JPH08288723A

JPH08288723A - 携帯無線機

Info

Publication number: JPH08288723A
Application number: JP7085440A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsunekawa; 光一常川; Seiji Hagiwara; 誠嗣萩原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-11-01
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3206793B2

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成により利得の高いアンテナを具備
した携帯無線機を提供する。【構成】線状アンテナ素子１と内部無線回路３のアン
テナ端子との間に内部無線回路３の内部インピーダンス
Ｚ₁より大きく、アンテナのインピーダンスＺ₂より小
さい特性インピーダンスを持つ同軸ケーブル２（２線式
伝送線路）で接続し、同軸ケーブル２によって線状アン
テナ素子１を共振させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アンテナ整合回路の
損失が少なく、高いアンテナ利得を有する携帯無線機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０に従来の携帯無線機におけるアン
テナの例を示す。この例では線状アンテナの給電点イン
ピーダンスと内部無線回路のアンテナ端子との入力イン
ピーダンスを整合回路でマッチングさせるものである。
つまり、１０１は線状アンテナ素子、１０２は整合回
路、１０３は内部無線回路、１０４は筐体、１０５はア
ンテナの給電点、１０６は内部無線回路１０３のアンテ
ナ端子、１０７は線状アンテナ素子１０１と内部無線回
路１０３を接続する同軸ケーブルをそれぞれ示す。

【０００３】従来は、内部無線回路１０３のアンテナ端
子１０６から内部無線回路１０３の内部を見たインピー
ダンスは５０Ωに整合される。線状アンテナ素子１０１
の長さが１／４波長である場合以外は、この例のように
整合回路が必要である。つまり、アンテナの利得を高く
するためには、線状アンテナ素子１０１の長さは１／２
波長に近い方が良い（文献（１）：常川他：“小型無線
機アンテナの多重波中利得と筐体長の関係”電子情報通
信学会論文雑誌Ｂ−II，Ｊ75−Ｂ−II, No.10pp.705−7
07, 1992 年10月）。アンテナ素子の電気長が１／４波
長より長くなると、アンテナ素子１０１の給電インピー
ダンスは５０Ωより高くなるので、アンテナ素子１０１
の高インピーダンスと内部無線回路１０３の５０Ωとを
整合させるための変換回路、すなわち、整合回路１０２
が必要であった。この場合、同軸ケーブル１０７は５０
Ωの特性インピーダンスのものが用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、アン
テナ素子１０１の給電点のインピーダンスが高い場合に
は整合回路１０２が必要となるため、この整合回路１０
２による損失が生じ、アンテナの利得が低下する欠点が
ある。この発明の目的は、整合回路１０２を用いずに線
状アンテナ素子１０１と内部無線回路１０３とを整合さ
せ、高いアンテナ利得を有する携帯無線機を提供しよう
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この出願の請求項１で提
案する携帯無線機は、線状アンテナ素子、筐体、内部無
線回路および内部無線回路のアンテナ端子と線状アンテ
ナ素子とを接続する同軸ケーブルを具備する携帯無線機
において、線状アンテナ素子の電気長がこの携帯無線機
の運用周波数の波長の１／４以上とされ、同軸ケーブル
の特性インピーダンスが内部無線回路のアンテナ端子の
インピーダンスの実部より高く、且つ線状アンテナ素子
の給電点から見込んだインピーダンスの実部より低く、
その電気長をこの携帯無線機の運用周波数の波長の約１
／４の奇数倍に選定した構成としたものである。

【０００６】この請求項１で提案する携帯無線機によれ
ば、線状アンテナ素子の電気長を運用周波数の１／４波
長以上に選定しているにも係わらず、同軸ケーブルの特
性インピーダンスを内部無線回路のアンテナ端子のイン
ピーダンスの実部より高く、且つ線状アンテナ素子の給
電点のインピーダンスの実部より低く、その電気長をこ
の携帯無線機の運用周波数の波長の約１／４の奇数倍に
選定した構成とするだけで、アンテナ整合回路を必要と
しないから、アンテナ整合回路の損失分だけ損失を低減
することができる。この結果、高いアンテナ利得を持つ
携帯無線機を提供することができる実益が得られる。

