(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１周波数帯とこれの約２倍の周波数の第２周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、垂直または傾けて配設され前記第１周波数帯の約１／４波長に設定されたアンテナエレメントの基端を、前記第１周波数帯を通過させる第１フィルタ回路を介してアンテナ入出力端に接続し、前記基端を整合回路と前記第２周波数帯を通過させる第２フィルタ回路とを順次に直列に介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記整合回路は信号経路に直列に介装されるインダクタンス素子を有し、前記アンテナエレメントと前記整合回路の前記インダンクタンス素子により前記第２周波数帯に対して約３／４波長のアンテナとして作用するように構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のデュアルモードアンテナにおいて、前記整合回路が、前記第１周波数帯の通過を阻止するトラップ回路を含んで構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２記載のデュアルモードアンテナにおいて、前記アンテナエレメントをポールアンテナで形成して構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
【請求項４】
請求項３記載のデュアルモードアンテナにおいて、前記ポールアンテナを金属線材の筒状の編組線で外径を太く形成して構成したことを特徴とするデュアルモードアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１本のアンテナで第１周波数帯とこれの約２倍の周波数の第２周波数帯を送受信できるようにしたデュアルモードアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の１本のアンテナで２つの周波数帯を送受信できるデュアルモードアンテナの一例として、１本のコイル状アンテナの先端側部分のピッチを密とし基端側部分のピッチを粗とし、周波数の低い第１周波数帯に対しては全体がアンテナとして作用し、周波数の高い第２周波数帯に対しては基端側部分のみがアンテナとして作用するようにしたものがある。また、コイル状アンテナの軸心位置にポールアンテナを設け、コイル状アンテナとポールアンテナをそれぞれ第１周波数帯と第２周波数帯のアンテナとして作用させるようにしたものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の途中でピッチを換えるコイル状アンテナは、周波数が高い第２周波数帯では、アンテナ全体の一部分しかアンテナとして作用せず、それだけアンテナ利得が低いものとなる不具合がある。また、従来のコイル状アンテナの軸心位置にポールアンテナを組み合わせたものは、その機械的構造が複雑であるとともに、互いのアンテナが相互に干渉を生じさせ易く、所望のアンテナ特性を実験的に求めざるを得ず、設計の手間が煩雑である。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の事情に鑑みてなされたもので、１本のアンテナエレメントとその基端に設ける整合回路とにより、２つの周波数帯を送受信できるデュアルモードアンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のデュアルモードアンテナは、第１周波数帯とこれの約２倍の周波数の第２周波数帯を送受信するデュアルモードアンテナであって、垂直または傾けて配設され前記第１周波数帯の約１／４波長に設定されたアンテナエレメントの基端を、前記第１周波数帯を通過させる第１フィルタ回路を介してアンテナ入出力端に接続し、前記基端を整合回路と前記第２周波数帯を通過させる第２フィルタ回路とを順次に直列に介装して前記アンテナ入出力端に接続し、前記整合回路は信号経路に直列に介装されるインダクタンス素子を有し、前記アンテナエレメントと前記整合回路の前記インダンクタンス素子により前記第２周波数帯に対して約３／４波長のアンテナとして作用するように構成されている。
【０００６】
そして、前記整合回路が、前記第１周波数帯の通過を阻止するトラップ回路を含んで構成しても良い。
【０００７】
また、前記アンテナエレメントをポールアンテナで形成して構成することもできる。
【０００８】
そしてまた、前記ポールアンテナを金属線材の筒状の編組線で外径を太く形成して構成することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図４を参照して説明する。図１は、本発明のデュアルモードアンテナの第１実施例の電気的構造図である。図２は、図１のデュアルモードアンテナで第１周波数帯と第２周波数帯の電流分布を示す図である。図３は、図１のデュアルモードアンテナを車のボディーに取り付けるようにした構造の縦断面図である。図４は、第１実施例のデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードであり、（ａ）は８２０ＭＨｚを示し、（ｂ）は１８５０ＭＨｚを示す。
