JPH01222502A - 移動通信端末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 移動通信端ン、・用アンテナに関し、 電気的に小型であるとともに対称性のよい放射パターン
を確保することを目的とし、 板状導体と給電部と接地面から構成される移動通信端末
用アンテナにおいて、該板状導体はそれぞれ等しい長さ
の第一部分と第二部分及び中央部からなり、該第一部分
と第二部分は該接地面に対し垂直に且つ間隙を有し、更
にそれぞれの両端が対向するように配置され、該中央部
は該第一部分の一端と、該第一部分の他端と対向する該
第二部分の一端を接続するとともに接地面に接地され、
該給電部はアンテナ全体に対し点対称になるように該中
央部に接続されるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は移動通信端末用アンテナ及びそれを用いた移動
通信端末装置に関する。

業務用移動無線機、パーソナル無線機、コードレス電話
等の個人携帯形の移動通信端末装置においては、装置筐
体に内蔵された小型のアンテナが用いられている。　更
に、装置はより小型化が要求される傾向にあり、それに
伴って内蔵のアンテナも小型でかつ対称性の良い放射パ
ターン特性を有するものであることが要求されている。

〔従来の技術〕

従来、移動通信端末用アンテナの一つとして、逆Ｆ型ア
ンテナが知られている。

このアンテナの構造と特性は、昭和５７年度電子通信学
会総合全国大会資料　講演番号６１３春木、小林「携帯
無線機用逆Ｆ型アンテナ」に紹介されている。　この資
料に示される逆Ｆ型アンテナの概略構成は第１６図に示
すようなものである。　図中１６０はアンテナ素子、１
６１は移動通信端末装置本体で、無線回路及びディジタ
ル回路からの他の電子機器への輻射エネルギーの阻止、
及び他からの電磁エネルギーの入射を防止し、機器の安
定動作を確保するため、通常は金属ケース又は表面を金
属化されたプラスチックケース等で電磁シールドされて
いる。　　１６２は前記移動通信端末装置本体の一部で
あり、アンテナ素子１６０の接地面を構成している。　
アンテナ素子１６０は板状導体で構成され、主要部分１
６３は接地面１６２と平行に設置されている。　　１６
４はアンテナ素子１６０の接地のための金属導体、１６
５．１６６．１６７はアンテナ素子１６０の励振のため
の給電部で、１６５は移動通信端末装置１６１の無線周
波数の入出力端子、１６６は１６５と１６７を接続する
導体である。　　１６７は励振点で、その設置位置はア
ンテナのインピーダンス等を考慮して実験的に決められ
る。

このアンテナの名称の由来は、１６３．１６４及び１６
６が英字「Ｆ」を形成しているためである。　ここで、
このアンテナの寸法は、１、＋ｌＺ＝λ／４ を満たすように設計されることが必要である。

この条件を外れると給電系とのインピーダンス整合がと
れない場合が生ずる。

更に、前記資料の２図には水平面内の放射パターンの実
測例が示されている。これによると図から理解されるよ
うに、最大利得と最小利得との差は約４〜６ｄＢとなっ
ている。　これは構造が励振点に対して非対称であるた
めと考えられる。

一方、従来、移動通信端末装置の多くは内部アンテナと
外部アンテナを共に装備し、電波状態により、内部アン
テナと外部アンテナを切り換えて使用している。　第１
７図はこのような移動通信端末装置の一例であり、内部
アンテナとして前述の逆Ｆ型アンテナを用いた場合であ
る。第１７図（ａ）はその概念図、（ｂ）は電気的接続
図である。

１７１は内部アンテナとしての逆Ｆ型アンテナであり、
１７２は外部アンテナである。　　１７３は切替装置で
あって、これにより電波状態が良い時は内部アンテナ１
７１を、電波状態が悪い時には内部アンテナより利得が
高い外部アンテナ１７２を送受信機１７４に切替接続し
て通信を行なうようにする。　即ち、両アンテナの相互
干渉により、利得が低下するのを避けるためアンテナ１
７１．１７２を切り換えて、一方のアンテナのみ動作さ
せている。　従って、この切替のための切替装置１７３
が不可欠であり、具体的切替装置の構成は、例えば公開
実用新案公報昭和６２−２１６３６号に開示されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、従来の逆Ｆ型アンテナは給電系と整合
のとれるインピーダンス特性を得るためには、アンテナ
主要部の周囲長を自由空間波長の約半分とする必要があ
る。　従って、移動通信端末装置の筐体を小型化する要
求に対し、インピーダンス特性を維持することが困難と
なり、アンテナ主要部を筐体の小型化に伴って内蔵し得
る大きさとすることが出来ない問題がある。

