JP3300844B2 - 二重機能アンテナ構造およびこのアンテナ構造を有する携帯無線装置 - Google Patents
二重機能アンテナ構造およびこのアンテナ構造を有する携帯無線装置Info
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- JP3300844B2 JP3300844B2 JP23839296A JP23839296A JP3300844B2 JP 3300844 B2 JP3300844 B2 JP 3300844B2 JP 23839296 A JP23839296 A JP 23839296A JP 23839296 A JP23839296 A JP 23839296A JP 3300844 B2 JP3300844 B2 JP 3300844B2
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/362—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith for broadside radiating helical antennas
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二重機能アンテナ構造
に関し、さらに詳しくは、第2モードで動作するときに
二次アンテナ素子に類似する一次アンテナ素子に関す
る。
に関し、さらに詳しくは、第2モードで動作するときに
二次アンテナ素子に類似する一次アンテナ素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】携帯電子無線装置は、一般に小型で携帯
上の便利さのために望ましい。一般に、伸縮型ダイポー
ルまたはモノポール・アンテナなど、単一の小型アンテ
ナ構造が一般的である。しかしながら、これらおよび他
の既知のアンテナは、一つの動作モードしか対処しな
い。例えば、これらのアンテナは2つの異なる無線周波
数で共振するように最適化されていない。
上の便利さのために望ましい。一般に、伸縮型ダイポー
ルまたはモノポール・アンテナなど、単一の小型アンテ
ナ構造が一般的である。しかしながら、これらおよび他
の既知のアンテナは、一つの動作モードしか対処しな
い。例えば、これらのアンテナは2つの異なる無線周波
数で共振するように最適化されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】さらに、これらのアン
テナは一種類の偏波の無線周波数エネルギしか対処しな
い。例えば、今日一般的な無線電話の伸縮型モノポール
・アンテナは、線形偏波無線周波数エネルギしか対処し
ない。選択された線形偏波および円形偏波無線周波数エ
ネルギの二重機能を提供できる小型アンテナ構造は、当
技術分野では未知である。
テナは一種類の偏波の無線周波数エネルギしか対処しな
い。例えば、今日一般的な無線電話の伸縮型モノポール
・アンテナは、線形偏波無線周波数エネルギしか対処し
ない。選択された線形偏波および円形偏波無線周波数エ
ネルギの二重機能を提供できる小型アンテナ構造は、当
技術分野では未知である。
【0004】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例による二重機能
アンテナ構造の側面図を示す。一次アンテナ素子110
は、第1モードで動作するため第1給電線120によっ
て給電される。一次アンテナ素子は、好ましくは、第1
モードにおいて円形偏波放射のためクワドリフィラー・
ヘリックス(quadrifilar helix) である。第2給電線1
40は、接続点130において第1給電線に接続する。
第2モードでは、金属層160および一次アンテナ素子
110は、第2給電線140によって付勢され、第2モ
ードにおいて二次アンテナ素子に機能的に類似する。上
部チョーク150は、接続点130の真下にあり、第2
モードにおける無線周波数エネルギが上部チョーク15
0より下に移動するのを防ぐ。従って、二重機能を提供
できる小型アンテナ構造が提供される。さらに、一次ア
ンテナ素子のクワドリフィラー・ヘリックスは、線形偏
波アンテナ構造および円形偏波アンテナ構造の両方に機
能的に類似する。
