JP4247785B2 - 携帯型無線通信装置用アンテナ - Google Patents

Description

本発明は携帯型無線通信装置用アンテナに関し、より詳しくは携帯型無線通信装置からの電磁波によるユーザーへの悪影響を防止するために改良されたアンテナに関する。

今日では、通信サービスの発達により、携帯電話やその他の無線機器が広く用いられている。またこのような無線機器は、無線通信技術にかかる手段を用いることにより、場所を選ばずに使用することができる。

通信とは、一般に有線通信と無線通信とに大別することができる。無線通信では、電磁波を送信する送信機と、送信機から送信された電磁波を受信するアンテナ、そしてアンテナからの電磁波を受信する受信機が必須である。

送信機、受信機およびアンテナは通信機器の本体に組み込まれており、送信機、受信機およびアンテナの小型軽量化がすすむにつれて、これらを収納する通信機器も小型化されてきている。

アンテナとは、線状放射素子の作用様式、および電磁波が無指向性となるヘリカルアンテナ部の作用様式により、主に、伸縮型、固定型および頂上搭載ヘリカル型の３種類に区分されている。
収縮型アンテナでは、図１０ａに示すように、ヘリカルアンテナ部１００がハウジングに固定され、線状放射素子２００がヘリカルアンテナ部１００中を上下に移動する。
固定型アンテナでは、図１０ｂに示すように、ヘリカルアンテナ部１００と線状放射素子２００とがともにハウジングに固定されている。
頂上搭載ヘリカル型アンテナでは、図１０ｃに示すように、ヘリカルアンテナ部１００が線状放射素子２００の頂上に設置されている。

上記電磁波が無指向性となるヘリカルアンテナ部を用いたアンテナであると、無線通信装置のユーザーは、このアンテナからの電磁波によって直接的な被害を受ける。アンテナからの電磁波には、直接波、反射波および回折波が含まれており、これらはすべて人体に悪影響を及ぼすものであるが、最も有害なのが直接波である。

従来の電磁波防止システムでは、電磁波の外部漏洩を防止する目的で、通信機器内に搭載された回路基板を囲繞しているが、このようなシステムでは電磁波がシステム内に形成されたアンテナ接続孔から外部へ漏洩してしまうという問題がある。

つまり、このような電磁波防止システムでは、アンテナ接続体が設置される孔を有し、これにより外部に露出するアンテナを通信機器の回路基板上に接地している。このため、アンテナ接続体が孔に接続されても、許容差のために孔が完全に密閉されることはない。

また、電磁波を防止する目的で、電磁波を阻止するフィルター材料によりハウジング内部を被覆するという別の電磁波防止方法もある。

しかし、従来の無線アンテナは、無線機器のハウジングの上部に位置しており、通話時にガイド突起から引き出されるものであるため、無線機器の使用時に放射される電磁波が直接ユーザーの頭部へと伝播してしまう。このため、直接波、反射波および回折波によりユーザーの頭部に直接的な悪影響を及ぼし、ユーザーの健康を悪化させる恐れがある。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、携帯型無線通信装置からの電磁波による人体への悪影響を防止し、かつアンテナ効率を増加させるため、無指向性の電磁波を発生させる従来のヘリカルアンテナの代わりに、電磁波に指向性を付与するアンテナ素子と、給電されかつ前記アンテナ素子と平行になるように接続された線状放射素子とを備えた携帯型無線通信装置用アンテナを提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明にかかる携帯型無線通信装置用アンテナは、線状放射素子とアンテナ素子とを備えた、電磁波の照射量およびその照射方向の制御を可能にする携帯型無線通信装置用アンテナであって、前記アンテナ素子が、前記アンテナ素子の外周面に設けられ、前記線状放射素子よりの電磁波の照射量およびその照射方向の制御を可能にするための２以上の開口部を有するコンダクタと、前記コンダクタの内周面に設けられた誘電材料とを備え、前記線状放射素子の少なくとも一部が前記誘電材料の内側に収納されている構造とすることができる。

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。なお、それぞれの図面において、同一または同様の構成要素には同一の参照番号を付してある。

図１または２に示すように、本発明のアンテナ素子３は円筒形状であり、その外周面には所定の間隔（所望の間隔）で配された複数の開口部３２ａを有するコンダクタ３２が設けられている。また、このコンダクタ３２の内周面には誘電材料３１が設けられている。また、この誘電材料３１で囲繞された空洞部３１ａには、その底部に段差部３１ｂが設けられている。また、この段差部３１ｂには孔が設けられており、これを介して線状放射素子２へと給電される。また、このアンテナ素子３は、従来ヘリカルアンテナが設置されていた位置に設置されている。

