JP3899429B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、主として移動無線機で使用されるアンテナ装置に関し、特にアンテナ装置のエレメント長を短縮し、強度を増すことができるアンテナ装置に関する。
背景技術
近年、携帯電話等の移動無線機に対する需要が急激に高まっている。従来の携帯電話用アンテナとしては、携帯機本体に収納可能なホイップアンテナがよく用いられている。
その一例として、例えば特開平1-204504号公報に開示されている従来のアンテナ装置の構成を図３３および図３４に示す。なお、図中の符号および名称は特開平1-204504号公報に記載されているものを使用している。図３３に示すように、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10から引き出した状態では、接点部材15が下部接片21ａと接触し、これによりアンテナエレメント14はマッチング回路組立体12と接続されている。
また、図３４に示すように、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10に収納した状態では、接点部材16が上部接片21ｂと接触し、これによりアンテナエレメント14はマッチング回路組立体12と接続されている。以上のように、アンテナエレメント14が、携帯電話機本体10から引き出されている場合だけでなく、携帯電話機本体10に収納されている場合においても、マッチング回路組立体12と接続されている。
前記の構成において、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10から引き出した状態で、マッチング回路組立体12からアンテナエレメント14を見たときのインピーダンスをＺ１、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10に収納した状態で、マッチング回路組立体12からアンテナエレメント14を見たときのインピーダンスをＺ２とし、Ｚ１とＺ２が等しくなるようにアンテナエレメント14のエレメント長、給電点位置および無線機の筐体寸法などを構成すれば、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10から引き出している場合においても、携帯電話機本体10に収納している場合においても、マッチング回路組立体12により良好な整合状態を得ることができ、その結果、高品位で安定した移動通信が可能となる。
前記従来例では、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10に収納したとき、放射エネルギーの一部が電話機本体や、それを保持している人体に吸収され、アンテナの特性が劣化するという問題点を有していた。
この問題点の解決策の一つとして、アンテナを携帯電話機本体に収納したときに動作するヘリカルアンテナと、アンテナを携帯電話機本体から引き出したときに動作するホイップアンテナに分離した、分離型ヘリカル・ホイップアンテナがよく用いられる。その構成例を図３５Ａ〜３５Ｃに示す。図３５Ａは分離型ヘリカル・ホイップアンテナの全体構成を示す図であり、図３５Ｂと図３５Ｃは、それぞれアンテナ30を電話機本体38に収納した状態と、アンテナ30を電話機本体38から引き出した状態を示している。
図３５Ｂに示すように、アンテナ30を電話機本体38に収納した状態では、ヘリカルアンテナ31が給電部32、接続部材35、整合回路36を介して無線機回路への接続端子37に接続される。このとき、電話機本体内に収納されたホイップアンテナ33は無線機回路から切り離された状態にあり、ホイップアンテナ33の周囲の電話機本体、またはそれを保持している人体の影響を無線機回路に及ぼさない。
また、図３５Ｃに示すように、アンテナ30を電話機本体38から引き出した状態では、ホイップアンテナ33が給電部34、接続部材35、整合回路36を介して無線機回路への接続端子37に接続される。このような構成により、アンテナを電話機本体に収納したときに動作するアンテナと、アンテナを電話機本体から引き出したときに動作するアンテナを分離することができ、前記のアンテナを電話機本体に収納したときの特性劣化を回避することができる。
しかし、ヘリカルアンテナ31によりアンテナ30のエレメント長が増大し、またヘリカルアンテナ31とホイップアンテナ33の接続部の強度が弱くなるという問題点も有していた。また、従来のアンテナのインピーダンスは、主にアンテナエレメントのエレメント長や無線機の筺体寸法などの等価電気長により定まる。そのため、所望のインピーダンスと無線機の外観デザインが、必ずしも両立しないという問題点を有していた。
さらに、移動体通信システムの多様化に伴い、使用する周波数帯域もたとえば800ＭＨｚ帯、1.5ＧＨｚ帯および1.9ＧＨｚ帯といったように多様化してきており、このため、周波数帯域の異なるシステムを共用できる無線機が要望されている。これに対し、従来のアンテナは一つの周波数帯域にしか対応しないため、複数のシステムを共用できる無線機に用いると、特性が著しく劣化してしまう。
発明の開示
本発明は、従来技術における前記問題点を解決するものであり、収納時の特性劣化を回避しつつ分離型ヘリカル・ホイップアンテナにくらべエレメント長を短縮し、強度を増し、また、ホイップアンテナのインピーダンスを二周波数帯域で独立に制御でき、その結果、無線機の外観デザインによらず所望のインピーダンスを得、良好な整合状態を得ることができ、高品質で安定した移動通信を可能とするアンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置においては、無線機器本体に収納したときに動作するヘリカルアンテナと、無線機器本体から引き出したときに動作するホイップアンテナを電気的に絶縁させ、かつホイップアンテナがヘリカルアンテナを貫通するようにしたものである。
本発明によれば、アンテナ装置のエレメント長を短縮し、強度を増すことができる。
請求項１に記載の発明は、第１の周波数帯域を持つ無線回路に接続されるアンテナエレメントと、第１の無給電エレメントからなり、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第１の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第１の終端回路を介し、接地されている無指向性アンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントのエレメント長を変えることなく、アンテナエレメントのインピーダンスを制御することができるという作用を有する。
請求項２に記載の発明は、前記アンテナエレメントは前記第１の周波数帯域および第２の周波数帯域を持つ無線回路に接続され、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第２の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍である実質的等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第２の周波数帯域でのインピーダンスに影響を与えることなく、第１の周波数帯域でのインピーダンスを独立して制御することができるという作用を有する。
請求項３に記載の発明は、さらに第２の無給電エレメントを持ち、
前記第２の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１および第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントおよび前記第１の無給電エレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍であり、かつ前記第２の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第２の終端回路を介し、接地されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第１の周波数帯域でのインピーダンスと、第２の周波数帯域でのインピーダンスを、互いに影響を与えることなく、独立して制御することができるという作用を有する。
請求項４に記載の発明は、前記第１の終端回路は、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントのインピーダンスを、より細かく制御することができるという作用を有する。
請求項５に記載の発明は、前記第１の終端回路は、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第２の周波数帯域でのインピーダンスに影響を与えることなく、第１の周波数帯域でのインピーダンスをより細かく、独立して制御することができるという作用を有する。
請求項６に記載の発明は、前記第１の終端回路および前記第２の終端回路は、その少なくとも一方が、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第１の周波数帯域でのインピーダンスと、第２の周波数帯域でのインピーダンスを、互いに影響を与えることなく、より細かく、独立して制御することができるという作用を有する。
請求項７に記載のアンテナ装置は、無線機器本体に収納したときに動作するヘリカルアンテナと、前記無線機器本体から引き出したときに動作するホイップアンテナからなり、前記ヘリカルアンテナと前記ホイップアンテナは電気的に絶縁されており、前記ホイップアンテナが前記ヘリカルアンテナを貫通するようにされる構成を有する無指向性アンテナ装置において、
前記ヘリカルアンテナは、前記無線機器本体に収納したときに、第１の周波数帯域を持つ無線機回路に接続される接続部を有し、
前記ホイップアンテナは、
前記第１の周波数帯域を持つ前記無線機回路に接続されるアンテナエレメントと、第１の無給電エレメントからなり、
前記アンテナエレメントは、
前記接続部に近接して配置され、前記無線機本体に収納したときに、地板に接続される第１の接続部および、前記無線機本体から引き出されたときに、前記第１の周波数帯域を持つ前記無線機回路に接続される第２の接続部を有し、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第１の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第１の終端回路を介して、前記ホイップアンテナが前記無線機器本体から引き出されたときに接地される第３の接続部を有することを特徴とする無指向性アンテナ装置としたものであり、このようにすることにより、ヘリカルアンテナとホイップアンテナの絶縁を保ったまま、アンテナ装置のエレメント長を短縮し、また強度を増すことができるという作用を有し、アンテナ装置を無線機器本体に収納したときの特性劣化をより小さくすることができるという作用を有し、ホイップアンテナのエレメント長を変えることなく、ホイップアンテナのインピーダンスを制御することができるという作用を有する。
請求項８に記載のアンテナ装置は、前記ヘリカルアンテナおよび前記ホイップアンテナは適用される第１の周波数帯域および第２の周波数帯域を持つ無線機回路に接続され、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して配置され、
前記第２の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍である実質等価電気長を有することを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置としたものであり、ホイップアンテナにおいては第２の周波数帯域でのインピーダンスに影響を与えることなく、第１の周波数帯域でのインピーダンスを独立して制御することができるという作用を有する。
請求項９に記載のアンテナ装置は、前記ホイップアンテナは、さらに第２の無給電エレメントを持ち、
前記第２の無給電エレメントは、
前記第１および第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１および第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントおよび前記第１の無給電エレメントと近接して配置され、
前記第１の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍であり、かつ前記第２の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍とは異なる実質等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第２の終端回路を介して、前記ホイップアンテナが前記無線機本体から引き出されたときに接地される接続部を有することを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置としたものであり、このようにすることにより、ホイップアンテナにおいては第１の周波数帯域でのインピーダンスと第２の周波数帯域でのインピーダンスを互いに影響を与えることなく、独立して制御することができるという作用を有する。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図２は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図３は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置のインピーダンスをスミスチャートで示した図、
図４は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の放射パターンを示す図、
図５は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図６は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図７Ａ、７Ｂは本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図８は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置のインピーダンスをスミスチャートで示した図、
図９は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の放射パターンを示す図、
図１０は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１１は本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１２は本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１３Ａ、１３Ｂは本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１４Ａ、１４Ｂは本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置で使用される終端回路の具体例を示す図、
図１５は本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１６Ａ、１６Ｂは本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１７は本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１８は本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１９は本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図２０Ａ〜２０Ｄは本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２１は本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図２２Ａ〜２２Ｃは本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２３は本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図２４は本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図２５Ａ〜２５Ｃは本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２６は本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図２７は本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図２８Ａ〜２８Ｃは本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２９Ａ、２９Ｂは本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図３０は本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図３１Ａ〜３１Ｃは本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図３２は本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図３３は従来例のアンテナ装置のアンテナエレメントが引き出されている時の構成を示す図、
