JPH0812971B2 - 伸縮自在アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、トランシーバーに関し、特に、移動電話に
使用されるアンテナ装置に関する。

（従来技術） 一般的な移動電話は、アンテナ、送信機、受信機を具
備し、これらにより、可聴信号により変調された無線周
波数（ｒ−ｆ）搬送波信号と切替え信号とを適当な関連
ベース基地と通信する。

多くの移動電話において、送信機と受信機の両方は、
同時に動作状態にあり、一本のアンテナが送信用と受信
用に共用される。一般的には、このアンテナは、使用時
に伸長し、不使用時には格納される伸縮自在アンテナで
ある。この移動電話がベース基地から最大受信可能範囲
（またはその近傍）に位置するときは、移動電話の使用
者は、アンテナを伸ばして、入力呼びを逃さないように
する。ある使用者は、このために、アンテナを伸ばして
おくことを不便と感じ、それ故、時にはアンテナを延ば
さない（格納状態にしておく）。しかし、アンテナを格
納状態にしておくと、その受信可能範囲は、アンテナが
伸長状態の場合のそれの約1/3になってしまう。

移動電話の最大動作範囲が得られるのは、伸縮自在ア
ンテナが十分に伸び、この十分に伸びた状態のアンテナ
にマッチ（整調）する共鳴通信回路を具備したときであ
る。しかし、アンテナが格納されているときは、十分伸
びた状態のアンテナにマッチする共鳴通信回路は、格納
状態のアンテナにはマッチしない。従って、移動電話の
使用者は、共鳴通信回路に適切にマッチした非伸縮性の
アンテナを使用している者よりも、幾分動作範囲をが狭
い。

この非伸縮性のアンテナは、米国特許第4721962号に
開示されている。このアテナ装置には、移動電話のハウ
ジング内に送信用アンテナと受信用アンテナの両方を完
全に収納し、これにより、このハウジングからアンテナ
の部品が突出するのを防止している。この種のアンテナ
装置は、移動電話から突出した外部アンテナの必要性を
回避できるが、移動電話がベース基地と通信できる最大
範囲は制限される。放射または受信ｒ−ｆエネルギに有
効なアンテナ領域が縮小されるからである。

（発明の概要） 本発明によれば、格納状態にある伸縮自在アンテナ
に、受信または発信ｒ−ｆエネルギレベルを増加させ、
かつ伸長状態のアンテナに、増加した感度と発信ｒ−ｆ
エネルギの最大許容レベルを達成させる伸縮自在アンテ
ナを提供する。格納状態にあるアテナのｒ−ｆエネルギ
の増加は、例えば、突出したスライド部材が、アンテナ
が伸長状態から格納状態へ移動する際に、アンテナ回路
と接触し、電気的な変化を発生させることにより、得れ
る。まず、伝送用と送信用の共鳴信号を伸長状態のアン
テナに整調させ、このアンテナ回路は、これらの信号を
より短いアンテナにより効率よく共鳴させるように、ス
ライド部材による切替え動作により、整調される。

また、本発明によれば、伸縮自在アンテナを格納状態
にするのに応じて、関連送信機と関連受信機の両方のゲ
インを増加させる装置を提供する。アンテナが格納状態
にあると、受信機のゲインは、アンテナが伸長状態にあ
る時よりも大きいレベルに増加され、この増加したゲイ
ンは、より短いアンテナにより受信されるより小さい信
号レベルを補填する。同様に、アンテナが格納状態にあ
るときは、送信機からの出力は、アンテナが伸長状態に
あるときよりも高いレベルに増加され、より短いアンテ
ナからの放射効率の減少を補填する。

