(57)【要約】【課題】水平面無指向性の小型形軽量で車載用、携行用等に適し、多周波数帯の共用が可能な広帯域アンテナ装置を提供する。【解決手段】無線機器筐体上に広帯域アンテナ装置の給電用端子及びアース導体を装着し、上記接栓を平衡-不平衡変換回路によりアース導体及びアンテナ素子に接続する。アンテナ素子は、長さが約０．０７λＬの金属棒を使用し、アース導体に電気的に絶縁した状態で垂直に装着する。アンテナ素子の上端には、長さが約０．０３λＬの容量性結合素子を装着する。アンテナ素子と容量性結合素子との間の容量性結合部には、誘電体を介在して容量性を持たせる。容量性結合部の長さを約０．０１λＬに設定し、アンテナ素子と容量性結合素子を含む全体の長さを約０．０９λＬに設定する。【選択図】      図１
2007295101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電用端子と、アース導体に絶縁した状態で装着されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子の上部に誘電体部材を介して装着される容量性結合素子と、前記給電用端子と前記アース導体及びアンテナ素子との間に設けられる平衡-不平衡変換回路とを具備することを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【請求項２】
給電用端子と、アース導体に絶縁した状態で装着されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子の上部近傍に装着される折返し素子と、前記給電用端子と前記アース導体及びアンテナ素子との間に設けられる平衡-不平衡変換回路とを具備することを特徴とする広帯域アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば移動体通信における車載用、携行用に使用される水平面無指向性の小形軽量な広帯域アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体通信における車載用、携行用に使用される水平面無指向性の小形軽量なアンテナとしては、一般にモノポールアンテナが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。上記モノポールアンテナは、図５に示すようにアース板１に同軸接栓２を取付け、その中心導体３をアース板１と絶縁して上方へ約０．２５λ（λは使用周波数における波長）延長した構成となっている。上記モノポールアンテナは、単一周波数帯においては良好な特性を得ることができ、使用周波数が高い場合は移動無線装置にも装着できるような小形軽量なアンテナ装置を実現することができるが、上記中心導体の長さが使用波長で決まるため、ＶＨＦ帯の低い周波数域を使用する移動通信用の無線通信機器に装着する場合にはサイズ的に問題が生じる。また、上記モノポールアンテナは基本的に狭帯域であり、最近の要請として1台の無線通信機により、さまざまな周波数領域で通信を可能にしようとするものには適用が困難である。
【特許文献１】特開平９−９３０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年では、車載用、携行用にて従来のＶＨＦ帯の通信帯域に加え、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式等による大容量伝送のためＵＨＦ帯において２００ＭＨｚ近くの広帯域伝送に対応する水平面無指向性の小形軽量なアンテナ装置が求められている。しかし、通常のモノポールアンテナは、上記したように狭帯域である。このため多周波数帯での通信に対応する場合には、各周波数帯に対応するアンテナをそれぞれ設置する必要があるが、これは車載用、携行用の無線通信の用途では現実的な解決策とならない。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、小形軽量で車載用、携行用等に適し、多周波数帯の共用が可能な広帯域アンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る広帯域アンテナ装置は、給電用端子と、アース導体に絶縁した状態で装着されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子の上部に誘電体部材を介して装着される容量性結合素子と、前記給電用端子と前記アース導体及びアンテナ素子との間に設けられる平衡-不平衡変換回路とを具備することを特徴とする。
【０００６】
