JP5028720B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、携帯無線機用のアンテナ装置に関し、特に複数の周波数において共振するアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯無線機は筐体の上部にアンテナを設け、アンテナにより電波を放射、捕捉して送受信動作をしている。また、携帯電話機では、上部にヘリカルアンテナと、下部にホイップアンテナ（棒状アンテナ）とを備えたアンテナを、筐体から伸縮可能に設け、アンテナの伸長時の利得を増大させ、アンテナ収納時の筐体からのアンテナの突出量を小さくするように構成されたものがある。また、近年の携帯無線機は複数の無線通信システムに対応しているものもあり、このような携帯電話機用のアンテナは複数の周波数帯域で共振する特性を有する。
【０００３】
このため、図９に示すように、巻ピッチの異なる巻線を同軸状に配置したヘリカルアンテナが提案されている（例えば、特開平１０−２２７３０号公報）。この従来のヘリカルアンテナは、巻き回された第１のヘリカルアンテナエレメントと第２のヘリカルアンテナエレメントとがカバー内に収容されており、第１のヘリカルアンテナエレメントと第２のヘリカルアンテナエレメントとが取付金具に接続されている。
【０００４】
この従来のアンテナの等価回路は、図９（ｂ）に示すように、第１のヘリカルアンテナエレメントと第２のヘリカルアンテナエレメントとが直接的に接続されて、両方のヘリカルアンテナエレメントに給電されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のヘリカルアンテナでは、アンテナの特性を調整するために巻線ピッチと巻数とを変化させる。例えば、巻線ピッチを広くすると共振周波数での帯域幅が広くなる。このとき、アンテナの全長を変えないで巻線ピッチを変えると、巻数が変わってしまい、アンテナエレメントの電気長が変化することから、共振周波数も変わってしまう。
【０００６】
そして、図９に示すヘリカルアンテナでは、二つのヘリカルアンテナエレメントが直流的に接続されているので、一方のヘリカルアンテナエレメントの構成（巻ピッチ、巻数）を変えて、アンテナ特性を変化させると、他方のヘリカルアンテナエレメントの特性が変化して、両者を最適な特性に調整することが困難であった。
【０００７】
また、この従来のヘリカルアンテナは、給電部に常時接続されていることから、４分の１波長で共振するものであり、他の共振モードで共振させようとすると周波数毎に整合回路を設ける必要があった。すなわち、このヘリカルアンテナをロッド状アンテナの先端に配設した場合（例えば、特開平１０−２２７３０号公報の図３）、特定の関係にある周波数（１．５ＧＨｚに対してλ／４で、１．９ＧＨｚに対して３λ／８で共振する）しか、このアンテナを適用することはできなかった。特に、周波数が略２倍の関係にあるときは、いずれ周波数においても、アンテナエレメントは端部から給電されるので、λ／２の共振条件を実現することが困難であった。
【０００８】
本発明は、複数のヘリカル部を有するアンテナ装置において、アンテナ特性を改善することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置され、前記第１のヘリカル部に給電する接続部とを有するアンテナ装置において、前記接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、少なくとも一部が筐体内に収納可能な棒状アンテナと、前記棒状アンテナの上方で前記棒状アンテナと絶縁されて配置されたヘリカルアンテナとを有し、前記棒状アンテナが筐体から引き出された状態では前記棒状アンテナの下部に設けられた第１の接続部に給電され、前記棒状アンテナが筐体内に収納された状態では前記ヘリカルアンテナの下部に設けられた第２の接続部に給電されるアンテナ装置において、前記ヘリカルアンテナは、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置されて成り、前記第２の接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記棒状アンテナは、前記第１の共振周波数において略４分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明において、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において、前記第１の共振周波数と異なる整合条件を提供する整合回路を介して給電されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の作用および効果】
第１の発明では、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置され、前記第１のヘリカル部に給電する接続部とを有するアンテナ装置において、前記接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、二つのヘリカルアンテナの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００２３】
また、前記第１のヘリカル部はその一端から給電され、前記第２のヘリカル部はその両端が開放されているので、第１のヘリカル部は略４分の１波長で、第２のヘリカル部は略２分の１波長で共振させることができる。
【００２４】
また、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されているので、第２のヘリカル部を、第１のヘリカル部との相互作用によって共振させることができる。
【００２５】
また、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において、前記第１のヘリカル部との相互作用によって共振するので、第２の共振周波数における、第２のヘリカルアンテナの電気長を長くすることができる。
【００２６】
また、前記第１のヘリカル部は一端に給電されていることから、第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は両端が開放されていることから、第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、両方の周波数で適切な整合をとることができ、第１の共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００２７】
第２の発明では、少なくとも一部が筐体内に収納可能な棒状アンテナと、前記棒状アンテナの上方で前記棒状アンテナと絶縁されて配置されたヘリカルアンテナとを有し、前記棒状アンテナが筐体から引き出された状態では前記棒状アンテナの下部に設けられた第１の接続部に給電され、前記棒状アンテナが筐体内に収納された状態では前記ヘリカルアンテナの下部に設けられた第２の接続部に給電されるアンテナ装置において、前記ヘリカルアンテナは、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置されて成り、前記第２の接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、一方のヘリカルアンテナの構成（巻ピッチ、巻数）を変えても、他方のヘリカルアンテナの特性への影響が少ないので、ヘリカルアンテナの構成を変更することで、二つのヘリカルアンテナの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００２８】
また、前記第１のヘリカル部はその一端から給電され、前記第２のヘリカル部はその両端が開放されているので、第１のヘリカル部は略４分の１波長で、第２のヘリカル部は略２分の１波長で共振させることができる。
【００２９】
また、前記第１のヘリカル部は前記第２のヘリカル部の内側に配置されているので、第２のヘリカル部を、第１のヘリカル部との相互作用によって共振させることができる。
【００３０】
また、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において、前記第１のヘリカル部との相互作用によって共振するので、第２の共振周波数における、第２のヘリカルアンテナの電気長を長くすることができる。
【００３１】
また、前記第１のヘリカル部は一端に給電されていることから、第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は両端が開放されていることから、第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、両方の周波数で適切な整合をとることができ、第１の共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００３２】
第３の発明では、前記棒状アンテナは前記第１の共振周波数において略４分の１波長で共振するように構成したので、棒状アンテナを小型にすることができる。
【００３３】
第４の発明では、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、第１の共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、棒状アンテナが双方の周波数で良好に動作させることができる。
