(57)【要約】【課題】携帯性と広帯域特性を両立することができるアンテナ装置を提供すること。【解決手段】略四角錐状の構造を採り、４つの三角形状の面１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂで２つの自己補対アンテナを形成し、さらに各面を形成する４本のエレメント２をそれぞれ伸縮自在とすると共に、４本のエレメント４をそれぞれ１８０°折り曲げ自在とし、さらに各エレメント２の一端に２本のエレメント４を略３６０°回動可能に接続すると共に、各エレメント２の他端を給電部３に対して略３６０°回動可能に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ両端部を有し、伸縮自在である複数本の第１エレメントと、それぞれの前記第１エレメントの一端部と接続されており、投影面が自己補対アンテナ形状となるように前記第１エレメントが回動可能に取り付けられた給電部材と、前記第１エレメントの他端部間を連結し、折り畳み自在である第２エレメントと、を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１及び第２エレメントが伸びた状態において多面体形状を示し、前記多面体形状において少なくとも２面が同一形状であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記多面体形状は、前記給電部材を中心に、投影面が自己補対アンテナ形状となる角度で開いた形状であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１及び第２エレメントは、誘電材料で構成された棒状部材に導電性部材をコイル状に巻回させてなるものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビ受信機、携帯電話、パーソナルコンピュータなどの電波を受信する機能を備えた電子機器に用いて好適なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述した電子機器に用いられるアンテナ装置として、円筒型のロッドアンテナ形態のもの（特許文献１）や、高利得、広帯域化を図った３次元形状のものが提案されている（特許文献２）。前者のアンテナ装置は、伸縮可能な構造を有し、利用時には装置本体から取り出して、ロッド長を延長することで必要な電気長を得る。後者のアンテナ装置は、複数のロッドアンテナを放射状に配置し、開き角を調整することで広帯域特性を得る。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２１６３号公報
【特許文献２】特開平６−１９６９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した電子機器にはアンテナ装置が必要不可欠であるが、電子機器の高密度実装化による機器本体の小型化が進むなかで、アンテナエレメントの収納性と特性を両立させることが望まれている。アンテナエレメントの収納においては、テレビ放送の電波や携帯電話の電波を受信するのに１／２波長〜１／４波長を利用してもｃｍオーダのエレメント長となる。例えば４７０ＭＨｚのＵＨＦ帯のテレビ放送波を受信する場合、１／４波長で１６ｃｍのエレメント長となる。アンテナの特性においては、例えばＵＨＦ帯４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚのテレビ放送波を受信できる必要がある。上述した特許文献１で開示されたアンテナは、伸縮自在な機構を採っているので収納性が良好であるが、帯域幅が狭いため、テレビ放送波を受信する場合、同調回路機構が複雑になる問題がある。一方、上述した特許文献２で開示されたアンテナは、広帯域特性が得られるが、複数のロッドアンテナを必要とすることから構造が煩雑になり、携帯性の点で問題がある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、携帯性と広帯域特性を両立することができる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】
【０００６】
本発明のアンテナ装置は、それぞれ両端部を有し、伸縮自在である複数本の第１エレメントと、それぞれの前記第１エレメントの一端部と接続されており、投影面が自己補対アンテナ形状となるように前記第１エレメントが回動可能に取り付けられた給電部材と、前記第１エレメントの他端部間を連結し、折り畳み自在である第２エレメントと、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、投影面が自己補対アンテナ形状となるように形成されるので、任意周波数に対して、放射インピーダンスを一定にする特性が得られる。また、第１アンテナエレメントが伸縮自在であるので、任意長のアンテナエレメントにすることができ、広帯域で、例えばＴＶ帯域や携帯電話帯域で共振特性を持つアンテナエレメントを実現することができる。さらに、第１アンテナエレメントは伸縮自在であり、第２アンテナエレメントは折り畳み自在であるので、アンテナエレメントをコンパクトに収納することが可能であり、携帯性に優れる。
【０００８】
