JPH0458603A - 非接地型極超短波アンテナ - 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】 Ｃ産業上の利用分野コ 本発明は、例えばセルラ一方式の無線電話システムに適
用されるハンディタイプの無線電話機用アンテナとして
好ましい非接地型極超短波アンテナに関する。

［従来の技術］ セルラ一方式の無線電話システムに適用されるハンディ
タイプの無線電話機は、従来にも増してセットの小型化
、軽量化、が要望されるに至っている。併せて性能の向
上、取扱いの容易さ１等がデザインの斬新さと共に強く
要請されている。

ハンディタイプの無線電話機用アンテナとしては、使用
時あるいは非使用時に関係なく、その性能を一定に保つ
ために、非接地型アンテナまたはそれに近いものが要求
される。また無線電話機は、双方向性通信手段であるが
故に、相手側からの呼び出し信号を常時受信可能である
ことが必要である。

このため初期のハンディタイプの無線電話機用アンテナ
としては、常に一定レベル以上の受信感度を維持するた
めに、アンテナ素子を無線電話機セット外へ常時突出し
た状態のまま固定化した形態のものが使用されていた。

しかしながら上記構成のものは、無線電話機セットと同
じ長さのアンテナ素子が常に固定化された状態で突出し
ているため、非使用時において甚だ邪魔になる。したが
って取扱い上は、使用し終わったらアンテナ素子を無線
電話機セット内に収納できる型式のものが好ましいとい
える。しかるに単にアンテナ素子を無線電話機セット内
に収納した状態にすると、当然のことながらアンテナの
三大要素である利得。

指向性、インピーダンス、のすべてが大幅に低減してし
まう。このため相手側からの呼び出し信号を受信できな
くなる虞れが多分にある。

かかる問題を解決すべく、挿脱自在な主たるアンテナ素
子とは別に、無ｔｔｆ′話機セット内部に予め収納され
、かつ収納された状態でも一定レベルの受信感度が得ら
れるように構成された内臓アンテナ素子を別設しておき
、微小切換えスイッチにより上記主アンテナ素子と内臓
アンテナ素子とを、アンテナの使用状態および非使用状
態に応じて切換える方式のアンテナが提案されている。

また他の方式のものとして、主アンテナ素子の収納時に
生じる容量性をキャンセルすることによってアンテナの
性能低下を抑制すべく、無線電話機セット内に誘導性の
補助エレメントを設けておき、主アンテナ素子が収納さ
れたときその末端に上記エレメントが自動的に接続され
る如く構成されたものが提案されている。

［発明が解決しようとする課題〕 上記した改良提案うち、前者はアンテナの性能およびユ
ーザーの要求にある程度は応え得る可能性を有している
。しかし微小切換えスイッチおよびこの微小切換えスイ
ッチを切換え操作゛るためのメカニズムを必要とするた
め、無線電話機セットが大型化、複雑化することが懸念
される。しかも微小切換えスイッチを極超短波伝送路に
介在させる結果、十分な性能保証を得がたいという本質
的な欠陥を有している。かくして長期使用に際しての信
頼性に欠ける等の問題が新たに生じる。

また後者は、放置状態（非使用状態）においては、ある
程度の受信感度が得られる。しかし補助エレメントの配
設位置が丁度無線電話機セットを手で持つときの手の位
置とならざるを得ないため、無線電話機セットを手に持
っている状態では所要機能が十分に発揮されないことに
なる。

そこで本発明の目的は、挿脱自在な主たるアンテナ素子
と内臓アンテナ素子とが、主たるアンテナ素子の挿脱操
作に伴って自動的にかつ無接点的に切換えられ、使用状
態と非使用状態とに応じて最適なしかも広帯域なアンテ
ナ特性が発揮されるうえ、アンテナ素子切換えのための
メカニズムが全く不要であり、無線電話機セットの容積
占有率を増大させる虞がなく、長期に亘って信頼性の高
い動作が期待でき、加えて無線電話機セットを手で持っ
たときの悪影響が殆どない非接地型極超短波アンテナを
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決１７目的を達成するために、
次のような手段を講じた。