【０００７】この出願の請求項２で提案する携帯無線機
は、線状アンテナ素子、筐体、内部無線回路および内部
無線回路のアンテナ端子と線状アンテナを接続する同軸
ケーブルとを具備して構成される携帯無線機において、
同軸ケーブルを特性インピーダンスの異なる複数の同軸
ケーブルを直列接続すると共に、各同軸ケーブルの電気
長を運用周波数の約１／４の奇数倍に選定した構成とし
たものである。

【０００８】この請求項２で提案した携帯無線機によれ
ば、請求項１で提案した携帯無線機と同様に整合回路を
必要としないので、アンテナ利得の高い携帯無線機を提
供することができる。また、この請求項２で提案する携
帯無線機によれば、内部無線回路とアンテナ素子との間
を、特性インピーダンスが異なる複数の同軸ケーブルを
直列接続したから、アンテナ素子を複数の周波数で共振
させることができる。この結果、広い帯域にわたって共
振させることができるから、広い帯域にわたって運用周
波数を選定することができる携帯無線機を提供すること
ができる。

【０００９】請求項３で提案した携帯無線機は、請求項
１または２記載の携帯無線機において、内部無線回路の
アンテナ端子に並列に容量素子を接続した構成としたも
のである。この容量素子を内部無線回路のアンテナ端子
に並列接続することにより、リアクタンス成分が打ち消
され、深い共振特性を得ることができる。この結果、ア
ンテナの利得を更に高めることができる。

【００１０】請求項４で提案した携帯無線機は、請求項
３で提案した携帯無線機において、同軸ケーブルと内部
無線回路のアンテナ端子との接続点において、同軸ケー
ブルの芯線導体と内部無線回路のアンテナ端子のプラス
導体との間に誘導性素子を接続した構成としたものであ
る。この請求項４で提案した携帯無線機によれば、容量
性素子と誘導性素子とによって共振回路を構成するか
ら、同軸ケーブルによる共振と、容量性素子と誘導性素
子との共振によって２共振を得ることができる。この結
果、広帯域でしかもアンテナ利得の高い携帯無線機を提
供することができる。

【００１１】請求項５で提案する携帯無線機は、内部無
線回路の内部インピーダンスと同じ特性インピーダンス
を持つ同軸ケーブルを内部無線回路のアンナテ端子に接
続し、この同軸ケーブルの他端側に第２のアンテナ端子
を設ける。この第２のアンテナ端子と線状アンテナ端子
との間に、請求項１と同一条件で特性インピーダンスを
選定した同軸ケーブルを接続した構成としたものであ
る。

【００１２】この請求項５で提案した携帯無線機によれ
ば、内部無線回路の内部インピーダンスと同じ特性イン
ピーダンスを持つ同軸ケーブルの長さを適当に選定する
ことにより、内部無線回路のアンテナ端子とアンテナ給
電点間の距離を任意に設定できる。この場合も整合回路
が不要なので、整合回路の損失が低減でき、高いアンテ
ナ利得を持つ携帯無線機を提供することができる。

【００１３】この出願の請求項６で提案する携帯無線機
では、給電線路を２線式伝送線路とし、しかも、この２
線式伝送線路を線状アンテナを筐体内に収納する際の円
筒状ガイドとして兼用させる構成としたものである。こ
の構成の携帯無線機によれば、筐体内に収納する円筒ガ
イドがアンテナ素子に対する給電線路を構成しているか
ら、筐体の形状を小型に保ちながら、アンテナ素子を筐
体に収納することができる携帯無線機を提供することが
できる。

【００１４】

【実施例】以下にこの発明による携帯無線機の実施例を
説明する。図１はこの出願の請求項１で提案した携帯無
線機の実施例を示す。図１において、１は線状アンテナ
素子、２は同軸ケーブル、３は内部無線回路、４は筐
体、５は線状アンテナ１の給電点、６は内部無線回路６
のアンテナ端子をそれぞれ示す。

