JP3615166B2 - 多周波ヘリカルアンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる周波数帯域において使用することのできる多周波ヘリカルアンテナに関するものであり、特に移動電話網における移動機に搭載して好適な多周波ヘリカルアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やＰＨＳの加入者数は年々増加しており、加入者の増加により移動電話網における利用周波数が不足してきている。このように、加入者の増加により利用周波数が不足している場合には、携帯電話機の周波数帯としてほぼ全域で使用できる周波数帯と、都市部で使用できる周波数帯との２つの周波数帯が割り当てられる場合がある。例えば、欧州においては９００ＭＨｚ帯のＧＳＭ方式の携帯電話機は欧州全域で使用することができるが、さらに、都市部においては利用周波数不足を補うため１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ方式の携帯電話機を使用することができる。また、日本においても８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域が移動電話網に割り当てられている。このような２周波数帯で携帯電話機を使用するには、携帯電話機を２周波数帯で動作可能とさせる必要がある。すなわち、２周波数帯のそれぞれの周波数帯で動作可能な無線回路を内蔵させると共に、２周波数帯で動作する２周波アンテナを備える必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の２周波ヘリカルアンテナとして、図１１に示すような２周波ヘリカルアンテナ１１５が提案されている。この２周波ヘリカルアンテナ１１５は、コイル状に巻回した実線で示す第１コイル部１１６と、破線で示す第２コイル部１１７を備えている。第１コイル部１１６の巻始め端と、第２コイル部１１７の巻始め端とは接続されており、その巻始め端に給電部１１８から給電されている。第１コイル部１１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように第１コイル部１１６の長さを調節すると共に、第２コイル部１１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように第２コイル部１１７の長さを調節することにより、２周波ヘリカルアンテナ１１５は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
【０００４】
この際の、２周波ヘリカルアンテナ１１５の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を図１３に示す。この図を参照すると、８００ＭＨｚの周波数帯域としては約２０ＭＨｚ程度の帯域しか確保することができないと共に、ＶＳＷＲも３．０以上と良好な特性は得られていない。例えば、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）における８００ＭＨｚ帯では、上りと下りとの周波数帯域として約７０ＭＨｚの周波数帯域が必要とされるが、図１３に示すアンテナ特性では８００ＭＨｚ帯において７０ＭＨｚの周波数帯域は確保されていない。また、図１３を参照すると１．５ＧＨｚ帯においては３０ＭＨｚ程度の周波数帯域は確保されており、最良のＶＳＷＲ値は約１．６の良好な値が得られている。しかし、ＰＤＣにおける１．５ＧＨｚ帯でも、上りと下りとの周波数帯域として約７０ＭＨｚの周波数帯域が必要とされるが、図１３に示すアンテナ特性では１．５ＧＨｚ帯において７０ＭＨｚの周波数帯域は確保されていない。
【０００５】
また、２周波ヘリカルアンテナとして、図１２に示すような２周波ヘリカルアンテナ２１５も提案されている。この２周波ヘリカルアンテナ２１５は、コイル状に巻回した実線で示す励振コイル部２１６と、破線で示す無給電コイル部２１７を備えている。無給電コイル部２１７は励振コイル部２１６に電磁的に結合するように配置され、励振コイル部２１６の巻始め端に給電部２１８から給電されている。そして、無給電コイル部２１７は電磁気的に結合されている励振コイル部２１６により励振されるようになる。ここで、励振コイル部２１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように励振コイル部２１６の長さを調節すると共に、無給電コイル部２１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように無給電コイル部２１７の長さを調節することにより、２周波ヘリカルアンテナ２１５は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
【０００６】
この際の、２周波ヘリカルアンテナ２１５の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を図１４に示す。この図を参照すると、８００ＭＨｚの周波数帯域としては約３０ＭＨｚ程度の帯域しか確保することができないと共に、ＶＳＷＲも３．０以上と良好な特性は得られていない。従って、ＰＤＣにおける８００ＭＨｚ帯の周波数帯域である約７０ＭＨｚの帯域は確保されていない。また、図１４を参照すると１．５ＧＨｚ帯においては１０ＭＨｚ程度の周波数帯域しか確保されていないと共に、ＶＳＷＲ値も３．０以上と良好な特性が得られていない。従って、ＰＤＣにおける１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域である約７０ＭＨｚの周波数帯域は確保されていない。
【０００７】
このように従来の２周波ヘリカルアンテナにおいて良好なアンテナ特性が得られない理由は次の通りと考えられる。
従来の携帯電話機に搭載されているヘリカルアンテナは、波長に対して充分小さな直径で数ターンから数十ターン間隔巻きしており、一方の端から給電し他方は開放されている。このヘリカルアンテナを構成している巻き線の総延長は、反射特性の良好な周波数における１／４波長前後となるのが一般的であるから、分布定数的に考えた場合の電気特性において、３／４波長（周波数で３倍）で再び反射特性が良好になる帯域が現れるようになる。このことは実測においても確かめられている。よって、例えば８００ＭＨｚ帯と３倍の関係にある２４００ＭＨｚ帯と共用する場合は、特段のエ夫をしなくても、容易に２周波ヘリカルアンテナを実現することが出来る。
【０００８】
一方、巻き線の総延長を反射特性の良好な周波数の１／４波長前後とした場合、１／２波長に相当する周波数帯域においては、電気特性的に考察しても、ほぼ全反射に近い極めて劣化した反射特性となる。このことは実測においても確認されている。ところで、現在国内で携帯電話網として使用されているＰＤＣの周波数帯域は８００ＭＨｚ帯と１５００ＭＨｚ帯とされている。この２つの周波数帯域はおおよそ２倍の関係になっているので、前述の理由から８００ＭＨｚ帯用ヘリカルアンテナを１５００ＭＨｚ帯でも使用しようとすると、ほとんど全反射状態となってしまい、良好なアンテナ特性を得ることができないことになるのである。
【０００９】
すなわち、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の２周波で動作させる場合のように、周波数帯域比が約２倍の関係となっている場合には、前述のように原理的に良好なアンテナ特性を得ることができないのである。このことは、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の長さとされた２つのコイル部からなる図１１および図１２に示す２周波ヘリカルアンテナにもいえることである。
この問題を解決するために、８００ＭＨｚ帯と１５００ＭＨｚ帯との中間の周波数である１２００ＭＨｚ付近に最良の反射特性を持ったアンテナを作り、ほどほどの不整合状態になっている８００ＭＨｚ帯と１５００ＭＨｚ帯の両方を整合回路を介して所望のインピーダンスに無理矢理整合させることが考えられる。しかし、この方法は、整合回路が複雑になるため、小型化や信頼性に問題があり、整合回路の損失等の影響によりアンテナの諸特性が劣化すると共に、整合回路とヘリカルアンテナとの相性から、量産時にアンテナ特性のバラツキや歩留まりの低下を招く恐れがあるという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、２以上の周波数帯に必要な周波数帯域を整合回路を用いることなく、それぞれ確保することのできる多周波ヘリカルアンテナを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の多周波ヘリカルアンテナは、一端に給電されていると共に、第１の周波数帯域で動作可能な励振コイル部と、該励振コイル部と電磁気的に結合するように、巻き始め端が該励振コイル部の巻き始め端とほぼ同位置とされ、該励振コイル部にほぼ平行になるように巻回されていると共に、第２の周波数帯域で動作可能な無給電コイル部とを備え、前記第１の周波数帯域が、前記第２の周波数帯域より高域とされていると共に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域との周波数帯域比が約２とされている。
