JP4175757B2 - デュアルモードアンテナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、1本のアンテナで第1周波数帯とこれの約2倍の周波数の第2周波数帯を送受信できるようにしたデュアルモードアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の1本のアンテナで2つの周波数帯を送受信できるデュアルモードアンテナの一例として、1本のコイル状アンテナの先端側部分のピッチを密とし基端側部分のピッチを粗とし、周波数の低い第1周波数帯に対しては全体がアンテナとして作用し、周波数の高い第2周波数帯に対しては基端側部分のみがアンテナとして作用するようにしたものがある。また、コイル状アンテナの軸心位置にポールアンテナを設け、コイル状アンテナとポールアンテナをそれぞれ第1周波数帯と第2周波数帯のアンテナとして作用させるようにしたものもある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の途中でピッチを換えるコイル状アンテナは、周波数が高い第2周波数帯では、アンテナ全体の一部分しかアンテナとして作用せず、それだけアンテナ利得が低いものとなる不具合がある。また、従来のコイル状アンテナの軸心位置にポールアンテナを組み合わせたものは、その機械的構造が複雑であるとともに、互いのアンテナが相互に干渉を生じさせ易く、所望のアンテナ特性を実験的に求めざるを得ず、設計の手間が煩雑である。
【0004】
本発明は、かかる従来技術の事情に鑑みてなされたもので、1本のアンテナエレメントとその基端に設ける整合回路とにより、2つの周波数帯を送受信できるデュアルモードアンテナを提供することを目的とする。
【0005】
【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、本発明のデュアルモードアンテナは、第1周波数帯とこれの約2倍の周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、垂直または傾けて配設され前記第1周波数帯の約1/4波長に設定されたアンテナエレメントの基端を、前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路を介してアンテナ入出力端に接続し、前記基端を整合回路と前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路とを順次に直列に介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記整合回路は信号経路に直列に介装されるインダクタンス素子を有し、前記アンテナエレメントと前記整合回路の前記インダンクタンス素子により前記第2周波数帯に対して約3/4波長のアンテナとして作用するように構成されている。
【0006】
そして、前記整合回路が、前記第1周波数帯の通過を阻止するトラップ回路を含んで構成しても良い。
【0007】
また、前記アンテナエレメントをポールアンテナで形成して構成することもできる。
【0008】
そしてまた、前記ポールアンテナを金属線材の筒状の編組線で外径を太く形成して構成することもできる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施例を図1ないし図4を参照して説明する。図1は、本発明のデュアルモードアンテナの第1実施例の電気的構造図である。図2は、図1のデュアルモードアンテナで第1周波数帯と第2周波数帯の電流分布を示す図である。図3は、図1のデュアルモードアンテナを車のボディーに取り付けるようにした構造の縦断面図である。図4は、第1実施例のデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードであり、(a)は820MHzを示し、(b)は1850MHzを示す。
【0010】
まず、本発明のデュアルモードアンテナの第1実施例にあっては、米国で利用されるAMPS(824〜894MHz)が第1周波数帯f1に、PCS(1850〜1990MHz)が第2周波数帯f2に設定されている。ここで、PCSの第2周波数帯f2は、AMPSの第1周波数帯f1の約2倍(2倍よりも少し高い2.2倍)の周波数である。そして、第1周波数帯f1の中心周波数に対して約1/4波長λ1の電気長に設定されたアンテナエレメントとしてのポールアンテナ10の基端10aが、第1周波数帯f1を通過させる第1フィルタ回路12を介してアンテナ入出力端14に接続される。また、ポールアンテナ10の基端10aが、整合回路16の一端に接続される。この整合回路16は、具体的には、直列接続されたインダクタンス素子Lとこれらとグランドとの間に生ずる浮遊容量Cfとで形成される。そして、整合回路16の他端16aが、第2周波数帯f2を通過させる第2フィルタ回路18を介してアンテナ入出力端14に接続される。
【0011】