【００１０】
まず、本発明のデュアルモードアンテナの第１実施例にあっては、米国で利用されるＡＭＰＳ（８２４〜８９４ＭＨｚ）が第１周波数帯ｆ１に、ＰＣＳ（１８５０〜１９９０ＭＨｚ）が第２周波数帯ｆ２に設定されている。ここで、ＰＣＳの第２周波数帯ｆ２は、ＡＭＰＳの第１周波数帯ｆ１の約２倍（２倍よりも少し高い２．２倍）の周波数である。そして、第１周波数帯ｆ１の中心周波数に対して約１／４波長λ１の電気長に設定されたアンテナエレメントとしてのポールアンテナ１０の基端１０ａが、第１周波数帯ｆ１を通過させる第１フィルタ回路１２を介してアンテナ入出力端１４に接続される。また、ポールアンテナ１０の基端１０ａが、整合回路１６の一端に接続される。この整合回路１６は、具体的には、直列接続されたインダクタンス素子Ｌとこれらとグランドとの間に生ずる浮遊容量Ｃｆとで形成される。そして、整合回路１６の他端１６ａが、第２周波数帯ｆ２を通過させる第２フィルタ回路１８を介してアンテナ入出力端１４に接続される。
【００１１】
かかる電気的構成において、第１周波数帯ｆ１は、ポールアンテナ１０の基端１０ａから第１フィルタ回路１２を介してアンテナ入出力端１４に至る経路を信号経路とし、ポールアンテナ１０のみがアンテナとして作用し、約１／４波長λ１のアンテナとして作用する。これに対して、第２周波数帯ｆ２は、ポールアンテナ１０の基端１０ａから整合回路１６と第２フィルタ回路１８を順次に直列に介してアンテナ入出力端１４に至る経路を信号経路とし、ポールアンテナ１０と整合回路１６の信号経路に直列に介装されるインダクタンス素子Ｌのインダクタンス成分とがアンテナとして作用し、全体として約３／４波長λ２のアンテナとして作用する。なお、整合回路１６の信号経路に直列接続されているインダクタンス素子Ｌは、第２周波数帯ｆ２に対して約１／４波長λ２の電気長であって、ポールアンテナ１０と整合回路１６の直列接続されているインダクタンス素子Ｌとで約３／４波長λ２となるように設定されていることは勿論である。そして、図２に示すごとく、第１実施例のデュアルモードアンテナの電流分布は、第１周端数帯ｆ１に対して、ポールアンテナ１０の基端１０ａが腹となって約１／４波長λ１で共振し、また第２周波数ｆ２に対して、整合回路の他端１６ａが腹となって約３／４波長λ２で共振する。そこで、第１周波数帯ｆ１および第２周波数帯ｆ２のいずれであっても、アンテナ入出力端１４におけるアンテナインピーダンスは小さなものとなり、給電線などに容易に整合を図ることができる。
【００１２】
また、本発明のデュアルモードアンテナの機械的構造は、図３に示すごとく、ポールアンテナ１０が、その外径を太く形成するために金属線材の筒状の編組線で形成されている。具体的一例としては、同軸ケーブルの編組線からなる外部導体を用いることができる。そして、その外側に、弾性を有する絶縁樹脂材からなるカバー部材２０が被せられる。さらに、このポールアンテナ１０の基端部が、車のボディーの外方に配設され得るマウント部材２２に、傾き調整自在に連結されて、または垂直または適宜に傾けられて固定配設される。このマウント部材２２の内部に、第１フィルタ回路１２と整合回路１６および第２フィルタ回路１８が搭載された回路基板２４が設けられ、ポールアンテナ１０の基端に適宜に電気的接続されている。
【００１３】
ここで、ポールアンテナ１０の外径を太くするのは、このポールアンテナ１０とマウント部材２２が配設された車のボディーなどのグランドとの間に生ずる浮遊容量を、外径の細いものに比較して、より大きなものとするためである。そして、この浮遊容量の増加により、ポールアンテナ１０のインダクタンス成分がより強く作用し、ポールアンテナ１０の物理的長さは、同じ電気長であるならば外径の細いものよりも短くて足りる。この傾向は、周波数が高いほど顕著に現れる。そこで、ポールアンテナ１０の外径を太くして、ポールアンテナ１０の電気長を低い周波数の第１周波数帯ｆ１の１／４波長λ１に設定するならば、ほぼ２倍の周波数である第２周波数帯ｆ２に対しては、１／２波長λ２以上の電気長となる。したがって、ポールアンテナ１０の外径を適宜に設定することで、整合回路１６の作用とともに、低い周波数の第１周波数帯ｆ１に対して約１／４波長λ１で、高い周波数の第２周波数帯ｆ２に対して約３／４波長λ２に設定することが容易にできる。
【００１４】
かかる構成の第１実施例において、発明者らの実験によれば、ＡＭＰＳの８２０ＭＨｚで６．８２ｄＢの利得が得られるとともに、ＰＣＳの１８５０ＭＨｚで５．９ｄＢの利得が得られた。また、このデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードは、図４（ａ）、（ｂ）のごとく、ＡＭＰＳの８２０ＭＨｚおよびＰＣＳの１８５０ＭＨｚのいずれにおいてもピーク値の仰角が３０度またはそれ以下であって、水平方向の利得も大きいものとなっている。もって、第１実施例では、ＡＭＰＳおよびＰＣＳのいずれをも送受できるとともに水平方向に利得が大きく、携帯電話機のデュアルモードアンテナとして好適である。
【００１５】