更に、平面内の放射パターンにおいて最大利得と最小利
得との差が約４〜６ｄＢ存在することは移動通信端末装
置に使用する場合、大きな不都合を生じている。

即ち、移動通信では送信アンテナと受信アンテナは共用
される場合が多い。　従って、通信の相手方も同様のア
ンテナを用いた無線機の場合、最小利得の方向同士で交
信する時には最大利得の方向で交信する場合に比べて、
約８ｄＢ（最大、最小利得の差が４ｄＢの場合）の利得
差が生ずることになる。　これは通信可能距離が０．４
倍に短くなることを意味する。携帯端末のように小型無
線機で交信を行おうとする場合、最小の送信電力で最大
の通信可能距離を持つことが重要である。

従って、逆Ｆ型アンテナでは方向によって通信可能距離
が著しく変化し、安定な通信が期待出来ないという問題
が存在する。

一方、内部アンテナと外部アンテナを切り換える従来の
移動通信端末装置では、切替の動作が伴うため′に一方
のアンテナから他方のアンテナへ切り換わる時間はアン
テナが接続されない状態が発生する。　このため通信が
遮断することとなり安定な通信を確保出来ないという問
題点を有している。

以上・の問題点に鑑みて、本発明は、インピーダンス特
性を維持し小型化を可能とし、更に対称性の良い放射パ
ターンを有する移動通信端末用アンテナを提供すること
を目的とする。

更に、上記アンテナの特性に加え、より広帯域特性を有
するアンテナを提供することを目的とする。

更に、上記アンテナの特性に加え、より機械的強度の高
い、量産性の優れたアンテナを提供することを目的とす
る。

更に、本発明は内部アンテナと外部アンテナの切替を不
要とし、従って切替時間における通信の遮断がない移動
通信端末装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明によるアンテナの原理図であり、第１図
（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。

アンテナ主要部は、板状導体で形成されそれぞれ等しい
長さを有する第一部分１と第二部分２及び中央部５より
なる。　第一部分１と第二部分２は筐体８の一部である
接地面３に対し垂直に且つ間隙４を有して配置される。

　更に第一部分１と第二部分２の両端１−１．１−２．
２−１．２−２が対向するように配置され、中央部５は
第一部分１の一端１−１と、第一部分ｌの他端１−２と
対向する第二部分２の一端２−１を接続するとともに接
地導体７で接地面３に接地されている。

給電部６はアンテナ全体に対し点対称となるように中央
部５の中央に接続されている。

ここで、第１図の本発明によるアンテナ原理図において
板状導体である第一部分ｌ、第二部分２及び中央部５は
、第１図（ａ）から観察すると英字「Ｓ」を成している
。　従って、本発明者等は以降の説明において、本発明
のアンテナをＳ型アンテナと称する。　しかし、本発明
によるアンテナはかかるＳ型に限定されるものではない
。　例えば、逆Ｓ即ち「巳」状に板状導体を形成するこ
とも、筐体の構造に応じて、筐体が楕円形であれば第一
部分１と第二部分２を楕円形に沿って角を有しない文字
通りの「ｓＪ型にすることも可能である。

本発明による他のアンテナは板状導体の第一部分ｌ及び
第二部分２の接地面３と反対の上端部に接地面３と平行
する折曲部を形成している。

本発明による更に他のアンテナは非導電体ブロック上に
板状導体の第一部分１、第二部分２及び中央部５がパタ
ーン形成されている。

第２図は本発明の移動通信端末装置の原理図である。　
２１は通信装置筐体であり、内部に送受信機２２が収容
され、本発明によるＳ型アンテナを内部アンテナ２０と
し、外部アンテナ２４とともに装備している。　２３は
外部アンテナ２４と送受信機２２の入出力端子を接続す
る給電線である。　内部アンテナ２０は常に送受信機２
２に電気的に接続され、外部アンテナ２４はその動作時
のみ送受信機２２に接続される。

