JP3556540B2 - 多段式アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯端末等に搭載される伸縮可能で高利得な多段式アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の準マイクロ波帯を使用した各種の移動通信システムが脚光を浴びており、音声通話のみならず、データ通信や画像通信等の分野への利用も高まっている。また、フェージング環境下で基地局からの電波は、移動局側では水平面内に集中して到来するため、移動端末器側に搭載されるアンテナは、データ通信等の使用時に水平方向に高利得性を有することが必要となる。また、その携帯性を向上させるために、コンパクトな収納性を有することが必要とされる。
【０００３】
図１２及び図１３に従来の多段式アンテナの一例を示す。図１２は、アンテナ伸長状態を示し、図１３は短縮状態を示している。図１２及び図１３のアンテナは、特開平２−１７９００９号公報記載のコリニアアレーアンテナであって、上段アンテナ部１２１、下段アンテナ部１２２を有する。上段アンテナ部１２１は中空状の下段アンテナ部１２２に摺動自在に嵌入されている。
【０００４】
上段アンテナ部１２１は、その内部にλ／２（半波長）の長さを持つ第１のアンテナ素子１２３と、第１のアンテナ素子１２３の下端部に接続された位相変化用のコイル１２４と、該コイル１２４の下端部に接続された接点用の接点環１２５によって構成されている。下段アンテナ部１２２は、その内部に金属製のパイプで構成された第２のアンテナ素子１２６を有し、第２のアンテナ素子１２６の先端部に細径に形成された基端接点部１２７を有する。
【０００５】
アンテナ伸長状態では、接点環１２５と基端接点部１２７が接触し、第１のアンテナ素子１２３と第２のアンテナ素子１２６は、コイル１２４を介して接続される。第２のアンテナ素子６に給電された発信周波は、コイル１２４で位相を１８０°反転されて第１のアンテナ素子１２３に入力される。したがって、第１及び第２のアンテナ素子１２３，１２６は同位相で給電され、水平方向に高い利得を有するダイポールアレイアンテナとほぼ等価となる。
【０００６】
次に、アンテナ短縮時（上段アンテナの収容時）では、図１３に示すように、上段アンテナ部１２１と下段アンテナ部１２２は完全な絶縁状態となって、上段アンテナ部１２１が下段アンテナ部１２２内に収容される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多段式アンテナにおいては、アンテナ伸長時は、上段アンテナ部１２１と下段アンテナ部１２２が同位相で励振され、水平面内に高い利得を発生する。しかし、第１及び第２のアンテナ素子１２３，１２６は、共にλ／２（半波長）であるため、第１のアンテナ素子１２３、コイル１２４、及び接点環１２５で構成される上段アンテナ部１２１は、第２のアンテナ素子１２６よりも長くなる。従って、アンテナ短縮時においても、上段アンテナ部１２１は下段アンテナ部１２２にすべて収納されず、上下に若干の突出部分１２８を有する。
【０００８】
その携帯性を向上させるためアンテナ素子を細径化した場合、突出部分１２８はＤＣ的には第２のアンテナ素子１２６と接触していなくとも、ＲＦ的には収納時の第２のアンテナ素子１２６と容量を介して結合することにより、突出部分１２８が無視できなくなる。すなわち、アンテナ短縮時のアンテナ素子長さは、λ／２より長くなり、入力インピーダンスが変化すると共に、指向性が上方に傾くことによって水平面の利得が低下する。
【０００９】
さらに近年の移動体通信に用いられるアンテナとしては、その加入者容量、伝送量等によりより周波数範囲の広いアンテナが必要とされている。上述のような多段式アンテナを広帯域化するためにはコイルの大型化が必要不可欠となるため、前記突出部分はさらに大きくなり、アンテナ短縮時の利得が大きく劣化する。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、アンテナ伸長時はダイポールアレイと同様に水平面に高利得を有し、アンテナ短縮時においても最大放射方向を水平面に有し、ユーザがその煩わしさによりアンテナを伸長しない場合でもある程度高い利得が得られ、受信感度が低いと感じた場合はアンテナ伸長すればさらに高い利得が得られる多段式アンテナを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、使用周波数における略半波長の物理的長さを有する中空状の下段アンテナ部と、該下段アンテナ部内を軸方向に摺動自在に配置され、前記下段アンテナ部と物理的長さが等しく又は短く設定された上段アンテナ部とを備える多段式アンテナである。
上段アンテナ部は、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを半波長より短縮した螺旋状導体である第１のアンテナ素子と、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを前記第１のアンテナ素子よりも短縮し、前記第１のアンテナ素子に対する給電信号を位相制御する螺旋状導体である第１の位相制御手段と、上段アンテナ部の基端部に配置された第１の結合導体とを先端から基端方向にこの順に直列接続して備える。
下段アンテナ部は、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを半波長より短縮した少なくとも一部が螺旋状の導体である第２のアンテナ素子と、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを前記第２のアンテナ素子よりも短縮し、前記第１のアンテナ素子に接続して給電信号を位相制御する螺旋状導体である第２の位相制御手段と、下段アンテナ部の先端部に配置された第２の結合導体とを基端から先端方向にこの順に直列接続して備える。前記第１のアンテナ素子に対する前記第２のアンテナ素子及び第２の結合導体の螺旋方向が反対である。
アンテナ伸長時は、前記第１の結合導体と前記第２の結合導体が電気的に接続され、アンテナ短縮時は、前記第１のアンテナ素子が第２のアンテナ素子の内壁に近接して収納されることを特徴とする。
【００１６】
第２の発明は、前記上段アンテナ部と前記下段アンテナ部が、各導体をパターニングされたフレキシブル基板を樹脂棒に巻き付けて構成されることを特徴とする。
【００１７】
第３の発明は、前記上段アンテナ部と前記下段アンテナ部が、各導体を樹脂棒表面に形成されたメッキパターンで構成されることを特徴とする。
【００１８】
第４の発明は、前記上段アンテナ先端部にさらに該上段アンテナと同一形式の単一又は複数の上段アンテナを配置することを特徴とする。
【００１９】
第５の発明は、前記下段アンテナ部は、回転機構を基端部に備え、通信装置の筐体の側面に該回転機構を設置して、筺体側面に回転収納可能なことを特徴とする。
【００２０】
第６の発明は、前記上段アンテナ部の先端部にローディングを有するトップアンテナ部を具備し、前記上段及び、下段アンテナ部を通信装置の筐体内に収納可能に設け、該上段及び下段アンテナ部が筐体内に収納された時は該トップアンテナ部は該筐体外に突出した位置に配置、給電され、該上段及び下段アンテナ部が筐体内から引き出された時は該下部アンテナ部の基端部より給電されることを特徴とする。
