JP3973766B2

JP3973766B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3973766B2
Application number: JP20302498A
Authority: JP
Inventors: 秀一関根
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: US6147652A; JPH11154815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
携帯型の無線機などに利用される小型化されたアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯無線機の小型化、薄型化が進んでいる。携帯無線機はその名の通り、持ち運びを行うものであり、可搬性に優れていることが条件である。そのためには小型薄型であることは非常に重要な項目となる。
【０００３】
しかしながらこのように小型化を行うことによりアンテナ特性が劣化してしまうことがあり、特に逆Ｆ型アンテナのような内蔵アンテナではこれが顕著となる場合がある。図１１は従来の小型の接地導体板上に線状逆F 型アンテナを配置したアンテナ装置である。線状逆F 型アンテナ１１０１は、接地導体板１１０２に短絡線１１０３および給電線１１０４にて接続されている。ここでは動作周波数８００ＭＨｚの携帯無線機を一例としている。また、無線機を簡易化して表現するため接地導体板だけとし、接地導体板の長手方向長さL を所定の動作周波数の１／４波長の長さとした。
【０００４】
図１２は図１１に示す線状逆F アンテナ１１０１の放射効率を示すグラフである。横軸に図１１に示す接地導体板１１０２の長手方向の長さL を示す。このグラフからわかる通り、接地導体板長手方向長さが１／４波長以下になると効率は−３ｄＢ以下となっている。これはアンテナ１１０１に給電された電力の約半分が、アンテナ１１０１上で損失となってしまっていることを示している。このように線状逆Ｆ型アンテナのような小形アンテナでは、接地導体板としての接地導体板の小型化により、非常に大きな劣化が生じる場合があるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、携帯無線機において小型化が進むと、アンテナの特性が劣化する場合があるという問題点があった。特に、１／４波長程度の接地導体板にとりつけられた逆Ｆ型アンテナでは劣化の度合いが大きく、安定した通信に支障を来たしてしまうといった問題点があった。
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、長手方向の２辺の長さが所定の動作周波数の波長の略１／４である長方形の板状の導電性部材からなる接地導体板と、前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直な２辺の少なくとも一辺の近傍に配設された短絡点と、前記短絡点にて一端を前記接地導体板に接続した第１の線状素子と、前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直な２辺の少なくとも一辺の近傍に配設された給電点と、前記給電点にて一端を前記接地導体板に接続した第２の線状素子と、一端を前記第１の線状素子に接続し、前記給電点から他端までの長さが前記波長の略１／４となるよう前記第２の線状素子に接続し、前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直に配設された第３の線状素子とを具備し、前記第３の線状素子は、前記他端側で第１の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第１の折り曲げ部よりも他端側の第２の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられており、前記短絡点と前記給電点とを結ぶ直線が、前記接地導体板の長手方向の２辺と略垂直であることを特徴とする。
【０００７】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記給電点及び前記短絡点は前記接地導体板の頂点近傍に配置されたことを特徴とする。
【０００８】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第２の折り曲げ部にて折り曲げられた前記第３の線状素子の他端は前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直であることを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第３の線状素子は前記接地導体板の長手方向の２辺に略平行であることを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第３の線状素子は前記接地導体板側に折り曲げられていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明のアンテナ装置は、長手方向の２辺の長さが所定の動作周波数の波長の略１／４である長方形の板状の導電性部材からなる接地導体板と、前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直な２辺の少なくとも一辺の近傍に配設された給電点と、前記給電点にて一端を前記接地導体板に接続した第１の線状素子と、一端を前記第１の線状素子に接続し、前記給電点から他端までの長さが前記波長の略１