JP3195882B2 - アンテナ装置および無線通信機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動無線通信に利用す
る。本発明は無線選択呼出受信機に利用するに適する。
特に、ループアンテナおよび無線通信機回路の実装技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、使用波長に比べて形状が小さ
い携帯形無線通信装置にはループアンテナを利用するこ
とが知られている。例えば、無線選択呼出受信機の使用
周波数は数百ＭＨｚであり（一例として３００ＭＨｚ
帯、その波長は約１ｍ）、受信機本体の形状は長手方向
でも数ｃｍである。そしてその受信機本体から数十ｃｍ
の小型アンテナを突き出して装備することは携帯および
使用上に不便である。このような装置にアンテナとして
ループアンテナを採用すると、そのループの差し渡しが
使用波長の数％（すわなち数ｃｍ）のもので実用的なア
ンテナ利得が得られる。したがって、ループアンテナを
用いてこれを受信機の筐体周りに実装する形態をとるこ
とが合理的である。

【０００３】従来のループアンテナの基本構成を図１０
を参照して説明する。図１０は従来から広く知られたル
ープアンテナの基本構成を示す図である。ループアンテ
ナの基本的な構成は図１０に示すように、導体線をルー
プ状に形成して、そのループ上の１箇所を切り開いて給
電端とするものである。ループは真円でなくともよく、
楕円でもあるいは図１０に示すように長方形その他の形
状でも、とにかく導体がループを形成していればループ
アンテナとして用いることができる。

【０００４】本願出願人は特願平５−０２６９９４号
（出願日平成５年２月１６日、本願出願時において未公
開）で、無線通信機の筐体の一部を構成することができ
るループアンテナの発明について特許出願した。この先
願に開示したアンテナ装置は、二枚の方形の導体板を平
行に対向させてループアンテナを構成するものである。
本発明はその改良である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】例えば、図１０に示す
ような線状のループアンテナでは、これを筐体に組み込
もうとすると、アンテナの特性としては不十分な形状に
なり、アンテナの特性として都合のよい形状にすると筐
体に組み込むことはできなくなる。細い導線によりアン
テナを形成した場合には、アンテナ損失が大きく、十分
な利得が得られないから、損失を減らすために板状のエ
レメントをループアンテナとすると、この板が邪魔をし
て表示部その他が装置表面に表れないことになる。

【０００６】本発明は、このような背景に行われたもの
であり、円形の筐体にループアンテナおよび無線通信機
回路を効率よく実装することができるアンテナ装置およ
び無線通信機を提供することを目的とする。本発明は円
形の筐体形状を有する無線選択呼出受信機に用いるのに
最適なアンテナ装置を提供することを目的とする。本発
明は無線選択呼出受信機を小型化することができるアン
テナ装置を提供することを目的とする。本発明はアンテ
ナ利得の大きい小型のループアンテナを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のループアンテナ
を形成する二枚の導体板はそれぞれ円形であり、この導
体板の内、少なくとも一枚は繰り抜きのある環状の導体
であり、給電端がその円形の外周の一点に接続され、そ
の給電端から離れた位置に短絡導体が接続され、その短
絡導体はこの円形に沿った湾曲した板状が望ましく、そ
の幅は周の長さに比べて十分に小さくかつ使用波長で十
分に低いリアクタンスを呈するように設定されている。

【０００８】この二枚の導体板の直径は使用波長の２〜
１５％であり、短絡導体板の幅は使用波長の１〜６％で
あり、二枚の導体板の間が無線通信機の筐体の一部をな
し、その二枚の導体板の間にその無線通信機の操作端ま
たは表示器が取り付けられることがよい。

【０００９】すなわち、本発明の第一の観点はアンテナ
装置であり、その特徴とするところは、環状の導体と、
この環状の導体にほぼ平行に配置された導体板と、前記
環状の導体と前記導体板の対向する一部を相互に電気的
に接続する短絡導体とを備えるところにある。