【００２１】
本願発明において、アンテナ伸長時は、上段アンテナ部の第１のアンテナ素子が半波長アンテナとして動作し、下段アンテナ部の第２のアンテナ素子が半波長アンテナとして動作する。下段アンテナ部に給電されたＲＦ信号は、位相制御手段によって位相が１８０°反転され第１のアンテナ素子に給電される。そのため、上段及び下段のアンテナ部は、同位相で合成されたダイポールアレイと等価となり、水平面の高利得化が可能となる。
【００２２】
また、アンテナ短縮時は、第１のアンテナ素子が第２のアンテナ素子の内壁に近接して収納されるので、両素子間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされて、上段及び下段アンテナ部が一体化して半波長アンテナとして動作する。第２の発明や第５の発明のように、下段アンテナ部が第２のアンテナと位相制御手段と結合導体で構成されていても同様である。第５の発明のように、第１のアンテナ素子が螺旋状導体であり、第２の位相制御手段も螺旋状導体であり、これらの螺旋方向が反対である場合には、導体が交差してさらに容量が増加してＲＦ的にショートされて、上段及び下段アンテナ部が一体化する。この時、上段アンテナ部が下段アンテナ部と物理的長さが等しく又は短く設定されているので、下段アンテナ部内に上段アンテナ部を完全に収容可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
図１及び図２は、本発明に係る多段式アンテナの第１の実施形態を示す図であり、図１はアンテナ伸長時を示し、図２は短縮時を示す図である。
この多段式アンテナは、軸方向に摺動可能に配置された上段アンテナ部１と、下段アンテナ部２を有する。上段アンテナ部１は、電気的長さが概略λ／２（半波長）の螺旋導体で構成される第１のアンテナ素子３と、第１のアンテナ素子３の下端に接続され、電気的長さが概略λ／２の第１のアンテナ素子３より密に巻かれて第１のアンテナ素子３より物理的長さが短縮された螺旋導体で構成された位相制御コイル４と、位相制御コイル４の下端に接続された結合導体６を有する。第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４、結合導体６のトータルの物理的長さ、すなわち上段アンテナ部１が概略λ／２以下に設定され、さらに樹脂カバー１０によりモールド固定される。樹脂カバー１０は、上端部にアンテナ伸長用のつまみ１４と下端部外周に凸部をなす抜け防止用ストッパー１５を有する。
【００２５】
下段アンテナ部２は、筒状導体で構成され、発信用電源８に接続されている第２のアンテナ素子５と、第２のアンテナ素子５を保護するための樹脂カーバーを有する。さらに、下段アンテナ部２は、上部先端内璧に上段アンテナ部１の抜け防止用の凸部１６及び内側面の上部及び下部に上段アンテナ部１の係止用ボス７ａ，７ｂを有する。
【００２６】
アンテナ伸長時は、上段アンテナ部１は下段アンテナ部２の中空より引き出され、上段アンテナ部１のストッパー１５が、下段アンテナ部２の突部１４とボス７ａにより下段アンテナ部２の上部に係止される。この時、結合導体６と第２のアンテナ素子５の上部が樹脂を介して近接し、容量結合によって上段アンテナ部１と下段アンテナ部２は接続される。第２のアンテナ素子５に給電されたＲＦ信号は、位相制御コイル４を介して１８０°反転され、第１のアンテナ素子３にも給電される。
【００２７】
この結果、図１のように第１及び第２のアンテナ素子３，５は同位相の電流が励振され、位相制御コイル４には逆位相の電流が励振される。このとき位相制御コイル４は密に巻かれたコイルのため放射にはあまり寄与せず、同位相の第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子５から電波が放射され、結果として軸方向のダイポールアレイアンテナと等価となり、水平面の高利得化が可能となる。
【００２８】
次にアンテナ収納時（図２）、上段アンテナ部１は下段アンテナ部２の中空内に収納され、つまみ１４及びボス７ｂによって固定される。このとき第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４、結合導体６のトータルの物理的長さは上述の通り概略λ／２以下であるため、第２のアンテナ素子５内にほぼすべて収納可能となる。このとき、第２のアンテナ素子５内に収納された第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４は第２のアンテナ素子５の内壁に近接するため、第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４の隣接するコイル間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされて、ほぼ第２のアンテナ素子５と一体化し、半波長アンテナとして動作する。
【００２９】
以上のように、伸長時にはダイポールアレイと等価なアンテナを構成でき、ビームを水平面に集中して放出して高利得を有する。また、短縮時には半波長アンテナとして動作可能であり、水平面に最大放射方向を有するようにできる。
【００３０】
尚、本実施形態において、結合導体６と第２のアンテナ素子５上部は容量結合によって接続したが、直接接触させ接続してもよい。また、本実施形態および後述の実施形態において、上段アンテナ先端部にさらに該上段アンテナと同一形式の単一又は複数の上段アンテナを配置し、さらに高利得化をはかった多段式アンテナとしても良い。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図３は上段アンテナ部３０の第２の実施形態を示す図、図４はフレキシブル基板のパターン図である。図３の上段アンテナ部３０は、第１の実施形態で示した、第１のアンテナ素子、位相制御コイル、結合導体をフレキシブル基板４０上に形成し、フレキシブル基板４０を樹脂心棒３６に巻き付けた例である。
【００３２】
図３及び図４の上段アンテナ部は、概略λ／２（半波長）の長さのフレキシブル基板４０上にエッチング等によりジグザグに形成された第１のアンテナパターン（第１のアンテナ素子）３１と、第１のアンテナパターン３１下端に接続され、第１のアンテナパターン３１より密な間隔のジグザグで形成された位相制御パターン３２と、位相制御パターン３２に接続された結合パターン（結合導体）３３を有する。フレキシブル基板４０は、上部につまみ３４、下部にストッパー３５を有する樹脂棒に巻き付けられ、熱収縮チューブ等（図示せず）で固定される。
【００３３】
アンテナ伸長時は、結合パターン３３が下段アンテナ部（図示せず）上部に近接し、上述の様に第１のアンテナパターン３１と下部アンテナ部が同位相で励振され水平面の高利得が可能となる。また、アンテナ短縮時は、第１のアンテナパターン３１、位相制御パターン３２が下段アンテナ部の内壁に近接し、下部アンテナ部と一体となり半波長（λ／２）アンテナとして動作する。
【００３４】
＜第３の実施形態＞
