(57)【要約】【目的】この発明は、ループアンテナとメランダラインアンテナで構成されるエネルギー密度に感応するエネルギー密度アンテナを実現することを目的とする。【構成】シールド部（４）、内導体（５）、ローデングコンデンサ（６）で構成されるループアンテナと、メランダライン（７）、リング（８）、立ち上げ部（９）で構成されるメランダラインアンテナを同一基板に構成する。ここで、リング（８）は両者間の結合を疎にするように機能する。【選択図】　　　　　図１
2004112744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信に用いられる移動端末あるいは携帯端末において、主として電磁波の磁界成分に感応する第一のアンテナと主として電磁波の電界成分に感応する第二のアンテナから構成し、当該第一のアンテナと第二のアンテナが相互に結合し一体として動作するように近接して設置し、当該第一のアンテナがループアンテナ、当該第二のアンテナがモノポールアンテナでありエネルギー密度に感応することを特徴とするエネルギー密度アンテナ
【請求項２】
当該第一のアンテナと第二のアンテナの何れか一方に給電され他方が無給電であり、あるいは何れもが給電される場合には両者を合成するための合成手段を有し、あるいは何れもが無給電の場合には両者とは別に共通の給電手段を有し、当該第一のアンテナと第二のアンテナ間の結合を疎にするための遮蔽手段あるいは結合を疎にするための構造あるいは構成を採ることを特徴とする請求項第１項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項３】
当該第一のアンテナがシールド形のループアンテナであり、当該第二のアンテナがメランダライン形あるいはヘリカル形あるいは逆Ｆ形のモノポールアンテナであり、両者が近接して設けられあるいは同一基板上に構成されることによって小型化を可能にすることを特徴とする請求項第１項および第２項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項４】
当該シールド形のループアンテナが２層以上の多層基板を用いて構成され、当該多層基板が２層の場合にはシールドと内導体に用いられ、当該多層基板が３層の場合には２層がシールドで１層が内導体あるいは１層がシールドに２層が内導体に用いられ、４層以上の場合には同様に複数のシールドと複数の内導体の任意の組み合わせで用いられることを特徴とする請求項第１項から第３項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項５】
当該シールド形のループアンテナのシールド部分に対して当該第二のアンテナの結合を左右あるいは前後にあるいは全周にわたりバランスさせるために遮蔽リングを設け、あるいは当該ループアンテナに対して当該第二のアンテナが左右あるいは前後にあるいは全周にわたりバランスする構造あるいは構成とすることによって、当該ループアンテナと第二のアンテナ間の結合を疎にすることを特徴とする請求項第１項から第４項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項６】
当該第一のアンテナと第二のアンテナの何れかあるいは両方のアンテナが構成される基板が当該アンテナの入出力端子が接続される無線部の基板と一体構造でありあるいは当該アンテナが無線部の基板に近接して設けられ、当該第一のアンテナと第二のアンテナの何れかあるいは両方が当該無線部のシールドケースあるいは当該無線部に電源を供給するための電池の金属ケースあるいは当該電池の取り付け金具あるいはこれらの何れにも近接しあるいは重なって設けられることを特徴とする請求項第１項から第５項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項７】
当該第一のアンテナと第二のアンテナが人体に近接して用いられる場合、当該第一のアンテナと第二のアンテナが有する指向特性において、利得の大きな方を人体と離れる方向になるように設置することを特徴とする請求項第１項から第６項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項８】
当該第一のアンテナと第二のアンテナが樹脂基板あるいはセラミック基板上に構成されあるいは積層されあるいは一体構造であり、当該基板が強誘電体でありあるいは磁性材料が塗布あるいは混合あるいは積層されていることを特徴とする請求項第１項から第７項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項９】
当該第一のアンテナと第二のアンテナとは別に単一あるいは複数のアンテナを有し、当該アンテナ相互間の結合を疎にする手段を有し、あるいは疎にするための構成あるいは構造を採ることを特徴とする請求項第１項から第８項に記載のエネルギー密度アンテナ