【００１３】
また、上記本発明の多周波ヘリカルアンテナにおいて、前記励振コイル部と電磁気的に結合するように近接して第２の無給電コイル部を、さらに配置し、該第２の無給電コイル部における動作可能な周波数帯域が前記第２の周波数帯域の近傍とされて、前記無給電コイル部と前記第２の無給電コイル部とにより前記第２の周波数帯域をカバーするようにしていてもよい。
さらに、上記本発明の多周波ヘリカルアンテナにおいて、細長い絶縁性の棒状本体の側周面に複数条の溝がそれぞれ所定の長さで形成されており、該溝内に導電層を形成することにより前記各コイル部が作成されており、前記励振コイル部を作成している前記導電層の下端だけが、前記棒状本体の下部に形成されている径が細くされている基部の表面に形成されている導電層に連接されていてもよい。
【００１４】
このような本発明によれば、第２の周波数帯域より高域とされている第１の周波数帯域で動作可能な励振コイル部により、第１の周波数帯域で動作可能な無給電コイル部を励振するようにしたので、第１の周波数帯域および第２の周波数帯域の周波数帯域比が約２とされていても動作可能な周波数帯域を十分確保することができるようになる。
また、無給電コイル部を第２の周波数帯域の低域で動作可能な第１の無給電コイル部と、第２の周波数帯域の高域で動作可能な第２の無給電コイル部により構成することにより、第２の周波数帯域を十分な周波数帯域幅とすることができる。
さらに、棒状本体の側周面に形成された複数条の溝内に導電層を形成することにより、励振コイル部と無給電コイル部とを作成することにより、移動電話網における複数の周波数帯において動作可能な移動機に好適なアンテナとすることができる。
このように本発明は、整合回路を用いずとも複数のコイル部だけで、約２倍の関係にある２つの周波数帯域に対して整合（良好な反射特性）するようになり、整合回路が不要になることから、整合回路に基づく問題点を払拭することができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナを備える携帯無線機の構成例を図１に示す。
図１に示す多周波で動作可能な携帯無線機１は、携帯に便利な小型の形状とされている無線機筐体３と、無線機筐体３の上部に取り付けられたアンテナ部２から構成されている。無線機筐体３内には、送受信部やコーデック部の回路等が内蔵されている。アンテナ部２は、２周波数帯で動作する多周波ヘリカルアンテナから構成されている。２周波数帯は、例えばＰＤＣ方式（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）における８００ＭＨｚ帯（８７０ＭＨｚ〜９４０ＭＨｚ）と１．５ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）や、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式の８００ＭＨｚ帯（８９０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）とＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）方式の１．７ＧＨｚ帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）とされる。
【００１６】
このようなアンテナ部２の外観構成の一例を図２に示す。
図２に示すように、本発明の多周波ヘリカルアンテナが内蔵されているアンテナ部２は、一端が閉じた円筒状のアンテナカバー部１１の開口部に金属製の基部金具１２を螺着あるいは嵌着することにより構成されている。アンテナカバー部１１は樹脂成形により作成されており、その内部に後述する本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナが内蔵されている。この多周波ヘリカルアンテナの下端は基部金具１２に電気的に接続されており、基部金具１２の下端からは細長い棒状の取付部１３が延伸されて形成されている。この取付部１３の中途にはネジ部１３ａが形成されており、取付部１３を無線機筐体３に設けられている取付孔に挿入してネジ部１３ａを取付孔に螺着することにより、アンテナ部２が無線機筐体３に機械的かつ電気的に固着されるようになされている。
【００１７】
アンテナカバー部１１に内蔵されている本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナの第１の構成を概略的に図３に示す。
多周波ヘリカルアンテナ１５は、ヘリカル状に巻回された巻き数が少なくされている実線で示されている励振コイル部１７と、ヘリカル状に巻回された巻き数が多くされた破線で示されている無給電コイル部１６とから構成されている。無給電コイル部１６の巻き始め端は、励振コイル部１７の巻き始め端と若干高さが異なるようにされてほぼ同位置とされ、励振コイル部１７にほぼ平行になるように無給電コイル部１６が巻回されている。無給電コイル部１６の両端はどこにも接続されていないが、無給電コイル部１６の下部は励振コイル部１７に重合されるよう巻回されているため両者は電磁気的に結合されている。これにより、励振コイル部１７により無給電コイル部１６は給電されるようになる。なお、励振コイル部１７の巻き始め端には、図示するように給電部１８から給電されている。
【００１８】
図３に示す多周波ヘリカルアンテナ１５において、巻き数が多くされている無給電コイル部１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように無給電コイル部１６の長さが調節されると共に、巻き数が少なくされている励振コイル部１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように励振コイル部１７の長さを調節することにより、多周波ヘリカルアンテナ１５は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
上記した本発明の多周波ヘリカルアンテナ１５において特徴的な構成は、励振コイル部１７の巻き数が少なくされて高い周波数帯域で動作するようにされ、、励振コイル部１７により励振される無給電コイル部１６の巻き数が多くされて低い周波数帯域で動作するようにされている構成である。このような図３に示す本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナ１５のＶＳＷＲ特性例を図８に示す。図８を参照すると、８００ＭＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が３．０以下の帯域幅が約６０ＭＨｚ得られており、１．５ＧＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が３．０以下の帯域幅として約５０ＭＨｚ得られている。
【００１９】
図３に示す多周波ヘリカルアンテナ１５では、励振コイル部１７を高い周波数帯域で動作するようにし、励振コイル部１７により励振される無給電コイル部１６を低い周波数帯域で動作するようにしていることから、図８に示すようにＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚの周波数帯における周波数帯域を大体カバーすることができる。次に、さらに周波数帯域を広帯域化することのできる本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナ２０の第２の構成を概略的に図４に示す。この多周波ヘリカルアンテナ２０もアンテナカバー部１１に内蔵することができる。
【００２０】