図５は上段アンテナ部の第３の実施形態を示す図である。図５の上段アンテナ部５０は、樹脂上に直接導体がメッキされた例である。図５の上段アンテナ部５０は、金型等で形成された円柱状の樹脂棒５６であり、先端部につまみ５４、下端部にストッパー５５を有し、保護用のチューブ等（図示せず）で被覆される。樹脂部品は、次に示す各凹部が形成され、該凹部には金属メッキが施されている。すなわち、樹脂部品は、螺旋状の第１の凹部５１と、第１の凹部５１の下端に連続的に配置された第１の凹部５１よりも密な螺旋で形成された第２の凹部５２と、第２の凹部５２の下端に連続的に配置された樹脂部品の円周にわたって形成された第３の凹部５３を有する。樹脂部品はその全体にわたり金属メッキが施され、樹脂棒５６の外周を削り取ることにより第１，２，３の凹部５１，５２，５３のみにメッキが残り、アンテナパターンを形成する。第１の凹部５１は上述の第１のアンテナ素子として、第２の凹部５２は上述の位相制御コイルとして、第３の凹部３２は上述の結合導体として動作する。
【００３５】
＜第４の実施形態＞
図６及び図７は、本発明に係る多段式アンテナの第４の実施形態を示す図である。図６はアンテナ伸長状態であり、図７は短縮状態を示す図である。図６及び図７の多段式アンテナは、軸方向に配置された摺動可能な上段アンテナ部６１と、下段アンテナ部６２を有する。
【００３６】
上段アンテナ６１は、筒状又は棒状の第１の導体６３と、第１の螺旋導体６４と、第１の螺旋導体６４よりも密に巻かれた第２の螺旋導体６５と、第１の結合導体６６が順次直列に接続され、樹脂によってモールドされている。樹脂モールドは、上端部に伸長用つまみ７４、及び下端部に係止用ストッパー７５を有する。
【００３７】
下段アンテナ部６２は、環状の第２の結合導体６７と、第３の螺旋導体６８と、第３の螺旋導体６８よりも疎に巻かれた第４の螺旋導体６９と、筒状の第２の導体７０が順次直列に接続され、保護用チューブを外部に有する。上段アンテナ部６１を係止するために、下段アンテナ部６２はさらにその内面上部及び下部に上段アンテナ部係止用のボス７１ａ，７１ｂを有する。
【００３８】
上段アンテナ部６１の第１の導体６３、第１，２の螺旋導体６４，６５、第１の結合導体６１のトータルの物理的長さは使用周波数に対して概略λ／２以下に設定されている。下段アンテナ部６２の第２の結合導体６７、第３，４の螺旋導体６８，６９、第２の導体７０のトータルの物理的長さは使用周波数に対して概略λ／２（半波長）に設定おり、上段アンテナ部６１は下段アンテナ部６２内にほば完全に収納される。また、第１の導体６３長さは、第２の結合導体６７、第３，４の螺旋導体６８，６９の物理的なトータル長以上に設定されている。
【００３９】
アンテナ伸長時は、上段アンテナ部６１は下段アンテナ部６２の中空より引き出され、ストッパー７５及び前記ボス７１により下段アンテナ部６２上部に係止される。この時、第１の導体６３、第１の螺旋導体６４は電気的長さとして概略λ／２に設定され、第１のアンテナ素子として動作する。第２及び第３の螺旋導体６５，６８は、第１及び第２の結合導体６６，６７が近接することによって容量を介してＲＦ的に接続され、電気的長さが概略λ／２の位相制御コイルとして動作する。第４の螺旋導体６９、第２の導体７０は電気的長さが概略λ／２に設定され、第２のアンテナ素子として動作する。第２のアンテナ素子（第４の螺旋導体６９、第２の導体７０）に給電されたＲＦ信号は、位相制御コイル（第２及び第３の螺旋導体６５，６８）を介して１８０°反転され、第１のアンテナ素子（第１の導体６３、第１の螺旋導体６４）にも給電される。この結果上記第１の実施形態と同様に該第１及び第２のアンテナ素子は同位相で給電され、水平面の高利得化が可能となる。
【００４０】
次に、アンテナ短縮時（アンテナ収納時）、上段アンテナ部６１は下段アンテナ部６２の中空内に収納され、つまみ７４及びボス７１ｂによって固定される。上段アンテナ部６１の導体部分のトータル長さは上述の通り概略使用周波数のλ／２以下であるため、中空状の下段アンテナ部６２にほぼ完全に収納される。このとき下段アンテナ部６２の第３，４の螺旋導体６８，６９近傍には上段アンテナ部６１の第１の導体６３の外壁が近接し、上段アンテナ部６１の第１，２の螺旋導体６４，６５の外周には下段アンテナ部６２の第２の導体７０が近接するため、第１〜第４の螺旋導体６４，６５，６８，６９の隣接するコイル間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされる。従って、第１〜第４の螺旋導体６４，６５，６８，６９は、それぞれ第１及び第２の導体６３，７０と一体化するため、ほぼ第１及び第２の導体６３，７０で形成されるλ／２アンテナとして動作する。
【００４１】
本実施形態においては、第１及び第２の螺旋導体６４，６５、第４及び第３の螺旋導体６９，６８はそれぞれ疎、密となる構成としたがそれぞれ同一のピッチの螺旋導体で構成しても良い。この場合、第１の導体６３と第４の螺旋導体の一部は前記第１のアンテナ素子として動作し、第２の導体７０と第３の螺旋導体６８の一部は前記第２のアンテナ素子として動作し、第４及び第３の螺旋導体６９，６８のそれぞれ残りの一部で位相制御コイルを形成する。
【００４２】
＜第５の実施形態＞
図８及び図９は、多段式高利得アンテナの第５の実施形態を示す断面図である。図８は上段アンテナ部の伸長状態の構成図、図９は短縮時の図である。図８の上段アンテナ部８１は、下段アンテナ部の第３及び第４の螺旋導体６８，６９と逆向きに巻かれ、その電気的長さが使用周波数の概略λ／２である第１の螺旋導体８３と、第１の螺旋導体８３よりも密に巻かれ、その電気的長さが下段アンテナ部の第３の螺旋導体（図示せず）と共に使用周波数の概略λ／２の第２の螺旋導体８４と、第１の結合導体８５が順次直列に接続され、樹脂によってモールドされている。上述の実施形態と同様に上段アンテナ伸長、短縮、係止するために、つまみ９４、ストッパー９５を上段アンテナ部８１の上下に有する。上段アンテナ部８１の第１及び第２の螺旋導体８３，８４、第１の結合導体８５のトータルの物理的な長さは使用周波数に対して概略λ／２以下に設定されており、下段アンテナ部６２内にほぼ完全に収納される。
【００４３】
アンテナ伸長時は、上記第４の実施形態と同様に第１の螺旋導体８３で構成される第１のアンテナ素子と、下段アンテナ部の第４の螺旋導体６９，第２の導体７０で構成される第２のアンテナ素子が第２及び第３の螺旋導体８４，６８及び第１及び第２の結合導体８５，６７で構成される位相制御コイルにより同位相に合成され水平面内の高利得化が可能である。
【００４４】
アンテナ短縮時は、図９に示すように上段アンテナ部８１の第１の螺旋導体８３と、下投アンテナ部６２の第３及び第４の螺旋導体６８，６９が交差するため、各々の隣接するコイル間の容量が増加し、等価的にＲＦ的にショートされた筒状の導体と等価となり、第２の導体７０と共にλ／２アンテナを形成する。
【００４５】
＜第６の実施形態＞
図１０は、本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末に実装した場合の第６の実施形態を示す構成図である。図１０の多段式アンテナは、机上で使用する携帯端末１００の端部に回転可能に取付けられた例であり、軸方向に摺動可能に配置された上段アンテナ部１０１と、下段アンテナ部１０２を有し、下段アンテナ部１０２の基端部に回転端子１０３を有する。
