JP2004023430A - 複共振アンテナおよび携帯無線機用アンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の周波数帯において動作する小型化されたアンテナとする。
【解決手段】アンテナボビン１２の外周面には複数の周波数帯において共振可能なヘリカル状の複数条とされたアンテナエレメント１４のパターンが形成されている。このアンテナボビン１２のほぼ中心軸に沿って形成されている収納穴内に無給電導体１１を嵌挿する。これにより、ＰＤＣの８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において良好に動作するアンテナとすることができる。
【選択図】 図２
【解決手段】アンテナボビン１２の外周面には複数の周波数帯において共振可能なヘリカル状の複数条とされたアンテナエレメント１４のパターンが形成されている。このアンテナボビン１２のほぼ中心軸に沿って形成されている収納穴内に無給電導体１１を嵌挿する。これにより、ＰＤＣの８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において良好に動作するアンテナとすることができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数帯で動作する複共振アンテナおよび携帯無線機用アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動電話システムが使用する周波数帯は、一般に複数の周波数帯とされている。例えば、日本におけるＰＤＣ方式（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）では、８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）と１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）を使用しており、米国におけるディジタルセルラーシステムではＡＭＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）方式として９００ＭＨｚ帯（８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ）が、ＰＣＳ（ＰｒｅｓｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ）方式として１．８ＧＨｚ帯（１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ）が少なくとも使用されている。また、欧州においてはＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式として９００ＭＨｚ帯（８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）が、ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）方式として１．８ＧＨｚ帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）が使用されている。このように、複数の周波数帯域を使用しているのは、加入者の増加により一つの周波数帯域では利用周波数が不足しているからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように複数の周波数帯を受信あるいは送信する携帯無線機には、複数の周波数帯で動作するアンテナを搭載する必要がある。そこで、従来は、複数の周波数帯で動作するアンテナとして、メインの外付けアンテナの他に無線機筐体内部に平面アンテナや小体積のチップアンテナを内蔵するようにしていた。しかしながら、これではアンテナが無線機筐体内部の体積を奪い、無線機の小型化にそぐわないという問題点があった。さらに、携帯無線機をユーザが把持した際に内蔵するアンテナが手に覆われる比率が大きく、携帯無線機使用時のアンテナ特性を劣化させるという問題点もあった。
【０００４】
また、１素子のヘリカルアンテナを使用して、インピーダンス整合回路によって強制的に複共振を起こすことにより複共振アンテナとする方法がある。この場合のヘリカルアンテナの一例を図１３に示す。図１３に示すヘリカルアンテナは、絶縁性の断面円形のアンテナボビン１１２の外周面に１条のヘリカル状のエレメント１１４ａを形成し、下端に給電部となる給電用リング部１１４ｂを形成している。このヘリカルアンテナをＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯で動作するようにエレメント１１４ａの長さを決定した際の当該周波数帯における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図１４に示す。図１４を参照すると、ＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯におけるＶＳＷＲが約３．５以下となるものの、１．４ＧＨｚ帯においては約９．５以下と実用に耐えないＶＳＷＲとなっていることがわかる。
【０００５】
このように、１素子のホイップアンテナあるいはヘリカルアンテナと、整合回路との組み合わせでの携帯無線機用アンテナでは複数の周波数帯において満足なアンテナ電気特性が得にくいという問題点があった。さらに、複数の周波数帯における各周波数帯で独立して動作するアンテナ素子をアンテナとすることも考えられるが、この場合は周波数帯の数だけのアンテナ素子を必要とすることからアンテナを小型化することができず、携帯無線機に適用することが困難になると云う問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の周波数帯において良好に動作する小型化された複共振アンテナおよび携帯無線機用アンテナを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の複共振アンテナは、複数の周波数帯に共振するエレメントのパターンが、外周面に形成されている絶縁性のアンテナボビンと、該アンテナボビンの中心軸にほぼ沿って形成されている収納穴内に嵌挿されている導電性の無給電導体とを備え、前記エレメントのパターンがヘリカル状の複数条のパターンとされている。
【０００８】