【００１０】前記導体板は前記環状の導体の外形とほぼ
等しい外形状であることが望ましい。

【００１１】前記環状の導体および前記導体板の外形は
円であることが望ましい。

【００１２】前記環状の導体および前記導体板の外形は
楕円またはその近似形状である構成とすることもでき
る。

【００１３】前記環状の導体および前記導体板の前記短
絡導体から離れた外縁部の対向する二点間に無線信号を
供給する給電端を設けることが望ましい。

【００１４】前記環状の導体および前記導体板のさしわ
たしは使用波長の２％ないし１５％であることが望まし
い。

【００１５】前記短絡導体の環に沿う幅は使用波長の１
％ないし６％であることが望ましい。

【００１６】前記導体板に代えて環状の導体板を備える
構成とすることもできる。

【００１７】本発明の第二の観点は、前記アンテナ装置
が筐体の一部を構成する無線通信機である。

【００１８】

【作用】丸形でさしわたしが使用波長に比べて十分短い
二枚の導体板を平面が相互に向かい合うようにし、給電
端をその二枚の導体板の外周の一点に設定し、該円形に
沿った湾曲した板状でありその幅は前記周の長さに比べ
て十分に小さくかつ使用波長で十分に低いリアクタンス
を呈するように構成された短絡導体を給電端から離れた
位置に接続することにより、ループアンテナの損失抵抗
が減少する。これらの作用により放射効率がよくなり、
同一体積で大きな利得が得られる。さらに、損失が大き
くならないように、導体板の縁の部分を残して中央部を
繰り抜いているため、この繰り抜き部分に無線通信機の
表示部を設置できる。また繰り抜きにより無線通信装置
の電子回路との結合が少なくなるから、回路を実装した
際の利得劣化が少ない。

【００１９】これにより、アンテナ利得を低下させるこ
となく、無線通信装置の電子回路をアンテナ構造の内側
に実装することができ、小型化を図ることができる。

【００２０】環状の導体および導体板は、円または楕円
がよい。楕円に近似する形状でもよい。

【００２１】導体板もその一部を繰り抜くことができ
る。さらに、環状の導体とほぼ同一の形状とすることも
できる。

【００２２】

【実施例】本発明第一実施例の構成を図１を参照して説
明する。図１は本発明第一実施例装置のブロック構成図
である。

【００２３】本発明はアンテナ装置であり、その特徴と
するところは、環状の導体２１と、この環状の導体２１
にほぼ平行に配置された導体板２２と、環状の導体２１
と導体板２２の対向する一部を相互に電気的に接続する
短絡導体２４とを備えるところにある。導体板２２は環
状の導体２１の外形とほぼ等しい外形状である。環状の
導体２１および導体板２２の外形は円である。

【００２４】環状の導体２１および導体板２２の短絡導
体２４から離れた外縁部の対向する二点間に無線信号を
供給する給電端２３を設けている。

【００２５】環状の導体２１および導体板２２の直径は
それぞれ使用波長の２ないし１５パーセントであり、短
絡導体２４の幅は使用波長の１ないし６パーセントであ
る。

【００２６】本発明第一実施例は、環状の導体２１およ
び導体板２２がその平面が相互に向かい合うように、か
つほぼ平行に配置され、その環状の導体２１および導体
板２２を短絡する短絡導体２４が接続され、環状の導体
２１および導体板２２はそれぞれ丸形であり、かつ環状
の導体２１には繰り抜きによる開口部が設けられてお
り、給電端２３が一つ設定され、その給電端２３から離
れた別の位置に短絡導体２４が接続され、その短絡導体
２４は板状であってその幅は円周の長さに比べて十分小
さくかつ使用波長で十分に低いリアクタンスを呈するよ
うに設定される。

【００２７】さらに環状の導体２１および導体板２２の
直径は高い利得を得るため、アンテナエレメント上の電
流分布を一様とし、人体に近接された際にアンテナのイ
メージにより感度が上がる効果を用いており、これは
“Small Antenns ”(K.Fujimoto,A.Henderson,K.Hirasa
wa,J.R.James著)100〜105 頁に述べられており、これよ
り、使用波長の２〜１５％と規定される。短絡導体２４
の環に沿う幅Ｗは使用波長の１〜６％と限定される。こ
の数値は実験的に導き出されたものであり、従来形のア
ンテナに比較して高い利得が得られる。

【００２８】環状の導体２１および導体板２２の間が無
線通信機の筐体の一部あるいは全部をなし、その環状の
導体２１および導体板２２の間にその無線通信機の電気
回路が配置され、その環状の導体２１および導体板２２
にその無線通信機の操作端または表示器が取付けられ
る。図１のＬ×ｄはアンテナを構成する環状の導体２１
および導体板２２の実行開口面積を示し、Ｗは短絡導体
２４の幅を示す。

