WO2002069444A1

WO2002069444A1 - Antenne multifrequence

Info

Publication number: WO2002069444A1
Application number: PCT/JP2002/000407
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Shimizu
Original assignee: Nippon Antena Kabushiki Kaisha
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2002-09-06
Also published as: DE60225513D1; CN1460311A; DE60225513T2; KR100592209B1; EP1291967B1; US6714164B2; EP1291967A1; US20030137463A1; AU2002225461B2; JPWO2002069444A1; CN1307743C; KR20020091234A; JP3825408B2; EP1291967A4

Description

明細書

多周波用アンテナ技術分野

本発明は、異なる 2つの移動無線帯および F MZAMラジオ帯において動作可能な多周波用アンテナに関するものである。背景技術

車体に取り付けられるアンテナとしては種々のアンテナが知られているが、車体では最も高い位置にあるルーフにアンテナを取り付けるようにすると受信感度を高めることができるため、ルーフに取り付けるルーフアンテナが従来から好まれている。また、車体内には一般に F M/AMラジオが設けられているため、 F MZAMラジォ帯の両方を受信できるァンテナが便利なことから、 2つのラジオ帯を共用して受信できるルーフアンテナが普及している。

また、移動電話機を車両に搭載する際には、移動電話用アンテナが車体に設置される。この場合、移動電話において加入者の増加により利用周波数が不足している場合には、移動電話の周波数帯としてほぼ全域で使用できる周波数帯と、都巿部で使用できる周波数帯との 2つの周波数帯が割り当てられている場合がある。例えば、欧州においては 9 0 O MH z帯の G S M (global system for mob ile communication) 方式の移動電話機は欧州全域で使用することができるが、都市部においては利用周波数不足を補うため 1 . 8 G H z帯の D C S (Digit al Cellular System) 方式の移動電話機を使用することができる。このような各種のアンテナをそれぞれ別個に車体に設置することは、デザィン上問題があると共に、メンテナンス、取付作業等が煩雑になることから、 1つのアンテナで 2つの周波数帯域の移動電話帯や F M/ AMラジオ帯を受信する多周波用アンテナが提案されている。

この種の多周波用アンテナとして、日本国特許庁発行の特開平 6— 1 3 2 7 1 4号公報に記載されている多周波用アンテナが知られている。この多周波用アンテナは、移動電話帯、 F Mラジオ帯、 AMラジオ帯を受信可能な 3波共用アンテナとされた伸縮自在なロッドアンテナと、 GP S信号を受信する GP S用のアンテナである平面放射体と、キーレスェントリ一信号を受信するキーレスェントリ一用のアンテナであるループ放射体とから構成されている。

これらの各アンテナは本体の上面に設置されているが、本体の上部には金属製 5 のプレートが設けられており、プレート上に誘電体層を介して平面放射体とループ放射体とが形成されている。このプレートがグランドプレーンになるため、平面放射体とループ放射体とはマイクロストリップアンテナとして動作する。なお、平面放射体とループ放射体の上には保護力バーが形成されている。

このような多周波用アンテナにおいては、伸縮自在とされたロッドアンテナを

10 備えていることから、取り付ける際にはこのロッドアンテナを収納する空間が必要とされる。従って、空間の形成が可能とされる車体のトランクリツドゃフェンダ一には多周波用アンテナを取り付けることが可能であるが、アンテナを設置するに好適なルーフには、そのような収納空間が存在しないため、取り付けることができないことになる。

15 そこで、これを解決するようにした多周波用アンテナが、日本国特許庁発行の特開平 10— 93327号公報に開示されている。

この多周波用アンテナは、トラップコイルを設けることにより多周波に共振させるようにしたアンテナエレメントと、このアンテナエレメントが取り付けられる整合基板等が内蔵されている本体ケースから構成されている。この本体ケース

20 をルーフに固着することにより、ルーフに多周波用アンテナを取り付けることができるようになる。

ところで、上記したように移動電話に用いられる周波数帯には、利用者の増加に伴って複数の周波数帯が割り当てられている。例えば、日本における P DC方 ϊ, (Personal Digital Cellular telecommunication system) では、 8 25 00MHz帯（810MHz〜956MHz) と 1. 4GHz帯（1429MH z〜： 1501 MHz) が割り当てられており、欧州においては 800MH z帯（ 870MHz〜960MHz) の GSM方式と、 1. 7GHz帯（1 710MH z〜l 880MHz) の DC S方式とが採用されている。このような複数の周波

-ナを動作させるには、それぞれの周波数帯で動作するァンテナを設けるのであるが、互いの動作に影響を与えないように 2つのアンテナをチョークコイルを介して接続するのが一般的とされている。

しかしながら、トラップコイル等のチョークコイルでは、広い周波数帯域にわたり信号を分離することが困難である。すなわち、それぞれの周波数帯で動作するアンテナ間にチョークコイルを設けても、移動電話帯のように広い周波数帯域の場合には、その周波数帯域にわたりそれぞれのアンテナを独立して動作させることができず、互いに影響を与えて良好に動作させることができないという問題点があった。