本発明のアンテナ装置においては、前記第１及び第２エレメントが伸びた状態において多面体形状を示し、前記多面体形状において少なくとも２面が同一形状であることが好ましい。この構成によれば、立体構造としたことにより、平面ではなく空間的に鏡像関係が得られるので、より広帯域かつより広範囲の指向性が得られる。本発明のアンテナ装置においては、前記多面体形状は、前記給電部材を中心に、投影面が自己補対アンテナ形状となる角度で開いた形状であることが好ましい。この投影面が自己補対アンテナ形状となる角度は、９０°〜１２０°であり、好ましくは１１０°である。
【０００９】
本発明のアンテナ装置においては、前記第１及び第２エレメントは、誘電材料で構成された棒状部材に導電性部材をコイル状に巻回させてなるものであることが好ましい。この構成によれば、波長短縮効果を得ることができ、第１及び第２エレメントを導電性材料で構成した場合と同等の性能を持ちつつ、全体サイズを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアンテナ装置は、それぞれ両端部を有し、伸縮自在である複数本の第１エレメントと、それぞれの前記第１エレメントの一端部と接続されており、投影面が自己補対アンテナ形状となるように前記第１エレメントが回動可能に取り付けられた給電部材と、前記第１エレメントの他端部間を連結し、折り畳み自在である第２エレメントと、を具備するので、電子機器に対する収納時の形態とアンテナ特性の両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。図１において、本実施の形態に係るアンテナ装置１は、略四角錐状の構造を採り、稜線に相当する４本の伸縮自在なエレメント（第１エレメント）２と、頂点部分に位置する給電部３と、稜線間を結ぶ辺に相当する４本のエレメント（第２エレメント）４とを備えて構成される。また、給電部３の下部には、十分な広さを有するグランド部材（図示せず）が配置される。したがって、グランド部材は、本アンテナ装置を搭載する電子機器が有する。なお、グランド部材の大きさは、エレメントの等価容量に対して約１０倍以上を満足する大きさである。
【００１２】
図１には、本発明に係るアンテナ装置１がアンテナ特性を発揮し得る構造になっている状態を示している。すなわち、図１に示すアンテナ装置１は、収納されて携帯性の高い状態からエレメント２，４を伸ばして、展開することにより構成される。
【００１３】
エレメント２は、周知のロッドアンテナのように伸縮可能な構造を採る。すなわち、エレメント２は、図２に示すように、異径の２本の金属製のポール２Ａ，２Ｂで構成されている。ポール２Ａの外径は、ポール２Ｂの外径よりも大きく、中空であるポール２Ａに対してポール２Ｂが出し入れ可能になっている。これにより、ポール２Ａに収納されたポール２Ｂをポール２Ａから引き出すことにより、エレメント２の長さを調整することができる。エレメント２の長さは、周波数帯域幅に依存し、長ければ広い周波数帯域が得られる。したがって、インダクタやコンデンサを適宜利用して、所望の中心周波数に調整し、かつエレメント２を所望の長さに調整することにより、ＴＶ帯域や携帯電話帯域で共振特性を持つアンテナエレメントとすることができる。なお、エレメント２の長さは、例えば２ｃｍ〜２０ｃｍ程度が好ましい。また、エレメント２，４のそれぞれの長さを短くして、アンテナ装置のより小型化を望む場合は、帯域幅が狭くなるので、給電部３に同調回路などで構成されたインピーダンス整合回路（図示せず）を設けることが好ましい。例えば、５０Ωの整合をとることにより、任意のチューナ回路と接続することができる。
【００１４】
エレメント４は、図３に示すように、ほぼ同径の２本の金属製のポール４Ａ，４Ｂで構成されており、それぞれ当接する部分が薄肉になっている。そして、この薄肉部分を重ね合わせて、重ね合わせた部分にピン４Ｃが貫通している。すなわち、ピン４Ｃにより、ポール４Ａ，４Ｂが回動可能に接続されている。これにより、一方のポールに対して他方のポールが略１８０度折り畳み自在になっている。
【００１５】
エレメント２，４を構成する材料は、導電性を有するものであればどのようなものでも良い。エレメント２，４の径は、太いほど帯域が広がる傾向にあるが、アンテナエレメント構造を支持するために十分なサイズであれば良く、例えば１ｍｍφ程度が好ましい。なお、テレビ帯域や携帯電話帯域で利用する場合には、エレメント２，４の径を調整し、及びインダクタやコンデンサを適宜利用することにより、中心周波数を調整し、所望の周波数帯域で利用する。さらに、エレメント２の長さを調整することにより、テレビ帯域や携帯電話帯域で、主に帯域幅を変化させることができる。例えば、テレビ帯域のときは、長さ１６ｃｍ程度で、太さ１ｍｍφ程度にすることで対応できる。なお、ポール２Ｂ，４Ａ，４Ｂは、中実でも中空でも良い。
【００１６】
エレメント２の端部間を連結するようにエレメント４が取り付けられている。すなわち、図４に示すように、一つのエレメント２に対して２つのエレメント４がボールジョイント５で結合されており、それぞれのエレメント４がエレメント２に対して略３６０°回動可能になっている。
【００１７】