／４であり、前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直に配設された第２の線状素子とを具備し、前記第２の線状素子は、前記他端側で第１の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第１の折り曲げ部よりも他端側の第２の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられていることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記給電点は、前記接地導体板の頂点近傍に配置されたことを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第２の折り曲げ部にて折り曲げられた前記第３の線状素子の他端は前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直であることを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第２の線状素子は前記接地導体板の長手方向の２辺に略平行であることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第２の線状素子は前記接地導体板側に折り曲げられていることを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第２の線状素子又は第３の線状素子は、前記他端側で第１の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第１の折り曲げ部よりも他端側の第２の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第２の折り曲げ部よりも他端側の第３の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられていることを特徴とする。
さらに本発明のアンテナ装置において、前記第２の線状素子又は第３の線状素子は、U 字型または、J 字型であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例に係わるアンテナ装置の構成を示す構成図である。図中１０１はアンテナ、１０２は接地導体板である。アンテナ１０１は、短絡線１０１a 、給電線１０１b を介して接地導体板１０２の端部に、接地導体板１０２の長手方向の２辺と垂直となるよう取り付けられている。アンテナ１０１は、接地導体板上におさまるように折り曲げている。
【００１８】
図２は図１を元にして構成した無線機アンテナモデルを用いて、測定を行った結果をグラフ化したものである。グラフは、縦軸にアンテナの放射効率を、横軸に接地導体板の長さを取っている。このグラフでは、比較のために、アンテナ配置を従来のものとしたときのアンテナの放射効率も同時に示している。グラフからわかるとおり、今回提案のアンテナの配置方式では、接地導体板の長さによらず、アンテナの利得が一定となっている。特に１／４波長のところでは、従来の方法にくらべ２ｄＢ程度性能改善が行われている。
【００１９】
このように、アンテナの配置方法をかえることによって特性が改善される理由は以下のように説明される。基板上に配置された線状逆Ｆアンテナでは、アンテナが低姿勢化するため、アンテナ自体から放射する電磁波の量に比べて、基板上からの放射量が大きくなる。
【００２０】
図３は、これを説明するために、基板ならびにアンテナ上の電流を模式的に表したものである。線状逆Ｆアンテナ自体からの放射は、基板に対して垂直となる部分の電流Ｆからの放射のみである。線状逆Ｆアンテナ上には、基板と平行となる部分にも電流Ｇが分布しているが、この部分は、アンテナから基板上にもれ込んだ電流Ａにより放射が打ち消されてしまうため、放射にはほとんど寄与しない。電流Ｇと電流Ａは向きが逆なのでG とA による放射界は互いに打ち消しあうのである。
【００２１】
基板上から放射される電磁波は、アンテナから基板上に流れ込んだ高周波電流より放射されたものである。基板上からは、ほとんどが基板の端（周囲）の部分の電流Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅから放射が行われる。高周波電流は、基板の端により多く分布するという特性を有しているのである。またここで放射への寄与は、ＤとＢの部分からが多く、ＣとＥは少ない。Ｃ、Ｅは長さが短いためである。
【００２２】
以上のように、アンテナ自体からの放射は、F の部分からのみ生じる。この部分の放射抵抗は、アンテナの高さが、50分の１波長（波長は、アンテナの使用周波数に対応）とすれば、そこからの放射抵抗は概算で６００ミリオームである。一方、基板上からは、B 、C 、D 、F から放射される。ここからの放射は、基板長が半波長の長さのとき、３０００ミリオームと概算される。従ってこのような場合、放射はアンテナからよりも基板からの量が多くなっていることはあきらかである。
【００２３】
ここで基板が短くなった場合を考える。上記のモデルにおいて基板長が四分の一波長となった場合のときの放射抵抗を概算すると、アンテナからの放射抵抗は、６００ミリオームと同じである。一方、基板からの放射抵抗は１０００ミリオームとなり、基板が半波長のときの値の3 分の１になる。
【００２４】
図４は基板が四分の一波長の場合の電流分布を模式的に示したものである。基板が短い場合と長い場合を比較すると、短い場合の方では、電流Ｂの全部と電流Ｄの半分がなくなってしまっており、放射に寄与する電流分布が少なくなってしまっているのがわかる。このようにして基板が短くなると、電磁波の放射量が減少し、アンテナの性能が低下してしまう。