図４に示す多周波ヘリカルアンテナ２０は、ヘリカル状に巻回された巻き数が少なくされて実線で示されている励振コイル部１７と、ヘリカル状に巻回された巻き数が多くされて破線で示されている無給電コイル部１６と、無給電コイル部１６より若干巻き数が少なくされて太い破線で示されている第２無給電コイル部１９とから構成されている。無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の巻き始め端は、励振コイル部１７の巻き始め端と若干高さが異なるようにされてほぼ同位置とされ、励振コイル部１７にそれぞれほぼ平行になるように無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９が巻回されている。無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９はどこにも接続されていないが、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の下部は励振コイル部１７に重合されるように巻回されているため励振コイル部１７との間で電磁気的に結合されている。これにより、励振コイル部１７により無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は給電されるようになる。なお、励振コイル部１７の巻き始め端には、図示するように給電部１８から給電されている。
【００２１】
図４に示す多周波ヘリカルアンテナ２０において、巻き数の多くされている無給電コイル部１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように無給電コイル部１６の長さが調節されており、巻き数が若干少なくされている第２無給電コイル部１９の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯の近傍となるように第２無給電コイル部１９の長さが調節されている。これにより、８００ＭＨｚ帯という低い周波数帯においても十分に広い周波数帯域を確保することができるようになる。また、巻き数が少なくされている励振コイル部１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように励振コイル部１７の長さを調節することにより、多周波ヘリカルアンテナ２０は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
【００２２】
上記した本発明の多周波ヘリカルアンテナ２０においても特徴的な構成は、励振コイル部１７の巻き数が少なくされて高い周波数帯域で動作するようにされている構成、および、低い周波数帯域で動作する２つの無給電コイル部がわずかに長さの異なる無給電コイル部１６と第２無給電コイル部１９から構成されていることである。なお、無給電コイル部１６と第２無給電コイル部１９は励振コイル部１７により励振される。
このような図４に示す本発明にかかる第２の構成の多周波ヘリカルアンテナ２０のＶＳＷＲ特性を図９に示す。図９を参照すると、８００ＭＨｚ帯において共振特性が現れていると共に、第２無給電コイル部１９の作用によりその若干上の周波数帯にも共振特性が現れている。また、１．５ＧＨｚ帯より少し高い周波数帯において共振特性が現れるようになる。そこで、８００ＭＨｚ帯および１．５ＧＨｚ帯に合うように、励振コイル部１７、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の線径、巻き径、ピッチ等を調整することにより図１０に示すようなＶＳＷＲ特性を得ることができた。図１０を参照すると、８００ＭＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が２．０以下の帯域幅が約１４０ＭＨｚもの広帯域で得られており、１．５ＧＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が２．０以下の帯域幅として約７５ＭＨｚ得られている。このように、図４に示す構成の多周波ヘリカルアンテナ２０では、ＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの周波数帯域比が約２とされている２周波の周波数帯域として十分なアンテナ特性を得ることができるようになる。
【００２３】
ここで、本発明の図４に示す多周波ヘリカルアンテナ２０において広帯域の周波数特性を得ることのできる動作原理を説明する。
多周波ヘリカルアンテナ２０を分布定数的に表すと図７（ａ）に示すように表される。すなわち、１．５ＧＨｚの周波数帯域における中心周波数の波長をλ２とした場合、励振コイル部１７の長さは約λ２／４となる。また、８００ＭＨｚ帯の周波数帯域における中心周波数の波長をλ１とした場合、無給電コイル部１６の長さは約λ１／４となる。そして、第２無給電コイル部１９の長さは、波長λ１より若干短い（周波数が高い）波長λ１’の約１／４となる。無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、主に電流が多く流れる給電点付近で、励振コイル部１７と電磁気的に結合（Ｍ結合）されている。
【００２４】
ここで、励振コイル部１７が波長λ２の１．５ＧＨｚ帯の信号により給電されたとする。この場合、１．５ＧＨｚ帯で見た８００ＭＨｚ帯の無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、先端が開放で長さが概ね１／２波長に見えるため、給電点付近では高インピーダンスとなり、励振コイル部１７との結合が弱くなる。このことは、図７（ｃ）に破線で示すように、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９が、励振コイル部１７に与える影響が少なくなることを意味しており、これにより１．５ＧＨｚ帯ヘリカルアンテナである励振コイル部１７の本来の特性が現れるようになる。
【００２５】
次に、励振コイル部１７が波長λ１の８００ＭＨｚ帯の信号により給電されたとする。この場合、８００ＭＨｚ帯で見た１．５ＧＨｚ帯の励振コイル部１７は、先端が開放で長さが概ね１／８波長に見えるため、給電点付近では高インピーダンスの容量性となる。また、８００ＭＨｚ帯で見た無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、先端が開放で長さが概ね１／４波長になっているため、給電点付近は低インーダンスに見えることになる。このため、１．５ＧＨｚ帯の励振コイル部１７に給電された電力の大半は、図７（ｂ）に示すように相対的にインピーダンスの低い状態で励振コイル部１７に容量Ｃｏで等価的に結合している無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９へ供給されると考えられる。
以上説明したように、高い周波数帯の励振コイル部１７に直接に給電し、この励振コイル部１７から低い周波数帯の２つの無給電コイル部１６，１９に電磁気的に給電することにより、それぞれの有する本来のヘリカルアンテナの特性が得られるようになるのである。
【００２６】
次に、図２に示すアンテナ部２におけるアンテナカバー部１１に内蔵されている図４に示す概略構成の本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナの具体的な構成例を図５に示す。
図５に示す多周波ヘリカルアンテナ２０は、高周波特性の良好な絶縁樹脂から形成されている細長い棒状の所定の径とされた本体部２０ａを備えている。この本体部２０ａの側周面上には３条のヘリカル状の溝が形成されている。３条の溝のそれぞれの長さは、図４に示す無給電コイル部１６、第２無給電コイル部１９および励振コイル部１７に必要な長さとされ、その巻きピッチは所定の巻きピッチとされている。３条の溝内にはそれぞれ導電層が貼着あるいは蒸着等により形成されており、この３条の溝内にそれぞれ形成された導電層により無給電コイル部１６、第２無給電コイル部１９および励振コイル部１７が作成されている。
【００２７】
本体部２０ａの下端からは、若干径が細くされた基部２０ｂが形成されており、基部２０ｂの表面には導電層が形成されている。励振コイル部１７が作成されているヘリカル状の溝は一番下に形成されており、その上に第２無給電コイル部１９を作成している溝が形成されており、さらにその上に無給電コイル部１６を作成している溝が形成されている。そして、励振コイル部１７を作成している溝の下端は基部２０ｂへ向かって折曲されており、これにより励振コイル部１７を作成している導電層は、基部２０ｂの表面に形成されている導電層と接続されるようになる。この接続点が給電点２１とされている。基部２０ｂは、図２に示す基部金具１２に螺着され、基部金具１２と一体にされている取付部１３が無線機筐体３に取り付けられて送受信部に電気的に接続されていることから、基部２０ｂを介して励振コイル部１７が送受信部に接続されて給電されるようになる。そして、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、近接して巻回されている励振コイル部１７から電磁結合により励振されるようになる。
