(57)【要約】【課題】アンテナ性能を確保しながらも、小型化及び低コスト化が図れる無線端末を提供する。【解決手段】第１のヘリカル素子２１及びホイップ素子２２を含む第１のアンテナ２と、第２のヘリカル素子３１を含む第２のアンテナ３と、を備え、第１のヘリカル素子２１は、一端がホイップ素子２２の一端に接続され、他端が開放端とされ、第２のヘリカル素子３１は、ホイップ素子２２を取り囲む形状を成し、一端が第１のヘリカル素子２１側でホイップ素子２２に接続され、他端が開放端であって、その開放端側が第２のヘリカル素子３１とホイップ素子２２との接続点に対し、第１のヘリカル素子２１の開放端の反対側に位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のヘリカル素子及びホイップ素子を含む第１のアンテナと、第２のヘリカル素子を含む第２のアンテナと、を備えた無線端末であって、
前記第１のヘリカル素子は、一端が前記ホイップ素子の一端に接続され、他端が開放端とされ、
前記ホイップ素子の他端が給電点に接続され、
前記第２のヘリカル素子は、一端が前記ホイップ素子に接続され、前記ホイップ素子を取り囲む形状を成し、他端が開放端とされ、
この開放端は、前記第２のヘリカル素子と前記ホイップ素子との接続点に対し、前記第１のヘリカル素子の開放端の反対側に位置している、無線端末。
【請求項２】
請求項１に記載の無線端末であって、
前記第１のヘリカル素子と前記ホイップ素子との接続点と、前記第２のヘリカル素子と前記ホイップ素子との接続点とを同一点とする、無線端末。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の無線端末であって、
前記第１のアンテナの全長が第１の周波数の略λ／４の電気長を有し、前記第２のアンテナの全長が第２の周波数の略λ／４の電気長を有し、前記第２の周波数は、前記第１の周波数の２倍以上、３倍未満の周波数である、無線端末。
【請求項４】
請求項１又は請求項３に記載の無線端末であって、
前記第２のヘリカル素子の一端が前記第１のヘリカル素子に接続され、前記第２のヘリカル素子の他端が開放端とされる、無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナとしてホイップ素子とヘリカル素子を有する無線端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
今後、一般業務用無線の多チャンネル化のために、現行の使用周波数である１５０ＭＨｚ帯に加え、３５０ＭＨｚ帯を用いる構想がなされている。しかし、現行のアンテナは１５０ＭＨｚ帯のみに対応していて、スマートフォンなどの携帯電話で使用されている周波数帯より低い周波数であることから、波長が長くなる関係上小型化が難しい。それでも、携帯性を考慮すると、現行のアンテナより大型化することなく１５０ＭＨｚ帯と３５０ＭＨｚ帯の両方の帯域に対応させることが必要である。
【０００３】
携帯性を重視した無線端末に用いられているアンテナとして、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたアンテナは、２つの周波数帯に対応できるようにしたものであり、ホイップアンテナの先端部に、直列接続した２つのヘリカルアンテナを装荷している。特許文献２に記載されたアンテナは、単一の周波数に対する整合を容易にしたものであり、一端が筐体の端部に接続された第１の線状素子と、それぞれが第１の線状素子の他端に接続され、互いに略１８０度異なる方向に配置され、互いに異なる長さを持つ第２，第３の線状素子とを備えている。特許文献３に記載されたアンテナは、偏波・放射パターンと共振周波数をそれぞれ変更できるようにしたものであり、導電性材料からなる有限地板上に給電点を持つＴ字型アンテナと、このＴ字型アンテナ上に装荷される２つの可変インピーダンス回路とを備えている。
【０００４】
図６は、特許文献１に記載されたアンテナに類似する構成のアンテナ１１０を有する無線端末１００を示す斜視図である。同図に示すアンテナ１１０は、ホイップ素子１１１と、２つのヘリカル素子１１２，１１３と、リアクタンス素子１１４とを有し、これらの素子１１１〜１１４が直列に接続された構造を採る。すなわち、ホイップ素子１１１の一端が無線端末１００に設けられた給電部１２０に接続され、他端がヘリカル素子１１２の一端に接続され、ヘリカル素子１１２の他端がリアクタンス素子１１４を介してヘリカル素子１１３の一端に接続される。ヘリカル素子１１３の他端は開放される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７７３２１号公報