かかる電気的構成において、第1周波数帯f1は、ポールアンテナ10の基端10aから第1フィルタ回路12を介してアンテナ入出力端14に至る経路を信号経路とし、ポールアンテナ10のみがアンテナとして作用し、約1/4波長λ1のアンテナとして作用する。これに対して、第2周波数帯f2は、ポールアンテナ10の基端10aから整合回路16と第2フィルタ回路18を順次に直列に介してアンテナ入出力端14に至る経路を信号経路とし、ポールアンテナ10と整合回路16の信号経路に直列に介装されるインダクタンス素子Lのインダクタンス成分とがアンテナとして作用し、全体として約3/4波長λ2のアンテナとして作用する。なお、整合回路16の信号経路に直列接続されているインダクタンス素子Lは、第2周波数帯f2に対して約1/4波長λ2の電気長であって、ポールアンテナ10と整合回路16の直列接続されているインダクタンス素子Lとで約3/4波長λ2となるように設定されていることは勿論である。そして、図2に示すごとく、第1実施例のデュアルモードアンテナの電流分布は、第1周端数帯f1に対して、ポールアンテナ10の基端10aが腹となって約1/4波長λ1で共振し、また第2周波数f2に対して、整合回路の他端16aが腹となって約3/4波長λ2で共振する。そこで、第1周波数帯f1および第2周波数帯f2のいずれであっても、アンテナ入出力端14におけるアンテナインピーダンスは小さなものとなり、給電線などに容易に整合を図ることができる。
【0012】
また、本発明のデュアルモードアンテナの機械的構造は、図3に示すごとく、ポールアンテナ10が、その外径を太く形成するために金属線材の筒状の編組線で形成されている。具体的一例としては、同軸ケーブルの編組線からなる外部導体を用いることができる。そして、その外側に、弾性を有する絶縁樹脂材からなるカバー部材20が被せられる。さらに、このポールアンテナ10の基端部が、車のボディーの外方に配設され得るマウント部材22に、傾き調整自在に連結されて、または垂直または適宜に傾けられて固定配設される。このマウント部材22の内部に、第1フィルタ回路12と整合回路16および第2フィルタ回路18が搭載された回路基板24が設けられ、ポールアンテナ10の基端に適宜に電気的接続されている。
【0013】
ここで、ポールアンテナ10の外径を太くするのは、このポールアンテナ10とマウント部材22が配設された車のボディーなどのグランドとの間に生ずる浮遊容量を、外径の細いものに比較して、より大きなものとするためである。そして、この浮遊容量の増加により、ポールアンテナ10のインダクタンス成分がより強く作用し、ポールアンテナ10の物理的長さは、同じ電気長であるならば外径の細いものよりも短くて足りる。この傾向は、周波数が高いほど顕著に現れる。そこで、ポールアンテナ10の外径を太くして、ポールアンテナ10の電気長を低い周波数の第1周波数帯f1の1/4波長λ1に設定するならば、ほぼ2倍の周波数である第2周波数帯f2に対しては、1/2波長λ2以上の電気長となる。したがって、ポールアンテナ10の外径を適宜に設定することで、整合回路16の作用とともに、低い周波数の第1周波数帯f1に対して約1/4波長λ1で、高い周波数の第2周波数帯f2に対して約3/4波長λ2に設定することが容易にできる。
【0014】
かかる構成の第1実施例において、発明者らの実験によれば、AMPSの820MHzで6.82dBの利得が得られるとともに、PCSの1850MHzで5.9dBの利得が得られた。また、このデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードは、図4(a)、(b)のごとく、AMPSの820MHzおよびPCSの1850MHzのいずれにおいてもピーク値の仰角が30度またはそれ以下であって、水平方向の利得も大きいものとなっている。もって、第1実施例では、AMPSおよびPCSのいずれをも送受できるとともに水平方向に利得が大きく、携帯電話機のデュアルモードアンテナとして好適である。
【0015】
さらに、欧州で利用されているGSM(880〜960MHz)が第1周波数帯f1に、DCS(1710〜1880MHz)が第2周波数f2に設定された場合も、上述した第1実施例と同様にして行った発明者らの実験で、アンテナ特性は同様に良好な結果が得られている。
【0016】
次に、本発明の第2実施例を図5を参照して説明する。図5は、本発明のデュアルモードアンテナの第2実施例の電気的構造図である。図5において、図1と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0017】
この本発明のデュアルモードアンテナの第2実施例にあっては、日本で利用されるPDC800(810〜960MHz)が第1周波数帯f1に、PDC1500(1429〜1501MHz)が第2周波数帯f2に設定されている。ここで、PDC1500の第2周波数帯f2は、PDC800の第1周波数帯f1のほぼ2倍弱(2倍よりも低い1.7倍)の周波数である。これは米国のAMPSとPCSおよび欧州のGSMとDCSのごとく第1周波数帯f1と第2周波数帯f2が約2倍またはそれ以上の周波数の違いがあるのに比較して、第1周波数帯f1と第2周波数帯f2との周波数の差がかなり少ない。
【0018】
図5に示す第2実施例で、図1に示す第1実施例と相違するところは、ポールアンテナ10の基端10aと第2フィルタ回路18の間に介装される整合回路30の構成にある。図5に示す整合回路30は、キャパシタンス素子Crとインダクタンス素子Lrの並列回路で第1周波数帯f1が並列共振して通過を阻止するトラップ回路32とこれに直列接続されるインダクタンス素子Lおよびこれらとグランドとの間に生ずる浮遊容量Cfとで形成される。なお、整合回路30に、第1周波数帯f1の通過を阻止するトラップ回路32が含まれていれば上記回路構成に限られるものでない。
