JPH09505956A - 広帯域アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、第１および第２ヘリカルアンテナ（２０３、２０７）から成る広帯域アンテナ装置に関するものであり、この場合、アンテナ（２０３、２０７）は異なる共振周波数を有する。個々のヘリカルアンテナの帯域幅より実質的に広い帯域幅を有するアンテナは、共軸にかつほぼ同じ軸方向位置に配されることにより、ヘリカルアンテナ（２０３、２０７）間で協働するように形成され、この場合、ヘリカルアンテナ（２０３、２０７）は好ましくは各供給点を除いて絶縁されている。ヘリカルアンテナ（２０３、２０７）を携帯用装置に取り付ける際、該ヘリカルアンテナは軸方向に可動する棒状ワイヤーアンテナと組み合わすことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 広帯域アンテナ装置 本発明は請求項１の公知部に記載された広帯域アンテナ装置に関するものであ る。 携帯用装置、特に携帯電話は一般にヘリカルアンテナを備えている。このよう なアンテナは、例えば棒状ワイヤーアンテナ等と比較して堅牢で、場所も取らな いように構成することが可能であるので有益である。しかしながら、これらのヘ リカルアンテナに於ても常に十分なアンテナ特性が得られる訳ではない。 このようなヘリカルアンテナの欠点としては、ヘリカルアンテナが短いことに 起因して、アンテナの周辺の使用者やその他の要因により容易に妨害されてしま うことである。従って、ヘリカルアンテナは延伸可能な棒状ワイヤーアンテナと 組み合わせて使用することにより、良好なアンテナ特性を得ることができる。こ のような例としては、米国特許第４、１２１、２１８号、同第５、２０４、６８ ７号および同第４、８６８、５７６号には、それぞれ携帯用装置に使用するアン テナ装置が開示されており、ヘリカルアンテナは延伸可能な棒状ワイヤーアンテ ナと組み合わせて使用されている。 ヘリカルアンテナを使用する際の他の問題点は帯域幅に限界があるということ である。例えばＪＤＣ自動車電話システム等の非常に広い帯域幅を有するアンテ ナ機能を必要とする際には、従来のヘリカルアンテナでは対応することができな い。このような場合には、従来のヘリカルアンテナの帯域幅より遥かに広域な帯 域幅を有するヘリカルアンテナの長所を利用したアンテナ装置が望ましい。 相互に異なる共振周波数を有する２つの別個のヘリカルアンテナを有する携帯 用装置を提供することも考えられる。しかしながら、このようなアンテナの構成 にするにはそのために余分なスペースが必要となる。 帯域幅と必要なスペースに関する問題は、請求項１の特徴部に説明する本発明 の特徴を有する請求項１の公知部に記載された広帯域アンテナ装置により解決さ れる。従って、各コイルの長さが異なることに起因した２つの周波数が共振する ような螺旋構造体を得ることができる。 ヘリカルアンテナが短いことによる受信困難の問題は、棒状ワイヤーアンテナ とヘリカルアンテナを組み合わせることにより解決される。 さらに、本発明の他の有益な実施態様を従属クレームに示す。同様にして、例 えば３つまたはそれ以上のコイルを組み合わせることにより２つ以上の周波数で 共振する螺旋構造体を得ることも可能である。 コイルを互いに近接して取り付ける際、これらのコイルの間の相互キャパシタ ンスおよび相互インダクタンスを正確に設定することは、製造過程において非常 に高い精度を要求されるので、困難である。これは、コイルを最終的な螺旋形状 に巻き付ける前に互いのコイルを捻ることにより解決される。 本発明の好ましい２つの実施態様を、添付の図面を参照して詳述する。 図１は、本発明の第１実施態様を示すものであり、特に取り付け 手段が設けられたスリーブ内に組み込まれた第１ヘリカルアンテナと、第２ヘリ カルアンテナ、更に棒状ワイヤーアンテナと第２ヘリカルアンテナを含んだアン テナロッドまたはピンを示したものである。 図２ａは、本発明の第２実施態様を示すものであり、特に取り付け手段が設け られたスリーブ内に組み込まれた第１ヘリカルアンテナと第２ヘリカルアンテナ 、および棒状ワイヤーアンテナを包むアンテナロッドまたはピンを示したもので ある。 図２ｂは、図２ａに例示した第２実施態様の部材を示したものである。 図３は、図１に例示した第１実施態様のヘリカルアンテナの電気機能を回路図 に表したものである。 