また、上記本発明の複共振アンテナにおいて、前記アンテナボビンの下部が導電性のアンテナホルダーに嵌合されて、該アンテナホルダーと前記エレメントとが電気的に接続されており、前記アンテナボビンを覆う絶縁性のキャップ部が前記アンテナホルダーに嵌着されていてもよい。
さらに、上記本発明の複共振アンテナにおいて、前記無給電導体に替えて、前記アンテナボビンにおける前記収納穴の内周面に導電膜を形成するようにされていてもよい。
【０００９】
次に、上記課題を解決することのできる本発明の携帯無線機用アンテナは、携帯無線機の筐体に固着可能なホルダー部に対して伸縮自在とされているホイップ部と、該ホイップ部の先端に絶縁部を介して固着されているトップ部とからなる携帯無線機用アンテナであって、前記トップ部は、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のエレメントパターンが外周面に形成されている絶縁性のアンテナボビンと、該アンテナボビンの中心軸にほぼ沿って形成されている収納穴内に嵌挿されている導電性の無給電導体と、前記アンテナボビンの下部が嵌合されて前記エレメントが電気的に接続されている拡径部と、縮納された際に前記ホルダー部内に挿通される小径部を備える導電性のプラグ部と、前記アンテナボビンを覆う絶縁性のキャップ部とから構成され、前記ホイップ部は、前記ホルダー部内を摺動可能とされ、下端に設けられ伸長された際に前記ホルダー部内に保持される導電性のストッパー部と、前記ホイップ部と前記トップ部とを接続するように設けられている絶縁性の絶縁部とから構成され、上部が前記プラグ部に固着されていると共に、下部が前記ホイップ部の先端に固着されている前記絶縁部により、前記トップ部と前記ホイップ部とがほぼ一軸上に配置されて固着されている。
【００１０】
また、上記本発明の携帯無線機用アンテナにおいて、前記無給電導体に替えて、前記アンテナボビンにおける前記収納穴の内周面に導電膜を形成するようにしてもよい。
【００１１】
このような本発明によれば、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のエレメントのパターンが形成されている絶縁性のアンテナボビンの収納穴内に、導電性の無給電導体を嵌挿するようにしたので、広帯域化することができ複数の周波数帯において動作させることができる良好な電気的特性の複共振アンテナとすることができる。しかも、小型化することができる。
また、このような複共振アンテナをアンテナのトップ部として備える伸縮可能な携帯無線機用アンテナを構成すると、複数の周波数帯において動作させることができる広帯域において良好な電気的特性の小型化された携帯無線機用アンテナとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる複共振アンテナを備える携帯無線機の構成を図１に示す。
図１に示す携帯無線機１は、例えば携帯電話機とされており電話機能回路部や電池が収納されている無線機筐体１ａを備えており、無線機筐体１ａの前面にはダイヤルボタンを含む各種ボタンとディスプレイとが設けられている。そして、無線機筐体１ａの上面に本発明にかかる複共振アンテナである固定アンテナ部２が固着されている。この固定アンテナ部２は、例えばＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において動作可能なアンテナとされている。
【００１３】
次に、固定アンテナ部２の分解組立図を図２に示し、固定アンテナ部２の構成を図３ないし図５に示す。ただし、図３は固定アンテナ部２の構成を示す斜視図であり、図４は固定アンテナ部２の断面図であり、図５は固定アンテナ部２のアンテナボビン１２を切断せずに示す断面図である。
これらの図において、例えば金属製とされた導電性のアンテナホルダー１３は、その外周面にネジ部１３ｂが形成されており、その上面には凹状の嵌入部１３ａが形成されている。この嵌入部１３ａにはアンテナボビン１２の下部が嵌入される。アンテナボビン１２は、合成樹脂等の絶縁材からなり、略断面円形に形成されている。アンテナボビン１２の外周面には、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のアンテナエレメント１４のパターンが形成されている。このパターンは、導箔プリント、導電性粉末蒸着やめっき加工等により導電膜としてアンテナボビン１２の外周面に形成されており、アンテナボビン１２の下部においてリング状のパターンとされている。このリング状のパターンは、アンテナボビン１２をアンテナホルダー１３の嵌入部１３ａに嵌入した際に、アンテナホルダー１３に電気的に接続される給電部となる。
【００１４】
アンテナホルダー１３に固着されているアンテナボビン１２には、アンテナエレメント１４が形成されている部位にほぼ対応するように、中心軸に沿って収納穴１２ａが形成されている。そして、この収納穴１２ａ内に円筒状に形成された、例えば金属製とされた導電性の無給電導体１１が嵌挿されている。この状態において、アンテナボビン１２をキャップ部１０における収納部１０ａ内に収納するように、上から例えば合成樹脂製とされた絶縁性のキャップ部１０を被せる。そして、キャップ部１０の下部に設けられている嵌着部１０ｂをアンテナホルダー１３の上部に嵌着して固着する。このように構成されている固定アンテナ部２のアンテナホルダー１３が、無線機筐体１ａの上面に設けられている貫通孔内に挿通されて、無線機筐体１ａの内部からホルダーナットをアンテナホルダー１３のネジ部１３ｂに螺着することにより、固定アンテナ部２が無線機筐体１ａに固着される。この際に、アンテナホルダー１３に端子が接触して無線機筐体１ａに内蔵されている無線機回路と固定アンテナ部２とが電気的に接続されるようになる。
【００１５】
ここで、アンテナボビン１２の詳細構成を図６に示す。
アンテナボビン１２破断面ほぼ円形の絶縁体から構成されており、その外周面には図６に示すように、第１エレメント１４ａ、第２エレメント１４ｂおよび第３エレメント１４ｃの３条のヘリカル状のパターンからなるアンテナエレメント１４が形成されている。このヘリカル状の第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃはほぼ同じ長さとされているが、動作させる周波数帯域において良好な電気的特性が得られるようにそれぞれの長さが調整されている。また、第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃの下端は、アンテナボビン１２の下部に形成されている給電用リング部１４ｄに接続されており、この給電用リング部１４ｄがアンテナホルダー１３の嵌入部１３ａに嵌入されて接触される給電部とされている。