アンテナ構造の側面図を示す。一次アンテナ素子110
は、第1モードで動作するため第1給電線120によっ
て給電される。一次アンテナ素子は、好ましくは、第1
モードにおいて円形偏波放射のためクワドリフィラー・
ヘリックス(quadrifilar helix) である。第2給電線1
40は、接続点130において第1給電線に接続する。
第2モードでは、金属層160および一次アンテナ素子
110は、第2給電線140によって付勢され、第2モ
ードにおいて二次アンテナ素子に機能的に類似する。上
部チョーク150は、接続点130の真下にあり、第2
モードにおける無線周波数エネルギが上部チョーク15
0より下に移動するのを防ぐ。従って、二重機能を提供
できる小型アンテナ構造が提供される。さらに、一次ア
ンテナ素子のクワドリフィラー・ヘリックスは、線形偏
波アンテナ構造および円形偏波アンテナ構造の両方に機
能的に類似する。
【0005】上部チョーク150は、金属内面または金
属内壁を有し、また短絡端部155を有する。上部チョ
ーク150は、第2モードで送受信される無線周波数エ
ネルギの波長の約1/4に等しい電気的長さまたは共振
周波数特性を有する。従って、このチョークは短絡端部
を有する1/4波長伝送線に類似する。接続点130か
ら一次アンテナ素子110の上部までの電気的長さは、
第2モードで送受信される無線周波数エネルギの波長の
約1/4の奇数整数倍でなければならない。よって、上
部チョーク150および接続点130の位置は、第2モ
ードにおけるアンテナ構造の電気的長さに影響を及ぼ
し、第2モードにおいて所望の波長となるように調整で
きる。
属内壁を有し、また短絡端部155を有する。上部チョ
ーク150は、第2モードで送受信される無線周波数エ
ネルギの波長の約1/4に等しい電気的長さまたは共振
周波数特性を有する。従って、このチョークは短絡端部
を有する1/4波長伝送線に類似する。接続点130か
ら一次アンテナ素子110の上部までの電気的長さは、
第2モードで送受信される無線周波数エネルギの波長の
約1/4の奇数整数倍でなければならない。よって、上
部チョーク150および接続点130の位置は、第2モ
ードにおけるアンテナ構造の電気的長さに影響を及ぼ
し、第2モードにおいて所望の波長となるように調整で
きる。
【0006】下部チョーク170は、上部チョーク15
0の下に設けられる。下部チョーク170は、短絡端部
175と、第2モードにおける無線周波数エネルギの波
長の約1/4の奇数整数倍に対応する電気的長さとを有
する。下部チョーク170は、アンテナのパターン特性
を向上させ、アンテナ構造について第2モードにおける
エネルギの減衰を低減するが、この下部チョークは、下
部チョークのない場合のエネルギが第2モードで適切な
場合には省略できる。
0の下に設けられる。下部チョーク170は、短絡端部
175と、第2モードにおける無線周波数エネルギの波
長の約1/4の奇数整数倍に対応する電気的長さとを有
する。下部チョーク170は、アンテナのパターン特性
を向上させ、アンテナ構造について第2モードにおける
エネルギの減衰を低減するが、この下部チョークは、下
部チョークのない場合のエネルギが第2モードで適切な
場合には省略できる。
【0007】導電外面または金属層160は、第2モー
ドにおいて第2アンテナ素子の部分的な輻射器として設
けられる。金属層160は、上部チョーク150の周り
と、下方の下部チョーク170の周りに延在する。好ま
しくは、上部チョーク150は、単一の金属壁材料から
なり、そのため同一金属壁材料から金属層160と上部
チョーク150の内面とを形成する。金属層160は、
第2モードにおける無線周波数エネルギの波長の約1/
4の奇数整数倍の電気的長さだけ下方に延在すべきであ
る。
ドにおいて第2アンテナ素子の部分的な輻射器として設
けられる。金属層160は、上部チョーク150の周り
と、下方の下部チョーク170の周りに延在する。好ま
しくは、上部チョーク150は、単一の金属壁材料から
なり、そのため同一金属壁材料から金属層160と上部
チョーク150の内面とを形成する。金属層160は、
第2モードにおける無線周波数エネルギの波長の約1/
4の奇数整数倍の電気的長さだけ下方に延在すべきであ
る。
【0008】上部チョーク150および下部チョーク1