第２の発明に係る広帯域アンテナ装置は、給電用端子と、アース導体に絶縁した状態で装着されるアンテナ素子と、前記アンテナ素子の上部近傍に装着される折返し素子と、前記給電用端子と前記アース導体及びアンテナ素子との間に設けられる平衡-不平衡変換回路とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、無指向性で小型軽量、且つ広帯域なアンテナを安価に製作できるので各周波数帯毎に対応させて複数のアンテナを用意する必要がなく、特に車載用、携行用の無線通信機器に好適なアンテナ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る広帯域アンテナ装置の構成図である。図１において、１０は無線機器筐体で、この無線機器筐体１０上に広帯域アンテナ装置１１Ａの給電用端子、例えばＮＪ型の接栓１２とアース導体１５が近接して装着される。この接栓１２には、無線装置のアンテナ入力回路からの同軸ケーブル９が接続される。給電用端子（接栓１２）とアンテナ素子との電気的な結合部の構成は、上記接栓１２は中心導体１３及び外部導体１４を備え、中心導体１３に平衡-不平衡変換回路１６の１次側＋線路１７が接続され、外部導体１４に平衡-不平衡変換回路１６の１次側−線路１８が接続される。上記平衡-不平衡変換回路１６の２次側＋線路１９は、アンテナ素子２１に設けられた給電点２２に接続され、平衡-不平衡変換回路１６の２次側−線路２０はアース導体１５に接続される。上記の結合部を構成する回路を保護するため保護カバー５０が設けられる。
【０００９】
上記アンテナ素子２１は、アース導体１５に電気的に絶縁した状態で垂直に装着され、アース導体１５から例えば２０〜２５ｍｍ上方位置に上記給電点２２が設けられる。この給電点２２は、インピーダンスが所定の値、例えば５０Ωとなる位置に設定される。
【００１０】
上記アンテナ素子２１は、例えば直径が約８ｍｍの金属棒あるいは金属管が使用され、長さＬａが約０．０７λＬ（λＬは使用周波数の最低周波数の波長）に設定される。そして、アンテナ素子２１の上端には容量性結合素子２３が装着される。この容量性結合素子２３は、例えば直径が約１２ｍｍ、内径が約１０ｍｍ、長さＬｂが約０．０３λＬの金属管が使用され、その下部がアンテナ素子２１の上端部に装着される。容量性結合素子を構成する前記金属管内には、例えばテフロン（登録商標）、デルリン（登録商標）等の誘電体を充填し、アンテナ素子２１の直径（約８ｍｍ）にほぼ等しい径の穴を後述するＬｃの深さで穿いて、上記穴にアンテナ素子２１の上端部を挿入する。これにより容量性結合素子２３とアンテナ素子２１との間に前記誘電体部材が厚さ約１ｍｍ、長さがＬｃで介在する容量性結合部２４を構成する。この容量性結合部２４の長さＬｃは、約０．０１λＬに設定される。従って、上記アンテナ素子２１と容量性結合素子２３を含む全体の長さＬｄは、約０．０９λＬとなる。上記容量性結合素子２３の上端開口部には、必要に応じて蓋体（図示せず）が設けられる。
【００１１】
上記平衡-不平衡変換回路１６は、例えば図２に示すように構成される。図２はフェライトのコア３１を用いたインピーダンス変成比４：１の平衡-不平衡変換回路の一例を示したものである。
【００１２】
図２の平衡-不平衡変換回路１６の場合、コア３１に２本の巻線ａ、ｂを７〜１１ターン程度バイファイラー巻し、インピーダンスＺの不平衡端子３２ａ、３２ｂ及びインピーダンス４Ｚの平衡端子３３ａ、３３ｂを設けている。そして、上記巻線ａの一端例えば始端を不平衡端子３２ａとし、巻線ａの終端及び巻線ｂの始端を共通に接続して不平衡端子３２ｂとする。また、前記巻線ａの始端を平衡端子３３ａ、巻線ｂの終端を平衡端子３３ａ、３３ｂとする。
【００１３】
上記巻線ａ、ｂの線材としては、例えばエナメル線あるいはフォルマル線が使用される。上記のように構成された平衡-不平衡変換回路１６の各端子の接続は、不平衡端子３２ａには接栓１２の中心導体１３との間をつながれる上記１次側＋線路１７が接続され、不平衡端子３２ｂには接栓１２の外部導体１４との間をつながれる上記１次側−線路１８が接続され、平衡端子３３ａには上記アンテナ素子２１の給電点２２につながれる２次側＋線路１９が接続され、平衡端子３３ｂには上記アース導体１５につながれる２次側−線路２０が接続される。図２に示した平衡-不平衡変換回路１６の性能（バンド幅、許容電力、能率など）は、主に使用するコア３１の材質・形状により決まるので所望の性能に応じてコアの材質、形状が設定される。
【００１４】
上記のように構成された広帯域アンテナ装置１１Ａにおいて、平衡-不平衡変換回路１６は全体の周波数特性に関与し、上部の容量性結合素子２３は使用周波数の低い周波数帯域に、その下のアンテナ素子２１が使用周波数の中域から高い周波数帯域に作用する。
【００１５】
上記第１実施形態に係る広帯域アンテナ装置１１Ａは、水平面無指向性アンテナであり、図３（ａ）に示すＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性が得られた。
【００１６】
また、比較のため上記の平衡-不平衡変換回路及び容量性結合素子を有さずモノポール部のみを上記と同一条件として測定した従来型のモノポールアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）特性を図３（ｂ）に示す。
【００１７】
図３（ａ）は横軸に周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸に電圧定在波比をとって示した。なお、図３（ａ）、（ｂ）のスタート周波数は１０ＭＨｚ、ストップ周波数は４１０ＭＨｚである。
【００１８】