図３４は従来例のアンテナ装置のアンテナエレメントが収納されている時の構成を示す図、
図３５Ａ〜３５Ｃは従来の分離型ヘリカル・ホイップアンテナの構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の最良の実施の形態について図１〜図３２に沿って説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置について、図１から図５を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。
ホイップアンテナ40は、アンテナエレメント41と、（第１の）無給電エレメント42により構成される。なお、アンテナエレメント41と、無給電エレメント42は、点線で示す合成樹脂製のケーシング40A内に保持されている。ケーシング40Aに代えてチューブ内やプリント基板上にこれらの素子を配置することもできる。ここで、アンテナエレメント41は、整合回路43を介して、（第１の）周波数帯域Ａで動作する無線回路への接続端子44に接続される。ここで、整合回路43は、アンテナエレメント41のインピーダンスを、周波数帯域Ａで、接続端子44に接続された無線回路のインピーダンスに変換するインピーダンス変換特性を有する。なお、整合回路43はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子で構成できる。
また、無給電エレメント42は、周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍と異なり、またリアクタンス素子からなる（第１の）終端回路45により終端されている。なお、終端回路45はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなどの分布定数素子により構成できる。このように、終端回路45が整合回路43と同様な構成であるので、両者に同一符号ＭＮを付している。
図２は、本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナエレメント41に周波数帯域Ａの高周波電力を供給したときの、アンテナエレメント41および無給電エレメント42の電流分布を示したものである。なお、図１に対応する部分には同一符号を付した。ここで、48は無線機の筺体を模した金属板であり、縦129ｍｍ、横32ｍｍの寸法である。また、アンテナエレメント41はエレメント長95ｍｍ、無給電エレメント42はエレメント長79ｍｍであり、いずれも線径０．５ｍｍの金属線により構成し、１ｍｍ間隔で配置した。また、周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡを948ＭＨｚとした。また、斜線部の膨らみは、アンテナエレメント41と無給電エレメント42のエレメント上の電流の大きさを示す。
アンテナエレメント41に供給された周波数帯域Ａの高周波電力は、その一部が無給電エレメント42に誘起される。周波数帯域Ａに対して無給電エレメント42の実質等価電気長はほぼ１／４波長であるので、無給電エレメント42と終端回路45の接続点での電流分布は最大となり、終端回路45を介して高周波電流49が無線機筺体48に流れる。
無線機筐体48に流れる高周波電流49は、アンテナエレメント41のインピーダンスに影響を与える。ここで、高周波電流49の振幅および位相は終端回路45のインピーダンスにより制御できるので、終端回路45のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント41のインピーダンスを制御することができる。
図３は、同じく本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図２の構成において、終端回路45のインピーダンスに対するアンテナエレメント41のインピーダンスをスミスチャート上に示したものである。ここで、終端回路45のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。黒丸で示したマーカは、周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡ＝948ＭＨｚにおけるアンテナエレメント41のインピーダンスである。終端回路45のインピーダンスを変化させ、無給電エレメント42から無線機筺体48に流れる高周波電流の振幅および位相を変化させることにより、誘導性から容量性の広い範囲でインピーダンスを制御できる。
図４は、同じく本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図２の構成において、終端回路45のインピーダンスに対する周波数帯域Ａでの指向性特性を示した放射パターン図である。
なお、放射パターン図とは、アンテナの重要な特性の一つである指向性を表す図であり、アンテナの位置を座標の原点とし、ＸＹ、ＹＺ、ＺＸの各平面で、アンテナがどの方向にどれだけのエネルギーを放射するかを示すものである。ここで、終端回路45のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。
ＸＹ平面の放射特性は、携帯無線機用のアンテナに望まれる無指向性特性を示している。一般に、アンテナエレメントに無給電エレメントを付加することにより、アンテナに指向性特性を持たせることができることは、宇田八木アンテナなどの例でよく知られているが、本発明においては、アンテナエレメント41と、無給電エレメント42の間隔は、周波数帯域Ａの波長に比べ十分短いので、無給電エレメント42を付加することによらず無指向性特性を実現している。
ＹＺおよびＺＸ平面の放射特性は、終端回路45のインピーダンスを変動させることにより、わずかに放射パターンが変動する。これは、無線機筐体48に流れる高周波電流が、終端回路45のインピーダンスにより変動するのが原因である。
しかし、無給電エレメント42から終端回路45を介して無線機筺体48に流れる高周波電流49が放射特性に与える影響は小さく、終端回路45のインピーダンスを+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させ、アンテナエレメント41のインピーダンスを位相で+116度から-138度まで制御しても、ＹＺおよびＺＸ平面の放射パターンはなお相似の特性を保つことができる。
図５は、本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１に対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路81は、スイッチ82と、送信回路83と、発振回路84と、受信回路85と、制御回路86とから成る。このような構成において、与えられたホイップアンテナ長および無線機筐体寸法において、ホイップアンテナのインピーダンスを制御することができ、その結果良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の構成について、図６から図１０を用いて説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。
ホイップアンテナ90は、アンテナエレメント91と、（第１の）無給電エレメント92により構成される。ここで、アンテナエレメント91は、整合回路93を介して、無線回路への接続端子94に接続される。一方、整合回路93は第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、アンテナエレメント91のインピーダンスを所望のインピーダンスに変換する双峰特性を有する。
なお、整合回路93はインダクタとキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子で構成できる。また、無給電エレメント92は、第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍とならず、第２の周波帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍となり、またリアクタンス素子からなる（第１の）終端回路95により終端されている。
なお、終端回路95はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子により構成できる。図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、アンテナエレメント91および無給電エレメント92の電流分布を示したものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。
ここで、101は無線機の筐体を模した金属板であり、縦129ｍｍ、横32ｍｍの寸法である。また、アンテナエレメント91はエレメント長95ｍｍ、無給電エレメント92はエレメント長79ｍｍであり、いずれも線径０．５ｍｍの金属線により構成し、１ｍｍ間隔で配置した。また、第１の周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡを948ＭＨｚ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数ｆＢを1907ＭＨｚとした。
また、斜線部の膨らみは、アンテナエレメント91と無給電エレメント92のエレメント上の電流の大きさを示す。アンテナエレメント91に、第１の周波数帯域Ａの高周波電力を供給したときのアンテナエレメント91および無給電エレメント92の電流分布を図７Ａに示す。
アンテナエレメント91に供給された第１の周波数帯域Ａの高周波電力は、その一部が無給電エレメント92に誘起される。第１の周波数帯域Ａに対して無給電エレメント92の実質等価電気長はほぼ１／４波長であるので、無給電エレメント92と終端回路95の接続点での電流分布は最大となり、終端回路95を介して高周波電流102が無線機筐体101に流れる。無線機筐体101に流れる高周波電流102はアンテナエレメント91のインピーダンスに影響を与える。高周波電流102の振幅および位相は終端回路95のインピーダンスにより制御できるので、終端回路95のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント91のインピーダンスを制御することができる。
次に、アンテナエレメント91に第２の周波数帯域Ｂの高周波電力を供給したときのアンテナエレメント91および無給電エレメント92の電流分布を図７Ｂに示す。図７Ａの説明と同様に、アンテナエレメント91に供給された第２の周波数帯域Ｂの高周波電力は、その一部が無給電エレメント92に誘起される。ここで、第２の周波数帯域Ｂに対して無給電エレメント92の実質等価電気長はほぼ１／２波長であるので、無給電エレメント92と終端回路95の接続点は電流分布の節となり、終端回路95のインピーダンスによらず、終端回路95を介して無線機筺体101に流れる高周波電流103の値はきわめて小さくなる。このため、第２の周波数帯域Ｂにおける無給電エレメント92のインピーダンスは、アンテナエレメント91のエレメント長と筺体の物理寸法で決定される値を持ち、終端回路95のインピーダンスにほとんど影響を受けない。
図８は、同じく本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図７Ａ、７Ｂの構成において、終端回路95のインピーダンスに対するアンテナエレメント91のインピーダンスをスミスチャート上に示したものである。ここで、終端回路95のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。
黒丸で示したマーカは、第１の周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡ＝948ＭＨｚにおけるアンテナエレメント91のインピーダンスである。終端回路95のインピーダンスを変化させ、無給電エレメント92から無線機筺体101に流れる高周波電流の振幅および位相を変化させることにより、誘導性から容量性の広い範囲でインピーダンスを制御できる。
×で示したマーカは、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数ｆＢ＝1907ＭＨｚにおけるアンテナエレメント91のインピーダンスである。第２の周波数帯域Ｂでは、無給電エレメント92から無線機筺体101にほとんど高周波電流が流れないので、終端回路95のインピーダンスによらず、アンテナエレメント91のインピーダンスはほとんど変化しない。
図９Ａおよび図９Ｂは、同じく本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図７の構成において、終端回路95のインピーダンスに対する第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂでの指向性特性を示した放射パターン図である。また、図９Ａは第１の周波数帯域Ａにおける特性、図９Ｂは第２の周波数帯域Ｂにおける特性である。
ここで、終端回路95のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。ＸＹ平面の放射特性は、いずれの帯域においても、携帯無線機用のアンテナに望まれる無指向性特性を示している。ＹＺおよびＺＸ平面の放射特性は、終端回路95のインピーダンスを変動させることにより、わずかに放射パターンが変動する。これは、無線機筐体101に流れる高周波電流が、終端回路95のインピーダンスにより変動するのが原因である。
しかし、無給電エレメント92から終端回路95を介して無線機筺体101に流れる高周波電流102および103が放射特性に与える影響は小さく、第１の周波数帯域Ａにおいて、終端回路95のインピーダンスを+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させ、アンテナエレメント91のインピーダンスを位相で+116度から-138度まで制御しても、ＹＺおよびＺＸ平面の放射パターンはなお相似の特性を保つことができる。第２の周波数帯域Ｂにおいても同様である。
図１０は、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路131は第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂを扱う無線機回路で、スイッチ132と、送信回路133と、発振回路134と、受信回路135と、制御回路136とから成る。
このような構成により、第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスとは独立して、第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置について、図１１から図１２を用いて説明する。図１１は、本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。
また、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。
ホイップアンテナ140は、アンテナエレメント91と、第１の無給電エレメント92と、第２の無給電エレメント141とにより構成される。ここで、アンテナエレメント91は、整合回路142を介して、無線回路への接続端子143に接続される。ここで、整合回路142は、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、アンテナエレメント91のインピーダンスを所望インピーダンスに変換する双峰特性を有する。
なお、整合回路142はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子で構成できる。また、第２の無給電エレメント141は、第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍となり、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍とならず、またエレメントの一端が開放され、他端がリアクタンス素子からなる第２の終端回路144により終端されている。
なお、第２の終端回路144はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなどの分布定数素子により構成できる。前記の構成で、第１の無給電エレメント92から第１の終端回路95を介してグランドに流れる高周波電流を145、第２の無給電エレメント141から第２の終端回路144を介してグランドに流れる高周波電流を146とする。
アンテナエレメント91に供給された高周波電力は、その一部が第１の無給電エレメント92および第２の無給電エレメント141に誘起される。第１の周波数帯域Ａでは、第１の無給電エレメント92の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍と異なるので、第１の無給電エレメント92と第１の終端回路95の接続点は電流分布の節ではなく、第１の終端回路95を介して高周波電流145がグランドに流れる。