【００２９】次に、図２を参照して本発明第一実施例の
アンテナ装置の実装例を示す。図２は本発明第一実施例
のアンテナ装置が無線通信機の筐体に実装された状態を
示す斜視図である。本発明第一実施例のループアンテナ
の環状の導体２１および導体板２２の間には、回路基板
３１（絶縁材料の基板）が配置され、この回路基板３１
上にスイッチ本体３２と表示器３３が載置されて筐体３
４内に収納される。表示器３３の表示部は筐体３４の外
部から見ることができるように構成される。一般に波長
に比べて小さなループアンテナの効率ηは、アンテナの
放射抵抗をＲｒ、ループ周上の電気抵抗をＲｌｏｓｓと
すると、 η＝Ｒｒ／（Ｒｒ＋Ｒｌｏｓｓ） …（１） で表すことが一般に知られている。アンテナの効率ηは
放射抵抗Ｒｒと電気抵抗をＲｌｏｓｓによって決定され
ることがわかる。ここで、放射抵抗Ｒｒは、ループアン
テナの断面積をＳとすると、 Ｒｒ＝２０（（２π／λ）² ×Ｓ）² …（２） であらわすことができる。なお、このときのループアン
テナの断面積Ｓは平行板の辺の長さをそれぞれａ、ｂと
し、ループ高さをｄとすると、 Ｓ＝ｄ√（ａ² ＋（ｂ−Ａ／２）² ） …（３） で表すことができる。（２）式より放射抵抗Ｒｒはルー
プアンテナの断面積の２乗に比例する。このためループ
アンテナを図１に示すように、直径上に配置し、短絡導
体２４で接続することにより、放射抵抗Ｒｒを増加させ
ることができる。

【００３０】一方、携帯形無線機が用いられている超短
波帯以上の周波数においては、電流は表皮効果により導
体の表面を流れるため、幅の等しい部分の電気抵抗Ｒｌ
ｏｓｓは（４）式に示されるように導体表面の面積Ｗに
反比例する。

【００３１】 Ｒｌｏｓｓ＝（１／Ｗ）×Ｃ×√（（πｆμ）／σ） …（４） ただし、μは透磁率、σは導電率、ｆは周波数、Ｃはエ
レメントの総長である。したがって、エレメントを板状
にすることにより、電気抵抗Ｒｌｏｓｓが低下し、利得
が上昇する。しかし、ループ断面積を最大にするため
に、短絡導体の幅を細くし、線状にすると、放射抵抗Ｒ
ｒは上昇するものの、短絡導体による電気抵抗Ｒｌｏｓ
ｓが大きくなってしまい結局効率ηは改善されない。

【００３２】本発明第一実施例のアンテナ装置の整合回
路を図３に示し、短絡導体幅と利得差との関係を図４に
示す。図３は本発明第一実施例のアンテナ装置に用いる
整合回路を示す図である。図４は短絡導体幅と利得差と
の関係を示す図である。横軸に短絡導体幅（λ）をと
り、縦軸に利得差（ｄＢ）をとる。図３に示す整合回路
を用いてアンテナインピーダンスを５０Ωに整合させ、
短絡素子Ｗの幅を変化させたときのアンテナ装置のピー
ク利得を基準とした自由空間中利得の変化を図４に示
す。本検討のモデルは図１に示したものと同じ形状であ
り、３００ＭＨｚにおいて、アンテナ直径はおよそ０．
０４５λである。同一寸法の従来例のアンテナに比べて
３ｄＢ程度利得が高い。また、従来例のアンテナに比
べ、電気抵抗が大きくなる０．０１λ以下と、短絡素子
Ｗが広くなりループ開口面積がとれない０．０６λ以上
のときを除いては、本技術によりアンテナの開口面積が
増加し、従来形のアンテナに比べアンテナ利得が高くな
っている。このことから、本アンテナの効果が現れるの
は、短絡導体の幅が０．０１λから０．０６λであると
いえる。

【００３３】次に、環状の導体２１の環の幅とアンテナ
利得差との関係を図５に示す。図５は環状の導体２１の
環の幅とアンテナ利得差との関係を示す図である。横軸
に環状の導体の幅（λ）すなわち環の幅をとり、縦軸に
アンテナ利得差（ｄＢ）をとる。これによると、幅が
０．０５λ以上のときは環状の導体２１の繰り抜きによ
る損失はなく利得がほとんど一定である。

【００３４】さらに、筐体にアンテナを組み込む際に
は、アンテナ内部に内蔵する金属物、特に電池や回路基
板のアースの影響が大きい。その影響を避けるために環
状の導体２１を用いることは効果がある。実際にアンテ
ナ内寸とほぼ同じ大きさの無線機回路を内蔵した際のア
ンテナ利得差を図６に示す。図６は無線機挿入時の環状
の導体の幅とアンテナ利得差との関係を示す図である。
横軸に環状の導体の幅（λ）すなわち環の幅をとり、縦
軸にアンテナ利得差（ｄＢ）をとる。無線回路を内蔵し
ないとき、利得は繰り抜きにより２ｄＢ以上低下する
が、無線機回路を内蔵すると、繰り抜きのないときに比
べて環状の導体の幅が０．０６λのときに最大で０．５
ｄＢ感度を向上させることができ、回路を内蔵しないと
きの利得をほぼ確保することができる。

