JPH10513621A - 携帯電話機用高効率コンパクトアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は携帯電話機に取り付けられるアンテナ装置に関するものである。本発明によるアンテナ装置はヘリカルアンテナと、該ヘリカルアンテナを通過して延出可能な長尺アンテナと、延出位置にある跳躍アンテナを稼働させるための結合手段とから構成されている。収納位置にある長尺アンテナの少なくとも一部がヘリカルアンテナ内部に延びるように構成されているので、アンテナ装置に必要な携帯電話機の内部スペースを縮小化することができる。延出位置では長尺アンテナは携帯電話機と直接又はヘリカルアンテナを介して結合する。

Description

【発明の詳細な説明】 携帯電話機用高効率コンパクトアンテナ装置 発明の属する技術分野 本発明は無線伝達機能又は無線通信機能を有する無線通信装置用のアンテナ装 置に係り、詳しくは持ち運び可能又は携帯可能な無線通信装置用のアンテナ装置 に関するものである。この種のアンテナ装置は、一般的に無線通信装置上に取り 付けられ且つ該無線通信装置に結合したヘリカルアンテナと、該ヘリカルアンテ ナを貫通して軸方向に延びる開口と、該開口を通って延出位置及び収納位置に移 動可能な長尺アンテナと、延出位置にある長尺アンテナと無線通信装置とを結合 するためのスイッチ手段とから構成されている。本発明は、特に、アンテナ装置 を収納するための内部空間を有する携帯電話機又はセル電話機、若しくは、例え ばＧＳＭ、ＡＭＰＳ又はＪＤＣ等のセル電話システムにおけるターミナルに好適 に利用可能なアンテナ装置に関するものである。 携帯電話機のような無線通信装置におけるアンテナ装置は高効率で且つ効果的 な放射特性と有するものが有益である。これらパラメータは例えば第１ターミナ ルと無線通信装置との間の電磁放射エネルギーを伝達するアンテナ装置の特性を 示すものである。尚、この場合の無線通信装置には、例えば上述したセル電話シ ステムの第２ターミナル、若しくは、携帯電話機と該第２ターミナルとの間の伝 達・通信機能を有するベースステーション等も含まれている。 携帯電話機においては異なる動作モードを有するものが一般的であり、通常、 携帯電話機は待機モード及び通話モードからなる異なる２つの動作モードを有し ている。そして、このような携帯電話機を利用する携帯者（使用者）は上記各動 作モードにあるアンテナ装置に対して各々異なる機能を要求する。例えば、携帯 電話機が待機モードである場合には携帯者は携帯電話機に対して小さい寸法で且 つコンパクトな形状であることを要求するので、アンテナ装置が電話機の外部へ 延出しているような形態の携帯電話機では上記要求に応えることができない。 また、アンテナ装置の受信及び送信の性能・特性はアンテナ装置自体のみなら ず電話機と無線通信装置間の伝送通路にも依存する。例えば、該伝送通路内に障 害物がある場合にはアンテナ装置の性能を低下させることになり、特に携帯電話 機の場合には使用者の身体が伝送通路を妨げることになるので、アンテナ装置が 携帯電話機のハウジングから十分に延出した形態であることが望ましい。このよ うなアンテナ装置の形態は通話モードにおいて特に要求される。 従来技術 携帯電話機に使用される上述した種のアンテナ装置は米国特許第４８６８５７ ６号、国際公開第９４／１０７２０号及び国際公開第９４／２８５９３号に開示 されている。これらのアンテナ装置は携帯電話機のハウジング上に取り付けられ たヘリカルアンテナを利用したものであり、アンテナ性能を必要に応じて増加さ せるためにヘリカルアンテナ内部を通過して延出可能な長尺なアンテナが設けら れている。このようなアンテナ装置はその頂部に不導性である延出可能な長尺ア ンテナを使用しているので、該長尺アンテナを携帯電話機内に収納する場合、携 帯電話機が該アンテナの放射部の全てを収納できるものでなければならない。従 って、電話機の縮小化が要求される現在では上述した構成のアンテナ装置では当 該要求に応えることができず問題となっている。 発明が解決しようとする課題及び解決手段 本発明は上述した特に長尺なアンテナを有するアンテナ装置において該長尺ア ンテナが収納位置にある場合の問題点を解決することを課題とし、小寸法の無線 通信装置に適応する小寸法のアンテナ装置を提供することを目的とする。 