【００２８】
この場合、本体部２０ａの径、励振コイル部１７、および無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の巻きピッチや溝幅は、図１０に示すＶＳＷＲ特性が得られるように予め調整されている。これにより、多周波ヘリカルアンテナ２０のＶＳＷＲ特性は図１０に示すようにＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの２周波の周波数帯域として十分なアンテナ特性となる。
【００２９】
次に、図２に示すアンテナ部２におけるアンテナカバー部１１に内蔵されている図４に示す概略構成の本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナの具体的な他の構成例を図６に示す。
図６に示す多周波ヘリカルアンテナ３０は、高周波特性の良好な絶縁樹脂から形成されている細長い棒状の所定の径とされた本体部３０ａを備えている。この本体部３０ａの側周面上には３条のヘリカル状の溝が形成されている。３条の溝のそれぞれの長さは、図４に示す無給電コイル部１６、第２無給電コイル部１９および励振コイル部１７に必要な長さとされ、その巻きピッチは所定の巻きピッチとされている。３条の溝内にはそれぞれ導電層が貼着あるいは蒸着等により形成されており、この３条の溝内にそれぞれ形成された導電層により無給電コイル部３６、第２無給電コイル部３９および励振コイル部１７が作成されている。
【００３０】
本体部３０ａの下端からは、若干径が細くされた基部３０ｂが形成されており、基部３０ｂの表面には導電層が形成されている。励振コイル部１７が作成されているヘリカル状の溝は一番下に形成されており、その上に第２無給電コイル部３９を作成している溝が形成されており、さらにその上に無給電コイル部３６を作成している溝が形成されている。この場合、第２無給電コイル部３６の巻き数が、無給電コイル部３６の巻き数より若干長くされるように、その溝の長さが形成されている。そして、励振コイル部１７を作成している溝の下端は基部３０ｂへ向かって折曲されており、これにより励振コイル部１７を作成している導電層は、基部２０ｂの表面に形成されている導電層と接続されるようになる。この接続点が給電点３１とされている。基部３０ｂは、図２に示す基部金具１２に螺着され、基部金具１２と一体にされている取付部１３が無線機筐体３に取り付けられて送受信部に電気的に接続されていることから、基部３０ｂを介して励振コイル部１７が送受信部に接続されて給電されるようになる。
【００３１】
そして、無給電コイル部３６および第２無給電コイル部３９は、近接して巻回されている励振コイル部１７から電磁結合により励振されるようになる。これにより、第２無給電コイル部３９が移動通信網における８００ＭＨｚ帯で動作するようになると共に、無給電コイル部３６が移動通信網における８００ＭＨｚ帯の近傍で動作するようになる。さらに、励振コイル部１７は移動電話網における１．５ＧＨｚ帯で動作するようになる。この場合、本体部３０ａの径、励振コイル部１７、および無給電コイル部３６および第２無給電コイル部３９の巻きピッチや溝幅は、図１０に示すＶＳＷＲ特性が得られるように予め調整されている。これにより、多周波ヘリカルアンテナ３０のＶＳＷＲ特性は図１０に示すように、ＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの２周波の周波数帯域として十分なアンテナ特性となる。
【００３２】
以上の説明では、２周波の周波数帯で動作するものとして説明したが、さらに他の周波数帯で動作する無給電素子を設けることにより、多周波で動作させることも可能である。
また、多周波ヘリカルアンテナの各コイル部は導電層により作成するようにしたが、これに限るものではなく所定の線径の線材を所定の巻きピッチかつ巻き径でコイル状に巻回することにより各コイル部を作成するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、第２の周波数帯域より高域とされている第１の周波数帯域で動作可能な励振コイル部により、第１の周波数帯域で動作可能な無給電コイル部を励振するようにしたので、第１の周波数帯域および第２の周波数帯域の周波数帯域比が約２とされていても動作可能な周波数帯域を十分な周波数帯域幅とすることができるようになる。
また、無給電コイル部を第２の周波数帯域の低域で動作可能な第１の無給電コイル部と、第２の周波数帯域の高域で動作可能な第２の無給電コイル部により構成することにより、第２の周波数帯域を十分な周波数帯域幅とすることができる。
さらに、棒状本体の側周面に形成された複数条の溝内に導電層を形成することにより、励振コイル部と無給電コイル部とを作成することにより、移動電話網における複数の周波数帯において動作可能な移動機に好適なアンテナとすることができる。
このように本発明は、整合回路を用いずとも複数のコイル部だけで、約２倍の関係にある２つの周波数帯域に対して整合（良好な反射特性）するようになり、整合回路が不要になることから、整合回路に基づく問題点を払拭することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナであるアンテナ部を無線機筐体に取り付けた構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナであるアンテナ部の外観構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第１の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第２の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第２の構成を具体化した多周波ヘリカルアンテナの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第２の構成を具体化した多周波ヘリカルアンテナの他の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナを分布定数的に表して、その動作原理を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる第１の構成の多周波ヘリカルアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる第２の構成の多周波ヘリカルアンテナの調整前のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる第２の構成の多周波ヘリカルアンテナの調整後のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図１１】従来提案されている２周波ヘリカルアンテナの第１の構成を示す図である。
【図１２】従来提案されている２周波ヘリカルアンテナの第２の構成を示す図である。
【図１３】従来提案されている第１の構成の２周波ヘリカルアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図１４】従来提案されている第２の構成の２周波ヘリカルアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 携帯無線機、２ アンテナ部、３ 無線機筐体、１１ アンテナカバー部、１２ 基部金具、１３ 取付部、１３ａ ネジ部、１５ 多周波ヘリカルアンテナ、１６ 無給電コイル部、１７ 励振コイル部、１８ 給電部、１９ 無給電コイル部、２０ 多周波ヘリカルアンテナ、２０ａ 本体部、２０ｂ 基部、２１ 給電点、３０ 多周波ヘリカルアンテナ、３０ａ 本体部、３０ｂ 基部、３１ 給電点、３６ 無給電コイル部、３９ 無給電コイル部、１１５ ２周波ヘリカルアンテナ、１１６ 第１コイル部、１１７ 第２コイル部、１１８ 給電部、２１５ ２周波ヘリカルアンテナ、２１６ 励振コイル部、２１７ 無給電コイル部、２１８ 給電部
