JP3523670B2 - 携帯電話機用の挿脱自在形広帯域アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、携帯電話機に取付けら
れ、呼出し信号に対する着呼および相手との通話のため
の極超短波の送受信が可能な、所謂ハンドヘルドタイプ
の携帯電話機用の挿脱自在形広帯域アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のアンテナとして、例えば
ホイップアンテナからなる外部アンテナを、携帯電話機
ハウジングに対して挿脱自在に取付けると共に、上記ハ
ウジングの内部に呼出し信号に呼応する為の着呼用内部
アンテナを装着し、これら外部アンテナと内部アンテナ
とを、外部アンテナの挿脱操作に関連して切換え動作さ
せるようにしたものがある。

【０００３】上記アンテナは、携帯電話機ハウジングの
内部に着呼用内部アンテナを内蔵する構成をとっている
ため、ハウジングとして比較的大きな内容積を有するも
のを必要とする。ハウジングの大型化は、携帯電話機に
とって必須な事項として強く望まれている小型・軽量化
に逆行するものであるため、できる限り回避することが
好ましい。

【０００４】そこで所定の電気長を有する単一アンテナ
素子を用いた携帯電話機用の挿脱自在形アンテナが提案
されている。この提案されたアンテナによれば、構成の
単純化は図れるものの、次のような問題があった。すな
わち、一般にアンテナの大きさはその利得の大きさ，帯
域の広さに正比例し、適用周波数の値に逆比例する。し
たがって上記アンテナの大きさを、携帯電話機で使用さ
れる所定の極超短波の周波数に適合する大きさに設定す
ると、アンテナ全体が短小化されたものとなるが、その
分だけ帯域は狭くなり、利得は低下する。

【０００５】しかるに最近の移動無線電話システムで使
用される周波数帯域は、ますます広帯域化の傾向にあ
る。例えば、ＪＤＣ（日本ディジタル自動車電話）方式
では、９００ＭＨz 帯においてその周波数の約２０％程
度の帯域が必要とされている。

【０００６】帯域の広帯域化を計る手段として、例えば
特願平０２ー１７０９９６号（特開平０４ー０５８６０
３号公報）に開示されている二重同調方式を用いた広帯
域化手段が知られている。上記手段によれば広帯域化は
ある程度はかられるが、利得に着目してみると、帯域の
両端近傍において顕著な利得の低下がみられる。しかる
に通常の場合、送受信チャンネルは帯域の両端近傍に設
けられる為、上記のような帯域両端の利得低下は是非と
も改善をはかる必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した如く、従来の
アンテナのうち着呼用アンテナをハウジング内に収容す
る構成のアンテナでは、大きな内容積を有するハウジン
グを必要とし、携帯電話機の小型・軽量化を阻害するお
それがある。さらにハウジング内臓型の着呼用アンテナ
は一般に感度が悪いため、呼び出し信号を確実に受信で
きないおそれがある。しかも構成は比較的複雑であり、
安価に製作し難いという問題もある。

【０００８】他方、所定電気長の単一アンテナ素子から
なる従来のアンテナでは、構成は単純化されるものの、
アンテナ素子を携帯用電話機で使用される極超短波の周
波数に適合する大きさにすると、その使用周波数の帯域
全域に亘っての良好なＶＳＷＲ特性が得られない。二重
同調方式等の高帯域化手段を講じれば、インピーダンス
特性上は広帯域化を図れるが、実使用上、送受信チャン
ネルが設けられる帯域の両端近傍における利得の低下が
大きく、高感度な送受信を行なえないという問題があっ
た。

【０００９】本発明の目的は、構成が簡単で製作が容易
であり、携帯電話機の小型・軽量化を阻害するおそれが
なく、アンテナ素子を携帯用電話機で使用される極超短
波の周波数に適合する大きさに形成した場合でも、その
使用周波数の２０％程度の広い帯域に亘り良好なＶＳＷ
Ｒ特性を呈し、しかも送受信チャンネルが設けられる帯
域の両端近傍における利得が十分大きく、高感度な送受
信を行ない得る上、適確な着呼機能を有する携帯電話機
用の挿脱自在形広帯域アンテナを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の携帯電話機用の挿脱自在形広
帯域アンテナは下記のような特徴ある構成を有してい
る。 (1)本発明の携帯電話機用の挿脱自在形広帯域アンテナ
は、使用周波数帯域の低域において共振する直線状の第
１アンテナ素子と、この第１アンテナ素子の先端に高周
波的結合手段を介して結合され、前記使用周波数帯域の
高域において共振する直線状の第２アンテナ素子と、こ
の第２アンテナ素子の先端側領域に形成された着呼用の
第３アンテナ素子と、を具備し、前記第１アンテナ素子
は、使用周波数帯域の低域側の中心周波数における波長
をλ L としたとき３λ L ／８の電気長を有し、整合器を
用いて広帯域特性をもたせた非接地形アンテナ素子から
なり、前記第２アンテナ素子は、使用周波数帯域の高域
側の中心周波数における波長をλ H としたときλ H ／２
の電気長を有するアンテナ素子からなる、ことを特徴と
している。