【００１５】この発明ではアンテナ利得を確保するため
に、線状アンテナ素子１の長さを運用周波数の１／２波
長に近い長さに選定する。線状アンテナ素子１の長さを
運用周波数の１／２波長に近い長さに選定することによ
り、アンテナ利得を確保できる理由は先に説明した文献
（１）に説明されている。線状アンテナ素子１の長さを
運用波長の１／２波長近くに選定した場合、給電点５を
見込むインピーダンスの実数部は比較的高い値（約２０
０Ω程度）になる。

【００１６】これに対し内部無線回路３のアンテナ端子
６から内部無線回路を見込む内部インピーダンスは５０
Ω系である。そこで、これら間でのインピーダンス整合
をとるには、（文献（２）：電子通信学会編：“アンテ
ナ工学ハンドブック”６章給電回路、6.３平衡線路系、
同軸線路系、ストリップ線路系の線路および機器、6.3.
２整合回路、〔３〕インピーダンス整合回路、p.241 ）
に説明されているように、給電長Ｌが１／４波長、特性
インピーダンスＺ₀が以下の式で与えられる給電線路を
接続すればよいことになる。

【００１７】Ｚ₀＝√（Ｚ₁×Ｚ₂） ……… （１）Ｚ₁：内部無線回路３の内部インピーダンスの実部Ｚ₂：線状アンテナ素子１の給電点５を見込むインピー
ダンスの実部Ｚ₁＝５０Ω，Ｚ₂＝２００Ωとすれば、Ｚ₀＝１００Ω となる。

【００１８】従って、この実施例では内部無線回路３の
アンテナ端子６と線状アンテナ素子１の給電点５との間
を運用波長の１／４波長にほぼ等しい長さＬを有し、特
性インピーダンスＺ₀が約１００Ωに近い値を持つ同軸
ケーブル２を接続すればよいことになる。図２に実験例
を示す。この例では線状アンテナ素子１の長さを１0.７
cm，同軸ケーブル２の特性インピーダンスＺ₀を１００
Ω，同軸ケーブル２の長さＬを5.５cmとした場合を示
す。この場合のアンテナ共振周波数は図２から明らかな
ように1.１２ＧHzであるから、その波長は２７cmとな
る。共振周波数の波長に対して、線状アンテナ素子１の
長さ１0.７cmは１／２波長に近い１0.７／２７≒0.４波
長となっている。また同軸ケーブル２の長さＬは5.５≒
0.２５，短縮率を８０％とすると、約１／４波長にな
る。

【００１９】この結果から明らかなように、線状アンテ
ナ素子１は共振してアンテナとして動作していることが
わかる。特に整合回路を用いなくとも、約0.４波長の線
状アンテナ素子１を共振させることができることがわか
る。従って、この構成によれば整合回路が不要なので、
整合回路で与えられる損失分だけ損失を低減することが
できる。この結果、高いアンテナ利得を持つ携帯無線機
を提供することができる。

【００２０】なお、この実施例では同軸ケーブル２の長
さＬを１／４波長に選定した場合を説明したが、この奇
数倍の長さ（３／４波長、５／４波長……）に選定して
も同様の作用効果を得ることができる。また、同軸ケー
ブルに限らず、他の形式の線路、例えば２線式、すなわ
ちプラス線路とマイナス線路（地板）があればよく、こ
の場合にも同軸ケーブルと同様の作用効果が得られる。

【００２１】図３はこの出願の請求項２で提案する携帯
無線機の実施例を示す。この実施例では内部無線回路３
のアンテナ端子６と、線状アンテナ素子の給電点との間
を接続する同軸ケーブルを、特性インピーダンスを異な
らせた複数の同軸ケーブルによって構成したことを特徴
とするものである。図示した実施例では特性インピーダ
ンスＺ₀′，Ｚ₀″を持つ２種類の同軸ケーブル２′，
２″を直列接続した場合を示す。これら同軸ケーブル
２′，２″の各特性インピーダンスＺ₀′，Ｚ₀″は、
それぞれ内部無線回路３のアンテナ端子６から見込んだ
内部インピーダンスの実部Ｚ₁と、線状アンテナ１を給
電点５から見込んだインピーダンスの実部Ｚ₂との間の
範囲内で、且つ互いに異なる値Ｚ₂＞Ｚ₀′＞Ｚ₀″＞
Ｚ₁に選定する。更に、各同軸ケーブル２′および２″
の電気長Ｌ′及びＬ″は運用周波数の１／４波長に近い
Ｌ′≒Ｌ″≒１／４波長に選定する。