【請求項１０】
当該第一のアンテナと近接して板状あるいは線状あるいは任意の形状の無給電の放射体を設けることで当該第一のアンテナの寸法を短縮することを特徴とする請求項第１項から第９項に記載のエネルギー密度アンテナ
【発明の詳細な説明】
【００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、携帯電話機など小型の移動無線機に搭載が可能な小型のエネルギー密度アンテナに関するものである。
【００２】
【従来の技術】
図５は従来のエネルギー密度アンテナであり、例えば、アンテナ工学ハンドブック、電子通信学会編、オーム社刊、昭和６１年５月１０日発行、１３０頁に記載のスロットーモノポールアンテナの概念図である。
図５において、１はモノポールアンテナ、２および３はスロットアンテナの開口部、１１はスロットアンテナの空洞共振器である。このアンテナの特徴は、電界に感応するモノポールアンテナ１を磁界に感応する二つのスロットアンテナ２、３が互いに直交して位置しているためそれぞれが独立して動作することである。各素子間に結合がないので指向性はスロッ　ト、モノポール固有の指向性が保たれている。
従来のエネルギー密度アンテナは以上のように構成されているため、スロットアンテナの小型化が難しく、設置場所の制約が少ない基地局アンテナあるいは自動車の屋根に固定する移動用アンテナ等に利用が限られていた。
【００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエネルギー密度アンテナでは、磁界に感応するアンテナにスロットアンテナを用いていたために小型化が難しく、携帯電話機などの小型化が要求されるアンテナには不向きであった。この発明は、磁界に感応するアンテナにループアンテナを用い電界に感応するアンテナにメランダラインアンテナを用いることによって小型化を実現するためになされたものである。
【００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るエネルギー密度アンテナは、小型化が可能であり、室内などで定在波が存在する場合に安定した無線通信を可能にする。
請求項の第１項では、磁界に感応するループアンテナと電界に感応するモノポールアンテナを近接して設置する。
請求項の第２項では、２種類のアンテナの片方に給電し他方を無給電として、両者を疎に結合する。
請求項の第３項では、シールド形ループアンテナとメランダラインアンテナあるいはヘリカルアンテナを用い、両者が近接しあるいは同一基板上に設けられる。
請求項の第４項では、シールド形ループアンテナが多層基板で構成され、シールドと内導体の任意の組合わせで用いられる。
請求項の第５項では、当該第二のアンテナをシールド形ループアンテナの分割されたシールド部分にバランスして結合する。
請求項の第６項では、当該アンテナ基板と無線機の基板が一体あるいは近接して設けられ、あるいは当該第一のアンテナが無線機のシルドケースあるいは電池の金属ケースに近接してあるいは重なって設けられる。
請求項の第７項では、当該アンテナの指向性が人体から離れる方向に向けられて設置される。
請求項の第８項では、当該アンテナを強誘電体基板あるいは磁性材料により処理された基板上に構成することによって小型化が可能となる。
請求項の第９項では、当該アンテナとは別に単一あるいは複数のアンテナを設けお互いに疎に結合するよう構成する。
請求項の第１０項では、メランダラインアンテナに近接して無給電放射素子を設け寸法を小型化する。
【００５】
【作用】
この発明において、例えばループアンテナとメランダラインアンテナが疎に結合される場合、それぞれが独立に磁界アンテナと電界アンテナを構成し、相互に補完し合うことで定在波あるいはフェージングに強いアンテナを構成し、一方に給電し他方を無給電とすることでダブルチューニングの共振器を構成して広帯域化が図れる。
【００６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に従って説明する。図１において、（４）はループアンテナのシールド部分、（５）はループアンテナの内導体、（６）はループアンテナのローデングコンデンサ（同調用ケンデンサ）、（７）はメランダラインアンテナ、（８）はループアンテナのシールド（４）とメランダラインアンテナ（７）との間の結合をバランスさせるための遮蔽リング、（９）はメランダラインアンテナ（７）の立ち上がり部分、（２１）は表側から見た基板の図面、（２２）は側面からみた基板の図面、（２３）は裏側からみた基板の図面、（２４）（２５）は本発明のアンテナの接続端子、（２６）は無給電放射素子である。
