JPH061848B2 - アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、パーソナル無線、ポセットベル等の小形携帯
無線機用のアンテナに関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、小形携帯無線機の分野はパーソナル無線やポケッ
トベルのようにＶＨＦ帯からＵＨＦ帯以上の周波数帯に
移行しつつあり、それに伴なって上記周波数帯で使用す
るのに適した小形携帯無線機用のアンテナに対する要求
が高まっている。携帯無線機用のアンテナに要求される
性能には様々なものがあるが、次の３点が特に重要であ
る。()アンテナを電子回路および人体に接近させるこ
とによる利得の低下が少ないこと。()電子回路とアン
テナが高周波的に分離されており、電子回路のアース部
および無線機筐体に高周波電流が流れないこと。()小
形、軽量であること。()の条件はポケットベル等の内
蔵アンテナに関しては特に重要である。

従来、携帯無線機用のアンテナとしては第１図に示すス
リーブアンテナがよく用いられている。スリーブアンテ
ナは、図に示すように1/4波長モノポールアンテナ１０
１の給電部にシュペルトップ１０２を付けることによっ
て同軸線路１０３の外部導体の表面に流れる定在波電流
を阻止することを特徴としており、無線機筐体に高周波
電流が流れないので携帯無線機用の外付アンテナとして
極めて良好に動作する。しかし、スリーブアンテナはそ
の構造から1/2波長以上の長さが必要となり、1/2波長以
下のアンテナを実現することができない。またスリーブ
アンテナは電子回路および人体の接近によるインピーダ
ンスの変化および利得の低下が著るしく、無線機本体に
内蔵するアンテナとしては不適当である。

発明の目的 本発明の目的は、誘電体基板を使用した極めて小形，軽
量であるかつ高利得な携帯無線機用のアンテナを提供す
ることにある。

発明の構成 本発明のアンテナは、両面に金属導体が存在する波長に
比べて十分薄い多角形の誘電体基板を有し、前記誘電体
基板の一端面を電気的に接続して短絡辺を形成し、前記
誘電体基板の第１の面の金属導体の前記短絡辺と前記短
絡辺と対向する開放辺の間の長さを電気的に前記誘電体
基板上の波長のほぼ４分の１の奇数倍に選び、前記誘電
体基板の第１の面の金属導体上の一点を給電点高周波側
端子，第２の面の金属導体の一点を給電点アース側端子
とし、前記給電点アース側端子の位置を前記誘電体基板
の第２の面の金属導体上に形成される定在波電圧が節に
なる位置に設定するように構成したものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。第２図は本発明によるアンテナの第一の実施例の
構成図である。ａは平面図、ｂは正面図である。２０１
は波長λに比べて十分薄い厚さｔの長方形の誘電体基板
（比誘電率Σ）であって、基板下面には薄い金属箔２０
２が、上面には金属箔２０３が密着している。誘電体基
板２０１の一辺２０４は辺全体に渡って金属導体が設け
られ、金属箔２０２，２０３が互いに電気的に接続され
ている。２０５は同軸コネクターであって、図示するよ
うに誘電体基板下面に取付けられており、その位置は辺
２０４からＦであってほぼ誘電体基板の中央（即ちＨ≒
Ｅ／２）である。２０６は同軸コネクターの内部導体を
示しており、誘電体基板上面と電気的に接続されてい
る。アンテナの共振周波数ｆは誘電体基板上面の金属箔
２０３の長さＤによってほぼ決定され、ｆ＝（２Ｎ−
１）Ｃ／（４Ｄ√ε）により計算できる（Ｃ：光速，
Ｎ：自然数）。しかし、共振周波数ｆは概略の値であっ
てかつ誘電体基板２０１の厚さｔおよび給電点の位置に
よって変化するから、共振周波数ｆの正確な値は実験的
に求める。この場合、Ｄを大きくすれば共振周波数は下
がり、Ｄを小さくすれば共振周波数は上がる。次に給電
点の位置（Ｆの値）は次のようにして決定する。第３図
は第２図のアンテナの入力インピーダンスの軌跡を表わ
す。円内は反射係数面を表わしているが、図が複雑にな
るのを避けるためインピーダンス線図（スミスチャー
ト）は描いていない。図に示すようにＦを大きくすると
インピーダンス軌跡の円弧は大きくなり、共振周波数に
おける入力インピーダンスの抵抗分（３０３）は大きく
なる。これに対してＦを小さくするとインピーダンス軌
跡の円弧は小さくなり、共振周波数における入力インピ
ーダンスの抵抗分（３０１）も小さくなる。従ってＦの
値を適当に選ぶことによって共振周波数における入力イ
ンピーダンスの抵抗分をほぼ任意の値に設定することが
でき、図の３０２に示すように入力インピーダンスを正
規化インピーダンス（通常５０Ω）と等しくすることが
できる。給電点の位置Ｆが決定されれば次に誘電体基板
２０１の開放端２０７と給電点との距離Ｇを次のように
して決定する。同軸コネクター２０５より高周波電力を
アンテナに供給すると誘電体基板の上面および下面の金
属箔２０３，２０２には定在波電圧が生じる。このアン
テナ上の定在波電圧の分布は長さＧを変えることによっ
て変化させることができ、Ｇを適当な長さに選ぶことに
よって、誘電体基板下面の定在波電圧の分布を同軸コネ
クター２０５の取り付け部でちょうど節になるようにす
ることができる。