（実施例の説明） 第１図は、アンテナ装置を組込んだ本発明の移動電話
10を示すブロック図である。この移動電話10は、送信機
（TX）11と受信機（RX）12を有し、それぞれ、ベース基
地（図示せず）あるいは他の関連トランシーバーから信
号を送受信する。送信信号と受信信号は、デュプレクサ
13とアンテナ整調回路14を介してアンテナ15に結合され
る。デュプレクサ13は、送信機11と受信機12が同時にア
ンテナ15に信号を送信し、かつアンテナ15から信号を受
信するようにするが、送信機11の出力が受信機12の入力
と直接結合しないようにする。受信機12は、ベース基地
から送信された音声信号を復調し、これらの信号をスピ
ーカ16に接続する。送信機11は、マイクロフォン17から
入力スピーチ信号を受信し、それをベース基地へ送信す
る。このアンテナ整調回路14は、アンテナ15を特定のｒ
−ｆ周波数すなわち周波数バンドを共鳴させる選択反応
素子を具備し、この素子は、アンテナの位置すなわち伸
長状態か格納状態かにより、選択決定される。

次に、第２図において、デュプレクサ13とアンテナ15
の詳細とアンテナ整調回路14の具体例が示されている。
第2,3,4図には、アンテナ整調回路14が、格納状態にあ
るアンテナに共鳴する具体例が示される。伸縮自在のア
ンテナ15は、一般的に伸長状態では、格納状態の３−５
倍の長さを有する。この様なアンテナは、多くの場合、
伸長状態でも、その動作周波数において、1/4波長より
も一般的に短いのでその等価回路は、放射抵抗に直列に
小さなキャパシタンスを有している。そして、このキャ
パシタンスは、アンテナが格納状態にあると、減少す
る。電力を効率よくこれら２つの異なる負荷インピーダ
ンスに分配するために、アンテナキャパシタンスリアク
タンスは、動作周波数でアンテナ整調回路14により提供
される補償型反応素子により共鳴する。

第２図において、アンテナ15は、格納状態で図示さ
れ、アンテナ整調回路14内のインダクタンス素子21は、
デュプレクサ13とアンテナ15との間でｒ−ｆ信号を接続
する電気結合を提供する。アンテナが格納状態にある
と、突出した棒状導体部材22が、アンテナのベース29か
ら外部に伸長し、内側に偏向し対向起立している一対の
スプリング部材23,24に接触し、これらのスプリング部
材23,24がアンテナ15と接触する。キャパシタンス素子2
5は、アンテナ整調回路14内に整調反応素子として挿入
される。アンテナ15が伸長すると、棒状導体部材22は、
スプリング部材23,24との接触から解除され、アンテナ
整調回路14からキャパシタンス素子25が除かれ、伸長し
たアンテナの増加したキャパシタンスと相殺する。この
構成（伸長状態）では、アンテナ整調回路14の整調素子
は、アンテナ15との共鳴用に、インダクタス素子21のみ
を含む。

棒状導体部材22に加えて、このアンテナは、筒状連結
部材26,27,28を具備する。このアンテナ15を固定するた
めに、ベース29は、外部の最外部の筒状連結部材26に固
定される。ベース29には、アンテナ15をトランシーバの
ハウジングに載置するために溝がある。伸長状態では、
アンテナの各小径部は、次の大径部から突出し、その中
に、隣接表面の連結により提供されるストップ表面に当
たるまで、収納される。

次に、第３図には、伸長状態と格納状態の両方の状態
において、アンテナ15と効率よく共鳴する反応素子を提
供する別の構成が示されている。棒状導体部材22とスプ
リング部材23,24との相互動作は、第２図のそれと同一
なのでここでは触れない。この構成に採用されている反
応素子は、インダクタンス素子21で、完全伸長状態のア
ンテナ15と接続され、共振する。シャパシタンス素子31
は、インダクタンス素子21は並列で、格納状態のアンテ
ナと共鳴する。この構成に採用されているキャパシタン
ス素子31は、インダクタンス素子21と並列に接続され、
デュプレクサ13の出力に接続される。これにより、整調
回路網で、格納状態のアンテナのより小さいキャパシタ
ンスと共鳴させる。

