JPS62213303A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は携帯用または車載用の与力通信装置に適したア
ンテナ装置に関し、特に異なる２つの周波数帯に共用す
ることができるアンテナ装置に関する。

（従来の技術およびその問題点） 携帯無線機或いは車載無線機等移動通信機のアンテナ装
置としては通常人／４（λは使用周波数波長）又はその
整数倍長の線条アンテナを用いることが多い、この種の
線条アンテナにおいては、近年アンテナ利得を大きくす
るため従来の入／４長線条アンテナに代わってλ／２長
或いはそれ以上の長さのアンテナを用いることが多くな
ったが、これら線条アンテナの給電点における極めて大
きい値のインピーダンスと通常５０Ω又は７５Ωに設定
きれる通信機器入出力端インピーダンス或いはこれら両
者を接続する同軸給電線とのインピーダンス整合をはか
るために従来入／２長アンテナの給電端と、無線機或い
はこれら無ｎｊａから延長した同軸ケーブルとの間に四
端子回路網からなるインピーダンス整合回路を挿入する
方法が採用されている。

このことを＾／２長アンテナを例に詳細に説明する。第
７図に示すようにλ／２長アンテナエレメント１゛の下
端部２を給電点と考えると該エレメント１゛に誘起する
電流及び電圧分布は点線３及び４でそれぞれ示すように
生ずる。つまり、電圧はアンテナエレメント１゛°の両
端にて最大かつ中心部にて零、又電流は逆にエレメント
両端にて零かつ中心部で最大となる。

一方、アンテナエレメント１゛°の各部のインピーダン
スは電圧と電流の比で表わせるから、給電点２に於るイ
ンピーダンスは極めて大きく（理論的には無限大）なる
。

従って、このようなλ／２長アンテナは、５０Ω又は７
５Ωの同軸ケーブルを介して或いは直接に通信機器と接
続することは不可能であって従来これらの間に例えば第
８図に示すような四端子回路網を挿入して両者のインピ
ーダンス整合をはかるのが一般的であった。

即ち、第８図（、）は従来のアンテナ整合用四端子回路
網の一例で、無線機側の低インピーダンスＲ１をλ／２
アンテナ給電部の高インピーダンスＲ８に整合するため
にコンデンサＣ，、Ｃ，とインダクタンスＬとをπ型に
接続したものである。

各素子の値の決定方法は種々考えられるが、最も簡単な
方法は、−盲端にアンテナの給電点のインピーダンス値
を接続したと仮定した場合の他方端からみたインピーダ
ンスが無線機側インピーダンスとなるように使用周波数
に於る各回路素子のりアクタンス値を決定すればよい。

このように構成した西端子回路網を第８図（ｂ）に示す
如くλ／２より僅か短いアンテナエレメント１と無線機
８との間に挿入すれば両者のインピーダンス整合をはか
ることができる。

尚、この場合注意を要することは、無線機側のインピー
ダンスとしてその筐体を含めた全体のインピーダンスを
正確に求めこれを無線機のインピーダンスとすべきであ
る。

このように無線機側インピーダンスをその筐体を含めて
アンテナとの整合を考えると、アンテナに誘起する高周
波電流が無線機筐体に流入する度合いが少なくなってよ
り安定したアンテナ利得をもつとともに無線機筐体を人
が手に持った場合でもその特性が変動しなくなる。

しかしながら、このようにアンテナ整合回路として集中
定数回路素子を用いて構成すれば周波数が異なると所望
のインピーダンス整合作用がなくなるから、同一アンテ
ナを例えば３倍の周波数用アンテナとして使用すること
ができない。

即ち、上述した四端子回路網の各素子は使用周波数との
兼ね合いによってその値を決定するから、周波数が異な
れば各素子のりアクタンス値が異なり同一整合回路を異
周波にて用い得ないことは容易に理解できよう。

