JPH0653729A - アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広帯域な周波数特性を持ち、且つ人体による
アンテナ特性の劣化が少ない、携帯電話や自動車電話等
に用いる無線機器に用いて最適なアンテナを提供するこ
と。 【構成】 ヘリカル放射素子を用いた１／２波長前後の
電気的な長さを持つ１／２波長放射素子１１を具備し、
該１／２波長放射素子１１への給電を、スパイラル状に
巻いた１／４波長の電気的な長さを持つ平面状の共振回
路１３からの電磁界結合によって行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、携帯電話や自動車電話
等に用いる無線機器に用いて好適なアンテナに関し、特
に１／４波長放射素子と、１／２波長放射素子を組み合
わせたアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来技術】図９は従来の整合回路１０１を用いたヘリ
カル状の１／２波長放射素子１０３の１例を示す図であ
る。

【０００３】また図１０は従来の１／４波長放射素子１
０５と伸縮可能な１／２波長放射素子１０７を組み合わ
せ、１／４波長放射素子１０５との容量結合により１／
２波長放射素子１０７に給電させるアンテナの１例を示
す図である（特開昭５４−５２４５０号公報）。但しヘ
リカル導体を包むプラスチックのモールド部は省略して
ある。

【０００４】このアンテナの場合、１／２波長放射素子
１０７の伸張時（図１０（ｂ）の状態のとき）には、該
１／２波長放射素子１０７へ１／４波長放射素子１０５
を介して容量結合により給電されるが、このとき１／４
波長放射素子１０５を共振回路及び整合回路として機能
させることにより、１／４波長放射素子１０５と１／２
波長放射素子１０７の二重共振による広帯域な周波数特
性と、整合損の少ない整合回路による高い放射効率を実
現している。

【０００５】一方このアンテナの場合、１／４波長放射
素子１０５の電気的な長さは、使用する周波数に対応し
た波長に対して、概ね１／４波長とられていた。また１
／２波長放射素子１０７へは、前述のように１／４波長
放射素子１０５からの電界結合によって給電されるが、
このとき上述のように１／４波長放射素子１０５の電気
的な長さが、使用する周波数に対応した波長に対して概
ね１／４波長である場合には、給電点からみた１／４波
長放射素子及び１／２波長放射素子から構成されるアン
テナ全体の入力インピーダンスを所望の値に整合させる
ために、１／２波長放射素子１０７の電気的な長さは、
使用する周波数に対応した波長に対しておよそ１／２波
長程度必要であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９に示すような従来
例では、一般に整合回路としてＬＣ共振回路１０１が用
いられるが、１／２波長前後の電気的な長さを持つ１／
２波長放射素子１０３の入力インピーダンスは数百Ωと
非常に高いので、例えば５０Ωの給電線路と整合させる
ためには、Ｑがかなり高い共振回路を構成しなければな
らず、そのためアンテナの周波数特性が狭帯域となるば
かりか、整合損失が大きくなるためにアンテナの放射効
率が著しく劣化してしまうという問題点があった。

【０００７】また上記問題点を改善するために発明され
た図１０に示すようなアンテナでは、１／２波長放射素
子１０７を筐体１０８内に引込み、１／４波長放射素子
１０５単体で動作させるとき（即ち図１０（ａ）の状態
のとき）にも、使用周波数帯にわたってある程度の利得
が必要となるので、それに応じた１／４波長放射素子１
０５の物理的な長さと筐体からの高さが必要であり、そ
のため伸張時のアンテナも含めた無線機器全体の寸法を
一定にしようとした場合、１／２波長放射素子１０７の
物理的な長さが必然的に制約を受けるという問題点があ
った。従って１／２波長放射素子１０７の共振周波数帯
域幅が狭くなり、例えば８００ＭＨｚ帯の携帯電話等の
使用周波数帯が広い場合に、１／２波長放射素子１０７
の本来持つ、人体が近づいた場合に放射特性の劣化が少
ないという特徴を使用周波数帯の全域にわたって得るこ
とが困難であるという問題点があった。