図１において、基板の表側（２１）には、ループアンテナの内導体（５）がエッジング等の方法で設けられており、当該内導体の先端部にはローデイングコンデンサ（６）が接続され、一方の端は接続端子（２５）に接続されている。基板の表側（２３）にはループアンテナのシールド部（４）がエッジング等の方法で設けられており、シールド部分（４）の一部が切り欠けられ、反対側の中心点で接続端子（２４）に接続されている。ここで、当該ループアンテナ全体は周波数ｆ１で共振しているものとする。
一方、基板の裏側（２２）には、メランダラインアンテナ（７）がエッジング等の方法で設けられており、リング（８）と立ち上がり部（９）を経由してループアンテナのシールド部（４）の中心部に接続されている。ここで、メランダラインアンテナ全体は周波数ｆ２に共振しているものとする。
遮蔽リング（８）とシールド部（４）との間は、シールド部（４）の切り欠き部分を中心として左右対称となっており、リング（８）とシールド部（４）との間で生じる高周波電界は切り欠き部分言い換えればループアンテナの内導体（４）の接続端子（２５）には電界に感応するメランダラインアンテナ（７）の出力が現れないように設計されている。すなわち、リング（８）が存在するために、メランダラインアンテナ（７）とループアンテナの内導体（５）との結合が疎になっている。
ここで、ループアンテナ全体が周波数ｆ１に共振しており、メランダラインアンテナ全体が周波数ｆ２に共振しており、両者間の結合が疎になっていると、ダブルチューニングの共振回路を構成することとなり、両者を臨界結合状態にすると帯域幅の広いアンテナが実現できる。
更に、メランダラインアンテナ（７）は電界に感応し、ループアンテナ（４）（５）は磁界に感応することから、室内などで生じる定在波による深い谷の落ち込みを防ぐことができる。
また、無給電素子（２６）を設けることによって当該メランダラインアンテナ（７）の共振周波数を下げ外形寸法を縮小できるメリットが生じる。
また、ループアンテナを多層基板で構成する場合、各層をシールド部分（４）と内導体部分（５）に交互に割り当て、あるいは任意の組み合わせで割り当てることにより複数巻きループアンテナを構成することが可能となり、更なる小型化あるいは高利得化が実現できる。
本発明のエネルギー密度アンテナを４２９ＭＨｚ帯に適用した場合、２層のガラスエポキシ基板を用いると、基板の大きさが幅４０ｍｍ、高さ４５ｍｍ、厚さ１ｍｍとなり小型化され、ＶＳＷＲ＜３の帯域幅が４５ＭＨｚと小型の割には広い帯域を有し、平均利得が１ｄＢｉと高利得であり、金属反射物の前面半波長の位置での定在波に対しては受信入力の変動を３ｄＢ以内に抑圧できること等のメリットが確認できた。
【００７】
図２は、本発明のエネルギー密度アンテナを携帯電話機に設置する場合の方法を示す概念図である。図２において、（３１）はアンテナ基板、（３２）は無線部基板、（３３）は無線部のシールドケース、（３４）は携帯電話機の収納ケース、（３５）は電池である。
当該アンテナ基板（３１）には、第一のアンテナと第二のアンテナがプリント基板上にエッチング等の方法で作られており、当該アンテナと同一の基板上に無線部（３２）が設けれれている。無線部（３２）は更にシールドケース（３３）により覆われており、電池（３５）を含めて全体がプラステイックなどの収納ケース（３４）に収納されている。
当該アンテナ（３１）は第一のアンテナと第二のアンテナンから構成されており、しかも同一の基板上に設けられているため、アンテナ部と無線部を同一の基板上に組み立てることで、小型化とコストの削減に効果がある。
また、電池（３５）を第ニのアンテナの近くにあるいは重なって設置しても、共振周波数のズレを再調整すれば、利得あるいは放射パターンへの影響が少ないことが確認されている。
また、アンテナ基板（３１）にセラミック基板を用いることで小型化が可能となり、磁性材料を塗布することでループアンテナの開口面積を小さくできる。
【００８】
図３は、本発明のエネルギー密度アンテナを携帯電話機に設置する場合の方法を示す概念図である。図３において、（３１）はアンテナの基板、（３２）は無線部の基板、（３３）は無線部のシールドケース、（３４）は携帯電話機の収納ケース、（３５）は電池である。
当該アンテナ基板（３１）は、第一のアンテナ部分を無線部のシールドケース（３３）に重なる状態で設置しており、携帯電話機の収納ケース（３４）の寸法を小さくできる。
当該アンテナ部の第一のアンテナはシールド形ループアンテナであるため、シールドケース（４３）に近接しあるいは重なって設置しても共振周波数のズレを再調整すれば、利得あるいは放射パターンへの影響が少ないことから上記の配置が可能となる。
また、電池（３５）を当該第二のアンテナの一部としあるいは近接させあるいは重なって設置することで携帯電話機の収納ケース（３４）の外形寸法を小さく出来るメリットがある。
