JP3624917B2 - 携帯無線機器用アンテナおよび携帯無線機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、腕時計型の無線放送受信機、トランシーバ、携帯電話、無線呼び出し端末、通信機器等における送受信を行うための携帯無線機器用アンテナおよび携帯無線機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、小型・軽量で携帯性に優れた利便性から、腕時計程度の超小型サイズの携帯無線機器が各種提案されている。この携帯無線機器では、腕時計のように、腕に装着して使用するため、その形状・寸法の大きさの制約から、特に、無線電波を受信、あるいは送信する空中線アンテナ部の小型化が望まれていた。
【０００３】
これは、集積回路技術の進歩により、無線回路部分の小型化や低電力化は、急速に進歩し、電源となる小型電池や充電電池も小型、高性能、高容量のものが使用できるようになってきたのに対して、空中線アンテナの小型化は、取り出し得る電力が無線電波が横切った面積で制約されたり、同調検波の性能が電波の波長と密接に関係する空中線アンテナの長さ寸法で制約されるため、実現が困難であったためである。
【０００４】
そこで、例えば、限られた寸法の腕時計型の無線機器では、従来、ＡＭラジオ受信機等、中波領域の電波用にはバー・アンテナ等をケースに内蔵して用いたり、ＶＨＦ帯のＦＭラジオや無線呼び出し端末（ページャー）等では、イヤホン兼用のひも型アンテナ、あるいは、腕時計のバンド部を利用したループ型のバンド・アンテナ等を用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の携帯無線機器用アンテナでは、バー・アンテナや、ひも型アンテナ、ループ型のバンド・アンテナを用いていたため、以下の問題があった。
（イ）腕時計型の無線機器におけるケース内蔵のバー・アンテナ等では、近年、数百ＭＨｚ帯、さらには数ＧＨｚ帯へと高周波化が進む、無線呼び出し端末や携帯電話、無線通信機器付き携帯情報機器において所望の性能が得られない。また、ケース部分に内蔵するためには、ケース材質に金属などの導電性の材質を用いることを避けなければならない等の問題があった。
【０００６】
（ロ）また、ＦＭラジオ受信機等のイヤホン兼用のひも型アンテナでは、使用時に取り付けたり、巻き出したりしなければならず、使い勝手や形態上に問題があった。
（ハ）また、ループ型のバンド・アンテナでは、ループを構成するために、腕バンドのバックル部でアンテナを接続する等、構造や製造が複雑になり、アンテナ部のコストアップにつながるという問題があった。また、腕の寸法により、ループ・アンテナの大きさが変わり、アンテナ長が変化するので、アンテナ特性を一定にするためには、別個の調整回路を設けて、アンテナ長の変化を補う必要があった。
【０００７】
（ニ）また、腕時計型の携帯無線機器において、腕に装着するためのバンド部に金属導体を張り付けても、寸法上の制約や、アンテナループ内に導電体で誘電体である人体の腕が入るため、特性が不安定になり、所望の受信感度や安定した受信や通信を行うことができないという問題があった。
（ホ）また、ループ・アンテナでは、一般に、その入力抵抗に対する放射抵抗の割合が小さく、さらに入力リアクタンスを打ち消して用いる必要があるため、アンテナ系としての効率が極めて悪い状態で使用しなければならないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、超短波帯以上の高周波電波を使用する無線機器にも使用できるとともに、安価に製造でき、かつ、アンテナ特性や無線装置の感度や性能、安定性を向上できる携帯無線機器用アンテナおよび携帯無線機器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１記載の発明による携帯無線機器用アンテナは、本体に設けられたバンド部によって、利用者に装着される携帯無線機器の送受信アンテナとして用いられる携帯無線機器用アンテナにおいて、前記バンド部に配設され、可塑性を有する導電体であって、長手方向に流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線と、前記バンド部に前記給電アンテナ素子導線と所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線とを外端部同士を接続して、折り返しアンテナを構成することを特徴とする。
【００１０】
また、好ましい態様として、前記無給電アンテナ素子導線は、例えば請求項２記載のように、前記給電アンテナ素子導線と一体成形されていてもよい。
また、好ましい態様として、例えば請求項３記載のように、前記バンド部に、可塑性を有する導電体であって、前記折り返しアンテナより短く、所定の間隔を離して配設された無給電アンテナ素子導線を設けてもよい。
【００１１】
また、請求項４記載の発明による携帯無線機器は、少なくとも、電波の送受信手段を備え、利用者に装着される携帯無線機器において、前記本体を利用者に装着するバンド部に、可塑性を有する導電体であって、長手方向に流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線と、該給電アンテナ素子導線と所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線とを外端部同士を接続して構成した折り返しアンテナを設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、好ましい態様として、例えば請求項５記載のように、前記バンド部に、可塑性を有する導電体であって、前記折り返しアンテナより短く、所定の間隔を離して配設された無給電アンテナ素子導線を設け、前記折り返しアンテナに対する導波器として作用させてもよい。