【０００８】また図１０に示す１／４波長放射素子１０
５と１／２波長放射素子１０７を組み合わせたアンテナ
では、１／４波長放射素子１０５の電気的な長さが、使
用する周波数に対応した波長に対して概ね１／４波長と
られていたが、この場合、このこのアンテナの使用時に
人体が近づいたときには、１／４波長放射素子１０５の
共振のピーク周波数がやや低くなるので、整合がとれな
くなり、放射効率が著しく低減するという問題点もあっ
た。

【０００９】また１／４波長放射素子１０５の電気的な
長さが、使用する周波数に対応した波長に対して概ね１
／４波長である場合には、給電点からみた１／４波長放
射素子１０５及び１／２波長放射素子１０７から構成さ
れるアンテナ全体の入力インピーダンスを所望の値に整
合させるためには、１／２波長放射素子１０７の電気的
な長さは使用する周波数に対応した波長に対しておよそ
１／２波長程度必要であるので、アンテナの外形寸法が
大きくなり、携帯に不便であるという問題点もあった。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、広帯域な周波数特性を持ち、且つ人
体による特性の劣化が少ない、携帯電話や自動車電話等
の無線機器に用いて最適なアンテナを提供することにあ
る。

【００１１】また本発明の目的は、人体によるアンテナ
特性の劣化が少なく、且つ給電線路との整合が容易で、
給電部に整合回路を設ける必要のない小型で高性能なア
ンテナを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本願の第１発明は、ヘリカル放射素子等を用いた１／
２波長前後の電気的な長さを持つ１／２波長放射素子を
具備し、該１／２波長放射素子への給電を、スパイラル
状に巻いた１／４波長の電気的な長さを持つ平面状の共
振回路からの電磁界結合によって行うように構成した。

【００１３】また本願の第２発明は、１／４波長放射素
子と１／２波長放射素子を組み合わせたアンテナにおい
て、前記１／４波長放射素子の電気的な長さを、使用す
る周波数に対応した波長に対して１／８波長以上で１／
４波長未満の間の長さとし、且つ前記１／２波長放射素
子の電気的な長さを、使用する周波数に対応した波長に
対して３／８波長以上で１／２波長未満の間の長さとし
て構成した。

【００１４】

【作用】本願の第１発明によれば、スパイラル状の共振
回路に印加された高周波電力は、この共振回路で共振
し、さらに電磁界結合によって結合された１／２波長放
射素子に供給される。このとき両者の位置関係・距離を
調整すれば、給電点からみた共振回路と１／２波長放射
素子の二重共振のインピーダンス特性を調整できる。従
って、該二重共振による広帯域な周波数特性と、整合損
の少ない整合回路による高い放射効率が得られる。また
共振回路はスパイラル状で平面状に構成されているの
で、高さ寸法を非常に小さくでき、１／２波長放射素子
の物理的な長さを相対的に長くでき、従って共振周波数
帯域幅が広くなり、広い周波数帯域にわたって人体が近
づいた場合の放射特性の劣化を小さくできる。

【００１５】また本願の第２発明によれば、使用時に人
体が近づくことによって１／４波長放射素子の共振のピ
ーク周波数がやや低くなることを予め考慮に入れて、各
放射素子の電気的な長さを使用する周波数に対応した波
長に対して短くしているので、人体による特性の劣化が
少なく、かつ給電線路との整合が容易で、給電部に整合
回路を設ける必要のない小型で高性能のアンテナが実現
できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１発明の実施例と第２発明
の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 〔第１発明〕図１は本願の第１発明にかかるアンテナの
１実施例を示す図である。同図に示すようにこの実施例
においては、ヘリカル状に巻いた１／２波長放射素子１
１とスパイラル状に巻いた１／４波長の電気的な長さを
持つ１／４波長スパイラル素子（共振回路）１３とを具
備し、両者を電磁界結合せしめることによって構成せし
めている。

