(57)【要約】【課題】筺体の影響を受けにくく水平面に高い利得を有し、大容量伝送に好適な広帯域特性を有する携帯無線機用アンテナ及び無線機を提供する。【解決手段】無線機の蓋体に相当する筺体１２の側部に電気長が使用周波数の１／４波長以上である第１のアンテナエレメント１８を配するとともに、その下端１８ｂに近接してＬ字状の第２のアンテナエレメント１９を配する。第１のアンテナエレメント１８の端部１８ａはインピーダンス整合回路１６を介して前記無線部１５に接続されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的長さが使用周波数の１／４波長以上であるとともにその第１の端部がインピーダンス整合回路を介して前記無線部に接続された第１のアンテナエレメントと、該第１のアンテナエレメントの第１の端部と反対側の第２の端部にその上端が近接して配置された第２のアンテナエレメントとを、前記無線部を内蔵する携帯無線筐体に内蔵又は配設して成ることを特徴とする携帯無線機用アンテナ。
【請求項２】
前記第２のアンテナエレメントは電気的長さが使用周波数の概略１／２波長である両端開放の導電性部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機用アンテナ。
【請求項３】
前記第２のアンテナエレメントは電気的長さが使用周波数の概略１／４波長である片端短絡の導電性部材で構成され、該片端短絡の導電性部材の開放端側が第１のアンテナエレメントの第２の端部に近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機用アンテナ。
【請求項４】
前記無線部のシールド部材に近接して配置され、該シールド部材との間で所定の容量を形成する導電性部材を有し、前記第２のアンテナエレメントの下端が前記導電性部材に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯無線機用アンテナ。
【請求項５】
前記携帯無線機に内蔵又は配設され、前記第１のアンテナエレメントの第１の端部に接続された追加の導体を有することを特徴とする請求項１〜４に記載の携帯無線機用アンテナ。
【請求項６】
前記追加の導体は第１のアンテナエレメントと一体に形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の携帯無線機用アンテナ。
【請求項７】
前記携帯無線機は第１の筐体と、該第１の筐体に重なり合うように移動可能な第２の筐体で構成され、前記第１、第２のアンテナエレメントは該第２の筐体の側端部に設けられ、該第２の筐体が第１の筐体に重ね合った場合、該第１、第２のアンテナエレメントは該第１の筐体から突出した位置に配置されることを特徴とする請求項１〜６に記載の携帯無線機用アンテナ。
【請求項８】
前記無線部を内蔵する携帯無線筐体は側部に箱体をなさない段差部を有しており、この段差部に前記第１、第２アンテナエレメントが設けられていることを特徴とする請求項１〜７に記載の携帯無線機用アンテナ。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の携帯無線機用アンテナを搭載してなることを特徴とする携帯無線機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声やデータ等を通信する携帯無線機に搭載される携帯無線機用アンテナ及び携帯無線機の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の準マイクロ波帯を使用した各種移動体通信が脚光を浴びており、音声だけでなく、データ、画像通信等のニーズが高まり、これらの広帯域通信を実現するため、広い帯域幅を有するアンテナが必要とされている。また、フェージング環境下で基地局からの到来電波は移動局側ではほぼ水平面内に集中して到来するため移動端末側に取り付けられるアンテナはデータ通信等の使用時に水平方向に高利得を有しするものが必要とされている。
【０００３】