（問題点を解決するための手段） 従来技術の問題を解決し上述の目的を達成するために本
発明のアンテナ装置では、はぼλ／２又はその整数倍長
の森条アンテナの給電、改に特性インピーダンスが２．
である同軸ケーブルを約λ／４長或いはその奇数倍長接
続し、前記線条アンテナの給電点のインピーダンス２．
と前記同軸ケーブルの他方端に接続すべき給電線又は通
信機器のインピーダンスｚ１及び前記同軸ケーブルの特
性インピーダンスＺｂとの王者の関係を＋ｚ＊＋−１ｉ
ｒ肩となる如く設定することによって夫々のインピーダ
ンスの整合をはかっている。

（実施例） 以下図示した実施例に基づいて本発明を一層詳しく説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す模式図である。同図に
於て１はλ／２より若干短いアンテナエレメント、５は
該アンテナエレメント１の一端の給電点、３及び４は夫
々前記アンテナエレメント１に誘起する高周波信号の電
流及び電圧の分布線である。そして、アンテナエレメン
ト１の下端の給電点５に於る電圧と電流との比、即ちこ
の点のインピーダンス２．をＩＫΩ（オーム）となるよ
うにエレメント長が決めてあり、このアンテナ装置を接
続する携帯無線機８の高周波信号入出力インピーダンス
２．は５０Ω（オーム）である。

このように大きく異なる２つのインピーダンスＺ−、Ｚ
ｂを整合するために本実施例では以下の手段を用いる。

即ち、同図に示すように特性インピーダンスが７０で長
さがλ／４である同軸ケーブル６をアンテナエレメント
１と携帯無線機８との間に挿入し、アンテナエレメント
１は同軸ケーブル６の内導体６ａに接続し、携帯無線機
８側ではその内導体６ａを携帯無線機８の内部回路のホ
ット端子に又その外導体６ｂをその携帯無線機８のアー
ス部（筐体１１）に夫々接続した構成とする。

このような構成に於てアンテナエレメント１の給電点５
のインピーダンスＺａ（−１にΩ）と携帯無線機８の入
出力インピーダンスＺｂ　（”　５０Ω）とのｔ訃をは
かるにはλ／４長の同軸ケーブル６の特性インピーダン
ス２．を次の式を満たす値にすればよい。

１Ｚａｌ−ＶＹｊマ ー、／Ｔｉ１ＴｉβＱ荀 Φ　２２３（Ω）　・・・・・（１） このように分布定数線路を用いてインピーダンス整合を
はかる手法は既知の技術であるから詳細説明は省略する
。同軸ケーブル６の特性インピーダンスはその内導体６
ａの外径ｄと外導体６ｂの内径り及び両者間に充填され
る誘電体６ｃの比＃１率Ｅ、とによって決まりその関係
は次式で表わ茜れる。

従って、例えば誘電体６ｃを空気の如く比誘電率の低い
もの（ｔ：　＊　’ｒ　１．０　）としかつ内外導体直
径比Ｄ／ｄを４２（例えばｄ−０，４７■：　Ｄ−２０
ｍｎ　）とすればその同軸ケーブルの特性インピーダン
スはΦ２２４〔Ω〕　・・・・・（３） となり上述した実施例に使用すべき約２２４〔Ω〕の特
性インピーダンスをもった同軸ケーブルをつくることが
できる。

上述した実施例をより具体化した例を第２図に示す、こ
の具体例における同軸ケーブル７は外導体７ｂの内径り
が２０ＩＩＩ１１１内導体７ａの外径ｄが０．４７１１
１１であり、その外導体７ｂは内径２０■の金属円筒か
らなり、内導体７ａはその金属円筒の中心に位置する０
、　４７１１ｎの１本の導線からなる。そして、この同
軸ケーブル７のアンテナエレメント１側では誘電体、７
ｄによってアンテナエレメント１を外導体７ｂに支持固
定しつつ内導体７ａと接続し、又この同軸ケーブル７の
他方端には高周波同軸接栓１４を通常の同軸ケーブルと
接続する要領で支持固定しである。