図４は、図２ａおよび図２ｂに例示した第２実施態様のヘリカルアンテナの電 気機能を回路図に表したものである。 図５は、従来のヘリカルアンテナと本発明における螺旋構造体および棒状ワイ ヤーアンテナの帯域図を３つの曲線として示した図である。 図１に示すアンテナ装置は３つの主要構成部材から成る。第１の構成部材では 、第１コイル（１０７）から成る第１ヘリカルアンテナは、プラスチック材また はそれと同様な部材で構成された中空で一般に円筒状の絶縁スリーブ（１０６） と同軸に設けられている。コイル（１０７）の一端は、導電スリーブ（１０８） に接続され、該導電スリーブは絶縁スリーブ（１０６）の一端に固定されてい る。導電スリーブ（１０８）は、例えば携帯電話（図示せず）のような携帯用装 置にコイル（１０７）を電気的に接続するのに有効であり、携帯用装置の外部に アンテナ装置を取り付けるための手段を形成している。 第２の構成部材は、第２ヘリカルアンテナであり、該第２ヘリカルアンテナは 第２コイル（１０３）から成り、該第２コイルの長さは第１コイル（１０７）の 長さを異なり、これよりも短いことが好ましく、第３の構成部材は、棒状ワイヤ ーアンテナ（１０５）である。第２コイル（１０３）は、ピンの先端部のノブ（ １０１）が設けられたアンテナロッドまたはピン（１０２）の絶縁された上部（ １０４）と同軸に設けられている。アンテナピンの下部は、棒状ワイヤーアンテ ナ（１０５）を含み、アンテナピン（１０２）全体は、絶縁スリーブ（１０６） と第１コイル（１０７）および導電スリーブ（１０８）を軸方向に貫通して挿入 される。 絶縁スリーブ（１０６）の他端には携帯用装置内に位置する絶縁チューブ（１ ０９）が取り付けられており、アンテナが後退位置にある際アンテナピン（１０ ２）がその中に収納される。アンテナピンの軸方向運動は、ノブ（１０１）によ り制限されることが好ましく、更にアンテナピン（１０２）の下端に肩部または 当接部（図示せず）を設けてもよい。 アンテナピン（１０２）が内方後退位置にテレスコープ状に挿入される際、棒 状ワイヤーアンテナは通常、導電スリーブ（１０８）のほぼ下方に位置し、実質 的に非使用状態である。２つのコイル（１０７、１０３）はほぼ同軸方向位置に おいて、互いに同軸的に 位置している。従って、これらのコイルは、図３の回路図に示すように静電的／ 誘導的に互いに接続されている。その結果、コイルを個別に使用した場合の各コ イル（１０７、１０３）のもつアンテナ機能と比較して遥かに広帯域なアンテナ 機能を有することになる。 アンテナピン（１０２）が外方に延伸した位置にある際、棒状ワイヤーアンテ ナ（１０５）は実質的に導電スリーブ（１０８）の上方に位置することになり、 その際、棒状ワイヤーアンテナ（１０５）が携帯用装置に直接または第１コイル （１０７）を介して接続され、主なアンテナ機能が形成されることになる。 ヘリカルアンテナと棒状ワイヤーアンテナ（１０５）は携帯用装置内の回路に 電気的に接続することが可能であり、これらを直流電気的および／または静電的 ／誘導的に結合した形状で接続することできる。その際、アンテナピン（１０２ ）を延伸または後退させることにより、異なる組み合わせに切り替えることがで きる。この目的に使用される切り替え手段は、導電スリーブ（１０８）に近接し て設けられることが考えられ、この場合アンテナピン（１０２）内に位置するア ンテナ（１０３、１０５）の部分と協働することが好ましい。 図２ａに示すアンテナ装置は２つの主要構成部材から成る。第１の構成部材で は、それぞれ第１コイル（２０７）および第２コイル（２０３）から成る第１ヘ リカルアンテナと第２ヘリカルアンテナは、プラスチック材またはそれと同様な 部材で構成された中空で一般に円筒状の絶縁スリーブ（２０６）と同軸に設けら れている。各コイル（２０７、２０３）の一端は導電スリーブ（２０８）に接続 さており、該導電スリーブは絶縁スリーブ（２０６）の一端に取り付けられてい る。導電スリーブ（２０８）は、例えば携帯電話（図示せず）のような携帯用装 置に電気的に接続するのに有効であり、携帯用装置の外部にアンテナ装置を取り 付けるための手段を形成している。図２ｂを参照して以下に詳述するように、第 １コイル（２０７）と第２コイル（２０３）は一般に一体式に螺旋形状を形成す るように接続されている。 第２の構成部材は、アンテナピンまたはロッド（２０２）の下部に設けられた 棒状ワイヤーアンテナである。