【００２２】このように構成することによって、線状ア
ンテナ素子１は同軸ケーブル２′と２″のそれぞれと共
振し、この例では２つの周波数で共振し、しかも整合回
路が不要であるので損失を低減できる。よって広い帯域
にわたって高いアンテナ利得を持つ携帯無線機を提供す
ることができる。なお、この実施例では１／４波長の長
さの同軸ケーブルを２段直列接続した場合を説明した
が、２段以上の段数で直列接続することができる。２段
以上多段化することにより高利得が得られる帯域を拡げ
ることができる。また、この場合も同軸ケーブル２′，
２″の長さは１／４波長に限らず、１／４波長の奇数倍
の長さにしても全く同様の作用効果を得ることができ
る。

【００２３】図４はこの出願の請求項３で提案する携帯
無線機の実施例を示す。この実施例では、内部無線回路
３のアンテナ端子６と同軸ケーブル２との接続点に並列
に容量性素子７を接続した構成を特徴とするものであ
る。この場合、同軸ケーブル２は図１で説明したと同様
に、その特性インピーダンスＺ₀の値は内部無線回路３
の内部インピーダンスの実部Ｚ₁の値より大きく、線状
アンテナ素子１の給電点から線状アンテナ素子１を見込
んだインピーダンスの実部Ｚ₂の値より小さい範囲内に
選定し、更に同軸ケーブル２の電気長Ｌも運用周波数の
１／４波長にほぼ近い値に選定する。

【００２４】この構成によれば、容量性素子７の容量に
より回路のリアクタンス分を打ち消すことができる。こ
の結果、深い共振特性を得ることができる。図５にこの
実施例における電気的な測定例を示す。この場合、容量
性素子７の容量として約３ＰＦのコンデンサを接続した
場合を示す。図５より明らかなように、深い共振特性を
得ることができる。つまり、共振周波数1.１２ＧHzにお
いて、リターンロスは−１６dBまで低減し、高利得を得
ることができる。また、この場合も整合回路が不要なの
で損失の発生を低減できるから、更に高いアンテナ利得
を持つ携帯無線機を得ることができる。

【００２５】図６はこの出願の請求項４で提案する携帯
無線機の実施例を示す。この実施例では図５に示した実
施例に対し、同軸ケーブル２のプラス導体と内部無線回
路３のアンテナ端子６のプラス導体との間に誘導性素子
８を接続した構成を特徴とするものである。誘導性素子
８と同軸ケーブル２のプラス導体との接続点に容量性素
子７の一端を接続し、容量性素子７の他端は同軸ケーブ
ル２のマイナス導体（外部導体）とアンテナ端子６のマ
イナス導体との接続点に接続する。

【００２６】このように誘導性素子８を付加したことに
より、誘導性素子８と容量性素子７が共振回路を構成す
る。従って、線状アンテナ素子１は同軸ケーブル２との
共振に加えて、誘導性素子８と容量性素子７とによって
構成される共振回路とも共振し、図７に示すように２つ
の周波数で共振する。つまり、この例では容量性素子７
の容量を５ＰＦ，誘導性素子８として直径３mmφで２回
巻きコイルとした場合を示す。この場合には、図７に示
す共振点Δ１は1.６０ＧHz，リターンロスＲ，Ｌは−１
４dB，共振点Δ２は0.８９ＧHz，リターンロスＲ，Ｌは
−２２dBであった。

【００２７】このように容量性素子７と誘導性素子８と
によって共振回路を構成し、この共振回路を利用して線
状アンテナ１と共振させる構成としたから、図２に示し
た発明と比較して同軸ケーブル２を１段で済ませること
ができるから、同軸ケーブルを短くできる利点が得られ
る。また、容量性素子７と誘導性素子８とによる、いわ
ゆるＬＣ集中定数回路を用いているが、２共振回路をア
ンテナ給電点５の直下で構成する場合にはＬＣ集中定数
回路が２段必要であるのに対し、この発明では同軸ケー
ブル２と内部無線回路３のアンテナ端子６の間に構成し
たことにより、ＬＣ集中定数回路を１段で済ますことが
できる。よって、簡単な回路で構成することができる利
点か得られる。