一方、第２の無給電エレメント141の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍なので、第２の無給電エレメント141と第２の終端回路144の接続点は電流分布の節になり、第２の終端回路144のインピーダンスによらず高周波電流146はほとんど流れない。グランドに流れる高周波電流によりアンテナエレメント91のインピーダンスは影響を受ける。高周波電流145の振幅および位相は第１の終端回路95のインピーダンスにより制御できるので、第１の終端回路95のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント91の第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができる。
第２の周波数帯域Ｂでは、第１の無給電エレメント92の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍となるので、第１の無給電エレメント92と第１の終端回路95の接続点は電流分布の節になり、第１の終端回路95のインピーダンスによらず高周波電流145はほとんど流れない。
一方、第２の無給電エレメント141の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍と異なるので、第２の無給電エレメント141と第２の終端回路144の接続点は電流分布の節ではなく、第２の終端回路144を介して高周波電流146がグランドに流れる。高周波電流146の振幅および位相は第２の終端回路144のインピーダンスにより制御できるので、第２の終端回路144のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント91の第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを制御することができる。
図１２は、本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１０および図１１に対応する部分には同一符号を付した。このような構成により、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを互いに独立して制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置について、図１３Ａから図１５を用いて説明する。図１３Ａおよび図１３Ｂは、本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図１に対応する部分には同一符号を付した。
図１３Ａは、インピーダンス成分を離散的に制御する構成例を示す。ここで、スイッチ161は、制御端子164に加えられる信号により、異なるインピーダンスを持つ終端回路162および終端回路163を切り替える。
図１３Ｂは、インピーダンス成分を連続的に制御する構成例を示す。ここで、終端回路165はインピーダンスを連続的に可変できる終端回路であり、制御端子166に印可される制御電圧により制御できる。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図であって、図１３Ａの（第１の）終端回路160および図１３Ｂの（第１の）終端回路165の具体的な構成例を示すものである。なお、図１３ＡおよびＢに対応する部分には同一符号を付した。
図１４Ａは、インピーダンスの離散的制御機能を有した（第１の）終端回路160の具体例である。（第１の）終端回路160は、ＰＩＮダイオード171、インダクタ172およびＲＦＣ173からなり、制御端子164に流す電流の有無により、誘導性インピーダンス／開放の二種類のインピーダンスを持たせることができる。
図１４Ｂは、インピーダンスの連続的制御機能を有した（第１の）終端回路165の具体例である。（第１の）終端回路165は、可変容量ダイオード174およびＲＦＣ173からなり、制御端子166に印加する電圧により、連続的に制御可能な容量性インピーダンスを持たせることができる。
図１５は本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置のうち図１３Ａに示したアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図５および図１３Ａに対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路181は、スイッチ182と、送信回路183と、発振回路184と、受信回路185と、制御回路186とから成る。このような構成において、無線機回路181の制御部186よりの制御信号で（第１の）終端回路160のインピーダンスを離散的に制御できる。その結果、アンテナエレメント41のインピーダンスをより細かく制御することができ、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第５の実施の形態）
以下、本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置について、図１６Ａから図１７を用いて説明する。図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。
図１６Ａは、インピーダンス成分を離散的に制御する構成例を示す。ここで、スイッチ191は、制御端子194に加えられる信号により、異なるインピーダンスを持つ終端回路192および終端回路193を切り替える。
図１６Ｂは、インピーダンス成分を連続的に制御する構成例を示す。ここで、終端回路195はインピーダンスを連続的に可変できる終端回路であり、制御端子196に印可される制御電圧により制御できる。なお、（第１の）終端回路190および（第１の）終端回路195には、前記した図１４に示す終端回路の具体例を適用できる。
図１７は本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置のうち図１６Ｂのアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１０および図１６Ｂに対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路201は、スイッチ202と、送信回路203と、発振回路204と、受信回路205と、制御回路206とから成る。このような構成において、無線機回路201の制御部206よりの制御信号で（第１の）終端回路195のインピーダンスを連続的に制御できる。
その結果、第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスとは独立して、第１の周波数帯域Ａのインピーダンスをより細かく制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第６の実施の形態）
以下、本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置について、図１８から図１９を用いて説明する。図１８は、本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図１１に対応する部分には同一符号を付した。
図１８は、インピーダンス成分を離散的に制御可能な機能を有する第１の終端回路210および第２の終端回路215による構成例を示す。なお、214および219は制御端子であり、この端子に離散信号を加えることにより、第１の終端回路210および第２の終端回路215のインピーダンスを制御する。なお、第１の終端回路210および第２の終端回路215には、図１４の終端回路の具体例を適用できる。また、第１の終端回路210および第２の終端回路215のいずれか一方、あるいは両方がインピーダンス成分を連続的に制御できる構成であってもよい。
図１９は本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１２および図１８に対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路221は、スイッチ222と、送信回路223と、発振回路224と、受信回路225と、制御回路226とから成る。このような構成において、無線機回路221の制御部226よりの制御信号で第１の終端回路210および第２の終端回路215のインピーダンスを離散的に制御できる。その結果、第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でもアンテナエレメント91のインピーダンスをより細かく制御することができ、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第７の実施の形態）
図２０Ａ〜２０Ｄは、本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２０Ａは本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２０Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２０Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。また、図２０Ｄは図２０Ａ中のＤーＤ’線での断面図である。なお、第７の実施の形態以降のヘリカルアンテナとホイップアンテナを有するものは、ホイップアンテナがヘリカルアンテナおよびその給電部に接触しないよう、両者の関係は実質的に図２０Ｄに示すような構造となっている。
アンテナ440は、リング状給電部442を持つヘリカルアンテナ441と（図２０Ｄ参照）、給電部444を持つホイップアンテナ443により構成される。アンテナ440は図２０Ａ中、ヘリカルアンテナ441とホイップアンテナ443を囲むよう実線で示されるケーシングを有している。このケーシングは、図１中の点線で示したケーシング40Ａに対応しており、合成樹脂製の容器あるいは、チューブ等で構成することができる。ホイップアンテナ443はヘリカルアンテナ441の内部空間を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ441とホイップアンテナ443は電気的に絶縁されている。ここで、アンテナ440を電話機本体448に収納した状態では、図２０Ｂに示すように、ヘリカルアンテナ441が給電部442、接続部材（端子）445、整合回路446を介して、無線機回路への接続端子447に接続される。また、アンテナ440を電話機本体448から引き出した状態では、図２０Ｃに示すように、ホイップアンテナ443が給電部444、接続部材445、整合回路446を介して無線機回路への接続端子447に接続される。
図２１は、本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２０Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例を示すものである。なお、図２０Ａに対応する部分には同一符号を付した。
ここで、無線機回路50は、スイッチ51と、送信回路52と、発振回路53と、受信回路54と、制御回路55から構成されている。このような構成を採ることによって、ヘリカルアンテナ441によるアンテナ440のエレメント長の増大を回避し、また、ヘリカルアンテナ441とホイップアンテナ443の接続部の強度を確保することができる。
（第８の実施の形態）
以下、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成について、図２２Ａから図２４を用いて説明する。図２２Ａ〜２２Ｃは、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。
この実施の形態は、電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２２Ａは本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２２Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２２Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。
アンテナ60は、給電部62を持つヘリカルアンテナ61と、給電部64および給電部62に近接して配置された接続部67を持つホイップアンテナ63により構成されている。ホイップアンテナ63はヘリカルアンテナ61を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ61とホイップアンテナ63は電気的に絶縁されている。
図２２Ｂに示すように、アンテナ60を電話機本体610に収納した状態では、ヘリカルアンテナ61が給電部62、接続部材65、整合回路68を介して無線機回路への接続端子69に接続され、ホイップアンテナ63が接続部67、接続部材66を介して地板（グランドプレーン）に短絡される。また、図２２Ｃに示すように、アンテナ60を電話機本体610から引き出した状態では、ホイップアンテナ63が給電部64、接続部材65、整合回路68を介して無線機回路への接続端子69に接続される。
図２３は、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナ60を電話機本体610に収納した状態での動作を説明する図である。
なお、図２２Ａに対応する部分には同一符号を付した。接続端子69からヘリカルアンテナ61に供給される高周波電力は、その一部がヘリカルアンテナ61を貫通しているホイップアンテナ63に誘起される。
ホイップアンテナ63に誘起された高周波電流は、接続部67において、接続部67から接続部材66を介して地板へ流れる電流経路71と、ホイップアンテナ63上を給電部64へ流れる電流経路72に分岐する。ここで、接続部材66は地板に短絡されているため、ホイップアンテナ63に誘起された高周波電流は電流経路71を通って地板に流れ、電流経路72にはほとんど電流は流れない。そのため、接続部67から給電部64までの範囲は、周囲の電話機本体610、またはそれを保持している人体の影響を接続端子69に接続されている無線機回路に及ぼさない。
図２４は、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２２Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図２１および図２２Ａに対応する部分には同一符号を付した。このような構成を採ることによって、前記した第７の実施の形態のアンテナ装置の効果に加え、アンテナを電話機本体に収納した際の特性劣化をより小さくすることができるという効果を有する。
（第９の実施の形態）
以下、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置について、図２５Ａから図２７を用いて説明する。図２５Ａ〜２５Ｃは、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は、電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２５Ａは本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２５Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２５Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。アンテナ70は、給電部72を持つヘリカルアンテナ71と、給電部74、給電部72に近接して配置された接続部77、および給電部74に近接して配置された接続部714を持つホイップアンテナ73により構成されている。ホイップアンテナ73はヘリカルアンテナ71を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ71とホイップアンテナ73は電気的に絶縁されている。
ホイップアンテナ73は、放射エレメント711と、無給電エレメント712、終端回路713により構成される。ここで、放射エレメント711は給電部74および接続部77に電気的に接続されている。また、無給電エレメント712は終端回路713を介して接続部714に電気的に接続されている。
図２５Ｂに示すように、アンテナ70を電話機本体710に収納した状態では、ヘリカルアンテナ71が給電部72、接続部材75、整合回路78を介して無線機回路への接続端子79に接続され、放射エレメント711が接続部77、接続部材76を介して地板に短絡される。
図２５Ｃに示すように、アンテナ70を電話機本体710から引き出した状態では、放射エレメント711が給電部74、接続部材75、整合回路78を介して無線機回路への接続端子79に接続され、無給電エレメント712が終端回路713、接続部714、接続部材76を介して地板に短絡される。
図２６は、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナ70を電話機本体710から引き出した状態で、ホイップアンテナ73に高周波電力を供給した時の、放射エレメント711および無給電エレメント712の電流分布を示したものである。ここで、斜線部の膨らみが放射エレメント711および無給電エレメント712のエレメント上の電流の大きさを示す。なお、図２５Ａに対応する部分には同一符号を付した。
放射エレメント711に供給された高周波電力は、その一部が無給電エレメント712に誘起される。ここで、無給電エレメント712の実質等価電気長が、放射エレメント711に供給される高周波電力の波長の１／２、またはその整数倍でないなら、無給電エレメント712と終端回路713の接続点は電流分布の節にあたらない。そのため、終端回路713を介して高周波電流111が地板に流れる。