このような構成をとるアンテナ装置を、第１図に示す如
く通信機器例えば携帯無線機８に装着使用すれば従来の
アンテナ装置よりも更に一層安定した特性になる。

即ち、第３図の例のようにインピーダンス整合にあたっ
て分布定数線路を使用するものであるからアンテナエレ
メント１の給電部の高インピーダンスはλ／４同軸ケー
ブル７の微少部分に於て連続的に減少させられ最終的に
携帯無線機８のインピーダンス５０Ωに変換せられる。

従って、携帯無線機８の内部電子回路１０にはインピー
ダンス変換に関連した高周波電流は流れず、アンテナ装
置と携帯無線機８との入出力インピーダンスは常に安定
に整合が保たれ、携帯無線機８の筐体１１を人体に近づ
けても或いは大地１５からの高さＨが変化しても、第３
図の携帯無線装置のアンテナ利得及び放射パターンは変
化しない。

更に第１図実施例のアンテナ装置の特に重要な作用効果
は次のように異なる周波数に於ても同様の整合作用が成
り立つことである。

周知の如く、周波数が奇数倍となるとその波長は逆比例
して短くなるから同一のアンテナエレメントを基本周級
数帯とその３倍或いは７倍等の奇数倍周波数帯のアンテ
ナとして使用することができるが、従来のアンテナのよ
うに集中定数回路素子を用いたインピーダンス整合方式
によれば周波数が異なれば回路定数が異なるから同一の
アンテナ装置の共用は不可能である。

第４図は第２図のアンテナ装置における波長＾とλ゛（
λ′−λ／３）の電流の分布を示す図である０本図に示
しであるように、第２図のアンテナ装置の如く分布定数
回路を用いたインピーダンス整合方式によればアンテナ
エレメントを共用しうるのと全く同様に３倍、５倍、７
倍、９倍・・・の周波数帯に於るインピーダンス整合が
成立ち同一のものを共用することができる。

このように−基のアンテナ装置を異なる周波数帯で使用
できれば、一台の無！ｉ機を相異なる複数の周波数帯で
運用する場合に極めて便利である。

第５ｖ！Ｊは本発明の別の実施例を示す断面図であって
、この実施例は前記λ／４同軸ケーブルを径の小さいも
のとし小型ケースの中に封入し小型化をはかったもので
ある。

同図に於て１′はλ／２より若干短いアンテナエレメン
トであって、その給電部にλ／４長の細い同軸ケーブル
１８を螺旋状に巻いて円筒容器１９に収納したものを接
続し、同軸ケーブル１８の他方端に同軸接栓２０を付加
し、円筒容器１９中に絶縁性樹脂１７を充填することに
よってアンテナエレメント１′及び同軸接栓２０を一体
に支持固定したものである。

本実施例に於る同軸ケーブル１８は、外導体が細いから
特性インピーダンス２．が第１図の同軸ケーブル６より
小さい、そこで、アンテナエレメント１′の給電点イン
ピーダンスも小さくなるようアンテナエレメント長を設
定する必要がある。

例えば、第５図の同軸ケーブルの外導体直径Ｄ゛を５閣
、内導体直径ｄ′を０．２１１１１、内外導体間の誘を
体をポリスチロール（ε、中２．５）としたときその特
性インピーダンスｚ、゛は前記（２）式に準じて中１２
２〔Ω〕・・・・・（４） 従って、アンテナエレメント１′の給電点インピーダン
スｚ０゛は、 ｚ、−１２２−乃Ｔ］渾 Ｚａ””　（１２２）”１５０ ＊　２９８　　　　　ＣΩ〕 となり第１図に示した実施例のアンテナエレメント１と
は異なった長さとすべきである。

このように整合回路の同軸ケーブルの径を細くして螺旋
状に巻いた第５図実施例は全体の寸法を小さくできるか
らλ／４の長さが大きくなる周波数帯に於ても充分実用
に供することができる。そして、本実施例に於ても上述
したように基本周波数（波長λ）の奇数倍周波数（波長
λ’−人／３）帯での共用も同様に可能であること明ら
かである。