【００３４】
第５の発明では、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において、前記第１の共振周波数と異なる整合条件を提供する整合回路を介して給電されるので、第２の共振周波数における棒状アンテナのインピーダンスが完全に整合していない場合でも、良好な整合条件で動作するアンテナ装置が得られる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施の形態のヘリカルアンテナの部分断面図である。本図の中心の一点鎖線より右側に断面を示す。
【００３７】
本実施の形態のヘリカルアンテナには、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂが設けられており、第２コイルエレメント１１Ｂは第２コイルエレメント１１Ａの外側に、第１コイルエレメント１１Ａと同軸状に設けられている。また、内側の第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチは、外側の第２コイルエレメント１１Ｂより小さくなっているが、両者の巻ピッチの関係はこれに限るものではなく、第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチの方を大きくしても、両者の巻ピッチを等しくしてもよい。
【００３８】
また、コイルエレメント１１Ａ、１１Ｂの外側に合成樹脂製のカバー１２が設けられている。
【００３９】
金具１３は、カバー１２の下部に設けられている。また、金具１３は、第１コイルエレメント１１Ａと直流的に接続されており、携帯無線機の無線部に接続されて、コイルエレメント１１Ａ、Ｂに高周波信号を供給する給電金具として機能している。
【００４０】
次に、第１の実施の形態のヘリカルアンテナの動作について説明する。前述したように、第１コイルエレメント１１Ａは金具１３に接続されて給電される。また、第２コイルエレメント１１Ｂは、金具１３に直接接続されていないが、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合している。よって、第２コイルエレメント１１Ｂに対しては、金具１３、第１コイルエレメント１１Ａを介して給電がされる。
【００４１】
内側に配置された第１コイルエレメント１１Ａは、第１共振周波数（ｆＬ）で共振する電気長で構成されており、一端に接続された金具から給電されることから、第１共振周波数（ｆＬ）で約１／４波長で動作する。
【００４２】
また、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているが、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数（ｆＨ）で共振するように構成されているので、第１共振周波数（ｆＬ）ではインピーダンスが大きくなる。よって、第１共振周波数（ｆＬ）では、第２コイルエレメント１１Ｂが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第２コイルエレメント１１Ｂは動作していない。
【００４３】
一方、外側に配置された第２コイルエレメント１１Ｂは、第２共振周波数（ｆＨ）で共振する電気長で構成されいる。そして、第２コイルエレメント１１Ｂは両端が開放されることから、第２共振周波数（ｆＨ）で約１／２波長で共振して動作する。
【００４４】
このとき、第２コイルエレメント１１Ｂと金具１３とは直接接続されていないが、金具１３と接続している第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合しているので、金具１３に供給された高周波電流は、第１コイルエレメント１１Ａを介して第２コイルエレメント１１Ｂに供給される。
【００４５】
また、第１コイルエレメント１１Ａは第２コイルエレメント１１Ｂの内側に設けられているが、第１コイルエレメント１１Ａは第１共振周波数（ｆＬ）で共振するように構成されているので、第２共振周波数（ｆＨ）ではインピーダンスが大きくなる。よって、第２共振周波数（ｆＨ）では、第１コイルエレメント１１Ａが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第１コイルエレメント１１Ａは動作していない。
【００４６】
本実施の形態では、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを内側に配置するとともに、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを外側に配置したが、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを外側に配置し、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを内側に配置してもよい。
【００４７】
このように、第１の実施の形態のヘリカルアンテナは、第１コイルエレメント１１Ａと、第１コイルエレメント１１Ａと異径の第２コイルエレメント１１Ｂとで構成され、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に同軸状に、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとが容量結合する位置に配置され、給電端子として機能する金具１３を有し、金具１３は第１コイルエレメント１１Ａのみに直接（直流的に）接続されることによって給電されると共に、第２コイルエレメント１１Ｂは金具１３に直接接続されることなく、前記容量結合にによって、第１コイルエレメントを経由して給電されるので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとの結合が弱いことから、一方のコイルエレメントの構成（巻ピッチ、巻数）を変えても、他方のコイルエレメントの特性への影響が少ないので、コイルエレメントの構成を変更することで、二つのコイルエレメントの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００４８】
また、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａとの相互作用によって共振するので、第２共振周波数における第２のヘリカルアンテナの電気長を長くして、両者の共振条件を近づけることができる。
【００４９】
また、第１コイルエレメント１１Ａは一端から給電されており、第２コイルエレメント１１Ｂは両端が開放されていることから、第１コイルエレメント１１Ａは第１共振周波数において略４分の１波長で共振し、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数において略２分の１波長で共振するので、第１共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で適切な整合をとることができ、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００５０】
図２は、本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの伸長時の側面図である。本実施の形態のホイップアンテナは、第１の実施の形態のヘリカルアンテナの下部に棒状アンテナを設けた伸縮式のホイップアンテナである。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナは、上部にヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）を有する上部エレメント１０と、上部エレメントの下部に配置される下部エレメント３０とで構成されている、いわゆる２段伸縮式ホイップアンテナである。上部エレメント１０と下部エレメント３０とは、下部エレメント３０の先端に固定されたジョイント金具３１で接続され、上部エレメント１０が下部エレメント３０内に収納可能に構成されている。
【００５２】
上部エレメント１０は棒状導体１５を中心に構成されており、この棒状導体１５は望ましくは超弾性合金で形成すると曲げ応力に対して変形しにくいエレメントが得られる。棒状導体１５は、絶縁性を有する合成樹脂製のチューブ１６により周囲を覆われて、導電性の金属製エレメントを構成する棒状導体１５が露出しないように構成されている。
【００５３】
上部エレメント１０の上端には、合成樹脂製のカバー１２の内部に第１コイルエレメント１１Ａ及び第２コイルエレメント１１Ｂからなるコイルエレメント１１が設けられている。この第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは同軸状に設けられている。
【００５４】
カバー１２の下部には、上部エレメント１０より太径な金具１３が設けられている。この金具１３はコイルエレメント１１と接続されており、アンテナ収納時に携帯無線機の筐体１に取り付けられたサポート５０と接触して、コイルエレメント１１に高周波信号を供給する給電金具として機能している。