【００１３】
【作用】
本発明では、本体を利用者に装着するためのバンド部に、可塑性を有する導電体からなる給電アンテナ素子導線と、所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線とを、各々の外端部同士を接続して、折り返しアンテナを構成する。そして、上記給電アンテナ素子導線に対して、流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電する。したがって、超短波帯以上の高周波電波を使用する無線機器にも使用することが可能であり、ループを構成する必要がないので、構造や製造が容易になるとともに、アンテナ長が変化しないので、アンテナ特性や無線装置の感度や性能、安定性を向上させることが可能となる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、本実施例では、携帯無線機器として腕時計型無線機器を例として説明する。
Ａ．第１実施例
Ａ−１．第１実施例の構成
図１（ａ）は、本発明の第１実施例による携帯無線機器用アンテナを適用した腕時計型無線機器の構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は、第１実施例による携帯無線機器用アンテナを適用した腕時計型無線機器の構成を示す断面図である。図において、腕時計型無線機器は、大きく分けて、時計機能、無線機能等の電子部品が格納されている本体部１、該本体部１を腕に固定するためのバンド部２ａ，２ｂ、バンド部２ａ，２ｂ同士を止めるために、バンド部２ａの一端に設けられたバックル部３から構成されている。本体部１には、上述したように、電子部品が内蔵されており、その上面には、ＬＣＤ等から構成される表示部１ｂが配設されている。また、本体部１の両側部には、動作モードや表示切替等のためのスイッチ１ｃ，１ｃが設けられている。
【００１５】
次に、上記バンド部２ａには、当該腕時計無線機器を腕に装着し、固定した場合に他方のバンド部２ｂの一端が挿入される遊環４が設けられている。また、バンド部２ｂには、バックル部３の構成部品である突棒３ａが挿入される複数の止め穴５，５，……が一列に設けられている。バックル部３は、上記突棒３ａを係止するとともに挿入されたバンド部２ｂを係止する美錠３ｂから構成されている。
【００１６】
上述した本体部１には、特に、本発明に係わる部品として、無線回路部６と、給電端子７ａ，７ｂとが設けられている。無線回路部６には、後述するアンテナ素子導線１０ａ，１０ｂに電力を供給する一方、アンテナ素子導線１０ａ，１０ｂで受信した受信電力を取り出す入出力端子が突出しており、該入出力端子は、導電性の台座１１ａ，１１ｂに半田等で電気的、物理的に固定されている。上記台座１１ａ，１１ｂには、バンド部２ａ，２ｂの長手方向に向けて給電端子７ａ，７ｂの一端がやはり半田等で電気的、物理的に固定されている。
【００１７】
また、上記給電端子７ａの他端は、バンド部２ａの内部で、その長手方向に延びるアンテナ素子導線１０ａの一端に電気的、物理的に固定されている。一方、上記給電端子７ｂの他端は、バンド部２ｂの内部で、その長手方向に延びるアンテナ素子導線１０ｂの一端に電気的、物理的に固定されている。なお、上記給電端子７ａ，７ｂは、本体部１と可動するバンド部２ａ，２ｃの間に設けられているので、柔軟性のあるフレキシブル基材等で構成される。アンテナ素子導線１０ａ，１０ｂは、各々、金属板、金属薄膜、あるいは電線などの可塑性を有する導電体から構成されている。アンテナ素子導線１０ａ，１０ｂは、各々、全長（２Ｌ１）が半波長（λ／２）の半波長アンテナを構成する給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂと、この外端端子に同様の部材で接続され、平行に配設された、同じく半波長の無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂとから構成されている。
【００１８】
Ａ−２．第１実施例の電気的特性
次に、図１（ｂ）は、上述したアンテナの略構成を示す概念図である。図において、無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂの線径（半径ρ２）２ρ２は、半波長アンテナである給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂの線径（半径ρ１）２ρ１に比べ、１〜６倍程度大きく（太く）構成されている。また、給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂと無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂとは、その中央間が間隔ｄを隔てて配設されている。
【００１９】
