JP3564308B2 - アンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに係り、特に、ポータブル無線装置のアンテナに係るが、これに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
ポータブル無線装置のアンテナは、一般的に、小型でありながら良好な高周波伝播特性を有することが要求される。従来のロッド及び螺旋巻きロッドアンテナは、良好な放射伝播特性を有するが、一般的に比較的長く、例えば、１／４又は３／８波長の長さである。その結果、９００ＭＨｚの通常の無線電話波長では、ロッドアンテナがその供給部分を含めて６０ないし８５ｍｍの長さとなる。ポータブル無線装置、特に無線電話は、そのサイズが減少してきているために、アンテナのサイズを減少することが対応的に要求される。比較的体積の小さい典型的な形状は螺旋アンテナであり、これらは、無線電話に使用するものとして一般に採用されている。しかしながら、このような螺旋アンテナは、比較的狭帯域であり、これは、８００ＭＨｚ周波数帯域のシステムに対して約９３６ＭＨｚ及び８４７ＭＨｚを各々中心とするアップ及びダウンリンクを有する日本のパーソナルデジタルセルラー（ＰＤＣ）無線電話システムのような比較的広帯域巾の動作を必要とする無線電話ネットワークには適していない。
【０００３】
【発明の構成】
本発明は、公知技術の欠点の少なくとも幾つかに向けられ、狭い部分から広い部分へと延びる包絡体を有するテーパ付けされた波状形態に構成にされた導電性フィラメントを備えたポータブル無線装置用のアンテナであって、上記導電性フィラメントが、一般的に管状のアンテナを形成するように上記テーパ形状の長手方向に対して弧状に配置されたアンテナを提供する。
このアンテナは、狭い領域において高い電流密度で動作するようにされる。
アンテナのフィード点は、狭い部分の付近に配置される。
本発明の１つの実施形態の効果は、アンテナが、実質的に同じ周波数範囲で動作する同等の体積の従来の螺旋アンテナよりも広い帯域巾を有することである。従って、このような実施形態は、日本のＰＤＣ無線電話システムのような比較的広帯域のアンテナを必要とする用途に適している。更に、遠フィールド放射パターンは、従来のアンテナから得られるものと同様であり、しかも、小体積のアンテナから得られるものである。更に、アンテナの近フィールドは、従来のアンテナよりもアンテナ構造体に接近して配置される。
【０００４】
好ましい実施形態では、導電性フィラメントが絶縁部材によって支持される。これは、アンテナのための良好な機械的強度を与えると共に、使用中にアンテナに生じるダメージのおそれを低減する。
好ましくは、導電性フィラメントは、絶縁部材の表面に適合され、これは特に背の低いアンテナを形成する。更に、導電性フィラメントは、多数の既知のプロセス、例えば、プリント回路板の製造に使用される「印刷」、スパッタ及び真空技術を用いた付着、３Ｄ像転写、或いはプラスチックフィルム上に導電性フィラメントを製造して絶縁部材の周りに巻き付けるプロセスにより、絶縁部材の表面に配置することができる。プラスチックフィルムは、絶縁部材と同じ材料でもよい。プラスチックフィルムを絶縁部材の周りに巻き付けてプラスチックフィルムを例えば熱処理するといった適当な処理により、実質的に均一なアンテナ素子が形成される。このようなアンテナは、機械的に丈夫である。
【０００５】
導電性フィラメントは、銅−ニッケル−金の混合物から形成される。
絶縁部材は中空であって、比較的誘電率の高い材料を絶縁部材内に挿入できるのが適当である。これは、アンテナ放射の近フィールドが高誘電率材料の存在により導電性フィラメントに厳密に拘束されるという利点を有する。導電性フィラメントから絶縁部材の本体を通る方向への放射を防止するために、高周波吸収体や、反射板や、シールドを絶縁部材内に配置するのも任意である。
絶縁部材に挿入される材料の誘電率は、テーパ付けされた波状構成の広い部分に近い領域の方が狭い部分に近い領域よりも大きい。その結果、広い部分の領域のアンテナ放射近フィールドは、他の場合よりも、導電性フィラメントに厳密に拘束されることになる。
【０００６】
通常、アンテナは、１／４波長又は３／８波長の単極アンテナであり、これは本発明の実施形態にとって適当な構成である。
導電性フィラメントは、多数の仕方で波状にすることができ、例えば、うねりのある曲折線形状でもよいし、鋸歯形状でもよいし、又は城壁形状でもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の特定の実施形態を一例として詳細に説明する。
