JPS61125206A - 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〕 本発明は線状アンテナ殊に外部１境によって特性が劣化
することを防止したアンテナ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来無１１ｉｉ通信用アンテナとしては％檜のものがあ
るが、特に移動通信用例えば携帝燕＃Ｍ機又は車赦無ｌ
＠１機寺に供するアンテナとしては第６図（ａ）に示す
如きλ／４ホイップアンテナ或は同図（ｂ）に示したｈ
型アンテナ又は図示を省略したブラウンアンテナ、スリ
ーブアンテナ等が一般的である。

これらアンテナの長さは各種様々のものがあるが、原理
的には使用する波長λのλ／４又はその蟹数倍とするの
が通常である。

これらアンテナに誘起する高周波電流及び電圧分布は同
図（ａ）及び（ｂ）　Ｋ　Ａ　１１で示した如く生じ、
給電部からみたこれらアンテナのインピーダンスｚｏは
一圧Ｖと亀流工の比、即ち２゜＝　Ｖ／Ｉ（Ω）となる
。

そこで、使用する同軸ケーブルの特性インピーダンスが
例えば５０（Ω）或は７５（Ω）の場合、上述のアンテ
ナインピーダンスｚ０＋＝ｖ７エがほぼこれらの値にな
るような点を選んで両者の整合をはかるよう作られるの
が一般的であるＯ従って同図（ａ）及び（ｂ）から明ら
かなｍ　＜　％アンテナエレメントの先端部に於いては
電流工が零かつ電圧Ｖが最大となるからその比Ｖ／Ｉは
極めて大きな値（理論的には無限大）となる口これは使
用周波数にて共振するようにアンテナエレメント長を決
定するから当然のことであって、上述の例のみならず従
来の線状アンテナに於いてはすべて同様である。

従来このことは当然のこととして受けとめられてきたが
後述する如く、アンテナの先端或は下端が高インピーダ
ンスであるため幾多の問題を生じていた。

本発明はこれらの問題点を明らかにし更にこれを解決せ
んとするものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように１アンテナの先端或は下端部に極めて大
きいインピーダンスをもつ点が存在すると外部環境のえ
いきようを受けその利得及び特性等の劣化を生ずると云
う東大なる問題があった。

即ち、高インピーダンスとなるアンテナ先端部が人体或
は大地若しくは車輛のボディ等の如き導電体或はＶ！電
体物質に接近してこれらと前記アンテナ先端部との間に
微かながら靜′＃／Ｌ谷蓋を生じると、アンテナ先端部
が高インピーダンスなるが故この靜′ｗＬ谷蓋を介して
高周波電流が流れ、その結果アンテナ効率の低［、放射
パターンの変動及びｖｓｗＲの劣化等諸々の問題を生ず
るＯ これらの間趙ｔｔ斐に具体的に示せば以下の通りである
。

第７図は洞道１内に携帯無縁機ＴＲＸが位置する状況を
示す＠同図である。

上述の如く、従来のホイップアンテナ先端部は億めて高
いインピーダンスな禅するから、一部と洞這壁、特に天
井部との間に微かでも浮遊Ｗｊｉｏが存在すればアンテ
ナの先端部の萬インピーダンス故にこれに誘起する高Ｉ
＠波定在波が乱され一部の高＃！ｄｔｌ！１ＪＬ流の一
部が前記浮遊容量を介して洞２ｉｉｉ壁に流れることと
なる。

この為アンテナの電流及び電圧分布が前記第５図（ａ）
　Ｋ示したものとは異ったものになり本床のホイップア
ンテナの特性を維持できなくなる。

つまり、このような状況に於けるアンテナは給電点のイ
ンピーダンス整合が乱れるからその指向特性及び利得が
悪化することは容易に理解できよう＠ 従来は、一般にこのような洞道内に於いて無縁による通
信可能距離が極端に短くなる理由は洞道の如（竹林な地
形な′１ｔｒｆ！Ｌが伝播する際のエネルギ減衰室が大
きいことが原因と考えられていたが、この理由のみなら
ず上述した如くこれに用いるアンテナの％住方化もその
一因であると考えられる。

