JP3596496B2

JP3596496B2 - 伸縮アンテナ

Info

Publication number: JP3596496B2
Application number: JP2001261755A
Authority: JP
Inventors: 光成阿部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: JP2003078315A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数帯域で共振する伸縮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、従来から一つの機器で複数の周波数帯域を利用するための送受信機が利用されている。例えば携帯電話機では周波数帯域として８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯とが割り当てられている。他にもＣＤＭＡ方式携帯電話（８００ＭＨｚ帯）とＧＰＳ（１．５ＧＨｚ帯）とを共用するといった、多様な移動体通信のあり方が提案されている。
【０００３】
複数周波数帯域での送受信を実現するための手段としては、異なる周波数に共振する別々のアンテナを装備する方法、アンテナにトラップを付ける方法、単周波アンテナを広帯域化する方法等がある。
【０００４】
単周波アンテナを広帯域化する場合、インピーダンス整合が困難であることから、所望の複数周波数帯域のみで共振させてインピーダンス整合を取るという方法も行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、携帯電話機には伸長、収納することが可能なアンテナが備えられていて、伸長時、収納時の両方で電波の送受信ができるようになっている。この場合、伸長時のアンテナと収納時のアンテナでは整合前インピーダンスがずれてしまうため、単一の整合回路を使用するだけでは両方のアンテナを複数の同じ周波数帯域で整合をとって共振させることができない。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、伸長時と収納時との両方のアンテナを複数の同じ周波数帯域で共振させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、アンテナ部伸長時にのみアンテナのインピーダンスを調整する作用を持つ静電容量を備えたことを特徴としている。すなわち、この発明は、アンテナ部伸長時に限りアンテナのインピーダンスを調整する手段として作用し、アンテナ部収納時にはそのような役割を果たすことがないようになっている静電容量を備えたものである。これによって、アンテナ伸長時とアンテナ収納時とで異なる整合手段を持つこととなり、そのため伸長時と収納時の両方でアンテナを同じ複数の周波数帯域で共振させることができる。
【０００８】
また、請求項１に記載の発明では、アンテナ部は第１の周波数帯域において互いに同じ整合前インピーダンス値を持つ伸長時アンテナと収納時アンテナを有し、アンテナ整合回路により、第１の周波数帯域において伸長時アンテナと収納時アンテナが整合され、更に第２の周波数帯域において収納時アンテナが整合されており、また静電容量はアンテナ部の伸長時に伸長時アンテナのインピーダンスを調整して伸長時アンテナを第２の周波数帯域で整合させるものであり、その際、伸長時アンテナの実効長と前記第１の周波数帯域との関係により、第１の周波数帯域において、その静電容量の影響を伸長時アンテナのインピーダンスが受けないようになっていることを特徴としている。
【０００９】
これによって、静電容量の存在が伸長時アンテナの第１の周波数帯域におけるインピーダンスに影響を及ぼさないので、第２の周波数帯域における伸長時アンテナのインピーダンス整合のみを考慮して、静電容量を調整することができるようになる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、第１の周波数帯域を１．５ＧＨｚ帯、第２の周波数帯域を８００ＭＨｚ帯とし、伸長時アンテナが８００ＭＨｚの１／４波長の実効長を有するものとしている。例えば８００ＭＨｚ帯ではＰＤＣ方式携帯電話やＣＤＭＡ方式携帯電話が、１．５ＧＨｚ帯ではＰＤＣ方式携帯電話やＧＰＳが利用されている。
【００１１】