【００５５】
金具１３の内側には合成樹脂製のジョイント１４が設けられており、棒状導体１５と金具１３とを絶縁して固定している。すなわち、ジョイント１４によって、コイルエレメント１１Ｂと棒状導体１５（棒状アンテナ）とが絶縁されて接続されている。
【００５６】
下部エレメント３０は金属製の線材を螺旋状に巻き回して中空の筒状のエレメントが構成されている。そして、上部エレメント１０の下端が下部エレメント３０の内壁と接触しながら、上部エレメント１０が下部エレメント３０内を摺動して出し入れ可能なように構成されている。このように上部エレメント１０の棒状導体１５と下部エレメント３０とが電気的に接触することで棒状アンテナを構成している。
【００５７】
下部エレメント３０を構成する線材は、ホイップアンテナの伸縮方向が長径（エレメントの径方向が短径）となる小判状の断面形状をしており、線材の断面積を小さくしないでホイップアンテナの強度を確保しつつ、下部エレメント３０の外径を細く内径を大きくするように構成されている。下部エレメント３０の周囲は絶縁性を有する合成樹脂製のチューブ３３により、導電性を有する線材が露出しないように覆われている。
【００５８】
下部エレメント３０の上端にはジョイント金具３１が固着されており、上部エレメント１０の下部に取り付けられているワッシャと当接することにより、上部エレメント１０の上方向への摺動を制限して、上部エレメント１０が下部エレメント３０から抜けて脱落しないように構成されている。
【００５９】
下部エレメント３０の下端には、下部エレメント３０より太径の金具３４が設けられており、アンテナ伸長時に筐体１に取り付けられたサポート５０と金具３４とが接触することによって、下部エレメント３０に高周波信号を供給する給電金具として機能している。
【００６０】
サポート５０は携帯無線機の筐体１（筐体表面を破線で示す）に取り付けられており、携帯無線機の送受信部に電気的に接続されており、ホイップアンテナに対して給電する給電用接点として機能する。このサポート５０はアンテナ伸長時には下部エレメント３０の下部に位置し、金具３４と接触して下部エレメント３０に給電している。また、アンテナ収納時には、サポート５０はコイルエレメント１１の下部に位置し、金具１３と接触してコイルエレメント１１に給電している。
【００６１】
図３は、本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナ先端部のヘリカルアンテナの部分断面図である。本図の中心の一点鎖線より右側に断面を示す。
【００６２】
コイルエレメント１１は、第１コイルエレメント１１Ａ、第２コイルエレメント１１Ｂ、合成樹脂製カバー１２、金具１３によって構成されている。また、コイルエレメント１１は合成樹脂製ジョイント１４によって、棒状アンテナ（棒状導体１５によって構成されるからなる上部エレメント）と絶縁状態で接続されている。
【００６３】
前述したように、第１コイルエレメント１１Ａは、第２コイルエレメント１１Ｂの内側に、第２コイルエレメント１１Ｂと同軸状に設けられている。そして、本実施の形態では、内側の第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチは、外側の第２コイルエレメント１１Ｂより小さくなっているが、両者の巻ピッチの関係はこれに限るものではなく、第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチの方を大きくしても、両者の巻ピッチを等しくしてもよい。
【００６４】
第１コイルエレメント１１Ａは、その下端が金具１３に直流的に接続されている。そして、アンテナ収納時に、第１コイルエレメント１１Ａは金具１３を介して給電されている。また、第２コイルエレメント１１Ｂは、金具１３に接続されていないが、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合している。よって、第２コイルエレメント１１Ｂに対しては、金具１３、第１コイルエレメント１１Ａを介して給電がされる。
【００６５】
金具１３の内側には合成樹脂製のジョイント１４が設けられており、ジョイント１４によってコイルエレメント１１Ｂと棒状導体１５とが絶縁されて接続されている。
【００６６】
ジョイント１４の下方には、棒状導体１５が設けられている。この棒状導体１５の周囲は、絶縁性を有する合成樹脂製のチューブ１６により、導電性の金属製エレメントを構成する棒状導体１５が露出しないように覆われている。
【００６７】
本実施の形態では、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを内側に配置するとともに、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを外側に配置したが、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを外側に配置し、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを内側に配置してもよい。
【００６８】
図４は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの伸長状態で第１共振周波数（ｆＬ）において共振している様子を示す。
【００６９】
図４に示す状態では、アンテナは伸長状態にあるため、アンテナ下部の金具３４が携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、棒状導体１５と下部エレメント３０とで構成される棒状アンテナの下部から給電され、棒状アンテナは第１共振周波数（ｆＬ）の約１／４波長で共振する。
【００７０】
一方、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）は棒状アンテナ１５、３０の上部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されて設けられているので、無線部から供給された高周波電流はコイルエレメント１１に流れることがなく、アンテナ伸長時にはコイルエレメント１１は動作していない。
【００７１】
図５は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの収納状態で第１共振周波数（ｆＬ）において共振している様子を示す。
【００７２】
図５に示す状態では、アンテナは収納状態にあるため、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）下部の金具１３が、携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、コイルエレメント１１に給電され、コイルエレメント１１のうち、内側に配置された第１コイルエレメント１１Ａが下端から給電され、第１共振周波数（ｆＬ）の約１／４波長で共振している。
【００７３】
一方、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているが、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数（ｆＨ）で共振するように構成されているので、第１共振周波数（ｆＬ）ではインピーダンスが大きくなる。よって、第１共振周波数（ｆＬ）では、第２コイルエレメント１１Ｂが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第２コイルエレメント１１Ｂは動作していない。
【００７４】
また、棒状アンテナ１５、３０はヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）の下部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されているので、無線部から供給された高周波電流は棒状アンテナ１５、３０に流れることがなく、アンテナ収納時には棒状アンテナ１５、３０は動作していない。
【００７５】
図６は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの伸長状態で第２共振周波数（ｆＨ）において共振している様子を示す。
【００７６】
図６に示す状態では、アンテナは伸長状態にあるため、アンテナ下部の金具３４が携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、棒状導体１５と下部エレメント３０とで構成される棒状アンテナの下部から給電され、棒状アンテナは第２共振周波数（ｆＨ）の約１／２波長で共振する。すなわち、本発明の第２の実施の形態では、第１共振周波数（ｆＬ）と第２共振周波数（ｆＨ）とは約２倍（ｆＨ＝２×ｆＬ）の関係にある。
【００７７】
一方、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）は棒状アンテナ１５、３０の上部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されて設けられているので、無線部から供給された高周波電流はコイルエレメント１１に流れることがなく、図４にて説明した、第１共振周波数（ｆＬ）における共振状態と同様に、アンテナ伸長時にはコイルエレメント１１は動作していない。
【００７８】