１）無線電話機ケースに設けたアンテナ素子収納部に対
し、挿脱自在に収納される棒状のアンテナ素子であって
、使用周波数帯の電波の波長をλとしたとき、λ／２未
満の電気長を有する誘導性のアンテナ素子と、 このアンテナ素子に静電結合する如く、前記アンテナ素
子収納部の入り口近傍において上記アンテナ素子に近接
して配設された静電結合子と、この静電結合子と一端が
接続され、他端が前記アンテナ素子の軸心とは直交する
方向へ延長された細長形状の第１金属部材と、 この第１金属部材と所定の間隙をもって平行に配設され
、一端が上記第１金属部材と接続された、λ／４の電気
長を有する第２金属部材と、この第２金属部材と前記第
１金属部材との接続点近傍に一端を接続された給電線と
、 を備え、前記アンテナ素子を伸長させた状態で、前記第
１、第２の金属部材間の静電容量と前記第１金属部材の
インダクタンスとが、使用周波数帯に対して並列共振す
る如く設定した。

２）上記の１）の手段に次の手段を付加１．た。

前記アンテナ素子と静電結合子とからなる静電結合部に
おける静電容量と、前記アンテナ素子の残留インダクタ
ンスとが、使用周波数帯に対１．て定に型帯域フィルタ
を形成するように構成した。

３）上記の１）の手段に次の手段を付加した。

アンテナ素子収納部内の静電結合子からλ／４だけ離れ
た位置に接地片を設け、上記アンテナ素子が上記収納部
内に収納されたとき、上記アンテナ素子の基端を直接的
または間接的に接地し、静電結合子をアイソレータとし
て機能させ、第１金属部材を変形逆Ｆ形内臓アンテナ素
子として作動させるようにした。

４）上記の１）の１段に次の手段を付加した。

第１．第２の金属部祠には、アンテナ輻射効率向上のた
めのジグザグ状の切り込みを、各部材長手方向とは直交
する方向に沿って設けた。

［作用］ 上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。

１）アンテナ素子を伸長させた状態では、第１゜第２の
金属部材間の静電容量と第１金属部材のインダクタンス
とが、使用周波数帯に対して並列共振することになるの
で、アンテナ素子が高インピーダンスとなり、非接地型
アンテナが実現される。

そして給電線は第１金属部材と第２金属部材との接続点
近傍に一端を接続されるので、その接続点位置を所要位
置に設定するすることにより、アンテナ素子と給電線と
のインピーダンスマツチングが簡単に得られる。なお使
用周波数の略λ／４の電気長を有する第２金属部材を地
線とするので、アンテナ基端部の設置スペースはそれほ
ど大きくなくてもよい。

２）アンテナ素子と静電結合子とからなる静電結合部に
おける静電容量と、前記アンテナ素子の残留インダクタ
ンスとが、使用周波数帯に対して定に型帯域フィルタを
形成するので、使用周波数帯の広帯域化がはかられる。

３）アンテナ素子収納部内に収納されたアンテナ素子は
、静電結合子からλ／４だけ離れた位置に設けた接地片
を介して直接的または間接的に接地されるので、アンテ
ナ素子が上記収納部内に収納されたとき、上記アンテナ
素子が有するインダクタンスとアンテナ素子・収納部内
壁面間の静電容量とによる並列共振現象が解消される。

また無線電話機セット内部に対する不要輻射を防止でき
る。そしてアンテナ素子を収納状態にすると、アンテナ
素子の残留インダクタンスが変化するため、前記定に型
帯域フィルタは成立しなくなる。このため前記静電結合
部はアイソレータとなり、第１金属部材は内臓された変
形逆Ｆ形アンテナ素子として働くことになる。

４）第１．第２の金属部材には、ジグザグ状の切り込み
が各部材の長平方向とは直交する方向に沿って設けられ
るので、ローディング効果が生じ、所要の電気長が確保
される。このためアンテナ輻射効率向上する。

［実施例］ 第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例に係る非接地型
極超短波アンテナの主要部を分解して示す斜視図および
外観を示す斜視図である。第２図は同実施例のアンテナ
素子を収納部内に収納した状態を示す要部断面図、第３
図は静電結合子の変形例を示す斜視図、第４図は第２金
属部材の変形例を示す斜視図である。