70の両方は、好適な実施例では、空中の誘電率(εr
=1)の4倍の誘電率(εr =4)を有する誘電体によ
って詰められる。次に、上部チョーク150および下部
チョーク170の物理的長さの和は、金属層160の物
理的長さと同じになる。しかし、これら3つのそれぞれ
は、第2モードにおける無線周波数エネルギの波長の約
1/4の電気的長さを依然有する。これは、各チョーク
150,170の電気的長さは、空中の誘電率の4倍の
誘電率で倍増されるためである。下部チョーク170を
省略した場合、上部チョーク150は誘電体で詰める必
要はなく、外部金属層160と同じ全長だけ延在でき
る。下部チョーク170のないアンテナ構造の構成を第
2図とともにさらに詳しく説明する。
70の両方は、好適な実施例では、空中の誘電率(εr
=1)の4倍の誘電率(εr =4)を有する誘電体によ
って詰められる。次に、上部チョーク150および下部
チョーク170の物理的長さの和は、金属層160の物
理的長さと同じになる。しかし、これら3つのそれぞれ
は、第2モードにおける無線周波数エネルギの波長の約
1/4の電気的長さを依然有する。これは、各チョーク
150,170の電気的長さは、空中の誘電率の4倍の
誘電率で倍増されるためである。下部チョーク170を
省略した場合、上部チョーク150は誘電体で詰める必
要はなく、外部金属層160と同じ全長だけ延在でき
る。下部チョーク170のないアンテナ構造の構成を第
2図とともにさらに詳しく説明する。
【0009】一次アンテナ素子110,第1給電線12
0,第2給電線140,上部チョーク150,下部チョ
ーク170および金属層160は、好ましくは、レドー
ム(radome)180内に収容され、アンテナ構造を形成す
る。レドーム180は、誘電材料の封入管であり、アン
テナ素子および給電線を外部環境から保護する。
0,第2給電線140,上部チョーク150,下部チョ
ーク170および金属層160は、好ましくは、レドー
ム(radome)180内に収容され、アンテナ構造を形成す
る。レドーム180は、誘電材料の封入管であり、アン
テナ素子および給電線を外部環境から保護する。
【0010】第1給電線120および第2給電線140
は、好ましくは、ホット中心導体と、グランド外部導体
とを有する同軸線である。第1給電線120は、好まし
くは、半硬質金属同軸材料からなる。半硬質金属同軸材
料は、誘電体によって金属中心導体から分離された金属
外部導体を有する。一次アンテナ素子110のエネルギ
は、第1および第2表面上で第1給電線120の半硬質
金属同軸材料内を移動する。半硬質金属同軸材料内部の
第1および第2表面は、それぞれ金属中心導体と、金属
外部導体の内部表皮(inside skin) である。半硬質同軸
材料の金属外部導体は、第3表面を有する。この第3表
面は、金属外部導体の外部表皮である。第1実施例の一
次アンテナ素子110のクワドリフィラー・ヘリックス
は、好ましくは、半硬質金属同軸材料を利用して構成さ
れる。短絡点115において、第1給電線120の半硬
質同軸材料の外部の第3表面と、一次アンテナ素子11
0のクワドリフィラー・ヘリックスの4つのアームとは
短絡される。
は、好ましくは、ホット中心導体と、グランド外部導体
とを有する同軸線である。第1給電線120は、好まし
くは、半硬質金属同軸材料からなる。半硬質金属同軸材
料は、誘電体によって金属中心導体から分離された金属
外部導体を有する。一次アンテナ素子110のエネルギ
は、第1および第2表面上で第1給電線120の半硬質
金属同軸材料内を移動する。半硬質金属同軸材料内部の
第1および第2表面は、それぞれ金属中心導体と、金属
外部導体の内部表皮(inside skin) である。半硬質同軸
材料の金属外部導体は、第3表面を有する。この第3表
面は、金属外部導体の外部表皮である。第1実施例の一
次アンテナ素子110のクワドリフィラー・ヘリックス
は、好ましくは、半硬質金属同軸材料を利用して構成さ
れる。短絡点115において、第1給電線120の半硬
質同軸材料の外部の第3表面と、一次アンテナ素子11
0のクワドリフィラー・ヘリックスの4つのアームとは
短絡される。
【0011】アンテナ構造が第2給電線140を介して
第2モードで動作するとき、第2給電線のホット中心導
