JPH0786823A - アンテナおよびこれを用いた無線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンテナの収納時にも高利得の誘電体共振器
を使用したアンテナの提供であり、また、アンテナ伸長
時及び収納時のインピーダンス整合が容易でかつアンテ
ナ利得変化が少ないアンテナを提供することにある。 【構成】 半径方向と垂直な方向に中空部１ａを有する
円柱形状誘電体１１と、該円柱形状誘電体１１の中空部
１ａ内面に設けられた第一の導体膜１２と、該第一の導
体膜１２に対向し上記円柱形状誘電体１１の外面に設け
られた第二の導体膜１３とから成り、上記第一の導体膜
１２及び第二の導体膜１３は電気的に隔絶され、且つ上
記第一の導体膜１２の一端を給電端子とした誘電体共振
器アンテナ１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アンテナ及びそれを用
いた無線装置に関し、より詳しくは、セルラ電話等小型
携帯無線装置のための改良されたアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やコードレス電話あるいは自動
車電話等の移動無線機器において、アンテナの小型化は
必須の条件である。しかし、ＬＳＩなどの回路部品と異
なり、アンテナには原理的にある程度の大きさが要求さ
れ、アンテナを小型にすればするほどその効率、すなわ
ち利得は低下するのが普通である。それ故、アンテナは
これら移動無線機器の性能を左右する重要な構成要素の
一つである。

【０００３】これらのアンテナの放射素子の長さは、電
気的にほぼ使用周波数の１／２波長に選定すると筐体に
よるアンテナパターンの変形が少なく特性がよいが、放
射素子として単なる線材を用いると長大となり、実際の
無線機器の携帯、使用には不適当である。

【０００４】そこで図１３に示すように、モノポールア
ンテナの一端にコイルによるヘリカルアンテナを機械的
かつ電気的に結合したアンテナが使用されている。

【０００５】図１３において３０は巻数５〜２０ターン
前後のヘリカルコイル、１５はヘリカルコイル３０を一
端に結合した線材、線材１５の他端１６は給電端子であ
り、給電点２０より高周波電源４０の電力が供給され
る。上記ヘリカルコイル３０は、その形態を保護し使用
時安全に取り扱いができるようにする為、及び装置の美
観上の理由により、樹脂モールドされているのが一般的
である。

【０００６】図１４（Ａ）（Ｂ）は、上記アンテナを携
帯無線機に適用した場合の伸長時及び収納時の形態を示
す。図１４（Ａ）は、伸長時の状態を表す。アンテナ全
体を筐体１０より突出させた状態であり、筐体１０上部
にある給電点２０より高周波電力を供給する。当然なが
らアンテナの効率はこの状態での使用時が最も高くなる
ように設計されているのが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら携帯無線
機の場合は、持ち運び等の利便のため、アンテナを図１
４（Ｂ）に示すように収納した使用状態が多く存在す
る。このような収納状態においては、アンテナ本体が筐
体１０内のケースに収納されるため、伸長状態に比して
著しくアンテナ利得が低下してしまい、例えば電話機と
して使用されている場合は、基地局からの呼び出しがか
からないという問題点がある。

【０００８】また係る携帯無線機においては、アンテナ
の収納時も、伸長時と同様に筐体上の同一位置の給電点
より電力が供給されるようになっているが、収納時に
は、筐体及び、その内部ケース等の部材によりアンテナ
特性が大きく変化し、伸長時（インピーダンスが数百
Ω）、収納時（インピーダンスが数十Ω）のインピーダ
ンス整合をとるのが困難であるという問題点もある。つ
まり、同一の整合回路を用いては、アンテナの伸長時と
収納時のインピーダンス整合をとることは困難である。

【０００９】本発明の目的は、係る問題点を解決し、携
帯無線機に好適な、つまりアンテナの収納時にも高い利
得を有する誘電体共振器を使用したアンテナを提供する
ことであり、また、アンテナ伸長時及び収納時のインピ
ーダンス整合が容易でかつアンテナ利得の変化が少ない
アンテナを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載のアンテナは、半径方向と垂
直な方向に中空部を有する柱状誘電体と、該柱状誘電体
の中空部内面に設けられた第一の導体膜と、該第一の導
体膜に対向し上記柱状誘電体の外面に設けられた第二の
導体膜とから成り、上記第一の導体膜及び第二の導体膜
は電気的に隔絶され、且つ上記第一の導体膜の一端を給
電端子としたことを特徴とする（以下、本アンテナを誘
電体共振器アンテナという）。

