JPH0993038A

JPH0993038A - 携帯無線機

Info

Publication number: JPH0993038A
Application number: JP25057495A
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: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高い利得を有し、広帯域特性を容易に得るこ
とができるとともに、人体の影響が少ない携帯無線機を
提供する。【解決手段】金属円筒３のほぼ中心に第２の線状金属
２を配設して、金属円筒３を外導体、第２の線状金属２
を内導体とした同軸形インピーダンス変換器を構成し、
該同軸形インピーダンス変換器の内導体の一端に第１の
線状金属１を接続してアンテナ素子４を構成している。
アンテナ素子４は同軸形インピーダンス変換器が近接す
るように無線機筐体７よりほぼ垂直に突出し、同軸形イ
ンピーダンス変換器の外導体３に給電線路６のマイナス
を接続し、内導体２に給電線路のプラスを接続し、同軸
形インピーダンス変換器の外導体と内導体の間にコンデ
ンサ５を接続し、給電線路６は無線機筐体７内に収容さ
れている内部無線回路８に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域かつ高利得
な特性を有し、かつ人体の影響の少ないアンテナ装置を
有する携帯無線機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２（ａ），（ｂ）は、筐体収容可能
な線状アンテナ素子を整合回路により広帯域化および２
共振化を図った従来の携帯無線機の構成をそれぞれ示す
斜視図および断面図である。同図において、１０１はア
ンテナ素子、１０２は給電線、１０３は整合回路、１０
４は内部無線回路、１０５は無線機筐体、１０６は低い
周波数での電流分布、１０７は高い周波数での電流分布
を示したものである。

【０００３】この携帯無線機では、アンテナ素子として
線状アンテナ１０１を用いており、このままでは単一共
振かつ帯域が狭い。そこで、従来では整合回路１０３を
用いて帯域を広げたり、２共振化を図っていた。しか
し、整合回路１０３は集中定数のコンデンサやコイルを
用いていた。一方、これら素子のＱによって帯域が決ま
ることから、低いＱの素子を用いなければならず、結局
アンテナの損失が増大してしまう。また、図中に示した
電流分布のように、２共振させる場合、通常は低い周波
数でアンテナを設計し、そこに高い周波数の共振を整合
回路を用い乗せる。このため、低い周波数では設計どお
りの放射特性となるが、高い周波数では図１２の１０７
の電流分布のように、電流の腹に近い部分が筐体とアン
テナの接続点付近にくるため、アンテナ電流が無線機筐
体に乗り、放射特性が乱れたり、筐体により損失が生じ
たりしていた。また、この場合は人が扱う無線機筐体の
本体にアンテナ電流が流れるため、人が無線機筐体を手
で持つとアンテナ電流が大きく乱れてしまい、非常に人
間の影響の大きな携帯無線機となってしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の携帯無線機で
は、アンテナ素子が線状でかつ整合回路による広帯域化
または２共振化を行っているため、アンテナ損失が増大
したり、放射特性が乱れたり、人体の影響が大きい等の
欠点があった。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、高い利得を有し、広帯域特性
を容易に得ることができるとともに、人体の影響が少な
い携帯無線機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、金属円筒のほぼ中心に第
１の線状金属を配設することにより、前記金属円筒を外
導体とし、前記第１の線状金属を内導体とした同軸形イ
ンピーダンス変換器とし、該同軸形インピーダンス変換
器の前記内導体の一端に第２の線状金属を接続してアン
テナ素子を構成し、該アンテナ素子は前記同軸形インピ
ーダンス変換器が近接するように無線機筐体よりほぼ垂
直に突出して設けられ、前記同軸形インピーダンス変換
器の外導体に第１の給電線路のマイナスを接続し、内導
体に第１の給電線路のプラスを接続するとともに、前記
同軸形インピーダンス変換器の外導体と内導体の間に第
１のコンデンサを接続し、前記第１の給電線路は無線機
筐体内に収容されている内部無線回路に接続され、前記
アンテナ素子の少なくとも１つの共振波長をλとすると
き、前記金属円筒と第１の線状金属により構成される前
記同軸形インピーダンス変換器の管内電気長が約λ／４
であることを要旨とする。