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる周波数帯域において使用することのできる多周波ヘリカルアンテナに関するものであり、特に移動電話網における移動機に搭載して好適な多周波ヘリカルアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機やＰＨＳの加入者数は年々増加しており、加入者の増加により移動電話網における利用周波数が不足してきている。このように、加入者の増加により利用周波数が不足している場合には、携帯電話機の周波数帯としてほぼ全域で使用できる周波数帯と、都市部で使用できる周波数帯との２つの周波数帯が割り当てられる場合がある。例えば、欧州においては９００ＭＨｚ帯のＧＳＭ方式の携帯電話機は欧州全域で使用することができるが、さらに、都市部においては利用周波数不足を補うため１．８ＧＨｚ帯のＤＣＳ方式の携帯電話機を使用することができる。また、日本においても８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域が移動電話網に割り当てられている。このような２周波数帯で携帯電話機を使用するには、携帯電話機を２周波数帯で動作可能とさせる必要がある。すなわち、２周波数帯のそれぞれの周波数帯で動作可能な無線回路を内蔵させると共に、２周波数帯で動作する２周波アンテナを備える必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の２周波ヘリカルアンテナとして、図１１に示すような２周波ヘリカルアンテナ１１５が提案されている。この２周波ヘリカルアンテナ１１５は、コイル状に巻回した実線で示す第１コイル部１１６と、破線で示す第２コイル部１１７を備えている。第１コイル部１１６の巻始め端と、第２コイル部１１７の巻始め端とは接続されており、その巻始め端に給電部１１８から給電されている。第１コイル部１１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように第１コイル部１１６の長さを調節すると共に、第２コイル部１１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように第２コイル部１１７の長さを調節することにより、２周波ヘリカルアンテナ１１５は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
【０００４】
この際の、２周波ヘリカルアンテナ１１５の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を図１３に示す。この図を参照すると、８００ＭＨｚの周波数帯域としては約２０ＭＨｚ程度の帯域しか確保することができないと共に、ＶＳＷＲも３．０以上と良好な特性は得られていない。例えば、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）における８００ＭＨｚ帯では、上りと下りとの周波数帯域として約７０ＭＨｚの周波数帯域が必要とされるが、図１３に示すアンテナ特性では８００ＭＨｚ帯において７０ＭＨｚの周波数帯域は確保されていない。また、図１３を参照すると１．５ＧＨｚ帯においては３０ＭＨｚ程度の周波数帯域は確保されており、最良のＶＳＷＲ値は約１．６の良好な値が得られている。しかし、ＰＤＣにおける１．５ＧＨｚ帯でも、上りと下りとの周波数帯域として約７０ＭＨｚの周波数帯域が必要とされるが、図１３に示すアンテナ特性では１．５ＧＨｚ帯において７０ＭＨｚの周波数帯域は確保されていない。
【０００５】
また、２周波ヘリカルアンテナとして、図１２に示すような２周波ヘリカルアンテナ２１５も提案されている。この２周波ヘリカルアンテナ２１５は、コイル状に巻回した実線で示す励振コイル部２１６と、破線で示す無給電コイル部２１７を備えている。無給電コイル部２１７は励振コイル部２１６に電磁的に結合するように配置され、励振コイル部２１６の巻始め端に給電部２１８から給電されている。そして、無給電コイル部２１７は電磁気的に結合されている励振コイル部２１６により励振されるようになる。ここで、励振コイル部２１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように励振コイル部２１６の長さを調節すると共に、無給電コイル部２１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように無給電コイル部２１７の長さを調節することにより、２周波ヘリカルアンテナ２１５は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
【０００６】
この際の、２周波ヘリカルアンテナ２１５の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を図１４に示す。この図を参照すると、８００ＭＨｚの周波数帯域としては約３０ＭＨｚ程度の帯域しか確保することができないと共に、ＶＳＷＲも３．０以上と良好な特性は得られていない。従って、ＰＤＣにおける８００ＭＨｚ帯の周波数帯域である約７０ＭＨｚの帯域は確保されていない。また、図１４を参照すると１．５ＧＨｚ帯においては１０ＭＨｚ程度の周波数帯域しか確保されていないと共に、ＶＳＷＲ値も３．０以上と良好な特性が得られていない。従って、ＰＤＣにおける１．５ＧＨｚ帯の周波数帯域である約７０ＭＨｚの周波数帯域は確保されていない。
【０００７】
このように従来の２周波ヘリカルアンテナにおいて良好なアンテナ特性が得られない理由は次の通りと考えられる。
従来の携帯電話機に搭載されているヘリカルアンテナは、波長に対して充分小さな直径で数ターンから数十ターン間隔巻きしており、一方の端から給電し他方は開放されている。このヘリカルアンテナを構成している巻き線の総延長は、反射特性の良好な周波数における１／４波長前後となるのが一般的であるから、分布定数的に考えた場合の電気特性において、３／４波長（周波数で３倍）で再び反射特性が良好になる帯域が現れるようになる。このことは実測においても確かめられている。よって、例えば８００ＭＨｚ帯と３倍の関係にある２４００ＭＨｚ帯と共用する場合は、特段のエ夫をしなくても、容易に２周波ヘリカルアンテナを実現することが出来る。
【０００８】
一方、巻き線の総延長を反射特性の良好な周波数の１／４波長前後とした場合、１／２波長に相当する周波数帯域においては、電気特性的に考察しても、ほぼ全反射に近い極めて劣化した反射特性となる。このことは実測においても確認されている。ところで、現在国内で携帯電話網として使用されているＰＤＣの周波数帯域は８００ＭＨｚ帯と１５００ＭＨｚ帯とされている。この２つの周波数帯域はおおよそ２倍の関係になっているので、前述の理由から８００ＭＨｚ帯用ヘリカルアンテナを１５００ＭＨｚ帯でも使用しようとすると、ほとんど全反射状態となってしまい、良好なアンテナ特性を得ることができないことになるのである。
【０００９】
すなわち、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の２周波で動作させる場合のように、周波数帯域比が約２倍の関係となっている場合には、前述のように原理的に良好なアンテナ特性を得ることができないのである。このことは、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の長さとされた２つのコイル部からなる図１１および図１２に示す２周波ヘリカルアンテナにもいえることである。
この問題を解決するために、８００ＭＨｚ帯と１５００ＭＨｚ帯との中間の周波数である１２００ＭＨｚ付近に最良の反射特性を持ったアンテナを作り、ほどほどの不整合状態になっている８００ＭＨｚ帯と１５００ＭＨｚ帯の両方を整合回路を介して所望のインピーダンスに無理矢理整合させることが考えられる。しかし、この方法は、整合回路が複雑になるため、小型化や信頼性に問題があり、整合回路の損失等の影響によりアンテナの諸特性が劣化すると共に、整合回路とヘリカルアンテナとの相性から、量産時にアンテナ特性のバラツキや歩留まりの低下を招く恐れがあるという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、２以上の周波数帯に必要な周波数帯域を整合回路を用いることなく、それぞれ確保することのできる多周波ヘリカルアンテナを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の多周波ヘリカルアンテナは、一端に給電されていると共に、第１の周波数帯域で動作可能な励振コイル部と、該励振コイル部と電磁気的に結合するように、巻き始め端が該励振コイル部の巻き始め端とほぼ同位置とされ、該励振コイル部にほぼ平行になるように巻回されていると共に、第２の周波数帯域で動作可能な無給電コイル部とを備え、前記第１の周波数帯域が、前記第２の周波数帯域より高域とされていると共に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域との周波数帯域比が約２とされている。
【００１３】