本発明の第１の実施形態により、図１は、プラスチックフィルムのようなキャリア媒体５に支持された薄い金属ストリップ１を示している。金属ストリップ１は、銅、ニッケル及び金の混合物である。この金属化層の厚みは、少なくとも、動作周波数に対する表皮貫通深さより大きくなければならない。金属ストリップ１は波状にされ、そして一連の「城壁体」２を形成する。城壁体の振幅は、包絡体３にわたって振幅がテーパ付けされるように金属ストリップ１の端に向かって増加する。最大の近フィールド（近傍界）放射強度は、参照番号４で示された点から発生することが予想される。プラスチックフィルム５に波状の金属ストリップ１を形成する方法は、印刷、真空蒸着、スパッタリング、３Ｄ像転写等のいかなる適当な方法でもよい。
【０００８】
図２ａを参照すれば、アンテナ９は、適当な絶縁材料で作られた円筒状コア６の周りにプラスチックフィルム５を巻き付けることにより形成される。絶縁材料は、プラスチックフィルム５が形成される材料と同様の又はそれと同一のプラスチック材料でよい。熱処理のような適当な処理により、円筒状コア６、プラスチックフィルム５及び波状の金属ストリップ１より成る実質的に均質な複合アンテナ９が形成される。円筒状コア６は、バイオネットコネクタ８の一部分を形成する止め部７を含む。このようなバイオネット接続は、アンテナ９を、例えば無線電話のハウジングにプッシュ嵌合できるようにする。更に、止め部と、無線電話のハウジングに配置される協働する取付部とを適当に構成することにより、ハウジングに対するアンテナの向きを制御することができる。これは無線電話の製造を容易にする。
【０００９】
図２ｂは、図２ａに示すアンテナ９からの放射の分布を示す。ピークの近フィールド強度は、図１及び２ａに番号４で示された領域から生じるように示されている。又、領域４は、アンテナ９の動作時に金属ストリップ１の他部分に比して比較的高い電流密度を有する金属ストリップ１の部分にも対応する。
金属ストリップ１の各波２の振幅及び円筒状コア６の曲率半径は、金属ストリップ１の領域４が円筒状コアの片側に配置されるような適当な大きさにされる。好ましくは、領域４は、円筒状コア６の表面上の弧であって、πラジアン以下のそして好ましくはπ／４ないし２π／３ラジアンの範囲内で延びる弧に限定される。
このような形状は、最大の電流密度を有する金属ストリップ１の領域４をアンテナ９の片側に保持できるようにする。従って、アンテナ９は、無線装置の使用時にピークの近フィールド強度領域が自由空間へ放射するように領域４が位置する状態で無線電話のようなポータブル無線装置に配置される。これは、無線装置の使用時にアンテナ９に比較的接近して配置された材料の離調作用を減少する。
【００１０】
金属ストリップ１の全長は、構成されるよう意図されたアンテナの特性により決定される。例えば、１／４波長の単極アンテナの場合には、金属ストリップ１の全長は、アンテナの有効誘電率に基づいて計算され、即ち実質的に自由空間にあるか又は誘電体が装填されるかに基づいて計算される。これは、代数的には、ｌ＝ｃ／（４ｆ√ε_ｏｆｆ ）で表すことができる。但し、ｌはアンテナの長さであり、ｃは真空中の光の速度であり、ｆはアンテナの中心周波数であり、ε_ｏｆｆ は有効誘電率である。しかしながら、金属ストリップは波状にされ、そして各波と波との間に結合があることは当業者に良く知られているので、隣接する波と波との間のギャップ（ピッチ）は、このような結合を防止するに充分なものでなければならず、例えば、ギャップは、少なくとも金属ストリップ１の巾でなければならない。波２の振幅及びピッチ、アンテナの所与の中心動作周波数に対する金属ストリップ１の全長、及び円筒状コアの直径は、アンテナがとるべき体積を考慮して試行錯誤により得られる。テーパ付けされた包絡体３も、これらのファクタを考慮するために決定される。以上の設計パラメータを銘記すれば、当業者は、所望の動作周波数及びアンテナ体積に対して適当な構成に到達し得るであろう。
【００１１】
半波長アンテナに適した波形状が図３に示されている。金属化パターン１０がプラスチックフィルム５に付着され、この例では、中心線１１に対して実質的に対称的である。ピーク放射領域即ち高電流密度領域は、参照番号１２で示されている。プラスチックフィルム５は、円筒状コア６の周りに形成され、波状金属ストリップ構成を用いた半波ダイポールアンテナが形成される。このアンテナは、図１、２及び４について述べたように組み立てられる。
図４ａは、中空円筒コア６に形成されたアンテナ９を示し、高誘電率低損失の材料１３を中空円筒状コアに挿入する準備がなされている。図４ｂは、高誘電率低損失の材料１３がアンテナ内に配置されたアンテナ９の断面図である。
【００１２】
金属ストリップ１は、多数の異なるパターンで波状にすることができる。図５ａは、うねりのある曲折線パターンを示し、図５ｂは、鋸歯パターンを示し、そして図５ｃは、城壁パターンを示し、これは本発明の種々の実施形態を説明するのに使用したものである。
