JPS63286008A - ２周波共用アンテナ - 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） 本発明は相異なる任意の２つの周波数に共振点を持たせ
、２つの周波数について使用することを可能にした２周
波共用アンテナに関する。

（従来の技術） 同時送受信方式の無線通信装置或は広帯域多チヤンネル
無線通信機のように、周波数が大幅に異なる複数の電波
を用いる装置に使用されるアンテナとしては、全ての周
波数と共振し得るものが理想的とされるが、従来このよ
うな要求を満たすことのできるアンテナは存しなかった
。

このようなところからこれま、では、次善の策として、
所望帯域のほぼ中心周波数に共振したアンテナを使用す
るとともにその適応帯域をできる限り広くするための手
段を併用するか、或は受信感度を幾分犠牲にしつつも送
信周波数を優先させるために送信周波数に共振したアン
テナを用いるのが一般であった。

しかしながら、このような従来の方法においては、いず
れも共振点から外れた周波数においてアンテナ効率が著
しく劣化するため、各チャンネル間における受信感度或
は放射電力にバラツキを生じる虞れがあった。

また、送信周波数がアンテナの共振点から大きくズレる
と、反射電力のために送信機終段部が損傷する虞れすら
あり、当該アンテナについて設定された共振点とある一
定値以上異なった周波数を同一アンテナによって処理す
ることは不可能であった。

（発明のＬＩ的） 本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、構成
を複雑化することなく任意の２つの周波数人々に共振点
をもたせることができ、相異なる２つの周波数に対して
ほぼ同等の性能を発揮することのできる２周波共用アン
テナを提供することを目的とする。

（発明の概要） 本発明は第１の周波数ｆ、に対する波長λ、の約１／２
の長さをもったアンテナエレメントの先端に、第２の周
波数ｆ３に対する波長λ８　（λ。

〉λａ、ｆ＋＜ｆ３）の約１／４の長さをもつ導電線を
前記アンテナエレメントを軸として巻き上り寸法がλ、
−入、の長さとなるようにコイル状に巻回し、該アンテ
ナエレメントの先端部とコイル上端部とを電気的に接続
するよう構成したことを特徴とする。

（実施例） 以下、本発明の２周波共用アンテナについて詳細に説明
する。

なお、アンテナエレメント及びコイルの長さについては
正確には波長短縮効果を伴うが、説明簡潔化のため、こ
れを無視しで説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面構成説明図である
。

同図において、符合１は、第１の周波数ｆ＋の波長λ、
の１／２の長さをもったアンテナエレメントであり、ア
ンテナエレメント！の先端部外周には筒状絶縁材２を添
設するとともに、筒状絶縁材２のさらに外周には波長λ
１よりも短い第２の波長λ２　（ｆ、）の１／４の長さ
を有する導線を巻き上り寸法がλ、−λ８となるように
巻回してコイル３を形成するとともにアンテナエレメン
トｌの先端部とコイル３の上端部とを接続する。即ち、
アンテナエレメントｌの全長は低い周波数ｆ、に対する
波長λ１に、またコイル下端部の長さは高い方の周波数
ｒ、に対する波長λ２の１／４となるようにする。

更に、アンテナエレメントｌの他端には整合回路４を配
置し、これによってアンテナエレメント！の下端部の電
磁波インピーダンスと、このアンテナを接続すべき装置
例えば無線装置の入出力端インピーダンス（５０Ω）と
の整合を実現するように構成した。

第２図は、第１図の構成を有したアンテナの■ＳＷＲ特
性（電圧定在比特性）の概要を示した図であって、λ１
とλ、二つの波長夫々にＶＳＷＲｌ、５以下の共振点を
持ったアンテナとなる。

より具体的な実施例を示せば、例えば第１の周波数をｆ
ｌ＝１００ＭＩＩＺ、第２の周波数をｆ。

＝　１５０　Ｍ　ＨＺとした場合に、アンテナエレメン
ト１の長さ氾、は約１５０　（ａｍ）、またコイル３の
伸展長氾、は約５０　（ａｍ）となり、その結果ｒ　ｒ
　＝　１００ＭＨ２とｆ２　＝１５０ＭＨ２にＶＳＷＲ
がほぼ１．５以Ｆの共振点をもったアンテナを得ること
ができた。

また１種々実験を行なった結果２つの共振点周波数はア
ンテナエレメントｌの長さβ、とコイル３の伸展長β、
及び該コイルの巻上り寸法ｆｉＬとによってほぼ一義的
に決定され、コイルの外径φ、の違い及びピッチ寸法の
差異によっては殆ど変化しなかった。