また、チョークコイルを設けることによりアンテナが大型化されるという問題点があった。

そこで、本発明は、少なくとも 2つの異なる広い周波数帯域にわたり動作すると共に、小型化された多周波用アンテナを提供することを目的としている。発明の開示

上記目的を達成するために、本発明の多周波用アンテナは、アンテナパターンと、該ァンテナパターンに近接して無給電素子パターンが形成されているアンテナ基板と、該アンテナ基板を収納しているアンテナケース部と、上部エレメントと下部エレメントとの間にチョークコイルが配置されており、前記アンテナケース部に取り付けられた際に、前記アンテナ基板に形成されている前記アンテナパターンの上端に前記下部ェレメントの下端が接続されるアンテナェレメントとを備え、前記下部エレメント、前記アンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、第 1周波数帯と、該第 1周波数帯のほぼ 2倍の周波数帯とされる第 2周波数帯で動作可能とされている。

さらに、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記第 1周波数帯および前記第 2周波数帯が移動無線帯とされていてもよい。

さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記上部エレメントおよぴ前記チヨークコィルを含むアンテナ全体が、前記第 1周波数帯より低い第 3 周波数帯で動作可能とされていてもよい。

さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記第 1周波数帯および前記第 2周波数帯と、前記第 3周波数帯とを分波する分波手段が、前記アンテナケース部内に内蔵されている基板に組み込まれていてもよい。

さらにまた、上記本発明の多周波用アンテナにおいて、前記分波手段には、前記第 1周波数帯および前記第 2周波数帯に対する整合回路が含まれていてもよいこのような本発明によれば、下部エレメント、アンテナ基板に形成されている了ンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるァンテナ手段が、チョークコイルを用いることなく第 1周波数帯と、該第 1周波数帯のほぼ 2倍の周波数帯とされる第 2周波数帯で動作可能となるので、多周波用アンテナを小型化することができる。

また、下部エレメントにチョークコイルを介して接続されている上部アンテナを含む全体において F M/AM放送を受信することができる。そして、多周波用アンテナで受信された多周波の信号は、分波手段により、移動無線帯の信号と F M/ AM信号とに分波される。この場合、移動無線帯を分波する部分に整合回路も組み込まれ、分波手段がアンテナケース部に内蔵されることから、多周波用ァンテナをコンパクトな構成とすることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの全体構成を示す図である。

第 2図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの一部を拡大して示す図である。

第 3図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、アンテナエレメントおよびカバー部を取り外した構成の上面図である。

第 4図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、アンテナエレメントおよびカバー部を取り外した構成の平面図である。

第 5図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの等価回路示す図である。

第 6図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板に組み込まれる分波回路の回路図である。

第 7図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板の表面の構成を示す図である。

第 8図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおけるアンテナ基板の裏面の構成を示す図である。

第 9図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの G S Mの周波数帯域におけるィンピーダンス特性を示すスミスチャートである。

第 1 0図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの G S Mの周波数帯域における V S W R特性を示す図である。

第 1 1図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの D C Sの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。

第 1 2図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの D C Sの周波数帯域における V S WR特性を示す図である。

第 1 3図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合の G S Mの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。

第 1 4図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合の G S Mの周波数帯域における V S WR特性を示す図である第 1 5図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合の D C Sの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。

第 1 6図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路を取り外した場合の D C Sの周波数帯域における V S W R特性を示す図である第 1 7図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路ぉよび無給電素子パターンを除去した場合の G S Mの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。

第 1 8図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合の G S Mの周波数帯域における V S WR特性を示す図である。

第 1 9図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路および無給電素子パターンを除去した場合の D C Sの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチャートである。

第 2 0図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナにおいて、整合回路およぴ無給電素子パターンを除去した場合の D C Sの周波数帯域における V S WR特性を示す図である。

第 2 1図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。

第 2 2図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 7 1 0 MH z における垂直面内指向特性を示す図である。

第 2 3図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 7 9 5 MH z における垂直面内指向特性を示す図である。

第 2 4図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 8 8 O MH z における垂直面内指向特性を示す図である。

第 2 5図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。

第 2 6図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 7 1 0 MH z における垂直面内指向特性を示す図である。

第 2 7図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 7 9 5 MH z における垂直面内指向特性を示す図である。

第 2 8図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 8 8 O MH z における垂直面内指向特性を示す図である。

第 2 9図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの水平面内指向特性の測定態様を示す図である。

第 3 0図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 7 1 O MH z における水平面内指向特性を示す図である。

第 3 1図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 7 9 5 MH z における水平面内指向特性を示す図である。

第 3 2図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 1 8 8 0 MH z における水平面内指向特性を示す図である。

第 3 3図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。

第 3 4図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 8 7 0 MH zにおける垂直面内指向特性を示す図である。

第 3 5図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 9 1 5 MH zにおける垂直面内指向特性を示す図である。

第 3 6図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 9 6 O MH _Zにおける垂直面内指向特性を示す図である。

第 3 7図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの垂直面内指向特性の測定態様を示す図である。

第 3 8図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 8 7 0 MH zにおける垂直面内指向特性を示す図である。

第 3 9図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 9 1 5 MH zにおける垂直面内指向特性を示す図である。

第 4 0図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 9 6 O MH Zにおける垂直面内指向特性を示す図である。

第 4 1図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの水平面内指向特性の測定態様を示す図である。

第 4 2図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 8 7 0 MH zにおける水平面内指向特性を示す図である。