さらに、欧州で利用されているＧＳＭ（８８０〜９６０ＭＨｚ）が第１周波数帯ｆ１に、ＤＣＳ（１７１０〜１８８０ＭＨｚ）が第２周波数ｆ２に設定された場合も、上述した第１実施例と同様にして行った発明者らの実験で、アンテナ特性は同様に良好な結果が得られている。
【００１６】
次に、本発明の第２実施例を図５を参照して説明する。図５は、本発明のデュアルモードアンテナの第２実施例の電気的構造図である。図５において、図１と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１７】
この本発明のデュアルモードアンテナの第２実施例にあっては、日本で利用されるＰＤＣ８００（８１０〜９６０ＭＨｚ）が第１周波数帯ｆ１に、ＰＤＣ１５００（１４２９〜１５０１ＭＨｚ）が第２周波数帯ｆ２に設定されている。ここで、ＰＤＣ１５００の第２周波数帯ｆ２は、ＰＤＣ８００の第１周波数帯ｆ１のほぼ２倍弱（２倍よりも低い１．７倍）の周波数である。これは米国のＡＭＰＳとＰＣＳおよび欧州のＧＳＭとＤＣＳのごとく第１周波数帯ｆ１と第２周波数帯ｆ２が約２倍またはそれ以上の周波数の違いがあるのに比較して、第１周波数帯ｆ１と第２周波数帯ｆ２との周波数の差がかなり少ない。
【００１８】
図５に示す第２実施例で、図１に示す第１実施例と相違するところは、ポールアンテナ１０の基端１０ａと第２フィルタ回路１８の間に介装される整合回路３０の構成にある。図５に示す整合回路３０は、キャパシタンス素子Ｃｒとインダクタンス素子Ｌｒの並列回路で第１周波数帯ｆ１が並列共振して通過を阻止するトラップ回路３２とこれに直列接続されるインダクタンス素子Ｌおよびこれらとグランドとの間に生ずる浮遊容量Ｃｆとで形成される。なお、整合回路３０に、第１周波数帯ｆ１の通過を阻止するトラップ回路３２が含まれていれば上記回路構成に限られるものでない。
【００１９】
かかる構成にあっては、第１周波数帯ｆ１と第２周波数帯ｆ２の周波数差が少なくても、第１周波数帯ｆ１が第２フィルタ回路１８を含む信号経路を通過するようなことがなく、また第１周波数帯ｆ１に対して整合回路３０のインダクタンス素子Ｌ、Ｌｒが作用するようなことがない。そして、第２周波数帯ｆ２に対して、トラップ回路３２とインダクタンス素子Ｌおよび浮遊容量Ｃｆにより、ポールアンテナ１０および整合回路３０の全体で約３／４波長λ２のアンテナとして作用し、整合回路３０の他端３０ａでは小さなインピーダンスとなる。そこで、第１実施例と同様に、第１周波数帯ｆ１と第２周波数帯ｆ２に対してともに充分な利得が得られ、しかも水平方向に高い利得の放射モードが得られる。
【００２０】
なお、上記実施例の説明において、整合回路１６、３０に含まれる浮遊容量Ｃｆに換えて集中定数のキャパシタンス素子を適宜に接続しても良い。また、第１フィルタ回路１２と第２フィルタ回路１８の構成は、上記実施例に限られるものでもない。そして、第１実施例を日本のＰＤＣ８００とＰＤＣ１５００に適用しても良く、第２実施例を米国のＡＭＰＳとＰＣＳおよび欧州のＧＳＭとＤＣＳに適用しても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデュアルモードアンテナは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００２２】
請求項１ないし３記載のいずれのデュアルモードアンテナにあっても、１本のアンテナにより第１周波数帯とこれの約２倍の周波数の第２周波数帯の２つの周波数帯を送受信することができ、しかも水平方向に大きな利得の放射モードが得られ、２つの周波数帯が存在する携帯電話機のアンテナとして好適である。。
【００２３】
請求項４記載のデュアルモードアンテナにあっては、金属線材の筒状の編組線でポールアンテナを形成してその外径を太くするので、外径が太くても可撓性を備えることができ、ポールアンテナが破損されるようなことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデュアルモードアンテナの第１実施例の電気的構造図である。
【図２】図１のデュアルモードアンテナで第１周波数帯と第２周波数帯の電流分布を示す図である。
【図３】図１のデュアルモードアンテナを車のボディーに取り付けるようにした構造の縦断面図である。
【図４】第１実施例のデュアルモードアンテナを正面から水平方向に見た放射モードであり、（ａ）は８２０ＭＨｚを示し、（ｂ）は１８５０ＭＨｚを示す。
【図５】本発明の第２実施例のデュアルモードアンテナの第２実施例の電気的構造図である。
【符号の説明】
１０  ポールアンテナ
１０ａ  基端
１２  第１フィルタ回路
１４  アンテナ入出力端
１６、３０  整合回路
１８  第２フィルタ回路
３２  トラップ回路
ｆ１  第１周波数帯
ｆ２  第２周波数帯
λ１  第１周波数帯の波長
λ２  第２周波数帯の波長
Ｃｆ  浮遊容量
Ｃｒ  キャパシタンス素子
Ｌ、Ｌｒ  インダクタンス素子
【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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