JP3926691B2

JP3926691B2 - デュアルバンドアンテナ

Info

Publication number: JP3926691B2
Application number: JP2002212382A
Authority: JP
Inventors: 浩嗣和田; 浩年水野
Original assignee: Yokowo Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP2004056559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低い周波数帯と、これの約２倍の周波数の高い周波数帯に、ともに使用できるデュアルバンドアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機の移動体通信用の周波数帯として、日本ではＰＤＣ８００（８１０〜９６０ＭＨｚ）とＰＤＣ１５００（１４２９〜１５０１ＭＨｚ）が使用され、米国ではＡＭＰＳ（８２４〜８９４ＭＨｚ）とＰＣＳ（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）が使用され、欧州ではＧＳＭ（８８０〜９６０ＭＨｚ）とＤＣＳ（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）が使用されている。そこで、携帯電話機のアンテナとして、その機器が使用される地域に応じたこれらの２周波数帯が送受信できることが望ましい。
【０００３】
ところで、実用新案登録第３０８４５５９号公報には、携帯電話機用のアンテナの一例が示される。この従来技術のアンテナ１０は、図１０に示すごとく、ヘリカルコイル部１２の先端を軸心方向に折り曲げるとともに、さらに軸心上でヘリカルコイル部１２の基端側に折り曲げて直線部１４を設けて構成されている。そして、低い周波数帯とこれより高い周波数帯のデュアルバンドで使用できることが示されている。
【０００４】
そこで、発明者らは、低い周波数帯がＰＤＣ８００となるように上記従来技術のアンテナ１０を製造して、そのアンテナ特性を実測したところ、図１１に示すごとく１７４０ＭＨｚを中心とする高い周波数帯を有するものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なアンテナにあっては、共振する低い周波数帯の約３倍の周波数の高い周波数帯でも使用できる。上記従来技術では、直線部１２を設けることで、高い周波数帯を低い周波数帯の３倍の周波数よりも低くすることができた。しかるに、高い周波数を、低い周波数の約２倍の周波数にまで下げることができない。このために、上記従来技術のアンテナ１０を、日本のＰＤＣ８００とＰＤＣ１５００や米国のＡＭＰＳとＰＣＳおよび欧州のＧＳＭとＤＣＳのごとく、低い周波数帯に対して高い周波数帯が約２倍の周波数の関係にあるデュアルバンドのアンテナとして使用することができない。
【０００６】
本発明は、上述のごとき事情に鑑みてなされたもので、高い周波数帯を低い周波数帯の約２倍に設定し得るデュアルバンドアンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のデュアルバンドアンテナは、第１のヘリカルコイル部の先端を折り返して、前記第１のヘリカルコイル部のピッチ間に同じ巻径とピッチで前記第１のヘリカルコイル部よりも短い第２のヘリカルコイル部を設け、前記第２のヘリカルコイル部の先端を軸心方向に折り曲げるとともにさらに前記軸心上で前記第１のヘリカルコイル部の基端側に向けて折り曲げて直線部となし、前記第１のヘリカルコイル部の基端から前記第２のヘリカルコイル部を介して前記直線部の先端までが、低い周波数帯の１／４波長の電気長であるとともに、前記低い周波数帯の約２倍の周波数の高い周波数帯の３／４波長の電気長となるように設定して構成されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図９を参照して説明する。