ボールジョイント５は、２つのエレメント４のそれぞれの先端部分（他端部）に接続される球体部５Ａと、２つの球体部５Ａを回転自在に把持する把持部５Ｂとから構成される。ボールジョイント５の把持部５Ｂには、エレメント４の直径よりも僅かに大きなロック溝５Ｃがエレメント２に向かう方向に形成されている。このロック溝５Ｃにエレメント４を嵌め込むことによって、エレメント４をエレメント２に対して固定させることができる。このロック溝５Ｃは２つのエレメント４それぞれに対して設けられている。なお、ボールジョイント５の材料は、導電性材料である必要がある。
【００１８】
それぞれのエレメント２のもう一方の先端部分（一端部）が給電部３に連結されている。すなわち、図５に示すように、それぞれのエレメント２の先端部分がボールジョイント６で給電部３に取り付けられており、給電部３に対して略３６０°回動可能になっている。
【００１９】
ボールジョイント６は、４つのエレメント２のそれぞれの先端部分に接続される球体部６Ａと、給電部３に形成された４つの収容溝３Ａとから構成される。収容溝３Ａは球体部６Ａを収容できる略半球形状に形成され、球体部６Ａを略３６０°回転自在に支持する。収容溝３Ａは周方向に沿って等間隔に４個形成されている。また、各収容溝３Ａの深さは、球体部６Ａを半分以上覆う程度に設定されている。なお、給電部３にエレメント２を案内するガイド溝を設けてエレメント２をより強固に支持するようにしても良い。
【００２０】
上記のような部材を用いて、エレメント２，４で構成された立体形状を実現することができる。この立体形状は、投影面が自己補対アンテナ形状となるようになっており、エレメント２，４が伸びて展開した状態において多面体（四角錐）形状を示し、この多面体形状において少なくとも２面が同一形状である。
【００２１】
このように構成されたアンテナ装置においては、図１に示すように、全てのエレメント２，４を展開した状態では、２本のエレメント２と１本のエレメント４で形成される三角形の面１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂが４面得られる立体構造（四角錐形状）となる。そのうち、対向する面同士１０Ａ及び１０Ｂと、１１Ａ及び１１Ｂとがそれぞれ自己補対関係（鏡像関係）となる。このように、エレメント２，４を用いて、４方向からの投影形状が等しくなるような立体構造にすることにより、エレメントの等価容量を増加できる。また、平面ではなく空間的に鏡像関係である、２方向の自己補対アンテナを構成するので、広帯域かつ広範囲の指向性が得られる。特に、多面体における一面が給電部３を中心に略９０°で開いた形状（略Ｖ字形状又は三角形状）であることにより、すなわち、隣接する２つのエレメント２と、これらのエレメント２の先端間を接続するエレメント４とで略Ｖ字形状又は三角形状を構成することにより、エレメントの等価容量をより増加させることができるので、モノポールアンテナ特性より優れた共振点における帯域幅の広帯域化を実現できる。その結果、さらに広帯域かつ広範囲の指向性を有するアンテナ装置が得られる。
【００２２】
ここで、展開状態のアンテナ装置１の他の形態について図６及び図７を用いて説明する。まず、図６の（ａ）に示すように、対向する１組のエレメント４のピン４Ｃを中心にポール４Ａ，４Ｂを回動させてそれぞれのエレメント４を折り畳む。これにより、対向するもう１組のエレメント４の間隔が狭くなり、２つの略三角形の投影面が並んだ形態となる。なお、この投影面の開き角度（給電部３を中心とした角度）を変えることにより、帯域幅を変化させることができる。
【００２３】
図６（ａ）に示す形態からさらに、対向するもう１組のエレメント４についてもピン４Ｃを中心にポール４Ａ，４Ｂを回動させてそれぞれのエレメント４を折り畳む。これにより、それぞれのボールジョイント５の間隔が狭くなる。次いで、図７（ａ）に示すように、ボールジョイント５を一つにまとめると、エレメント２が略並行に揃うようにまとめられる。この形態においては、ロッドアンテナと同等の性能が得られる。そして、図７（ｂ）に示すように、エレメント２のポール２Ｂをポール２Ａに対してスライドさせて収納することにより、エレメントの長さを約半分にする。これにより、アンテナ装置１をコンパクトに収納することが可能な大きさとなる。なお、アンテナ装置をさらに小さく収納するためには、エレメント２，４のポールを３本以上にして多段構造にすれば良い。
【００２４】
図８は、図１に示す四角錐形態と図７（ａ）に示すロッド形態についてのＶＳＷＲ（Voltage  Standing  Wave  Ratio）特性を示す図であり、縦軸がＶＳＷＲを示し、横軸が周波数（ＭＨｚ）を示す。この図において、ＳＷＲ１は四角錐形態におけるＶＳＷＲ特性であり、ＳＷＲ２はロッド形態におけるＶＳＷＲ特性である。四角錐形態の場合、受信アンテナを評価する上での指標であるＶＳＷＲ＜３以下を十分に満足しており、かつロッド形態よりも２倍以上の帯域幅（４９０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚを超える）を有している。特に、高い周波数よりも低い周波数での伸びが良くなっている。
【００２５】