【0019】
かかる構成にあっては、第1周波数帯f1と第2周波数帯f2の周波数差が少なくても、第1周波数帯f1が第2フィルタ回路18を含む信号経路を通過するようなことがなく、また第1周波数帯f1に対して整合回路30のインダクタンス素子L、Lrが作用するようなことがない。そして、第2周波数帯f2に対して、トラップ回路32とインダクタンス素子Lおよび浮遊容量Cfにより、ポールアンテナ10および整合回路30の全体で約3/4波長λ2のアンテナとして作用し、整合回路30の他端30aでは小さなインピーダンスとなる。そこで、第1実施例と同様に、第1周波数帯f1と第2周波数帯f2に対してともに充分な利得が得られ、しかも水平方向に高い利得の放射モードが得られる。
【0020】
なお、上記実施例の説明において、整合回路16、30に含まれる浮遊容量Cfに換えて集中定数のキャパシタンス素子を適宜に接続しても良い。また、第1フィルタ回路12と第2フィルタ回路18の構成は、上記実施例に限られるものでもない。そして、第1実施例を日本のPDC800とPDC1500に適用しても良く、第2実施例を米国のAMPSとPCSおよび欧州のGSMとDCSに適用しても良い。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデュアルモードアンテナは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【0022】
請求項1ないし3記載のいずれのデュアルモードアンテナにあっても、1本のアンテナにより第1周波数帯とこれの約2倍の周波数の第2周波数帯の2つの周波数帯を送受信することができ、しかも水平方向に大きな利得の放射モードが得られ、2つの周波数帯が存在する携帯電話機のアンテナとして好適である。。
【0023】
請求項4記載のデュアルモードアンテナにあっては、金属線材の筒状の編組線でポールアンテナを形成してその外径を太くするので、外径が太くても可撓性を備えることができ、ポールアンテナが破損されるようなことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデュアルモードアンテナの第1実施例の電気的構造図である。
【図2】図1のデュアルモードアンテナで第1周波数帯と第2周波数帯の電流分布を示す図である。
【図3】図1のデュアルモードアンテナを車のボディーに取り付けるようにした構造の縦断面図である。
【図4】第1実施例のデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードであり、(a)は820MHzを示し、(b)は1850MHzを示す。
【図5】本発明の第2実施例のデュアルモードアンテナの第2実施例の電気的構造図である。
【符号の説明】
10 ポールアンテナ
10a 基端
12 第1フィルタ回路
14 アンテナ入出力端
16、30 整合回路
18 第2フィルタ回路
32 トラップ回路
f1 第1周波数帯
f2 第2周波数帯
λ1 第1周波数帯の波長
λ2 第2周波数帯の波長
Cf 浮遊容量
Cr キャパシタンス素子
L、Lr インダクタンス素子
Claims (4)
- 第1周波数帯とこれの約2倍の周波数の第2周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、垂直または傾けて配設され前記第1周波数帯の約1/4波長に設定されたアンテナエレメントの基端を、前記第1周波数帯を通過させる第1フィルタ回路を介してアンテナ入出力端に接続し、前記基端を整合回路と前記第2周波数帯を通過させる第2フィルタ回路とを順次に直列に介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記整合回路は信号経路に直列に介装されるインダクタンス素子を有し、前記アンテナエレメントと前記整合回路の前記インダンクタンス素子により前記第2周波数帯に対して約3/4波長のアンテナとして作用するように構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
- 請求項1記載のデュアルモードアンテナにおいて、前記整合回路が、前記第1周波数帯の通過を阻止するトラップ回路を含んで構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
- 請求項1または2記載のデュアルモードアンテナにおいて、前記アンテナエレメントをポールアンテナで形成して構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
- 請求項3記載のデュアルモードアンテナにおいて、前記ポールアンテナを金属線材の筒状の編組線で外径を太く形成して構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
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