第 4 3図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 9 1 5 MH Zにおける水平面内指向特性を示す図である。

第 4 4図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナの 9 6 0 MH Zにおける水平面内指向特性を示す図である。

第 4 5図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した構成を示す図である。第 4 6図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の G S Mの周波数帯域におけるインピーダンス特性を示すスミスチヤ一トである。

第 4 7図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の G S Mの周波数帯域における V S WR特性を示す図である。

第 4 8図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の D C Sの周波数帯域におけるィンピーダンス特性を示すスミスチャートである。

第 4 9図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の D C Sの周波数帯域における V S WR特性を示す図である。

第 5 0図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した他の構成を示す図である。

第 5 1図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の G S Mの周波数帯域におけるィンピーダンス特性を示すスミスチヤ一トである。

第 5 2図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の G S Mの周波数帯域における V S WR特性を示す図である。

第 5 3図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の D C Sの周波数帯域におけるィンピーダンス特性を示すスミスチヤ一トである。

第 5 4図は、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナのアンテナ基板における無給電素子パターンの形状を変更した場合の D C Sの周波数帯域における V S WR特性を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の多周波用アンテナの実施の形態の構成を第 1図おょぴ第 2図に示す。ただし、第 1図は本発明の多周波用アンテナの全体構成を示す図であり、第 2図はその一部を拡大して示す図である。

これらの図に示すように、本発明の実施の形態にかかる多周波用アンテナ 1は、ホイップアンテナとされたアンテナエレメント 1 0と、このアンテナエレメント 1 0が着脱自在に取り付けられるアンテナケース部 2から構成されている。このアンテナケース部 2は、金属製のアンテナベース部 3 (第 3図および第 4図参照）と、アンテナベース部 3に嵌合されている樹脂製のカバー部 2 bとから構成されている。アンテナエレメント 1 0は、屈曲可能な可撓性エレメント部 1 1と、可撓性エレメント部 1 1の上端に設けられたヘリカル状に形成されているヘリカルエレメント部 5と、このヘリカルエレメント部 5の上端に設けられたアンテナトップ 4とを備えている。さらに、可撓性エレメント部 1 1の下端には、チヨークコイル 1 2の一端が接続されており、チョークコイル 1 2の他端は Dネット (G S M) 用の上部エレメントに相当する電話用エレメント 1 3に接続されている。この電話用エレメント 1 3の下端には固定ネジ部 1 4が設けられている。そして、ヘリカルエレメント部 5の下部と、可撓性エレメント部 1 1、チョークコィル 1 2、電話用エレメント 1 3および固定ネジ部 1 4の上部はモールドされてアンテナ基部 6が構成されている。この場合、電話用エレメント 1 3はアンテナエレメント 1 0における下部エレメントを構成している。

ここでいう Dネットとは前記した G S M方式による移動無線帯を意味し、後述する Eネットとは前記した D C S方式による移動無線帯を意味するものとする。なお、ヘリカルエレメント部 5の表面にはコイル状に卷回された風切音防止手段が設けられている。また、可撓性エレメント部 1 1はアンテナエレメント 1 0 に横加重が加えられた際に屈曲して加重を吸収し、折損を防止するための部分である。この可撓性エレメント部 1 1は、可撓性を有するワイヤーケーブルゃコィルスプリングにより構成することができる。

ここで、アンテナエレメント 1 0およびカバー部 2 bを取り外した多周波用ァンテナ 1の構成の上面図を第 3図に、その平面図を第 4図に示し、これらの図も参照して多周波用アンテナ 1の説明を行う。

樹脂成形により形成されているカバー部 2 bは、第 3図おょぴ第 4図に示す金属製のアンテナベース部 3に嵌合されており、このアンテナベース部 3からは車体のルーフ等に取り付けるための円筒状の取付部 3 aが突出して形成されている。この取付部 3 aの外周面にはネジが切られており、取付部 3 aにナツトを螺着す δことにより、ァンテナベース部 3とナットとの間に車体を挟持するよう固着することができる。なお、アンテナベース部 3とカバー部 2 bとは、アンテナべース部 3に形成された一対のネジ挿通孔 3 cに、裏面から一対のネジを揷通してカバー部 2 bに螺着することにより一体化されている。取付部 3 aには、その軸に沿って貫通孔が形成されており、その貫通孔を介してアンテナケース部 2内から Dネットおよび Eネット用の T E L出力ケーブル 3 1、 AM/ F M出力ケープ' ル 3 2および電源ケーブル 3 3が導出されている。この際に、取付部 3 aにおける貫通孔には図示していなレ、切欠溝が軸方向に形成されており、この切欠溝を利用することにより、 T E L出力ケーブル 3 1や AMZ F M出力ケーブル 3 2をァンテナベース部 3の裏面にほぼ平行に導出することができる。 T E L出力ケープル 3 1の先端には第 1端子 3 1 aが設けられており、 AM/ F M出力ケーブル 3 2の先端には第 2端子 3 2 aが設けられており、これらの端子 3 1 a， 3 2 aは、それぞれ車内に搭載された対応する機器に接続される。