地板に流れる高周波電流111は、放射エレメント711のインピーダンスに影響を与える。ここで、高周波電流111の振幅および位相は終端回路713のインピーダンスにより制御できるので、終端回路713のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント711のインピーダンスを制御することができる。
図２７は、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２５Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図２１および図２２Ａに対応する部分には同一符号を付した。
このような構成を採ることによって、前記した第８の実施の形態のアンテナ装置の効果に加え、与えられたアンテナのエレメント長および無線機筐体寸法において、放射エレメントのインピーダンスを制御することができ、その結果良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができるという効果を有する。
（第１０の実施の形態）
以下、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置について、図２８Ａから図３０を用いて説明する。
図２８Ａは、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は、電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２８Ａは本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２８Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２８Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。
なお、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。
アンテナ120は、給電部122を持つヘリカルアンテナ121と、給電部124、給電部122に近接して配置された接続部127、および給電部124に近接して配置された接続部1214を持つホイップアンテナ123により構成されている。ホイップアンテナ123はヘリカルアンテナ121を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ121とホイップアンテナ123は電気的に絶縁されている。
ホイップアンテナ123は、放射エレメント1211と、無給電エレメント1212、終端回路1213により構成される。ここで、放射エレメント1211は給電部124および接続部127に電気的に接続されている。また、無給電エレメント1212は終端回路1213を介して接続部1214に電気的に接続されている。
なお、無給電エレメント1212は第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍ではなく、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍である。図２８Ｂに示すように、アンテナ120を電話機本体1210に収納した状態では、ヘリカルアンテナ121が給電部122、接続部材125、整合回路128を介して無線機回路への接続端子129に接続され、放射エレメント1211が接続部127、接続部材126を介して地板に短絡される。
図２８Ｃに示すように、アンテナ120を電話機本体1210から引き出した状態では、放射エレメント1211が給電部124、接続部材125、整合回路128を介して無線機回路への接続端子129に接続され、無給電エレメント1212が終端回路1213、接続部1214、接続部材126を介して地板に短絡される。ここで、整合回路128は、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、ヘリカルアンテナ121とホイップアンテナ123のインピーダンスを所望インピーダンスに変換する双峰特性を有する。
図２９Ａ、２９Ｂは、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナ120を電話機本体1210から引き出した状態で、ホイップアンテナ123に高周波電力を供給した時の、放射エレメント1211および無給電エレメント1212の電流分布を示したものである。ここで、斜線部の膨らみが放射エレメント1211および無給電エレメント1212のエレメント上の電流の大きさを示す。なお、図２８Ａに対応する部分には同一符号を付した。
図２８Ａは、ホイップアンテナ123に第１の周波数帯域Ａの高周波電力を供給した時の放射エレメント1211および無給電エレメント1212の電流分布を示したものである。放射エレメント1211に供給された第１の周波数帯域Ａの高周波電力は、その一部が無給電エレメント1212に誘起される。ここで、無給電エレメント1212の実質等価電気長は、第１の周波数帯域Ａの波長の１／２、またはその整数倍ではない。そのため、無給電エレメント1212と終端回路1213の接続点は電流分布の節にあたらないので、終端回路1213を介して高周波電流137が地板に流れる。
地板に流れる高周波電流137は、放射エレメント1211のインピーダンスに影響を与える。ここで、高周波電流137の振幅および位相は終端回路1213のインピーダンスにより制御できるので、終端回路1213のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント1211のインピーダンスを制御することができる。
図２９Ｂは、ホイップアンテナ123に第２の周波数帯域Ｂの高周波電力を供給した時の放射エレメント1211および無給電エレメント1212の電流分布を示したものである。
図２９Ａの説明と同様に、放射エレメント1211に供給された第２の周波数帯域Ｂの高周波電力は、その一部が無給電エレメント1212に誘起される。ここで、第２の周波数帯域Ｂに対して無給電エレメント1212の実質等価電気長は、第２の周波数帯域Ｂの波長の１／２、またはその整数倍なので、無給電エレメント1212と終端回路1213の接続点は電流分布の節となる。このため、終端回路1213のインピーダンスによらず、終端回路1213を介して地板に流れる高周波電流138は極めて小さい値を持つ。このため、第２の周波数帯域Ｂにおける放射エレメント1211のインピーダンスは、放射エレメント1211のエレメント長と無線機筐体の物理寸法で決定される値を持ち、終端回路1213のインピーダンスにはほとんど影響を受けない。
図３０は、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２８Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図２８Ａに対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路340は第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂを扱う無線機回路で、スイッチ341と、送信回路342と、発振回路343と、受信回路344と、制御回路345から構成されている。
このような構成を採ることによって、第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスとは独立して、第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができるという効果を有する。
（第１１の実施の形態）
以下、本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置について、図３１Ａ〜３１Ｃおよび図３２を用いて説明する。図３１Ａ〜３１Ｃは、本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。
図３１Ａは本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図３１Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図３１Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。
なお、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。アンテナ150は、給電部152を持つヘリカルアンテナ151と、給電部154、給電部152に近接して配置された接続部157、および給電部154に近接して配置された接続部1514を持つホイップアンテナ153により構成されている。ホイップアンテナ153はヘリカルアンテナ151を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ151とホイップアンテナ153は電気的に絶縁されている。
ホイップアンテナ153は、放射エレメント1511と、第１の無給電エレメント1512、第１の終端回路1513、第２の無給電エレメント1515、第２の終端回路1516により構成される。ここで、放射エレメント1511は給電部154および接続部157に電気的に接続されている。また、第１の無給電エレメント1512は第１の終端回路1513を介して、また第２の無給電エレメント1515は第２の終端回路1516を介して接続部1514に電気的に接続されている。
なお、第１の無給電エレメント1512は第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍ではなく、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍である。
また、第２の無給電エレメント1515は第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍であり、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍ではない。
図３１Ｂに示すように、アンテナ150を電話機本体1510に収納した状態では、ヘリカルアンテナ151が給電部152、接続部材155、整合回路158を介して無線機回路への接続端子159に接続され、放射エレメント1511が接続部157、接続部材156を介して地板に短絡される。
図３１Ｃに示すように、アンテナ150を電話機本体1510から引き出した状態では、放射エレメント1511が給電部154、接続部材155、整合回路158を介して無線機回路への接続端子159に接続され、第１の無給電エレメント1512が第１の終端回路1513、接続部1514、接続部材156を介して、また第２の無給電エレメント1515が第２の終端回路1516、接続部1514、接続部材156を介して、地板に短絡される。
ここで、整合回路158は、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、ヘリカルアンテナ151とホイップアンテナ153のインピーダンスを所望インピーダンスに変換する双峰特性を有する。前記の構成において、放射エレメント1511に供給された高周波電力は、その一部が第１の無給電エレメント1512および第２の無給電エレメント1515に誘起される。
第１の周波数帯域Ａにおいて、第１の無給電エレメント1512と第１の終端回路1513の接続点は電流分布の節ではなく、第１の終端回路1513、接続部1514、接続部材156を介して高周波電流が地板に流れる。地板に流れる高周波電流により放射エレメント1511のインピーダンスは影響を受ける。高周波電流の振幅および位相は第１の終端回路1513のインピーダンスにより制御できるので、第１の終端回路1513のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント1511の第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができる。
また、第１の周波数帯域Ａにおいて、第２の無給電エレメント1515と第２の終端回路1516の接続点は電流分布の節であるので、第２の終端回路1516のインピーダンスによらず、第２の終端回路1516、接続部1514、接続部材156を介して地板に流れる高周波電流はきわめて小さく、放射エレメント1511のインピーダンスに与える影響はきわめて小さい。
第２の周波数帯域Ｂにおいて、第１の無給電エレメント1512と第１の終端回路1513の接続点は電流分布の節であるので、第１の終端回路1513、接続部1514、接続部材156を介して地板に流れる高周波電流はきわめて小さく、放射エレメント1511のインピーダンスに与える影響はきわめて小さい。また、第２の周波数帯域Ｂにおいて、第２の無給電エレメント1515と第２の終端回路1516の接続点は電流分布の節ではなく、第２の終端回路1516、接続部1514、接続部材156を介して地板に流れる高周波電流が地板に流れる。
地板に流れる高周波電流により放射エレメント1511のインピーダンスは影響を受ける。高周波電流の振幅および位相は第２の終端回路1516のインピーダンスにより制御できるので、第２の終端回路1516のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント1511の第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを制御することができる。
図３２は、本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図３１Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図３０および図３１Ａに対応する部分には同一符号を付した。このような構成を採ることによって、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを互いに独立して制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、および第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができるという効果を有する。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明によれば、移動無線機に用いられる電話機本体に収納、また電話機本体から引き出し可能なアンテナにおいて、アンテナを電話機本体に収納した時の特性劣化を回避しつつエレメント長を短縮し、また強度を増し、さらにホイップアンテナのインピーダンス制御機能を付加することができることにより、良好な整合が実現でき、高品位で安定した移動通信を可能とする効果が得られる。
また、前記インピーダンス制御機能は、二周波帯域で独立に制御でき、二周波数を扱う無線システムに用いても両帯域で良好な整合が実現でき、高品位で安定した移動通信を可能とする効果が得られる。
本発明は、主として移動無線機で使用されるアンテナ装置に関し、特にアンテナ装置のエレメント長を短縮し、強度を増すことができるアンテナ装置に関する。
背景技術
近年、携帯電話等の移動無線機に対する需要が急激に高まっている。従来の携帯電話用アンテナとしては、携帯機本体に収納可能なホイップアンテナがよく用いられている。
その一例として、例えば特開平1-204504号公報に開示されている従来のアンテナ装置の構成を図３３および図３４に示す。なお、図中の符号および名称は特開平1-204504号公報に記載されているものを使用している。図３３に示すように、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10から引き出した状態では、接点部材15が下部接片21ａと接触し、これによりアンテナエレメント14はマッチング回路組立体12と接続されている。
また、図３４に示すように、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10に収納した状態では、接点部材16が上部接片21ｂと接触し、これによりアンテナエレメント14はマッチング回路組立体12と接続されている。以上のように、アンテナエレメント14が、携帯電話機本体10から引き出されている場合だけでなく、携帯電話機本体10に収納されている場合においても、マッチング回路組立体12と接続されている。
前記の構成において、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10から引き出した状態で、マッチング回路組立体12からアンテナエレメント14を見たときのインピーダンスをＺ１、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10に収納した状態で、マッチング回路組立体12からアンテナエレメント14を見たときのインピーダンスをＺ２とし、Ｚ１とＺ２が等しくなるようにアンテナエレメント14のエレメント長、給電点位置および無線機の筐体寸法などを構成すれば、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10から引き出している場合においても、携帯電話機本体10に収納している場合においても、マッチング回路組立体12により良好な整合状態を得ることができ、その結果、高品位で安定した移動通信が可能となる。