【０００７】請求項１記載の本発明では、金属円筒を外
導体とし、第１の線状金属を内導体とした同軸形インピ
ーダンス変換器とし、該同軸形インピーダンス変換器の
内導体の一端に第２の線状金属を接続してアンテナ素子
を構成することにより、アンテナ素子自体の分布定数に
より整合回路を構成しているため、損失が少なく、アン
テナ利得が高く、広帯域特性を得ることができる。

【０００８】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記第１の給電線路と前記内部無
線回路との間において前記第１の給電線路に直列に接続
された第２の給電線路、および前記第１の給電線路と前
記第２の給電線路との間の接続点に並列に接続された第
２のコンデンサを有することを要旨とする。

【０００９】請求項２記載の本発明では、第１の給電線
路に直列に第２の給電線路を接続し、第１の給電線路と
第２の給電線路との間の接続点に並列に第２のコンデン
サを接続することにより、高い周波数での整合をより良
くするとともに、その調整可能範囲を広くしている。

【００１０】更に、請求項３記載の本発明は、請求項１
または２記載の発明において、前記アンテナ装置が無線
機筐体内部に収納可能に構成されていることを要旨とす
る。

【００１１】請求項３記載の本発明では、アンテナ素子
が無線機筐体内部に収容可能であり、携帯に便利であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本発
明の第１の実施形態に係る携帯無線機の構成をそれぞれ
示す斜視図および断面図であり、同図に示す携帯無線機
は、金属円筒３のほぼ中心に第２の線状金属２を配設す
ることにより、金属円筒３を外導体とし、第２の線状金
属２を内導体とした同軸形インピーダンス変換器を構成
するとともに、該同軸形インピーダンス変換器の内導体
２の一端に第１の線状金属１を接続してアンテナ素子４
を構成している。また、該アンテナ素子４は同軸形イン
ピーダンス変換器が近接するように無線機筐体７よりほ
ぼ垂直に突出して設けられ、同軸形インピーダンス変換
器の外導体３に給電線路６のマイナスを接続し、内導体
２に給電線路のプラスを接続するとともに、同軸形イン
ピーダンス変換器の外導体３と内導体２の間にコンデン
サ５を接続し、給電線路６は無線機筐体７内に収容され
ている内部無線回路８に接続されている。更に、アンテ
ナ素子４の少なくとも１つの共振波長をλとするとき、
金属円筒３と第２の線状金属２により構成される同軸形
インピーダンス変換器の管内電気長が約λ／４であるよ
うに構成されている。

【００１３】このような構成となっているため、整合回
路を用いなくとも２共振化および広帯域化が図れるため
アンテナ損失が少なく、かつ電流分布がアンテナ素子４
上のみに流れるため、無線機筐体７および人体の影響が
少ない。

【００１４】そこで、このことを実証するため実験を行
った。図２は図１の携帯無線機について実験を行ったア
ンテナの構造と各寸法、パラメータである。本アンテナ
のリターンロス特性を図３に示す。このように、２共振
し、更に低い周波数では広い帯域が得られている。更に
図４は９５５ＭＨｚにおける放射パターンの測定結果、
図５は１９２０ＭＨｚにおける放射パターンの測定結果
を示す。これらの図からわかるように、９５５ＭＨｚで
は各パターンとも０ｄＢｄ（１／２波長ダイポールレベ
ル）以上のピーク値をもち、１９２０ＭＨｚにおいても
最大で−２ｄＢｄと比較的高い利得を有していることが
わかる。