図６は、約８００−９５０ＭＨｚの周波数レンジで使用するのに適した本発明による更に別の実施形態を示す。オフセットしたテーパ状の鋸歯パターンの金属ストリップ１がプラスチックフィルム５に支持される。フィルム５は、ポリエステル材料である。参照番号２２は、フィルム５を軸２６の周りで円筒へと巻くことにより形成されたアンテナのフィードとして適した金属化層を示す。一般に、フィード２２は、同軸フィードラインに接続され、これは、更に、トランシーバのＲＦ前端に接続される。このような構成を使用するアンテナは、図１、２及び４に関連して説明したように形成される。
【００１３】
鋸歯状パターンは、参照番号２４で示すように城壁体と実質的に置き換えることができ、この場合に、各城壁体の中心は、参照番号２０で示す各鋸歯のピークに対応する。
ここでの開示の範囲は、請求の範囲に述べた発明に係るか、本発明により向けられた問題のいずれか又は全てを軽減するかに関わりなく、明確に又は暗示的にここに述べた新規な特徴又は特徴の組合せ、或いはその一般化したものを包含するものとする。従って、本出願人は、本出願又はそこから派生する更に別の出願の継続中にこれらの特徴に対して新たな請求項を形成することを通告する。
以上の説明から、当業者であれば、本発明の範囲内で種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。例えば、波の形式は、添付図面を参照して上記したものに限定されず、いかなる適当な形式でもよい。更に、アンテナの断面は、円形である必要がなく、例えば、卵形、長方形又は正方形でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプラスチックフィルム上の金属化パターンを示す図である。
【図２ａ】円筒コアの周りに巻かれた図１のプラスチックフィルムを示す図である。
【図２ｂ】図２ａに示す形状に対する典型的な近フィールド強度分布を示す図である。
【図３】高誘電率、低損失の材料が内部に挿入される中空支持体をもつアンテナを示す図である。
【図４ａ】半波長アンテナに適した形状を示す図である。
【図４ｂ】半波長アンテナに適した形状を示す図である。
【図５ａ】導電性フィラメントのうねりのある曲折線形状を示す図である。
【図５ｂ】導電性フィラメントの鋸歯形状を示す図である。
【図５ｃ】導電性フィラメントの城壁形状を示す図である。
【図６】本発明による更に別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ 金属ストリップ
２ 城壁体（波）
３ 包絡体
５ キャリア媒体（プラスチックフィルム）
６ 円筒状コア
９ アンテナ
１０ 金属化パターン
１１ 中心線
１３ 高誘電率低損失の材料

Claims (11)

1. ポータブル無線装置用の管状アンテナにおいて、狭い部分から広い部分へと延びる包絡体を有するテーパ付けされた波状状態に構成された導電性フィラメントを備え、該導電性フィラメントは、上記管状アンテナの表面周囲に上記管状アンテナの長手方向にて弧状に配置され、上記狭い部分は上記管状アンテナの一端に向かって配置され、上記広い部分は上記管状アンテナの他端に向かって配置されていることを特徴とする管状アンテナ。
2. 上記アンテナの狭い部分において高い電流密度で動作される請求項１に記載のアンテナ。
3. アンテナのフィード点は、上記狭い部分に配置される請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. 上記導電性フィラメントは、絶縁部材により支持される請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ。
5. 上記導電性フィラメントは、絶縁部材の表面に配置される請求項４に記載のアンテナ。
6. 上記管状アンテナ内部の少なくとも一部は中空である請求項４又は５に記載のアンテナ。
7. 高い誘電率を有する材料が上記管状アンテナの中空内部に配置される請求項６に記載のアンテナ。
8. 上記アンテナは、１／４波長又は３／８波長の単極アンテナである請求項１ないし７のいずれかに記載のアンテナ。
9. 上記導電性フィラメントは、
   ｉ）曲折線形状、又は
   ii）鋸歯形状、又は
   iii)城壁形状
   を含む請求項１ないし８のいずれかに記載のアンテナ。
10. 隣接する波の間の間隔は、導電性フィラメントの巾と同じか若しくはそれより大きい請求項１ないし９のいずれかに記載のアンテナ。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載のアンテナを備えた無線電話。

Images