大値-Im
axをとる。以上、円形ループアンテナに励振される電流
分布について説明したが、このような電流分布はループ
形状が正方形のような円形に比較的類似する形状のとき
にも成り立つことが知られている。

【0006】次に、このようなループアンテナの性能例とし
て、正方形ループアンテナの入力VSWR(Voltage Standin
g Wave Ratio、電圧定在波比、インピーダンス整合状態
を表すパラメータ)特性について説明する。図6は、200M
Hz帯で動作する全長1波長の正方形ループアンテナにお
ける入力VSWR特性の実測例を示す図である。同図から明
らかなように、全長が1波長の線状導体にて構成した正
方形ループアンテナは、無線機とのインピーダンス整合
が可能なVSWR≦2という条件を満足する帯域が約3%であ
り、λ/4モノポールアンテナとほぼ同等の性能を有す
る。

【0007】一方、小形ループアンテナは、全長が約0.6波
長以下の線状導体などをループ状に形成すると共に所要
部に給電手段を設けて構成されたものであり、上述した
全長1波長のループアンテナに比べて小形のため携帯無
線機に使用可能である。また、上記λ/4モノポールアン
テナが無線機筐体をアンテナの構成要素の一部とするの
に対し、小形ループアンテナは筐体とは独立して単独に
て動作するので、筐体の影響を受けにくい特徴を有し、
従って、筐体を手でどのように所持してもアンテナ特性
の変化が少なく比較的安定に通信ができるなどの長所を
有する。

【0008】図7は、小形ループアンテナの構成例を示す図
である。この図に示す小形ループアンテナは、矩形ルー
プ状に形成した線状導体71の所要部に配置した同調容量
72と給電手段としてのタップ73とから構成される。この
小形ループアンテナの動作については、文献「伊藤、春
木、藤本、"小形携帯無線機用ループアンテナ"、Nation
al technical report,vol.19,No.2,pp.145-154,April 1
973.」に記述されているので詳細な説明は省略するが、
要するに径の小さいループアンテナのインピーダンス特
性は放射抵抗が極めて小さく、リアクタンス成分は誘導
性を示すので、同調容量72により誘導性リアクタンスを
打ち消して同調(リアクタンス成分を零とする)をとると
共に、タップ73により入力インピーダンス(抵抗成分)を
高くして図示しない送受信機とインピーダンス整合をと
るようにしている。

【0009】図8は、250MHz帯で動作する全長0.15波長の小
形ループアンテナにおける入力VSWR特性の実測例を示す
図である。この小形ループアンテナは、ループ形状を矩
形としたものであり設計周波数においてはVSWR=1.3が得
られ、無線機との間のインピーダンス整合をとることが
できる。

【0010】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような従来のループアンテナにおいては以下に示すよう
な問題点があった。つまり、小形ループアンテナは、ア
ンテナ自身のインピーダンス特性においてリアクタンス
成分に比べて抵抗成分が極めて小さいのでQ値が大きく
なり、その結果、入力VSWR特性の帯域が狭帯域特性とな
る。例えば、図8に示した250MHz帯で動作する小形ルー
プアンテナでは、VSWR≦2を満足する帯域は0.2%と極め
て狭帯域である。従って、小形ループアンテナはインピ
ーダンス整合の取れる設計周波数以外では反射損失(イ
ンピーダンス不整合損失)が大きくなり、所定の周波数
帯域において複数の周波数チャネル信号を用いる携帯無
線機には使用できない問題があった。一方、上述したよ
うにVSWR≦2を満足する帯域を広くするためには、例え
ば、全長1波長のループアンテナを用いればよいが、形
状が大きくなるので携帯無線機に使用するには適してい
ない。本発明は、上述した従来のループアンテナに関す
る問題を解決するためになされたもので、入力VSWRの帯
域特性などの性能を劣化させることなく小形化して複数
の周波数チャネル信号を用いる携帯無線機に使用可能な
ループアンテナを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わるループアンテナの請求項１記載の発
明は、長さが約Ｎ波長（ここでＮは整数）の導体をルー
プ状に形成すると共にその所要部に給電手段を備えたル
ープアンテナであって、前記ループ状導体の所定部をコ
イル状に構成するとともに、当該コイルの螺旋を巻く方
向をコイル全長の中央点から反転させることにより、当
該コイルが有するインダクタンス成分を除去するように
する。本発明に係わる請求項２記載のループアンテナ
は、前記ループ状導体の形状が矩形であって、その頂点
部の一つに前記給電手段を設けると共に矩形導体の対向
する２辺を前記コイル状に、他の２辺を直線状に構成す
る。

【0012】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施の形態例に基
づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は全長が
ほぼN波長(ここでNは整数)の導体を用いて構成するルー
プアンテナに適用できるが、一例として全長が1波長(N=
1)の導体を用いる場合について説明する。

【0013】図1は本発明に係わるループアンテナの実施の
形態例を示す構成図である。この例に示すループアンテ
ナは、それぞれ長さがλ/4の2つの直線導体部11、12
と、誘電体柱13、14に巻かれたそれぞれ全長がλ/4のコ
イル導体部15、16と、給電手段として中心導体17aを前
記一方の直線導体部11の一端に接続すると共にアース導
体(外部導体)17bをアース線17cを介して前記一方のコイ
ル導体部16の一端に接続した同軸ケーブル17とから構成
される。