【００１５】この理由を電流分布より説明する。図６は
図１のアンテナ素子４の電流分布を示した図である。こ
こで、９は低い共振周波数の電流分布、１０は高い共振
周波数の電流分布、１１はアンテナ素子の同軸部分、１
２は同軸部と線状金属部の接点、１３はアンテナ素子の
給電点である。このように、高い周波数では同軸部分１
１より上の金属線１上に電流が流れ、同軸部１１には電
流が流れず、一方、低い共振周波数ではアンテナ素子４
全体に電流が流れる。これは、同軸部１１を高い特性イ
ンピーダンスとし、その長さを高い共振波長のほぼ１／
４とすることにより実現される。この原理を説明する。
高い共振周波数では、線状金属１がほぼ０．５波長の長
さであるので、同軸部１１と線状金属部１の接点１２に
おいて電流は節となり、アンテナの入力インピーダンス
は高い値（Ｚｈ）となる。しかし、同軸部１１が１／４
波長あるため、これがインピーダンス変換器として動作
し、給電部１３においては低い値（ＺＬ）に変換され
る。一方、低い共振周波数では、アンテナ素子全体の長
さがほぼ０．５波長の長さであるので、同軸部１１と線
状金属部１の接点１２において電流は腹となりアンテナ
の入力インピーダンスは低い値（ＺＬ）となる。更に、
低い周波数では同軸部１１の長さが０．１波長程度であ
るので、ほとんど単なる伝送線路として動作し、このイ
ンピーダンス（ＺＬ）は同軸部を通しても、相変わらず
低い値（ＺＬ’）である。従って、給電部１３において
は両周波数とも低いインピーダンスでほぼ等しい値とな
り、ほとんど５０Ωの同軸でそのまま給電できる。ただ
し、わずかに位相を調整するために、給電部１３におい
てコンデンサを並列に接続する必要があるが、これはほ
とんど損失にならない。また、図６のような電流分布と
なるため、筐体側へ電流が流れず、筐体による損失の増
加や、人体の影響を受けない。

【００１６】すなわち、このような構成とすることによ
り、２共振化および広帯域化を図るために整合回路を用
いていないため、アンテナの損失がほとんどなく、かつ
２つの共振周波数で各電流分布がアンテナ素子上のみに
流れ、筐体に漏洩しないため、無線機筐体および人体の
影響が大変少ないアンテナを有する携帯無線機が構成で
きる。

【００１７】図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の
第２の実施形態に係る携帯無線機の構成を示す斜視図お
よび断面図であり、同図に示す携帯無線機は、図１のア
ンテナ素子の整合をより良くするために、伝送線路で構
成した回路をアンテナ給電部に接続したものである。こ
こで、１〜８は図１と同様であり、１４は第二のコンデ
ンサ、１５は第二の給電線である。

【００１８】この場合はアンテナ素子４の構成は図１と
全く同じであるが、給電部に並列コンデンサ１４とある
長さの伝送線路１５を接続し、高い周波数での整合を良
くするとともに、その調整可能範囲を広くしたものであ
る。

【００１９】このアンテナについても実験を行った。図
８に図７の携帯無線機について実験を行ったものの構造
と寸法、パラメータを示す。このようなアンテナで実験
を行い、図９にそのリターンロス特性を示す。このよう
に、２共振特性を示し、深いリターンロス値を得ている
ことから、各共振とも非常に良くマッチングしていると
ともに、各共振の帯域幅も増加している。

【００２０】図１０に周波数９１０ＭＨｚにおける放射
パターン、図１１に周波数１９００ＭＨｚにおける放射
パターンを示す。これらの図から明らかなように、９１
０ＭＨｚ，１９００ＭＨｚの両放射パターンとも１／２
波長ダイポールレベルとほぼ同じピークレベルを有して
おり、非常に高い利得を有していることがわかる。この
原理は全く図１の実施形態と同じであるが、図１におい
て、給電部で高い周波数と低い周波数で完全に同じイン
ピーダンスとはならないこと、またこのように完全に一
致させると各共振周波数がほぼ固定されてしまう。そこ
で、本実施形態では給電部に並列コンデンサ１４とある
長さの伝送線路１５を接続し、高い周波数と低い周波数
で各インピーダンスが違っていても各周波数で整合を取
るようにしたものである。この場合、やや給電線が長く
なり、コンデンサが並列に接続されるが、各周波数で整
合が完全に取れることにより、整合損失がなくなり、ほ
とんどこれらの損失は相殺される。