【特許文献２】特許第３６１８２６７号公報
【特許文献３】特開２００６−００５７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１〜３に記載された各アンテナでは、以下に示す課題がある。
特許文献１に記載されたアンテナは、ヘリカル素子を２つ装荷して２つの周波数帯に対応できるようにしているものの、これらの素子を直列接続することから、アンテナ全体として長くなってしまい小型化が難しい。また、１５０ＭＨｚ帯において２つのヘリカル素子間で結合が発生するので、アンテナ性能確保が困難である。
【０００７】
特許文献２に記載されたアンテナは、給電導体と放射体である線状素子を直交させていりため、サイズが大きくなってしまい、小型化が難しい。
【０００８】
特許文献３に記載されたアンテナは、１つのアンテナを異なる２つの周波数に共振させるための可変インピーダンス回路を有する分、コスト高になる。
【０００９】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、アンテナ性能を確保しながらも、小型化及び低コスト化が図れる無線端末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】
【００１０】
本発明の無線端末は、第１のヘリカル素子及びホイップ素子を含む第１のアンテナと、第２のヘリカル素子を含む第２のアンテナと、を備えた無線端末であって、前記第１のヘリカル素子は、一端が前記ホイップ素子の一端に接続され、他端が開放端とされ、前記ホイップ素子の他端が給電点に接続され、前記第２のヘリカル素子は、一端が前記ホイップ素子に接続され、前記ホイップ素子を取り囲む形状を成し、他端が開放端とされ、この開放端は、前記第２のヘリカル素子と前記ホイップ素子との接続点に対し、前記第１のヘリカル素子の開放端の反対側に位置している。
【００１１】
上記構成によれば、第２のヘリカル素子が、第１のヘリカル素子とホイップ素子との接続点からホイップ素子を囲むようにしてホイップ素子側（すなわち、無線端末側）に配置されことから、アンテナ全体としての長さが、第１のヘリカル素子とホイップ素子の各長さを加算した長さのみとなり、第２のヘリカル素子の長さがアンテナ全体の長さに含まれないため、小型化が図れる。
また、共振周波数の異なる２つのアンテナを有していることから、１つのアンテナで異なる２つの周波数を共振させる可変インピーダンス回路を有する場合と比べて低コスト化が図れる。
【００１２】
上記構成において、前記第１のヘリカル素子と前記ホイップ素子との接続点と、前記第２のヘリカル素子と前記ホイップ素子との接続点とを同一点とする。
【００１３】
上記構成によれば、接続点の共通化を図ったことで、別々に接続点を設ける場合と比べて、製造コストの低減が図れる。
【００１４】
上記構成において、前記第１のアンテナの全長が第１の周波数の略λ／４の電気長を有し、前記第２のアンテナの全長が第２の周波数の略λ／４の電気長を有し、前記第２の周波数は、前記第１の周波数の２倍以上、３倍未満の周波数である。
【００１５】
上記構成によれば、第１の周波数の２倍以上、３倍未満の高次周波数による第２の周波数への影響を軽減でき、第２の周波数でのアンテナ性能向上が図れる。
【００１６】
上記構成において、前記第２のヘリカル素子の一端が前記第１のヘリカル素子に接続され、前記第２のヘリカル素子の他端が開放端とされる。
【００１７】
上記構成によれば、第２のヘリカル素子の他端における電界（電圧）を最大にできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンテナ性能を確保しながらも、小型化及び低コストが図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無線端末の外観を示す斜視図
【図２】実施の形態の構成による電流分布と従来構成による電流分布を比較した図
【図３】実施の形態の構成による放射効率と従来構成による放射効率を比較した図
【図４】実施の形態の構成による反射損失と従来構成による反射損失を比較した図
【図５】実施の形態における第１，第２のヘリカル素子の変形例を示す図
【図６】従来の無線端末の外観を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、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無線端末１の外観を示す斜視図である。同図において、無線端末１は、第１のヘリカル素子２１及びホイップ素子２２を含む第１のアンテナ２と、第２のヘリカル素子３１を含む第２のアンテナ３とを備える。第１のヘリカル素子２１は、一端がホイップ素子２２の一端に接続されており、他端が開放端とされている。ホイップ素子２２の他端が給電点４に接続されている。第２のヘリカル素子３１は、一端がホイップ素子２２に接続されており、他端が開放端とされている。