【００４６】
データ通信時にアンテナ伸長した場合、上述の実施形態のように同位相で合成された２個のダイポールアレイのように水平方向の高利得化が可能であり、アンテナ短縮時においてもλ／２アンテナと同等の利得を得ることができる。さらにアンテナを携帯端末１００側面に回転収納可能であり、収納時には携帯端末１００側面にアンテナが収納されることによるアンテナの入力インピーダンスのズレを携帯端末１００筐体内に配置されたアースされた容量装荷用パターン１０４によって補正する。
【００４７】
＜第７の実施形態＞
図１１は、本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末１１０に実装した場合の第７の実施形態を示す構成図である。図１１の多段式高利得アンテナは、上述の実施形態の多段式高利得アンテナの先端部にアンテナ収納時に動作するトップコイルを適用した例である。
【００４８】
図１１の多段式高利得アンテナは、上述の実施形態で示した上段アンテナ部１１１と下段アンテナ部１１２で構成される多段式アンテナと、多段式アンテナ１１３の基端部に設置された第１の接触部１１７と、多段式高利得アンテナ１１３の先端部に樹脂等で形成されたスペーサ１１４を介して配置された第２の接触部１１５と、第２の接触部１１５の先端に接続されたヘリカルコイル１１６を有する。
【００４９】
アンテナ伸長時は、筐体内無線部１１８に接続された第１の接触部１１７より給電され、上述の実施形態のように同位相で合成された２個のダイポールアレイのように水平方向の高利得化が可能である。また、アンテナ短縮時においても同じく第１の接触部１１７より給電されλ／２（半波長）ロッドアンテナとして動作する。一方アンテナを携帯端末１１０内に全収納した場合、携帯端末１１０内の無線部１１８は第２の接触部１１５に接触し、ヘリカルコイルが給電され、アンテナとして動作する。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明の多段式アンテナは、使用周波数の略半波長の物理的長さを有する螺旋導体を含む上段及び下段アンテナ部を摺動自在に配置したため、アンテナ伸長時は、上段アンテナ部内の第１のアンテナ素子と、下段アンテナ部内の第２のアンテナ素子が第１、第２のアンテナ素子間に配置された位相制御コイルにより同位相で励振され、ダイポールアレイと等価となり水平面の高利得化が可能となる。また、アンテナ短縮時においては、上段、下段アンテナ部内の導体が上段又は下段に配置された導体内璧又は外壁に近接して収納されるため、導体間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされ前記上段又は下段に配置された導体と一体化し、最大放射方向を水平面に有するλ／２アンテナとして動作する。よって、ユーザがその煩わしさによりアンテナを伸長しない場合（アンテナ短縮状態）でもある程度高い利得が得られ、受信感度が低いと感じた場合はアンテナ伸長すればさらに高い利得が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多段式アンテナの第１の実施形態を示す伸長時の断面図である。
【図２】本発明に係る多段式アンテナの第１の実施形態を示す短縮時の断面図である。
【図３】本発明に係る多段式アンテナの第２の実施形態を示す上段アンテナ部の断面図である。
【図４】第２の実施形態におけるフレキシブル基板を示す構成図である。
【図５】本発明に係る多段式アンテナの第３の実施形態を示す上段アンテナ部の断面図である。
【図６】本発明に係る多段式アンテナの第４の実施形態を示す伸長時の断面図である。
【図７】本発明に係る多段式アンテナの第４の実施形態を示す短縮時の断面図である。
【図８】本発明に係る多段式アンテナの第５の実施形態を示す伸長時の断面図である。
【図９】本発明に係る多段式アンテナの第５の実施形態を示す短縮時の断面図である。
【図１０】本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末に実装した時の第６の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末に実装した時の第７の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】従来の多段式アンテナの伸長時を示す断面図である。
【図１３】従来の多段式アンテナの短縮時を示す断面図である。
【符号の説明】
１，３０，５０，６１，８１，１０１，１１１ 上段アンテナ部
２，６２，１０２，１１２ 下段アンテナ部
３ 第１のアンテナ素子
４ 位相制御コイル
５ 第２のアンテナ素子
６ 結合導体
７ａ，７ｂ ボス
８ 発信用電源
１０ 樹脂カバー
１４，３４，５４，７４，９４ つまみ
１５，３５，５５，７５，９５ ストッパー
１６ 抜け防止用凸部
３１ アンテナパターン
３２ 位相制御パターン
３３ 結合パターン
３４，５４ つまみ
３５，５５ ストッパー
４０ フレキシブル基板
５１ 第１の凹部
５２ 第２の凹部
５３ 第３の凹部
５６ 樹脂棒
６３ 第１の導体
６４ 第１の螺旋導体
６５ 第２の螺旋導体
６６ 第１の結合導体
６７ 第２の結合導体
６８ 第３の螺旋導体
６９ 第４の螺旋導体
７０ 第２の導体
８３ 第１の螺旋導体
８４ 第２の螺旋導体
８５ 第１の結合導体
１００，１１０ 携帯端末
１０３ 回転端子
１０４ 容量装荷用パターン
１１３ 多段式高利得アンテナ
１１４ スペーサ
１１５ 第２の接触部
１１６ ヘリカルコイル
１１７ 第１の接触部
１１８ 無線部
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯端末等に搭載される伸縮可能で高利得な多段式アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の準マイクロ波帯を使用した各種の移動通信システムが脚光を浴びており、音声通話のみならず、データ通信や画像通信等の分野への利用も高まっている。また、フェージング環境下で基地局からの電波は、移動局側では水平面内に集中して到来するため、移動端末器側に搭載されるアンテナは、データ通信等の使用時に水平方向に高利得性を有することが必要となる。また、その携帯性を向上させるために、コンパクトな収納性を有することが必要とされる。
【０００３】
図１２及び図１３に従来の多段式アンテナの一例を示す。図１２は、アンテナ伸長状態を示し、図１３は短縮状態を示している。図１２及び図１３のアンテナは、特開平２−１７９００９号公報記載のコリニアアレーアンテナであって、上段アンテナ部１２１、下段アンテナ部１２２を有する。上段アンテナ部１２１は中空状の下段アンテナ部１２２に摺動自在に嵌入されている。
【０００４】
上段アンテナ部１２１は、その内部にλ／２（半波長）の長さを持つ第１のアンテナ素子１２３と、第１のアンテナ素子１２３の下端部に接続された位相変化用のコイル１２４と、該コイル１２４の下端部に接続された接点用の接点環１２５によって構成されている。下段アンテナ部１２２は、その内部に金属製のパイプで構成された第２のアンテナ素子１２６を有し、第２のアンテナ素子１２６の先端部に細径に形成された基端接点部１２７を有する。