アンテナピン（２０２）は、絶縁された上部（２ ０４）を有し、ピンの先端部にノブ（２０１）を有している。アンテナピン（２ ０２）全体は、後退および延伸、すなわち絶縁スリーブ（２０６）と第１コイル （２０７）、第２コイル（２０３）および導電スリーブ（２０８）を介して軸方 向に短縮することができる。 絶縁スリーブ（２０６）の他端には携帯用装置内に位置している絶縁チューブ （２０９）が取り付けられており、アンテナが後退位置にある際アンテナピン（ ２０２）がその中に収納される。アンテナピンの軸方向運動は、ノブ（２０１） により制限されることが好ましく、更にアンテナピン（２０２）の下端に肩部ま たは当接部（図示せず）を設けてもよい。 アンテナピンが後退位置にある際、棒状ワイヤーアンテナは導電スリーブ（２ ０８）のほぼ下方に位置し、実質的に非使用状態である。２つのコイル（２０７ 、２０３）は絶縁された上部（２０４）を中心に位置し、ここで使用状態になり 、図４で示す回路図に従っ て携帯用装置に接続される。その結果、個々のコイル（２０７、２０３）自体の アンテナ機能よりも遥かに広帯域なアンテナ機能を有することになる。 アンテナピン（２０２）が外方へ延伸した位置にある際、棒状ワイヤーアンテ ナ（２０５）は導電スリーブ（２０８）のほぼ上方に位置することになり、直接 またはコイル（２０７、２０３）を介して接続され、主なアンテナ機能が形成さ れることになる。 ヘリカルアンテナと棒状ワイヤーアンテナ（２０５）は、携帯用装置内の回路 と電気的に接続することが可能であり、これらを直流電気的および／または静電 的／誘導的に結合した形状で接続することもできる。その際、アンテナピン（２ ０２）をテレスコープ状に延伸および後退することにより、異なる組み合わせに 切り替えることができる。以上を考慮すると、切り替え手段は導電スリーブ（２ ０８）に近接して設けられることが考えられ、この切り替え手段はアンテナピン （２０２）内に位置する棒状ワイヤーアンテナ（２０５）を協働することが好ま しい。 図２ｂには、絶縁スリーブ（２０６）と導電スリーブ（２０８）、および２つ のヘリカルアンテナのコイル（２０７、２０３）の詳細に示す。この図は、絶縁 スリーブ（２０６）の直径よりわずかに小さい直径を有する共通の螺旋形状とし て、第１コイル（２０７）と第２コイル（２０３）の好適な配置方法を示してい る。この場合、この２つのコイル（２０７、２０３）は通常、変圧器に使用され るような相互に長さの異なる２つの絶縁ワイヤーから構成されている。 第１コイル（２０７）を形成するワイヤーと第２コイル（２０３）を形成する ワイヤーは、まず短い方のワイヤーの全長に沿って互いに捻られる。従って、こ れらのワイヤーは共通の螺旋形状に巻き付けられる。互いにワイヤーを捻ること により、ワイヤー間の静電的／誘導的接続を明確に設定することが可能である。 これによって、ワイヤーを共通の螺旋形状に互いを平行に巻き付ける際に要する 精度を同程度で巻き付ける必要性はなくなる。従って、製造が遥かに容易になる 。 図３は、アンテナピンが後退位置に位置する際の第１実施態様におけるアンテ ナの電気的機能を形式的に示した回路図であり、この場合第１および第２コイル は、各々が３つの直列に接続されたインダクタンスを有する第１群（３０７）お よび第２群（３０３）によって示されている。第１コイルおよび第２コイル間の キャパシタンスは、各インダクタンスの接続点において並列に接続された２つの キャパシタンス（３１０）で示される。第１群（３０７）の一端は、直接携帯用 装置の回路（３１２）に並列接続されており、一方第２群（３０３）の一端はキ ャパシタンス（３１１）を介して回路（３１２）に並列接続されている。 図４に略図的に示した回路はアンテナピンが後退位置に位置するか、またはア ンテナピンがない場合の第２実施態様におけるアンテナの電気的機能を形式的に 示した回路図であり、この場合、第１および第２コイルは各々が３つの直列に接 続されたインダクタンスを有する第１群（４０７）および第２群（４０３）によ って示されている。第１コイルおよび第２コイル間のキャパシタンスは、各イン ダクタンスの接続点において並列に接続された２つのキャパシタンス（４１０） で示される。各群（４０７、４０３）の一端は、直接携帯用装置の回路（４１２ ）に並列接続されている。 図５に示す略図は、異なるアンテナ装置の周波数関数として定常波の比の原則 的な外形を示したものである。