【００２５】
本提案のアンテナ配置の場合を説明する。図５は、本提案のアンテナの電流分布の模式図である。この場合、比較的大きな電流分布であるＡとＤが残り、この部分が放射に十分寄与することになる。従って、図４のように従来のようにアンテナ配置をした場合にくらべ、基板からの放射量が増加し、結果的にアンテナ放射特性が改善されるのである。本発明のときの基板からの放射抵抗を計算すると、基板長が四分の一波長のとき３０００ミリオームとなっており、エレメントを基板の長手方向に配置した場合に比べて、3 倍の値となる。
【００２６】
なお、図１に示す逆F 型アンテナ装置ではアンテナ１０１の線状素子の端部の折り曲げ部を垂直に折り曲げているが、本願発明はこれに限定するものではない。さらに端部の折り曲げる方向を接地導体板の他端側としているが、接地導体板の上に収まるような方向であれば折り曲げる方向を限定するものではない。
【００２７】
図６から図１０は、図１に示したアンテナ装置の実施例の変形例である。これらの実施例は全て図１のアンテナ装置とほぼ同等の効果を得ることができる。
図６は、図１のモデルにおいて、給電線１０１ｂだけを残して、短絡線１０１ａを取り除いたアンテナ装置である。このアンテナは逆Ｌ型アンテナと呼ばれており、逆F 型アンテナの原形となったものである。図１の逆Ｆ型アンテナにおいて、短絡線１０１ａは整合回路の役割を果たしている。図６の逆Ｌ型アンテナでは、この整合回路がないため、アンテナと給電線の整合が劣化する。図６の逆Ｌ型アンテナの場合、アンテナの給電点と給電線の間に図示しない整合回路を設けることによって整合をとることが可能である。
図７と図８は、アンテナを図１に示す実施例のアンテナ１０１とは異なる方向に曲げた実施例である。図７のアンテナ装置は、アンテナエレメントを基板７０２がある方向とは逆方向に向けて折り曲げて構成した例である。図８のアンテナ装置は、アンテナエレメントの先端部分が基板８０２に近づくような方向に折り曲げたものである。これらのアンテナは、コの字型にエレメントを曲げている。この部分の働きを図７において説明する。このコの字の平行となる２辺７０１ｃと７０１ｅ、常に、基板７０２の長手方向と垂直となるように配置されている。この条件が満たされていれば、本発明のアンテナは、どのような方向に曲げてもその効果は減少することはない。つまり、この条件下では、アンテナエレメント７０１ｃと７０１ｅの電流は、基板上に分布する基板の長手方向向きの電流を打ち消さない。従って７０１ｃと７０１ｅによる利得の劣化はない。なぜなら主な放射源となる基板上の長手方向の電流は減らないからである。またアンテナエレメント７０１ｄの部分は、図１に示した実施例においては、わずかながら基板１０２上の電流を打ち消すものの、その量は従来のアンテナ装置に比べればわずかであり、図７及び図８に示した実施例の場合では、図１の場合に比べて、基板上の電流を打ち消す量は小さなものとなる。しかしながら、この７０１ｂの部分が長くなる場合、それによって、基板７０２上の電流が打ち消されることになる。したがって７０１ｄの部分が十分短い場合、たとえば、２０分の１波長以下の長さであれば、７０１ｄのの影響は無視できる。
図９では、逆Ｆ型アンテナ９０１のアンテナエレメント部分をコイル状にすることによってアンテナエレメント部分の短縮化を図ったものである。折り曲げる方法に比べて、アンテナの動作周波数帯が狭くなってしまうという欠点があるが、基板上の長手方向の電流を打ち消す性質が減少するため、その分放射効率の劣化が小さいという長所をもつ。
図１０は、図１の実施例において、アンテナ素子１０１をさらにもう一度曲げることによって、アンテナを基板１０２の頂点部分に配置した場合の実施例である。このようにすることによって、図５においてＥで表示される電流を打ち消す働きをしていたＧの部分が移動するので、Ｅの部分からの放射が発生する。結果として基板１０２上からの放射量が増加し、放射効率の上昇が生じる。
【００２８】
【発明の効果】
これまで述べてきたように、線状逆Ｆ型アンテナを用いたアンテナ装置では、接地導体板の大きさが小さくなると性能が劣化し、特に長手方向が１／４波長になるとアンテナの放射特性が大きく劣化するといった問題があった。しかしながら本発明で提案するように、逆Ｆ型アンテナ及び逆Ｌ型アンテナを接地導体板の長手方向と直交するように配置することによって、上記のようなアンテナ特性の劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施の形態を示すアンテナ装置の構成図。
【図２】本願発明の一実施の形態を示すアンテナ装置の特性を示すグラフ図。
【図３】本願発明の一実施の形態を説明するための説明図。
【図４】本願発明の一実施の形態を説明するための説明図。
【図５】本願発明の一実施の形態を説明するための説明図。
【図６】本願発明の他の一実施の形態を説明するための説明図。
【図７】本願発明の他の一実施の形態を説明するための説明図。
【図８】本願発明の他の一実施の形態を説明するための説明図。
【図９】本願発明の他の一実施の形態を説明するための説明図。
【図１０】本願発明の他の一実施の形態を説明するための説明図。
【図１１】従来のアンテナ装置の構成図。
【図１２】従来のアンテナ装置の特性を示すグラフ図。
【符合の説明】
１０１・・・線状逆F 型アンテナ
１０２・・・接地導体板

Claims

長手方向の２辺の長さが所定の動作周波数の波長の略１／４である長方形の板状の導電性部材からなる接地導体板と、