このようなアンテナの大型のものは、一般に、高周波領域では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、「折り返しアンテナ」として実用化されている。一般に、「折り返しアンテナ」では、図示するように、２本の導線の半径ρ１、ρ２、および中心間隔ｄを波長に比べ十分小さいものとすると、このような折り返しアンテナを普通の半波長アンテナ等、線状アンテナ素子の代わりに用いた場合、そのアンテナ系の放射特性を変えることなく、容易に、入力インピーダンスを適当に変更することができる。以下にその原理を説明する。
【００２０】
ここで、図３（ａ）に示すように、当該折り返し半波長アンテナにおける給電点の電圧、電流をそれぞれＶ，Ｉとすると、この場合の電磁界は、図３（ｂ），（ｃ）に示す２つの電磁界の合成と考えられる。図３（ｂ）は、２本の導線の中央に等しい電圧Ｖｒを与えたときの電磁界で、この場合に流れ込む電流をそれぞれＩｒ、ａｒＩｒとする。また、図３（ｃ）は、２本の導線の中央に互いに逆方向の電流Ｉｆおよび電流−Ｉｆが流れるような電圧を給電した場合の電磁界であり、このときの給電電圧をそれぞれａｆＶｆ、−Ｖｆとする。
【００２１】
ここで、図３（ｂ），（ｃ）に示す電磁界の間に可逆定理を適用すると、
【００２２】
【数１】
【００２３】
が成り立つ。上記数式１から直ちに、
【００２４】
【数２】
【００２５】
が成り立ち、ここで、ａｒ＝ａｆ＝ａとおくと、図３（ａ）に示す電磁界は、図３（ｂ）と同図（ｃ）に示す電磁界の和であるから、
【００２６】
【数３】
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【００２９】
となる。また、図３（ｂ）は、２本の導線の束によって構成された１つの直線状アンテナと考えられるので、同図（ｄ）に示すように、太い１本の導線で作成されたアンテナと等価になる。この入力インピーダンスをＺｒとすると、
【００３０】
【数６】
【００３１】
となる。また、図３（ｃ）では、同図（ｅ）のように、先端を短絡した平行２線の他端から給電したものを上下２個組み合わせたものと等価であるので、これらのインピーダンスをそれぞれＺｆとすると、
【００３２】
【数７】
【００３３】
が成り立つ。上述した数式３と数式４から次式が導き出される。
【００３４】
【数８】
【００３５】
【数９】
【００３６】
【数１０】
【００３７】
上述した数式８，９，１０を数式５に代入すると、
【００３８】
【数１１】
【００３９】
となる。したがって、折り返しアンテナ全体の入力インピーダンスＺは、次式のようになる。
【００４０】
【数１２】
【００４１】
すなわち、入力インピーダンスＺは、上述した入力インピーダンスＺｒの（１＋ａ）2倍とインピーダンスＺｆの２倍とを並列接続したインピーダンスと等価となり、図４に示す等価回路で表すことができる。また、放射される電流は、図３（ａ）〜（ｅ）から明らかなように、２Ｉｒのみであり、アンテナ素子としての折り返しアンテナは、図３（ｄ）と等価であるので、損失がなければ、指向性も１本の直線状アンテナと同じである。また、図３（ｅ）に示す電磁界は、アンテナ近くの電磁界を変えて、図４に示す等価回路のように、入力インピーダンスや受信電圧を変えるだけである、と考えられる。
【００４２】
次に、折り返しアンテナの入力インピーダンスＺｆを具体的に求めると、
【００４３】
【数１３】
【００４４】
となり、上記Ｚ０は平行２線の特性インピーダンス、２Ｌはアンテナ全長である。ここで、２Ｌ＝λ／２の半波長アンテナを考えると、｜Ｚｆ｜＝∞となるので、上述した数式１２より、
【００４５】
【数１４】
【００４６】
となり、半波長アンテナのインピーダンスＺｒの（１＋ａ）２倍となる。該ａは次式で示される。
【００４７】
【数１５】
【００４８】
例えば、ρ１＝ρ２の場合、μ＝１となり、νに関係なくａ＝１となるので、（１＋ａ）２＝４となり、入力インピーダンスＺは半波長アンテナに比べて４倍となる。さらに、上記数式１５における、μ＝ρ２／ρ１、ν＝ｄ／ρ１を調整することで、すなわち、給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂ、無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂの線径ρ１、ρ２と線間隔ｄを調整するだけで、入力インピーダンスを変更できる。一般に、インピーダンス変換比α＝（１＋ａ）２は、線径に限定されるので、抵抗損や機械的強度から２〜１０倍程度が容易に実現できる。また、半波長折り返しアンテナの利点として、同一線径の単一線状のアンテナに比べ、広帯域のアンテナ系を実現できる。これは、図３に示す等価回路のように、半波長付近でＺｒが直列共振であるのに対して、Ｚｆは並列共振であるためであり、並列接続されていることから説明される。
【００４９】
Ｂ．第２実施例
Ｂ−１．第２実施例の構成
次に、図５は、本発明の第２実施例によるアンテナの略構成を示す概念図であり、図６（ａ）は上記アンテナの略構成図、図６（ｂ）は、同アンテナの等価回路を示す回路図である。図５において、バンド部２ａ，２ｂには、各々、ループ状のアンテナ素子導線１４ａ，１４ｂと、該アンテナ素子導線１４ａ，１４ｂの一方の側から間隔ｄ３だけ離れて平行に、直線状の無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂとが内蔵されている。アンテナ素子導線１４ａ，１４ｂは、各々、金属板、金属薄膜、あるいは電線などの可塑性を有する導電体から構成されており、各々、全長（２Ｌ１）が半波長（λ／２）の半波長アンテナを構成する給電アンテナ素子導線１６ａ，１６ｂと、この外端端子に同様の部材で接続され、間隔ｄ３だけ離され平行に配設された、同じく半波長の無給電アンテナ素子導線１７ａ，１７ｂとから構成されている。間隔ｄ３は、１／４波長の０．２〜１．５倍程度とする。