【０００５】
アンテナ伸長状態では、接点環１２５と基端接点部１２７が接触し、第１のアンテナ素子１２３と第２のアンテナ素子１２６は、コイル１２４を介して接続される。第２のアンテナ素子６に給電された発信周波は、コイル１２４で位相を１８０°反転されて第１のアンテナ素子１２３に入力される。したがって、第１及び第２のアンテナ素子１２３，１２６は同位相で給電され、水平方向に高い利得を有するダイポールアレイアンテナとほぼ等価となる。
【０００６】
次に、アンテナ短縮時（上段アンテナの収容時）では、図１３に示すように、上段アンテナ部１２１と下段アンテナ部１２２は完全な絶縁状態となって、上段アンテナ部１２１が下段アンテナ部１２２内に収容される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多段式アンテナにおいては、アンテナ伸長時は、上段アンテナ部１２１と下段アンテナ部１２２が同位相で励振され、水平面内に高い利得を発生する。しかし、第１及び第２のアンテナ素子１２３，１２６は、共にλ／２（半波長）であるため、第１のアンテナ素子１２３、コイル１２４、及び接点環１２５で構成される上段アンテナ部１２１は、第２のアンテナ素子１２６よりも長くなる。従って、アンテナ短縮時においても、上段アンテナ部１２１は下段アンテナ部１２２にすべて収納されず、上下に若干の突出部分１２８を有する。
【０００８】
その携帯性を向上させるためアンテナ素子を細径化した場合、突出部分１２８はＤＣ的には第２のアンテナ素子１２６と接触していなくとも、ＲＦ的には収納時の第２のアンテナ素子１２６と容量を介して結合することにより、突出部分１２８が無視できなくなる。すなわち、アンテナ短縮時のアンテナ素子長さは、λ／２より長くなり、入力インピーダンスが変化すると共に、指向性が上方に傾くことによって水平面の利得が低下する。
【０００９】
さらに近年の移動体通信に用いられるアンテナとしては、その加入者容量、伝送量等によりより周波数範囲の広いアンテナが必要とされている。上述のような多段式アンテナを広帯域化するためにはコイルの大型化が必要不可欠となるため、前記突出部分はさらに大きくなり、アンテナ短縮時の利得が大きく劣化する。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、アンテナ伸長時はダイポールアレイと同様に水平面に高利得を有し、アンテナ短縮時においても最大放射方向を水平面に有し、ユーザがその煩わしさによりアンテナを伸長しない場合でもある程度高い利得が得られ、受信感度が低いと感じた場合はアンテナ伸長すればさらに高い利得が得られる多段式アンテナを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、使用周波数における略半波長の物理的長さを有する中空状の下段アンテナ部と、該下段アンテナ部内を軸方向に摺動自在に配置され、前記下段アンテナ部と物理的長さが等しく又は短く設定された上段アンテナ部とを備える多段式アンテナである。
上段アンテナ部は、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを半波長より短縮した螺旋状導体である第１のアンテナ素子と、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを前記第１のアンテナ素子よりも短縮し、前記第１のアンテナ素子に対する給電信号を位相制御する螺旋状導体である第１の位相制御手段と、上段アンテナ部の基端部に配置された第１の結合導体とを先端から基端方向にこの順に直列接続して備える。
下段アンテナ部は、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを半波長より短縮した少なくとも一部が螺旋状の導体である第２のアンテナ素子と、電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを前記第２のアンテナ素子よりも短縮し、前記第１のアンテナ素子に接続して給電信号を位相制御する螺旋状導体である第２の位相制御手段と、下段アンテナ部の先端部に配置された第２の結合導体とを基端から先端方向にこの順に直列接続して備える。前記第１のアンテナ素子に対する前記第２のアンテナ素子及び第２の結合導体の螺旋方向が反対である。
アンテナ伸長時は、前記第１の結合導体と前記第２の結合導体が電気的に接続され、アンテナ短縮時は、前記第１のアンテナ素子が第２のアンテナ素子の内壁に近接して収納されることを特徴とする。
【００１６】
第２の発明は、前記上段アンテナ部と前記下段アンテナ部が、各導体をパターニングされたフレキシブル基板を樹脂棒に巻き付けて構成されることを特徴とする。
【００１７】
第３の発明は、前記上段アンテナ部と前記下段アンテナ部が、各導体を樹脂棒表面に形成されたメッキパターンで構成されることを特徴とする。
【００１８】
第４の発明は、前記上段アンテナ先端部にさらに該上段アンテナと同一形式の単一又は複数の上段アンテナを配置することを特徴とする。
【００１９】
第５の発明は、前記下段アンテナ部は、回転機構を基端部に備え、通信装置の筐体の側面に該回転機構を設置して、筺体側面に回転収納可能なことを特徴とする。
【００２０】
第６の発明は、前記上段アンテナ部の先端部にローディングを有するトップアンテナ部を具備し、前記上段及び、下段アンテナ部を通信装置の筐体内に収納可能に設け、該上段及び下段アンテナ部が筐体内に収納された時は該トップアンテナ部は該筐体外に突出した位置に配置、給電され、該上段及び下段アンテナ部が筐体内から引き出された時は該下部アンテナ部の基端部より給電されることを特徴とする。
【００２１】
本願発明において、アンテナ伸長時は、上段アンテナ部の第１のアンテナ素子が半波長アンテナとして動作し、下段アンテナ部の第２のアンテナ素子が半波長アンテナとして動作する。下段アンテナ部に給電されたＲＦ信号は、位相制御手段によって位相が１８０°反転され第１のアンテナ素子に給電される。そのため、上段及び下段のアンテナ部は、同位相で合成されたダイポールアレイと等価となり、水平面の高利得化が可能となる。
【００２２】
また、アンテナ短縮時は、第１のアンテナ素子が第２のアンテナ素子の内壁に近接して収納されるので、両素子間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされて、上段及び下段アンテナ部が一体化して半波長アンテナとして動作する。第２の発明や第５の発明のように、下段アンテナ部が第２のアンテナと位相制御手段と結合導体で構成されていても同様である。第５の発明のように、第１のアンテナ素子が螺旋状導体であり、第２の位相制御手段も螺旋状導体であり、これらの螺旋方向が反対である場合には、導体が交差してさらに容量が増加してＲＦ的にショートされて、上段及び下段アンテナ部が一体化する。この時、上段アンテナ部が下段アンテナ部と物理的長さが等しく又は短く設定されているので、下段アンテナ部内に上段アンテナ部を完全に収容可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