従来、この種の携帯無線機に搭載されるアンテナとしては使用時に引き出し、携帯時に収納するタイプのアンテナが用いられている。図７に従来の携帯無線機用アンテナの一例を示す。図７はアンテナ部の動作原理を示すように描かれている。同図において、携帯無線機用アンテナは第１の筺体１０と、第１の筺体１０にヒンジ部１１により開閉可能に設けられた第２の筺体１２とを有する。第１の筺体１０は、表面に搭載されたキー部１３と、内部にＣＰＵ、メモリ等で構成されたデータ処理部（図示せず）とバッテリ（図示せず）とを有している。また、第２の筺体１２はその表面に搭載された液晶画面１４と、内部に無線部１５と、上端部に引出、収納可能なアンテナ部２３を有する。
【０００４】
アンテナ部２３は導電性を有する第１のアンテナ２４と、第１のアンテナ上端に絶縁体２５を介して配置されたコイル等で構成された第２のアンテナ２６を有する。第１のアンテナ２４の下端部には引出時、第２のアンテナ２６の下端部には収納時に筺体に固定されたアンテナホルダ２７に接続される引出時接触部２４ａ、収納時接続部２６ａが設けられている。
【０００５】
アンテナホルダ２７はバネ等で構成された給電端子２８により無線部１５と接続され無線部内の整合回路１６に接続されている。アンテナ引出時は、引出時接続端２４ａがアンテナホルダ２７と結合し棒状の第１のアンテナ２４が整合回路１６を介して給電されアンテナとして動作する。このとき第２のアンテナ２６は絶縁体２５により給電されずアンテナとして動作しない。一方収納時は収納時接続端２６ａがアンテナホルダ２７と接続されコイル状の第２のアンテナ２６が整合回路１６を介して給電され筺体から突出してアンテナとして動作する。このとき収納された第１のアンテナ２４は絶縁体２５により給電されずアンテナとして動作しない。
【０００６】
アンテナ引出時、第１のアンテナ２４は筺体の影響を受けにくくするため使用周波数の１／４波長よりも長い概略１／２波長に設定され、水平面に最大値を有する８の字に近い指向性を示す。また、アンテナ収納時、帯域確保のため第２のアンテナ２６は電気的長さが第１のアンテナ２４よりもやや短く設定され、アンテナ引出時に比べて指向性はやや劣化するが小型であるコイル状の第２のアンテナ２６が動作する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の携帯無線機では、音声だけでなく、データ、画像等を通信することが強く要望され、それらに適した多様化する筺体形状を有する携帯無線機が必要とされている。一方、伝送速度、加入者容量を大きくするためにより広帯域な通信が望まれている。それらに適したアンテナとしては、多様な筺体形状に適した内蔵型のアンテナであって使用時に筺体の影響を受けずに水平面に高い利得を有し、さらに広帯域な特性を有するものが要望されている。
【０００８】
一般的にアンテナはその電気的長さが使用周波数に対して１／４波長を越え１／２波長程度になった場合に筺体の影響を受けにくく水平面に高い利得を有する。しかし、その帯域幅は１／４波長から１／２波長に近づくにつれ狭帯域となる。一方、アンテナを内蔵した場合、内蔵しない場合と比べて、アンテナに無線部等の金属物がより近接するためアンテナ体積が確保できず狭帯域となる。
【０００９】
図６に示す携帯無線機の場合、アンテナ引出時は使用周波数の概略１／２波長の第１のアンテナが筺体から突出して動作するためある程度広帯域で水平面に高い利得を得ることができるが、操作性が悪くデザイン等の自由度も低下する。また、アンテナ収納時においてはアンテナの電気的長さが短くなるため、水平面の利得が劣化するうえ、第２のアンテナが筺体から突出するため携帯性を損ねる。また、内蔵型アンテナとして広く利用されている逆Ｆアンテナは帯域を確保するため使用周波数の１／４波長で構成され、筺体の影響を大きく受け水平面の利得が著しく劣化する。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、多様化する筺体形状に適するとともに、筺体の影響を受けにくく水平面に高い利得を有し、大容量伝送に好適な広帯域特性を有する携帯無線機用アンテナ及び無線機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明携帯無線機用アンテナは、使用周波数に対して例えば１／４波長以上の第１のアンテナエレメント下端部に、第２のアンテナエレメントの上端部を近接して配置している。そのため第１、第２のアンテナエレメントが容量結合し一体となってアンテナとして動作するためアンテナ体積が増加し、筺体の影響を受けにくく水平面の利得が高いにも関わらず、広帯域な特性を確保することが可能となる。