前記従来例では、アンテナエレメント14を携帯電話機本体10に収納したとき、放射エネルギーの一部が電話機本体や、それを保持している人体に吸収され、アンテナの特性が劣化するという問題点を有していた。
この問題点の解決策の一つとして、アンテナを携帯電話機本体に収納したときに動作するヘリカルアンテナと、アンテナを携帯電話機本体から引き出したときに動作するホイップアンテナに分離した、分離型ヘリカル・ホイップアンテナがよく用いられる。その構成例を図３５Ａ〜３５Ｃに示す。図３５Ａは分離型ヘリカル・ホイップアンテナの全体構成を示す図であり、図３５Ｂと図３５Ｃは、それぞれアンテナ30を電話機本体38に収納した状態と、アンテナ30を電話機本体38から引き出した状態を示している。
図３５Ｂに示すように、アンテナ30を電話機本体38に収納した状態では、ヘリカルアンテナ31が給電部32、接続部材35、整合回路36を介して無線機回路への接続端子37に接続される。このとき、電話機本体内に収納されたホイップアンテナ33は無線機回路から切り離された状態にあり、ホイップアンテナ33の周囲の電話機本体、またはそれを保持している人体の影響を無線機回路に及ぼさない。
また、図３５Ｃに示すように、アンテナ30を電話機本体38から引き出した状態では、ホイップアンテナ33が給電部34、接続部材35、整合回路36を介して無線機回路への接続端子37に接続される。このような構成により、アンテナを電話機本体に収納したときに動作するアンテナと、アンテナを電話機本体から引き出したときに動作するアンテナを分離することができ、前記のアンテナを電話機本体に収納したときの特性劣化を回避することができる。
しかし、ヘリカルアンテナ31によりアンテナ30のエレメント長が増大し、またヘリカルアンテナ31とホイップアンテナ33の接続部の強度が弱くなるという問題点も有していた。また、従来のアンテナのインピーダンスは、主にアンテナエレメントのエレメント長や無線機の筺体寸法などの等価電気長により定まる。そのため、所望のインピーダンスと無線機の外観デザインが、必ずしも両立しないという問題点を有していた。
さらに、移動体通信システムの多様化に伴い、使用する周波数帯域もたとえば800ＭＨｚ帯、1.5ＧＨｚ帯および1.9ＧＨｚ帯といったように多様化してきており、このため、周波数帯域の異なるシステムを共用できる無線機が要望されている。これに対し、従来のアンテナは一つの周波数帯域にしか対応しないため、複数のシステムを共用できる無線機に用いると、特性が著しく劣化してしまう。
発明の開示
本発明は、従来技術における前記問題点を解決するものであり、収納時の特性劣化を回避しつつ分離型ヘリカル・ホイップアンテナにくらべエレメント長を短縮し、強度を増し、また、ホイップアンテナのインピーダンスを二周波数帯域で独立に制御でき、その結果、無線機の外観デザインによらず所望のインピーダンスを得、良好な整合状態を得ることができ、高品質で安定した移動通信を可能とするアンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置においては、無線機器本体に収納したときに動作するヘリカルアンテナと、無線機器本体から引き出したときに動作するホイップアンテナを電気的に絶縁させ、かつホイップアンテナがヘリカルアンテナを貫通するようにしたものである。
本発明によれば、アンテナ装置のエレメント長を短縮し、強度を増すことができる。
請求項１に記載の発明は、第１の周波数帯域を持つ無線回路に接続されるアンテナエレメントと、第１の無給電エレメントからなり、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第１の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第１の終端回路を介し、接地されている無指向性アンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントのエレメント長を変えることなく、アンテナエレメントのインピーダンスを制御することができるという作用を有する。
請求項２に記載の発明は、前記アンテナエレメントは前記第１の周波数帯域および第２の周波数帯域を持つ無線回路に接続され、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第２の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍である実質的等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第２の周波数帯域でのインピーダンスに影響を与えることなく、第１の周波数帯域でのインピーダンスを独立して制御することができるという作用を有する。
請求項３に記載の発明は、さらに第２の無給電エレメントを持ち、
前記第２の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１および第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントおよび前記第１の無給電エレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍であり、かつ前記第２の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第２の終端回路を介し、接地されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第１の周波数帯域でのインピーダンスと、第２の周波数帯域でのインピーダンスを、互いに影響を与えることなく、独立して制御することができるという作用を有する。
請求項４に記載の発明は、前記第１の終端回路は、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントのインピーダンスを、より細かく制御することができるという作用を有する。
請求項５に記載の発明は、前記第１の終端回路は、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第２の周波数帯域でのインピーダンスに影響を与えることなく、第１の周波数帯域でのインピーダンスをより細かく、独立して制御することができるという作用を有する。
請求項６に記載の発明は、前記第１の終端回路および前記第２の終端回路は、その少なくとも一方が、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置としたものであり、アンテナエレメントの第１の周波数帯域でのインピーダンスと、第２の周波数帯域でのインピーダンスを、互いに影響を与えることなく、より細かく、独立して制御することができるという作用を有する。
請求項７に記載のアンテナ装置は、無線機器本体に収納したときに動作するヘリカルアンテナと、前記無線機器本体から引き出したときに動作するホイップアンテナからなり、前記ヘリカルアンテナと前記ホイップアンテナは電気的に絶縁されており、前記ホイップアンテナが前記ヘリカルアンテナを貫通するようにされる構成を有する無指向性アンテナ装置において、
前記ヘリカルアンテナは、前記無線機器本体に収納したときに、第１の周波数帯域を持つ無線機回路に接続される接続部を有し、
前記ホイップアンテナは、
前記第１の周波数帯域を持つ前記無線機回路に接続されるアンテナエレメントと、第１の無給電エレメントからなり、
前記アンテナエレメントは、
前記接続部に近接して配置され、前記無線機本体に収納したときに、地板に接続される第１の接続部および、前記無線機本体から引き出されたときに、前記第１の周波数帯域を持つ前記無線機回路に接続される第２の接続部を有し、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第１の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第１の終端回路を介して、前記ホイップアンテナが前記無線機器本体から引き出されたときに接地される第３の接続部を有することを特徴とする無指向性アンテナ装置としたものであり、このようにすることにより、ヘリカルアンテナとホイップアンテナの絶縁を保ったまま、アンテナ装置のエレメント長を短縮し、また強度を増すことができるという作用を有し、アンテナ装置を無線機器本体に収納したときの特性劣化をより小さくすることができるという作用を有し、ホイップアンテナのエレメント長を変えることなく、ホイップアンテナのインピーダンスを制御することができるという作用を有する。
請求項８に記載のアンテナ装置は、前記ヘリカルアンテナおよび前記ホイップアンテナは適用される第１の周波数帯域および第２の周波数帯域を持つ無線機回路に接続され、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して配置され、
前記第２の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍である実質等価電気長を有することを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置としたものであり、ホイップアンテナにおいては第２の周波数帯域でのインピーダンスに影響を与えることなく、第１の周波数帯域でのインピーダンスを独立して制御することができるという作用を有する。
請求項９に記載のアンテナ装置は、前記ホイップアンテナは、さらに第２の無給電エレメントを持ち、
前記第２の無給電エレメントは、
前記第１および第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１および第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントおよび前記第１の無給電エレメントと近接して配置され、
前記第１の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍であり、かつ前記第２の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍とは異なる実質等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第２の終端回路を介して、前記ホイップアンテナが前記無線機本体から引き出されたときに接地される接続部を有することを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置としたものであり、このようにすることにより、ホイップアンテナにおいては第１の周波数帯域でのインピーダンスと第２の周波数帯域でのインピーダンスを互いに影響を与えることなく、独立して制御することができるという作用を有する。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図２は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図３は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置のインピーダンスをスミスチャートで示した図、
図４は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の放射パターンを示す図、
図５は本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図６は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図７Ａ、７Ｂは本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図８は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置のインピーダンスをスミスチャートで示した図、
図９は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の放射パターンを示す図、
図１０は本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１１は本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１２は本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１３Ａ、１３Ｂは本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１４Ａ、１４Ｂは本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置で使用される終端回路の具体例を示す図、
図１５は本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１６Ａ、１６Ｂは本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１７は本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図１８は本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置の構成を示すブロック図、
図１９は本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示すブロック図、
図２０Ａ〜２０Ｄは本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２１は本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図２２Ａ〜２２Ｃは本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２３は本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図２４は本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図２５Ａ〜２５Ｃは本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２６は本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図２７は本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図２８Ａ〜２８Ｃは本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図２９Ａ、２９Ｂは本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図、
図３０は本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図３１Ａ〜３１Ｃは本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成を示す図、
図３２は本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成を示す図、
図３３は従来例のアンテナ装置のアンテナエレメントが引き出されている時の構成を示す図、
図３４は従来例のアンテナ装置のアンテナエレメントが収納されている時の構成を示す図、
図３５Ａ〜３５Ｃは従来の分離型ヘリカル・ホイップアンテナの構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の最良の実施の形態について図１〜図３２に沿って説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置について、図１から図５を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。
ホイップアンテナ40は、アンテナエレメント41と、（第１の）無給電エレメント42により構成される。なお、アンテナエレメント41と、無給電エレメント42は、点線で示す合成樹脂製のケーシング40A内に保持されている。ケーシング40Aに代えてチューブ内やプリント基板上にこれらの素子を配置することもできる。ここで、アンテナエレメント41は、整合回路43を介して、（第１の）周波数帯域Ａで動作する無線回路への接続端子44に接続される。ここで、整合回路43は、アンテナエレメント41のインピーダンスを、周波数帯域Ａで、接続端子44に接続された無線回路のインピーダンスに変換するインピーダンス変換特性を有する。なお、整合回路43はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子で構成できる。
また、無給電エレメント42は、周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍と異なり、またリアクタンス素子からなる（第１の）終端回路45により終端されている。なお、終端回路45はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなどの分布定数素子により構成できる。このように、終端回路45が整合回路43と同様な構成であるので、両者に同一符号ＭＮを付している。