なお、第５図実施例の円筒容器１９の材質は金属或いは
プラスチック等いづれのものであってもよく、又内部へ
の樹脂充填は必ずしも必要でなくアンテナエレメント１
゛及び同軸接栓２０の支持固定と内部同軸ケーブル１８
の振動防止対策を施したものや−に徊Ｉギシ小トへナト
１簿；傷−ｐ丸、イ九トい−なお、更に、本発明は、第
６図に示すように約λ／２長アンテナエレメント２１の
ほぼ１／３の長さの位置２個所にローディングフィル２
２．２３を挿入し、波長λ′（λ中３λ゛）の周波数帯
に於てこのローディングフィル２２と２３とで区切られ
た区間の電流位相を他の区間と同相にすることによって
、λ′の周波数帯でのアンテナ利得を高くするように構
成してもよい、この手法は従来から高利得アンテナとし
て一般に行なわれている技術であるから詳細な説明は省
略するが、ローディングフィル２２　、２３によって基
本と成る波長λの周波数帯に於て若干の影響を受けるか
らその分アンテナエレメント２１全体の長きを補正する
必要がある。

（発明の効果） 本発明のアンテナ装置は、以上説明したように、分布定
数回路を用いてインピーダンス整合を行なっているから
集中定数回路素子を用いた従来のものに比して、外部環
境の影響を受けにくく極めて安定した放射パターン及び
利得を示す効果にすぐれ、かつ、甚大周波数帯とその奇
数倍の周波数帯に於て共用することができ、無線通信、
特に移動通信の通信可能範囲の拡大及びその安定化に極
めて大きな効果をもたらす・

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式図、第２図は第１
！５０実施例の一具体例を示す縦断面図、第３図は第２
図のアンテナ装置を備えた携帯無線装置を大地からＨの
高さに保持した状態を示す模式図、第４図は第２図のア
ンテナ装置の効果を説明するアンテナ誘起電流分布図、
第５図及び第６図は本発明の互いに異なる実施例をそれ
ぞれ示す断面図及び構成図、第７図は従来技術を説明す
るアンテナ模式図、第８図（ａ）は従来用いられたアン
テナ整合用西端子回路網を示す回路図、第８図（ｂ）は
本図（ａ）の西端子回路網によりアンテナと携帯無線機
とを整合した例を示す模式図である。 １．１″、１゛・・・アンテナエレメント、２．５・・
・給電点、３・・・アンテナに誘起する電流の分布線、
４・・・アンテナに誘起する電圧の分布線、６，７・・
・同軸ケーブル、６ａ、７ｇ・・・内導体、６ｂ、７ｂ
・・・外導体、６ｃ　、　７ｄ・・・誘電体、８用携帯
無線機、１ｏ・・・内部電子回路、１１・・・筐体、１
２・・・トランス、１３・・・整合回路、１４・・・同
軸接栓、１５・・・大地、１７・・・絶縁性樹脂、１８
・・・螺旋状に巻いた同軸ケーブル、１９・・・円筒容
器、　２０・・・同軸接栓、２１・・・アンテナエレメ
ント、２２．２３・・・ローディングコイル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的長さがほぼλ／２（λは波長）又はその整
   数倍の長さの線条導体の一端を給電点とする線条アンテ
   ナに於て、該給電点のインピーダンスＺ＿ａと該線状ア
   ンテナを接続する通信機器の入出力端インピーダンスＺ
   ＿ｂとの間の整合をはかる手段として、これら両者間に
   特性インピーダンスがＺ＿■でかつ長さがほぼλ／４又
   はその奇数倍の同軸ケーブルを挿入し、前記夫々のイン
   ピーダンス関係が｜Ｚ＿■｜＝√（Ｚ＿ａＺ＿ｂ）であ
   ることを特徴とするアンテナ装置。
2. （２）前記同軸ケーブルを前記線条アンテナの給電端に
   付したケース内に螺線状に巻いて収納したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のアンテナ装置。