【００１２】
この携帯無線機用アンテナは、例えば無線部を内蔵する携帯無線機筺体に内蔵又は固定的に配置され、その電気的長さが使用周波数の１／４波長以上である第１のアンテナエレメントと、該第１のアンテナエレメントの第１の端部に接続され、該無線部とのインピーダンス整合を行う整合回路と、該第１のアンテナエレメントの該第１の端部と対向する第２の端部にその上端が近接して配置された第２のアンテナエレメントを有するように構成される。
【００１３】
尚、この場合、第２のアンテナエレメントは電気的長さが使用周波数の概略１／２波長である両端開放の導電性部材で構成するとよい。そのようにすると、使用周波数付近で共振し、前記第１のアンテナエレメントと共に２重共振することにより周波数帯域が格段に広帯域となる。
【００１４】
また、前記第２のアンテナエレメントは電気的長さが使用周波数の概略１／４長である片端短絡の導電性部材で構成し、該片端短絡の導電性部材の開放端側が該第１のアンテナエレメントの第２の端部に非接触に近接して配置されるようにしてもよい。この場合、第２のアンテナエレメントが片端短絡の１／４波長アンテナとなり、使用周波数付近で共振し、前記第１のアンテナエレメントと共に２重共振することにより周波数帯域が格段に広帯域となる。
【００１５】
また、第２のアンテナエレメントの下端に導電性部材を設け、この導電性部材を無線部のシールドに近接して配置すると、該シールドとの間で既定の容量を呈することになり、この容量　により、該第２のアンテナエレメントが使用周波数付近で共振し、前記第１のアンテナエレメントと共に２重共振することにより周波数帯域が格段に広帯域となる。
【００１６】
前記第１のアンテナエレメントの第１の端部に追加導体を一体に形成するか又は追加導体を接続するとよい。この場合、追加導体はインピーダンス的にはオープンスタブとして動作するので、第１のアンテナエレメントの第１の端部からみたインピーダンスのインダクタンス成分をキャンセルすることができ、これによってインピーダンス特性を改善できる。また、該追加導体にもアンテナ電流が流れ、第１のアンテナエレメントに流れるアンテナ電流を補助し水平面内の利得を改善する。
【００１７】
前記携帯無線機は第１の筺体と、該第１の筺体に重なり合うように移動可能な第２の筺体で構成され、前記、第１、第２のアンテナエレメントは該第２の筺体の側端部に設けられ、該第２の筺体が第１の筺体に重ね合った場合、該第１、第２のアンテナエレメントは該第１の筺体から突出した位置に配置されたようしてもよい。この場合、第１の筺体と第２の筺体が重ね合った場合においても、第１、第２のアンテナエレメントが、第１の筺体から突出しているため、アンテナ体積が減少しない。
【００１８】
上記の携帯無線機用アンテナを具備することにより、無線機は筺体からの突起がない内蔵型アンテナにもかかわらず、筺体の影響が少なく水平面に高い利得を有しながら広帯域なアンテナが得られるため、筺体設計の自由度が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の携帯無線機及びアンテナの第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は無線機の筐体開成時を示し、（ｂ）は筐体閉成時を示す斜視図である。
【００２０】
図１の携帯無線機は、第１の筐体１０にヒンジ部１１により開閉可能に設けられた第２の筐体１２を有する。第１の筐体１０は、表面に搭載されたキー部１３と、内部にＣＰＵ、メモリ等で構成されたデータ処理部（図示せず）とバッテリ（図示せず）とを有している。
【００２１】