第４図には、伸長状態と格納状態の両方の状態におい
て、アンテナ15と効率よく共鳴する反応素子を提供する
別の構成が示されている。この構成には、インダクタン
ス素子21、第２インダクタンス素子41、突出した棒状非
導体部材42、スプリング部材43、44が含まれる。これら
のスプリング部材43、44は、通常は互いに電気的に接触
している。棒状非導体部材42は、アンテナ15から外部に
伸び、スプリング部材43、44接触し、これらの部材間に
通常存在する電気的接触を遮断する。

その動作において、アンテナ15は、格納状態にある。
デュプレクサ13とアンテナ15の間の信号は、アンテナ整
調回路14の中のインダクタンス素子21、41を介して、こ
の格納状態にあるアンテナと共鳴するよう接続されてい
る。この信号パスは、棒状非導体部材42がスプリング部
材43と44の間に挿入された時（即ち、棒状非導体部材4
2、スプリング部材43,44の非導通パス）により達成され
る。アンテ15が伸長状態にあり、棒状非導体部材42が格
納されると、第２インダクタンス素子41は、スプリング
部材43,44を通過する別の信号パスによる整調回路か除
外される。

次に、第５図に、第１図の移動電話10のデュプレクサ
13として使用される回路図が示されている。このデュプ
レクサ13は、送信機と受信機がそれぞれ共通のアンテナ
に信号を送受信し、かつ送信機の出力は受信機の入力に
結合させないようにしている。

デュプレクサ13は、ｒ−ｆ信号を結合する３個のポー
トを有する。すなわち、アンテナポートと、アンテナに
より受信されたｒ−ｆ信号を受信機に接続する受信機ポ
ート（RX）、送信機からのｒ−ｆ信号を送信用アンテナ
に接続する送信機ポート（TX）である。

送信信号と受信信号の分離は、デュプレクサ13の送信
パスの受信パスに採用されている一連のフィルタ回路で
ある。送信回路において、第１フィルタ回路は、インダ
クタンス素子51とキャパシタンス素子52を含み、受信機
の動作周波数に整調した狭パスバンドフィルタとして機
能する。第２フィルタ回路は、インダクタス素子53とキ
ャパシタンス素子54を含み、受信機の動作周波数に整調
した狭ストップバンドフィルタとして機能する。

送信回路には、２個のフィルタ回路が採用される。送
信回路において、第１フィルタ回路は、インダクタンス
素子55とキャパシタンス素子56を含み、送信機の動作周
波数に整調した狭パスバンドフィルタとして機能する。
第２フィルタ回路は、イダクタンス素子57とキャパシタ
ンス素子58を含み、受信機の動作周波数に整調した狭ス
トップバンドフィルタとして機能する。この直列フィル
タ回路で、送信機と受信機は、同時に同一アンテナで動
作できる。このデュプレクサ13は、アンテナポートにイ
ンダクタンス素子51,53,55,57を介して直流電流（DC）
の接地も提供する。

第６図において、本発明の送信機と受信機のゲインを
変化させる回路を有するアンテナ装置が図示されてい
る。特に、この回路は、能動スイッチとこの能動スイッ
チに接続される受信機入力段と送信機出力段を有する。

一般的動作では、この回路の能動スイッチは、アンテ
ナを格納状態に押込むことにより、入る。次に、このス
イッチは、受信機のｒ−ｆ入力段のゲインをアンテナが
伸長状態にある時のレベル以上に増加させる。これは、
受信機の感度とダイナミック動作レンジとの間のある種
のバランスを提供する受信機の部品の設計を単純化す
る。事実、この構成を用いることにより、受信機のダイ
ナミック動作レンジの条件は、かなり低減される。かく
して、アンテナが格納状態にあると、より多くのゲイン
が自動的に受信機のｒ−ｆ入力段により提供され、より
短いアンテナにより提供されるより少ない信号レベルを
補償する。

アンテナが格納状態に押込まれると、能動スイッチ
は、送信機のｒ−ｆ出力段のゲインを、アンテナが伸長
状態の時のパワーレベル以上に増加させる。このパワー
レベルの増加は、より短いアンテナからの効率的放射の
減少分を補償するために、なされる。