このようにアンテナが外部環境に影響をうけてその特性
が悪化する現象は上述した洞道内に於ける携帯無線機運
用の場合に限らず広く一般にみられるものであって、前
述の携帯無線機を人が手に持って或は肩にかけて運用す
る場合のこれに装着したホイップアンテナについても同
様の特性悪化が伴うものであった。

即ち第８図（ａ）及び（ｂ）は従来のλ／４ホイップア
ンテラ１を製着した携ｆｉ無線機２と大地３との関係を
示した模式凶であって、このうち（ａ）は削記携帯無４
［２を大地３０かＬ〕Ｈなる高さを保った状態をボす図
でありこれに装着したアンテナｌの先端部はもちろんア
ンテナの負極エレメントとみなせるＭｕ　＝ｒ２携帝無
線機２のｄ体の下端部も筒いインピーダンスを呈する。

この伏ＭＫ於けるアンテナ特性は正極エレメントとして
のホイップアンテナと負極エレメントとしての携＃無ｍ
機に分布する電流及び電圧分布が一般にアンバランスと
なるからその水手方向指向軸性及び給電点インピーダン
スは正規のダイポールアンテナに比してかなり変形した
ものとなる。更にこの無線機を人が手で待ったり肩から
下げたりすればこの変形は大きくなりアンテナ特性が恋
化することは容易に理解されよう。

又、このような携帯無＃Ｍａ３は同図（ｂ）　Ｋ示す叩
（これを大ｊｌｌ１３０に置き負極側アンテナとして大
地３０＋１イメージを形成し得る状態ではじめて本来の
アンテナ特性を得ることができるが、このような状態で
使用することは檜である。

次にＭ９図（ａ）及び（ｂ）に同様にλ／２無直ダイポ
ールアンテナの場合を示す〇 同図（ａ）の如（２条２ダイホールの中間点に給電点を
設げるとλ／４長エレメント４及び３０両端は前述の如
（尚いインピーダンスとなるからこれを同図（ｂ）に示
すように削ｄｃ２エレメント５の先端を大地３に近づけ
ると前述と同様そのアンテナ特性が患化することは明ら
かである。

このように従来のアンテナはエレメント先端が極めて向
いインビーダンス状態にあるからこれを大地或はその他
の一電体吻實に近接するとアンテナ本来の８：餌を維持
することができず極めて不安定かつ効率の患いアンテナ
となっていた。

又従来、−収に比較的安定なものと思われていた車載用
アンテナに於いても、移動に伴って外部環境が変化する
とこれに影響な受けてその特性が槓々変化していたが、
この変動分は移動通信に於けるフェーシング現象として
、本来のフェーシングの原因である複数の伝搬路を経て
達する電波の合成による変動分とはっきり識別されぬま
ま■じられ上述の外部の影響によるアンテナ時性の変動
分をも含めたものをもって移ｍａ信に伴うフェージング
は極めて大きいものと認識されていた・ 〔問題点を解決するための手段」 本発明は以上説明したような従来のアンテナの問題点に
鑑みてなされたものであって、外部環境の影替を少なく
したアンテナを実現するために以下の如き手段を講する
。

即ち、従来のアンテナの先端部又は下端部或はその両方
の極めてインピーダンスが高い部分に後述する如き原理
に基づいた整合回路を付加せしめることによってｂｆｍ
記アンテナの先端部又は下端部或はその両端部の高イン
ピーダンスを低インピーダンス（実質的に零に近い値）
に変換したアンテナ装置を提供する。上述のアンテナ先
端の高インピーダンスを低インピーダンスに変換するた
めの手段は、アンテナ先端部処一端を短絡した（２Ｆ＆
−１）λ／４長の平行２祢路又は同長の同ｍｗ路の他方
端の開放部の片側線路の中心導体を接続した構造とする
。或はこれら平行２巌路又は同軸線路と実質的に同等の
回路を集中定数回路又は分布定数回路或はこれらの混合
回路で実現したものをアンテナ先端に付加したアンテナ
装置とする。