第１図（ａ）（ｂ）および第２図において、１０は棒状
のアンテナ素子であって、使用周波数帯の電波の波長を
λとしたとき、λ／２未満の電気長を有する誘導性のア
ンテナ素子である。このアンテナ素子１０は、上部およ
び下部の無線電話機ケース５０ａ、５０ｂに設けたアン
テナ素子収納部（ｔＩ５３など）に対し、挿脱自在に収
納されるものである。

なお上部ケース５０ａは、アンテナ整合部および内臓ア
ンテナを収容するケースであり、外部への電波放射を行
なう必要があることから、プラスチック製となっている
。また下部ケース５０ｂは、電気回路を収容しているケ
ースであり、外部へ不要電波が放射されるのを防止する
と共に、アンテナ素子１０からの放射電波が内部へ侵入
するのを防止するために、完全シールド構造の金属製と
なっている。

アンテナ素子１０の上端部には、上端接触部１１が設け
てあり、下端部には下端接触部１２が設けである。さら
に上端接触部１１には、アンテナ素子引き出しの際に指
でつまむためのアンテナトップ１３が取り付けである。

また下端接触部１２にはアンテナ素子抜けとめストッパ
１４が取り付けである。また上端接触部１１と下端接触
部１２との中間に位置するアンテナ素子外周には、第２
図に示すように、アンテナ素子１０の保護および絶縁を
計ると共にデザイン上も考慮して絶縁物１５が被せであ
る。

アンテナ素子１０は、アンテナ保持体１６に嵌挿されて
いる。このアンテナ保持体１６は、金属部材にて筒状に
形成されており、その外周には無線電話機上部ケース５
０ａのねじ部５１に対して螺合固定するためのねじ部１
７が形成されている。

そしてアンテナ保持体１６の先端には弾性部１８が設け
られている。この弾性部１８は、アンテナ素子１０を引
き出したり、収納したりする際、適当な摺動力をもって
アンテナ素子外周面に摺接する機能を有している。また
弾性部１８は、アンテナ素子１０の伸長時においては、
下端接触部１２と接触して電気的な導通を行なうと共に
、アンテナ素子１０が自重等で降下しないように保持す
る保持機能を有している。またアンテナ素子１ｏの収納
時においては、上端接触部１１と接触して電気的な導通
を行なうと共に、アンテナ素子１０が振動等で勝手に外
へ飛び出さないように保持する機能を有している。

２０は細長形状の第１金属部材であって、その一端２１
の近傍には例えばリング状（平板状のもの等であっても
よい）をなす静電結合子２２が一体的に設けられている
。この静電結合子２２は、アンテナ素子１０に静電結合
する如く、本実施例においては前記アンテナ素子収納部
の入り口近傍、すなわちアンテナ保持体１６が配設され
ている位置において、上記アンテナ素子１０を同軸的に
囲む如く配設されている。なお静電結合子２２の中には
、第３図に示すように絶縁リング２５を介挿させるよう
にしてもよい。

第１金属部材２０の他端部位２３は、前記アンテナ素子
１０の軸心とは直交する方向へ延長され、その延長端が
次に述べる第２金属部材３０の一端と接続されている。

第１金属部材２０の他端部位２３の近傍には、この第１
金属部材２０に所要のインダクタンスＬ２を持たせるた
めのジグザグ状の切り込み２４が設けられている。

第２金属部材３０は、λ／４の電気長を有する金属部材
であって、ブラウンアンテナの地線に相当する部分であ
る。この第？金属部材３０は前記第１金属部材２０と所
定の間隙（数ｍｍ）をもって平行に配設されている。そ
して一端が上記第１金属部材２０の他端と接続され、か
つ後述するように給電線の外部導体等を介して接地され
ている。