図１は、本発明のデュアルバンドアンテナの実施例の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。図２は、図１のデュアルバンドアンテナをインサートして樹脂成形したアンテナアッシーであり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面矢視図である。図３は、図１のデュアルバンドアンテナのアンテナ特性図である。図４は、アンテナ特性を比較するための直線部を省いたアンテナの正面図である。図５は、図４のアンテナのアンテナ特性図である。図６は、図１のデュアルバンドアンテナの電流分布を示す図であり、（ａ）は１５００ＭＨｚ帯を示し、（ｂ）は８００ＭＨｚ帯を示す。図７は、図４のアンテナの電流分布を示す図であり、（ａ）は１５００ＭＨｚ帯を示し、（ｂ）は８００ＭＨｚ帯を示す。図８は、アンテナ特性を比較するために第１のヘリカルコイル部の巻数を少なくした、デュアルバンドアンテナのアンテナ特性図である。図９は、アンテナ特性を比較するために図８のデュアルバンドアンテナの第２のヘリカルコイル部の巻数を多くしたデュアルバンドアンテナのアンテナ特性図である。
【０００９】
まず、本発明のデュアルバンドアンテナ２０は、図１に示すごとく、長い第１のヘリカルコイル部２２の先端が、約９０°ずつ２回折り曲げられて１８０°反転され、第１のヘリカルコイル部２２のピッチの中間位置に同じ巻径とピッチで第２のヘリカルコイル部２４が設けられる。この第２のヘリカルコイル部２４は、第１のヘリカルコイル部２２よりも短い。そして、第２のヘリカルコイル部２４の先端がコイルの軸心方向に折り曲げられ、さらに軸心で第１のヘリカルコイル部２２の基端側に向けて折り曲げられて軸心上に直線部２６が設けられる。この直線部２６の先端は、第１のヘリカルコイル部２２の基端側近くまで伸ばされている。この本発明のデュアルバンドアンテナ２０は、第１のヘリカルコイル部２２の基端から第２のヘリカルコイル部２４を介して直線部２６の先端までが、低い周波数帯の１／４波長の電気長であるとともに、この低い周波数帯の約２倍の周波数の高い周波数帯の３／４波長の電気長となるように設定される。
【００１０】
そして、図１に示すデュアルバンドアンテナ２０は、導電線によって形成されるが、外部からの機械的力によって容易に変形され易い。そこで、図２に示すごとく、デュアルバンドアンテナ２０を金型にインサートして、絶縁樹脂によりボビン２８を一体にインサート成形してアンテナアッシー３０が形成され、容易に変形しないようになされる。
【００１１】
ここで、本発明のデュアルバンドアンテナ２０内が、図１に示すごとく、コイル内側が空の状態と、図２に示すごとく、絶縁樹脂により充満された状態とでは、空気と樹脂の誘電率との違いから、当然にアンテナ特性が変化する。そこで、図２のごとく、アンテナアッシー３０を構成した状態で、低い周波数帯をＰＤＣ８００に設定するとともに高い周波数帯をＰＤＣ１５００に設定するために実験による試行錯誤から求められた一例は、図１における第１のヘリカルコイル部２２の巻数ａは約５・５／８ターンであり、第２のヘリカルコイル部２４の巻数ｂは約１・３／８ターンであり、直線部２６の長さｃは７ｍｍである。なお、導電線の径は０．５ｍｍであり、巻き外径が５ｍｍであり、第１のヘリカルコイル部２２のピッチは２．５ｍｍであり、ボビン２８の樹脂の誘電率は約３である。
【００１２】