【００５０】
また、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂは、短絡されており、その長さ２Ｌ３をλ／４（すなわち、全長２Ｌ１がλ／２）の折り返し半波長アンテナに比べ、０．８〜０．９程度と短くすることによって、「導波器」として作用させている。なお、アンテナ素子導線が太いほど、短い長さで導波器となる。したがって、本第２実施例によるアンテナは、図６（ａ）に示すように、折り返し半波長アンテナと、導波器とから構成されることになる。また、このアンテナは、図６（ｂ）に示す等価回路に置き換えることができる。
【００５１】
この場合には、よく知られているように、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂの長さを変えた場合、すなわち、長さ２Ｌ３を、アンテナ素子導線１４ａ，１４ｂからなる折り返し半波長アンテナに対して、長くしたり短くしたりして変えてみると、長さの変化に対して、全長が半波長に近い１本の導線の自己インピーダンスにおける抵抗分の変化は少ない一方、リアクタンス分の変化が大きい。また、相互インピーダンスＺ２１は、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂの長さ２Ｌ３の違いによって、あまり変化しないため、結局、長さ２Ｌ３を変えると、リアクタンスＸ２２だけが変わるのと同等となる。
【００５２】
すなわち、本第２実施例では、無給電素子付半波長アンテナに比べて、その大きな利得や指向性を保持したまま、入力インピーダンスのみを大きくすることが可能である。また、第１実施例の折り返しアンテナに比べて、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂの長さを調整することで、正面方向（φ＝０）の利得を上げたり、逆正面方向（φ＝１８０゜）の利得を上げたりして、「導波器」または「反射器」として作用させ、利得や指向性を変更することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、本体を利用者に装着するためのバンド部に、可塑性を有する導電体で、流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線を設け、給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電素子導線とを外端同士を接続して折り返しアンテナを構成するようにしたので、以下の効果が得られる。
（１）バー・アンテナを用いないので、超短波帯以上の高周波電波を使用する無線機器にも使用できる。
（２）また、イヤホン兼用のひも型アンテナのように、使用時に取り付けたり、巻き出したりする必要がなく、使い勝手が向上する。
（３）また、バックル部を介してループを構成しないので、バックル部の構造や製造が簡単になり、容易に製造できる。
（４）また、利用者の腕の太さ等に影響を受けないので、アンテナ長が変化せず、一定長となるので、アンテナ特性や無線装置の感度や性能、安定性を向上できる。
（５）また、アンテナのパラメータを容易に調整できるので、使用状況に応じて、所望の受信感度や安定した受信や通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による携帯無線機器用アンテナを適用した腕時計型無線機器の構成を示す正面図およびアンテナの略構成を示す模式図である。
【図２】本第１実施例によるアンテナの略構成を示す概念図および折り返しアンテナの略構成を示す概念図である。
【図３】本第１実施例によるアンテナの等価回路を示す回路図である。
【図４】本第１実施例によるアンテナの等価回路を示す回路図である。
【図５】本発明の第２実施例によるアンテナの略構成を示す模式図である。
【図６】本第２実施例によるアンテナの等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 本体部
２ａ，２ｂ バンド部
３ バックル部
１ｂ 表示部
１ｃ，１ｃ スイッチ
４ 遊環
３ａ 突棒
５，５，…… 穴
６ 無線回路部
７ａ，７ｂ 給電端子
１０ａ，１０ｂ アンテナ素子導線
１１ａ，１１ｂ 台座
１２ａ，１２ｂ 給電アンテナ素子導線
１３ａ，１３ｂ 無給電アンテナ素子導線
１４ａ，１４ｂ アンテナ素子導線
１５ａ，１５ｂ 無給電アンテナ素子導線
１６ａ，１６ｂ 給電アンテナ素子導線
１７ａ，１７ｂ 無給電アンテナ素子導線
【産業上の利用分野】
本発明は、腕時計型の無線放送受信機、トランシーバ、携帯電話、無線呼び出し端末、通信機器等における送受信を行うための携帯無線機器用アンテナおよび携帯無線機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、小型・軽量で携帯性に優れた利便性から、腕時計程度の超小型サイズの携帯無線機器が各種提案されている。この携帯無線機器では、腕時計のように、腕に装着して使用するため、その形状・寸法の大きさの制約から、特に、無線電波を受信、あるいは送信する空中線アンテナ部の小型化が望まれていた。