従来のヘリカルアンテナを表した曲線（５１７） は狭い極小部分を有し、これは帯域幅が狭いことに相当する。棒状ワイヤーアン テナを表した曲線（５１９）は、広い極小部分を有し、これは帯域幅が広いこと に相当する。本発明による螺旋構造体を表す曲線（５１８）は、互いに近接して 位置する２つの離れた極小部分を有しており、これは帯域幅全体が広いことに相 当するものである。印を付けた周波数領域（５１５、５１６）は、ＪＤＣ等の広 帯域電話システム用の送信および受信帯域を示している。これらの周波数領域（ ５１５、５１６）は、本発明の螺旋構造体の帯域幅に含まれる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９５年１２月１１日 【補正内容】 特許請求の範囲 １．第１コイルから成る第１ヘリカルアンテナと、第２コイルから成る第２ヘリ カルアンテナ、および各ヘリカルアンテナに異なる共振周波数を与える相互に異 なる長さを有する前記コイルを含むアンテナ装置であり、その際、第１コイルお よび第２コイルは各コイルの一端を可能なかぎり除いて伝導的には開離しており 、実質的に同軸方向位置で協働するように、各ヘリカルアンテナ自体と比較して 実質的に広い帯域幅のアンテナを共軸上に設けられた、電波信号を送信および／ または受信することを目的とする携帯用装置における広帯域アンテナ装置におい て、アンテナロッドは、共軸に設けられたコイル（１０３、１０７；２０３、２ ０７）の少なくとも１つを介して軸方向に移動するために設けられ、第１位置お よび第２位置に達することができ、第１位置では前記アンテナロッドはケーシン グの外側に延伸し両コイルに影響を受けない導電部分（１０５；２０５）を有し 、第２位置では前記部分はケーシングに内側に挿入され２つのコイル（１０３、 １０７；２０３、２０７）に影響を受けない位置であり、この位置では棒状ワイ ヤーアンテナの前記導電部分とヘリカルアンテナは結合した形態で相互に接続さ れることが可能であることを特徴とする広帯域アンテナ装置。 ２．第１コイル（２０７）および第２コイル（２０３）は互いに隣接して位置し ており、これによって各コイルの長さの違いに相当する部分を除いてコイルの形 状寸法はほぼ一致し、そこではアンテナロッド（２０５）は２つのコイル（２０ ３、２０７）を介して延伸することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 ３．第１コイル（２０７）および第２コイル（２０３）は、一般的にコイルの長 さの違いに相当する部分を除いて互いに捻り合わされていることを特徴とする請 求項２記載のアンテナ装置。 ４．第１コイルおよび第２コイルの少なくとも一端が、絶縁された外部層を有す ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。 ５．第１ヘリカルアンテナの供給点および第２ヘリカルアンテナの供給点が、相 互に伝導的または静電的に接続されることを特徴とする先行請求項のいずれか１ 項に記載のアンテナ装置。 ６．第２ヘリカルアンテナ（１０３）は、導電部分（１０５）を含むアンテナロ ッド（１０２）の絶縁部（１０４）上部内に設けられ、更に第１ヘリカルアンテ ナ（１０７）の内部で共軸に移動可能であり、この場合、アンテナロッド（１０ ２）が後退または挿入位置にある際、第２ヘリカルアンテナ（１０３）は第１ヘ リカルアンテナ（１０７）内に位置することを特徴とする請求項１記載のアンテ ナ装置。 ７．第２ヘリカルアンテナ（１０３）は、アンテナロッド（１０２）が軸方向に 移動することより実質的に第１ヘリカルアンテナ（１０７）から電磁気的に離す ことが可能であることを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。 ８．