このアンテナケース部 2を構成しているカバー部 2 bの上端には、アンテナェレメント 1 0が着脱自在に取り付けられるホット金具 2 aがインサート成形されている。このホット金具 2 aに、アンテナエレメント 1 0の固定ネジ部 1 4を螺着することにより、アンテナエレメント 1 0をアンテナケース部 2に機械的かつ電気的に固着することができる。アンテナケース部 2内には、アンテナ基板 7とアンプ基板 9との 2枚のプリント基板が立設されて収納されている。このアンテナ基板 7とアンプ基板 9は、アンテナベース部 3の上面に固着されているアース金具 3 bにハンダ付けされることにより立設して固着されている。アンテナ基板 7の上端には L字状に折曲されている接続片 8 bがハンダ付け等により固着されて設けられており、ホット金具 2 a内から接続ネジ 8 aが接続片 8 bに螺着されている。これにより、ホット金具 2 aに固着されたアンテナエレメント 1 0力接続ネジ 8 a，接続片 8 bを介してアンテナ基板 7に電気的に接続されるようになる。本発明の多周波用アンテナ 1において特徴的な構成は、アンテナケース部 2に内蔵されたアンテナ基板 7が有している。アンテナ基板 7には、 Eネット用のァンテナとして動作するアンテナパターン 7 aが形成されている。このアンテナパターン 7 aは、電話用エレメント 1 3と協働することにより Dネット用のエレメントとしても動作している。ここで、アンテナ基板 7の構成について第 7図および第 8図を参照して説明を行う。

アンテナ基板 7の表面の構成を第 7図に示し、アンテナ基板 7の裏面の構成を第 8図に示す。これらの図に示すように、アンテナ基板 7はアンテナケース部 2 の内部空間の形状に合わせて変形させた六角形とされている。このアンテナ基板 7の表面の上部から中央部にかけて幅広のアンテナパターン 7 aが形成されており、アンテナ基板 7の裏面にもほぼ同形状の幅広のアンテナパターン 7 aが形成されている。表面と裏面とのアンテナパターン 7 aは図示していないが、複数のスルーホールにより相互に接続されている。そして、このアンテナパターン 7 a に近接して無給電素子パターン 7 bがアンテナ基板 7に形成されている。この無給電素子パターン 7 bの下端はアースパターン 7 dに接続されている。この無給電素子パターン 7 bを形成することによりァンテナパターン 7 aが D C S ( Eネット）の周波数帯においても動作可能となる。なお、アースパターン 7 dはアンテナ基板 7の表面と裏面の下部に形成されている。また、アンテナパターン 7 a および無給電素子パターン 7 bとアースパターン 7 dとの間には、それぞれの周波数帯に分波する分波回路を構成しているローパスフィルタ（L P F ) 2 1およぴ整合回路を含むハイパスフィルタ（H P F ) 2 0が組み込まれる回路パターン 7 cが形成されている。アンテナ基板 7には L P F 2 1の出力部にスルーホール 2 1 aが、 H P F 2 0の出力部にスルーホール 2 0 aが設けられている。

このアンテナ基板 7の寸法の一例を示すと、アンテナ基板 7の幅 L 1は約 4 9. 5 mmとされ、高さ L 2は約 2 1 . 9 mmとされる。また、無給電素子パターン 7 bの長さは約 4 O mm前後とされ、アンテナパターン 7 aと無給電素子パターン 7 bとの間隙は約 2〜3 mmとされている。これらの寸法は、アンテナパターン 7 aおよぴ無給電素子パターン 7 bを Eネットおよび Dネット用とした場合であり、適用される周波数帯が異なれば上記寸法も異なるようになる。なお、無給電素子パターン 7 bをアンテナ基板 7の表面に形成することに替えて裏面に形成してもよく、また、無給電素子パターン 7 bを必ずしもアースバターソ Ί dに接続する必要はない。

第 7図および第 8図に示す構成のアンテナ基板 7を備える多周波用アンテナ 1 の等価回路を第 5図に示す。第 1図ないし第 3図に示すように、アンテナ基板 7 の上端には金属製の接続片 8 bが設けられており、この接続片 8 bはアンテナパターン 7 aの上端に接続されている。そして、アンテナエレメント 1 0における固定ネジ部 1 4がアンテナケース部 2のホット金具 2 aに螺着されることにより、ホット金具 2 aに接続ネジ 8 aを介して接続されている接続片 8 bにアンテナエレメント 1 0が電気的に接続されるようになる。これにより、第 5図に示すようにヘリカルエレメント部 5および可撓性エレメント部 1 1からなる上部エレメント 1 0 a、チョークコイル 1 2、電話用エレメント 1 3およびアンテナパターン 7 aは直列に接続される。このアンテナパターン 7 aには近接して無給電素子パターン 7 bが配置されている。

そして、本発明にかかる多周波用アンテナ 1は、第 5図に示すようにアンテナ全体により FM放送に共振して受信することができると共に、 AM放送を受信することができる。また、 Dネットや Eネットの移動無線帯においてはチョークコィル 1 2がハイインピーダンスとなってアイソレーションされるため、電話用ェレメント 1 3とアンテナパターン 7 aおよび無給電素子パターン 7 bが、 Dネットに共振して G S M方式の周波数帯の送受信を行うことができると共に、 Eネットに共振して D C S方式の周波数帯において送受信することができるようになる。ただし、電話用エレメント 1 3とアンテナパターン 7 aおよぴ無給電素子パターン 7 bからなるアンテナが、 Eネットおよび Dネットにおいて動作する理由は解明中である。また、アンテナ基板 7には AMZ F Mの周波数帯の信号と、 Dネットおよび Eネットの周波数帯とを分波する H P F 2 0と L P F 2 1からなる分波回路が組み込まれており、アンプ基板 9には、分波した AM/ F Mの周波数帯の信号を増幅する増幅回路が組み込まれている。