第２金属部材３０の略中央には、第１金属部材２０と同
様に、アンテナ輻射効率向上のためのジグザグ状の切り
込み３］が、部材長手方向とは直交する方向に沿って設
けられている。このジグザグ状の切り込み３１を設ける
事によって、この第２金属部４Ｊ３０にＬ３なるインダ
クタンスを有するローディングコイルが得られることに
なる。なお第２金属部材３０の両側は■７形に折曲され
ている。

これは第２金属部材３０の長さに対する幅を広くしてＱ
を低くすることにより、使用周波数における帯域を広く
することに寄与している。勿論、機械的強度の向上にも
つながる。同様の措置を第１金属部材２０にも講じるよ
うにしても良い。また第４図に示すように、上記同様の
折曲部を部材の長手方向端部にも施すようにしても良い
。このようにすると、広帯域化が二ｔられるのみならず
、短縮率も向上し、効率が改善される。

６０は同軸ケーブルからなる給電線であって、第２金属
部材３０と前記第１金属部材２０との接続点近傍にその
一一端が接続されている。すなわち給電線６０の芯線は
第１金属部材２０のタップ位置Ｐに接続され、上記給電
線６０の外部導体は第２金属部材３０の一部Ｑに接続さ
れている。

アンテナ素子１０の側から信号源側をみたイ、ンビーダ
ンスＺＯを、アンテナ人力インピーダンス５０Ωに整合
させるには、第１金属部材２０の前記タップ位置Ｐの位
置を変えればよい。すなわち上記１．たように、給電線
６０の芯線が第１金属部材２０に接続されるタップ位置
Ｐを、所要位置に調整設定するすることにより、アンテ
ナ素子１０と給電線６０とのインピーダンス整合は比較
的容品に得られる。

第２金属部材３０の下面は適当な厚みを有する誘電体４
０を介して下部ケース５０ｂの上面５２上に固定される
。このとき第１金属部材２０と第２金属部材３０との間
には静電容ｆｆ１ｃ２が存在しており、第２金属部月３
０の下面と下部ケース５ｏｂの−Ｆ面５２との間には構
造上ストレーキャパシティＣ３が発生する。このスト１
ノーキヤパシテイＣ３は、地線の並列共振周波数を低く
する作用がある。したがって使用周波数で共振させるた
め第２金属部材３０の電気長を短縮できる効果を有する
。すなわち ｆ　ｒ　　−１／　２πＪＴτ においで１、ｒニーでを一定とするなら、Ｃが大きくな
ると、Ｌが小さくなる。この為、地線つまり第２金属部
材３０の長さを短縮できる。

かくして前記アンテナ素子１０を伸長させた状態で、前
記第１金属部材２０と第２の金属部材３０との間の静電
容量Ｃ２と、前記第１金属部材２０のインダクタンスＬ
２とが、使用周波数帯に対して並列共振する如く設定さ
れている。したがって非接地型アンテナが構成される。

一方、前記アンテナ素子１０と静電結合子２２とからな
る静電結合部における静電容Ｊ！ｉｃｌと、λ／２より
若干短い電気長を有する前記アンテナ素子１０の残留イ
ンダクタンスＬａとが、使用周波数帯に対して定に型帯
域フィルタを形成するように構成されている。したがっ
て広帯域化が計られている。

第５図〜第７図は」−記した電気関係を明確に示す図で
あり、第５図は本アンテナの電気的構成を示す図、第６
図は第５図の等価回路を示す図、第７図は本アンテナの
特性を示す図である。

アンテナ素子１０の電気長は、第７図に示すように、λ
／４とλ／２との中間、すなわちλ／２−α１．である
。これによりアンテナ素子１０を並列同調点よりも少し
短くして広帯域、高性能の特性を持たせている。

上記アンテナ素子１０の長さは、このアンテナ素子１０
を収納部に収納した場合、下部ケース５０　ｂの下方に
ある電池収納部には到達しない長さである。つまりアン
テナ素子１０の容積占有率は極めて僅かである。

アンテナ素子１０をセット内に収容した場合、第２図示
の如くアンテナ保持体１６と上端接触部１１とが導通し
、アンテナ素子１０．絶縁物１５゜下端接触部１２はケ
ース５０ｂ内に設けられたアンテナ素子収納溝５３内に
収納される。上記溝５３の内面は、下端接触部１２がア
ンテナ素子収納時に不完全接触等を起こしてして雑音そ
の他の不快感を伴なう現象を発生させるのを防止するた
めに、絶縁部材５４で覆われている。