更には同様の考え方に基づいて、線状アンテナの給’！
！都に上述したような整合回路を挿入することＫよって
アンテナの給電点と無線機の入出力端或は一体を含む無
線機と１ｉｔＩ記給電部とを電気的に分離独立させたア
ンテナとしたものである。

但しこの場合の前記（２ｎ−１）λ／ＺＩＭ路の一方は
無線機の入出力端の低インピーダンス例えは５０Ω或は
７５Ωで終端することによって、実質的に短絡したもの
に近似させるよ５にする。

〔作　用〕

以下本発明に於いて付加した前記振合回路の作用なｊｉ
５！明する。

絢知の通り（２ｎ−１）λ／４長例えばλ／４．３／４
λ５／４λ・・・・・・・・・の平行２縁路又は同長の
同軸線路の一方端を短絡したものの他方端（開目端）か
らみたインピーダンスは極めて大（坤削的には無限大）
である。

又、このようなＮｗｌの一方端を短絡する代りＫＦ９Ｔ
定の値ｚ１で終端した他方開口端からみたインピーダン
ス２．の両インピーダンスの関係は次式で示される。

ｚＯ−２Ｉ−２！・・・・・・・・・（１）但しｚｏは
前記平行線路又は同４１１細路のｈ性インピーダンス そこで、このｚ、　　と２．との比を Ｚ、　／Ｚ、　＝　　ｔｎ　　　　・・・・・・・・・
（２）としこのｍの値をｍ＝Ｑ〜１のうち所要のものに
することＫよって〃「殖のインピーダンスの整合をとる
ことができる。

即ち、例えばλ／４の同４１１細路の中心導体を線状ア
ンテナの先端（高インピーダンスの点）に接続しかつ該
線路の他方端にて外導体と内導体とを短絡すると、ｓｉ
配アンテナ先端に接続した餓からみた該同４１ＩＩｍ路
のインピーダンスは°前ｄ己ｆ１）式の２１を零とおい
たものとなり、ｚ２−２゜／Ｚ、から２．は無限大とな
る。従ってＡｎ　！ｆｔ；アンテナ先端の尚インピーダ
ンスを零に変侯することができる。

このようにして新らたに構成したアンテナの先端部はイ
ンピーダンスが岑であるから外部の影響を受けない。

又このような轍路をアンテナの給電部に付加しこれを介
して無線機等の人出端と整合をとれば前記細状アンテナ
が単一アンテナである場合は該アンテナと筐体を甘めだ
無線機等とを電気的に分離し得る。

即ち、例えばλ／２長単長子−アンテナ線機入出力端と
を整合する場合、アンテナの下端部は極めてインピーダ
ンスが尚いから、前述の同軸線路の中心導体にこれを接
続すると共ｒＣ他方端を無線機の入出力端に接続する、
この場合も（ｌ　１　） 前記（１）式を満足する如（両者のインピーダンスを遍
建する。

このときは削ＨＣ１同軸の無線機側端は、該無様機の入
出力インピーダンス例えば５０９又は７５Ω等の値で終
端されるが、これは前記λ／２長単長子−アンテナ端点
インピーダンスに比して億めて小さいからほぼ苓とみな
され前記と同様に整合をとると共に＃１線機とアンテナ
とを篭気剪に分離する作用を呈する。

向、上述の（２ｎ−１）λ／４長脚路はこれと同等のも
のを系中定数回路又は他の分布電数回路或はこれらの混
合回路で構成することは公知の孜術に基づいて口ＴＲＩ
、であるからこれらを用いることができる。

このようにすれば（２ｎ−１）λ／４長の線路を小さく
することができ便利である。

〔実施例」 以Ｆ本発明を図示した実施例に基づいて詳細に説明する
。

１１１図は本発明をダイポールアンテナに２Ｍ用した場
合の一実施例を示す構造図である〇同図に於いて１及び
２は夫々λ／４長アンテナエレメントであって、夫々の
先端に点線で囲った整合回路３及び４を接続する◎この
整合回路は図に示す如（λ／４艮平行２１ｆＭ５　、５
をその先端部６に於いて接続し短絡したものである◎又
このアンテナの給″ｉｔ部は従来のアンテナと同様に両
エレメント１と２の中間に設ける◎このように構成した
アンテナのエレメント１及び２の動作は従来のものと何
ら変るところはないが、新らたに設けた整合回路１ｃよ
ってアンテナエレメント１及び２の先端部の高インピー
ダンス部分は前述の説明の通り低インピーダンスに変換
されるから外部のえいきようを受けず安定したものとす
ることができる。即ち、極端な場合、この整合ｕ路光端
部を大地に接触させるか又は人が手で触ってもアンテナ
の特性は質化しないことは容易に坤屏できよう。