尚、第２図（ａ）は内部アンテナ２０のみを、第２図（
ｂ）は内部アンテナ２０と外部アンテナ２４を同時に動
作させた場合である。

〔作用〕

板状導体の第一部分１、第二部分２及び中央部５と接地
面３との間の間隙４により分布容量を形成する。　この
間隙４を狭くすることにより、分布容量が増加する。　
従って、この分布容量と板状導体の第一部分１及び第二
部分２のインダクタンスから決定される共振周波数を下
げ、結果として動作周波数を下げることができる。　逆
に間隙４を広げることにより動作周波数を上げることも
可能である。従って、この間隙４の調整によりインピー
ダンス特性の良好な動作周波数を変化させることが可能
である。

この事実により、筐体の小型化に伴いアンテナの形状を
小型化したときのインピーダンス特性の変動は間隙４の
調整により補正することが可能であり、結果として本発
明により、従来の逆Ｆ型アンテナに比し小型のアンテナ
を得ることができる。

更に、給電部６は点対称に接続されるので、放射パター
ン特性も良好な対称性を有するものとなる。

更に、本発明の移動通信端末装置は常に内部アンテナ２
０が送受信機２２と接続されているので通信に遮断を生
ずることを回避できる。

〔実施例〕

第３図は本発明のＳ型アンテナの一実施例を示す構造図
である。　（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）図のＡ
部の構造を示す拡大図である。

図中第１図と同じ番号を付したものは同じ作用をするも
のである。

３０はアンテナ素子であり、主要部となる板状導体の第
一部分１と第二部分２及び中央部５は英字ｒ３Ｊに対応
する構造をしている。

板状導体は第４図の展開図に示す形状に打ち抜かれた銅
板を破線部分を紙背方向に折り曲げて第３図の形状にし
て形成できる。　尚、第４図で番号ｌ、２．５はそれぞ
れ第３図の第一部分１、第二部分２及び中央部５に対応
する。

間隙４には、振動、衝撃等に対する機械的強度を向上さ
せるため、誘電体等の非金属を充填することも可能であ
る。　本実施例においては、間隙全体の分布容量に影響
を与えないように間隙４の数箇所にポリカーボネートの
小片をスペーサとして配置しである（図示せず）。　更
に間隙４は板状導体の主要部全域に渡って形成される必
要はなく、又全体に渡って同一の間隙である必要はなく
アンテナの動作周波数帯域におけるインピーダンスが良
好となるように実験的に決定される。

第３図（ｂ）において、７はアンテナ素子３０の接地の
ための接地導体で、給電点３４から見たインピーダンス
の抵抗骨を高くするために設置される。　　３２．３３
は導体で構成される給電点３４とともにアンテナ素子３
０の励振のための給電部を構成し、３３は送受信機（図
示せず）の無線周波数の入出力端子、３２は励振点であ
る。　励振点３２は板状導体の中央、換言すればＳ型の
中央位置にあり、アンテナ全体に対し点対称となってい
る。

本実施例において各寸法は次の通りである。

Ｓ型の長手方向の長さをし、横方向の長さをＷ、空隙４
を含めた接地面３に垂直方向の高さをＨとしアンテナの
動作周波数帯域の中心周波数８４３ＭＨｚにおける自由
空間長をλとすると、Ｌ＝　　０．１２６λ Ｗ＝０．０５５λ Ｈ＝０．０２５λ である。　更に、間隙４及び開口部３１の長さは高さＨ
の約２０％である。

かかる条件での本実施例アンテナの特性は第５図、第６
図により理解することができる。　即ち第５図は５０Ω
で規格化したアンテナインピーダンスのＶＳＷＲ特性を
示す。　ＶＳＷＲ≦２で評価すると１０％の帯域幅を持
つと言える。

一方、従来の逆Ｆ型アンテナについてのＶＳＷＲ特性は
前述の資料の３図に示され、ＶＳＷＲ≦２で評価すると
７％程度の帯域幅であると説明されている。　従って、
本発明のＳ型アンテナはより広帯域特性を有しているこ
とが理解される。