図１及び図２は、本発明に係る多段式アンテナの第１の実施形態を示す図であり、図１はアンテナ伸長時を示し、図２は短縮時を示す図である。
この多段式アンテナは、軸方向に摺動可能に配置された上段アンテナ部１と、下段アンテナ部２を有する。上段アンテナ部１は、電気的長さが概略λ／２（半波長）の螺旋導体で構成される第１のアンテナ素子３と、第１のアンテナ素子３の下端に接続され、電気的長さが概略λ／２の第１のアンテナ素子３より密に巻かれて第１のアンテナ素子３より物理的長さが短縮された螺旋導体で構成された位相制御コイル４と、位相制御コイル４の下端に接続された結合導体６を有する。第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４、結合導体６のトータルの物理的長さ、すなわち上段アンテナ部１が概略λ／２以下に設定され、さらに樹脂カバー１０によりモールド固定される。樹脂カバー１０は、上端部にアンテナ伸長用のつまみ１４と下端部外周に凸部をなす抜け防止用ストッパー１５を有する。
【００２５】
下段アンテナ部２は、筒状導体で構成され、発信用電源８に接続されている第２のアンテナ素子５と、第２のアンテナ素子５を保護するための樹脂カーバーを有する。さらに、下段アンテナ部２は、上部先端内璧に上段アンテナ部１の抜け防止用の凸部１６及び内側面の上部及び下部に上段アンテナ部１の係止用ボス７ａ，７ｂを有する。
【００２６】
アンテナ伸長時は、上段アンテナ部１は下段アンテナ部２の中空より引き出され、上段アンテナ部１のストッパー１５が、下段アンテナ部２の突部１４とボス７ａにより下段アンテナ部２の上部に係止される。この時、結合導体６と第２のアンテナ素子５の上部が樹脂を介して近接し、容量結合によって上段アンテナ部１と下段アンテナ部２は接続される。第２のアンテナ素子５に給電されたＲＦ信号は、位相制御コイル４を介して１８０°反転され、第１のアンテナ素子３にも給電される。
【００２７】
この結果、図１のように第１及び第２のアンテナ素子３，５は同位相の電流が励振され、位相制御コイル４には逆位相の電流が励振される。このとき位相制御コイル４は密に巻かれたコイルのため放射にはあまり寄与せず、同位相の第１のアンテナ素子３及び第２のアンテナ素子５から電波が放射され、結果として軸方向のダイポールアレイアンテナと等価となり、水平面の高利得化が可能となる。
【００２８】
次にアンテナ収納時（図２）、上段アンテナ部１は下段アンテナ部２の中空内に収納され、つまみ１４及びボス７ｂによって固定される。このとき第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４、結合導体６のトータルの物理的長さは上述の通り概略λ／２以下であるため、第２のアンテナ素子５内にほぼすべて収納可能となる。このとき、第２のアンテナ素子５内に収納された第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４は第２のアンテナ素子５の内壁に近接するため、第１のアンテナ素子３、位相制御コイル４の隣接するコイル間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされて、ほぼ第２のアンテナ素子５と一体化し、半波長アンテナとして動作する。
【００２９】
以上のように、伸長時にはダイポールアレイと等価なアンテナを構成でき、ビームを水平面に集中して放出して高利得を有する。また、短縮時には半波長アンテナとして動作可能であり、水平面に最大放射方向を有するようにできる。
【００３０】
尚、本実施形態において、結合導体６と第２のアンテナ素子５上部は容量結合によって接続したが、直接接触させ接続してもよい。また、本実施形態および後述の実施形態において、上段アンテナ先端部にさらに該上段アンテナと同一形式の単一又は複数の上段アンテナを配置し、さらに高利得化をはかった多段式アンテナとしても良い。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図３は上段アンテナ部３０の第２の実施形態を示す図、図４はフレキシブル基板のパターン図である。図３の上段アンテナ部３０は、第１の実施形態で示した、第１のアンテナ素子、位相制御コイル、結合導体をフレキシブル基板４０上に形成し、フレキシブル基板４０を樹脂心棒３６に巻き付けた例である。
【００３２】
図３及び図４の上段アンテナ部は、概略λ／２（半波長）の長さのフレキシブル基板４０上にエッチング等によりジグザグに形成された第１のアンテナパターン（第１のアンテナ素子）３１と、第１のアンテナパターン３１下端に接続され、第１のアンテナパターン３１より密な間隔のジグザグで形成された位相制御パターン３２と、位相制御パターン３２に接続された結合パターン（結合導体）３３を有する。フレキシブル基板４０は、上部につまみ３４、下部にストッパー３５を有する樹脂棒に巻き付けられ、熱収縮チューブ等（図示せず）で固定される。
【００３３】
アンテナ伸長時は、結合パターン３３が下段アンテナ部（図示せず）上部に近接し、上述の様に第１のアンテナパターン３１と下部アンテナ部が同位相で励振され水平面の高利得が可能となる。また、アンテナ短縮時は、第１のアンテナパターン３１、位相制御パターン３２が下段アンテナ部の内壁に近接し、下部アンテナ部と一体となり半波長（λ／２）アンテナとして動作する。
【００３４】
＜第３の実施形態＞
図５は上段アンテナ部の第３の実施形態を示す図である。図５の上段アンテナ部５０は、樹脂上に直接導体がメッキされた例である。図５の上段アンテナ部５０は、金型等で形成された円柱状の樹脂棒５６であり、先端部につまみ５４、下端部にストッパー５５を有し、保護用のチューブ等（図示せず）で被覆される。樹脂部品は、次に示す各凹部が形成され、該凹部には金属メッキが施されている。すなわち、樹脂部品は、螺旋状の第１の凹部５１と、第１の凹部５１の下端に連続的に配置された第１の凹部５１よりも密な螺旋で形成された第２の凹部５２と、第２の凹部５２の下端に連続的に配置された樹脂部品の円周にわたって形成された第３の凹部５３を有する。樹脂部品はその全体にわたり金属メッキが施され、樹脂棒５６の外周を削り取ることにより第１，２，３の凹部５１，５２，５３のみにメッキが残り、アンテナパターンを形成する。第１の凹部５１は上述の第１のアンテナ素子として、第２の凹部５２は上述の位相制御コイルとして、第３の凹部３２は上述の結合導体として動作する。
【００３５】
＜第４の実施形態＞
図６及び図７は、本発明に係る多段式アンテナの第４の実施形態を示す図である。図６はアンテナ伸長状態であり、図７は短縮状態を示す図である。図６及び図７の多段式アンテナは、軸方向に配置された摺動可能な上段アンテナ部６１と、下段アンテナ部６２を有する。
【００３６】
上段アンテナ６１は、筒状又は棒状の第１の導体６３と、第１の螺旋導体６４と、第１の螺旋導体６４よりも密に巻かれた第２の螺旋導体６５と、第１の結合導体６６が順次直列に接続され、樹脂によってモールドされている。樹脂モールドは、上端部に伸長用つまみ７４、及び下端部に係止用ストッパー７５を有する。
【００３７】