すなわち、多周波用アンテナ 1の出力端は、 H P F 2 0と L P F 2 1とに接続されており、 H P F 2 0により Dネットおよび Eネットの周波数帯域成分が分波され、分波された信号が GSMZDCS出力端子から出力される。また、 LPF 21により AM/ FMの周波数帯域成分が分波され、分波された信号がアンプ基板 9における AM/ F M増幅器 22により増幅されて AM/ F M出力端子から出力される。また、多周波用アンテナ 1のアンテナ特性を向上するために、 HPF 20には整合回路が組み込まれている。

ここで、アンテナ基板 7に組み込まれる HP F 20と LPF 21との回路の一例を第 6図に示す。

アンテナ基板 7における端子 ANT I Nはアンテナパターン 7 aの上端に接続されている接続片 8 bに相当する。 HPF 20はアンテナパターン 7 aの下端に接続されており、直列接続されたキャパシタ C 1， C 2と、その間とアース間にィンダクタ L 1を備える T型のハイパスフィルタとされている。さらに、キヤパシタ C 2の出力側とアース間にはキャパシタ C 3と出力インピーダンス調整用の抵抗 Rが接続されている。 HPF 20では、 Dネットと Eネットの周波数帯域成分が分波され、分波された信号が GSM/DCS出力端子から出力される。なお、キャパシタ C 3と T型のハイパスフィルタは、多周波用アンテナ 1と無線機側とをインピーダンス整合する整合回路としても機能している。

一方、 LPF 21もアンテナパターン 7 aの下端に接続されており、直列接続されたインダクタ L 2, L 3と、その間とアース間に接続されたキャパシタ C 4 とを備える T型のローパスフィルタとされている。 L P F 21で分波された AM ZFMの周波数帯域成分は、アンテナ基板 7からアンプ基板 9に供給され、アンプ基板 9における AM/ FM増幅器 22により増幅されて、 AMZFM出力端子から出力される。

ところで、アンテナ基板 7において、アンテナパターン 7 aに無給電素子バターン 7 bを近接配置することにより、電話用エレメント 13とアンテナ基板 7上に形成されているアンテナパターン 7 aとからなるアンテナが、 DCSの周波数帯域でも動作するようになる。この無給電素子パターン 7 bの作用を説明するために、無給電素子パターン 7 bの形状を第 7図に示す形状から変更した際のアンテナ特性を次に示す。

まず、本発明の多周波用アンテナ 1におけるアンテナ基板 7上に形成されている無給電素子パターンを第 4 5図に示すように変更してみる。第 4 5図においては、無給電素子パターン 7 bにおいて破線で示す部分を切り取り、幅を細くすると共にアンテナパターン 7 aとの間隙を広げた形状の無給電素子パターン 7 7 b としている。第 4 5図に示すアンテナ基板 7とした場合の多周波用アンテナ 1のアンテナ特性を、アンテナ基板 7を第 7図おょぴ第 8図に示す構成とした際のァンテナ特性と対比して、第 4 6図ないし第 4 9図に示す。第 4 6図は、 G S Mの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 4 7図は G S Mの周波数帯域における電圧定在波比（V S WR) 特性を示している。また、第 4 8図は、 D C Sの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 4 9図は D C Sの周波数帯域における V S WR特性を示している。第 4 6図ないし第 4 9図において「本発明」として示しているアンテナ特性は、アンテナ基板 7を第 7図および第 8図に示す構成とした際の特性であり、「A」〜「D」として示すアンテナ特性はアンテナ基板 7を第 4 5図に示す構成とした際の特性である。

これらのアンテナ特性を観察すると、 G S Mの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第 4 5図に示すように変更すると、その中心周波数（マーク 2 ： 9 1 5 MH z ) までのアンテナ特性は劣化するが中心周波数を超えるとかえつて改善されるようになる。これに対して、 D C Sの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第 4 5図に示すように変更すると、その周波数帯域全体にわたりアンテナ特性は劣化することがわかる。

次に、本発明の多周波用アンテナ 1におけるアンテナ基板 7上に形成されている無給電素子パターンを第 5 0図に示すように変更してみる。第 5 0図においては、無給電素子パターン 7 bの破線で示す先端部分を切り取り、全長を短くした形状の無給電素子パターン 8 7 bとしている。第 5 0図に示すアンテナ基板 7とした場合の多周波用アンテナ 1のアンテナ特性を、アンテナ基板 7を第 7図および第 8図に示す構成とした際のアンテナ特性と対比して、第 5 1図ないし第 5 4 図に示す。第 5 1図は、 G S Mの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 5 2図は G S Mの周波数帯域における電圧定在波比（ V S WR) 特性を示している。また、第 5 3図は、 D C Sの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 54図は DC Sの周波数帯域における VSWR特性を示している。第 46図ないし第 49図において「本発明」として示しているアンテナ特性は、アンテナ基板 7を第 7図および第 8図に示す構成とした際の特性であり、「E」〜「H」として示すアンテナ特性はアンテナ基板 7を第 50図に示す構成とした際の特性である。