【０００３】
これは、集積回路技術の進歩により、無線回路部分の小型化や低電力化は、急速に進歩し、電源となる小型電池や充電電池も小型、高性能、高容量のものが使用できるようになってきたのに対して、空中線アンテナの小型化は、取り出し得る電力が無線電波が横切った面積で制約されたり、同調検波の性能が電波の波長と密接に関係する空中線アンテナの長さ寸法で制約されるため、実現が困難であったためである。
【０００４】
そこで、例えば、限られた寸法の腕時計型の無線機器では、従来、ＡＭラジオ受信機等、中波領域の電波用にはバー・アンテナ等をケースに内蔵して用いたり、ＶＨＦ帯のＦＭラジオや無線呼び出し端末（ページャー）等では、イヤホン兼用のひも型アンテナ、あるいは、腕時計のバンド部を利用したループ型のバンド・アンテナ等を用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の携帯無線機器用アンテナでは、バー・アンテナや、ひも型アンテナ、ループ型のバンド・アンテナを用いていたため、以下の問題があった。
（イ）腕時計型の無線機器におけるケース内蔵のバー・アンテナ等では、近年、数百ＭＨｚ帯、さらには数ＧＨｚ帯へと高周波化が進む、無線呼び出し端末や携帯電話、無線通信機器付き携帯情報機器において所望の性能が得られない。また、ケース部分に内蔵するためには、ケース材質に金属などの導電性の材質を用いることを避けなければならない等の問題があった。
【０００６】
（ロ）また、ＦＭラジオ受信機等のイヤホン兼用のひも型アンテナでは、使用時に取り付けたり、巻き出したりしなければならず、使い勝手や形態上に問題があった。
（ハ）また、ループ型のバンド・アンテナでは、ループを構成するために、腕バンドのバックル部でアンテナを接続する等、構造や製造が複雑になり、アンテナ部のコストアップにつながるという問題があった。また、腕の寸法により、ループ・アンテナの大きさが変わり、アンテナ長が変化するので、アンテナ特性を一定にするためには、別個の調整回路を設けて、アンテナ長の変化を補う必要があった。
【０００７】
（ニ）また、腕時計型の携帯無線機器において、腕に装着するためのバンド部に金属導体を張り付けても、寸法上の制約や、アンテナループ内に導電体で誘電体である人体の腕が入るため、特性が不安定になり、所望の受信感度や安定した受信や通信を行うことができないという問題があった。
（ホ）また、ループ・アンテナでは、一般に、その入力抵抗に対する放射抵抗の割合が小さく、さらに入力リアクタンスを打ち消して用いる必要があるため、アンテナ系としての効率が極めて悪い状態で使用しなければならないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、超短波帯以上の高周波電波を使用する無線機器にも使用できるとともに、安価に製造でき、かつ、アンテナ特性や無線装置の感度や性能、安定性を向上できる携帯無線機器用アンテナおよび携帯無線機器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１記載の発明による携帯無線機器用アンテナは、本体に設けられたバンド部によって、利用者に装着される携帯無線機器の送受信アンテナとして用いられる携帯無線機器用アンテナにおいて、前記バンド部に配設され、可塑性を有する導電体であって、長手方向に流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線と、前記バンド部に前記給電アンテナ素子導線と所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線とを外端部同士を接続して、折り返しアンテナを構成することを特徴とする。
【００１０】
また、好ましい態様として、前記無給電アンテナ素子導線は、例えば請求項２記載のように、前記給電アンテナ素子導線と一体成形されていてもよい。
また、好ましい態様として、例えば請求項３記載のように、前記バンド部に、可塑性を有する導電体であって、前記折り返しアンテナより短く、所定の間隔を離して配設された無給電アンテナ素子導線を設けてもよい。
【００１１】
また、請求項４記載の発明による携帯無線機器は、少なくとも、電波の送受信手段を備え、利用者に装着される携帯無線機器において、前記本体を利用者に装着するバンド部に、可塑性を有する導電体であって、長手方向に流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線と、該給電アンテナ素子導線と所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線とを外端部同士を接続して構成した折り返しアンテナを設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、好ましい態様として、例えば請求項５記載のように、前記バンド部に、可塑性を有する導電体であって、前記折り返しアンテナより短く、所定の間隔を離して配設された無給電アンテナ素子導線を設け、前記折り返しアンテナに対する導波器として作用させてもよい。
【００１３】
【作用】