【００３５】次に、本発明第二実施例を図７を参照して
説明する。図７は本発明第二実施例の構成を示す斜視図
である。ディスプレイやスイッチを装着するため環状の
導体２１と同様に、電池３５や回路基板のアースその他
が近接する導体板２２も結合の影響を避けるために、繰
り抜きを設けるものである。本発明第二実施例では、実
際にアンテナ内寸とほぼ同じ大きさの無線機回路を内蔵
している。電池３５もこの無線機回路の一部として内蔵
し、ディスプレイ面の環状の導体２１の幅を３ｍｍと固
定し、反対側の電池３５に近接する導体板２２を環状に
繰り抜く際の寸法を変化させたものであり、このときの
利得の変化を図８に示す。図８は二枚の環状導体を用い
たときの環状の導体の幅とアンテナ利得差との関係を示
す図である。横軸に環状の導体の幅（λ）すなわち環の
幅をとり、縦軸にアンテナ利得差（ｄＢ）をとる。繰り
抜きが大きくなると結合による損失が小さくなり、繰り
抜きを設けないときに比べて利得が最大で０．７ｄＢ向
上する。

【００３６】本発明第一および第二実施例では環状の導
体２１または導体板２２は円として説明したが、楕円ま
たはその近似形状を用いることもできる。その例を図９
を参照して説明する。図９は環状の導体２１または導体
板２２の形状を示す図である。図９（ａ）は真円であ
る。図９（ｂ）は楕円である。図９（ｃ）は長円であ
る。図９（ｄ）は多角形である。図９（ｅ）は円の変形
である。これらの形状を用いても本発明第一および第二
実施例は同様に説明することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円形の筐体にループアンテナおよび無線通信機回路を効
率よく実装することができるアンテナ装置および無線通
信機を実現することができる。本発明によれば、円形の
筐体形状を有する無線選択呼出受信機に用いるのに最適
なアンテナ装置を実現することができる。本発明によれ
ば、無線選択呼出受信機を小型化することができるアン
テナ装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例装置のブロック構成図。

【図２】本発明第一実施例のアンテナ装置が装着された
状態を示す斜視図。

【図３】本発明第一実施例のアンテナ装置に用いる整合
回路を示す図。

【図４】短絡導体幅とアンテナ利得差との関係を示す
図。

【図５】環状の導体の幅とアンテナ利得差との関係を示
す図。

【図６】無線機挿入時の環状の導体の幅とアンテナ利得
差との関係を示す図。

【図７】本発明第二実施例の構成を示す斜視図。

【図８】二枚の環状導体を用いたときの環状の導体の幅
とアンテナ利得差との関係を示す図。

【図９】環状の導体または導体板の形状を示す図。

【図１０】従来例のループアンテナの基本構成を示す
図。

【符号の説明】

２１ 環状の導体 ２２ 導体板 ２３ 給電端 ２４ 短絡導体 ３１ 回路基板 ３２ スイッチ本体 ３３ 表示器 ３４ 筐体 ３５ 電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−329006（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 7/00 H01Q 1/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状の導体と、この環状の導体にほぼ平
   行に配置されその外形がほぼ等しい環状の導体板と、前
   記環状の導体と前記導体板の対向する一部を相互に電気
   的に接続する短絡導体とを備え、 前記導体および導体板の外形は円形であってその導体幅
   は少なくとも使用波長の５％であり、 前記短絡導体の環に沿う幅は使用波長の１ないし６％で
   ある ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 環状の導体と、この環状の導体にほぼ平
   行に配置されたその外形がほぼ等しい環状の導体板と、
   前記環状の導体と前記導体板の対向する一部を相互に電
   気的に接続する短絡導体とを備え、 前記導体および導体板の外形は楕円またはその近似形状
   であってその導体幅は少なくとも使用波長の５％であ
   り、 前記短絡導体の環に沿う幅は使用波長の１ないし６％で
   ある ことを特徴とする アンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記環状の導体および前記環状の導体板
   の前記短絡導体から離れた外縁部の対向する二点間に無
   線信号を供給する給電端を設けた請求項１または２記載
   のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか記載のアン
   テナ装置が筐体の一部を形成する無線通信機。