アンテナ素子収納溝５３内の静電結合子２２からλ／４
だけ離れた位置には、接地片５５が設けられており、上
記アンテナ素子１０が上記収納溝５３内に収納されたと
き、上記アンテナ素子１０の基端すなわち下端接触部１
２と接触し、上記アンテナ素子１０を直接的または間接
的に接地するものとなっている。なお接地片５５はケー
ス５０ｂの金属部に接続されている。

かくしてアンテナ素子１０が上記収納部溝５３に収納さ
れたとき、上記アンテナ素子１０が有するインダクタン
スＬａと、アンテナ素子・収納溝内壁面間のストレーキ
ャパシティとによる並列共振現象が解消される。また無
線電話機セ・ノド内部に対する不要輻射を防止できる。

さらにアンテナ素子収納時のＶＳＷＲの保持にも役立つ
。そしてアンテナ素子１０を収納状態にすると、アンテ
ナ素子１０の伸長時の残留インダクタンスＬａが変化す
る。このため、前記室に型帯域フィルタは成立しなくな
る。したがって第１金属部材２０の端部２３からアンテ
ナ素子側をみたインピーダンスは高くなり、前記静電結
合部はアイソレータに変化する。したがって第１金属部
材２０は内臓された変形逆Ｆ形アンテナ素子として働く
ことになる。

すなわち、第１金属部材２０と第２金属部材３０との接
続点近傍、すなわち第１金属部材２０の他端２３は接地
されており、第１金属部材２０のインダクタンスＬ２の
タップＰから給電される逆Ｆ形アンテナ素子となる。つ
まり主たるアンテナ素子１０を収納した状態での送受信
を可能ならしめる内臓アンテナとなる。

第８図（ａ）、（ｂ）は上記実施例におけるアンテナ伸
長時のＳＷＲ特性およびインピーダンス特性の実験デー
タを示す図である。ＳＷＲは全帯域において１．５以下
であり、広帯域特性を示している。実施例での使用周波
数帯は８７０〜９６０ＭＨｚである。

第９図（ａ）（ｂ）は上記実施例におけるアンテナ収納
時のＳＷＲ特性およびインピーダンス特性の実験データ
を示す図である。ＳＷＲは全帯域で３．０以下で良好な
特性を示している。

第１０図（ａ）（ｂ）は上記実施例におけるアンテナ伸
長時の電波垂直面パターンを示す図で、その利得は使用
周波数帯域において標準ダイポールアンテナ比で、０±
１．５ｄＢｄの範囲にあり、放射最大方向は全方向に対
し、はぼ水平方向に向いている。

第１１図（ａ）（ｂ）は上記実施例におけるアンテナ収
納時の電波垂直面パターンを示す図で、その利得は使用
周波数帯域において標準ダイポールアンテナ比で、−７
〜−１１ｄＢｄの範囲にあり、放射最大方向は全方向に
対し、はぼ水平方向に向いている。

上記のようにインピーダンス特性、利得においても実用
に供し得ることが確認できた。また容積占有率において
も、従来方式の１／２或いはそれ以下となし得、さらに
重さにおいても従来方式以下のものを実現可能であるこ
とが分かった。