体からのエネルギは、接続点130において、第1給電
線120の金属外部導体の外部表皮上の第3表面と、一
次アンテナ素子110とに接続される。上記の同軸内部
および外部導体の接続は、本実施例で好ましいが、他の
構造も可能である。第2給電線140のホット中心導体
から接続点130への接続は、好ましくは、直接電気接
続であり、これは製造上の理由から発生する固有寄生容
量またはインダクタンスを有することがある。接続点1
30において意図的な無効インピーダンス(reactive im
pedance)成分を導入してもよい。無効インピーダンス成
分を点130において接続に導入することの一つの利点
は、整合回路を形成することである。容量性整合回路に
より、例えば、上部チョーク150の高さはわずかに短
くできる。
第2モードで動作するとき、第2給電線のホット中心導
体からのエネルギは、接続点130において、第1給電
線120の金属外部導体の外部表皮上の第3表面と、一
次アンテナ素子110とに接続される。上記の同軸内部
および外部導体の接続は、本実施例で好ましいが、他の
構造も可能である。第2給電線140のホット中心導体
から接続点130への接続は、好ましくは、直接電気接
続であり、これは製造上の理由から発生する固有寄生容
量またはインダクタンスを有することがある。接続点1
30において意図的な無効インピーダンス(reactive im
pedance)成分を導入してもよい。無効インピーダンス成
分を点130において接続に導入することの一つの利点
は、整合回路を形成することである。容量性整合回路に
より、例えば、上部チョーク150の高さはわずかに短
くできる。
【0012】第2給電線140は、好ましくは、金属層
160に接続される。第2給電線140のグランド外部
導体と金属層160の接続は、好ましくは、直接電気接
続であり、これは製造上の理由から発生する固有寄生容
量またはインダクタンスを有することがある。第2給電
線140のグランド外部導体は、アンテナの性能低下が
許容できる場合には、金属層160に意図的に接続する
必要はない。下部チョーク170を利用する場合、第2
給電線140は下部チョーク170内に詰め込むことが
でき、アンテナのパターン特性をさらに向上させ、第2
モードにおけるエネルギの減衰を低減できる。
160に接続される。第2給電線140のグランド外部
導体と金属層160の接続は、好ましくは、直接電気接
続であり、これは製造上の理由から発生する固有寄生容
量またはインダクタンスを有することがある。第2給電
線140のグランド外部導体は、アンテナの性能低下が
許容できる場合には、金属層160に意図的に接続する
必要はない。下部チョーク170を利用する場合、第2
給電線140は下部チョーク170内に詰め込むことが
でき、アンテナのパターン特性をさらに向上させ、第2
モードにおけるエネルギの減衰を低減できる。
【0013】従って、線形偏波無線周波数エネルギを送
受信できる二次アンテナ素子は、第1給電線120の外
面,金属層160および一次アンテナ素子110のクワ
ドリフィラー・ヘリックスによって達成される。また、
一次アンテナ素子のクワドリフィラー・ヘリックスは、
第1波長において円形偏波無線周波数エネルギを送受信
するので、一方のモードで円形偏波無線周波数エネルギ
を送受信し、他方のモードで線形偏波無線周波数エネル
ギを送受信する二重機能が達成される。
受信できる二次アンテナ素子は、第1給電線120の外
面,金属層160および一次アンテナ素子110のクワ
ドリフィラー・ヘリックスによって達成される。また、
一次アンテナ素子のクワドリフィラー・ヘリックスは、
第1波長において円形偏波無線周波数エネルギを送受信
するので、一方のモードで円形偏波無線周波数エネルギ
を送受信し、他方のモードで線形偏波無線周波数エネル
ギを送受信する二重機能が達成される。
【0014】二重機能アンテナ構造は、小型の二重モー
ド携帯無線装置で好ましい。例えば、地球または地上方
式のセルラ無線システムは、一般に線形偏波無線エネル
ギを利用する。一方、携帯衛星無線装置は、一般に円形
偏波アンテナを採用する必要がある。円形偏波アンテナ
は、線形偏波アンテナに比べて、外宇宙において天頂(z
enith)方向に発信源に対してエネルギを送受信するため