図７は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの収納状態で第１共振周波数（ｆＨ）において共振している様子を示す。
【００７９】
図７に示す状態では、アンテナは収納状態にあるため、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）下部の金具１３が、携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、コイルエレメント１１に給電され、コイルエレメント１１のうち、外側に配置された第２コイルエレメント１１Ｂが第２共振周波数（ｆＨ）の約１／２波長で共振している。このとき、第２コイルエレメント１１Ｂは金具１３と直接接続されていないが、金具１３と接続している第１コイルエレメント１１Ａ（点線で示す）と、第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合しているので、金具１３に供給された高周波電流は、第１コイルエレメント１１Ａを介して第２コイルエレメント１１Ｂに供給され、第２共振周波数（ｆＨ）では第２コイルエレメント１１Ｂが動作している。
【００８０】
一方、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているが、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数（ｆＬ）で共振するように構成されているので、第２共振周波数（ｆＨ）ではインピーダンスが大きくり。よって、第２共振周波数（ｆＨ）では、第１コイルエレメント１１Ａが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第１コイルエレメント１１Ａは動作していない。
【００８１】
また、棒状アンテナ１５、３０はヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）の下部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されているので、無線部から供給された高周波電流は棒状アンテナ１５、３０に流れることがなく、アンテナ収納時には棒状アンテナ１５、３０は動作していない。
【００８２】
図８は、第２の実施の形態のホイップアンテナを携帯無線機に適用した場合の整合回路の応用例を示すブロック図である。
【００８３】
以上説明した第２の実施の形態のホイップアンテナでは、第１共振周波数において１／４波長で共振しており、第２共振周波数において１／２波長で共振しているので、第１共振周波数と第２共振周波数とでは、整合条件が異なる。よって、本実施の形態では、周波数毎に整合条件を変えるために、アンテナと無線部との間に、第２の共振周波数において機能する整合回路を設けている。
【００８４】
すなわち、無線部と整合回路の間に設けられている切替スイッチは、第１の共振周波数では整合回路を介さないように接続され、第２の共振周波数では整合回路を介するように接続されている。よって、第２共振周波数において、第２の実施の形態に係るアンテナは、第１共振周波数と異なる整合条件を提供する整合回路を介して給電されるので、共振周波数毎に適切な整合条件でアンテナを動作させることができる。
【００８５】
また、第２の実施の形態のホイップアンテナでは、アンテナ収納時に動作するコイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａとの相互作用において共振しているので、アンテナの構成によっては、１／２波長アンテナのインピーダンスからズレて、１／４波長アンテナのインピーダンスに近い特性を有する。
この場合は、無線部と整合回路の間に設けられている切替スイッチを、第２共振周波数の伸張時のみに整合回路を介するように切り替えて、整合回路を介して給電する。そして、それ以外の（第１共振周波数、第２共振周波数の収納時）場合は、無線部は、直接アンテナに接続される。よって、第２の共振周波数における棒状アンテナのインピーダンスが完全に整合していない場合でも、共振周波数毎に適切な整合条件でアンテナを動作させることができる。
【００８６】
このように、本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナでは、少なくとも一部が筐体内に収納可能な棒状アンテナ（棒状導体１５及び下部エレメント３０）と、棒状アンテナの上方で棒状アンテナと絶縁されて配置されたヘリカルアンテナ１１とを有し、棒状アンテナが筐体から引き出された状態では金具３４に給電され、棒状アンテナが筐体内に収納された状態では金具１３に給電されるように構成され、ヘリカルアンテナ１１は、第１コイルエレメント１１Ａと、第１コイルエレメント１１Ａと異径の第２コイルエレメント１１Ｂとで構成され、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に同軸状に、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとが容量結合する位置に配置され、給電端子として機能する金具１３を有し、金具１３は第１コイルエレメント１１Ａのみに直接（直流的に）接続されることによって給電されると共に、第２コイルエレメント１１Ｂは金具１３に直接接続されることなく、前記容量結合にによって、第１コイルエレメントを経由して給電されるので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとの結合が弱いことから、一方のコイルエレメントの構成（巻ピッチ、巻数）を変えても、他方のコイルエレメントの特性への影響が少ないので、コイルエレメントの構成を変更することで、二つのコイルエレメントの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００８７】
また、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａとの相互作用によって共振するので、第２共振周波数における第２のヘリカルアンテナの電気長を長くして、両者の共振条件を近づけることができる。
【００８８】
また、第１コイルエレメント１１Ａは一端から給電されており、第２コイルエレメント１１Ｂは両端が開放されていることから、第１コイルエレメント１１Ａは第１共振周波数において略４分の１波長で共振し、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数において略２分の１波長で共振するので、第１共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で適切な整合をとることができ、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態のヘリカルアンテナの部分断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの側面図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの部分断面図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図８】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの応用例の周辺のブロック図である。
【図９】 従来のアンテナの断面図である。
【符号の説明】
１ 携帯無線機（筐体）
１０ 上部エレメント
１１ コイルエレメント
１１Ａ 第１コイルエレメント
１１Ｂ 第２コイルエレメント
１２ カバー
１３ 金具
１４ ジョイント
１５ 棒状導体
１６ チューブ
３０ 下部エレメント
３１ ジョイント金具
３２ 線材
３３ チューブ
３４ 金具
５０ サポート
【発明が属する技術分野】
本発明は、携帯無線機用のアンテナ装置に関し、特に複数の周波数において共振するアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯無線機は筐体の上部にアンテナを設け、アンテナにより電波を放射、捕捉して送受信動作をしている。また、携帯電話機では、上部にヘリカルアンテナと、下部にホイップアンテナ（棒状アンテナ）とを備えたアンテナを、筐体から伸縮可能に設け、アンテナの伸長時の利得を増大させ、アンテナ収納時の筐体からのアンテナの突出量を小さくするように構成されたものがある。また、近年の携帯無線機は複数の無線通信システムに対応しているものもあり、このような携帯電話機用のアンテナは複数の周波数帯域で共振する特性を有する。
【０００３】
このため、図９に示すように、巻ピッチの異なる巻線を同軸状に配置したヘリカルアンテナが提案されている（例えば、特開平１０−２２７３０号公報）。この従来のヘリカルアンテナは、巻き回された第１のヘリカルアンテナエレメントと第２のヘリカルアンテナエレメントとがカバー内に収容されており、第１のヘリカルアンテナエレメントと第２のヘリカルアンテナエレメントとが取付金具に接続されている。
【０００４】