また、第２の筐体１２はその表面に液晶画面１４と、内部に無線部（無線回路部）１５と、無線部１５とのインピーダンス整合を行なう整合回路１６と、第２の筐体１２の側面の突出部１７に配置され、第１の端部１８ａが整合回路１６に接続された第１のアンテナエレメント１８と、前記突出部１７において前記第１のアンテナエレメント１８よりも下部に配置された第２のアンテナエレメント１９を有する。突出部１７は第１、第２の筐体１０、１２閉成時においてもアンテナ特性が劣化しないよう筐体閉成時に図１（ｂ）に示すように第１の筐体１０と重ならないようになっている。
【００２２】
第１のエレメント１８は筐体の影響を受けにくく、水平面に大きな利得を得るため使用周波数に対して１／４波長よりも長い概略１／２波長の電気的長さを有する。第２のアンテナエレメント１９はその電気的長さが使用周波数に対して１／２波長の両端開放のＬ字型の導電性部材で構成され、第２の筐体１２の側面突出部１７及び底面に沿って配置され、上端は第１のアンテナエレメント１８の第１の端部１８ａと反対側の第２の端部１８ｂに近接して配置され、静電容量により第２の端部１８ｂと電気的に結合し、第１のアンテナエレメント１８と一体となってアンテナ系を構成し動作する。
【００２３】
従って、実質的なアンテナ体積が増加するとともに第２のアンテナエレメント１９も使用周波数で共振するため二重共振を実現でき、帯域特性が向上する。尚、より好適には第２のアンテナエレメント１９の電気的長さをλ／２から若干シフトさせ、第１のアンテナエレメント１８の共振周波数と適宜変化させることにより所望の帯域で良好な特性が得られる。ここで、λは電気信号の波長を表す。
【００２４】
図２は高周波回路の整合状態を示す入力リターンロス特性であり、横軸は周波数を、縦軸は入力リターンロスを示している。横軸におけるｆｏは使用周波数の中心を示し、ＢＷは使用周波数の帯域幅を示している。同図において、実線２０が第２のアンテナエレメント１９が存する場合の特性であり、破線２１が第２のアンテナエレメント１９が無い場合の特性である。
【００２５】
第２のアンテナエレメント１９が無い場合は、第１のアンテナエレメント１８は無線部１５に近接しているため、アンテナ占有体積が減少し、図２の破線２１で示すように周波数特性が狭帯域になりながら入力インピーダンスが低下し、入力リターンロス特性が劣化する。しかしながら、第２のアンテナエレメント１９が存する場合は、第１のアンテナエレメント１８と第２のアンテナエレメント１９が一体となってアンテナ系を形成し、二重共振するため図２の実線２０で示すように入力リターンロス特性に２つのディップを生じ、非常に広帯域な特性を示す。
【００２６】
本実施形態に従えば、周波数帯域は狭いが、筐体の影響を受けにくく水平面に大きな利得を有する使用周波数に対して１／４波長よりも長い１／２波長アンテナを内蔵した場合であっても、筐体内に配置した第２のアンテナエレメント１９と結合させることにより充分なアンテナ占有体積を確保し、二重共振しているため非常に広帯域で良好な特性が得られる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、第２のアンテナエレメント１９は第２の筐体１２の突出部１７及び下方面３０に沿わすＬ字状としたが、電気的長さが概略λ／２であればジグザグ、コイル状等の形状を採用してもよい。また、筐体長Ａが長く電気長がλ／２の第２のアンテナエレメント１９が筐体側面のみで格納できるのであれば、特にＬ字状にする必要はなく、まっすぐな形状でよい。また、突出部１７は第１、第２の筐体１０、１１の閉成時に重ならない位置に設けたが、閉成時の特性をある程度犠牲にしてもよい場合は特に突出させなくてもよい。従って、その場合には、閉成時に第１、第２の筐体１０、１１が全体的に重なり合うことになる。
【００２８】
次に、図３は本発明の第２の実施形態を示すアンテナ部分の拡大図である。この第２の実施形態の携帯無線機用アンテナは上述の第１の実施形態のアンテナ特性をさらに改善するものであり、第１の端部１８ａが整合回路１６に接続され、電気的長さが使用周波数の概略１／２波長の第１のアンテナエレメント１８と、第１のアンテナエレメント１８の下部の第２の端部１８ｂに近接して配置された電気的長さが使用周波数の１／２波長の第２のアンテナエレメント１９と、第１のアンテナエレメント１８の第１の端部１８ａの上部に接続され、第２の筐体１２の側方面３１及び上方面３２に沿ってＬ字状に配置した追加導体２２を有する。