下段アンテナ部６２は、環状の第２の結合導体６７と、第３の螺旋導体６８と、第３の螺旋導体６８よりも疎に巻かれた第４の螺旋導体６９と、筒状の第２の導体７０が順次直列に接続され、保護用チューブを外部に有する。上段アンテナ部６１を係止するために、下段アンテナ部６２はさらにその内面上部及び下部に上段アンテナ部係止用のボス７１ａ，７１ｂを有する。
【００３８】
上段アンテナ部６１の第１の導体６３、第１，２の螺旋導体６４，６５、第１の結合導体６１のトータルの物理的長さは使用周波数に対して概略λ／２以下に設定されている。下段アンテナ部６２の第２の結合導体６７、第３，４の螺旋導体６８，６９、第２の導体７０のトータルの物理的長さは使用周波数に対して概略λ／２（半波長）に設定おり、上段アンテナ部６１は下段アンテナ部６２内にほば完全に収納される。また、第１の導体６３長さは、第２の結合導体６７、第３，４の螺旋導体６８，６９の物理的なトータル長以上に設定されている。
【００３９】
アンテナ伸長時は、上段アンテナ部６１は下段アンテナ部６２の中空より引き出され、ストッパー７５及び前記ボス７１により下段アンテナ部６２上部に係止される。この時、第１の導体６３、第１の螺旋導体６４は電気的長さとして概略λ／２に設定され、第１のアンテナ素子として動作する。第２及び第３の螺旋導体６５，６８は、第１及び第２の結合導体６６，６７が近接することによって容量を介してＲＦ的に接続され、電気的長さが概略λ／２の位相制御コイルとして動作する。第４の螺旋導体６９、第２の導体７０は電気的長さが概略λ／２に設定され、第２のアンテナ素子として動作する。第２のアンテナ素子（第４の螺旋導体６９、第２の導体７０）に給電されたＲＦ信号は、位相制御コイル（第２及び第３の螺旋導体６５，６８）を介して１８０°反転され、第１のアンテナ素子（第１の導体６３、第１の螺旋導体６４）にも給電される。この結果上記第１の実施形態と同様に該第１及び第２のアンテナ素子は同位相で給電され、水平面の高利得化が可能となる。
【００４０】
次に、アンテナ短縮時（アンテナ収納時）、上段アンテナ部６１は下段アンテナ部６２の中空内に収納され、つまみ７４及びボス７１ｂによって固定される。上段アンテナ部６１の導体部分のトータル長さは上述の通り概略使用周波数のλ／２以下であるため、中空状の下段アンテナ部６２にほぼ完全に収納される。このとき下段アンテナ部６２の第３，４の螺旋導体６８，６９近傍には上段アンテナ部６１の第１の導体６３の外壁が近接し、上段アンテナ部６１の第１，２の螺旋導体６４，６５の外周には下段アンテナ部６２の第２の導体７０が近接するため、第１〜第４の螺旋導体６４，６５，６８，６９の隣接するコイル間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされる。従って、第１〜第４の螺旋導体６４，６５，６８，６９は、それぞれ第１及び第２の導体６３，７０と一体化するため、ほぼ第１及び第２の導体６３，７０で形成されるλ／２アンテナとして動作する。
【００４１】
本実施形態においては、第１及び第２の螺旋導体６４，６５、第４及び第３の螺旋導体６９，６８はそれぞれ疎、密となる構成としたがそれぞれ同一のピッチの螺旋導体で構成しても良い。この場合、第１の導体６３と第４の螺旋導体の一部は前記第１のアンテナ素子として動作し、第２の導体７０と第３の螺旋導体６８の一部は前記第２のアンテナ素子として動作し、第４及び第３の螺旋導体６９，６８のそれぞれ残りの一部で位相制御コイルを形成する。
【００４２】
＜第５の実施形態＞
図８及び図９は、多段式高利得アンテナの第５の実施形態を示す断面図である。図８は上段アンテナ部の伸長状態の構成図、図９は短縮時の図である。図８の上段アンテナ部８１は、下段アンテナ部の第３及び第４の螺旋導体６８，６９と逆向きに巻かれ、その電気的長さが使用周波数の概略λ／２である第１の螺旋導体８３と、第１の螺旋導体８３よりも密に巻かれ、その電気的長さが下段アンテナ部の第３の螺旋導体（図示せず）と共に使用周波数の概略λ／２の第２の螺旋導体８４と、第１の結合導体８５が順次直列に接続され、樹脂によってモールドされている。上述の実施形態と同様に上段アンテナ伸長、短縮、係止するために、つまみ９４、ストッパー９５を上段アンテナ部８１の上下に有する。上段アンテナ部８１の第１及び第２の螺旋導体８３，８４、第１の結合導体８５のトータルの物理的な長さは使用周波数に対して概略λ／２以下に設定されており、下段アンテナ部６２内にほぼ完全に収納される。
【００４３】
アンテナ伸長時は、上記第４の実施形態と同様に第１の螺旋導体８３で構成される第１のアンテナ素子と、下段アンテナ部の第４の螺旋導体６９，第２の導体７０で構成される第２のアンテナ素子が第２及び第３の螺旋導体８４，６８及び第１及び第２の結合導体８５，６７で構成される位相制御コイルにより同位相に合成され水平面内の高利得化が可能である。
【００４４】
アンテナ短縮時は、図９に示すように上段アンテナ部８１の第１の螺旋導体８３と、下投アンテナ部６２の第３及び第４の螺旋導体６８，６９が交差するため、各々の隣接するコイル間の容量が増加し、等価的にＲＦ的にショートされた筒状の導体と等価となり、第２の導体７０と共にλ／２アンテナを形成する。
【００４５】
＜第６の実施形態＞
図１０は、本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末に実装した場合の第６の実施形態を示す構成図である。図１０の多段式アンテナは、机上で使用する携帯端末１００の端部に回転可能に取付けられた例であり、軸方向に摺動可能に配置された上段アンテナ部１０１と、下段アンテナ部１０２を有し、下段アンテナ部１０２の基端部に回転端子１０３を有する。
【００４６】
データ通信時にアンテナ伸長した場合、上述の実施形態のように同位相で合成された２個のダイポールアレイのように水平方向の高利得化が可能であり、アンテナ短縮時においてもλ／２アンテナと同等の利得を得ることができる。さらにアンテナを携帯端末１００側面に回転収納可能であり、収納時には携帯端末１００側面にアンテナが収納されることによるアンテナの入力インピーダンスのズレを携帯端末１００筐体内に配置されたアースされた容量装荷用パターン１０４によって補正する。
【００４７】
＜第７の実施形態＞
図１１は、本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末１１０に実装した場合の第７の実施形態を示す構成図である。図１１の多段式高利得アンテナは、上述の実施形態の多段式高利得アンテナの先端部にアンテナ収納時に動作するトップコイルを適用した例である。
【００４８】
図１１の多段式高利得アンテナは、上述の実施形態で示した上段アンテナ部１１１と下段アンテナ部１１２で構成される多段式アンテナと、多段式アンテナ１１３の基端部に設置された第１の接触部１１７と、多段式高利得アンテナ１１３の先端部に樹脂等で形成されたスペーサ１１４を介して配置された第２の接触部１１５と、第２の接触部１１５の先端に接続されたヘリカルコイル１１６を有する。
【００４９】