この従来のアンテナの等価回路は、図９（ｂ）に示すように、第１のヘリカルアンテナエレメントと第２のヘリカルアンテナエレメントとが直接的に接続されて、両方のヘリカルアンテナエレメントに給電されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のヘリカルアンテナでは、アンテナの特性を調整するために巻線ピッチと巻数とを変化させる。例えば、巻線ピッチを広くすると共振周波数での帯域幅が広くなる。このとき、アンテナの全長を変えないで巻線ピッチを変えると、巻数が変わってしまい、アンテナエレメントの電気長が変化することから、共振周波数も変わってしまう。
【０００６】
そして、図９に示すヘリカルアンテナでは、二つのヘリカルアンテナエレメントが直流的に接続されているので、一方のヘリカルアンテナエレメントの構成（巻ピッチ、巻数）を変えて、アンテナ特性を変化させると、他方のヘリカルアンテナエレメントの特性が変化して、両者を最適な特性に調整することが困難であった。
【０００７】
また、この従来のヘリカルアンテナは、給電部に常時接続されていることから、４分の１波長で共振するものであり、他の共振モードで共振させようとすると周波数毎に整合回路を設ける必要があった。すなわち、このヘリカルアンテナをロッド状アンテナの先端に配設した場合（例えば、特開平１０−２２７３０号公報の図３）、特定の関係にある周波数（１．５ＧＨｚに対してλ／４で、１．９ＧＨｚに対して３λ／８で共振する）しか、このアンテナを適用することはできなかった。特に、周波数が略２倍の関係にあるときは、いずれ周波数においても、アンテナエレメントは端部から給電されるので、λ／２の共振条件を実現することが困難であった。
【０００８】
本発明は、複数のヘリカル部を有するアンテナ装置において、アンテナ特性を改善することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置され、前記第１のヘリカル部に給電する接続部とを有するアンテナ装置において、前記接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、少なくとも一部が筐体内に収納可能な棒状アンテナと、前記棒状アンテナの上方で前記棒状アンテナと絶縁されて配置されたヘリカルアンテナとを有し、前記棒状アンテナが筐体から引き出された状態では前記棒状アンテナの下部に設けられた第１の接続部に給電され、前記棒状アンテナが筐体内に収納された状態では前記ヘリカルアンテナの下部に設けられた第２の接続部に給電されるアンテナ装置において、前記ヘリカルアンテナは、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置されて成り、前記第２の接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記棒状アンテナは、前記第１の共振周波数において略４分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明において、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において、前記第１の共振周波数と異なる整合条件を提供する整合回路を介して給電されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の作用および効果】
第１の発明では、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置され、前記第１のヘリカル部に給電する接続部とを有するアンテナ装置において、前記接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、二つのヘリカルアンテナの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００２３】
また、前記第１のヘリカル部はその一端から給電され、前記第２のヘリカル部はその両端が開放されているので、第１のヘリカル部は略４分の１波長で、第２のヘリカル部は略２分の１波長で共振させることができる。
【００２４】
また、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されているので、第２のヘリカル部を、第１のヘリカル部との相互作用によって共振させることができる。
【００２５】
また、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において、前記第１のヘリカル部との相互作用によって共振するので、第２の共振周波数における、第２のヘリカルアンテナの電気長を長くすることができる。
【００２６】
また、前記第１のヘリカル部は一端に給電されていることから、第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は両端が開放されていることから、第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、両方の周波数で適切な整合をとることができ、第１の共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００２７】
第２の発明では、少なくとも一部が筐体内に収納可能な棒状アンテナと、前記棒状アンテナの上方で前記棒状アンテナと絶縁されて配置されたヘリカルアンテナとを有し、前記棒状アンテナが筐体から引き出された状態では前記棒状アンテナの下部に設けられた第１の接続部に給電され、前記棒状アンテナが筐体内に収納された状態では前記ヘリカルアンテナの下部に設けられた第２の接続部に給電されるアンテナ装置において、前記ヘリカルアンテナは、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置されて成り、前記第２の接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、一方のヘリカルアンテナの構成（巻ピッチ、巻数）を変えても、他方のヘリカルアンテナの特性への影響が少ないので、ヘリカルアンテナの構成を変更することで、二つのヘリカルアンテナの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００２８】
また、前記第１のヘリカル部はその一端から給電され、前記第２のヘリカル部はその両端が開放されているので、第１のヘリカル部は略４分の１波長で、第２のヘリカル部は略２分の１波長で共振させることができる。
【００２９】
また、前記第１のヘリカル部は前記第２のヘリカル部の内側に配置されているので、第２のヘリカル部を、第１のヘリカル部との相互作用によって共振させることができる。
【００３０】
また、前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数で共振し、前記第２のヘリカル部は、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において、前記第１のヘリカル部との相互作用によって共振するので、第２の共振周波数における、第２のヘリカルアンテナの電気長を長くすることができる。
【００３１】
また、前記第１のヘリカル部は一端に給電されていることから、第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、前記第２のヘリカル部は両端が開放されていることから、第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、両方の周波数で適切な整合をとることができ、第１の共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００３２】
第３の発明では、前記棒状アンテナは前記第１の共振周波数において略４分の１波長で共振するように構成したので、棒状アンテナを小型にすることができる。
【００３３】
第４の発明では、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において略２分の１波長で共振するので、第１の共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、棒状アンテナが双方の周波数で良好に動作させることができる。
【００３４】
第５の発明では、前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において、前記第１の共振周波数と異なる整合条件を提供する整合回路を介して給電されるので、第２の共振周波数における棒状アンテナのインピーダンスが完全に整合していない場合でも、良好な整合条件で動作するアンテナ装置が得られる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施の形態のヘリカルアンテナの部分断面図である。本図の中心の一点鎖線より右側に断面を示す。
【００３７】
本実施の形態のヘリカルアンテナには、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂが設けられており、第２コイルエレメント１１Ｂは第２コイルエレメント１１Ａの外側に、第１コイルエレメント１１Ａと同軸状に設けられている。また、内側の第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチは、外側の第２コイルエレメント１１Ｂより小さくなっているが、両者の巻ピッチの関係はこれに限るものではなく、第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチの方を大きくしても、両者の巻ピッチを等しくしてもよい。