【００２１】従って、このような構成とすることによ
り、２共振化および広帯域化を図るために整合回路を用
いず、かつ完全な整合が取れるため、アンテナの損失が
ほとんどない。また、２つの共振周波数で各電流分布が
アンテナ素子上のみに流れ、筐体に漏洩しないため、無
線機筐体および人体の影響が大変少ないアンテナを有す
る携帯無線機が構成できる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属円筒を外導体とし、第１の線状金属を内導体とした
同軸形インピーダンス変換器とし、該同軸形インピーダ
ンス変換器の内導体の一端に第２の線状金属を接続して
アンテナ素子を構成することにより、アンテナ素子自体
の分布定数により整合回路を構成しているので、損失が
少なく、高い利得を有し、より広い帯域特性を容易に得
ることができるとともに、また人体の影響が少ない。

【００２３】また、本発明によれば、第１の給電線路に
直列に第２の給電線路を接続し、第１の給電線路と第２
の給電線路との間の接続点に並列に第２のコンデンサを
接続することにより、各周波数でより良好な整合をとる
ことができ、かつその調整可能範囲を広くすることがで
きるとともに、更に人体の影響が非常に少ない。

【００２４】本発明の携帯無線機は、具体的には従来の
０．８ＧＨｚ携帯機ホイップアンテナと同じ長さ（約１
３ｃｍ）で、０．８／１．５（１．９）ＧＨｚの２方式
共用が可能となり、１．５ＧＨｚ帯域で利得が約０．５
ｄＢ向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る携帯無線機の構
成を示す斜視図および断面図である。

【図２】図１の携帯無線機について実験を行った場合の
アンテナ素子の構造と各寸法、パラメータを示す斜視図
である。

【図３】図２の構造、寸法のアンテナ素子のリターンロ
ス特性を示すグラフである。

【図４】図２の構造、寸法のアンテナ素子の９５５ＭＨ
ｚにおける放射パターン特性を示す図である。

【図５】図２の構造、寸法のアンテナ素子の１９２０Ｍ
Ｈｚにおける放射パターン特性を示す図である。

【図６】図１の携帯無線機のアンテナ素子の電流分布を
示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係る携帯無線機の構
成をそれぞれ示す斜視図および断面図である。

【図８】図７の携帯無線機について実験を行った場合の
アンテナ素子の構造と各寸法、パラメータを示す斜視図
である。

【図９】図８の構造、寸法のアンテナ素子のリターンロ
ス特性を示すグラフである。

【図１０】図８の構造、寸法のアンテナ素子の９１０Ｍ
Ｈｚにおける放射パターン特性を示す図である。

【図１１】図８の構造、寸法のアンテナ素子の１９００
ＭＨｚにおける放射パターン特性を示す図である。

【図１２】従来の携帯無線機の構成をそれぞれ示す斜視
図および断面図である。

【符号の説明】

１第１の線状金属２第２の線状金属３金属円筒４アンテナ素子５コンデンサ６給電線７無線機筐体８内部無線回路１４第２のコンデンサ１５第２の給電線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属円筒のほぼ中心に第１の線状金属を
配設することにより、前記金属円筒を外導体とし、前記
第１の線状金属を内導体とした同軸形インピーダンス変
換器とし、該同軸形インピーダンス変換器の前記内導体
の一端に第２の線状金属を接続してアンテナ素子を構成
し、該アンテナ素子は前記同軸形インピーダンス変換器
が近接するように無線機筐体よりほぼ垂直に突出して設
けられ、前記同軸形インピーダンス変換器の外導体に第
１の給電線路のマイナスを接続し、内導体に第１の給電
線路のプラスを接続するとともに、前記同軸形インピー
ダンス変換器の外導体と内導体の間に第１のコンデンサ
を接続し、前記第１の給電線路は無線機筐体内に収容さ
れている内部無線回路に接続され、前記アンテナ素子の
少なくとも１つの共振波長をλとするとき、前記金属円
筒と第１の線状金属により構成される前記同軸形インピ
ーダンス変換器の管内電気長が約λ／４であることを特
徴とする携帯無線機。
【請求項２】前記第１の給電線路と前記内部無線回路
との間において前記第１の給電線路に直列に接続された
第２の給電線路、および前記第１の給電線路と前記第２
の給電線路との間の接続点に並列に接続された第２のコ
ンデンサを有することを特徴とする請求項１記載の携帯
無線機。
【請求項３】前記アンテナ装置は、無線機筐体内部に
収納可能に構成されていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の携帯無線機。