上記実験に供したアンテナの第１金属部材２０、第２金
属部材３０、誘電体４０の概略の大きさは４５ＬＸ１４
’　Ｘ７’である。

なお本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である
のは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、挿脱自在な主た
るアンテナ素子と内臓アンテナ素子とが、主たるアンテ
ナ素子の挿脱操作に伴って自動的にかつ無接点的に切換
えられ、使用状態と非使用状態とに応じて最適なしかも
広帯域なアンテナ特性が発揮されるうえ、アンテナ素子
切換えのためのメカニズムが全く不要であり、無線電話
機セットの容積占有率を増大させる威がなく、長期に亘
って信頼性の高い動作が期待でき、加えて無線電話機セ
ットを手で持ったときの悪影響が殆どない非接地型極超
短波アンテナを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）　〜第１１図（ａ）（ｂ）ハ本発
明の一実施例を示す図であり、第１図（ａ）（ｂ）は本
発明に係る非接地型極超短波アンテナの主要部を分解し
て示す斜視図および外観を示す斜視図、第２図はアンテ
ナ素子を収納部内に収納した状態を示す要部断面図、第
３図は静電結合誌の部分の変形例を示す斜視図、第４図
は第２金属部材の一部変形例を示す斜視図、第５図は本
アンテナの電気的構成を示す図、第６図は第５図の等礁
回路を示す図、第７図は本アンテナの特性を示す図、第
８図（ａ）（ｂ）〜第１１図（ａ）（ｂ）は本実施例に
係わるアンテナの特性実験データを示す図である。 １０・・・アンテナ素子　２０・・・第１金属部材２２
・・・リング状の静電結合子　２４．３１・・・ジグザ
グ状の切り込み　３０・・・第２金属部材　５０ａ。 ５０ｂ・・・上部、下部ケース　５３・・・アンテナ素
子収納溝　５５・・・接地片　６０・・・給電線出願人
代理人　弁理士　鈴江武彦 箪 図 第 図 没２−ｃ＋’ 第７図 図面の浄書（内容に変更なし） 第１０図 図面の浄書（内容に変更なし） ＳＴＡＲＴ　８００．００００００ＭＨｚＳＴＯＰ　１
０００．００００００　Ｍｌ−Ｌｚ！面の浄書（内容に
変更なし） Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｈｚ ｎ。 第１１図 手続ン市正よ （方式） ％式％ 発明の名称 非接地型極超短波アンアナ ３゜ ンＩＩｉ正をする者 事件との関係 特訂出願人 原田工業株式会社 ４、代 理 人 ５゜ 補正命令の日付 平成２年９月２５日 別紙のとおり （内容に変更なし）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）無線電話機ケースに設けたアンテナ素子収納部に
   対し、挿脱自在に収納される棒状のアンテナ素子であっ
   て、使用周波数帯の電波の波長をλとしたとき、λ／２
   未満の電気長を有する誘導性のアンテナ素子と、 このアンテナ素子に静電結合する如く、前記アンテナ素
   子収納部の入り口近傍において上記アンテナ素子に近接
   して配設された静電結合子と、この静電結合子と一端が
   接続され、他端が前記アンテナ素子の軸心とは直交する
   方向へ延長された細長形状の第１金属部材と、 この第１金属部材と所定の間隙をもって平行に配設され
   、一端が上記第１金属部材と接続された、λ／４の電気
   長を有する第２金属部材と、 この第２金属部材と前記第１金属部材との接続点近傍に
   一端を接続された給電線と、 を具備し、前記アンテナ素子を伸長させた状態で、前記
   第１、第２の金属部材間の静電容量と前記第１金属部材
   のインダクタンスとが、使用周波数帯に対して並列共振
   する如く設定されたことを特徴とする非接地型極超短波
   アンテナ。
2. （２）前記アンテナ素子と静電結合子とからなる静電結
   合部における静電容量と、前記アンテナ素子の残留イン
   ダクタンスとが、使用周波数帯に対して定Ｋ型帯域フィ
   ルタを形成するように構成されたことを特徴とする請求
   項１に記載の非接地型極超短波アンテナ。
3. （３）アンテナ素子収納部内の静電結合子からλ／４だ
   け離れた位置に接地片を設け、上記アンテナ素子が上記
   収納部内に収納されたとき、上記アンテナ素子の基端を
   直接的または間接的に接地し、静電結合子をアイソレー
   タとして機能させ、第１金属部材を変形逆Ｆ形内臓アン
   テナ素子として作動させるようにしたことを特徴とする
   請求項１に記載の非接地型極超短波アンテナ。
4. （４）第１、第２の金属部材には、アンテナ輻射効率向
   上のためのジグザグ状の切り込みを、各部材長手方向と
   は直交する方向に沿って設けたことを特徴とする請求項
   １または３に記載の非接地型極超短波アンテナ。