また、上記本発明の多周波ヘリカルアンテナにおいて、前記励振コイル部と電磁気的に結合するように近接して第２の無給電コイル部を、さらに配置し、該第２の無給電コイル部における動作可能な周波数帯域が前記第２の周波数帯域の近傍とされて、前記無給電コイル部と前記第２の無給電コイル部とにより前記第２の周波数帯域をカバーするようにしていてもよい。
さらに、上記本発明の多周波ヘリカルアンテナにおいて、細長い絶縁性の棒状本体の側周面に複数条の溝がそれぞれ所定の長さで形成されており、該溝内に導電層を形成することにより前記各コイル部が作成されており、前記励振コイル部を作成している前記導電層の下端だけが、前記棒状本体の下部に形成されている径が細くされている基部の表面に形成されている導電層に連接されていてもよい。
【００１４】
このような本発明によれば、第２の周波数帯域より高域とされている第１の周波数帯域で動作可能な励振コイル部により、第１の周波数帯域で動作可能な無給電コイル部を励振するようにしたので、第１の周波数帯域および第２の周波数帯域の周波数帯域比が約２とされていても動作可能な周波数帯域を十分確保することができるようになる。
また、無給電コイル部を第２の周波数帯域の低域で動作可能な第１の無給電コイル部と、第２の周波数帯域の高域で動作可能な第２の無給電コイル部により構成することにより、第２の周波数帯域を十分な周波数帯域幅とすることができる。
さらに、棒状本体の側周面に形成された複数条の溝内に導電層を形成することにより、励振コイル部と無給電コイル部とを作成することにより、移動電話網における複数の周波数帯において動作可能な移動機に好適なアンテナとすることができる。
このように本発明は、整合回路を用いずとも複数のコイル部だけで、約２倍の関係にある２つの周波数帯域に対して整合（良好な反射特性）するようになり、整合回路が不要になることから、整合回路に基づく問題点を払拭することができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナを備える携帯無線機の構成例を図１に示す。
図１に示す多周波で動作可能な携帯無線機１は、携帯に便利な小型の形状とされている無線機筐体３と、無線機筐体３の上部に取り付けられたアンテナ部２から構成されている。無線機筐体３内には、送受信部やコーデック部の回路等が内蔵されている。アンテナ部２は、２周波数帯で動作する多周波ヘリカルアンテナから構成されている。２周波数帯は、例えばＰＤＣ方式（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）における８００ＭＨｚ帯（８７０ＭＨｚ〜９４０ＭＨｚ）と１．５ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）や、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式の８００ＭＨｚ帯（８９０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）とＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）方式の１．７ＧＨｚ帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）とされる。
【００１６】
このようなアンテナ部２の外観構成の一例を図２に示す。
図２に示すように、本発明の多周波ヘリカルアンテナが内蔵されているアンテナ部２は、一端が閉じた円筒状のアンテナカバー部１１の開口部に金属製の基部金具１２を螺着あるいは嵌着することにより構成されている。アンテナカバー部１１は樹脂成形により作成されており、その内部に後述する本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナが内蔵されている。この多周波ヘリカルアンテナの下端は基部金具１２に電気的に接続されており、基部金具１２の下端からは細長い棒状の取付部１３が延伸されて形成されている。この取付部１３の中途にはネジ部１３ａが形成されており、取付部１３を無線機筐体３に設けられている取付孔に挿入してネジ部１３ａを取付孔に螺着することにより、アンテナ部２が無線機筐体３に機械的かつ電気的に固着されるようになされている。
【００１７】
アンテナカバー部１１に内蔵されている本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナの第１の構成を概略的に図３に示す。
多周波ヘリカルアンテナ１５は、ヘリカル状に巻回された巻き数が少なくされている実線で示されている励振コイル部１７と、ヘリカル状に巻回された巻き数が多くされた破線で示されている無給電コイル部１６とから構成されている。無給電コイル部１６の巻き始め端は、励振コイル部１７の巻き始め端と若干高さが異なるようにされてほぼ同位置とされ、励振コイル部１７にほぼ平行になるように無給電コイル部１６が巻回されている。無給電コイル部１６の両端はどこにも接続されていないが、無給電コイル部１６の下部は励振コイル部１７に重合されるよう巻回されているため両者は電磁気的に結合されている。これにより、励振コイル部１７により無給電コイル部１６は給電されるようになる。なお、励振コイル部１７の巻き始め端には、図示するように給電部１８から給電されている。
【００１８】
図３に示す多周波ヘリカルアンテナ１５において、巻き数が多くされている無給電コイル部１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように無給電コイル部１６の長さが調節されると共に、巻き数が少なくされている励振コイル部１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように励振コイル部１７の長さを調節することにより、多周波ヘリカルアンテナ１５は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
上記した本発明の多周波ヘリカルアンテナ１５において特徴的な構成は、励振コイル部１７の巻き数が少なくされて高い周波数帯域で動作するようにされ、、励振コイル部１７により励振される無給電コイル部１６の巻き数が多くされて低い周波数帯域で動作するようにされている構成である。このような図３に示す本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナ１５のＶＳＷＲ特性例を図８に示す。図８を参照すると、８００ＭＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が３．０以下の帯域幅が約６０ＭＨｚ得られており、１．５ＧＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が３．０以下の帯域幅として約５０ＭＨｚ得られている。
【００１９】
図３に示す多周波ヘリカルアンテナ１５では、励振コイル部１７を高い周波数帯域で動作するようにし、励振コイル部１７により励振される無給電コイル部１６を低い周波数帯域で動作するようにしていることから、図８に示すようにＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚの周波数帯における周波数帯域を大体カバーすることができる。次に、さらに周波数帯域を広帯域化することのできる本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナ２０の第２の構成を概略的に図４に示す。この多周波ヘリカルアンテナ２０もアンテナカバー部１１に内蔵することができる。
【００２０】
図４に示す多周波ヘリカルアンテナ２０は、ヘリカル状に巻回された巻き数が少なくされて実線で示されている励振コイル部１７と、ヘリカル状に巻回された巻き数が多くされて破線で示されている無給電コイル部１６と、無給電コイル部１６より若干巻き数が少なくされて太い破線で示されている第２無給電コイル部１９とから構成されている。無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の巻き始め端は、励振コイル部１７の巻き始め端と若干高さが異なるようにされてほぼ同位置とされ、励振コイル部１７にそれぞれほぼ平行になるように無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９が巻回されている。無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９はどこにも接続されていないが、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の下部は励振コイル部１７に重合されるように巻回されているため励振コイル部１７との間で電磁気的に結合されている。これにより、励振コイル部１７により無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は給電されるようになる。なお、励振コイル部１７の巻き始め端には、図示するように給電部１８から給電されている。