また、例えば携帯電話機のハウジングの長さを短くする場合に要求される該ハ ウジング内部におけるアンテナ装置の長さを短くするという要求に応えるため、 本発明は無線通信装置の内部においてアンテナ装置の占めるスペースを減少させ ることを目的とし、加えて、無線通信装置の性能を保持し、かつ、無線通信装置 の出力が制御されている場合に該無線通信装置、特に電池式の携帯電話機の出力 を減ずるために、本発明は高い効率を維持することが可能なアンテナ装置を提供 することも目的とする。 更に、本発明は長尺アンテナが湾曲した後、特に長尺アンテナが電話機内部に 設けられた湾曲通路内に収納された後、もとの形状に復元する機能が改善された アンテナが設けられたアンテナ装置を提供することを目的とし、また、収納位置 にある長尺アンテナの上端 部の位置が変化した場合であってもこの変化に対してあまり影響を受けないアン テナ装置を提供することも目的とする。通常、このような変化は使用者の取り扱 い又は製造方法を変えることによって生ずるものである。 本発明は、無線通信装置上に取り付けられ且つ該無線通信装置に結合したヘリ カルアンテナと、該ヘリカルアンテナを貫通して軸方向に延びる開口と、該開口 を通って延出位置及び収納位置に移動可能な長尺アンテナと、延出位置において 長尺アンテナと無線通信装置とを結合するためのスイッチ手段とからなる無線通 信装置用アンテナ装置において、収納位置におけるアンテナ装置の全長を短縮す るために、収納位置にある長尺アンテナが上記ヘリカルアンテナ内部に延びるよ うに構成したアンテナ装置を提供することにより上記目的を達成する。 このように、上記アンテナ装置に設けられた延出可能な長尺アンテナは収納位 置にある場合アンテナ装置の全長を短縮するためにヘリカルアンテナ内部に少な くとも一部が延びるように構成されている。尚、同時に、延出位置にある長尺ア ンテナがヘリカルアンテナ内部に延びる構成としてもよい。本発明のアンテナ装 置を無線通信装置に取り付けた場合、該アンテナ装置の無線通信装置内部に挿入 される長さはこの種の従来アンテナ装置よりも短くなる。また、本発明によるア ンテナ装置には長尺アンテナとノブ部との間に設けられる絶縁材料部分を短くす ることができるので、より高い機械的弾性を該長尺アンテナに与えるにことが可 能となる。更に、収納位置 にある上記長尺アンテナの上端部の位置が変化した場合でもこの変化に対してあ まり影響を受けないように該変化に対する感度を低く抑えることができる。 好ましくは、長尺アンテナが収納位置にあるときにアンテナ装置を効率よく機 能させるために、ヘリカルアンテナの電気的特性を長尺アンテナから影響を受け ない電気的特性と区別しなければならない。この場合、近接したアンテナ同士が 相互作用しないようにヘリカルアンテナの長さ、形状寸法及び又は内部誘電体間 の組合せを変化させ、収納位置にある長尺アンテナによってヘリカルアンテナに 導入されるキャパシタンス／インダクタンスを補償すると好ましい。具体的には 、長尺アンテナの直径に対してヘリカルアンテナの直径をその寸法限界内で最大 にし、かつ、該ヘリカルアンテナを包囲する誘電体からなる誘電体基体を好適な 材料で形成することによって、ヘリカルアンテナと収納位置にある長尺アンテナ との間の結合（不整合な結合）を最小限に抑えることができる。更に好ましくは 、長尺アンテナが収納位置にある場合であっても十分に共振し得るようにヘリカ ルアンテナの長さを調節する。 また、上記以外のパラメータを変化させることによってもヘリカルアンテナに 導入されるキャパシタンス／インダクタンスを補償することが可能である。例え ば、収納位置にある長尺アンテナがヘリカルアンテナ内部の一部分にだけ延出す るようにして変化させてもよい。この場合、収納位置にある長尺アンテナのヘリ カルアンテナ内に入り込む深さを、（ａ）ヘリカルアンテナの特性を最大限に発 揮させることができること、（ｂ）深さが変化したときに前記特性 の変化を最小限に抑えることができること、の条件のうち少なくとも１つの条件 を満たすように選択する。特に、入り込む深さがヘリカルアンテナの軸方向長さ の５０〜９０％である場合が好適である。また、長尺アンテナの性能を改善する ために整合ユニットを利用してもよい。 ヘリカルアンテナ及び長尺アンテナを無線通信装置のハウジングに固定するた めに従来と同様に導電スリーブを使用する場合、長尺アンテナとヘリカルアンテ ナとの間のインピーダンスを増加させて両者間の結合度を減少させるように、す なわち、収納位置にある長尺アンテナによってヘリカルアンテナに導入されるキ ャパシタンス／インダクタンスを補償するように、長尺アンテナと該長尺アンテ ナの一部を包囲した上記導電スリーブとの間に形成されるキャパシタンスを選択 するのが好ましい。