又、上記実施例寸法では、 Ｌ＋Ｗ＝０．１８１λ　く　λ／４　となり、従来の逆
Ｆ型アンテナに比し、小型化が可能であることが理解で
きる。

第６図は本発明のＳ型アンテナの水平面内放射パターン
の実測例である。図から明らかなとおり最大利得と最小
利得の差は殆どなく水平面内のどの方向に対しても、均
一な利得を有している。

従って、従来の逆Ｆ型アンテナのような方向によって通
信可能距離が変化するということなく安定な通信が確保
できる。

第７図は本発明のＳ型アンテナの他の実施例を示す、　
図中の番号で第１図、第３図と同一のものは同−又は同
様の作用をするものである。

７０は板状導体の第一部分１、第二部分２の上端を接地
面３と平行となるように折曲された折曲部であり、この
折曲部７０により機械的強度が増加するとともに動作帯
域幅を広域化している。

この実施例における各寸法は第３図実施例と同じであり
、更に折曲部７０の幅は３ｍｍである。

この時の特性データは第８図に示す如くである。

第８図は第５図と同様のＶＳＷＲ特性データであり、Ｖ
ＳＷＲ≦２で評価すると第３図実施例に比べより動作帯
域幅が拡大している。　従って、第７図の実施例の特徴
である折曲部７０による動作帯域幅の拡大効果が理解出
来る。

尚、第７図の実施例において、接地面３に近い側に折曲
された部分を形成した場合は、分布容量が大きく、その
影響も大きいので折曲量は電気的特性と機械強度の両方
を考慮しながら実験的に求めることが必要である。

第９図は本発明のＳ型アンテナの更に他の実施例である
。　他の実施例と同様に同一番号の部分は同様の作用を
持つものである。

アンテナ素子３０は誘電体等の非導電物質で作ったブロ
ック９０に斜線で示す導体部分１．２、及び５をパター
ン形成し、かつ本体８に固定されている。　導体部分ｌ
、２．５、はこれを展開すると第４図と同様になり、金
属薄膜を接着あるいは蒸着等の方法でパターン形成する
ことが可能である。

第９図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂでの断面図で給電部の構
造を示している。　ブロック９０に貫通孔９１．９２が
穿かれている。　貫通孔９゛１には導線９３が、貫通孔
９２には導線９４が通り、各々送受信機（図示せず）、
接地面３と接続されている。

この実施例によれば機械的強度が確保されるとともに固
体間のばらつき力鳴くなり、量産性及び信転性に冨んだ
Ｓ型アンテナが容易に得られる。

以上の説明において、第３．７、及び９図の実施例では
いずれもアンテナ素子保護用のカバーを省略して示した
が、機械的強度の確保及び美的観点から保護カバーを設
けてもよく、その場合も、本発明によるアンテナの特性
には同等影響を与えない。

第１０図は本発明による移動通信端末装置の一実施例を
示す図である。

図において、移動通信端末装置筺体１０の上部に内部ア
ンテナとして本発明によるＳ型アンテナ１１を実装して
いる。　筺体１０とＳ型アンテナ１１との間隙には０．
７Φの金属線を給電線１２として設けその先端に外部ア
ンテナとしてモノポールアンテナ１４を装着している。

給電線先端とモノポールアンテナ１４との接続部１３は
モノポールアンテナ１４を装置内に収納した時、給電線
から切り離す構造になっている。

第１１図にその構成例を示す。第１１図（Ａ）は、給電
線１２の先端をバネ構造にしたものである。

モノポールアンテナ１４の下部にアンテナの金属導体と
電気的に接触するアンテナ導体直径より大きな金属部１
４１が設けられている。アンテナを上方に引き上げた時
、上記金属部１４１と給電線１２が接触接続される。同
時にＳ型アンテナ１４にモノポールアンテナ１４が電気
的に接続され、二つのアンテナが動作することになる。

逆にモノポールアンテナ１４を下方に下げた場合は、給
電線先端とアンテナ金属部１４１が離されＳ型アンテナ
単独で動作することになる。尚、モノポールアンテナ１
４は絶縁体１４２で筐体にネジ止め固定されている。