【００１６】
図６に示すパターンとされたアンテナエレメント１４がアンテナボビン１２の外周面に形成されている固定アンテナ部２が、ＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において動作可能とされている場合は、第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃが接近して配置されているため、第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃはそれぞれ単独で動作するのではなく互いの影響を受けた結果、アンテナエレメント１４全体としてＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能となっている。さらに、このようなアンテナエレメント１４のパターンに、アンテナボビン１２の収納穴１２ａに嵌挿されている無給電導体１１が近接配置されて、無給電導体１１の影響を受けた結果、広帯域化されてＰＤＣ方式の２つの周波数帯において良好な電気特性に改善される。これにより、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能な固定アンテナ部２となっている。なお、固定アンテナ部２のインピーダンスは３条のパターンとされて、動作可能な周波数帯域においてほぼ５０Ωとなることから、無線機回路と整合するためのマッチング回路を省略することができる。
【００１７】
ここで、図６に示すアンテナエレメント１４を備える固定アンテナ部２の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を、無給電導体１１を設けていない場合を図７に、設けている場合を図８に示す。
無給電導体１１を設けていない固定アンテナ部２におけるＶＳＷＲの周波数特性は、図７に示すようにＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）においては、約３．０以下とされているものの、１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）においては約４．０以下と劣化している。これに対して、無給電導体１１を設けている固定アンテナ部２におけるＶＳＷＲの周波数特性は、図８に示すようにＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）においては、約２．５以下と改善されていると共に、１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）においても約３．０以下と改善されている。このように、無給電導体１１を設けることにより、広帯域化されてＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯と１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において良好な電気特性に改善され、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能な固定アンテナ部２となることがわかる。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナを備える携帯無線機の構成を図９に、携帯無線機に内蔵されている回路基板と携帯無線機用アンテナとの関係を図１０に示す。
図９に示す携帯無線機１は、例えば携帯電話機とされており電話機能回路部や電池が収納されている無線機筐体１ａを備えており、無線機筐体１ａの前面にはダイヤルボタンを含む各種ボタンとディスプレイとが設けられている。そして、無線機筐体１ａの上面に本発明にかかる携帯無線機用アンテナ３が固着されている。この携帯無線機用アンテナ３は、例えばＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において動作可能なアンテナとされている。
【００１９】
携帯無線機用アンテナ３は、ホイップ部５と、ホイップ部５の上端に絶縁部６を介して固着されているトップ部８とから構成されている。ホイップ部５が無線機筐体１ａに固着されるホルダー部４に対して伸縮自在とされており、ホルダー部４が無線機筐体１ａに固着されることにより、ホイップ部５が無線機筐体１ａに対して伸縮可能とされている。この場合、ホルダー部４が、無線機筐体１ａの上面に設けられている貫通孔内に挿通されて、図１０に示すように無線機筐体１ａの内部からホルダーナット１ｂをホルダー部４の下部に螺着することにより、ホルダー部４が無線機筐体１ａに固着される。この際に、ホルダー部４に、回路基板１ｄに一端がハンダ付けされている接触端子１ｃが接触して、回路基板１ｄ上に設けられているＲＦ回路１ｅとホルダー部４とが電気的に接続されるようになる。なお、携帯無線機用アンテナ３のインピーダンスは動作可能な周波数帯域においてほぼ５０Ωとなることから、携帯無線機用アンテナ３とＲＦ回路１ｅとを整合させるためのマッチング回路を省略することができる。
【００２０】
次に、本発明にかかる携帯無線機用アンテナ３の全体構成を図１１に示し、ホイップ部５が伸長された状態を示す断面図を図１０に示す。
これらの図に示すように、トップ部８はホイップ部５の先端に絶縁部６により固着されている。トップ部８は、金属製のプラグ部７と、このプラグ部７に下部が嵌着あるいは螺着されている絶縁性のアンテナボビン１２と、アンテナボビン１２のほぼ中央に形成されている収納穴１２ａ内に収納されている、例えば金属製とされている導電性の無給電導体１１と、アンテナボビン１２を覆うようにアンテナボビン１２に被せられて下部がプラグ部７に嵌着あるいは螺着される絶縁性のキャップ部１０とから構成されている。このトップ部８の構成は前述した固定アンテナ部２とほぼ同様の構成とされており、無給電導体１１を設けることにより広帯域化されて、例えばＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯と１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において良好な電気特性に改善される。これにより、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能とされている。
【００２１】