例えば、第２図において、Ｇは電気的に４分の１波長の
奇数倍に選ぶ。その時の金属箔２０３、２０２上の定在
波分布の一例を第２図（ｃ）に示す。

アンテナのグランドプレーンを本発明のように従来例に
比べて小さくした場合、一般にグランドプレーン上にも
定在波が生じる。その場合、アンテナエレメントの金属
箔２０３上の定在波と同様グランドプレーン上の定在波
も開放端２０７において最大となるので、Ｇを４分の１
波長の奇数倍に選べば、給電点のアース側端子２０５で
定在波の節にすることができ、同軸給電線の外導体をア
ース電位にすることができるので、アンテナから外導体
への漏れ電流を阻止できる。

Ｇはこのように給電部のアース側端子が定在波電圧の節
になるように選び、こうすることによって、同軸コネク
ター２０５に同軸線路を接続して給電した場合、同軸線
路の外部導体の表面に流れる定在波電流を阻止すること
ができる。このようにして外導体の漏れ電流を防ぐと、
無線機筐体に高周波電流が流れないため無線機によるア
ンテナのインピーダンスや指向性の変化が小さくなる。
また、人体によるアンテナ特性の劣化も小さくなる。ア
ンテナの巾Ｅおよび厚さｔはほぼ任意に設定することが
できる。ただし実験によればＥあるいはｔを大きくする
とアンテナの利得を大きくすることができる。以上述べ
た方法によってアンテナ各部の寸法は決定されるが、一
例として、誘電体基板としてテフロン（Σ＝２．６）を
用い、Ｎ＝１とした場合の設計例を次に示す。ｆ＝９３
０MHz，Ｄ＝４．８cm，Ｅ＝５cm，Ｆ＝１．１cm，Ｇ＝
５．５cm，ｔ＝１．６mmとする。これらの数値は次のよ
うにして求めることができる。

求めるべき数値はＤ，Ｆ，Ｇ，の３つである。

Ｄは において、ｆ＝９３０MHzとすることにより５cmとな
る。Ｄの正確な値は実験により求め、４．８cmであっ
た。

Ｆは第３図で示したようにアンテナのインピーダンスが
５０Ωになるように選び、この場合、実験により、１．
１cmであった。

Ｇは第２図（ｂ）のようにＧ１とＧ２にわけて考える。
Ｇ１はＤ−Ｆで３．７cmである。Ｇ１部分は金属箔２０
２と２０３によってテフロンを介在して平行平板線路を
形成しているから、金属箔２０２上の定在波も金属箔２
０３上の定在波と同様、波長が短縮されている。

従って、Ｇ１部分の電気的長さは である。Ｇの長さは電気的に４分の１波長とするとよい
から、９３０MHzの自由空間波長λの４分の１の８cmに
設定する。

従ってＧ２は となる（Ｇ２部分は平行平板線路でないから、電気長と
物理長が一致する）。以上の計算より Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２＝５．７cm となる。そして、実験では同軸給電線への漏れ電流が最
小になるような最適な長さを求め Ｇ＝５．５cmとした。

第４図は上記の寸法で製作したアンテナの指向性を示し
ており、最大放射方向４０１における利得の実測値は均
−２dBdｃである。上記の設計例ではアンテナをできる
だけ小形化する為、Ｇの長さは電気的にほぼ４分の１波
長としているが、Ｇの長さは電気的にほぼ４分の１波長
の奇数倍として給電部のアース側端子が定在波電圧の節
になるようにすればアンテナは良好に動作する。即ち、
上記の実験ではＧ＝５．５cmとしたが、Ｇをあと２分の
１波長（１６cm）延長して２１．５cmとすればよい。