更に、二つの周波数ｆ１と［、の間隔は上述した例に限
らず任意に設定することが可能であり、両者の周波数比
ｒ　２　／　ｒ　＋は最大１．５或はそれ以上に設定す
ることができ、最小値は両者がほぼ一致する程度（ｒ、
／ｒｚ→１）にまで接近させることができる。このこと
は、ある周波数ｆ、とこれより低い周波数ｆ２との２周
波を自由に選定して各周波数人々に共振点をもたせたア
ンテナを実現できることを意味し、その設計はきわめて
容易である。また、画周波数が接近した場合、両者の共
振帯域の一部が重なり合って連続したものとなり、その
結果、広帯域アンテナとしても用いることができる。

第３図は、本発明を実施する際の具体的構造の一例を示
す図であって、λ２／２の長さのアンテナエレメント１
ａの先端部に巻上り寸法ｆ２Ｌ、が（λ１−λ２）／２
となるようにλ、のｌ／４の長さの導線を絶縁筒に巻い
たコイル５を夫々の一端に雄ネジ６、雌ネジ７を形成し
、これらネジ６．７によって両者を接続するものである
。なお、雄ネジ６の一部は絶縁筒の中心軸として該絶縁
筒の上端部まで延長し、この先端部と前記コイルの上端
部とを接続したものである。

これによれば、コイル部５と、アンテナエレメント１ａ
とのいずれか一方を交換交換するのみで［１或は「、の
組合せを容易に変更することができるから、種々穴なる
周波数の組合せに対応して量産製造を行ううえで都合が
良い。

以上説明した実施例ではコイルとアンテナエレメントと
の間に絶縁体または誘電体を充填したものを例示したが
、本発明の実施に当ってはこれに限定する必要はなく、
空芯コイルにすること、或は円筒絶縁物の周囲に導電塗
料によって螺旋状コイルを描いて用いること、または同
じく円筒絶縁物周囲−面に蒸着した銅薄をエツチング技
法によって螺旋状コイルに整形することなど種々の変形
を考えることができる。

更に、アンテナエレメントの素材についても単なる金属
棒、金属バイブをはじめとしてフレキシビリティをもた
せるために弾性材金属細線を螺旋状に巻いたもの等、従
来からアンテナ素子として用いられているものを適宜応
用することは全く差し支えない。

このように、はぼλ１／２長のアンテナエレメントの先
端外周に希望波長λ２の１／４の長さの線材を巻き上り
寸法がλ１−λ２となるようにコイル状（はぼ同軸状）
に巻き付けることによって各波長λ１、λ２夫々につい
て共振点が生じる理由を推察すると、まず第１の周波数
ｆ、に対しては第４図ｉａ）に示すようにコイル巻同部
分を含む全アンテナエレメント長が波長λ、の１／２と
なるから該コイルは何ら作用せずその中心のアンテナエ
レメントと一体となって周波数ｆｌのλ、／２長アンテ
ナとして機能する。

一方、第２の周波数ｆ２に関しては、前記コイル部分の
下部から見込んだインピーダンス２は同第４図ｆｂｌ　
に示す如く極めて高い値（理論的には無限大）となって
該コイル部分に周波数ｆ２の高周波電流が流れず、結果
的に１γ１記コイルより下部アンテナエレメントにのみ
電流定在波を生じ１周波数「、のλ２／２長アンテナと
して機能し１周波数ｒ、と［ａの両者において共振をも
ったアンテナとなるものと考えられる。

また、１γＩ記コイル部分は次のように考えてもよい。

即ち、コイル部分の伸展長は周波数Ｆ２に対する波長λ
２の１／４の長さであるから、このコイル部分を引き伸
ばして考えると、−万端を短絡したん、／４のゝト行分
布定数線路とみなされ、該コイルの他方端（アンテナエ
レメント側）からみたインピーダンスは無限大となる。

更に、　１ｒｌ）記入２／４平行線路の一方をコイル状
に巻回してもλ２／４分布定数線路としての特性を損な
わず同様の作用を呈し、上述したように周波数ｆ２に対
しインピーダンス無限大の素子として機能するものであ
ろう。

アンテナエレメントｌの他端に付加したインピーダンス
整合回路はλ２／２アンテナエレメント端部の高インピ
ーダンスを無線通信機等の入出力端の低インピーダンス
、例えば５０Ω（７５Ω）に変換するだめのものであっ
て、４端子回路網、特にλ／４分布定数回路のインピー
ダンス変換作用を利用した整合回路と等価な回路を用い
る。