図２は、本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナエレメント41に周波数帯域Ａの高周波電力を供給したときの、アンテナエレメント41および無給電エレメント42の電流分布を示したものである。なお、図１に対応する部分には同一符号を付した。ここで、48は無線機の筺体を模した金属板であり、縦129ｍｍ、横32ｍｍの寸法である。また、アンテナエレメント41はエレメント長95ｍｍ、無給電エレメント42はエレメント長79ｍｍであり、いずれも線径０．５ｍｍの金属線により構成し、１ｍｍ間隔で配置した。また、周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡを948ＭＨｚとした。また、斜線部の膨らみは、アンテナエレメント41と無給電エレメント42のエレメント上の電流の大きさを示す。
アンテナエレメント41に供給された周波数帯域Ａの高周波電力は、その一部が無給電エレメント42に誘起される。周波数帯域Ａに対して無給電エレメント42の実質等価電気長はほぼ１／４波長であるので、無給電エレメント42と終端回路45の接続点での電流分布は最大となり、終端回路45を介して高周波電流49が無線機筺体48に流れる。
無線機筐体48に流れる高周波電流49は、アンテナエレメント41のインピーダンスに影響を与える。ここで、高周波電流49の振幅および位相は終端回路45のインピーダンスにより制御できるので、終端回路45のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント41のインピーダンスを制御することができる。
図３は、同じく本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図２の構成において、終端回路45のインピーダンスに対するアンテナエレメント41のインピーダンスをスミスチャート上に示したものである。ここで、終端回路45のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。黒丸で示したマーカは、周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡ＝948ＭＨｚにおけるアンテナエレメント41のインピーダンスである。終端回路45のインピーダンスを変化させ、無給電エレメント42から無線機筺体48に流れる高周波電流の振幅および位相を変化させることにより、誘導性から容量性の広い範囲でインピーダンスを制御できる。
図４は、同じく本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図２の構成において、終端回路45のインピーダンスに対する周波数帯域Ａでの指向性特性を示した放射パターン図である。
なお、放射パターン図とは、アンテナの重要な特性の一つである指向性を表す図であり、アンテナの位置を座標の原点とし、ＸＹ、ＹＺ、ＺＸの各平面で、アンテナがどの方向にどれだけのエネルギーを放射するかを示すものである。ここで、終端回路45のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。
ＸＹ平面の放射特性は、携帯無線機用のアンテナに望まれる無指向性特性を示している。一般に、アンテナエレメントに無給電エレメントを付加することにより、アンテナに指向性特性を持たせることができることは、宇田八木アンテナなどの例でよく知られているが、本発明においては、アンテナエレメント41と、無給電エレメント42の間隔は、周波数帯域Ａの波長に比べ十分短いので、無給電エレメント42を付加することによらず無指向性特性を実現している。
ＹＺおよびＺＸ平面の放射特性は、終端回路45のインピーダンスを変動させることにより、わずかに放射パターンが変動する。これは、無線機筐体48に流れる高周波電流が、終端回路45のインピーダンスにより変動するのが原因である。
しかし、無給電エレメント42から終端回路45を介して無線機筺体48に流れる高周波電流49が放射特性に与える影響は小さく、終端回路45のインピーダンスを+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させ、アンテナエレメント41のインピーダンスを位相で+116度から-138度まで制御しても、ＹＺおよびＺＸ平面の放射パターンはなお相似の特性を保つことができる。
図５は、本発明の第１の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１に対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路81は、スイッチ82と、送信回路83と、発振回路84と、受信回路85と、制御回路86とから成る。このような構成において、与えられたホイップアンテナ長および無線機筐体寸法において、ホイップアンテナのインピーダンスを制御することができ、その結果良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の構成について、図６から図１０を用いて説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。
ホイップアンテナ90は、アンテナエレメント91と、（第１の）無給電エレメント92により構成される。ここで、アンテナエレメント91は、整合回路93を介して、無線回路への接続端子94に接続される。一方、整合回路93は第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、アンテナエレメント91のインピーダンスを所望のインピーダンスに変換する双峰特性を有する。
なお、整合回路93はインダクタとキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子で構成できる。また、無給電エレメント92は、第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍とならず、第２の周波帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍となり、またリアクタンス素子からなる（第１の）終端回路95により終端されている。
なお、終端回路95はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子により構成できる。図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、アンテナエレメント91および無給電エレメント92の電流分布を示したものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。
ここで、101は無線機の筐体を模した金属板であり、縦129ｍｍ、横32ｍｍの寸法である。また、アンテナエレメント91はエレメント長95ｍｍ、無給電エレメント92はエレメント長79ｍｍであり、いずれも線径０．５ｍｍの金属線により構成し、１ｍｍ間隔で配置した。また、第１の周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡを948ＭＨｚ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数ｆＢを1907ＭＨｚとした。
また、斜線部の膨らみは、アンテナエレメント91と無給電エレメント92のエレメント上の電流の大きさを示す。アンテナエレメント91に、第１の周波数帯域Ａの高周波電力を供給したときのアンテナエレメント91および無給電エレメント92の電流分布を図７Ａに示す。
アンテナエレメント91に供給された第１の周波数帯域Ａの高周波電力は、その一部が無給電エレメント92に誘起される。第１の周波数帯域Ａに対して無給電エレメント92の実質等価電気長はほぼ１／４波長であるので、無給電エレメント92と終端回路95の接続点での電流分布は最大となり、終端回路95を介して高周波電流102が無線機筐体101に流れる。無線機筐体101に流れる高周波電流102はアンテナエレメント91のインピーダンスに影響を与える。高周波電流102の振幅および位相は終端回路95のインピーダンスにより制御できるので、終端回路95のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント91のインピーダンスを制御することができる。
次に、アンテナエレメント91に第２の周波数帯域Ｂの高周波電力を供給したときのアンテナエレメント91および無給電エレメント92の電流分布を図７Ｂに示す。図７Ａの説明と同様に、アンテナエレメント91に供給された第２の周波数帯域Ｂの高周波電力は、その一部が無給電エレメント92に誘起される。ここで、第２の周波数帯域Ｂに対して無給電エレメント92の実質等価電気長はほぼ１／２波長であるので、無給電エレメント92と終端回路95の接続点は電流分布の節となり、終端回路95のインピーダンスによらず、終端回路95を介して無線機筺体101に流れる高周波電流103の値はきわめて小さくなる。このため、第２の周波数帯域Ｂにおける無給電エレメント92のインピーダンスは、アンテナエレメント91のエレメント長と筺体の物理寸法で決定される値を持ち、終端回路95のインピーダンスにほとんど影響を受けない。
図８は、同じく本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図７Ａ、７Ｂの構成において、終端回路95のインピーダンスに対するアンテナエレメント91のインピーダンスをスミスチャート上に示したものである。ここで、終端回路95のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。
黒丸で示したマーカは、第１の周波数帯域Ａの中心周波数ｆＡ＝948ＭＨｚにおけるアンテナエレメント91のインピーダンスである。終端回路95のインピーダンスを変化させ、無給電エレメント92から無線機筺体101に流れる高周波電流の振幅および位相を変化させることにより、誘導性から容量性の広い範囲でインピーダンスを制御できる。
×で示したマーカは、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数ｆＢ＝1907ＭＨｚにおけるアンテナエレメント91のインピーダンスである。第２の周波数帯域Ｂでは、無給電エレメント92から無線機筺体101にほとんど高周波電流が流れないので、終端回路95のインピーダンスによらず、アンテナエレメント91のインピーダンスはほとんど変化しない。
図９Ａおよび図９Ｂは、同じく本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、図７の構成において、終端回路95のインピーダンスに対する第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂでの指向性特性を示した放射パターン図である。また、図９Ａは第１の周波数帯域Ａにおける特性、図９Ｂは第２の周波数帯域Ｂにおける特性である。
ここで、終端回路95のインピーダンスは、+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させた。ＸＹ平面の放射特性は、いずれの帯域においても、携帯無線機用のアンテナに望まれる無指向性特性を示している。ＹＺおよびＺＸ平面の放射特性は、終端回路95のインピーダンスを変動させることにより、わずかに放射パターンが変動する。これは、無線機筐体101に流れる高周波電流が、終端回路95のインピーダンスにより変動するのが原因である。
しかし、無給電エレメント92から終端回路95を介して無線機筺体101に流れる高周波電流102および103が放射特性に与える影響は小さく、第１の周波数帯域Ａにおいて、終端回路95のインピーダンスを+j25Ωから無限大を通り、-j25Ωまで変化させ、アンテナエレメント91のインピーダンスを位相で+116度から-138度まで制御しても、ＹＺおよびＺＸ平面の放射パターンはなお相似の特性を保つことができる。第２の周波数帯域Ｂにおいても同様である。
図１０は、本発明の第２の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路131は第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂを扱う無線機回路で、スイッチ132と、送信回路133と、発振回路134と、受信回路135と、制御回路136とから成る。
このような構成により、第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスとは独立して、第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置について、図１１から図１２を用いて説明する。図１１は、本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。
また、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。
ホイップアンテナ140は、アンテナエレメント91と、第１の無給電エレメント92と、第２の無給電エレメント141とにより構成される。ここで、アンテナエレメント91は、整合回路142を介して、無線回路への接続端子143に接続される。ここで、整合回路142は、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、アンテナエレメント91のインピーダンスを所望インピーダンスに変換する双峰特性を有する。
なお、整合回路142はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなど分布定数素子で構成できる。また、第２の無給電エレメント141は、第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍となり、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長、またはその整数倍とならず、またエレメントの一端が開放され、他端がリアクタンス素子からなる第２の終端回路144により終端されている。
なお、第２の終端回路144はインダクタやキャパシタなど集中定数素子、またはストリップラインなどの分布定数素子により構成できる。前記の構成で、第１の無給電エレメント92から第１の終端回路95を介してグランドに流れる高周波電流を145、第２の無給電エレメント141から第２の終端回路144を介してグランドに流れる高周波電流を146とする。
アンテナエレメント91に供給された高周波電力は、その一部が第１の無給電エレメント92および第２の無給電エレメント141に誘起される。第１の周波数帯域Ａでは、第１の無給電エレメント92の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍と異なるので、第１の無給電エレメント92と第１の終端回路95の接続点は電流分布の節ではなく、第１の終端回路95を介して高周波電流145がグランドに流れる。
一方、第２の無給電エレメント141の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍なので、第２の無給電エレメント141と第２の終端回路144の接続点は電流分布の節になり、第２の終端回路144のインピーダンスによらず高周波電流146はほとんど流れない。グランドに流れる高周波電流によりアンテナエレメント91のインピーダンスは影響を受ける。高周波電流145の振幅および位相は第１の終端回路95のインピーダンスにより制御できるので、第１の終端回路95のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント91の第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができる。
第２の周波数帯域Ｂでは、第１の無給電エレメント92の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍となるので、第１の無給電エレメント92と第１の終端回路95の接続点は電流分布の節になり、第１の終端回路95のインピーダンスによらず高周波電流145はほとんど流れない。
一方、第２の無給電エレメント141の実質等価電気長は１／２波長、またはその整数倍と異なるので、第２の無給電エレメント141と第２の終端回路144の接続点は電流分布の節ではなく、第２の終端回路144を介して高周波電流146がグランドに流れる。高周波電流146の振幅および位相は第２の終端回路144のインピーダンスにより制御できるので、第２の終端回路144のインピーダンスを制御することにより、間接的にアンテナエレメント91の第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを制御することができる。
図１２は、本発明の第３の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１０および図１１に対応する部分には同一符号を付した。このような構成により、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを互いに独立して制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置について、図１３Ａから図１５を用いて説明する。図１３Ａおよび図１３Ｂは、本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図１に対応する部分には同一符号を付した。
図１３Ａは、インピーダンス成分を離散的に制御する構成例を示す。ここで、スイッチ161は、制御端子164に加えられる信号により、異なるインピーダンスを持つ終端回路162および終端回路163を切り替える。