【００１７】ここでこの１／４波長スパイラル素子１３
は、そのスパイラル状に巻かれた平面が１／２波長放射
素子１１の長手方向に対して垂直になる位置に配設され
ている。言い替えれば、１／４波長スパイラル素子１３
はその面を前記１／２波長放射素子１１が無線機から突
出する面に対して平行に配設されている。

【００１８】このときこの１／４波長スパイラル素子１
３に印加された高周波電力は、この１／４波長スパイラ
ル素子１３にて共振し、さらに適当な距離を隔てて置か
れた１／２波長放射素子１１へ電磁界結合により結合さ
れ供給される。このとき１／４波長スパイラル素子１３
と１／２波長放射素子１１の位置関係及び距離を調節す
ることによって、給電点からみた１／４波長スパイラル
素子１３と１／２波長放射素子１１の二重共振のインピ
ーダンス特性を調整することができる。

【００１９】従って、以上のように構成することによ
り、１／４波長スパイラル素子１３と１／２波長放射素
子１１の二重共振による広帯域な周波数特性と、整合損
の少ない整合回路による高い放射効率が得られる。

【００２０】また１／４波長スパイラル素子１３は平面
状に構成されるため、高さ寸法を非常に小さくすること
ができるので、１／２波長放射素子１１の物理的な長さ
を相対的に長くすることができ、従って、１／２波長放
射素子１１の共振周波数帯域幅が広くなり、広い周波数
帯域にわたって、人体が近づいた場合の放射特性の劣化
を小さくすることができる。

【００２１】図２は本願の第１発明の他の実施例を示す
図である。この実施例において前記第１実施例と相違す
る点は、前記図１に示す１／４波長スパイラル素子１３
と同様の構造の１／４波長スパイラル素子２３のスパイ
ラル状に巻いた面を、１／２波長放射素子１１の長手方
向に対して平行になる位置に配設した点である。言い替
えれば、この１／４波長スパイラル素子１３はその面を
前記１／２波長放射素子１１が無線機から突出する面に
対して垂直に配設されている。

【００２２】図３は本発明に用いる１／４波長スパイラ
ル素子３３の具体的な１構成例を示す図であり、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面
図である。同図に示すように、この具体例における１／
４波長スパイラル素子３３は、誘電体基板３５上に設け
て構成されている。同図において１／４波長スパイラル
素子３３への給電点は、該スパイラルの外周部にある端
点３７でも、中心部にある端点３７′でも、或いはその
間の点でも構わない。なおこの点については、他の実施
例でも同様である。このように１／４波長スパイラル素
子３３を誘電体基板３５上に設ければコイルを巻かなく
ても良いので、その製造が容易となる。

【００２３】図４は本願の第１発明のさらに他の実施例
を示す図である。この実施例においては、無線機器の筐
体を構成するモールド材４１の下面に１／４波長スパイ
ラル素子４３を形成し、その部分をカバーするようにモ
ールド材４１と一体のカバー部４５を設け、その下面に
シールド材４７を塗布し、一方モールド材４１の上面に
ヘリカル状の１／２波長放射素子４２を配設して構成さ
れている。

【００２４】図５は本願の第１発明のさらに他の実施例
を示す図であり、１／４波長スパイラル素子４９をフレ
キシブルプリント基板若しくは誘電体基板５１上に形成
し、モールド材５３裏面に塗布したシールド材５５とフ
レキシブルプリント基板若しくは誘電体基板５１の裏面
に設けた接地導体５７を、金属部材５９によって接続し
たものである。なお１／２波長放射素子５２はモールド
材５３の上面に配設されている。

【００２５】なお上記各実施例では１／２波長前後の放
射素子としてヘリカル状の素子を用いたが、本発明は直
線状の素子やヘリカルと直線を組み合わせた形状の素子
等、任意の形状の素子にも適用できることは言うまでも
ない。

【００２６】〔第２発明〕本願の第２発明は、１／４波
長放射素子と１／２波長放射素子を組み合わせた収納式
のアンテナであって、１／４波長放射素子の電気的な長
さを、使用する周波数に対応した波長に対して１／８波
長以上で１／４波長未満の間の長さとし、また前記１／
２波長放射素子の電気的な長さを、使用する周波数に対
応した波長に対して３／８波長以上で１／２波長未満の
間の長さとしたものである。