伸長時アンテナの実効長を８００ＭＨｚの１／４波長にした場合、静電容量の調整が以下のような方法で簡単になる。伸長時アンテナの整合前インピーダンスを収納時アンテナの整合前インピーダンスと１．５ＧＨｚ帯で一致するように調整しておけば、この周波数帯域においてはアンテナ整合回路のみで各アンテナの整合をとることができる。静電容量については、整合後の８００ＭＨｚ帯における伸長時アンテナのインピーダンスのずれのみを解消するように調整する。このとき、１．５ＧＨｚ帯に対して伸長時アンテナはほぼ１／２波長の実効長を持つので、静電容量によるインピーダンス変化は伸長時アンテナのインピーダンスに比べて無視できる程度となる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、静電容量として、伸長時アンテナと導通する第１の導体部と、前記アンテナ部伸長時に前記アンテナ整合回路と導通する第２の導体部と、前記第１の導体部と前記第２の導体部とを絶縁分離する絶縁部とから成るものを用いることを特徴とし、請求項４記載の発明では、その静電容量がアンテナ部の下端にあるアンテナストッパに設けられていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態として、ＣＤＭＡ方式携帯電話で使用する帯域である８００ＭＨｚ帯と、ＧＰＳで使用する帯域である１．５ＧＨｚ帯の２周波数帯域で共振し、伸長時アンテナは８００ＭＨｚに対して１／４波長の実効長を持つ伸縮アンテナを備えた携帯電話機について説明する。
【００１４】
図２は本実施形態としての携帯電話機において、アンテナ部１００を伸長したときの側面透過図であり、図３はアンテナ部１００を収納したときの図である。アンテナ部１００の最上部にはアンテナトップ１があり、アンテナトップ１は樹脂製のアンテナキャップ１ａとそれに覆われたヘリカルアンテナ１ｂから成る。アンテナトップ１の直下には金属製のアンテナトッププラグ２があり、ヘリカルアンテナ１ｂと電気的に導通されている。アンテナトッププラグ２はその直下で絶縁体から成るアンテナジョイント３と繋がっている。
【００１５】
このアンテナジョイント３によって、ヘリカルアンテナ１ｂと、アンテナジョイント３の直下に繋がっているホイップアンテナ４とが絶縁されている。このホイップアンテナ４は、８００ＭＨｚに対して１／４波長の実効長を持つアンテナ素子である。ホイップアンテナ４の直下には、アンテナ部１００の下端であるアンテナストッパ５が繋がっている。アンテナストッパ５は細くくびれた部分５１と太く膨らんだ部分５２を持つ。伸長時は太く膨らんだ部分５２がアンテナフォルダ６に引っかかり、アンテナ部１００が筐体１６から抜け出てしまうことを防止するようになっている。
【００１６】
図４にアンテナストッパ５を鉛直面で切った断面図を示す。アンテナストッパ５は、ホイップアンテナ４に接続された第１の導体部をなす金属製の芯部５ａと、芯部５ａの上部を覆う絶縁体である絶縁部５ｂと、さらにその絶縁部５ｂを覆う第２の導体部をなす金属製の分離部５ｃとから成る。２つの導体である分離部５ｃと芯部５ａは、絶縁部５ｂによって絶縁分離されている。
【００１７】
以上の通り、アンテナ部１００は、アンテナトップ１と、アンテナトッププラグ２と、アンテナジョイント３と、ホイップアンテナ４と、アンテナストッパ５とにより構成されている。
【００１８】
金属製のアンテナフォルダ６は、上記した構成から成るアンテナ部１００を、上下にのみ可動となるように支持している。また、同じく金属製であるアンテナフォルダ留めねじ７がアンテナフォルダ６を筐体１６内の上部に固定している。アンテナフォルダ留めねじ７は金属製のアンテナ給電用バネ接点８と接触し、アンテナ整合回路１０を経由して送受信回路及び制御回路１１まで導通されているので、上記したアンテナフォルダ６から送受信回路及び制御回路１１までは電気的に接続されている。アンテナ給電用バネ接点８と、アンテナ整合回路１０と、送受信回路及び制御回路１１とはプリント基板９上に構成されている。
【００１９】
筐体１６の表面部には、受信した音声を出力する受話部１２と、受信データ表示、アプリケーション表示等の機能を持つ表示部１３と、ダイヤル入力、送信文字データ入力、アプリケーション操作等を行う操作ボタン１４と、音声を入力する送話部１５とが、上からこの順に取り付けられている。
【００２０】