【００２１】
図４に示す多周波ヘリカルアンテナ２０において、巻き数の多くされている無給電コイル部１６の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯となるように無給電コイル部１６の長さが調節されており、巻き数が若干少なくされている第２無給電コイル部１９の動作周波数帯域が移動電話網における８００ＭＨｚ帯の近傍となるように第２無給電コイル部１９の長さが調節されている。これにより、８００ＭＨｚ帯という低い周波数帯においても十分に広い周波数帯域を確保することができるようになる。また、巻き数が少なくされている励振コイル部１７の動作周波数帯域が移動電話網における１．５ＧＨｚ帯となるように励振コイル部１７の長さを調節することにより、多周波ヘリカルアンテナ２０は移動電話網における８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯で動作可能となる。
【００２２】
上記した本発明の多周波ヘリカルアンテナ２０においても特徴的な構成は、励振コイル部１７の巻き数が少なくされて高い周波数帯域で動作するようにされている構成、および、低い周波数帯域で動作する２つの無給電コイル部がわずかに長さの異なる無給電コイル部１６と第２無給電コイル部１９から構成されていることである。なお、無給電コイル部１６と第２無給電コイル部１９は励振コイル部１７により励振される。
このような図４に示す本発明にかかる第２の構成の多周波ヘリカルアンテナ２０のＶＳＷＲ特性を図９に示す。図９を参照すると、８００ＭＨｚ帯において共振特性が現れていると共に、第２無給電コイル部１９の作用によりその若干上の周波数帯にも共振特性が現れている。また、１．５ＧＨｚ帯より少し高い周波数帯において共振特性が現れるようになる。そこで、８００ＭＨｚ帯および１．５ＧＨｚ帯に合うように、励振コイル部１７、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の線径、巻き径、ピッチ等を調整することにより図１０に示すようなＶＳＷＲ特性を得ることができた。図１０を参照すると、８００ＭＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が２．０以下の帯域幅が約１４０ＭＨｚもの広帯域で得られており、１．５ＧＨｚ帯においてはＶＳＷＲ値が２．０以下の帯域幅として約７５ＭＨｚ得られている。このように、図４に示す構成の多周波ヘリカルアンテナ２０では、ＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの周波数帯域比が約２とされている２周波の周波数帯域として十分なアンテナ特性を得ることができるようになる。
【００２３】
ここで、本発明の図４に示す多周波ヘリカルアンテナ２０において広帯域の周波数特性を得ることのできる動作原理を説明する。
多周波ヘリカルアンテナ２０を分布定数的に表すと図７（ａ）に示すように表される。すなわち、１．５ＧＨｚの周波数帯域における中心周波数の波長をλ２とした場合、励振コイル部１７の長さは約λ２／４となる。また、８００ＭＨｚ帯の周波数帯域における中心周波数の波長をλ１とした場合、無給電コイル部１６の長さは約λ１／４となる。そして、第２無給電コイル部１９の長さは、波長λ１より若干短い（周波数が高い）波長λ１’の約１／４となる。無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、主に電流が多く流れる給電点付近で、励振コイル部１７と電磁気的に結合（Ｍ結合）されている。
【００２４】
ここで、励振コイル部１７が波長λ２の１．５ＧＨｚ帯の信号により給電されたとする。この場合、１．５ＧＨｚ帯で見た８００ＭＨｚ帯の無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、先端が開放で長さが概ね１／２波長に見えるため、給電点付近では高インピーダンスとなり、励振コイル部１７との結合が弱くなる。このことは、図７（ｃ）に破線で示すように、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９が、励振コイル部１７に与える影響が少なくなることを意味しており、これにより１．５ＧＨｚ帯ヘリカルアンテナである励振コイル部１７の本来の特性が現れるようになる。
【００２５】
次に、励振コイル部１７が波長λ１の８００ＭＨｚ帯の信号により給電されたとする。この場合、８００ＭＨｚ帯で見た１．５ＧＨｚ帯の励振コイル部１７は、先端が開放で長さが概ね１／８波長に見えるため、給電点付近では高インピーダンスの容量性となる。また、８００ＭＨｚ帯で見た無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、先端が開放で長さが概ね１／４波長になっているため、給電点付近は低インーダンスに見えることになる。このため、１．５ＧＨｚ帯の励振コイル部１７に給電された電力の大半は、図７（ｂ）に示すように相対的にインピーダンスの低い状態で励振コイル部１７に容量Ｃｏで等価的に結合している無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９へ供給されると考えられる。
以上説明したように、高い周波数帯の励振コイル部１７に直接に給電し、この励振コイル部１７から低い周波数帯の２つの無給電コイル部１６，１９に電磁気的に給電することにより、それぞれの有する本来のヘリカルアンテナの特性が得られるようになるのである。
【００２６】
次に、図２に示すアンテナ部２におけるアンテナカバー部１１に内蔵されている図４に示す概略構成の本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナの具体的な構成例を図５に示す。
図５に示す多周波ヘリカルアンテナ２０は、高周波特性の良好な絶縁樹脂から形成されている細長い棒状の所定の径とされた本体部２０ａを備えている。この本体部２０ａの側周面上には３条のヘリカル状の溝が形成されている。３条の溝のそれぞれの長さは、図４に示す無給電コイル部１６、第２無給電コイル部１９および励振コイル部１７に必要な長さとされ、その巻きピッチは所定の巻きピッチとされている。３条の溝内にはそれぞれ導電層が貼着あるいは蒸着等により形成されており、この３条の溝内にそれぞれ形成された導電層により無給電コイル部１６、第２無給電コイル部１９および励振コイル部１７が作成されている。
【００２７】
本体部２０ａの下端からは、若干径が細くされた基部２０ｂが形成されており、基部２０ｂの表面には導電層が形成されている。励振コイル部１７が作成されているヘリカル状の溝は一番下に形成されており、その上に第２無給電コイル部１９を作成している溝が形成されており、さらにその上に無給電コイル部１６を作成している溝が形成されている。そして、励振コイル部１７を作成している溝の下端は基部２０ｂへ向かって折曲されており、これにより励振コイル部１７を作成している導電層は、基部２０ｂの表面に形成されている導電層と接続されるようになる。この接続点が給電点２１とされている。基部２０ｂは、図２に示す基部金具１２に螺着され、基部金具１２と一体にされている取付部１３が無線機筐体３に取り付けられて送受信部に電気的に接続されていることから、基部２０ｂを介して励振コイル部１７が送受信部に接続されて給電されるようになる。そして、無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９は、近接して巻回されている励振コイル部１７から電磁結合により励振されるようになる。
【００２８】
この場合、本体部２０ａの径、励振コイル部１７、および無給電コイル部１６および第２無給電コイル部１９の巻きピッチや溝幅は、図１０に示すＶＳＷＲ特性が得られるように予め調整されている。これにより、多周波ヘリカルアンテナ２０のＶＳＷＲ特性は図１０に示すようにＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの２周波の周波数帯域として十分なアンテナ特性となる。
【００２９】
次に、図２に示すアンテナ部２におけるアンテナカバー部１１に内蔵されている図４に示す概略構成の本発明にかかる多周波ヘリカルアンテナの具体的な他の構成例を図６に示す。