これらのアンテナ特性を観察すると、 GSMの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第 50図に示すように変更すると、その中心周波数（マーク 2 ： 91 5 MHz) までのアンテナ特性は劣化するが中心周波数を超えるとかえつて改善されるようになる。これに対して、 DC Sの周波数帯域においてはアンテナパターンの形状を第 50図に示すように変更すると、その周波数帯域全体にわたりァンテナ特性は劣化することがわかる。

このことから、無給電素子パターンの形状を変更することにより、 GSMの下側周波数帯と上側周波数帯とのアンテナ特性を逆の方向に調整することができると共に、 DC Sの周波数帯域の全体におけるアンテナ特性を調整することができる。そして、第 7図および第 8図に示す無給電素子パターン 7 bの形状において , DCSの周波数帯域および G SMの周波数帯域において最善のアンテナ特性が得られている。

そこで、ァンテナ基板 7上に形成された無給電素子パターンを第 7図および第 8図に示す形状とした際の多周波用アンテナ 1のアンテナ特性を以下に説明する第 7図おょぴ第 8図に示すアンテナ基板 7とした場合の多周波用アンテナ 1のアンテナ特性を、第 9図ないし第 12図に示す。第 9図は、 GSMの周波数帯域におけるスミスチャートで示すィンピ一ダンス特性であり、第 10図は GSMの周波数帯域における VSWR特性を示している。また、第 1 1図は、 DCSの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 1 2図は DC Sの周波数帯域における VSWR特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、 870MHz〜960MHzの GSMの周波数帯域において、最良値約 1. 1、最悪値約 1. 47の V S WRが得られており、良好なィンビーダンス特性が得られていることがわかる。また、 1. 71GHz〜l . 88 GHz の DCSの周波数帯域において、最良値約 1. 2、最悪値約 1. 7 8の VSWR が得られており、良好なィンピーダンス特性が得られていることがわかる。なお、第 9図ないし第 1 2図に示すアンテナ特性は第 6図に示す回路構成の H P F 20および L P F 2 1が設けられている場合のアンテナ特性であり、この場合、 HP F 20および L P F 2 1の各素子の値は次のようにされている。 HP F 20においてキャパシタ C 1 , C 2は約 3 p F、キャパシタ C 3は約 0 · 5 p F 、ィンダクタ L 1は約 1 5 n Hとされており、 L P F 2 1はィンダクタ L 2は約 30 nHの空芯コイル、インダクタ L 3は 0. 1 2 μト I、キャパシタ C 4は約 1 3 p Fとされている。

前述したように HP F 20には整合回路が組み込まれており、この整合回路の作用を説明するために、第 6図に示す LPF 2 1および HP F 20 (キャパシタ C 3を含む）を取り去った場合のアンテナ特性を第 1 3図ないし第 1 6図に示す。第 1 3図は、 GSMの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 1 4図は GSMの周波数帯域における VSWR特性を示している。また、第 1 5図は、 DC Sの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 1 6図は DC Sの周波数帯域における VSWR特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、 8 70MH z〜96 0MH z の GSMの周波数帯域において、 VSWRは最良値約 2. 1 9、最悪値約 3. 2 4に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。また、 1. 7 1 G Hz〜： 1. 8 8 GH zの DC Sの周波数帯域において、 VSWRは最良値約 2. 6、最悪値約 3. 3 8に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかるこのように整合回路を取り去ると、 GSMおよび DC Sの周波数帯域においてアンテナ特性が劣化することがわかる。

次に、参考までに無給電素子パターン 7 bの作用を説明するために、無給電素子パターン 7 b、および、第 6図に示す LP F 2 1と HP F 20 (キャパシタ C 3を含む）とを取り去った際のアンテナ特性を第 1 7図ないし第 20図に示す。第 1 7図は、 GSMの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピーダンス特性であり、第 1 8図は GSMの周波数帯域における VSWR特性を示している。また、第 1 9図は、 DCSの周波数帯域におけるスミスチャートで示すインピ一ダンス特性であり、第 20図は DC Sの周波数帯域における VSWR特性を示している。これらのアンテナ特性を観察すると、 87 OMH z〜96 OMH zの GSMの周波数帯域において、 VSWRは最良値約 4. 8、最悪値約 5. 62と大幅に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。また、 1. 71 GHz〜l. 88 GH zの DC Sの周波数帯域において、 VSWRは最良値約1 . 6、最悪値約 2. 67に劣化したインピーダンス特性となっていることがわかる。

このように無給電素子パターン 7 bおよび整合回路を取り外すと、特に GSM の周波数帯域においてアンテナ特性が劣化することがわかる。

次に、本発明にかかる多周波用アンテナ 1の DCSの周波数帯域および GSM の周波数帯域における垂直面内指向特性および水平面内指向特性を、第 22図ないし第 44図に示す。