【００１１】(2) 上記第１アンテナ素子および第２アン
テナ素子は、ヘリカルコイルを主体とする短縮化アンテ
ナ素子からなるものとした。(3) 上記第３アンテナ素子は、第２アンテナ素子の基端
側領域が携帯電話機ハウジングの内部に収納されたと
き、非収納状態を呈する上記第２アンテナ素子の先端側
領域が着呼用アンテナ素子として働くように、上記先端
側領域の付根部分に導電性の接触子を有するものとし
た。

【００１２】

【００１３】

【作用】上記手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。 (a) ハウジングに対して挿脱自在に設けられた単一の直
線状をなすアンテナ素子を主体として構成されるもので
あるから、その構成はシンプルであり製作が容易である
上、ハウジングの内容積を格別に増大させるおそれがな
い為、携帯電話機の小型・軽量化を阻害するおそれがな
い。

【００１４】(b) 携帯電話機の使用時においては、ハウ
ジングの外方へ突出した第１アンテナ素子と、その先端
に例えば静電容量，電磁誘導などの高周波的結合手段を
介して結合された第２アンテナ素子とが共働することに
なる。その結果、第１アンテナ素子のＶＳＷＲ特性と第
２アンテナ素子のＶＳＷＲ特性とが合成され、極めて広
い周波数帯域に亘り良好なＶＳＷＲ特性を呈するものと
なる。

【００１５】(c) しかも送信チャンネルおよび受信チャ
ンネルが設けられる帯域の両端近傍における利得が大幅
に改善され、高感度な送受信を行なえるものとなる。 (d) 第１アンテナ素子および第２アンテナ素子を、ハウ
ジングの内方へ挿入すると、第１アンテナ素子は完全に
収納状態となるが、第２アンテナ素子の先端側領域のみ
が、ハウジングの内部に挿入されずに非収納状態のまま
となる。このとき第２アンテナ素子の中間部に設けてあ
る接触子が、例えばハウジング内に設けてある導電部材
に接触し、先端側領域の付根部分が整合器の出力端子に
接続された状態となる。したがってハウジング外部に突
出した状態を呈している第２アンテナ素子の先端側領域
すなわち第３アンテナ素子が着呼用アンテナ素子として
働くことになる。かくして呼び出し信号の受信を確実に
行なえるものとなる。

【００１６】

【実施例】図１の（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例に
係る携帯電話機用の挿脱自在形アンテナが、携帯電話機
ハウジングの外部へ引出された状態を、一部破断して示
す斜視図であり、（ａ）は全体的な構成を示す図、
（ｂ）は（ａ）の要部を拡大して示す図である。

【００１７】図２は同実施例に係る携帯電話機用の挿脱
自在形アンテナが、携帯電話機ハウジングの内部へ収納
された状態を、一部破断して示す斜視図である。図１お
よび図２において、１００は携帯電話機用の挿脱自在形
アンテナを示しており、２００は携帯電話機ハウジング
を示している。

【００１８】携帯電話機用の挿脱自在形アンテナ１００
は、使用周波数帯域の低域において共振する直線状の第
１アンテナ素子１１０と、この第１アンテナ素子１１０
の先端に結合され前記使用周波数帯域の高域において共
振する直線状の第２アンテナ素子１２０と、この第２ア
ンテナ素子１２０の先端側領域の一部を用いて形成され
た着呼用の第３アンテナ素子１３０とからなっている。

【００１９】第１アンテナ素子１１０と、第２アンテナ
素子１２０の中間部より基端側の領域とは、可撓性を有
する単一の絶縁棒ＩＲに対し、第１のヘリカルコイル１
１１および第２のヘリカルコイル１２１をギャップＧだ
け離間してそれぞれ巻回し、その外周を絶縁チューブＩ
Ｔで被覆した短縮化アンテナ素子となっている。また第
３アンテナ素子１３０も、絶縁棒ＩＲ′にヘリカルコイ
ル１３１を巻回し、その外周を軟質の樹脂あるいはゴム
等の絶縁部材ＩＭで被包した短縮化アンテナ素子となっ
ている。