このように、本実施の形態のアンテナ装置１によれば、略四角錐状の構造を採り、４つの略三角形状の面１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂで２つの自己補対アンテナを形成し、さらに各面を形成する４本のエレメント２をそれぞれ伸縮自在とすると共に、４本のエレメント４をそれぞれ１８０°折り曲げ自在とし、さらに各エレメント２の一端に２本のエレメント４を略３６０°回動自在に接続すると共に、各エレメント２の他端を給電部３に対して略３６０°回動自在に接続するようにしたので、自己補対アンテナ特有の広帯域特性が得られる。また、電波を捕捉する面積を大きくとれるので、ロッドアンテナに比べてアンテナ利得を高くとれる。さらに、全てのエレメント４を給電部３側に折り曲げると共に全てのエレメント２を収縮させることで小型化できる。このように、本実施の形態のアンテナ装置１は、携帯性と広帯域特性を両立させることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては、それぞれ４本のエレメント２，４で略四角錐状の構造を採った場合について説明しているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、対向する１組の立体的な面で自己補対アンテナを形成できれば、どのような形態を採っても良い。例えば、図９に示すように、４本のエレメント２と２本のエレメント４とにより略三角形状の面が２つ得られる形態であっても良い。このような形態においては、エレメント２を少なくできる分、コストの削減が可能となる。
【００２７】
また、上記実施の形態においては、エレメント２，４をそれぞれに導電性部材で構成した場合について説明しているが、図１０に示すように、誘電材料で構成された棒状部材２０に導電性部材２１をコイル状に巻回した構造を用いても良い。導電性材料のコイルを巻き付けることにより、波長短縮効果が得られ、図１の構造と略同等の性能を持ちながらも全体のサイズを小さくできる利点がある。この構造は、上述した図９に示す形態においても適用可能であることは言うまでもない。なお、ボールジョイント２２も誘電材料で構成される。また、導電性部材２１をコイル状に巻回する他に、誘電材料で構成された棒状部材２０に液状の導電性材料を塗布した構造を採っても良い。
【００２８】
このように構成されたアンテナ装置によれば、利用時の形態、収納時の形態へと任意の形態に変更することができ、電波を受信するときは特性を重視し、携帯するときは収納を重視することができる。この場合、携帯時は、エレメント４を折り曲げ、エレメント２を縮めて略棒状とすることにより、小型にすることができ、電子機器に収納することが可能となる。なお、略棒状の形態では、モノポールアンテナと同等機能が得られる。一方、電波を受信するときは、テレビ放送などの視聴状況に応じて形態を変えることで帯域幅を任意に変更できるので、視聴状態が良い場合は、アンテナ装置１を略棒状（図７（ａ））とし、視聴状況が悪化するにつれて立体形状（図１、図９）にする。このようにすることにより、常に良好な視聴状態を確保できる。したがって、広帯域で、例えばＴＶ帯域や携帯電話帯域で共振特性を持つアンテナエレメントを実現することができる。
【００２９】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における説明の数値、形態、寸法、材質については、これに限定されず、本発明の範囲を逸脱しない範囲において適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のアンテナエレメントは、テレビ受信機、携帯電話、パーソナルコンピュータなどの電波を受信する機能を備えた電子機器への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナエレメントの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す稜線に相当するエレメントの一部分を示す図である。
【図３】図１に示す辺に相当するエレメントの一部分を示す図である。
【図４】図１に示すボールジョイントと各エレメントとの接続状態を示す斜視図である。
【図５】図１に示す給電部と稜線に相当するエレメントとの接続状態を示す斜視図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、図１に示すアンテナエレメントの使用形態を示す斜視図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、図１に示すアンテナ装置の使用形態を示す斜視図である。
【図８】図１に示すアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図９】図１に示すアンテナ装置の応用例を示す斜視図である。
【図１０】図１に示すアンテナ装置の応用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  アンテナエレメント
２，４  エレメント
２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ  ポール
３  給電部
３Ａ  収容溝
４Ｃ  ピン
５，２２  ボールジョイント
５Ａ，６Ａ  球体部
５Ｂ  把持部
５Ｃ  ロック溝
２０  棒状部材
２１  金属部材
【図１】
2007096651.tif 000003
【図２】
2007096651.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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