図３または４に示すように、上記線状放射素子２は、第一放射部２０と第二放射部２２とを有しており、これらは一列に容量結合されている。
上記第一放射部２０は長さが比較的短く、縦方向にアンテナ素子３へと挿入されている。また、この第一放射部２０は、上端部に設けられた誘電キャップ２０ｂと、底部に設けられた給電端子２０ａと、誘電キャップ２０ｂを給電端子２０ａに接続させるロッド２１とを備えており、このロッド２１は導電性材料からなるものである。
上記第二放射部２２は第一放射部２０よりも長く、誘電材料２４で被覆されたロッド２３と給電端子２２ａとを備えている。このロッド２３は、第一放射部２０のロッド２１と同様にコンダクタであり、このロッド２１と一列に並んで配されている。

本実施の形態では、複数のロッドからなる線状放射素子２を用いているが、複数のロッドが一体化している線状放射素子２とすることができる。また、線状放射素子２をアンテナ素子３内に収容した状態で、線状放射素子２とアンテナ素子３をハウジングに固定してもよく、またアンテナ素子３を線状放射素子２の上部に固定させてもよい。

また、本実施の形態では、誘電材料３１がコンダクタ３２で囲繞されているが、このコンダクタ３２に代えて誘電材料３１に金属めっき（被覆）を施す、または印刷回路基板で被覆することができる。この場合には、アンテナを軽量小型化したり、アンテナの製造を簡易化したり、製造コストを低減させたりすることができる。

この開口部３２ａは、図１に示すように矩形状とすることができる。さらに、図５ａ、５ｂに示すように、長尺形状または三角形状のどちらかの開口部３２ａをアンテナ素子３の周りに、所望の間隔をおいて設けることができる。また、図５ｃに示すように、開口部３２ａをそれぞれ複数の部分に分け、それぞれの部分を長尺形状、矩形状または三角形状とし、アンテナ素子３の周りに、所望の間隔をおいて設けることができる。

上記開口部３２ａは、図５ｅに示すように蝶形状とすることができる。また、図５ｄに示すように、２以上の異なる形状で一定の間隔をおいて設けることができる。このようにして開口部３２ａの形状を変化させると、アンテナの電気特性を調節することができる。

本発明にかかるアンテナの作用効果について、図４ａ、４ｂに示す収縮型アンテナを参照しながら説明する。

以下に示す本発明にかかるアンテナの作用は、本発明の基本要素であるアンテナ素子３内を線状放射素子２が上下に移動する場合におけるものである。

〔線状放射素子が収縮している場合（図４ａ参照）〕
アンテナ素子３を介してハウジングに固定された線状放射素子２をハウジング内に収縮する場合には、この線状放射素子２はハウジング内に挿入され、アンテナ素子３を介して延伸することになる。

この場合には、第一放射部２０は給電されアンテナ素子３と共振する。すなわち、第一放射部２０のロッド２１の底部に設けられた給電端子２０ａが段差部３１ｂの孔へ挿入され、線状放射素子２の給電端子２０ａ、２２ａを介して給電される。第一放射部２０は、このようにして給電および共振される。また、放射された電磁波には、コンダクタ３２に設けられた開口部３２ａにより、図６に示すような指向性が付与される。

〔線状放射素子が延伸している場合（図４ｂ参照）〕
線状放射素子２がハウジングから延伸させる場合には、第一放射部２０がアンテナ素子３と分離し、かつ、第一放射部２０と容量結合されている第二放射素子２２における誘電材料２４で被覆されたロッド２３が、アンテナ素子３の空洞部３１ａを通り抜けてアンテナ素子３から部分的に縦に延伸することになる。

この場合には、第二放射部２２のロッド２３の底部に設けられている給電端子２２ａが、段差部３１ｂの孔へ挿入され、線状放射素子２の給電端子２０ａ、２２ａを介した給電が行なわれる。第二放射部２２は、このようにして給電および共振される。また、放射された電磁波には、コンダクタ３２に形成された開口部３２ａにより、図６に示すような指向性が付与される。