プラグ部７は上部が径の大きい拡径部とされて、拡径部から下方へ径の小さい小径部が延伸されている。この拡径部にはアンテナボビン１２が嵌着あるいは螺着され、小径部の貫通孔内には絶縁部６が嵌挿されてプラグ部７に固着されており、この絶縁部６の下部はホイップ部５におけるエレメント５ａの先端に一体成形されている。これにより、ホイップ部５とトップ部８とがほぼ一軸上に配置されて機械的に固着されるようになる。なお、ホイップ部５をホルダー部４に対して縮納した際に、ホルダー部４内にプラグ部７が嵌挿されてホルダー部４内のリン青銅等の金属製の保持バネ４ｃにより保持される。これにより、アンテナボビン１２に形成されている図６に示すようなアンテナエレメント１４がホルダー部４に電気的に接続されるようになる。この場合、ホイップ部５は絶縁部６により電気的に絶縁されているため、トップ部８のみがアンテナとして動作するようになる。この携帯無線機用アンテナ３を縮納してトップ部８を動作させた際のＶＳＷＲの周波数特性は、前記した図８に示すＶＳＷＲの周波数特性とほぼ同様の特性となり、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能とされる。
【００２２】
また、ホイップ部５は、例えば超弾性金属製とされている直線状のエレメント５ａと、エレメント５ａに被覆されている絶縁性のチューブ５ｂから構成されている。エレメント５ａの下部には金属製のストッパー部９がカシメられており、図１２に示すようにホルダー部４に対して伸長した際に、ホルダー部４内にストッパー部９が下から挿入されるようになる。この際に、ストッパー部９はホルダー部４内の保持バネ４ｃにより保持されて、抜け落ちないようになると共に電気的に接続される。これにより、ホイップ部５が動作状態となるが、トップ部８は絶縁部６により絶縁されるため動作しないようになる。なお、ストッパー部９の下端には鍔状の係止部９ａが形成されており、ホイップ部５を伸長した際に係止部９ａがホルダー部４の下端に衝合して、それ以上伸長できないようになる。これにより、ホイップ部５はホルダー部４から抜け出ないようになる。なお、ホルダー部４の上部には無線機筐体１ａに形成された取付孔にホルダー部４を挿通した際に、無線機筐体１ａに当接する鍔部４ａが形成されており、ホルダー部４の外周面にはホルダーナット１ｂが螺着されるネジ部４ｂが形成されている。
【００２３】
以上説明した固定アンテナ部２において、アンテナボビン１２に形成されている収納穴１２ａ内に無給電導体１１を嵌挿することに替えて、収納穴１２ａの内周面に導箔プリント、導電性粉末蒸着やめっき加工等により導電膜を形成するようにしてもよい。
また、以上の説明では、本発明にかかる固定アンテナ部２および携帯無線機用アンテナ３は、ＰＤＣ方式における２つの周波数帯域において動作可能としたが、これに限るものではなくＡＭＰＳ方式とＰＣＳ方式の２つの周波数帯やＧＳＭ方式とＤＣＳ方式の２つの周波数帯において動作可能としてもよい。さらに加えて、ＧＰＳアンテナとして動作可能としてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のエレメントのパターンが形成されている絶縁性のアンテナボビンの収納穴内に、導電性の無給電導体を嵌挿するようにしたので、広帯域化することができ複数の周波数帯において動作させることができる良好な電気的特性の複共振アンテナとすることができる。しかも、小型化することができる。
また、このような複共振アンテナをアンテナのトップ部として備える伸縮可能な携帯無線機用アンテナを構成すると、複数の周波数帯において動作させることができる広帯域において良好な電気的特性の小型化された携帯無線機用アンテナとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる複共振アンテナを備える携帯無線機の構成を示す図である。
【図２】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す分解組立図である。
【図３】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部におけるアンテナボビンの詳細構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる無給電素子がない固定アンテナ部におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる無給電素子がある固定アンテナ部におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナを備える携帯無線機の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナと携帯無線機に内蔵されている回路基板との関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナの全体構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナにおいてトップ部を伸長した際の構成を示す断面図である。
【図１３】従来のヘリカルアンテナの構成を示す図である。
【図１４】従来のヘリカルアンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 携帯無線機、１ａ 無線機筐体、１ｂ ホルダーナット、１ｃ 接触端子、１ｄ 回路基板、１ｅ ＲＦ回路、２ 固定アンテナ部、３ 携帯無線機用アンテナ、４ ホルダー部、４ａ 鍔部、４ｂ ネジ部、４ｃ 保持バネ、５ ホイップ部、５ａ エレメント、５ｂ チューブ、６ 絶縁部、７ プラグ部、８ トップ部、９ ストッパー部、９ａ 係止部、１０ キャップ部、１０ａ 収納部、１０ｂ 嵌着部、１１ 無給電導体、１２ アンテナボビン、１２ａ 収納穴、１３ アンテナホルダー、１３ａ 嵌入部、１３ｂ ネジ部、１４ アンテナエレメント、１４ａ 第１エレメント、１４ｂ 第２エレメント、１４ｃ 第３エレメント、１４ｄ 給電用リング部、１１２ アンテナボビン、１１４ａ エレメント、１１４ｂ 給電用リング部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数帯で動作する複共振アンテナおよび携帯無線機用アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動電話システムが使用する周波数帯は、一般に複数の周波数帯とされている。