アンテナ部１００収納時、アンテナフォルダ６はアンテナトッププラグ２に導通された状態にあるので、アンテナフォルダ６とアンテナトッププラグ２が接触結合し、送受信回路及び制御回路１１からヘリカルアンテナ１ｂまでが電気的に接続される。またアンテナ伸長時、アンテナフォルダ６はアンテナストッパ５の分離部５ｃと接触する。このときホイップアンテナ４からアンテナフォルダ６の芯部５ａまでと、アンテナストッパ５の分離部５ｃから送受信回路及び制御回路１１までとが容量結合する。すなわち、アンテナストッパ５は絶縁効果により静電容量となり、伸長時にのみアンテナのインピーダンスを調整する作用を持つ。このアンテナ部１００とプリント基板９上の回路との接続状態について模式的に示したのが図１である。図１（ａ）はアンテナ収納時の接続状態であり、図１（ｂ）はアンテナ伸長時の接続状態である。
【００２１】
上記した構成において、ホイップアンテナ４とヘリカルアンテナ１ｂとは、ヘリカルアンテナの巻き数を調整するなどの方法により、あらかじめ１．５ＧＨｚ帯で互いに同じ整合前インピーダンス値を持つ伸長時アンテナと収納時アンテナとなっている。
【００２２】
ここで、仮にアンテナストッパ５が静電容量でなかった、すなわちアンテナ伸長時においてのみインピーダンス調整をする静電容量が存在しなかった場合を考える。その場合のアンテナ部１００とプリント基板９上の回路との接続状態について、図１と同じ形式で示したものが図７である。
【００２３】
このとき、アンテナ整合回路１０を調整し、１．５ＧＨｚ帯でこれら２つのアンテナが整合し、８００ＭＨｚ帯では収納時アンテナのみが整合するようにすることができる。このときの両アンテナの整合後の周波数特性を示したものが図８である。図８において、縦軸はＶＳＷＲ（電圧定在波比）、横軸は周波数であり、実線は伸長時アンテナ、破線は収納時アンテナについてプロットしたものである。この図８において、ＶＳＷＲの値が１に近づいた周波数帯域においてアンテナは共振する。
【００２４】
図８からわかるように、８００ＭＨｚ帯付近では伸長時アンテナの共振周波数が収納時アンテナとずれている。このずれを解消するために、本実施形態ではアンテナ伸長時にのみ静電容量がインピーダンス調整手段として作用するようにする。静電容量の値を適当に調整することにより、伸長時アンテナの８００ＭＨｚ帯での共振周波数を収納時アンテナのそれと合わせることができる。この際、１．５ＧＨｚ帯に対してホイップアンテナ４は実効長がほぼ１／２波長なので、この静電容量は１．５ＧＨｚ帯では伸長時アンテナの共振周波数にほとんど影響を及ぼさない。このホイップアンテナ４の実効長と１．５ＧＨｚの周波数帯との関係により、第１の周波数帯域（１．５ＧＨｚ帯）において、静電容量の影響を伸長時アンテナのインピーダンスが実質的に受けないようにすることができる。このときの両アンテナの整合後の周波数特性を図８と同じ形式で示したものが図９である。
【００２５】
このようにして、伸長時アンテナ、収納時アンテナ共に８００Ｍｈｚ帯と１．５ＧＨｚとの両周波数帯域で共振する。
【００２６】
（その他の実施形態）
第１実施形態では、静電容量を形成する手段を図４に示した構成のアンテナストッパ５としたが、必ずしもこのような形状である必要は無い。図５と図６とにおいて、アンテナストッパ５に取り付ける絶縁部５ｂの形状の別の例を図４と同形式で示した。また、芯部５ａと分離部５ｃの間には必ずしも絶縁体がある必要はなく、単に芯部５ａと分離部５ｃとが離れているだけでもよい。また、静電容量としては電子部品であるコンデンサを使用してもよい。
【００２７】
静電容量の設置場所については、第１実施形態ではアンテナストッパ５としたが、伸長時にのみ静電容量として機能するという条件が満たされる限り、ホイップアンテナ４の途中の任意の場所に設置してもよい。アンテナジョイント３と同様の材質のものを伸長時用ホイップアンテナ４とアンテナストッパ５との間に設けて、アンテナジョイント部分で自然に生じる静電容量を利用してもよい。
【００２８】
アンテナ素子については、第１実施形態では伸長時のアンテナをホイップアンテナ４とし、収納時のアンテナをヘリカルアンテナ１ｂとしたが、必ずしもこの組み合わせである必要はない。例えば、低い周波数帯域を利用するシステムやアンテナ長に制限のある場合において従来使われている、インダクタンス成分等を装荷したアンテナであってもよい。また、ホイップアンテナ４は多段階に伸長するタイプのものであってもよい。更に、ヘリカルアンテナ１ｂはセラミックアンテナにしてもよい。
【００２９】