【００２０】第１アンテナ素子１１０の基端部には、抜
け止め用ストッパーを兼ねたフランジ付き導電筒体１４
０が取り付けられている。また第３アンテナ素子１３０
の付根部分には導電体からなる接触子１５０が設けられ
ている。

【００２１】第１ヘリカルコイル１１１の基端は、フラ
ンジ付き導電筒体１４０に接続されており、第１ヘリカ
ルコイル１１１の先端は開放されている。この開放され
ている先端に対し、前記ギャップＧを隔てて対向してい
る第２ヘリカルコイル１２１の基端は開放されており、
第２ヘリカルコイル１２１の先端は前記接触子１５０に
接続されている。第３アンテナ素子１３０のヘリカルコ
イル１３１の基端は接触子１５０に接続されており、先
端は開放されている。

【００２２】かくして第１アンテナ素子１１０と第２ア
ンテナ素子１２０とは、高周波的結合手段としての前記
ギャップＧからなる静電容量１６０を介して直列的に結
合されている。また第３アンテナ素子１３０は、第２ア
ンテナ素子１２０の基端側領域が携帯電話機ハウジング
２００の内部に収納されたとき、非収納状態を呈する上
記第２アンテナ素子１２０の先端側領域が着呼用アンテ
ナ素子として働くように、上記先端側領域の付根部分に
給電部として機能する接触子１５０を設けたものとなっ
ている。

【００２３】第１アンテナ素子１１０は、広帯域特性を
持たせ且つ非接地化をはかるべく使用周波数帯域の低域
側の中心周波数に対する波長をλL としたとき、３λL
／８の電気長を有している。なお後述する整合器１８０
を併用してさらに広帯域特性をもたせた非接地形アンテ
ナ素子を実現している。また第１アンテナ素子１１０に
静電結合している第２アンテナ素子１２０は、使用周波
数帯域の高域側の中心周波数に対する波長をλH とした
とき、λH ／２の電気長を有するアンテナ素子である。
更に第２アンテナ素子１３０は、ヘリカルコイル１３１
の頂部開放端から接触子１５０までの長さが、略λH ／
４〜３λH ／８の電気長となるように設定されている。

【００２４】第１アンテナ素子１１０と第２アンテナ素
子１２０の基端側領域とは、ハウジング２００の内部へ
収納可能となっている。すなわちハウジング２００のケ
ース２０１の上側壁のアンテナ挿脱口には環状導電部材
２０２が埋設されている。この環状導電部材２０２には
アンテナ素子を摺動自在に保持するための導電性の摺動
保持筒１７０の外周部が螺合されている。

【００２５】摺動保持筒１７０は、その先端部（図中下
端部）に、先端が軸心方向へ偏位したばね部１７１を有
している。かくして摺動保持筒１７０は、前記抜け止め
用ストッパーを兼ねたフランジ付き導電筒体１４０，絶
縁チューブＩＴ，接触子１５０の部分を摺動自在に、か
つ挿脱操作した位置にアンテナ素子を安定に保持する如
く働く。すなわち第１アンテナ素子１１０，第２アンテ
ナ素子１２０がハウジング２００の外へ引き出されたと
きは、図１の（ｂ）に示すようにフランジ付き導電筒体
１４０と接触導通し、かつ引き出し状態を安定に保持す
るものとなっている。また第１アンテナ素子１１０，第
２アンテナ素子１２０がハウジング２００の中へ収納さ
れたときには、図２に示すように接触子１５０と接触導
通し、かつ収納状態を安定に保持するものとなってい
る。

【００２６】ケース２０１の円環状導電部材２０２が設
置されている位置の図中下方位置には、アンテナ素子収
納用の絶縁チューブ２０３が配設されている。この絶縁
チューブ２０３は、取付け用固定金具２０４によって後
述するシールドケース２０５の側面に固定されている。
取付け用固定金具２０４は、シールドケース２０５に対
して接地されるものであり、その取付け位置は、環状導
電部材２０２の近傍のインピーダンスが非常に高くなる
ように（理想的には無限大となるように）、環状導電部
材２０２から所定電気長だけ離間した位置に設定されて
いる。

【００２７】かくして収納時においては、後述するイン
ピーダンス整合器１８０の入力端子から見たインピーダ
ンス特性が、λH ／４〜３λH ／２の電気長を有する前
記ヘリカルコイル１３１に適合した特性となり、着呼用
の第３アンテナ素子１３０としての機能を発揮させるも
のとなる。