第 22図ないし第 24図に示す垂直面内指向特性は、 DCSの周波数帯域において、第 21図に示すように多周波用アンテナ 1を直径約 lmのグランドプレーン 50上に配置した際の側面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第 21図に示す角度とされている。第 22図は、 DCSの下限周波数である 1 71 OMH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、 ±60° 〜士 90° の方向および天頂方向に大きなゲインが得られている。この場合のアンテナゲインは、 1 / 2波長ダイポールァンテナ比で約 + 2. 55 d Bの高いゲインが得られている。

第 23図は、 DCSの中央周波数である 1 795 MH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 30° 近辺おょぴ 45° 近辺でゲインが落ち込んでいるものの、 100 。〜一 100° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/2波長ダイポールアンテナ比で約 + 1. 82 dBの高いゲインが得られている。

第 24図は、 DC Sの上限周波数である 1 88 OMH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 d B毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 3 0° 近辺および 4 5° 近辺でゲインが落ち込んでいるものの、 1 0 0 ° 〜― 1 0 0° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1 /2波長ダイポールアンテナ比で約 + 1. 9 8 d Bの高いゲインが得られている。

第 2 6図ないし第 2 8図に示す垂直面内指向特性は、 DC Sの周波数帯域において、第 2 5図に示すように多周波用アンテナ 1を直径約 l mのグランドプレーン 5 0上に配置した際の正面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第 2 5図に示す角度とされている。第 2 6図は、 DC Sの下限周波数である 1 7 1 OMH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 d B毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 9 0° 近辺および天頂方向でゲインが落ち込んでいるものの、約 1 0 0° 〜一 7 5° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1Z 2波長ダイポ一ルアンテナ比で約一 4. 3 3 d Bのゲインが得られている。

第 2 7図は、 DC Sの中央周波数である 1 7 9 5MH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 d B毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 9 0° 近辺および天頂方向近辺でゲインが落ち込んでいるものの、 9 0 。〜一 8 0° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1 /2波長ダイボールァンテナ比で約一 1. 9 d Bのゲインが得られている。

第 2 8図は、 DC Sの上限周波数である 1 8 8 OMH zにおける垂直面內指向特性であり、同心円上の円は一 3 d B毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一9 0° 近辺および天頂方向近辺でゲインが落ち込んでいるものの、 9 0 ° 〜一 8 0° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1 /2波長ダイポールアンテナ比で約一 1. 5 9 d Bのゲインが得られている。

第 3 0図ないし第 3 2図に示す垂直面内指向特性は、 DC Sの周波数帯域において、第 2 9図に示すように多周波用アンテナ 1を直径約 l mのグランドプレーン 5 0上に配置した際の水平面内の指向特性であり、その角度は第 2 9図に示すように前方方向が 0° とされている。第 30図は、 DC Sの下限周波数である 1 71 OMH zにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 100° 近辺および 90° 近辺でゲィンが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/4波長ホイップアンテナ比で約 0 d Bのゲインが得られている。

第 31図は、 DC Sの中央周波数である 1 795MH zにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 100° 近辺および 90° 〜120° 近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1 4波長ホイップアンテナ比で約一 0. 83 d Bのゲインが得られている。

第 32図は、 DC Sの上限周波数である 1 88 OMH zにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 90° 〜一 1 20° 近辺および 80° から 120° 近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/4波長ホイップアンテナ比で約一 0. 5 1 dBのゲインが得られている。

第 34図ないし第 36図に示す垂直面内指向特性は、 GSMの周波数帯域において、第 33図に示すように多周波用アンテナ 1を直径約 1 mのグランドプレーン 50上に配置した際の側面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第 33図に示す角度とされている。第 34図は、 GSMの下限周波数である 87 OMH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、 10° 近辺および一90° 近辺においてゲインが落ち込んでいるものの、 90° 〜一 80。の方向において良好なゲインが得られている。この場合のアンテナゲインは、 1ノ 2波長ダイポ一ルアンテナ比で約一 0. 15 dBのゲインが得られている。

第 35図は、 GSMの中央周波数である 9 15 MH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 80° 以下の方向および 90° 近辺でゲインが落ち込んでいるものの、 8 0° 〜一 75° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1ノ 2波長ダイポールアンテナ比で約 + 0. 8 d Bのゲインが得られている。

第 36図は、 GSMの上限周波数である 960MHzにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、 —80° 以下の方向おょぴ 90° 近辺でゲインが落ち込んでいるものの、 8 5° 〜一 80° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/2波長ダイポールアンテナ比で約一 0. 47 d Bのゲインが得られている。

第 38図ないし第 40図に示す垂直面内指向特性は、 GSMの周波数帯域において、第 37図に示すように多周波用アンテナ 1を直径約 lmのグランドプレーン 50上に配置した際の正面から見た垂直面内の指向特性であり、その仰角および伏角の角度は第 37図に示す角度とされている。第 38図は、 GSMの下限周波数である 870 MHzにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 20° 近辺、天頂近辺および 20° 近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、約 90° 90° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1 / 2波長ダイポールアンテナ比で約一 0. 01 d Bのゲインが得られている。第 39図は、 G SMの中央周波数である 9 15MH zにおける垂直面內指向特性であり、同心円上の円は一 3 d B毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 30° 近辺、天項近辺および 30° 近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、 90° 〜一 90° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/2波長ダイポールアンテナ比で約 + 1. 24 d B の高いゲインが得られている。