良好な利得パターンを有する。線形偏波アンテナは、水
平方向に地球基地局に対してエネルギを送受信するため
良好な利得パターンを有する。従って、線形偏波モード
および円形偏波モードの両方で動作できる単一のアンテ
ナ構造は、本発明によって提供される。よって、小型・
携帯型の二重モード衛星および地球無線受信機は、本発
明による単一アンテナ構造を利用して可能になる。
ド携帯無線装置で好ましい。例えば、地球または地上方
式のセルラ無線システムは、一般に線形偏波無線エネル
ギを利用する。一方、携帯衛星無線装置は、一般に円形
偏波アンテナを採用する必要がある。円形偏波アンテナ
は、線形偏波アンテナに比べて、外宇宙において天頂(z
enith)方向に発信源に対してエネルギを送受信するため
良好な利得パターンを有する。線形偏波アンテナは、水
平方向に地球基地局に対してエネルギを送受信するため
良好な利得パターンを有する。従って、線形偏波モード
および円形偏波モードの両方で動作できる単一のアンテ
ナ構造は、本発明によって提供される。よって、小型・
携帯型の二重モード衛星および地球無線受信機は、本発
明による単一アンテナ構造を利用して可能になる。
【0015】図2は、小型単一アンテナ構造および二重
機能を有する携帯無線装置290を示す。第1給電線2
20は、無線回路295の第1モード出力を一次アンテ
ナ素子210に接続する。上部チョーク250は、第1
給電線220に対して同軸的に設けられる。一次アンテ
ナ素子210について、クワドリフィラー・ヘリックス
の捻れのないクロス・ループが示される。第2給電線2
40は、無線回路295の第2モード出力を接続点23
0において第1給電線220および金属層260に接続
する。コンデンサ235などの無効インダクタンスは、
第2給電線に設けることができる。接続点230は、一
次アンテナ素子110の短絡点215またはその下であ
るが、上部チョーク250の頂部の上に配置できる。
機能を有する携帯無線装置290を示す。第1給電線2
20は、無線回路295の第1モード出力を一次アンテ
ナ素子210に接続する。上部チョーク250は、第1
給電線220に対して同軸的に設けられる。一次アンテ
ナ素子210について、クワドリフィラー・ヘリックス
の捻れのないクロス・ループが示される。第2給電線2
40は、無線回路295の第2モード出力を接続点23
0において第1給電線220および金属層260に接続
する。コンデンサ235などの無効インダクタンスは、
第2給電線に設けることができる。接続点230は、一
次アンテナ素子110の短絡点215またはその下であ
るが、上部チョーク250の頂部の上に配置できる。
【0016】本発明について上記の説明および図面で図
説してきたが、この説明は一例にすぎず、発明の真の精
神および範囲から逸脱せずにさまざまな変更および修正
が当業者によって可能なことが理解される。例えば、金
属層160または260は、個別に設けることができ、
あるいはチョークの外面以外の表面に設けることができ
る。3つまたはそれ以上のモードを有する多重機能アン
テナ構造も、3つまたはそれ以上の給電線およびそれぞ
れ複数のチョークを採用することによって対応できる。
このアンテナ構造は小型携帯無線装置を実現したが、ア
ンテナ構造は移動無線装置または固定位置無線装置でも
利用できる。
説してきたが、この説明は一例にすぎず、発明の真の精
神および範囲から逸脱せずにさまざまな変更および修正
が当業者によって可能なことが理解される。例えば、金
属層160または260は、個別に設けることができ、
あるいはチョークの外面以外の表面に設けることができ
る。3つまたはそれ以上のモードを有する多重機能アン
テナ構造も、3つまたはそれ以上の給電線およびそれぞ
れ複数のチョークを採用することによって対応できる。
このアンテナ構造は小型携帯無線装置を実現したが、ア
ンテナ構造は移動無線装置または固定位置無線装置でも
利用できる。
【図1】実施例の二重機能アンテナ構造の側面図を示す
図である。
図である。
【図2】別の実施例による二重機能アンテナ構造を有す
る携帯無線装置を示す斜視図である。
る携帯無線装置を示す斜視図である。