すなわち、導電スリーブと長尺アンテナとの間に形成される キャパシタンスがヘリカルアンテナ及び長尺アンテナの下部と中間部との間の誘 導結合の大部分を補償することができるように上記導電スリーブを配設する。 また、ヘリカルアンテナ内の長尺アンテナによって収納位置にあるハウジング 内部の長尺アンテナに導入されるキャパシタンスを抑制するための手段を無線通 信装置のハウジング内部に配設すると好適である。特に、ヘリカルアンテナを前 記ハウジングの外部に配設し、かつ、ハウジングの内部に位置する長尺アンテナ を包囲するようにほぼ円筒状の導体を設けると好適である。更に、長尺アンテナ と上記円筒状導体とを、空気を含む少なくとも１つの誘電体材料で分離させると より好ましい。また、収納位置にある前記長尺アンテ ナの下部を結合手段を介して無線通信装置の信号接地点に静電結合させるてもよ い。この場合、上記結合手段の代わりに該結合手段として機能するような誘電率 を有する前記誘電体材料から形成された誘電体案内管の下部を利用してもよく、 更に誘電体案内管の下部を該誘電体案内管の他の部分よりも太く形成すると好適 である。更に別の方法として、収納位置にある長尺アンテナの下部を結合手段を 介して無線通信装置の大地電位部分に電気的に結合させてもよい。上述した方法 において、長尺アンテナ又は誘電体案内管の下部をヘリカルアンテナの給電点か ら約１／４波長離れた位置に配された信号接地点に結合させると好適である。 本発明によるアンテナ装置は、上述した従来アンテナ装置の欠点となっていた 無線通信装置内の収納スペースが小さ過ぎる場合に特に効果的に利用することが できる。 また、長尺アンテナを無線通信装置の電気回路にヘリカルアンテナを介して電 気的又は静電／誘導的に結合させることができる位置まで該長尺アンテナが延び るように構成してもよい。この場合、長尺アンテナの一部はヘリカルアンテナの 内部に延びることになる。 発明の実施の形態 図１には電気回路（図示せず）を有する無線通信装置のハウジング（２）上に 取り付けられたアンテナ装置（１）が示されている。このアンテナ装置は導線（ ３）及び必要に応じて整合ユニット（１６）を介して上記電気回路と結合してい る。整合ユニット（１６）はアンテナ装置のインピーダンスを電気回路の特性イ ンピーダンス と整合させるためのものである。アンテナ装置（１）は移動可能な第１部分とハ ウジング（２）に固定された第２部分とから構成されている。この第１部分は軸 方向に延出可能かつ収納可能な導電体からなる長尺アンテナ（アンテナ装置の弾 性放射部）（４）からなり、該長尺アンテナの上端部には誘電体からなるノブ部 （５）が設けられ、下端部には下部導電部（６）が設けられ、該ノブ部（５）と 該下部導電部（６）との間には誘電体ケーシング（７，８）が設けられている。 また、第２部分はヘリカルアンテナ（９）と誘電体基体（１０）と導電スリーブ （１１）と結合部材（１２）とからなり、該ヘリカルアンテナは軸方向に螺旋（ ヘリカル）を形成し且つその一端が導電スリーブ（１１）に接続されている。 本実施態様において、誘電体基体（１０）は導電スリーブ（１１）の一端とヘ リカルアンテナ（９）とを包囲すると共に、該ヘリカルアンテナを固定している 。尚、導電スリーブ（１１）の他端はハウジング（２）の内部に位置している。 また、ヘリカルアンテナ（９）をハウジングから垂直方向に延出可能とするため に、導電スリーブ（１１）はハウジング（２）に固定されている。ヘリカルアン テナ（９）、誘電体基体（１０）、導電スリーブ（１１）及び結合部材（１２） を通る軸上には長尺アンテナ（４）が収納される開口が設けられている。この場 合、ヘリカルアンテナ（９）を通る長尺アンテナ（４）の移動は延出位置及び収 納位置各々でノブ部（５）と誘電体基体（１０）との協動動作及び下部導電部（ ６）と導電スリーブ（１１）との協動動作によって制限される。この場合、長尺 アンテナ（４）の上部は収納位置からヘリカルアンテナ （９）を貫通して外方へ延出する。 また、スイッチ手段（１２）は長尺アンテナ（４）の下部導電部（６）及び導 電スリーブ（１１）と結合部材（１２）とを組み合せることによって構成される 。すなわち、延出位置では長尺アンテナ（４）がヘリカルアンテナ（９）と並列 に導線（３）を介して無線通信装置の電気回路と結合し、一方、収納位置ではヘ リカルアンテナ（９）が該電気回路と結合する構成となっている。 