次に、この整合回路について若干説明する。

この整合回路は、アンテナの特性を極めて安定なものに
する作用がある。

即ち、該整合回路は同軸線路と等価なものであるから、
アンテナエレメントとこれを接続する装置或はフィーダ
との間を両者のインピーダンス整合をはかりつつ電気的
に分離しアンテナエレメントに誘起する定、在波の状態
に対する装置側の影響を除去するためのものである。

従って、このアンテナ装置を例えば携帯無線機に装着し
無線機本体を手で持った場合でもアンテナ部分の定在波
は安定しており、性能の劣化なく所望の特性を維持した
ものとなる。

第５図は、λ／４分布定数回路のインピーダンス変換作
用を説明する模式図であって、符合１０は特性インピー
ダンスがＺ。のλ／４長平行線路或は同長の同軸線路で
ある。

この線路の両端に抵抗値Ｒ１とＲ，とを接続すれば１ 、　　１ｚｏｌ＝ｒ下τ−−Ｒ，−−−−−（１１なる
式が成り立ち。

Ｒ４を約λ／２長アンテナエレメント下端のインピーダ
ンス例えばＩＫΩ、Ｒａを無線機入出力端のインピーダ
ンス例えば５０Ωとすれば、ＩＺ、ｌ＝　　　　　　　
。

Ｌ９２２４　（Ω）・・・・・（２） なる式が成り立つ。

即ち１両者の整合をとるには特性インピーダンスＺ。岬
２２４Ω　の同軸線路λ／４長を用いれば良い。

尚、λ／４長の平行線路或いは同軸線路は、形状寸法が
大きくて不便であるから、これと等価なな回路を構成す
る。

この技術は周知のものであるから詳細な説明は省略する
が、その具体的−例としては第６図に示すように円筒導
体中心にコイルを配置した構造とし、このコイルと円筒
導体との間の分布定数成分全体が所望周波数において上
記第５図に示したものと等価になるようコイルのインダ
クタンスと円筒導体寸法を定める。これによれば、きわ
めて小型にλ／４分布定数によるインピーダンス変換回
路と等価なものを実現することができる。

（発明の効果） 本発明の２周波共用アンテナは以上説明したように、第
１の周波数ｆ、に対する波長λ１の約ｌ／２の長さをも
ったアンテナエレメントの先端に、第２の周波数ｆ、に
対する波長λ２　（λ１くｇ、ｆ’＋＞ｆａ）の約１／
４の長さをもつ導電線を前記アンテナエレメントを軸と
してコイル状に巻回し、該アンテナエレメントの先端部
とコイル上端部とを電気的に接続するよう構成したもの
であるから、構成を複雑化することなく任意の２つの周
波数人々に共振点をもたせることができ、相異なる２つ
の周波数に対してほぼ同等の性能を発揮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面構成説明図、第２
図はアンテナのＶＳＷＲ特性の概要を示した図、第３図
は本発明のアンテナの具体的構成説明図、第４図（ａｌ
　　（ｂ）は各波長に対応して発生する高周波電流定在
波の分布状態の説明図、第５図はλ／４分布定数回路の
インピーダンス変換作用を説明する模式図、第６図は本
発明において用いる整合回路の具体的−例を示す説明図
。 ｌ、１ａ・・・アンテナエレメント ２・・・筒状絶縁材　　３・・・コイル４・・・整合回
路　　　５・・・コイル６．７・・・ネジ　　ＩＯ・・
・特性インピーダンスが７０のλ／４長平行線路或は同
長の同軸線路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の周波数ｆ＿１に対する波長λ＿１のほぼ１
   ／２の電気長を有するアンテナエレメントの先端部外周
   に、該第１の周波数より高い第２の周波数ｆ＿２に対す
   る波長λ＿２のほぼ１／４の長さの導線を巻き上り寸法
   がλ＿１−λ＿２となるようにコイル状に巻回すととも
   に、該コイルの上端部と前記アンテナエレメント先端部
   とを電気的に接続することによって第１の波長λ＿１及
   び第２の波長λ＿２夫々に共振点を持たせたことを特徴
   とする２周波共用アンテナ。
2. （２）前記アンテナエレメントの先端部と、その外周に
   巻回したコイルとの間に絶縁材筒を位置させたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の２周波共用アンテ
   ナ。
3. （３）前記アンテナエレメントの下端部にインピーダン
   ス整合回路を付加し、前記アンテナエレメント下端部の
   高インピーダンスと接続すべき装置の入力インピーダン
   スとの整合を図ったことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または２項記載の２周波共用アンテナ。
4. （４）前記インピーダンス整合回路が導体筒中にコイル
   を貫通した構成によってλ／４（λは周波数波長）長分
   布定数回路によるインピーダンス変換回路と等価な回路
   を実現したものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の２周波共用アンテナ。