例えば、日本におけるＰＤＣ方式（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）では、８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）と１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）を使用しており、米国におけるディジタルセルラーシステムではＡＭＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）方式として９００ＭＨｚ帯（８２４ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚ）が、ＰＣＳ（ＰｒｅｓｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ）方式として１．８ＧＨｚ帯（１８５０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚ）が少なくとも使用されている。また、欧州においてはＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式として９００ＭＨｚ帯（８７０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）が、ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）方式として１．８ＧＨｚ帯（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）が使用されている。このように、複数の周波数帯域を使用しているのは、加入者の増加により一つの周波数帯域では利用周波数が不足しているからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように複数の周波数帯を受信あるいは送信する携帯無線機には、複数の周波数帯で動作するアンテナを搭載する必要がある。そこで、従来は、複数の周波数帯で動作するアンテナとして、メインの外付けアンテナの他に無線機筐体内部に平面アンテナや小体積のチップアンテナを内蔵するようにしていた。しかしながら、これではアンテナが無線機筐体内部の体積を奪い、無線機の小型化にそぐわないという問題点があった。さらに、携帯無線機をユーザが把持した際に内蔵するアンテナが手に覆われる比率が大きく、携帯無線機使用時のアンテナ特性を劣化させるという問題点もあった。
【０００４】
また、１素子のヘリカルアンテナを使用して、インピーダンス整合回路によって強制的に複共振を起こすことにより複共振アンテナとする方法がある。この場合のヘリカルアンテナの一例を図１３に示す。図１３に示すヘリカルアンテナは、絶縁性の断面円形のアンテナボビン１１２の外周面に１条のヘリカル状のエレメント１１４ａを形成し、下端に給電部となる給電用リング部１１４ｂを形成している。このヘリカルアンテナをＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯で動作するようにエレメント１１４ａの長さを決定した際の当該周波数帯における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図１４に示す。図１４を参照すると、ＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯におけるＶＳＷＲが約３．５以下となるものの、１．４ＧＨｚ帯においては約９．５以下と実用に耐えないＶＳＷＲとなっていることがわかる。
【０００５】
このように、１素子のホイップアンテナあるいはヘリカルアンテナと、整合回路との組み合わせでの携帯無線機用アンテナでは複数の周波数帯において満足なアンテナ電気特性が得にくいという問題点があった。さらに、複数の周波数帯における各周波数帯で独立して動作するアンテナ素子をアンテナとすることも考えられるが、この場合は周波数帯の数だけのアンテナ素子を必要とすることからアンテナを小型化することができず、携帯無線機に適用することが困難になると云う問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の周波数帯において良好に動作する小型化された複共振アンテナおよび携帯無線機用アンテナを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の複共振アンテナは、複数の周波数帯に共振するエレメントのパターンが、外周面に形成されている絶縁性のアンテナボビンと、該アンテナボビンの中心軸にほぼ沿って形成されている収納穴内に嵌挿されている導電性の無給電導体とを備え、前記エレメントのパターンがヘリカル状の複数条のパターンとされている。
【０００８】
また、上記本発明の複共振アンテナにおいて、前記アンテナボビンの下部が導電性のアンテナホルダーに嵌合されて、該アンテナホルダーと前記エレメントとが電気的に接続されており、前記アンテナボビンを覆う絶縁性のキャップ部が前記アンテナホルダーに嵌着されていてもよい。
さらに、上記本発明の複共振アンテナにおいて、前記無給電導体に替えて、前記アンテナボビンにおける前記収納穴の内周面に導電膜を形成するようにされていてもよい。
【０００９】
次に、上記課題を解決することのできる本発明の携帯無線機用アンテナは、携帯無線機の筐体に固着可能なホルダー部に対して伸縮自在とされているホイップ部と、該ホイップ部の先端に絶縁部を介して固着されているトップ部とからなる携帯無線機用アンテナであって、前記トップ部は、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のエレメントパターンが外周面に形成されている絶縁性のアンテナボビンと、該アンテナボビンの中心軸にほぼ沿って形成されている収納穴内に嵌挿されている導電性の無給電導体と、前記アンテナボビンの下部が嵌合されて前記エレメントが電気的に接続されている拡径部と、縮納された際に前記ホルダー部内に挿通される小径部を備える導電性のプラグ部と、前記アンテナボビンを覆う絶縁性のキャップ部とから構成され、前記ホイップ部は、前記ホルダー部内を摺動可能とされ、下端に設けられ伸長された際に前記ホルダー部内に保持される導電性のストッパー部と、前記ホイップ部と前記トップ部とを接続するように設けられている絶縁性の絶縁部とから構成され、上部が前記プラグ部に固着されていると共に、下部が前記ホイップ部の先端に固着されている前記絶縁部により、前記トップ部と前記ホイップ部とがほぼ一軸上に配置されて固着されている。
【００１０】
また、上記本発明の携帯無線機用アンテナにおいて、前記無給電導体に替えて、前記アンテナボビンにおける前記収納穴の内周面に導電膜を形成するようにしてもよい。
【００１１】