【００９】
図４は、本発明のエネルギー密度アンテナの指向性の例を示す図である。図４において、（４１）は前方向への利得、（４２）は後方向への利得、（４３）は円グラフである。
本発明のエネルギー密度アンテナは、磁界に感応するシールド形ループアンテナが８字特性を有し、メランダラインアンテナが無指向性であり、これらを結合したものが一方向に加算されて利得が大きくなるのに対して、反対方向には差し引かれて利得が小さくなる。
携帯電話機に本発明のエネルギー密度アンテナが設置されたとき、利得が大きくなる方向を人体から遠ざかる方向に向け、利得の小さくなる方向を人体の方向に向けることで、近年問題となっている電磁波の人体への影響を軽減できるメリットが得られる。
また、当該第一のアンテナが近接する伝導体の影響を受けにくいことから、人体による感度の低下を防止するのに効果がある。
【０１０】
以上の説明では、電界に感応するアンテナにメランダラインアンテナを用いたが、ヘリカルアンテナあるいは一般のモノポールアンテナ、あるいはダイポールアンテナ、あるいは逆Ｆアンテナ等を用いても同様な効果が得られる。
また、遮蔽リング（８）に短冊状のものを用いたが、円板状あるいは角板状、あるいは任意の形状の金属板を用いても同様な効果が得られる。
また、線状のダイポールアンテナを用いるときは特に遮蔽リングに相当する部分を設けなくとも結合を疎にできる。
また、２組のループアンテナを９０°に交差させて設けることで指向性を改善できる。
また、ループアンテナのシールド部分はセミリジッドケーブルの外部導体を用いることも可能である。
また、ループアンテナの部分に高周波で損失の少ない磁性体を塗布することでループアンテナを小型化できる。
また、上記の説明では、片方のアンテナを給電し、もう一方を無給電としたが、両方のアンテナに給電し、あるいは両方のアンテナをトランスあるいは結合器あるいは結合回路を用いて合成しても同様な効果が得られる。
また、当該第一のアンテナと第二のアンテナとは別に複数のアンテナを設けお互いに疎に結合させることで更に帯域幅を広げることができる。
また、当該メランダラインアンテナに近接して無給電アンテナを設けて形状を小型化する方法は、当該エネルギー密度アンテナのみでなく、単独あるいは組み合わせによるメランダラインアンテナにも広く適用できる。
【０１１】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されるため、帯域幅が広く、定在波あるいはフェージングに強くエネルギー密度に感応するエネルギー密度アンテナが小型で実現できるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエネルギー密度アンテナの一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明のエネルギー密度アンテナの設置方法の例を示す図である。
【図３】本発明のエネルギー密度アンテナの設置方法の他の例を示す図である。
【図４】本発明のエネルギー密度アンテナの指向性の例を示す図である。
【図５】従来のエネルギー密度アンテナの例を示す概念図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　モノポールアンテナ
２　　　　　　　　　　　スロットアンテナ
３　　　　　　　　　　　スロットアンテナ
４　　　　　　　　　　　ループアンテナのシールド部
５　　　　　　　　　　　ループアンテナの内導体
６　　　　　　　　　　　ローデングコンデンサ（同調用コンデンサ）
７　　　　　　　　　　　メランダラインアンテナ
８　　　　　　　　　　　遮蔽用リング
９　　　　　　　　　　　メランダラインアンテナの立ち上がり部
１１　　　　　　　　　　スロットアンテナの空洞共振器
２１　　　　　　　　　　基板のＡ面
２２　　　　　　　　　　基板の側面
２３　　　　　　　　　　基板のＢ面
２４　　　　　　　　　　接続端子
２５　　　　　　　　　　接続端子
２６　　　　　　　　　　無給電放射素子
３１　　　　　　　　　　アンテナ部の基板
３２　　　　　　　　　　無線部の基板
３３　　　　　　　　　　無線部のシールドケース
３４　　　　　　　　　　携帯電話機のケース
３５　　　　　　　　　　電池
４１　　　　　　　　　　アンテナの前方向の利得
４２　　　　　　　　　　アンテナの後方向の利得
４３　　　　　　　　　　円グラフ
【図１】
2004112744.tif 000003
【図２】
2004112744.tif 000004
【図３】
2004112744.tif 000005
【図４】
2004112744.tif 000006
【図５】
2004112744.tif 000007