【００２１】
第１のヘリカル素子２１とホイップ素子２２は接続点４０で接続されており、第２のヘリカル素子３１とホイップ素子２２は接続点４１で接続されている。この場合、接続点４０，４１は異なる点であるが、同一点としてもよい。但し、同一点とすることで製造における工数の削減が図れる。すなわち、一度の処理で第１のヘリカル素子２１、第２のヘリカル素子３１及びホイップ素子２２それぞれの一端を接続することができる。
【００２２】
第２のヘリカル素子３１は、ホイップ素子２２を取り囲む形状を成し、開放端を無線端末１の筐体１Ａ側に向けて配置される。すなわち、第２のヘリカル素子３１は、第１のヘリカル素子２１とホイップ素子２２との接続点４０からホイップ素子２２を取り囲むようにしてホイップ素子２２側（すなわち、無線端末１側）に配置される。このように第２のヘリカル素子３１を配置することで、アンテナ全体としての長さが、第１のヘリカル素子２１とホイップ素子２２の各長さを加算した長さのみとなり、第２のヘリカル素子３１の長さがアンテナ全体の長さに含まれないため、小型化が図れる。
【００２３】
第１のヘリカル素子２１及びホイップ素子２２を含む第１のアンテナ２の全長は、第１の周波数の略λ／４の電気長となる。また、第２のヘリカル素子３１を含む第２のアンテナ３の全長は、第２の周波数の略λ／４の電気長となる。本実施の形態では、第１の周波数に１５０ＭＨｚを使用しており、また第２の周波数は、第１の周波数の２倍以上、３倍未満の周波数として３５０ＭＨｚを使用している。第１のアンテナ２の全長を第１の周波数の略λ／４の電気長とすることで、第１のヘリカル素子２１の開放端である他端における電界（または電圧）は最大となり、電流は最小となる。また、第２のアンテナ３の全長を第２の周波数の略λ／４の電気長とすることで、第２のヘリカル素子３１の開放端である他端における電界（または電圧）は最大となり、電流は最小となる。当然ではあるが、共振周波数の異なる第１のアンテナ２と第２のアンテナ３を有することで、１つのアンテナで異なる２つの周波数を共振させるための可変インピーダンス回路を必要としない。
【００２４】
図２は、本実施の形態の構成による電流分布と従来構成（図６参照）による電流分布を比較した図である。図２の（ａ−１），（ａ−２）は本実施の形態の構成による電流分布であり、図２の（ｂ−１），（ｂ−２）は従来構成による電流分布である。図２の（ａ−１）に示すように、第１の周波数である１５０ＭＨｚでは、第１のヘリカル素子２１の開放端での電流が最小となる。また、図２の（ａ−２）に示すように、第２の周波数である３５０ＭＨｚでは、第２のヘリカル素子３１の開放端と、第２のヘリカル素子３１とホイップ素子２２との接続点４１のそれぞれにおける電流が最小となる。一方、従来構成では、図２の（ｂ−１）に示すように、第１の周波数である１５０ＭＨｚでは、第１のヘリカル素子１１３の開放端における電流が最小となる。また、図２の（ｂ−２）に示すように、第２の周波数である３５０ＭＨｚでは、第１のヘリカル素子１１３の開放端と、第１のヘリカル素子１１３と第２のへリカル素子１１２の接続部分であるリアクタンス素子１１４が設けられた部分における電流が最小となる。
【００２５】
２つのヘリカル素子を第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２に対応した波長に対して十分短い間隔で配置すると、通常であれば、２つのヘリカル素子同士が空間を介して電磁結合して、それぞれ独立した周波数として動作することがないため、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２のいずれか一方または両方で効率が劣化してしまう。しかしながら、本実施の形態の構成を採ることで、波長に対して十分短い間隔で第１，第２のヘリカル素子２１，３１を配置してもそれぞれが独立して動作するので、アンテナ性能の劣化を低減できる。このように、使用する波長に対して短い容積での２共振化（２つの周波数に共振させることができる）が図れる。
【００２６】