上記広帯域アンテナ装置１１Ａは、図３（ａ）の特性からも分かるように周波数が約２０ＭＨｚから４１０ＭＨｚのＶＨＦからＵＨＦまでに亘ってＶＳＷＲ６．０以下とすることができ、非常な広帯域となっている。
【００１９】
上記第１実施形態によれば、接栓１２とアンテナ素子２１との間に平衡-不平衡変換回路１６を設けると共に、アンテナ素子２１の上端に容量性結合素子２３を装着することにより、アンテナ素子２１の長さＬａを約０．０９λＬに設定することが可能になり、０．２５λの長さが必要な従来のモノポールアンテナに比較して小形化及び軽量化を図り得ると共に広帯域特性とすることができる。従って、従来のＶＨＦ帯の通信帯域に併せてＵＨＦ帯域でＣＤＭＡ方式等による大容量伝送を1台の無線通信装置で行なう場合においても１つのアンテナで対応できる。
【００２０】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置について説明する。  
図４は、本発明の第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置１１Ｂの構成図である。第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置１１Ｂは、第１実施形態に係る広帯域アンテナ装置１１Ａの容量性結合素子２３に代えて折返し素子を設けたものである。その他は第１実施形態と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２１】
本発明の第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置１１Ｂは、長さＬａが約０．０７λａのアンテナ素子２１の上部近傍に折返し保持金具４１を設け、この保持金具４１により長さＬｆが約０．０４λＬの２つの折返し素子４２ａ、４２ｂを保持している。上記アンテナ素子２１の上端と保持金具４１との距離Ｌｅは、約０．０１５λＬに設定される。
【００２２】
また、アンテナ素子２１及び折返し素子４２ａ、４２ｂには、誘電体からなる２つの絶縁スペーサ４３ａ、４３ｂを摺動可能に装着し、この絶縁スペーサ４３ａ、４３ｂによりアンテナ素子２１の両側に折返し素子４２ａ、４２ｂが所定の間隔を保って位置するように保持している。上記アンテナ素子２１と折返し素子４２ａ、４２ｂとの間に介在する絶縁スペーサ４３ａ、４３ｂを摺動移動することにより、全帯域の周波数特性の微調整が可能となっている。
【００２３】
上記のように構成された広帯域アンテナ装置１１Ｂにおいて、平衡-不平衡変換回路１６は全体の周波数特性に関与し、また、折返し素子４２ａ、４２ｂの折返し効果によって使用周波数の低い周波数帯域を確保する。この場合、折返し素子４２ａ、４２ｂの長さＬｆによって最終的な使用周波数の低い周波数帯域の特性を微調整することができる。また、アンテナ素子２１は使用周波数の中域から高い周波数帯域に作用し、全帯域の周波数特性の調整は２つの絶縁スペーサ４３ａ、４３ｂの位置を微調整することによって行なう。
【００２４】
上記第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置１１Ｂにおいても、上記第１実施形態の広帯域アンテナ装置１１Ａと略同様のＶＳＷＲ特性を得ることができる。
【００２５】
上記第２実施形態によれば、接栓１２とアンテナ素子２１との間に平衡-不平衡変換回路１６を設けると共に、アンテナ素子２１に折返し素子４２ａ、４２ｂを装着することにより、アンテナ素子２１の長さを約０．０７λＬに設定することが可能になり、第１実施形態と同様に小形化及び軽量化を図り得ると共に広帯域特性とすることができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る広帯域アンテナ装置の構成図である。
【図２】同実施形態における平衡-不平衡変換回路の構成例を示す図である。
【図３】（ａ）同実施形態における広帯域アンテナ装置の電圧定在波比特性を示す図、（ｂ）従来のモノポールアンテナの電圧定在波比特性を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置の構成図である。
【図５】従来のモノポールアンテナの構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…無線機器筐体、１１Ａ…第１実施形態に係る広帯域アンテナ装置、１１Ｂ…第２実施形態に係る広帯域アンテナ装置、１２…接栓、１３…中心導体、１４…外部導体、１５…アース導体、１６…平衡-不平衡変換回路、１７…１次側＋線路、１８…１次側−線路、１９…２次側＋線路、２０…２次側−線路、２１…アンテナ素子、２２…給電点、２３…容量性結合素子、２４…容量性結合部、３１…コア、３２ａ、３２ｂ…不平衡端子、３３ａ、３３ｂ…平衡端子、４１…保持金具、４２ａ、４２ｂ…折返し素子、４３ａ、４３ｂ…絶縁スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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