尚、同図に示した整合回路３及び４０作用動作は＠配に
詳述した通りであるから説明を省略する。絹２凶は本発
明に用いる企合回路の具体的な実施方法の一例を示す構
造萌百図である。

同図に於いて７は削配図１の平行線路５．５の代りに用
いた同細緻路であってその長さはλ／４とし、その中心
導体８をアンテナエレメント１及び２の先端に夫々接続
すると共に該１０］帽線路７の他方端に於いて該中心導
体８と外波導体９とを短４＋８徽絖する。

このように＃Ｉ成した同ｍｈ路のアンテナエレメント先
端がらみたインピーダンスは燕眠大であり、新らたに形
成されたアンテナ先端部６，６はインピーダンス零とな
ること前述の通りである・ しかしながら、上記実施例の如くλ／４艮の平行線路或
は四軸細路を用いる場合アンテナの全長が使米のものの
２溝と大きくなって不都合であるから次に説明するａ　
＜これらと同等の特性をもった整合回路を來中定叙素子
等で構成し寸法を小型にすることができる。以下この場
合の夾り方法を１ｉ５２明する。

第３図（ａ）は十行縁路艮ＪＯがλ／４の線路の等価回
路図を挙すものであり、１ｍ４図（ｂ）は同様に臓路長
ｌ！ｏが３λ／４の場合の等価Ｎ路である・この回路図
中のインダクタンス及び谷１ｔｋ　Ｌ＋ｒＬｔ及びＣ＋
＋Ｃ＊はＳｋＪ配式（１）及び（２）から求まる埴とし
これを来中屋数回路素子で実現すればよい。向これらｌ
ｏがλ／４と３λ／４とは同図（Ｃ）にボすμ口くλ／
２ごとにサイクリックに繰返されるからとりあえずこの
同者の場合を考えればｊ。

の（２ｎ−１）λ／４のすべてＫついて適用できる。

このように本発明に用いる整合回路を集中定数回路によ
って実現する場合の具体的な一実施例の構造を第４図（
ａ）及び（ｂ）にボテ。

同図（ａ）の１０は中空導電キャップであり、その底部
内壁部とアンテナエレメント１の先端部とにコイル１１
を接続し該コイルの両端と酊配中空キャップ１０の側面
内壁との間に夫々所定値のコンデンサ１２及び１３を接
続と共に前記中空キャップの開口部と前記アンテナ１及
び２の先端部との間は絶縁材スペーサ１２で支持しく　
１５　） ておく、但し前記中空パイプ１０と中心のコイル１１−
＃との同に浮遊谷電がある場合はこれを加味して前ｉｃ
コンデンサ及びコイルのインダクタンスを決定する。

又この浮遊谷ｔを積極的に：ｉｌＪ用して所望の容量１
１１となるように例えば回内（ｂ）に示す如く前記中空
導電体キャップ１０の内部形状に凹凸を構成してこれと
前記コイル１１のリード部との間にキヤパシタンスを形
成すれば前述のコンデンサ１２及び１３を省略すること
ができる。