本発明では、本体を利用者に装着するためのバンド部に、可塑性を有する導電体からなる給電アンテナ素子導線と、所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線とを、各々の外端部同士を接続して、折り返しアンテナを構成する。そして、上記給電アンテナ素子導線に対して、流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電する。したがって、超短波帯以上の高周波電波を使用する無線機器にも使用することが可能であり、ループを構成する必要がないので、構造や製造が容易になるとともに、アンテナ長が変化しないので、アンテナ特性や無線装置の感度や性能、安定性を向上させることが可能となる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、本実施例では、携帯無線機器として腕時計型無線機器を例として説明する。
Ａ．第１実施例
Ａ−１．第１実施例の構成
図１（ａ）は、本発明の第１実施例による携帯無線機器用アンテナを適用した腕時計型無線機器の構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は、第１実施例による携帯無線機器用アンテナを適用した腕時計型無線機器の構成を示す断面図である。図において、腕時計型無線機器は、大きく分けて、時計機能、無線機能等の電子部品が格納されている本体部１、該本体部１を腕に固定するためのバンド部２ａ，２ｂ、バンド部２ａ，２ｂ同士を止めるために、バンド部２ａの一端に設けられたバックル部３から構成されている。本体部１には、上述したように、電子部品が内蔵されており、その上面には、ＬＣＤ等から構成される表示部１ｂが配設されている。また、本体部１の両側部には、動作モードや表示切替等のためのスイッチ１ｃ，１ｃが設けられている。
【００１５】
次に、上記バンド部２ａには、当該腕時計無線機器を腕に装着し、固定した場合に他方のバンド部２ｂの一端が挿入される遊環４が設けられている。また、バンド部２ｂには、バックル部３の構成部品である突棒３ａが挿入される複数の止め穴５，５，……が一列に設けられている。バックル部３は、上記突棒３ａを係止するとともに挿入されたバンド部２ｂを係止する美錠３ｂから構成されている。
【００１６】
上述した本体部１には、特に、本発明に係わる部品として、無線回路部６と、給電端子７ａ，７ｂとが設けられている。無線回路部６には、後述するアンテナ素子導線１０ａ，１０ｂに電力を供給する一方、アンテナ素子導線１０ａ，１０ｂで受信した受信電力を取り出す入出力端子が突出しており、該入出力端子は、導電性の台座１１ａ，１１ｂに半田等で電気的、物理的に固定されている。上記台座１１ａ，１１ｂには、バンド部２ａ，２ｂの長手方向に向けて給電端子７ａ，７ｂの一端がやはり半田等で電気的、物理的に固定されている。
【００１７】
また、上記給電端子７ａの他端は、バンド部２ａの内部で、その長手方向に延びるアンテナ素子導線１０ａの一端に電気的、物理的に固定されている。一方、上記給電端子７ｂの他端は、バンド部２ｂの内部で、その長手方向に延びるアンテナ素子導線１０ｂの一端に電気的、物理的に固定されている。なお、上記給電端子７ａ，７ｂは、本体部１と可動するバンド部２ａ，２ｃの間に設けられているので、柔軟性のあるフレキシブル基材等で構成される。アンテナ素子導線１０ａ，１０ｂは、各々、金属板、金属薄膜、あるいは電線などの可塑性を有する導電体から構成されている。アンテナ素子導線１０ａ，１０ｂは、各々、全長（２Ｌ１）が半波長（λ／２）の半波長アンテナを構成する給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂと、この外端端子に同様の部材で接続され、平行に配設された、同じく半波長の無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂとから構成されている。
【００１８】
Ａ−２．第１実施例の電気的特性
次に、図１（ｂ）は、上述したアンテナの略構成を示す概念図である。図において、無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂの線径（半径ρ２）２ρ２は、半波長アンテナである給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂの線径（半径ρ１）２ρ１に比べ、１〜６倍程度大きく（太く）構成されている。また、給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂと無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂとは、その中央間が間隔ｄを隔てて配設されている。
【００１９】
このようなアンテナの大型のものは、一般に、高周波領域では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、「折り返しアンテナ」として実用化されている。一般に、「折り返しアンテナ」では、図示するように、２本の導線の半径ρ１、ρ２、および中心間隔ｄを波長に比べ十分小さいものとすると、このような折り返しアンテナを普通の半波長アンテナ等、線状アンテナ素子の代わりに用いた場合、そのアンテナ系の放射特性を変えることなく、容易に、入力インピーダンスを適当に変更することができる。以下にその原理を説明する。
【００２０】
ここで、図３（ａ）に示すように、当該折り返し半波長アンテナにおける給電点の電圧、電流をそれぞれＶ，Ｉとすると、この場合の電磁界は、図３（ｂ），（ｃ）に示す２つの電磁界の合成と考えられる。図３（ｂ）は、２本の導線の中央に等しい電圧Ｖｒを与えたときの電磁界で、この場合に流れ込む電流をそれぞれＩｒ、ａｒＩｒとする。また、図３（ｃ）は、２本の導線の中央に互いに逆方向の電流Ｉｆおよび電流−Ｉｆが流れるような電圧を給電した場合の電磁界であり、このときの給電電圧をそれぞれａｆＶｆ、−Ｖｆとする。