前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直な２辺の少なくとも１辺の近傍に配設された短絡点と、
前記短絡点にて一端を前記接地導体板に接続した第１の線状素子と、
前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直な２辺の少なくとも一辺の近傍に配設された給電点と、
前記給電点にて一端を前記接地導体板に接続した第２の線状素子と、
一端を前記第１の線状素子に接続詞、前記給電点から他端までの長さが前記波長の略１／４となるよう前記第２の線状素子に接続し、前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直に配設された第３の線状素子とを具備し、
前記第３の線状素子は、前記他端側で第１の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第１の折り曲げ部よりも他端側の第２の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられており、
前記短絡点と前記給電点とを結ぶ直線が、前記接地導体板の長手方向の２辺と略垂直であることを特徴とするアンテナ装置。
前記給電点及び前記短絡点は、前記設置導体板の頂点近傍に配置されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第２の折り曲げ部にて折り曲げられた前記第３の線状素子の他端は、前記設置導体板の長手方向の２辺に略垂直であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載のアンテナ装置。
前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第３の線状素子は前記接地導体板の長手方向の２辺に略平行であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のアンテナ装置。
前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第３の線状素子は前記接地導体板側に折り曲げられていることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
長手方向の２辺の長さが所定の動作周波数の波長の略１／４である長方形の板状の導電性部材からなる接地導体板と、
前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直な２辺の少なくとも一辺の近傍に配設された給電点と、
前記給電点にて一端を前記接地導体板に接続した第１の線状素子と、
一端を前記第１の線状素子に接続詞、前記給電点から他端までの長さが前記波長の略１／４であり、前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直に配設された第２の線状素子とを具備し、
前記第２の線状素子は、前記他端側で第１の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第１の折り曲げ部よりも他端側の第２の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられていることを特徴とするアンテナ装置。
前記給電点は、前記接地導体板の頂点近傍に配置されたことを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。
前記第２の折り曲げ部にて折り曲げられた前記第２の線状素子の他端は前記接地導体板の長手方向の２辺に略垂直であることを特徴とする請求項６及び請求項７記載のアンテナ装置。
前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第２の線状素子は前記接地導体板の長手方向の２辺に略平行であることを特徴とする請求項６乃至請求項８記載のアンテナ装置
前記第１の折り曲げ部から前記第２の折り曲げ部間の前記第２の線状素子は前記接地導体板側に折り曲げられていることを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
前記第３の線状素子は、前記他端側で第１の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第１の折り曲げ部よりも他端側の第２の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第２の折り曲げ部よりも他端側の第３の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられていることを特徴とする請求項１及び請求項２記載のアンテナ装置。
前記第２の線状素子は、前記他端側で第１の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第１の折り曲げ部よりも他端側の第２の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられ、かつ前記第２の折り曲げ部よりも他端側の第３の折り曲げ部にて略直角に折り曲げられていることを特徴とする請求項６及び請求項７記載のアンテナ装置。
前記第３の線状素子は、U字型または、J字型であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第２の線状素子は、U字型または、J字型であることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。