このような本発明によれば、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のエレメントのパターンが形成されている絶縁性のアンテナボビンの収納穴内に、導電性の無給電導体を嵌挿するようにしたので、広帯域化することができ複数の周波数帯において動作させることができる良好な電気的特性の複共振アンテナとすることができる。しかも、小型化することができる。
また、このような複共振アンテナをアンテナのトップ部として備える伸縮可能な携帯無線機用アンテナを構成すると、複数の周波数帯において動作させることができる広帯域において良好な電気的特性の小型化された携帯無線機用アンテナとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる複共振アンテナを備える携帯無線機の構成を図１に示す。
図１に示す携帯無線機１は、例えば携帯電話機とされており電話機能回路部や電池が収納されている無線機筐体１ａを備えており、無線機筐体１ａの前面にはダイヤルボタンを含む各種ボタンとディスプレイとが設けられている。そして、無線機筐体１ａの上面に本発明にかかる複共振アンテナである固定アンテナ部２が固着されている。この固定アンテナ部２は、例えばＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において動作可能なアンテナとされている。
【００１３】
次に、固定アンテナ部２の分解組立図を図２に示し、固定アンテナ部２の構成を図３ないし図５に示す。ただし、図３は固定アンテナ部２の構成を示す斜視図であり、図４は固定アンテナ部２の断面図であり、図５は固定アンテナ部２のアンテナボビン１２を切断せずに示す断面図である。
これらの図において、例えば金属製とされた導電性のアンテナホルダー１３は、その外周面にネジ部１３ｂが形成されており、その上面には凹状の嵌入部１３ａが形成されている。この嵌入部１３ａにはアンテナボビン１２の下部が嵌入される。アンテナボビン１２は、合成樹脂等の絶縁材からなり、略断面円形に形成されている。アンテナボビン１２の外周面には、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のアンテナエレメント１４のパターンが形成されている。このパターンは、導箔プリント、導電性粉末蒸着やめっき加工等により導電膜としてアンテナボビン１２の外周面に形成されており、アンテナボビン１２の下部においてリング状のパターンとされている。このリング状のパターンは、アンテナボビン１２をアンテナホルダー１３の嵌入部１３ａに嵌入した際に、アンテナホルダー１３に電気的に接続される給電部となる。
【００１４】
アンテナホルダー１３に固着されているアンテナボビン１２には、アンテナエレメント１４が形成されている部位にほぼ対応するように、中心軸に沿って収納穴１２ａが形成されている。そして、この収納穴１２ａ内に円筒状に形成された、例えば金属製とされた導電性の無給電導体１１が嵌挿されている。この状態において、アンテナボビン１２をキャップ部１０における収納部１０ａ内に収納するように、上から例えば合成樹脂製とされた絶縁性のキャップ部１０を被せる。そして、キャップ部１０の下部に設けられている嵌着部１０ｂをアンテナホルダー１３の上部に嵌着して固着する。このように構成されている固定アンテナ部２のアンテナホルダー１３が、無線機筐体１ａの上面に設けられている貫通孔内に挿通されて、無線機筐体１ａの内部からホルダーナットをアンテナホルダー１３のネジ部１３ｂに螺着することにより、固定アンテナ部２が無線機筐体１ａに固着される。この際に、アンテナホルダー１３に端子が接触して無線機筐体１ａに内蔵されている無線機回路と固定アンテナ部２とが電気的に接続されるようになる。
【００１５】
ここで、アンテナボビン１２の詳細構成を図６に示す。
アンテナボビン１２破断面ほぼ円形の絶縁体から構成されており、その外周面には図６に示すように、第１エレメント１４ａ、第２エレメント１４ｂおよび第３エレメント１４ｃの３条のヘリカル状のパターンからなるアンテナエレメント１４が形成されている。このヘリカル状の第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃはほぼ同じ長さとされているが、動作させる周波数帯域において良好な電気的特性が得られるようにそれぞれの長さが調整されている。また、第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃの下端は、アンテナボビン１２の下部に形成されている給電用リング部１４ｄに接続されており、この給電用リング部１４ｄがアンテナホルダー１３の嵌入部１３ａに嵌入されて接触される給電部とされている。
【００１６】
図６に示すパターンとされたアンテナエレメント１４がアンテナボビン１２の外周面に形成されている固定アンテナ部２が、ＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において動作可能とされている場合は、第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃが接近して配置されているため、第１エレメント１４ａないし第３エレメント１４ｃはそれぞれ単独で動作するのではなく互いの影響を受けた結果、アンテナエレメント１４全体としてＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能となっている。さらに、このようなアンテナエレメント１４のパターンに、アンテナボビン１２の収納穴１２ａに嵌挿されている無給電導体１１が近接配置されて、無給電導体１１の影響を受けた結果、広帯域化されてＰＤＣ方式の２つの周波数帯において良好な電気特性に改善される。これにより、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能な固定アンテナ部２となっている。なお、固定アンテナ部２のインピーダンスは３条のパターンとされて、動作可能な周波数帯域においてほぼ５０Ωとなることから、無線機回路と整合するためのマッチング回路を省略することができる。
【００１７】
ここで、図６に示すアンテナエレメント１４を備える固定アンテナ部２の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を、無給電導体１１を設けていない場合を図７に、設けている場合を図８に示す。