第６図において、能動スイッチは、トランジスタ61,6
2とインダクタンス63とキャパシタ64と抵抗65,66,67を
有する。インダクタンス63は、棒状導体部材22がスプリ
ング部材23,24と接触したときに、アンテナ上のｒ−ｆ
エネルギがトランジスタ61または62のベースに到達する
のを阻止するｒ−ｆチョークとして機能する。キャパシ
タンス64は、これらのトランジスタのベースに到達する
好ましくない信号に対するガードとしてのバイパスキャ
パシタとして機能する。

アンテナが伸長状態にある時は、棒状導体部材22は、
スプリング部材23,34から隔離され、プルアップ抵抗65
は、トランジスタ61と62の両方のベースにＶ＋電力源の
電位にバイアスをかける。これにより、アンテナがこの
位置にあるとき、これらのトランジスタを整調から外
す。棒状導体部材22がスプリング部材23と２に接触して
いると、トランジスタ61,62は、この導電部材を介して
提供される接地電位に整調される。この接地電位は、棒
状導体部材22に、デュプレクサ13,アンテナ整調回路14
を介して提供される。

受信機の入力段は、受信機12の増幅を提供し、トラン
ジスタ増幅気71と抵抗72,73,74とキャパシタ75,76,77,7
8とインダクタンス79を有する関連素子を有する。動作
において、デュプレクサ13の受信機ポート（RX）からの
信号は、結合キャパシタ76を介してトランジスタ増幅機
71に接続される。キャパスタ75とインダクタンス79を含
む整調回路は、デュプレクサ13からの入力信号と共鳴す
る。キャパシタ78は、電力供給バイパスとして機能し、
整調回路の供給側が、ｒ−ｆ接地になるようにする。ト
ランジスタ増幅機71の動作電力は、トランジスタ増幅機
72を介する共鳴回路を介して供給される。トランジスタ
増幅機71の電流を制限するエミッタ抵抗は、抵抗73,74
により提供される。

ゲインを増加させるために、能動スイッチは、トラン
ジスタ増幅機71のエミッタ電流パスから抵抗74により提
供されるエミッタ抵抗をバイパスする。トランジスタ71
のゲインはコレクタ電流に比例するので、コレクタ電流
は、エミッタ電流にほぼ等しく、スイッチを入れ、すな
わち、トランジスタ61を整調し、それにより、抵抗74を
短絡し、コレクタ電流を増加させる。これにより、アン
テナが格納状態の時、必要なゲインを増加させる。増幅
機からの出力電流は、キャパスタ77を介して受信機12の
次の段（混合段）に接続される。

同様な構成がアンテナ格納状態の時に、送信機11から
の出力を増加させるのに使用される。連邦通信委員会
（FCC）の規則15は、移動電話の最大放射電場を出力源
から3mの距離で、10000mV/mと規定している。アンテナ
が格納状態にあるとき、アンテナに加えられる送信信号
の増加は、短いアンテナの放射効率の減少に起因する信
号強度の減少分を補填する。短いアンテナを駆動する大
きな信号は、放射電場強度をFCCで許可されたレベルに
戻す。

送信機出力段は、送信機11からの信号に電力増幅提供
し、トランジスタ電力増幅機81と、抵抗82,83とキャパ
スタ84,85,86とインダクタンス87とを有する関連素子を
有する。動作において、変調器（図示せず）からの信号
は、結合キャパシタ85を介して、パワーアンプに結合さ
れる。キャパシタ84とインダクタンス87は、トランジス
タ増幅機のコレクタ電流通路に整調回路を含む。キャパ
シタ86は、電力源バイパスとして機能し、整調回路の供
給側がｒ−ｆ接地にあるようにする。抵抗82,83は、コ
レクタ電流通路の電流を制限する。