【0014】なお、前記2つのコイル導体部15、16は、導体
を螺旋に巻く方向をコイル全長の中央点から反転してイ
ンダクタンス成分を発生させないように構成する。

【0015】この例に示すループアンテナは以下のように機
能する。即ち、2つのコイル導体部15、16の導体全長は
それぞれλ/4を有しているので、本発明に係わるループ
アンテナに励振される電流の遅延特性(位相特性)は、一
辺がλ/4波長からなる全長1波長の正方形ループアンテ
ナの特性を保持する。

【0016】図2は、全長1波長の正方形ループアンテナに励
振される電流分布を示す図である。この1波長正方形ル
ープアンテナは、正方形ループに形成された導体21と、
この導体21の頂点部の一つに配置された給電点22とから
構成される。上述したように全長1波長の正方形ループ
アンテナに励振される電流は、円形ループアンテナと同
じように給電点22からの導体長がλ/4を境にして方向を
反転し、給電点で最大値、給電点の対向点で負の最大値
をとる。図2に示した太い矢印は、電流の方向を模式的
に示したものであり、給電点22からの導体長がλ/4を境
にして電流方向が反転することを強調して示している。

【0017】図3は、本発明に係わるループアンテナの電流
分布(電流方向)を説明するための図である。図2を参照
しつつ図3に示した電流分布について説明すると、本発
明に係わるループアンテナは、形状を小形化するために
上記正方形ループアンテナの上辺と底辺の導体部をコイ
ル状にして見かけの長さを短縮すると共に、左辺と右辺
の導体部(直線導体部11、12)を接近させるように構成し
たものである。このとき、左辺と右辺の導体に励振され
る電流は、上述したように正方形ループアンテナの位相
特性を保持しているので、図3の矢印で示すようにその
方向は同一となり、従って、これらの電流によって発生
する電磁界は相互に打ち消し合うことなく加算され、そ
の結果、電磁界は効率よく空間に放射される。

【0018】更に、上述したように各コイル部15、16は螺旋
を巻く方向を中間点から反転させてインダクタンス成分
を発生しない(打ち消す)ようにしているので、このコイ
ル部のインダクタンス発生による共振周波数(設計周波
数)のずれ及びQ値上昇(入力VSWR特性の狭帯域化)を防止
している。

【0019】本発明に係わるループアンテナの有効性を確認
するために、290MHzで動作する小形ループアンテナを試
作して測定を行った。このとき、各コイル部15、16は長
さLcを約20mm、巻き数を約4ターンに設定した。図4は、
このループアンテナの入力VSWR特性の測定値を示す図で
ある。この図より明らかなように、本発明に係わるルー
プアンテナはほぼ設計周波数において共振すると共に、
VSWR≦2の帯域としてλ/4モノポールアンテナと同等以
上の約5%の帯域を得ることができる。しかも、試作アン
テナの形状は正方形ループアンテナに比べて上辺と底辺
の長さをそれぞれ約8%に短縮し大幅な小形化を実現して
いる。

【0020】以上説明したように本発明に係わるループアン
テナは動作するので、従来の形状よりも大幅に小形化し
てもモノポールアンテナのVSWR特性と同等以上の帯域性
能を有し、従って、所定の周波数帯域において複数の周
波数チャネル信号を用いる携帯無線機に好適なアンテナ
を提供することができる。

【0021】なお、以上の説明においてはコイル導体部15、
16を誘電体柱13、14に巻き付ける構成について説明した
が、本発明に係わるループアンテナは誘電体柱13、14を
必ずしも必要としない。また、例えば、直線導体部11、
12とコイル導体部15、16とを別々に製作し、組み立ての
最後にそれらを接続したものであってもよいことは言う
までもない。

【0022】

【発明の効果】本発明は以上説明したように直線導体部
とインダクタンス成分を発生させないようにしたコイル
導体部とから構成するので、従来のループアンテナを小
形化してもモノポールアンテナのVSWR特性と同等以上の
帯域性能を有し、従って、所定の周波数帯域において複
数の周波数チャネル信号を用いる携帯無線機に好適なル
ープアンテナを実現する上で著効を奏す。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係わるループアンテナの実施の形態例
を示す構成図

【図2】全長1波長の正方形ループアンテナに励振する電
流分布を示す図

【図3】本発明に係わるループアンテナの電流分布を説
明する図

【図4】本発明に係わるループアンテナの入力VSWR特性
を示す実験値

【図5】全長1波長の円形ループアンテナに励振する電流
分布を示す図

【図6】従来の全長1波長の正方形ループアンテナの入力
VSWR特性を示す実験値

【図7】従来の小形ループアンテナの構成例を示す図

【図8】従来の小形ループアンテナの入力VSWR特性を示
す実験値

【符号の説明】

11、12・・直線導体部 13、14・・誘電体柱 15、16・・コイル導体部 17・・同軸線 17a・・同軸線の中心導体 17b・・同軸線のアース導体 17c・・アース線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 5/00 - 11/20 H01Q 1/00 - 1/10 H01Q 1/27 - 1/52

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さが約Ｎ波長（ここでＮは整数）の導
   体をループ状に形成すると共にその所要部に給電手段を
   備えたループアンテナであって、前記ループ状導体の所
   定部をコイル状に構成するとともに、当該コイルの螺旋
   を巻く方向をコイル全長の中央点から反転させることに
   より、当該コイルが有するインダクタンス成分を除去し
   たことを特徴とするループアンテナ。
2. 【請求項２】 前記ループ状導体の形状が矩形であっ
   て、その頂点部の一つに前記給電手段を設けると共に矩
   形導体の対向する２辺を前記コイル状に、他の２辺を直
   線状に構成したことを特徴とする請求項１記載のループ
   アンテナ。