【００１１】また、本発明の請求項２記載のアンテナ
は、上記誘電体共振器アンテナの電気長を輻射電波の１
／２波長とし、該アンテナの給電端子に電気長が輻射電
波の１／２波長以下の輻射手段である線材を電気的に接
合したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の無線装置は、筐体のアンテ
ナ収納部上端に給電点を設け、上記請求項１又は請求項
２記載のアンテナに給電するようにしたことを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１記載のアンテナにおいては、
中空部内面の第一の導体膜の一端に設けられた給電端子
より高周波信号を入力することにより、該導体膜が励振
され、誘電体及び誘電体外面に設けられた第二の導体膜
の間に高い電気エネルギーが閉じ込められ共振作用をお
こす。この共振周波数より低い周波数では誘導性のリア
クタンスとなりローデングコイルと同等の働きをする。
この結果アンテナ長手方向の物理長は短いが、第一と第
二の導体膜間端面及び第二の導体膜外面より放射が起こ
り、高利得のアンテナとして作用する。

【００１４】また、本発明の請求項２記載のアンテナに
おいては、上記誘電体共振器アンテナの誘電体の誘電率
やその長さを調整し、１／２波長共振子として作用させ
るとともに、その給電端子にやはり電波の輻射手段であ
る線材を電気的に接続したことにより、全体としてトッ
プローデングされたアンテナとして作用する。

【００１５】また、本発明の無線装置においては、筐体
のアンテナ収納部上端に給電点を設けたことにより、ア
ンテナ収納時には、主として上記請求項１記載の誘電体
共振器アンテナ部により放射、吸収作用が働き、アンテ
ナ伸長時には、上記請求項２記載のアンテナとして作用
する。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例として、図１及び図２を用
いて説明する。図１は、誘電体共振器アンテナ１の斜視
図であり、図２は、図１のＢ−Ｂ′切断面図である。図
中１１は、半径方向と垂直な方向に中空部を有する円柱
形状の誘電体である。本実施例においては、アンテナの
指向特性を全周方向に一定とするため、円柱の中心軸Ａ
を基準として同軸上に中空部１ａを設けている。又、中
空部１ａは円柱の上面及び底面間を貫通している。

【００１７】誘電体材料としては、例えばチタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉＯ３）やニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ
３）等の強誘電体結晶が好ましい。無線機を使用する常
温において、使用高周波に対する比誘電率が高く損失の
少ない物質がよい。

【００１８】図中１２は、上記誘電体１１の中空部１ａ
内面に設けられた第一の導体膜である。導体としては、
銀（Ａｇ）を厚膜焼き付け形成する方法や、銅（Ｃｕ）
を無電解メッキにより形成するのが好ましい。これは、
導体膜の形成において、誘電体と導体膜の間に空気層の
欠陥が入り込むと不完全な共振器となるので、それを防
止するようにすることが必要である。

【００１９】図中１３は、第一の導体膜１２に対向し
た、上記誘電体１１の外面に設けられた第二の導体膜で
あり、第一の導体膜１２と同様に形成する。第一の導体
膜１２と第二の導体膜１３の間は、誘電体１１により電
気的に隔絶され、円柱の上面、底面に２つの導体膜を短
絡するような導体は存在しない。

【００２０】図中１４は、中空部内面に設けられた第一
の導体膜１２の一端でありアンテナの給電端子となる。
該給電端子１４から高周波電力を供給することによりア
ンテナとして作用する。給電端子は、第一の導体膜１２
上であれば、いずれの位置にあってもよい。

【００２１】以上図１の誘電体共振器アンテナのＢ−
Ｂ′切断面図を図２に示すように、中空部を有する円柱
形状誘電体１１、第一の導体膜１２、第二の導体膜１３
および第一の導体膜の一端である給電端子１４の関係及
び第一の導体膜１２と第二の導体膜１３の間が電気的に
隔絶されていることを示している。

【００２２】図３は、本発明の第２の実施例である。本
実施例においては、先の実施例で示した誘電体共振器ア
ンテナを、携帯無線機におけるホイップアンテナとして
使用する場合の例である。ホイップアンテナとは、実際
の送受話を行なうときには筐体よりアンテナ本体を引き
出して使用でき、携帯時（待ち受け時）は、取り扱いの
便利、外観上の理由によりアンテナ本体を筐体内に収納
して使用できるように構成したアンテナをいう。

【００２３】これは、第１の実施例で示した誘電体共振
器アンテナの電気長を輻射電波の１／２波長となるよう
に構成し、給電端子以下に、全長が輻射電波の１／２波
長より短かい線材１５を電気的に接合したものである。
これにより携帯が便利になり、外観上も好ましくなる。

【００２４】この実施例における構成を、９００ＭＨｚ
帯セルラ電話システムの携帯器用アンテナとして実施し
た場合の効果について以下に説明する。円柱形状誘電体
１１として、誘電率２００のチタン酸バリウムを材料と
した円柱の外径（外周の直径）６ｍｍ、中空部１ａの直
径２．２ｍｍ、円柱の長手方向の高さ１９ｍｍとするこ
とにより、同周波数における１／２波長アンテナが構成
できることを実験により確認した。第一の導体膜１２及
び第二の導体膜１３は、いずれも銀を焼き付けて構成さ
れている。給電端子１４以下に接続される線材１５とし
ては直径１ｍｍの銀メッキ線を用い、誘電体を含め全長
１３０ｍｍとした。