ゲインを増加させるため、能動スイッチトランジスタ
62は、抵抗82により提供されるコレクタ抵抗をバイパス
する。トランジスタ電力増幅機81のゲインはコレクタ電
流に比例するので、スイッチを入れ、抵抗82を短絡し、
コレクタ電流を増加させる。これにより、アンテナが格
納状態時、必要いゲインを増加させる。この送信機出力
段からの出力電流は、キャパシタ88を介してデュプレク
サ13の送信ポート（TX）に接続される。

上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、こ
の技術分野の当業者であれば本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアンテナ装置を組み込んだ移動電話
のブロック図、 第２、３、４図は、第１図のアンテナ整調回路に使用さ
れる反応素子のアンテナ装置を示す図、 第５図は、本発明に使用されるデュプレクサカイロを示
す図、 第６図は、本発明の出力信号レベルを変化できる送信機
と受信機に使用されつ回路図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニス ピー．オーランド アメリカ合衆国，07728 ニュージャージ ィ フリーホールド，コーニグ レイン 68 (56)参考文献 特開 平１−101702（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−143307（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−83117（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも小径部（27、28）と大径部（2
   6）とを具備し、この小径部（27、28）は、アンテナが
   格納状態にある時は、大径部（26）内に配置され、アン
   テナが伸長状態にあるときは、大径部（26）から外部に
   突出する関係にある複数の円筒状連結部（26、27、28）
   を有する伸縮自在アンテナ（15）と、 前記円筒状連結部と電気的に接続され、アンテナが格納
   動態にある時のみ、前記大径部（26）が搭載されるベー
   ス（29）から内部に突出する棒状導体部材（22）と、 前記大径部（26）とデュプレクサ（13）との間に接続さ
   れるインダクタンス素子（21）と、 前記棒状導体部材（22）と電気的に接続可能な導電性ス
   プリング部材（23、24）と 前記導電性スプリング部材（23、24）と前記デュプレク
   サ（13）または大地との間に接続されるキャパシタンス
   素子（25、31）と、 からなり、 アンテナが格納状態にある時は、前記棒状導体部材（2
   2）と前記キャパシタンス素子（25,31）とは導電性スプ
   リング部材（23、24）を介して、接続され、 アンテナが伸張状態にある時は、前記棒状導体部材（2
   2）と前記キャパシタンス素子（25,31）とは電気的接続
   が解除される ことを特徴とする伸縮自在アンテナ装置。
2. 【請求項２】少なくとも小径部（27、28）と大径部（2
   6）とを具備し、この小径部（27、28）は、アンテナが
   格納状態にある時は、大径部（26）内に配置され、アン
   テナが伸長状態にあるときは、大径部（26）から外部に
   突出する関係にある複数の円筒状連結部（26、27、28）
   を有する伸縮自在アンテナ（15）と、 アンテナが格納状態にある時のみ、前記大径部（26）が
   取り付けられているベース（29）から内部に突出する棒
   状非導体部材（42）と、 前記大径部（26）とデュプレクサ（13）との間に直列接
   続される第１のインダクタンス素子（21）と第２のイン
   ダクタンス素子（41）と、 前記棒状非導体部材（42）に係合して電気的に断続する
   一対の導電性スプリング部材（43、44）と からなり、 前記一対の導電性スプリング部材（43、44）は、それぞ
   れ、前記第２のインダクタンス素子（41）の各端部に接
   続され、 アンテナが格納状態にある時は、前記棒状非導体部材
   （42）は、前記一対の導電性スプリング部材（43、44）
   を非導通状態にして、前記大径部（26）とデュプレクサ
   （13）との間に、第１のインダクタンス素子（21）と第
   ２のインダクタンス素子（41）とを介在させ、 アンテナが伸張状態にある時は、前記棒状非導体部材
   （42）は、前記一対の導電性スプリング部材（43、44）
   を導通状態にして、前記大径部（26）とデュプレクサ
   （13）との間に、第１のインダクタンス素子（21）のみ
   を介在させる ことを特徴とする伸縮自在アンテナ装置。