また、本発明のデュアルバンドアンテナ２０内が、図１に示すごとくコイル内側が空の状態であれば、低い周波数帯をＰＤＣ８００に設定するとともに高い周波数帯をＰＤＣ１５００に設定するためには、第１のヘリカルコイル部２２の巻数ａは７ターンであり、第２のヘリカルコイル部２４の巻数ｂは２・１／４ターンであり、直線部２６の長さｃは６ｍｍである。なお、導電線の巻き外径およびピッチは、図２と同じである。そして、このコイル内側が空の状態の本発明のデュアルバンドアンテナ２０のアンテナ特性は、図３に示すごとく、低い周波数帯としてのＰＤＣ８００の帯域においてＶＳＷＲが約３以下であり、また高い周波数帯としてのＰＤＣ１５００の帯域においてＶＳＷＲが約２．６以下である。そこで、ＰＤＣ８００と、これに対して約２倍の周波数のＰＤＣ１５００との２つの周波数帯において優れたアンテナ特性が得られている。
【００１３】
本発明のデュアルバンドアンテナ２０の各部の巻数および寸法を設定するには、実際にはトライアンドエラーで最適値を求めている。そこで、このトライアンドエラーを行うにあたり、巻数および寸法を変化させたときのアンテナ特性に対する影響を、以下説明する。
【００１４】
まず、直線部２６の影響を調べるために、図４に示すごとく、第１のヘリカルコイル部２２と第２のヘリカルコイル２４が設けられ、直線部２６が省かれたアンテナ４０を製作した。このアンテナ４０は、低い周波数帯をＰＤＣ８００とすべく、省かれた直線部２６を補うように第２のヘリカルコイル部２４の巻数ｂを２・１／２ターンとしている。巻数ａは７ターンのままである。そして、アンテナ特性を実測したところ、図５に示すごとく、ＰＤＣ１５００の帯域幅の両端ではＶＳＷＲが約３．６と、図３に示すアンテナ特性よりも、高い周波数帯でアンテナ特性が悪化している。しかも、図１の本発明のデュアルバンドアンテナ１０では、８８５ＭＨｚで利得が２．３ｄＢであり１４６５ＭＨｚで利得が１．８ｄＢであったものが、図４のアンテナ４０では、８８５ＭＨｚで利得が２．３ｄＢと変化しないが、１４６５ＭＨｚでは利得が０．７ｄＢと劣化している。してみると、本発明のデュアルバンドアンテナ１０において、直線部２６は、高い周波数帯の帯域幅の拡大と利得の向上に寄与するものと考えられる。
【００１５】
ここで、電流分布を考えるならば、図１の本発明のデュアルバンドアンテナ１０にあっては、図６に示すごときものであり、図４のアンテナ４０にあっては、図７に示すごときものである。これらの図６と図７を比較するならば、（ａ）の１５００ＭＨｚ帯の電流分布において、基端から１／４波長の位置までの高さが、図７より図６が高いものとなっている。なお、（ｂ）の８００ＭＨｚ帯の電流分布にあっては、逆に基端から１／４波長の位置の高さが、図６より図７で高いものとなっている。
【００１６】
そこで、本発明のデュアルバンドアンテナ１０は、直線部２６を設けることで、この直線部２６と第１ヘリカルコイル部２２の基端側とが容量結合し、その結果として高い周波数帯を低い周波数帯の通常の３倍から約２倍まで下げることができるとともに、基端部から１／４波長までの位置が高くなってデュアルバンドアンテナ１０の上部分からの放射を大とし、もって帯域幅の拡大と利得の向上が図られると考えられる。
部の巻数を多くしたデュアルバンドアンテナのアンテナ特性図である。
【００１７】
さらに、第１のヘリカルコイル部２２の巻数ａによるアンテナ特性を調べるために、その巻数ａを７から６ターンと少なくしたアンテナを製作し、そのアンテナ特性を調べた。図８に示すごとく、全体として図３と比較して高い周波数方向にずれている。そこで、図８に示すアンテナ特性は、低い周波数帯および高い周波数帯のそれぞれの中心周波数がＰＤＣ８００およびＰＤＣ１５００の中心周波数から高い方向にずれる。特に、高い周波数帯においてその影響が大きい。
【００１８】
さらに、第２のヘリカルコイル部２４の巻数ｂによるアンテナ特性を調べるために、その巻数ｂを２・１／４から２・３／４ターンに多くしたアンテナを製作し、そのアンテナ特性を調べた。なお、第１のヘリカルコイル部２２の巻数は６ターンのままである。図９に示すごとく、低い周波数帯は、図８とほぼ同じであるが、高い周波数帯が図８に比べて低くなり、ほぼＰＤＣ１５００の周波数帯と一致している。
【００１９】