【００２５】図４（ａ）は、アンテナ伸長時の外観を説
明したものであり、この状態において実測した反射特性
を図５、伝送特性を図７に示す。図４（ｂ）は、アンテ
ナ収納時の外観を説明したものであり、この状態におい
て実測した反射特性を図６、伝送特性を図８に示す。

【００２６】反射特性を示す図５、図６において、横軸
は６５０ＭＨｚより１目盛り５０ＭＨｚで示しており、
縦軸は１目盛り１０ｄＢである。図中Δで示した４点に
ついて、反射特性を比較すると、以下の様になる。 測定周波数 伸長時利得 収納時利得 伸長／収納時の減衰量 （ＭＨｚ） （ｄＢ） （ｄＢ） （ｄＢ） １ ８７２ −６．２２６７ −６．３０５８ ０．０７９１ ２ ９０５ −１３．９１３ −１５．７８ １．８６７ ３ ９１７ −１９．６３８ −１５．１６ −４．４７８ ４ ９５０ −６．１２７３ −４．７３６８ −１．３９０５ アンテナの伸長時、収納時とも同一の整合回路を使用し
ている。係る測定結果により、同一の整合回路を使用し
て、伸長時、収納時の実用上大きな差違がない高反射特
性が得られるという効果がわかる。

【００２７】伝送特性を示す図７、図８において、横軸
は６５０ＭＨｚより１目盛り５０ＭＨｚで示しており、
縦軸は１目盛り２ｄＢである。図中Δで示した４点につ
いて、伝送特性を比較すると、以下の様になる。 測定周波数 伸長時利得 収納時利得 伸長／収納時の減衰量 （ＭＨｚ） （ｄＢ） （ｄＢ） （ｄＢ） １ ８７２ −４０．３０７ −４２．７７６ ２．４６８ ２ ９０５ −３９．１２９ −４０．８６５ １．７３６ ３ ９１７ −３９．２２３ −４０．８ １．５７７ ４ ９５０ −４１．６６４ −４３．０６１ １．３９７ この場合もアンテナの伸長時、収納時とも同一の整合回
路を使用している。係る測定結果により、同一の整合回
路を使用して、伸長時、収納時の実用上大きな差違がな
い高伝送特性が得られるという効果がわかる。

【００２８】図９は、無線機を図１０に図示する座標軸
に置いたときのＸＹ平面垂直偏波パターンを示したもの
である。測定周波数として９０４．９８７５ＭＨｚを用
い、アンテナ伸長時、収納時ともに５０Ωのインピーダ
ンスを使用しているが、いずれの状態においても優れた
特性を示している。

【００２９】このように、アンテナ伸長時および収納時
において、大差ない反射特性、伝送特性が得られるた
め、整合回路をアンテナ伸長時と収納時との２種類用意
し、アンテナ使用状態の検知手段、及び検知手段の信号
に基づいて上記２種類の整合回路のいずれか一方を選択
切換制御する手段を設けるといったことが必要でなく、
回路規模を簡単にし、操作を容易にすることができる。
また、構造上、無線機筐体内における高周波電力の給電
点２０は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように筐体内のア
ンテナ収納部２１の上端、つまり、最大利得を必要とす
るアンテナ伸長時にアンテナ線材１５の下端１６が給電
端子として作用し、該給電端子に電力を供給できる位置
にあればよく、アンテナ伸長時および収納時ともに共用
できる。

【００３０】なお、従来の第二の導体膜１３を用いず、
第一の導体膜１２を高誘電体で包んだ形状のモノポール
アンテナにおいては、電極として用いる第一の導体膜１
２はともかく、誘電体の外周面には、いかなる導体も構
成することがなく、係る第二の導体膜１３の存在は、か
えって共振特性を劣化させるものと解されていた。そこ
で、本発明者等は、第二の導体膜１３を削除した状態に
おいても、同様の効果が得られるものかどうか、つま
り、第二の導体膜１３は、効果のない構成要件の単なる
付加であるのかと思慮し、第二の導体膜１３を削除した
状態で実験を試みたが、そのような構成においては、上
記本発明による第一と第二の導体膜１２，１３による共
振を利用しないため、放射効率は極めて低いものであ
り、１／２波長のアンテナを構成することは困難であっ
た。このように、第二の導体膜１３は、係る全体寸法で
高効率の１／２波長アンテナを構成するための必要不可
欠な構成要件であることが確認された。