【００２９】
この追加導体２２はインピーダンス的にはオープンスタブとして動作し、給電端子である第１のアンテナエレメント１８の第１の端部１８ａから見たインピーダンスのインダクタンス成分をキャンセルすることによりインピーダンス特性を良好にし、さらに広帯域特性を得る効果と、追加導体２２に流れるアンテナ電流が第１のアンテナエレメント１８に流れるアンテナ電流を補助し水平面内の利得を改善する効果を有する。
【００３０】
本実施形態に従えばインピーダンス特性と、水辺面内の利得特性の両方を改善可能となる。また、本実施形態では、追加導体２２はＬ字型としたが、単なる矩形でもよく、またジグザグ、コイル状等の形状をとってもよい。
【００３１】
次に、図４は、本発明の第３の実施形態のアンテナ部分の拡大図である。図４の携帯無線機用アンテナは上述の第２の実施形態に示す第２のアンテナエレメント１９を小型化した例であり、第２のアンテナエレメント１９として片端短絡のλ／４のアンテナを筺体内に配置したものである。第２のアンテナエレメント１９の上端部は開放、下端部は無線部１５のアース電位点に接続されている。第１のアンテナエレメント１８の第２の端部１８ｂと、第２のアンテナエレメント１９の上端部が近接し、静電容量を介して結合することにより第１のアンテナエレメント１８と第２のアンテナエレメント１９が２重共振し、非常に広帯域な特性が得られる。
【００３２】
本実施形態に従えば第２のアンテナエレメント１９を小型化することができ、第２の筺体１２の長さＡが短い場合においても筺体側面のみにアンテナエレメントを配置することが可能となる。さらに、第２のアンテナエレメント１９の下端部が無線部１５のアース点に接続されているため、無線部１５のアースにアンテナの高周波電流を流すことが可能となり若干の指向性の乱れはあるものの、上述の第１実施の形態よりも広帯域な特性が得られる。
【００３３】
図５は、本発明の第４実施の形態を示すアンテナ部分の拡大図である。図５の携帯無線機用アンテナは、第２の筺体１２内に配置された無線部１５と、無線部１５とのインピーダンス整合を行う整合回路１６と、第１の端部１８ａが整合回路１６に接続されれ、電気的長さが使用周波数の概略１／２波長の第１のアンテナエレメント１８と、第１のアンテナエレメント１８の下部の第２の端部１８ｂに近接して配置された第２のアンテナエレメント１９とを有する。第１のアンテナエレメント１８の第１の端部１８ａの上部には、上述の特性改善用の追加導体２２が接続されている。
【００３４】
第２のアンテナエレメント１９は放射部１９ａと容量部１９ｂに分割され、放射部１９は使用周波数の１／４波長より大きく１／２波長より小さい任意の電気的長さに設定され、その上端は第１のアンテナエレメント１８の第２の端子１８ｂに近接し配置され、下端は容量部１９ｂに接続されている。容量部１９ｂは無線部１５のアース部分と非接触で近接して配置された導電性板で形成され、第２のアンテナエレメント１９の放射部１９ａの下端を容量４０を介してアースする役割を果たす。容量部１９ｂの面積で決定される容量値は、放射部１９ａの電気的長さとともに使用周波数において共振するよう設定されている。従って上述の実施形態と同様に第１のアンテナエレメント１８と第２のアンテナエレメント１９は使用周波数付近で２重共振し、広帯域な特性を示す。
【００３５】
本実施形態に従えば、第２のアンテナエレメント１９を使用周波数の１／２及び１／４波長以外の任意の電気的長さを設定可能となり、設計の自由度が向上する。また、第１のアンテナエレメント１８と、第２のアンテナエレメント１９を２重共振させる条件のまま、指向性の歪みや帯域特性、アンテナ占有体積を放射部１９ａの長さ及び容量部１９ｂの面積を調整することによりトレードオフすることが可能となるため設計の自由度が格段に向上する。また、容量部１９ｂは無線部１５のアースと容量を介して接続しており非接触であるため、生産時のバラツキがなく安定した特性が得られる。
【００３６】