第１１図（Ｂ）は一般に使用されている接続機構であり
、モノポールアンテナ１４の中心金属部１４３の下部を
除いて全体を絶縁体１４４で被っている。更に、そのモ
ノポールアンテナ１４をバネ性金属筒１４５で支持し、
モノポールアンテナ１４の下部は中心の金属部１４３を
露出させたままか、或いはバネ性金属筒１４５に接触し
易い形状としている。　従って、モノポールアンテナ１
４を延ばすことによりモノポールアンテナ１４の下部が
バネ性金属部１４５に接触し、給電線１２に接続される
。

第１１図（Ｃ）　（Ｄ）は、（Ａ）　（Ｂ）とは逆に、
モノポールアンテナ１４が収納のために下方に下げられ
た時、モノポールアンテナ１４がその上方先端の絶縁体
１４６．１４７により給電線１２から切り離される構造
である。

従って、Ｓ型アンテナ１１は送受信信号を給電部１６を
介して、常時送受信機１５と授受している。　更に、給
電部１６には０．７Φの給電線１２が接続されているの
で、送受信信号の一部は接続機構１３を介して引き伸ば
されて動作状態にあるモノポールアンテナ１４と授受さ
れる。

第１２図、１３図は、電波環境をランダム状態にして上
記移動通信端末装置の特性を測定したものであり、第１
２図はＳ型アンテナ１４単体の性能、第１３図はＳ型ア
ンテナ１４と給電線１２を設けた時の性能を示している
。　即ち、横軸は受信電力、縦軸はそれぞれの受信電力
で受信できる確率を表している。　このデータから、Ｓ
型アンテナ１４単体の時の平均受信電力は−６６，８ｄ
Ｂｍであり、Ｓ型アンテナ１４と給電線１２を設けた時
は−６６，３ｄＢ僧である。　従って、給電線１２を設
けることにより、悪影響は無く、却って平均受信レベル
は改善されている。

第１４図は第１０図に示すモノポールアンテナ１４を垂
直方向にＯ−Ｌの長さまで伸長した時のやはり電波環境
をランダム状態にして測定した平均受信電力のデータで
ある。　横軸は測定周波数の波長にて規格化した値であ
る。　第１４図によれば、モノポールアンテナ１４を伸
長することにより平均受信電力は、Ｌ／λが０．４２５
のところまでＳ型アンテナ１４の平均受信電力に比べ、
±０．８ｄＢ以内での変動である。　このことはＳ型ア
ンテナ１１にモノポールアンテナ１４をＳ型アンテナ１
１の特性を乱さずに接続することが可能であると考える
ことができる。

以上の説明から理解されるように、送受信機１５は常に
Ｓ型アンテナと電気的に接続されているので、モノポー
ルアンテナ１４が収納され、給電線１２との接続が切り
離された場合においても通信の瞬断がない。　更に、Ｓ
型アンテナ１１とともにモノポールアンテナ１４が動作
する状態にすれば、Ｓ型アンテナ１１単独より利得が向
上され、電波状態の悪化にも充分対応出来ることが理解
できる。

第１５図は本発明による移動通信端末装置の他の実施例
である。　この実施例は、第１０図の実施例における給
電線１２をプリント板１５１上にエツチング技術により
形成したものである。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明によれば移動通信端末用アン
テナはアンテナ素子の板状導体の少なくとも主要部分の
一部を接地面に垂直に配置され、その間隙を調整するこ
とにより、好ましいインピーダンス特性を得ることがで
きるので、アンテナの小型化が可能となる。　更に、給
電部が、励振点に対して点対称に接続される構造とした
のでアンテナの放射パターンが真円に近く、あらゆる電
波到来方向に対しても均一な利得が得られる。