【００２７】ここで図６（ａ）乃至（ｄ）は本願の第２
発明を利用したアンテナの具体的実施例を示す図であ
り、図６（ａ）は１／８波長以上で１／４波長未満の放
射素子６１と、３／８波長以上で１／２波長未満の放射
素子６３のいずれをもヘリカル放射素子により構成した
例を示している。また図６（ｂ）は１／８波長以上で１
／４波長未満の放射素子６１′をヘリカル放射素子で構
成し、３／８波長以上で１／２波長未満の放射素子６５
を直線状の放射素子で構成した例を示している。また図
６（ｃ）は１／８波長以上で１／４波長未満の放射素子
６７を直線状の放射素子で構成し、３／８波長以上で１
／２波長未満の放射素子６３′をヘリカル放射素子で構
成した例を示している。また図６（ｄ）は１／８波長以
上で１／４波長未満の放射素子６７′と、３／８波長以
上で１／２波長未満の放射素子６５′を共に直線状の放
射素子により構成した例を示している。

【００２８】上記各実施例のように、１／４波長放射素
子の電気的な長さを、使用する周波数に対応した波長に
対して、１／８波長以上で１／４波長未満の間の値にと
るとともに、１／２波長放射素子の電気的な長さを、使
用する周波数に対応した波長に対して、３／８波長以上
で１／２波長未満の間の値にとることによって、使用時
に人体が近づいた場合であってもその特性の劣化が少な
く、且つ給電線路との整合をとることが容易で、給電部
に整合回路を設ける必要のない小型で高性能なアンテナ
が得られる。

【００２９】図７は本願の第２発明の他の実施例を示す
図であり、同図（ａ）は伸張時、同図（ｂ）は短縮時を
示している。同図（ａ）に示すようにこのアンテナは、
前記図６（ａ）に示すアンテナと略同一の構成である
が、異なる点は、１／２波長放射素子６９を略同一長さ
の２つのヘリカル状部材６９−１，６９−２で構成し、
両者間を非接触電磁界結合で結合した点である。なおこ
の１／２波長放射素子６９の電気的な長さを、使用する
周波数に対応した波長に対して、３／８波長以上で１／
２波長未満の間の値にとり、１／４波長放射素子７１の
電気的な長さを、使用する周波数に対応した波長に対し
て、１／８波長以上で１／４未満の間の値にとる点は、
前記各実施例と同じである。またこれら２つのヘリカル
状部材６９−１，６９−２の機械的な長さは、いずれも
１／４波長放射素子７１の機械的な長さを越えない長さ
に構成されており、２つのヘリカル状部材６９−１，６
９−２は同図（ｂ）に示すように短縮時に非接触の状態
で完全に１／４波長放射素子７１の内部に収納されるよ
うに構成されている。なお１／２波長放射素子６９と１
／４波長放射素子７１間は非接触容量結合で結合されて
いる。

【００３０】このように構成すれば短縮時におけるこの
アンテナの反射特性と放射特性は、１／４波長放射素子
７１単独の特性とほぼ等しくなる。

【００３１】図８は図７の実施例にかかるアンテナの変
形例を示す図であり、同図（ａ）は伸張時、同図（ｂ）
は短縮時を示している。同図（ａ）に示すようにこの実
施例においては、２つのヘリカル状部材６９′−１，６
９′−２のピッチを変えることによって、１／２波長放
射素子６９′と１／４波長放射素子７１間の容量結合部
分の間隔を短くできる。

【００３２】なお上記第２の発明にかかる各実施例で
は、１／８波長以上で１／４波長未満の放射素子と、３
／８波長以上で１／２波長未満の放射素子ともに線状素
子の場合を示したが、本発明はこれらに対してのみ適用
されるものではなく、他の任意の形状の放射素子に適用
可能であることはいうまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かるアンテナによれば、以下のような優れた効果を有す
る。１／２波長放射素子に、スパイラル状に巻いた１／
４波長の電気的な長さを持つ共振回路から電磁界結合に
より給電するようにした場合、スパイラル状に巻いた１
／４波長の電気的な長さを持つ共振回路は、共振回路及
び整合回路として機能するので、この共振回路と１／２
波長放射素子の二重共振による広帯域な周波数特性と、
整合損の少ない整合回路による高い放射効率が得られ
る。