第１ヘリカルアンテナ（１０７）の供給点と第２ヘリカルアンテナ（１０３ ）の供給点およびアンテナロッドの導電部分（２０５）は、アンテナロッド（２ ０２）が軸方向に移動することにより結合した形態で伝導的または静電的／誘導 的に相互に接続されてい ることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１コイルから成る第１ヘリカルアンテナと、第２コイルから成る第２ヘリ カルアンテナを含み、前記第１および前記第２コイルは各ヘリカルアンテナに異 なる共振周波数を与えるために相互に異なる長さを有し、この場合第１コイルお よび第２コイルは、好ましくは各コイルの一端を除いて直流電流的に離されかつ 共軸に配されており、これによって実質的に同じ軸方向位置で協働する際に、各 ヘリカルアンテナ自体と比較して実質的に広い帯域幅を有するアンテナを形成す ることができ、電波信号を送信および／または受信する携帯用装置用に広帯域ア ンテナ装置において、棒状ワイヤーアンテナは、共軸上に設けられたコイルの少 なくとも１つを介して軸方向に移動可能であり、これによってケーシングの外側 に延伸し両コイルに影響を受けない位置、およびケーシングの内側に挿入され両 コイルに影響を受けない位置に調製することができ、その際棒状ワイヤーアンテ ナとヘリカルアンテナは結合した形態で相互に接続することが可能であることを 特徴とする広帯域アンテナ装置。 ２．第１コイルおよび第２コイルは互いに隣接して位置しており、これによって 各コイルの長さの違いにほぼ相当する部分を除いてコイルの形状寸法はほぼ一致 することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 ３．第１コイルおよび第２コイルは、一般的にコイルの長さの違いに相当する部 分を除いて互いに捻り合わされていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ 装置。 ４．第１コイルおよび第２コイルの少なくとも一端が、絶縁された 外部層を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテ ナ装置。 ５．第１螺旋の供給点および第２螺旋の供給点が、相互に直流電流的または静電 的に接続されることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に記載のアンテナ装 置。 ６．棒状ワイヤーアンテナを包含するアンテナピンまたはロッドが、前記第１ヘ リカルアンテナおよび前記第２ヘリカルアンテナの内部で共軸に移動可能であり 、更に前記棒状ワイヤーアンテナおよび前記ヘリカルアンテナが、結合した形態 で相互に接続されることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に記載のアンテ ナ装置。 ７．前記第２螺旋構造体は、前記棒状ワイヤーアンテナを含むアンテナロッドま たはピンの絶縁部上部内に設けられ、更に前記第１ヘリカルアンテナの内部で共 軸に移動可能であり、この場合前記アンテナロッドまたはピンが後退または挿入 位置にある際、前記第２ヘリカルアンテナは前記第１ヘリカルアンテナ内に位置 することを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。 ８．前記第２螺旋構造体は、前記アンテナロッドまたはピンが可動することによ り実質的に前記第１螺旋構造体から電磁気的に離すことが可能であることを特徴 とする請求項７記載のアンテナ装置。 ９．前記第１ヘリカルアンテナの供給点と前記第２ヘリカルアンテナの供給点お よび前記棒状ワイヤーアンテナは、前記アンテナロッドまたはピンが移動するこ とにより結合した形態で直流電流的または静電的／誘導的に相互に接続されてい ることを特徴とする請求項６または７に記載のアンテナ装置。 １０．前記アンテナ装置は少なくとも１つの他のヘリカルアンテナを含み、この アンテナ装置は前記第１または前記第２ヘリカルアンテナの一方と類似して構成 され、配されることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に記載のアンテナ装 置。 １１．第１コイルから成る第１ヘリカルアンテナと、第２コイルから成る第２ヘ リカルアンテナを含み、前記第１および前記第２コイルは各ヘリカルアンテナに 異なる共振周波数を与えるために相互に異なる長さを有し、この場合第１コイル および第２コイルは、好ましくは各コイルの一端を除いて直流電流的に離されか つ共軸に配されており、これによって実質的に同じ軸方向位置で協働する際に、 各ヘリカルアンテナ自体と比較して実質的に広い帯域幅を有するアンテナを形成 することができ、電波信号を送信および／または受信する携帯用装置用に広帯域 アンテナ装置において、前記コイルの共通の長さに相当する部分に沿って互いに 捻られた２つの絶縁ワイヤーのコイルのみを含み、この場合短いコイルのワイヤ ーは長いコイルの残りの長さと接続することを特徴とするアンテナ装置。