【００２１】
ここで、図３（ｂ），（ｃ）に示す電磁界の間に可逆定理を適用すると、
【００２２】
【数１】
が成り立つ。上記数式１から直ちに、
【００２４】
【数２】
が成り立ち、ここで、ａｒ＝ａｆ＝ａとおくと、図３（ａ）に示す電磁界は、図３（ｂ）と同図（ｃ）に示す電磁界の和であるから、
【００２６】
【数３】
【数４】
【数５】
となる。また、図３（ｂ）は、２本の導線の束によって構成された１つの直線状アンテナと考えられるので、同図（ｄ）に示すように、太い１本の導線で作成されたアンテナと等価になる。この入力インピーダンスをＺｒとすると、
【００３０】
【数６】
となる。また、図３（ｃ）では、同図（ｅ）のように、先端を短絡した平行２線の他端から給電したものを上下２個組み合わせたものと等価であるので、これらのインピーダンスをそれぞれＺｆとすると、
【００３２】
【数７】
が成り立つ。上述した数式３と数式４から次式が導き出される。
【００３４】
【数８】
【数９】
【数１０】
上述した数式８，９，１０を数式５に代入すると、
【００３８】
【数１１】
となる。したがって、折り返しアンテナ全体の入力インピーダンスＺは、次式のようになる。
【００４０】
【数１２】
すなわち、入力インピーダンスＺは、上述した入力インピーダンスＺｒの（１＋ａ）2倍とインピーダンスＺｆの２倍とを並列接続したインピーダンスと等価となり、図４に示す等価回路で表すことができる。また、放射される電流は、図３（ａ）〜（ｅ）から明らかなように、２Ｉｒのみであり、アンテナ素子としての折り返しアンテナは、図３（ｄ）と等価であるので、損失がなければ、指向性も１本の直線状アンテナと同じである。また、図３（ｅ）に示す電磁界は、アンテナ近くの電磁界を変えて、図４に示す等価回路のように、入力インピーダンスや受信電圧を変えるだけである、と考えられる。
【００４２】
次に、折り返しアンテナの入力インピーダンスＺｆを具体的に求めると、
【００４３】
【数１３】
となり、上記Ｚ０は平行２線の特性インピーダンス、２Ｌはアンテナ全長である。ここで、２Ｌ＝λ／２の半波長アンテナを考えると、｜Ｚｆ｜＝∞となるので、上述した数式１２より、
【００４５】
【数１４】
となり、半波長アンテナのインピーダンスＺｒの（１＋ａ）２倍となる。該ａは次式で示される。
【００４７】
【数１５】
例えば、ρ１＝ρ２の場合、μ＝１となり、νに関係なくａ＝１となるので、（１＋ａ）２＝４となり、入力インピーダンスＺは半波長アンテナに比べて４倍となる。さらに、上記数式１５における、μ＝ρ２／ρ１、ν＝ｄ／ρ１を調整することで、すなわち、給電アンテナ素子導線１２ａ，１２ｂ、無給電アンテナ素子導線１３ａ，１３ｂの線径ρ１、ρ２と線間隔ｄを調整するだけで、入力インピーダンスを変更できる。一般に、インピーダンス変換比α＝（１＋ａ）２は、線径に限定されるので、抵抗損や機械的強度から２〜１０倍程度が容易に実現できる。また、半波長折り返しアンテナの利点として、同一線径の単一線状のアンテナに比べ、広帯域のアンテナ系を実現できる。これは、図３に示す等価回路のように、半波長付近でＺｒが直列共振であるのに対して、Ｚｆは並列共振であるためであり、並列接続されていることから説明される。
【００４９】
Ｂ．第２実施例
Ｂ−１．第２実施例の構成
次に、図５は、本発明の第２実施例によるアンテナの略構成を示す概念図であり、図６（ａ）は上記アンテナの略構成図、図６（ｂ）は、同アンテナの等価回路を示す回路図である。図５において、バンド部２ａ，２ｂには、各々、ループ状のアンテナ素子導線１４ａ，１４ｂと、該アンテナ素子導線１４ａ，１４ｂの一方の側から間隔ｄ３だけ離れて平行に、直線状の無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂとが内蔵されている。アンテナ素子導線１４ａ，１４ｂは、各々、金属板、金属薄膜、あるいは電線などの可塑性を有する導電体から構成されており、各々、全長（２Ｌ１）が半波長（λ／２）の半波長アンテナを構成する給電アンテナ素子導線１６ａ，１６ｂと、この外端端子に同様の部材で接続され、間隔ｄ３だけ離され平行に配設された、同じく半波長の無給電アンテナ素子導線１７ａ，１７ｂとから構成されている。間隔ｄ３は、１／４波長の０．２〜１．５倍程度とする。
【００５０】
また、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂは、短絡されており、その長さ２Ｌ３をλ／４（すなわち、全長２Ｌ１がλ／２）の折り返し半波長アンテナに比べ、０．８〜０．９程度と短くすることによって、「導波器」として作用させている。なお、アンテナ素子導線が太いほど、短い長さで導波器となる。したがって、本第２実施例によるアンテナは、図６（ａ）に示すように、折り返し半波長アンテナと、導波器とから構成されることになる。また、このアンテナは、図６（ｂ）に示す等価回路に置き換えることができる。
【００５１】