第 40図は、 GSMの上限周波数である 96 OMH zにおける垂直面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、一 30° 近辺、天頂近辺および 30° 近辺の方向でゲインが落ち込んでいるものの、 90° 〜一 90° の方向において良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/2波長ダイポールアンテナ比で約 + 1. 21 d B の高いゲインが得られている。

第 42図ないし第 44図に示す垂直面内指向特性は、 GSMの周波数帯域において、第 41図に示すように多周波用アンテナ 1を直径約 lmのグランドプレーン 50上に配置した際の水平面内の指向特性であり、その角度は第 41図に示すように前方方向が 0° とされている。第 42図は、 GSMの下限周波数である 8 7 OMHzにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 dB毎に描かれている。この指向特性を観察すると、 0° 近辺および一 1 80° 近辺でゲインがやや落ち込んでいるものの、ほぼ無指向'!¹生の良好な指向特'生が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1Z4波長ホイップアンテナ比で約一 1. 3 8 d Bのゲインが得られている。

第 43図は、 G SMの中央周波数である 915MH zにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 d B毎に描かれている。この指向特性を観察すると、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/4波長ホイップアンテナ比で約一 1. 1 3 d Bのゲインが得られている第 44図は、 GSMの上限周波数である 96 OMH zにおける水平面内指向特性であり、同心円上の円は一 3 d B毎に描かれている。この指向特性を観察すると、 0° 近辺でゲインが落ち込んでいるものの、ほぼ無指向性の良好な指向特性が得られている。この場合のアンテナゲインは、 1/4波長ホイップアンテナ比で約一 1. 43 d Bのゲインが得られている。

これらの垂直面内指向特性参照すると、 Dネットおよび Eネットの周波数帯域において低仰角方向に大きなゲインがほぼ得られており、移動無線に好適な多周波用アンテナ 1となることがわかる。また、これらの水平面内指向特性を参照すると、アンテナケース部 2に内蔵したアンテナ基板 7にアンテナパターン 7 aと無給電素子パターン 7 bとを形成するようにしても、 GSMと DCSとの 2つの周波数帯域においてほぼ無指向性とされている水平面内指向特性が得られることがわかる。

以上説明した本発明の多周波用アンテナにおいて、アンテナ基板 7に形成されている無給電素子パターン 7 bは、第 7図に示す形状に限られるものではなく、ァンテナ基板 7の形状や使用周波数帯域に応じて変更してもよいものである。この場合、使用周波数帯域において良好な V S WR値が得られるように無給電素子パターン 7 bの形状は、その幅や長さが調整された形状とされる。

また、アンテナ基板 7に組み込まれている H P F 2 0および L P F 2 1の定数は、上述した値に限るものではなく、使用周波数帯域や使用される移動無線機におけるアンテナ接続部のインピーダンス等に応じて変更される。この場合、使用周波数帯域において良好な V S WR値が得られる値とされる。産業上の利用可能性

本発明は以上説明したように、下部エレメント、アンテナ基板に形成されているァンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるァンテナ手段が、チョークコイルを用いることなく第 1周波数帯と、該第 1周波数帯のほぼ 2倍の周波数帯とされる第 2周波数帯で動作可能となるので、多周波用アンテナを小型化することができる。

また、下部エレメントにチョークコイルを介して接続されている上部アンテナを含む全体において F MZAM放送を受信することができる。そして、多周波用アンテナで受信された多周波の信号は、分波手段により、移動無線帯の信号と F MZAM信号とに分波される。この場合、移動無線帯を分波する部分に整合回路も組み込まれ、分波手段がアンテナケース部に内蔵されることから、多周波用ァンテナをコンパクトな構成とすることができる。

Claims

請求の範囲

1 . アンテナパターンと、該アンテナパターンに近接して無給電素子パターンが形成されているアンテナ基板と、

該アンテナ基板を収納しているアンテナケース部と、

上部エレメントと下部エレメントとの間にチョークコイルが配置されており、前記アンテナケース部に取り付けられた際に、前記アンテナ基板に形成されている前記アンテナパターンの上端に前記下部エレメントの下端が接続されるアンテナエレメントとを備え、

前記下部エレメント、前記アンテナパターンおよび無給電素子パターンからなるアンテナ手段が、第 1周波数帯と、該第 1周波数帯のほぼ 2倍の周波数帯とされる第 2周波数帯で動作可能とされていることを特徴とする多周波用アンテナ。

2 . 前記第 1周波数帯および前記第 2周波数帯が移動無線帯とされていることを. 特徴とする請求の範囲第 1項記載の多周波用ァンテナ。

3 . 前記上部エレメントおよび前記チョークコイルを含むアンテナ全体が、前記第 1周波数帯より低い第 3周波数帯で動作可能とされていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の多周波用アンテナ。

4 . 前記第 1周波数帯および前記第 2周波数帯と、前記第 3周波数帯とを分波する分波手段が、前記アンテナケース部内に内蔵されている基板に組み込まれていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の多周波用アンテナ。

5 . 前記分波手段には、前記第 1周波数帯および前記第 2周波数帯に対する整合回路が含まれていることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の多周波用アンテナ