またヘリカルアンテナ１ｂにも静電容量を直列に設置した場合は、その静電容量値がアンテナストッパ５の静電容量値よりも大きければ、電気的には本実施形態と等価な構成であるとみなせ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
加えて、本実施形態では共振周波数帯域を８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯とに限ったが、整合回路やアンテナ長、ヘリカル部分を調整することでＰＨＳ（１．９ＧＨｚ帯）、ＩＭＴ２０００（２ＧＨｚ帯）、ブルートゥース（２．４ＧＨｚ帯）など、様々な周波数帯域との様々な組み合わせも可能であり、また２周波数帯域共用のみならず、多周波共用、２周波間連続共用やそれらの組み合わせも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の携帯型通信機における、収納時のアンテナと伸長時のアンテナとがアンテナ整合回路と結合するしくみを模式的に示す図で、（ａ）はアンテナを収納した状態、（ｂ）はアンテナを伸長した状態を示す。
【図２】第１実施形態の携帯型通信機における、アンテナを伸長した時の携帯型通信機の側面透過図である。
【図３】第１実施形態の携帯型通信機における、アンテナを収納した時の携帯型通信機の側面透過図である。
【図４】第１実施形態において、アンテナストッパ５を鉛直面で切った断面図である。
【図５】第１実施形態とは別の例（第２例）であるアンテナストッパ５を、鉛直面で切った断面図である
【図６】第１実施形態とは別の例（第３例）であるアンテナストッパ５を、鉛直面で切った断面図である
【図７】第１実施形態において、仮に伸長時に静電容量を使用しなかった場合の、収納時のアンテナと伸長時のアンテナとがアンテナ整合回路と結合するしくみを模式的に示す図で、（ａ）はアンテナを収納した状態、（ｂ）はアンテナを伸長した状態を示す。
【図８】第１実施形態において、仮に伸長時に静電容量を使用しなかった場合の伸長時、収納時のアンテナのＶＳＷＲを示した図である。
【図９】第１実施形態において、実際に伸長時に静電容量を使用する際の伸長時、収納時のアンテナのＶＳＷＲを示した図である。
【符号の説明】
１…アンテナトップ、１ａ…アンテナキャップ、１ｂ…ヘリカルアンテナ、
２…アンテナトッププラグ、３…アンテナジョイント、
４…ホイップアンテナ、５…アンテナストッパ、５ａ…芯部、
５ｂ…絶縁部、５ｃ…分離部、６…アンテナフォルダ、
７…アンテナフォルダ留めねじ、８…アンテナ給電用バネ接点、
９…プリント基板、１０…アンテナ整合回路、１１…送受信回路及び制御回路、
１６…筐体、１００…アンテナ部。

Claims

第１、第２の周波数帯域で共振する伸縮アンテナであって、アンテナ部の伸長時にのみアンテナのインピーダンスを調整する作用を持つ静電容量を備えており、
前記アンテナ部は、第１の周波数帯域において互いに同じ整合前インピーダンス値を持つ伸長時アンテナと収納時アンテナとを有し、アンテナ整合回路により、前記第１の周波数帯域において前記伸長時アンテナと前記収納時アンテナが整合され、更に第２の周波数帯域において前記収納時アンテナが整合されており、
前記静電容量は、前記アンテナ部の伸長時に前記伸長時アンテナのインピーダンスを調整して前記伸長時アンテナを前記第２の周波数帯域で整合させるものであり、
前記伸長時アンテナの実効長と前記第１の周波数帯域との関係により、前記第１の周波数帯域において、前記静電容量の影響を前記伸長時アンテナのインピーダンスが受けないようになっていることを特徴とする伸縮アンテナ。
前記第１の周波数帯域は１．５ＧＨｚ帯であり、前記第２の周波数帯域は８００ＭＨｚ帯であり、前記伸長時アンテナは、８００ＭＨｚに対して１／４波長の実効長を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の伸縮アンテナ。
前記静電容量は、伸長時アンテナと導通する第１の導体部と、前記アンテナ部伸長時に前記アンテナ整合回路と導通する第２の導体部と、前記第１の導体部と前記第２の導体部とを絶縁分離する絶縁部とから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の伸縮アンテナ。
前記静電容量は、前記アンテナ部の下端にあるアンテナストッパに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の伸縮アンテナ。