図１３Ｂは、インピーダンス成分を連続的に制御する構成例を示す。ここで、終端回路165はインピーダンスを連続的に可変できる終端回路であり、制御端子166に印可される制御電圧により制御できる。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図であって、図１３Ａの（第１の）終端回路160および図１３Ｂの（第１の）終端回路165の具体的な構成例を示すものである。なお、図１３ＡおよびＢに対応する部分には同一符号を付した。
図１４Ａは、インピーダンスの離散的制御機能を有した（第１の）終端回路160の具体例である。（第１の）終端回路160は、ＰＩＮダイオード171、インダクタ172およびＲＦＣ173からなり、制御端子164に流す電流の有無により、誘導性インピーダンス／開放の二種類のインピーダンスを持たせることができる。
図１４Ｂは、インピーダンスの連続的制御機能を有した（第１の）終端回路165の具体例である。（第１の）終端回路165は、可変容量ダイオード174およびＲＦＣ173からなり、制御端子166に印加する電圧により、連続的に制御可能な容量性インピーダンスを持たせることができる。
図１５は本発明の第４の実施の形態のアンテナ装置のうち図１３Ａに示したアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図５および図１３Ａに対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路181は、スイッチ182と、送信回路183と、発振回路184と、受信回路185と、制御回路186とから成る。このような構成において、無線機回路181の制御部186よりの制御信号で（第１の）終端回路160のインピーダンスを離散的に制御できる。その結果、アンテナエレメント41のインピーダンスをより細かく制御することができ、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第５の実施の形態）
以下、本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置について、図１６Ａから図１７を用いて説明する。図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図６に対応する部分には同一符号を付した。
図１６Ａは、インピーダンス成分を離散的に制御する構成例を示す。ここで、スイッチ191は、制御端子194に加えられる信号により、異なるインピーダンスを持つ終端回路192および終端回路193を切り替える。
図１６Ｂは、インピーダンス成分を連続的に制御する構成例を示す。ここで、終端回路195はインピーダンスを連続的に可変できる終端回路であり、制御端子196に印可される制御電圧により制御できる。なお、（第１の）終端回路190および（第１の）終端回路195には、前記した図１４に示す終端回路の具体例を適用できる。
図１７は本発明の第５の実施の形態のアンテナ装置のうち図１６Ｂのアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１０および図１６Ｂに対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路201は、スイッチ202と、送信回路203と、発振回路204と、受信回路205と、制御回路206とから成る。このような構成において、無線機回路201の制御部206よりの制御信号で（第１の）終端回路195のインピーダンスを連続的に制御できる。
その結果、第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスとは独立して、第１の周波数帯域Ａのインピーダンスをより細かく制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第６の実施の形態）
以下、本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置について、図１８から図１９を用いて説明する。図１８は、本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、ホイップアンテナに本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置を適用したものである。なお、図１１に対応する部分には同一符号を付した。
図１８は、インピーダンス成分を離散的に制御可能な機能を有する第１の終端回路210および第２の終端回路215による構成例を示す。なお、214および219は制御端子であり、この端子に離散信号を加えることにより、第１の終端回路210および第２の終端回路215のインピーダンスを制御する。なお、第１の終端回路210および第２の終端回路215には、図１４の終端回路の具体例を適用できる。また、第１の終端回路210および第２の終端回路215のいずれか一方、あるいは両方がインピーダンス成分を連続的に制御できる構成であってもよい。
図１９は本発明の第６の実施の形態のアンテナ装置を適用した無線機の構成例を示すものである。なお、図１２および図１８に対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路221は、スイッチ222と、送信回路223と、発振回路224と、受信回路225と、制御回路226とから成る。このような構成において、無線機回路221の制御部226よりの制御信号で第１の終端回路210および第２の終端回路215のインピーダンスを離散的に制御できる。その結果、第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でもアンテナエレメント91のインピーダンスをより細かく制御することができ、高品質で安定した移動通信を可能とすることができる。
（第７の実施の形態）
図２０Ａ〜２０Ｄは、本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２０Ａは本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２０Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２０Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。また、図２０Ｄは図２０Ａ中のＤーＤ’線での断面図である。なお、第７の実施の形態以降のヘリカルアンテナとホイップアンテナを有するものは、ホイップアンテナがヘリカルアンテナおよびその給電部に接触しないよう、両者の関係は実質的に図２０Ｄに示すような構造となっている。
アンテナ440は、リング状給電部442を持つヘリカルアンテナ441と（図２０Ｄ参照）、給電部444を持つホイップアンテナ443により構成される。アンテナ440は図２０Ａ中、ヘリカルアンテナ441とホイップアンテナ443を囲むよう実線で示されるケーシングを有している。このケーシングは、図１中の点線で示したケーシング40Ａに対応しており、合成樹脂製の容器あるいは、チューブ等で構成することができる。ホイップアンテナ443はヘリカルアンテナ441の内部空間を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ441とホイップアンテナ443は電気的に絶縁されている。ここで、アンテナ440を電話機本体448に収納した状態では、図２０Ｂに示すように、ヘリカルアンテナ441が給電部442、接続部材（端子）445、整合回路446を介して、無線機回路への接続端子447に接続される。また、アンテナ440を電話機本体448から引き出した状態では、図２０Ｃに示すように、ホイップアンテナ443が給電部444、接続部材445、整合回路446を介して無線機回路への接続端子447に接続される。
図２１は、本発明の第７の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２０Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例を示すものである。なお、図２０Ａに対応する部分には同一符号を付した。
ここで、無線機回路50は、スイッチ51と、送信回路52と、発振回路53と、受信回路54と、制御回路55から構成されている。このような構成を採ることによって、ヘリカルアンテナ441によるアンテナ440のエレメント長の増大を回避し、また、ヘリカルアンテナ441とホイップアンテナ443の接続部の強度を確保することができる。
（第８の実施の形態）
以下、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成について、図２２Ａから図２４を用いて説明する。図２２Ａ〜２２Ｃは、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。
この実施の形態は、電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２２Ａは本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２２Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２２Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。
アンテナ60は、給電部62を持つヘリカルアンテナ61と、給電部64および給電部62に近接して配置された接続部67を持つホイップアンテナ63により構成されている。ホイップアンテナ63はヘリカルアンテナ61を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ61とホイップアンテナ63は電気的に絶縁されている。
図２２Ｂに示すように、アンテナ60を電話機本体610に収納した状態では、ヘリカルアンテナ61が給電部62、接続部材65、整合回路68を介して無線機回路への接続端子69に接続され、ホイップアンテナ63が接続部67、接続部材66を介して地板（グランドプレーン）に短絡される。また、図２２Ｃに示すように、アンテナ60を電話機本体610から引き出した状態では、ホイップアンテナ63が給電部64、接続部材65、整合回路68を介して無線機回路への接続端子69に接続される。
図２３は、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナ60を電話機本体610に収納した状態での動作を説明する図である。
なお、図２２Ａに対応する部分には同一符号を付した。接続端子69からヘリカルアンテナ61に供給される高周波電力は、その一部がヘリカルアンテナ61を貫通しているホイップアンテナ63に誘起される。
ホイップアンテナ63に誘起された高周波電流は、接続部67において、接続部67から接続部材66を介して地板へ流れる電流経路71と、ホイップアンテナ63上を給電部64へ流れる電流経路72に分岐する。ここで、接続部材66は地板に短絡されているため、ホイップアンテナ63に誘起された高周波電流は電流経路71を通って地板に流れ、電流経路72にはほとんど電流は流れない。そのため、接続部67から給電部64までの範囲は、周囲の電話機本体610、またはそれを保持している人体の影響を接続端子69に接続されている無線機回路に及ぼさない。
図２４は、本発明の第８の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２２Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図２１および図２２Ａに対応する部分には同一符号を付した。このような構成を採ることによって、前記した第７の実施の形態のアンテナ装置の効果に加え、アンテナを電話機本体に収納した際の特性劣化をより小さくすることができるという効果を有する。
（第９の実施の形態）
以下、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置について、図２５Ａから図２７を用いて説明する。図２５Ａ〜２５Ｃは、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は、電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２５Ａは本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２５Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２５Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。アンテナ70は、給電部72を持つヘリカルアンテナ71と、給電部74、給電部72に近接して配置された接続部77、および給電部74に近接して配置された接続部714を持つホイップアンテナ73により構成されている。ホイップアンテナ73はヘリカルアンテナ71を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ71とホイップアンテナ73は電気的に絶縁されている。
ホイップアンテナ73は、放射エレメント711と、無給電エレメント712、終端回路713により構成される。ここで、放射エレメント711は給電部74および接続部77に電気的に接続されている。また、無給電エレメント712は終端回路713を介して接続部714に電気的に接続されている。
図２５Ｂに示すように、アンテナ70を電話機本体710に収納した状態では、ヘリカルアンテナ71が給電部72、接続部材75、整合回路78を介して無線機回路への接続端子79に接続され、放射エレメント711が接続部77、接続部材76を介して地板に短絡される。
図２５Ｃに示すように、アンテナ70を電話機本体710から引き出した状態では、放射エレメント711が給電部74、接続部材75、整合回路78を介して無線機回路への接続端子79に接続され、無給電エレメント712が終端回路713、接続部714、接続部材76を介して地板に短絡される。
図２６は、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナ70を電話機本体710から引き出した状態で、ホイップアンテナ73に高周波電力を供給した時の、放射エレメント711および無給電エレメント712の電流分布を示したものである。ここで、斜線部の膨らみが放射エレメント711および無給電エレメント712のエレメント上の電流の大きさを示す。なお、図２５Ａに対応する部分には同一符号を付した。
放射エレメント711に供給された高周波電力は、その一部が無給電エレメント712に誘起される。ここで、無給電エレメント712の実質等価電気長が、放射エレメント711に供給される高周波電力の波長の１／２、またはその整数倍でないなら、無給電エレメント712と終端回路713の接続点は電流分布の節にあたらない。そのため、終端回路713を介して高周波電流111が地板に流れる。
地板に流れる高周波電流111は、放射エレメント711のインピーダンスに影響を与える。ここで、高周波電流111の振幅および位相は終端回路713のインピーダンスにより制御できるので、終端回路713のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント711のインピーダンスを制御することができる。
図２７は、本発明の第９の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２５Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図２１および図２２Ａに対応する部分には同一符号を付した。
このような構成を採ることによって、前記した第８の実施の形態のアンテナ装置の効果に加え、与えられたアンテナのエレメント長および無線機筐体寸法において、放射エレメントのインピーダンスを制御することができ、その結果良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができるという効果を有する。
（第１０の実施の形態）
以下、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置について、図２８Ａから図３０を用いて説明する。
図２８Ａは、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は、電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。図２８Ａは本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図２８Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図２８Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。
なお、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。
アンテナ120は、給電部122を持つヘリカルアンテナ121と、給電部124、給電部122に近接して配置された接続部127、および給電部124に近接して配置された接続部1214を持つホイップアンテナ123により構成されている。ホイップアンテナ123はヘリカルアンテナ121を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ121とホイップアンテナ123は電気的に絶縁されている。