アンテナ伸長時は、筐体内無線部１１８に接続された第１の接触部１１７より給電され、上述の実施形態のように同位相で合成された２個のダイポールアレイのように水平方向の高利得化が可能である。また、アンテナ短縮時においても同じく第１の接触部１１７より給電されλ／２（半波長）ロッドアンテナとして動作する。一方アンテナを携帯端末１１０内に全収納した場合、携帯端末１１０内の無線部１１８は第２の接触部１１５に接触し、ヘリカルコイルが給電され、アンテナとして動作する。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明の多段式アンテナは、使用周波数の略半波長の物理的長さを有する螺旋導体を含む上段及び下段アンテナ部を摺動自在に配置したため、アンテナ伸長時は、上段アンテナ部内の第１のアンテナ素子と、下段アンテナ部内の第２のアンテナ素子が第１、第２のアンテナ素子間に配置された位相制御コイルにより同位相で励振され、ダイポールアレイと等価となり水平面の高利得化が可能となる。また、アンテナ短縮時においては、上段、下段アンテナ部内の導体が上段又は下段に配置された導体内璧又は外壁に近接して収納されるため、導体間の容量が増加し、ＲＦ的にショートされ前記上段又は下段に配置された導体と一体化し、最大放射方向を水平面に有するλ／２アンテナとして動作する。よって、ユーザがその煩わしさによりアンテナを伸長しない場合（アンテナ短縮状態）でもある程度高い利得が得られ、受信感度が低いと感じた場合はアンテナ伸長すればさらに高い利得が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多段式アンテナの第１の実施形態を示す伸長時の断面図である。
【図２】本発明に係る多段式アンテナの第１の実施形態を示す短縮時の断面図である。
【図３】本発明に係る多段式アンテナの第２の実施形態を示す上段アンテナ部の断面図である。
【図４】第２の実施形態におけるフレキシブル基板を示す構成図である。
【図５】本発明に係る多段式アンテナの第３の実施形態を示す上段アンテナ部の断面図である。
【図６】本発明に係る多段式アンテナの第４の実施形態を示す伸長時の断面図である。
【図７】本発明に係る多段式アンテナの第４の実施形態を示す短縮時の断面図である。
【図８】本発明に係る多段式アンテナの第５の実施形態を示す伸長時の断面図である。
【図９】本発明に係る多段式アンテナの第５の実施形態を示す短縮時の断面図である。
【図１０】本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末に実装した時の第６の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係る多段式アンテナをＰＤＡ等の携帯端末に実装した時の第７の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】従来の多段式アンテナの伸長時を示す断面図である。
【図１３】従来の多段式アンテナの短縮時を示す断面図である。
【符号の説明】
１，３０，５０，６１，８１，１０１，１１１ 上段アンテナ部
２，６２，１０２，１１２ 下段アンテナ部
３ 第１のアンテナ素子
４ 位相制御コイル
５ 第２のアンテナ素子
６ 結合導体
７ａ，７ｂ ボス
８ 発信用電源
１０ 樹脂カバー
１４，３４，５４，７４，９４ つまみ
１５，３５，５５，７５，９５ ストッパー
１６ 抜け防止用凸部
３１ アンテナパターン
３２ 位相制御パターン
３３ 結合パターン
３４，５４ つまみ
３５，５５ ストッパー
４０ フレキシブル基板
５１ 第１の凹部
５２ 第２の凹部
５３ 第３の凹部
５６ 樹脂棒
６３ 第１の導体
６４ 第１の螺旋導体
６５ 第２の螺旋導体
６６ 第１の結合導体
６７ 第２の結合導体
６８ 第３の螺旋導体
６９ 第４の螺旋導体
７０ 第２の導体
８３ 第１の螺旋導体
８４ 第２の螺旋導体
８５ 第１の結合導体
１００，１１０ 携帯端末
１０３ 回転端子
１０４ 容量装荷用パターン
１１３ 多段式高利得アンテナ
１１４ スペーサ
１１５ 第２の接触部
１１６ ヘリカルコイル
１１７ 第１の接触部
１１８ 無線部
Claims (6)
- 使用周波数における略半波長の物理的長さを有する中空状の下段アンテナ部と、
該下段アンテナ部内を軸方向に摺動自在に配置され、前記下段アンテナ部と物理的長さが等しく又は短く設定された上段アンテナ部と、
を備え、
上段アンテナ部は、
電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを半波長より短縮した螺旋状導体である第１のアンテナ素子と、
電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを前記第１のアンテナ素子よりも短縮し、前記第１のアンテナ素子に対する給電信号を位相制御する螺旋状導体である第１の位相制御手段と、
上段アンテナ部の基端部に配置された第１の結合導体と、
を先端から基端方向にこの順に直列接続して備え、
下段アンテナ部は、
電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを半波長より短縮した少なくとも一部が螺旋状の導体である第２のアンテナ素子と、
電気的長さとして略半波長を維持しながら物理的長さを前記第２のアンテナ素子よりも短縮し、前記第１のアンテナ素子に接続して給電信号を位相制御する螺旋状導体である第２の位相制御手段と、
下段アンテナ部の先端部に配置された第２の結合導体と、
を基端から先端方向にこの順に直列接続して備え、
前記第１のアンテナ素子に対する前記第２のアンテナ素子及び第２の結合導体の螺旋方向が反対であり、
アンテナ伸長時は、前記第１の結合導体と前記第２の結合導体が電気的に接続され、アンテナ短縮時は、前記第１のアンテナ素子が第２のアンテナ素子の内壁に近接して収納されることを特徴とする多段式アンテナ。 - 前記上段アンテナ部と前記下段アンテナ部が、各導体をパターニングされたフレキシブル基板を樹脂棒に巻き付けて構成されることを特徴とする請求項１に記載の多段式アンテナ。
- 前記上段アンテナ部と前記下段アンテナ部が、各導体を樹脂棒表面に形成されたメッキパターンで構成されることを特徴とする請求項１に記載の多段式アンテナ。
- 前記上段アンテナ先端部にさらに該上段アンテナと同一形式の単一又は複数の上段アンテナを配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多段式アンテナ。
- 前記下段アンテナ部は、回転機構を基端部に備え、通信装置の筐体の側面に該回転機構を設置して、筺体側面に回転収納可能なことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多段式アンテナ。
- 前記上段アンテナ部の先端部にローディングを有するトップアンテナ部を具備し、前記上段及び、下段アンテナ部を通信装置の筐体内に収納可能に設け、該上段及び下段アンテナ部が筐体内に収納された時は該トップアンテナ部は該筐体外に突出した位置に配置、給電され、該上段及び下段アンテナ部が筐体内から引き出された時は該下部アンテナ部の基端部より給電されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多段式アンテナ。
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