図６に示す多周波ヘリカルアンテナ３０は、高周波特性の良好な絶縁樹脂から形成されている細長い棒状の所定の径とされた本体部３０ａを備えている。この本体部３０ａの側周面上には３条のヘリカル状の溝が形成されている。３条の溝のそれぞれの長さは、図４に示す無給電コイル部１６、第２無給電コイル部１９および励振コイル部１７に必要な長さとされ、その巻きピッチは所定の巻きピッチとされている。３条の溝内にはそれぞれ導電層が貼着あるいは蒸着等により形成されており、この３条の溝内にそれぞれ形成された導電層により無給電コイル部３６、第２無給電コイル部３９および励振コイル部１７が作成されている。
【００３０】
本体部３０ａの下端からは、若干径が細くされた基部３０ｂが形成されており、基部３０ｂの表面には導電層が形成されている。励振コイル部１７が作成されているヘリカル状の溝は一番下に形成されており、その上に第２無給電コイル部３９を作成している溝が形成されており、さらにその上に無給電コイル部３６を作成している溝が形成されている。この場合、第２無給電コイル部３６の巻き数が、無給電コイル部３６の巻き数より若干長くされるように、その溝の長さが形成されている。そして、励振コイル部１７を作成している溝の下端は基部３０ｂへ向かって折曲されており、これにより励振コイル部１７を作成している導電層は、基部２０ｂの表面に形成されている導電層と接続されるようになる。この接続点が給電点３１とされている。基部３０ｂは、図２に示す基部金具１２に螺着され、基部金具１２と一体にされている取付部１３が無線機筐体３に取り付けられて送受信部に電気的に接続されていることから、基部３０ｂを介して励振コイル部１７が送受信部に接続されて給電されるようになる。
【００３１】
そして、無給電コイル部３６および第２無給電コイル部３９は、近接して巻回されている励振コイル部１７から電磁結合により励振されるようになる。これにより、第２無給電コイル部３９が移動通信網における８００ＭＨｚ帯で動作するようになると共に、無給電コイル部３６が移動通信網における８００ＭＨｚ帯の近傍で動作するようになる。さらに、励振コイル部１７は移動電話網における１．５ＧＨｚ帯で動作するようになる。この場合、本体部３０ａの径、励振コイル部１７、および無給電コイル部３６および第２無給電コイル部３９の巻きピッチや溝幅は、図１０に示すＶＳＷＲ特性が得られるように予め調整されている。これにより、多周波ヘリカルアンテナ３０のＶＳＷＲ特性は図１０に示すように、ＰＤＣにおける８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚとの２周波の周波数帯域として十分なアンテナ特性となる。
【００３２】
以上の説明では、２周波の周波数帯で動作するものとして説明したが、さらに他の周波数帯で動作する無給電素子を設けることにより、多周波で動作させることも可能である。
また、多周波ヘリカルアンテナの各コイル部は導電層により作成するようにしたが、これに限るものではなく所定の線径の線材を所定の巻きピッチかつ巻き径でコイル状に巻回することにより各コイル部を作成するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、第２の周波数帯域より高域とされている第１の周波数帯域で動作可能な励振コイル部により、第１の周波数帯域で動作可能な無給電コイル部を励振するようにしたので、第１の周波数帯域および第２の周波数帯域の周波数帯域比が約２とされていても動作可能な周波数帯域を十分な周波数帯域幅とすることができるようになる。
また、無給電コイル部を第２の周波数帯域の低域で動作可能な第１の無給電コイル部と、第２の周波数帯域の高域で動作可能な第２の無給電コイル部により構成することにより、第２の周波数帯域を十分な周波数帯域幅とすることができる。
さらに、棒状本体の側周面に形成された複数条の溝内に導電層を形成することにより、励振コイル部と無給電コイル部とを作成することにより、移動電話網における複数の周波数帯において動作可能な移動機に好適なアンテナとすることができる。
このように本発明は、整合回路を用いずとも複数のコイル部だけで、約２倍の関係にある２つの周波数帯域に対して整合（良好な反射特性）するようになり、整合回路が不要になることから、整合回路に基づく問題点を払拭することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナであるアンテナ部を無線機筐体に取り付けた構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナであるアンテナ部の外観構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第１の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第２の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第２の構成を具体化した多周波ヘリカルアンテナの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナの概略的な第２の構成を具体化した多周波ヘリカルアンテナの他の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる多周波ヘリカルアンテナを分布定数的に表して、その動作原理を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる第１の構成の多周波ヘリカルアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる第２の構成の多周波ヘリカルアンテナの調整前のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる第２の構成の多周波ヘリカルアンテナの調整後のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図１１】従来提案されている２周波ヘリカルアンテナの第１の構成を示す図である。
【図１２】従来提案されている２周波ヘリカルアンテナの第２の構成を示す図である。
【図１３】従来提案されている第１の構成の２周波ヘリカルアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図１４】従来提案されている第２の構成の２周波ヘリカルアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 携帯無線機、２ アンテナ部、３ 無線機筐体、１１ アンテナカバー部、１２ 基部金具、１３ 取付部、１３ａ ネジ部、１５ 多周波ヘリカルアンテナ、１６ 無給電コイル部、１７ 励振コイル部、１８ 給電部、１９ 無給電コイル部、２０ 多周波ヘリカルアンテナ、２０ａ 本体部、２０ｂ 基部、２１ 給電点、３０ 多周波ヘリカルアンテナ、３０ａ 本体部、３０ｂ 基部、３１ 給電点、３６ 無給電コイル部、３９ 無給電コイル部、１１５ ２周波ヘリカルアンテナ、１１６ 第１コイル部、１１７ 第２コイル部、１１８ 給電部、２１５ ２周波ヘリカルアンテナ、２１６ 励振コイル部、２１７ 無給電コイル部、２１８ 給電部
Claims (3)
- 一端に給電されていると共に、第１の周波数帯域で動作可能な励振コイル部と、
該励振コイル部と電磁気的に結合するように、巻き始め端が該励振コイル部の巻き始め端とほぼ同位置とされ、該励振コイル部にほぼ平行になるように巻回されていると共に、第２の周波数帯域で動作可能な無給電コイル部とを備え、
前記第１の周波数帯域が、前記第２の周波数帯域より高域とされていると共に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域との周波数帯域比が約２とされていることを特徴とする多周波ヘリカルアンテナ。 - 前記励振コイル部と電磁気的に結合するように近接して第２の無給電コイル部を、さらに配置し、該第２の無給電コイル部における動作可能な周波数帯域が前記第２の周波数帯域の近傍とされて、前記無給電コイル部と前記第２の無給電コイル部とにより前記第２の周波数帯域をカバーするようにしていることを特徴とする請求項１記載の多周波ヘリカルアンテナ。
- 細長い絶縁性の棒状本体の側周面に複数条の溝がそれぞれ所定の長さで形成されており、該溝内に導電層を形成することにより前記各コイル部が作成されており、前記励振コイル部を作成している前記導電層の下端だけが、前記棒状本体の下部に形成されている径が細くされている基部の表面に形成されている導電層に連接されていることを特徴とする請求項１あるいは２記載の多周波ヘリカルアンテナ。
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