【００３８】
また、コイルエレメント１１Ａ、１１Ｂの外側に合成樹脂製のカバー１２が設けられている。
【００３９】
金具１３は、カバー１２の下部に設けられている。また、金具１３は、第１コイルエレメント１１Ａと直流的に接続されており、携帯無線機の無線部に接続されて、コイルエレメント１１Ａ、Ｂに高周波信号を供給する給電金具として機能している。
【００４０】
次に、第１の実施の形態のヘリカルアンテナの動作について説明する。前述したように、第１コイルエレメント１１Ａは金具１３に接続されて給電される。また、第２コイルエレメント１１Ｂは、金具１３に直接接続されていないが、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合している。よって、第２コイルエレメント１１Ｂに対しては、金具１３、第１コイルエレメント１１Ａを介して給電がされる。
【００４１】
内側に配置された第１コイルエレメント１１Ａは、第１共振周波数（ｆＬ）で共振する電気長で構成されており、一端に接続された金具から給電されることから、第１共振周波数（ｆＬ）で約１／４波長で動作する。
【００４２】
また、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているが、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数（ｆＨ）で共振するように構成されているので、第１共振周波数（ｆＬ）ではインピーダンスが大きくなる。よって、第１共振周波数（ｆＬ）では、第２コイルエレメント１１Ｂが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第２コイルエレメント１１Ｂは動作していない。
【００４３】
一方、外側に配置された第２コイルエレメント１１Ｂは、第２共振周波数（ｆＨ）で共振する電気長で構成されいる。そして、第２コイルエレメント１１Ｂは両端が開放されることから、第２共振周波数（ｆＨ）で約１／２波長で共振して動作する。
【００４４】
このとき、第２コイルエレメント１１Ｂと金具１３とは直接接続されていないが、金具１３と接続している第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合しているので、金具１３に供給された高周波電流は、第１コイルエレメント１１Ａを介して第２コイルエレメント１１Ｂに供給される。
【００４５】
また、第１コイルエレメント１１Ａは第２コイルエレメント１１Ｂの内側に設けられているが、第１コイルエレメント１１Ａは第１共振周波数（ｆＬ）で共振するように構成されているので、第２共振周波数（ｆＨ）ではインピーダンスが大きくなる。よって、第２共振周波数（ｆＨ）では、第１コイルエレメント１１Ａが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第１コイルエレメント１１Ａは動作していない。
【００４６】
本実施の形態では、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを内側に配置するとともに、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを外側に配置したが、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを外側に配置し、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを内側に配置してもよい。
【００４７】
このように、第１の実施の形態のヘリカルアンテナは、第１コイルエレメント１１Ａと、第１コイルエレメント１１Ａと異径の第２コイルエレメント１１Ｂとで構成され、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に同軸状に、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとが容量結合する位置に配置され、給電端子として機能する金具１３を有し、金具１３は第１コイルエレメント１１Ａのみに直接（直流的に）接続されることによって給電されると共に、第２コイルエレメント１１Ｂは金具１３に直接接続されることなく、前記容量結合にによって、第１コイルエレメントを経由して給電されるので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとの結合が弱いことから、一方のコイルエレメントの構成（巻ピッチ、巻数）を変えても、他方のコイルエレメントの特性への影響が少ないので、コイルエレメントの構成を変更することで、二つのコイルエレメントの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００４８】
また、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａとの相互作用によって共振するので、第２共振周波数における第２のヘリカルアンテナの電気長を長くして、両者の共振条件を近づけることができる。
【００４９】
また、第１コイルエレメント１１Ａは一端から給電されており、第２コイルエレメント１１Ｂは両端が開放されていることから、第１コイルエレメント１１Ａは第１共振周波数において略４分の１波長で共振し、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数において略２分の１波長で共振するので、第１共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で適切な整合をとることができ、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００５０】
図２は、本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの伸長時の側面図である。本実施の形態のホイップアンテナは、第１の実施の形態のヘリカルアンテナの下部に棒状アンテナを設けた伸縮式のホイップアンテナである。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナは、上部にヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）を有する上部エレメント１０と、上部エレメントの下部に配置される下部エレメント３０とで構成されている、いわゆる２段伸縮式ホイップアンテナである。上部エレメント１０と下部エレメント３０とは、下部エレメント３０の先端に固定されたジョイント金具３１で接続され、上部エレメント１０が下部エレメント３０内に収納可能に構成されている。
【００５２】
上部エレメント１０は棒状導体１５を中心に構成されており、この棒状導体１５は望ましくは超弾性合金で形成すると曲げ応力に対して変形しにくいエレメントが得られる。棒状導体１５は、絶縁性を有する合成樹脂製のチューブ１６により周囲を覆われて、導電性の金属製エレメントを構成する棒状導体１５が露出しないように構成されている。
【００５３】
上部エレメント１０の上端には、合成樹脂製のカバー１２の内部に第１コイルエレメント１１Ａ及び第２コイルエレメント１１Ｂからなるコイルエレメント１１が設けられている。この第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは同軸状に設けられている。
【００５４】
カバー１２の下部には、上部エレメント１０より太径な金具１３が設けられている。この金具１３はコイルエレメント１１と接続されており、アンテナ収納時に携帯無線機の筐体１に取り付けられたサポート５０と接触して、コイルエレメント１１に高周波信号を供給する給電金具として機能している。
【００５５】
金具１３の内側には合成樹脂製のジョイント１４が設けられており、棒状導体１５と金具１３とを絶縁して固定している。すなわち、ジョイント１４によって、コイルエレメント１１Ｂと棒状導体１５（棒状アンテナ）とが絶縁されて接続されている。
【００５６】
下部エレメント３０は金属製の線材を螺旋状に巻き回して中空の筒状のエレメントが構成されている。そして、上部エレメント１０の下端が下部エレメント３０の内壁と接触しながら、上部エレメント１０が下部エレメント３０内を摺動して出し入れ可能なように構成されている。このように上部エレメント１０の棒状導体１５と下部エレメント３０とが電気的に接触することで棒状アンテナを構成している。
【００５７】
下部エレメント３０を構成する線材は、ホイップアンテナの伸縮方向が長径（エレメントの径方向が短径）となる小判状の断面形状をしており、線材の断面積を小さくしないでホイップアンテナの強度を確保しつつ、下部エレメント３０の外径を細く内径を大きくするように構成されている。下部エレメント３０の周囲は絶縁性を有する合成樹脂製のチューブ３３により、導電性を有する線材が露出しないように覆われている。
【００５８】
下部エレメント３０の上端にはジョイント金具３１が固着されており、上部エレメント１０の下部に取り付けられているワッシャと当接することにより、上部エレメント１０の上方向への摺動を制限して、上部エレメント１０が下部エレメント３０から抜けて脱落しないように構成されている。