【００３１】さらに、この第二の導体膜１３を他のアン
テナ手段に接続することにより更に利得を向上させるこ
とが可能である。１つの誘電体共振器アンテナの第二の
導体膜１３を他の誘電体共振器アンテナの第一の導体膜
１２に接続することもできる。係る構成を複数の誘電体
共振器アンテナを用いて繰り返し接続すれば、容易に所
望する高利得のアンテナを極めて短い物理長で実現でき
るという効果がある。

【００３２】また、一般に無線機の送受信感度は、単に
アンテナ手段によって、定まるものではなく、その筐体
の外部構造、内部の電気部品等の実装状況によって大き
く左右されるのが普通である。したがって、アンテナ構
造の設計は、筐体外部構造等を一体として設計されなけ
ればならない。しかしながら、需要者の趣味感、流行性
のため、筐体の意匠が必ずしも無線機としての機能上最
適な外観となることは少ない。

【００３３】しかしながら、本発明の誘電体共振器アン
テナは、このような場合においても誘電体１１の形状
を、円筒形、多角形、半球形、円柱形、角柱形等の各種
柱状の筐体形状に最適な形状に成形することによって、
無線機としての機能を高めつつ筐体の審美性を高めるこ
とが可能であるという効果が得られる。また誘電体の形
状そのものは上記本発明実施例で示した円柱形状とし、
その上に様々な形状の樹脂キャップをかぶせてもよい。

【００３４】図１１は係る場合の実施例である。筐体６
０はデザインを重視して流麗な曲線で表現されたため、
誘電体共振器アンテナ７０もそのデザインに適応した形
状としている。極めて短い物理長で電気長１／２波長の
アンテナが構成できるため、このような実施ができる。
又、中空部の形状も第１の実施例で示しているように円
柱とする必要はなく、無線機筐体の形状、誘電体の形状
に合わせて最適な特性が得られるように任意に加工すれ
ばよい。さらに、図１２に示すように、誘電体共振器ア
ンテナ１に線材１５を接合する場合は、中空部１ａを利
用して誘電体１１の中に貫通させれば機械的に強固に結
合できると同時に電気的に接続できるという効果が得ら
れる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、携帯無線
機に好適な、つまりアンテナの収納時にも高い利得を有
する誘電体共振器を使用したアンテナの提供ができる効
果がある。さらには、アンテナ伸長時と収納時における
アンテナ利得の変化が少なくなるため、単一の整合回路
によってインピーダンス整合をとることが可能であり、
無線機の小型化、コスト低減ができる。又、誘電体表面
に導体膜を形成するだけであるので、アンテナの生産性
が格段に向上する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例誘電体共振器アンテナの構成
図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ′切断面図である。

【図３】本発明の他の実施例の誘電体共振器アンテナの
構成図である。

【図４】本発明の一実施例のアンテナ携帯用無線機の伸
長時及び収納時の断面図である。

【図５】本発明のアンテナの伸長時の反射特性を示した
グラフ図である。

【図６】本発明のアンテナの収納時の反射特性を示した
グラフ図である。

【図７】本発明のアンテナの伸長時の伝送特性を示した
グラフ図である。

【図８】本発明のアンテナの収納時の伝送特性を示した
グラフ図である。

【図９】本発明のアンテナの伸長時、収納時のＸＹ平面
垂直偏波パターン図である。

【図１０】本発明の無線機の座標軸を示す説明図であ
る。

【図１１】本発明の他の実施例のアンテナ携帯無線機の
断面図である。

【図１２】本発明の他の実施例の誘電体共振器アンテナ
の構成断面図である。

【図１３】従来のアンテナの構成例図である。

【図１４】従来のアンテナを備えた携帯用無線機の断面
図である。

【符号の説明】

１…誘電体共振器アンテナ、１１…誘電体、１２…第一
の導体膜、１３…第二の導体膜、１４…給電端子、１５
…線材、１６…給電端子、２０…給電点、２１…アンテ
ナ収納部、４０…電源、５０…筐体、６０…筐体、７０
…誘電体共振器アンテナ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半径方向と垂直な方向に中空部を有する
   柱状誘電体と、該柱状誘電体の中空部内面側に設けられ
   た第一の導体膜と、該第一の導体膜に対向し上記柱状誘
   電体の外面に設けられた第二の導体膜とから成り、上記
   第一の導体膜及び第二の導体膜は電気的に隔絶され、且
   つ上記第一の導体膜の一端を給電端子としたことを特徴
   とするアンテナ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアンテナの電気長を輻射
   電波の１／２波長とし、該アンテナの給電端子に電気長
   が輻射電波の１／２波長以下の輻射手段である線材を電
   気的に接合したことを特徴とするアンテナ。
3. 【請求項３】 筐体のアンテナ収納部上端に給電点を設
   け、請求項１または請求項２記載のアンテナに給電する
   ことを特徴とする無線装置。