この場合には、よく知られているように、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂの長さを変えた場合、すなわち、長さ２Ｌ３を、アンテナ素子導線１４ａ，１４ｂからなる折り返し半波長アンテナに対して、長くしたり短くしたりして変えてみると、長さの変化に対して、全長が半波長に近い１本の導線の自己インピーダンスにおける抵抗分の変化は少ない一方、リアクタンス分の変化が大きい。また、相互インピーダンスＺ２１は、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂの長さ２Ｌ３の違いによって、あまり変化しないため、結局、長さ２Ｌ３を変えると、リアクタンスＸ２２だけが変わるのと同等となる。
【００５２】
すなわち、本第２実施例では、無給電素子付半波長アンテナに比べて、その大きな利得や指向性を保持したまま、入力インピーダンスのみを大きくすることが可能である。また、第１実施例の折り返しアンテナに比べて、無給電アンテナ素子導線１５ａ，１５ｂの長さを調整することで、正面方向（φ＝０）の利得を上げたり、逆正面方向（φ＝１８０゜）の利得を上げたりして、「導波器」または「反射器」として作用させ、利得や指向性を変更することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、本体を利用者に装着するためのバンド部に、可塑性を有する導電体で、流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線を設け、給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電素子導線とを外端同士を接続して折り返しアンテナを構成するようにしたので、以下の効果が得られる。
（１）バー・アンテナを用いないので、超短波帯以上の高周波電波を使用する無線機器にも使用できる。
（２）また、イヤホン兼用のひも型アンテナのように、使用時に取り付けたり、巻き出したりする必要がなく、使い勝手が向上する。
（３）また、バックル部を介してループを構成しないので、バックル部の構造や製造が簡単になり、容易に製造できる。
（４）また、利用者の腕の太さ等に影響を受けないので、アンテナ長が変化せず、一定長となるので、アンテナ特性や無線装置の感度や性能、安定性を向上できる。
（５）また、アンテナのパラメータを容易に調整できるので、使用状況に応じて、所望の受信感度や安定した受信や通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による携帯無線機器用アンテナを適用した腕時計型無線機器の構成を示す正面図およびアンテナの略構成を示す模式図である。
【図２】本第１実施例によるアンテナの略構成を示す概念図および折り返しアンテナの略構成を示す概念図である。
【図３】本第１実施例によるアンテナの等価回路を示す回路図である。
【図４】本第１実施例によるアンテナの等価回路を示す回路図である。
【図５】本発明の第２実施例によるアンテナの略構成を示す模式図である。
【図６】本第２実施例によるアンテナの等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 本体部
２ａ，２ｂ バンド部
３ バックル部
１ｂ 表示部
１ｃ，１ｃ スイッチ
４ 遊環
３ａ 突棒
５，５，…… 穴
６ 無線回路部
７ａ，７ｂ 給電端子
１０ａ，１０ｂ アンテナ素子導線
１１ａ，１１ｂ 台座
１２ａ，１２ｂ 給電アンテナ素子導線
１３ａ，１３ｂ 無給電アンテナ素子導線
１４ａ，１４ｂ アンテナ素子導線
１５ａ，１５ｂ 無給電アンテナ素子導線
１６ａ，１６ｂ 給電アンテナ素子導線
１７ａ，１７ｂ 無給電アンテナ素子導線
Claims (5)
- 本体に設けられたバンド部によって、利用者に装着される携帯無線機器の送受信アンテナとして用いられる携帯無線機器用アンテナにおいて、
前記バンド部に配設され、可塑性を有する導電体であって、長手方向に流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線と、
前記バンド部に前記給電アンテナ素子導線と所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線と
を外端部同士を接続して、折り返しアンテナを構成することを特徴とする携帯無線機器用アンテナ。 - 前記無給電アンテナ素子導線は、前記給電アンテナ素子導線と一体成形されていることを特徴とする請求項１記載の携帯無線機器用アンテナ。
- 前記バンド部に、可塑性を有する導電体であって、前記折り返しアンテナより短く、所定の間隔を離して配設された無給電アンテナ素子導線を設けることを特徴とする請求項１又は２記載の携帯無線機器用アンテナ。
- 少なくとも、電波の送受信手段を備え、利用者に装着される携帯無線機器において、
前記本体を利用者に装着するバンド部に、
可塑性を有する導電体であって、長手方向に流れる電流の分布が中心点に対して対称になるように、中心点から給電される給電アンテナ素子導線と、該給電アンテナ素子導線と所定の間隔を離して配設され、可塑性を有する導電体であって、前記給電アンテナ素子導線とは異なる線径または線幅の無給電アンテナ素子導線とを外端部同士を接続して構成した折り返しアンテナを設けたことを特徴とする携帯無線機器。 - 前記バンド部に、可塑性を有する導電体であって、前記折り返しアンテナより短く、所定の間隔を離して配設された無給電アンテナ素子導線を設け、前記折り返しアンテナに対する導波器として作用させることを特徴とする請求項４記載の携帯無線機器。
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