第５図は本発明の第２の実施例の構成図である。アンテ
ナの短絡辺２０４上に給電部のアース側部端子がある点
が第２のアンテナと異なるが、電気的特性はほぼ同じで
ある。ただし第５図のアンテナは第２図のアンテナより
も長さを短くすることができる。

第６図は本発明の第３の実施例の構成図である。第１の
実施例においては、誘電体基板２０１の一辺は辺全体に
渡って金属導体を設けて短絡辺を形成していたが、第６
図の実施例はこれを有限個の金属導線による短絡部６０
１によって形成したものである。第１の実施例の設計例
で示したアンテナにおいて短絡辺２０４をほぼ等間隔の
７点の金属導線にる短絡部６０１におきかえて実験した
所、アンテナの天気的特性の変化は認められなかった。
短絡辺６０１はスルーホールによって形成することも可
能である。第２の実施例に関しても上記と全く同様に短
絡辺を金属導線による短絡部におきかえることができ
る。また第３の実施例においては、第７図に示すように
誘電体基板上面の金属箔は基板端部まで存在する必要は
なく金属箔端部と基板端部の間の距離７０１は任意に設
定することができる。

第１，第２および第３の実施例では給電部の位置は基板
のほぼ中央（Ｈ≒Ｅ／２）としているが、実験によれば
給電点の位置は必ずしも中央である必要はなくＨの値は
ほぼ任意に設定することができる。またアンテナの形状
も実施例では長方形に選んでいるが、第８図に示すよう
に多少の変形を加えてもアンテナは正常に動作すること
を実験的に確認している。

このアンテナの大きな特徴は、アンテナが隣接する電子
回路および人体の影響を極めて受けにくいことである。
即ち、実験によれば、第２図の誘電体基板下面部２０２
に極めて隣接して電子回路を形成してもアンテナの電気
的特性にはほとんど影響しない。しかもスリーブアンテ
ナのように給電部にシュペルトップを設けなくても電子
回路のアース部および無線機筐体に高周波電流が流れな
い。またアンテナは誘電体基板で構成されるので極めて
ロープロフィール，軽量である等の特性により、小形携
帯無線機の内蔵アンテナとして好適である。

発明の効果 本発明のアンテナは、一辺を短絡した長方形状の薄い誘
電体基板からなるアンテナであって次の特徴を有する。

()電子回路および人体の接近による利得低下が少な
い。

()給電部にシュペルトップのあるいはバランのような
アース側高周波電流の阻止回路を必要としない。

()極めて小形、軽量である。

従って、本発明のアンテナは小形携帯無線機用のアンテ
ナとして好適であるばかりでなく、各種移動体あるいは
固定局用のアンテナとして広範囲に利用できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアンテナを示す構成図、第２図は本発明
のアンテナの一実施例を示す構成図、第３図は本発明の
アンテナのインピーダンス特性を説明するためのインピ
ーダンス軌跡図、第４図は本発明のアンテナの指向性を
示す指向性図、第５図は本発明のアンテナの他の一実施
例を示す構成図、第６図および第７図は本発明のアンテ
ナの更に他の一実施例を示す構成図、第８図は本発明の
アンテナの変形による特性の変化を説明するための変形
したアンテナの平面図である。 ２０１……誘電体基板、２０２，２０３，２０４……薄
い金属導体、２０５……高周波コネクター、２０６……
高周波コネクターの内部導体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 純子 神奈川県横浜市港北区綱島東４丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−126304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−97204（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両面に金属導体が存在する波長に比べて十
   分薄い多角形の誘電体基板を有し、前記誘電体基板の一
   端面を電気的に接続して短絡辺を形成し、 前記誘電体基板の第１の面の金属導体の前記短絡辺と前
   記短絡辺と対向する開放辺の間の長さを電気的に前記誘
   電体基板上の波長のほぼ４分の１に選び、 前記誘電体基板の第１の面の金属導体上の一点を給電点
   高周波側端子、第２の面の金属導体上の一点を給電点ア
   ース側端子とし、 前記給電点アース側端子と前記誘電体基板の第２の面の
   金属導体の開放辺までの距離をほぼ電気的に４分の１波
   長または４分の３波長にしたことを特徴とするアンテ
   ナ。
2. 【請求項２】給電点高周波側端子およびアース側端子と
   誘電体基板短絡辺の距離を一致させたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のアンテナ。
3. 【請求項３】給電点アース側端子を誘電体基板の短絡辺
   上に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のアンテナ。
4. 【請求項４】短絡辺を有限個の金属導線あるいはスルー
   ホール加工による短絡部によって形成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のアンテナ。