【００２８】ハウジング２００は、ケース１０１の内部
にシールドケース２０５で覆った携帯電話機の電気回路
が収容されている。シールドケース２０５の頂部には、
例えばプリント配線板を用いて形成したインピーダンス
整合器１８０が載置固定されている。このインピーダン
ス整合器１８０の入力端子１８１は、前記電話機回路に
おける送受信回路と接続されている同軸線路２１０に接
続されている。また上記整合器１８０の出力端子１８２
は、導線１８３によって前記ケース２０１に埋設されて
いる環状導電部材２０２に接続されている。

【００２９】かくして上記インピーダンス整合器１８０
は、第１アンテナ素子１１０の給電点である導電筒体１
４０または第３アンテナ素子１３０の給電点である接触
子１５０と接続され、整合器入力端から見たインピーダ
ンス特性を第１アンテナ素子１１０が使用周波数帯域の
低域側で最良となり、第２アンテナ素子１２０が静電容
量結合した状態では、使用周波数帯域の高域側で最良と
なり、総合インピーダンス特性を超広帯域特性となす如
く働く。

【００３０】次に上記の如く構成された本実施例のアン
テナの作用を、図３以下を適時参照しながら説明する。 (a) ハウジング２００に対して挿脱自在に設けられた単
一の直線状をなすアンテナ素子１００を主体として構成
されるものであるから、その構成はシンプルであり製作
が容易である。そして、着呼用アンテナ素子をハウジン
グ内部に収容するものではないので、ハウジング２００
の内容積を格別に増大させるおそれがない。この為、携
帯電話機の小型・軽量化を阻害するおそれがない。

【００３１】(b) 携帯電話機の使用時においては、ハウ
ジング２００の外方へ突出した第１アンテナ素子１１０
と、その先端に静電容量１６０による高周波的結合手段
を介して結合された第２アンテナ素子１２０とが共働す
ることになる。すなわち第１アンテナ素子１１０とイン
ピーダンス整合器１８０とにより、図３に示す如く二重
同調特性が得られると共に、上記第１アンテナ素子１１
０に対して第２アンテナ素子１２０が静電容量結合され
ることにより、図４に示すような三重同調特性が実現さ
れることになる。この結果、第１アンテナ素子１１０の
ＶＳＷＲ特性と第２アンテナ素子１２０のＶＳＷＲ特性
とが合成され、極めて広い周波数帯域に亘り良好なＶＳ
ＷＲ特性を呈するものとなる。すなわち図４に示すよう
に、ＶＳＷＲが１．７以下の帯域が、中心周波数８９０
ＭＨz の３０％以上（新周波数帯Ａよりさらに広い帯
域）に亘って得られるものとなる。なお送信チャンネル
が設けられる高域のＶＳＷＲが改善されることから、総
合効率が良くなり、携帯電話機の電池消耗が少なくて済
み、所定容量の電池で長時間使用が可能となる効果があ
る。

【００３２】(c) 受信チャンネルおよび送信チャンネル
が設けられる帯域の両端近傍における利得が大幅に改善
され、高感度な送受信を行なえるものとなる。すなわち
図５に示すように、低域においては第１アンテナ素子１
１０と浅く結合する第２アンテナ素子１２０が僅かに励
振される結果、主として低域における利得低下が防止さ
れる。かくして自由空間においては従来方式のアンテナ
に比べて同等かそれ以上のダイポール比「＋０．５〜＋
１．０ｄＢｄ」が得られた。また高域においては第１ア
ンテン素子１１０と深く結合する第２アンテナ素子１２
０が積極的に励振される結果、高域における利得低下が
防止される。かくして従来方式のアンテナに比べて＋２
ｄＢ程度上回った「＋０．５〜＋１．０ｄＢｄ」が得ら
れた。

【００３３】図６は低域（８１０ＭＨz ）における垂直
面内放射パターンを示す図であり、図７は高域（９６０
ＭＨz ）における垂直面内放射パターンを示す図であ
る。図６および図７に示すように本実施例のアンテナ
は、低域，高域ともに良好な垂直面内指向性が得られる
ことが分かる。