【００３４】また該共振回路はスパイラル状で平面状に
構成されるため、高さ寸法を非常に小さくすることがで
きるので、１／２波長放射素子の物理的な長さを相対的
に長くすることができ、従って１／２波長放射素子の共
振周波数帯域幅が広くなり、広い周波数帯域にわたっ
て、人体が近づいた場合の放射特性の劣化を小さくする
ことができる。

【００３５】さらに前記１／４波長の電気的な長さを持
つ共振回路から１／２波長放射素子へは電磁界結合によ
り給電されるので、該共振回路と１／２波長放射素子の
位置関係と距離さえ調節すれば構成の自由度が高く、携
帯電話や自動車電話などの無線機器の他の構成部品に対
する制約が少なくなるので、結果的に携帯電話や自動車
電話等の無線機器の設計が容易になる。

【００３６】一方、１／４波長放射素子の電気的な長さ
を、使用する周波数に対応した波長に対して１／８波長
以上で１／４波長未満の間の長さとし、また前記１／２
波長放射素子の電気的な長さを、使用する周波数に対応
した波長に対して３／８波長以上で１／２波長未満の間
の長さとした場合は、人体による特性の劣化が少なく、
且つ給電線路との整合が容易で、給電部に整合回路を設
ける必要のない小型で高性能なアンテナが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第１発明にかかるアンテナの１実施例を
示す図である。

【図２】第１発明の他の実施例を示す図である。

【図３】第１発明に用いる１／４波長スパイラル素子３
３の具体的な１構成例を示す図である。

【図４】第１発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図５】第１発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図６】第２発明を利用したアンテナの具体的実施例を
示す図である。

【図７】第２発明の他の実施例を示す図である。

【図８】第２発明のさらに他の実施例を示す図である。

【図９】従来の整合回路１０１を用いたヘリカル状の１
／２波長放射素子１０３の１例を示す図である。

【図１０】従来の１／４波長放射素子１０５と伸縮可能
な１／２波長放射素子１０７を組み合わせたアンテナの
１例を示す図である。

【符号の説明】

１１，４２，５２ １／２波長放射素子 １３，２３，３３，４３，４９ 共振回路（１／４波長
スパイラル素子） ６１，６１′，６７，６７′ １／４波長放射素子 ６３，６３′，６５，６５′ １／２波長放射素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘリカル放射素子等を用いた１／２波長
   前後の電気的な長さを持つ１／２波長放射素子を具備
   し、該１／２波長放射素子への給電は、スパイラル状に
   巻いた１／４波長の電気的な長さを持つ平面状の共振回
   路からの電磁界結合によって行うことを特徴とするアン
   テナ。
2. 【請求項２】 無線機器の内部回路をシールドするため
   の導電体層若しくは該導電体層に接続された金属面をグ
   ランド層とし、前記スパイラル共振回路は、該グランド
   層の上部に、そのスパイラル状の面が前記１／２波長放
   射素子が無線機器から突出する面に対して平行又は垂直
   になるように配設せしめられたことを特徴とする請求項
   １記載のアンテナ。
3. 【請求項３】 １／４波長放射素子と１／２波長放射素
   子を組み合わせたアンテナにおいて、前記１／４波長放
   射素子の電気的な長さを、使用する周波数に対応した波
   長に対して１／８波長以上で１／４波長未満の間の長さ
   としたことを特徴とするアンテナ。
4. 【請求項４】 前記１／２波長放射素子の電気的な長さ
   を、使用する周波数に対応した波長に対して３／８波長
   以上で１／２波長未満の間の長さとしたことを特徴とす
   る請求項３記載のアンテナ。