【００２８】図８はこの出願の請求項５で提案する携帯
無線機の実施例を示す。この実施例では内部無線回路３
のアンテナ端子６に、このアンテナ端子６から内部無線
回路３を見込む内部インピーダンスＺ₁に等しい特性イ
ンピーダンスＺ_tを持つ同軸ケーブル９を接続し、この
同軸ケーブル９の他端を端子板１０に接続し、この端子
板１０を実質的に内部無線回路３の第２のアンテナ端子
６′として利用する。この第２のアンテナ端子６′に対
して図１で説明した条件を満たすように同軸ケーブル２
を給電点５と第２のアンテナ端子６′との間に接続すれ
ばよい。これによって、内部無線回路３のアンテナ端子
６とアンテナ給電点５との間の距離を任意に設定するこ
とができる。

【００２９】この構成によっても整合回路が不要なの
で、整合回路で発生する損失分だけ損失を低減すること
ができ、高いアンテナ利得を持つ携帯無線機を提供する
ことができる。図９はこの出願の請求項６で提案する携
帯無線機の実施例を示す。この実施例では、線状アンテ
ナ素子１と内部無線回路３との間を接続する給電線路を
同軸ケーブル２に代えて２線式伝送線路を用いた場合を
示す。図９に示す実施例では、筐体４の内部に筒状絶縁
体１１を設け、この筒状絶縁体１１に対して線状アンテ
ナ素子１を出入り自在に支持させる。つまり、線状アン
テナ素子１は筒状絶縁体１１に収納自在に支持される。

【００３０】筒状絶縁体１１の周面に導電薄で形成した
２線式伝送線路１２を形成する。２線式伝送線路１２
は、例えば比較的細い形状のプラス導体１２Ａと広い面
積を持つマイナス導体（地板）１２Ｂとによって構成さ
れるマイクロストリップラインによって構成することが
できる。この２線式伝送線路１２の一端側に内部無線回
路３の内部インピーダンスに等しい特性インピーダンス
を持つ同軸ケーブル９の一端を接続し、プラス導体１２
Ａの他端を線状アンテナ素子１に接触させる。線状アン
テナ素子１とプラス導体１２Ａの接触は、線状アンテナ
素子１が最も引き出された状態で接触するか、または線
状アンテナ素子１が伸縮いずれの位置にあっても常に接
触しているように構成することもできる。

【００３１】同軸ケーブル９と２線式伝送線路１２との
接続点にはプラス導体１２Ａとマイナス導体１２Ｂとの
間に容量性素子７を接続する。２線式伝送線路１２の特
性インピーダンスおよび線路長は図１で説明した条件と
同じ条件とされる。この実施例でも、整合回路を不要と
し、２線式伝送線路１２は線状アンテナ素子１と共振
し、アンテナ利得を高めることができる。更にこの実施
例では、２線式伝送線路１２を支持する絶縁体を線状ア
ンテナ素子１を収納するガイド部材として兼用したか
ら、小型な形状に係わらず線状アンテナ素子１を筐体４
内に収納可能としている。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
すべての実施例に示すように、内部無線回路３と線状ア
ンテナ素子１との間にインピーダンス整合回路を必要と
しないから、インピーダンス整合回路で発生する損失分
だけアンテナ利得を高めることができる。また、特に図
４に示すように容量性素子７を接続するか、または容量
性素子７および誘導性素子８を接続して共振回路を構成
した場合には、図５および図７に示すように深い共振特
性を得ることができる。この結果、リターンロスが小さ
い、すなわち利得の高いアンテナを得ることができ、ア
ンテナ利得の高い携帯無線機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の請求項１で提供した携帯無線機の実
施例を示す斜視図。