無給電導体１１を設けていない固定アンテナ部２におけるＶＳＷＲの周波数特性は、図７に示すようにＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）においては、約３．０以下とされているものの、１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）においては約４．０以下と劣化している。これに対して、無給電導体１１を設けている固定アンテナ部２におけるＶＳＷＲの周波数特性は、図８に示すようにＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯（８１０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚ）においては、約２．５以下と改善されていると共に、１．４ＧＨｚ帯（１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚ）においても約３．０以下と改善されている。このように、無給電導体１１を設けることにより、広帯域化されてＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯と１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において良好な電気特性に改善され、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能な固定アンテナ部２となることがわかる。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナを備える携帯無線機の構成を図９に、携帯無線機に内蔵されている回路基板と携帯無線機用アンテナとの関係を図１０に示す。
図９に示す携帯無線機１は、例えば携帯電話機とされており電話機能回路部や電池が収納されている無線機筐体１ａを備えており、無線機筐体１ａの前面にはダイヤルボタンを含む各種ボタンとディスプレイとが設けられている。そして、無線機筐体１ａの上面に本発明にかかる携帯無線機用アンテナ３が固着されている。この携帯無線機用アンテナ３は、例えばＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯および１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において動作可能なアンテナとされている。
【００１９】
携帯無線機用アンテナ３は、ホイップ部５と、ホイップ部５の上端に絶縁部６を介して固着されているトップ部８とから構成されている。ホイップ部５が無線機筐体１ａに固着されるホルダー部４に対して伸縮自在とされており、ホルダー部４が無線機筐体１ａに固着されることにより、ホイップ部５が無線機筐体１ａに対して伸縮可能とされている。この場合、ホルダー部４が、無線機筐体１ａの上面に設けられている貫通孔内に挿通されて、図１０に示すように無線機筐体１ａの内部からホルダーナット１ｂをホルダー部４の下部に螺着することにより、ホルダー部４が無線機筐体１ａに固着される。この際に、ホルダー部４に、回路基板１ｄに一端がハンダ付けされている接触端子１ｃが接触して、回路基板１ｄ上に設けられているＲＦ回路１ｅとホルダー部４とが電気的に接続されるようになる。なお、携帯無線機用アンテナ３のインピーダンスは動作可能な周波数帯域においてほぼ５０Ωとなることから、携帯無線機用アンテナ３とＲＦ回路１ｅとを整合させるためのマッチング回路を省略することができる。
【００２０】
次に、本発明にかかる携帯無線機用アンテナ３の全体構成を図１１に示し、ホイップ部５が伸長された状態を示す断面図を図１０に示す。
これらの図に示すように、トップ部８はホイップ部５の先端に絶縁部６により固着されている。トップ部８は、金属製のプラグ部７と、このプラグ部７に下部が嵌着あるいは螺着されている絶縁性のアンテナボビン１２と、アンテナボビン１２のほぼ中央に形成されている収納穴１２ａ内に収納されている、例えば金属製とされている導電性の無給電導体１１と、アンテナボビン１２を覆うようにアンテナボビン１２に被せられて下部がプラグ部７に嵌着あるいは螺着される絶縁性のキャップ部１０とから構成されている。このトップ部８の構成は前述した固定アンテナ部２とほぼ同様の構成とされており、無給電導体１１を設けることにより広帯域化されて、例えばＰＤＣ方式の８００ＭＨｚ帯と１．４ＧＨｚ帯の２つの周波数帯において良好な電気特性に改善される。これにより、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能とされている。
【００２１】
プラグ部７は上部が径の大きい拡径部とされて、拡径部から下方へ径の小さい小径部が延伸されている。この拡径部にはアンテナボビン１２が嵌着あるいは螺着され、小径部の貫通孔内には絶縁部６が嵌挿されてプラグ部７に固着されており、この絶縁部６の下部はホイップ部５におけるエレメント５ａの先端に一体成形されている。これにより、ホイップ部５とトップ部８とがほぼ一軸上に配置されて機械的に固着されるようになる。なお、ホイップ部５をホルダー部４に対して縮納した際に、ホルダー部４内にプラグ部７が嵌挿されてホルダー部４内のリン青銅等の金属製の保持バネ４ｃにより保持される。これにより、アンテナボビン１２に形成されている図６に示すようなアンテナエレメント１４がホルダー部４に電気的に接続されるようになる。この場合、ホイップ部５は絶縁部６により電気的に絶縁されているため、トップ部８のみがアンテナとして動作するようになる。この携帯無線機用アンテナ３を縮納してトップ部８を動作させた際のＶＳＷＲの周波数特性は、前記した図８に示すＶＳＷＲの周波数特性とほぼ同様の特性となり、ＰＤＣ方式の２つの周波数帯において動作可能とされる。
【００２２】
また、ホイップ部５は、例えば超弾性金属製とされている直線状のエレメント５ａと、エレメント５ａに被覆されている絶縁性のチューブ５ｂから構成されている。エレメント５ａの下部には金属製のストッパー部９がカシメられており、図１２に示すようにホルダー部４に対して伸長した際に、ホルダー部４内にストッパー部９が下から挿入されるようになる。この際に、ストッパー部９はホルダー部４内の保持バネ４ｃにより保持されて、抜け落ちないようになると共に電気的に接続される。これにより、ホイップ部５が動作状態となるが、トップ部８は絶縁部６により絶縁されるため動作しないようになる。なお、ストッパー部９の下端には鍔状の係止部９ａが形成されており、ホイップ部５を伸長した際に係止部９ａがホルダー部４の下端に衝合して、それ以上伸長できないようになる。これにより、ホイップ部５はホルダー部４から抜け出ないようになる。なお、ホルダー部４の上部には無線機筐体１ａに形成された取付孔にホルダー部４を挿通した際に、無線機筐体１ａに当接する鍔部４ａが形成されており、ホルダー部４の外周面にはホルダーナット１ｂが螺着されるネジ部４ｂが形成されている。