このように分布電数回路で構成される平行線路又は同ｌ
１ＩＩ婦路をその長さを考慮してこれを集中定数回路化
することＫよりｌ３ｊｒＷの大きさにまで小型化するこ
とができるから本発明を実施するうえで憧めて１更利で
ある口 第５１Ｗは本発明の他の実施例を示す徊造図であって、
ルλ／２長の線状アンテナ１４の給電部と＃１線機ＴＲ
Ｘの入出力端１５との間に上述の整合回路を介在させた
ものであり、この整合回路の構造は中空導電バイブ１６
の上端部に於いてルλ／２アンテナ１４を絶縁材支佇部
１７で固ボし、これと萌配無縁失ＴＲＸの入出力端部１
５との間にインダクタンスＬを介して接続し、該インダ
クタンス１１の両端と前ｄ己中窒パイプ１５との間にコ
ンデンサＣ３と０４とを挿入接続した構造としこの中空
パイプは無線機の外部一体１８に電気的に接続したもの
とする。尚この場合の各回路系子の値は上述の統四と同
様に求める。又この第５図にボした実施例に於ける前記
整合回路のコンデンサは前記第４図（ａ）及び（ｂ）に
亭 示した如構成してもよく、史にはその他の方法によって
実現してもよい。

〔発明の幼果〕

本発明は以上説明した如〈従来の線状アンテナ先端部に
於ける高インピーダンスを上述した如き整合回路を用い
て低インピーダンスに変換することによって、新らたに
形成したアンテナ５１１部のインピーダンスが苓又は惚
めて低いものとしたものであるから、外Ｓ＊境の影響か
ない極めて安定した住舵なもった癲伏アンテナをもたら
すうえで著効を央する。

【図面の簡単な説明】

ｍｌ図は本発明の一実施例を示すアンテナ模式ｍ逍図、
弟２図は本発明に於いて使用する整合回路の一実施例を
示す断面図、弟３図は本発明に於いて使用する整合回路
の寺価Ｎ路図であって（ａ）は線路長がλ／４又（ｂ）
は３λ／４のときの夫々の等価回路図及び（０）は線路
長が変化したときの等ＩＩｌｔｌＩｇｌ路の灰化を示す
図、第４図（−）は本発明に於いて使用する整合回路の
他の実施例であって、（ｂ）は史にその変形を示す断面
図、ｍ５図は本発明を縁状アンテナと無線機との間に通
用した場合の模式断面図、第６図は従来のアンテナを示
す図であって、（ａ）はλ／４長ホイップ（ａ）　（ｂ
）は従来のアンテナの欠陥を説明するための状態図であ
る。 １、２及び１４・・・線状アンテナ、３及び４・・・整
合回路、５及び５′・・・平行２線路、６・・・先端部
、７　・Ｉ町軸権路、８・・・同軸腺路の中心導体、９
・・・誘電体，１０及びｌ６・・・中空４屯パイプ、１
１・・・コイル（インダクタンス）、ｌ２・一支持物、
１　５　・ｆｉ線機入出カ端、３ｏ・・・大堆、Ｃ・・
・コンデンサ又はキャパ゛／タンス，ＴＲＸ・・・無線
機。 ンＣ 第４図 （Ｇ）　　　　　（ｂ） 第６図 第５図 １７　　ロア１４ 第９ （Ｇ） 図 （ｂ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）線状アンテナの先端部に、一端を短絡した（２ｎ
   −１）λ／４長（λは波長、ｎは整数）の平行２線路又
   は同軸線路の他方開口端の平行２線路にあつては一方線
   路又は同軸線路にあつては中心導体線路を接続したこと
   を特徴とするアンテナ装置。
2. （２）前記線路に置換して、これと実質的に同等の特性
   をもつように集中定数回路又は分布定数回路或はこれら
   の混合回路で構成した整合装置を付加したことを特徴と
   する特許請求の範囲（１）記載のアンテナ装置。
3. （３）前記線状アンテナが単一アンテナである場合に於
   いて、その給電部と、通信機器の入出力端又はこれらに
   接続された給電部との間に（２ｎ−１）λ／４長の平行
   ２線路又は同軸線路を挿入し、該線路を介して低インピ
   ーダンス（例えば５０オーム或は７５オーム）にて給電
   するようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
4. （４）前記単一アンテナの給電部と通信機器入出力端又
   はこれに接続した給電部との間に挿入した一路に置換し
   て、これと実質的に同等の特性をもつように集中定数回
   路又は分布定数回路或はこれらの混合回路で構成した整
   合回路を付加したことを特徴とする特許請求の範囲（３
   ）記載のアンテナ装置。