従って、移動通信端末装置のような電波到来方向が絶え
ず変化する場合でも、一定のアンテナ利得が得られ、安
定な通信が確保できる。

更に本発明によれば、移動通信端末装置は本発明のＳ型
アンテナを内部アンテナとして使用し、且つ送受信機と
常時電気的に接続するようにしているので、アンテナの
切替により通信の瞬断を防止することができる。　更に
外部アンテナの動作時は内部アンテナとともに送受信機
に接続されるので利得の向上が図れるという利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による移動通信端末用アンテナの原理図
、 第２図は本発明による移動通信端末装置の原理図、第３
図は本発明によるＳ型アンテナの一実施例、第４図は第
３図実施例のアンテナ主要部の展開図、第５図は第３図
実施例のインピーダンス特性データ、 第６図は第３図実施例の水平面内放射パターン特性、 第７図は本発明のＳ型アンテナの他の実施例、第８図は
第７図実施例のインピーダンス特性データ、 第９図は本発明のＳ型アンテナの更に他の実施例、第１
０図は本発明による移動通信端末装置の実施例、 第１１図は第１０図実施例における切替装置１３の実施
例、 第１２図は、電波環境をランダム状態にして測定したＳ
型アンテナ１４単体の受信性能データ、第１３図は、電
波環境をランダム状態にして測定したＳ型アンテナ１４
と給電線１２を設けた時の性能データ、 第１４図は第１０図に示すモノポールアンテナ１４を垂
直方向に０〜Ｌの長さまで伸長した時のやはり電波環境
をランダム状態にして測定した平均受信電力のデータ、 第１５図は本発明による移動通信端末装置の他の実施例
、 第１６図は従来の逆Ｆ型アンテナの概略構造図、第１７
図は従来の移動通信端末装置の一例を示す。 １．２は板状導体の第一部分、第二部分３は接地面 ５は板状導体の中央部 ６は給電部 ２０はＳ型アンテナ ２２は送受信機 ２３は給電線 ２４は外部モノポールアンテナ オシ肪岨１てＪる戸１助遍匝１側リー蓼訃Ｕめ万λ美刊
図第２図 （ｂ） （ｂ）（ａ、）のＡ部鉱太Ｍ軌割回 ）１＆３　目 率５図　　ゴ□−　８４３　ＭＨｚ す ］５ ｆｏ　＝６４３　ＭＨｚ 第８図 寥７１ｉ２１ （Ｑ） （ｂ） 傷ｆｌ　ＴＢ ５１１；テナ華４不り系携°称汗 寮／２１３ →歩Ａｔ’ｌ力 ３ｊ！！１七恰質珠っ累慮亦汗　（休＝０）寮１３屈 享１５；　図 従来力左Ｆ形アンテナあτＨ浴Ａ駄ぢ図茅ｊ６図 （４＞ （ｂ） 従来、移動通店扇禾表ｉ ’％１７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板状導体と給電部と接地面から構成される移動通信
   端末用アンテナにおいて、 該板状導体はそれぞれ等しい長さの第一部分（１）と第
   二部分（２）及び中央部（５）からなり、該第一部分（
   １）と第二部分（２）は該接地面（３）に対し垂直に且
   つ間隙（４）を有し、更にそれぞれの両端（１−１、１
   −２、２−１、２−２）が対向するように配置され、 該中央部（５）は該第一部分（１）の一端（１−１）と
   、該第一部分（１）の他端（１−２）と対向する該第二
   部分（２）の一端（２−１）を接続するとともに接地面
   （３）に接地され、 該給電部（６）はアンテナ全体に対し点対称になるよう
   に該中央部（５）に接続されることを特徴とする移動通
   信端末用アンテナ。 ２、板状導体の第一部分（１）及び第二部分（２）の上
   方に接地面（３）と平行する折曲部（７０）を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の移動通信端末用アンテナ
   。 ３、板状導体の第一部分（１）、第二部分（２）及び中
   央部（５）が非導電体ブロック（９０）上にパターン形
   成されていることを特徴とする請求項１記載の移動通信
   端末用アンテナ。 ４、内部アンテナと外部アンテナを有する移動通信端末
   装置において、 請求項１記載の移動通信端末用アンテナを内部アンテナ
   （２０）とし、 該内部アンテナ（２０）は常時、送受信機（２２）と電
   気的に接続され、 外部アンテナ（２４）はその動作時のみ該送受信機（２
   ２）と電気的に接続されるように構成したことを特徴と
   する移動通信端末装置。