図３は、本実施の形態の構成による放射効率と従来構成（図６参照）による放射効率を比較した図である。図３に示す横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は放射効率（ｄＢ）である。また、１点鎖線を引いた方は本実施の形態の構成による放射効率であり、実線を引いた方は従来構成による放射効率である。放射効率は、０ｄＢへ向かう程良好になる。同図から分かるように、１５０ＭＨｚ帯ではあまり変わらないが、３５０ＭＨｚ帯では、本実施の形態の構成は従来構成より６ｄＢ改善されている。
【００２７】
図４は、本実施の形態の構成による反射損失と従来構成（図６参照）による反射損失を比較した図である。図４の（ａ）は本実施の形態の構成による反射損失であり、図４の（ｂ）は従来構成による反射損失である。また、同図に示す横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は反射損失（ｄＢ）である。反射損失は、下方へ向かう程損失が少なくなり、０ｄＢのときは完全反射で給電した電力の全てが戻ってくる。なお、反射損失はリターンロスとも呼ばれる。
【００２８】
図４の（ｂ）に示すように、従来構成では、第１の周波数ｆ１である１５０ＭＨｚの３倍の周波数（高次周波数）ｆ３が第２の周波数ｆ２である３５０ＭＨｚの近傍に存在するため、高い効率が得られない。特に、高次周波数ｆ３における帯域幅が広いことが第２の周波数ｆ２への影響を大きくしている。第１の周波数ｆ１における放射効率は−３．５ｄＢであり、第２の周波数ｆ２における放射効率は−６．５ｄＢである。一方、図４の（ａ）に示すように、本実施の形態の構成では、第１の周波数ｆ１の３倍の周波数である高次周波数ｆ３が第２の周波数ｆ２である３５０ＭＨｚの近傍に存在するものの、従来構成の場合と比べて帯域幅が狭いことから第２の周波数ｆ２への影響が軽減され、第２の周波数の効率が改善される。第１の周波数ｆ１における放射効率は−２．０ｄＢであり、第２の周波数ｆ２における放射効率は−０．５ｄＢである（第２の周波数ｆ２においては６ｄＢ改善される）。
【００２９】
このように本実施の形態に係る無線端末１によれば、第１のヘリカル素子２１及びホイップ素子２２を含む第１のアンテナ２と、第２のヘリカル素子３１を含む第２のアンテナ３と、を備え、第１のヘリカル素子２１は、一端がホイップ素子２２の一端に接続され、他端が開放端とされ、第２のヘリカル素子３１は、ホイップ素子２２を取り囲む形状を成し、一端が第１のヘリカル素子２１側でホイップ素子２２に接続され、他端が開放端であって、その開放端側が第２のヘリカル素子３１とホイップ素子２２との接続点４１に対し、第１のヘリカル素子２１の開放端の反対側に位置し、第１のアンテナ２の全長が第１の周波数の略λ／４の電気長を有し、第２のアンテナ３の全長が第２の周波数の略λ／４の電気長を有し、第２の周波数は、第１の周波数の２倍以上、３倍未満の周波数としたので、アンテナ性能を確保しながらも小型化及び低コスト化が図れる。
【００３０】
なお、図５は、上述した実施の形態の第１のヘリカル素子２１及び第２のヘリカル素子３１の変形例を示す図である。なお、図５に示す各変形例は、第１のヘリカル素子２１及び第２のヘリカル素子３１の外径に違いを持たせたものである。図５の（ａ）に示す変形例（１）は、第１のヘリカル素子２１の外径を第２のヘリカル素子３１の外径より小さくして、第１のヘリカル素子２１の一部分を第２のヘリカル素子３１内に収容するようにした例である。図５の（ｂ）に示す変形例（２）は、第１のヘリカル素子２１の外径を第２のヘリカル素子３１の外径より大きくして、第２のヘリカル素子３１の一部分を第１のヘリカル素子２１内に収容するようにした例である。また、図５の（ｃ）に示す変形例（３）は、第１のヘリカル素子２１の外径と第２のヘリカル素子３１の外径を略同じにして、それぞれの一部分を重ねるようにした例である。変形例（１）〜（３）のいずれにおいても上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、アンテナ性能を確保しながらも、小型化及び低コスト化が図れるといった効果を有し、例えば１５０ＭＨｚ帯と３５０ＭＨｚ帯を使用する業務用無線への適用が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  無線端末
１Ａ  筐体
２  第１のアンテナ
３  第２のアンテナ
４  給電点
２１  第１のヘリカル素子
２２  ホイップ素子
３１  第２のヘリカル素子
４０，４１  接続点
【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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【図６】
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