ホイップアンテナ123は、放射エレメント1211と、無給電エレメント1212、終端回路1213により構成される。ここで、放射エレメント1211は給電部124および接続部127に電気的に接続されている。また、無給電エレメント1212は終端回路1213を介して接続部1214に電気的に接続されている。
なお、無給電エレメント1212は第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍ではなく、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍である。図２８Ｂに示すように、アンテナ120を電話機本体1210に収納した状態では、ヘリカルアンテナ121が給電部122、接続部材125、整合回路128を介して無線機回路への接続端子129に接続され、放射エレメント1211が接続部127、接続部材126を介して地板に短絡される。
図２８Ｃに示すように、アンテナ120を電話機本体1210から引き出した状態では、放射エレメント1211が給電部124、接続部材125、整合回路128を介して無線機回路への接続端子129に接続され、無給電エレメント1212が終端回路1213、接続部1214、接続部材126を介して地板に短絡される。ここで、整合回路128は、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、ヘリカルアンテナ121とホイップアンテナ123のインピーダンスを所望インピーダンスに変換する双峰特性を有する。
図２９Ａ、２９Ｂは、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の動作を説明する図であって、アンテナ120を電話機本体1210から引き出した状態で、ホイップアンテナ123に高周波電力を供給した時の、放射エレメント1211および無給電エレメント1212の電流分布を示したものである。ここで、斜線部の膨らみが放射エレメント1211および無給電エレメント1212のエレメント上の電流の大きさを示す。なお、図２８Ａに対応する部分には同一符号を付した。
図２８Ａは、ホイップアンテナ123に第１の周波数帯域Ａの高周波電力を供給した時の放射エレメント1211および無給電エレメント1212の電流分布を示したものである。放射エレメント1211に供給された第１の周波数帯域Ａの高周波電力は、その一部が無給電エレメント1212に誘起される。ここで、無給電エレメント1212の実質等価電気長は、第１の周波数帯域Ａの波長の１／２、またはその整数倍ではない。そのため、無給電エレメント1212と終端回路1213の接続点は電流分布の節にあたらないので、終端回路1213を介して高周波電流137が地板に流れる。
地板に流れる高周波電流137は、放射エレメント1211のインピーダンスに影響を与える。ここで、高周波電流137の振幅および位相は終端回路1213のインピーダンスにより制御できるので、終端回路1213のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント1211のインピーダンスを制御することができる。
図２９Ｂは、ホイップアンテナ123に第２の周波数帯域Ｂの高周波電力を供給した時の放射エレメント1211および無給電エレメント1212の電流分布を示したものである。
図２９Ａの説明と同様に、放射エレメント1211に供給された第２の周波数帯域Ｂの高周波電力は、その一部が無給電エレメント1212に誘起される。ここで、第２の周波数帯域Ｂに対して無給電エレメント1212の実質等価電気長は、第２の周波数帯域Ｂの波長の１／２、またはその整数倍なので、無給電エレメント1212と終端回路1213の接続点は電流分布の節となる。このため、終端回路1213のインピーダンスによらず、終端回路1213を介して地板に流れる高周波電流138は極めて小さい値を持つ。このため、第２の周波数帯域Ｂにおける放射エレメント1211のインピーダンスは、放射エレメント1211のエレメント長と無線機筐体の物理寸法で決定される値を持ち、終端回路1213のインピーダンスにはほとんど影響を受けない。
図３０は、本発明の第１０の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図２８Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図２８Ａに対応する部分には同一符号を付した。ここで、無線機回路340は第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂを扱う無線機回路で、スイッチ341と、送信回路342と、発振回路343と、受信回路344と、制御回路345から構成されている。
このような構成を採ることによって、第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスとは独立して、第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができるという効果を有する。
（第１１の実施の形態）
以下、本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置について、図３１Ａ〜３１Ｃおよび図３２を用いて説明する。図３１Ａ〜３１Ｃは、本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成および動作を説明する図である。この実施の形態は電話機本体に収納可能、また電話機本体から引き出し可能なアンテナに本発明のアンテナ装置を適用したものである。
図３１Ａは本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成を示し、図３１Ｂは、アンテナを電話機本体に収納した状態を、図３１Ｃは、アンテナを電話機本体から引き出した状態を示している。
なお、以下の説明では、第１の周波数帯域Ａの中心周波数をｆＡ、第２の周波数帯域Ｂの中心周波数をｆＢとして、ｆＡ＜ｆＢとして説明しているが、ｆＡ＞ｆＢとしても同様に適用することができる。アンテナ150は、給電部152を持つヘリカルアンテナ151と、給電部154、給電部152に近接して配置された接続部157、および給電部154に近接して配置された接続部1514を持つホイップアンテナ153により構成されている。ホイップアンテナ153はヘリカルアンテナ151を貫通しており、また、ヘリカルアンテナ151とホイップアンテナ153は電気的に絶縁されている。
ホイップアンテナ153は、放射エレメント1511と、第１の無給電エレメント1512、第１の終端回路1513、第２の無給電エレメント1515、第２の終端回路1516により構成される。ここで、放射エレメント1511は給電部154および接続部157に電気的に接続されている。また、第１の無給電エレメント1512は第１の終端回路1513を介して、また第２の無給電エレメント1515は第２の終端回路1516を介して接続部1514に電気的に接続されている。
なお、第１の無給電エレメント1512は第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍ではなく、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍である。
また、第２の無給電エレメント1515は第１の周波数帯域Ａにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍であり、第２の周波数帯域Ｂにおいて実質等価電気長が１／２波長またはその整数倍ではない。
図３１Ｂに示すように、アンテナ150を電話機本体1510に収納した状態では、ヘリカルアンテナ151が給電部152、接続部材155、整合回路158を介して無線機回路への接続端子159に接続され、放射エレメント1511が接続部157、接続部材156を介して地板に短絡される。
図３１Ｃに示すように、アンテナ150を電話機本体1510から引き出した状態では、放射エレメント1511が給電部154、接続部材155、整合回路158を介して無線機回路への接続端子159に接続され、第１の無給電エレメント1512が第１の終端回路1513、接続部1514、接続部材156を介して、また第２の無給電エレメント1515が第２の終端回路1516、接続部1514、接続部材156を介して、地板に短絡される。
ここで、整合回路158は、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂにおいて、ヘリカルアンテナ151とホイップアンテナ153のインピーダンスを所望インピーダンスに変換する双峰特性を有する。前記の構成において、放射エレメント1511に供給された高周波電力は、その一部が第１の無給電エレメント1512および第２の無給電エレメント1515に誘起される。
第１の周波数帯域Ａにおいて、第１の無給電エレメント1512と第１の終端回路1513の接続点は電流分布の節ではなく、第１の終端回路1513、接続部1514、接続部材156を介して高周波電流が地板に流れる。地板に流れる高周波電流により放射エレメント1511のインピーダンスは影響を受ける。高周波電流の振幅および位相は第１の終端回路1513のインピーダンスにより制御できるので、第１の終端回路1513のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント1511の第１の周波数帯域Ａのインピーダンスを制御することができる。
また、第１の周波数帯域Ａにおいて、第２の無給電エレメント1515と第２の終端回路1516の接続点は電流分布の節であるので、第２の終端回路1516のインピーダンスによらず、第２の終端回路1516、接続部1514、接続部材156を介して地板に流れる高周波電流はきわめて小さく、放射エレメント1511のインピーダンスに与える影響はきわめて小さい。
第２の周波数帯域Ｂにおいて、第１の無給電エレメント1512と第１の終端回路1513の接続点は電流分布の節であるので、第１の終端回路1513、接続部1514、接続部材156を介して地板に流れる高周波電流はきわめて小さく、放射エレメント1511のインピーダンスに与える影響はきわめて小さい。また、第２の周波数帯域Ｂにおいて、第２の無給電エレメント1515と第２の終端回路1516の接続点は電流分布の節ではなく、第２の終端回路1516、接続部1514、接続部材156を介して地板に流れる高周波電流が地板に流れる。
地板に流れる高周波電流により放射エレメント1511のインピーダンスは影響を受ける。高周波電流の振幅および位相は第２の終端回路1516のインピーダンスにより制御できるので、第２の終端回路1516のインピーダンスを制御することにより、間接的に放射エレメント1511の第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを制御することができる。
図３２は、本発明の第１１の実施の形態のアンテナ装置の構成を説明する図であって、図３１Ａのアンテナ装置を搭載した無線機の構成例である。なお、図３０および図３１Ａに対応する部分には同一符号を付した。このような構成を採ることによって、第１の周波数帯域Ａおよび第２の周波数帯域Ｂのインピーダンスを互いに独立して制御することができ、その結果第１の周波数帯域Ａ、および第２の周波数帯域Ｂのいずれの帯域でも良好な整合状態を得、高品質で安定した移動通信を可能とすることができるという効果を有する。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明によれば、移動無線機に用いられる電話機本体に収納、また電話機本体から引き出し可能なアンテナにおいて、アンテナを電話機本体に収納した時の特性劣化を回避しつつエレメント長を短縮し、また強度を増し、さらにホイップアンテナのインピーダンス制御機能を付加することができることにより、良好な整合が実現でき、高品位で安定した移動通信を可能とする効果が得られる。
また、前記インピーダンス制御機能は、二周波帯域で独立に制御でき、二周波数を扱う無線システムに用いても両帯域で良好な整合が実現でき、高品位で安定した移動通信を可能とする効果が得られる。
Claims (9)
- 第１の周波数帯域を持つ無線回路に接続されるアンテナエレメントと、第１の無給電エレメントからなり、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第１の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第１の終端回路を介し、接地されている無指向性アンテナ装置。 - 前記アンテナエレメントは前記第１の周波数帯域および第２の周波数帯域を持つ無線回路に接続され、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第２の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍である実質的等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 - さらに第２の無給電エレメントを持ち、
前記第２の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１および第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントおよび前記第１の無給電エレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍であり、かつ前記第２の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第２の終端回路を介し、接地されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。 - 前記第１の終端回路は、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 前記第１の終端回路は、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
- 前記第１の終端回路および前記第２の終端回路は、その少なくとも一方が、そのインピーダンスを離散的あるいは連続的に制御する機能を備えていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
- 無線機器本体に収納したときに動作するヘリカルアンテナと、前記無線機器本体から引き出したときに動作するホイップアンテナからなり、前記ヘリカルアンテナと前記ホイップアンテナは電気的に絶縁されており、前記ホイップアンテナが前記ヘリカルアンテナを貫通するようにされる構成を有する無指向性アンテナ装置において、
前記ヘリカルアンテナは、前記無線機器本体に収納したときに、第１の周波数帯域を持つ無線機回路に接続される接続部を有し、
前記ホイップアンテナは、
前記第１の周波数帯域を持つ前記無線機回路に接続されるアンテナエレメントと、第１の無給電エレメントからなり、
前記アンテナエレメントは、
前記接続部に近接して配置され、前記無線機本体に収納したときに、地板に接続される第１の接続部および、前記無線機本体から引き出されたときに、前記第１の周波数帯域を持つ前記無線機回路に接続される第２の接続部を有し、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第１の周波数帯域における１／２波長またはその整数倍とは異なる実質的等価電気長を有し、
前記第１の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して設置され、
前記第１の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第１の終端回路を介して、前記ホイップアンテナが前記無線機器本体から引き出されたときに接地される第３の接続部を有することを特徴とする無指向性アンテナ装置。 - 前記ヘリカルアンテナおよび前記ホイップアンテナは適用される第１の周波数帯域および第２の周波数帯域を持つ無線機回路に接続され、
前記第１の無給電エレメントは、
前記第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントと近接して配置され、
前記第２の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍である実質等価電気長を有することを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。 - 前記ホイップアンテナは、さらに第２の無給電エレメントを持ち、
前記第２の無給電エレメントは、
前記第１および第２の周波数帯域において無指向性を得るために、前記第１および第２の周波数帯域の波長に対し十分小さい間隔で前記アンテナエレメントおよび前記第１の無給電エレメントと近接して配置され、
前記第１の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍であり、かつ前記第２の周波数帯域における１／２波長、またはその整数倍とは異なる実質等価電気長を有し、
前記第２の周波数帯域における前記アンテナエレメントのインピーダンスを制御するための、リアクタンス素子からなる第２の終端回路を介して、前記ホイップアンテナが前記無線機本体から引き出されたときに接地される接続部を有することを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置。
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