【図２】図１に示した実施例の動作を説明するための特
性曲線図。

【図３】この出願の請求項２で提案した携帯無線機の実
施例を示す斜視図。

【図４】この出願の請求項３で提案した携帯無線機の実
施例を示す斜視図。

【図５】図４に示した実施例の動作を説明するための特
性曲線図。

【図６】この出願の請求項４で提案した携帯無線機の実
施例を示す斜視図。

【図７】図６に示した実施例の動作を説明するための特
性曲線図。

【図８】この出願の請求項５で提案した携帯無線機の実
施例を示す斜視図。

【図９】この出願の請求項６で提案した携帯無線機の実
施例を示す斜視図。

【図１０】従来の技術を説明するための斜視図。

【符号の説明】

１線状アンテナ２，２′，２″ 同軸ケーブル３内部無線回路４筐体５給電点６アンテナ端子７容量性素子８誘導性素子９同軸ケーブル１０端子板１１筒状絶縁体１２２線式伝送線路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状アンテナ素子と、筐体と、内部無線
回路と、この内部無線回路のアンテナ端子と上記線状ア
ンテナ素子との間を接続する同軸ケーブルとを具備して
構成される携帯無線機において、上記線状アンテナ素子の電気長を、この携帯無線機の運
用周波数の波長の１／４以上に選定すると共に、上記同
軸ケーブルの特性インピーダンスを上記内部無線回路の
アンテナ端子から見込む内部インピーダンスの実部より
高く、且つ上記線状アンテナ素子を給電点から見込むイ
ンピーダンスの実部より低く選定し、更に上記同軸ケー
ブルの電気長をこの携帯無線機の運用周波数の波長の約
１／４の奇数倍に選定したことを特徴とする携帯無線
機。
【請求項２】線状アンテナ素子と、筐体と、内部無線
回路と、この内部無線回路のアンテナ端子と上記線状ア
ンテナ素子との間を接続する同軸ケーブルとを具備して
構成される携帯無線機において、上記線状アンテナ素子の電気長を、この携帯無線機の運
用周波数の波長の１／４以上に選定すると共に、上記同
軸ケーブルを上記内部無線回路のアンテナ端子から見込
む内部インピーダンスの実部より高く、上記線状アンテ
ナ素子を給電点から見込むインピーダンスの実部より低
い範囲内で互いに異なる特性インピーダンスを持つ複数
の同軸ケーブルを直列接続して構成し、これら複数の同
軸ケーブルのそれぞれの電気長を運用周波数の約１／４
波長の奇数倍に選定したことを特徴とする携帯無線機。
【請求項３】請求項１または２に記載の携帯無線機に
おいて、内部無線回路のアンテナ端子と給電線路との接
続点において、同軸ケーブルのプラス導体とマイナス導
体との間に容量性素子を接続したことを特徴とする携帯
無線機。
【請求項４】請求項３記載の携帯無線機において、内
部無線回路のアンテナ端子と同軸ケーブルとの接続点に
おいて、内部無線回路のアンテナ端子のプラス導体と上
記同軸ケーブルのプラス導体との間に誘導性素子を接続
したことを特徴とする携帯無線機。
【請求項５】請求項１乃至４記載の携帯無線機のいず
れかにおいて、内部無線回路のアンテナ端子に、このア
ンテナ端子から上記内部無線回路を見込む内部インピー
ダンスに等しい特性インピーダンスを持つ同軸ケーブル
を接続し、この同軸ケーブルの他端側を上記内部無線回
路の実質的なアンテナ端子としたことを特徴とする携帯
無線機。
【請求項６】請求項１乃至５記載の携帯無線機のいず
れかにおいて、同軸ケーブルの代わりに２線式伝送路を
用いたことを特徴とする携帯無線機。
【請求項７】請求項１乃至６記載の携帯無線機の何れ
かにおいて、線状アンテナが筐体内に収納可能な構成と
したことを特徴とする携帯無線機。
【請求項８】請求項７記載の携帯無線機において、線
状アンテナ素子を筐体内に収納するための筒状ガイド
と、この筒状ガイドの周面に形成され、上記内部無線回
路のアンテナ端子と線状アンテナ素子の給電点とを接続
する給電線路とを設けて構成したことを特徴とする携帯
無線機。