【００２３】
以上説明した固定アンテナ部２において、アンテナボビン１２に形成されている収納穴１２ａ内に無給電導体１１を嵌挿することに替えて、収納穴１２ａの内周面に導箔プリント、導電性粉末蒸着やめっき加工等により導電膜を形成するようにしてもよい。
また、以上の説明では、本発明にかかる固定アンテナ部２および携帯無線機用アンテナ３は、ＰＤＣ方式における２つの周波数帯域において動作可能としたが、これに限るものではなくＡＭＰＳ方式とＰＣＳ方式の２つの周波数帯やＧＳＭ方式とＤＣＳ方式の２つの周波数帯において動作可能としてもよい。さらに加えて、ＧＰＳアンテナとして動作可能としてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のエレメントのパターンが形成されている絶縁性のアンテナボビンの収納穴内に、導電性の無給電導体を嵌挿するようにしたので、広帯域化することができ複数の周波数帯において動作させることができる良好な電気的特性の複共振アンテナとすることができる。しかも、小型化することができる。
また、このような複共振アンテナをアンテナのトップ部として備える伸縮可能な携帯無線機用アンテナを構成すると、複数の周波数帯において動作させることができる広帯域において良好な電気的特性の小型化された携帯無線機用アンテナとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる複共振アンテナを備える携帯無線機の構成を示す図である。
【図２】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す分解組立図である。
【図３】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の複共振アンテナの実施の形態にかかる固定アンテナ部におけるアンテナボビンの詳細構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる無給電素子がない固定アンテナ部におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる無給電素子がある固定アンテナ部におけるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナを備える携帯無線機の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナと携帯無線機に内蔵されている回路基板との関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナの全体構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる携帯無線機用アンテナにおいてトップ部を伸長した際の構成を示す断面図である。
【図１３】従来のヘリカルアンテナの構成を示す図である。
【図１４】従来のヘリカルアンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 携帯無線機、１ａ 無線機筐体、１ｂ ホルダーナット、１ｃ 接触端子、１ｄ 回路基板、１ｅ ＲＦ回路、２ 固定アンテナ部、３ 携帯無線機用アンテナ、４ ホルダー部、４ａ 鍔部、４ｂ ネジ部、４ｃ 保持バネ、５ ホイップ部、５ａ エレメント、５ｂ チューブ、６ 絶縁部、７ プラグ部、８ トップ部、９ ストッパー部、９ａ 係止部、１０ キャップ部、１０ａ 収納部、１０ｂ 嵌着部、１１ 無給電導体、１２ アンテナボビン、１２ａ 収納穴、１３ アンテナホルダー、１３ａ 嵌入部、１３ｂ ネジ部、１４ アンテナエレメント、１４ａ 第１エレメント、１４ｂ 第２エレメント、１４ｃ 第３エレメント、１４ｄ 給電用リング部、１１２ アンテナボビン、１１４ａ エレメント、１１４ｂ 給電用リング部
Claims (5)
- 複数の周波数帯に共振するエレメントのパターンが、外周面に形成されている絶縁性のアンテナボビンと、
該アンテナボビンの中心軸にほぼ沿って形成されている収納穴内に嵌挿されている導電性の無給電導体とを備え、
前記エレメントのパターンがヘリカル状の複数条のパターンとされていることを特徴とする複共振アンテナ。 - 前記アンテナボビンの下部が導電性のアンテナホルダーに嵌合されて、該アンテナホルダーと前記エレメントとが電気的に接続されており、前記アンテナボビンを覆う絶縁性のキャップ部が前記アンテナホルダーに嵌着されていることを特徴とする請求項１記載の複共振アンテナ。
- 前記無給電導体に替えて、前記アンテナボビンにおける前記収納穴の内周面に導電膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の複共振アンテナ。
- 携帯無線機の筐体に固着可能なホルダー部に対して伸縮自在とされているホイップ部と、該ホイップ部の先端に絶縁部を介して固着されているトップ部とからなる携帯無線機用アンテナであって、
前記トップ部は、複数の周波数帯に共振するヘリカル状の複数条のエレメントパターンが外周面に形成されている絶縁性のアンテナボビンと、該アンテナボビンの中心軸にほぼ沿って形成されている収納穴内に嵌挿されている導電性の無給電導体と、前記アンテナボビンの下部が嵌合されて前記エレメントが電気的に接続されている拡径部と、縮納された際に前記ホルダー部内に挿通される小径部を備える導電性のプラグ部と、前記アンテナボビンを覆う絶縁性のキャップ部とから構成され、
前記ホイップ部は、前記ホルダー部内を摺動可能とされ、下端に設けられ伸長された際に前記ホルダー部内に保持される導電性のストッパー部と、前記ホイップ部と前記トップ部とを接続するように設けられている絶縁性の絶縁部とから構成され、
上部が前記プラグ部に固着されていると共に、下部が前記ホイップ部の先端に固着されている前記絶縁部により、前記トップ部と前記ホイップ部とがほぼ一軸上に配置されて固着されていることを特徴とする携帯無線機用アンテナ。 - 前記無給電導体に替えて、前記アンテナボビンにおける前記収納穴の内周面に導電膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項４記載の携帯無線機用アンテナ。
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