【００５９】
下部エレメント３０の下端には、下部エレメント３０より太径の金具３４が設けられており、アンテナ伸長時に筐体１に取り付けられたサポート５０と金具３４とが接触することによって、下部エレメント３０に高周波信号を供給する給電金具として機能している。
【００６０】
サポート５０は携帯無線機の筐体１（筐体表面を破線で示す）に取り付けられており、携帯無線機の送受信部に電気的に接続されており、ホイップアンテナに対して給電する給電用接点として機能する。このサポート５０はアンテナ伸長時には下部エレメント３０の下部に位置し、金具３４と接触して下部エレメント３０に給電している。また、アンテナ収納時には、サポート５０はコイルエレメント１１の下部に位置し、金具１３と接触してコイルエレメント１１に給電している。
【００６１】
図３は、本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナ先端部のヘリカルアンテナの部分断面図である。本図の中心の一点鎖線より右側に断面を示す。
【００６２】
コイルエレメント１１は、第１コイルエレメント１１Ａ、第２コイルエレメント１１Ｂ、合成樹脂製カバー１２、金具１３によって構成されている。また、コイルエレメント１１は合成樹脂製ジョイント１４によって、棒状アンテナ（棒状導体１５によって構成されるからなる上部エレメント）と絶縁状態で接続されている。
【００６３】
前述したように、第１コイルエレメント１１Ａは、第２コイルエレメント１１Ｂの内側に、第２コイルエレメント１１Ｂと同軸状に設けられている。そして、本実施の形態では、内側の第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチは、外側の第２コイルエレメント１１Ｂより小さくなっているが、両者の巻ピッチの関係はこれに限るものではなく、第１コイルエレメント１１Ａの巻ピッチの方を大きくしても、両者の巻ピッチを等しくしてもよい。
【００６４】
第１コイルエレメント１１Ａは、その下端が金具１３に直流的に接続されている。そして、アンテナ収納時に、第１コイルエレメント１１Ａは金具１３を介して給電されている。また、第２コイルエレメント１１Ｂは、金具１３に接続されていないが、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合している。よって、第２コイルエレメント１１Ｂに対しては、金具１３、第１コイルエレメント１１Ａを介して給電がされる。
【００６５】
金具１３の内側には合成樹脂製のジョイント１４が設けられており、ジョイント１４によってコイルエレメント１１Ｂと棒状導体１５とが絶縁されて接続されている。
【００６６】
ジョイント１４の下方には、棒状導体１５が設けられている。この棒状導体１５の周囲は、絶縁性を有する合成樹脂製のチューブ１６により、導電性の金属製エレメントを構成する棒状導体１５が露出しないように覆われている。
【００６７】
本実施の形態では、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを内側に配置するとともに、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを外側に配置したが、金具１３に接続されている第１コイルエレメント１１Ａを外側に配置し、金具１３に接続されていない第２コイルエレメント１１Ｂを内側に配置してもよい。
【００６８】
図４は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの伸長状態で第１共振周波数（ｆＬ）において共振している様子を示す。
【００６９】
図４に示す状態では、アンテナは伸長状態にあるため、アンテナ下部の金具３４が携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、棒状導体１５と下部エレメント３０とで構成される棒状アンテナの下部から給電され、棒状アンテナは第１共振周波数（ｆＬ）の約１／４波長で共振する。
【００７０】
一方、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）は棒状アンテナ１５、３０の上部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されて設けられているので、無線部から供給された高周波電流はコイルエレメント１１に流れることがなく、アンテナ伸長時にはコイルエレメント１１は動作していない。
【００７１】
図５は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの収納状態で第１共振周波数（ｆＬ）において共振している様子を示す。
【００７２】
図５に示す状態では、アンテナは収納状態にあるため、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）下部の金具１３が、携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、コイルエレメント１１に給電され、コイルエレメント１１のうち、内側に配置された第１コイルエレメント１１Ａが下端から給電され、第１共振周波数（ｆＬ）の約１／４波長で共振している。
【００７３】
一方、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているが、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数（ｆＨ）で共振するように構成されているので、第１共振周波数（ｆＬ）ではインピーダンスが大きくなる。よって、第１共振周波数（ｆＬ）では、第２コイルエレメント１１Ｂが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第２コイルエレメント１１Ｂは動作していない。
【００７４】
また、棒状アンテナ１５、３０はヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）の下部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されているので、無線部から供給された高周波電流は棒状アンテナ１５、３０に流れることがなく、アンテナ収納時には棒状アンテナ１５、３０は動作していない。
【００７５】
図６は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの伸長状態で第２共振周波数（ｆＨ）において共振している様子を示す。
【００７６】
図６に示す状態では、アンテナは伸長状態にあるため、アンテナ下部の金具３４が携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、棒状導体１５と下部エレメント３０とで構成される棒状アンテナの下部から給電され、棒状アンテナは第２共振周波数（ｆＨ）の約１／２波長で共振する。すなわち、本発明の第２の実施の形態では、第１共振周波数（ｆＬ）と第２共振周波数（ｆＨ）とは約２倍（ｆＨ＝２×ｆＬ）の関係にある。
【００７７】
一方、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）は棒状アンテナ１５、３０の上部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されて設けられているので、無線部から供給された高周波電流はコイルエレメント１１に流れることがなく、図４にて説明した、第１共振周波数（ｆＬ）における共振状態と同様に、アンテナ伸長時にはコイルエレメント１１は動作していない。
【００７８】
図７は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの等価回路図であり、アンテナの収納状態で第１共振周波数（ｆＨ）において共振している様子を示す。
【００７９】
図７に示す状態では、アンテナは収納状態にあるため、ヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）下部の金具１３が、携帯電話機の無線部（ＴＲＸ）と接続している。そして、コイルエレメント１１に給電され、コイルエレメント１１のうち、外側に配置された第２コイルエレメント１１Ｂが第２共振周波数（ｆＨ）の約１／２波長で共振している。このとき、第２コイルエレメント１１Ｂは金具１３と直接接続されていないが、金具１３と接続している第１コイルエレメント１１Ａ（点線で示す）と、第２コイルエレメント１１Ｂとは容量結合しているので、金具１３に供給された高周波電流は、第１コイルエレメント１１Ａを介して第２コイルエレメント１１Ｂに供給され、第２共振周波数（ｆＨ）では第２コイルエレメント１１Ｂが動作している。
【００８０】
一方、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に設けられているが、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数（ｆＬ）で共振するように構成されているので、第２共振周波数（ｆＨ）ではインピーダンスが大きくり。よって、第２共振周波数（ｆＨ）では、第１コイルエレメント１１Ａが放射導体として動作するほどの高周波電流は流れず、第１コイルエレメント１１Ａは動作していない。