【００３４】(d) 第１アンテナ素子１１０および第２ア
ンテナ素子１２０を、ハウジング２００の内方へ挿入す
ると、第１アンテナ素子１１０は完全に収納状態となる
が、第２アンテナ素子１２０の先端側領域のみが、ハウ
ジング２００の内部に挿入されずに非収納状態のままと
なる。このとき第２アンテナ素子１２０の中間部に設け
てある接触子１５０が、例えばハウジング２００内に設
けてある環状導電部材２０２に接触するため、先端側領
域の付根部分が整合器１８０の出力端子１８２に接続さ
れた状態となる。したがってハウジング外部に突出した
状態を呈している第２アンテナ素子１２０の先端側領域
すなわち第３アンテナ素子１３０が着呼用アンテナ素子
として働くことになる。図８は第３アンテナ素子１３０
のＶＳＷＲ特性を示す図である。かくして呼び出し信号
の受信を確実に行なえる。なお本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、構
成が簡単で製作が容易であり、携帯電話機の小型・軽量
化を阻害するおそれがなく、アンテナ素子を携帯用電話
機で使用される極超短波の周波数に適合する大きさに形
成した場合でも、その使用周波数の２０％程度の広い帯
域に亘り良好なＶＳＷＲ特性を呈し、しかも送受信チャ
ンネルが設けられる帯域の両端近傍における利得が十分
大きく、高感度な送受信を行ない得る上、適確な着呼機
能を有する携帯電話機用の挿脱自在形広帯域アンテナを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る携帯電話機用の挿脱自
在形アンテナが、ハウジング外へ引出された状態を一部
破断して示す斜視図で、（ａ）は全体的な構成を示す
図、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大して示す図。

【図２】上記実施例に係る携帯電話機用の挿脱自在形ア
ンテナが、ハウジング内へ収納された状態を一部破断し
て示す斜視図。

【図３】上記実施例に係る携帯電話機用の挿脱自在形ア
ンテナにおける第１アンテナ素子特性を示す図で、
（ａ）はＶＳＷＲ特性曲線図、（ｂ）はスミスチャー
ト。

【図４】上記実施例に係る携帯電話機用の挿脱自在形ア
ンテナにおける第１アンテナ素子と第２アンテナ素子と
の総合特性を示す図で、（ａ）はＶＳＷＲ特性曲線図、
（ｂ）はスミスチャート。

【図５】上記実施例に係る携帯電話機用の挿脱自在形ア
ンテナにおける相対的利得を、従来形アンテナのものと
対比して示す図。

【図６】上記実施例に係る携帯電話機用の挿脱自在形ア
ンテナにおける低域での垂直面内放射パターンの実測例
を示す図。

【図７】上記実施例に係る携帯電話機用の挿脱自在形ア
ンテナにおける高域での垂直面内放射パターンの実測例
を示す図。

【図８】上記実施例に係る携帯電話機用の挿脱自在形ア
ンテナにおける第３アンテナ素子のＶＳＷＲ特性曲線
図。

【符号の説明】

１００…携帯電話機用の挿脱自在形アンテナ １１０…
第１アンテナ素子 １２０…第２アンテナ素子 １３０…
第３アンテナ素子 １４０…抜け止め用ストッパーを兼ねたフランジ付き導
電筒体 １５０…導電性の接触子 １６０…
静電容量 １７０…摺動保持筒 １８０…インピーダンス整合器 ２００…
ハウジング ２０１…ケース ２０２…環状導電部材 ２０３…
絶縁チューブ ２０４…取付け用固定金具 ２０５…
シールドケース ２１０…同軸線路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−53730（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−271701（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−252619（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−315822（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−85108（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 1/24 H01Q 5/01 H01Q 21/30 H04B 1/38

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】使用周波数帯域の低域において共振する直
   線状の第１アンテナ素子と、 この第１アンテナ素子の先端に高周波的結合手段を介し
   て結合され、前記使用周波数帯域の高域において共振す
   る直線状の第２アンテナ素子と、 この第２アンテナ素子の先端側領域に形成された着呼用
   の第３アンテナ素子と、を具備し、前記第１アンテナ素子は、使用周波数帯域の低域側の中
   心周波数における波長をλ L としたとき３λ L ／８の電
   気長を有し、整合器を用いて広帯域特性をもたせた非接
   地形アンテナ素子からなり、 前記第２アンテナ素子は、使用周波数帯域の高域側の中
   心周波数における波長をλ H としたときλ H ／２の電気
   長を有するアンテナ素子からなる、ことを特徴とする 携
   帯電話機用の挿脱自在形広帯域アンテナ。
2. 【請求項２】前記第１アンテナ素子および第２アンテナ
   素子は、ヘリカルコイルを主体とする短縮化アンテナ素
   子からなることを特徴とする請求項１に記載の携帯電話
   機用の挿脱自在形広帯域アンテナ。
3. 【請求項３】前記第３アンテナ素子は、前記第２アンテ
   ナ素子の基端側領域が携帯電話機ハウジングの内部に収
   納されたとき、非収納状態を呈する上記第２アンテナ素
   子の先端側領域が着呼用アンテナ素子として働くよう
   に、上記先端側領域の付根部分に導電性の接触子を有す
   るものであることを特徴とする請求項１に記載の携帯電
   話機用の挿脱自在形広帯域アンテナ。