本実施形態において、容量部１９ｂは矩形導電性板で構成したが、既定の容量が得られるのであれば任意の形状でよく、コンデンサ等の集中定数部品であっても良い。また、容量部１９ｂは無線部１５のアースと近接させて容量４０を形成するが、筺体内のメッキ等で構成されたシールドに近接させて容量４０を形成してもよい。
【００３７】
以上の各実施形態において、アンテナエレメント１８、１９を第２の筺体１２の中に配する（内蔵させる）場合、筺体１２の内面にネジ止めしたり、筺体１２の内面に予め凹みを設けておいてそこに埋め込むようにしてもよい。また、無線部１５の一部を成すプリント基板に取り付けてもよく、或いはプリント基板にプリント形成してもよい。これらの場合は、いずれも筺体１２に内蔵することになるが、図６に示すように筺体１２外に配するようにしてもよい。図６では、無線部等を収納する箱体部分１２ａと箱体でない部分１２ｂが存するように段差をつけて筺体１２を形成する。そして、その箱体でない部分１２ｂ上に第１、第２アンテナエレメント１８、１９を配設する。この場合、アンテナエレメントを設けた段差部分１２ｂに絶縁樹脂を施し、筺体１２の面を均一の高さにすると筺体１２を閉成するときに便利である。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明携帯無線機用アンテナは、使用周波数に対して１／４波長以上の第１のアンテナエレメント下端部に、第２のアンテナエレメントの上端部を近接して配置したため、両者が容量結合し一体となってアンテナとして動作するためアンテナ体積が増加し、筺体の影響を受けにくく水平面の利得が高いにも関わらず、広帯域な特性を確保することが可能となる。さらに好適には第２のアンテナエレメントを使用周波数に対して共振する形状とすることにより、第１のアンテナエレメントと２重共振させ非常に広帯域な特性を確保することが可能となる。
【００３９】
また、第１のアンテナエレメントの第１の端部に追加導体を接続することにより、第１のアンテナエレメントのインダクタンス成分をキャンセルし、インピーダンス特性を改善すると共に、第１のアンテナエレメントに流れるアンテナ電流を補助し水平面内の利得をさらに改善することが可能となる。
【００４０】
また、本発明に係る携帯無線機用アンテナを具備した携帯無線機は、筺体の影響が少なく水平面内に高い利得を有しながら広帯域なアンテナが得られるため、アンテナからの放射性能を維持したまま突起がなく非常に取り扱いやすく多様な筺体形状に適合可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明携帯無線機用アンテナの第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明携帯無線機用アンテナの入力特性図である。
【図３】本発明携帯無線機用アンテナの第２実施形態を示す図である。
【図４】本発明携帯無線機用アンテナの第３実施形態を示す図である。
【図５】本発明携帯無線機用アンテナの第４実施形態を示す図である。
【図６】本発明携帯無線機用アンテナの第５実施形態を示す図である。
【図７】従来の携帯無線機用アンテナを示す図である。
【符号の説明】
１０　　第１の筺体
１１　　ヒンジ部
１２　　第２の筺体
１３　　キー部
１４　　液晶画面
１５　　無線部
１６　　整合回路
１７　　突出部
１８　　第１のアンテナエレメント
１８ａ　第１のアンテナの第１の端部
１８ｂ　第１のアンテナの第２の端部
１９　　第２のアンテナエレメント
２０、２１　リターンロス特性曲線
２２　　追加導体
２３　　アンテナ部
２４　　第１のアンテナ
２４ａ　引出時接続部
２５　　絶縁体
２６　　第２のアンテナ
２６ａ　収納時接触部
２７　　アンテナホルダ
２８　　給電端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004040154.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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