これらのことから、本発明のデュアルバンドアンテナ１０にあっては、第１のヘリカルコイル部２２の巻数ａを変化させることで、低い周波数帯を調整するすることができ、第２のヘリカルコイル部２４の巻数ｂを変化させることで、高い周波数帯を調整することができ、直線部２６の長さｃを変化させることで、高い周波数帯の帯域幅と利得を調整することができる。なお、本発明のデュアルバンドアンテナ１０を設定する作業において、これらの巻数ａ，ｂおよび長さｃは、その変化による影響が現実的には相互にあり、これらの要素を調整しながら最適値を見いだす必要がある。
【００２０】
なお、上記実施例の説明は、低い周波数帯と高い周波数帯をそれぞれＰＤＣ８００とＰＤＣ１５００に対応するようにしたものであるが、これに限られず、ＡＭＰＳとＰＣＳ、またはＧＳＭとＤＣＳにそれぞれ対応するようにしても良いことは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデュアルバンドアンテナは構成されているので、下記のごとき格別な効果を奏する。
【００２２】
請求項１記載のデュアルバンドにあっては、低い周波数帯に対して、約２倍の周波数に高い周波数帯を設定することができる。しかも、高い周波数帯の帯域幅が広くまた利得も優れたアンテナ特性が得られる。そこで、ＰＤＣ８００とＰＤＣ１５００、ＡＭＰＳとＰＣＳ、ＧＳＭとＤＣＳのごとく、周波数が約２倍の関係にある２つの周波数帯が使用される携帯電話機のアンテナとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデュアルバンドアンテナの実施例の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。
【図２】図１のデュアルバンドアンテナをインサートして樹脂成形したアンテナアッシーであり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面矢視図である。
【図３】図１のデュアルバンドアンテナのアンテナ特性図である。
【図４】アンテナ特性を比較するための直線部を省いたアンテナの正面図である。
【図５】図４のアンテナのアンテナ特性図である。
【図６】図１のデュアルバンドアンテナの電流分布を示す図であり、（ａ）は１５００ＭＨｚ帯を示し、（ｂ）は８００ＭＨｚ帯を示す。
【図７】図４のアンテナの電流分布を示す図であり、（ａ）は１５００ＭＨｚ帯を示し、（ｂ）は８００ＭＨｚ帯を示す。
【図８】アンテナ特性を比較するために第１のヘリカルコイル部の巻数を少なくした、デュアルバンドアンテナのアンテナ特性図である。
【図９】アンテナ特性を比較するために図８のデュアルバンドアンテナの第２のヘリカルコイル部の巻数を多くしたデュアルバンドアンテナのアンテナ特性図である。
【図１０】従来のアンテナの一例を示す正面図である。
【図１１】図１０に示す従来のアンテナのアンテナ特性図である。
【符号の説明】
１０，４０アンテナ
１２ヘリカルコイル部
１４，２６直線部
２０デュアルバンドアンテナ
２２第１のヘリカルコイル部
２４第２のヘリカルコイル部

Claims

第１のヘリカルコイル部の先端を折り返して、前記第１のヘリカルコイル部のピッチ間に同じ巻径とピッチで前記第１のヘリカルコイル部よりも短い第２のヘリカルコイル部を設け、前記第２のヘリカルコイル部の先端を軸心方向に折り曲げるとともにさらに前記軸心上で前記第１のヘリカルコイル部の基端側に向けて折り曲げて直線部となし、前記第１のヘリカルコイル部の基端から前記第２のヘリカルコイル部を介して前記直線部の先端までが、低い周波数帯の１／４波長の電気長であるとともに、前記低い周波数帯の約２倍の周波数の高い周波数帯の３／４波長の電気長となるように設定して構成したことを特徴とするデュアルバンドアンテナ。
請求項１記載のデュアルバンドアンテナにおいて、前記低い周波数帯を日本における携帯電話機の周波数帯のＰＤＣ８００に設定し、前記高い周波数帯をＰＤＣ１５００に設定して構成したことを特徴とするデュアルバンドアンテナ。