長尺アンテナ（４）はアンテナ装置（１）の第１部分の有効放射部として機能 し、また、ヘリカルアンテナ（９）は第２部分の有効放射部として機能する。 ハウジング（２）の内部には収納位置にある長尺アンテナを包囲する円筒状部 材が設けられており、該円筒状部材は電気回路の信号接地点と結合した導電管（ １５）（または無線通信装置の導電内壁）に包囲された誘電体案内管（１４）か ら形成されている。また別の例として、長尺アンテナ（４）を完全に包囲しない ように導電管（１５）に開口を設けたり、導電管（１５）をその側面が変動する ような構成としてもよい。 図２には、内部直径（Ｄ１）を有するヘリカルアンテナ（９）及び外部直径（ Ｄ２）を有する収納位置で該ヘリカルアンテナの内部に位置した長尺アンテナ（ ４）の一部が示されている。収納位置における両アンテナ間の結合度はこれら直 径（Ｄ１，Ｄ２）の関数で定義される。特に、ヘリカルアンテナ（９）と長尺ア ンテナ（４）との間のキャパシタンス（Ｃ１）は主に ln（Ｄ２／Ｄ１）の関数 で定義される。また、キャパシタンス（Ｃ１）は例えば螺旋構造の ワイヤー径や巻数にも依存する。 図３には、内部直径（Ｄ３）を有する導電管（１５）及び外部直径（Ｄ４）を 有する収納位置で該導電管の内部に位置した長尺アンテナ（４）の一部が示され ている。収納位置における長尺アンテナ（４）と導電管（１５）との間の結合度 はこれら直径（Ｄ３，Ｄ４）の関数で定義される。特に、長尺アンテナ（４）と 導電管（１５）との間のキャパシタンス（Ｃ２）は主に ln（Ｄ４／Ｄ３）の関 数で定義される。 本実施態様において、収納位置にある長尺アンテナ（４）によってヘリカルア ンテナ（９）に導入されるキャパシタンスはヘリカルアンテナ（９）と電気回路 の信号接地点との間で結合コンデンサとして働く上記キャパシタンス（Ｃ１）及 びキャパシタンス（Ｃ２）に依存する。従って、収納位置におけるヘリカルアン テナ（９）に対する長尺アンテナ（４）からの影響を低く抑えるため、これら両 キャパシタンスは低い値に設定されている。 図４には図１〜図３に示したアンテナ装置と似た本発明の他の実施態様が示さ れている。従って、同じ部分の詳細は省くことにする。本実施態様の場合、収納 された長尺アンテナはヘリカルアンテナ（９）よりも外方に延出せず、これによ り両アンテナの長さ方向における両アンテナ間のキャパシタンス及びインダクタ ンスに変化が生じるため、両アンテナ間の相互作用を効果的に減少させることが できる。更に、収納位置にある長尺アンテナ（４）はヘリカルアンテナ（９）の 給電点から約１／４波長離れた点に位置する結合手段（１７）を介して接地され るので、再び両アンテナ間のインピー ダンスを増加させることができる。尚、長尺アンテナ（４）におけるハウジング （２）の内部に収納される部分の長さが約１／４波長分の長さを満たさない場合 には上記接地処理を省くこともできる。 上述では収納位置における長尺アンテナのヘリカルアンテナ内に延出する部分 、及び接地処理のための結合手段にのみ記載したが、本発明はこれらに限られる ものではなくこれらを組み合わせたものやこれらと当業者が容易に案出できるも のとを組み合わせたものも本発明の範囲内に属する。 図面の簡単な説明 図１は、主に収納位置にある長尺アンテナとヘリカルアンテナとから構成され た本発明による無線通信装置用アンテナ装置の一実施態様を示す一部断面側面図 である。 図２は、主に長尺アンテナの径方向断面と無線通信装置のヘリカルアンテナの 外周が示されている底部方向から見た図１のＡ−Ａにおける断面図である。 図３は、主に長尺アンテナの径方向断面と無線通信装置のヘリカルアンテナの 内周が示されている底部方向から見た図１のＡ−Ａにおける断面図である。 図４は、主に収納位置にある長尺アンテナとヘリカルアンテナとから構成され た本発明による無線通信装置用アンテナ装置の他の実施態様を示す一部断面側面 図である。 符号の説明 １ アンテナ装置 ２ 無線通信装置のハウジング ３ 導線 ４ 長尺アンテナ ５ ノブ部 ６ 下部導電部 ７，８ 誘電体ケーシング ９ ヘリカルアンテナ １０ 誘電体基体 １１ 導電スリーブ １２ 結合部材 １３ スイッチ手段 １４ 誘電体案内管 １５ 導電管 １６ 整合ユニット １７ 結合手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線通信装置上に取り付けられ且つ該無線通信装置と結合したヘリカルアン テナと、 前記無線通信装置内に設けられ、前記ヘリカルアンテナを貫通して軸方向に 延びる開口と、 前記開口を通って延出位置及び収納位置に移動可能な長尺アンテナと、 延出位置にある前記長尺アンテナと前記無線通信装置とを結合するためのス イッチ手段と からなる無線通信装置用アンテナ装置において、 収納位置におけるアンテナ装置の全長を短くするために、収納位置にある前 記長尺アンテナが前記ヘリカルアンテナ内部に延びていることを特徴とするアン テナ装置。 ２．前記無線通信手段のハウジングにアンテナ装置を取り付け、前記ハウジング 内部に延びるアンテナ装置の全挿入長を短くするために、収納位置にある前記長 尺アンテナが前記ヘリカルアンテナ内部に延びていることを特徴とする請求項１ 記載のアンテナ装置。 ３．近接したアンテナ同士が相互作用しないように収納位置にある前記長尺アン テナによって前記ヘリカルアンテナに導入されるキャパシタンス／インダクタン スを補償するために、前記ヘリカルアンテナの長さ、形状寸法及び又は内部誘電 体間の組合せを変化させることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテ ナ装置。 ４．収納位置にある前記長尺アンテナの前記ヘリカルアンテナ内に入り込む深さ を、（ａ）前記ヘリカルアンテナの特性を最大限に発揮させることができること 、（ｂ）前記深さが変化したときに前記特性の変化を最小限に抑えることができ ること、の条件のうち少なくとも１つを満たすように選択したことを特徴とする 請求項１〜３のいずれか１項記載のアンテナ装置。 ５．前記深さが前記ヘリカルアンテナの軸方向長さの５０〜９０％であることを 特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。 ６．前記長尺アンテナと該長尺アンテナの一部を包囲した導電スリーブとの間に 形成されるキャパシタンスを、収納位置にある前記長尺アンテナによって前記ヘ リカルアンテナに導入されるキャパシタンス／インダクタンスを補償するように 選択したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアンテナ装置。 ７．前記ヘリカルアンテナを前記ハウジングの外部に配設し、かつ、収納位置で 前記ハウジング内部の前記長尺アンテナに導入されるキャパシタンスを制御する ために前記ハウジングの内部に位置する前記長尺アンテナを包囲するようにほぼ 円筒状の導体を設けたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項記載のアン テナ装置。 ８．前記長尺アンテナと前記円筒状導体とを、空気を含む少なくとも１つの誘電 体材料で分離したことを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。 ９．収納位置にある前記長尺アンテナの下部を、結合手段を介して前記無線通信 装置の信号接地点に静電結合させたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１ 項記載のアンテナ装置。 10．前記結合手段が、該結合手段として機能するような誘電率を有する前記誘電 体材料から形成された誘電体案内管の下部であることを特徴とする請求項９記載 のアンテナ装置。 11．前記誘電体案内管の下部を該誘電体案内管の他の部分より太く形成したこと を特徴とする請求項１０記載のアンテナ装置。 12．収納位置にある前記長尺アンテナの下部を、結合手段を介して前記通信装置 の大地電位部分に電気的に結合させたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか １項記載のアンテナ装置。 13．前記長尺アンテナ又は前記誘電体案内管の前記下部を、前記ヘリカルアンテ ナの給電点から約１／４波長離れた位置に配された前記信号接地点に結合したこ とを特徴とする請求項８〜12のいずれか１項記載のアンテナ装置。 14．延出位置にある前記長尺アンテナが前記ヘリカルアンテナ内部に延びている ことを特徴とする請求項１〜13のいずれか１項記載のアンテナ装置。 15．延出位置にある前記長尺アンテナが前記ヘリカルアンテナの内部の一部又は 近傍まで延びており、前記スイッチ手段によって前記長尺アンテナを前記ヘリカ ルアンテナを介して前記無線通信装置に結合したことを特徴とする請求項１〜13 のいずれか１項記載のアンテナ装置。 16．前記スイッチ手段によって前記長尺アンテナと前記無線通信 装置とを電気的又は静電／誘導的に結合させたことを特徴とする請求項14又は15 記載のアンテナ装置。