【符号の説明】 110 第1アンテナ素子 115 短絡点 120 第1給電線 130 接続点 140 第2給電線 150 上部チョーク 155 短絡端部 160 金属層 170 下部チョーク 175 短絡端部 180 レドーム 210 一次アンテナ素子 215 短絡点 220 第1給電線 230 接続点 235 無効インダクタンス 240 第2給電線 250 上部チョーク 260 金属層 290 携帯無線装置 295 無線回路
フロントページの続き (72)発明者 ケビン・エム・ヒル アメリカ合衆国ウィスコンシン州ケノシ ャ、フィフス・アベニュー7403 (72)発明者 クリストファー・エヌ・カービー アメリカ合衆国イリノイ州エルムハース ト、イースト・マディソン・ストリート 120 (56)参考文献 特開 平6−310930(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 23/00
Claims (10)
- 【請求項1】 異なる第1および第2信号を送受信する
二重機能アンテナ構造であって:第1波長で送受信でき
る一次アンテナ素子(110);前記一次アンテナ素子
に結合され、第2波長でチョークできる少なくとも一つ
のチョーク(150);前記一次アンテナ素子に動作可
能に結合され、前記第1波長を有する第1信号を給電す
る第1給電線(120);前記一次アンテナ素子と前記
チョークとの間で第2信号接続位置において前記第1給
電線に動作可能に結合され、前記第2波長を有する第2
信号を給電する第2給電線(140);および前記一次
アンテナ素子の反対方向に、前記第2信号接続位置から
延在する導電外面(160)であって、前記導電外面
は、少なくとも前記導電外面および前記一次アンテナ素
子が前記第2信号を送受信する二次アンテナ素子を形成
するように、前記チョークの円周を覆う導電外面(16
0);によって構成されることを特徴とする二重機能ア
ンテナ構造。 - 【請求項2】 前記第2給電線(140)は、前記第2
信号の前記第2波長の約1/4の奇数整数倍の電気的長
さに等しい、前記一次アンテナ素子(110)の頂部よ
り下の距離にある位置において、前記第1給電線に接続
されることを特徴とする請求項1記載の二重機能アンテ
ナ構造。 - 【請求項3】 前記導電外面(160)は、前記第2信
号の前記第2波長の約1/4の奇数整数倍の電気的長さ
を有することを特徴とする請求項2記載の二重機能アン
テナ構造。 - 【請求項4】 前記二次アンテナ素子は、線形偏波第2
信号を送受信する線形偏波アンテナ素子であることを特
徴とする請求項1記載の二重機能アンテナ構造。 - 【請求項5】 前記一次アンテナ素子(110)は、円
形偏波アンテナ素子であることを特徴とする請求項4記
載の二重機能アンテナ構造。 - 【請求項6】 前記チョーク(150)は、短絡端部を
有し、前記第2波長の約1/4の奇数整数倍の電気的長
さを備える伝送線であることを特徴とする請求項1記載
の二重機能アンテナ構造。 - 【請求項7】 前記第2信号の前記第2波長においてチ
ョークできる別のチョーク(170)をさらに含んで構
成されることを特徴とする請求項1記載の二重機能アン
テナ構造。 - 【請求項8】 前記別のチョーク(170)は、短絡端
部を有し、前記第2信号の前記第2波長の約1/4の奇
数整数倍の電気的長さを備える伝送線であることを特徴
とする請求項7記載の二重機能アンテナ構造。 - 【請求項9】 前記第2給電線(140)は2つの導体
からなり;前記導電外面は、前記チョークおよび前記別
のチョークの外面によって形成され;前記導電外面は、
前記第2給電線の2つの導体のうち第1導体上で電荷を
受信すべく動作可能に結合され;および前記一次アンテ
ナ素子(110)は、前記第2給電線の2つの導体のう
ち第2導体上で電荷を受信することを特徴とする請求項
7記載の二重機能アンテナ構造。 - 【請求項10】 第1モードにおいて前記第1信号を送
受信し、かつ第2モードにおいて前記第2信号を送受信
できる無線回路(295)であって、前記無線回路の第
1モード出力は前記第1給電線に結合され、前記無線回
路の第2モード出力は前記第2給電線に結合される、無
線回路(295)をさらに含んで構成されることを特徴
とする請求項1記載の二重機能アンテナ構造。
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