したがって、収縮・延伸どちらの場合にも、線状放射素子２は常に、誘電材料３１の段差部３１ｂを通る第一、第二放射部２０、２２の給電端子２０ａ、２２ａを介して誘電材料３１の段差部３１ｂに接地することになる。ただし、誘電材料３１の段差部３１ｂは線状放射素子２の給電端子２０ａ、２２ａに接地されるものの、アンテナ素子３と線状放射素子２との間には給電ポイントが存在しないため、アンテナ素子３と線状放射素子２との間が給電されることはない。

放射される電磁波に図６に示すような指向性を付与する場合には、開口部３２ａの面積、形状、位置および数により、その電波幅Ｗを調節することができる。

ここで以下に、電波幅Ｗの調節とこの調節によるゲインとの関係を説明する。図７ａ、７ｂに示す二つの開口部３２ａは、形状と位置が同一で、面積が異なる。すなわち、開口部３２ａの長さをＳ、その幅をＬとすると、二つの開口部３２ａの長さＳ１、Ｓ２は同一であるが、図７ａに示す一方の開口部３２ａの幅Ｌ１が図７ｂに示すもう一方の開口部３２ａの幅Ｌ２よりも長くなるように構成されている。この電波幅Ｗは、図７ｃ、７ｄに示すように、開口部３２ａの面積を増加させるにつれて減少するという性質を有するため、これを利用して電磁波に指向性を付与させることができる。

次に、図８ａ、８ｂを参照して、面積および位置が同一であり、形状が異なる開口部３２ａについて説明する。この開口部３２ａの高さをＨ、その幅をＰとすると、図８ａに示す開口部３２ａの高さＨ１は、図８ｂに示す開口部３２ａの高さＨ２と同一であり、さらに、図８ａに示す開口部３２ａの幅Ｐ１は、図８ｂに示す開口部３２ａの幅Ｐ２と同一である。このときの、図８ａにかかる矩形状の開口部における電波の形状を図８ｃに示し、図８ｂにかかる三角形状の開口部における電波の形状を８ｄに示す。

この電波幅Ｗは、図８ｃ、８ｄに示すように、Ｘ−Ｙ線が同一または近似するものの、Ｘ−Ｚ線の形状が異なる。すなわち、このような開口部の構成とすると、電波形状を変化させることができる。例えば図８ｅに示すように開口部３２ａが矩形状である場合、バンド幅は狭くなり、図８ｆに示すように開口部３２ａが三角形状である場合、バンド幅は広くなる。このようにしてバンド幅を調節することができるため、偏波同調やアンテナの反射波による問題が解決できる。

また、開口部３２ａの位置を変化させることにより、電波の放射方向を所望の方向に調節することができる。例えば、電磁波が無指向性である場合には、アンテナ上部に調整を加えたとしても、電磁波が無線通信装置のユーザーへと向かってしまう。しかしながら、本発明にかかるパッシブアンテナまたは開口部３２ａを移動させて電磁波の方向を変化させることにより、無線通信機器のユーザーへ向けられる電磁波の放射方向を変更および／または調節することができる。

次に、開口部３２ａの数に対応した電波形状を図９ａ、９ｂに示す。例えば、矩形状の開口部３２ａの長さをＳ、その幅をＬとすると、図９ａに示すＳ３は図９ｂに示すＳ４と同一であり、図９ａに示すＬ３は図９ｂに示すＬ４よりも長いものである。ここで、図９ａに示すように、広い開口部３２ａが一つである場合には、限られた範囲においてのみ電波幅Ｗの調節が可能となる。これに対して、図９ｂに示すように、幅がそれぞれＬ４である開口部３２ａで分割されている場合には、一つの広い開口部３２ａを有する場合よりも電波幅Ｗを狭く調節することができる。また、このような原則は、例えば図５ｅに示すような、開口部３２ａが蝶形状である場合にも適応することができる。

このようにアンテナのゲインおよび放射特性は、開口部３２ａの形状、面積、位置および数によって変化するため、開口部３２ａの形状、面積、位置および数を変化させることにより、電磁波の放射方向および放射量を制御することができる。

本実施の形態は、アンテナ素子３がハウジングに固定され、放射素子２がアンテナ素子３中を上下に移動して共振することにより、電磁波の放射方向および放射量を制御するものであるが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、種々の携帯型無線通信装置用アンテナに幅広く応用することができる。例えば、図１０ａ〜図１０ｃに示すような、ヘリカルアンテナ部が設置されたアンテナ構造である場合には、このヘリカルアンテナの代わりに本発明にかかるアンテナ素子を用いることにより、アンテナに指向性を付与することができる。