【００８１】
また、棒状アンテナ１５、３０はヘリカルアンテナ（コイルエレメント１１）の下部に設けられているが、ヘリカルアンテナ１１と棒状アンテナ１５、３０とはジョイント１４によって絶縁され、電気的に隔離されているので、無線部から供給された高周波電流は棒状アンテナ１５、３０に流れることがなく、アンテナ収納時には棒状アンテナ１５、３０は動作していない。
【００８２】
図８は、第２の実施の形態のホイップアンテナを携帯無線機に適用した場合の整合回路の応用例を示すブロック図である。
【００８３】
以上説明した第２の実施の形態のホイップアンテナでは、第１共振周波数において１／４波長で共振しており、第２共振周波数において１／２波長で共振しているので、第１共振周波数と第２共振周波数とでは、整合条件が異なる。よって、本実施の形態では、周波数毎に整合条件を変えるために、アンテナと無線部との間に、第２の共振周波数において機能する整合回路を設けている。
【００８４】
すなわち、無線部と整合回路の間に設けられている切替スイッチは、第１の共振周波数では整合回路を介さないように接続され、第２の共振周波数では整合回路を介するように接続されている。よって、第２共振周波数において、第２の実施の形態に係るアンテナは、第１共振周波数と異なる整合条件を提供する整合回路を介して給電されるので、共振周波数毎に適切な整合条件でアンテナを動作させることができる。
【００８５】
また、第２の実施の形態のホイップアンテナでは、アンテナ収納時に動作するコイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａとの相互作用において共振しているので、アンテナの構成によっては、１／２波長アンテナのインピーダンスからズレて、１／４波長アンテナのインピーダンスに近い特性を有する。
この場合は、無線部と整合回路の間に設けられている切替スイッチを、第２共振周波数の伸張時のみに整合回路を介するように切り替えて、整合回路を介して給電する。そして、それ以外の（第１共振周波数、第２共振周波数の収納時）場合は、無線部は、直接アンテナに接続される。よって、第２の共振周波数における棒状アンテナのインピーダンスが完全に整合していない場合でも、共振周波数毎に適切な整合条件でアンテナを動作させることができる。
【００８６】
このように、本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナでは、少なくとも一部が筐体内に収納可能な棒状アンテナ（棒状導体１５及び下部エレメント３０）と、棒状アンテナの上方で棒状アンテナと絶縁されて配置されたヘリカルアンテナ１１とを有し、棒状アンテナが筐体から引き出された状態では金具３４に給電され、棒状アンテナが筐体内に収納された状態では金具１３に給電されるように構成され、ヘリカルアンテナ１１は、第１コイルエレメント１１Ａと、第１コイルエレメント１１Ａと異径の第２コイルエレメント１１Ｂとで構成され、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａの外側に同軸状に、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとが容量結合する位置に配置され、給電端子として機能する金具１３を有し、金具１３は第１コイルエレメント１１Ａのみに直接（直流的に）接続されることによって給電されると共に、第２コイルエレメント１１Ｂは金具１３に直接接続されることなく、前記容量結合にによって、第１コイルエレメントを経由して給電されるので、第１コイルエレメント１１Ａと第２コイルエレメント１１Ｂとの結合が弱いことから、一方のコイルエレメントの構成（巻ピッチ、巻数）を変えても、他方のコイルエレメントの特性への影響が少ないので、コイルエレメントの構成を変更することで、二つのコイルエレメントの特性の調整が容易になり、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【００８７】
また、第２コイルエレメント１１Ｂは第１コイルエレメント１１Ａとの相互作用によって共振するので、第２共振周波数における第２のヘリカルアンテナの電気長を長くして、両者の共振条件を近づけることができる。
【００８８】
また、第１コイルエレメント１１Ａは一端から給電されており、第２コイルエレメント１１Ｂは両端が開放されていることから、第１コイルエレメント１１Ａは第１共振周波数において略４分の１波長で共振し、第２コイルエレメント１１Ｂは第２共振周波数において略２分の１波長で共振するので、第１共振周波数と第２の共振周波数とが略整数倍の関係にある場合にも、双方の周波数で適切な整合をとることができ、二つの周波数で良好に動作するアンテナ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態のヘリカルアンテナの部分断面図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの側面図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの部分断面図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの等価回路図である。
【図８】 本発明の第２の実施の形態のホイップアンテナの応用例の周辺のブロック図である。
【図９】 従来のアンテナの断面図である。
【符号の説明】
１ 携帯無線機（筐体）
１０ 上部エレメント
１１ コイルエレメント
１１Ａ 第１コイルエレメント
１１Ｂ 第２コイルエレメント
１２ カバー
１３ 金具
１４ ジョイント
１５ 棒状導体
１６ チューブ
３０ 下部エレメント
３１ ジョイント金具
３２ 線材
３３ チューブ
３４ 金具
５０ サポート
Claims (5)
- 第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置され、前記第１のヘリカル部に給電する接続部とを有するアンテナ装置において、
前記接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、
前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、
前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、
前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、
前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、
前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とするアンテナ装置。 - 少なくとも一部が筐体内に収納可能な棒状アンテナと、前記棒状アンテナの上方で前記棒状アンテナと絶縁されて配置されたヘリカルアンテナとを有し、前記棒状アンテナが筐体から引き出された状態では前記棒状アンテナの下部に設けられた第１の接続部に給電され、前記棒状アンテナが筐体内に収納された状態では前記ヘリカルアンテナの下部に設けられた第２の接続部に給電されるアンテナ装置において、
前記ヘリカルアンテナは、第１のヘリカル部と、前記第１のヘリカル部と径が異なる第２のヘリカル部とで構成され、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが同軸状に配置されて成り、
前記第２の接続部は前記第１のヘリカル部の一端のみに接続されることによって、前記第１のヘリカル部はその一端から給電されると共に、
前記第２のヘリカル部は、その両端が開放されており、前記接続部に直接接続されることなく、前記第１のヘリカル部と前記第２のヘリカル部とが容量結合することによって給電されており、
前記第１のヘリカル部の巻ピッチは、前記第２のヘリカル部の巻ピッチより小さく、
前記第１のヘリカル部は、前記第２のヘリカル部の内側に配置されており、
前記第１のヘリカル部は第１の共振周波数において略４分の１波長で共振し、
前記第２のヘリカル部は、前記第１のヘリカル部との相互作用によって、前記第１共振周波数と異なる第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記棒状アンテナは、前記第１の共振周波数において略４分の１波長で共振することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
- 前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において略２分の１波長で共振することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
- 前記棒状アンテナは、前記第２の共振周波数において、前記第１の共振周波数と異なる整合条件を提供する整合回路を介して給電されることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
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