さらに、アンテナ素子３と線状放射素子２とがハウジングに平行になるように固定されたアンテナ構造や、アンテナ素子３が上下に移動する線状放射素子２の上部に固定され、かつ線状放射素子２と平行に接続されたアンテナ構造であると、上述したように、アンテナ素子３が共振し、アンテナのゲインおよび放射特性が開口部３２ａの形状、面積、位置および数によって変化する。したがって、開口部３２ａの形状、面積、位置および数を変化させることにより、電磁波の放射方向および放射量を制御することができる。

以上説明したように、本発明によると、無指向性の電磁波を発生させる従来のヘリカルアンテナに代えて、電磁波に指向性を付与するアンテナ素子と、給電されかつ前記アンテナ素子と平行になるように接続された線状放射素子とを備えることにより、携帯型無線通信装置からの電磁波がユーザーに与える悪影響を防止し、かつアンテナ効率を増加させることができる携帯型無線通信装置用アンテナが提供される。

なお、本発明にかかる好ましい実施の形態は例示的に開示されたものであり、特許請求の範囲に記載するような本発明の要旨および精神から逸脱しない範囲において、この実施の形態を変更、追加または置換することができる。

図１は、本発明にかかるアンテナ素子の透視図である。
図２は、図１のアンテナ素子の矢状断面図である。
図３は、アンテナ素子の設置状態を示す透視図である。
図４ａは、給電状態の線状放射素子がアンテナ素子を介してハウジング内に収容されている状態を示す矢状断面図である。
図４ｂは、給電状態の線状放射素子がアンテナ素子を介してハウジングから延伸されている状態を示す矢状断面図である。
図５ａ〜５ｅは、アンテナ素子の別例を示す透視図である。
図６は、本発明のアンテナ素子を有するアンテナにおける、電磁波の放射方向の一例を示す図である。
図７ａおよび７ｂは、面積が異なる二つの開口部を示す図である。
図７ｃおよび７ｄは、図７ａおよび７ｂにかかる、面積が異なる二つの開口部の方向特性を示す図である。
図８ａおよび８ｂは、長さおよび幅が同一で形状が異なる開口部を示す図である。
図８ｃおよび８ｄは、図８ａおよび８ｂにかかる形状が異なる開口部の方向特性を示す図である。
図８ｅおよび８ｆは、図８ａおよび８ｂにかかる形状が異なる開口部のバンド幅を示すグラフである。
図９ａおよび９ｂは、形状が同様で数および面積が異なる開口部を示す図である。
図９ｃおよび９ｄは、図９ａおよび９ｂにかかる開口部の方向特性を示す図である。
図１０ａ〜１０ｃは、アンテナ構造に従って分類された三種類のアンテナを示す図である。

Claims (12)

1. 線状放射素子とアンテナ素子とを備えた、電磁波の照射量およびその照射方向の制御を可能にする携帯型無線通信装置用アンテナであって、
   前記アンテナ素子が、前記アンテナ素子の外周面に設けられ、前記線状放射素子よりの電磁波の照射量およびその照射方向の制御を可能にするための２以上の開口部を有するコンダクタと、前記コンダクタの内周面に設けられた誘電材料とを備え、
   前記線状放射素子の少なくとも一部が前記誘電材料の内側に収納されていることを特徴とする携帯型無線通信装置用アンテナ。
2. 前記線状放射素子と前記アンテナ素子とがハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
3. 前記線状放射素子の上部が、前記誘電材料の内側に収納されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
4. 前記開口部の形状が、長尺形状、矩形状および三角形状からなる群から選択された１の形状であることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
5. 前記開口部の形状が蝶形状であることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
6. 前記開口部が、同一の形状および同一の大きさを有する２以上の開口部であり、かつ前記コンダクタの外周面に所定の間隔で配されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
7. 前記開口部が、異なる形状および同一の大きさを有する２以上の開口部であり、かつ前記コンダクタの外周面に所定の間隔で配されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
8. 前記開口部が、同一の形状および異なる大きさを有する２以上の開口部であり、かつ前記コンダクタの外周面に所定の間隔で配されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
9. 前記開口部が、同一の形状および同一の大きさを有する２以上の開口部であり、かつ前記コンダクタの外周面の異なる位置に所定の間隔で配されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
10. 前記開口部が２以上であり、形状、大きさおよび位置がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
11. 前記コンダクタは、前記誘電材料の外周面に導電性の金属を被覆することにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。
12. 前記コンダクタは、前記誘電材料の外周面に印刷回路基板を被覆することにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の携帯型無線通信装置用アンテナ。

Images